BE1026877B1

BE1026877B1 - Inrichting en werkwijze van aanvoeren van een thermoplastisch filament

Info

Publication number: BE1026877B1
Application number: BE20195742A
Authority: BE
Inventors: Jonathan Palmaers
Original assignee: Ind Constructies Symons Besloten Vennootschap Met Beperkte Aansprakelijkheid
Priority date: 2018-11-29
Filing date: 2019-10-28
Publication date: 2020-07-22
Also published as: CN113165826B; JP2022515715A; CN113165826A; EP3921262A1; BE1026877A1; EP3921262B1; JP7355406B2; US20220024131A1; WO2020109886A1; US11911966B2

Abstract

Een extrusie-gebaseerd productiesysteem (300), omvattende: een filamentrol met een thermoplastisch filament (2); minstens één samenstel met: een ingang (3) voor het opnemen van het filament; een uitgang (4) voor het afgeven van het filament, een kanaal (5) tussen de ingang en uitgang; een eerste respectievelijk tweede roteerbare component (10, 20), roteerbaar rond een eerste/tweede as (12, 22), en die eerste/tweede uitwendige ruggen (11, 21) heeft, waarbij, wanneer een filament wordt ingebracht in het kanaal en het minstens één samenstel wordt geroteerd ten opzichte van het filament (2), de roteerbare componenten draaien rond hun respectievelijke as, en de assen zich verplaatsen rond het filament zodanig dat de componenten in hoofdzaak rollen over het filament, en waarbij de uitwendige ruggen (11) minstens gedeeltelijk binnendringen in het filament (2). Een werkwijze voor het aanvoeren van een thermoplastisch filament.

Description

4- BE2019/5742

INRICHTING EN WERKWIJZE VAN AANVOEREN VAN EEN THERMOPLASTISCH FILAMENT

DOMEIN VAN DE UITVINDING De onderhavige uitvinding heeft betrekking op inrichtingen en werkwijzen voor het aanvoeren van een filament in een extrusie-gebaseerd systeem. Meer specifiek heeft de onderhavige uitvinding betrekking op een extrusie-gebaseerd productiesysteem met een filament-aanvoermechanisme, en een werkwijze voor het aanvoeren van een filament dat een thermoplastisch materiaal is of omvat, bv. een apparaat voor additieve fabricage, bv. een 3D- printer.

ACHTERGROND VAN DE UITVINDING Extrusie-gebaseerde systemen waarbij een filament uit een thermoplastisch materiaal wordt aangevoerd, wordt gesmolten, en wordt gedeponeerd op een te vormen object, zijn gekend in de stand der techniek, bv. in het domein van 3D-printers.

FIG.1 toont een schematisch blokdiagram van een gekend extrusie-gebaseerd systeem. Het omvat een filamentspoel 101, waarop een filament 102 is gewikkeld. Het filament wordt naar een extruder 103 geleid via een gebogen pad. De extruder 103 van FIG. 1 heeft een doorvoermechanisme gebaseerd op twee knijprollen 107, 108. Door deze rollen 107, 108 aan een instelbare snelheid te doen draaien, kan de aanvoersnelheid van het materiaal gestuurd worden. Een verwarmingseenheid 104 smelt het filament, en het gesmolten materiaal wordt door een mondstuk 105 (Engels: "nozzle") gedeponeerd. Door het mondstuk in drie richtingen X, Y, Z te verplaatsen door een verplaatsingsmechanisme (niet getoond), en door het filament aan een gepaste snelheid aan te leveren, kan een 3D-object laagje per laagje gevormd worden op een substraat 106. Het systeem wordt door een externe computer aangestuurd (niet getoond), welke computer bv. een 3D-model bevat van het te vormen voorwerp.

FIG. 2(a) en FIG. 2(b) tonen een probleem dat zich onder bepaalde omstandigheden kan voordoen met dit systeem, bv. wanneer de knijprollen het filament 102 willen voortbewegen, maar vanwege onvoldoende kracht, in de plaats daarvan, materiaal afschrapen van het filament. Het zal duidelijk zijn dat dit het productieproces drastisch verstoort.

US7896209B2 beschrijft een ander gekend systeem, zoals weergegeven in FIG. 3 tot FIG. 5 van het onderhavig document. FIG. 3 toont een vooraanzicht van een extrusie-gebaseerd digitaal productiesysteem 300 dat een bouwkamer 312 omvat, en een substraat 314, een portaal 316, een extrusiekop 318 en een filamenttoevoerbron 320, waarbij extrusiekop 318 een aandrijfmechanisme 322 omvat. Het aandriffmechanisme 322 is een filamentaandrijf- mechanisme dat gebruik maakt van een roteerbare component 330 met een inwendig schroefdraadoppervlak 332 (zie FIG. 5), voor het toevoeren van opeenvolgende gedeelten van filament 324 uit filamenttoevoerbron 320 gedurende een opbouwbewerking met het systeem

300.

FIG. 4 toont hoe een elektrische motor 334 de roteerbare component 330 aandrijft.

2. BE2019/5742 FIG. 5 geeft weer hoe de inwendige schroefdraad van de roteerbare component 330 ingrijpt met het filament 324, en zo het filament voortbeweegt.

Er is steeds ruimte voor verbeteringen of alternatieven.

SAMENVATTING VAN DE UITVINDING Het is een doel van de onderhavige uitvinding om een extrusie-gebaseerd productiesysteem te verschaffen.

Het is tevens een doel van de onderhavige uitvinding om een werkwijze te verschaffen van het aanvoeren van een thermoplastisch filament in een extrusie-gebaseerd productiesysteem.

Het is een specifiek doel van uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding om een samenstel, en een filament-aanvoersysteem, en een werkwijze te verschaffen voor het aanvoeren van een thermoplastisch filament in een extrusie-gebaseerd productiesysteem, met een nauwkeurige doorvoersnelheid (bv. met een zeer lineaire curve van aangeleverde hoeveelheid materiaal versus gevraagde/ingestelde hoeveelheid materiaal, of bv. met een zeer vlakke verhouding van aangeleverde hoeveelheid materiaal versus gevraagde/ingestelde hoeveelheid materiaal).

Het is een doel van bepaalde uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding om een filament-aanvoermechanisme en een overeenkomstige werkwijze te verschaffen met een verlaagd risico op het opwarmen en/of smelten en/of afschrapen van het filament binnen het aanvoermechanisme.

Daartoe verschaft de onderhavige uitvinding een samenstel, een filament- aanvoersysteem, een extrusie-gebaseerd productiesysteem, en een werkwijze volgens uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding.

Volgens een eerste aspect verschaft de onderhavige uitvinding een extrusie-gebaseerd productiesysteem omvattende: een filamentrol met een te extruderen thermoplastisch filament; en minstens één samenstel voor het aanvoeren van het thermoplastisch filament, waarbij het minstens één samenstel het volgende omvat: een ingang voor het opnemen van het thermoplastisch filament; een uitgang voor het afgeven van het filament, waarbij de ingang en de uitgang een kanaal definiëren waarbinnen het filament zich zal verplaatsen; minstens twee roteerbare componenten omvattende een eerste roteerbare component en een tweede roteerbare component; waarbij het kanaal minstens gedeeltelijk gelegen is tussen de eerste component en de tweede component; waarbij de eerste roteerbare component roteerbaar is rond een eerste as en eerste uitwendige ruggen heeft, welke eerste as op een eerste afstand van het kanaal gelegen is zodanig dat de eerste uitwendige ruggen minstens gedeeltelijk binnendringen in het kanaal; waarbij de tweede roteerbare component roteerbaar is rond een tweede as verschillend van de eerste as en tweede uitwendige ruggen heeft, welke tweede as op een tweede afstand van het kanaal gelegen is zodanig dat de tweede uitwendige ruggen minstens gedeeltelijk binnendringen in het kanaal; waarbij de eerste en tweede roteerbare

3. BE2019/5742 component zodanig gemonteerd zijn dat, wanneer het thermoplastisch filament is ingebracht in het kanaal en wanneer het samenstel wordt geroteerd ten opzichte van het filament, de eerste roteerbare component roteert rond de eerste as, en de tweede roteerbare component roteert rond de tweede as, en de eerste en de tweede as zich verplaatsen rond het filament op een zodanige wijze dat de eerste en de tweede roteerbare component in hoofdzaak rollen over een oppervlak van het thermoplastisch filament, en dat de eerste en tweede uitwendige ruggen ongeveer 0,05 mm tot ongeveer 0,25 mm binnendringen in het thermoplastisch filament.

Hierdoor wordt minstens één groef gevormd in het filament, waardoor het filament nauwkeurig axiaal kan verplaatst worden, zonder evenwel het filament te breken.

In een uitvoeringsvorm zijn de ruggen voorzien om tot een diepte binnen te dringen ongeveer gelijk aan 0,06 mm, of ongeveer 0,08 mm, of ongeveer 0,10 mm, of ongeveer 0,11 mm, of ongeveer 0,12 mm, of ongeveer 0,13 mm, of ongeveer 0,14 mm, of ongeveer 0,15 mm, of ongeveer 0,18 mm, of ongeveer 0,20 mm, of ongeveer 0,22 mm, of ongeveer 0,23 mm; of ongeveer 0,24 mm.

Het filament heeft bij voorkeur een cirkelvormige doorsnede.

Het kanaal is bij voorkeur een cilindervormig kanaal.

Bij voorkeur is de eerste afstand gelijk aan de tweede afstand.

Het is een voordeel dat het samenstel uitermate geschikt is om het thermoplastisch filament aan te drijven in axiale richting, vanwege aangrijping van de ruggen in het filament.

Het is een zeer groot voordeel dat de roteerbare componenten voornamelijk over het filament rollen, maar tevens gedeeltelijk in het filament worden gedrukt, omdat zulke beweging in hoofdzaak een "rollende wrijving vertoond", en slechts een geringe of gereduceerde "slepende wrijving" (Engels: slip). Hierdoor verloopt de voortbeweging van het filament soepeler en nauwkeuriger, en is de torsie uitgeoefend op het filament sterk gereduceerd.

Het filament heeft een gekende (vooraf bepaalde) diameter. Deze diameter kan gestandaardiseerd zijn.

Bij voorkeur hebben de uitwendige ruggen een spits einde (in radiale richting, weg van de rotatieas), of een puntig einde, of een einde met een cirkelvormige doorsnede, of een einde met een driehoekige doorsnede, of een einde met een trapezoïdale doorsnede, of een doorsnede met een convex einde. Met "einde" wordt het gedeelte bedoeld dat binnendringt in het filament".

Dus met andere woorden, de uitwendige ruggen rollen hoofdzakelijk of grotendeels over het filament, terwijl een uiteinde ervan binnendringt in het filament en er groeven vormt of in de reeds gemaakte groeven loopt, en aldus het filament axiaal verplaatst.

Bij voorkeur is de buitendiameter van de roteerbare componenten minstens het dubbel van de diameter van het filament, bij voorkeur minstens een factor 3, of minstens een factor 4, of minstens een factor 5, maar ten hoogste een factor 15, of ten hoogste een factor 12, of ten hoogste een factor 10.

In een uitvoeringsvorm omvat het samenstel verder het thermoplastisch filament,

opgenomen in het kanaal.

In een uitvoeringsvorm zijn de assen van de roteerbare componenten nagenoeg evenwijdig, d.w.z. evenwijdig, of kruisend onder een onderlinge hoek van ten hoogste 15°.

In een uitvoeringsvorm staat ieder van de minstens twee roteerbare componenten in contact met het thermoplastisch filament door middel van ten minste drie verschillende rugsegmenten, die axiaal verschoven zijn ten opzichte van elkaar (in de lengterichting van het filament).

Of met andere woorden, indien de ruggen een schroefdraad vormen, dan staan in deze uitvoeringsvorm minstens 3 "gangen" of "toppen" van de schroefdraad in contact met het filament. Of indien de uitwendige ruggen schijven of ringen of schotels vormen, dan staan minstens 3 schijven of ringen of schotels in contact met het filament. Indien het samenstel twee roteerbare componenten bevat, dan zijn er dus minstens 6 verschillende aangrijpingslocaties van de roteerbare componenten en het filament. Indien het samenstel drie roteerbare componenten bevat, elk met minstens drie rugsegmenten in aangrijping met het filament, dan zijn er dus minstens 9 verschillende aangrijpingslocaties van de roteerbare componenten en het filament.

In een uitvoeringsvorm omvat het samenstel verder minstens vier lagers; en zijn de eerste en de tweede roteerbare component elk gemonteerd door middel van twee van de minstens vier lagers.

In een uitvoeringsvorm omvat het minstens één samenstel verder een ringwiel; en omvat elk van de minstens twee roteerbare componenten verder een tandwiel dat ingrijpt met het ringwiel teneinde minstens de eerste component en de tweede component op synchrone wijze rond hun respectievelijke as te doen draaien.

Een dergelijke aandrijving is vergelijkbaar met een planeetaandrijving of een planeetoverbrenging met een ringwiel, waarbij de tandwielen van de roteerbare componenten fungeren als planeetwielen of planeettandwielen (Engels: "planet gear").

In een uitvoeringsvorm omvat het minstens één samenstel verder een centraal tandwiel met een centrale opening voor het doorlaten van het filament; en omvat elk van de minstens twee roteerbare componenten een tandwiel dat ingrijpt met het centraal tandwiel teneinde de eerste component en de tweede component op synchrone wijze rond hun respectievelijke as te doen draaien.

Dankzij de synchrone rotaties, wordt ervoor gezorgd dat de sporen in het filament niet in elkaar overlopen, en dat de sporen niet uitleuren.

Een dergelijke aandrijving is vergelijkbaar met een planeetaandrijving of een planeetoverbrenging met een centraal zonnewiel (Engels: "sun gear"), waarbij de tandwielen van de roteerbare componenten fungeren als planeetwielen of planeettandwielen (Engels: "planet gear").

In uitvoeringsvormen waarbij het aandrijfmechanisme minstens drie componenten heeft, omvat de derde component eveneens een tandwiel dat aangrijpt met het centraal

5. BE2019/5742 tandwiel, teneinde de drie tandwielen synchroon rond hun respectievelijke as te doen draaien.

In een uitvoeringsvorm omvat het samenstel verder een derde en een vierde component die zodanig gepositioneerd zijn dat het kanaal minstens gedeeltelijk gelegen is in de ruimte tussen de eerste en de tweede en de derde en de vierde component, en waarbij de derde component en de vierde component elk een oppervlak heeft dat het kanaal raakt of nagenoeg raakt.

Bij voorkeur zijn de eerste en de tweede component tegenover elkaar gelegen ten opzichte van het kanaal, en zijn ook de derde en de vierde component tegenover elkaar gelegen ten opzichte van het kanaal.

In deze uitvoeringsvorm is het filament in hoofdzaak geklemd tussen de eerste en de tweede roteerbare component. De derde en vierde component dienen enkel om het filament binnen het kanaal te houden. Bij voorkeur is minstens een gedeelte van het oppervlak van de derde en vierde component dat in contact kan komen met het filament glad, bv. gepolijst en/of gecoat.

In een uitvoeringsvorm is de eerste as van het minstens één samenstel in hoofdzaak evenwijdig met het kanaal; en is de tweede as in hoofdzaak evenwijdig met het kanaal; en vormen de eerste ruggen een eerste uitwendige schroefdraad; en vormen de tweede ruggen een tweede uitwendige schroefdraad; en worden de bewegingen van de minstens twee roteerbare componenten gesynchroniseerd door middel van tandwielen.

Bij voorkeur is de spoed van de tweede uitwendige schroefdraad gelijk aan de spoed van de eerste uitwendige schroefdraad.

De eerste en tweede externe schroefdraad is bij voorkeur helix-vormig, met een constante spoed. De schroefdraad kan een enkelvoudige schroefdraad zijn, of kan een meervoudige schroefdraad zijn.

In deze uitvoeringsvormen zorgen de roteerbare componenten met assen evenwijdig aan het kanaal, en met schroefdraden ervoor dat het filament zich in axiale richting zal verplaatsen ten opzichte van het samenstel.

In deze uitvoeringsvorm worden ringvormige groeven of uitsparingen gevormd in het filament. Dankzij de synchronisatie door middel van tandwielen, kunnen de ringvormige groeven duidelijk gescheiden worden en gescheiden blijven, en kan voorkomen worden dat de groeven uitleuren en/of in elkaar overlopen, waardoor de nauwkeurigheid zou verminderen.

Het is een voordeel van dit samenstel dat het een bijna perfecte transferkarakteristiek heeft, met een zeer lineair gedrag (uitgangssnelheid van het filament versus gevraagde snelheid van het filament), of een zeer vlakke transferverhouding, tot een bepaalde maximale tegendruk.

In een uitvoeringsvorm omvat het minstens één samenstel verder een derde roteerbare component met een derde uitwendige schroefdraad, waarbij de derde roteerbare component roteerbaar is rond een derde as verschillend van de eerste en de tweede as, welke derde as in hoofdzaak evenwijdig is met het kanaal en op een zodanige afstand van het kanaal gelegen dat de derde uitwendige schroefdraad minstens gedeeltelijk binnendringt in het kanaal, en waarbij

.6- BE2019/5742 het kanaal minstens gedeeltelijk gelegen is tussen de eerste component en de tweede component en de derde component; en waarbij de derde roteerbare component zodanig gemonteerd is dat, wanneer een filament (bv. met gestandaardiseerde afmetingen) wordt ingebracht in het kanaal en wanneer het samenstel wordt geroteerd ten opzichte van het filament, de derde roteerbare component in hoofdzaak rolt over een oppervlak van het filament.

Het is een voordeel van deze uitvoeringsvorm dat rotatie van de derde component om de derde as bijdraagt aan de voortbeweging van het filament doorheen het kanaal vanwege aangrijping van de derde uitwendige schroefdraad en het filament.

Het is een voordeel van deze uitvoeringsvorm dat rotatie van de derde component om de derde as bijdraagt tot vermindering van de wrijving tussen het filament en de derde component, waardoor de voortbeweging van het filament soepeler en/of nauwkeuriger verloopt.

In een uitvoeringvorm is de eerste as van het minstens één samenstel voorzien om het filament te kruisen onder een hoek van 1,0° tot 9,0°; en is de tweede as voorzien om het filament te kruisen onder een hoek van 1,0° tot 9,0°; en vormen de eerste ruggen een veelheid eerste ringen; en vormen de tweede ruggen een veelheid tweede ringen.

In deze uitvoeringsvormen zorgen de roteerbare componenten met hellende assen ten opzichte van het kanaal ervoor dat het filament zich in axiale richting zal verplaatsen ten opzichte van het samenstel.

Een groot voordeel van deze uitvoeringsvorm is dat de rotatiebewegingen van de roteerbare componenten om hun respectievelijke assen niet expliciet gesynchroniseerd hoeft te worden door middel van tandwielen. Met andere woorden, een groot voordeel van deze uitvoeringsvorm is dat deze tandwielen weggelaten kunnen worden, wat eenvoudiger te produceren is, en wat een lager gewicht heeft, dus eenvoudiger is om aan te drijven.

In een uitvoeringsvorm omvat het samenstel verder een derde roteerbare component die roteerbaar is rond een derde as verschillend van de eerste en de tweede as; en kruist de derde as het kanaal onder een hoek van 1,0° tot 9,0°; en omvatten de eerste, tweede en derde ruggen een veelheid van ringen.

Bij voorkeur neemt de tweede as de positie in van de eerste as nadat deze over 120° verplaatst is rond het filament, en bij voorkeur neemt de derde as de positie in van de eerste as nadat deze over 240° verplaatst is rond het filament. Dus op elk moment in de tijd, zijn geen van de assen evenwijdig aan elkaar noch evenwijdig aan het kanaal, maar zijn kruisend.

In een uitvoeringsvorm zijn de eerste, tweede en derde roteerbare component zodanig gevormd en gepositioneerd dat de minstens één groef gevormd door de eerste, tweede en derde ruggen één enkele helix vormen, of twee individuele helixen, of drie individuele helixen.

In een uitvoeringsvorm omvat elk van de roteerbare componenten minstens drie of minstens vier of minstens vijf of minstens zeven ringen.

In een uitvoeringsvorm zijn de veelheid van ringen op iedere roteerbare component equidistante ringen. Met andere woorden, in deze uitvoeringsvorm liggen de ringen van elke roteerbare component afzonderlijk beschouwd, op een constante afstand van elkaar.

-7- BE2019/5742 In een uitvoeringsvorm hebben de veelheid van ringen allen eenzelfde uitwendige diameter.

In een uitvoeringsvorm heeft minstens één van de veelheid van ringen een eerste uitwendige diameter; en heeft minstens één andere van de veelheid van ringen een tweede uitwendige diameter, verschillend van de eerste diameter.

Op die manier kan bv. een geleidelijk toenemende, of een constante penetratiediepte bekomen worden van de ringen in het filament.

In een uitvoeringsvorm omvat het extrusie-gebaseerd productiesysteem verder: minstens één rotatie-beperkende eenheid opgesteld aan de ingang of aan de uitgang van het minstens één samenstel, teneinde torsie van het filament te beperken.

In een uitvoeringsvorm omvat het filament-aanvoersysteem verder: minstens één aandrukrolsamenstel opgesteld aan de ingang of aan de uitgang van het samenstel, teneinde torsie van het filament te beperken.

In een uitvoeringsvorm omvat de rotatie-beperkende eenheid minstens twee knijprollen of minstens twee drukrollen.

In een uitvoeringsvorm is de filamentrol zodanig opgesteld dat een filament afkomstig van de filamentrol wordt ingebracht in de ingang van het samenstel volgens een gebogen curve.

In een uitvoeringsvorm omvat het extrusie-gebaseerd productiesysteem verder: minstens één aandrijfmechanisme voorzien om het minstens één samenstel te roteren ten opzichte van het filament.

In een uitvoeringsvorm, is het aandrijfmechanisme operationeel verbonden met een tandriemschijf van het minstens één samenstel.

Bij voorkeur is het aandrijfmechanisme een synchroon aandrijfmechanisme.

In een uitvoeringsvorm omvat het extrusie-gebaseerd productiesysteem: een eerste samenstel voorzien om het filament te verplaatsen in een eerste richting; en een tweede samenstel gelijkaardig aan het eerste samenstel, voorzien om het filament eveneens te verplaatsen in de eerste richting; en een aandrijfmechanisme voorzien om de roteerbare componenten van het eerste samenstel in een eerste richting te doen draaien ten opzichte van het filament, en om de roteerbare componenten van het tweede samenstel in een tweede richting te doen draaien ten opzichte van het filament, tegengesteld aan de eerste richting, teneinde torsiekrachten uitgeoefend door het eerste samenstel te reduceren of nagenoeg te elimineren.

Het is een voordeel van deze uitvoeringsvorm dat de eerste torsie uitgeoefend door het eerste samenstel op het filament, ook al is die gering, en de tweede torsie, opgewekt door het tweede samenstel (ook al is die gering) elkaar tegenwerken, zodat de resulterende torsie verder gereduceerd wordt.

Het is een voordeel van het cascaderen van twee samenstellen, dat de axiale kracht uitgeoefend op het filament verhoogd wordt, bv. nagenoeg verdubbeld wordt. Hierdoor wordt het risico dat het filament verschuift ten opzichte van de ruggen of vertandingen verder

8. BE2019/5742 gereduceerd.

In een uitvoeringsvorm omvat het aandrijfmechanisme een elektrische motor en een synchrone aandrijving, bv. een getande aandrijfriem, of een ketting of tandwielen.

In een uitvoeringsvorm omvat het minstens één aandrijfmechanisme verder een elektrische motor om het minstens één samenstel te roteren ten opzichte van het filament.

In een uitvoeringsvorm omvat het minstens één aandrijfmechanisme verder een aandrijfriem, om het minstens één samenstel te koppelen met de elektrische motor.

In een uitvoeringsvorm is de elektrische motor een motor met een holle as, en is de holle as geconfigureerd om het filament op te nemen, en is de motor geconfigureerd om het minstens één samenstel te roteren ten opzichte van het filament.

In een uitvoeringsvorm omvat het extrusie-gebaseerd productiesysteem verder een regeleenheid, die communicatief connecteerbaar is met een externe computer en voorzien is voor het ontvangen van informatie voor het aansturen van het minstens één aandrijfmechanisme.

De regeleenheid kan bv. geconfigureerd zijn om positie-informatie te ontvangen, en een hoeveelheid materiaal dat gedeponeerd moet worden op de ontvangen positie.

In een uitvoeringsvorm, omvat het extrusie-gebaseerd productiesysteem verder een verwarmingselement, voorzien om het doorgevoerde thermoplastisch filament te smelten.

In een uitvoeringsvorm is het extrusie-gebaseerd productiesysteem een 3D-printer.

Volgens een tweede aspect verschaft de onderhavige uitvinding tevens een werkwijze van het doorvoeren van een thermoplastisch filament in een extrusie-gebaseerd productiesysteem dat een filamentrol met een te extruderen thermoplastisch filament (2), omvat; en minstens één samenstel dat het volgende omvat: een ingang voor het opnemen van het te extruderen thermoplastisch filament; een uitgang voor het afgeven van het filament, waarbij de ingang en de uitgang een kanaal definiëren waarbinnen het filament zich zal verplaatsen; minstens twee roteerbare componenten omvattende een eerste roteerbare component en een tweede roteerbare component; waarbij het kanaal minstens gedeeltelijk gelegen is tussen de eerste component en de tweede component; waarbij de eerste roteerbare component roteerbaar is rond een eerste as en eerste uitwendige ruggen heeft, welke eerste as op een eerste afstand van het kanaal gelegen is zodanig dat de eerste uitwendige ruggen minstens gedeeltelijk binnendringen in het kanaal; waarbij de tweede roteerbare component roteerbaar is rond een tweede as verschillend van de eerste as en tweede uitwendige ruggen heeft, welke tweede as op een tweede afstand van het kanaal gelegen is zodanig dat de tweede uitwendige ruggen minstens gedeeltelijk binnendringen in het kanaal; en waarbij de werkwijze de stappen omvat van: a) het inbrengen van het thermoplastisch filament in het kanaal; b) het roteren van de eerste roteerbare component rond de eerste as, en het roteren van de tweede roteerbare component rond de tweede as, en het verplaatsen van de eerste en de tweede as rond het filament op een zodanige wijze dat de eerste en de tweede roteerbare component in hoofdzaak rollen over een oppervlak van het filament en dat de eerste en tweede uitwendige ruggen ongeveer 0,05 mm

-9. BE2019/5742 tot ongeveer 0,25 mm binnendringen in het thermoplastisch filament.

Volgens een derde aspect verschaft de onderhavige uitvinding tevens een samenstel voor het aanvoeren van het thermoplastisch filament, omvattende: een ingang voor het opnemen van het te extruderen thermoplastisch filament; een uitgang voor het afgeven van het filament, waarbij de ingang en de uitgang een kanaal definiëren waarbinnen het filament zich zal verplaatsen; minstens twee roteerbare componenten omvattende een eerste roteerbare component en een tweede roteerbare component; waarbij het kanaal minstens gedeeltelijk gelegen is tussen de eerste component en de tweede component; waarbij de eerste roteerbare component roteerbaar is rond een eerste as en eerste uitwendige ruggen heeft, welke eerste as op een eerste afstand van het kanaal gelegen is zodanig dat de eerste uitwendige ruggen minstens gedeeltelijk binnendringen in het kanaal; waarbij de tweede roteerbare component roteerbaar is rond een tweede as verschillend van de eerste as en tweede uitwendige ruggen heeft, welke tweede as op een tweede afstand van het kanaal gelegen is zodanig dat de tweede uitwendige ruggen minstens gedeeltelijk binnendringen in het kanaal; waarbij de eerste en tweede roteerbare component zodanig gemonteerd zijn dat, wanneer het thermoplastisch filament is ingebracht in het kanaal en wanneer het samenstel wordt geroteerd ten opzichte van het filament, de eerste roteerbare component roteert rond de eerste as, en de tweede roteerbare component roteert rond de tweede as, en de eerste en de tweede as zich verplaatsen rond het filament op een zodanige wijze dat de eerste en de tweede roteerbare component in hoofdzaak rollen over een oppervlak van het thermoplastisch filament; en waarbij de eerste as in hoofdzaak evenwijdig is met het kanaal; en waarbij de tweede as in hoofdzaak evenwijdig is met het kanaal; en waarbij de eerste ruggen een eerste uitwendige schroefdraad vormen; en waarbij de tweede ruggen een tweede uitwendige schroefdraad vormen; en waarbij de bewegingen van de minstens twee roteerbare componenten gesynchroniseerd zijn door middel van tandwielen.

In een uitvoeringsvorm zijn de eerste en tweede roteerbare component zodanig gemonteerd dat de eerste en tweede uitwendige ruggen ongeveer 0,05 mm tot ongeveer 0,25 mm binnendringen in het thermoplastisch filament.

In een uitvoeringsvorm omvat het samenstel verder een derde roteerbare component met een derde uitwendige schroefdraad.

KORTE BESCHRIJVING VAN DE FIGUREN Onder specifieke verwijzing naar de figuren, wordt benadrukt dat de getoonde bijzonderheden enkel bij wijze van voorbeeld dienen en enkel voor de illustratieve bespreking van de verschillende uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding. Zij worden voorgesteld met als doel het aanleveren van wat gezien wordt als de meest nuttige en dadelijke beschrijving van de principes en conceptuele aspecten van de uitvinding. In dit opzicht wordt niet geprobeerd om meer structurele details van de uitvinding te tonen dan noodzakelijk is voor een fundamenteel begrip van de uitvinding. De beschrijving in combinatie met de figuren maakt duidelijk voor de deskundigen in het vakgebied hoe de verschillende vormen van de uitvinding

-10- BE2019/5742 kunnen worden uitgevoerd in de praktijk.

FIG. 1 toont een schematisch blokdiagram van een gekend extrusie-gebaseerd systeem. Het omvat een doorvoermechanisme gebaseerd op twee knijprollen of klemrollen.

FIG. 2 toont een probleem dat onder bepaalde omstandigheden kan optreden met het systeem van FIG. 1.

FIG. 3 tot FIG. 5 illustreren een ander gekend extrusie-gebaseerd systeem.

FIG. 3 toont een vooraanzicht van een extrusie-gebaseerd digitaal productiesysteem, gekend in de stand der techniek, met een aandrijfmechanisme dat gebruik maakt van een roteerbare component met een inwendig schroefdraadoppervlak.

FIG. 4 is een vergrote weergave van het aandrijfmechanisme van FIG. 3, waarbij een motor een component aandrijft met een inwendige schroefdraad.

FIG. 5 geeft vergroot weer hoe de inwendige schroefdraad ingrijpt met het filament, groeven maakt in het filament, en zo het filament voortbeweegt.

FIG. 6 tot FIG. 12 en FIG. 14 tot FIG. 19 illustreren een eerste voorbeeldmatige uitvoeringsvorm van een samenstel, zoals gebruikt kan worden in uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding FIG. 6 toont een opstelling (Engels: "arrangement") van drie roteerbare componenten met ruggen (of uitstekende delen) in de vorm van uitwendige schroefdraad in aangrijping met een filament. De assen van de roteerbare componenten zijn evenwijdig met het kanaal.

FIG. 7 is een doorsnede-aanzicht en toont hoe de schroefdraad van de componenten van FIG. 6 ingrijpt met het filament.

FIG. 8 is een uitvergroting van een gedeelte van FIG. 7.

FIG. 9 toont een explosie-aanzicht van de drie roteerbare componenten van FIG. 6 en een samenstel dat deze drie roteerbare componenten omvat, met lagers en tandwielen.

FIG. 10 toont (links) een samenstel op basis van de componenten van FIG. 9, in geassembleerde vorm. Samen met de motor en de riem en de klemrollen vormt het geheel een filament-aanvoersysteem.

FIG. 11 toont een doorsnede van het aanvoermechanisme van FIG. 10 in de vlakken alfa en beta.

FIG. 12 toont een voorbeeld van een filament-aanvoersysteem zoals gebruikt kan worden in uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding.

FIG. 13 toont een voorbeeld van een planetaire tandwielaandrijving, gekend in het vakgebied van variabele transmissiesystemen.

FIG. 14(a) toont een bovenaanzicht (richting A-A in FIG. 9) op de roteerbare componenten en het filament.

FIG. 14(b) geeft vergroot weer hoe de schroefdraden ingrijpen met het filament.

FIG. 15 geeft weer hoe, in de eerste uitvoeringsvorm, de bewegingen van de roteerbare componenten (rotatie om hun as + verplaatsing van de as rond het filament) gesynchroniseerd

-11- BE2019/5742 kunnen worden door middel van tandwielen en een ringwiel.

FIG.16 tot FIG.19 zijn schermopnames (Engels: "screenshots”) van een computersimulatie die de beweging weergeven van één der componenten. Zoals getoond wordt de component geroteerd rond zijn eigen as, en wordt de as zelf verplaatst rondom het filament.

FIG. 20 tot FIG. 24 tonen een tweede voorbeeldmatige uitvoeringsvorm van een aanvoermechanisme volgens de onderhavige uitvinding, als variant van de eerste uitvoeringsvorm, zonder ringwiel maar met een centraal tandwiel. Het centraal tandwiel heeft een opening. Deze uitvoeringsvorm heeft eveneens drie roteerbare componenten met uitwendige schroefdraad.

FIG. 20 is een bovenaanzicht op de drie componenten en op het centraal tandwiel.

FIG. 21 is een perspectiefweergave die de relatieve positie van de componenten en het filament en het centraal tandwiel toont.

FIG. 22 toont een explosie-aanzicht van de drie roteerbare componenten en het centrale tandwiel van FIG. 22, en een samenstel dat deze drie roteerbare componenten omvat, alsook lagers, en tandwielen.

FIG. 23 toont een bovenaanzicht op FIG. 22 waarin twee vlakken alfa en beta gedefinieerd zijn, en waarbij een gedeelte is weggesneden voor illustratieve doeleinden.

FIG. 24 toont een doorsnede van het samenstel van FIG. 22 in de vlakken alfa en beta getoond in FIG. 23.

FIG. 25 toont een filament-aanvoersysteem dat een lichte variant van het samenstel van FIG. 24 omvat, namelijk met een tandriemschijf.

FIG. 26 tot FIG. 29 tonen enkele voorbeelden van enkelvoudige schroefdraad, en meervoudige schroefdraad, met verschillende spoed, die gebruikt kunnen worden in uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding.

FIG. 30 en FIG. 31 tonen voorbeelden hoe roteerbare componenten met enkelvoudige of meervoudige schroefdraad ingrijpen in het filament, en ringen vormen op het filament.

FIG. 32 en FIG. 33 illustreren een derde voorbeeldmatige uitvoeringsvorm van (een gedeelte van) een samenstel volgens de onderhavige uitvinding, als variant van de eerste uitvoeringsvorm. Deze bevat slechts twee roteerbare componenten met schroefdraad, maar twee bijkomende houders of mechanische geleiders.

FIG. 34 tot FIG. 42 illustreren een vierde voorbeeldmatige uitvoeringsvorm van een samenstel en een filament-aanvoersysteem, zoals voorgesteld door de onderhavige uitvinding.

FIG. 34 toont een opstelling van drie roteerbare componenten die een veelheid van ruggen (of uitstekende delen) omvatten in de vorm van ringen. De assen van de roteerbare componenten zijn niet evenwijdig met het kanaal, maar vertonen een kleine hoek.

FIG. 35 geeft aan de hand van een ontvouwing weer hoe de ringen van de roteerbare componenten opgesteld kunnen worden (met een axiale verschuiving) zodat ze in dezelfde groeven van het filament lopen. Dit kan tevens beschouwd worden als een tijdslijn, waaruit duidelijk blijkt dat de aangrijpingspunten met het filament verschuift in axiale richting van het

12- BE2019/5742 filament met de tijd.

FIG. 36 en FIG. 37 tonen voorbeelden hoe roteerbare componenten met ringen opgesteld zoals in FIG. 34 en FIG. 35 ingrijpen in het filament, en één of meerdere spiralen of helixen vormen op het filament, en zo het filament voortbewegen.

FIG. 38(a) en FIG. 38(b) tonen een voorbeeldmatig filament-aandrijfsysteem op basis van de opstelling van FIG. 34, in vooraanzicht en in doorsnede-aanzicht.

FIG. 39 toont het filament-aandrijfsysteem van FIG. 38(a) met synchrone aandrijving.

FIG.40 toont in perspectief aanzicht een filament-aandrijfsysteem met twee samenstellen volgens de vierde uitvoeringsvorm, aangedreven in tegengestelde richting. (net aandrijfwiel van het bovenste samenstel wordt in uurwijzerszin aangedreven t.o.v. de rest van het samenstel, terwijl het aandrijfwiel van het onderste samenstel in tegenuurwijzerszin wordt aangedreven t.o.v. de rest van het samenstel, of vice versa).

FIG. 41 toont een doorsnede van het filament-aandrijfsysteem van FIG. 40.

FIG. 42 is een vooraanzicht van het filament-aandrijfsysteem van FIG. 40. Het geeft duidelijk weer dat de assen van de roteerbare componenten in een andere richting hellen. De twee samenstellen zijn gesynchroniseerd door aandrijving vanuit eenzelfde motor.

FIG. 43 toont een proefopstelling met een filament-aandrijfsysteem volgens FIG. 10, in perspectiefaanzicht.

FIG. 44 tot FIG. 46 toont een bovenaanzicht op enkele voorbeeldmatige drukrollen of knijprollen zoals gebruikt kan worden in uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding.

FIG. 47 toont een grafiek die de verhouding weergeeft van de afgeleverde hoeveelheid materiaal in functie van de gevraagde hoeveelheid materiaal, op basis van gegevens opgemeten met de proefopstelling van FIG. 43.

GEDETAILLEERDE BESCHRIJVING VAN DE UITVINDING De uitvinding zal verder toegelicht worden aan de hand van voorbeeldmatige uitvoeringsvormen. De uitvinding is hiertoe echter niet beperkt, maar enkel door de conclusies.

In de onderhavige uitvinding worden de termen "rollen" en "roteerbare componenten" als synoniem gebruikt.

In dit document wordt de term "filament-aangrijpingsmechanisme" of kortweg "aangrijpingsmechanisme" gebruikt om te verwijzen naar een opstelling (Engels: arrangement") van minstens twee of minstens drie roteerbare componenten opgesteld rond een cilindervormig kanaal, zoals bv. getoond in FIG.6 (eerste uitvoeringsvorm) of FIG.22 (tweede uitvoeringsvorm) of FIG. 32 (derde uitvoeringsvorm) of FIG. 34 (vierde uitvoeringsvorm).

In dit document worden de termen knijprollen, klemrollen en drukrollen als synoniem gebruikt.

FIG.1 toont een schematisch blokdiagram van een gekend extrusie-gebaseerd

13- BE2019/5742 systeem. Het bevat een doorvoermechanisme gebaseerd op twee drukrollen of knijprollen (Engels: "pinch roller system" of "pinch feeder system") 107, 108. Het werkingsprincipe van het systeem 100 van FIG. 1 werd reeds besproken in de achtergrondsectie.

FIG. 2 toont een probleem dat zich onder bepaalde omstandigheden kan voordoen met het systeem van FIG. 1, bv. wanneer de knijprollen het filament 102 willen voortbewegen, maar in de plaats daarvan, materiaal afschrapen van het filament.

De gestippelde curve van FIG. 47 toont een typische curve van zulk doorvoersysteem. Op de X-as wordt de gevraagde hoeveelheid materiaal getoond (bv. de ingestelde hoeveelheid te deponeren materiaal, zoals gevraagd door een externe computer (niet getoond)). Op de Y- as wordt de verhouding weergegeven van de geleverde hoeveelheid materiaal (uitgangsdebiet) en de gevraagde hoeveelheid materiaal (gevraagd debiet). Zoals men kan zien is deze verhouding (mits de nodige correcties en compensaties) nagenoeg 100% voor relatief lage debieten (in het voorbeeld lager dan ongeveer 3 mm°/s), maar bij hogere debieten neemt de verhouding af, bv. omdat er slip optreedt, bv. omdat het verwarmingselement 104 met mondstuk 105 onvoldoende kunnen volgen, en een opwaartse drukkracht uitoefenen op het filament 102. Zoals getoond is de afwijking snelheidsafhankelijk. De knijprollen 107, 108 kunnen tot een bepaalde waarde volgen (in het voorbeeld tot de kracht die optreedt bij 3 mm?/s), maar vanaf een bepaalde waarde treedt er "slip" op, en gaan de tanden van de knijprollen in min of meerdere mate materiaal wegschrapen van het filament 102. Hierdoor zal de geleverde hoeveelheid materiaal minder zijn dan de gevraagde hoeveelheid materiaal, wat uiteraard nadelig is voor de kwaliteit en de afwerking van het te produceren werkstuk. In de praktijk betekent dit dat de maximale extrusie-snelheid van het doorvoersysteem getoond in FIG. 1 met de curve van FIG. 47 beperkt is tot maximaal zowat 3 mm°/sec voor optimale kwaliteit, en tot zowat 5 mm°/sec voor een afwijking van 5%. Hierboven neemt de kwaliteit van het geproduceerd product zeer snel af.

FIG. 3 tot FIG. 5 illustreren een ander gekend extrusie-gebaseerd systeem 300. FIG. 3, FIG. 4 en FIG. 5 van de onderhavige uitvinding is een kopie van FIG. 1 en FIG. 11 en FIG. 4 van US7896209B2 respectievelijk.

Het systeem van FIG. 3 werd reeds in de achtergrondsectie besproken. FIG. 4 toont dat het systeem 300 een aandrijfmechanisme bevat met een motor 334 die via een riem een roteerbare component 330 met inwendige schroefdraad aandrijft. FIG. 5 geeft weer hoe de inwendige schroefdraad 332 van de roteerbare component 330 ingrijpt met het filament 324, en zo het filament voortbeweegt.

Nader onderzoek heeft uitgewezen dat dit systeem verschillende nadelen heeft. Zo treedt er onder meer een grote wrijving op tussen de roteerbare component 330 en het filament 324, omdat de schroefdraad als een mes in het filament snijdt, en er doorheen getrokken wordt, waardoor het filament 324 opwarmt en locaal kan smelten nog voordat het in de

„14- BE2019/5742 verwarmingseenheid aangekomen is. Dit vereist een tamelijk sterke motor, het gesmolten materiaal kan onderdelen van het aanvoersysteem verstoppen, de hoeveelheid aangeleverd materiaal is minder goed gedefinieerd, en wanneer het systeem wordt stopgezet, zal het gesmolten materiaal uitharden, waardoor de roteerbare component kan vast komen te zitten.

De uitvinders stellen een totaal andere oplossing voor, namelijk een oplossing gebaseerd op roteerbare componenten met uitwendige ruggen (bv. uitwendige schroefdraad of met ringen of schijven), waarbij de roteerbare componenten en de ruggen zodanig gedimensioneerd en gemonteerd zijn dat de uitwendige ruggen enigszins binnendringen in het filament, maar afgezien van deze ruggen, dat de roteerbare componenten in hoofdzaak rollen over het oppervlak van het filament.

Meer specifiek stellen de uitvinders een samenstel voor, voor gebruik in een extrusie- gebaseerd productiesysteem, waarbij het samenstel het volgende omvat: - een ingang voor het opnemen van een te extruderen filament; - een uitgang voor het afgeven van het filament, waarbij de ingang en de uitgang een kanaal definiëren waarbinnen het filament zich zal verplaatsen; - minstens twee roteerbare componenten omvattende een eerste roteerbare component en een tweede roteerbare component; - waarbij het kanaal minstens gedeeltelijk gelegen is tussen de eerste component en de tweede component; - waarbij de eerste roteerbare component roteerbaar is rond een eerste as en eerste uitwendige ruggen heeft, welke eerste as op een eerste afstand van het kanaal gelegen is zodanig dat de eerste uitwendige ruggen minstens gedeeltelijk binnendringen in het kanaal; - waarbij de tweede roteerbare component roteerbaar is rond een tweede as verschillend van de eerste as en tweede uitwendige ruggen heeft, welke tweede as op een tweede afstand van het kanaal gelegen is zodanig dat de tweede uitwendige ruggen minstens gedeeltelijk binnendringen in het kanaal; - waarbij de eerste en tweede roteerbare component zodanig gemonteerd zijn dat, wanneer een thermoplastisch filament wordt ingebracht in het kanaal en wanneer het samenstel wordt geroteerd ten opzichte van het filament, de eerste roteerbare component roteert rond zijn as (de eerste as), en de tweede roteerbare component roteert rond zijn as (de tweede as), en de eerste en de tweede as zich verplaatsen rond het thermoplastisch filament op een zodanige wijze dat de eerste en de tweede roteerbare component in hoofdzaak rollen over een oppervlak van het thermoplastisch filament en dat de eerste en tweede uitwendige ruggen minstens 0,05 mm binnendringen in het thermoplastisch filament waardoor minstens één groef wordt gevormd in het filament, en het filament axiaal wordt verplaatst.

Zulk samenstel kan gebruikt worden om een filament-aanvoersysteem te vormen, of een compleet extrusie-gebaseerd productiesysteem, bv. in een zgn. 3D-printer.

Verschillende uitvoeringsvormen gebaseerd op deze principes zijn mogelijk. Hierna

15- BE2019/5742 zullen vier uitvoeringsvormen in meer detail besproken worden, maar uiteraard is de uitvinding daartoe niet beperkt, maar enkel door de conclusies.

EERSTE UITVOERINGSVORM: FIG. 6 tot FIG. 12 en FIG. 14 tot FIG. 19 tonen de voornaamste aspecten van een eerste voorbeeldmatig filament-aanvoersysteem 900.

FIG.6 toont een opstelling van drie roteerbare componenten 10, 20, 30 met respectievelijke assen 12, 22 en 32, en met respectievelijke uitwendige schroefdraad 11, 21, 31 in aangrijping met het filament 2. In een variant kan het samenstel bv. vier of vijf of zes roteerbare componenten omvatten.

De uitwendige schroefdraad dringt gedeeltelijk binnen in het filament, dat doorgaans een thermoplastisch materiaal omvat. Hierdoor is er een goede grip op het filament, en is het risico op ongewilde axiale verschuiving (Engels: "slip") minimaal.

In tegenstelling tot het systeem van FIG. 5, waar de schroefdraad slechts op één positie binnendringt in het filament (rechts in FIG. 5), wordt het filament in het systeem van de onderhavige uitvinding op minstens twee of minstens drie verschillende posities gepenetreerd.

Het voornaamste voordeel is echter te wijten aan de verplaatsing van de assen ten opzichte van het filament. Waar de as van de roteerbare component in het systeem van FIG. 5 een vaste positie inneemt, bewegen de assen van het systeem van de onderhavige uitvinding zich over een denkbeeldig cilinderoppervlak. Het voornaamste effect hiervan is dat de wrijving tussen de roteerbare componenten enerzijds, en het filament anderzijds in hoofdzaak een "rollende wrijving" is, vergelijkbaar met een wiel dat over een wegdek rolt. Dit biedt verschillende voordelen. Zo is er bv. een minder krachtige motor vereist (wat zich vertaalt naar een lagere kost), en het filament wordt (veel) minder opgewarmd, waardoor het risico op smelten van het filament, verstoppen van het aanvoermechanisme, en het vastlopen van de motor, vermeden worden.

Tijdens de werking, zal het filament 2 zich axiaal verplaatsen in de ruimte tussen de roteerbare componenten in de richting van de pijl. (zie ook FIG. 15b).

FIG.7 is een doorsnede-aanzicht van de eerste roteerbare component 10 met schroefdraad 11, en toont hoe de uiteinden van de schroefdraad 11 ingrijpen in het filament 2. Hetzelfde treedt uiteraard ook op voor de andere roteerbare componenten 20, 30.

FIG. 8 is een uitvergroting van een gedeelte van FIG. 7.

Er wordt opgemerkt dat in FIG. 7 en FIG. 8 slechts één type van uitwendige schroefdraad 11 wordt getoond, namelijk met een gelijkbenige driehoekige doorsnede, maar uiteraard is de uitvinding hiertoe niet beperkt, en andere geschikte doorsneden kunnen eveneens gebruikt worden, bv. schroefdraad met een ongelijkbenige driehoek, of schroefdraad met een puntig uiteinde maar gebogen flanken, of schroefdraad met een uiteinde met een cirkelvormige doorsnede, of schroefdraad met een trapeziumvormige doorsnede, enz.

-16- BE2019/5742 Het is belangrijk dat het radiaal einde van de schroefdraad gedeeltelijk kan indringen en zodoende kan ingrijpen met het filament. Dit kan bekomen worden door de roteerbare componenten op een geschikte afstand te plaatsen van het filament. In de praktijk zal door de druk van de ruggen tegen het filament een plastische vervorming ontstaan, waardoor het filament permanente uitsparingen of groeven 6 of inkepingen krijgt. Verrassend is gebleken dat deze inkepingen individuele ringen vormen, bv. cirkelvormige ringen, en dus geen helix-vorm.

Hoewel niet getoond in FIG. 7 en FIG. 8, kan de schroefdraad ook lichtjes conisch uitgevoerd worden, bv. op een manier waarbij de schroefdraad niet of nauwelijks penetreert in het filament 2 nabij de ingang van het aanvoermechanisme (bv. nabij positie X in FIG. 7) zodat het filament eenvoudig tussen de componenten kan gepositioneerd worden, en geleidelijk dieper penetreert nabij de uitgang van het aanvoermechanisme (bv. nabij positie Y in FIG. 7), zodat er een zeer goede grip is tussen de roteerbare componenten en het filament 2, waardoor de kans op ongewild verschuiven (Engels: "slip") sterk verminderd wordt, of minimaal is.

FIG. 9 toont een explosie-aanzicht van de drie roteerbare componenten van FIG. 6 en een samenstel dat deze drie roteerbare componenten 10, 20, 30 omvat. De componenten 10, 20, 30 worden bovenaan en onderaan gemonteerd door middel van lagers 43, 45, bv. kogellagers. Deze lagers worden op hun beurt gemonteerd in overeenkomstige uitsparingen 51 in een onderste gedeelte 46 en bovenste gedeelte 41 van een houderstructuur (Engels: "carrier"). Het bovenste gedeelte 41 kan bv. door middel van bouten bevestigd worden aan het onderste gedeelte 46.

De componenten 10, 20, 30 bevatten verder bovenaan (of onderaan) elk een tandwiel 44 dat ingrijpt in een inwendig vertand tandwiel, hierin verder ringwiel of tandrad 42 genoemd. De tandwielen 44 bewegen op een vergelijkbare manier ten opzichte van het ringwiel 42 als het geval is bij gekende planetaire tandwieloverbrengingen (zoals bv. getoond in FIG. 13), waarbij tandrad 1301 vrij rond zijn as kan draaien, en het zonnewiel 1302 is weggelaten.

Het samenstel 900 kan op verschillende manieren gedraaid worden ten opzichte van het filament: bv. (i) door het bovenste gedeelte 41 van de houderstructuur te roteren ten opzichte van klemrollen 55, of bv. (ii) door het onderste gedeelte 46 van de houderstructuur te roteren ten opzichte van klemrollen 55, of bv. (ii) door het ringwiel 42 te roteren ten opzichte van de klemrollen. Zoals getoond (in stippellijn) wordt het filament 2 zijdelings geklemd tussen knijprollen of klemrollen of drukrollen 55, om torsie van het filament tegen te gaan of te beperken.

De klemrollen 55 zorgen ervoor dat het filament niet ongelimiteerd kan getordeerd worden ten gevolge van de ingrijping van de schroefdraden van de roteerbare componenten.

De klemrollen 55 werken torsie van het filament rond zijn lengteas tegen, maar laten een lineaire verplaatsing van het filament in de lengterichting toe. Hoewel niet de voornaamste focus van de onderhavige uitvinding, kunnen de knijprollen 55 optioneel extra voorzieningen hebben om zulke torsie tegen te gaan, bv. zoals getoond in FIG. 44 tot FIG. 46.

In tegenstelling tot het systeem 100 van FIG.1, worden de knijprollen in

17- BE2019/5742 uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding niet aangedreven, en ze bepalen niet de doorvoersnelheid. Wanneer het filament afkomstig is van een filamentspoel (zoals meestal het geval is), en wanneer het filament onder een boog naar de ingang wordt geleid, dan helpt de boogvorm mee om torsie van het filament te beperken.

FIG. 10 toont (links) een samenstel op basis van de componenten van FIG. 9, in geassembleerde vorm. Samen met de motor 53, bv. een stappenmotor, en de getande riem 52 en de klemrollen 55 vormt het geheel een filament-aanvoersysteem. In alternatieve uitvoeringsvormen kan de getande riem 52 ook vervangen worden door een kettingaandrijving of tandwielaandrijving of dergelijke.

FIG. 11 toont een doorsnede van het samenstel van FIG. 10. Hierin is duidelijk zichtbaar hoe de as van de roteerbare component 30 is gemonteerd in lager 43 en lager 45. In dit voorbeeld steekt de as van de roteerbare component uit buiten het cilindrisch lichaam met de schroefdraad. Alternatief is het ook mogelijk, indien de diameter van de roteerbare component voldoende groot is, om de lager in te bouwen in het cilindrisch lichaam, zoals getoond in FIG. 24. In het voorbeeld van FIG. 10 en FIG. 11 is het ringwiel 42 draaibaar opgesteld ten opzichte van de houderstructuur 46, 41 door middel van één of meerdere lagers (bv. glijlager of kogellager). Een vakman vertrouwd met planeetaandrijvingen zal begrijpen dat, in aanwezigheid van het filament 2, draaiing van het bovenste gedeelte 41 ten opzichte van de houderstructuur rotatie van de drie componenten 10, 20, 30 rondom hun respectievelijke assen 12, 22, 32 zal veroorzaken, alsook een verplaatsing van deze assen over een virtuele cilinderomtrek rond het centrale kanaal 5 of rondom het filament 2, maar ook dat het ringwiel 42 rond zijn eigen as draait aan een snelheid die verschillend is van de rotatiesnelheid van de houderstructuur 41, 46. Voor vakmensen niet vertrouwd met planeetaandrijvingen is dit veel moeilijker te begrijpen.

Hoe dan ook, op deze manier wordt de hoger genoemde in hoofdzaak "rolbeweging" van de roteerbare componenten 10; 20, 30 over de omtrek van het filament 2 verkregen. Door een gepaste dimensionering, bv. keuze van de afmetingen (bv. een geschikte buitendiameter van het roteerbaar element) en geschikte posities (bv. met gelijke hoekafstand van 120°, en een afstand "d1" van het kanaal 5 die ervoor zorgt dat de schroefdraad tot een gewenste diepte binnendringt in het filament, bv. van ongeveer 0,05 mm tot ongeveer 0,25 mm, bv. ongeveer gelijk aan 0,06 mm, of ongeveer 0,08 mm, of ongeveer 0,10 mm, of ongeveer 0,11 mm, of ongeveer 0,12 mm, of ongeveer 0,13 mm of ongeveer 0,14 mm, of ongeveer 0,15 mm, of ongeveer 0,18 mm of ongeveer 0,20 mm, of ongeveer 0,22 mm), wordt het filament 2 met een gepaste spanning radiaal geklemd tussen de roteerbare componenten 10, 20, 30. Deze spanning moet voldoende groot zijn opdat de schroefdraad minstens gedeeltelijk binnendringt in het filament, bv. zoals getoond in FIG. 8.

Het onderdeel dat aangedreven wordt, in het voorbeeld van FIG. 10, tandriemschijf 58,

-18- BE2019/5742 kan voorzien zijn van een uitwendige karteling of groeven voor ingrijping van een getande riem 52 (zie FIG. 10). Op die manier is het risico op verschuiving (Engels: "slip") tussen motoras 54 van de motor 53 (bv. een stappenmotor) en de aangedreven component sterk verminderd, of zelfs helemaal geëlimineerd.

In alternatieve uitvoeringsvormen kan ook een andere synchrone aandrijving gebruikt worden, zoals bv. een kettingaandrijving, of een aandrijving met een tandwielreductie of een tandwielkast of dergelijke.

FIG. 12 toont een voorbeeld van een filament-aanvoersysteem 1200 dat een motor 53 omvat en een samenstel 900 zoals hoger beschreven, ingebouwd in een behuizing 57.

In het voorbeeld wordt het filament 2 over een gebogen curve en gespannen tussen twee knijprollen 55 naar de ingang 3 gevoerd. Hierdoor wordt torsie van het filament in hoofdzaak vermeden of grotendeels beperkt. In het voorbeeld wordt tandriemschijf 58 aangedreven door een getande riem 52. Door het aandrijfmechanisme 53, 52 en het inwendig tandwielmechanisme 42, 44 rollen de drie roteerbare componenten 10, 20, 30 in hoofdzaak over het oppervlak van het filament, maar omdat de schroefdraden 11, 21, 31 van de roteerbare componenten enigszins binnendringen in het filament, wordt er toch een bepaald krachtmoment uitgeoefend op het filament, waardoor het filament lichtjes zal torderen (naar schatting minder dan 45°), maar dit heeft geen merkbare invloed op de axiale verplaatsing van het filament 2 en dus op de doorvoersnelheid van het filament.

Zoals duidelijker zal worden aan de hand van FIG. 16 tot FIG. 19 is het een groot voordeel van dit aandrijfmechanisme dat de roteerbare componenten 10, 20, 30 een relatief grote verplaatsing moeten afleggen voor slechts een kleine axiale verschuiving 55 (zie FIG. 18) van het filament 2.

Inderdaad, om het filament 2 over de afstand 55 te verplaatsen, moet de as 12 een aantal keren N rond het filament draaien. Dit aantal N is ongeveer gelijk aan d_rol / d_filament, waarbij d_rol de buitendiameter van de roteerbare component is, en waarbij d_filament de buitendiameter van het filament is. In het prototype van FIG. 33 is deze waarde ongeveer gelijk aan 6,4. Hierna is de roteerbare component zowat 1,0 keer rond zijn eigen as gedraaid.

Deze grote hoekverplaatsing (in het voorbeeld: 6,4 toeren) draagt bij tot de hoge nauwkeurigheid en de grote overbrengingsverhouding van het filament-aanvoersysteem, wat gunstig is voor de motorselectie. Het aanvoermechanisme fungeert in feite als een inherente reductiekast, waardoor een externe tandwieloverbrenging vermeden kan worden, met een verlaagde kost en verminderd gewicht als gevolg.

Terug verwijzend naar FIG. 12. Een ander groot voordeel is dat de motor 53 op een relatief hoog toerental kan draaien, en slechts een klein koppel (Engels: torque") hoeft te leveren (bv. minder dan 0,13 Nm, bv. minder dan 0,10 Nm, bv. minder dan 0,08 Nm, bv. minder dan 0,05 Nm, bv. minder dan 0,2 Nm). Dit is uitermate gunstig voor relatief kleine motoren, zowel stappenmotoren als DC-brushless motoren als AC-brushless motoren.

-19- BE2019/5742 Zoals gekend is het geleverd vermogen (P) gelijk aan het product van het koppel (T) en het toerental (w). In vergelijking bv. met het systeem beschreven in US7896209B2 zal het nodige koppel veel lager zijn vanwege rollende wrijving (in de onderhavige uitvinding) versus slepende of schurende wrijving en opwarming (in US'209B2). Het netto resultaat is dat een motor van een kleiner vermogen kan gekozen worden, wat wederom gunstig is qua prijs en qua gewicht. Het verminderde gewicht van het aanvoermechanisme draagt op zijn beurt weer bij tot een hogere nauwkeurigheid en/of een hogere snelheid van het totale systeem, vanwege de lagere inertie (bv. minder trillingen).

FIG. 13 toont een voorbeeld van een planetaire tandwielaandrijving, gekend in het vakgebied van variabele transmissiesystemen. De eerste en de tweede uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding vertonen gelijkenissen met dit systeem.

In het voorbeeld van FIG. 13 worden drie tandwielen 1304 rond hun as gedraaid vanwege ingrijping van de tandwielen 1304 met een ring met inwendige tanden, hierin "ringwiel" genoemd (Engels: "ring gear”), en zullen de assen van de tandwielen 1304 zich verplaatsen over een virtuele cirkel. De relatieve hoekverdraaiingen van de drie tandwielen 1304 zijn onderling gesynchroniseerd, wat voordelig is om de schroefdraden in hetzelfde spoor op het filament te laten lopen. De relatieve posities van de tandwielen 1304 wordt (in dit voorbeeld) bepaald door het roteren van de driehoekige component 1303, die drager wordt genoemd (Engels: "carrier”).

De planetaire aandrijving van FIG. 13 heeft zowel een centraal tandwiel 1302 als een ringwiel 1301. Dat is echter niet noodzakelijk voor de onderhavige uitvinding. In een vereenvoudigde vorm kan het centrale tandwiel 1302 weggelaten worden, en zorgt het ringwiel 1301 ervoor dat de tandwielen 1304 (lees: roteerbare componenten) synchroon bewegen.

Alternatief kan het ringwiel 1301 weggelaten worden, en zorgt het centrale tandwiel 1302 voor de synchrone beweging van de tandwielen 1304 (lees: roteerbare componenten).

FIG. 14(a) en FIG. 14(b) geven weer hoe de drie roteerbare componenten 10, 20, 30 van FIG. 6 kunnen geroteerd en verplaatst worden ten opzichte van het filament 2.

De tandwielen 44a, 44b, 44c van de roteerbare componenten 10, 20, 30 van het filament-aanvoermechanisme van FIG. 15 voeren een gelijkaardige beweging uit ten opzichte van het ringwiel 42 als de tandwielen 1304 ten opzichte van het ringwiel 1301 van de klassieke planetaire tandwielaandrijving 1300 van FIG. 13, in de zin dat de assen 12, 22, 32 van de tandwielen 444, 44b, 44c zich synchroon verplaatsen over een virtuele cirkelomtrek, en dat deze tandwielen 44a, 44b, 44c synchroon draaien rond hun respectievelijke assen 12, 22, 32.

FIG. 15 is een perspectief aanzicht van FIG. 14(a), vanuit een ander gezichtspunt dan FIG. 6.

Het ringwiel 42 heeft bij voorkeur een aantal tanden dat een geheel veelvoud is van het

-20- BE2019/5742 aantal roteerbare componenten (in het voorbeeld van FIG. 15: drie). Dit heeft als effect dat, de roteerbare componenten eenvoudig "gemonteerd" kunnen worden met een onderlinge hoekverdraaiing van hun schroefdraden van 360°/3=120°, overeenkomstig hun fysieke positie.

In het geval van vier roteerbare componenten (niet getoond), bevinden deze roteerbare componenten zich bij voorkeur op 90° rond het filament, en worden hun respectievelijke schroefdraden bij voorkeur eveneens over 90° gedraaid. Dit is eenvoudig wanneer het aantal tanden van de tandwielen 44 een veelvoud van vier is.

In het specifieke voorbeeld van FIG. 6 en FIG. 15, is het aantal tanden van de tandwielen 44 gelijk aan éénentwintig (21), wat een geheel veelvoud is van 3, en is het aantal tanden van het ringwiel gelijk aan éénenvijftig (51), eveneens een veelvoud van 3. FIG. 16 tot FIG. 19 werden reeds hoger besproken. TWEEDE UITVOERINGSVORM: FIG. 20 tot FIG. 25 illustreren een tweede voorbeeldmatige uitvoeringsvorm van een samenstel, en een filament-aanvoersysteem dat een dergelijk samenstel omvat.

De tweede uitvoeringsvorm kan gezien worden als een variant van de eerste uitvoeringsvorm, met als voornaamste overeenkomsten: - dat het eveneens drie roteerbare componenten omvat met schroefdraad, - dat de bewegingen van de drie roteerbare componenten gesynchroniseerd zijn door middel van tandwielen; en met als voornaamste verschillen: - dat ringwiel 42 weggelaten wordt, en - dat een centraal tandwiel 48 met een centrale opening toegevoegd wordt.

Al hetgeen hierboven beschreven werd voor de eerste uitvoeringsvorm is ook van toepassing voor de tweede uitvoeringsvorm, mutatis mutandis.

De bewegingen van de roteerbare componenten 10, 20, 30 rond hun respectievelijke assen en rond het filament 2 zijn identiek als beschreven voor de eerste uitvoeringsvorm, met als grootste voordeel dat er "rollende wrijving" optreedt, en nagenoeg geen "slepende wrijving".

De vier tandwielen 44a-44c en 48 zorgen ervoor dat de bewegingen van de roteerbare componenten gesynchroniseerd blijven. Dit is belangrijk opdat de schroefdraden 11, 21, 31 van de roteerbare componenten 10, 20, 30 ingrijpen in dezelfde groeven van het filament, of indien één of meerdere rollen hun eigen spoor dienen te vormen, dat de schroefdraden in hun eigen spoor blijven, en de verschillende sporen hun onderlinge afstand behouden op het filament.

Zonder synchronisatie van de rollen kunnen de schroefdraden van de rollen op de duur buiten de reeds gevormde groeven gaan lopen, waardoor de groeven beschadigd kunnen worden, en de nauwkeurigheid van het systeem sterk kan afnemen.

FIG. 20 is een bovenaanzicht op de drie roteerbare componenten 10, 20, 30 en het

-21- BE2019/5742 centraal tandwiel 48 met de centrale opening 49. Deze opening 49 heeft een diameter die enigszins groter is dan de buitendiameter van het filament 2. Deze opening kan bv. een binnendiameter hebben in het bereik van 2 tot 8 mm, of van 3 tot 5 mm, zodat het filament er zonder noemenswaardige wrijving doorheen kan schuiven.

FIG. 21 is een perspectiefweergave, die de relatieve positie van de roteerbare componenten 10, 20, 30 en van het filament 2 en van het centraal tandwiel 48 weergeeft. In dit voorbeeld heeft het centraal tandwiel 48 exact dezelfde afmetingen als de tandwielen 44a-44c van de roteerbare componenten, en hebben ze allen 24 tanden, maar dat is niet strict noodzakelijk, en het systeem zal ook werken als het centrale tandwiel 48 andere afmetingen en een ander aantal tanden zou hebben. Indien de roteerbare componenten onderling een positie van 120° innemen rond het filament (zie FIG. 20), dan is het aantal tanden van zowel het centrale tandwiel 48 alsook van de tandwielen 44 van de roteerbare componenten bij voorkeur een geheel veelvoud van drie. Dit laat toe de roteerbare componenten te monteren met een onderlinge hoekverdraaiing van respectievelijk 0°, 120° en 240° (zie ook FIG. 31). FIG. 22 toont een explosie-aanzicht van de drie roteerbare componenten en het centrale tandwiel van FIG. 22, en een samenstel dat deze drie roteerbare componenten omvat. Ook hier worden de roteerbare componenten 10, 20, 30 bij voorkeur in lagers 43 (bovenaan), 45 (onderaan) gemonteerd, welke lagers vast gemonteerd zijn in een houderstructuur (ook "drager" genoemd). In het voorbeeld van FIG. 22 omvat de houderstructuur een onderste gedeelte 41 en een bovenste gedeelte 46 die aan elkaar bevestigd kunnen worden door middel van bouten. Zoals ondertussen begrepen kan worden, worden ook in de tweede uitvoeringsvorm de roteerbare componenten niet rechtstreeks aangedreven, maar onrechtstreeks. Vermits het ringwiel 42 weggelaten is, kunnen de componenten nog op twee manieren aangedreven worden: (i) door het centraal tandwiel 58 te roteren rond het filament (of in de praktijk: ten opzichte van de drukrollen, niet getoond in FIG. 22); of (ii) door het onderste gedeelte 46 of het bovenste gedeelte 41 van het samenstel te roteren rond het filament (of in de praktijk: ten opzichte van de drukrollen). In beide gevallen zullen de roteerbare componenten als gevolg hiervan, roteren rond hun respectievelijke assen, en zullen deze assen zich verplaatsen rond het filament. FIG. 23 toont een bovenaanzicht op FIG. 22 waarin twee vlakken alfa en beta gedefinieerd zijn, en waarbij een gedeelte is weggesneden voor illustratieve doeleinden. FIG. 24 toont een doorsnede van het samenstel van FIG. 22 in de vlakken alfa en beta getoond in FIG. 23. FIG. 25 toont een filament-aanvoersysteem 2500 dat een samenstel volgens de tweede

-22- BE2019/5742 uitvoeringsvorm omvat, zeer gelijkaardig met dat van FIG. 20 tot FIG. 24. Zoals getoond omvat het filament-aanvoersysteem 2500 een motor 53 (bv. een stappenmotor) die een getande riem 52 aandrijft, die op zijn beurt een getande riemschijf 58 aandrijft, welke in dit voorbeeld verbonden is met het bovenste gedeelte 41 van de dragerstructuur.

Zoals getoond wordt ook hier het filament 2 door een rotatie-limiterende eenheid geleid, bv. tussen twee knijprollen 55 , om rotatie van het filament te beperken of te voorkomen. Deze knijprollen 55 zijn vrijlopend, en bepalen dus niet de snelheid waarmee het filament wordt voortbewogen. Bij voorkeur wordt het filament 2 tevens via een gebogen curve aangeleverd vanuit een filamentspoel (niet getoond). Deze gebogen curve draagt eveneens bij om torsie van het filament 2 te voorkomen.

De uitvoeringsvormen werden tot hiertoe enkel getoond met een enkelvoudige schroefdraad (één helix), maar de uitvinding is daartoe niet beperkt, en de uitvinding zal ook werken met een meervoudige schroefdraad (meerdere helixen).

FIG. 26 tot FIG. 28 tonen enkele voorbeelden van een roteerbare component met een enkelvoudige schroefdraad, met een spoed van 0,5 mm of 1,0 mm of 1,5 mm respectievelijk.

FIG. 29 toont een variant van de component van FIG. 28 met een spoed van 1,5 mm maar met een meervoudige schroefdraad, in het getoonde voorbeeld een drievoudige schroefdraad.

FIG. 30(a) is een schematische weergave van een opstelling (Engels: "arrangement") met drie roteerbare componenten, elk met een enkelvoudige schroefdraad met spoed 1,5 mm, waarbij de drie componenten onder eenzelfde hoek georiënteerd zijn in de houderstructuur (zoals weergegeven door een zwarte stip). Aangezien de componenten zelf 120° verschoven zijn ten opzichte van het filament, grijpen de schroefdraden van de verschillende componenten op verschillende hoogtes in op het filament, zoals weergegeven in FIG. 30(b). Met andere woorden, in deze uitvoeringsvorm worden er drie reeksen van sporen gevormd in het filament. Dankzij de synchronisatie blijven deze sporen op een vooraf bepaalde afstand van elkaar verwijderd.

In een variant van FIG. 30(a), (niet getoond) waarbij de tweede component over 120° gedraaid is ten opzichte van de eerste, en de derde component over 240° ten opzichte van de eerste, zullen de schroefdraden van de drie componenten allen in dezelfde reeks cirkelvormige sporen van het filament 2 lopen.

In een andere variant van FIG. 30(a), (niet getoond) waarbij de tweede component over 0° gedraaid is ten opzichte van de eerste, en de derde component over 240° ten opzichte van de eerste, zullen de schroefdraden van de eerste en de derde component in dezelfde reeks cirkelvormige sporen van het filament 2 lopen, maar zal de tweede component zijn eigen reeks sporen vormen in het filament.

-23. BE2019/5742 FIG. 31(a) is een schematische weergave van een opstelling (Engels: "arrangement") met drie roteerbare componenten, elk met een drievoudige schroefdraad van spoed 1,5 mm. In het voorbeeld zijn de drie componenten onderling 120° geroteerd, maar aangezien er drie helixen zijn, maakt het geen verschil of de componenten onderling 0° of 120° of 240° gedraaid zijn ten opzichte van elkaar.

FIG. 31(b) geeft weer dat er veel meer aangrijpingspunten zijn tussen iedere component en het filament, en dat de tanden van de schroefdraden van alle componenten in alle sporen lopen.

Afhankelijk van de vervormings-eigenschappen van het thermoplastisch filament (bv: plastische of elastische) kan een diepere penetratie over een kleiner aantal aangrijpingspunten al dan niet beter zijn dan een minder diepe penetratie over een groter aantal aangrijpingspunten, maar in wezen is de werking dezelfde.

Hieruit kan begrepen worden dat, zolang de schroefdraden in de sporen blijven lopen ondanks een opwaartse drukkracht vanuit de smelteenheid, zal er geen noemenswaardige verschuiving ("slip") optreden tussen de rollen en het filament, wat resulteert in een perfect lineair gedrag van de curve van FIG. 47, ongeacht de ingestelde snelheid van het filament. Pas wanneer de tegenwerkende kracht zo groot wordt dat de tanden van de schroefdraden uit de sporen worden gedrukt, zal er slip optreden. In de proefopstelling van FIG. 43 met een ABS filament van 1,75 mm diameter, een nozzle van 0,4 mm en en temperatuur van 230°C was het gedrag in hoofdzaak perfect lineair tot een debiet van ongeveer 13 mm?/s.

DERDE UITVOERINGSVORM: FIG. 32 en FIG. 33 tonen een derde voorbeeldmatige uitvoeringsvorm van een aanvoermechanisme 3200 volgens de onderhavige uitvinding. Niet alle onderdelen worden getoond in FIG. 32 en FIG. 33, om de figuur niet te overladen.

Deze derde uitvoeringsvorm kan gezien worden als een variant van de eerste uitvoeringsvorm, met als voornaamste verschillen: () dat deze uitvoeringsvorm slechts twee roteerbare componenten omvat met schroefdraad, zodanig opgesteld dat het filament precies in het midden tussen de eerste en tweede as gepositioneerd is, en (ii) dat het systeem verder twee mechanische geleiders 30, 50 heeft om het filament binnen het kanaal te houden. Deze geleiders zijn niet roteerbaar rond hun as, maar draaien wel mee ten opzichte van het tandrad 42. Het filament 2 wordt in hoofdzaak geklemd tussen de twee roteerbare componenten 10, 20 met schroefdraad, en wordt voorbewogen door de schroefdraden van deze twee componenten op een gelijkaardige manier als hierboven beschreven.

De twee geleiders 30 en 50 staan bij voorkeur op een kleine afstand van het filament 2, en vertonen bij voorkeur een zeer lage wrijving met het filament 2. Dit laatste kan gerealiseerd worden op gekende manieren, bv. door materiaalkeuze (bv. door gebruik van een kunststof die

-24- BE2019/5742 een lage wrijving vertoont met het materiaal van het filament 2), en/of door gladde of gepolijste of gecoate geleiders te gebruiken, of op andere gekende wijzen.

Al hetgeen hierboven beschreven werd voor de eerste uitvoeringsvorm is ook van toepassing voor deze derde uitvoeringsvorm, mutatis mutandis. Het belangrijkste voordeel, namelijk dat er in hoofdzaak rollende wrijving optreedt tussen de roteerbare componenten 10, 20 en het filament 2 is ook hier van toepassing.

Er treedt weliswaar enige slepende wrijving op tussen het filament en de twee geleiders 30, 50, maar het filament wordt bij voorkeur niet geklemd tussen deze geleiders 30, 50. Deze geleiders dienen enkel om het filament op zijn plaats te houden in het kanaal. De zijwaartse kracht waarmee het filament tegen de mechanische geleiders wordt gedrukt is slechts een fractie van de radiale kracht waarmee de eerste en tweede component hun schroefdraad in het filament drukken.

Hoewel niet expliciet getoond, kan ook voor deze opstelling met slechts twee roteerbare componenten een samenstel gelijkaardig aan dat van FIG. 9, en een filament-aandrijfsysteem gelijkaardig aan dat van FIG. 10 gebouwd worden.

Hoewel niet expliciet getoond, is een variant van de opstelling van FIG. 32 en FIG. 33 zonder ringwiel 42 maar met een inwendig tandwiel met een opening (zoals in de tweede uitvoeringsvorm) eveneens mogelijk. Deze uitvoeringsvorm is vooral geschikt voor filament- diameters van minstens 2,50 mm.

VIERDE UITVOERINGSVORM: FIG. 34 tot FIG. 42 tonen een vierde voorbeeldmatige uitvoeringsvorm van een opstelling en samenstel en filament-aanvoersysteem volgens de onderhavige uitvinding. Niet alle onderdelen worden in elke figuur getoond, om de figuren niet te overladen.

Wanneer voor de eerste, tweede en derde uitvoeringsvorm werd gezegd dat de assen van de roteerbare componenten "nagenoeg evenwijdig" zijn met het kanaal, dan wordt bedoeld: perfect evenwijdig binnen een tolerantie van ten hoogste +/-0,5°, of ten hoogste +/- 0,4°, of ten hoogste +/- 0,3°, of ten hoogste +/- 0,25°, of ten hoogste +/- 0,20°.

De vierde uitvoeringsvorm kan gezien worden als een variant van de eerste uitvoeringsvorm, met als voornaamste overeenkomsten dat: ij) er meerdere aangrijpingspunten zijn (verschillend in de hoogterichting) tussen iedere roteerbare component en het filament (bv. minstens drie of minstens vier of minstens vijf); ii) dat het filament geklemd wordt tussen drie roteerbare componenten die onderling met een hoekverplaatsing van ongeveer 120° ten opzichte van elkaar gepositioneerd zijn, waardoor een automatische centrering plaats vindt; id) dat er in hoofdzaak "rollende wrijving" optreedt tussen de roteerbare componenten (of "rollen”) en het filament, waardoor slechts een gering krachtmoment nodig is om de roteerbare componenten in hoofdzaak over het filament te doen rollen;

25. BE2019/5742 iv) dat de "slepende wrijving" minimaal is of gering is, waardoor het filament locaal niet of nauwelijks wordt opgewarmd door contact met de roteerbare componenten, zodat de sporen vrijwel intact blijven, en niet uitgehold worden.

De voornaamste verschillen met de eerste uitvoeringsvorm zijn: i) dat de roteerbare componenten geen spiraalvormige of helixvormige rug of verhoging hebben, maar een veelheid van equidistante ringvormige ruggen of verhogingen, bv. minstens twee, of minstens drie, of minstens vier of minstens vijf ruggen; ii) dat de assen van de roteerbare componenten niet parallel zijn met het kanaal, maar dat hun dragers doelbewust kruisende rechten vormen met een hoek in het bereik van 1,0° tot 9°, of in het bereik van 1,25° tot 8°, of in het bereik van 1,5° tot 8,0°, of in het bereik van 2,0° tot 5,0°, bv. ongeveer gelijk aan 1,75°, of ongeveer gelijk aan 2,0°, of ongeveer gelijk aan 2,25°, of ongeveer gelijk aan 2,5°, of ongeveer gelijk aan 2,75°, of ongeveer gelijk aan 3,0°, of ongeveer gelijk aan 3,25°, of ongeveer gelijk aan 3,5°, of ongeveer gelijk aan 3,75°, of ongeveer gelijk aan 4,0°, of ongeveer gelijk aan 5° of ongeveer gelijk aan 6° of ongeveer gelijk aan 7°; il) dat de hoekverdraaiingen van de roteerbare componenten rond hun as niet gesynchroniseerd hoeven te worden om te voorkomen dat ze (langzaam) verlopende groeven gaan vormen op het filament. Het volstaat dat hun posities een vaste "offset" vertonen (zie FIG. 35). Dit is meteen ook één van de grootste voordelen van deze vierde uitvoeringsvorm, omdat dit toelaat de montage sterk te vereenvoudigen. Meer specifiek kan zowel het ringwiel 42 alsook het centrale tandwiel 48 weggelaten worden, alsook de tandwielen 44a-44c; iv) de groeven op het filament geen cirkelvormige ringen zullen vormen, maar één of meerdere spiraalvormen.

Met verwijzing naar FIG. 35 zal de vakman begrijpen dat het filament in een samenstel volgens de vierde uitvoeringsvorm geen wezenlijk verschil zal ondervinden in de aanrakingspunten met de "ruggen" van de drie roteerbare componenten van FIG. 34 dan wel met de "schroefdraden" van de drie roteerbare componenten van FIG. 6. In beide gevallen ondervindt het filament een penetratie van een schijfvormig of schotelvormig voorwerp onder een zekere hellingshoek (bv. in het bereik van 1,0° tot 8,0°).

Afhankelijk van de implementatie kan er een klein verschil zijn qua penetratiediepte, omdat "rechte" schroefdraden in principe bovenaan en onderaan even diep ingrijpen, wat niet het geval is voor "even grote cirkelvormige ruggen", maar de penetratiediepte kan in beide gevallen aangepast worden. In het geval van schroefdraden kan de schroefdraad bv. conisch uitgevoerd worden. In het geval van de cirkelvormige ruggen, kunnen ringen met verschillende diameters gebruikt worden (bv. kleinere diameter in het midden, grotere diameter onderaan en bovenaan de roteerbare component).

Wat nauwkeurigheid betreft, is het belangrijk bij roteerbare componenten met enkelvoudige schroefdraden dat de componenten een hoekoffset vertonen (zoals toegelicht bij

-26- BE2019/5742 FIG. 31a), teneinde in dezelfde cirkelvormige groeven op het filament te lopen. Bij de roteerbare componenten met ringen is de hoekpositie van de component rond zijn as niet belangrijk, maar wel de axiale verschuiving (zie FIG. 35). Indien de drie roteerbare componenten identiek zijn, er geen offset wordt toegepast in de hoogterichting (Z) tussen de roteerbare componenten, dan zal iedere roteerbare component zijn eigen spiraalgroef vormen (door rollende indrukking) op het filament, met als resultaat dat er meerdere zulke spiraalgroeven gevormd zullen worden in het filament. Wanneer de groeven te dicht bij elkaar liggen, kunnen ze uitleuren en beschadigd worden. Dit is nadelig voor de nauwkeurigheid.

Door het kiezen van een geschikte offset in de hoogterichting (Z) tussen de roteerbare componenten, is het mogelijk de roteerbare componenten in één en dezelfde spiraalgroef te laten lopen. Dit laat toe om de ruggen dieper te laten penetreren in het filament, en dus om een hogere radiale druk uit te oefenen op het filament.

Wanneer de ruggen spits zijn uitgevoerd (bv. met een driehoekige doorsnede of een afgeknotte driehoek of trapeziumvormig), dan zal het filament ook hier een grotere neiging vertonen om de (spiraal-) groeven te centreren ten opzichte van de ruggen. Op die manier werken alle aangrijpingspunten samen om dezelfde axiale verplaatsing van het filament te bekomen.

Verdere optimalisatie is mogelijk door de ruggen van een roteerbare component niet alemaal dezelfde buitendiameter te geven, maar door ruggen met verschillende buitendiameters te nemen. Inderdaad, indien alle ruggen dezelfde buitendiameter hebben, dan dringt één rug dieper in het filament dan de andere ruggen, vanwege de hellingshoek tussen de assen en het filament. Indien gewenst, kan de penetratiediepte ongeveer gelijk gemaakt worden voor de verschillende ruggen door de diameters gepast te wijzigen.

Het is uiteraard ook mogelijk om de diameters zodanig te kiezen dat de penetratiediepte geleidelijk toeneemt vanaf de ingang tot aan de uitgang van het kanaal. De vakman die het voordeel heeft van de onderhavige openbaring, kan eenvoudig geschikte diameters kiezen. Andere afwegingen zijn uiteraard eveneens mogelijk.

Wat maximale doorvoersnelheid en lineariteit betreft tussen gevraagde (ingestelde) en werkelijke verkregen snelheid (of debiet), valt te verwachten dat de grafiek van FIG. 47 ook van toepassing is voor de vierde uitvoeringsvorm, zolang de ruggen in de sporen blijven lopen. Pas wanneer de tegenwerkende kracht (bv. vanuit de smelteenheid) zo groot wordt dat de ruggen buiten de reeds gevormde sporen beginnen te lopen, is de lineariteit verloren.

Verwijzend naar de figuren van de vierde uitvoeringsvorm.

FIG. 34 toont de onderlinge positie en oriëntatie van drie identieke roteerbare componenten 10, 20, 30 met een veelheid van cirkelvormige ruggen, zonder verticale verschuiving (Engels: "offset").

FIG. 35 toont de onderlinge positie en oriëntatie van drie roteerbare componenten 10,

-27- BE2019/5742 20, 30, met verticale offset (overdreven getekend voor illustratieve doeleinden), of van drie verschillende componenten met ingebouwde offset. De offset kan zodanig gekozen worden dat de ruggen van de verschillende componenten 10, 20, 30 ingrijpen in dezelfde spiraalvormige groef op het filament. Er wordt opgemerkt dat de ruggen van de componenten van FIG. 35 tamelijk dicht bij elkaar liggen, maar dat hoeft uiteraard zo niet te zijn.

FIG. 38(a) en FIG. 38(b) tonen een voorbeeldmatig filament-aandrijfsysteem op basis van de opstelling van FIG. 34, in perspectiefaanzicht en in doorsnede-aanzicht. Dit samenstel of dit filament-aandrijfsysteem kan compacter uitgevoerd worden dan dat volgens de eerste uitvoeringsvorm, omdat de tandwielen weggelaten kunnen worden.

FIG. 40 tot FIG. 42 tonen een variant van het filament-aandrijfsysteem van FIG. 39, met twee samenstellen volgens de vierde uitvoeringsvorm, aangedreven in tegengestelde richting.

Het aandrijfwiel van het bovenste samenstel wordt in uurwijzerszin aangedreven t.o.v. de rest van het samenstel, terwijl het aandrijfwiel van het onderste samenstel in tegenuurwijzerszin wordt aangedreven t.o.v. de rest van het samenstel, of vice versa. Een voordeel van dit aandrijfsysteem is dat de torsie uitgeoefend op het segment door het bovenste samenstel grotendeels teniet wordt gedaan door de torsie uitgeoefend door het onderste samenstel.

FIG. 40 toont het filament-aandrijfsysteem in perspectief aanzicht.

FIG. 41 toont een doorsnede van het filament-aandrijfsysteem van FIG. 40.

FIG. 42 is een vooraanzicht van het filament-aandrijfsysteem van FIG. 40. Het geeft duidelijk weer dat de assen van de roteerbare componenten in een andere richting hellen. De twee samenstellen zijn gesynchroniseerd door aandrijving vanuit eenzelfde motor. Afhankelijk van een verschuiving tussen het eerste en tweede samenstel kan ervoor gekozen worden dat het onderste samenstel in dezelfde sporen loopt als het bovenste samenstel, of niet.

In de getoonde figuren wordt het filament volgens een gebogen curve aangevoerd vanaf een filamentrol. Optioneel kunnen ook hier twee knijprollen (niet getoond) toegevoegd worden aan het systeem om de torsie verder te beperken.

FIG. 43 toont een proefopstelling van een filament-aanvoersysteem volgens een uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding, in perspectiefaanzicht. Het filament- aanvoersysteem van FIG. 43 omvat een basisplaat 64 waaraan een samenstel 67 bevestigd is, dat aangedreven wordt door een stappenmotor 62 door middel van een synchrone aandrijfriem

-28- BE2019/5742

63.

Een filament uit een thermoplastisch kunststof-materiaal (bv. ABS) wordt aangevoerd vanuit een filamentrol (niet getoond), bij voorkeur via een gebogen curve (niet getoond) naar een aandrukrolsamenstel of knijprolsamenstel 66. Het systeem omvat verder een verwarmingselement 68 (Engels: "liquefier") om het filament te smelten, met een temperatuursensor en een mondstuk. Hoewel niet strikt noodzakelijk voor de werking heeft het filament-aanvoersysteem ook een optionele encoder 61 (bv. een optische encoder) om de filament-doorvoersnelheid te meten. Deze werd gebruikt voor het opmeten van de grafiek getoond in FIG. 47. Verder omvat het systeem van FIG. 43 twee optionele aansluitingen 65 voor waterkoeling. Het filament-aanvoersysteem kan op gekende manieren (zie bv. FIG. 3) beweegbaar opgesteld worden in een drie-dimensionale ruimte, bv. ter vorming van een 3D- printer. Op die manier kan een 3D-object laagje per laagje geprint worden, onder sturing van een externe computer.

FIG. 44 tot FIG. 46 toont een bovenaanzicht op enkele voorbeeldmatige drukrollen of knijprollen zoals gebruikt kunnen worden in uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding.

De knijprollen van FIG. 44 en FIG. 45 zijn geconfigureerd om minstens één opstaande groef te maken in het filament, en vanwege de aangrijping in deze groef, kunnen de knijprollen beletten dat de torsie zich uitstrekt voorbij (bv. boven) de knijprollen.

De knijprollen van FIG. 46 vertonen een V-vorm, geconfigureerd om het filament te klemmen tussen vier oppervlaktesegmenten.

FIG. 47 toont een grafiek die de verhouding weergeeft van de afgeleverde hoeveelheid filament materiaal in functie van de gevraagde (of ingestelde) hoeveelheid materiaal, op basis van gegevens opgemeten met de proefopstelling van FIG. 43, gebruik makend van een filament- aanvoermechanisme volgens de eerste uitvoeringsvorm.

Wellicht één van de belangrijkste voordelen van de onderhavige uitvinding is dat aanvoersysteem lineair blijft (of de verhouding van afgeleverde hoeveelheid materiaal tot gevraagde hoeveelheid materiaal constant blijf) ongeacht de doorvoersnelheid, tot een bepaalde waarde (in het voorbeeld ongeveer gelijk aan 13 mm?/s. Deze maximale doorvoersnelheid kan verschillen bij gebruik van een ander type materiaal, en/of een andere filament-dikte, en/of bij keuze van een ander mondstuk van het verwarmingselement, maar feit is dat de gemeten doorvoersnelheid nagenoeg 100% lineariteit vertoont tot een bepaalde waarde.

Dezelfde testopstelling met hetzelfde verwarmingselement en hetzelfde mondstuk en hetzelfde filament maar met een aanvoersysteem met drukrollen (Engels: pinch feeder systeem) vertoonde het gedrag volgens de gestippelde curve.

Het zal duidelijk zijn dat een hogere snelheid, maar vooral ook een hogere kwaliteit kan bekomen worden door gebruik te maken van een filament-aanvoersysteem volgens de

-29- BE2019/5742 onderhavige uitvinding. Voor zover als bekend bij de uitvinders werkt het merendeel van de 3D- printers met een drukrolsysteem, wellicht zelfs meer dan 90%. Het belang van de onderhavige uitvinding mag daarom niet onderschat worden.

TENSLOTTE, In alle hoger genoemde uitvoeringsvormen kunnen de roteerbare componenten bv. vervaardigd zijn uit messing, staal, gehard staal, Aluminium legeringen, Titanium, of Titanium-legeringen. Eventueel kan een coating aangebracht zijn om de levensduur te verhogen, bv. een harde coating die een goede weerstand biedt tegen slijtage.

REFERENTIES 100, 300 extrusie-gebaseerd productiesysteem 3200, 3400 opstelling 900, 2200, 3800 samenstel 1000, 1200, 2500, 3900, 4000 filament-aanvoersysteem 3400 testopstelling 101 filamentspoel 102 filament 103 extruder 104 verwarmingseenheid (Engels: "liquefier") 105 mondstuk (Engels: "nozzle") 106 substraat 312 bouwkamer 314 substraat 316 portaal 318 extrusiekop 320 filamenttoevoerbron 322 aandrijfmechanisme 324 filament 330 roteerbare component 332 inwendig schroefdraadoppervlak 334 elektrische motor 334 2 filament 3 ingang 4 uitgang 5 kanaal 6 groef (in filament) 7 gebogen segment (van het filament) 10 eerste component

-30- BE2019/5742 11 eerste uitwendige schroefdraad 12 eerste as 13 eerste tandwiel d1 afstand van eerste as tot kanaal 20 tweede component 21 tweede uitwendige schroefdraad 22 tweede as 23 tweede tandwiel d2 afstand van tweede as tot kanaal 30 derde component 31 derde uitwendige schroefdraad 32 derde as 33 derde tandwiel d3 afstand van derde as tot kanaal 41 (eerste gedeelte van) drager (Engels: "carrier”) 42 ringwiel (ook "tandkrans" genoemd), (Engels: "ring gear") 43 lagers of bussen of hulzen 44 planeetwiel of planeettandwielen (Engels: "planet gear") 45 lagers of bussen of hulzen 46 (tweede gedeelte van) drager 47 planeetdrager a,B vlak 48 centraal tandwiel 49 centrale opening of centrale doorgang 50 vierde component 51 uitsparingen in de houder 52 getande riem 53 motor (bv. stappenmotor) 54 motoras 55 knijprollen 56 lager(s) 57 behuizing 58 tandriemschijf 61 encoder (om snelheid te meten) 62 stappenmotor 63 synchrone aandrijfriem 64 basisplaat, behuizing 65 waterkoeling aansluiting 66 aandrukrolsamenstel (of: knijprolsamenstel)

-31- BE2019/5742 67 filament-aanvoermechanisme 68 verwarmingselement (met temperatuursensor en mondstuk) 1300 planetaire tandwielaandrijving

Claims

32. BE2019/5742 CONCLUSIES

1. Een extrusie-gebaseerd productiesysteem omvattende: - een filamentrol met een te extruderen thermoplastisch filament (2); en - minstens één samenstel (900; 2200; 3200; 3800) voor het aanvoeren van het thermoplastisch filament (2), waarbij het minstens één samenstel het volgende omvat: - een ingang (3) voor het opnemen van het thermoplastisch filament (2); - een uitgang (4) voor het afgeven van het filament (2), waarbij de ingang en de uitgang een kanaal (5) definiëren waarbinnen het filament (2) zich zal verplaatsen; - minstens twee roteerbare componenten (10, 20) omvattende een eerste roteerbare component (10) en een tweede roteerbare component (20); - waarbij het kanaal (5) minstens gedeeltelijk gelegen is tussen de eerste component (10) en de tweede component (20); - waarbij de eerste roteerbare component (10) roteerbaar is rond een eerste as (12) en eerste uitwendige ruggen (11) heeft, welke eerste as (12) op een eerste afstand (d1) van het kanaal gelegen is zodanig dat de eerste uitwendige ruggen (11) minstens gedeeltelijk binnendringen in het kanaal (5); - waarbij de tweede roteerbare component (20) roteerbaar is rond een tweede as (22) verschillend van de eerste as (12) en tweede uitwendige ruggen (21) heeft, welke tweede as (22) op een tweede afstand (d2) van het kanaal gelegen is zodanig dat de tweede uitwendige ruggen (21) minstens gedeeltelijk binnendringen in het kanaal (5); - waarbij de eerste en tweede roteerbare component (10, 20) zodanig gemonteerd zijn dat, wanneer het thermoplastisch filament is ingebracht in het kanaal en wanneer het samenstel wordt geroteerd ten opzichte van het filament (2), de eerste roteerbare component (10) roteert rond de eerste as (12), en de tweede roteerbare component (20) roteert rond de tweede as (22), en de eerste en de tweede as zich verplaatsen rond het filament op een zodanige wijze dat de eerste en de tweede roteerbare component (10, 20) in hoofdzaak rollen over een oppervlak van het thermoplastisch filament, en dat de eerste en tweede uitwendige ruggen ongeveer 0,05 mm tot ongeveer 0,25 mm binnendringen in het thermoplastisch filament.

2. Een extrusie-gebaseerd productiesysteem volgens conclusie 1, waarbij ieder van de minstens twee roteerbare componenten in contact staat met het thermoplastisch filament door middel van ten minste drie verschillende rugsegmenten, die axiaal verschoven zijn ten opzichte van elkaar.

3. Een extrusie-gebaseerd productiesysteem volgens één der voorgaande conclusies, waarbij het minstens één samenstel (900) verder een ringwiel (42) omvat; en waarbij elk van de minstens twee roteerbare componenten (10, 20, 30) verder een

33. BE2019/5742 tandwiel (13, 23, 33) omvat dat ingrijpt met het ringwiel (42) teneinde minstens de eerste component (10) en de tweede component (20) op synchrone wijze rond hun respectievelijke as (12, 22) te doen draaien.

4. Een extrusie-gebaseerd productiesysteem volgens één der voorgaande conclusies, waarbij het minstens één samenstel (2200) verder een centraal tandwiel (48) omvat met een centrale opening (49) voor het doorlaten van het filament (2); en waarbij elk van de minstens twee roteerbare componenten (10, 20) een tandwiel (13, 23) omvat dat ingrijpt met het centraal tandwiel (48) teneinde de eerste component (10) en de tweede component (20) op synchrone wijze rond hun respectievelijke as (12, 22) te doen draaien.

5. Een extrusie-gebaseerd productiesysteem volgens één der voorgaande conclusies, waarbij het minstens één samenstel (3200) verder een derde en een vierde component (30, 50) omvat die zodanig gepositioneerd zijn dat het kanaal (5) minstens gedeeltelijk gelegen is in de ruimte tussen de eerste (10) en de tweede (20) en de derde (30) en de vierde component (40), en waarbij de derde component (30) en de vierde component (50) elk een oppervlak heeft dat het kanaal (5) raakt of nagenoeg raakt.

6. Een extrusie-gebaseerd productiesysteem volgens één der voorgaande conclusies, - waarbij de eerste as (12) van het minstens één samenstel (900; 2200; 3200) in hoofdzaak evenwijdig is met het kanaal (5); en - waarbij de tweede as (22) in hoofdzaak evenwijdig is met het kanaal (5); en - waarbij de eerste ruggen (11) een eerste uitwendige schroefdraad vormen; en - waarbij de tweede ruggen (21) een tweede uitwendige schroefdraad vormen; - en waarbij de bewegingen van de minstens twee roteerbare componenten (10, 20) gesynchroniseerd zijn door middel van tandwielen (42, 13, 23).

7. Een extrusie-gebaseerd productiesysteem volgens conclusie 6, - waarbij het minstens één samenstel (900; 2200) verder een derde roteerbare component (30) omvat met een derde uitwendige schroefdraad (31), waarbij de derde roteerbare component (30) roteerbaar is rond een derde as (32) verschillend van de eerste en de tweede as (12, 22), welke derde as (32) in hoofdzaak evenwijdig is met het kanaal (5) en op een zodanige afstand (d3) van het kanaal gelegen is dat de derde uitwendige schroefdraad (31) minstens gedeeltelijk binnendringt in het kanaal (5), en waarbij het kanaal (5) minstens gedeeltelijk gelegen is tussen de eerste component (10) en de tweede component (20) en de derde component (30); - en waarbij de derde roteerbare component (30) zodanig gemonteerd is dat, wanneer een filament wordt ingebracht in het kanaal en wanneer het samenstel wordt geroteerd ten

-34- BE2019/5742 opzichte van het filament (2), de derde roteerbare component (30) in hoofdzaak rolt over een oppervlak van het filament.

8. Een extrusie-gebaseerd productiesysteem volgens één der conclusie 1 tot 5, - waarbij de eerste as (12) van het minstens één samenstel (3800) voorzien is om het filament (5) te kruisen onder een hoek van 1,0° tot 9,0°; - waarbij de tweede as (22) voorzien is om het filament (5) te kruisen onder een hoek van 1,0° tot 9,0°; en - waarbij de eerste ruggen (11) een veelheid eerste ringen vormen; en waarbij de tweede ruggen (21) een veelheid tweede ringen vormen.

9. Een extrusie-gebaseerd productiesysteem volgens conclusie 8, - waarbij het minstens één samenstel (3800) verder een derde roteerbare component (30) omvat die roteerbaar is rond een derde as (32) verschillend van de eerste en de tweede as (12, 22); - en waarbij de derde as (32) voorzien is om het filament (5) te kruisen onder een hoek van 1,0° tot 9,0°.

10. Een extrusie-gebaseerd productiesysteem volgens conclusie 9, - waarbij de eerste, tweede en derde roteerbare component (10, 20, 30) zodanig gevormd en gepositioneerd zijn dat de minstens één groef gevormd door de eerste, tweede en derde ruggen één enkele helix vormen, of twee individuele helixen, of drie individuele helixen.

11. Een extrusie-gebaseerd productiesysteem volgens één der conclusies 8 tot 10, waarbij de veelheid van ringen op iedere roteerbare component equidistant zijn.

12. Een extrusie-gebaseerd productiesysteem volgens één der conclusies 8 tot 11, waarbij de veelheid van ringen allen eenzelfde uitwendige diameter hebben; of waarbij minstens één van de veelheid van ringen een eerste uitwendige diameter heeft en waarbij minstens één andere van de veelheid van ringen een tweede uitwendige diameter heeft, verschillend van de eerste uitwendige diameter.

13. Een extrusie-gebaseerd productiesysteem, volgens één der voorgaande conclusies, verder omvattende: minstens één rotatie-beperkende eenheid opgesteld aan de ingang (3) of aan de uitgang (4) van het minstens één samenstel, teneinde torsie van het filament te beperken.

14. Een extrusie-gebaseerd productiesysteem, volgens één der voorgaande conclusies, verder omvattende: minstens één aandrukrolsamenstel opgesteld aan de ingang (3) of aan de

35. BE2019/5742 uitgang (4) van het minstens één samenstel, teneinde torsie van het filament te beperken.

15. Een extrusie-gebaseerd productiesysteem volgens één der voorgaande conclusies, waarbij de filamentrol zodanig opgesteld is dat het filament afkomstig van de filamentrol is ingebracht in de ingang (3) van het minstens één samenstel volgens een gebogen curve.

16. Een extrusie-gebaseerd productiesysteem volgens één der voorgaande conclusies, verder omvattende: minstens één aandrijfmechanisme voorzien om het minstens één samenstel te roteren ten opzichte van het filament.

17. Een extrusie-gebaseerd productiesysteem volgens één der voorgaande conclusies, omvattende: - een eerste samenstel dat voorzien is om het filament te verplaatsen in een eerste richting; en een tweede samenstel gelijkaardig aan het eerste samenstel, voorzien om het filament eveneens te verplaatsen in de eerste richting; - en een aandrijfmechanisme voorzien om de roteerbare componenten van het eerste samenstel in een eerste richting te doen draaien ten opzichte van het filament, en om de roteerbare componenten van het tweede samenstel in een tweede richting te doen draaien ten opzichte van het filament, tegengesteld aan de eerste richting, teneinde torsiekrachten uitgeoefend door het eerste samenstel te reduceren of nagenoeg te elimineren.

18. Een extrusie-gebaseerd productiesysteem volgens één der conclusies 15 tot 17, waarbij het aandrijfmechanisme verder een elektrische motor omvat om het minstens één samenstel te roteren ten opzichte van het filament (2).

19. Een extrusie-gebaseerd productiesysteem volgens conclusie 17, waarbij het aandrijfmechanisme verder een aandrijfriem omvat, om het minstens één samenstel te koppelen met de elektrische motor.

20. Een extrusie-gebaseerd productiesysteem volgens conclusie 18 of 19, waarbij de elektrische motor een motor met een holle as is, waarbij de holle as geconfigureerd is om het filament op te nemen, en de motor geconfigureerd is om het minstens één samenstel te roteren ten opzichte van het filament (2).

21. Een extrusie-gebaseerd productiesysteem volgens één der conclusies 16 tot 20, dat verder een regeleenheid omvat, die communicatief connecteerbaar is met een externe computer en voorzien is voor het ontvangen van informatie voor het aansturen van het minstens één aandrijfmechanisme.

-36- BE2019/5742

22. Een extrusie-gebaseerd productiesysteem volgens één der voorgaande conclusies, dat verder een verwarmingselement omvat, voorzien om het doorgevoerde thermoplastisch filament te smelten.

23. Een werkwijze van het doorvoeren van een thermoplastisch filament (2) in een extrusie- gebaseerd productiesysteem (100, 300, 4000) dat een filamentrol met een te extruderen thermoplastisch filament (2), omvat; en minstens één samenstel dat het volgende omvat: - een ingang (3) voor het opnemen van het te extruderen thermoplastisch filament (2); - een uitgang (4) voor het afgeven van het filament (2), waarbij de ingang en de uitgang een kanaal (5) definiëren waarbinnen het filament (2) zich zal verplaatsen; - minstens twee roteerbare componenten (10, 20) omvattende een eerste roteerbare component (10) en een tweede roteerbare component (20); - waarbij het kanaal (5) minstens gedeeltelijk gelegen is tussen de eerste component (10) en de tweede component (20); - waarbij de eerste roteerbare component (10) roteerbaar is rond een eerste as (12) en eerste uitwendige ruggen (11) heeft, welke eerste as (12) op een eerste afstand (d1) van het kanaal gelegen is zodanig dat de eerste uitwendige ruggen (11) minstens gedeeltelijk binnendringen in het kanaal (5); - waarbij de tweede roteerbare component (20) roteerbaar is rond een tweede as (22) verschillend van de eerste as (12) en tweede uitwendige ruggen (21) heeft, welke tweede as (22) op een tweede afstand (d2) van het kanaal gelegen is zodanig de tweede uitwendige ruggen (21) minstens gedeeltelijk binnendringen in het kanaal (5); en waarbij de werkwijze de stappen omvat van: a) het inbrengen van het thermoplastisch filament (2) in het kanaal (5); b) het roteren van de eerste roteerbare component (10) rond de eerste as (12), en het roteren van de tweede roteerbare component (20) rond de tweede as (22), en het verplaatsen van de eerste en de tweede as rond het filament op een zodanige wijze dat de eerste en de tweede roteerbare component in hoofdzaak rollen over een oppervlak van het filament (2) en dat de eerste en tweede uitwendige ruggen ongeveer 0,05 mm tot ongeveer 0,25 mm binnendringen in het thermoplastisch filament.