DE102015103365A1 - Delta-3D-Druckereinrichtung - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine 3D-Druckeinrichtung (1) im Bereich des Rapid Prototyping, mit einer drehbaren Grundfläche (2), aufweisend einen Drehpunkt (3), der mittig auf der Grundfläche (2) angeordnet ist, wobei zwei oder mehrere 3D-Drucker (4) auf der Grundfläche (2) angeordnet sind.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Delta-3D-Druckereinrichtung im Bereich des Rapid Prototyping.
  • Es existieren bereits zahlreiche 3D-Drucker mit einer rotierenden oder beweglichen Grundfläche, z.B. der sogenannte PiMaker, der Blacksmith 3D printer oder der Theta Polar 3D printer. Allerdings beschränken sich diese 3D-Drucker auf ein kartesisches Koordinatensystem und eine kleine bedruckbare Grundfläche.
  • Demgegenüber besteht ein Bedarf nach 3D-Druckern mit größerer bedruckbarer Grundfläche, besonders in Bezug auf Delta-3D-Drucker.
  • Eine alleinige Skalierung bestehender Konstruktionsprinzipien ist aber aus Kosten- und Stabilitätsgründen nicht sinnvoll. Außerdem soll eine einfach automatisierbare Entfernung fertig gedruckter Objekte aus dem 3D-Drucker ermöglicht werden, da der Druckprozess großer Objekte oft mehrere Stunden in Anspruch nimmt und ein unbeaufsichtigtes, mehrfaches Drucken des gleichen Objektes ohne Prozessneustart wünschenswert ist.
  • Vor diesem Hintergrund besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung in der Überwindung der aufgezeigten Nachteile.
  • Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung nach Anspruch 1 gelöst, wobei weitere vorteilhafte Ausführungsformen aus den Unteransprüchen hervorgehen.
  • Vorgeschlagen wird eine 3D-Druckeinrichtung mit einer drehbaren Grundfläche, aufweisend einen Drehpunkt, der mittig auf der Grundfläche angeordnet ist, wobei zwei oder mehrere 3D-Drucker auf der Grundfläche angeordnet sind. Die Druckeinrichtung ist hierbei eine Delta-3D-Druckereinrichtung.
  • Durch die drehbare Grundfläche wird einerseits die nutzbare Druckfläche vergrößert. Anderseits wird ein automatischer Transport gedruckter Objekte ermöglicht.
  • In einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die 3D-Druckeinrichtung zumindest zwei feste Segmente außerhalb der drehbaren Grundfläche aufweist, welche als Druckunterlage vorgesehen sind.
  • Aufgrund der geometrischen Begrenzungen der Grundfläche liegen einige Teile des größten bedruckbares Kreises der Delta-3D-Druckeinrichtung außerhalb der drehbaren Grundfläche. Deshalb sind in diesen Bereichen außerhalb der drehbaren Grundfläche die festen Segmente vorgesehen.
  • Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die 3D-Druckeinrichtung erste und zweite Stopper aufweist, wobei diese Stopper in einem Winkel α mit 90° < α < 180° oberhalb der drehbaren Grundfläche angeordnet sind.
  • Der erste und zweite Stopper kann dabei als feststehendes oder höhenveränderliches Element vorgesehen sein. Vorzugsweise ist der erste Stopper als feststehendes Element und der zweite Stopper als höhenveränderliches Element ausgebildet.
  • Sobald die Druckobjekte fertig gestellt sind, dreht sich die Grundfläche weiter und die fertigen Objekte werden von dem Stopper von der Grundfläche geschoben und in einen darunter angeordneten Auffangbehälter befördert. Auf diese Weise müssen die gedruckten Objekte nicht von einer Person auf den Delta-3D-Druckern entnommen werden und mehrere Druckvorgänge können nacheinander unbeaufsichtigt ablaufen.
  • Sämtliche hier gemachten Angaben beziehen sich ausschließlich auf den Rahmen und die drehende Plattform eines Delta-3D-Druckers, nicht jedoch auf den kompletten 3D-Drucker selbst.
  • Das Konzept dieser 3D-Druckeinrichtung beruht auf der Delta-Technologie. Hierbei können ein oder mehrere Delta-3D-Drucker durch eine drehende Plattform oder Grundfläche verbunden werden.
  • Die drehende Plattform kann aus Metall, Holz, Kohlenstofffaser oder einem Verbundstoff gefertigt werden.
  • Die Plattform kann auf einem zentrischen Axiallager über dem Aluminiumrahmen stehen. Sie kann zusätzlich durch mehrere Kugellager auf dem äußeren Rand des Aluminiumrahmens abgestützt und stabilisiert werden. Die Ebenheit dieser Grundfläche ist von besonders hoher Bedeutung für den Druckprozess. Beispielsweise werden zwei Schrittmotoren verwendet, um die Grundfläche in kontrollierter Weise zu drehen.
  • Die erfindungsgemäße Druckeinrichtung kann in einem Endlosdruckmodus und einer damit verbundenen sehr langen Laufzeit arbeiten.
  • Bei einer 3D-Druckeinrichtung, in der beispielsweise zwei Drucker vorgesehen sind, kann die Handhabung wie folgt gestaltet sein:
    Beide Drucker können jeweils ein Objekt drucken. Nach Fertigstellung werden diese beiden Objekte durch Drehung der Plattform mittels des Stoppers zu den Seiten der Plattform hin ausgestoßen und der Druck zweier neuer Objekte kann unmittelbar beginnen. Auf diese Weise könnte der Druckprozess praktisch endlos sein.
  • Das Delta-Druckverfahren ist relativ einfach handhabbar. Ein Kunststofffaden, aus oder umfassend PLA, ABS, Nylon oder ähnliche Kunststoffe, wird durch einen Software-gesteuerten Extruder erhitzt und mit hoher Präzision schichtweise auf die Plattform bzw. Grundfläche aufgebracht, um ein Objekt zu erzeugen.
  • Der Extruder bewegt sich entsprechend der Programmierung entlang den drei Achsen und bleibt immer oberhalb des Objektes. Die hierzu erforderliche Programmierung eines Mikrocontrollers wird einmalig vor dem Prozess durchgeführt.
  • Die Oberseite der Grundfläche kann beispielsweise einen kohlefaserverstärkten Kunststoff umfassen oder aus diesem bestehen, so dass gedruckte Objekte einfach vom Stopper von der Grundfläche herunter geschoben werden können, wenn die Oberfläche kalt bzw. abgekühlt ist.
  • Unter der Oberfläche befindet sich ein Silikon-Wärmebett, um das Verwerfen von PLA, ABS oder ähnlichen Kunststoffen zu verhindern.
  • In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die drehbare Grundfläche in einzelne Segmente aufgeteilt ist, wobei jedes Segment ein Wärmebett aufweist. Hierdurch wird eine separate Temperierung bzw. Beheizung des Segments ermöglicht.
  • Das Wärmebett ist beispielsweise derart in verschiedene Sektoren aufgeteilt, dass diese nur dann aktiviert werden, wenn sich der entsprechende Bereich unterhalb eines Delta-3D-Druckers befindet.
  • Beispielhaft wird die erfindungsgemäße 3D-Druckeinrichtung anhand der 1–4 dargestellt.
  • Es zeigen:
  • 1: schematisch den Aufbau einer 3D-Druckereinrichtung mit zwei Delta-Druckern in Draufsicht,
  • 2: schematisch die Druckereinrichtung aus 1 mit zwei Delta-Druckern in perspektivischer Darstellung von unten gesehen,
  • 3: schematisch die Druckereinrichtung mit zwei Delta-Druckern von oben (Draufsicht) und
  • 4: schematisch eine Seitenansicht der Druckereinrichtung mit zwei Delta-Druckern.
  • Die 1 zeigt schematisch den Aufbau einer 3D-Druckereinrichtung mit zwei Delta-Druckern 4 in Draufsicht.
  • Auch hier beziehen sich die Angaben auf den Rahmen und die sich drehende Plattform des jeweiligen 3D-Druckers, nicht jedoch auf den kompletten 3D-Drucker selbst. Mit dem Begriff 3D-Drucker 4 ist demgemäß jeweils nur der Rahmen dieses Druckers gemeint.
  • Die Druckereinrichtung 1 umfasst hierbei zumindest:
    • – eine drehbare Grundfläche 2 mit einem Drehpunkt 3 und einzelnen Segmenten 2‘, unter denen jeweils eine nicht in der 1 dargestellte Heizung oder ein Wärmebett angeordnet ist,
    • – zwei feste Segmente 5, wobei
    • – zwei 3D-Drucker 4 auf bzw. über der Grundfläche 2 angeordnet sind und
    • – erste und zweite Stopper 6, 6‘, wobei diese Stopper in einem Winkel α zu einem Arm des 3D-Druckers 4 oberhalb der drehbaren Grundfläche 2 angeordnet sind, der zwischen > 90° und < 180° liegen kann.
  • Der erste und zweite Stopper kann dabei als feststehendes oder höhenveränderliches Element vorgesehen sein. Vorzugsweise ist der erste Stopper 6 als feststehendes Element und der zweite Stopper 6‘ als höhenveränderliches Element ausgebildet.
  • Aufgrund der geometrischen Begrenzungen der Grundfläche 2 liegen einige Teile des größten bedruckbares Kreises der Delta-3D-Druckeinrichtung 1 außerhalb der drehbaren Grundfläche 2. Deshalb ist dieser Bereich außerhalb der drehbaren Grundfläche 2, durch die festen Segmente 5 ersetzt worden.
  • Wenn Objekte gedruckt worden sind, können diese durch Drehung der Plattform, die durch einen Pfeil P gekennzeichnet ist, mittels der Stopper 6 und 6‘ zu den Seiten der Plattform 2 hin ausgestoßen werden und der Druck zweier neuer Objekte kann unmittelbar beginnen.
  • In 2 wird die Druckereinrichtung 1 aus 1 schematisch mit zwei Delta-Druckern 4 in perspektivischer Darstellung von unten gezeigt. Feste Segmente 5 sind in dieser Figur nicht dargestellt.
  • Hierbei ist erkennbar, dass die beiden Delta-Drucker 4 bzw. deren Rahmen über den Drehpunkt 3 miteinander unterhalb der Grundfläche 2 in Verbindung stehen.
  • Die 3 zeigt schematisch die Druckereinrichtung 1 gemäß 1 mit zwei Delta-Druckern 4 der Grundfläche 2 mit dem Drehpunkt 3 in einer Draufsicht.
  • Die 4 zeigt schematisch eine Seitenansicht der Druckereinrichtung 1 aus 1 mit zwei Delta-Druckern 4, dem Drehpunkt 3, dem ersten Stopper 6 und dem zweiten Stopper 6‘.
  • Vorzugsweise ist der erste Stopper 6 als feststehendes Element und der zweite Stopper 6‘ als höhenveränderliches Element ausgebildet.
  • Der Aufbau der 3D-Druckeinrichtung hat den Vorteil, dass zwei oder mehrere Objekte zur gleichen Zeit gedruckt werden können. In Abhängigkeit von der Wahl der Größe der bedruckbaren Grundfläche 2 und/oder der festen Segmente 5, sowie der Anzahl und Anordnung der Drucker 4 kann andererseits der Aufbau der Druckeinrichtung 1 auch dazu genutzt werden, ein sehr großes, kreisförmiges, in der Mitte offenes Objekt zu drucken, z.B. ein Stadionmodell mit beispielsweise 1 m Durchmesser, aber darüber hinaus auch weitaus größere Objekte.

Claims (4)

  1. 3D-Druckeinrichtung (1), mit einer drehbaren Grundfläche (2), aufweisend einen Drehpunkt (3), der mittig auf der Grundfläche (2) angeordnet ist, wobei zwei oder mehrere 3D-Drucker (4) auf der Grundfläche (2) angeordnet sind.
  2. 3D-Druckeinrichtung (1) nach Anspruch 1, bei der zumindest zwei feste Segmente (5) außerhalb der drehbaren Grundfläche (2) als Druckunterlage vorgesehen sind.
  3. 3D-Druckeinrichtung (1) nach Anspruch 1, bei der die drehbare Grundfläche (2) in einzelne Segmente (2‘) aufgeteilt ist, wobei jedes Segment (2‘) ein Wärmebett zur separaten Temperierung des Segments (2‘) aufweist.
  4. 3D-Druckeinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem erste und zweite Stopper (6, 6‘) in einem Winkel α mit 90°< α < 180° oberhalb der drehbaren Grundfläche (2) angeordnet ist.
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