CN110914041B - 3d打印机头、3d打印机和用于操作3d打印机的方法 - Google Patents

3d打印机头、3d打印机和用于操作3d打印机的方法 Download PDF

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Abstract

一种3D打印机头包括腔室，该腔室配置用于通过进口接收液体或固体打印原料。所述腔室在一个表面上具有排出口，并且螺旋进料螺件与所述腔室相关联，并配置用于通过将所述螺旋进料螺件或所述腔室联接于驱动器而为所述排出口供应来自所述进口而进入所述腔室的打印原料，所述驱动器配置用于以如下方式旋转螺旋进料螺件或腔室，即所述螺旋进料螺件在离所述腔室的所述表面的一距离处并相对于该表面转动。所述螺旋进料螺件具有至少一个传送器，所述至少一个传送器配置用于在位于径向外部的进口区域和位于径向内部的出口区域之间、朝向所述出口区域传送打印原料，以及至少一个排放传送器，所述至少一个排放传送器布置和配置用于将打印原料和其中存在的气体一起从出口区域的径向外边界区的至少一个部分传送走。

Description

3D打印机头、3D打印机和用于操作3D打印机的方法
技术领域
本文公开了3D打印机、用在这种3D打印机中的3D打印机头、用于操作这种3D打印机的方法以及使用这种3D打印机所生产的打印品。这种3D打印机配置用于处理两或多部分塑料系统的颗粒的、粉末的或液态的塑料或组分(热塑性塑料、环氧化物、丙烯酸酯，聚交酯，丙烯酸酯-苯乙烯-丙烯腈，聚甲基丙烯酸甲酯，聚乙烯(PE)、聚氯乙烯(PVC)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)或乙二醇改性的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PETG)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)共聚物、聚乙烯醇缩丁醛(PVB)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚酰胺(PA)、聚酰亚胺(PI)、聚乙烯醇(PVA)、聚苯乙烯(PS)、聚乙烯基苯酚(PVP)、聚丙烯(PP)、聚碳酸酯(PC)或它们的衍生物等)，以及作为打印原料的低熔点金属或金属合金。使用本文公开的打印机头输出对光或热起反应的液体塑料并用与打印机头关联的光源或热源立即硬化液体塑料也是可能的。在本文公开的3D打印机中，诸如由织物材料、玻璃、碳、金属或类似物制成的颗粒或纤维这样的聚集物可以被添加至打印介质，以便影响原料属性(密度[g/cm3]、弹性模量[MPa]、断裂伸长率[％]、抗拉强度[MPa]、熔点[℃]等)。在权利要求中限定了在这一点上的细节；然而，说明书和附图包含涉及结构和运作模式和涉及方法和装置组件的变型例的相关信息。
背景技术
US 2012/0237631 A1涉及一种以颗粒进料的3D打印机的螺旋杆进料系统。由于控制从打印机头到所供应的颗粒的热传递的难度，颗粒可能粘附在打印机头的供应通道或进料螺件中，由此的结果是，打印原料不均匀地进入打印机头并且也同样不均匀地退出。由于被涂敷的层可能具有不均匀的层厚度或不期望的不连续性，这损害了打印品的结构。
进一步的技术背景由US 5656230 A(Khoshevis)和US 2002/113331 A1(Zhang)公开。
WO 2016/020150 A1(Stubenruss)涉及以颗粒和/或液体供应的3D打印机头的颗粒/液体流动调节装置。这个系统交付了由不同原料或聚集物制成的高质量打印品，具有非常高的精确度和均匀的层厚度并具有高的原料排放(每单位时间的打印原料体积)。为此目的，本文公开的3D打印机头具有带(底)表面的腔室，该腔室中设置了排出口。将打印原料供应至排出口的螺旋进料螺件位于该腔室中。一种力发生器在所述表面的方向上推动该螺旋进料螺件，经由来自正在进料的打印原料的压力，螺旋进料螺件和该表面之间的距离是可调整的。
该表面和螺旋进料螺件之间的相对旋转速度是可根据来自打印原料的压力而调整的。这个系统引导颗粒或液体穿过供应通道并经由具有排出口的板而进入该腔室。从颗粒或液体获得的熔化的或液体的打印原料可以穿过该排出口而退出。通过相对于该板来转动螺旋进料螺件，在腔室排出口的方向上引导打印原料，或者在背离该排出口的方向上将打印原料带回；在来自打印原料的过度压力的情况下，螺旋进料螺件上升来抵抗正在作用的轴向力，减少了螺旋进料螺件的有效性。
在处理颗粒或粉末形式的打印原料期间，或者还有在使用液体塑料的时候，可能在原料中存在向打印原料供应的保护气体形式的气体、(例如多组分塑料系统中的)化学反应气体、空气、蒸发的水分等。这种气体可能不利地影响所涂敷的打印原料的均匀性，因此不利地影响打印品的质量。
WO97/19798 A2(Stratasys)涉及一种用于通过按照图案在载体元件上顺序地沉积多个可固化原料层来产生三维物体的装置。这个装置包括用于提供挤压原料的喷嘴，具有进口和出口的泵，所述出口与喷嘴流体连接并向该喷嘴提供液体状态下的可固化原料的加压流。连接到泵的驱动器使泵能够向喷嘴提供可固化原料的可变的压力水平和流速。加压阶段具有连接到泵的进口的出口，以向进口提供在液体状态下和一定中间压力下的可固化原料。这种中间压力对于泵的所有功能压力水平和流速应当确保可固化原料的连续量在进口处可用于对泵的连续操作。这确保了向喷嘴和穿过喷嘴的可固化原料的不间断流动。该可固化原料作为一种固体被供应给加压阶段。加压阶段具有用于接收固体并加热它的导管，以将该固体转换为可固化原料的液体状态。驱动器将固体带进导管以对可固化原料的液体状态加压至指定的中间压力。
采用这种装置，加压在至少两个阶段中发生以便也控制气体的发生。在WO97/19798 A2中已经认识到，许多挤压原料在它们的穿过挤压机的运输期间释放气体。有点吸湿的热塑性聚合物，在被加热到它们的熔化温度时释放水蒸气。其它被释放的气体可以是软化剂、单体和氧化物。挤压机的压力部分中的气体减少了挤压机的压力敏捷性。由于这个原因，处于全压状态的挤压材料的体积在WO97/19798 A2的装置中被保持得尽可能的小。
在WO97/19798 A2中，由挤压机执行的加压过程被分成两个或多个阶段。在挤压机的第一阶段，将由挤压机产生的气体在WO97/19798 A2的装置中在第一阶段的出口处以相对低的压力分离。在一种变型例中，将在预加热器中从液体挤压原料产生的气体在连接通道中与挤压原料分离并经由进口处的旋转密封件从挤压机逸出到第二加压阶段。
锥形粘性泵(也参见美国专利文件5 312 224)被设置为根据WO97/19798A2的第二加压阶段。这里的液体挤压原料从连接通道供应到旋转置换器，所述旋转置换器由套筒中的可变速马达来旋转以驱动液体挤压材料朝向喷嘴和开口以及离开喷嘴和开口。当用高粘性挤压原料时，第一阶段被设计成防止泵在其进口处进料不足或气蚀。其它第二阶段包含齿轮泵、摆动式活塞泵、滑动叶片旋转泵、单螺杆泵和双螺杆泵等。
根据WO97/19798A2，通常的挤压原料沉积率应当在每小时0.1和10in3(1.64cm3 to164cm3)之间。
发明内容
发明目的
目的是对于3D打印机头能够甚至处理质量不同、水分含量、气体含量或类似物波动的打印原料，以形成具有恒定的高质量的打印品。
本目的的实现
为此，3D打印机头配备有进料螺件，具有本文所公开并在专利权利要求1中限定的功能和设计。
实施例和变型
特别地，所述3D打印机头具有腔室，该腔室配置用于通过进口接收液体或固体打印原料,其中，所述腔室在一个表面上具有排出口，以及螺旋进料螺件与所述腔室相关联，并配置用于通过将所述螺旋进料螺件联接于驱动器，而为所述排出口供应从所述进口而进入所述腔室的打印原料，所述驱动器配置用于在离所述表面的一距离处并相对于该表面、在所述旋转螺旋进料螺件的传送方向旋转所述旋转螺旋进料螺件，其中，所述螺旋进料螺件具有至少一个传送器，所述至少一个传送器配置用于在位于径向外部的进口区域和位于径向内部的出口区域之间、朝向所述出口区域传送打印原料，以及至少一个排放传送器，所述至少一个排放传送器配置用于将打印原料和存在于其中的气体一起从所述传送器的径向内边界区的至少一个部分传送走。
本文所提到的3D打印机头基于以下发现：进料到3D打印机头的腔室的原料可能包含气体或者该气体可能由于加热或化学反应形成。在该气体从所述腔室的排出口出来之前，该气体可以进入进料螺件并在那收集，被进料螺件的壁所约束。这些气体包裹体在存在于进料螺件的打印原料中结合以形成一个或多个相当大的气泡。打印原料从进料螺件出来通过腔室排出口的体积流量在3D打印操作期间相对低。如果存在于打印原料的这种气泡，与打印原料一起进入腔室排出口前方的区域，则这种气泡损害了打印原料向腔室排出口的供应。由于气泡存在于腔室排出口的区域的同时，小于打印原料的通常量甚至没有打印原料通过排出口排放，因此打印操作被干扰。换句话说，作为其配置的结果，由于排放了气体包裹体，螺旋进料螺件优选失掉极少的其传送能力。这基于以下发现：在气泡存在的位置处，进料螺件能够产生极少或者不产生腔室排出口方向上的推力。这会损害打印原料从腔室排出口的原料流动并且可能在极端情况下导致完全停机。因此这种气体包裹体会导致很大的压降，使得进料螺件经历极少或者不经历从具有排出口的腔室表面的抬升。在最坏的情况下，极少或没有原料从腔室排出口出来。3D打印机头的控制器不能检测或响应这种干扰。结果是,打印品可能因此具有缺陷并且不可用。
通过本文所公开的3D打印机头的配置，相对于彼此以如下方式旋转所述螺旋进料螺件和所述腔室是可能的，即存在于所述打印原料中的气体包裹体在到达出口区域的内部之前，就通过排放传送器将这种气体包裹体至少从所述传送器的所述径向内边界区运输走，并且因此所述螺旋进料螺件传送很大程度上没有气体的打印原料进入所述出口区域的内部，并从那传送至所述腔室排出口。来自腔室排出口的原料流动的中断因此被有效减少或阻止。
在本文所公开的3D打印机头的配置的一种变型中，所述螺旋进料螺件具有大致圆形的端面侧，所述端面侧面对腔室的具有排出口的表面。可替换地或者此外，所述端面侧具有中心，该中心与在所述腔室的所述表面中的所述排出口大致对齐。可替换地或者此外，所述螺旋进料螺件的所述端面侧位于大致平行于所述腔室的所述表面(具有最大为30°的倾斜角)，并且以如下方式定向，即所述螺旋进料螺件的位于径向内部的出口区域在离所述排出口的一距离处旋转，并且与所述排出口靠近。
在本文所公开的3D打印机头的配置的一种变型中，所述螺旋进料螺件具有进入所述传送器的位于径向外部的进口区域，该进口区域由在端面侧上的俯视图中具有大致扇形形状的侧向切口形成。可替换地或者此外，在远离所述传送器的进口的所述进口区域的一侧上，所述螺旋进料螺件在限定了所述传送器和/或所述排放传送器界限的一端上具有壁，在所述端面侧上的俯视图中在所述螺旋进料螺件(相对于腔室)的转动方向上，所述壁的外端在其内端的前面。可替换地或者此外，该壁朝向位于所述螺旋进料螺件的所述中心中的所述出口区域引导在所述传送器中被引领的打印原料。可替换地或者此外，该壁延伸直到它向内突出超越所述排放传送器。可替换地或者此外，该壁也相对于所述排放传送器横向地在所述排放传送器下方引导所述打印原料和/或引导所述打印原料进入所述排放传送器。
在本文所公开的3D打印机头的配置的一种变型中，螺旋进料螺件具有出口区域，所述出口区域具有环形壁，所述环形壁被定向为相对于所述螺旋进料螺件的中心纵向轴至少大致同轴并包围该出口区域。所述环形壁在所述壁从所述传送器向所述出口区域延伸的位置处具有开口。可替换地或者此外，所述开口配置用于允许打印原料从所述传送器经过，经过所述排放传送器，穿过所述开口到位于所述螺旋进料螺件的中心的所述出口区域。
在本文所公开的3D打印机头的配置的一种变型中，螺旋进料螺件在其圆周上具有套环，所述套环被定向为相对于转动轴至少大致同轴，并且所述套环径向向外限定所述传送器的界限。可替换地或者此外，所述套环具有自由的下部边缘，该边缘限定了所述螺旋进料螺件的朝向所述腔室的具有所述排出口的所述表面的端面侧的界限。可替换地或者此外，所述传送器具有顶部表面，所述顶部表面至少部分地围绕所述螺旋进料螺件的所述中心纵轴延伸。可替换地或者此外，所述传送器的所述顶部表面在其远离所述腔室的所述表面的一侧限定所述传送器的界限。可替换地或者此外，所述传送器朝向所述腔室的表面至少部分地是开放的。可替换地或者此外，所述传送器的所述顶部表面被定向为相对于所述螺旋进料螺件的转动轴成90°加/减高达25°的角度。
在本文所公开的3D打印机头的配置的一种变型中，螺旋进料螺件具有排放传送器，相比于所述传送器的顶部表面，所述排放传送器的顶部表面位于离所述螺旋进料螺件的端面侧的更远距离处。这促使了打印原料与所包裹的气体一起从出口区域排放掉。可替换地或者此外，所述排放传送器的至少一部分比所述传送器的一部分位于更径向向内。可替换地或者此外，一方面所述排放传送器和另一方面所述出口区域以如下方式设计尺寸或配置，即所述排放传送器为所述打印原料提供第一流动阻力，并且所述出口区域为所述打印原料提供第二流动阻力，所述第一流动阻力比所述第二流动阻力更低。所述出口区域的所述第二流动阻力的大小足够小，使得在所述螺旋进料螺件相对于所述腔室的相对转动期间打印原料进入所述出口区域朝向所述排出口流动。
在本文所公开的3D打印机头的配置的一种变型中，所述螺旋进料螺件具有所述传送器的至少一部分，所述传送器的所述至少一部分在所述螺旋进料螺件的圆周方向上至少部分地包围所述排放传送器。可替换地或者此外，所述排放传送器包围位于所述螺旋进料螺件的中心的所述出口区域。可替换地或者此外，所述排放传送器延伸到所述传送器的进口或超越所述进口，以便将打印原料和所包裹的气体从所述排放传送器运输走。可替换地或者此外，所述排放传送器在其顶部表面中沿着其延伸部具有至少一个开口，所述开口配置用于允许打印原料和所包裹的气体从所述排放传送器逸出。
可替换地或者此外，所述排放传送器的至少一部分比所述传送器的一部分位于更径向向内。因此对于所述传送器的至少该一部分，比所述排放传送器的部分传送更多的打印原料是可能的。因此打印原料从传送器的该部分在出口区域的方向上流动。
可替换地或者此外，所述传送器的至少一部分在所述螺旋进料螺件的圆周方向上至少部分地包围所述排放传送器。在一种变型中，所述排放传送器包围位于所述螺旋进料螺件的中心的所述出口区域。此外，所述排放传送器可以延伸到所述传送器的进口，以便将打印原料和所包裹的气体从所述排放传送器运输走。所述排放传送器可以在其顶部表面中沿着其延伸部具有至少一个开口，打印原料和所包裹的气体可以通过所述开口从所述排放传送器逸出。
作为实现上述所提到的目的的进一步方式，提出一种3D打印机，包括根据前述特征其中一项或多项所述的3D打印机头，所述3D打印机头要相对于用于打印品的保持部沿至少一个几何轴来移动，控制器与所述3D打印机相关联，并配置用于借助至少一个轴驱动器相对于所述保持部来移动所述3D打印机头。可替换地或者此外，提供一种用于相对于所述腔室的所述螺旋进料螺件的驱动器，以便以受控的方式将打印原料从排出口递送至所述保持部。
作为实现上述所提到的目的的进一步方式，提出一种用于操作具有3D打印机头的打印机的方法，该方法具有以下步骤：
-提供腔室，所述腔室在一个表面上具有排出口，
-将螺旋进料螺件与所述腔室相关联，
-为所述螺旋进料螺件提供至少一个传送机和至少一个排放传送机，
-用液体或固体打印原料装载腔室，
-使所述螺旋进料螺件相对于所述腔室绕所述螺旋进料螺件的中心纵轴相对转动，所述螺旋进料螺件的端面侧位于离所述腔室的所述表面的一距离处，
-借助于所述传送器在位于径向外部的进口区域和位于径向内部的出口区域之间传送打印原料，并且
-将打印原料和存在于其中的气体一起从所述出口区域的径向外边界区的至少一个部分传送走。
上述过程减少了或者防止了存在于打印原料的这种气泡与打印原料一起进入腔室排出口的前方的区域并干扰打印操纵的风险。在这种干扰的情况下，小于打印原料的通常量甚至没有打印原料会通过排出口排放。作为其配置的结果，由于有效排放了气体包裹体，进料螺件优选失掉极少的其传送能力。
可替换地或者此外，以如下方式带来所述螺旋进料螺件相对于所述腔室的相对转动，即存在于所述打印原料中的气体包裹体在到达出口区域的内部之前，该转动将这种气体包裹体至少从所述出口区域的径向外边界区域运输到排放传送器。因此所述螺旋进料螺件传送很大程度上没有气体的打印原料进入出口区域的内部，并从那传送至腔室排出口。
作为实现上述所提到的目的的进一步方式，提出一种3D打印品，该3D打印品借助于以下可获得：3D打印机，所述3D打印机具有前述装置方面中一项或多项所述的3D打印机头，和/或前述方法方面其中一项或多项的方法。
借助于具有带一个或多个前述装置方面的3D打印机头的3D打印机和/或借助于具有一种或多种前述方法方面的方法所生产的这样一种打印品或组件是可与常规生产的打印品或组件清楚区分的。由于对来自腔室排出口的气体排放的减少/阻止，这里所获得的打印品具有比以常规的方式生产的打印品显著少的或没有(有关)气体包裹体。
在常规生产的打印品或组件中，例如，打印原料的各个层之间的气体包裹体可以在通过组件在截面中清晰识别。一层打印原料走向中的缝隙也能够在常规生产的打印品或组件中清晰识别。来自腔室排出口的气体排放也可立即通过所获得的打印品识别。来自腔室排出口的这种气体排放进入打印品或者引起了打印品表面上的侵入/凹陷，或者该气体排放在打印品内部导致了开放或闭合的气包作为原料缺陷。最后，这种气体排放导致了打印成品强度的显著降低。
这种在强度上的降低也能够例如由诸如超声波测试这样的无损原料测试来证明。只有在相当大的努力下，打印成品中这种已证明的缺陷的随后消除才是可能的。
应注意的是，尽管本文所公开的数值范围和数值，在所述范围内所公开的值和任何数字子范围之间的所有数值也同样被视为公开。还应注意的是，尽管对于本文描述的组件的各个尺寸之间的关系声明了数字，但是本文描述的类型的任何特定组件不一定必须满足本文所声明的各个尺寸之间的每个关系。
附图说明
进一步的目的、特征、优点和应用可能性从以下若干示例性实施例和相关附图的描述中得到。描述和/或图形描绘的所有特征，单独或以任何组合，均构成了本文所公开的主题，而不论它们在权利要求中或它们的反向引用中的分组如何。
图1示出了体现本文所提出的方式的3D打印机头的示意性侧向截面图。
图2示出了螺旋进料螺件的端面侧在图1的箭头A的方向上的示意性俯视图。
图3示出了体现本文所提出的方式的具有3D打印机头的3D打印机的示意图。
图4示出了来自用常规打印方法生产的打印品的一部分的照片。
图5示出了来自用根据这里呈现的打印方法在此呈现的打印机头所生产的打印品的一部分的照片。
具体实施方式
图1中示出的3D打印机头100具有要通过盖112来闭合的杯状腔室110。盖112具有用于允许液体或固体打印原料DM供应到腔室110的进口114。两或多部分塑料系统的颗粒的、粉末的或液体的塑料或组分，以及低熔点金属或金属铝合金，可以用作为打印机头100的打印原料DM。在所示出的变型例中，杯状腔室110和盖112由钢制成。然而，其它原料也是可使用的。在一个表面116(图1中，其底表面)上，腔室110具有设计为喷嘴、用于打印原料DM的排出口120。螺旋进料螺件130位于所述腔室110内。这种螺旋进料螺件130用于对排出口120供应通过进口114进入腔室110的打印原料DM。为此目的，在所示出的变型中，螺旋进料螺件130被联接至驱动器132。驱动器132配置用于以如下方式借助于控制器200相对于腔室110来转动螺旋进料螺件130：螺旋进料螺件130——更精确地是图1中其下部端面侧134——在离腔室表面116一距离处转动。该距离是仅几百μm直到几个(大致2至5)mm，取决于打印原料DM的类型、其粘度和其可能的聚集物(织物材料、玻璃、碳、金属或类似物制成的颗粒或纤维)。为了熔化打印原料DM并影响其粘度，倘若将其作为颗粒或粉末引入腔室110，则使用位于腔室110的底部中的加热线圈138，其加热功率同样由控制器200来调整。为此目的，以没有做更详细解释的方式，打印原料DM在腔室中的温度被检测并用信号发给控制器200。
螺旋进料螺件130具有至少一个传送器136，用于当驱动器132相对于腔室110绕螺旋进料螺件130的中心纵轴M转动螺旋进料螺件130时，在位于径向外部的进口区域140和位于径向内部的出口区域142之间传送液体/液化打印原料DM至出口区域142。除此之外，螺旋进料螺件130具有排放传送器144，当驱动器132相对于腔室110绕螺旋进料螺件130的中心纵轴M转动螺旋进料螺件130时，所述排放传送器144将打印原料DM和存在于其中的气体G一起从传送器136的径向内边界区146运输走。
因此在存在于打印原料DM中的气体包裹体G到达出口区域142的内部之前就通过排放传送器144将这种气体包裹体G至少从传送器136的径向内边界区146运输走。因此所述螺旋进料螺件130传送很大程度上没有气体的打印原料DM进入出口区域142的内部，并从那传送至腔室排出口120。
如图所示，螺旋进料螺件130具有大致圆形的端面侧134，所述端面侧134面对腔室110的具有排出口120的表面116。端面侧134具有中心Z，该中心Z与在腔室110的表面116中的排出口120大致对齐。使螺旋进料螺件130的端面侧134位于与腔室110的表面116大致平行。螺旋进料螺件130的位于径向向部的出口区域142在离腔室110的排出口120的一距离处转动，端面侧134的中心Z和腔室110的排出口120彼此对齐。
传送器136位于传送器136的进口区域140的上游。进口区域140由在端面侧上的俯视图(见图2)中具有大致扇形形状的侧向切口形成。在进口区域140的远离传送器136的进口128的一侧上，螺旋进料螺件130在末端具有壁150，该壁150限定传送器136和排放传送器144的界限。在端面侧上的俯视图中，在螺旋进料螺件130的转动方向DR上，壁150的外端152在壁150的内端154的前面。该壁150在具有螺旋形状的路径上，朝向位于螺旋进料螺件130的中心Z中的出口区域142引导在传送器136中被引领的打印原料DM。该壁150朝向中心Z延伸直到它向内突出超越排放传送器144。如箭头P1和P2所描绘的，壁150也相对于排放传送器144横向地在所述排放传送器144下方引导打印原料DM和/或引导打印原料DM进入排放传送器144。
螺旋进料螺件130的位于径向内部的出口区域142由环形壁148限定界限，所述环形壁148被定向为相对于螺旋进料螺件130的中心纵向轴M至少大致同轴并包围该出口区域。环形壁148在壁150从传送器136向出口区域142延伸的位置处具有开口160。当螺旋进料螺旋130相对于腔室110在旋转方向DR上转动时，打印原料DM因此能够从传送器136经过，经过排放传送器144，穿过开口160到位于螺旋进料螺件130的中心的出口区域142。
在其面对排出口120的端面侧134上，螺旋进料螺件130沿其圆周具有套环164，所述套环164定向为相对于中心纵轴M至少大致同轴，并且所述套环164径向向外限定传送器136的界限。如图1中所示，螺旋进料螺件130的端面侧134上的套环164、环形壁148和壁150在腔室110的表面116的方向上大致相等地延伸。为此目的，套环164具有自由的下部边缘166，其限定了螺旋进料螺件130的朝向腔室110的具有排出口120的表面116的端面侧134的界限。
除此之外，传送器136具有顶部表面168，所述顶部表面168至少部分地绕着中心纵轴M延伸。传送器136的这个顶部表面168在其远离腔室110的表面116的一侧上限定传送器136的界限。传送器136在其面对腔室110的表面116的一侧上朝向腔室110的表面116是开放的。传送器136的顶部表面168定向为相对于螺旋进料螺件130的中心纵轴M成大致120°角，朝向中心以锥形部分的形状升高。在另一变型中，传送器136的顶部表面168定向为相对于螺旋进料螺件130的中心纵轴M成大致90°角。顶部表面168还可以具有朝向螺旋进料螺件130的中心纵轴M逐渐升高的形状。
排放传送器144具有顶部表面170，相比于传送器136的顶部表面168，所述顶部表面170位于离所述螺旋进料螺件130的端面侧134更远的距离处。此外，螺旋进料螺件130中的排放传送器144比传送器136更径向向内。一方面排放传送器144和另一方面出口区域142以如下方式设计尺寸或配置，即排放传送器144对打印原料DM提供比出口区域142更低的流动阻力。出口区域142的流动阻力也由开口160的尺寸来确定，并且其大小足够小，使得在螺旋进料螺件130相对于腔室110的相对转动期间有充足的打印原料DM进入出口区域142朝向排出口120流动。如果螺旋进料螺件130和腔室110的表面116之间的打印原料DM中的压力变得太大并且从而太多的打印原料会经由排出口120喷出，则螺旋进料螺件130克服弹簧190的负载而从所述腔室110的表面116抬升离开。
在螺旋进料螺件130的圆周方向上，传送器136具有圆环截面的形状并包围排放传送器144，排放传送器144同样具有圆环截面的形状。排放传送器144包围螺旋进料螺件130的大致圆形中心，在这个位置处具有出口区域142。在示出的变型中，排放传送器144从开口160延伸到传送器136的进口128，在此处排放传送器144开向进口区域内，以便通过排放传送器144将打印原料DM和所包裹的气体G从传送器136的径向内边界区146运输走。打印原料DM和在其中所包裹的气体G在与传送器136中的打印原料M的流动方向相反的方向上流动。在同样示出的变型中，排放传送器144沿其延伸部在其顶部表面170上具有多个开口176，打印原料DM和被包裹在其中的气体G能够通过该多个开口176从排放传送器144中逸出。这有效防止了其中包裹有气体G的打印原料DM能够进入出口区域142并到达排出口120。
对于3D打印机头100，在打印操作期间只有少量打印材料DM从排出口120出来。空气形式的气体G、引入3D打印机头100的惰性气体、从打印原料DM中逸出的水蒸汽、软化剂、单体和氧化产物也随着打印原料DM进入螺旋进料螺件130的传送器136中。与从排出口120中出来的相比，更大量的打印原料DM被接收进入螺旋进料螺件130的传送器136中。这里所提出的排放传送器144的配置一方面允许至少一部分过量打印原料DM在其进入出口区域142之前被排放。当螺旋进料螺件130以受控方式从腔室110的表面116抬起离开时，另一部分的过量打印原料DM可以从传送器136径向向外逸出。另一方面，由于这里所提出的排放传送器144的配置，与螺旋进料螺件130在腔室110中的其它组件相配合，也有效阻止在打印原料DM中包裹的气体G进入出口区域142。相反，被带入排放传送器144的打印原料DM从螺旋进料螺件130中排放。由于排放传送器144的顶部表面位于比传送器136的顶部表面离表面116更大的距离处，因此被包裹在打印原料DM中的气体G可以在其从传送器136进入出口区域142的向内路径上上升进入排放传送器144。在该位置处，所包裹的气体G被逆流运输到排放传送器144的顶部表面中的开口176或传送器136的进口区域中的排放传送器的端部。因此，所包裹的气体G不能不利地影响打印原料DM通过排出口120的受控排出。而是，作为这种配置的结果，由于气体包裹体的有效排放，螺旋进料螺件130优选失掉其极少的传送能力，并且尤其是打印原料DM中的这些气体包裹体G不会到达排出口120并因此污染打印品DE。
如图3中所示，这里提出的具有3D打印机头100的3D打印机相对于用于打印品DE的扁平保持部300沿至少一个几何轴x、y、z移动3D打印机头。为此目的，3D打印机头具有控制器200，该控制器200借助于各自的轴驱动器X-A、Y-A、Z-A相对于彼此移动3D打印机头100和保持部300，并且还致动用于腔室100中的螺旋进料螺件130的驱动器132，以便以受控方式将打印原料从排出口120递送给保持部300。因此借助于具有3D打印机头的3D打印机并使用这里所说明的程序，3D打印品是可获得的。
借助于具有带一个或多个前述装置方面的3D打印机头的3D打印机和/或借助于具有一种或多个前述方法方面的方法所生产的这样一种打印品或组件是可与常规生产的打印品或组件清楚区分的，正如图4和5所清楚识别的那样。两种样品示出了聚碳酸酯的层状结构，有大量外部气体包裹体AG和内部气体包裹体IG存在于常规生产的打印品中(图4)。对于已借助于具有一个或多个前述装置方面的3D打印机和/或已经借助于具有一个或多个前述方法方面的方法而生产的打印品(图5)来说，实际不是这样的情况。对来自腔室排出口的气体排放的减少/阻止具有以下结果：这里(图5)所获得的打印品具有显著少或实际上没有(有关)气体包裹体。
方法和装置的上述变型例仅仅用于更好地理解结构、运作模式和所提出的方式的性质，并且不限于对例如示例性实施方式的公开。上述附图是示意性的，其中，有时以显著放大的形式示出了重要性质及效果，以阐明功能、工作原理、技术构成和特征。任何运作模式、任何远离、任何技术配置和任何图中或文本中公开的特征都可以与权利要求、文本中和其它图中的任意特征或其它运行模式、原理、技术构成和这里公开所包含的特征或所产生的结果进行自由或随机组合，从而推定所描述的方式的所有可以想到的组合。除此之外，文本中即，说明书或权利要求书中的任何部分中的任何独立状态的组合以及文本中、权利要求中和图中的各种变型例的组合也被涵盖。尽管上述说明的装置和方法的细节彼此结合来描述，但需要指出的是，它们也彼此独立并且也可以彼此自由组合。图中示出的各个部件和其部分与彼此的关系以及它们的尺寸和比例并不应解释为限制。而是，各个尺寸和比例也可以脱离所示的这些尺寸和比例。除此之外，权利要求不限于本公开，或者因此不限于将任何所声明的特征彼此组合的可能性。所有声明的特征在此也被明确地、单独地和与任何其他特征结合地公开。
附图标记列表
3D打印机头100
杯状腔室110
盖112
进口114
液体或固体打印原料DM
表面116
排出口120
进口128
螺旋进料螺件130
驱动器132
端面侧134
传送器136
加热线圈138
进口区域140
出口区域142
排放传送器144
径向内边界区146
壁150
壁150的外端152
壁150的内端154
环形壁148
开口160
套环164
自由边缘166
传送器136的顶部表面168
排放传送器144的顶部表面170
弹簧190
控制器200
轴驱动器X-A、Y-A、Z-A
保持部300
打印原料DM
气体包裹体G
螺旋进料螺件130的中心纵轴M
螺旋进料螺件130的转动方向DR
螺旋进料螺件130的中心Z
箭头P1和P2
打印品DE
外部气体包裹体AG
内部气体包裹体IG

Claims (11)

1.3D打印机头(100)，包括：
-腔室(110)，所述腔室(110)配置用于通过进口(114)接收液体或固体打印原料(DM),其中，
-所述腔室(110)在一个表面(116)上具有排出口(120)，以及
-螺旋进料螺件(130)与所述腔室(110)相关联，并配置用于通过将所述螺旋进料螺件(130)或所述腔室(110)联接于驱动器(132)而为所述排出口供应从所述进口而进入所述腔室的打印原料，所述驱动器(132)配置用于以如下方式旋转所述螺旋进料螺件或所述腔室，即所述螺旋进料螺件在离所述腔室的所述表面的一距离处并相对于所述表面转动，其中，
-所述螺旋进料螺件
--具有中心纵轴，
--具有至少一个传送器(136)，所述至少一个传送器(136)配置用于在位于径向外部的进口区域(140)和位于径向内部的出口区域(142)之间、朝向所述出口区域(142)传送打印原料(DM)，以及
--具有至少一个排放传送器(144)，所述至少一个排放传送器(144)布置并配置用于将打印原料(DM)和存在于其中的气体(G)一起从所述传送器(136)的径向内边界区(146)的至少一个部分传送走。
2.根据权利要求1所述的3D打印机头，其中，所述螺旋进料螺件和所述腔室配置用于相对于彼此以如下方式转动，即存在于所述打印原料中的气体包裹体在到达所述出口区域的内部之前，通过所述排放传送器将这种气体包裹体至少从所述传送器的所述径向内边界区运输走，并且因此所述螺旋进料螺件传送很大程度上没有气体的打印原料进入所述出口区域的内部，并从那传送至所述腔室排出口。
3.根据权利要求1或2所述的3D打印机头，其中，
所述螺旋进料螺件具有大致圆形的端面侧，其中：所述端面侧面对所述腔室的具有所述排出口的所述表面，和/或，所述端面侧具有中心，所述中心与在所述腔室的所述表面中的所述排出口大致对齐，和/或，所述螺旋进料螺件的所述端面侧位于大致平行于所述腔室的所述表面，并且以如下方式定向，即所述螺旋进料螺件的所述位于径向内部的出口区域在离所述排出口的一距离处转动，并且与所述排出口靠近。
4.根据权利要求3所述的3D打印机头，其中
-进入所述传送器的位于径向外部的进口区域由在端面侧上的俯视图中具有大致扇形形状的侧向切口形成，和/或
-在远离所述传送器的进口的所述进口区域的一侧上，所述螺旋进料螺件在限定了所述传送器和/或所述排放传送器界限的一端上具有壁，其中：在所述端面侧上的俯视图中在所述螺旋进料螺件的转动方向上所述壁的外端在其内端的前面，和/或，所述壁朝向位于所述螺旋进料螺件的所述中心中的所述出口区域引导在所述传送器中被引领的打印原料，和/或，所述壁延伸直到它向内突出超越所述排放传送器，和/或，所述壁也相对于所述排放传送器横向地在所述排放传送器下方引导所述打印原料和/或引导所述打印原料进入所述排放传送器。
5.根据权利要求1或2所述的3D打印机头，其中
-所述出口区域具有环形壁，所述环形壁被定向为相对于所述螺旋进料螺件的中心纵向轴至少大致同轴并包围所述出口区域，其中
-所述环形壁具有开口，其中：所述开口在所述壁从所述传送器向所述出口区域延伸的位置处，和/或，所述开口配置用于允许打印原料从所述传送器经过，经过所述排放传送器，穿过所述开口到位于所述螺旋进料螺件的中心的所述出口区域。
6.根据权利要求3所述的3D打印机头，其中
-所述螺旋进料螺件的面对所述排出口的所述端面侧在其圆周上具有套环，所述套环被定向为相对于所述中心纵轴至少大致同轴，并且所述套环径向向外限定所述传送器的界限，和/或
-所述套环具有自由的下部边缘，所述边缘限定了所述螺旋进料螺件的朝向所述腔室的具有所述排出口的所述表面的端面侧的界限，和/或
-所述传送器具有顶部表面，所述顶部表面至少部分地围绕所述中心纵轴延伸，和/或
-所述传送器的所述顶部表面在其远离所述腔室的所述表面的一侧上限定所述传送器的界限，和/或
-所述传送器朝向所述腔室的所述表面至少部分地是开放的，和/或
-所述传送器的所述顶部表面被定向为相对于所述螺旋进料螺件的所述中心纵轴成90°加/减高达25°的角度。
7.根据权利要求3所述的3D打印机头，其中
-所述排放传送器具有顶部表面，相比于所述传送器的顶部表面，所述排放传送器的顶部表面位于离所述螺旋进料螺件的所述端面侧的更远距离处，和/或
-所述排放传送器的至少一部分比所述传送器的一部分位于更径向向内，和/或
-一方面所述排放传送器和另一方面所述出口区域以如下方式设计尺寸或配置，即所述排放传送器为所述打印原料提供第一流动阻力，并且所述出口区域为所述打印原料提供第二流动阻力，所述第一流动阻力比所述第二流动阻力更低，并且所述出口区域的所述第二流动阻力的大小足够小，使得在所述螺旋进料螺件相对于所述腔室的相对转动期间打印原料进入所述出口区域朝向所述排出口流动。
8.根据权利要求1或2所述的3D打印机头，其中
-所述传送器的至少一部分在所述螺旋进料螺件的圆周方向上至少部分地包围所述排放传送器，和/或
-所述排放传送器包围位于所述螺旋进料螺件的中心中的所述出口区域，和/或
-所述排放传送器延伸到所述传送器的进口或超越所述进口，以便将打印原料和所包裹的气体从所述排放传送器运输走，和/或
-所述排放传送器在其顶部表面中沿着其延伸部具有至少一个开口，所述开口配置用于允许打印原料和所包裹的气体从所述排放传送器逸出。
9.3D打印机，包括根据前述权利要求其中一项所述的3D打印机头，所述3D打印机头要相对于用于打印品的保持部沿至少一个几何轴来移动，控制器与所述3D打印机相关联并配置用于借助至少一个轴驱动器相对于所述保持部来移动所述3D打印机头，和/或相对于所述腔室的用于所述螺旋进料螺件的驱动器，以便以受控的方式将打印原料从所述排出口传送至所述保持部。
10.用于操作3D打印机的方法，所述3D打印机具有根据前述权利要求其中一项所述的3D打印机头，所述方法包括以下步骤：
-提供腔室，所述腔室在一个表面上具有排出口，
-将螺旋进料螺件与所述腔室相关联，
-为所述螺旋进料螺件提供至少一个传送器和至少一个排放传送器，
-用液体或固体打印原料装载腔室，
-使所述螺旋进料螺件相对于所述腔室绕所述螺旋进料螺件的中心纵轴相对转动，所述螺旋进料螺件的端面侧位于离所述表面的一距离处，
-借助于所述传送器在位于径向外部的进口区域和位于径向内部的出口区域之间传送打印原料，并且
-将打印原料和其中存在的气体一起从所述出口区域的径向外边界区的至少一个部分传送走。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，以如下方式带来所述螺旋进料螺件相对于所述腔室的相对转动，即在存在于所述打印原料中的气体包裹体在到达所述出口区域的内部之前，所述转动将这种气体包裹体至少从所述出口区域的所述径向外边界区运输至所述排放传送器，并且所述螺旋进料螺件因此传送很大程度上没有气体的打印原料进入所述出口区域的内部，并从那传送至所述腔室排出口。
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