DE102016112472A1 - Vorrichtung und Verfahren zur additiven Fertigung von Bauteilen - Google Patents

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Babett Kopfer
Saquib Siddiqui
Mirko Geißler
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Rene Krakau
Roman Menz
Stefanie Röthkötter
Timo Kretschmann
Tahnee Tjeerdsma
Thomas Veit
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur additiven Fertigung von Bauteilen, umfassend zumindest Linearführungen (1‘), Module (1‘‘), die mit den Linearführungen (1‘) derart in Verbindung stehen, dass die Linearführungen (1‘) der einzelnen Module (1‘‘) in einem gleichschenkligen rechtwinkligen Dreieck angeordnet sind, Druckköpfe (2), die an den Modulen (1‘‘) benachbart zu einer Druckoberfläche (4) angeordnet sind und Schiebevorrichtungen (6) zum Auswurf von Bauteilen.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur additiven Fertigung von Bauteilen und ein Verfahren zur Fertigung der Bauteile.
  • Bekannte 3D-Drucker zur Herstellung von Bauteilen, insbesondere voluminösen Bauteilen sind sehr kostenintensiv, erfordern bauteilabhängig einen hohen Bedien- und Zeitaufwand.
  • Vor diesem Hintergrund wäre es wünschenswert, eine Vorrichtung zur Verfügung zu haben, der die zuvor beschriebenen Nachteile überwindet.
  • Gelöst wird diese Aufgabe mit einer Vorrichtung nach Anspruch 1 und einem Verfahren zur Herstellung von Bauteilen nach Anspruch 6. Besondere Ausführungsformen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
  • Vorgeschlagen wird eine Vorrichtung (1) zur additiven Fertigung von Bauteilen, umfassend zumindest
    • – Linearführungen (1‘),
    • – Module (1‘‘), die mit den Linearführungen (1‘) derart in Verbindung stehen, dass die Linearführungen (1‘) der einzelnen Module (1‘‘) in einem gleichschenkligen rechtwinkligen Dreieck angeordnet sind,
    • – Druckköpfe (2), die an den Modulen (1‘‘) benachbart zu einer Druckoberfläche (4) angeordnet sind,
    • – Schiebevorrichtungen (6) zum Auswurf von Bauteilen.
  • Eine Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Druckoberfläche (4) separat beheizbare Flächen (5) aufweist.
  • Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass die Druckköpfe (2) derart zusammenwirken, dass ein Arbeitsraum (3) auf der Druckoberfläche (4) bildbar ist, der die beheizbaren Flächen (5) zumindest teilweise überdeckt.
  • Es ist weiterhin vorgesehen, dass die Vorrichtung (1) seitliche Module (7) zum Auswurf großer Bauteile aufweist.
  • Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Vorrichtung (1) ein Materiallager (8) zur Aufnahme von Filament-Rollen aufweist.
  • Vorgesehen ist ebenfalls ein Verfahren zur additiven Fertigung von Bauteilen unter Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
  • Die Erfindung beschreibt somit eine Vorrichtung (1) mit dem Grundaufbau von parallelkinematischen Modulen (1‘‘), vorzugsweise vier Modulen. Dabei sind die Linearführungen (1‘) der einzelnen Module in einem gleichschenkligen rechtwinkligen Dreieck angeordnet, wodurch eine Interaktion der einzelnen Module ermöglicht werden kann.
  • Durch das Zusammenarbeiten der vier Druckköpfe (2) lassen sich große Bauteile in dem sich überschneidenden Arbeitsraum (3) schneller drucken. Außerdem können die vier Druckbereiche (4‘) mit Hilfe der beschriebenen Geometrie möglichst platzsparend angeordnet werden, um den Arbeitsbereich der Maschine möglichst effizient zu nutzen.
  • Der Druckvorgang der interagierenden Module (1‘‘) findet auf einer gemeinsamen Druckoberfläche (4) statt. Diese ist modular aufgebaut und umfasst vier separat beheizbare Flächen (5). Dadurch wird eine bessere Haftung von dreidimensionalen Objekten oder Bauteilen auf der Druckoberfläche (4) erreicht. Des Weiteren trägt die Beheizung des Druckbetts bzw. der Druckoberfläche (4) zur Optimierung der Druckqualität und Verkürzung der Aufwärmzeit einer Heizkammer bei. Das Druckbett (4) ist vorzugsweise in vier Quadranten (4‘), die die beheizbaren Flächen (5) aufweisen, aufgeteilt, wobei jeder Quadrant einem Modul (1‘‘) zugeordnet ist.
  • Zusätzlich zu der Beheizung der Druckoberfläche wird der Arbeitsraum der vier Module durch eine Heizkammer mit Heizlüftern erwärmt. Somit kann vor allem die Druckqualität von großen Bauteilen verbessert werden. Des Weiteren besteht die Möglichkeit, den Arbeitsraum in zwei separat beheizbare Kammern zu teilen, die aus jeweils zwei Quadranten der Druckoberfläche bestehen. Dies ermöglicht die unabhängige Beheizung der zwei entstehenden Heizkammern. Bauteile welche sich in Größe oder Material unterscheiden, können in der jeweiligen Kammer somit unabhängig voneinander erwärmt werden.
  • Der Auswurf der dreidimensionalen Objekte aus dem Druckbereich geschieht automatisch mit Hilfe einer translatorischen Bewegung von zwei separaten Schiebevorrichtungen (6). Somit kann die Durchführung sequentieller Drucke ohne direkte Interaktion eines Bedieners ermöglicht werden. Für den translatorischen Auswurf wird eine Schiebevorrichtung verwendet, welche dreidimensionale Objekte von zwei hintereinanderliegenden Druckbereichen (4‘) entfernt. Dadurch lassen sich jeweils zwei Druckbereiche unabhängig voneinander leeren.
  • Für den Auswurf großer Druckobjekte ist das seitliche Verfahren der vorderen zwei Module (7) notwendig. Die Öffnung wird mit Hilfe eines linearen Führungsmechanismus realisiert. Dabei werden die Aktuatoren der zwei Module erst vertikal, dann horizontal verfahren und befinden sich somit über den Materiallagern. Die Materiallager (8) der jeweiligen Module beinhalten eine Vorrichtung von bis zu vier Filament-Rollen sowie einen Materialverbinder zur Gewährleistung eines kontinuierlichen Drucks. Demzufolge kann neben einem weitreichend kontinuierlichen Druck auch die Fertigung mehrfarbiger dreidimensionaler Objekte ermöglicht werden. Außerdem können verschiedene Materialien als Filament-Rollen bereitgestellt werden.
  • Die spezielle Geometrie der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einer effektiven Nutzung des Druckbereichs ergibt sich aus der Anordnung von jeweils drei vertikal ausgerichteten Linearführungen (1) pro Druckeinheit. Der Aufbau der drei Schienen in einem rechtwinkligen Dreieck, im Folgenden Delta-Geometrie genannt, ermöglicht das Zusammenwirken der vier Druckköpfe (2) auf einem quadratischen Druckbett (4) mit den jeweils einzelnen Druckbereichen und einem überschneidenden Druckbereich.
  • Mit Hilfe einer Heizkammer kann die Qualität der zu druckenden Bauteile optimiert werden. Dabei ist der Arbeitsraum der Vorrichtung in ihrem Inneren isoliert und wird beispielsweise durch Heizlüfter erwärmt. Somit kann die Wärme im Bereich des gesamten Druckbereiches genutzt werden. Außerdem lässt sich der Arbeitsraum beispielsweise mit einem Rollo in ausgerollter Form in zwei separat beheiz bare Kammern teilen. Beide Kammern setzen sich in diesem Falle aus jeweils zwei Quadranten der Druckoberfläche zusammen. Die unabhängige Beheizung der zwei entstehenden Kammern lässt sich mit Hilfe des heruntergelassenen Rollos realisieren. Damit ist der Druck von verschiedenen Bauteilen in den jeweiligen Kammern möglich, welche sich in Größe oder Material unterscheiden können. Die zu druckenden Bauteile können somit unabhängig voneinander auf unterschiedliche Temperaturen erwärmt werden. Bei dem Druck von vier identischen Teilen oder dem Druck eines großen Teils durch alle vier Druckköpfe bleibt das Rollo in aufgerollter Form, um die dann benötigte gleichmäßige Temperatur in dem Druckbereich zu erzeugen.
  • Der Auswurf der dreidimensionalen Objekte oder Bauteile aus dem Druckbereich geschieht automatisch mit Hilfe einer translatorischen Bewegung von zwei separaten Schiebevorrichtungen (6). Somit kann die Durchführung sequentieller Drucke ohne direkte Interaktion eines Bedieners ermöglicht werden. Zwei vorgesehene Schiebevorrichtungen leeren jeweils zwei Druckbereiche (4‘) unabhängig voneinander. Während eines Druckvorgangs befinden sich die Schiebevorrichtungen in der Ruheposition im hinteren Bereich des Druckers.
  • Wenn die Druckaufträge der zwei hintereinanderliegenden Druckbereiche abgeschlossen wurden, verfahren die Druckköpfe vollständig nach oben und die Schiebevorrichtung durchfährt die zwei hintereinander liegenden Druckbereiche (4‘). Somit werden die dreidimensionalen Objekte von dem Druckbett (4) geschoben und können nun bspw. von einem Behälter, welcher vor dem Drucker steht, aufgenommen werden. Die Schiebevorrichtung verfährt danach wieder in ihre Ruheposition und auf den beiden entleerten Druckbereichen können neue Druckaufträge gestartet werden.
  • Wenn große Druckteile ausgeworfen werden sollen, welche über mehrere Druckbereiche (4‘) mittels mehrerer Module gedruckt wurden, ist das seitliche Verfahren der vorderen zwei Module (7) notwendig. Ohne das seitliche Verfahren würden die mittleren Linearführungen (1) zwischen den beiden Schiebevorrichtungen (6) verhindern, dass große dreidimensionale Objekte ausgeworfen werden können. Die Öffnung wird mit Hilfe eines linearen Führungsmechanismus realisiert. Dabei werden zuerst die Druckköpfe der beiden vorderen Module in die oberste Position verfahren.
  • Die Aktuatoren der vorderen zwei Module werden nun horizontal verfahren. Hierbei bewegen sich die Linearführungen an den Materiallagern vorbei, bis sich in der Endstellung die Module über den Materiallagern befinden. Somit ist die Öffnung frei für den Auswurf großer Druckobjekte. Dazu werden beide Schiebevorrichtungen (6) gleichzeitig betätigt, wodurch der gesamte Druckraum in einem Vorgang entleert wird.
  • Das Materiallager bildet die Grundlage für einen kontinuierlichen Druck. Jedes der vier Druck-Module (1‘‘) wird von einem separaten Lager mit Filament versorgt. Die Materiallager (8) befinden sich außerhalb des beheizten Druckraums und in Verlängerung der jeweiligen Module. Jedes der vier Materiallager umfasst vor allem die vier Führungsschienen (9), welche mit einem Aufsatz (10) jeweils als Halterung einer beispielsweise bis zu 2 kg schweren Filament-Rolle (11) dienen. Somit wird die Grundlage für einen kontinuierlichen Druck eines Druckkopfes mit unterschiedlichen Farben geschaffen. Die Filament-Stränge der vier Rollen laufen in der sich darüber befindenden Palette (12) zusammen. Von dem als Filament-Verbinder fungierenden Palette läuft der Filament-Strang zu dem Extruder (13, 14), der sich ebenfalls im oberen Teil des Materiallagers befindet. Anschließend wird das Filament von dem Extruder aus dem Materiallager in Richtung des Druckkopfes geleitet.
  • Eine weitere Führungsschiene in dem Materiallager dient dem Öffnen der Reinigungsstation (15) mit Hilfe eines Griffes. Die Station lässt sich somit aus Richtung des Materiallagers öffnen und dient der Reinigung des Druckkopfes. Im geschlossenen Zustand ragt sie in den Druckraum hinein und kann vom Druckkopf zur Reinigung erreicht werden. Sie kann bei Bedarf entnommen und der enthaltene Materialsammelbehälter (16) entleert werden.
  • Mit Hilfe der vorliegenden Erfindung kann ein Extrusions-Verfahren in Form des Fused Layer Modeling (FLM), welches den generativen additiven Fertigungsverfahren zugeordnet wird, verwendet werden.
  • Bei dem Verfahren werden schichtweise einzelne Kunststoff-Lagen, vorzugsweise konstanter Dicke, verbunden. Formgebend ist dabei die x-y-Ebene. Die z-Achse spiegelt die Dicke der Schichten wider und ist stufenförmig aufgebaut.
  • Je kleiner die einzelnen Stufen bzw. Schichten oder Lagen sind, desto besser wird das Original oder Bauteil bzw. die beabsichtigte Form wiedergegeben.
  • Das Verfahren FLM verwendet Thermoplaste als Druckmaterial. Das Material wird einer beheizten Düse zugeführt und aufgeschmolzen. Anschließend wird das Material aus der Düse extrudiert und in Bahnen oder Schichten lagenweise so angeordnet, dass beim Abkühlen des Materials das Bauteil schichtweise aufgebaut wird. Dafür muss jedoch nach jeder Schicht der Düsenkopf angehoben oder das gedruckte Teil abgesenkt werden. Die Größe der Absenkung bzw. Erhöhung entspricht der Schichtdicke einer einzelnen Schicht und ist vorzugsweise konstant.
  • Im Unterschied zu allen bisher bekannten Vorrichtungen in Form von 3D-Druckern in Delta-Bauweise handelt es sich bei der vorliegenden Erfindung um eine Vorrichtung, die vier Druckköpfe vereint. Es ist somit möglich, auf vier einzelnen Bereichen mit jeweils einer Druckfläche von beispielsweise ca. 40cm2 gleichzeitig zu drucken. Bei Bedarf ist ebenfalls die Nutzung von nur einem, zwei oder drei Druckbereichen vorgenommen werden. Außerdem erlaubt die ergonomische Anordnung der Düsen bzw. Druckköpfe das Drucken an einem Produkt oder Bauteil mit einer Größe von vorzugsweise ca. 80cm3. Bei der Nutzung aller vier einzelnen Druckbereiche ergibt sich der Vorteil, dass bis zu vier Produkte simultan entstehen können.
  • Realisiert werden kann dies, aufgrund einer Heizkammer, die die optimale Temperatur automatisch reguliert und eine gleichmäßige Aushärtung bzw. Verfestigung des Materials bzw. des Kunststoffs gewährleistet. Der komplette Druckbereich lässt sich durch eine Trennwand, vorzugsweise in Form eines Rollos in zwei Bereiche unterteilen. Somit können zwei verschiedene Objekte, die unterschiedliche Temperaturen und Fertigungsdauern erfordern, zeitgleich auf jeweils einer Seite der Vorrichtung bzw. des Druckers gefertigt werden. Wenn beide Bauteile fertig gedruckt sind, kann der gemeinsame Auswurf erfolgen und der Druck kann bei Bedarf erneut beginnen.
  • Um die Zeitersparnis noch zu maximieren, erfolgt der Abtransport der fertig gedruckten Produkte oder Bauteile vollautomatisch in einen Aufbewahrungsbehälter. Ein einmaliges Einfügen der 3D-Daten ist ausreichend, um die gewünschte Anzahl an Produkten ohne menschlichen Eingriff zu erhalten.
  • Neben dem optimierten Zeitfaktor ergibt sich in logischer Konsequenz auch ein niedrigerer Kostenfaktor. So vereint der erfindungsgemäße 3D-Drucker eine Vielzahl von Anwendungsmöglichkeiten mit sogenannten Standardkunststoffen oder Massenkunststoffen aber aus mit mittlerweile kostengünstigen Materialien, wie beispielsweise ABS (Acrylnitril-Butadien-Styrol) oder PLA (Polylactid) in Filament-Form.
  • Die Vorrichtung ermöglicht eine hohe Flexibilität, wie sie insbesondere für die Herstellung von Kleinserien erforderlich ist.
  • Zudem sind folgende Kriterien für Anwender oder Hersteller von hoher Wichtigkeit, die mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung gewährleistet werden können:
    • – eine hohe Druckqualität, da Produkte erzeugt werden können, bei denen kleinste Details präzise erkennbar sind,
    • – eine hohe Druckgeschwindigkeit,
    • – ein mehrfarbiges Drucken,
    • – ein kostengünstiges Drucken und Materialien
    • – eine Individualisierbarkeit, insbesondere im Hinblick auf die Größe des herzustellenden Objektes oder Bauteils,
    • – eine Kleinserienfertigung, wodurch eine Möglichkeit zur Serienfertigung das Angebotsspektrum erhöhen kann.
  • Die Vorrichtung kann beispielsweise in einer Baugröße von 800 × 800 × 800 mm ausgeführt sein und mehrfarbige qualitativhochwertige Bauteile erstellen. Da die Vorrichtung mit mehreren Druckköpfen gleichzeitig an einem Bauteil oder Objektarbeiten kann, wird ein schnellerer Druckvorgang gewährleistet.
  • Anwendung kann die Vorrichtung insbesondere in Kleinunternehmen finden, welche die Problematik der Fertigung geringer Losgrößen zu bewältigen haben, womit das Risiko einer Produkteinführung überschaubarer gemacht werden kann. Beispielsweise können Produktserien, die bisher aufwendig im traditionellen Spritzgussverfahren hergestellt worden sind, durch nunmehr individuelle Produktfertigung, selbst bei geringeren Losgrößen kostengünstig hergestellt werden.
  • Beispielhaft wird die Erfindung anhand von Figuren beschrieben, wobei die Erfindung nicht hierauf beschränkt ist.
  • Es zeigen:
  • 1: schematisch eine isometrische Darstellung der Vorrichtung (1),
  • 2: schematisch die Vorrichtung 1 aus 1 in Frontansicht,
  • 3: schematisch die Vorrichtung 1 aus 1 in einer Draufsicht,
  • 4: schematisch eine Draufsicht erzeugbarer Druckbereiche der Vorrichtung 1 aus 1,
  • 5: eine weitere schematische Ansicht der Vorrichtung aus 1,
  • 6: eine schematische Ansicht der Vorrichtung aus der 1 mit einer Schiebevorrichtung in Ruheposition,
  • 7: eine weitere schematische Ansicht der Vorrichtung aus der 1 mit der Schiebevorrichtung in einer ausgefahrenen Position,
  • 8: eine schematische Ansicht eines Öffnungsmechanismus der Vorrichtung aus 1 und
  • 9: eine schematische Ansicht eines Materiallagers der Vorrichtung aus 1.
  • In 1 wird schematisch eine isometrische Darstellung der Vorrichtung (1) dargestellt. 2 zeigt schematisch die Vorrichtung 1 aus 1 in Frontansicht.
  • Die Vorrichtung (1) weist vier parallelkinematische Module mit Linearführungen (1‘) der einzelnen Module (1‘‘) auf, die in einem gleichschenkligen rechtwinkligen Dreieck angeordnet sind, Druckköpfe (2), die an den Modulen (1‘‘) benachbart zu einer Druckoberfläche (4) angeordnet sind.
  • Der Druckvorgang der interagierenden Module (1‘‘) findet auf einer gemeinsamen Druckoberfläche (4) statt. Diese ist modular aufgebaut und besteht aus vier separat beheizbaren Flächen (5). Dadurch wird eine bessere Haftung von dreidimensionalen Objekten oder Bauteilen auf der Druckoberfläche (4) erreicht. Des Weiteren trägt die Beheizung des Druckbetts bzw. der Druckoberfläche (4) zur Optimierung der Druckqualität und Verkürzung der Aufwärmzeit einer Heizkammer bei. Das Druckbett (4) ist in vier Quadranten (4‘), die die beheizbaren Flächen (5) aufweisen, aufgeteilt, wobei jeder Quadrant (4‘) einem Modul (1‘‘) zugeordnet ist. Außerdem sind seitliche Module (7) zum Auswurf großer Bauteile vorgesehen und Materiallager (8) zur Aufnahme von Filament-Rollen.
  • In 3 ist schematisch die Vorrichtung 1 aus 1 in einer Draufsicht und in 4 schematisch eine Draufsicht der erzeugbaren Druckbereiche der Vorrichtung 1 aus 1 dargestellt.
  • Die spezielle Geometrie der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einer effektiven Nutzung des Druckbereichs ergibt sich aus der Anordnung von jeweils drei vertikal ausgerichteten Linearführungen (1‘) pro Druckeinheit. Der Aufbau der drei Schienen in einem rechtwinkligen Dreieck, im Folgenden Delta-Geometrie genannt, ermöglicht das Zusammenwirken der vier Druckköpfe (2) auf einem quadratischen Druckbett (4), mit den jeweils einzelnen Quadranten oder Druckbereichen (4‘) und einem überschneidenden Druckbereich (3). Zudem weist die Druckoberfläche (4) der Vorrichtung (1) die separat beheizbare Flächen (5) auf.
  • Die Druckköpfe (2) wirken derart zusammen, dass ein Arbeitsraum (3) auf der Druckoberfläche (4) bildbar ist, der die beheizbaren Flächen (5) zumindest teilweise überdeckt. Durch das Zusammenarbeiten der vier Druckköpfe (2) lassen sich große Bauteile in dem sich überschneidenden Arbeitsraum bzw. gemeinsamen Druckbereich (3) schneller drucken, wie auch in den 3 und 4 dargestellt.
  • Eine weitere schematische Ansicht der Vorrichtung aus 1 ist in 5 dargestellt. Mit Hilfe einer Heizkammer kann die Qualität der zu druckenden Bauteile optimiert werden. Dabei ist der Arbeitsraum der Vorrichtung in ihrem Inneren isoliert und wird beispielsweise durch Heizlüfter erwärmt. Somit kann die Wärme im Bereich des gesamten Druckbereiches genutzt werden.
  • Außerdem lässt sich der Arbeitsraum beispielsweise mit einem Rollo (R) in ausgerollter Form in zwei separat beheizbare Kammern teilen. Beide Kammern setzen sich in diesem Falle aus jeweils zwei Quadranten (4‘) der Druckoberfläche (4) zusammen. Die unabhängige Beheizung der zwei entstehenden Kammern lässt sich mit Hilfe des heruntergelassenen Rollos realisieren. Damit ist der Druck mittels der Druckköpfe (2) von verschiedenen Bauteilen in den jeweiligen Kammern möglich, welche sich in Größe oder Material unterscheiden können. Die zu druckenden Bauteile können somit unabhängig voneinander auf unterschiedliche Temperaturen erwärmt werden. Bei dem Druck von vier identischen Teilen oder dem Druck eines großen Teils durch alle vier Druckköpfe bleibt das Rollo in aufgerollter Form, um die dann benötigte gleichmäßige Temperatur in dem Druckbereich zu erzeugen.
  • In 6 eine schematische Ansicht der Vorrichtung aus der 1 mit einer Schiebevorrichtung in Ruheposition und in 7 eine weitere schematische Ansicht der Vorrichtung aus der 1 mit der Schiebevorrichtung in einer ausgefahrenen Position dargestellt.
  • Der Auswurf der dreidimensionalen Objekte oder Bauteile aus dem Druckbereich geschieht automatisch mit Hilfe einer translatorischen Bewegung von zwei separaten Schiebevorrichtungen (6). Somit kann die Durchführung sequentieller Drucke ohne direkte Interaktion eines Bedieners ermöglicht werden. Zwei vorgesehene Schiebevorrichtungen leeren jeweils zwei Druckbereiche unabhängig voneinander. Während eines Druckvorgangs befinden sich die Schiebevorrichtungen in der Ruheposition im hinteren Bereich des Druckers. Wenn die Druckaufträge der zwei hintereinanderliegenden Druckbereiche abgeschlossen wurden, verfahren die Druckköpfe vollständig nach oben und die Schiebevorrichtung durchfährt die zwei hintereinander liegenden Druckbereiche (4‘). Somit werden die dreidimensionalen Objekte von dem Druckbett (4) geschoben und können nun bspw. von einem Behälter, welcher vor dem Drucker steht, aufgenommen werden. Die Schiebevorrichtung verfährt danach wieder in ihre Ruheposition und auf den beiden entleerten Druckbereichen können neue Druckaufträge gestartet werden.
  • Die 8 zeigt eine schematische Ansicht eines Öffnungsmechanismus der Vorrichtung aus 1. Wenn große Druckteile ausgeworfen werden sollen, welche über mehrere Druckbereiche (4') mittels mehrerer Module (1‘‘) gedruckt wurden, ist das seitliche Verfahren der vorderen zwei Module (7) notwendig. Ohne das seitliche Verfahren würden die mittleren Linearführungen (1‘) zwischen den beiden Schiebevorrichtungen (6) verhindern, dass große dreidimensionale Objekte ausgeworfen werden können. Die Öffnung wird mit Hilfe eines linearen Führungsmechanismus realisiert.
  • Dabei werden zuerst die Druckköpfe der beiden vorderen Module in die oberste Position verfahren. Die Aktuatoren der vorderen zwei Module werden nun horizontal verfahren. Hierbei bewegen sich die Linearführungen an den Materiallagern vorbei, bis sich in der Endstellung die Module über den Materiallagern befinden. Somit ist die Öffnung frei für den Auswurf großer Druckobjekte. Dazu werden beide Schiebevorrichtungen (6) gleichzeitig betätigt, wodurch der gesamte Druckraum in einem Vorgang entleert wird.
  • 9 zeigt eine schematische Ansicht eines Materiallagers der Vorrichtung aus 1. Das Materiallager bildet die Grundlage für einen kontinuierlichen Druck. Jedes der vier Druck-Module (1‘‘) wird von einem separaten Lager mit Filament versorgt. Die Materiallager (8) befinden sich außerhalb des beheizten Druckraums und in Verlängerung der jeweiligen Module.
  • Grundlegende Bestandteile sind vor allem die vier Führungsschienen (9), welche mit einem Aufsatz (10) jeweils als Halterung einer beispielsweise bis zu 2 kg schweren Filament-Rolle (11) dienen. Somit wird die Grundlage für einen kontinuierlichen Druck eines Druckkopfes mit unterschiedlichen Farben geschaffen. Die Filament-Stränge der vier Rollen laufen in der sich darüber befindenden Palette (12) zusammen. Von dem als Filament-Verbinder fungierenden Palette läuft der Filament-Strang zu dem Extruder (13, 14), der sich ebenfalls im oberen Teil des Materiallagers befindet. Anschließend wird das Filament von dem Extruder aus dem Materiallager in Richtung des Druckkopfes geleitet. Eine weitere Führungsschiene in dem Materiallager dient dem Öffnen der Reinigungsstation (15) mit Hilfe eines Griffes.
  • Die Station lässt sich somit aus Richtung des Materiallagers öffnen und dient der Reinigung des Druckkopfes. Im geschlossenen Zustand ragt sie in den Druckraum hinein und kann vom Druckkopf zur Reinigung erreicht werden. Sie kann bei Bedarf entnommen und der enthaltene Materialsammelbehälter (16) entleert werden.

Claims (6)

  1. Vorrichtung (1) zur additiven Fertigung von Bauteilen, umfassend zumindest – Linearführungen (1‘), – Module (1‘‘), die mit den Linearführungen (1‘) derart in Verbindung stehen, dass die Linearführungen (1‘) der einzelnen Module (1‘‘) in einem gleichschenkligen rechtwinkligen Dreieck angeordnet sind, – Druckköpfe (2), die an den Modulen (1‘‘) benachbart zu einer Druckoberfläche (4) angeordnet sind und – Schiebevorrichtungen (6) zum Auswurf von Bauteilen.
  2. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckoberfläche (4) separat beheizbare Flächen (5) aufweist.
  3. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Druckköpfe (2) derart zusammenwirken, dass ein Arbeitsraum (3) auf der Druckoberfläche (4) bildbar ist, der die beheizbaren Flächen (5) zumindest teilweise überdeckt
  4. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei seitliche Module (7) zum Auswurf großer Bauteile vorgesehen sind.
  5. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einem Materiallager (8) zur Aufnahme von Filament-Rollen (11).
  6. Verfahren zur additiven Fertigung von Bauteilen unter Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102017128913A1 (de) * 2017-12-05 2019-06-06 Dr. Vadym Bilous und René Gehrt GbR (vertretungsberechtigter Gesellschafter: Herr René Gehrt, 04317 Leipzig) Einrichtung und Verfahren zur additiven Fertigung von Gegenständen
CN111053267A (zh) * 2019-12-10 2020-04-24 合肥中农科泓智营养健康有限公司 一种封闭式食品3d打印机
EP3851266A1 (de) * 2020-01-20 2021-07-21 Vito NV System und verfahren zur herstellung dreidimensionaler strukturen

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19710171A1 (de) * 1997-03-12 1998-09-17 Juergen Prof Dr Ing Hesselbach Manipulator mit Parallelstruktur
DE102010024518A1 (de) * 2009-07-09 2011-01-20 Eb-Invent Gmbh Werkzeugmaschine
CN103862679A (zh) * 2014-03-26 2014-06-18 朱兴建 3d打印机
CN204076839U (zh) * 2014-02-12 2015-01-07 汕头大学 一种多喷头3d打印机
US20150314527A1 (en) * 2014-05-02 2015-11-05 Kevin D. Kline 3D Printing Part Removal and Interface For A 3D Printing Vending Machine
US20160096329A1 (en) * 2014-10-01 2016-04-07 Flux Technology LLC 3d tooling machine

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19710171A1 (de) * 1997-03-12 1998-09-17 Juergen Prof Dr Ing Hesselbach Manipulator mit Parallelstruktur
DE102010024518A1 (de) * 2009-07-09 2011-01-20 Eb-Invent Gmbh Werkzeugmaschine
CN204076839U (zh) * 2014-02-12 2015-01-07 汕头大学 一种多喷头3d打印机
CN103862679A (zh) * 2014-03-26 2014-06-18 朱兴建 3d打印机
US20150314527A1 (en) * 2014-05-02 2015-11-05 Kevin D. Kline 3D Printing Part Removal and Interface For A 3D Printing Vending Machine
US20160096329A1 (en) * 2014-10-01 2016-04-07 Flux Technology LLC 3d tooling machine

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102017128913A1 (de) * 2017-12-05 2019-06-06 Dr. Vadym Bilous und René Gehrt GbR (vertretungsberechtigter Gesellschafter: Herr René Gehrt, 04317 Leipzig) Einrichtung und Verfahren zur additiven Fertigung von Gegenständen
CN111053267A (zh) * 2019-12-10 2020-04-24 合肥中农科泓智营养健康有限公司 一种封闭式食品3d打印机
EP3851266A1 (de) * 2020-01-20 2021-07-21 Vito NV System und verfahren zur herstellung dreidimensionaler strukturen
WO2021148463A1 (en) * 2020-01-20 2021-07-29 Vito Nv A system and method for manufacturing three-dimensional structures

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