AT525136A2

AT525136A2 - Verfahren zum haften von 3d-gedruckten schmelzschichtungelementen auf geweben

Info

Publication number: AT525136A2
Application number: ATA9428/2020A
Authority: AT
Inventors: B Henry Samuel; G Bauer Walter
Original assignee: Kimberly Clark Co
Priority date: 2020-01-31
Filing date: 2020-01-31
Publication date: 2022-11-15
Also published as: DE112020006115T5; US20230066967A1; WO2021154292A1; AT525136A3

Abstract

Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf die Verwendung der additiven Fertigung, insbesondere eines Schmelzschichtung-(Fused Deposition Modeling, FDM)-Verfahrens, bei der Herstellung von Geweben. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Offenbarung auf die Verwendung der additiven Fertigung zur Herstellung dreidimensionaler Elemente auf einer Gewebeträgerstruktur. Ebenfalls offenbart werden Verfahren zur Ermittlung der räumlichen Beziehung zwischen einer Gewebeträgerstruktur und eines bei der additiven Fertigung verwendeten Druckkopfes.

Description

BEREICH DER OFFENBARUNG

Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf die Verwendung der additiven Fertigung, insbesondere eines Schmelzschichtung-(Fused Deposition Modeling, FDM)-Verfahrens, bei der Herstellung von Geweben. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Offenbarung auf die Verwendung der additiven Fertigung zur Herstellung dreidimensionaler Elemente auf einer Gewebeträgerstruktur. Ebenfalls offenbart werden Verfahren zur Ermittlung der räumlichen Beziehung zwischen einer Gewebeträgerstruktur und eines bei der additiven Fertigung

verwendeten Druckkopfes. HINTERGRUND DER OFFENBARUNG

Bei der Herstellung von Papier- und Gewebematerialien, insbesondere von saugfähigen Produkten, besteht ein ständiger Verbesserungsbedarf in Bezug auf das Erscheinungsbild der Produkte. Absorbierende Tissue-Produkte werden häufig geprägt, um den Verbrauchern optisch ansprechende Texturen oder dekorative Muster zu verleihen. In einigen Fällen können Texturen oder dekorative Muster auf Tissue-Produkten durch additive oder schichtweise Herstellungsverfahren, wie beispielsweise den 3D-Druck, erzielt werden. Derartige Verfahren können zur Herstellung von Produkten mit einem extrudierten oder aufgedruckten dreidimensionalen Element verwendet werden, das entweder diskrete oder kontinuierliche Muster auf dem Gewebe bildet. Gedruckte oder extrudierte 3D-Elemente haften jedoch nicht immer gut auf den darunterliegenden Geweben. Zusätzlich kann das Drucken von 3DElementen auf Gewebe das Gewebe bei zu schnellem Druck beschädigen und dadurch schwächen. Infolgedessen können herkömmliche 3D-Drucktechniken zeitaufwändig sein und zu

einer unzureichenden Haftung des 3D-Elements auf dem Gewebe führen.

Daher besteht nach wie vor ein Bedarf an Produkten auf Gewebe-/Papierbasis und Verfahren zur Herstellung solcher Produkte, die visuell erkennbare 3D-Elemente aufweisen, die durch additive Fertigung, wie etwa 3D-Druck, schnell hergestellt werden können, ohne das Gewebe zu

beschädigen, und bei denen die gedruckten Elemente adäquat auf dem Gewebe haften. KURZE BESCHREIBUNG DER OFFENBARUNG

In einem Aspekt ist die vorliegende Offenbarung auf ein Verfahren zur additiven Fertigung eines

Gewebes gerichtet, das Verfahren umfassend: Vorsehen einer Trägerstruktur mit einer oberen

2131 1

zusätzlichen Schicht die Plattformschicht berührt.

In einem weiteren Aspekt sieht die vorliegende Offenbarung ein Verfahren zur Identifizierung einer Spitze der Trägerstruktur vor durch: i) Transportieren eines Extrusionskopfes über die obere Fläche einer Trägerstruktur in der x-y-Ebene, ohne die Trägerstruktur zu berühren; und 1i) während des Transports des Extrusionskopfes über die obere Fläche der Trägerstruktur, schrittweises Absenken des Extrusionskopfes in z-Richtung in Richtung der oberen Fläche der

Trägerstruktur, bis die Filamente der Trägerstruktur sich zu zersetzen beginnen.

In einem anderen Aspekt ist die vorliegende Offenbarung auf ein Gewebe gerichtet, umfassend: eine Trägerstruktur mit einer oberen Fläche, einer der oberen Fläche gegenüberliegenden unteren Fläche, einer x-y-Ebene und einer sich von der unteren Fläche zu der oberen Fläche in einer zRichtung senkrecht zur x-y-Ebene erstreckenden Stärke, wobei die Trägerstruktur eine Vielzahl von Filamenten und Hohlräumen zwischen den Filamenten umfasst; eine ein Plattformschichtmaterial umfassende diskontinuierliche Plattformschicht auf der oberen Fläche der Trägerstruktur, wobei zumindest ein Teil der Hohlräume mit dem Plattformschichtmaterial gefüllt ist; und zumindest eine zusätzliche Schicht; wobei zumindest ein Teil der zumindest

einen zusätzlichen Schicht die Plattformschicht berührt. KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Figur1 ist eine fragmentarische Draufsicht auf eine Trägerstruktur der vorliegenden

Offenbarung. Figur 2 ist eine Querschnittsansicht einer Trägerstruktur der vorliegenden Offenbarung.

Figur 3 ist eine Querschnittsansicht einer Trägerstruktur der vorliegenden Offenbarung mit einer

darauf befindlichen kontinuierlichen Plattformschicht.

3/31 2

Plattformschicht berührt

Figur 5 ist eine Querschnittsansicht einer Trägerstruktur der vorliegenden Offenbarung mit einer darauf befindlichen diskontinuierlichen Plattformschicht und einer zusätzlichen Schicht, die die

Plattformschicht berührt. DEFINITIONEN

Wie hierin verwendet, bezieht sich der Begriff „Gewebe“ auf Stoff- oder Papierprodukte, die eine Vielzahl von Filamenten sowie Hohlräume zwischen den Filamenten umfassen. Das Gewebe kann ein Gewebe- oder Vliesmaterial sein und kann Papierherstellungsbänder oder aus Tissue-Bahnen hergestellte Produkte (z.B. Badetücher, Kosmetiktücher, Papierhandtücher, Tücher (z.B. Industrie-, Gastronomie- oder Körperpflegetücher), Servietten, medizinische Tupfer und dergleichen) umfassen. Das Gewebe kann in einer Vielzahl von Verfahren hergestellt werden, einschließlich, jedoch nicht beschränkt auf _Luftlegeverfahren, Nasslegeverfahren wie beispielsweise bei Geweben oder Handtüchern auf Zellulosebasis, Wasserstrahlverfestigungsverfahren, Stapelfaserkardierung und -bindung, Lösungsspinnen oder ein ungekrepptes, durchluftgetrocknetes (UTAD)-Verfahren. Das Gewebe kann aus einer Vielzahl von Materialien bestehen, einschließlich Naturfasern, synthetischen Fasern oder

Kombinationen davon.

Wie hierin verwendet, bezieht sich der Begriff „Element“ oder „3D-Element‘“ auf ein Material,

das sich in z-Richtung von der Ebene einer Trägerstruktur aus erstreckt.

Der hierin verwendete Begriff „kontinuierliche Schicht“ bezieht sich auf eine auf einer Trägerstruktur angeordnete Schicht (z. B. eine Plattformschicht), die sich ohne Unterbrechung durch die gesamte Trägerstruktur oder über die gesamte obere Fläche der Trägerstruktur

erstreckt.

Der hierin verwendete Begriff „diskontinuierliche Schicht“ bezieht sich auf eine Schicht, die als separate, unverbundene Elemente auf einer Trägerstruktur aufgebracht ist. In einem Beispiel kann eine Vielzahl von diskreten Elementen, wie beispielsweise Punkte und/oder Striche zur

Bildung eines Musters angeordnet sein.

Wie hierin verwendet, bezieht sich „Muster“ oder „dekoratives Muster“ auf jedes sich nicht

zufällig wiederholende Design, jede Figur oder jedes Motiv. Dabei müssen die Elemente des

wird als dekoratives Muster betrachtet.

Wie hierin verwendet, bezieht sich der Begriff „Öffnung“ auf eine Öffnung, die auf einer

Oberfläche eines dreidimensionalen Elements, wie hierin offenbart, angeordnet ist.

Der hierin verwendete Begriff „Festkörper-Freiformfabrikation“ (Solid Freeform Fabrication, SFF) bezieht sich allgemein auf den dreidimensionalen Druck von Material unter Verwendung eines der bekannten Schichtherstellungsverfahren, wie Stereolithographie, selektives Lasersintern, Tintenstrahldruck, Herstellung von Laminatobjekten, Schmelzschichtung (Fused Deposition Modeling), lasergestütztes Schweißen oder Plattieren und Formablagerungsmodellierung. SFF umfasst in der Regel die Darstellung eines 3D-Objekts mit einer computergestützten Design-(CAD)-Geometriedatei, die Konvertierung der Konstruktionsdatei in einen Maschinensteuerungsbefehl und die Verwendung des Befehls zur Ansteuerung und Kontrolle eines Werkzeugs zur Teileerstellung, um Teile im Wesentlichen

Punkt für Punkt oder Schicht für Schicht zu erstellen.

Der hierin verwendete Begriff „additive Fertigung“ bezieht sich auf Fertigungstechniken, bei denen ein dreidimensionales Objekt oder Element durch schichtweises Auftragen von Material entsteht. Die additiven Fertigungsverfahren beinhalten die Freiformfabrikations- und die

Schmelzschichtungsverfahren.

Wie hierin verwendet, bezieht sich der Begriff „3D-Druck‘“ im Allgemeinen auf ein Schmelzschichtungsverfahren (nachfolgend als FDM abgekürzt), wie in US-Pat. Nr. 5,121,329 beschrieben, dessen Inhalt hiermit in einer mit der vorliegenden Offenbarung übereinstimmenden Weise durch Bezugnahme aufgenommen wird, und bei dem generell eine beheizte Düse zum Schmelzen und Extrudieren eines Materials wie Nylon, ABS-Kunststoff (Acrylnitril-Butadien-Styrol) und Wachs verwendet wird. Das Aufbaumaterial wird der Düse in

Form eines Stranges oder Filaments zugeführt.

Der hierin austauschbar verwendete Begriff „Druckkopf“ oder „Extrusionskopf“ bezeichnet die gesamte Vorrichtung zum Fördern, Schmelzen und Auftragen eines Filaments in einem

extrusionsbasierten 3D-Druckverfahren.

Wie hierin verwendet, bezieht sich der Begriff „gewebt“ allgemein auf eine aus einer Vielzahl miteinander verbundener Filamente gebildete Struktur. Gewebt bezieht sich auf Strukturen, die eine Vielzahl von Filamenten umfassen, die durch Verweben von zwei oder mehr Filamenten

miteinander verbunden sind, beispielsweise durch Verflechtung in einem sich wiederholenden

5/31 4

Patent Nr. 5,334,440 offenbart sind. AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER OFFENBARUNG

Die vorliegende Offenbarung ist auf die Verwendung der additiven Fertigung und insbesondere der SFF, wie beispielsweise ein Schmelzschichtungs-(Fused Deposition Modeling, FDM)Verfahren, bei der Herstellung von Geweben gerichtet. Insbesondere richtet sich die vorliegende Offenbarung auf die Verwendung der additiven Fertigung zur Herstellung von

dreidimensionalen (3D) Elementen auf einer Gewebeträgerstruktur.

Es wurde jetzt entdeckt, dass die Verwendung der additiven Fertigung, insbesondere FDM, bei der Herstellung von Geweben mit darauf befindlichen 3D-Elementen oder dekorativen Mustern verbessert werden kann, indem zunächst eine Plattformschicht auf einer Gewebeträgerstruktur gebildet wird, bevor weitere Schichten des 3D-Elements gebildet werden. Die Plattformschicht sieht vorteilhafterweise eine Plattform für das Hinzufügen weiterer Schichten vor, ohne die Festigkeit der Trägerstruktur zu beschädigen oder anderweitig zu beeinträchtigen, und ermöglicht so ein schnelleres Drucken der nachfolgenden Schichten. Die Plattformschicht verbessert durch das Vorsehen einer Haftfläche für nachfolgende Schichten auch die Haftung

von FDM-3D-Elementen auf der Oberfläche einer Gewebeträgerstruktur.

Insbesondere wird die Plattformschicht durch Aufbringen eines fließfähigen Plattformschichtmaterials von einem Extrusionskopf, der über eine obere Fläche der Trägerstruktur transportiert wird, auf eine Oberfläche der Trägerstruktur gebildet. Das fließfähige Plattformschichtmaterial hat eine ausreichend niedrige Viskosität, damit das fließfähige Plattformschichtmaterial in die Hohlräume der Trägerstruktur fließen kann. Insbesondere fließt das fließfähige Plattformschichtmaterial bei Kontakt mit der Trägerstruktur in und um die Filamente, die die Trägerstruktur bilden, und in die Hohlräume, in denen es sich verfestigt, wodurch es die Form der Hohlräume annimmt und die Filamente umschließt, um die Plattformschicht mechanisch an der Trägerstruktur zu befestigen. Die zusätzlichen, das 3DElement bildenden Schichten können anschließend auf die Trägerstruktur und/oder die

Plattformschicht gedruckt werden.

In einem Aspekt ist die vorliegende Offenbarung daher auf ein Verfahren zur additiven Fertigung eines Gewebes gerichtet, das Verfahren umfassend: Vorsehen einer Trägerstruktur mit

einer oberen (d.h. dem Extrusionskopf zugewandten) Fläche, einer der oberen Fläche

6/31 >

Plattformschicht berührt.

Trägerstruktur

Die Trägerstruktur kann ein beliebiges Gewebematerial sein, das eine Vielzahl von Filamenten sowie Hohlräume zwischen den Filamenten umfasst. Die Trägerstruktur kann beispielsweise ein Gewebe- oder Vliesmaterial sein und kann Papierherstellungsbänder oder aus Tissue-Bahnen hergestellte Produkte (z.B. Badetücher, Kosmetiktücher, Papierhandtücher, Tücher (z.B. Industrie-, Gastronomie- oder Körperpflegetücher), Servietten, medizinische Tupfer und dergleichen) umfassen. Die Trägerstruktur kann in einer Vielzahl von Verfahren hergestellt werden, einschließlich, jedoch nicht beschränkt auf Luftlegeverfahren, Nasslegeverfahren wie beispielsweise bei Geweben oder Handtüchern auf Zellulosebasis, Wasserstrahlverfestigungsverfahren, Stapelfaserkardierung und -bindung und Lösungsspinnen. In einer Ausführungsform wird die Trägerstruktur in einem ungekreppten, durchluftgetrockneten (UCTAD)-Verfahren hergestellt. Beispiele für derartige Verfahren sind in der Technik bekannt und werden beispielsweise in den U.S. Patent Nrn. 6,736,935; 6,887,348; und 6,953,516

beschrieben, die hierin durch Verweis einbezogen werden.

Die Trägerstruktur kann aus einem einlagigen oder mehrlagigen Gewebe bestehen. Beispiele geeigneter Trägerstrukturen sind beispielsweise in WO 20119/028052 und US 2018/0209096 beschrieben, die hierin durch Bezugnahme aufgenommen werden, soweit sie mit der

vorliegenden Offenbarung übereinstimmen.

Die die Trägerstruktur bildenden Filamente (hierin auch als „Fasern“ bezeichnet) können aus einer Vielzahl von Materialien hergestellt sein. Die Filamente können beispielsweise ein thermoplastisches Harz, einen Silikonkautschuk oder einen nicht-silikonisierten vulkanisierten

Kautschuk umfassen, der zumindest mehrheitlich aus einem Fluorelastomer mit guter Wärme-

7131 °

die Trägerstruktur Polyphenylensulfid.

Die Trägerstrukturen der vorliegenden Offenbarung umfassen vorteilhafterweise Hohlräume zwischen den Filamenten. Wie hier erläutert, dringt das fließfähige Plattformschichtmaterial bei der Auftragung in die Trägerstruktur ein, füllt die Hohlräume aus und umgibt die Filamente der Trägerstruktur. Die fließfähige Plattformschicht verfestigt sich anschließend und nimmt die Form der Hohlräume an, wodurch die Plattformschicht auf der Trägerstruktur fixiert wird. Wie nachfolgend erläutert, können die Größe der Hohlräume und die Verteilung der Hohlräume in der Trägerstruktur die Fähigkeit des fließfähigen Plattformschichtmaterials zum Eindringen in die Hohlräume beeinflussen. Zur Unterstützung des Plattformschichtmaterials beim Füllen der Hohlräume ist es in bestimmten Ausführungsformen wünschenswert, dass die Hohlräume in der Trägerstruktur einen Durchmesser von wenigstens 100 um aufweisen. In einer Ausführungsform entspricht der Abstand zwischen den Hohlräumen in etwa der Extrusionsbreite

oder ist kleiner.

Bezugnehmend auf Figur 1 ist darin eine fragmentarische Draufsicht auf eine beispielhafte Trägerstruktur (10) (hier auch als Gewebe oder Gewebeträgerstruktur bezeichnet) dargestellt. Die Trägerstruktur (10) liegt in einer x-y-Ebene und umfasst eine Vielzahl von Filamenten (14) sowie Hohlräume (15) zwischen den Filamenten. In Ausführungsformen, bei denen die Trägerstruktur ein Papierherstellungsband ist, kann die Trägerstruktur (10) zwei Hauptmaße aufweisen - eine Maschinenrichtung (Machine Direction, „MD*“°), die die Richtung innerhalb der Ebene des Bandes 10 parallel zu der Hauptlaufrichtung des Gewebes während der Herstellung ist, und eine Maschinenquerrichtung (Cross-Machine Direction, „CD“, die im Allgemeinen orthogonal zu der Maschinenrichtung verläuft. Die Trägerstruktur (10) ist allgemein flüssigkeitsund luftdurchlässig. Die Trägerstruktur kann jedes beliebige Gewebematerial sein, das

Hohlräume in oder zwischen den die Trägerstruktur bildenden Filamenten umfasst.

8/31 7

bevorzugten Ausführungsform ist die Trägerstruktur ein Gewebe.

Bezugnehmend auf Figur2 ist darin eine Querschnittsansicht einer beispielhaften gewebten Trägerstruktur (20) dargestellt. Die Trägerstruktur (20) liegt in einer x-y-Ebene und weist eine obere Fläche (21), eine der oberen Fläche gegenüberliegende untere Fläche (22) und eine sich von der unteren Fläche zu der oberen Fläche erstreckende Stärke (23) in einer zur x-y-Ebene senkrechten z-Richtung auf. Die Trägerstruktur (20) umfasst eine Vielzahl von Filamenten (24) sowie Hohlräume (25) zwischen den Filamenten. In einer Ausführungsform kann die Trägerstruktur im Wesentlichen planar sein oder eine durch Erhöhungen definierte dreidimensionale Fläche aufweisen. Wie in Figur 2 dargestellt, weist die obere Fläche (21) der Trägerstruktur (20) in einer Ausführungsform eine unebene Topographie auf, wobei bestimmte Punkte der Filamente höher liegen als andere Punkte der Filamente. In einer Ausführungsform kann die Trägerstruktur (20) derart aufgebaut sein, dass die höchsten Punkte der Filamente (24)

im Wesentlichen koplanar sind und eine Spitze (26) der Trägerstruktur bilden. Plattformschicht

Das zur Bildung der Plattformschicht verwendete Material (hier auch als „Plattformschichtmaterial‘ bezeichnet) kann jedes Material sein, das in additiven Fertigungsverfahren wie FDM verwendet werden kann. Bei dem Plattformschichtmaterial kann es sich insbesondere um jedes Material handeln, das zu einem fließfähigen Zustand schmelzen und in den Hohlräumen der Trägerstruktur wieder verfestigen kann. Beispiele für geeignete Materialien beinhalten Thermoplaste, Epoxide, andere polymere Materialien und Kombinationen davon. In bestimmten Ausführungsformen umfasst die Plattformschicht einen Thermoplasten, wie zum Beispiel einen Thermoplasten umfassend etwa 0,5 bis 10 Gewichtsprozent Silikon und ein Basispolymer ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Polyethersulfonen, Polyetherimiden, Polyphenylsulfonen, Polyphenylenen, Polycarbonaten, hochschlagfesten Polystyrolen, Polysulfonen, Polystyrolen, Acrylen, amorphen Polyamiden, Polyestern, Nylonen, PEEK, PEAK und ABS. In anderen Ausführungsformen ist das Plattformschichtmaterial ein Polymermaterial, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus PET (Polyester), PPS (Polyphenylensulfid), PCTA (Poly 1,4 Cyclohexandimethylenterephthalat),) PEN (Polyethylennaphthalat),) PVDF (Polyvinylidenfluorid), PEEK (Polyetheretherketon) und Kombinationen davon. In einer bestimmten Ausführungsform umfasst das Plattformschichtmaterial Polyphenylensulfid. In

einigen Ausführungsformen kann das Plattformschichtmaterial außerdem verschiedene Additive

9/31 8

physikalischen Eigenschaften des Endprodukts verbessern.

In anderen Ausführungsformen kann das Plattformschichtmaterial lichthärtende und selbsthärtende Harze beinhalten. Lichthärtende Harze können Harze beinhalten, die durch UVHärtung, Härtung mit sichtbarem Licht, Elektronenstrahlhärtung, Gammastrahlungshärtung, Hochfrequenzhärtung, Mikrowellenhärtung, Infrarothärtung oder andere bekannte Verfahren, die die Anwendung von Strahlung zur Härtung eines Harzes beinhalten, aushärten. Geeignete Harze können auch diejenigen beinhalten, die durch eine chemische Reaktion ohne zusätzliche Strahlung ausgehärtet werden können, wie zum Beispiel bei der Aushärtung eines Epoxidharzes, der Extrusion eines selbsthärtenden Polymers wie einer Polyurethanmischung, der thermischen Aushärtung, der Verfestigung einer aufgetragenen Heißschmelze oder eines geschmolzenen

Thermoplasten

Wie hierin erläutert, wird das Plattformschichtmaterial in einem fließfähigen Zustand auf die Trägerstruktur aufgebracht. Befindet sich das Plattformschichtmaterial in einem fließfähigen Zustand, wird es hierin auch als „fließfähiges Material“ oder „fließfähiges Plattformschichtmaterial‘ bezeichnet. Um das fließfähige Plattformschichtmaterial zu erhalten, wird das Plattformschichtmaterial vor dem Aufbringen zumindest auf den Schmelzpunkt des Materials erwärmt. Die Fähigkeit des fließfähigen Plattformschichtmaterials, die Hohlräume in der Trägerstruktur zu füllen, kann durch den Durchmesser der Hohlräume in der Trägerstruktur und die Viskosität des fließfähigen Plattformschichtmaterials beeinflusst werden. Insbesondere versteht sich, dass das fließfähige Plattformschichtmaterial umso leichter in die Hohlräume der Trägerstruktur fließt, je niedriger die Viskosität des Materials ist. Insbesondere bei kleinen Hohlraumdurchmessern oder Hohlraumvolumina sind niedrigere Viskositäten wünschenswert. Das fließfähige Plattformschichtmaterial weist daher bevorzugt eine ausreichend niedrige Viskosität auf, um Hohlräume in der Trägerstruktur so tief zu durchdringen, dass beim Abkühlen eine mechanische Spannung entsteht. In einer bestimmten Ausführungsform wird das fließfähige Plattformschichtmaterial bevorzugt eine ausreichend niedrige Viskosität aufweisen, damit das fließfähige Plattformschichtmaterial bis zu einer Tiefe von wenigstens 50 % der Stärke

der Trägerstruktur in die Trägerstruktur eindringen kann.

Das Plattformschichtmaterial kann auf jede Temperatur erwärmt werden, bei der das Material fließfähig ist, einschließlich auf wenigstens den Schmelzpunkt des Materials. In bestimmten Ausführungsformen kann es wünschenswert sein, das Plattformschichtmaterial auf eine

Temperatur oberhalb seines Schmelzpunktes zu erwärmen. Insbesondere ermöglicht das

10/31?

auf die Trägerstruktur aufgebracht wird.

Im Allgemeinen ist es bevorzugt, dass die Temperatur des fließfähigen Plattformschichtmaterials nicht so hoch ist, dass die Trägerstruktur bei Kontakt mit dem fließfähigen Plattformschichtmaterial beschädigt (z. B. geschmolzen, verbrannt oder anderweitig zersetzt) wird. Daher sollten das Plattformschichtmaterial, die Trägerstruktur und die Temperatur, auf die das Plattformschichtmaterial erwärmt wird, so gewählt werden, dass sich das Plattformschichtmaterial beim Aufbringen auf die Trägerstruktur in einem fließfähigen Zustand befindet, die Trägerstruktur jedoch bei Kontakt mit dem fließfähigen Plattformschichtmaterial nicht beschädigt (z. B. geschmolzen, verbrannt oder anderweitig zersetzt) wird. Da die Trägerstruktur durch die Verfahren der vorliegenden Offenbarung nicht beschädigt (z.B. geschmolzen oder verbrannt) wird, wird die Festigkeit der Trägerstruktur (Gewebe) während des Druckprozesses nicht beeinträchtigt. In einer bestimmten Ausführungsform wird das Plattformschichtmaterial auf eine Temperatur erwärmt, die wenigstens dem Schmelzpunkt des Plattformschichtmaterials entspricht, jedoch nicht höher ist als der Schmelz- (oder Brenn)-punkt der Trägerstruktur. In einer bestimmten Ausführungsform umfassen das Plattformschichtmaterial und die Trägerstruktur beide Polyphenylensulfid, und das Plattformschichtmaterial wird auf den Schmelzpunkt von Polyphenylensulfid (d. h. etwa 280 °C285 °C) erwärmt, um ein fließfähiges Plattformschichtmaterial zu erhalten, das auf die

Trägerstruktur aufgebracht wird.

Es versteht sich, dass es auch möglich ist, ein auf eine Temperatur oberhalb des Schmelz/Brennpunkts der Trägerstruktur erwärmtes Plattformschichtmaterial auf die Trägerstruktur aufzubringen, ohne die Trägerstruktur selbst zu beschädigen. Die Wärmeleistung der Trägerstruktur kann insbesondere von anderen Faktoren als der Temperatur des fließfähigen

Plattformschichtmaterials und dem Schmelz-/Brennpunkt der Trägerstruktur beeinflusst werden.

beschädigt wird.

Wie hierin erläutert, ist die Maximierung des KEindringens des fließfähigen Plattformschichtmaterials in die Hohlräume der Trägerstruktur wünschenswert. Inzwischen wurde entdeckt, dass das Eindringen des fließfähigen Plattformschichtmaterials in die Hohlräume der Trägerstruktur durch Aufbringen des fließfähigen Plattformschichtmaterials auf eine erwärmte Trägerstruktur erleichtert werden kann. Durch das Aufbringen des fließfähigen Plattformschichtmaterials auf eine erwärmte Trägerstruktur kühlt das Tfließfähige Plattformschichtmaterial nicht so schnell ab und ermöglicht somit eine längere Zeitdauer, in der das fließfähige Plattformschichtmaterial in die Hohlräume der Trägerstruktur eindringen und

diese ausfüllen kann, bevor es sich verfestigt.

Daher können die Verfahren der vorliegenden Offenbarung in einem anderen Aspekt ferner das Erwärmen der Trägerstruktur vor der Bildung der Plattformschicht umfassen. Die Trägerstruktur kann auf eine beliebige Temperatur erwärmt werden, bei der die Trägerstruktur nicht beschädigt (z.B. geschmolzen oder anderweitig zersetzt) wird. In einer Ausführungsform wird die Trägerstruktur auf eine Temperatur von wenigstens 70 °C, oder wenigstens 80 °C, wenigstens 90°C, wenigstens 100 °C, wenigstens 110 °C, wenigstens 120 °C, wenigstens 130 °C, wenigstens 140 °C, wenigstens 150 °C, wenigstens 180 °C, wenigstens 200 °C, wenigstens 220 °C, wenigstens 250 °C, oder wenigstens 270 °C erwärmt. In einer Ausführungsform wird die Trägerstruktur auf eine Temperatur unterhalb des Schmelzpunkts der Trägerstruktur erwärmt, einschließlich 1 °C, 2 °C, 5 °C, 10 °C, 15 °C, 20 °C, 30 °C, 40 °C, 50 °C, 60 °C, 70 °C, 80 °C, 90 °C oder 100 °C unterhalb des Schmelzpunkts der Trägerstruktur. Die Trägerstruktur kann mit beliebigen geeigneten Mitteln erwärmt werden, die in der Technik zum Erwärmen von

Gewebeträgerstrukturen bekannt sind. In einer Ausführungsform wird die Trägerstruktur

Umgebungstemperatur ermöglicht.

In einigen Ausführungsformen erstreckt sich die Plattformschicht bis zu der oberen (dem Extrusionskopf zugewandten) Fläche der Trägerstruktur. In anderen Ausführungsformen erstreckt sich die Plattformschicht in z-Richtung über die obere Fläche der Trägerstruktur. Eine derartige Ausführungsform ist beispielsweise in Figur3 dargestellt. Es hat sich nun herausgestellt, dass eine Verlängerung der Plattformschicht in z-Richtung über die obere Fläche der Trägerstruktur zu einer besseren Haftung der das 3D-Element bildenden zusätzlichen Schichten auf dem Gewebe führen kann. Dies kann zum Beispiel durch Aufbringen des fließfähigen Plattformschichtmaterials ohne Kontakt des Extrusionskopfes mit der Trägerstruktur erreicht werden. Daher berührt der Extrusionskopf in einem anderen Aspekt bei der Bildung der

Plattformschicht nicht die obere Fläche der Trägerstruktur.

Mit Bezug auf Figur 3 ist darin zum Beispiel eine Querschnittsansicht einer beispielhaften gewebten Trägerstruktur (30) mit einer darauf befindlichen Plattformschicht (31) dargestellt. Die Plattformschicht (31) füllt die Hohlräume (32) in der Trägerstruktur (30) aus und umgibt die Filamente (33) der Trägerstruktur. Die Plattformschicht (31) erstreckt sich in z-Richtung über

die Spitze (34) der Trägerstruktur.

Obwohl die Trägerstrukturen der vorliegenden Offenbarung üblicherweise planar sind, kann die Topographie der Oberflächen der Trägerstrukturen variieren. Dies ist beispielsweise in Figur 2 veranschaulicht, die eine beispielhafte Trägerstruktur zeigt, bei der die Höhe, bis zu der sich Filamente in der Trägerstruktur in z-Richtung erstrecken, variiert. In bestimmten Fällen kann die Ermittlung des höchsten Punktes, bis zu dem sich Filamente in der Trägerstruktur in z-Richtung erstrecken (z. B. der höchste Punkt der oberen Fläche), wünschenswert sein, um sicherzustellen, dass der Extruderkopf auf eine zur Erzeugung einer Plattformschicht, die sich über die obere Fläche der Trägerstruktur erstreckt, ausreichende Höhe eingestellt ist. Dieser Punkt (d.h. der

höchste Punkt der oberen Fläche) wird hier als „Spitze“ der Trägerstruktur bezeichnet.

Somit ist die vorliegende Offenbarung in einem weiteren Aspekt ferner auf ein Verfahren zur Ermittlung einer räumlichen Beziehung zwischen der Trägerstruktur (Gewebe) und dem Extruderkopf gerichtet. Insbesondere richtet sich die vorliegende Offenbarung ferner auf

Verfahren zur Identifizierung einer Spitze der Trägerstruktur (d. h. des höchsten Punktes, bis zu

Filamente beobachtet wird.

Sobald die Spitze der Trägerstruktur ermittelt ist, kann der Extrusionskopf vor der Bildung der Plattformschicht auf eine Höhe oberhalb der Spitze der Trägerstruktur eingestellt werden. Wie hierin erläutert, wird dadurch sichergestellt, dass sich die Plattformschicht über die obere Fläche der Trägerstruktur erstreckt. Die Höhe des Extrusionskopfes oberhalb der Spitze der Trägerstruktur kann variieren. In bestimmten Ausführungsformen liegt die Höhe des Extrusionskopfes wenigstens 0,01 mm, wenigstens 0,05 mm, wenigstens 0,07 mm, wenigstens 0,1 mm, wenigstens 0,15 mm, wenigstens 0,17 mm, wenigstens 0,2 mm, wenigstens 0,25 mm, wenigstens 0,27 mm oder wenigstens 0,3 mm oberhalb der Spitze der Trägerstruktur. In einer bestimmten Ausführungsform ist die Höhe des Extrusionskopfes auf 0,2 mm oberhalb der Spitze

der Trägerstruktur eingestellt.

Sobald die Höhe des Extruderkopfes ausgewählt wurde, kann der maximale Volumendurchsatz für den Extruder bei der gewählten Höhe berechnet werden. Der maximale Volumendurchsatz

kann nach folgendem Verfahren ermittelt werden:

1) Einrichten des Druckers/Extruders mit der auf die gewünschte Höhe eingestellten

gewünschten Trägerstruktur- und Extrusionskopfeinstellung.

2) Drucken einer Folge von etwa 50-mm-Linien mit einem konstanten Volumen an

extrudiertem Material pro zurückgelegter linearer Strecke (cm’/cm), wobei die

erhöht werden (z.B. 600, 700, 800, 900, 1000, 1100, 1200, 1300, 1400, bis zu

1500 mm/min oder höher).

3) Visuelle Ermittlung der höchsten Geschwindigkeit, die eine konsistente Extrusion erzeugt.

4) Berechnen des maximalen Volumendurchsatzes durch Multiplikation der

Verfahrgeschwindigkeit des Extrusionskopfes mit dem Volumen des extrudierten

Materials pro linear zurückgelegter Strecke.

In einer Ausführungsform kann der maximale Volumendurchsatz des Extruders etwa 0,01 bis

etwa 0,02 cm*/Sekunde betragen.

Sobald der maximale Volumendurchsatz ermittelt ist, kann das auf die Trägerstruktur aufgebrachte Extrusionsvolumen (z. B. das Volumen des Plattformschichtmaterials) pro vom Extrusionskopf zurückgelegtem Abstand („Volumen pro linearem Abstand“) ermittelt werden. Das zur Erzielung einer ausreichenden Haftung des Plattformschichtmaterials erforderliche Extrusionsvolumen pro linearem Abstand, den der Extruderkopf zurücklegt, kann nach

folgendem Verfahren ermittelt werden:

1) Drucken eine Folge von Mustern, die 2-dimensionale Merkmale aufweisen (z. B. Kreise, Quadrate oder eine andere nicht-lineare Form) auf die Trägerstruktur. Dies ermöglicht die Prüfung der Haftung des Plattformschichtmaterials in verschiedenen Druckrichtungen. Drucken jeder Folge von Mustern mit einem anderen cm*/cm-Wert bei der für die Beibehaltung des berechneten maximalen Volumendurchsatzes bei der gewählten Höhe des Extruderkopfes

erforderlichen Geschwindigkeit.

2) Durchführen einer Plattform-Haftungsprüfung für die Muster. Diese Prüfung kann zum Beispiel das Biegen des Gewebes in einem starken Radius sowie den mechanischen

Versuch des Ablösens der Plattformschicht von der Trägerstruktur beinhalten.

Anschließend kann ein Extrusionsvolumen (z. B. das Volumen des Plattformschichtmaterials) pro von dem Extrusionskopf zurückgelegter Strecke (cm’”/cm) gewählt werden, das ein Gleichgewicht zwischen der gewünschten Druckgeschwindigkeit und Qualität herstellt. Abhängig von dem verwendeten Extruder und dem endgültigen Design der zu druckenden 3D-

Elemente kann das angemessene Extrusionsvolumen pro Abstand, das von dem Extrusionskopf

etwa 0,02 bis etwa 0,2 cm’/cm betragen.

Die maximale lineare Geschwindigkeit, mit der der Drucker/Extruder arbeitet, kann aus dem maximalen Volumendurchsatz in der gewählten Höhe und dem Volumen pro linearem Abstand ermittelt werden. In bestimmten Ausführungsformen wird die Plattformschicht durch Transportieren des Extrusionskopfes mit einer linearen Geschwindigkeit von etwa 4 bis etwa

40 mm*/Sekunde gebildet.

Die Plattformschicht kann über die gesamte Fläche der Trägerstruktur gebildet werden (d. h. eine kontinuierliche Plattformschicht). Alternativ kann die Plattformschicht auch an einzelnen Stellen der Trägerstruktur gebildet werden (d.h. eine diskontinuierliche Plattformschicht). In einer Ausführungsform wird die Plattformschicht in einem Muster auf der Trägerstruktur gebildet. Zum Beispiel kann die Plattformschicht in einem Muster geformt werden, das dem gewünschten Muster des bzw. der 3D-Elemente entspricht. In derartigen Ausführungsformen kann die Plattformschicht derart geformt sein, dass die Plattformschicht unter der Gesamtheit des bzw. der 3D-Elemente (d. h. unter der Gesamtheit der zusätzlichen Schicht(en)) liegt. In anderen Ausführungsformen ist die Plattformschicht derart geformt, dass die Plattformschicht nur unter einem Teil des/der 3D-Element(e) liegt (d. h. nur ein Teil der zusätzlichen Schicht(en) berührt die Plattformschicht). Zum Beispiel kann die Plattformschicht an diskreten Stellen unter dem/den 3D-Element(en) gebildet werden. Da die Plattformschicht nur an bestimmten Stellen der Trägerstruktur vorhanden ist, bleiben bei diesen Ausführungsformen einige Hohlräume in der Trägerstruktur offen (d. h. an Stellen, an denen die Plattformschicht nicht vorhanden ist), was eine erhöhte Luftdurchlässigkeit des fertigen Gewebes ermöglicht. In solchen Ausführungsformen dient die Plattformschicht als Anker, an dem das 3D-Element bzw. die 3DElemente an der Trägerstruktur an diskreten Stellen haften, während sie gleichzeitig die Luftdurchlässigkeit durch das Gewebe ermöglicht. In einer Ausführungsform wird die Plattformschicht unter wenigstens 10 % der Fläche des 3D-Elements gebildet (d. h. kontaktiert diese). In einer Ausführungsform liegt die Plattformschicht unter etwa 10 % bis etwa 50 % der

Fläche des 3D-Elements.

Mit Bezug auf Figur 4 ist darin zum Beispiel eine Querschnittsansicht einer beispielhaften gewebten Trägerstruktur (40) mit einer darauf befindlichen Plattformschicht (41) dargestellt. Die Plattformschicht (41) füllt die Hohlräume (42) in der Trägerstruktur (40) aus und umgibt die Filamente (43) der Trägerstruktur. Die Plattformschicht (41) erstreckt sich in z-Richtung über die Spitze (44) der Trägerstruktur. Auf der Plattformschicht (41) befindet sich eine zusätzliche

Schichten bestehen, die das/die 3D-Element(e) auf dem Gewebe bilden.

Mit Bezug auf Figur 5 ist darin eine Querschnittsansicht einer beispielhaften gewebten Trägerstruktur (50) mit einer darauf befindlichen diskontinuierlichen Plattformschicht (51) dargestellt. Die Plattformschicht (51) füllt die Hohlräume (52) in der Trägerstruktur (50) und umgibt die Filamente (53) der Trägerstruktur nur an den Stellen, an denen die Plattformschicht aufgebracht ist. Hohlräume (56) in Abschnitten der Trägerstruktur (50) ohne Plattformschicht (51) bleiben offen und sind luftdurchlässig. Die Plattformschicht (51) erstreckt sich in z-Richtung über die Spitze (54) der Trägerstruktur. Auf der Plattformschicht (51) befindet sich eine zusätzliche Schicht (55), die die Plattformschicht (51) nur an bestimmten Stellen kontaktiert. Die zusätzliche Schicht (55) kann eine einzelne Schicht sein oder aus mehreren Schichten von FDM-gedruckten Schichten bestehen, die das/die 3D-Element(e) auf

dem Gewebe bilden. Zusätzliche Schichten

Sobald die Plattformschicht ausgebildet ist und sich verfestigt hat, werden das oder die 3DElemente durch Auftragen weiterer Schichten auf die Trägerstruktur gebildet. Die hierin beschriebene(n) zusätzliche(n) Schicht(en) kann (können) eine einzelne Schicht, oder, was noch üblicher ist, mehrere Schichten von FDM-gedruckten Schichten sein, die das 3D-Element auf dem Gewebe bilden. Die zusätzliche(n) Schicht(en) werden zur Bildung des gewünschten Musters auf der Trägerstruktur durch Transportieren des Extrusionskopfes in x- und/oder yRichtung über die obere Fläche der Trägerstruktur gebildet, wobei ein zusätzliches fließfähiges Material aufgebracht wird. Eine Erhöhung der 3D-Elemente ist durch schrittweises Transportieren des Extrusionskopfes in z-Richtung weg von der oberen Fläche der Trägerstruktur vorgesehen. Wie hierin erläutert, berührt zumindest ein Teil der zusätzlichen Schicht(en) die Plattformschicht. Das zur Bildung der zusätzlichen Schicht(en) verwendete Material kann dasselbe oder ein anderes sein als das Plattformschichtmaterial. In einer Ausführungsform ist die bzw. sind die zusätzliche(n) Schicht(en) und die Plattformschicht aus demselben Material gebildet. In einer Ausführungsform werden die zusätzliche(n) Schicht(en) und die Plattformschicht aus demselben Material gebildet und der zur Bildung der Plattformschicht verwendete Extrusionskopf wird ebenfalls zur Bildung der zusätzlichen

Schicht(en) verwendet.

Materialien hergestellt werden.

In einer Ausführungsform werden das bzw. die 3D-Elemente mit Hilfe von SFF- oder LayerManufacturing (LM)-Techniken geformt, wie beispielsweise den in US-Pat. Nr. 5,204,055 beschriebenen 3D-Drucktechniken. Grundsätzlich können 3D-Drucktechniken eingesetzt werden, um ein Element aus einer Reihe von Materialschichten zu bilden, wobei jede Schicht

gedruckt und auf der vorherigen Schicht gebildet wird.

Das dreidimensionale Drucken der Elemente beginnt in der Regel mit der Erstellung eines Computermodells des Elements in drei Dimensionen unter Verwendung eines geeigneten, in der Technik bekannten Computermodellierungsprogramms. Das Computermodell des Elements wird vollständig in eine Reihe horizontaler digitaler Schichten unterteilt, um für jede Schicht einen

Satz von Schichtmustern zu definieren.

In einer Ausführungsform können die 3D-Elemente unter Verwendung eines oder mehrerer Druckköpfe gebildet werden, die sich über wenigstens einen Teil der Breite der Trägerstruktur erstrecken. Die Druckköpfe (hierin auch als Extrusionsköpfe bezeichnet) können beweglich sein, um Materialien auf eine statische Trägerstruktur zu drucken, oder die Trägerstruktur kann bewegt werden und die Druckköpfe fixiert sein. Unabhängig davon ist es im Allgemeinen bevorzugt, dass das sich bewegende Objekt mit einer im Wesentlichen konstanten Geschwindigkeit in einer flachen Ebene bewegt wird. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform erstrecken sich mehrere Druckköpfe über die Breite des Bandes, das während des Druckens in einer flachen Ebene senkrecht zur Laufrichtung der Trägerstruktur bewegt wird, und sind bevorzugt entlang der Trägerstruktur mit im Wesentlichen konstanten Abständen

beabstandet. Ein konstanter Abstand der Druckköpfe ist jedoch nicht entscheidend.

derselbe, der zum Aufbringen des Plattformschichtmaterials verwendet wird.

Die Schichten haben eine konstante Stärke und die Druckköpfe werden so gesteuert, dass in der Draufsicht die Schichten übereinander gedruckt werden. Auch der Abstand zwischen den Druckköpfen und der Oberfläche, auf der sie drucken, ist bei allen Druckköpfen bevorzugt gleich. Daher ist der Abstand des ersten Druckkopfes zum Substrat bevorzugt derselbe wie der Abstand des siebten Druckkopfes zur sechsten Schicht. Dies kann erreicht werden, indem der Druckkopf/die Druckköpfe für jede Schicht nacheinander um die Voxelhöhe angehoben werden. In diesem Fall erreichen die von den Druckköpfen für verschiedene Schichten zur gleichen Zeit

ausgestoßenen Tropfen ihr Ziel zur gleichen Zeit.

In bestimmten Ausführungsformen kann das 3D-Element bzw. können die 3D-Elemente mit einer Öffnung gebildet werden. Die Öffnungen dienen im Allgemeinen als Flüssigkeitsdurchgänge oder für andere Zwecke und bleiben im fertigen Produkt „leer‘“ von gedruckten oder eingelegten Materialien. Es versteht sich, dass die Öffnung in der Form variieren kann und Quadrate, Rechtecke, Ovale und Kreise sowie Polygone mit einer ungeraden Anzahl von Seiten beinhalten kann. Die Öffnungen können gleich oder unterschiedlich geformt sein und die gleiche oder unterschiedliche Größe aufweisen. In besonders bevorzugten Ausführungsformen ist eine Öffnung auf wenigstens zwei verschiedenen Oberflächen eines Elements angeordnet und die Öffnungen sind durch einen durchgehenden Kanal miteinander verbunden. Der durchgehende Kanal bringt die beiden Öffnungen miteinander in Verbindung

und schafft einen Durchgang durch das Element.

Das Drucksystem kann eine Einrichtung zum Bewegen der Trägerstruktur während des Druckens umfassen. Bevorzugt wird die Trägerstruktur mit einer im Wesentlichen konstanten Geschwindigkeit in einer flachen Ebene bewegt. Die Trägerstruktur kann direkt angetrieben

werden oder an einem Fördersystem angebracht sein.

Die von den Druckköpfen gedruckten Materialien (die zur Bildung der zusätzlichen Schicht(en) verwendet werden) können lichthärtende und selbsthärtende Harze beinhalten. Lichthärtende

Harze können Harze beinhalten, die durch UV-Härtung, Härtung mit sichtbarem Licht,

aufgetragenen Heißschmelze oder eines geschmolzenen Thermoplasten.

In bestimmten Ausführungsformen kann das Polymermaterial PET (Polyester), PPS (Polyphenylensulfid), PCTA (Poly 1,4 Cyclohexandimethylenterephthalat), PEN (Polyethylennaphthalat), PVDF (Polyvinylidenfluorid) oder PEEK (Polyetheretherketon), entweder allein oder in Kombination, umfassen. Im Allgemeinen sind diese Materialien in der

Lage, einem Dauerbetrieb bis zu 500 °F in Gegenwart von Luft und Wasserdampf standzuhalten.

In anderen Ausführungsformen umfasst das Polymermaterial einen Thermoplasten, wie zum Beispiel einen Thermoplasten umfassend etwa 0,5 bis 10 Gewichtsprozent Silikon und ein Basispolymer ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Polyethersulfonen, Polyetherimiden, Polyphenylsulfonen, Polyphenylenen, Polycarbonaten, hochschlagfesten Polystyrolen, Polysulfonen, Polystyrolen, Acrylen, amorphen Polyamiden, Polyestern, Nylonen, PEEK, PEAK und ABS.

In noch anderen Ausführungsformen können die Materialien ein Polymermaterial mit einer Viskosität von mehr als 70.000 Centipoise (cP) und bevorzugt in einem Bereich von etwa 100.000 bis etwa 150.000 cP, gemessen nach ASTM D790-10 bei 120 °C, aufweisen. In bestimmten bevorzugten Ausführungsformen umfasst das Polymermaterial zumindest ein Polyurethan, ein Silikon oder einen Polyharnstoff und weist eine Viskosität von etwa 120.000 bis

etwa 140.000 cP auf.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird die bzw. werden die zusätzliche(n) Schicht(en) durch ein LM-Verfahren gebildet, das einen Extrusionskopf umfasst, der erwärmtes, fließfähiges Modelliermaterial aus einer Düse auf die Trägerstruktur extrudiert. Das extrudierte Material wird schichtweise in von einem CAD-Modell definierten Bereichen aufgetragen, während der Extrusionskopf und die Trägerstruktur durch ein x-y-z-Portalsystem in drei Dimensionen relativ zueinander bewegt werden. Das Material verfestigt sich nach dem Auftragen, um ein dreidimensionales Element zu bilden. Das Material kann ein thermoplastisches Material sein, das

sich nach der Abscheidung durch Abkühlen verfestigt. Das Plattformschichtmaterial kann in

20/311?

hierin erläutert.

Zur Herstellung der vorstehend beschriebenen dreidimensionalen Elemente geeignete Extrusionsköpfe und -systeme sind im Handel bei Stratasys® Modelliermaschinen erhältlich. Der Extrusionskopf, der einen Verflüssiger und eine Aufbringungsdüse beinhaltet, nimmt das Modelliermaterial in fester Form auf. Das Filament wird im Inneren des Verflüssigers auf eine fließfähige Temperatur erwärmt und anschließend durch die Düse aufgebracht. Thermoplastische Materialien, insbesondere ABS-Thermoplast, haben sich als besonders geeignet für das Abscheidungsmodellieren in den Modelliermaschinen von Stratasys® erwiesen. Eine Steuerung steuert die Bewegung des Extrusionskopfes in einer horizontalen x, y-Ebene, steuert die Bewegung der Bauplattform in einer vertikalen z-Richtung und steuert die Zufuhr von Modelliermaterial in den Kopf. Durch die Steuerung dieser Verarbeitungsvariablen wird das Modelliermaterial mit einer gewünschten Fließgeschwindigkeit in „Perlen“ oder „Straßen“ Schicht für Schicht in von dem CAD-Modell definierten Bereichen aufgetragen, um ein dreidimensionales Objekt zu erzeugen, das dem CAD-Modell ähnelt. Das Modelliermaterial

verfestigt sich thermisch, und das fertige Modell wird von dem Substrat entfernt.

Nachdem nun die vorliegende Offenbarung unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren beschrieben wurde, wird deutlich, dass die vorliegende Offenbarung in einer ersten Ausführungsform ein Verfahren zur additiven Fertigung eines Gewebes vorsieht, wobei das Verfahren umfasst: Vorsehen einer Trägerstruktur mit einer oberen Fläche, einer der oberen Fläche gegenüberliegenden unteren Fläche, einer x-y-Ebene und einer sich von der unteren Fläche zur oberen Fläche in einer z-Richtung senkrecht zur x-y-Ebene erstreckenden Stärke, wobei die Trägerstruktur eine Vielzahl von Filamenten und Hohlräumen zwischen den Filamenten umfasst; Bilden einer ersten Plattformschicht auf der Trägerstruktur durch Aufbringen eines fließfähigen Plattformschichtmaterials von einem in der x- und/oder yRichtung über die obere Fläche der Trägerstruktur transportierten Extrusionskopf auf die obere Fläche der Trägerstruktur, wobei zumindest ein Teil der Hohlräume mit dem fließfähigen Plattformschichtmaterial gefüllt wird; und Bilden zumindest einer zusätzlichen Schicht auf der Trägerstruktur durch schrittweises Transportieren des Extrusionskopfes in der z-Richtung weg von der oberen Fläche der Trägerstruktur, wobei zumindest ein Teil der zumindest einen

zusätzlichen Schicht die erste Plattformschicht berührt.

In einer anderen Ausführungsform sieht die vorliegende Offenbarung ein Verfahren zur

Identifizierung einer Spitze der Trägerstruktur vor durch: i) Transportieren eines

zersetzen beginnen.

In einer weiteren Ausführungsform sieht die vorliegende Offenbarung ein Gewebe vor, das nach

den Verfahren der vorliegenden Offenbarung hergestellt wurde.

In einer anderen Ausführungsform sieht die vorliegende Offenbarung ein Gewebe vor, umfassend eine Trägerstruktur mit einer oberen Fläche, einer der oberen Fläche gegenüberliegenden unteren Fläche, einer x-y-Ebene und einer sich von der unteren Fläche zu der oberen Fläche in einer z-Richtung senkrecht zur x-y-Ebene erstreckenden Stärke, wobei die Trägerstruktur eine Vielzahl von Filamenten und Hohlräumen zwischen den Filamenten umfasst; eine ein Plattformschichtmaterial umfassende diskontinuierliche Plattformschicht auf der oberen Fläche der "Trägerstruktur, wobei zumindest ein Teil der Hohlräume mit dem Plattformschichtmaterial gefüllt ist; und zumindest eine zusätzliche Schicht; wobei zumindest

ein Teil der zumindest einen zusätzlichen Schicht die Plattformschicht berührt.

Wie hierin erläutert, stellen die Verfahren der vorliegenden Offenbarung eine neue Technik zum Drucken von 3D-Elementen auf Gewebe bereit. Insbesondere wird mit den Verfahren der vorliegenden Offenbarung eine Plattformschicht durch Interkalation auf einer Gewebeträgerstruktur hergestellt. Vorteilhafterweise kann die Plattformschicht der vorliegenden Offenbarung schnell gebildet werden und schmilzt, verbrennt oder beschädigt die Trägerstruktur, auf die sie gedruckt wird, nicht. Die durch die Verfahren der vorliegenden Offenbarung hergestellte Plattformschicht sieht außerdem eine Oberfläche vor, auf der weitere Schichten von 3D-Elementen haften können. In einer Ausführungsform kann die zur Entfernung der Plattformschicht von der Trägerstruktur erforderliche Kraft beispielsweise zwischen 0 und

1.200 g/mm” liegen.

Daher sieht die vorliegende Offenbarung in einem anderen Aspekt Gewebe mit einem darauf befindlichen dreidimensionalen Element vor, wobei das Gewebe eine Trägerstruktur mit einer oberen Fläche, einer der oberen Fläche gegenüberliegenden unteren Fläche, einer x-y-Ebene und einer sich von der unteren Fläche zu der oberen Fläche in einer z-Richtung senkrecht zur x-yEbene erstreckenden Stärke umfasst, wobei die Trägerstruktur eine Vielzahl von Filamenten und Hohlräumen zwischen den Filamenten umfasst; eine Plattformschicht auf der oberen Fläche der

Trägerstruktur umfassend, wobei zumindest ein Teil der Hohlräume mit der Plattformschicht

2213121

werden die Filamente der Trägerstruktur nicht beschädigt (z. B. geschmolzen oder zersetzt).

In dieser geschriebenen Beschreibung werden Beispiele zum Offenbaren der Erfindung verwendet, einschließlich des besten Modus, und auch um alle Fachleute auf dem Gebiet in die Lage zu versetzen, die Erfindung in der Praxis auszuführen, einschließlich Herstellen und Verwenden beliebiger Vorrichtungen oder Systeme, und Ausführen beliebiger integrierter Verfahren. Der patentierbare Umfang der Erfindung wird durch die Ansprüche definiert und kann andere Beispiele beinhalten, die Fachleuten auf diesem Gebiet einfallen. Solche anderen Beispiele sollen innerhalb des Umfangs der Ansprüche liegen, wenn sie strukturelle Elemente aufweisen, die sich nicht von der wörtlichen Sprache der Ansprüche unterscheiden oder wenn sie gleichwertige strukturelle Elemente mit unwesentlichen Differenzen von der wörtlichen Sprache

der Ansprüche beinhalten.

2313122

Claims

Vorsehen einer Trägerstruktur mit einer oberen Fläche, einer der oberen Fläche gegenüberliegenden unteren Fläche, einer x-y-Ebene und einer sich von der unteren Fläche zu der oberen Fläche in einer z-Richtung senkrecht zur x-y-Ebene erstreckenden Stärke, wobei die

Trägerstruktur eine Vielzahl von Filamenten und Hohlräumen zwischen den Filamenten umfasst;

Bilden einer Plattformschicht auf der Trägerstruktur durch Aufbringen eines fließfähigen Plattformschichtmaterials von einem in x- und/oder y-Richtung über die obere Fläche der Trägerstruktur transportierten Extrusionskopf auf die obere Fläche der Trägerstruktur, wobei wenigstens ein Teil der Hohlräume mit dem fließfähigen Plattformschichtmaterial gefüllt wird;

und

Bilden wenigstens einer zusätzlichen Schicht auf der Trägerstruktur durch schrittweises Transportieren des Extrusionskopfes in z-Richtung weg von der oberen Fläche der Trägerstruktur, wobei wenigstens ein Teil der wenigstens einen zusätzlichen Schicht die

Plattformschicht berührt. 2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Plattformschicht kontinuierlich ist. 3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Plattformschicht diskontinuierlich ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Extrusionskopf die obere Fläche der

Trägerstruktur bei der Bildung der Plattformschicht nicht berührt.

5. Verfahren nach Anspruch 1, wobei sich die Plattformschicht in z-Richtung über

die obere Fläche der Trägerstruktur erstreckt. 6. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Trägerstruktur ein Gewebe ist.

7. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Trägerstruktur Polyphenylensulfid umfasst.

8. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das fließfähige Plattformschichtmaterial ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Polyphenylensulfid, Polyester, Poly-1,4cyclohexandimethylenterephthalat, Polyethylennaphthalat, Polyvinylidenfluorid,

Polyetheretherketon und Kombinationen davon.

241311

10. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das fließfähige Plattformschichtmaterial bis zu

wenigstens 50 % der Stärke der Trägerstruktur eindringt.

11. Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend das Erwärmen der Trägerstruktur

vor der Bildung der Plattformschicht.

12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei die Trägerstruktur auf eine Temperatur von

wenigstens 70 °C erwärmt wird.

13. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Plattformschicht wenigstens 10 % eines

Flächenbereichs der zusätzlichen Schicht(en) berührt. 14. Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend: a) Identifizieren einer Spitze der Trägerstruktur durch:

1) Transportieren des Extrusionskopfes über die obere Fläche der Trägerstruktur

in der x-y-Ebene, ohne die Trägerstruktur zu berühren; und

li) während des Transports des Extrusionskopfes über die obere Fläche der Trägerstruktur, schrittweises Absenken des Extrusionskopfes in z-Richtung in Richtung der oberen Fläche der Trägerstruktur, bis die Filamente der Trägerstruktur sich zu zersetzen

beginnen; und

b) Einstellen des Extrusionskopfes auf eine Höhe über der Spitze der Trägerstruktur vor

dem Bilden der ersten Plattformschicht.

15. Verfahren nach Anspruch 14, wobei der Extrusionskopf in Schritten von 50 um

abgesenkt wird.

16. Verfahren nach Anspruch 14, wobei die Höhe des Extrusionskopfes 0,2 mm über

der Spitze der Trägerstruktur liegt.

17. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das fließfähige Plattformschichtmaterial aus dem Extrusionskopf mit einem Volumen pro linearem Abstand von etwa 0,02 bis etwa 0,2

cm’/cm aufgebracht wird.

25/31?

gebildet wird. 19. Gewebe, umfassend:

eine Trägerstruktur mit einer oberen Fläche, einer der oberen Fläche gegenüberliegenden unteren Fläche, einer x-y-Ebene und einer sich von der unteren Fläche zu der oberen Fläche in einer z-Richtung senkrecht zur x-y-Ebene erstreckenden Stärke, wobei die Trägerstruktur eine

Vielzahl von Filamenten und Hohlräumen zwischen den Filamenten umfasst;

eine diskontinuierliche Plattformschicht, umfassend ein Plattformschichtmaterial auf der oberen Fläche der Trägerstruktur, wobei zumindest ein Teil der Hohlräume mit dem

Plattformschichtmaterial gefüllt ist; und wenigstens eine zusätzliche Schicht;

wobei zumindest ein Teil der wenigstens einen zusätzlichen Schicht die Plattformschicht berührt.