DE102014017858A1 - 3D printer with filament detection and printhead with adjustable melt temperature profile - Google Patents

3D printer with filament detection and printhead with adjustable melt temperature profile Download PDF

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Abstract

3D-Druckkopf mit Analyse-Funktion zur Erkennung der thermodynamischen Daten eines Verbrauchsmateriales, mit mehreren Temperatur-Sensoren und Druckaufnehmer.3D printhead with analysis function for the detection of the thermodynamic data of a consumable, with several temperature sensors and pressure transducer.

Description

3D-Druckköpfe fördern aufschmelzbare Materialien in eine Schmelzkammer, in welcher sie auf eine Temperatur gebracht werden, bei der sie fließfähig sind. Durch nachrückendes Material wird die geschmolzene Masse durch eine Düse von meist nur ca. 0,2 bis 0,6 mm Durchmesser nach Außen gedrückt. Dieses Material formt das zu erstellende Objekt. Grundlegend sind die verwendeten Materialien mindestens unterteilbar in folgende Gruppen:

  • • amorph
  • • kristallin, teil-kristallin
  • • Füllstoff-haltige Polymer mit variierenden Füllstoff-Gehalten in %
wobei die o. g. unabhängig von der Gruppe, verschiedene Schmelz-Viskositäten und verschiedene Festigkeiten bei erhöhter Temperatur, besitzen können.3D printheads convey fusible materials into a melting chamber in which they are brought to a temperature at which they are flowable. By moving material, the molten mass is forced through a nozzle of usually only about 0.2 to 0.6 mm in diameter to the outside. This material forms the object to be created. Basically, the materials used are at least subdividable into the following groups:
  • • amorphous
  • • crystalline, partly crystalline
  • Filler-containing polymer with varying filler contents in%
wherein the above mentioned independently of the group, may have different melt viscosities and different strengths at elevated temperature.

Es sind weiterhin Füllstoffe mit geringer spezifischer Wärmekapazität sind z. B.

  • • Holzmehl, organisches Material, mit Dichte ca. 1,
  • • poröse Füllstoffe, mit Dichte < 0,5 und
There are also fillers with low specific heat capacity are z. B.
  • • wood flour, organic material, with density approx. 1,
  • • porous fillers, with density <0.5 and

Füllstoffe mit hoher spezifischer Wärmekapazität, z. B.

  • • Steinmehl, anorganisches Material, mit Dichte > 2,5, oder
  • • Metallpulver (z. B. Fe) Dichte größer 7 g/cm3
bekannt.Fillers with high specific heat capacity, eg. B.
  • • Rock meal, inorganic material, with density> 2.5, or
  • • Metal powder (eg Fe) Density greater than 7 g / cm3
known.

Bisherige Druckköpfe (hotend) verfügen über eine Heizzone, einen Temperatursensor, sowie über Kühlrippen entlang des Förder-Kanales, welcher wiederum aus verschiedenen Materialien, meist Edelstahl, PEEK oder Silikon besteht. Wird Stahl verwendet hat das Vorteile gegenüber den weit verbreiteten Materialien PEEK und Silikon. Beispielsweise ist ein hotend wegen des verwendeten Wandungsmateriales für den Förderkanal (FK) besonders gut geeignet, kristalline Polymere zu fördern, ohne das es während des Druckprozesses über Stunden zu einer Blockade von Material im Förderkanal kommt. Das gleiche Hotend kann jedoch oftmals ein amorphes Material nur über eine kurzen Zeitraum fördern. Nach einer Weile kommt es dann zu einer Blockade. Der Grund hierfür ist die allmähliche Erwärmung des Wandungsmateriales, durch die verwendeten Materialien PEEK und Silikon, die zwar bei geringen Temperaturen geringe Reibung an ihrer Innenseite versprechen, jedoch wegen geringerer Wärme-Leitfähigkeit nicht gut kühlbar sind und sich deshalb nach einiger Druckzeit erwärmen, wodurch sich wiederum die Reibung (und Neigung zur Blockade) erhöht. Daraus resultierend stellt sich oft während des Druckens ein Thermo-Profil innerhalb des FK ein, welches zu einem hohen Druckaufbau schon in der Mitte der Ausdehnung des FK führt.Previous print heads (hotend) have a heating zone, a temperature sensor and cooling fins along the conveyor channel, which in turn is made of different materials, mostly stainless steel, PEEK or silicone. Using steel has the advantages over the widely used PEEK and silicone materials. For example, a hotend because of the wall material used for the conveyor channel (FK) particularly well suited to promote crystalline polymers, without it comes during the printing process for hours to a blockage of material in the conveyor channel. However, the same hotend can often promote an amorphous material only over a short period of time. After a while, it comes to a blockage. The reason for this is the gradual heating of the wall material, by the materials used PEEK and silicone, which promise low friction on their inside at low temperatures, but are not well cooled due to lower heat conductivity and therefore heat up after some printing time, causing in turn increases the friction (and tendency to block). As a result, a thermo-profile within the FK often sets during printing, which leads to a high pressure build-up even in the middle of the expansion of the FK.

Das Filament erweicht, in Folge wird es an die FK-Wand gepresst und kann nicht weitergefördert werden (die benannte Blockade), da entweder die Leistung des Fördermotors nicht ausreicht, oder das Filament (bei starker Förder-Leistung) vor dem Eintritt in das Hotend gestaucht wird oder abknickt.The filament softens, in consequence it is pressed against the FK wall and can not be further promoted (the named blockade), either because the performance of the conveyor motor is insufficient, or the filament (at high conveying power) before entering the Hotend is compressed or kinked.

Vielfach verschafft die Nutzung von sich mittlerweile durchsetzenden „Ganz-Metall-Hotends” (full-metal-hotend, hier: fmh) Abhilfe, da diese eine konsequente schnelle Kühlung und eine sehr kurze Schmelzezone ermöglichen, wodurch Blockaden bei vielen Materialien vermieden werden. Ein Temperaturprofil wie in Kurve x gezeigt ist möglich. Aufbau des fmh-hotends siehe 1. Jedoch lässt sich auch mit diesen hotends kein Wunsch-Temperaturprofil in der Art Y oder Z einstellen, welches auf die unterschiedlichen thermischen Eigenschaften der Polymere Rücksicht nimmt. Wunschprofile sind je nach Material auch nötig, um das Aussehen der Druckobjekte zu optimieren. Rauhigkeiten können erzeugt oder vermieden werden. Hotends sind aus Mangel an einem mechanischen Verschluss der Düse, generell nicht in der Lage, nach einem temporären Förderstopp, abrupt nicht mehr zu tropfen (auch „oozing” genannt).Often, the use of interspersed "all-metal hotends" (full-metal-hotend, here: fmh) provides a remedy, as they allow a consistent fast cooling and a very short melt zone, thereby avoiding blockages in many materials. A temperature profile as shown in curve x is possible. Structure of the fmh-hotend see 1 , However, even with these hotends, no desired temperature profile of the type Y or Z can be set, which takes into account the different thermal properties of the polymers. Desired profiles are also necessary depending on the material in order to optimize the appearance of the printed objects. Roughnesses can be generated or avoided. Hotends are generally not able to drip abruptly (also called "oozing") due to a lack of mechanical closure of the nozzle, after a temporary delivery stop.

Grund ist die warme Polymer-Schmelze innerhalb des FK, welche sich in der noch heißen Düse (Nähe zum Heizkörper) nicht schnell genug abkühlt, sowie vorhandene heiße Schmelze, die auch ohne zusätzlichen Förderdruck des Motors, expandieren will, z. B. weil sie komprimierte heiße Gase enthält oder kompressibel ist. Man versucht nun sehr erfolgreich für manche Materialien dieses Nachtropfen durch ein ”retract” welches im gcode des zu druckenden Objektes definiert ist, zu behindern.Reason is the warm polymer melt within the FK, which does not cool fast enough in the still hot nozzle (proximity to the radiator), as well as existing hot melt, which wants to expand without additional delivery pressure of the engine, z. B. because it contains compressed hot gases or is compressible. It is now very successful for some materials this dripping by a "retract" which is defined in the gcode of the object to be printed, to hinder.

Besonders geeignet sind hierfür kristalline bis teilkristalline, eingeschränkt auch amorphe Materialien, welche über ausreichend hohe Festigkeit der Schmelze verfügen. Bei jedem Förderstopp wird kurzzeitig eine Art Rückwärtsgang (retract) eingelegt, sprich das Material in den FK eingezogen, weshalb es nicht aus der Düse tropfen kann. Bei gefüllten Materialien funktioniert dies nur sehr eingeschränkt, da manche dieser Materialien im Schmelzezustand eine nur geringe, verbliebene Zugfestigkeit besitzen. Sie lassen sich zwar aus der Düse problemlos herausdrücken aber nicht „am Stück” zurückziehen. Sie erscheinen beim Hineinziehen eher bröselig und inhomogen.Particularly suitable for this are crystalline to semi-crystalline, limited also amorphous materials which have sufficiently high strength of the melt. At each production stop will briefly a Type reverse gear (retract) inserted, ie the material fed into the FK, so it can not drip out of the nozzle. For filled materials, this only works to a very limited extent, since some of these materials have only a small remaining tensile strength in the melt state. Although they can be pushed out of the nozzle without problems, they can not be withdrawn "in one go". They appear rather brittle and inhomogeneous when pulled in.

Deshalb ist es notwendig, die absolute Länge der geschmolzenen Masse im Förderkanal durch eine Steuerung so kurz wie möglich zu halten. ((je kürzer desto weniger tropfendes (oozendes) Material ist im FK vorhanden)) Optimal ist ein Bereich von nur N – 2 (auf der x-Achse im Diagramm 5). Vorraussetzung, ein solches Temperaturprofil zu erzeugen, ist Kenntnis über die ungefähren Masse-Temperaturen des Filamentes im jeweiligen Abschnitt des FK.Therefore, it is necessary to keep the absolute length of the molten mass in the delivery channel as short as possible by a controller. ((the shorter the less dripping (oozendes) material is present in the FK)) Optimal is a range of only N - 2 (on the x-axis in the diagram 5 ). The prerequisite for producing such a temperature profile is knowledge of the approximate mass temperatures of the filament in the respective section of the FK.

Ungefähr? Zwar mißt der Sensor der Heizkammer H1 dessen Eigentemperatur, jedoch nicht die genaue Massetemperatur des Filaments, welches beim 3D-Druck, nach der Schichtaufbaumethode mit Thermoplasten, der wichtigste zu steuernde Prozess-Wert ist.Approximately? Although the sensor of the heating chamber H1 measures its own temperature, but not the exact melt temperature of the filament, which is the most important to be controlled process value in 3D printing, after the layer-building method with thermoplastics.

Die reale Masse-Temperatur ist außerdem nicht nur von der messbaren Heizkammertemperatur abhängig, sondern auch von der Förder-Geschwindigkeit, der spezifischen Wärmekapazität und der Wärmleitfähigkeit des Filamentes. Dies wird besonders bei gefüllten Filamenten deutlich.The real mass temperature is not only dependent on the measurable heating chamber temperature, but also on the conveying speed, the specific heat capacity and the thermal conductivity of the filament. This is especially evident in filled filaments.

Zur Messung und Steuerung des Temperatur-Profiles wird hiermit vorgeschlagen, mehrere Temperatur-Sensoren und idealerweise auch eine weiteres Heizmodul direkt an der Wandung des FK anzubringen. Diese geben wichtigen Aufschluß über den sich einstellenden Temperatur-Verlauf des Filamentes in Richtung Eingang des FK. Der Temperatur-Verlauf kann sich sogar während eines Druckes wegen Varianzen der Druckgeschwindigkeit ändern.For measuring and controlling the temperature profile, it is hereby proposed to apply a plurality of temperature sensors and ideally also another heating module directly to the wall of the FK. These provide important information about the adjusting temperature curve of the filament in the direction of the entrance of the FK. The temperature history may change even during printing because of variances in print speed.

Die Sensoren des hotends geben ihre Werte sinnvollerweise an eine Software weiter, von welcher die Regelgrößen angesteuert/geregelt werden. Diese sind:

  • • T1; T2; T3; T4; T5;
  • • TH1; TH2
  • • Heizleistung der Heizkörper H1; H2
  • • Kühlleistung der Lüfter, F1; F2; F3
  • • Motor-Leistung aus Spannung und Stromstärke unter Last
  • • Fördergeschwindigkeit des Filamentes, sowie
  • • die zu regelnden Größen eines weiteren Druckkopfes im gleichen Drucker
The sensors of the hotend usefully pass on their values to a software from which the controlled variables are controlled. These are:
  • • T1; T2; T3; T4; T5;
  • • TH1; TH2
  • • Heating power of radiators H1; H2
  • • cooling capacity of the fans, F1; F2; F3
  • • Motor power from voltage and current under load
  • • conveying speed of the filament, as well
  • • the sizes to be controlled of another print head in the same printer

Die obengenannten bestimmungsgemäßen Verbesserungen durch die Verwendung von mehreren Temperatursensoren und Heizelementen, erlauben dem 3D-Druck-Gerät in Verbindung mit einer auswertenden Software, zusätzlich die Analyse (das Erkennen, die Zuordnung) eines in den Druckkopf/Förderkanal eingeführten Druck-Materiales, hinsichtlich seiner thermodynamischen Eigenschaften, wie z. B. der Schmelzviskosität bei verschiedenen Temperaturen und unter verschiedenen Drücken, etc.. Diese Werte werden bisher selten vom Hersteller der Verbrauchsmaterialien beim Verkauf mitgeliefert und werden deshalb vom 3D-druckenden Nutzer empirisch ermittelt oder durch Nutzer-Communities weitergereicht. Neue, bisher ungekannte Materialien müssen vom Nutzer aufwendig im trial and error Verfahren getestet werden. Wobei erfahrene Nutzer schneller zum Ziel kommen, aus den Tests resultierende, sinnvolle Material-Profile in die Druckersoftware einzugeben.The aforementioned intended improvements through the use of multiple temperature sensors and heating elements, in addition to the 3D printing device in conjunction with an evaluating software, allow the analysis (recognition, assignment) of a printing material introduced into the printhead / conveying channel with respect to its thermodynamic properties, such as. These values are rarely supplied by the manufacturer of the consumables at the time of sale and are therefore empirically determined by the 3D printing user or passed on by user communities. New, hitherto unknown materials must be extensively tested by the user in the trial and error procedure. Whereby experienced users reach the goal more quickly to enter meaningful material profiles resulting from the tests into the printer software.

Jedoch kann es auch auch bei bekannten Materialien wie ABS oder PLA und deren an und für sich bekannten Druck-Profilen vorkommen, daß diese, nach langer Lagerung (wenn bsp. Weichmacher migriert sind) ein leicht modifiziertes Temperaturprofil benötigen, d. h. die Temperatur etwa um z. B. 2° angehoben oder gesenkt werden sollte. Gleiches ist ebenso möglich, wenn etwa ein ABS-Filament bei 250° extrudiert werden soll, jedoch ein schwarz eingefärbtes ABS, seine besten Druckergebnisse beispielsweise schon bei 247°C zeigt. (Farbpigmente verändern die Schmelzviskosität eines Kunststoffes spürbar). Weiterhin gilt, daß alle Filament-Materialien bei unterschiedlichen Druckgeschwindigkeiten (Druck-Volumen/Zeit) und den resultierenden unterschiedlichen Verweildauern im hot end, mit um wenige Grad variierenden Temperaturen (in den Heizzonen des Förderkanales) aufgeschmolzen werden sollten.However, it may also occur in known materials such as ABS or PLA and their per se known pressure profiles that these, after long storage (if, for example, plasticizers are migrated) need a slightly modified temperature profile, d. H. the temperature about z. B. 2 ° should be raised or lowered. The same is also possible if, for example, an ABS filament is to be extruded at 250 ° but a black-colored ABS shows its best printing results, for example, even at 247 ° C. (Color pigments change the melt viscosity of a plastic noticeable). Furthermore, all filament materials should be melted at different printing speeds (pressure-volume / time) and the resulting different residence times in hot end, with varying temperatures by a few degrees (in the heating zones of the delivery channel).

Es scheint deshalb von hohem Nutzen zu sein, wenn ein 3D-Drucker in der Lage ist, ein Verbrauchs-Material während eines Testlaufes „einzulesen, zu analysieren”, und die erkannten thermodynamischen Eigenschaften zur Aufbereitung an die Software für den eigentlichen Druck weiterleitet. Die erkannten Werte ermöglichen es der auswertenden Software, eindeutige Temperaturprofile für den Druck zu erstellen, die nicht vom subjektiven Empfinden des Anwenders geprägt sind. Dies Software wiederum „fragt” während des Druckes den jeweiligen resultierenden Schmelzedruck im Förderkanal ab und regelt das erstellte Temperaturprofil nach. Änderungen der Viskosität der Schmelze, welche sich während des Druckes einstellen, waren bisher beim Drucken gar nicht wahrnehmbar, können nun aber zu angepassten Druckparametern verwendet werden.It therefore appears to be of great benefit if a 3D printer is able to "read in and analyze" a consumable material during a test run, and passes the identified thermodynamic properties to the software for actual printing for processing. The recognized values allow the evaluating software to create unique temperature profiles for printing that are not influenced by the user's subjective perception. This software in turn "polls" the respective resulting melt pressure in the delivery channel during printing and adjusts the created temperature profile. Changes in the viscosity of the melt, which occur during printing, were so far imperceptible during printing, but can now be used to customized pressure parameters.

Die Software verfügt zur Auswertung der aufgenommenen Kennwerte aus Temperaturen und zugehörigen Schmelzedruck-Werten, über einen Zugriff auf eine Datenbank, welche bekannte Werte mit den gemessenen vergleicht und Temperaturprofile auswählt, die dem per Testlauf geprüftem Material am nahesten kommen. Beschreibung/Legende Fig. 1 Stand der Technik: 3D Druckkopf mit mechanischer Förderung des Materiales über Andruckrollen, hotend mit Kühlrippen und Heizblock H1, und TH1 Sensor zur Messung der Eigentemperatur, F ist ein Lüfter (fan) Fig. 2 verbesserter Druckkopf mit Sensor T2 zur Messung der Förderkanal-Wandtemperatur; Temp.-Sensor T3 zur Messung der Temperatur der Kühlrippen; Mit Lüfter F1 zur direkten Kühlung der Düse; Fig. 3 Förderkanal Fig. 4 zu Fig. 2, nochmals verbesserter Druckkopf, mit mehreren T-Sensoren und zwei Heiz-Blöcken; mehreren steuerbaren Lüftern; optional werden die Spannung und Stromstärke des Antriebsmotors ausgelesen (aus diesen Werten kann der ungefähre Druck im Inneren des Förderkanales FK errechnet werden); Fig. 5 schematisch: Diagramm mit möglichen Temperaturprofilen der Schmelze des Druckmateriales. x-Achse = Ausdehnung des Förderkanales von N (Materialaustritt an der Düse) bis 7 = Öffnung des FK (Filament wird eingeschoben), y-Achse = Temperatur ohne Absolutwert-Angabe X Mögliches Temperatur-Profil eines Materiales, welches nur kurzeitig erwärmt werden darf, deshalb geringe T-Werte im Bereich 3–5 Diese Profil ist für niedrige Schmelzviskositäten und oder niedrig schmelzende Materialien geeignet. Y Profil für ein Material mit gleicher Drucktemperatur wie X, jedoch mit beispielsweise höherem Füllstoffanteil, welcher die Schmelzviskosität erhöht und mehr Wärmeenergie (im Abschnitt 3–5) zum Erreichen der späteren Drucktemperatur aufnehmen muß Zw Profil bei Druckstop. Der Abschnitt N – 2 wird abgekühlt, während 3–5 hoch bleibt. Damit lässt der Druckbeginn nach Start der Aufheizzeit von H1 beschleunigen. Z Profil für ein höher schmelzendes Material FMH Zum Vergleich hier ein Profil einer Schmelze in einem full-metal-hotend nach Stand der Technik, bei moderater Kühl-Leistung des Lüfters. Mit einem FMH können keine außergewöhnlichen Temperatur-Verläufe erzielt werden. TH1; TH2 Temperatursensor im Heizblock T2 Temperatursensor zur Messung der Wandtemperatur des Förderkanales FK T3; T4; T5 Temperatursensor zur Messung der Temperatur an einem Kühlkörper entlang des Förderkanales FK H1; H2 Heizblock F1 Kühllüfter oder Kühlvorrichtung zur Kühlung der Düse F2; F3 Kühllüfter oder Kühlvorrichtung zur Kühlung der Bereiche entlang des FK pz Print-Temperatur Material Z py Print-Temperatur Material Y px Print-Temperatur Material X Nzw Temp. erkaltetes Material Zw, an Düse = Halte-Temper. fy Vorwärm-Temper. für Y fx Vorwärm-Temper. für x To evaluate the recorded characteristic values, the software has temperatures and associated melt pressure values, access to a database which compares known values with the measured ones and selects temperature profiles which come closest to the material tested by the test run. Description / Legend Fig. 1 PRIOR ART: 3D printhead with mechanical conveyance of the material via pressure rollers, hotend with cooling fins and heating block H1, and TH1 sensor for measuring the actual temperature, F is a fan Fig. 2 improved printhead with sensor T2 for measuring the conveying channel wall temperature; Temp. Sensor T3 for measuring the temperature of the cooling fins; With fan F1 for direct cooling of the nozzle; Fig. 3 delivery channel Fig. 4 to Fig. 2, further improved printhead, with multiple T-sensors and two heating blocks; several controllable fans; Optionally, the voltage and current of the drive motor are read (from these values, the approximate pressure inside the delivery channel FK can be calculated); Fig. 5 schematic: diagram with possible temperature profiles of the melt of the printing material. x-axis = extension of the delivery channel from N (material outlet at the nozzle) to 7 = opening of the FK (filament is inserted), y-axis = temperature without absolute value specification X Possible temperature profile of a material, which may only be warmed up for a short time, therefore low T-values in the range 3-5 This profile is suitable for low melt viscosities and / or low-melting materials. Y Profile for a material with the same pressure temperature as X, but with, for example, a higher filler content, which increases the melt viscosity and must absorb more heat energy (in section 3-5) to reach the later pressure temperature tw Profile at pressure stop. The section N - 2 is cooled while 3-5 remains high. Thus, the start of printing can be accelerated after the start of the heating time of H1. Z Profile for a higher melting material FMH For comparison, here is a profile of a melt in a full metal hotend according to the prior art, with moderate cooling performance of the fan. With an FMH no extraordinary temperature profiles can be achieved. TH1; TH2 Temperature sensor in the heating block T2 Temperature sensor for measuring the wall temperature of the delivery channel FK T3; T4; T5 Temperature sensor for measuring the temperature on a heat sink along the conveying channel FK H1; H2 heating block F1 Cooling fan or cooling device for cooling the nozzle F2; F3 Cooling fan or cooling device for cooling the areas along the FK pz Print temperature material Z py Print temperature material Y px Print temperature material X nzw Temp. Cooled material Zw, on nozzle = holding temper. fy Preheat temper. for Y fx Preheat temper. for x

Claims (8)

3D Drucker mit 3D-Druckkopf zum Aufschmelzen verschiedener Verbrauchsmaterialien gekennzeichnet dadurch, daß dieser deren material-spezifische Eigenschaften wie vorzugsweise die: – Schmelztemperatur, – Erweichungstemperatur, – vorzugsweise Schmelzviskosität bezogen auf die gemessene Temperatur – Erhöhung oder Absenkung der Schmelzviskosität, – Reibung der Schmelze im Förderkanal oder – Druckerhöhung im Förderkanal eines in den Druckkopf oder in einen bauähnlichen Testdruckkopf eingeführtes Verbrauchs-Materiales erkennt, und vorzugsweise einem bekannten oder ähnlichen Datensatz von Druck-Materialien zuordnet, oder vorzugsweise diese aufgenommenen Kennwerte an den Algorithmus zur Berechnung und Regelung von – optimaler Druckgeschwindigkeit (Volumen/Zeit/pro Schichtdicke) – optimalen Förderkanal-Schmelzkammertemperaturen (T1–T5 etc), oder eines – Schmelzprofiles, sowie – nötige Kühl-Parameter weiterreicht und oder einen Datensatz dieser Kennwerte erzeugt und dem Datenaustausch zuführt.3D printer with 3D print head for the melting of various consumables characterized by the fact that this material-specific properties such as preferably the: Melting temperature, Softening temperature, - Preferably melt viscosity based on the measured temperature Increase or decrease of the melt viscosity, - Friction of the melt in the delivery channel or - Pressure increase in the delivery channel recognizes a consumable material introduced into the printhead or a construction-type test print head, and preferably assigns it to a known or similar dataset of printing materials, or preferably these recorded characteristics to the algorithm for calculating and controlling Optimum printing speed (volume / time / per layer thickness) - optimal production channel melting chamber temperatures (T1-T5 etc), or one - Melt profiles, as well - necessary cooling parameters passes on and or generates a record of these characteristics and the data exchange. 3D-Drucker nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß dieser über mindestens einen Sensor zum Messen des Druckes im Förderkanal oder über einen Kraft- oder einen Beschleunigungs-Sensor verfügt, welcher die Kraft oder den erzeugten Impuls misst, der zum Fördern des Druckmateriales in den Förderkanal hinein, als auch zum Fördern durch das offene Ende der Schmelzkammer (Düse) aufgewendet wird, wodurch vorzugsweise der annähernd vorherrschende Innendruck oder die Drucksteigerung oder Absenkung im Förderkanal annäherungsweise errechnet werden kann.3D printer according to claim 1, characterized in that it has at least one sensor for measuring the pressure in the conveyor channel or via a force or an acceleration sensor, which measures the force or the generated pulse, which is used to convey the printing material in the Delivery channel into, as well as for conveying through the open end of the melting chamber (nozzle) is expended, whereby preferably the approximately prevailing internal pressure or the pressure increase or decrease in the delivery channel can be approximately calculated. 3D-Drucker nach Ansprüchen 1–2, gekennzeichnet dadurch, daß dieser Testläufe mit dem Druck-Material durchführt, wobei dieses in den Förderkanal des Druckkopfes oder des Test-Druckkopfes hineingeschoben wird und die wirkenden Drücke und oder Schubkräfte aufgenommen werden. Zeitgleich werden verschiedene Temperaturen an T1–T5 erzeugt, wobei Temperaturen und erzeugte Kräfte/Drücke durch eine Software miteinander verglichen werden. Wird beispielsweise das Material in der Düse eingefroren, das Material jedoch durch die Heizzone H2 erwärmt und folgend ein erheblicher Druckanstieg (ohne das Material ins HE gefördert wird) registriert, so kann auf expandierende Gase (z. B. Feuchtigkeit) im Material geschlossen werden. Auf ähnliche Weise kann auch auf kompressible Schmelzen geschlossen werden. Sinnvoll ist es zudem, um „Retract”-Parameter (die ein Nachtropfen vermeiden sollen) zu ermitteln.A 3D printer according to claims 1-2, characterized in that it performs test runs on the printing material, pushing it into the conveying channel of the printing head or of the test printing head and picking up the acting pressures and / or pushing forces. At the same time, different temperatures are generated at T1-T5, whereby temperatures and generated forces / pressures are compared by a software. If, for example, the material in the nozzle is frozen, but the material is heated by the heating zone H2 and a significant increase in pressure (without the material being conveyed to the HE) is registered, expanding gases (eg moisture) in the material can be closed. In a similar way, it is also possible to conclude on compressible melts. It is also useful to determine "retract" parameters (which should prevent dripping). 3D-Drucker nach Ansprüchen 1–3, gekennzeichnet dadurch, daß im Druck- oder Testbetrieb, vorzugsweise bei erkannten – hohen Drücken die Anweisung zur Erhöhung der Temperaturen folgt, – niedrigen Drücken die Anweisung zur Absenkung der Temperaturen folgt, – bei weiter steigenden Drücken, ein Abbruch des Druckvorganges eingeleitet wird, – bei Druckschwankungen der Volumendurchsatz angepasst wird3D printer according to claims 1-3, characterized in that in the printing or test mode, preferably when detected - high pressure follows the instruction to increase the temperature, Low pressure follows the instruction to lower the temperature, - If the pressures continue to increase, an abort of the printing process is initiated, - Adjusted for pressure fluctuations in the volume flow rate 3D-Drucker nach Ansprüchen 1–4, gekennzeichnet dadurch, daß • zur Erhöhung der Verwendbarkeit von Materialien mit stark unterschiedlichem Schmelzverhalten, • zwecks verbessertem Aussehen der Oberfläche der Druckobjekte, • zwecks Vermeidung von „Verstopfungen” im hotend, • zur verbesserten Steuerung eines bau-ähnlichen Druckkopfes im gleichen 3D-Drucker, zur Erstellung von Mehr-Material-Objekten, die a) Wand-Temperaturen des Förderkanales entlang seiner Ausdehnung bis zur Austrittsdüese, b) die Länge des Erweichungs- als auch des Schmelzebereiches innerhalb des Förderkanales bis zur Austrittsdüese c) als auch die Temperaturverteilung innerhalb der Schmelze, sowie d) der aus Antriebsdaten (Leistung) des Fördermotors errechnete, annähernde Schmelzedruck e) messbar und regelbar sind. 3D printer according to claims 1-4, characterized in that • to increase the usability of materials with greatly different melting behavior, • for the purpose of improved appearance of the surface of the printed objects, • in order to avoid "blockages" in hotend, • for improved control of a building similar printhead in the same 3D printer, for creating multi-material objects, the a) wall temperatures of the delivery channel along its extent to the exit nozzle, b) the length of the softening and the melt area within the delivery channel to the exit nozzle c) as well as the temperature distribution within the melt, and d) the calculated from drive data (power) of the delivery motor, approximate melt pressure e) are measurable and controllable. 3D Drucker nach Ansprüchen 1–5, gekennzeichnet dadurch, daß dieser über mehrere Temperatursensoren verfügt, welche die 1) Werkstoff-Temperatur der Wandung des Förderkanales, 2) die Temperatur der Kühlkörper, 3) die Temperatur der Heizkörper, 4) die Temperatur des Werkstoffes der Düse messen.3D printer according to claims 1-5, characterized in that it has a plurality of temperature sensors, which the 1) material temperature of the wall of the delivery channel, 2) the temperature of the heatsink, 3) the temperature of the radiators, 4) the temperature of the material of the nozzle measure up. 3D Drucker nach Ansprüchen 1–6, gekennzeichnet dadurch, daß über mehr als einen Heizkörper verfügt, wobei vorzugsweise zwischen zwei Heizkörpern, entlang des Kanales angeordnet, ein weiterer Temperatursensor angeordnet ist.3D printer according to claims 1-6, characterized in that it has more than one radiator, wherein preferably arranged between two radiators, along the channel, a further temperature sensor. 3D Drucker nach Ansprüchen 1–7, gekennzeichnet dadurch, daß dessen regelbare Größen wahlweise b) T1; T2; T3; T4; T5; c) TH1; TH2 d) Heizleistung der Heizkörper H1; H2 e) Kühlleistung der Lüfter, F1; F2; F3 f) Motor-Leistung aus Spannung und Stromstärke unter Last g) Motor-Leistung durch eine Impulsmessvorrichtung h) Fördergeschwindigkeit des Filamentes, sowie i) die entsprechenden Größen eines weiteren Druckkopfes oder eines Test-Druckkopfes im gleichen Drucker sind, welche in einer Regel-Software mit verschiedenen Soll-Temperatur-Profilen (je Material) verglichen und geregelt werden.3D printer according to claims 1-7, characterized in that its controllable sizes optionally b) T1; T2; T3; T4; T5; c) TH1; TH2 d) heating power of the radiator H1; H2 e) cooling capacity of the fans, F1; F2; F3 f) Motor power from voltage and current under load g) Motor power through a pulse measuring device h) conveying speed of the filament, as well i) the appropriate sizes of another printhead or a test printhead in the same printer are, which are compared and controlled in a rule software with different target temperature profiles (per material).
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106825348A (en) * 2016-12-30 2017-06-13 青岛卓思三维智造技术有限公司 Metal smithwelding increasing material manufacturing device and forging method
CN110843208A (en) * 2019-12-03 2020-02-28 苏州聚复高分子材料有限公司 Detection device and method for 3D printer nozzle mechanism
CN111195952A (en) * 2018-10-31 2020-05-26 黄卫东 Apparatus for 3D printing and control method thereof
CN115107281A (en) * 2022-08-02 2022-09-27 深圳胜马优创科技有限公司 Output power control method, storage medium, computer device, and 3D printer

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106825348A (en) * 2016-12-30 2017-06-13 青岛卓思三维智造技术有限公司 Metal smithwelding increasing material manufacturing device and forging method
CN111195952A (en) * 2018-10-31 2020-05-26 黄卫东 Apparatus for 3D printing and control method thereof
CN110843208A (en) * 2019-12-03 2020-02-28 苏州聚复高分子材料有限公司 Detection device and method for 3D printer nozzle mechanism
CN115107281A (en) * 2022-08-02 2022-09-27 深圳胜马优创科技有限公司 Output power control method, storage medium, computer device, and 3D printer

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