DE102015115231A1 - Method and apparatus for producing three-dimensional models with a plastic strahlungshärtendem - Google Patents

Method and apparatus for producing three-dimensional models with a plastic strahlungshärtendem

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DE102015115231A1
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DE
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Patent type
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print head
photopolymer
layer
producing
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Pending
Application number
DE201510115231
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German (de)
Inventor
Oliver Treichel
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BigRep GmbH
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BigRep GmbH
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33YADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y10/00Processes of additive manufacturing
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE, IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/10Processes of additive manufacturing
    • B29C64/106Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material

Abstract

Die Erfindung betrifft eine 3D-Druckvorrichtung (1) mit einem Druckkopf (3), welcher dafür vorgesehen ist, Photopolymere kontinuierlich zu dispensieren, mit einer beweglichen lokalen Strahlungsquelle (4), welche dazu ausgebildet und so angeordnet ist, dass sie das dispensierte Photopolymer lokal zumindest teilweise härtet. The invention relates to a 3D printing apparatus (1) having a print head (3) which is intended to dispense photopolymers continuously, with a movable local radiation source (4) which is constructed and arranged such that it locally the dispensed photopolymer at least partially cured.

Description

  • Zum 3D-Drucken sind zahlreiche Technologien aus dem Stand der Technik bekannt. For 3D printing numerous technologies from the prior art are known. Viele dieser Technologien beruhen darauf, dass ein flüssiges Druckmedium während des Druckverfahrens verfestigt wird und hierdurch der gewünschte 3-dimensionalen Gegenstand gebildet wird. Many of these technologies are based on that a liquid pressure medium is solidified during the printing process and thereby the desired three-dimensional object is formed.
  • Aus dem Stand der Technik ist zum Beispiel das Fused Filament Fabrication (FFF) bekannt, bei dem ein unter Raumbedingungen fester Kunststoff mittels einer Heizung in einem Druckkopf verflüssigt wird und dann schichtweise durch Bewegen des Druckkopfes aufgetragen wird, sodass der 3-dimensionale Gegenstand entsteht. From the prior art, for example, the fused filament Fabrication (FFF) is known in which a solid under ambient conditions plastic material is liquefied by heating in a print head and is then applied in layers by moving the print head so that the 3-dimensional object is formed.
  • Bei Raumtemperatur erstarrt der zuvor verflüssigte Kunststoff, wodurch schichtweise der 3-dimensionale Gegenstand entsteht. At room temperature, the previously liquefied plastic, whereby layers of the 3-dimensional object is formed solidifies. Nachteil dieses Verfahrens ist die Aushärtung. Disadvantage of this method is the cure. Wegen der Temperaturunterschiede zwischen dem flüssigen und dem festen Polymer können Spannungen in dem 3-dimensionalen Modell auftreten und es kann zu Verformungen kommen. Because of the temperature differences between the liquid and the solid polymer voltages in the 3-dimensional model to occur and it can become distorted. Außerdem ist es ein zeitlich andauernder Erstarrungsprozess. It is also a time-continuous solidification process.
  • Bei der Stereolithographie wird in einem Bad aus flüssigem, Licht aushärtendem Polymer, ein 3-dimensionaler Gegenstand gebildet. In stereolithography, a 3-dimensional article is formed in a bath of liquid, light-curing polymer. Dabei wird üblicherweise ein Laser oder eine UV-Strahlung verwendet, um das Photopolymer schichtweise zu härten. In this case, a laser or UV-radiation is commonly used to harden the photopolymer layers.
  • Nachteilig ist unter anderem, dass das Photopolymer auf transparente, niedrigviskose Materialien beschränkt ist. The disadvantage, among other things, that the photopolymer is limited to transparent, low-viscosity materials.
  • Der Druck von 3-dimensionalen Objekten unter Verwendung von Photopolymeren wird auch mit Hilfe der Inkjet-Technologie durchgeführt. The pressure of 3-dimensional objects using photopolymers is also performed using the inkjet technology. Hierbei kommt eine niedrigviskose Lösung eines Photopolymers zum Einsatz, welche in dünnen Schichten aufgetragen wird und sogleich mittels UV-Strahlung ausgehärtet wird. Here, a low-viscosity solution of a photopolymer is used, which is applied in thin layers and is immediately cured by means of UV radiation comes. Nachteilig ist bei diesem Verfahren, dass auch bei der Inkjet-Technologie die verwendeten Photopolymere auf niedrigviskose Materialien beschränkt sind. A disadvantage of this method is that the photopolymers used are limited to low viscosity materials, in inkjet technology.
  • Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Nachteile, die sich aus dem Stand der Technik ergeben zu beseitigen oder zumindest zu verringern. The object of the invention is to eliminate the disadvantages resulting from the prior art or at least to reduce.
  • Diese Aufgabe wird mit einem 3D-Druckverfahren nach Anspruch 1 und einer 3D-Druckvorrichtung nach Anspruch 9 gelöst. This object is achieved with a 3D-printing method according to claim 1 and a 3D printing apparatus according to claim. 9 Die Unteransprüche stellen bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung dar. The sub-claims represent preferred embodiments of the invention.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren dient zum Herstellen eines 3-dimensionalen Modells durch schichtweises Auftragen eines Photopolymers, wobei das Photopolymer kontinuierlich und nicht, wie beim Inkjet-Verfahren tröpfchenweise dispensiert wird. The inventive method is used for producing a 3-dimensional model by layered application of a photopolymer, wherein the photopolymer continuously and not, is dispensed dropwise as in the inkjet process. Im Gegensatz zum Inkjet-Verfahren kann hierdurch auch ein hochviskoses Material zum Drucken verwendet werden. In contrast to the inkjet process thereby also a high viscosity material may be used for printing. Hierdurch kann ein schnellerer Druck erfolgen, da aufgrund größerer Schichtdicken pro Schicht mehr Material abgelegt werden kann. In this way, can be done faster pressure as a result of major film thicknesses per shift more material can be stored. Durch ein kontinuierliches Dispensieren kann allgemein mehr Material abgelegt werden als bei einem tröpfchenweise Dispensieren von Photopolymeren. By a continuous dispensing generally more material can be stored as in a dropwise dispensing of photopolymers.
  • Kontinuierlich im Sinne dieser Erfindung dient als Abgrenzung zum tröpfchenweise dispensieren. Continuously in the context of this invention is used drop by drop dispensing as a demarcation for. Intermittierendes (kontinuierliches) Dispensieren oder auch kontinuierliches Dispensieren in einem kurzen Zeitintervall ist kontinuierliches Dispensieren im Sinne der vorliegenden Erfindung. Intermittent (continuous) dispensing or continuous dispensing in a short time interval is continuous dispensing in the sense of the present invention.
  • Die Erfindung beschränkt sich aber nicht auf hochviskose Flüssigkeiten, auch wenn diese bevorzugt werden. However, the invention is not limited to high-viscosity fluids, even if you preferred. Da bei Raumtemperatur gedruckt wird, können auch Temperaturempfindliche Stoffe als Füllmaterialien verwendet werden. As is printed at room temperature even temperature sensitive materials can be used as filler materials. Erfindungsgemäß wird in einem ersten Schritt das Photopolymer mittels eines beweglichen Druckkopfes kontinuierlich dispensiert. According to the invention, the photopolymer is continuously dispensed by means of a movable print head in a first step.
  • In einem zweiten Schritt wird das dispensierte Photopolymer mit Hilfe einer beweglichen lokalen Strahlungsquelle gehärtet. In a second step the dispensed photopolymer is cured with the aid of a mobile local radiation source.
  • Die Kombination des kontinuierlichen Dispensierens mit dem Prinzip der Strahlungshärtung hat gegenüber dem Inkjet-Verfahren, der Stereolithographie und gegenüber dem Fused Deposition Modeling erhebliche Vorteile. The combination of the continuous dispensing with the principle of radiation has with respect to the inkjet process, stereolithography and opposite the Fused Deposition Modeling considerable advantages.
  • Wenn eine hohe Viskosität für das Photopolymer gewählt wird, was erfindungsgemäß möglich ist, können die Schichten bei dem Druck besonders dick sein, was zu einer erhöhten Druckgeschwindigkeit führt. If a high viscosity of the photopolymer is selected, which is possible according to the invention, the layers in which pressure can be particularly thick, which leads to an increased printing speed. Ein Drucken bei Umgebungstemperatur verhindert Temperaturunterschiede in dem gedruckten Modell, welche zu Spannungen und Verformungen führen können. Printing at ambient temperature prevents temperature differences in the printed pattern, which may lead to tensions and deformations.
  • Erfindungsgemäß wird direkt nach dem Dispensieren und Ablegen des Photopolymers eine (Vor)Härtung des Polymers durch eine lokale und bewegliche Strahlungsquelle bewirkt. According to the invention is effected directly after dispensing and depositing of the photopolymer a (pre) curing the polymer by a local and movable radiation source.
  • Vorzugsweise erfolgt gemäß einer Ausführungsform ein Nachhärten des gesamten Modells mittels einer Großraum Strahlungsquelle. Preferably, a post-curing of the entire model is performed according to an embodiment by means of a large area radiation source. Lokale- oder Großraum-Strahlungsquellen im Sinne dieser Erfindung können eine UV-Quelle, eine IR-Quelle, Wärmestrahler, insbesondere Infrarot-Strahler, LEDs, Laser, Mikrowellenstrahler, eine Ultraschallquelle, Magnetresonanz oder andere Strahlungsquellen sein. Local or large-radiation sources within the meaning of this invention can be a UV source, an IR source, heat radiators, in particular infrared radiators, LEDs, laser, microwave radiator, an ultrasonic source, magnetic resonance, or other radiation sources.
  • Infrarotstrahler eignen sich insbesondere bei Abwesenheit von metallischen Partikeln in dem Dispensierten Material, Mikrowellenstrahler eignen sich insbesondere bei Anwesenheit von metallischen Partikeln in dem Dispensierten Material. Infrared radiators are particularly suitable in the absence of metallic particles in the dispensed material, microwave radiators are particularly suitable in the presence of metallic particles in the dispensed material.
  • UV-Strahlungsquellen oder Strahlungsquellen für sichtbare Photonen eigenen sich insbesondere bei transparenten Füllmaterialien. UV radiation sources or radiation sources for visible photons are particularly suitable for transparent packing materials.
  • Durch die Aufteilung in eine lokalen und eine Großraum-Strahlungsquelle ist es besonders gut möglich, eine neue Schicht des Modells aufzutragen, bevor die vorangehende komplett ausgehärtet ist. By dividing in a local and a wide-body radiation source, it is particularly possible to apply a new layer of the model before the foregoing is fully cured. Hierdurch ist ein schnellerer Druck möglich. This provides a faster printing is possible.
  • Es ist zudem möglich durch die lokale Strahlungsquelle nur einen Teil des dispensierten Materials zu härten und den Rest vor der vollständigen Härtung zu entfernen. It is also possible to cure by local radiation source only a portion of the dispensed material and to remove the residue prior to the complete hardening.
  • Es hat sich gezeigt, dass gerade das kontinuierliche Dispensieren von Photopolymeren besonders gut für das Einbringen von Farb- oder Füllstoffen geeignet ist. It has been shown that especially the continuous dispensing of photopolymers is particularly well suited for the incorporation of dyes, or fillers.
  • Gemäß einer Ausführungsform wird das Photopolymer vor dem Dispensieren mit dem Füll- oder Farbstoff vermischt. According to one embodiment, the photopolymer is mixed with the filler or dye prior to dispensing.
  • Gemäß einer anderen besonders bevorzugten Ausführungsform wird ein Füll- oder Farbstoff lediglich in die äußere Schicht des Photopolymers dispensiert und nicht mit dem gesamten Extrudat vermischt. According to another particularly preferred embodiment, a filler or dye is only dispensed in the outer layer of the photopolymer and not mixed with the entire extrudate.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform werden Füllstoffe im Inneren des dispensierten Materials angeordnet und von einer Schicht des Photopolymers umgeben. According to a further embodiment, fillers are arranged in the interior of the dispensed material and surrounded by a layer of the photopolymer.
  • Insgesamt hat sich gezeigt, dass durch eine nicht homogene Verteilung von Füll- und/oder Farbstoffen bezogen auf den Querschnitt des dispensierten Materials (die Füll- und/oder Farbstoffe sind nur in Teilbereichen des dispensierten Materials angeordnet) der Anwendungsbereich des Druckverfahrens deutlich verbreitert wird. Overall, it has been found that by a non-homogeneous distribution of fillers and / or dyes based on the cross-section of the dispensed material (the fillers and / or dyes are disposed only in portions of the dispensed material) the scope of the printing process is significantly broadened.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung können zusätzlich Füll- oder Farbstoffe in die äußere Schicht des Photopolymers eingebettet werden. According to a further preferred embodiment, fillers or dyes may be embedded in the outer layer of the photopolymer addition.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform werden mehrere Schichten von Füll- oder Farbstoffen in das dispensierte Material eingebracht. According to a further embodiment, multiple layers of fillers or dyes in the dispensed material are introduced.
  • Als Füllstoffe können auch Metalle, wie zum Beispiel elektrisch leitende Metalle, als Kabel, Faser oder Partikel verwendet werden. As fillers also metals, such as, for example, electrically conductive metals such as a cable, fiber or particles may be used. Auf diese Art und Weise ist es möglich 3-dimensionale Schaltungen oder Kabelbäume ggf. samt Dämmmaterial zu drucken. In this way it may be possible to print three-dimensional circuits or wiring harnesses, including insulation. Es ist auch möglich Füllstoffe einzubringen, welche die Belastbarkeit des gedruckten Gegenstandes stark erhöhen, wie zB Glasfasern, Stahlseile, ausgerichtete Nanopartikel, Karbonfasern, Metallpartikel. It is also possible to introduce fillers, which increase the resilience of the printed matter strong, such as glass fibers, steel cords aligned nanoparticles, carbon fibers, metal particles. Als Füllstoffe können auch Flüssigkeiten dienen, welche keine Photopolymere sind. As fillers and liquids can be used which are not photopolymers.
  • Gemäß unterschiedlichen Verfahren kann koaxiales oder triaxiales Dispensieren vorgesehen sein. According to various method coaxial or triaxial dispensing may be provided. Koaxiales Einziehen einer strukturgebenden Faser (zB Carbon-, Glas- oder Stahlfaser) in die Polymermatrix während des Druckens kann optimierte mechanischen Eigenschaften bei gleichzeitig hoher Flexibilität in der Formgebung bieten und ist beispielsweise für den Bau individualisierter Prothesen anwendbar. Drawing in a coaxial structure-giving fiber (such as carbon, glass or steel fiber) in the polymer matrix during printing optimized mechanical properties at the same time high flexibility may provide in the molding and is applicable, for example for the construction of individualized prostheses.
  • In einer triaxialen oder auch quadrupel-Axialen Variante ist der Aufbau von leitfähigem Faserkern, Isolatorpolymer, leitfähigem Polymer und einem finalen, isolierenden Polymer vorgesehen, um so elektrisch geschirmte Kabel für zB die Signalführung zu drucken. In a tri-axial or even quadruple Axial variant of the assembly of conductive fiber core insulator polymer, conductive polymer, and a final insulating polymer is provided so as to print electrically shielded cable for example, the signal lead. Mit der vorliegenden Erfindung können Kabelbäume samt Konnektoren gedruckt werden. The present invention harnesses including connectors can be printed.
  • Analog hierzu können bei der Verwendung von Glasfasern Wellenleitern auf Basis einer zentralen Glasfaser gedruckt werden. Analogous to this, a central glass fiber can be printed with the use of glass waveguides on a base.
  • Bevorzugt werden die Füll- oder Farbstoffe in die Düse vor dem Dispensieren eingebracht. the fill or dyes are preferably introduced into the nozzle prior to dispensing.
  • Ein Druckkopf, der dazu ausgebildet ist, derartige dispensierte Materialien herzustellen, ist Teil der vorliegenden Erfindung. A print head which is adapted to produce such dispensed materials, is part of the present invention.
  • Gemäß einer weiteren Ausgestaltung werden Füll- oder Farbstoffe nach dem Dispensieren in den Photopolymer eingebracht. According to a further embodiment, fillers or dyes are introduced after the dispensing in the photopolymer. Dies kann beispielsweise durch Aufsprühen eines Farbstoffes geschehen oder durch Injektion eines Füll- oder Farbstoffes. This can be done for example by spraying a dye or by injection of a filler or dye.
  • In jedem Fall wird der Füll- oder Farbstoff (wenn dieser gewünscht ist) vor dem Härten mittels der lokalen Strahlungsquelle eingebracht. In any case, the filler or dye (if desired it is) is introduced prior to curing by means of the local radiation source.
  • Ein besonders schneller Druckvorgang kann erreicht werden, indem noch während des Druckens einer Schicht durch einen Druckkopfes eine weitere Schicht auf die vorangehende Schicht mittels eines zweiten Druckkopfes gedruckt wird. A particularly high speed printing operation can be achieved by a further layer on the preceding layer is printed by a second printing head even during the printing of one layer by a print head. Vor dem Auftragen der zweiten Schicht wird die vorangehende Schicht allerdings mittels der lokalen Strahlungsquelle (vor)gehärtet. Before applying the second layer, the previous layer is cured, however, (in) by means of local radiation source. Vorzugsweise fährt die lokale Strahlungsquelle dabei den gleichen Pfad ab, den der Druckkopf zuvor beim Drucken der vorangehenden Schicht abgefahren hat. the local radiation source preferably starts from the same path that the print head has traversed before the printing of the preceding layer.
  • Vorzugsweise verfügt die lokale Strahlungsquelle über Mittel zur Begrenzung des Lichtstrahls oder zur Fokussierung. Preferably, the local radiation source has means for limiting the light beam or focusing. Gemäß einer Ausführungsform verfügt die Strahlungsquelle über eine Blende oder mehrere Blenden. According to one embodiment, the radiation source has an aperture or plurality of apertures. Gemäß einer weiteren Ausführungsform verfügt die lokale Strahlungsquelle über eine Abbildungsoptik, wie beispielsweise eine Linse. According to a further embodiment, the local radiation source has an optical imaging system such as a lens.
  • Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird der Druckkopf mit Hilfe von Polarkoordinaten angesteuert. According to a particularly preferred embodiment of the print head by means of polar coordinates is driven. Hierdurch ist es technisch einfacher, einen zweiten Druckkopf mit dem Drucken einer weiteren Schicht starten zu lassen, noch bevor der der erste Druckkopf die vorangehende Schicht abgeschlossen hat. This makes it simpler to let start a second print head to print an additional layer before the first print head has completed the previous layer.
  • Gemäß einem weiteren Verfahren wird nach dem Härten mittels der lokalen Strahlungsquelle und vor dem Auftragen einer weiteren Schicht die Unebenheit der Oberfläche, auf die die nächste Schicht gedruckt werden soll, mittels eines Sensors erfasst. According to another method, is detected by the hardnesses by means of the local radiation source and before applying a further layer of the unevenness of the surface on which the next layer is to be printed by means of a sensor. Dieser Wert bzw. diese Werte werden dann zur Steuerung der Dispersionsgeschwindigkeit oder zur Steuerung des Düsenquerschnitts der Dispensierdüse weitergeleitet, sodass die Unebenheiten beim Druck der folgenden Schicht entsprechend ausgeglichen werden können. This value or these values ​​are then passed on to control the rate of dispersion or control of the nozzle cross-section of the dispensing nozzle, so that the unevenness in printing the following layer can be compensated accordingly.
  • Das optische Messverfahren kann gemäß einer weiteren Ausgestaltung auch für die Vermessung des lateralen Versatzes zwischen nachfolgenden Schichten dienen und einen Abgleich zwischen Soll- und tatsächlicher Struktur erfassen und Lage für Lage eine Korrektur zur Anpassung einrechnen. The optical measuring methods can be used and in a further embodiment also the measurement of the lateral offset between subsequent layers detect a balance between the desired and actual structure and layer by layer einrechnen a correction to adapt. Somit wird selbst für eine gering ausgelegte und somit kostengünstigere Achsperformance dennoch eine gute Positioniergenauigkeit erzielt. Thus, good positioning accuracy is achieved even for a small designed and therefore more cost-effective Achsperformance yet.
  • Vorzugseise erfolgt eine Durchflussmessung der Düse im geschlossenen Regelkreis. Vorzugseise carried out a flow measurement of the nozzle in the closed loop.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform werden die Werte des Sensors an die Steuerung zur Bewegung des Druckkopfes weitergegeben, welcher entsprechend die Bewegung bei konstantem Düsendurchsatz beschleunigt oder verlangsamt um die Unebenheiten auszugleichen. According to a further embodiment, the values ​​of the sensor are passed on to the controller for moving the print head, which according accelerates the movement of the nozzle at constant throughput or slowed by the unevenness to compensate.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird der Druckvorgang unter Sauerstoff reduzierter Atmosphäre, wie zum Beispiel einer Stickstoff-Atmosphäre oder „in vacuo“ durchgeführt. According to a further embodiment of the invention, the printing operation is carried out under oxygen reduced atmosphere such as a nitrogen atmosphere or "in vacuo". Dies ermöglicht eine besonders vollständige Aushärtung, da Sauerstoff bedingtes Abbrechen der Polymerisation, die von UV Strahlung durch Radikalbildung erzeugt wird, verhindert wird. This enables a particularly complete curing, since oxygen conditional terminate the polymerization, which is produced by UV radiation by free-radical formation is prevented.
  • Erfindungsgemäß wird zur Durchführung der beschriebenen Verfahren auch eine 3D-Druckvorrichtung vorgeschlagen. According to the invention a 3D printing apparatus is proposed for carrying out the methods described.
  • Demensprechend verfügt eine erfindungsgemäße 3D-Druckvorrichtung über einen Druckkopf, welcher dafür vorgesehen ist, Photopolymere kontinuierlich zu dispensieren. Demensprechend has an inventive 3D printing apparatus through a print head, which is intended to dispense photopolymers continuously. Die erfindungsgemäße 3D-Druckvorrichtung weist zudem eine bewegliche lokale Strahlungsquelle auf, welche dazu ausgebildet und so angeordnet ist, dass sie das extrudierte Photopolymer lokal zumindest teilweise härtet. The 3D printing apparatus according to the invention also has a movable local radiation source which is constructed and arranged so as to locally harden the extruded photopolymer at least partially. Abhängig von dem verwendeten Photopolymer muss die dispensierte Masse kürzer oder länger bzw. mit einer stärkeren Strahlungsquelle oder mit einer schwächeren Strahlungsquelle beaufschlagt werden um zumindest vorzuhärten. Depending upon the photopolymer, the dispensed material must be shorter or longer, or be loaded with a stronger radiation source or with a weaker radiation source to precure at least.
  • Die erfindungsgemäße 3D-Druckvorrichtung besitzt deshalb vorzugsweise eine Steuerung, welche eine entsprechende Anpassung der Bestrahlungsdauer und/oder Intensität ermöglicht. The 3D printing apparatus according to the invention therefore preferably has a control system which allows an appropriate adjustment of exposure time and / or intensity. Gemäß einer Ausführungsform ist eine automatische Anpassung der Bestrahlungsdauer und/oder Intensität an das Polymer und/oder den aktuellen Härtezustand vorgesehen. According to one embodiment, an automatic adjustment of the exposure time and / or intensity of the polymer and / or the current state of hardness is provided.
  • Bei einer bestimmten Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, Abschnitte des Dispensierten Materials mit der lokalen Strahlungsquelle nicht, nur sehr gering, nur sehr kurz oder nur punktuell zu bestrahlen. In a particular embodiment of the invention, not only very slightly to irradiate portions of the dispensed material with the local radiation source or only very briefly only at certain points. Dadurch ist es möglich Stützstrukturen für ein 3D-Modell aus dem Photopolymer zu bilden und vor dem Härten mittels der Großraum-Strahlungsquelle wieder zu entfernen. This makes it possible to form support structures for a 3D model from the photopolymer and remove, prior to curing by means of large-volume radiation source. Vorzugsweise kann in diesem Falle auch ein Laser als lokale bewegliche Strahlungsquelle oder zusätzlich zu der lokalen, beweglichen Strahlungsquelle vorgesehen sein. Preferably, in this case, a laser as a local movable radiation source, or in addition to the local movable radiation source may be provided. Im Gegensatz zum Lasersintern kann durch geringes Vorhärten eine später leicht zu entfernende Stützstruktur gebildet werden. In contrast to laser sintering a later easily removable support structure can be formed by low pre-curing.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist eine schaltbare UV LED Matrix vorgesehen, welche so nah am Ausdruck geführt wird, dass „in proximity“ direkt gehärtet wird. According to a further embodiment a switchable UV LED matrix is ​​provided, which is guided so close to the expression that is cured directly "in proximity". Für die verschiedenen Druckbreiten werden unterschiedlich viele LEDs eingeschaltet werden. For different print widths, many LEDs are turned on in different ways.
  • Vorzugsweise weist die 3D-Druckvorrichtung wenigstens eine Zufuhreinheit für Füllstoffe oder Farbstoffe auf. Preferably, the 3D printing device has at least a supply unit for fillers or dyes. Nach einer Ausgestaltung werden die Füll- oder Farbstoffe vor dem Extrudieren in die Düse eingeleitet und mit dem Photopolymer vermischt. According to one embodiment, the fillers or colorants are introduced prior to extrusion in the nozzle and mixed with the photopolymer. Gemäß einer anderen Ausgestaltung werden die Füll- oder Farbstoffe jedoch so in die Düse eingegeben und die Düse ist entsprechend ausgestaltet, dass die Füll- oder Farbstoffe lokal begrenzt in dem Extrudat angeordnet sind. According to another embodiment, the fillers or dyes are so inputted into the nozzle and the nozzle is designed in accordance with that the fillers or dyes are localized arranged in the extrudate.
  • Beispielsweise kann die Zufuhreinheit und die Düse der Druckvorrichtung dazu ausgebildet sein, im Inneren des dispensierten Materials einen Füllstoff anzuordnen, welcher von dem Photopolymer umgeben ist, wobei die Druckvorrichtung gleichzeitig dazu ausgebildet ist, in der Nähe der äußeren Mantelfläche des extrudierten Materials einen Farbstoffe einzubringen. For example, the delivery unit and the nozzle of the printing apparatus may be adapted to arrange a filler inside the dispensed material, which is surrounded by the photopolymer, wherein the printing device is formed simultaneously to introduce in the vicinity of the outer surface of the extruded material a coloring matter. Das Füllmaterial kann eine durchgehende Faser oder auch Partikel sein. The filler material may be a continuous fiber or particles. Im Falle von Partikeln ist gemäß einer Ausführung vorgesehen diese Auszurichten und zu ordnen. In the case of particles, is provided according to an embodiment of this align and arrange.
  • Durch die nicht-homogene Verteilung von Füll- und/oder Farbstoffen im Photopolymer ist es möglich, Materialien – wie zum Beispiel Farbstoffe oder Füllstoffe – einzusparen. The non-homogeneous distribution of fillers and / or dyes in the photopolymer, it is possible materials - such as dyes or fillers - saving. Gleichzeitig wird die Bandbreite an möglichen Materialeigenschaften des dispensierten Materials durch die nicht homogene Verteilung von Füll- und/oder Farbstoffen im dispensierten Material erheblich vergrößert. At the same time, the bandwidth is greatly increased of possible material properties of the material dispensed by the non-homogeneous distribution of fillers and / or dyes in the dispensed material. Dies ist auch einer der Haupt-Vorteile gegenüber der Inkjet-Technologie. This is also one of the main advantages over inkjet technology.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform werden in das dispensierte Material Hohlräume eingebracht. In another embodiment, voids are incorporated in the dispensed material. Dies kann mit Hilfe eines oder mehrerer fester oder auch gesteuerter bzw. variabler Dorne erfolgen, welche in der Düse angeordnet sind. This can be done using one or more solid or well-controlled or variable mandrels, which are arranged in the nozzle. So kann beispielsweise ein Dorn vorgesehen sein, welcher ein- und ausklappbar ausgebildet ist und/oder seine Form verändern kann. For example, a mandrel may be provided, for example, which is formed on and folded out and / or may change its shape.
  • Durch die Schaffung von Hohlräumen in einem 3-dimensionalen Modell können optischer Effekte erreicht, mechanischer Eigenschaften verbessert und kapillarer Eigenschaften für nachträgliches Befüllen mit Flüssigkeiten und Gasen erzeugt werden. By creating cavities in a 3-dimensional model of optical effects can be achieved, the mechanical properties improved and capillary properties for subsequent filling with liquids and gases are produced.
  • Nach einer anderen Ausführungsform ist vorgesehen, Hohlräume durch das Einbringen von Gasen zu erzeugen. According to another embodiment, to create voids by the introduction of gases. Auch das Einbringen von Gasen ist bevorzugt regelbar ausgebildet. Also, the introduction of gases formed preferably adjustable.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Zufuhrvorrichtung so angeordnet und so ausgebildet, dass sie die Füll- und/oder Farbstoffe nach dem Dispensieren auf das dispensierte Material aufbringt oder in dieses injiziert. According to a further embodiment of the feeding device is arranged and designed such that it applies or the fillers and / or dyes, after the dispensing of the dispensed material is injected into this. In jedem Fall ist die Zufuhrvorrichtung aber so ausgebildet, dass die Füll- oder Farbstoffe vor dem (vor)Härten mittels der lokalen Strahlungsquelle ein- bzw. aufgebracht werden. In any case, the delivery device is formed so that the filling or dyes mono- before (in front of) curing by means of the local radiation source or applied.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform verfügt die 3D-Druckvorrichtung über wenigstens zwei Druckköpfe, wobei der zweite Druckkopf so angeordnet und so gesteuert ist, dass er eine neue Schicht des Photopolymers auf die vorangehende Schicht druckt, während der erste Druckkopf noch die vorangehende Schicht druckt. According to a preferred embodiment includes the 3D printing apparatus via at least two print heads, wherein the second print head is arranged and controlled so that it prints a new layer of photopolymer on the preceding layer while the first print head is printing the previous layer. Dies ist besonders gut mit einer 3D-Druckvorrichtung zu erreichen, bei der die Druckköpfe mittels Polarkoordinaten angesteuert werden. This can be achieved particularly well with a 3D printing apparatus in which the print heads are controlled by means of polar coordinates.
  • Die 3D-Druckvorrichtung weist in diesem Falle vorzugsweise eine Grundplatte auf, auf der die 3-dimensionalen Modelle gedruckt werden, wenigstens einen Druckkopf, wenigstens zwei Antriebseinheiten zur Veränderung der Position des Druckkopfes in einer parallel zur Grundplatte verlaufenden Ebene, wobei die wenigstens eine Antriebseinheit ein parallel zur Grundplatte rotierbares Tragwerk antreibt, auf dem wenigstens 1 Druckkopf angeordnet ist, der mit Hilfe einer weiteren Antriebseinheit in der Rotationsebene des Tragwerks bewegbar ist. The 3D printing apparatus in this case has preferably a base plate, on which the 3-dimensional models are printed at least one print head, at least two drive units to change the position of the print head in a direction parallel to the base plate plane, said at least one drive unit is a drives parallel to the base plate rotatable structure is arranged on the at least one print head which is movable by means of another drive unit in the plane of rotation of the structure.
  • Ein Tragwerk nach dieser Anmeldung ist eine Vorrichtung, die einen Druckkopf trägt und kann beispielsweise als Arm oder Scheibe ausgeführt sein, welche an einer orthogonal zur Grundplatte verlaufenden Welle angeordnet ist. A support structure according to this application is a device carrying a print head and can for example be designed as an arm or disc, which extends at a perpendicular to the base plate shaft.
  • Vorzugsweise sind wenigstens zwei Druckköpfe vorgesehen, welche bevorzugt separat voneinander bewegt werden können. Preferably, two print heads are at least provided, which can preferably be moved separately from each other.
  • Die wenigstens eine bewegliche lokale Strahlungsquelle ist bevorzugt so angeordnet und so gesteuert, dass sie vor dem Auftragen einer weiteren Schicht zB durch einen zweiten Druckkopf die vorangehende Schicht lokal härtet. The at least one movable local radiation source is preferably arranged and controlled so that the previous layer hardens locally before applying a further layer, for example by a second print head. Dabei kann die lokale Strahlungsquelle gemäß einer Ausführungsform fest mit dem Druckkopf verbunden sein bzw. es können die lokalen Druckköpfe fest mit den lokalen Strahlungsquellen verbunden sein. In this case, the local radiation source according to an embodiment may be fixedly connected with the printing head or it can use the local print heads to be firmly connected to the local radiation sources.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die wenigsten eine lokale Strahlungsquelle aber auch unabhängig von dem Druckkopf oder den Druckköpfen bewegbar angeordnet sein. According to a further embodiment, however, the least a local source of radiation may also be arranged to be movable independently of the print head or the print heads.
  • Nach einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen 3D-Druckvorrichtung verfügt diese über einen Sensor, welcher so angeordnet und dazu ausgebildet ist, dass er nach der Härtung des Photopolymers mit der wenigstens einen lokalen beweglichen Strahlungsquelle und vor der Auftragung einer weitere Schicht mittels des gleichen oder eines zweiten Druckkopfes eine Messung der Unebenheit der Oberfläche durchführt. According to another embodiment of the 3D printing apparatus according to the invention this has a sensor which is so arranged and adapted that after the curing of the photopolymer having at least one local movable radiation source and the second prior to application of an additional layer by means of the same or printhead a measurement of the unevenness of the surface is carried out. Dabei wird der Abstand der Schicht, auf die eine weitere Schicht aufgetragen werden soll, zum Druckkopf ermittelt. In this case, the distance of the layer onto which a further layer is to be applied, calculated at the print head. Ein solcher Sensor kann beispielsweise fest mit dem Druckkopf verbunden sein und in Bewegungsrichtung der Düse des Druckkopfes vorauseilen. Such a sensor may for example be fixedly connected to the print head and precede in the movement direction of the nozzle of the printhead. Auf diese Art und Weise können die Ergebnisse der Messungen zur Anpassung der Dispensiergeschwindigkeit und/oder des Massestroms und/oder der Dauer und/oder Intensität der vor(Härtung) durch die lokale bewegliche Strahlungsquelle herangezogen werden. In this manner, the results of the measurements to adjust the dispense speed and / or the mass flow and / or the duration and / or intensity of the can be used by the local movable radiation source before (curing).
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform verfügt die 3D-Druckvorrichtung über eine Großraum-Strahlungsquelle, welche dazu ausgebildet ist, ein Durchhärten des gesamten Modells zu bewirken. According to a further embodiment, the 3D printing apparatus has a large-capacity radiation source which is adapted to cause a hardening of the entire model. Eine Großraum-Härtung mittels einer Strahlungsquelle kann nach einer Ausführung simultan während des Druckens stattfinden. A large-curing by means of a radiation source can take place simultaneously during printing according to an embodiment. Nach einer zweiten Ausführung findet ein Härten durch ein intermittierendes Härten in gewissen Abschnitten (Unterbrechung des Druckes) statt. According to a second embodiment, a curing takes place by an intermittent hardening in certain sections (interruption of the pressure) instead. Gemäß einer weiteren Variante findet das Härten im Anschluss an den Druckvorgang statt (post curing). According to another variant, curing after place at the printing place (post curing).
  • Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind aus den Figuren und nachfolgender Figurenbeschreibung zu entnehmen. Further advantageous embodiments can be taken from the figures and the following description of the figures.
  • Dabei zeigen: They show:
  • 1 1 eine seitliche Querschnittsdarstellung der erfindungsgemäßen 3D-Druckvorrichtung, a cross-sectional view of the 3D printing device of the invention,
  • 2 2 eine Draufsicht auf ein Tragwerk, welches einen oder mehrere Druckköpfe trägt, a plan view of a support structure which supports one or more printheads
  • 3 3 eine schematische Ansicht einer Druckkopf-Düse mit Zufuhrvorrichtungen Für Farb- und Füllstoffe, a schematic view of a print head nozzle with supply devices for dyes and fillers,
  • 4 4 eine schematische Darstellung der Regelung des Druckkopfes, a schematic representation of the control of the print head,
  • 5 5 eine Draufsicht auf eine Ausführungsform der Erfindung mit einem in das rotierbare Tragwerk integrierten rotierbaren Tragwerk, a plan view of an embodiment of the invention with an integrated in the rotatable supporting structure rotatable supporting structure,
  • 6 6 eine Draufsicht auf eine Ausführungsform der Erfindung mit zwei in das rotierbare Tragwerk integrierte rotierbare Tragwerke. a plan view of an embodiment of the invention with two in the rotatable support structure rotatable integrated structures.
  • 1 1 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen 3D-Druckvorrichtung shows a preferred embodiment of the 3D printing apparatus according to the invention 1 1 . , Dabei verfügt die 3D-Druckvorrichtung The 3D printing device features 1 1 über eine Grundplatte a base plate 6 6 , auf welcher das 3-dimensionale Modell On which the 3-dimensional model 5 5 gedruckt wird. is printed.
  • Der Druckkopf The printhead 3 3 ist an einem rotierbaren Tragwerk is attached to a rotatable frame assembly 2 2 angebracht. appropriate. Dieses rotierbare Tragwerk This rotatable structure 2 2 wird über eine Welle is via a shaft 7 7 von einer hier nicht dargestellten Antriebseinheit angetrieben. driven by a not shown drive unit. Mit Hilfe der Welle With the help of the wave 7 7 ist das rotierbare Tragwerk gegenüber der Grundplatte the rotatable frame assembly relative to the base plate 6 6 verschiebbar ausgebildet. constructed to be displaceable.
  • Der Druckkopf ist durch einen in radialer Richtung ausgebildeten Schlitz The print head is formed by a slit in the radial direction 8 8th (siehe (please refer 2 2 ) in dem rotierbaren Tragwerk geführt. ) Guided in the rotatable structure.
  • An dem Tragwerk ist eine nicht dargestellte Antriebseinheit angeordnet, durch welche der Druckkopf On the supporting structure, a drive unit not shown is disposed, through which the printing head 3 3 in radialer Richtung R bewegbar ist. is movable in the radial direction R.
  • Zu Beginn des Druckvorgangs nähert sich das Tragwerk der Grundplatte At the beginning of the printing process, the structure of the base plate approaches 6 6 , sodass die Spitze des Druckkopfes So that the tip of the print head 3 3 fast die Grundplatte nearly the base plate 6 6 der 3D-Druckvorrichtung 3D printing device 1 1 berührt. touched. Nun wird der Druckkopf entlang eines vorgegebenen Pfades in der parallel zur Grundplatte Now, the print head is in the along a predetermined path parallel to the base plate 6 6 ausgebildeten Ebene bewegt und Masse wird dispensiert. formed plane and moved mass is dispensed.
  • Der Pfad wird in dieser Ausführungsform in Polarkoordinaten ausgegeben. The path is output in this embodiment in polar coordinates. Das heißt, dass mit Hilfe des Winkels, um den die Welle That is, with the aid of the angle by which the shaft 7 7 gedreht wird und mit Hilfe des Abstandes des Druckkopfes von der Welle and is rotated by means of the distance of the print head of the shaft 7 7 in radialer Richtung jeder gewünschte Punkt auf der Grundplatte angesteuert werden kann. in the radial direction at any desired point can be controlled on the base plate. Durch die lokale bewegliche UV-Strahlungsquelle By the local mobile UV radiation source 15 15 wird das dispensierte und auf der Grundplatte abgelegte Material sofort (vor)gehärtet. the dispensed and deposited on the base material is immediately cured (pre).
  • Mit jeder neuen gedruckten Schicht wird das rotierbare Tragwerk With each new printed layer, the rotatable structure is 2 2 , der Druckkopf, und die Welle , The print head and the shaft 7 7 ein Stück von der Grundplatte a piece of the base plate 6 6 entfernt. away. Hierdurch wächst das Modell In this way, the model grows 5 5 . , Spätestens am Ende des Druckvorgangs, aber gemäß anderer Ausführungsformen auch während zeitlichen Abschnitten des Druckvorgangs oder während des gesamten Druckvorgangs sind die Großraum Strahlungsquellen By the end of the printing process, but according to other embodiments even during time segments of the printing process or during the entire printing process, the radiation sources are Greater 14 14 eingeschaltet. switched on. Sie sind dazu ausgebildet, das Modell vollständig zu härten. They are trained to cure the model completely. Eine hier nicht dargestellt Steuerung der Großraum-Strahlungsquelle steuert die Intensität und/oder Dauer der Strahlung in Abhängigkeit von dem Modell A not shown control of the large area radiation source, the intensity and / or duration controls the radiation as a function of the model 5 5 bzw. in Abhängigkeit des für das Modell gewählten Materials und/oder in Abhängigkeit von der Dicke des Materials im Modell or as a function of the selected for the model material and / or in dependence on the thickness of the material in the model 5 5 . ,
  • Gemäß einer hier nicht dargestellten Ausführung ist der Drucktisch bei der Großraumbestrahlung zusätzlich noch dazu ausgebildet zu rotieren, bzw. auch der „Strahlungs-Käfig“ kann ausgebildet sein, um das Objekt zu rotieren. According to a not shown embodiment of the printing table in the metropolitan area irradiation is additionally rotate adapted or also the "Radiation cage" may be configured to rotate the object. Nach einer weiteren Ausführungsform ist die Großraum-Strahlungsquelle dazu ausgebildet, eine scannende (vertikale) Fahrt durchführen zu können. According to a further embodiment, the large-capacity radiation source is adapted to perform a scan (vertical) travel.
  • 2 2 zeigt eine Draufsicht auf das rotierbare Tragwerk shows a plan view of the rotatable structure 2 2 . , In dem rotierbaren Tragwerk In the rotatable structure 2 2 ist ein radial ausgerichteter Schlitz is a radially oriented slot 8 8th angeordnet, durch welchen der Druckkopf arranged through which the print head 3 3 geführt ist. is performed. Die Antriebseinheit zur Bewegung des Druckkopfes The drive unit for moving the print head 3 3 in eine radiale Richtung ist auf dem Tragwerk in a radial direction on the supporting framework 2 2 angeordnet. arranged.
  • 3 3 zeigt einzelne Details eines besonders bevorzugten Druckkopfes shows individual details of a particularly preferred printhead 3 3 . , Dieser besonders bevorzugte Druckkopf This particularly preferred printhead 3 3 ist verbunden mit einem Reservoir is connected to a reservoir 9 9 für einen Photopolymer, ein Reservoir for a photopolymer, a reservoir 10 10 für einen Füllstoff und eine Reservoir for a filler, and a reservoir 16 16 für einen Farbstoff. for a dye.
  • Über die Zufuhreinheiten Via the feed units 15 15 gelangen die Farb- und Füllstoffe mit dem Photopolymer zusammen und werden gemeinsam mit dem Photopolymer dispensiert. get the dyes and fillers with the photopolymer together and be dispensed along with the photopolymer. Um die Spitze des Druckkopfes To the tip of the print head 3 3 herum ist eine lokale, bewegliche Strahlungsquelle angeordnet. around a local movable radiation source is arranged. Um zu verhindern, dass das dispensierte Material schon beim Verlassen der Spitze des Druckkopfes und noch bevor es auf der Grundfläche In order to prevent the dispensed material already on leaving the tip of the print head and before it on the base 6 6 oder auf der vorangehenden Schicht des Modells or on the preceding layer of the model 5 5 abgelegt worden ist härtet, wird eine direkte Bestrahlung des Austritts des Photopolymers aus dem Druckkopf been deposited is cured, a direct irradiation of the outlet of the photopolymer from the printing head 3 3 durch eine Blende by a stop 20 20 verhindert. prevented.
  • Der Druckkopf The printhead 3 3 ist nach dieser Ausführungsform so ausgebildet, dass die Füllstoffe im Inneren des dispensierten Materials eingeschlossen werden, ohne sich mit dem Photopolymer komplett zu vermischen. is formed so that the fillers are enclosed in the interior of the dispensed material without mixing completely with the photopolymer according to this embodiment. Die Farbstoffe werden bei dieser Anordnung des Druckkopfs so in das Photopolymer eingebracht, dass es zu einer Vermischung kommt und das dispensierte Material eine einheitliche Farbe aufweist. The dyestuffs are so incorporated in this arrangement of the printhead in the photopolymer that it comes to mixing and the dispensed material has a uniform color.
  • Der Druckkopf weist zudem hier nicht dargestellte Stelleinrichtungen auf, mit denen die Massen- bzw. Volumenströme des Photopolymers sowie der Füll- und Farbstoffe separat voneinander gesteuert werden können. Moreover, here, the printing head has adjusting devices, not shown, with which the mass or volume flows of the photopolymer as well as the fillers and colorants can be controlled separately from each other. Vorzugsweise sind ebenfalls Sensoren zur Erfassung des Massestroms des Photopolymers und/oder der Füll- und/oder Farbstoffe vorgesehen. Preferably, sensors for detecting the mass flow of the photopolymer and / or fillers and / or dyes are also provided.
  • 4 4 zeigt eine schematische Darstellung der Regelung des Druckkopfes nach einer Ausführungsform. shows a schematic representation of the control of the print head according to an embodiment. Aus dem Reservoir From the reservoir 9 9 für das Photopolymer gelangt das Photopolymer über eine Zufuhrvorrichtung for the photopolymer, the photopolymer passes via a feed device 15 15 zu einem Druckkopf to a print head 3 3 . , Dieser Druckkopf verfügt über einen Sensor This print head has a sensor 19 19 zur Erfassung des Masse- bzw. Volumenstroms. for detecting the mass or volume flow. Die hier ermittelten Daten werden an einen PC The data collected here are to a PC 17 17 übertragen, welcher den Ist-Volumenstrom mit einem Soll-Volumenstrom vergleicht und Steuersignale an ein Stellglied transmitted, which compares the actual flow with a desired flow rate and control signals to an actuator 18 18 zur Anpassung des Düsenquerschnitts durchgibt. through is to adjust the nozzle cross section. Durch die Anpassung des Düsenquerschnitts wird der Massen- bzw. Volumenstrom angepasst. By adjusting the nozzle cross section of the mass or volume flow is adjusted. Die über den Volumenstrom-Sensor The over the flow sensor 19 19 ermittelten Werte werden in dem Computer auch dazu verwendet, die Intensität und/oder Dauer der lokalen, beweglichen UV-Strahlungsquelle anzupassen. values ​​determined also be used in the computer to adjust the intensity and / or duration of the local mobile UV source.
  • Hier nicht dargestellt kann auch noch ein Sensor zur Erfassung der Unebenheit der Grundplatte und/oder der Schicht, auf die gedruckt werden soll vorgesehen sein. not shown here can also have a sensor for detecting the unevenness of the base plate and / or the layer may be provided on the to be printed. In diesem Fall werden die Ergebnisse des Abstandes zwischen dem Druckkopf und der zu bedruckenden Oberfläche zur Steuerung des Düsenquerschnittes und/oder zur Steuerung der Intensität und/oder Bestrahlungsdauer durch die lokale Strahlungsquelle herangezogen. In this case, the results of the distance between the print head and the printing surface for controlling the nozzle cross-section and / or to control the intensity and / or irradiation time are used by the local radiation source.
  • 5 5 zeigt eine Draufsicht auf eine Ausführungsform der Erfindung mit einem rotierbaren Tragwerk shows a plan view of an embodiment of the invention with a rotatable support structure 2 2 . , In dem Tragwerk In the truss 2 2 ist ein zweites Tragwerk (hier als Scheibe ausgebildet) a second supporting structure (here designed as a disc) 12 12 rotierbar gelagert (Azimut). rotatably mounted (azimuth). Beide Tragwerke sind gemäß einer Ausführungsform mit Antriebseinheiten verbunden und frei beweglich. Both structures are connected according to an embodiment with drive units and freely movable. Am Rand des zweiten Tragwerks At the edge of the second support structure 12 12 oder in der Nähe des Randes befindet sich eine Aussparung or in the vicinity of the edge is a recess 13 13 , durch die der hier nicht dargestellt Druckkopf By which not shown here the printhead 3 3 der 3D-Druckvorrichtung 3D printing device 1 1 geführt ist. is performed.
  • Der Abstand zwischen der hier nicht dargestellten Grundplatte The distance between the base plate is not shown here 6 6 und dem Druckkopf and the print head 3 3 kann bei dieser Ausführungsform auch durch Bewegung der Grundplatte in this embodiment by movement of the base plate 6 6 in einer orthogonal zur Grundplatte in a plane orthogonal to the base plate 6 6 verlaufenden Richtung erfolgen. carried extending direction. Um den Druckkopf herum ist eine lokale Strahlungsquelle Surrounding the print head is a local radiation source 4 4 angeordnet. arranged. Seitlich der Grundplatte sind zwei Großraum-Strahlungsquellen Side of the base plate are two large-radiation sources 14 14 angeordnet, welche ein Aushärten des gesamten Modells arranged which curing of the whole model 5 5 bewirken können. can cause.
  • 6 6 zeigt eine Draufsicht auf eine weitere Ausführungsform der Erfindung mit zwei in dem rotierbaren Tragwerk shows a plan view of a further embodiment of the invention with two in the rotatable structure 2 2 integrierte rotierbare Tragwerke integrated rotary structures 12 12 . , Das hier dargestellte rotierbare Tragwerk The illustrated here rotatable structure 2 2 ist bevorzugt an einer hier nicht dargestellten Welle is preferable to a non-illustrated shaft 7 7 befestigt, welche ihrerseits von einer Antriebseinheit bewegt wird. attached, which in turn is moved by a drive unit. Auf dem Tragwerk On the wing 2 2 sind zwei hier nicht dargestellt Antriebseinheiten angeordnet, welche dazu ausgebildet sind, die beiden Tragwerke two are not shown here disposed drive units which are adapted to the two structures 12 12 unabhängig voneinander zu bewegen. independently of one another to move. Auf den rotierbaren Tragwerken The rotatable structures 12 12 ist jeweils ein Druckkopf is in each case a print head 3 3 angeordnet, welcher durch eine Aussparung arranged, which through a recess 13 13 durch die Tragwerke by the structures 12 12 geführt ist. is performed. Mit Hilfe dieser Anordnung kann eine Ansteuerung und Positionierung der beiden Druckköpfe With this arrangement, a control and positioning of the two printheads 3 3 in einer parallel zu eine Grundplatte in a direction parallel to a base plate 6 6 verlaufenden Ebene erfolgen. carried extending plane.
  • Über die beschriebene Welle Using the described wave 7 7 kann der Abstand zwischen der Grundplatte the distance between the base plate 6 6 und den Druckköpfen and the print heads 3 3 variiert werden. be varied. Da die Radien der Tragwerke Since the radii of Structures 12 12 (hier als Scheiben ausgebildet) nicht bis zur Drehachse des Tragwerks (Here designed as discs) does not extend to the rotational axis of the structure 2 2 reichen, ist bei dieser Ausführungsform eine S-förmige Druckkopf-Düse bzw. ein Druckkopf-Ansatzstück notwendig, um auch direkt unterhalb der Drehachse des Tragwerks range, is necessary in this embodiment, an S-shaped print head nozzle and a print head lug, to directly below the axis of rotation of the structure 2 2 einen Materialauftragung bewirken zu können. to cause material deposition. Nach der Materialauftragung wird der Photopolymer mit Hilfe der lokalen beweglichen Strahlungsquellen After the material deposition of photopolymer is using the local mobile radiation sources 13 13 (vor)gehärtet. cured (pre). Nach Fertigstellung des Modells After completion of the model 5 5 werden die 3 Großraum Strahlungsquellen 3 Greater are radiation sources 14 14 angeschaltet und bewirken ein vollständiges Härten des Photopolymers. turned on and cause a complete curing of the photopolymer.

Claims (15)

  1. Verfahren zum Herstellen eines 3-dimensionalen Modells ( A method for producing a 3-dimensional model ( 5 5 ) durch schichtweises Auftragen eines Photopolymers mit den Schritten: – kontinuierliches Dispensieren eines Photopolymers mittels eines beweglichen Druckkopfes ( ) By layered application of a photopolymer comprising the steps of: - (continuous dispensing a photopolymer by a movable print head 3 3 ), – Härten des dispensierten Photopolymers mittels einer beweglichen lokalen Strahlungsquelle ( ), - curing the dispensed photopolymer local means of a movable radiation source ( 4 4 ). ).
  2. Verfahren zum Herstellen 3-dimensionaler Modelle ( A method for producing 3-dimensional models ( 5 5 ) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Nachhärten des gesamten Modells ( ) According to claim 1, characterized in that a post-curing of the complete model ( 5 5 ) mittels einer Großraum-Strahlungsquelle ( ) (By means of a large-capacity radiation source 14 14 ) erfolgt. ) he follows.
  3. Verfahren zum Herstellen 3-dimensionaler Modelle ( A method for producing 3-dimensional models ( 5 5 ) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in den Photopolymer vor oder nach dem Extrudieren aber vor dem Härten mittels der beweglichen lokalen Strahlungsquelle ( ) According to claim 1 or 2, characterized in, but that (in the photopolymer, before or after extrusion prior to curing by means of the movable local radiation source 4 4 ) Füllstoffe und/oder Farbstoffe eingebracht werden. ) Fillers and / or dyes are incorporated.
  4. Verfahren zum Herstellen 3-dimensionaler Modelle ( A method for producing 3-dimensional models ( 5 5 ) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Füll- und/oder Farbstoffe bezogen auf den Querschnitt des dispensierten Materials nur in Teilbereichen des dispensierten Materials und nicht homogen über den gesamten Querschnitt des dispensierten Materials verteilt angeordnet werden. ) Are placed according to claim 3, characterized in that the fillers and / or dyes based on the cross-section of the dispensed material is distributed only in partial regions of the dispensed material, and is not homogeneous over the entire cross-section of the dispensed material.
  5. Verfahren zum Herstellen 3-dimensionaler Modelle nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die lokale Strahlungsquelle ( A method for producing 3-dimensional model according to any one of the preceding claims, characterized in that the local radiation source ( 4 4 ) über Mittel zur Begrenzung des Lichtstrahls ( ) (Via means for limiting the light beam 20 20 ) oder zur Fokussierung aufweist. ) Or for focusing comprises.
  6. Verfahren zum Herstellen 3-dimensionaler Modelle ( A method for producing 3-dimensional models ( 5 5 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Härten mittels der lokalen Strahlungsquelle ( ) According to one of the preceding claims, characterized in that (after curing by means of the local radiation source 4 4 ) und vor dem Auftragen einer weiteren Schicht die Unebenheit der Oberfläche, auf die die nächste Schicht gedruckt werden soll, mittels eines Sensors erfasst wird und dieser Wert zur Steuerung der Extrusionsgeschwindigkeit bei der Auftragung der nächsten Schicht oder zur Steuerung der Bewegung des Druckkopfes ( the unevenness of the surface on which the next layer is to be printed, is detected by a sensor) and before the application of a further layer and this value to control the extrusion speed in the application of the next layer or to control the movement of the print head ( 3 3 ) verwendet wird. ) is used.
  7. Verfahren zum Herstellen 3-dimensionaler Modelle ( A method for producing 3-dimensional models ( 5 5 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckvorgang unter Sauerstoff reduzierter Atmosphäre durchgeführt wird. ) According to one of the preceding claims, characterized in that the printing operation is carried out under oxygen reduced atmosphere.
  8. Verfahren zum Herstellen 3-dimensionaler Modelle nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während des Druckens eine Durchflussmessung im geschlossenen Regelkreis erfolgt. A method for producing 3-dimensional model according to any one of the preceding claims, characterized in that during printing is carried out a flow measurement in a closed loop.
  9. 3D-Druckvorrichtung ( 3D printing device ( 1 1 ) mit einem Druckkopf ( ) (With a print head 3 3 ), welcher dafür vorgesehen ist, Photopolymere kontinuierlich zu dispensieren, einer beweglichen lokalen Strahlungsquelle ( Is) which is intended to dispense photopolymers continuously, a mobile local radiation source ( 4 4 ), welche dazu ausgebildet und so angeordnet ist, dass sie das dispensierte Photopolymer lokal zumindest teilweise härtet. ) Which is constructed and arranged so as to locally harden the dispensed photopolymer at least partially.
  10. 3D-Druckvorrichtung ( 3D printing device ( 1 1 ) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die 3D-Druckvorrichtung über eine Zufuhreinheit ( ) According to claim 9, characterized in that the 3D-printing device (via a supply unit 15 15 ) für Füllstoffe und/oder Farbstoffe verfügt, welche Füllstoffe und/oder Farbstoffe vor oder nach dem dispensieren jedoch vor dem lokalen Härten mittels der beweglichen Strahlungsquelle ( ) Has for fillers and / or colorants which fillers and / or coloring agents before or after, but before dispensing the local curing by said movable radiation source ( 4 4 ) in den Photopolymer einbringt. ) Brings to the photopolymer.
  11. Druckvorrichtung ( Printing device ( 1 1 ) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckvorrichtung ( ) According to claim 10, characterized in that the printing device ( 1 1 ) dazu ausgebildet ist, die Füll- und/oder Farbstoffe bezogen auf den Querschnitt des dispensierten Materials nur in Teilbereichen des dispensierten Materials und nicht homogen über den gesamten Querschnitt des dispensierten Materials verteilt einzubringen. ) Is adapted to the filling and / or dyes based on the cross-section of the dispensed material is distributed only in partial regions of the dispensed material, and is not homogeneous over the entire cross-section of the dispensed material to introduce.
  12. 3D-Druckvorrichtung ( 3D printing device ( 1 1 ) nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckvorrichtung über wenigstens zwei Druckköpfe ( ) According to claim 10 or 11, characterized in that the pressure device (at least two printheads 3 3 ) verfügt, wobei der zweite Druckkopf so angeordnet und so gesteuert ist, dass er eine neue Schicht des Photopolymers auf die vorangehende Schicht druckt, während der erste Druckkopf noch die vorangehende Schicht druckt. ), Wherein the second print head is arranged and controlled so that it prints a new layer of photopolymer on the preceding layer while the first print head is printing the previous layer.
  13. 3D-Druckvorrichtung ( 3D printing device ( 1 1 ) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die bewegliche lokale Strahlungsquelle ( ) According to claim 12, characterized in that the movable local radiation source ( 4 4 ) so angeordnet und so gesteuert ist, dass sie vor dem Auftragen einer Schicht durch den zweiten Druckkopf ( is) are arranged and controlled such that prior to the application of a layer (by the second printhead 3 3 ) die vorangehende Schicht lokal härtet. ) Curing the previous layer locally.
  14. 3D-Druckvorrichtung ( 3D printing device ( 1 1 ) nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die 3D-Druckvorrichtung über einen Sensor verfügt, welcher so angeordnet und dazu ausgebildet ist, dass er nach der Härtung des Photopolymers mit der lokalen beweglichen Strahlungsquelle ( ) According to one of claims 10 to 13, characterized in that the 3D printing apparatus has a sensor which is so arranged and adapted that, after the curing of the photopolymer it (with the local movable radiation source 4 4 ) und vor Auftragung einer weitere Schicht mittels des gleichen oder eines zweiten Druckkopfes ( () And before application of a further layer using the same or a second print head 3 3 ) eine Messung der Unebenheit der Oberfläche durchführt, auf die eine weitere Schicht aufgetragen werden soll. ) Performs a measurement of the unevenness of the surface on which a further layer to be applied.
  15. 3D-Druckvorrichtung ( 3D printing device ( 1 1 ) nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die 3D-Druckvorrichtung über eine Großraum-Strahlungsquelle ( ) According to one of claims 10 to 14, characterized in that the 3D-printing device (a large area radiation source 14 14 ) verfügt, welche dazu ausgebildet ist, ein Durchhärten des gesamten Modells ( ) Has, which is adapted (a hardening of the whole model 5 5 ) zu bewirken. ) To effect.
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