CN114786923A - 用于3d打印的打印装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于3D打印机的打印装置(10)。在该打印装置包括用于熔化和塑化待打印材料(38)的配量单元(18)和用于打印通过所述配量单元(18)提供的材料(38)的输出单元(14)。所述配量单元(18)和所述输出单元(14)彼此分开地布置，但能够相互连接，其中，所述输出单元(14)为了接收材料(38)能够运输至所述配量单元(18)，并且为了将所述输出单元(14)与所述配量单元(18)连接，所述输出单元(14)的喷嘴(74)和所述配量单元(18)的耦合部位(62)相互贴靠。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于3D打印机的打印装置和一种运行这种打印装置的方法。
背景技术
用于粘度可变材料的3D打印机获得该材料的固相作为初始材料，由此产生液相并且将该液相选择性地施加到属于要制造的对象的部位上。这种3D打印机包括一个打印头，在该打印头中准备好用于打印的初始材料。在此，该材料通过打印头中的通道被继续输送。
此外，设置用于产生在打印头与应形成对象的工作面之间的相对运动的器件。在此，或者仅打印头、或者仅工作面或打印头以及工作面都可以运动。为了影响将材料施加在工作面上，通常在打印头中设置促动器，该促动器施加力到配量区上。
由WO 2018/086792 A1已知一种用于3D打印机的打印头。该打印头具有供应部，通过该供应部将待打印的原料供应给打印头。这种原料在打印头中被熔化和塑化。该熔化的材料在打印头内被输送至出口，通过所述出口将该材料施加到打印区域上。
发明内容
在本发明的范畴内已经开发出一种用于3D打印机的打印装置。该打印装置包括用于熔化和塑化待打印材料的配量单元和用于打印通过配量单元提供的材料的输出单元。
在本发明的意义上，配量单元尤其被理解为供应原料的区域，其中，该原料在配量单元中被熔化和塑化。此外，熔化的材料也可以按配量提供。在此，输出单元是可以释放用于制造3D体的材料的区域。
根据本发明，配量单元和输出单元彼此分开地布置，但能够相互连接，其中，输出单元为了接收材料可运输至配量单元，并且为了将输出单元与配量单元连接，输出单元的喷嘴和配量单元的耦合部位相互贴靠。
因此，在本发明中，配量单元和输出单元彼此分开。然而，两个单元可以相互连接用于接收材料。因此，输出单元具有能够接收一定量的熔融材料的容积。
已经认识到：与配量单元和输出单元一起设置在其中的打印头相比，由此实现如下优点：尤其通过两个单元的分开，使较小的重量运动，该重量基本上包括带有熔化材料的输出单元。因此，改善了这种3D打印机的动态性。
通过分离不同的功能，可以将相应的单元在功能方面更优化地构型。例如，对配量单元中的材料施加力的促动器不再对输出单元中的输出量产生影响。由此，促动器例如可以在要实现的结果方面设计得成本更低和更高效。
配量单元与输出单元的分开具有改善材料利用率的附加优点。在具有配量单元和输出单元的打印头的情况下，必须消耗引入的材料，以避免熔化的材料稍后在输出单元中凝固。因此，在许多情况下，并非所有材料都被使用，从而造成浪费。与此相反地，可以仅将所需的量从配量单元填充到输出单元中，由此使材料利用率因此最大化并且降低成本，从而利用这种打印装置能够实现更经济地制造。
为了附加地提高经济性，在本发明的优选实施方式中设置多个输出单元，它们交替地与单个配量单元相互作，用于接收材料。这意味着对于多个输出单元只需要一个配量单元。因此，每个输出单元不需要单独的配量单元。这提高了配量单元的产能利用率，从而提高了这种设备的经济性。
在本发明的另一优选实施方式中，例如在工业设备中，输出单元配属于彼此分开的不同压力腔单元。因此，分别生产不同工件的多个打印过程的输出单元可以仅与一个配量单元一起工作。
在此，优选地设置单独的运输系统用于将输出单元运输至配量单元。运输系统是将输出单元从打印工件的区域带到配量单元的系统。例如，这可以通过沿着其运输输出单元的轨道系统实现。在一个实施方式中，打印轴可以如此延长，使得其到达配量单元。这在较小的系统中是特别有利的。
在另一实施例中，输出单元也可以通过机器人被带至配量单元。以同样方式，输出单元可以从配量单元运输返回至工件。这种运输系统尤其在较大的系统中是特别有利的。
在此，运输系统的优点是输出单元可以保持得简单并且特别在输出功能方面被专门化。由此降低了输出单元的成本。优选地，运输系统运输多个输出单元，从而改善运输系统的产能利用率。因此，可以相应地降低这种运输系统的成本。
在一个有利的扩展方案中，运输系统具有可加热的运输载体，输出单元接收在该运输载体中。在此，运输载体是运输系统的一部分，通过该运输载体直接保持输出单元。在此，输出单元至少部分地在外侧被运输载体的可加热部分包围。通过加热运输载体能够使输出单元中的熔化材料在运输期间的冷却最小化。因此，延长了材料在输出单元中的存放时间。
输出单元有利地以可更换的方式布置在打印装置中。换言之，可以将正在使用的输出单元更换为另一个输出单元。这具有如下优点：可以使用具有不同喷嘴开口、横截面或容积的输出单元用于打印。输出单元的颜色也可以更换。由此，输出单元可以更优化地适配工件的必要制造，从而改进工件制造。在运行期间可以有利地更换输出单元。由此无需中断制造，从而能够更快、更经济地进行制造。在此，输出单元优选自动地更换，从而可以降低人员成本。
输出单元优选地具有输出活塞，该输出活塞与以下器件相互作用，在接收材料时，借助该器件能够与输出单元的填充方向相反地施加力。因此，在配量单元处填充输出单元期间，抵抗待接收的材料施加力。在此，输出活塞是能够在输出单元中运动并作用到接收在输出单元中的材料的活塞。在一个优选实施方式中，该器件是弹簧。在此，所述力具有以下优点：该器件使输出活塞的返回运动制动。由此确保了输出单元的无空气填充。
在一个符合目的的实施方式中，设置一个被伺服电机驱动的输出活塞，使得能够将材料输送出用于打印。伺服电机具有以下优点：由此提高了将材料从输出单元输出的精确性和可重复性。由此显著改善了工件的质量。
与现有技术中已知的打印头不同地，输出单元的伺服电机仅作用于均质的熔融物。由此对于这种伺服电机需要小的功率，使得这种伺服电机由于成本降低的可实现性是可能的。
为了确保在配量单元中的大的力，配量单元优选地具有用于将配量单元中的材料输送出的配量活塞，该配量活塞通过液压装置或电动机驱动。在此，配量活塞也可运动地布置在配量单元中并且对配量单元中的材料施加力，以便将该材料从配量单元输送到输出单元中。与需要高精度的输出单元相比，因此可以在所述配量单元中提供足够的力。通过将输出单元与配量单元分开，因此可以在功能方面优化每个单元。
本发明还说明了一种用于运行这种打印装置的方法。在此，该方法包括以下步骤：将输出单元运输至配量单元，将输出单元与配量单元连接，给输出单元填充以待打印的材料，以及将输出单元运输至到待打印的区域。在将配量单元与输出单元连接时，两个单元如此密封地相互连接，使得材料能够从配量单元转移至输出单元。通过这种方法可以实现上述优点。
附图说明
在附图中示出并且在下面的描述中更详细地阐述本发明的实施例。附图示出了：
图1在填充输出单元期间的打印装置的实施例，
图2在输出单元的运输期间的打印装置的实施例，
图3具有多个输出单元的打印装置的实施例，这些输出单元布置在不同的压力腔单元中，和
图4用于运行打印装置的方法。
具体实施方式
图1示出打印装置10在填充输出单元14时的实施例。图1在此以剖视图示出。除输出单元14外，打印装置10还具有配量单元18。在此，配量单元18由基体22构成，在该基体上布置有注入漏斗26。可以将以固体形式存在的原料30注入到注入漏斗26中。注入漏斗26与由基体22构成的配量室34直接连接。在该配量室34中，原料30被熔化和塑化用于形成可打印的材料38。
配量室34具有侧面的配量活塞开口42。配量活塞46布置在该配量活塞开口42中并且伸入到配量室34中。配量活塞力FD可以通过配量活塞46施加到配量室34中的材料38上，使得该材料能够朝与配量活塞开口42对置的配量输送开口50的方向被挤压。
在配量输送开口50处，配量单元18具有形成通道58的耦合元件54，使得通过配量输送开口50输出的材料38能够输送到耦合元件54的耦合部位62处。输出单元14布置在耦合部位62处，使得该输出单元14可以接收熔化的材料38。
输出单元14具有输出体66，该输出体形成输出室70，熔化的材料38能够接收在该输出室中。在输出体66的与耦合部位62连接的一端上形成喷嘴74，通过该喷嘴可以接收熔化的材料38。同样，材料38通过该喷嘴74被施加到工件(未示出)上。
在输出室70内布置有输出活塞78，材料38可以通过输出活塞78输出。在输出活塞78上方布置有器件82，在填充期间，通过该器件与填充方向相反地施加力FF。在该实施例中，器件82实施为示意性表示的弹簧。通过施加到输出活塞78上的力FF确保输出单元14在没有空气的情况下被填充。在填充期间，输出活塞78在此朝弹簧82的方向移动。
图2示出在输出单元14运输期间的打印装置10的实施例。在该图中尤其示出打印装置10的运输系统86。在该实施例中，运输系统86由轴单元90构成，该轴单元在此示意性示出地与马达M连接。输出单元14能够通过该输送系统86在配量单元18和待制造的工件(未示出)之间运输。在此，运输可以自动地执行。
在该实施例中，运输系统86还具有运输载体94，该运输载体在外侧包围输出单元14。运输载体94在此尤其具有加热器98，通过该加热器能够在运输期间加热输出单元14中的材料。由此可以延长材料在输出单元14中的存放时间，使得例如更长的运输路径或运输时间也是可能的。在此处未示出的实施例中，运输系统86也可以通过机器人实现。
图3示出具有多个输出单元14的打印装置10的实施例，这些输出单元布置在不同的压力腔单元102中。在此，每个压力腔单元102制造不同的工件。在每个压力腔单元102中布置有输出单元14，该输出单元分别被打印头主体106接收，输出单元14可以在该打印头主体上运动。与运输载体94一样，打印头主体106也可以构造有加热器(未示出)。
压力腔单元102尤其通过单个传输系统86与配量单元18连接。因此，多个输出单元14可以通过单个运输系统86与单个配量单元18连接。由此改善组件的产能利用率。
在图4中示出用于运行打印装置10的方法。在第一步骤A中，输出单元14被运输至配量单元18。在第二步骤B中，输出单元14与配量单元18耦合。在此，在配量单元18和输出单元14之间形成密封连接。在随后的步骤C中，输出单元14由配量单元18填充。在此可以完全填充输出单元14。输出单元14也可以仅填充确定量的材料。该量在此如此测得，使得确保充分利用材料。在最后的步骤D中，以这种方式填充的输出单元14被运输至打印区域。该方法可以在打印期间重复多次。
Claims (10)
1.一种用于3D打印机的打印装置(10)，包括：
用于熔化和塑化待打印材料(38)的配量单元(18)和用于打印通过所述配量单元(38)提供的材料(38)的输出单元(14)，
其特征在于，
所述配量单元(18)和所述输出单元(14)彼此分开地布置，但能够相互连接，其中，所述输出单元(14)为了接收材料(38)能够运输至所述配量单元(18)，并且为了将所述输出单元(14)与所述配量单元(18)连接，所述输出单元(14)的喷嘴(74)和所述配量单元(18)的耦合部位(62)相互贴靠。
2.根据权利要求1所述的打印装置(10)，其特征在于，设置多个输出单元(14)，这些输出单元为了接收材料(38)交替地与单个配量单元(18)相互作用。
3.根据权利要求2所述的打印装置(10)，其特征在于，所述输出单元(14)配属于彼此分开的不同压力腔单元(102)。
4.根据前述权利要求中任一项所述的打印装置(10)，其特征在于，设置单独的运输系统(86)，用于将所述输出单元(14)运输至所述配量单元(18)。
5.根据权利要求4所述的打印装置(10)，其特征在于，所述运输系统(86)具有可加热的运输载体(94)，所述输出单元(14)接收在该运输载体中。
6.根据前述权利要求中任一项所述的打印装置(10)，其特征在于，所述输出单元(14)以可更换的方式布置在所述打印装置(10)中。
7.根据前述权利要求中任一项所述的打印装置(10)，其特征在于，所述输出单元(14)具有输出活塞(78)，所述输出活塞与一器件(82)相互作用，借助该器件能够在接收材料(38)时与所述输出单元(14)的填充方向相反地施加力(FF)。
8.根据前述权利要求中任一项所述的打印装置(10)，其特征在于，所述输出单元(14)具有输出活塞(78)，该输出活塞被伺服电机驱动，使得能够输送出材料(38)用于打印。
9.根据前述权利要求中任一项所述的打印装置(10)，其特征在于，所述配量单元(18)具有配量活塞(46)，用于输送出所述配量单元(18)中的材料(38)，所述配量活塞通过液压机构或电动机驱动。
10.一种用于运行根据前述权利要求中任一项所述的打印装置(10)的方法，其中，该方法包括以下步骤：
-将输出单元(14)运输(A)至配量单元(18)，
-将所述输出单元(14)与所述配量单元(18)连接(B)，
-给所述输出单元(14)填充(C)以待打印的材料(38)，和
-将所述输出单元(14)运输(D)至待打印的区域。
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