DE102017214752A1 - Druckkopf und Verfahren zur Herstellung von 3D-Druckteilen - Google Patents

Druckkopf und Verfahren zur Herstellung von 3D-Druckteilen Download PDF

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Druckkopf zur Herstellung von 3D-Druckteilen. Dieser umfasst einen Heizblock und eine Düsenspitze mit einem an einem Ende der Düsenspitze angeordneten Düsenausgang. Der Heizblock weist an einer Außenseite eine Öffnung auf, innerhalb welcher die Düsenspitze zumindest teilweise angeordnet ist. Entweder ragt das den Düsenausgang aufweisende Ende der Düsenspitze maximal 2 mm aus der Öffnung heraus oder das den Düsenausgang aufweisende Ende der Düsenspitze ragt nicht aus der Öffnung heraus. Zudem betrifft die vorliegende Erfindung auch ein Verfahren zur Herstellung von 3D-Druckteilen. Durch den erfindungsgemäßen Druckkopf kann ein optimiertes Verschweißen der Kunststoffschmelzestränge bei der Herstellung von 3D-Druckteilen mittels Schmelzschichtverfahren erreicht werden, sodass die Stabilität der so erhaltenen 3D-Druckteile deutlich erhöht wird.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Druckkopf zur Herstellung von 3D-Druckteilen. Dieser umfasst einen Heizblock und eine Düsenspitze mit einem an einem Ende der Düsenspitze angeordneten Düsenausgang. Der Heizblock weist an einer Außenseite eine Öffnung auf, innerhalb welcher die Düsenspitze zumindest teilweise angeordnet ist. Entweder ragt das den Düsenausgang aufweisende Ende der Düsenspitze maximal 2 mm aus der Öffnung heraus oder das den Düsenausgang aufweisende Ende der Düsenspitze ragt nicht aus der Öffnung heraus. Zudem betrifft die vorliegende Erfindung auch ein Verfahren zur Herstellung von 3D-Druckteilen. Durch den erfindungsgemäßen Druckkopf kann ein optimiertes Verschweißen der Kunststoffschmelzestränge bei der Herstellung von 3D-Druckteilen mittels Schmelzschichtverfahren erreicht werden, sodass die Stabilität der so erhaltenen 3D-Druckteile deutlich erhöht wird.
  • Günstige 3D-Druckverfahren basieren derzeit auf dem Verfahren der Schmelzschichtung, auch „Fused Deposition Modeling“ oder „Fused Filament Fabrication“ genannt, bei dem dreidimensionale Körper schichtweise durch Ablegen dünner Schmelzestränge gebildet werden. Der Druckkopf ist dabei üblicherweise als eine kegelartige Düsenspitze 1 ausgeführt, an deren oberen Bereich ein Heizblock 2 aus wärmeleitendem Material (z.B. Aluminium) angebracht ist. Der Heizblock wird in der Regel durch einen Heizwiderstand erwärmt. Ein solcher aus dem Stand der Technik bekannter Druckkopf ist in 1 dargestellt.
  • Mit dem Verfahren können alle Arten von Thermoplasten verarbeitet werden, die als Schmelze eine genügend hohe Fließfähigkeit besitzen. 3D-Druckteile, die durch dieses Verfahren hergestellt werden, weisen nach heutigem Stand der Technik deutlich geringere mechanische Festigkeiten auf, als es entsprechend der Materialeigenschaften möglich wäre bzw. als es im Spritzgussverfahren normalerweise erreicht wird (siehe z.B. B.M. Tymrak et al., Materials & Design 2014, Vol. 58, 242-246). Insbesondere ist die Haftung zwischen den Schichten durch eine fehlende Verschmelzung der extrudierten Stränge ungenügend für viele technische Anwendungen. Ebenso sind durch den Verfahrensablauf bedingte Lufteinschlüsse/Hohlräume innerhalb des Körpers ein bekanntes Problem (Geometrie des Ablegens runder Stränge nebeneinander und übereinander), welches zu verminderter Transparenz und reduzierter Festigkeit führt. Die Schmelzschichtung ist damit für viele Anwendungen abseits vom Modellbau noch ungeeignet.
  • Ausgehend hiervon war es somit die Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Druckkopf bereitzustellen, mit dem 3D-Druckteile in einem Schmelzschichtverfahren hergestellt werden können, die eine sehr hohe Stabilität aufweisen.
  • Diese Aufgabe wird bezüglich eines Druckkopfes zur Herstellung von 3D-Druckteilen mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und bezüglich eine Verfahrens zur Herstellung von 3D-Druckteilen mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 gelöst. Die abhängigen Patentansprüche stellen vorteilhafte Weiterbildungen dar.
  • Erfindungsgemäß wird somit ein Druckkopf zur Herstellung von 3D-Druckteilen angegeben, welcher einen Heizblock und eine Düsenspitze mit einem an einem Ende der Düsenspitze angeordneten Düsenausgang umfasst. Erfindungsgemäß weist der Heizblock an einer Außenseite eine Öffnung auf, innerhalb welcher die Düsenspitze zumindest teilweise angeordnet ist, wobei das den Düsenausgang aufweisende Ende der Düsenspitze maximal 2 mm aus der Öffnung herausragt oder das den Düsenausgang aufweisende Ende der Düsenspitze nicht aus der Öffnung herausragt.
  • Die Düsenspitze ist somit zumindest teilweise innerhalb des Heizblocks angeordnet bzw. verläuft zumindest teilweise durch den Heizblock. Hierbei ist die Düsenspitze zumindest teilweise in einer Öffnung an einer Außenseite des Heizblocks angeordnet. Auf diese Weise kann Kunststoffmaterial durch den Düsenausgang der Düsenspitze abgegeben werden, welches zuvor innerhalb der Düsenspitze durch den Heizblock erhitzt bzw. auf hoher Temperatur gehalten wurde.
  • Das den Düsenausgang aufweisende Ende der Düsenspitze ragt entweder durch die Öffnung aus dem Heizblock heraus, und zwar um maximal 2 mm, oder es ragt nicht aus dem Heizblock heraus. Für den Fall, dass das den Düsenausgang aufweisende Ende der Düsenspitze nicht aus dem Heizblock herausragt, kann es entweder mit der die Öffnung aufweisenden Außenseite des Heizblocks bündig abschließen oder es kann hinter dieser Außenseite zurückgesetzt angeordnet sein, sodass die Außenseite über das Ende der Düsenspitze hinausragt.
  • Wenn das den Düsenausgang aufweisende Ende der Düsenspitze maximal 2 mm aus der Öffnung herausragt, kann dies bedeuten, dass das den Düsenausgang aufweisende Ende der Düsenspitze maximal 2 mm über die die Öffnung aufweisende Außenseite des Heizblocks hinausragt.
  • Der erfindungsgemäße Druckkopf zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass das den Düsenausgang aufweisende Ende der Düsenspitze nicht, wie im Stand der Technik üblich, weit aus der Öffnung des Heizblocks herausragt, sondern entweder nur in sehr geringem Maße, nämlich bis zu 2 mm, aus der Öffnung des Heizblocks herausragt oder überhaupt nicht aus der Öffnung des Heizblocks herausragt. Dies führt dazu, dass sich bei der Herstellung von 3D-Druckteilen mittels Schmelzschichtverfahren der Heizblock deutlich näher an den abgelegten Schichten befindet, als dies bei den bisher aus dem Stand der Technik bekannten Druckköpfen der Fall ist. Auf diese Weise kann der Heizblock des erfindungsgemäßen Druckkopfes einerseits eine bereits abgelegte Schicht vor dem Aufbringen neuer Schichten bzw. Schmelzestränge durch Strahlungswärme erhitzen, wodurch ein besseres Verschmelzen der Schichten und Stränge erreicht wird. Andererseits kann so die Heizoberfläche des Heizblocks des erfindungsgemäßen Druckkopfes während dem Druckvorgang in direkten physischen Kontakt mit den abgelegten Einzelsträngen gebracht werden, wodurch diese nochmals erhitzt und dadurch besser miteinander verschmolzen werden, wobei zudem eine Glättung der Oberfläche erreicht werden kann.
  • Durch den Druckabfall beim Austritt der Schmelze aus der Düse kommt es zur Strangaufweitung. Der Strangdurchmesser wird größer als der Durchmesser der Düsenbohrung. Somit kann sich ein Teil des Polymermaterials oberhalb der eigentlichen Druckebene befinden. Durch die Heizoberfläche des Heizblocks wird dieses Material aufgeschmolzen und füllt nicht gefüllte Zwischenräume, wodurch Lufteinschlüsse bzw. Hohlräume in den 3D-Druckteilen vermieden werden können. Durch den Kontakt der Heizoberfläche des Heizblocks mit dem Polymer wird Wärme direkt durch Wärmeleitung in die Druckschichten übertragen. Dadurch kann eine sehr gute Verschmelzung der Schichten und Stränge sichergestellt werden.
  • Aufgrund der durch den erfindungsgemäßen Druckkopf ermöglichten sehr guten Verschmelzung der Schichten und Schmelzestränge weisen die mit dem erfindungsgemäßen Druckkopf hergestellten 3D-Druckteile eine deutlich erhöhte Stabilität auf. Die Schmelzschichtung wird durch die Verwendung des erfindungsgemäßen Druckkopfes damit zu einem der günstigsten Verfahren zur additiven Fertigung technischer Bauteile mit sehr hoher Stabilität. Da mit dem erfindungsgemäßen Druckkopf Lufteinschlüsse bzw. Hohlräume in den hergestellten 3D-Druckteilen vermieden werden, ist auch das Drucken transparenter Körper homogener Struktur möglich. Zudem können mit dem erfindungsgemäßen Druckkopf auch luft- und wasserdichte Teile mit dünner Wandstärke gedruckt werden.
  • Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Druckkopfs zeichnet sich dadurch aus, dass das den Düsenausgang aufweisende Ende der Düsenspitze maximal 1 mm, bevorzugt maximal 0,5 mm, besonders bevorzugt maximal 0,2 mm, aus der Öffnung herausragt. Dies bedeutet, dass das den Düsenausgang aufweisende Ende der Düsenspitze aus der Öffnung herausragt, und zwar bevorzugt maximal 1 mm, besonders bevorzugt maximal 0,5 mm, ganz besonders bevorzugt maximal 0,2 mm.
  • Weiterhin ist es bevorzugt, dass das den Düsenausgang aufweisende Ende der Düsenspitze 0,01 bis 2 mm, bevorzugt 0,01 bis 1 mm, besonders bevorzugt 0,01 bis 0,5 mm, ganz besonders bevorzugt 0,01 bis 0,2 mm, aus der Öffnung herausragt.
  • Eine weitere bevorzugte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass das den Düsenausgang aufweisende Ende der Düsenspitze und die die Öffnung aufweisende Außenseite des Heizblocks bündig abschließen. Dies bedeutet, dass das den Düsenausgang aufweisende Ende der Düsenspitze und die die Öffnung aufweisende Außenseite des Heizblocks sich nicht gegenseitig überragen sondern auf der gleichen Höhe abschließen. Mit der die Öffnung aufweisenden Außenseite des Heizblocks ist die Außenseite gemeint, an der sich die Öffnung befindet, durch welche die Düsenspitze aus dem Heizblock heraustreten kann.
  • Eine weitere bevorzugte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass das den Düsenausgang aufweisende Ende der Düsenspitze maximal 2 mm, bevorzugt maximal 1 mm, besonders bevorzugt maximal 0,5 mm, ganz besonders bevorzugt maximal 0,2 mm, aus der Öffnung herausragt oder das den Düsenausgang aufweisende Ende der Düsenspitze und die die Öffnung aufweisende Außenseite des Heizblocks bündig abschließen.
  • Eine weitere bevorzugte Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass das den Düsenausgang aufweisende Ende der Düsenspitze 0,01 bis 2 mm, bevorzugt 0,01 bis 1 mm, besonders bevorzugt 0,01 bis 0,5 mm, ganz besonders bevorzugt 0,01 bis 0,2 mm, aus der Öffnung herausragt oder das den Düsenausgang aufweisende Ende der Düsenspitze und die die Öffnung aufweisende Außenseite des Heizblocks bündig abschließen.
  • Eine weitere bevorzugte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass die die Öffnung aufweisende Außenseite des Heizblocks über das den Düsenausgang aufweisende Ende der Düsenspitze hinausragt. Dies bedeutet, dass das den Düsenausgang aufweisende Ende der Düsenspitze gegenüber der die Öffnung aufweisenden Außenseite des Heizblocks zurückgesetzt ist. Vorzugsweise ragt die die Öffnung aufweisende Außenseite des Heizblocks maximal 0,5 mm, besonders bevorzugt maximal 0,2 mm, ganz besonders bevorzugt maximal 0,1 mm, über das den Düsenausgang aufweisende Ende der Düsenspitze hinaus.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Druckkopfs ist die die Öffnung aufweisende Außenseite des Heizblocks eben oder konvex.
  • Vorzugweise ist die Düsenspitze im erfindungsgemäßen Druckkopf eine kegelförmige Düsenspitze.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die Temperatur des Heizblocks und die Temperatur der Düsenspitze unabhängig voneinander einstellbar. Gemäß dieser bevorzugten Ausführungsform ist also sowohl die Temperatur des Heizblocks als auch die Temperatur des Düsenspitze einstellbar, z.B. über eine geeignete Vorrichtung. Hierbei können beide Temperaturen unabhängig voneinander eingestellt werden. Der Druckkopf kann eine Vorrichtung zur Einstellung der Temperatur des Heizblocks und/oder zur Einstellung der Temperatur der Düsenspitze enthalten, wobei über die Vorrichtung die Temperatur des Heizblocks unabhängig von der Temperatur der Düsenspitze einstellbar ist und/oder über die Vorrichtung die Temperatur der Düsenspitze unabhängig von der Temperatur des Heizblocks einstellbar ist.
  • Weiterhin ist es bevorzugt, dass auf der die Öffnung aufweisenden Außenseite des Heizblocks mindestens eine Antihaftbeschichtung angeordnet ist. Die mindestens eine Antihaftbeschichtung ist dabei vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Ni-Teflon-Beschichtungen, Keramik-Beschichtungen, Wolframdisulfid-Beschichtungen und Kombination hiervon. Durch eine solche Antihaftbeschichtung kann ein Anhaften der Schmelze am Heizblock vermieden werden.
  • Eine weitere bevorzugte Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass die die Öffnung aufweisende Außenseite des Heizblocks eine mittlere Rauheit Ra von maximal 1 µm, bevorzugt von maximal 0,4 µm, besonders bevorzugt von maximal 0,1 µm, gemessen nach DIN EN ISO 4288 aufweist. Gemäß dieser Ausführungsform weist der Heizblock eine besonders mechanisch glatte Oberfläche auf, wodurch ein Anhaften der Schmelze am Heizblock vermieden werden kann.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Druckkopfs ist der Abstand zwischen dem Düsenausgang und der Öffnung verstellbar. Hierdurch kann der Abstand zwischen Heizblock und Düsenausgang je nach Bedarf verstellt werden, wodurch die Gefahr des Anhaftens der Schmelze am Heizblock verringert werden kann.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung von 3D-Druckteilen, bei welchem ein 3D-Druckteil dadurch gebildet wird, dass Kunststoffschmelzestränge mithilfe eines erfindungsgemäßen Druckkopfes in Schichten aufeinander abgelegt werden. Hierbei kann ein thermoplastischer Kunststoff, z.B. Polylactid (PLA), verwendet werden.
  • Das Verfahren kann so ablaufen, dass der verwendete Kunststoff zunächst aufgeschmolzen wird. Aus der Kunststoffschmelze können dann durch die Düsenspitze Kunststoffschmelzestränge erzeugt werden, die von der Düsenspitze auf einer Oberfläche nebeneinander und übereinander in Schichten abgelegt werden können, sodass sich nach Erhärten des Kunststoffs das gewünschte 3D-Druckteilergibt.
  • In einer bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die jeweils zuletzt abgelegte Schicht vor dem Aufbringen einer weiteren Schicht durch den Heizblock erhitzt. Dies bedeutet, dass - beim Ablegen der Kunststoffschmelzestränge in Schichten übereinander - immer nachdem eine Schicht abgelegt wurde, diese abgelegte Schicht zunächst durch den Heizblock erhitzt wird, bevor die nächste Schicht darauf abgelegt wird. Das Erhitzen durch den Heizblock erfolgt vorzugweise mittels Wärmestrahlung. Durch das Erhitzen der Schichten können diese besser mit den in der Folge darauf abgelegten Schichten verschmelzen, sodass sich eine stabilere Struktur ergibt.
  • Eine weitere bevorzugte Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, dass der Heizblock mit den abgelegten Kunststoffschmelzesträngen in direkten physischen Kontakt gebracht wird. Auf diese Weise können die abgelegten Stränge nochmals erhitzt werden, wodurch ein besseres Verschmelzen der einzelnen Kunststoffschmelzestränge untereinander erreicht wird. Zudem werden die abgelegten Stränge durch den Kontakt mit dem Heizblock geglättet, weswegen eine glattere Oberfläche des 3D-Druckteils erhalten wird. Insgesamt resultiert aus diesen Effekten eine stabilere Struktur des erhaltenden 3D-Druckteils.
  • Vorzugsweise wird der Heizblock mit den abgelegten Kunststoffschmelzesträngen in direkten physischen Kontakt gebracht, sodass die abgelegten Kunststoffschmelzestränge erhitzt und geglättet werden.
  • Vorzugsweise beträgt die Temperatur des Heizblocks während dem Verfahren 150 °C bis 450 °C, besonders bevorzugt 190 °C bis 300 °C.
  • Die vorliegende Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren und Beispiele näher erläutert, ohne die Erfindung auf die speziell dargestellten Parameter zu beschränken.
    • 1 zeigt einen Druckkopf nach dem bisherigen Stand der Technik. Dieser umfasst eine Düsenspitze 1 und einen Heizblock 2. Das Ende der Düsenspitze 1, welches den Düsenausgang aufweist, ragt dabei sehr weit, d.h. deutlich mehr als 2 mm, aus dem Heizblock 2 heraus.
    • 2 zeigt zwei verschiedene Ansichten einer speziellen Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Druckkopfes. Im rechten Teil der Figur ist eine Schnittdarstellung von der Seite gezeigt. Im linken Teil der Figur ist eine perspektivische Darstellung des Druckkopfes gezeigt, wobei der Druckkopf von schräg unten zu sehen ist, d.h. die mit dem Bezugszeichen 7 gekennzeichnete (schraffierte) Fläche stellt die während des Druckvorgangs unten angeordnete
  • Außenseite des Druckkopfes dar. In der Schnittdarstellung im rechten Teil der 2 ist der Druckkopf hingegen so gezeigt, dass die während des Druckvorgangs unten angeordnete Außenseite des Druckkopfes sich auch in der Darstellung unten befindet.
  • Der in 2 dargestellte Druckkopf umfasst einen Heizblock 5 und eine Düsenspitze 6 mit einem an einem Ende der Düsenspitze angeordneten Düsenausgang. Die Düsenspitze 6 ist zumindest teilweise innerhalb des Heizblocks 5 angeordnet bzw. verläuft zumindest teilweise durch den Heizblock 5. Der Heizblock 5 weist an einer Außenseite 7 eine Öffnung auf, innerhalb welcher die Düsenspitze 6 zumindest teilweise angeordnet ist. Das den Düsenausgang aufweisende Ende der Düsenspitze ragt dabei nicht aus der Öffnung heraus. Vielmehr schließen das den Düsenausgang aufweisende Ende der Düsenspitze und die die Öffnung aufweisende Außenseite des Heizblocks bündig ab. Zudem ist auf der die Öffnung aufweisenden Außenseite 7 des Heizblocks eine Antihaftbeschichtung (z.B. eine Ni-Teflon-Beschichtung, eine Keramik-Beschichtung, eine Wolframdisulfid-Beschichtung oder eine Kombination hiervon) angeordnet.
  • In 3 wird veranschaulicht, wie mit dem erfindungsgemäßen Druckkopf eine bessere Verschmelzung der Kunststoffschmelzestränge in einem Schichtschmelzverfahren erreicht werden kann. Hierbei wird im linken Teil der Figur das Ablegen von Kunststoffschmelzesträngen während des Schichtschmelzverfahrens unter Verwendung eines Druckkopfes gemäß dem bisherigen Stand der Technik gezeigt, wohingegen im rechten Teil der Figur das Ablegen von Kunststoffschmelzesträngen während des Schichtschmelzverfahrens unter Verwendung einer speziellen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Druckkopfes zu sehen ist. Beim Druckkopf aus dem Stand der Technik ist lediglich die Düsenspitze von der Seite zu sehen, da der Heizblock viel weiter oben und damit außerhalb der Zeichnung, d.h. mit sehr großem Abstand zum Düsenausgang, angeordnet ist. Die einzelnen Kunststoffschmelzestränge 3 werden hier nacheinander abgelegt. Durch den Pfeil wird ein Zeitsprung auf einen Zeitpunkt kurz nach dem Ablegen der Kunststoffschmelzstränge angedeutet. Es fällt auf, dass die Kunststoffschmelzstränge 3a nach dem Ablegen nicht gut miteinander verbunden bzw. verschmolzen sind. Hieraus resultiert eine schlechte Stabilität des erhaltenen 3D-Druckteils.
  • Im rechten der Teil der 3 ist eine spezielle Ausführungsform des erfindungsgemäßen Druckkopfes in einer Seitenansicht gezeigt. Zu sehen ist hier insbesondere der Heizblock, durch welchen die Düsenspitze nahezu vollständig verdeckt wird, da das den Düsenausgang aufweisende Ende der Düsenspitze nur maximal 2 mm aus der Öffnung des Heizblocks herausragt. Der aus der Öffnung herausragende Teil ist hierbei in der Mitte des unteren Randes der Darstellung des Druckkopfes bzw. direkt über dem rechten der Kunststoffschmelzestränge 4 angedeutet.
  • Auch im rechten Teil der 3 werden die einzelnen Kunststoffschmelzestränge 4 nacheinander abgelegt. Durch die spezielle Anordnung von Düsenspitze und Heizblock befindet sich der Heizblock nun allerdings so nah an den abgelegten Kunststoffschmelzesträngen 4, dass er mit diesen in direkten physischen Kontakt kommt, wodurch die Kunststoffschmelzstränge 4 nochmals erhitzt werden. In der Folge sind die Kunststoffschmelzstränge 4a im Anschluss besser miteinander verschmolzen, woraus eine höhere Stabilität des erhaltenen 3D-Druckteils resultiert. Zudem kann durch das Einwirken der heißen Oberfläche des Heizblocks auf die Kunststoffschmelzestränge 4 eine Glättung von deren Oberfläche erreicht werden. Die mit dem erfindungsgemäßen Druckkopf abgelegten Kunststoffschmelzstränge 4a weisen somit eine glattere Oberfläche auf als die mit dem Druckkopf aus dem Stand der Technik abgelegten Kunststoffschmelzstränge 3a.
  • Ausführungsbeispiel 1
  • Eine FDM-Düse aus Messing, geeignet für Filament mit einem Durchmesser von 2,85 mm (Größe des Düsenaustrittsloches 0,3 mm) mit einem Außengewinde M5 wird in einen Heizblock (9 mm × 16 mm × 22 mm |HxBxT) aus Aluminium geschraubt. Der Heizblock enthält einen Heizwiderstand mit einer Leistung von 30 W sowie eine Temperatursensor und wird vom Microcontroller des Druckers angesteuert. Die Seite des Heizblockes, die zur Druckschicht zeigt, wird leicht konvex ausgeführt und auf eine Rauheit von Ra = 0,05 µm poliert. In der Mitte des Aluminiumblockes befindet sich ein Loch mit einem Durchmesser von 3 mm, durch das die Düsenspitze hervortritt.
  • Durch eine M5-Mutter auf dem Gewinde der Düse kann die Düsenspitze so fixiert werden, dass diese um 0,1 mm aus dem Heizblock herausragt. Der Extruderkopf wird auf einem Standard-3D-Drucker mit Heizbett für die Herstellung eines Körpers aus PLA verwendet. Die Höhe der Druckschicht beträgt 0,1 mm, die Druckgeschwindigkeit 3000 mm/min und der Füllgrad 100 %. Die Temperatur des Heizblocks wird auf 210 °C eingestellt. Die Heizbettoberfläche muss eine gute Haftung zu PLA aufweisen, damit ein Anhaften des Materials an dem Heizblock vermieden wird. Ein auf diese Art hergestellter Probekörper aus PLA bricht im Zugversuch glatt, ohne dass einzelne Stränge zu erkennen wären und weißt eine Zugfestigkeit auf, die mit spritzgegossenen Körpern vergleichbar ist.
  • Ausführungsbeispiel 2
  • Dieses wird analog zu Ausführungsbeispiel 1 durchgeführt, jedoch unter Verwendung von Celluloseacetat als Druckmaterial, einer Schichthöhe von 0,06 mm und einer Drucktemperatur von 220 °C. Die Bruchfläche der gedruckten Körper weißt im Gegensatz zum Stand der Technik keine faserigen Anteile oder Bruch entlang der Schichten auf.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
    • B.M. Tymrak et al., Materials & Design 2014, Vol. 58, 242-246 [0003]
    • DIN EN ISO 4288 [0023]

Claims (12)

  1. Druckkopf zur Herstellung von 3D-Druckteilen umfassend einen Heizblock und eine Düsenspitze mit einem an einem Ende der Düsenspitze angeordneten Düsenausgang, wobei der Heizblock an einer Außenseite eine Öffnung aufweist, innerhalb welcher die Düsenspitze zumindest teilweise angeordnet ist, und wobei das den Düsenausgang aufweisende Ende der Düsenspitze maximal 2 mm aus der Öffnung herausragt oder das den Düsenausgang aufweisende Ende der Düsenspitze nicht aus der Öffnung herausragt.
  2. Druckkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das den Düsenausgang aufweisende Ende der Düsenspitze maximal 1 mm, bevorzugt maximal 0,5 mm, aus der Öffnung herausragt.
  3. Druckkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das den Düsenausgang aufweisende Ende der Düsenspitze und die die Öffnung aufweisende Außenseite des Heizblocks bündig abschließen.
  4. Druckkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die die Öffnung aufweisende Außenseite des Heizblocks über das den Düsenausgang aufweisende Ende der Düsenspitze hinausragt.
  5. Druckkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die die Öffnung aufweisende Außenseite des Heizblocks eben oder konvex ist.
  6. Druckkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur des Heizblocks und die Temperatur der Düsenspitze unabhängig voneinander einstellbar sind.
  7. Druckkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf der die Öffnung aufweisenden Außenseite des Heizblocks mindestens eine Antihaftbeschichtung angeordnet ist, wobei die mindestens eine Antihaftbeschichtung vorzugsweise ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Ni-Teflon-Beschichtungen, Keramik-Beschichtungen, Wolframdisulfid-Beschichtungen und Kombination hiervon.
  8. Druckkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die die Öffnung aufweisende Außenseite des Heizblocks eine mittlere Rauheit Ra von maximal 1 µm, bevorzugt von maximal 0,4 µm, besonders bevorzugt von maximal 0,1 µm, gemessen nach DIN EN ISO 4288 aufweist.
  9. Druckkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen dem Düsenausgang und der Öffnung verstellbar ist.
  10. Verfahren zur Herstellung von 3D-Druckteilen, bei welchem ein 3D-Druckteil dadurch gebildet wird, dass Kunststoffschmelzestränge mithilfe eines Druckkopfes gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 in Schichten aufeinander abgelegt werden.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweils zuletzt abgelegte Schicht vor dem Aufbringen einer weiteren Schicht durch den Heizblock erhitzt wird.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Heizblock mit den abgelegten Kunststoffschmelzesträngen in direkten physischen Kontakt gebracht wird.
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