DE102016009434A1 - Device for three-dimensional additive printing operations, in particular according to the method of Fused Layer Modeling / Manufacturing (FLM), with planar direct drive - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung beschreibt eine Vorrichtung (1) für dreidimensionale additive Druckoperationen, insbesondere nach dem Verfahren des Fused Layer Modeling/Manufacturing (FLM), mit mindestens einem Druckkopf (7) und einer Werkstückauflage (4), bei der der mindestens eine Druckkopf (7) in einer Bewegungsebene frei bewegbar und durch einen planaren Direktantrieb (3, 11) positionierbar angetrieben und geführt ist und die Werkstückauflage (4) mit einer Verstelleinrichtung (5) in ihrem Abstand relativ zu der Bewegungsebene (11) des mindestens einen Druckkopfes (7) verstellbar ist.The invention relates to a device (1) for three-dimensional additive printing operations, in particular according to the method of fused layer modeling / manufacturing (FLM), with at least one print head (7) and a workpiece support (4), in which the at least one print head (7). is freely movable in a plane of motion and is driven and guided positionable by a planar direct drive (3, 11) and the workpiece support (4) adjustable with an adjusting device (5) relative to the movement plane (11) of the at least one print head (7) is.
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung für dreidimensionale additive Druckoperationen, insbesondere nach dem Verfahren des Fused Layer Modeling/Manufacturing (FLM) gemäß Oberbegriff des Anspruches 1.The invention relates to a device for three-dimensional additive printing operations, in particular according to the method of fused layer modeling / manufacturing (FLM) according to the preamble of
Die sich momentan sehr dynamisch weiter entwickelnden sog. 3-D-Druckverfahren bieten die Möglichkeit, mittels unterschiedlicher Techniken und Materialien Werkstücke auf additive Weise herzustellen und erlauben damit völlig neue Ansätze und Gestaltungsmöglichkeiten zur Herstellung von Bauteilen auch in Kleinserien. Hierbei kommen sehr unterschiedliche Techniken und Materialien zum Einsatz, um das Werkstück aus z. B. pulverförmigen oder strangförmigen Vormaterialien punkt-, schicht- oder lagenweise aufzubauen. Hierbei bewegt sich in der Regel ein Bearbeitungskopf entlang der herzustellenden Werkstückkontur und beeinflusst dabei das Vormaterial punktuell derart, dass es die gewünschte Form des Werkstücks in diesem Punkt annimmt und anschließend beibehält. Der Bearbeitungskopf muss dabei teilweise komplizierte geometrische Muster abarbeiten, wozu aufgrund der Bewegungskinematik des 3-D-Druckers teilweise sehr zeitaufwändige Bearbeitungsoperationen notwendig sind. Daher liegt der Fokus des 3-D-Drucks derzeit auf der Herstellung von Werkstücken als Einzelstücke und Kleinserien, insbesondere im Bereich des Rapid-Prototyping. Auch ist bei für den Endanwender vertretbaren Investitionssummen für 3-D-Drucker in der Regel der zur Verfügung stehende Arbeitsraum der 3-D-Drucker und damit auch die Größe der derart herzustellenden Bauteile eng begrenzt.The currently very dynamically developing so-called 3-D printing processes offer the possibility to produce workpieces in an additive way by means of different techniques and materials and thus allow completely new approaches and design options for the production of components, even in small batches. Here are very different techniques and materials are used to the workpiece from z. B. powdery or strand-like materials point, layer or build layer by layer. In this case, as a rule, a machining head moves along the workpiece contour to be produced and in the process influences the starting material in places such that it assumes the desired shape of the workpiece at this point and then retains it. The processing head has to process some complicated geometric patterns, which sometimes requires very time-consuming machining operations due to the motion kinematics of the 3-D printer. Therefore, the focus of 3-D printing is currently on the production of workpieces as individual pieces and small series, especially in the field of rapid prototyping. Also, in the case of 3-D printers, which is acceptable to the end user, the available working space of the 3-D printer and thus also the size of the components to be produced in this way are generally limited.
Bei dem sog. FLM-Verfahren (FLM – Fused Layer Modeling/Manufacturing, von einem Hersteller auch als Fused Deposition Molding (FDM) bezeichnet) werden Bahnen und Schichten eines pastenförmigen Materials (z. B. aufgeschmolzene Polymere oder sonstige Kunststoffe) schichtweise aufgebracht. Die angetriebenen Achsen des 3-D-Druckers bewegen die Düse zur Abgabe des pastenförmigen Materials dabei entlang der frei wählbaren Bauteilgeometrie, sodass nach Beendigung des Prozesses das nahezu nachbearbeitungsfreie Bauteil zur Verfügung steht. Die Schichtdicke des aufgetragenen Materials liegt üblicherweise in einem Bereich von einem bzw. wenigen Zehnteln Millimeter Dicke. Durch die geringen Anforderungen an das Ausgangsmaterial können verschiedenste Thermoplaste mit unterschiedlichen Eigenschaften eingesetzt werden. So sind beispielsweise elastische, biologisch abbaubare, fluoreszierende, leitfähige, lösliche oder tribologisch verbesserte Materialien einsetzbar und bereits verfügbar. Neben der frei wählbaren Geometrie können durch den Einsatz dieser Materialien Komponenten mit höchster Funktionsintegration in einem Arbeitsgang vollautomatisch hergestellt werden. Ein weiterer Vorteil, der das FLM-Verfahren weiter von anderen etablierten Verfahren des 3D-Drucks wie dem SLM-Verfahren (Selective-Laser-Melting) abgrenzt, ist die Einbringung von Leichtbaustrukturen in geschlossenen Körpern. Da kein Pulver wie beim SLM-Verfahren eingeschlossen wird, können beispielsweise mechanisch belastete Strukturen als Hohlkörper mit innenliegender Leichtbaustruktur (z. B. biologisch inspirierter Wabenstruktur) ausgeführt werden. Das Verfahren eignet sich daher ideal für Leichtbauanwendungen bzw. ermöglicht erhebliche Materialeinsparungen bei großvolumigen Strukturen. Vorteile sind insbesondere die geringe Vorbereitungszeit, die extrem geringen Anschaffungs- und Betriebskosten, das große Materialspektrum und der einfache Umgang mit dem Verfahren. Nachteile sind insbesondere die erforderliche Stützstruktur (z. B. Überhänge) und die niedrigere Oberflächenqualität im Vergleich zum SLM-Verfahren.In the so-called FLM method (FLM - Fused Layer Modeling / Manufacturing, also referred to by a manufacturer as Fused Deposition Molding (FDM)), webs and layers of a pasty material (eg, melted polymers or other plastics) are applied in layers. The driven axes of the 3-D printer move the nozzle for dispensing the paste-like material along the freely selectable component geometry, so that after completion of the process, the almost post-processing-free component is available. The layer thickness of the applied material is usually in the range of one to a few tenths of a millimeter thickness. Due to the low requirements on the starting material, a wide variety of thermoplastics with different properties can be used. For example, elastic, biodegradable, fluorescent, conductive, soluble or tribologically improved materials can be used and already available. In addition to the freely selectable geometry, components with the highest functional integration can be produced fully automatically in one go using these materials. Another advantage that further differentiates the FLM process from other established methods of 3D printing, such as SLM (Selective Laser Melting), is the introduction of lightweight structures in closed bodies. Since no powder is included as in the SLM process, for example, mechanically loaded structures can be designed as hollow bodies with an internal lightweight structure (eg, biologically inspired honeycomb structure). The method is therefore ideal for lightweight applications or allows significant material savings in large-volume structures. Advantages are in particular the short preparation time, the extremely low acquisition and operating costs, the large material spectrum and the simple handling of the process. Disadvantages are, in particular, the required support structure (eg overhangs) and the lower surface quality in comparison to the SLM process.
Üblicherweise werden portalartig aufgebaute 3-D-Drucker verwendet, bei denen die Position des Druckkopfes relativ zum Werkstückträger mittels zweier Achsen in x- und y-Richtung verändert werden kann. Außerdem wird der Abstand zwischen dem Druckkopf und dem Werkstückträger mittels einer z-Achse so verändert, dass der Abstand zwischen dem Druckkopf und der obersten aufgedruckten Schicht möglichst konstant bleibt. Die relative Verfahrbewegung in x-, y- und z-Richtung kann entweder seitens des Werkstückträgers, seitens des Druckkopfes oder in einer beliebigen Kombination davon erfolgen. Nachteilig ist, dass insbesondere bei großen Werkstücken (z. B. 1,5 m × 1,5 m Grundfläche) der Druckkopf über lange Wege bewegt werden muss, was aufgrund der begrenzten Beschleunigungen und Verfahrgeschwindigkeiten lange Druckzeiten zur Folge hat.Typically, portal-like 3-D printers are used in which the position of the print head relative to the workpiece carrier by means of two axes in the x and y directions can be changed. In addition, the distance between the print head and the workpiece carrier is changed by means of a z-axis so that the distance between the print head and the uppermost printed layer remains as constant as possible. The relative movement in x-, y- and z-direction can be done either by the workpiece carrier, by the printhead or in any combination thereof. A disadvantage is that, in particular for large workpieces (eg 1.5 m × 1.5 m base area), the print head has to be moved over long distances, resulting in long print times due to the limited accelerations and travel speeds.
Die verfügbaren FLM-Systeme sind aber nicht in der Lage, die genannten Vorteile des eigentlichen Herstellverfahrens voll auszunutzen. Für einen wirtschaftlicheren Einsatz ist insbesondere die Produktionsgeschwindigkeit zu gering. Dies hängt auch damit zusammen, dass neben dem eigentlichen Druckkopf auch stets die Antriebs- sowie Führungselemente mitbewegt werden müssen, welche mit diesem gekoppelt sind. Hieraus ergeben sich neben anderen Nachteilen unnötig hohe Beschleunigungskräfte bzw. Einschränkungen der maximal erreichbaren Dynamik des Druckkopfes sowie geometrische Einschränkungen.However, the available FLM systems are not able to fully exploit the stated advantages of the actual manufacturing process. In particular, the production speed is too low for more economical use. This is also related to the fact that in addition to the actual printhead also always the drive and guide elements must be moved, which are coupled with this. This results, among other disadvantages unnecessarily high acceleration forces or limitations of the maximum achievable dynamics of the print head and geometric constraints.
Nach dem Stand der Technik ergeben sich beim Einsatz herkömmlicher Achskonzepte bezogen auf das FLM-Verfahren folgende Nachteile:
- • Vergleichsweise schwere Konstruktion des 3D-Druckers, insbesondere bei großen Verfahrwegen. Dies basiert auf der Vergrößerung der Führungs-, Antriebs- sowie Tragelemente. Hieraus resultiert eine reduzierte Dynamik des Kopfes im Druckprozess.
- • Massive Kollisionsproblematik bei Verwendung mehrerer, simultan arbeitender Druckköpfe. Eine effektive Zusammenarbeit mehrerer Druckköpfe wird so erschwert bzw. muss ausgeschlossen werden.
- • Geringere Präzision durch große bewegte Massen. Durch das hohe Eigengewicht der Konstruktion (Steifigkeit) wird eine präzise Führung entlang der zu erzeugenden Kontur erschwert. Dies gilt insbesondere für hochdynamische Bewegungen, die für die Qualität des additiv gefertigten Bauteils entscheidend sind.
- • Relatively heavy 3D printer design, especially for long travel distances. This is based on the enlargement of the guide, drive and support elements. This results in a reduced dynamics of the head in the printing process.
- • Massive collision problem when using multiple, simultaneous printheads. Effective collaboration of multiple printheads is so difficult or must be excluded.
- • Less precision due to large moving masses. Due to the high weight of the structure (rigidity), precise guidance along the contour to be generated is made more difficult. This is especially true for highly dynamic movements, which are crucial for the quality of the additive manufactured component.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung für dreidimensionale additive Druckoperationen aufweisend einen 3D-Drucker insbesondere für das FLM-Verfahren bereitzustellen, der in der Lage ist, die geschilderten Probleme zu beseitigen und damit die Druckergebnisse zu verbessern und den 3D-Druck wirtschaftlicher zu machen.The object of the invention is therefore to provide a device for three-dimensional additive printing operations comprising a 3D printer, in particular for the FLM method, which is able to eliminate the problems described and thus to improve the printing results and the 3D printing more economical do.
Die Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe ergibt sich aus den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 in Zusammenwirken mit den Merkmalen des Oberbegriffes. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.The solution of the object of the invention results from the characterizing features of
Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung für dreidimensionale additive Druckoperationen, insbesondere nach dem Verfahren des Fused Layer Modeling/Manufacturing (FLM), mit mindestens einem Druckkopf und einer Werkstückauflage. Eine derartige gattungsgemäße Vorrichtung wird dadurch weiter gebildet, dass der mindestens eine Druckkopf in einer Bewegungsebene frei bewegbar und durch einen planaren Direktantrieb positionierbar angetrieben und geführt ist und der Abstand zwischen Werkstückauflage und der Bewegungsebene des mindestens einen Druckkopfes mit einer Verstelleinrichtung verstellbar ist. Derartige planare Direktantriebe (auch Planarmotoren genannt) sind eine relativ neue Entwicklung im Bereich der Linearantriebe und z. B. aus der
- • Bei Vergrößerung der möglichen Verfahrwege einer solchen Vorrichtung steigt die ohnehin geringe bewegte Masse des Druckkopfes bzw. des Läufers nur minimal an (z. B. infolge längerer Zuführungen). Es ändert sich lediglich die Größe des feststehenden Stators, während der Läufer eine konstante Größe besitzt.
- • Durch die geringe Masse sind die Druckköpfe auf den Läufern auch bei großen Verfahrwegen stets hochdynamisch bewegbar.
- • Geringe Kollisionsproblematik Da die Läufer üblicherweise nur durch eine Versorgungsleitung mit der Steuerung verbunden sind, ist die Störkontur wesentlich geringer als bei konventionellen Achsen. Der simultane Einsatz mehrerer Druckköpfe ist möglich.
- • Nahezu verschleiß- und wartungsfrei Insbesondere bei großen Bauteilen müssen Verfahrbewegungen über große Strecken absolviert werden, bei denen herkömmliche Achsen stark verschleißen. Bei Planarantrieben besteht dieser Nachteil nicht.
- As the possible travel paths of such a device increase, the already small moving mass of the print head or of the runner increases only minimally (for example as a result of longer feeds). It only changes the size of the fixed stator, while the rotor has a constant size.
- • Due to their low mass, the print heads on the runners are always highly dynamic, even with long travel distances.
- • Low collision problem Since the runners are usually connected to the control only by a supply line, the interference contour is considerably smaller than with conventional axes. The simultaneous use of multiple print heads is possible.
- • Virtually free of wear and maintenance Especially with large components, traversing movements over long distances must be completed, where conventional axles wear out severely. In planar drives, this disadvantage does not exist.
Die Verwendung planarer Direktantriebe für die Bewegung des oder der Druckköpfe ist daher eine sehr vorteilhafte Möglichkeit, hochdynamisch arbeitende und trotzdem sehr genaue Druckkopfantriebe zu realisieren. Die relative Verstellung des Abstandes zwischen zweidimensional in der Bewegungsebene des Stators bewegbaren Läufern der Druckköpfe und der Werkstückauflage kann dann z. B. über scherenartige Mechanismen, Hubelemente oder sonstige bekannte Antriebe erfolgen, so dass sich zwischen den Druckköpfen und der jeweils zu bearbeitenden Oberfläche des additiv herzustellenden Werkstücks immer der richtige Abstand einstellen lässt.The use of planar direct drives for the movement of the print head (s) is therefore a very advantageous possibility for realizing highly dynamic and still very accurate print head drives. The relative adjustment of the distance between two-dimensionally movable in the plane of movement of the stator runners of the print heads and the workpiece support can then z. B. scissor-like mechanisms, lifting elements or other known drives, so that to be processed between the printheads and each Surface of the additively produced workpiece can always set the correct distance.
Von besonderem Vorteil hinsichtlich des Druckvorganges und der Kinematik der Vorrichtung ist es, wenn die Bewegungsebene des mindestens einen Druckkopfes horizontal, vorzugsweise hängend über der Werkstückauflage angeordnet ist. Durch eine horizontale und insbesondere hängend über der Versteileinrichtung angeordnete Bewegungsebene, die von dem Stator des planaren Direktantriebs gebildet wird, können der oder die Druckköpfe von oben Material auf dem darunter befindlichen Werkstück ablegen und so sukzessive das Werkstück additiv herstellen. Dabei wird die Werkstückauflage zu Beginn der Herstellung des Werkstücks recht nah an der Bewegungsebene angeordnet sein und sich mit zunehmender Ausformung des Werkstücks schichtweise und sukzessiv weiter von der Bewegungsebene entfernen.Of particular advantage in terms of the printing process and the kinematics of the device, it is when the plane of movement of the at least one print head is arranged horizontally, preferably hanging over the workpiece support. By a horizontal and in particular hanging over the adjusting device arranged movement plane, which is formed by the stator of the planar direct drive, the or the print heads can deposit from above material on the underlying workpiece and thus successively produce the workpiece additively. In this case, the workpiece support will be arranged at the beginning of the production of the workpiece quite close to the plane of movement and with increasing formation of the workpiece layer by layer and successively further away from the plane of movement.
Hierzu ist es in weiterer Ausgestaltung von Vorteil, wenn der mindestens eine Druckkopf magnetisch angezogen und von einem Luftpolster von der Bewegungsebene getrennt bewegbar an der Bewegungsebene gehalten ist. Hierzu werden üblicherweise Permanentmagneten in den Läufern der Druckköpfe angeordnet, die ausreichend stark sind, um das Gewicht des Läufers und eventueller Anbauteile, hier der Druckvorrichtung des Druckkopfes, an dem Stator magnetisch festzuhalten. Dadurch kann der Läufer und damit der Druckkopf auch bei Stromausfall oder Stromabschaltung sich nicht von dem Stator lösen und herunter fallen. Soll der Läufer des Druckkopfes nun bewegt werden, so wird aus einer externen Quelle Druckluft zwischen Stator und Läufer gedrückt, so dass der Läufer von dem Stator abgehoben wird und auf einer Luftschicht leicht beweglich relativ zu dem Stator verschiebbar ist. Durch das Funktionsprinzip des planaren Direktantriebs kann dann die Bewegung des Läufers und damit des Druckkopfes in an sich bekannter Weise gesteuert und geführt werden. Selbstverständlich ist auch eine andere Art der Entkopplung von Läufer und Stator wie etwa durch Wälzlagerungen denkbar.For this purpose, it is advantageous in another embodiment, when the at least one print head is magnetically attracted and held by an air cushion of the plane of movement separately movable on the plane of movement. For this purpose, permanent magnets are usually arranged in the runners of the print heads, which are strong enough to magnetically hold the weight of the rotor and any attachments, here the printing device of the print head, to the stator. As a result, the rotor and thus the printhead will not come off the stator and fall down even in case of power failure or power cut. If the runner of the print head is to be moved, then compressed air is forced between the stator and the runner from an external source, so that the runner is lifted off the stator and can easily be displaced on an air layer relative to the stator. Due to the functional principle of the planar direct drive, the movement of the rotor and thus of the print head can then be controlled and guided in a manner known per se. Of course, another type of decoupling of rotor and stator as by rolling bearings is conceivable.
In einer ersten denkbaren Ausgestaltung kann der mindestens eine Druckkopf über mitschleppbare Versorgungsleitungen mit Materialien und/oder Signalen und/oder Energie aus ortsfest an der Vorrichtung angeordneten Versorgungsstationen versorgt werden. So können hierfür z. B. über an sich bekannte mitschleppbare Leitsysteme unterstützt Energie leitende Kabel, Signalkabel und Stränge des Druckmaterials zwischen dem Druckkopf und den ortsfest an der Vorrichtung angeordneten Versorgungsstationen in Verbindung stehen. Solche mitschleppbaren Leitsysteme sind ebenfalls an sich bekannt und bedürfen keiner großen Modifizierung, um für den hier im Vordergrund stehenden Anwendungsbereich angewendet werden zu können.In a first conceivable embodiment, the at least one print head can be supplied with materials and / or signals and / or energy from supply stations which are stationarily arranged on the device, via transportable supply lines. So can this z. B. via per se known mitschleppbare control systems supports energy-conducting cable, signal cable and strands of the printing material between the printhead and the stationary arranged on the device supply stations are in communication. Such entrainable guidance systems are likewise known per se and do not require any great modification in order to be able to be used for the area of application in the foreground here.
In einer anderen Ausgestaltung ist es aber auch denkbar, dass die Energieversorgung des mindestens einen Druckkopfes kontinuierlich oder abschnittsweise über berührungslose induktive Übertragungstechniken oder berührungsbehaftete Schleifkontakte erfolgt. So können z. B. der oder die Druckköpfe zumindest in bestimmten Bewegungsbereichen der Bewegungsebene induktiv mit entsprechend dazu passenden Gegenkontakten in funktionalen Zusammenhang treten und Energie berührungslos auf den Druckkopf übertragen, wo diese übertragene Energie gespeichert werden kann. Dies würde auch berührend über entsprechende Schleifkontakte funktionieren, die z. B. im Randbereich der Bewegungsebene angeordnet sind und dort von den Druckköpfen gezielt zur Aufladung angefahren werden können. Hierzu können in weiterer Ausgestaltung der oder die Druckköpfe über einen mitgeführten Energiespeicher, vorzugsweise einen wiederaufladbaren Akkumulator, eine Batterie oder dgl., verfügen, der kurzzeitig aufgeladen werden und dann für eine definierbare Zeitdauer die Energieversorgung des Druckkopfes übernehmen kann.In another embodiment, however, it is also conceivable that the power supply of the at least one print head takes place continuously or in sections via non-contact inductive transmission techniques or touch-contact sliding contacts. So z. B. the printheads or at least in certain ranges of movement of the plane of motion inductively with corresponding mating mating contacts in functional connection and transfer energy without contact to the printhead, where this transmitted energy can be stored. This would also be touching on appropriate sliding contacts work, the z. B. are arranged in the edge region of the plane of movement and there can be targeted by the printheads targeted for charging. For this purpose, in a further embodiment, the one or more printheads on a carrying energy storage, preferably a rechargeable battery, a battery or the like., Have, which are charged for a short time and then can take over the power supply of the printhead for a definable period of time.
Weiterhin ist es denkbar, dass der Energiespeicher z. B. in Form einer Batterie zyklisch in einer Versorgungsstation auswechselbar ist, auch ist eine Kombination von Schleifkontakten und schnellspeicherfähigen Energiepuffern (Super-Caps) denkbar.Furthermore, it is conceivable that the energy storage z. B. in the form of a battery cyclically in a supply station is interchangeable, a combination of sliding contacts and fast storage energy buffers (Super-Caps) is conceivable.
Weiterhin ist es auch denkbar, dass der mindestens eine Druckkopf periodisch eine ortsfest an der Vorrichtung angeordnete Versorgungsstation für Druckmaterialien anfährt und dort Druckmaterialien aufnimmt. Statt über einen sich ständig immer wieder ändernden Abstand zu einem an der Vorrichtung ortsfest angeordneten Vorrat an Druckmaterial das typischerweise strangartige Druckmaterial zu führen und zu fördern, kann ein kleinerer Vorrat am Druckkopf z. B. aufgespult bevorratet und direkt von dort abgearbeitet werden. Geht dieser lokale Vorrat an Druckmaterial am Druckkopf zu Ende, kann er in weiterer Ausgestaltung den mitgeführten Vorrat durch Anfahren einer Versorgungsstation von Zeit zu Zeit wieder auffüllen. Dies kann z. B. dadurch erfolgen, dass die lokale Speicherung des mitgeführten Vorrats des zu verarbeitenden Druckmaterials eines Druckkopfes in fester oder flüssiger Form, vorzugsweise in Form beheizbarer und auswechselbarer Kartuschen oder dgl. Aufnahmebehälter erfolgt. So kann z. B. eine solche vortemperierte Kartusche an der ortsfesten Versorgungsstation abgeholt und auf den Druckkopf eingewechselt werden, wodurch etwa vorverflüssigtes Druckmaterial sofort nach dem Einwechseln abgabebereit zur Verfügung steht und sofort wieder weiter gedruckt werden kann. Zudem wirkt sich eine aufgeheizte Flüssigkeit besonders vorteilhaft auf den Energiehaushalt des Läufers aus. Als mögliches Speichermedium sind beispielsweise auswechselbare Kartuschen denkbar, die das bereits aufgeschmolzene und homogenisierte Material enthalten. Der Energieaufwand im Druckkopf beschränkt sich in diesem Falle auf die Erhaltung der Temperatur sowie das Auspressen des Druckmaterials. Auf diese Weise können lange Laufzeiten der Druckköpfe zwischen einer Wechselnotwendigkeit bei zyklischen Energie- bzw. Material-Übertragungen realisiert werden.Furthermore, it is also conceivable that the at least one print head periodically moves to a supply station for printing materials which is stationarily arranged on the device and receives printing materials there. Instead of over a constantly changing distance to a stationary on the device arranged supply of printing material to lead the typically strand-like printing material and promote, a smaller supply to the print head z. B. wound up and processed directly from there. If this local supply of printing material at the print head ends, it can, in a further embodiment, fill up the entrained stock by starting up a supply station from time to time. This can be z. B. take place in that the local storage of the entrained stock of the processed printing material of a print head in solid or liquid form, preferably in the form of heatable and replaceable cartridges or the like. Receptacle takes place. So z. For example, such a preheated cartridge can be picked up at the stationary supply station and loaded onto the print head, whereby about pre-liquefied print material immediately after the replacement is available for dispensing and can be immediately printed again. In addition, affects a heated liquid particularly advantageous on the energy balance of the runner. As a possible storage medium, interchangeable cartridges are conceivable, for example, which contain the already molten and homogenized material. The energy consumption in the print head is limited in this case to the maintenance of the temperature and the squeezing of the printing material. In this way, long run times of the print heads can be realized between a change need for cyclic energy or material transfers.
In einer weiteren Ausgestaltung ist es denkbar, dass die Signalübertragung zum mindestens einen Druckkopf drahtlos, vorzugsweise über WLAN, Bluetooth oder dgl. Nahübertragungstechnologien erfolgt. Hierdurch können wie schon vorstehend für die Energie und das Druckmaterial mitzuführende Leiter oder dgl. entfallen und die Signalübertragung über derartige Nahübertragungstechnologien erfolgen. Im Falle des Signalflusses sind hinreichend kabellose Kommunikationstechnologien bekannt, die eine ausreichend schnelle und stabile Kommunikation mit dem Druckkopf erlauben.In a further embodiment, it is conceivable that the signal transmission to the at least one printhead is wireless, preferably via WLAN, Bluetooth or the like. Nahübertragungstechnologien. As a result, conductors or the like which are to be carried along for the energy and the printing material can be dispensed with and the signal transmission can take place via such near-field transmission technologies. In the case of signal flow, sufficient wireless communication technologies are known that allow sufficiently fast and stable communication with the printhead.
Von besonderem Vorteil ist es, dass bei planaren Direktantrieben auch eine Mehrzahl von Druckköpfen bzw. Läufern simultan an verschiedenen Stellen das Werkstück herstellen oder bearbeiten können. Hierbei ist es insbesondere auch möglich, dass sich die Arbeitsräume einer Mehrzahl von Druckköpfen überlappen können und jeder Druckkopf hinsichtlich seiner Bewegungssteuerung gezielt angesteuert werden kann.It is particularly advantageous that, in the case of planar direct drives, a plurality of print heads or runners can simultaneously produce or process the workpiece at different locations. In this case, it is also possible, in particular, for the working spaces of a plurality of print heads to overlap, and for each print head to be specifically controlled with regard to its motion control.
Hierdurch ist es in weiterer Ausgestaltung denkbar, dass durch entsprechende Bahnplanung der Bewegung der Druckköpfe die Bewegungen der Mehrzahl von Druckköpfen kollisionsfrei zueinander gesteuert wird, auch bei sich überlagernden Arbeitsräumen der einzelnen Druckköpfe. Hierzu wird vorteilhafterweise vorab eine Kollisionsberechnung der Bewegungen der einzelnen Druckköpfe durchgeführt und die Ausführung der Bewegungen der einzelnen Druckköpfe aufeinander abgestimmt. Hierzu ist es in weiterer Ausgestaltung von Vorteil, wenn bei Verwendung von mitschleppbaren Leitsystemen für jeden Druckkopf die für jeden der parallel arbeitenden Druckköpfe mitschleppbaren Leitsysteme kollisionsfrei miteinander angeordnet und unabhängig voneinander zumindest in Teilen des Arbeitsraums der Druckköpfe bewegbar sind. So können die mitschleppbaren Leitsysteme der unterschiedlichen Druckköpfe z. B. in unterschiedlichen Abstandsebenen zu der Bewegungsebene des Stators angeordnet sein. Ebenfalls ist es denkbar, die sich von der Position jedes Druckkopfes relativ zu der Bewegungsebene des Stators sich jeweils ändernde geometrische Gestalt der mitschleppbaren Leitsysteme in einer Kollisionsberechnung zu berücksichtigen und damit sowohl die Kollision der in einer Ebene beweglichen Druckköpfe als auch die Kollision ihrer mitschleppbaren Leitsysteme zu verhindern.This makes it possible in a further embodiment that is controlled by appropriate path planning of the movement of the printheads, the movements of the plurality of printheads collision-free each other, even in superimposed workspaces of the individual printheads. For this purpose, advantageously, a collision calculation of the movements of the individual print heads is carried out in advance, and the execution of the movements of the individual print heads is coordinated with one another. For this purpose, it is advantageous in another embodiment, when using mitschleppbaren control systems for each printhead for each of the parallel printheads mitschleppbaren control systems arranged collision with each other and are independently movable at least in parts of the working space of the printheads. Thus, the entraageable control systems of different printheads z. B. be arranged in different distance planes to the plane of movement of the stator. It is also conceivable to take into account the geometric shape of the towable guidance systems which each of the printhead moves relative to the plane of movement of the stator in a collision calculation, and thus both the collision of the print heads movable in one plane and the collision of their entrained guidance systems prevent.
Weiterhin ist es denkbar, dass bei einer Mehrzahl von Druckköpfen einzelne oder alle Druckköpfe jeweils unterschiedliches Druckmaterial und/oder Druckmaterial in unterschiedlichen Abmessungen verarbeiten. So kann es z. B. zum Füllen größerer Kavitäten des Werkstückes mit dem Druckmaterial sinnvoll sein, einen größeren Strangquerschnitt des Druckmaterials zu verwenden. So könnte z. B. ein Druckkopf derartiges Druckmaterial größeren Strangquerschnittes verarbeiten, wohingegen ein anderer Druckkopf für eher filigranere Druckarbeiten einen kleineren Strangquerschnitt des Druckmaterials benutzt und mit diesem versorgt wird.Furthermore, it is conceivable that in the case of a plurality of print heads, individual or all print heads process different print material and / or print material in different dimensions. So it may be z. B. be useful for filling larger cavities of the workpiece with the printing material to use a larger strand cross-section of the printing material. So z. For example, a printhead will process such print material with a larger strand cross-section, whereas another printhead will use a smaller strand cross-section of the print material for more filigree printing work and be supplied with it.
Von Vorteil ist es aufgrund der leicht skalierbaren Größe des Stators, dass die Abmessungen von Werkstückauflage und Bewegungseinrichtungen der Vorrichtung eine Herstellung von großvolumigen Werkstücken bis zu Abmessungen von 1,5 m × 1,5 m × 1,5 m oder auch größer ermöglichen.It is advantageous, due to the easily scalable size of the stator, that the dimensions of the workpiece support and moving devices of the device make it possible to produce large-volume workpieces up to dimensions of 1.5 m × 1.5 m × 1.5 m or even larger.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung bietet damit gegenüber dem Stand der Technik folgende Vorteile:
- • Stark erhöhte Prozessgeschwindigkeit durch parallelen Materialauftrag mit einer Mehrzahl oder Vielzahl von Druckköpfen,
- • simultanes Drucken mehrerer unterschiedlicher Materialien („Multimaterial”) oder unterschiedlicher Konfektionierung gleicher Materialien,
- • einfacher Aufbau des Drucksystems,
- • ausgezeichnete Skalierbarkeit,
- • hohe Präzision und Dynamik,
- • bei sehr großen Druckräumen hohe Wirtschaftlichkeit,
- • nahezu verschleißfrei.
- • greatly increased process speed through parallel material application with a plurality or plurality of printheads,
- Simultaneous printing of several different materials ("multimaterial") or different packaging of the same materials,
- • simple construction of the printing system,
- • excellent scalability,
- • high precision and dynamics,
- • high efficiency in the case of very large pressure chambers,
- • almost wear-free.
Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zeigt die Zeichnung.A particularly preferred embodiment of the device according to the invention is shown in the drawing.
Es zeigen:Show it:
In der
Der Stator
Die beiden hier dargestellten Druckköpfe
Auf den hier ebenen Läuferplatten
Zur Generierung der notwendigen Bewegungsbahnen zur Ablage des Druckmaterials
Auf einem Stator
Weiterhin ist es möglich, dass die unterschiedlichen gleichzeitig arbeitenden Druckköpfe
In der
In der
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Vorrichtungcontraption
- 22
- Gestellframe
- 33
- Läuferrunner
- 44
- WerkstückauflageWorkpiece support
- 55
- Verstellbewegung WerkstückauflageAdjustment movement workpiece support
- 66
- Werkstückworkpiece
- 77
- Druckkopfprinthead
- 88th
- Bewegungsrichtungen DruckkopfMovement directions Printhead
- 99
- Düsejet
- 1010
- Druckmaterialmedia
- 1111
- Statorstator
- 1212
- Drehtellerturntable
- 1313
- Rotationsbewegung DrehtellerRotational motion turntable
- 1414
- Sendertransmitter
- 1515
- Empfängerreceiver
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 10329931 A1 [0009] DE 10329931 A1 [0009]
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DE102016009434.6A DE102016009434A1 (en) | 2016-07-31 | 2016-07-31 | Device for three-dimensional additive printing operations, in particular according to the method of Fused Layer Modeling / Manufacturing (FLM), with planar direct drive |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN111590713A (en) * | 2020-05-26 | 2020-08-28 | 赵行凤 | Ceramic 3D printing extrusion molding device with heating device |
US20220314513A1 (en) * | 2021-03-30 | 2022-10-06 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Injection molding machine, additive manufacturing apparatus, and pressure control method |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5968561A (en) * | 1998-01-26 | 1999-10-19 | Stratasys, Inc. | High performance rapid prototyping system |
DE10329931A1 (en) | 2003-07-02 | 2005-02-03 | Lat Suhl Ag | Planar direct drive unit with position measuring system for machine tool has first and second active drive modules holding workpieces connected via measuring system |
US7625198B2 (en) * | 2004-08-11 | 2009-12-01 | Cornell Research Foundation, Inc. | Modular fabrication systems and methods |
WO2015073322A1 (en) * | 2013-11-13 | 2015-05-21 | Abb Technology Ag | System for robotic 3d printing |
-
2016
- 2016-07-31 DE DE102016009434.6A patent/DE102016009434A1/en active Pending
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5968561A (en) * | 1998-01-26 | 1999-10-19 | Stratasys, Inc. | High performance rapid prototyping system |
DE10329931A1 (en) | 2003-07-02 | 2005-02-03 | Lat Suhl Ag | Planar direct drive unit with position measuring system for machine tool has first and second active drive modules holding workpieces connected via measuring system |
US7625198B2 (en) * | 2004-08-11 | 2009-12-01 | Cornell Research Foundation, Inc. | Modular fabrication systems and methods |
WO2015073322A1 (en) * | 2013-11-13 | 2015-05-21 | Abb Technology Ag | System for robotic 3d printing |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN111590713A (en) * | 2020-05-26 | 2020-08-28 | 赵行凤 | Ceramic 3D printing extrusion molding device with heating device |
US20220314513A1 (en) * | 2021-03-30 | 2022-10-06 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Injection molding machine, additive manufacturing apparatus, and pressure control method |
US11911947B2 (en) * | 2021-03-30 | 2024-02-27 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Injection molding machine, additive manufacturing apparatus, and pressure control method |
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