DE102017124352A1 - Plant, printhead and method for producing three-dimensional structures - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anlage zum Herstellen von dreidimensionalen Strukturen, die zwei oder mehr unterschiedliche Werkstoffe aufweisen, mit einem 3D-Druckkopf, der eine erste Materialzuführung zum Zuführen eines quasiendlosen Fasermaterials und wenigstens eine zweite Materialzuführung zum Zuführen eines thermoplastischen Matrixmaterials hat, die in einer gemeinsamen Mischkammer des Druckkopfes münden, wobei die Mischkammer des 3D-Druckkopfes zum Temperieren des der Mischkammer zugeführten Matrixmaterials und zum Bilden einer Materialmischung aus dem Fasermaterial und dem Matrixmaterial ausgebildet ist, wobei die Mischkammer mit einem Auslass des 3D-Druckkopfes kommunizierend in Verbindung steht, der zum Ausgeben der gebildeten Materialmischung eingerichtet ist, um die dreidimensionale Struktur herzustellen, wobei die erste Materialzuführung einen Zuführkanal hat, der in der Mischkammer mündet und axial zu dem Auslass derart angeordnet ist, dass ein quasiendloses Fasermaterial von dem Zuführkanal der ersten Materialzuführung durch die Mischkammer und dem Auslass hindurchführbar ist, und wobei die Anlage eine Steuerungseinheit hat, die zum Steuern der Materialzuführung des quasiendlosen Fasermaterials und/oder des thermoplastischen Matrixmaterials eingerichtet ist, wobei die wenigstens zweite Materialzuführung drei oder mehr Zuführkanäle aufweist, die um einen axialen Verlauf des Zuführkanals der ersten Materialzuführung herum angeordnet sind und in der Mischkammer münden.

Figure DE102017124352A1_0000
The invention relates to a system for producing three-dimensional structures comprising two or more different materials, comprising a 3D print head having a first material feed for feeding a quasi-fiber-less fiber material and at least a second material feed for feeding a thermoplastic matrix material in a common The mixing chamber of the print head open, wherein the mixing chamber of the 3D print head for tempering the mixing material supplied to the mixing chamber and for forming a material mixture of the fiber material and the matrix material is formed, wherein the mixing chamber communicates with an outlet of the 3D print head communicating, the Dispensing of the formed material mixture is adapted to produce the three-dimensional structure, wherein the first material supply has a feed channel, which opens into the mixing chamber and is arranged axially to the outlet such that a quasi-filament without and the plant has a control unit arranged to control the material supply of the quasi-non-fibrous material and / or the thermoplastic matrix material, the at least second material supply having three or more feed channels which are arranged around an axial course of the feed channel of the first material supply around and open in the mixing chamber.
Figure DE102017124352A1_0000

Description

Die Erfindung betrifft eine Anlage zum Herstellen von dreidimensionalen Strukturen, die zwei oder mehr unterschiedliche Werkstoffe aufweisen. Die Erfindung betrifft ebenso einen 3D-Druckkopf hierzu sowie ein Verfahren zum Herstellen einer solchen dreidimensionalen Struktur mithilfe der erfindungsgemäßen Anlage.The invention relates to a plant for producing three-dimensional structures comprising two or more different materials. The invention also relates to a 3D printing head for this purpose and to a method for producing such a three-dimensional structure by means of the installation according to the invention.

Mithilfe von generativen Verfahren lassen sich unter Verwendung eines entsprechenden Werkstoffes Bauteile mit einer fast beliebigen Form herstellen. Der 3D-Druck mithilfe eines 3D-Druckers stellt dabei einen sehr bekannten Vertreter der generativen Fertigungsverfahren dar. Dabei wird mithilfe eines 3D-Druckers schichtweise ein schmelzbarer Werkstoff, beispielsweise ein thermoplastischer Kunststoff, gedruckt, wodurch sich am Ende des Verfahrens ein dreidimensionales Bauteil bzw. eine dreidimensionale Struktur ergibt.Generative methods can be used to produce components of almost any shape using a suitable material. 3D printing using a 3D printer represents a very well-known representative of additive manufacturing processes. In this process, a fusible material, for example a thermoplastic material, is printed in layers by means of a 3D printer, whereby at the end of the process a three-dimensional component or gives a three-dimensional structure.

Die Steifigkeit und Festigkeit eines auf dieser Basis hergestellten Bauteils hängt dabei signifikant von den entsprechenden Materialeigenschaften des verwendeten schmelzbaren Werkstoffes ab. Vor allem mit Blick auf den Leichtbau ist es dabei oftmals wünschenswert, dass die Bauteile aus Faserverbundwerkstoffen hergestellt werden, um eine hohe gewichtsspezifische Festigkeit und Steifigkeit zu erlangen. Allerdings weisen Faserverbundwerkstoffe anisotrope Werkstoffeigenschaften auf, so dass Festigkeit und Steifigkeit richtungsabhängig ist und somit abhängig ist von dem Faserverlauf. Daher werden oftmals mehrere Lagen Fasermaterial mit unterschiedlichen Faserorientierungen angeordnet, um so zumindest teilweise die homogenen Werkstoffeigenschaften von Metallen nachzubilden.The rigidity and strength of a component produced on this basis depends significantly on the corresponding material properties of the fusible material used. Especially with regard to the lightweight construction, it is often desirable that the components are made of fiber composites in order to obtain a high weight-specific strength and rigidity. However, fiber composite materials have anisotropic material properties, so that strength and rigidity is direction-dependent and thus dependent on the fiber orientation. Therefore, multiple layers of fiber material are often arranged with different fiber orientations, so as to at least partially replicate the homogeneous material properties of metals.

Eine solche, insbesondere bedarfsweise Integration von Fasermaterial in 3D-Druck hätte dabei den entscheidenden Vorteil, dass Bauteile und Strukturen hergestellt werden können, deren Lastpfade exakt an die Bedingungen angepasst sind, ohne dabei unnötigerweise Fasermaterial zu benötigen.Such, especially if necessary, integration of fiber material in 3D printing would have the decisive advantage that components and structures can be produced whose load paths are adapted exactly to the conditions without unnecessarily requiring fiber material.

Aus Hauke Prüß, Thomas Vietor: Neue Gestaltungsfreiheiten durch 3D-gedruckte Faser-Kunststoff-Verbunde „Forum für Rapid Technologie“ Ausgabe 12/2015 ist ein 3D-Druckkopf bekannt, dem ein quasiendloses Fasermaterial zugeführt wird. Des Weiteren wird dem 3D-Druckkopf mithilfe zweier Zuführkanäle ein Kunststoffmaterial zugeführt, wobei Fasermaterial und Kunststoffmaterial in einer gemeinsamen Mischkammer münden, wodurch das hindurchführende Fasermaterial von dem Kunststoffmaterial benetzt und in dieser Form ausgegeben wird. Hierdurch lassen sich nahezu beliebige Strukturen mit integrierten Lastpfaden entwickeln.From Hauke Prüß, Thomas Vietor: New design freedom through 3D-printed fiber-plastic composites "Forum for Rapid Technology" Issue 12/2015, a 3D printhead is known to which a quasi-free fiber material is fed. Furthermore, a plastic material is supplied to the 3D print head by means of two feed channels, with fiber material and plastic material opening in a common mixing chamber, whereby the fiber material passing through is wetted by the plastic material and output in this form. As a result, almost any structures with integrated load paths can be developed.

Der Nachteil dieses bekannten 3D-Druckkopfes liegt in der Tatsache, dass die Zuführung des Kunststoffmaterials in die Mischkammer durch zwei Zuführkanäle erfolgt, die diametral gegenüberliegen wobei das Fasermaterial für eine gute und vollständige Benetzung immer so durch die Mischkammer verlaufen muss, dass die eine Seite dem ersten Zuführkanal zugewandt ist, während die andere Seite dem zweiten Zuführkanal zugewandt ist. Bei einer Drehung des Fasermaterials um die eigene Achse um beispielsweise 90° würde dazu führen, dass das Matrixmaterial ggf. nicht mehr prozesssicher am Fasermaterial haftet.The disadvantage of this known 3D printing head lies in the fact that the supply of the plastic material into the mixing chamber by two feed channels, which are diametrically opposed to the fiber material for good and complete wetting always has to pass through the mixing chamber, that one side of the the first feed channel faces, while the other side faces the second feed channel. Upon rotation of the fiber material about its own axis by, for example, 90 ° would lead to the fact that the matrix material may no longer be reliably adhered to the fiber material.

Ein weiterer Nachteil dieses 3D-Druckkopfes mit diametral gegenüberliegenden Zuführkanälen liegt in der mangelnden Steuerbarkeit der Materialzuführung zum Zwecke einer entsprechenden Anpassung der Materialmischung an die vorgegebene herzustellende Struktur. Denn bei einem korrekten Durchführen des Fasermaterials durch den Mischkopf wird das Fasermaterial gleichmäßig von allen Seiten benetzt, was jedoch je nach Form und Geometrie der herzustellenden Struktur ggf. unerwünscht ist. Eine feingraduierte Steuerung des Verlaufes des Fasermaterials im Querschnitt zu der ausgegebenen Materialmischung aus Fasermaterial und Matrixmaterial ist demzufolge nicht möglich.Another disadvantage of this 3D print head with diametrically opposed feed channels lies in the lack of controllability of the material supply for the purpose of a corresponding adaptation of the material mixture to the predetermined structure to be produced. Because with a correct passage of the fiber material through the mixing head, the fiber material is uniformly wetted from all sides, but this is possibly undesirable depending on the shape and geometry of the structure to be produced. A finely graduated control of the course of the fiber material in cross section to the output material mixture of fiber material and matrix material is therefore not possible.

Aus der DE 20 2015 004 336 U1 ist des Weiteren eine Vorrichtung zum Auftragen eines Werkstoffes bekannt, der aus einer Mischung zweier einem Druckkopf zugeführten Materialien hergestellt wird. Das Drucken von Faser-Kunststoff-Verbunden ist mit diesem Kopf jedoch nicht möglich.From the DE 20 2015 004 336 U1 Furthermore, a device for applying a material is known, which is made of a mixture of two printhead supplied materials. However, the printing of fiber-plastic composites is not possible with this head.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen verbesserten 3D-Druckkopf sowie eine verbesserte Anlage und ein verbessertes Verfahren zum Herstellen dreidimensionaler Strukturen anzugeben, mit denen die Möglichkeit besteht, die aus der Mischung von Fasermaterial und Matrixmaterial gebildete Materialmischung an die herzustellende Form und Geometrie der dreidimensionalen Struktur sehr fein anzupassen und so die herzustellende Struktur zu optimieren.It is therefore an object of the present invention to provide an improved 3D printhead and an improved system and an improved method for producing three-dimensional structures, with which it is possible, the material mixture formed from the mixture of fiber material and matrix material to the shape and geometry of the three-dimensional To fine tune the structure and thus to optimize the structure to be produced.

Die Aufgabe wird mit der Anlage gemäß Anspruch 1, dem 3D-Druckkopf gemäß Anspruch 13 sowie dem Verfahren gemäß Anspruch 14 erfindungsgemäß gelöst.The object is achieved with the system according to claim 1, the 3D print head according to claim 13 and the method according to claim 14 according to the invention.

Gemäß Anspruch 1 wird eine Anlage zum Herstellen von dreidimensionalen Strukturen vorgeschlagen, die zwei oder mehr unterschiedliche Werkstoffe aufweisen. Die Anlage hat einen 3D-Druckkopf, der eine erste Materialzuführung zum Zuführen eines quasiendlosen Fasermaterials und wenigstens eine zweite Materialzuführung zum Zuführen eines thermoplastischen Matrixmaterials hat. Sowohl die erste Materialzuführung als auch die zweite Materialzuführung münden in einer gemeinsamen Mischkammer, in der dann das quasiendlose Fasermaterial mit dem Matrixmaterial benetzt und somit die Materialmischung gebildet wird. Die Mischkammer weist darüber hinaus einen Auslass auf, durch den das Materialgemisch von der Mischkammer aus dem 3D-Druckkopf herausgepresst und somit die dreidimensionale Struktur hergestellt werden kann.According to claim 1, a plant for producing three-dimensional structures is proposed, which have two or more different materials. The system has a 3D print head having a first material feed for feeding a quasi-fiberless material and at least a second material feed for feeding a thermoplastic matrix material. Both the The first material feed and the second material feed open into a common mixing chamber, in which then the quasiendlose fiber material wets with the matrix material and thus the material mixture is formed. The mixing chamber also has an outlet through which the mixture of materials can be extruded from the mixing chamber of the 3D print head and thus the three-dimensional structure can be produced.

Die Mischkammer ist dabei so ausgebildet, dass sie temperierbar (beheizbar) ist, um so das thermoplastische Matrixmaterial aufzuschmelzen und verformbar zu machen.The mixing chamber is designed so that it is heatable (heatable), so as to melt the thermoplastic matrix material and make it deformable.

Die erste Materialzuführung hat dabei einen Zuführkanal, der in der Mischkammer mündet und axial zu dem Auslass so angeordnet ist, dass ein quasiendloses Fasermaterial von dem Zuführkanal der ersten Materialzuführung durch die Mischkammer und dem Auslass hindurchführbar ist, ohne hierbei insbesondere umgelenkt zu werden. Hierdurch wird insbesondere erreicht, dass das Fasermaterial während des Hindurchführens durch den 3D-Druckkopf durch entsprechende Kontaktstellen nicht beschädigt wird.In this case, the first material supply has a feed channel which opens into the mixing chamber and is arranged axially relative to the outlet so that a quasi-free fiber material can be guided from the feed channel of the first material feed through the mixing chamber and the outlet, without being deflected in particular. In this way it is achieved, in particular, that the fiber material is not damaged during passage through the 3D printing head by corresponding contact points.

Des Weiteren weist die Anlage einer Steuerungseinheit auf, die zum Steuern der Materialzuführung des quasiendlosen Fasermaterials und/oder des thermoplastischen Matrixmaterials eingerichtet ist, um so das Ausgeben der Materialmischung entsprechend beeinflussen und manipulieren zu können.Furthermore, the system has a control unit which is set up to control the material supply of the quasi-non-volatile fiber material and / or the thermoplastic matrix material so as to be able to influence and manipulate the dispensing of the material mixture accordingly.

Erfindungsgemäß ist nun vorgesehen, dass die wenigstens zweite Materialzuführung drei oder mehr Zuführkanäle aufweist, die um einen axialen Verlauf des Zuführkanals der ersten Materialzuführung herum angeordnet sind und in der Mischkammer münden. Die Zuführkanäle sind dabei um den axialen Verlauf des Zuführkanals der ersten Materialzuführung, durch den das Fasermaterial in die Mischkammer geführt wird, äquidistant zueinander angeordnet, so dass immer zwei benachbarte Zuführkanäle der zweiten Materialzuführung den gleichen Abstand zueinander haben (innerhalb von Fertigungstoleranzen).According to the invention, it is now provided that the at least second material supply has three or more feed channels, which are arranged around an axial course of the feed channel of the first material feed and open into the mixing chamber. The feed channels are arranged equidistant from one another about the axial course of the feed channel of the first material feed, through which the fiber material is guided into the mixing chamber, so that always two adjacent feed channels of the second material feed have the same distance from one another (within manufacturing tolerances).

Hierdurch besteht nunmehr die Möglichkeit, das Matrixmaterial und die Benetzung des Fasermaterials in der Mischkammer zu variieren und zu optimieren, um so das Materialgemisch feingraduierter an die vorgegebenen Bedingungen bzw. die vorgegebene Geometrie der herzustellenden Struktur anpassen zu können.As a result, it is now possible to vary and optimize the matrix material and the wetting of the fiber material in the mixing chamber in order to be able to adapt the material mixture to the given conditions or the given geometry of the structure to be produced in a finer graduated manner.

Dabei haben die Erfinder erkannt, dass durch eine separate Materialzuführung des thermoplastischen Kunststoffes mithilfe von drei oder mehr Zuführkanälen die Benetzung des Fasermaterials verbessert werden kann, wobei durch eine Variation der Zuführgeschwindigkeit des thermoplastischen Matrixmaterials der einzelnen Zuführkanäle mithilfe der Steuerungseinheit die Lage und Position des Matrixmaterials innerhalb des Querschnitts der Materialmischung nahezu beliebig eingestellt werden kann. So lassen sich dreidimensionale Strukturen herstellen, die optimal an die vorgegebenen Einsatzbedingungen angepasst sind.In this case, the inventors have recognized that the wetting of the fiber material can be improved by a separate material supply of the thermoplastic material by means of three or more feed channels, wherein by varying the feed rate of the thermoplastic matrix material of the individual feed channels using the control unit, the position and position of the matrix material within the cross section of the material mixture can be set almost arbitrarily. Thus, three-dimensional structures can be produced which are optimally adapted to the given conditions of use.

In einer vorteilhaften Ausführungsform sind die Zuführkanäle der zweiten Materialzuführung nicht axial zu dem Auslass angeordnet, sondern münden vielmehr in einen gewissen Winkel zu dem Auslass bzw. zu dem axialen Verlauf des Zuführkanals der ersten Materialzuführung, um so die Benetzung des Fasermaterials während des Hindurchführens zu optimieren.In an advantageous embodiment, the feed channels of the second material supply are not arranged axially to the outlet, but rather open at a certain angle to the outlet or to the axial course of the feed channel of the first material supply, so as to optimize the wetting of the fiber material during the passage ,

In einer vorteilhaften Ausführungsform weist der 3D-Druckkopf für jeden Zuführkanal der zweiten Materialzuführung jeweils eine Vorschubeinheit auf, die das thermoplastische Matrixmaterial durch den jeweiligen Zuführkanal der zweiten Materialzuführung in die Mischkammer vorschieben bzw. drücken. Jeder Vorschubeinheit wird hierbei jeweils ein eigenes Material zugeführt, was beispielsweise von einer Materialbereitstellung erfolgen kann. Die an dem 3D-Druckkopf angeordnete Vorschubeinheit zieht nun das noch in der Regel feste Material aus der Materialbereitstellung und drückt es in den jeweiligen Zuführkanal, wo es aufgrund der Temperierung der Mischkammer erwärmt und dann in die Mischkammer gelangt.In one advantageous embodiment, the 3D printing head has in each case one feed unit for each feed channel of the second material feed, for advancing or pressing the thermoplastic matrix material into the mixing chamber through the respective feed channel of the second material feed. Each feed unit in this case is supplied in each case a separate material, which can be done for example by a material supply. The arranged on the 3D printhead feed unit now pulls the still usually solid material from the material supply and presses it into the respective feed, where it is heated due to the temperature of the mixing chamber and then enters the mixing chamber.

Die Vorschubeinheiten sind dabei an dem 3D-Druckkopf insbesondere lösbar angeordnet, was die Reinigung der Anlage insgesamt deutlich vereinfacht. Hierbei ist denkbar, dass die jeweilige Vorschubeinheit direkt auf einem der Zuführkanäle aufgeschraubt bzw. befestigt wird, wobei eine Vorschubeinheit hierbei zwischen dem Zuführkanal und der Vorschubeinheit Kühlrippen aufweisen kann, um ein zu frühes Aufschmelzen des noch festen thermoplastischen Matrixmaterials in der Vorschubeinheit zu verhindern.The feed units are arranged in particular releasably on the 3D print head, which significantly simplifies the cleaning of the system as a whole. In this case, it is conceivable that the respective feed unit is screwed or fastened directly to one of the feed channels, wherein a feed unit may have cooling fins between the feed channel and the feed unit in order to prevent premature melting of the still solid thermoplastic matrix material in the feed unit.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist jede der Vorschubeinheiten mit der Steuerungseinrichtung verbunden, so dass jede der Vorschubeinheiten separat durch die Steuerungseinrichtung angesteuert werden kann. Jede der Vorschubeinheiten kann dabei individuell so angesteuert werden, dass eine entsprechende Vorschubgeschwindigkeit bzw. Materialzuführgeschwindigkeit für jede der Vorschubeinheiten separat und getrennt von den anderen eingestellt werden kann. Durch die unterschiedlichen Materialzuführgeschwindigkeiten der einzelnen Vorschubeinheiten kann so die Lage und Position des Fasermaterials im Querschnitt der Materialmischung am Auslass variiert werden und so je nach gewünschter Lage und Position beeinflusst werden. So ist es beispielsweise denkbar, dass für eine oder ggf. mehrere Vorschubeinheiten der Vorschub gänzlich unterbrochen wird, so dass eine Materialzuführgeschwindigkeit von 0 eingestellt ist. Hierdurch wird das Fasermaterial sehr ungleichmäßig benetzt, was ggf. für den Aufbau der Struktur gewünscht ist.In a further advantageous embodiment, each of the feed units is connected to the control device, so that each of the feed units can be controlled separately by the control device. Each of the feed units can be controlled individually so that a corresponding feed rate or Materialzuführgeschwindigkeit for each of the feed units can be set separately and separately from the others. Due to the different material feed speeds of the individual feed units so the location and Position of the fiber material in the cross-section of the material mixture can be varied at the outlet and thus influenced depending on the desired position and position. So it is conceivable, for example, that for one or possibly more feed units of the feed is interrupted completely, so that a Materialzuführgeschwindigkeit is set by 0. As a result, the fiber material is wetted very unevenly, which is possibly desired for the structure of the structure.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Steuerungseinheit zum Einstellen und/oder Variieren der Materialzuführgeschwindigkeit des quasiendlosen Fasermaterials und/oder des thermoplastischen Matrixmaterials eingerichtet. So ist es denkbar, dass beispielsweise die Materialzuführung des quasiendlosen Fasermaterials zeitweise unterbrochen wird, um so Bereiche ohne Fasermaterial zu drucken. Denkbar ist aber auch, dass unterschiedliche thermoplastische Matrixmaterialien verwendet werden, die bedarfsweise der Mischkammer zugeführt werden. Hierbei wird zunächst ein erstes thermoplastisches Matrixmaterial in die Mischkammer zugeführt, wobei bedarfsweise dann das Zuführen des ersten thermoplastischen Matrixmaterials unterbrochen und die Zuführung des zweiten thermoplastischen Matrixmaterials aufgenommen wird. Dies ist besonders dann vorteilhaft, wenn der 3D-Druck mehr als drei Zuführkanäle der zweiten Materialzuführungseinrichtung aufweist.In a further advantageous embodiment, the control unit is set up for setting and / or varying the material feed rate of the quasi-filamentary fiber material and / or of the thermoplastic matrix material. Thus, it is conceivable that, for example, the material supply of the quasi-fiber-free fiber material is temporarily interrupted so as to print areas without fiber material. It is also conceivable that different thermoplastic matrix materials are used, which are supplied as needed, the mixing chamber. In this case, a first thermoplastic matrix material is first fed into the mixing chamber, wherein, if necessary, then the feeding of the first thermoplastic matrix material is interrupted and the supply of the second thermoplastic matrix material is absorbed. This is particularly advantageous when the 3D printing has more than three feed channels of the second material supply device.

Es ist darüber hinaus hierbei besonders vorteilhaft, wenn die Steuerungseinheit zum Einstellen und/oder Variieren der Materialzuführgeschwindigkeit in Abhängigkeit von einer Druckgeschwindigkeit und/oder einer Druckgeschwindigkeitsänderung beim Drucken der dreidimensionalen Struktur ausgebildet ist. So ist es denkbar, dass bei großflächigen Bauteilen zunächst mit einer hohen Druckgeschwindigkeit die Materialmischung ausgegeben wird, wodurch eine hohe Materialzuführgeschwindigkeit sowohl des quasiendlosen Fasermaterials als auch des thermoplastischen Matrixmaterials notwendig ist. Verlangsamt sich die Druckgeschwindigkeit, d.h. die relative Geschwindigkeit des 3D-Druckkopfes gegenüber der zu druckenden dreidimensionalen Struktur, so wird auch die Materialzuführgeschwindigkeit sowohl des quasiendlosen Fasermaterials als auch des thermoplastischen Matrixmaterials verringert, um so an die verringerte Druckgeschwindigkeit angepasst zu sein und so weniger Material der Materialmischung pro Zeit auszugeben. Diesbezüglich ist es ebenso vorteilhaft, wenn die Materialzuführgeschwindigkeit in Abhängigkeit von einer vorgegebenen Geometrie und/oder eines vorgegebenen Aufbaus der herzustellenden dreidimensionalen Struktur eingestellt und/oder variiert wird, um so eine an die gewünschten Bedingungen angepasste Materialmischung zu jedem Zeitpunkt und an jedem Ort und Position der dreidimensionalen Struktur ausgeben zu können.Moreover, it is particularly advantageous in this case if the control unit is designed to set and / or vary the material feed speed as a function of a printing speed and / or a printing speed change when printing the three-dimensional structure. Thus, it is conceivable that in the case of large-area components the material mixture is first output at a high printing speed, whereby a high material feed rate of both the quasi-filamentary fiber material and the thermoplastic matrix material is necessary. Slows down the printing speed, i. the relative speed of the 3D print head over the three-dimensional structure to be printed also reduces the material feed rate of both the quasi-non-fibrous material and the thermoplastic matrix material so as to accommodate the reduced print speed and thus output less material of the material mix per time. In this regard, it is also advantageous if the material feed rate is adjusted and / or varied in response to a given geometry and / or design of the three-dimensional structure to be fabricated so as to provide a material mixture adapted to the desired conditions at each time and place and location to spend the three-dimensional structure.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist die Anlage eine erste Materialbereitstellungseinrichtung auf, die zum Bereitstellen eines quasiendlosen Fasermaterials zu der ersten Materialzuführung des 3D-Druckkopfes ausgebildet ist, und eine zweite Materialbereitstellungseinrichtung hat, die zum Bereitstellen eines thermoplastischen Matrixmaterials zu der zweiten Materialzuführung des 3D-Druckkopfes ausgebildet ist. Die erste Materialzuführung hat einen Eingang, durch den das quasiendlose Fasermaterial in den Zuführkanal der ersten Materialzuführung zugeführt wird. Des Weiteren ist eine Druckquelle vorgesehen, die mit dem Eingang der ersten Materialzuführung derart zusammenwirkt, dass an dem Eingang der ersten Materialzuführung ein Überdruck erzeugbar ist, der ein Austreten des thermoplastischen Matrixmaterials am Eingang der ersten Materialzuführung verhindert.In a further advantageous embodiment, the installation has a first material supply device, which is designed to provide a quasi-filamentary material to the first material supply of the 3D print head, and has a second material supply device, which is for providing a thermoplastic matrix material to the second material supply of the 3D print head is trained. The first material feed has an entrance through which the quasi-filamentous fiber material is fed into the feed channel of the first material feed. Furthermore, a pressure source is provided which cooperates with the input of the first material supply such that at the entrance of the first material supply an overpressure can be generated, which prevents leakage of the thermoplastic matrix material at the entrance of the first material supply.

Durch das Hineindrücken des thermoplastischen Matrixmaterials über die Zuführkanäle der zweiten Materialzuführung entsteht ein Druck in der Mischkammer, der gewünscht in Richtung des Auslasses gerichtet ist und systembedingt unerwünscht auch in Richtung der ersten Materialzuführung. Durch das Erzeugen des Überdruckes am Eingang der ersten Materialzuführung, wie oben erwähnt, kann dabei ein Aufsteigen des flüssigen thermoplastischen Matrixmaterials von der Mischkammer bis zum Eingang der ersten Materialzuführung verhindert werden, wodurch die Gefahr von Verunreinigungen des 3D-Druckkopfes und des Aushärtens des thermoplastischen Matrixmaterials im Zuführkanal der ersten Materialzuführung reduziert wird.By pushing in the thermoplastic matrix material via the feed channels of the second material supply, a pressure is created in the mixing chamber, which is directed in the direction of the outlet and due to the system undesirably also in the direction of the first material feed. By generating the overpressure at the entrance of the first material supply, as mentioned above, an increase of the liquid thermoplastic matrix material from the mixing chamber to the entrance of the first material supply can be prevented, whereby the risk of contamination of the 3D print head and the curing of the thermoplastic matrix material is reduced in the feed of the first material supply.

Bevorzugt weist die erste Materialbereitstellungseinrichtung dabei einen Druckbehälter auf, in dem das quasiendlose Fasermaterial gelagert ist. Darüber hinaus weist die erste Materialbereitstellungseinrichtung eine druckdichte Faserführung auf, die druckdicht an dem Druckbehälter einerseits und druckdicht an der ersten Materialzuführung des 3D-Druckkopfes andererseits angeschlossen ist und beispielsweise aus einem festen Rohr oder einem flexiblen Schlauch gebildet sein kann. Der Druckbehälter sowie die druckdichte Faserführung bilden dabei einen Innenbereich bzw. Innenraum, der durch den Druckbehälter und die druckdichte Faserführung von einem Außenbereich abgegrenzt ist. Dieser Innenbereich ist dabei so ausgebildet, dass er mittels der Druckquelle mit einem Druckmedium bedruckbar ist, so dass ein Innendruck im Inneren des Druckbehälters und der druckdichten Faserführung derart erzeugt werden kann, dass der Überdruck am Eingang der ersten Materialzuführung erzeugt und ein Austreten des thermoplastischen Matrixmaterials an der ersten Materialzuführung, d.h. an dem Eingang der ersten Materialzuführung am 3D-Druckkopf, verhindert wird.The first material supply device preferably has a pressure vessel in which the quasi-filamentary fiber material is stored. In addition, the first material supply device has a pressure-tight fiber guide which is pressure-tightly connected to the pressure vessel on the one hand and pressure-tight on the first material supply of the 3D print head on the other hand and may be formed, for example, from a solid tube or a flexible hose. The pressure vessel and the pressure-tight fiber guide thereby form an interior or interior, which is delimited by the pressure vessel and the pressure-tight fiber guide of an outdoor area. This inner region is designed so that it can be printed by means of the pressure source with a printing medium, so that an internal pressure in the interior of the pressure vessel and the pressure-tight fiber guide can be generated such that the overpressure generated at the entrance of the first material supply and leakage of the thermoplastic matrix material at the first material supply, ie at the entrance of the first material feed on the 3D print head is prevented.

Durch das Bedrucken des Innenbereiches wird somit bis zum Eingang der ersten Materialzuführung ein Innendruck mithilfe der Druckquelle aufgebaut, der das Austreten des thermoplastischen Matrixmaterials aus der ersten Materialzuführung verhindern soll.By printing on the inner region, an internal pressure is thus built up by the pressure source, which is intended to prevent the emergence of the thermoplastic matrix material from the first material supply, until the first material feed is received.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Steuerungseinheit zum Ansteuern der Druckquelle so ausgebildet, dass der erzeugte Überdruck am Eingang der ersten Materialzuführung variiert.In a further advantageous embodiment, the control unit for controlling the pressure source is designed so that the generated overpressure at the entrance of the first material supply varies.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform hierzu ist die Steuerungseinheit zum Ansteuern der Druckquelle derart eingerichtet, dass der erzeugte Überdruck in Abhängigkeit von einer Druckgeschwindigkeit des Druckkopfes und/oder in Abhängigkeit von einer Materialzuführgeschwindigkeit des quasiendlosen Fasermaterials und/oder des thermoplastischen Matrixmaterials eingestellt wird. Denn mit zunehmender Druckgeschwindigkeit bzw. zunehmender Materialzuführgeschwindigkeit steigt auch der in der Mischkammer erzeugte Druck, wodurch die Gefahr erhöht wird, dass thermoplastisches Matrixmaterial am Einlass der ersten Materialzuführung austritt. Dies wird durch ein Anpassen des Überdruckes, bspw. durch ein Erhöhen des Innendruckes bei erhöhter Druckgeschwindigkeit bzw. erhöhter Materialzuführgeschwindigkeit ausgeglichen.In a further advantageous embodiment, the control unit for controlling the pressure source is set up such that the generated overpressure is set as a function of a printing speed of the print head and / or as a function of a material feed rate of the quasi-filamentary fiber material and / or of the thermoplastic matrix material. Because with increasing printing speed or increasing Materialzuführgeschwindigkeit also increases the pressure generated in the mixing chamber, whereby the risk is increased that emerges thermoplastic matrix material at the inlet of the first material supply. This is compensated by adjusting the overpressure, for example by increasing the internal pressure at an increased printing speed or increased material feed rate.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform hierzu weist die erste Materialzuführung am 3D-Druckkopf ein Sensorsystem auf, das zum Detektieren einer Füllhöhe des thermoplastischen Matrixmaterials in der ersten Materialzuführung ausgebildet ist, wobei die Steuerungseinheit zum Ansteuern der Druckwelle derart eingerichtet ist, dass der erzeugte Überdruck in Abhängigkeit von der detektierten Füllhöhe eingestellt wird. Je höher dabei der Füllstand innerhalb der ersten Materialzuführung ist, was über das Sensorsystem detektierbar ist, desto größer wird der Überdruck durch die Steuerungseinheit eingestellt.In a further advantageous embodiment, the first material feed on the 3D print head has a sensor system which is designed to detect a filling level of the thermoplastic matrix material in the first material feed, wherein the control unit for controlling the pressure wave is set up such that the generated overpressure is dependent is set by the detected level. The higher the fill level within the first material supply, which can be detected via the sensor system, the greater the overpressure is set by the control unit.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Anlage, insbesondere die Druckquelle der Anlage, zum Temperieren des zum Erzeugen des Überdruckes verwendeten Druckmediums ausgebildet, um so ein Erstarren bzw. Festwerden des flüssigen thermoplastischen Kunststoffes ein Aufsteigen in der ersten Materialzuführung zu verhindern. Denn je höher der geschmolzene thermoplastische Kunststoff in der ersten Materialzuführung aufsteigt, desto weiter weg entfernt er sich von der temperierten Mischkammer, was dazu führen kann, dass er soweit abkühlt, dass er wieder verfestigt. Durch ein Temperieren des Druckmediums kann einem solchen Verfestigen entgegengewirkt werden.In a further advantageous embodiment, the system, in particular the pressure source of the system, is designed for tempering the pressure medium used to generate the overpressure so as to prevent solidification or solidification of the liquid thermoplastic material from rising in the first material supply. For the higher the molten thermoplastic rises in the first material supply, the farther away it is from the tempered mixing chamber, which can cause it to cool down so far that it solidifies again. By tempering the pressure medium can be counteracted such solidification.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist der 3D-Druckkopf als Endeffektor an einem Bewegungsautomaten angeordnet und somit frei im Raum bewegbar. Denkbar ist aber auch, dass der 3D-Druckkopf an einer Portalanlage angeordnet ist oder fest vorgesehen ist, wobei sich dann zumindest der Ablegetisch unter dem 3D-Druckkopf bewegt.According to an advantageous embodiment, the 3D print head is arranged as an end effector on a motion machine and thus freely movable in space. It is also conceivable, however, for the 3D printing head to be arranged on a gantry installation or fixedly provided, with at least the deposition table then moving under the 3D printing head.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist der 3D-Druckkopf eine Kopfspitze auf, die lösbar an dem 3D-Druckkopf angeordnet und innerhalb dessen der Auslass, in den die Mischkammer zum Ausgeben des Materialgemisches mündet, vorgesehen ist. Der Auslass weist bevorzugt einen Durchmesser auf, der geringer ist als der Durchmesser der Zuführkanäle der ersten und/oder zweiten Materialzuführung, so dass durch die lösbare Kopfspitze ein Zugriff auf die Zuführkanäle der ersten und/oder zweiten Materialzuführung möglich wird, um diese bspw. zu reinigen oder Verstopfungen zu entfernen.According to a further advantageous embodiment, the 3D print head has a head tip, which is detachably arranged on the 3D print head and within which the outlet, into which the mixing chamber opens for dispensing the material mixture, is provided. The outlet preferably has a diameter which is smaller than the diameter of the feed channels of the first and / or second material feed, so that access to the feed channels of the first and / or second material feed is made possible by the detachable head tip, for example to this clean or remove blockages.

Die Aufgabe wird im Übrigen auch mit einem 3D-Druckkopf wie vorstehend beschreiben gelöst, wobei ein solcher 3D-Druckkopf dann drei oder mehr Zuführkanäle bei der zweiten Materialzuführung aufweist, die alle in der gemeinsamen Mischkammer münden.Incidentally, the object is also achieved with a 3D print head as described above, wherein such a 3D print head then has three or more feed channels in the second material feed, all of which open in the common mixing chamber.

Die Aufgabe wird im Übrigen auch mit dem Verfahren zum Herstellen einer dreidimensionalen Struktur gelöst, wobei zunächst eine Anlage zum Herstellen einer dreidimensionalen Struktur wie vorstehend beschreiben bereitgestellt wird. Dem 3D-Druckkopf der Anlage wird nun sowohl ein quasiendloses Fasermaterial als auch ein thermoplastisches Matrixmaterial zugeführt und in der gemeinsamen Mischkammer zur Bildung einer Materialmischung gemischt und anschließend die Materialmischung dann zur Herstellung der dreidimensionalen Struktur gedruckt.Incidentally, the object is also achieved with the method for producing a three-dimensional structure, wherein initially a system for producing a three-dimensional structure as described above is provided. Both a quasi-free fiber material and a thermoplastic matrix material is now supplied to the 3D print head of the system and mixed in the common mixing chamber to form a material mixture and then the material mixture is then printed to produce the three-dimensional structure.

In einer vorteilhaften Ausführungsform hierzu ist es dabei denkbar, dass die Materialzuführgeschwindigkeit bei der Materialzuführung des quasiendlosen Fasermaterials und/oder des thermoplastischen Matrixmaterials während des Druckens variiert wird, was auch bedeuten kann, dass die Materialzuführgeschwindigkeit auf 0 herabgesetzt und somit die Materialzuführung unterbrochen wird.In an advantageous embodiment for this purpose, it is conceivable that the Materialzuführgeschwindigkeit is varied in the material supply of the quasi-filamentary fiber material and / or the thermoplastic matrix material during printing, which may also mean that the Materialzuführgeschwindigkeit reduced to 0, and thus the material supply is interrupted.

Die Erfindung wird anhand der beigefügten Figuren beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:

  • 1 - Perspektivische Darstellung eines 3D-Druckkopfes;
  • 2 - Schnittdarstellung des 3D-Druckkopfes
  • 3 - schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Anlage.
The invention will be explained in more detail by way of example with reference to the attached figures. Show it:
  • 1 - Perspective view of a 3D printhead;
  • 2 - Sectional view of the 3D print head
  • 3 - Schematic representation of the system according to the invention.

1 zeigt in einer perspektivischen Darstellung den Druckkopf 10, der dazu ausgebildet und vorgesehen ist, an einem nicht dargestellten Bewegungsautomaten angeordnet zu werden. Im unteren Bereich befindet sich ein Mischkopf 11, der einen Auslass 12 aufweist, aus dem schließlich die Materialmischung aus Fasermaterial und thermoplastischem Matrixmaterial zum Drucken der dreidimensionalen Struktur ausgegeben wird. 1 shows in a perspective view of the print head 10 , which is designed and intended to be arranged on an unillustrated motion machine. In the lower area is a mixing head 11 that has an outlet 12 from which finally the material mixture of fiber material and thermoplastic matrix material for printing the three-dimensional structure is output.

Innerhalb des Mischkopfes 11 befindet sich dabei die nicht dargestellte Mischkammer, in der sowohl die erste Materialzuführung 13 des Fasermaterials als auch die zweite Materialzuführung 14 für das thermoplastische Matrixmaterial münden.Inside the mixing head 11 This is the mixing chamber, not shown, in which both the first material supply 13 the fiber material as well as the second material supply 14 for the thermoplastic matrix material.

Die erste Materialzuführung 13 weist einen Zuführkanal auf, der axial zu dem Auslass 12 vorgesehen ist, so dass das Fasermaterial durch die erste Materialzuführung 13 in den Mischkopf 11 und dann aus dem Auslass 12 herausgeführt werden kann.The first material feed 13 has a feed channel that is axial to the outlet 12 is provided, so that the fiber material through the first material supply 13 in the mixing head 11 and then from the outlet 12 can be led out.

Die zweite Materialzuführung 14 weist im Ausführungsbeispiel der 1 drei Zuführkanäle 15 (siehe 2) auf, die ebenfalls an dem Mischkopf 11 angeordnet und somit ebenfalls in den innerhalb des Mischkopfes 11 vorgesehenen Mischkammern 20 (siehe 2) münden. Die Zuführkanäle 15 sind dabei um den axialen Verlauf des Zuführkanals der ersten Materialzuführung 13 unter einem gewissen Winkel angeordnet.The second material feed 14 has in the embodiment of 1 three feed channels 15 (please refer 2 ), which also on the mixing head 11 arranged and thus also in the inside of the mixing head 11 provided mixing chambers 20 (please refer 2 ). The feed channels 15 are about the axial course of the feed channel of the first material supply 13 arranged at a certain angle.

Jedem der drei Zuführkanäle 15 ist dabei eine Vorschubeinheit 16 zugeordnet, die ausgebildet sind, ein zunächst festes thermoplastisches Matrixmaterial in ihren jeweils zugeordneten Zuführkanal 15 der zweiten Materialzuführung 14 zu drücken, wobei das thermoplastische Matrixmaterial im Bereich des Mischkopfes 11 temperiert und dadurch aufgeschmolzen wird. Dabei ist ggf. vorgesehen, dass die Vorschubeinheit 16 mit Kühlrippen 17 in Verbindung steht, so dass das thermoplastische Matrixmaterial tatsächlich auch erst im Bereich des Mischkopfes 11 eine Temperatur erreicht, in der es aufgeschmolzen wird.Each of the three feed channels 15 is a feed unit 16 assigned, which are formed, a first solid thermoplastic matrix material in their respective associated feed channel 15 the second material feed 14 to press, wherein the thermoplastic matrix material in the region of the mixing head 11 tempered and thereby melted. It may be provided that the feed unit 16 with cooling fins 17 in connection, so that the thermoplastic matrix material actually only in the region of the mixing head 11 reaches a temperature at which it is melted.

Durch die Anordnung von drei Zuführkanälen (oder ggf. mehr) und jeweils separaten Vorschubeinheiten, die mithilfe einer Steuerungseinheit separat angesteuert werden können, kann die Materialzuführung sehr fein graduiert eingestellt werden, wodurch die Lage und Position des Fasermaterials innerhalb des ummantelnden Matrixmaterials definiert einstellbar ist.The arrangement of three feed channels (or possibly more) and each separate feed units, which can be controlled separately by means of a control unit, the material supply can be adjusted very fine graduated, whereby the position and position of the fiber material within the covering matrix material is defined adjustable.

So ist es beispielsweise denkbar, dass die Materialzuführung des Fasermaterials grundsätzlich gestoppt wird, wodurch ausschließlich das thermoplastische Matrixmaterial am Auslass 12 ausgegeben wird. Denkbar ist aber auch, dass bei einigen der Zuführkanäle und der diesem Zuführkanal 15 zugeordneten Vorschubeinheit 16 eine Ansteuerung so erfolgt, dass die Materialzuführgeschwindigkeit herabgesetzt wird, wodurch weniger thermoplastisches Matrixmaterial in diesem Bereich in die Mischkammer gelangt. Aufgrund eines hierdurch entstehenden Druckgradienten innerhalb der Mischkammer verändert sich die Lage und Position des Fasermaterials in Bezug auf das ummantelnde Matrixmaterial, wodurch die Materialmischung exakt an die vorgegebenen Bedingungen der herzustellenden dreidimensionalen Struktur angepasst werden kann.So it is conceivable, for example, that the material supply of the fiber material is basically stopped, whereby only the thermoplastic matrix material at the outlet 12 is issued. It is also conceivable that in some of the feed channels and this supply channel 15 assigned feed unit 16 a control is carried out so that the material feed rate is reduced, whereby less thermoplastic matrix material in this area passes into the mixing chamber. Due to a resulting pressure gradient within the mixing chamber, the position and position of the fiber material with respect to the sheathing matrix material changes, whereby the material mixture can be adapted exactly to the predetermined conditions of the three-dimensional structure to be produced.

2 zeigt eine Schnittdarstellung durch den 3D-Druckkopf, sowie er aus 1 bekannt ist. Dabei ist eine Mischkammer 21 vorgesehen, in der die Zuführkanäle 15 der zweiten Materialzuführung 14 münden. Darüber hinaus mündet ein Zuführkanal 19 der ersten Materialzuführung 13 ebenfalls in der Mischkammer 21, so dass dort das Fasermaterial mit dem Matrixmaterial gemischt werden kann. Die Mischkammer 21 mündet dann in einem Auslass 12, aus dem dann das Materialgemisch ausgegeben wird. 2 shows a sectional view through the 3D printhead, as well as he out 1 is known. There is a mixing chamber 21 provided in which the feed channels 15 the second material feed 14 lead. In addition, a feed channel opens 19 the first material feeder 13 also in the mixing chamber 21 so that there the fiber material can be mixed with the matrix material. The mixing chamber 21 then flows into an outlet 12 from which the material mixture is then output.

Der Auslass 12 befindet sich dabei in einer Kopfspitze 18, die lösbar an dem Druckkopf 10 angeordnet ist, um so nach dem Entfernen der Kopfspitze 18 einen Zugriff auf die Mischkammer 21 und die Zuführkanäle 15 der zweiten Materialzuführung 14 und dem Zuführkanal 19 der ersten Materialzuführung zu erhalten. Auf diese Art und Weise kann der 3D-Druckkopf einfach und prozesssicher gereinigt werden.The outlet 12 is located in a head tip 18 that is detachable to the printhead 10 is arranged so as to remove the head tip 18 an access to the mixing chamber 21 and the feed channels 15 the second material feed 14 and the feed channel 19 to receive the first material feed. In this way, the 3D print head can be cleaned simply and reliably.

Denn in der Regel hat der Auslass 12 einen kleineren Durchmesser, als die Zuführkanäle 15 der zweiten Materialzuführung oder der Zuführkanal 19 der ersten Materialzuführung, so dass ein Reinigen ohne Entfernen der Kopfspitze 18 nur sehr schwierig möglich ist.Because usually has the outlet 12 a smaller diameter than the feed channels 15 the second material supply or the supply channel 19 the first material feed, allowing cleaning without removing the head tip 18 only very difficult is possible.

Die Zuführkanäle 15 der zweiten Materialzuführung 13 für das thermoplastische Matrixmaterial sind vorzugsweise gerade ausgeführt und weisen keine Krümmung innerhalb des Kopfes auf. Darüber hinaus ist die Mischkammer so in dem Mischkopf 11 angeordnet, dass die Mischkammer 21 direkt nach dem Entfernen der Kopfspitze 18 zugänglich ist. Die Zuführkanäle 15 der zweiten Materialzuführung 13 münden dann so in die Mischkammer 21, dass nach dem Entfernen der Kopfspitze 18 in jeden Zuführkanal ein Stange einschiebbar ist, um so die Zuführkanäle entsprechend reinigen zu können. Vorzugsweise ist die Stange dabei vollständig in den jeweiligen Zuführkanal einschiebbar.The feed channels 15 the second material feed 13 for the thermoplastic matrix material are preferably straight and have no curvature within the head. In addition, the mixing chamber is so in the mixing head 11 arranged that the mixing chamber 21 right after removing the head tip 18 is accessible. The feed channels 15 the second material feed 13 then open into the mixing chamber 21 that after removing the head tip 18 in each feed channel a rod can be inserted, so as to be able to clean the feed channels accordingly. Preferably, the rod is thereby completely inserted into the respective feed channel.

3 zeigt in einer schematischen Darstellung die erfindungsgemäße Anlage 100, die zunächst in einer vereinfachten Darstellung den Druckkopf 10, wie aus 1 bekannt, aufweist. Für eine bessere Darstellung ist der Druckkopf 10 hier nur exemplarisch angedeutet und weist insgesamt drei Zuführkanäle für thermoplastisches Matrixmaterial sowie eine zentrale Zuführung von Fasermaterial auf. 3 shows a schematic representation of the plant according to the invention 100 , the first in a simplified representation of the printhead 10 , like out 1 known, has. For better illustration, the printhead is 10 here indicated only by way of example and has a total of three feed channels for thermoplastic matrix material and a central feed of fiber material.

Die Anlage 100 weist des Weiteren eine Steuerungseinheit 20 auf, die zunächst mit dem Druckkopf 10 signaltechnisch in Verbindung steht, um so beispielsweise durch Ansteuerung der Vorschubeinheiten (nicht dargestellt in 2) die Vorschubgeschwindigkeit und somit die Materialzuführgeschwindigkeit einstellen zu können.The attachment 100 further comprises a control unit 20 on, first with the printhead 10 signal technology is connected, so as for example by controlling the feed units (not shown in FIG 2 ) to adjust the feed rate and thus the material feed speed.

Des Weiteren weist die Anlage 100 eine erste Materialbereitstellungseinrichtung 30 auf, die ein Fasermaterial 31 speichert. Das Fasermaterial 31 ist dabei innerhalb eines Druckbehälters 32 der ersten Materialbereitstellungseinrichtung 30 angeordnet, wobei an dem Druckbehälter 32 eine Faserzuführung 33 angeordnet ist, die einerseits mit dem Druckbehälter 32 und andererseits mit der zentralen Zuführung für Fasermaterial am Druckkopf 10 druckdicht angeordnet ist. Das Fasermaterial 31 kann nun von der ersten Materialbereitstellungseinrichtung 30 in dem Druckbehälter 32 durch die Faserführung 33 bis zum Druckkopf 10 transportiert werden.Furthermore, the attachment points 100 a first material supply device 30 on, which is a fiber material 31 stores. The fiber material 31 is inside a pressure vessel 32 the first material supply device 30 arranged, wherein on the pressure vessel 32 a fiber feed 33 is arranged, on the one hand with the pressure vessel 32 and on the other hand, with the central fiber feed on the printhead 10 is arranged pressure-tight. The fiber material 31 can now from the first material delivery device 30 in the pressure vessel 32 through the fiber guide 33 to the print head 10 be transported.

Des Weiteren ist eine nur schematisch angedeutete zweite Materialbereitstellungseinrichtung 40 vorgesehen, um dem Druckkopf 10 das thermoplastische Matrixmaterial 41 in fester Form zuzuführen.Furthermore, an only schematically indicated second material supply device 40 provided to the printhead 10 the thermoplastic matrix material 41 to be supplied in solid form.

Die Steuerungseinheit 20 steht dabei mit der ersten Materialbereitstellungseinrichtung 30 signaltechnisch in Verbindung, um so ggf. die Materialzuführung stoppen zu können. Denkbar ist aber auch, dass an dem Druckkopf 10 eine Vorschubeinheit für das Fasermaterial vorgesehen ist, welche dann durch Ansteuerung durch die Steuerungseinheit 20 entsprechend so gesteuert werden kann, dass die Materialzuführung des Materials 31 gestoppt wird.The control unit 20 stands with the first material supply device 30 Signaling in conjunction, so as to be able to stop the material supply if necessary. It is also conceivable that the printhead 10 a feed unit for the fiber material is provided, which is then controlled by the control unit 20 Accordingly, it can be controlled so that the material supply of the material 31 is stopped.

Des Weiteren weist der Druckbehälter 32 einen Anschluss für eine Druckquelle 34 auf, mit der der Innenbereich des Druckbehälters 32 und der Faserzuführung 33 mit einem Druckmedium bedruckt werden kann. Hierdurch kann verhindert werden, dass thermoplastisches Matrixmaterial am Druckkopf 10 in der zentralen Zuführung für das Fasermaterial aufsteigt und an dem Druckkopf gegenüber dem Auslass entweicht, da aufgrund des Überdrucks im Druckbehälter 32 in der Faserzuführung 33 dem Druck innerhalb des Mischkopfes entgegengewirkt wird.Furthermore, the pressure vessel points 32 a connection for a pressure source 34 on, with the inside of the pressure vessel 32 and the fiber feeder 33 can be printed with a print medium. This can prevent thermoplastic matrix material on the print head 10 rises in the central feed for the fiber material and escapes at the printhead opposite the outlet, as due to the pressure in the pressure vessel 32 in the fiber feeder 33 the pressure within the mixing head is counteracted.

Dabei ist es denkbar, dass die Druckwelle 34 durch die Steuerungseinheit 20 gesteuert wird, so dass beispielsweise der Innendruck variabel eingestellt werden kann. Die Einstellung des Innendruckes kann dabei beispielsweise in Abhängigkeit einer Druckgeschwindigkeit oder einer Materialzuführgeschwindigkeit erfolgen, wodurch sich innerhalb des Druckkopfes entsprechend auch die Druckverhältnisse ändern. Denkbar ist des Weiteren, dass die Steuerungseinrichtung 20 zum Temperieren des Druckmediums, mit dem der Innendruck aufgebaut werden soll, ausgebildet ist, um so ein Aushärten des thermoplastischen Matrixmaterials im Bereich der Faserzuführung für das Fasermaterial 31 entgegengewirkt wird.It is conceivable that the pressure wave 34 through the control unit 20 is controlled so that, for example, the internal pressure can be variably adjusted. The adjustment of the internal pressure can take place, for example, as a function of a printing speed or a Materialzuführgeschwindigkeit, thereby correspondingly change the pressure conditions within the print head. It is also conceivable that the control device 20 for tempering the pressure medium, with which the internal pressure is to be built up, is formed so as to harden the thermoplastic matrix material in the region of the fiber feed for the fiber material 31 counteracted.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1010
- Druckkopf- Printhead
1111
- Mischkopf- mixing head
1212
- Auslass- outlet
1313
- erste Materialzuführung- first material feed
1414
- zweite Materialzuführung- second material supply
1515
- Zuführkanäle der zweiten Materialzuführung- Feed channels of the second material supply
1616
- Vorschubeinheiten- Feed units
1717
- Kühlrippen- cooling fins
1818
- Kopfspitze- head tip
1919
- Zuführkanäle der ersten Materialzuführung- Feeding channels of the first material supply
2020
- Steuerungseinheit- Control unit
2121
- Mischkammer- mixing chamber
3030
- erste Materialbereitstellungseinrichtung- First material supply device
3131
- Fasermaterial- Fiber material
3232
- Druckbehälter- Pressure vessel
3333
- Faserzuführung- fiber feed
3434
- Druckquelle- Pressure source
4040
- zweite Materialbereitstellungseinrichtung- Second material supply device
4141
- thermoplastisches Matrixmaterial- thermoplastic matrix material

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 202015004336 U1 [0008]DE 202015004336 U1 [0008]

Claims (18)

Anlage zum Herstellen von dreidimensionalen Strukturen, die zwei oder mehr unterschiedliche Werkstoffe aufweisen, mit einem 3D-Druckkopf (10), der eine erste Materialzuführung (13) zum Zuführen eines quasiendlosen Fasermaterials (31) und wenigstens eine zweite Materialzuführung (14) zum Zuführen eines thermoplastischen Matrixmaterials (41) hat, die in einer gemeinsamen Mischkammer (21) des Druckkopfes (10) münden, wobei die Mischkammer (21) des 3D-Druckkopfes (10) zum Temperieren des der Mischkammer (21) zugeführten Matrixmaterials (41) und zum Bilden einer Materialmischung aus dem Fasermaterial (31) und dem Matrixmaterial (41) ausgebildet ist, wobei die Mischkammer (21) mit einem Auslass (12) des 3D-Druckkopfes (10) kommunizierend in Verbindung steht, der zum Ausgeben der gebildeten Materialmischung eingerichtet ist, um die dreidimensionale Struktur herzustellen, wobei die erste Materialzuführung (13) einen Zuführkanal (19) hat, der in der Mischkammer (21) mündet und axial zu dem Auslass (12) derart angeordnet ist, dass ein quasiendloses Fasermaterial (31) von dem Zuführkanal (19) der ersten Materialzuführung (13) durch die Mischkammer (21) und dem Auslass (12) hindurchführbar ist, und wobei die Anlage eine Steuerungseinheit (20) hat, die zum Steuern der Materialzuführung des quasiendlosen Fasermaterials (31) und/oder des thermoplastischen Matrixmaterials (41) eingerichtet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens zweite Materialzuführung (14) drei oder mehr Zuführkanäle (15) aufweist, die um einen axialen Verlauf des Zuführkanals (19) der ersten Materialzuführung (13) herum angeordnet sind und in der Mischkammer (21) münden.A plant for producing three-dimensional structures comprising two or more different materials, comprising a 3D print head (10) having a first material feed (13) for feeding a quasi-fiberless material (31) and at least one second material feed (14) for feeding a thermoplastic matrix material (41), which open into a common mixing chamber (21) of the print head (10), wherein the mixing chamber (21) of the 3D print head (10) for tempering the mixing chamber (21) supplied matrix material (41) and the Forming a material mixture of the fiber material (31) and the matrix material (41) is formed, wherein the mixing chamber (21) communicating with an outlet (12) of the 3D print head (10) is in communication, which is adapted to output the material mixture formed to produce the three-dimensional structure, wherein the first material supply (13) has a feed channel (19) which opens into the mixing chamber (21) and axially to the outlet (12) is arranged such that a quasi-filamentous fiber material (31) from the supply channel (19) of the first material supply (13) through the mixing chamber (21) and the outlet (12) can be passed, and wherein the system is a control unit ( 20) arranged to control the material supply of the quasi-non-woven fiber material (31) and / or the thermoplastic matrix material (41), characterized in that the at least second material supply (14) has three or more feed channels (15) around a axial course of the feed channel (19) of the first material supply (13) are arranged around and in the mixing chamber (21) open. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführkanäle der zweiten Materialzuführung (15) nicht axial zu dem Auslass (12) angeordnet sind.Plant after Claim 1 , characterized in that the supply channels of the second material supply (15) are not arranged axially relative to the outlet (12). Anlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der 3D-Druckkopf (10) für jeden Zuführkanal der zweiten Materialzuführung (15) jeweils eine Vorschubeinheit (16) hat, die das thermoplastische Matrixmaterial (41) durch den jeweiligen Zuführkanal der zweiten Materialzuführung (15) in die Mischkammer (21) drücken.Plant after Claim 1 or 2 , characterized in that the 3D print head (10) for each feed channel of the second material supply (15) each have a feed unit (16), the thermoplastic matrix material (41) through the respective feed channel of the second material supply (15) into the mixing chamber ( 21). Anlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorschubeinheiten (16) lösbar am dem Druckkopf (10) angeordnet sind.Plant after Claim 3 , characterized in that the feed units (16) are arranged detachably on the print head (10). Anlage nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass jede Vorschubeinheit (16) getrennt von den jeweils anderen mittels der Steuerungseinheit (20) ansteuerbar ist, wobei die Steuerungseinheit (20) zum Einstellen und/oder Variieren der Materialzuführgeschwindigkeit des thermoplastischen Matrixmaterials (41) durch entsprechende Ansteuerung der Vorschubeinheiten (16) eingerichtet ist, um die Vorschubgeschwindigkeit der Vorschubeinheiten (16) separat einzustellen.Plant after Claim 3 or 4 , characterized in that each feed unit (16) is controllable separately from the other by means of the control unit (20), wherein the control unit (20) for setting and / or varying the material feed rate of the thermoplastic matrix material (41) by appropriate control of the feed units ( 16) is arranged to adjust the feed rate of the feed units (16) separately. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinheit (20) zum Einstellen und/oder Variieren der Materialzuführgeschwindigkeit des quasiendlosen Fasermaterials (31) und/oder des thermoplastischen Matrixmaterials (41) eingerichtet ist.Installation according to one of the preceding claims, characterized in that the control unit (20) for adjusting and / or varying the material feed speed of the quasi-filamentous fiber material (31) and / or the thermoplastic matrix material (41) is arranged. Anlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinheit (20) zum Einstellen und/oder Variieren der Materialzuführgeschwindigkeit in Abhängigkeit von einer Druckgeschwindigkeit und/oder einer Druckgeschwindigkeitsänderung und/oder in Abhängigkeit von einer vorgegebenen Geometrie und/oder eines vorgegebenen Aufbaus der herzustellenden dreidimensionalen Struktur eingerichtet ist.Plant after Claim 6 characterized in that the control unit (20) is adapted to set and / or vary the material feed rate in response to a print speed and / or a print speed change and / or a predetermined geometry and / or a predetermined structure of the three-dimensional structure to be produced. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage eine erste Materialbereitstellungseinrichtung (30) hat, die zum Bereitstellen eines quasiendlosen Fasermaterials (31) zu der ersten Materialzuführung (13) des 3D-Druckkopfes (10) ausgebildet ist, und eine zweite Materialbereitstellungseinrichtung (40) hat, die zum Bereitstellen eines thermoplastischen Matrixmaterials (41) zu der zweiten Materialzuführung (14) des 3D-Druckkopfes (10) ausgebildet ist, wobei die erste Materialzuführung (13) einen Eingang aufweist, durch den das quasiendlose Fasermaterial (31) in den Zuführkanal (19) der ersten Materialzuführung (13) zugeführt wird, und wobei eine Druckquelle (34) vorgesehen ist, die mit dem Eingang der ersten Materialzuführung (13) zum Erzeugen eines Überdruckes am Eingang der ersten Materialzuführung (13) derart zusammenwirkt, dass ein Austreten des thermoplastischen Matrixmaterials (41) am Eingang der ersten Materialzuführung (13) verhindert wird.Installation according to one of the preceding claims, characterized in that the system has a first material supply device (30) which is designed to provide a quasi-filamentary fiber material (31) to the first material supply (13) of the 3D printing head (10), and a second Material supply device (40), which is designed to provide a thermoplastic matrix material (41) to the second material supply (14) of the 3D print head (10), wherein the first material supply (13) has an input through which the quasi filamentary material (31 ) is supplied into the feed channel (19) of the first material supply (13), and wherein a pressure source (34) is provided which cooperates with the input of the first material supply (13) for generating an overpressure at the input of the first material supply (13) in that an escape of the thermoplastic matrix material (41) at the entrance of the first material feed (13) is prevented is. Anlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Materialbereitstellungseinrichtung (30) einen Druckbehälter (32) zum Lagern des quasiendlosen Fasermaterials (31) hat und eine druckdichte Faserführung (33) hat, die druckdicht an dem Druckbehälter (32) einerseits und druckdicht an der ersten Materialzuführung (13) des 3D-Druckkopfes (10) andererseits angeschlossen ist, so dass das quasiendlose Fasermaterial (31) von dem Druckbehälter (32) durch die druckdichte Faserführung (33) bis zu der ersten Materialzuführung (13) des 3D-Druckkopfes (10) hindurchführbar ist, wobei die Druckquelle (34) zum Erzeugen eines Innendruckes im Inneren des Druckbehälters und der druckdichten Faserführung (33) derart ausgebildet ist, dass der Überdruck am Eingang der ersten Materialzuführung (13) erzeugt und ein Austreten des thermoplastischen Matrixmaterials (41) an der ersten Materialzuführung (13) verhindert wird.Plant after Claim 8 , characterized in that the first material supply device (30) has a pressure vessel (32) for supporting the quasi-filamentary fiber material (31) and has a pressure-tight fiber guide (33), the pressure-tight on the pressure vessel (32) on the one hand and pressure-tight at the first material feed ( 13) of the 3D printing head (10) is connected on the other hand, so that the quasi filthless fiber material (31) from the pressure vessel (32) through the pressure-tight fiber guide (33) to the first material supply (13) of the 3D print head (10) can be passed is, wherein the pressure source (34) for generating an internal pressure in the interior of the pressure vessel and the pressure-tight fiber guide (33) is formed such that the overpressure at the input of the first material supply (13) generates and a leakage of thermoplastic matrix material (41) on the first material supply (13) is prevented. Anlage nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinheit (20) zum Ansteuern der Druckquelle (34) derart eingerichtet ist, dass der erzeugte Überdruck variiert.Plant after Claim 8 or 9 , characterized in that the control unit (20) for controlling the pressure source (34) is arranged such that the generated overpressure varies. Anlage nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinheit (20) zum Ansteuern der Druckquelle (34) derart eingerichtet ist, dass der erzeugte Überdruck in Abhängigkeit von einer Druckgeschwindigkeit des Druckkopfes (10) und/oder in Abhängigkeit von einer Materialzuführgeschwindigkeit des quasiendlosen Fasermaterials (31) und/oder des thermoplastischen Matrixmaterials (41) eingestellt wird.Plant according to one of the Claims 8 to 10 , characterized in that the control unit (20) for controlling the pressure source (34) is set up such that the overpressure generated as a function of a printing speed of the print head (10) and / or in dependence on a Materialzuführgeschwindigkeit of quasi filament material (31) and / or the thermoplastic matrix material (41) is adjusted. Anlage einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Materialzuführung (13) ein Sensorsystem hat, das zum Detektieren einer Füllhöhe des thermoplastischen Matrixmaterials (41) in der erste Materialzuführung (13) ausgebildet ist, wobei die Steuerungseinheit (20) zum Ansteuern der Druckquelle (34) derart eingerichtet ist, dass der erzeugte Überdruck in Abhängigkeit von der detektierten Füllhöhe eingestellt wird.Plant one of the Claims 8 to 11 characterized in that the first material supply (13) has a sensor system adapted to detect a level of filling of the thermoplastic matrix material (41) in the first material supply (13), the control unit (20) for driving the pressure source (34) in such a way is set up that the generated overpressure is adjusted in dependence on the detected filling level. Anlage nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage zum Temperieren des zum Erzeugen des Überdruckes verwendeten Druckmediums ausgebildet ist.Plant according to one of the Claims 8 to 12 , characterized in that the system is designed for tempering the pressure medium used for generating the overpressure. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage einen Bewegungsautomaten aufweist, an dem als Endeffektor der 3D-Druckkopf (10) angeordnet ist.Installation according to one of the preceding claims, characterized in that the system comprises a movement machine, on which is arranged as the end effector of the 3D print head (10). Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der 3D-Druckkopf (10) eine Kopfspitze (18) aufweist, die lösbar an dem 3D-Druckkopf (10) angeordnet ist und in der der Auslass (12) vorgesehen ist.Installation according to one of the preceding claims, characterized in that the 3D print head (10) has a head tip (18) which is detachably arranged on the 3D print head (10) and in which the outlet (12) is provided. 3D-Druckkopf (10) zum Herstellen dreidimensionaler Strukturen mit den Merkmalen nach einem der vorhergehenden Ansprüche.3D print head (10) for producing three-dimensional structures having the features of one of the preceding claims. Verfahren zum Herstellen einer dreidimensionalen Struktur, die zwei oder mehr unterschiedliche Werkstoffe aufweist, mit Bereitstellen einer Anlage zum Herstellen einer dreidimensionalen Struktur nach einem der Ansprüche 1 bis 15, Zuführen von quasiendlosem Fasermaterial (31) und thermoplastischen Matrixmaterial (41) zu dem 3D-Druckkopf (10) der Anlage und Drucken der Materialmischung aus dem Fasermaterial (31) und dem Matrixmaterial (41) zur Herstellung der dreidimensionalen Struktur.A method of manufacturing a three-dimensional structure comprising two or more different materials, comprising providing a plant for producing a three-dimensional structure according to any one of Claims 1 to 15 Feeding quasi-defensive fibrous material (31) and thermoplastic matrix material (41) to the 3D printing head (10) of the plant and printing the material mixture of the fibrous material (31) and the matrix material (41) to produce the three-dimensional structure. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialzuführgeschwindigkeit bei der Materialzuführung des quasiendlosen Fasermaterials (31) und/oder thermoplastischen Matrixmaterials (41) während des Druckens variiert wird.Method according to Claim 17 , characterized in that the Materialzuführgeschwindigkeit is varied in the material supply of the quasi-free fiber material (31) and / or thermoplastic matrix material (41) during printing.
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Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110239096A (en) * 2019-06-28 2019-09-17 哈尔滨汇恒科技有限公司 Extruded type biology 3D printing spray head
EP3578340A1 (en) 2018-06-08 2019-12-11 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. System and push button for producing three-dimensional structures
EP3578365A1 (en) 2018-06-08 2019-12-11 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Method and system for producing a three-dimensional structure
EP3628471A1 (en) 2018-09-25 2020-04-01 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. System and method for producing three-dimensional structures
WO2020182407A1 (en) 2019-03-13 2020-09-17 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Method and apparatus for impregnating a fibre bundle and method and facility for producing a three-dimensional structure
DE102020118703A1 (en) 2020-07-15 2022-01-20 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Method and device for impregnating at least one fiber material
DE102020118697A1 (en) 2020-07-15 2022-01-20 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Method and device for impregnating at least one fiber material
DE102020124168A1 (en) 2020-09-16 2022-03-17 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Method and device for spreading a fiber bundle
CN114851553A (en) * 2022-04-03 2022-08-05 江苏铭亚科技有限公司 High temperature resistant combined material continuous fibers 3D printing apparatus

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5936861A (en) * 1997-08-15 1999-08-10 Nanotek Instruments, Inc. Apparatus and process for producing fiber reinforced composite objects
US20140291886A1 (en) * 2013-03-22 2014-10-02 Gregory Thomas Mark Three dimensional printing
US20150093465A1 (en) * 2013-10-01 2015-04-02 Autodesk, Inc. Material Dispensing System
DE202015004336U1 (en) 2015-06-18 2015-08-11 Siemens Aktiengesellschaft Apparatus for applying at least one material, extruder, 3D printing head, 3D printer, machine tool and control device

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5936861A (en) * 1997-08-15 1999-08-10 Nanotek Instruments, Inc. Apparatus and process for producing fiber reinforced composite objects
US20140291886A1 (en) * 2013-03-22 2014-10-02 Gregory Thomas Mark Three dimensional printing
US20150093465A1 (en) * 2013-10-01 2015-04-02 Autodesk, Inc. Material Dispensing System
DE202015004336U1 (en) 2015-06-18 2015-08-11 Siemens Aktiengesellschaft Apparatus for applying at least one material, extruder, 3D printing head, 3D printer, machine tool and control device

Cited By (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3578340A1 (en) 2018-06-08 2019-12-11 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. System and push button for producing three-dimensional structures
EP3578365A1 (en) 2018-06-08 2019-12-11 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Method and system for producing a three-dimensional structure
DE102018113779A1 (en) 2018-06-08 2019-12-12 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Plant and printhead for producing three-dimensional structures
DE102018113775A1 (en) 2018-06-08 2019-12-12 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Method and plant for producing a three-dimensional structure
EP3628471A1 (en) 2018-09-25 2020-04-01 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. System and method for producing three-dimensional structures
DE102019106355A1 (en) * 2019-03-13 2020-09-17 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Method and device for impregnating a fiber bundle as well as method and system for producing a three-dimensional structure
WO2020182407A1 (en) 2019-03-13 2020-09-17 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Method and apparatus for impregnating a fibre bundle and method and facility for producing a three-dimensional structure
CN110239096B (en) * 2019-06-28 2021-03-23 哈尔滨汇恒科技有限公司 Extrusion type biological 3D printing nozzle
CN110239096A (en) * 2019-06-28 2019-09-17 哈尔滨汇恒科技有限公司 Extruded type biology 3D printing spray head
DE102020118703A1 (en) 2020-07-15 2022-01-20 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Method and device for impregnating at least one fiber material
DE102020118697A1 (en) 2020-07-15 2022-01-20 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Method and device for impregnating at least one fiber material
WO2022013011A1 (en) 2020-07-15 2022-01-20 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Method and device for impregnating at least one fibre material
WO2022013010A1 (en) 2020-07-15 2022-01-20 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Method and device for impregnating at least one fibrous material
DE102020124168A1 (en) 2020-09-16 2022-03-17 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Method and device for spreading a fiber bundle
DE102020124168B4 (en) 2020-09-16 2023-07-27 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Method and device for spreading a fiber bundle
CN114851553A (en) * 2022-04-03 2022-08-05 江苏铭亚科技有限公司 High temperature resistant combined material continuous fibers 3D printing apparatus
CN114851553B (en) * 2022-04-03 2023-07-14 江苏铭亚科技有限公司 High temperature resistant composite continuous fiber 3D printing equipment

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