DE102016213439A1

DE102016213439A1 - Extruder für 3D-Drucker mit variablem Materialdurchsatz

Info

Publication number: DE102016213439A1
Application number: DE102016213439.6A
Authority: DE
Inventors: Antonius Gress; Markus Feigl; Hendrik Jahnle; Jan Tremel
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2016-07-22
Filing date: 2016-07-22
Publication date: 2018-01-25
Also published as: US10894359B2; WO2018015092A1; US20190263061A1

Abstract

Extruder (1) für einen 3D-Drucker, umfassend mindestens eine äußere Düse (2) sowie eine Förderschnecke (3) zur Zuführung von flüssigem und/oder plastifiziertem Ausgangsmaterial (4) in den Innenraum (21) der äußeren Düse (2), wobei im Innenraum (21) der äußeren Düse (2) eine innere Düse (5) angeordnet ist, wobei der Innenraum (51) der inneren Düse (5) über mindestens einen für das Ausgangsmaterial (4) durchgängigen Kanal (52, 52a, 52b) mit dem Innenraum (21) der äußeren Düse (2) verbunden ist und wobei die innere Düse (5) entlang der Längsachse (2a) der äußeren Düse (2) linear bewegbar gelagert ist. Ein 3D-Drucker (100) mit dem Extruder (1) sowie Mitteln (8) zur Erzeugung einer Relativbewegung zwischen dem Extruder (1) und einer Aufbaufläche (101), auf der das herzustellende Objekt (102) entsteht.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Extruder mit variablem Materialdurchsatz für 3D-Drucker zur additiven Fertigung von Objekten.
Stand der Technik
Bei der additiven Fertigung von Objekten mittels 3D-Druck wird das Ausgangsmaterial schichtweise aufgetragen und so zu dem herzustellenden Objekt zusammengesetzt. Zu diesem Zweck kann beispielsweise per Software die dreidimensionale Form des Objekts in eine Vielzahl von übereinander gestapelten Schnitten zerlegt werden. Diese Schnitte geben an, an welchen Stellen eine jede vom 3D-Drucker angefertigte Schicht jeweils mit dem Ausgangsmaterial zu belegen ist. Das Ausgangsmaterial wird üblicherweise in geschmolzener oder plastifizierter Form durch eine Düse aufgetragen.
Beim Drucken massiver Objekte sind in vielen Schichten jeweils große Flächen mit Ausgangsmaterial auszufüllen. Je größer der Durchmesser der Düse für das Ausgangsmaterial gewählt wird, desto schneller lassen sich die Flächen ausfüllen. Auf der anderen Seite sind filigrane Außenkonturen des Objekts um so präziser herstellbar, je kleiner der Durchmesser der Düse ist. Bei 3D-Druckern mit nur einem festen Düsendurchmesser besteht insoweit ein Zielkonflikt.
Daher wird in der WO 2016/052 228 A1 vorgeschlagen, während des Drucks zwischen verschiedenen Düsen umzuschalten. In der WO 2016/004 642 A1 sowie in der WO 2016/072 549 A1 werden jeweils verschiedene Wege vorgeschlagen, wie der wirksame Durchmesser ein und derselben Düse während des Drucks geändert werden kann.
Offenbarung der Erfindung
Im Rahmen der Erfindung wurde ein Extruder für einen 3D-Drucker entwickelt. Dieser Extruder umfasst mindestens eine äußere Düse sowie eine Förderschnecke zur Zuführung von flüssigem und/oder plastifiziertem Ausgangsmaterial in den Innenraum der äußeren Düse.
Erfindungsgemäß ist im Innenraum der äußeren Düse eine innere Düse angeordnet. Dabei ist der Innenraum der inneren Düse über mindestens einen für das Ausgangsmaterial durchgängigen Kanal mit dem Innenraum der äußeren Düse verbunden. Die innere Düse ist entlang der Längsachse der äußeren Düse linear bewegbar gelagert ist.
Es wurde erkannt, dass auf diese Weise der wirksame Querschnitt für den Ausstoß an Ausgangsmaterial konstruktiv besonders einfach verändert werden kann und dass zugleich eine besonders große Spanne zwischen dem maximalen und dem minimalen wirksamen Querschnitt realisierbar ist. Wird die innere Düse in die Nähe der Austrittsöffnung der äußeren Düse bewegt, blockiert sie diese Austrittsöffnung ganz oder teilweise. Das Ausgangsmaterial kann dann aber noch durch den Kanal in den Innenraum der inneren Düse eintreten und aus der Austrittsöffnung der inneren Düse in Richtung des herzustellenden Objekts austreten. Der kleinere Durchmesser der Austrittsöffnung der inneren Düse ist dann maßgeblich sowohl für die Präzision als auch für die Geschwindigkeit des Materialauftrags. Wird die innere Düse hingegen von der Austrittsöffnung der äußeren Düse wegbewegt, ist der größere Durchmesser dieser Austrittsöffnung maßgeblich. Über die lineare Bewegung der inneren Düse können nicht nur diese beiden Extreme eingestellt werden, sondern auch Zwischenwerte.
Dabei bewirkt die Zuführung des Ausgangsmaterials über die Förderschnecke, dass im Innenraum der äußeren Düse stets ein kontrollierbarer Druck aufgebaut wird und der Materialauftrag somit gleichmäßig erfolgt, und zwar weitgehend unabhängig von den Materialeigenschaften des Ausgangsmaterials. Ein gleichmäßiger Druck ist insbesondere wichtig, wenn das Ausgangsmaterial zunächst durch den Kanal in den Innenraum der inneren Düse und anschließend durch die Austrittsöffnung der inneren Düse zu fördern ist. In vielen herkömmlichen 3D-Druckern wird hingegen das Ausgangsmaterial in Form eines festen Filaments zugeführt und vor der Austrittsöffnung der Düse aufgeschmolzen. Der Druck der Schmelze vor der Austrittsöffnung wird dann durch die Vorschubkraft erzeugt, mit der das Filament in Richtung der Schmelze nachgeschoben wird. Diese Vorschubkraft wird durch einen Fördermechanismus ausgeübt, der weit von der Austrittsöffnung entfernt ist, und sie wird zusätzlich vermittelt durch die elastischen Eigenschaften des Ausgangsmaterials im festen Zustand. Die Förderschnecke hingegen kann den Druck zum Einen an einem wesentlich näher an der Austrittsöffnung gelegenen Ort auf das Ausgangsmaterial ausüben, und zum Anderen wirkt der Druck unmittelbar auf das aufgeschmolzene und/oder plastifizierte Ausgangsmaterial, ohne Vermittlung durch ein langes Stück eines festen Filaments.
Die Möglichkeit, von einer kleinen Austrittsöffnung der inneren Düse auf die deutlich größere Austrittsöffnung der äußeren Düse umzuschalten, erweitert die Klasse der verwendbaren Ausgangsmaterialien. Beispielsweise können Polymere verwendet werden, die mit Glas- oder Kohlenstofffasern, oder auch etwa mit Glaskugeln, verstärkt sind. Die Fasern bzw. Glaskugeln könnten die kleine Austrittsöffnung der inneren Düse verstopfen. Die Druckausübung über die Förderschnecke ist bei derartigen Ausgangsmaterialien insoweit vorteilhaft, als nicht mehr das Risiko besteht, dass durch die Fasern bzw. Glaskugeln das Filament in seiner Führung verklemmt wird.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist durch die lineare Bewegung der inneren Düse entlang der Längsachse der äußeren Düse der Außenumfang der inneren Düse in dichtenden Eingriff mit dem Innenumfang der äußeren Düse verbringbar. In diesem Zustand führt der einzige Weg, auf dem das Ausgangsmaterial noch in Richtung des herzustellenden Objekts austreten kann, aus dem Innenraum der äußeren Düse durch den Kanal in den Innenraum der inneren Düse und schließlich durch deren Austrittsöffnung.
Dieser dichtende Eingriff ist in einer weiteren besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung zunächst linienförmig und weitet sich bei einem weiteren Vorschub der inneren Düse in Richtung auf die Austrittsöffnung der äußeren Düse zu einer flächigen Dichtung aus. Auf diese Weise kann ein zusätzlicher Austritt von Ausgangsmaterial aus der Austrittsöffnung der äußeren Düse durch die lineare Bewegung der inneren Düse, durch die ja gerade auf eine geringere Durchflussmenge an Ausgangsmaterial umgeschaltet werden soll, minimiert werden.
Dies gilt insbesondere dann, wenn sich der dichtende Eingriff bei dem weiteren Vorschub der inneren Düse in Richtung dieses Vorschubs ausweitet. Für das im Spalt zwischen dem Außenumfang der inneren Düse und dem Innenumfang der äußeren Düse befindliche Ausgangsmaterial, das durch die Vorwärtsbewegung der inneren Düse verdrängt wird, wird dann die Bewegungsrichtung zurück in Richtung der Förderschnecke als Vorzugsrichtung vorgegeben.
Eine Ausweitung einer zunächst linienförmigen Dichtung zu einer flächigen Dichtung bei weiterem Vorschub der inneren Düse lässt sich beispielsweise realisieren, indem der Außenumfang der inneren Düse zur Austrittsöffnung der inneren Düse hin in einem Winkel α zuläuft, der von dem Winkel β, in dem der Innenumfang der äußeren Düse zur Austritttsöffnung der äußeren Düse zuläuft, verschieden ist.
In einer weiteren besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die innere Düse über ein Lagerelement drehbar an der Förderschnecke angelagert. Die Förderschnecke ist ohnehin schon mit einer Antriebsquelle verbunden, um in Drehbewegung versetzt zu werden und so das Ausgangsmaterial zu fördern. Indem sie mit einem weiteren linearen Freiheitsgrad entlang der Längachse der äußeren Düse versehen wird, kann sie zusätzlich als Stellglied verwendet werden, um die innere Düse zu bewegen und so den Durchsatz an Ausgangsmaterial zu ändern. Wenn der Außenumfang der inneren Düse dichtend am Innenumfang der äußeren Düse anliegt, wird die innere Düse durch die Reibungskraft an der äußeren Düse gehalten. Indem die Lagerung an der Förderschnecke drehbar ist, wird die Drehung der Förderschnecke nicht behindert, und es wird kein Verschleiß durch eine gegen die Reibung erzwungene Drehung der inneren Düse gegen die äußere Düse erzeugt.
Weiterhin kann der Austritt von Ausgangsmaterial aus dem Extruder besonders schnell gestoppt werden, indem beispielsweise in koordinierter Weise die Rotation der Förderschnecke gestoppt und die Förderschnecke einschließlich der daran gelagerten inneren Düse von der Austrittsöffnung der äußeren Düse zurückgezogen wird. Hierdurch wird an der Austrittsöffnung der äußeren Düse ein Unterdruck erzeugt, der das dort noch vorhandene flüssige Ausgangsmaterial zurück in die äußere Düse zieht. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn der Materialauftrag an einem Ort am herzustellenden Objekt beendet und an einem anderen Ort fortgesetzt werden soll.
Der Druckaufbau im Innenraum der äußeren Düse durch die Förderschnecke funktioniert unabhängig davon, wann und auf welchem Wege das Ausgangsmaterial flüssig gemacht und/oder plastifiziert wurde. Es ist nicht einmal erforderlich, dass das Ausgangsmaterial einen festen Aggregatzustand besitzt und erst kurz vor der Extrusion verflüssigt wird. Das Ausgangsmaterial kann beispielsweise auch ein von vornherein flüssiges Material sein, das nach dem Aufbringen auf das herzustellende Objekt aushärtet.
In einer weiteren besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Förderschnecke in einem Zylinder geführt, der an einem ersten Ende eine Zuführung für das Ausgangsmaterial aufweist und an seinem zweiten Ende in die äußere Düse mündet. Dieser Zylinder kann insbesondere mindestens eine Heizung für das Ausgangsmaterial aufweisen. Dann kann das Ausgangsmaterial beispielsweise dem Zylinder in fester Form, etwa als Granulat, zugeführt und auf seinem Weg durch den Zylinder aufgeschmolzen und/oder plastifiziert werden. Indem es nicht mehr erforderlich ist, dass der Druck auf die flüssige Phase des Ausgangsmaterials durch das Nachschieben eines Filaments erzeugt wird, sind vorteilhaft auch Ausgangsmaterialien verwendbar, bei denen diese Art der Druckerzeugung, oder auch das Aufschmelzen aus einem festen Filament heraus, schwierig ist. Beispielsweise können Granulate von Kunststoffen verwendet werden, die als Filament deutlich elastischer wären als die bislang hauptsächlich verwendeten Polyactide (PLA). Der Kunststoff kann beispielsweise jedes thermoplastische Polymer sein. Auch können Granulate von niedrig schmelzenden Metallen, wie beispielsweise Magnesium, verwendet werden. Insbesondere Metalle lassen sich in Granulatform wesentlich einfacher aufschmelzen als in Filamentform, da die eingebrachte Wärme nicht mehr zu einem großen Teil durch das leitfähige Filament abgeführt wird.
Die Heizung kann beispielsweise dazu ausgebildet sein, entlang der Längsachse des Zylinders verschiedene Temperaturzonen herzustellen, insbesondere drei Zonen. Beim Durchtritt durch eine Temperaturzone nach der anderen kann das Ausgangsmaterial plastifiziert, homogenisiert, komprimiert sowie prozesssicher, reproduzierbar und stabil in ein bestimmtes Temperaturfenster für den Auftrag auf das herzustellende Objekt gebracht werden. Das Ausgangsmaterial kann insbesondere nur für eine kurze, kunststoffgerechte Verweildauer in diesem Temperaturfenster verbleiben.
Dies kann in einer weiteren besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung zusätzlich dadurch unterstützt werden, indem der Außendurchmesser, und/oder die Steigung, der Förderschnecke sich entlang der Längsachse des Zylinders ändert. Auch die Steigung bzw. der Außendurchmesser kann sich zwischen verschiedenen Zonen, insbesondere zwischen drei Zonen, ändern.
Die Erfindung bezieht sich auch auf einen 3D-Drucker mit einem Extruder gemäß der Erfindung, wobei neben dem Extruder selbst noch Mittel zur Erzeugung einer Relativbewegung zwischend em Extruder und einer Aufbaufläche, auf der das herzustellende Objekt entsteht, vorgesehen sind.
In der einfachsten Ausgestaltung der Erfindung sind Mittel zur Verschiebung der Aufbaufläche in mindestens drei Raumrichtungen vorgesehen. Der Extruder kann dann ortsfest sein.
Alternativ oder auch in Kombination kann zur Erzeugung der Relativbewegung ein Roboter zur Bewegung des Extruders in mindestens vier Achsen, insbesondere in fünf Achsen, vorgesehen sein. Die Abfahrbahnen des Extruders können hierfür beispielsweise durch eine Software aus einem 3D-CAD-Modell errechnet werden. Insbesondere gegenüber der Vertikalen geneigte Strukturen sowie geschlossene Objekte lassen sich besonders präzise fertigen, wenn der Extruder gegenüber dem herzustellenden Objekt neigbar ist. Weiterhin hat ein Roboter typischerweise einen deutlich größeren Verfahrbereich als gängige Vorrichtungen zur Verschiebung der Aufbaufläche. Er eignet sich daher besser zur Herstellung größerer Objekte.
Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Figuren näher dargestellt.
Ausführungsbeispiele
Es zeigt:
1 Detaildarstellung der inneren Düse 5 innerhalb der äußeren Düse 2;
2 Ausführungbeispiel des vollständigen Extruders 1.
3 Ausführungsbeispiel eines 3D-Druckers 100 mit dem Extruder 1 gemäß der Erfindung.
1 zeigt einen Teil des Extruders 1 in Schnittzeichnung. Der Extruder 1 umfasst eine äußere Düse 2 und eine innere Düse 5. Die innere Düse 5 befindet sich im Innenraum 21 der äußeren Düse 2. Die innere Düse 5 ist über ein Lager 6 drehbar an der Förderschnecke 3 angelagert, die in einem Zylinder 7 geführt ist und bei Drehung um ihre eigene Achse, welche mit der Längsachse 7a des Zylinders 7 identisch ist, flüssiges Ausgangsmaterial 4 in den Innenraum 21 der äußeren Düse 2 fördert. Das linke Ende 73 des Zylinders 7 mündet in die äußere Düse 2.
Wird die Förderschnecke 3 entlang der Längachse 7a des Zylinders 7 bewegt, welche mit der Längsachse 2a der äußeren Düse 2 identisch ist, so bewegt sich die innere Düse 5 mit. In der in 1 gezeigten Situation befindet sich die innere Düse 5 an ihrem linken Anschlag. Bei der Bewegung der inneren Düse 5 nach links hat zunächst die Kante 24a am Außenumfang 53 der inneren Düse 5 den Innenumfang 22 der äußeren Düse 2 berührt und eine erste linienförmige Abdichtung zwischen dem Außenumfang 53 der inneren Düse 5 und dem Innenumfang 22 der äußeren Düse 2 herbeigeführt. Durch weitere Bewegung der inneren Düse 5 nach links wurde diese linienförmige Dichtung 24a in Richtung auf die Austrittsöffnung 54 hin zu einer flächigen Dichtung 24b erweitert. Dies wurde bewirkt, indem der Außenumfang 53 der inneren Düse 5 in einem spitzeren Winkel α zuläuft als der Winkel β, in dem der Innenumfang 22 der äußeren Düse 2 zuläuft.
Die flächige Dichtung 24b verhindert den direkten Durchgang von Ausgangsmaterial 4 vom Innenraum 21 der äußeren Düse 2 zur Austrittsöffnung 23 der äußeren Düse 2. Dem durch die Förderschnecke 3 unter Druck gesetzten flüssige Ausgangsmaterial 4 bleibt als einziger Ausweg der Durchtritt durch die Kanäle 52a und 52b in den Innenraum 51 der inneren Düse 5. Durch die Austrittsöffnung 54 tritt das Ausgangsmaterial 4 schließlich aus der inneren Düse 5 aus und gelangt zum herzustellenden Objekt 102.
Die in 1 gezeigte Stellung der inneren Düse 5, in der sie durch Reibung fest am Innenumfang 22 der äußeren Düse 2 anliegt, ist die Extrusionsstellung, in der nur die kleine Austrittsöffnung 54 der inneren Düse 5 maßgeblich ist. Diese Austrittsöffnung 54 kann beispielsweise einen Durchmesser zwischen 0,2 mm und 0,4 mm, vorzugsweise 0,3 mm, haben. Wie groß die Austrittsöffnung 23 der äußeren Düse 2 ist, ist in dieser Stellung ohne Belang für den Auftrag des Ausgangsmaterials 4 auf das herzustellende Objekt 102.
Wird die innere Düse 5 zusammen mit der Förderschnecke 3 nach rechts bewegt, so wird die Dichtung 24a, 24b zwischen dem Außenumfang 53 der inneren Düse 5 und dem Innenumfang 22 der äußeren Düse 2 aufgehoben. Das Ausgangsmaterial 4 kann dann im Innenraum 21 der äußeren Düse 2 direkt zur Austrittsöffnung 23 der äußeren Düse 2 gelangen, ohne zuvor die Kanäle 52a, 52b und den Innenraum 51 der inneren Düse 5 zu passieren. Der letztgenannte Weg steht dem Ausgangsmaterial 4 zwar nach wie vor offen. Da der direkte Weg zur Austrittsöffnung 23 der äußeren Düse 2 aber einen deutlich größeren Querschnitt hat, wird das meiste Ausgangsmaterial 4 diesen Weg nehmen. Dementsprechend ist die deutlich größere Austrittsöffnung 23 maßgeblich für den Materialauftrag auf das herzustellende Objekt 102. Diese Stellung ist die Mittelstellung der inneren Düse 5.
Wird die innere Düse 5 noch weiter nach rechts bewegt und zugleich die Rotation der Förderschnecke 3 gestoppt, so wird kein Ausgangsmaterial 4 mehr durch die Austrittsöffnungen 23 und 54 gedrückt. Stattdessen wird das noch im Bereich der Austrittsöffnung 23 vorhandene Ausgangsmaterial 4 zurück in die äußere Düse 2 gezogen. Dies ist die rückgezogene Stellung der inneren Düse 5. In dieser Stellung kann der Extruder beispielsweise an eine andere Stelle an einem ausgedehnten herzustellenden Objekt 102 verfahren werden, um dort weiteres Ausgangsmaterial 4 aufzutragen.
Es sei in diesem Zusammenhang erwähnt, dass eine bloße teilweise Blockade des zentralen Bereichs der Austrittsöffnung 23 der äußeren Düse 2 mit einem linear entlang der Achse 2a verschiebbaren Stopfen nicht bewirkt, dass der Extruder 1 feinere Strukturen aus dem Ausgangsmaterial 4 am herzustellenden Objekt 102 anlagert. Eine solche Blockade würde zwar den Durchgang durch die Austrittsöffnung 23 auf einen Ringspalt verengen, jedoch würde sich jenseits dieses Ringspalts das von verschiedenen Winkelpositionen des Ringspalts kommende Ausgangsmaterial 4 auf Grund seiner Viskosität wieder zu einer Masse vereinen, die wieder die Größe der Austrittsöffnung 23 hat.
2 zeigt eine teilgeschnittene Gesamtansicht des Extruders 1, in der die in 1 gezeigten Details der Düsen 2 und 5 in den Hintergrund treten. Dem Zylinder 7, dessen zweites Ende 73 in die äußere Düse 2 mündet, wird das Ausgangsmaterial 4 in Granulatform an seinem ersten Ende 71 über einen Trichter 72 zugeführt. Entlang der Längsachse 7a des Zylinders 7 ändern sich sowohl der Außendurchmesser als auch die Steigung der Förderschnecke 3. In Kombination mit den drei thermostatisch geregelten Heizelementen 74, 75 und 76 bewirkt dies, dass das Ausgangsmaterial 4 graduell plastifiziert wird, bevor es in die äußere Düse 2 eintritt.
Die Förderschnecke 3 wird über einen Servomotor 9 angetrieben. Der Servomotor 9 versetzt die Förderschnecke 3 nicht nur in Rotation, sondern treibt auch ihre lineare Bewegung entlang der Längsachse 7a des Zylinders 7 an. Dementsprechend kann mit diesem Servomotor 9 auch eingestellt werden, ob das Ausgangsmaterial aus der großen Austrittsöffnung 23 der äußeren Düse 2 oder aus der kleinen Austrittsöffnung 54 der inneren Düse 5 austreten soll.
3 verdeutlicht die Integration des Extruders 1 gemäß der Erfindung in einen 3D-Drucker 100 für die Herstellung räumlich ausgedehnter Objekte 102 auf einer Aufbaufläche 101. Die Relativbewegung zwischen dem Extruder 1 und dem herzustellenden Objekt 102 wird durch einen Industrieroboter 81 bereitgestellt, der in den jeweils durch Pfeile dargestellten Richtungen um sechs Achsen A bis F beweglich ist.
Auf diese Weise erhält der Extruder 1 nicht nur einen großen Aktionsradius, sondern ist insbesondere auch in der Lage, aus beliebigen Winkeln heraus Ausgangsmaterial 4 an das herzustellende Objekt 102 anzulagern. Soll in dem in 3 gezeigten Beispiel etwa im beispielhaft eingezeichneten Punkt 102a zusätzliches Material an dem Objekt 102 angelagert werden, so ist das Auftragen aus dem in 3 gezeigten Winkel heraus vorteilhafter als das Auftragen senkrecht von oben, da sich der Punkt 102a an einem Überhang befindet.
In diesem Zusammenhang ist der Vorschub des Ausgangsmaterials 4 über eine Förderschnecke 3 wiederum vorteilhafter als der bei den meisten herkömmlichen 3D-Druckern praktizierte Vorschub als festes Filament. Insbesondere ist der Druckaufbau im Extruder 1 lageunabhängiger, und eine Schüttung aus Granulat als Ausgangsmaterial 4 ist einfacher handhabbar als ein abzurollendes Filament.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2016/052228 A1 [0004]
WO 2016/004642 A1 [0004]
WO 2016/072549 A1 [0004]

Claims

Extruder (1) für einen 3D-Drucker, umfassend mindestens eine äußere Düse (2) sowie eine Förderschnecke (3) zur Zuführung von flüssigem und/oder plastifiziertem Ausgangsmaterial (4) in den Innenraum (21) der äußeren Düse (2), dadurch gekennzeichnet, dass im Innenraum (21) der äußeren Düse (2) eine innere Düse (5) angeordnet ist, wobei der Innenraum (51) der inneren Düse (5) über mindestens einen für das Ausgangsmaterial (4) durchgängigen Kanal (52, 52a, 52b) mit dem Innenraum (21) der äußeren Düse (2) verbunden ist und wobei die innere Düse (5) entlang der Längsachse (2a) der äußeren Düse (2) linear bewegbar gelagert ist.
Extruder (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass durch die lineare Bewegung der inneren Düse (5) entlang der Längsachse (2a) der äußeren Düse (2) der Außenumfang (53) der inneren Düse (5) in dichtenden Eingriff (24a, 24b) mit dem Innenumfang (22) der äußeren Düse (2) verbringbar ist.
Extruder (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Vorschub der inneren Düse (5) entlang der Längsachse (2a) der äußeren Düse (2) in Richtung auf die Austrittsöffnung (23) der äußeren Düse (2) der dichtende Eingriff zunächst linienförmig ist (24a) und sich bei weiterem Vorschub der inneren Düse (5) zu einer flächigen Dichtung (24b) ausweitet.
Extruder (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der dichtende Eingriff (24a) sich bei dem weiteren Vorschub der inneren Düse (5) in der Richtung dieses Vorschubs ausweitet (24b).
Extruder (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenumfang (53) der inneren Düse (5) zur Austrittsöffnung (54) der inneren Düse (5) hin in einem Winkel α zuläuft, der von dem Winkel β, in dem der Innenumfang (22) der äußeren Düse (2) zur Austritttsöffnung (23) der äußeren Düse (2) zuläuft, verschieden ist.
Extruder (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die innere Düse (5) über ein Lagerelement (6) drehbar an der Förderschnecke (3) angelagert ist.
Extruder (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Förderschnecke (3) in einem Zylinder (7) geführt ist, der an einem ersten Ende (71) eine Zuführung (72) für das Ausgangsmaterial (4) aufweist und an seinem zweiten Ende (73) in die äußere Düse (2) mündet.
Extruder (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinder (7) mindestens eine Heizung (74, 75, 76) für das Ausgangsmaterial (4) aufweist.
Extruder (1) nach einem der Ansprüche 7 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Außendurchmesser, und/oder die Steigung, der Förderschnecke (3) sich entlang der Längsachse (7a) des Zylinders (7) ändert.
3D-Drucker (100), umfassend mindestens einen Extruder (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 sowie Mittel (8) zur Erzeugung einer Relativbewegung zwischen dem Extruder (1) und einer Aufbaufläche (101), auf der das herzustellende Objekt (102) entsteht.
3D-Drucker (100) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (8) zur Verschiebung der Aufbaufläche (101) in mindestens drei Raumrichtungen ausgebildet sind.
3D-Drucker (100) nach einem der Ansprüche 10 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (8) einen Roboter (81) zur Bewegung des Extruders (1) in mindestens vier Achsen umfassen.