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Die vorliegende Offenbarung betrifft allgemein das Gebiet des Schmelzschichtens. Sie betrifft insbesondere eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zum Herstellen poröser 3-dimensionaler Werkstücke mittels Schmelzschichten.
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Techniken zum Schmelzschichten, auch bekannt als 3D-Drucken, haben in der industriellen Fertigung erheblich an Bedeutung gewonnen. So werden diese Techniken nicht mehr nur zum Anfertigen von Prototypen und Einzelstücken herangezogen, sondern auch bereits zur Serienfertigung von Bauteilen, insbesondere aus Kunststoff oder Kunstharz.
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Gegenüber spanenden Verfahren hat Schmelzschichten den Vorteil, dass nahezu kein unbenötigtes Material verbraucht wird und somit auch kaum Abfälle bei der Produktion anfallen. Bisher ergeben sich jedoch Schwierigkeiten bei der Herstellung von Schaumstoffen oder anderen porösen Materialien durch Schmelzschichten oder ähnliche additive Herstellungsverfahren.
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Im Zusammenhang mit Schmelzschichten ist die Verwendung chemisch schaumbildender Werkstoffe bekannt. Für eine effiziente Herstellung großformatiger Bauteile ist dabei jedoch ein entsprechend hoher Austrag des schaumbildenden Werkstoffs erforderlich. Dies erschwert eine Kontrolle über die Geometrie der sich ausbildenden Schaumschicht. Dadurch werden insbesondere ein gleichmäßiges Auftragen der nachfolgenden Werkstoffschicht und damit das Erzielen einer homogenen Porosität über mehrere Schichten des Werkstücks erschwert. Zugleich ist eine lokale Porosität einer Werkstoffschicht im Wesentlichen durch die Eigenschaften des verwendeten Werkstoffs bestimmt und somit während des Herstellungsprozesses nur bedingt veränderbar.
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Techniken zum Erzielen einer kontrollierten Porosität in unterschiedlichen Bereichen und über mehrere Schichten eines Bauteils mittels additiver Herstellungsverfahren sind insbesondere aus der Medizintechnik bekannt, etwa zur Herstellung von Knochenimplantaten. Bei diesen wird eine Wandung zwischen einzelnen Kavitäten des porösen Werkstücks gezielt aus mehreren Schichten aufgebaut. Während derartige Techniken ein hohes Maß an Kontrolle über die resultierende Porosität bieten, sind sie sehr aufwendig und daher für die effiziente Fertigung größerer Bauteile nicht geeignet.
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Zur Herstellung poröser Bauteile, wie etwa von Schaumstoffbauteilen, wird daher nach wie vor hauptsächlich auf spanende Verfahren zurückgegriffen, bei denen das Bauteil aus einem Schaumstoffblock herausgetrennt wird.
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Es ist daher eine Technik zur Herstellung poröser Bauteile wünschenswert, die die vorgenannten Nachteile meidet oder zumindest verringert.
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Die vorliegende Offenbarung hat zum Ziel, die vorgenannten Nachteile bei der Herstellung poröser Bauteile zu vermeiden.
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Gemäß einem ersten Aspekt wird eine Vorrichtung zum Herstellen poröser 3-dimensionaler Werkstücke mittels Schmelzschichten vorgestellt. Die Vorrichtung umfasst eine Extrudiereinheit zum gleichzeitigen Austragen, in einem Herstellungsbereich der Vorrichtung, wenigstens eines ersten Werkstoffs und wenigstens eines zweiten Werkstoffs in Verbindung miteinander, wobei der wenigstens eine erste Werkstoff ein verfestigbarer Werkstoff ist und der wenigstens eine zweite Werkstoff zu einer Schaumbildung mit dem ersten Werkstoff geeignet ist, und eine Steuerungsvorrichtung, die dazu ausgebildet ist, das Austragen des zweiten Werkstoffs in Bezug auf das Austragen des ersten Werkstoffs mittels der Extrudiereinheit in Abhängigkeit von wenigstens einem Fertigungsparameter derart zu steuern, dass dabei eine Schaumbildung mit dem ersten Werkstoff erfolgt derart, dass nach einem Verfestigen des ausgetragenen ersten Werkstoffs das hergestellte Werkstück eine vorbestimmte örtliche Porosität aufweist.
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Die Steuerungsvorrichtung kann eine programmierbare Steuerungsvorrichtung sein. Beispielsweise kann die Steuerungsvorrichtung eine programmierbare Prozessoreinheit umfassen.
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Die Extrudiereinheit kann derart ausgebildet sein, dass das Austragen des zweiten Werkstoffs wenigstens teilweise unabhängig von dem Austragen des ersten Werkstoffs steuerbar ist.
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Die Vorrichtung kann ferner Bewegungsmittel zum Ändern einer Position der Extrudiereinheit in Bezug auf den Fertigungsbereich umfassen. Dabei kann der wenigstens eine Fertigungsparameter eine Position der Extrudiereinheit relativ zu dem Fertigungsbereich umfassen. Beispielsweise können die Bewegungsmittel eine erste Bewegungseinrichtung zum Bewegen der Extrudiereinheit umfassen. Zusätzlich oder alternativ dazu können die Bewegungsmittel eine zweite Bewegungseinrichtung zum Bewegen einer Bauplattform in dem Fertigungsbereich der Vorrichtung umfassen.
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Der wenigstens eine Fertigungsparameter kann eine Position der Extrudiereinheit relativ zu dem Werkstück umfassen. Zusätzlich oder alternativ dazu kann der wenigstens eine Fertigungsparameter eine Temperatur, beispielsweise eine Umgebungstemperatur und/oder eine Temperatur wenigstens eines der Werkstoffe, umfassen. Dabei kann die Schaumbildung temperaturabhängig sein. Zusätzlich oder alternativ dazu kann der wenigstens eine Fertigungsparameter eine Viskosität wenigstens eines der Werkstoffe umfassen. Dabei kann die Schaumbildung von der Viskosität der Werkstoffe abhängig sein. Beispielsweise kann die Schaumbildung bezüglich einer Geometrie von gebildeten Schaumkavitäten, beispielsweise als offenporig oder geschlossenporig, von der Viskosität abhängig sein. Zusätzlich oder alternativ dazu kann der wenigstens eine Fertigungsparameter einen Durchmesser eines ausgetragenen Werkstückstrangs, eine Austragungsgeschwindigkeit wenigstens eines der Werkstoffe, einen Massenstrom bei dem Austragen wenigstens eines der Werkstoffe, eine beabsichtigte Werkstückcharakteristik und/oder eine Anzahl von Düsen der Extrudiereinheit zum Austragen wenigstens eines der Werkstoffe umfassen.
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Das Steuern des Austragens des zweiten Werkstoffs in Bezug auf das Austragen des ersten Werkstoffs kann ein Steuern einer Austragungsrate, einer Austragungsmenge, eines Austragungszeitraums, einer Austragungspulsdauer, einer Austragungspulsfrequenz, eines Austragungsdrucks, einer Austragungsgeschwindigkeit, einer Temperatur und/oder einer Viskosität des ersten und/oder des zweiten Werkstoffs umfassen. Zusätzlich oder alternativ dazu kann das Steuern ein Steuern einer Anzahl von Düsen der Extrudiereinheit zum Austragen des ersten und/oder des zweiten Werkstoffs umfassen. Die örtliche Porosität des hergestellten Werkstücks kann so vorbestimmt sein, dass sie in wenigstens einem Teilbereich des Werkstücks, der sich über wenigstens zwei Schichten des Werkstücks erstreckt, räumlich homogen ist. Zusätzlich oder alternativ dazu kann die örtliche Porosität des hergestellten Werkstücks so vorbestimmt sein, dass sie innerhalb wenigstens einer Schicht des Werkstücks flächig inhomogen ist. Beispielsweise kann die Schicht in unterschiedlichen Bereichen einer Erstreckungsebene der Schicht unterschiedliche Porosität aufweisen.
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Das Steuern des Austragens des zweiten Werkstoffs kann ein Steuern einer Austragungsrate des zweiten Werkstoffs in Bezug auf eine Austragungsrate des ersten Werkstoffs umfassen.
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Die Extrudiereinheit kann dazu ausgebildet sein, den zweiten Werkstoff gepulst auszutragen. Dabei kann das Steuern des Austragens des zweiten Werkstoffs ein Steuern einer Pulsdauer und/oder einer Pulsfrequenz umfassen. Dabei kann das Austragen des ersten Werkstoffs zumindest im Wesentlichen kontinuierlich erfolgen.
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Der zweite Werkstoff kann ein Flüssigwerkstoff oder ein gasförmiger Werkstoff sein. Zudem kann die Schaumbildung wenigstens teilweise mittels einer chemischen Reaktion zwischen dem ersten Werkstoff und dem zweiten Werkstoff erfolgen. Zusätzlich oder alternativ dazu kann der zweite Werkstoff gasförmig sein und die Schaumbildung wenigstens teilweise durch Einblasen von Einschlüssen des zweiten Werkstoffs in den ersten Werkstoff mittels der Extrudiereinheit erfolgen.
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Die Extrudiereinheit kann ferner eine Düseneinheit aufweisen. Die Düseneinheit kann dazu ausgebildet sein, bei dem Austragen des ersten und des zweiten Werkstoffs den ersten und den zweiten Werkstoff miteinander in Verbindung zu bringen. Beispielsweise kann die Düseneinheit eine Mehrzahl von Düsen umfassen. Dabei kann jede der Düsen zum Austragen eines der Werkstoffe vorgesehen sein. Die Düsen können dabei derart in der Düseneinheit angeordnet sein, dass die Werkstoffe bei dem Austragen mittels der Düsen miteinander in Berührung geraten. Zusätzlich oder alternativ dazu kann wenigstens ein Teil des ersten Werkstoffs und wenigstens ein Teil des zweiten Werkstoffs vor Passieren wenigstens einer Düse der Düseneinheit miteinander in Verbindung gebracht werden.
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Die Extrudiereinheit kann ferner eine erste Zuführungseinrichtung zum Zuführen des ersten Werkstoffs und eine zweite Zuführungseinrichtung zum Zuführen des zweiten Werkstoffs aufweisen. Dabei kann die Steuerungseinheit dazu ausgebildet sein, das Austragen des zweiten Werkstoffs in Bezug auf das Austragen des ersten Werkstoffs wenigstens teilweise durch Steuern der ersten und der zweiten Zuführungseinrichtung zu steuern.
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Die Vorrichtung kann ferner ein erstes Reservoir zur Aufnahme des ersten Werkstoffs und/oder ein zweites Reservoir zur Aufnahme des zweiten Werkstoffs umfassen. Dabei kann der zweite Werkstoff Luft sein und das zweite Reservoir ein Druckluftreservoir umfassen. Ferner kann wenigstens eine der Zuführungseinrichtungen ein Ventil umfassen. Das Ventil kann mittels der Steuerungsvorrichtung steuerbar sein.
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Gemäß einem zweiten Aspekt wird ein Verfahren zur Durchführung mittels einer Vorrichtung zum Herstellen poröser 3-dimensionaler Werkstücke mittels Schmelzschichten vorgestellt. Das Verfahren umfasst Bereitstellen wenigstens eines ersten Werkstoffs, der ein verfestigbarer Werkstoff ist, und wenigstens eines zweiten Werkstoffs, der zu einer Schaumbildung mit dem wenigstens einen ersten Werkstoff geeignet ist, Austragen, mittels einer Extrudiereinheit der Vorrichtung, des ersten Werkstoffs in einem Herstellungsbereich der Vorrichtung, und Austragen, mittels der Extrudervorrichtung und gleichzeitig mit dem Austragen des ersten Werkstoffs, des zweiten Werkstoffs in Verbindung mit dem ersten Werkstoff, wobei das Austragen des zweiten Werkstoffs in Bezug auf das Austragen des ersten Werkstoffs in Abhängigkeit von wenigstens einem Fertigungsparameter erfolgt derart, dass dabei eine Schaumbildung mit dem ersten Werkstoff erfolgt derart, dass nach einem Verfestigen des ausgetragenen ersten Werkstoffs das hergestellte Werkstück eine vorbestimmte örtliche Porosität aufweist.
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Das Verfahren kann mittels einer Vorrichtung zum Herstellen poröser 3-dimensionaler Werkstücke mittels Schmelzschichten der hier vorgestellten Art durchführbar sein.
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Weitere Einzelheiten, Ziele und Vorteile der Offenbarung werden aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung sowie aus den Figuren deutlich. Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Herstellen poröser 3-dimensionaler Werkstücke mittels Schmelzschichten gemäß einem Ausführungsbeispiel;
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2 ein Flussdiagramm für ein Verfahren zum Herstellen poröser 3-dimensionaler Werkstücke mittels Schmelzschichten gemäß einem Ausführungsbeispiel;
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3a eine schematische Darstellung eines Werkstückstrangs mit Abschnitten unterschiedlicher Porosität;
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3b eine schematische Darstellung eines 3-dimensionalen Werkstücks mit Bereichen unterschiedlicher Porosität, und
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4 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Herstellen poröser 3-dimensionaler Werkstücke mittels Schmelzschichten gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel.
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1 zeigt eine schematische Darstellung einer Vorrichtung 100 zum Herstellen poröser 3-dimensionaler Werkstücke mittels Schmelzschichten. Die Vorrichtung 100 umfasst eine Extrudiereinheit 110 und eine Steuerungsvorrichtung 120. Die Extrudiereinheit 110 ist dazu ausgebildet, einen ersten Werkstoff W1 und einen zweiten Werkstoff W2 in einem Herstellungsbereich 130 der Vorrichtung 100 in Verbindung miteinander auszutragen. Bei dem Austragen des ersten und des zweiten Werkstoffs W1, W2 in Verbindung miteinander durch die Extrudiereinheit 110 bilden diese einen Werkstückstrang WS in dem Herstellungsbereich 130 der Vorrichtung 100.
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Der erste Werkstoff W1 ist ein verfestigbarer Werkstoff, der zur Verwendung als Werkstoff zum Schmelzschichten geeignet ist. Beispielsweise umfasst der erste Werkstoff W1 thermoplastisches Material, das zum Zweck des Austragens mittels der Extrudiereinheit 110 über eine Erstarrungstemperatur erwärmt wird und nach dem Austragen wieder unter die Erstarrungstemperatur abkühlt und sich so verfestigt. Der zweite Werkstoff W2 ist zur Schaumbildung mit dem ersten Werkstoff W1 geeignet. In einem Beispiel ist der Werkstoff W2 ein Flüssigwerkstoff, der in Verbindung mit dem ersten Werkstoff W1 eine chemische Reaktion unter Schaumbildung eingeht. In einem anderen Beispiel ist der zweite Werkstoff W2 ein gasförmiger Werkstoff, der mittels der Extrudiereinheit 110 in den auszutragenden ersten Werkstoff W1 eingeblasen wird und so Kavitäten in dem ersten Werkstoff W1 bildet. Während der Verfestigung des ersten Werkstoffs W1 verfestigen sich auch die Einschlüsse des zweiten Werkstoffs W2 innerhalb des ersten Werkstoffs W1, so dass sich ein poröser Werkstückstrang WS bildet. In einem anderen Beispiel ist der zweite Werkstoff W2 zur Schaumbildung auch unabhängig von dem ersten Werkstoff W1 geeignet. Ähnlich dem vorgenannten Beispiel ergeben sich bei einer Verwendung mit der Vorrichtung 100 Schaumeinschlüsse des zweiten Werkstoffs W2 als Kavitäten in dem ersten Werkstoffs W1.
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Die beschriebenen Techniken werden dadurch begünstigt, dass der erste Werkstoff W1 bei dem Austragen in geschmolzener Form, d. h. flüssig oder pastös, vorliegt. Dies gestattet ein Vermischen der Werkstoffe W1, W2 bei dem Austragen sowie ein Einblasen des zweiten Werkstoffs W2 in den ersten Werkstoff W1. Zudem begünstigt es eine Reaktion zwischen den Werkstoffen W1, W2 im Fall einer chemischen Schaumbildung.
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Das Austragen des zweiten Werkstoffs W2 mittels der Extrudiereinheit 110 ist derart steuerbar, dass ein Umfang der Schaumbildung durch die Werkstoffe W1 und W2 kontrolliert werden kann. Beispielsweise ist die Schaumbildung in dem Werkstückstrang WS derart kontrollierbar, dass in dem erzeugten Werkstück eine vorbestimmte örtliche Porosität erzielt wird. Das Austragen des zweiten Werkstoffs W2 in Bezug auf das Austragen des ersten Werkstoffs W1 erfolgt dabei in Abhängigkeit von wenigstens einem Fertigungsparameter. Beispielsweise ist die Extrudiereinheit 110 durch die Steuerungsvorrichtung 120 derart steuerbar, dass eine Austragrate des zweiten Werkstoffs W2 in Bezug auf eine Austragrate des ersten Werkstoffs W1 in Abhängigkeit von einer relativen Position der Extrudiereinheit 110 relativ zu dem herzustellenden Werkstück WS variiert wird. Auf diese Weise lässt sich ein Umfang der Schaumbildung in dem Werkstückstrang WS kontrollieren und eine vorbestimmte örtliche Porosität in dem Werkstückstrang WS erzielen.
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Das Austragen des zweiten Werkstoffs W2 ist zumindest teilweise unabhängig von dem Austragen des ersten Werkstoffs W1 steuerbar. In einigen Beispielen der Vorrichtung 100 sind die Extrudiereinheit 110 und die Steuerungsvorrichtung 120 beispielsweise so ausgebildet, dass das Austragen des zweiten Werkstoffs W2 vollständig unabhängig von dem Austragen des ersten Werkstoffs W1 steuerbar ist.
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In weiteren Beispielen der Vorrichtung 100 ist die Extrudiereinheit 110 dazu ausgebildet, den zweiten Werkstoff W2 gepulst auszutragen. Beispielsweise wird der zweite Werkstoff W2 in Pulsen ausgetragen, während der erste Werkstoff W1 kontinuierlich ausgetragen wird. Auf diese Weise können in regelmäßigem Abstand innerhalb des Werkstückstrangs WS Bereiche höherer Porosität erzeugt werden, die mit Bereichen niedrigerer Porosität alternieren. Bei Verwendung eines gasförmigen zweiten Werkstoffs W2, wobei durch Einblasen des zweiten Werkstoffs W2 in den ersten Werkstoff W1 Gaseinschlüsse erzeugt werden, kann durch die Verwendung eines gepulsten Austragens des zweiten Werkstoffs zudem unmittelbar eine Kette von Kavitäten innerhalb des Werkstückstrangs WS erzielt werden, deren Eigenschaften unmittelbar den Pulscharakteristiken entsprechen. Eine Porosität kann dabei direkt über ein Variieren einer oder mehrerer Pulsparameter, wie etwa einer Pulsdauer, einer Pulsfrequenz oder einer Austragmenge pro Puls, kontrolliert werden.
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2 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens 200 zum Herstellen poröser 3-dimensionaler Werkstücke mittels Schmelzschichten. Das Verfahren 200 kann beispielsweise mittels der Vorrichtung 100 gemäß 1 durchgeführt werden.
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Das Verfahren 200 umfasst ein Bereitstellen wenigstens eines ersten, verfestigbaren Werkstoffs. Bei dem ersten Werkstoff handelt es sich beispielsweise um einen Werkstoff mit Charakteristiken, wie im Zusammenhang mit 1 beschrieben. Zudem umfasst das Verfahren 200 das Bereitstellen wenigstens eines zweiten Werkstoffs, der zu einer Schaumbildung mit dem wenigstens einen ersten Werkstoff geeignet ist, Schritt 210. Auch auf den zweiten Werkstoff trifft das im Zusammenhang mit 1 Gesagte entsprechend zu. Beispielsweise handelt es sich bei dem zweiten Werkstoff um einen gasförmigen Werkstoff, der durch Einblasen in den ersten Werkstoff W1 zur Schaumbildung in dem ersten Werkstoff W1 geeignet ist. Alternativ dazu handelt es sich in anderen Beispielen bei dem zweiten Werkstoff um einen Flüssigwerkstoff, der in Verbindung mit dem ersten Werkstoff durch chemische Reaktion Schaumbildung bewirkt.
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Das Verfahren 200 umfasst ferner ein Austragen des ersten Werkstoffs in einem Herstellungsbereich, Schritt 220. Außerdem umfasst das Verfahren 201 ein Austragen des zweiten Werkstoffs in Verbindung mit dem ersten Werkstoff. Dabei erfolgt das Austragen des zweiten Werkstoffs in Bezug auf das Austragen des ersten Werkstoffs in Abhängigkeit von wenigstens einem Fertigungsparameter. Dies erfolgt derart, dass dabei eine Schaumbildung mit dem ersten Werkstoff erfolgt, sodass nach einem Verfestigen des ausgetragenen ersten Werkstoffs das hergestellte Werkstück eine vorbestimmte örtliche Porosität aufweist, Schritt 230.
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3a zeigt ein Beispiel eines Werkstückstrangs 300. Auf den Werkstückstrang 300 trifft das im Zusammenhang mit dem Werkstückstrang WS aus 1 Gesagte entsprechend zu. Insbesondere ist der Werkstückstrang 300 mittels einer Vorrichtung 100 gemäß 1 sowie mittels des Verfahrens 200 aus 2 herstellbar.
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Der Werkstückstrang 300 umfasst einen ersten Abschnitt 310, einen zweiten Abschnitt 320 und einen dritten Abschnitt 330, die jeweils unterschiedliche Porosität aufweisen. Beispielsweise weist der erste Abschnitt 310 eine höhere Porosität als der zweite Abschnitt 320 auf, der wiederum eine höhere Porosität als der dritte Abschnitt 330 aufweist. Gleichzeitig ist innerhalb jedes der Abschnitte die jeweilige Porosität weitgehend homogen. Die unterschiedliche Porosität jedes der Abschnitte 310, 320, 330 des Werkstückstrangs 300 ist durch Steuern des Austragens eines zweiten Werkstoffs in Bezug auf das Austragen eines ersten Werkstoffs in Abhängigkeit von einem Fertigungsparameter erzielbar. In dem gezeigten Beispiel von 3a handelt es sich bei dem Fertigungsparameter beispielsweise um eine Position der Extrudiereinheit relativ zu dem Werkstückstrang 300 bei dessen Herstellung.
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3b zeigt ein Beispiel für ein Werkstück 340, wie es beispielsweise mittels der Vorrichtung 100 gemäß 1 oder des Verfahrens 200 gemäß 2 herstellbar ist. Das Werkstück 340 umfasst eine Mehrzahl von Schichten 350, die aufeinander aufgetragen sind, um schichtweise das Werkstück 340 zu bilden. Jede der Schichten 350 umfasst dabei ferner wenigstens einen Werkstückstrang 300, wie beispielsweise im Zusammenhang mit 3a beschrieben. Insbesondere kann jeder der Werkstoffstränge 300 so erzeugt sein, dass er Abschnitte 310, 330 mit unterschiedlicher Porosität aufweist.
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Wie in 3b gezeigt, kann durch geeignetes Steuern des Austragens des zweiten Werkstoffs in Bezug auf den ersten Werkstoff eine Porosität jeder der Schichten 350 so kontrolliert werden, dass in jeder der Flächen 350 zusammenhängende Bereiche jeweils homogener Porosität vorliegen, die sich untereinander wiederum in ihrer Porosität unterscheiden. Zudem lässt sich mittels der vorliegend beschriebenen Techniken eine Porosität jeder der Schichten 350 so kontrollieren, dass sich innerhalb des Werkstücks 340 Bereiche 342, 344, 346 räumlich homogener Porosität ausbilden, die sich untereinander in ihrer Porosität unterscheiden. Auf diese Weise ermöglichen die vorliegend beschriebenen Techniken eine räumlich homogene Porosität durch geeignetes Steuern des Austragens des ersten Werkstoffs und des zweiten Werkstoffs in Bezug aufeinander über mehrere Schichten des Werkstücks 340. Zugleich erlauben die vorliegend beschriebenen Techniken, eine Porosität in unterschiedlichen räumlichen Bereichen des Werkstücks 340 gezielt zu variieren.
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Mittels der beschriebenen Techniken lassen sich innerhalb des Werkstücks 340 beispielsweise Sollbruchstellen durch Bereiche höherer Porosität ausbilden. Zugleich ermöglichen die beschriebenen Techniken, innerhalb des Werkstücks 340 interne Verstärkungen durch Bereiche niedrigerer Porosität, etwa entlang von Lastpfaden innerhalb des Werkstücks 340, auszubilden. Auf ähnliche Weise lässt sich auch eine Steifigkeit des Werkstücks 340 gezielt erhöhen bei nur geringem zusätzlichen Gewicht. Auch lässt sich eine rissstoppende Wirkung von Schaumkavitäten, beispielsweise von bestimmter Form, Anzahl oder Dichte, innerhalb des Werkstücks 340 besser kontrollieren und so vorteilhaft nutzen.
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4 zeigt eine schematische Darstellung einer Vorrichtung 400 zum Herstellen poröser 3-dimensionaler Werkstücke mittels Schmelzschichten gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel. Wie die Vorrichtung 100 gemäß 1 weist auch die Vorrichtung 400 gemäß 4 eine Extrudiereinheit 410 und eine Steuerungsvorrichtung 420 auf, wobei die Extrudiereinheit 410 mittels der Steuerungsvorrichtung 420 zum Austragen eines ersten Werkstoffs W1 und eines zweiten Werkstoffs W2 in einem Herstellungsbereich 430 der Vorrichtung 400 ausgebildet ist. Bezüglich dieser Merkmale gilt für die Vorrichtung 400 aus 4 das im Zusammenhang mit der Vorrichtung 100 aus 1 Gesagte entsprechend.
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Die Vorrichtung 400 aus 4 umfasst ferner eine erste Zuführungseinrichtung 412, eine zweite Zuführungseinrichtung 414, eine Düseneinheit 416, Bewegungsmittel 440, ein erstes Reservoir 450 zur Aufnahme des ersten Werkstoffs W1 und ein zweites Reservoir 452 zur Aufnahme des zweiten Werkstoffs W2.
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Die Steuerungsvorrichtung 420 ist dazu ausgebildet, die Bewegungsmittel 440 derart zu steuern, dass eine Position der Extrudiereinheit 410 relativ zu dem Herstellungsbereich 430 veränderbar ist. Wie in 4 dargestellt, können dazu die Bewegungsmittel 440 mit der Extrudiereinheit 410 verbunden sein, um die Extrudiereinheit 410 zu bewegen. In anderen Beispielen sind die Bewegungsmittel 440 an eine Bauplattform des Herstellungsbereich 430 der Vorrichtung 400 gekoppelt, um eine Bewegung der Bauplattform relativ zu der Extrudiereinheit 410 zu ermöglichen. Die Bewegungsmittel 440 sind beispielsweise dazu geeignet, eine relative Position der Extrudiereinheit 410 in Bezug auf den Herstellungsbereich 430 der Vorrichtung 400 derart zu verändern, dass sich die Querschnittsfläche eines herzustellenden Werkstücks vollständig mit der Extrudiereinheit 410 überfahren lässt. Dabei ist die Vorrichtung 400 beispielsweise dazu ausgebildet, das Austragen des zweiten Werkstoffs W2 in Bezug auf das Austragen des ersten Werkstoffs W1 in Abhängigkeit von einer relativen Position der Extrudiereinheit 410 in Bezug auf das herzustellende Werkstück zu steuern.
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Die Zührungseinrichtungen 412, 414 dienen jeweils zum Zuführen des ersten Werkstoffs W1 bzw. des zweiten Werkstoffs W2, um diese in den Herstellungsbereich 430 der Vorrichtung 400 auszutragen. Beispielsweise sind die Zuführungseinrichtungen 412, 414 mittels der Steuerungsvorrichtung 420 derart steuerbar, dass das Austragen des zweiten Werkstoffs in Bezug auf das Austragen des ersten Werkstoffs W1 wie vorangehend beschrieben steuerbar ist. Beispielsweise sind die Zuführungseinrichtungen 412, 414 dazu ausgebildet, um mittels der Steuerungsvorrichtung 420 derart gesteuert zu werden, dass eine Zuführungsrate des jeweiligen Werkstoffs veränderlich ist und so die Austragrate des zweiten Werkstoffs W2 in Bezug auf die Austragrate des ersten Werkstoffs W1 wie vorangehend beschrieben steuerbar ist.
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In dem gezeigten Beispiel umfasst die erste Zuführungseinrichtung 412 mehrere Transportwalzen. Diese sind beispielsweise dafür geeignet, einen in Drahtform vorliegenden ersten Werkstoff W1 zum Austragen mittels der Extrudiereinheit 410 zuzuführen. Zudem umfasst in dem gezeigten Beispiel die zweite Zuführungseinrichtung 414 einen Leitungsabschnitt, der mittels eines Ventils verschließbar ist. Auf diese Weise lässt sich eine Zuführungsrate und/oder Zuführungsmenge eines gasförmigen oder flüssigen zweiten Werkstoffs W2 durch Steuern des Ventils kontrollieren. In anderen Beispielen sind andere Techniken zur Werkstoffzuführung vorgesehen.
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Die Düseneinheit 416 dient dem Austragen des ersten Werkstoffs W1 und des zweiten Werkstoffs W2 in Verbindung miteinander. Dabei ist in manchen Beispielen die Düseneinheit 416 dazu ausgebildet, die ausgetragenen Werkstoffe W1, W2 miteinander in Verbindung zu bringen. Beispielsweise werden in manchen Beispielen der erste Werkstoff W1 und der zweite Werkstoff W2 beim Austragen innerhalb der Düseneinheit 416 miteinander vermischt.
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Abweichend von dem gezeigten Beispiel weist die Düseneinheit 416 in anderen Beispielen eine Mehrzahl von Düsen auf. Diese sind dabei in einigen Beispielen jeweils zur Austragung eines der Werkstoffe W1, W2 vorgesehen. Zudem ist eine Anordnung der Düsen im Querschnitt des ausgetragenen Werkstückstrangs so gewählt, dass ein Verbinden der ausgetragenen Werkstoffe miteinander begünstigt ist. Eine Düse zum Austragen eines gasförmigen zweiten Werkstoffs W2 ist in der Düseneinheit 416 beispielsweise so angeordnet, dass sie von mehreren Düsen zum Austragen des ersten Werkstoffs W1 umgeben ist. Auf diese Weise wird ein Einblasen des zweiten Werkstoffs W2 in den ausgetragenen ersten Werkstoff W1 begünstigt. In anderen Beispielen sind andere Anordnungen mehrerer Düsen innerhalb der Düseneinheit 416 vorgesehen. Das Steuern des Austragens wenigstens eines der Werkstoffe W1, W2 umfasst dabei in einigen Beispielen ein Steuern einer Anzahl der Düsen, durch die der jeweilige Werkstoff W1, W2 ausgetragen wird.
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Das erste und das zweite Reservoir 450, 452 sind zur Aufnahme jeweils eines Werkstoffs W1, W2 vorgesehen. Dabei sind die Zuführungseinrichtungen 412, 414 beispielsweise dazu vorgesehen, den ersten und zweiten Werkstoff W1, W2 aus dem jeweiligen Reservoir 450, 452 der Düseneinheit 416 kontrolliert durch die Steuerungsvorrichtung 420 zuzuführen. Die Reservoirs 450, 452 vereinfachen dabei eine Bereitstellung des ersten und des zweiten Werkstoffs W1, W2 im Zusammenhang mit der beschriebenen Verwendung der Vorrichtung 400.
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In dem gezeigten Beispiel umfasst das erste Reservoir 450 eine Spule zur Aufnahme eines drahtförmigen ersten Werkstoffs W1. Zudem umfasst in dem gezeigten Beispiel das zweite Reservoir 452 ein Druckluftreservoir, welches zur Aufnahme von Druckluft als zweitem Werkstoff W2 vorgesehen ist. Dabei ist die Vorrichtung 400 beispielsweise dazu ausgebildet, Schaumbildung durch Einblasen von Druckluft als zweitem Werkstoff W2 aus dem Druckluftreservoir 452 in den ersten Werkstoff W1 bei Austragen durch die Düseneinheit 416 zu bewirken. In anderen Beispielen der Vorrichtung 400 sind dagegen andere Reservoirs 450, 452 vorgesehen, die zur Aufnahme und Abgabe der jeweils verwendeten Werkstoffe W1, W2 geeignet sind.
