DE102015013216A1

DE102015013216A1 - Bedarfssynchrone Produktion von Filament

Info

Publication number: DE102015013216A1
Application number: DE102015013216.4A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2015-10-09
Filing date: 2015-10-09
Publication date: 2017-04-13
Anticipated expiration: 2035-10-10
Also published as: DE102015013216B4

Abstract

Bedarfssynchrone Produktion von Filament ist das Verfahren das mit dieser Schrift zum Patent gemeldet wird. Das von einem Extruder hergestellte Filament bleibt dabei in vorgegeben Maßgaben. Um dies sicherzustellen wird eine Sensorik verwendet, die die benötigte Produktionsgeschwindigkeit bestimmt. Mithilfe dieser Daten wird die Produktionsgeschwindigkeit automatisch auf das benötigte Maß angepasst. Damit wird eine Zwischenlagerung vermieden, Materialkosten werden gesenkt und der Anwenderkomfort wird erhöht.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von thermoplastischem Kunststoff- oder Verbundwerkstofffilament, das insbesondere von FDM Druckern (3D Druck) weiterverarbeitet werden kann.
Es existieren bereits Geräte, um Filament aus Granulat zu produzieren. Diese sind allerdings darauf ausgelegt, dass das produzierte Filament kontinuierlich auf einer Spule aufgewickelt wird. Hierdurch entstehen Zwischenschritte. Die befüllte Filamentspule muss gelagert und bei Bedarf an das Gerät angebracht werden. Sollen unterschiedliche Filamentarten, -Farben, etc. verwendet werden, müssen diese auf eigene Spulen gezogen und gelagert werden. Diese Spulen müssen als einzelne Zwischenschritte ausgetauscht werden, wenn ein Projekt den Wechsel von Filament benötigt.
Das Verfahren ermöglicht die Produktion von Filament (2) in genau der benötigten Menge, in der das Filament (2) erforderlich ist, sowie zu genau dem Zeitpunkt, zu dem das Filament (2) erforderlich ist, um einen unterbrechungsfreien Druck zu ermöglichen. Auf die Weise wird sichergestellt, dass von dem Filament (2) nicht zu viel produziert wird, um so eine Überproduktion zu verhindern und Qualitätsschwankungen zu vermeiden. Außerdem wird eine Unterproduktion vermieden, da die Weiterverarbeitung sonst gefährdet ist, oder zumindest verzögert wird. Diese Zielsetzung wird mit den Begriffen just-in-time, oder auch bedarfssynchrone Produktion beschrieben. Dieses Prinzip erfordert einen Produktions- und Materialfluss im richtigen Verhältnis zur Weiterverarbeitung. Das Ergebnis zeichnet sich dadurch aus, dass der Gesamtprozess schlanker, die Durchlaufzeiten reduziert und eine Lagerung überflüssig wird. Damit soll der Gesamtprozess im Ergebnis kostengünstiger, sowie für den Anwender komfortabler werden.
Zur Herstellung des Filaments wird üblicherweise Kunststoffgranulat über eine Förderschnecke durch ein Heizelement geleitet. Anschließend wird der aufgeschmolzene Kunststoff durch eine Düse gepresst, um die erforderliche Dicke des Filaments zu erhalten. Dieser Aufbau wird häufig als Filamentextruder (1) bezeichnet.
Zur Sicherstellung von ausreichend im Vorfeld produziertem Filament (2) ist keine digitale oder anderweitige Datenübertragung notwendig. Das Verfahren schließt die Verwendung von Sensorik (3) mit ein, die den Verbrauch des Materials überwacht. Bei diesen Sensoren (3) kann es sich zum Beispiel, aber nicht ausschließlich um einen Temperatur-, Licht-, Laser-, magnetischen, elektrischen, elektromagnetischen, mechanischen, oder chemischen Sensor (3) handeln.
Diese in Abschnitt [0004] aufgeführten Sensoren (3) können beispielsweise messen, ob das Filament (2) von einem geplanten Verlaufsweg abweicht, um so Rückschlüsse auf den Verbrauch zu ziehen. Hierzu wird beispielsweise mittels eines Infrarotsensors gemessen, ob das Filament bedingt durch die Erdbeschleunigung einen bestimmten räumlichen Punkt unterschreitet, oder bedingt durch den Einzug des Druckers einen bestimmten räumlichen Punkt überschreitet. Durch das Auslesen der Sensoren (3) kann die benötigte Motorgeschwindigkeit ermittelt werden.
Die Messergebnisse der Sensorik (3) werden an eine Steuerungselektronik weitergegeben. Diese bestimmt die benötigte Produktionsmenge, sowie -Geschwindigkeit, um sicherzustellen, dass genau die benötigte Menge von Filament (2) produziert wird. Zu wenig Produktion kann zu einer Unterbrechung oder gar einem Abbruch der Produktion führen, wohingegen zu viel Filament (2) beispielsweise ein Verheddern, Verkleben, oder eine Verformung des Filaments nach sich ziehen könnte.
Um die Verwendung mit handelsüblichen 3D-Druckern zu vereinfachen kann ein Gerät, das das beschriebene Verfahren verwendet, so ausgelegt werden, dass es durch Form und Größe direkt an dem Drucker angebracht werden kann, beispielsweise an die Stelle, an der häufig eine Vorratsspule für Filament (2) angebracht wird.
Da ein Filament (2) zur Verarbeitung mit einem FDM Drucker nicht aus reinem, oder einem bestimmten Kunststoff bestehen muss, sondern auch aus verschiedenen Kunststoffarten, beziehungsweise Verbundstoffe aus beispielsweise Kunststoff und Holz sein können, beschränkt sich das patentierte Verfahren nicht auf einen bestimmten Werkstoff.
Beispiel 1
Wird das durch einen Filamentextruder (1) produzierte Filament (2) in einen FDM Drucker eingezogen und dieser beginnt mit dem Druckprozess, zieht der 3D-Drucker bedarfsgerecht Filament (2) ein. Durch die bedarfssynchrone Produktionssteuerung wird kontinuierlich nur die Menge produziert, die tatsächlich von dem Drucker benötigt wird. Dazu wird das extrudierte Material von zwei übereinander angebrachten (bspw. Thermo-Infrarot)sensoren (3) erfasst und dessen Lage bestimmt. Das Filament (2) wird durch die Erdbeschleunigung nach unten gezogen, wodurch der Rückschluss möglich ist, das bei Anschlagen des oberen Sensors die Momentangeschwindigkeit des Filamentextruders (1) zu gering ist und daher gesteigert werden muss. Gegensätzlich dazu bedeutet ein Anschlagen des unteren Sensors, dass der Drucker das Filament (2) schneller verbraucht, als es produziert wird und die Extrusionsgeschwindigkeit erhöht werden muss. Wird resultierend aus den Sensorergebnissen kein Material benötigt, so wird die Geschwindigkeit des Extrudermotors bis zum Stillstand reguliert. Ist der aktuelle Bedarf jedoch sehr hoch, so steigt die Geschwindigkeit des Extrudermotors bis zur gegebenen Maximalgeschwindigkeit an.
Beispiel 2
Ein weiteres mögliches Anwendungsgebiet besteht in der Filamentproduktion zum Aufspulen auf einer Filamentspule zur späteren Lagerung. Hierbei wird bei vielen üblichen Aufspulvorrichtungen eine feste Motor- und damit Winkelgeschwindigkeit verwendet. Da das Filament (2) auf der Rolle aufgespult wird, wird der effektive Radius der Spule beständig größer. Da sich bei gleicher Winkelgeschwindigkeit und wachsendem Radius der effektiv aufgespulte Weg pro Zeit erhöht, muss die Extrusionsgeschwindigkeit angepasst werden können, um dennoch eine gleichmäßige Aufwicklung sicherzustellen.

Claims

Verfahren zur Herstellung von Filament, insbesondere zur Verwendung im additiven Schichtverfahren, insbesondere mit FDM-Druckern, dadurch gekennzeichnet, dass die Herstellung unter Verwendung von Sensorik (2) und unabhängig eines digitalen oder anderweitigen Datenaustausches in bedarfssynchroner Produktion an den Bedarf oder den Verbrauch der Weiterverarbeitung gebunden ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorik den ermittelten Bedarf des Filaments (3) an die Steuerungselektronik weiterleitet, wodurch die Produktion und Produktionsgeschwindigkeit gesteuert werden.
Verfahren nach Anspruch 1, das einen oder mehrere Sensoren (2) verwenden kann, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Temperatur-, Licht-, Laser-, magnetischen, elektrischen, elektromagnetischen, mechanischen, oder chemischen Sensor, oder eine Kombination aus diesen verwenden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Filament (2) aus thermoplastischem Kunststoff, oder Verbundwerkstoff produziert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, das als direkter Bestandteil eines Gerätes zur Filamentproduktion Anwendung findet, oder als erweiternder Bestandteil, oder einer Erweiterung eines bestehenden Gerätes, um dieses mit bedarfssynchroner Produktion auszustatten.
Gerät das mittels Extrusion Filament produziert, gekennzeichnet dadurch, dass es eines oder mehrere der Verfahren nach vorhergehenden Ansprüchen verwendet, sowie nach Form, Größe, sowie Gewicht dazu geeignet ist, direkt an einem weiterverarbeitenden Gerät angebracht zu werden.
Gerät nach Anspruch 6, gekennzeichnet dadurch, dass es sich maßgeblich nach dem Formfaktor einer handelsüblichen Filamentrolle, wie sie bei 750 g Filament, 1 kg Filament, oder 3 kg Filament verwendet werden, richtet.