DE102017221687A1 - Method and device for the generative production of a workpiece by melt stratification with structural reinforcement by local punching and compaction of the layers - Google Patents

Method and device for the generative production of a workpiece by melt stratification with structural reinforcement by local punching and compaction of the layers Download PDF

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Thorsten Plugge
Max Ehleben
Maurice Bitterlich
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur generativen Fertigung eines Werkstücks (200) nach der Schmelzschicht-Methode, wobei das zu fertigende Werkstück (200) schichtweise aus Kunststoff (K) aufgebaut wird. Erfindungsgemäß werden während des Aufbaus des Werkstücks (200) Stanzschnitte (S) eingebracht, die eine geschlossene Stanzkontur aufweisen und mehrere Schichten (210) des Werkstücks (200) durchdringen, und die dabei erzeugten Stanzbutzen (B) verdichtet.
Die Erfindung betrifft ferner eine zur Ausführung dieses Verfahrens geeignete Vorrichtung (100) .

Figure DE102017221687A1_0000
The invention relates to a method for the generative production of a workpiece (200) according to the melt-layer method, wherein the workpiece to be produced (200) is constructed in layers of plastic (K). According to the invention, during the construction of the workpiece (200), punched cuts (S) are made, which have a closed punching contour and penetrate a plurality of layers (210) of the workpiece (200) and compact the punched slugs (B) produced thereby.
The invention further relates to a device (100) suitable for carrying out this method.
Figure DE102017221687A1_0000

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur generativen Fertigung eines Werkstücks nach der Schmelzschicht-Methode.The invention relates to a method and a device for the additive production of a workpiece according to the melt layer method.

Die generative bzw. additive Fertigung von Werkstücken aller Art gewinnt zunehmend an Bedeutung. Ein gängiges Verfahren der generativen Fertigung ist die Schmelzschicht-Methode bzw. Schmelzschichtung (auch als FFF-Methode bzw. als Fused Filament Fabrication bezeichnet). Bei dieser Methode wird computergesteuert (z. B. basierend auf CAD-Daten des Werkstücks) das zu fertigende Werkstück, quasi urformend, nach und nach aus einem Kunststoff, insbesondere einem Thermoplast, aufgebaut. Der z. B. als Faden (Filament) bereitgestellte Kunststoff wird erwärmt, bis er einen flüssigen oder halbflüssigen Zustand erreicht hat, und durch wenigstens eine Düse eines Druckkopfs ausgebracht. Die Fertigung des Werkstücks erfolgt in einzelnen Arbeitsebenen, die jeweils mit dem Druckkopf zeilenweise abgefahren werden, sodass sich ein lagen- bzw. schichtweiser Aufbau ergibt. Der dabei abgelegte Kunststoff kühlt ab, härtet aus und verbindet sich mit dem zuvor aufgetragenen Kunststoff.Generative or additive manufacturing of workpieces of all kinds is becoming increasingly important. A common method of generative production is the melt layer method or melt stratification (also referred to as FFF method or as Fused Filament Fabrication). In this method, the workpiece to be manufactured, quasi-original, is built up from a plastic, in particular a thermoplastic, computer-controlled (for example based on CAD data of the workpiece). The z. B. as a thread (filament) provided plastic is heated until it has reached a liquid or semi-liquid state, and discharged through at least one nozzle of a printhead. The production of the workpiece takes place in individual working planes, which are each traversed line by line with the print head, so that a layered or layered structure results. The deposited plastic cools, hardens and combines with the previously applied plastic.

In Werkstücken, welche mittels eines solchen 3D-Druckverfahrens hergestellt werden, entsteht eine ausgeprägte Anisotropie. D. h., das gefertigte Werkstück weist richtungsabhängig unterschiedliche mechanische Eigenschaften auf. Innerhalb einer Lage bzw. Schicht sind die Festigkeit und Schlagzähigkeit vergleichsweise hoch. Senkrecht zu den Lagen bzw. Schichten sind die Festigkeit und Schlagzähigkeit deutlich geringer, sodass das Werkstück bei mechanischer Belastung zumeist an den Grenzflächen zwischen den Lagen bzw. Schichten versagt.In workpieces which are produced by means of such a 3D printing process, a pronounced anisotropy results. In other words, the manufactured workpiece has different mechanical properties depending on the direction. Within a layer, the strength and impact resistance are comparatively high. Perpendicular to the layers or layers, the strength and impact resistance are significantly lower, so that the workpiece fails under mechanical stress mostly at the interfaces between the layers or layers.

In der WO 2016/083797 A1 wird ein mit dimensionierten Glasflocken gefüllter Kunststoff für das Drucken von Werkstücken beschrieben. Abgewinkelte Glasflocken, die über die Oberfläche einer ersten gedruckten Schicht hervorstehen, stellen eine raue Oberfläche bereit, sodass eine zweite gedruckte Schicht, die auf die erste Schicht aufgebracht wird, eine bessere Haftung hat.In the WO 2016/083797 A1 is a filled with sized glass flakes plastic for the printing of workpieces described. Angled glass flakes protruding over the surface of a first printed layer provide a rough surface so that a second printed layer applied to the first layer has better adhesion.

In der DE 10 2014 110 505 A1 wird vorgeschlagen, pulverförmige Feststoffpartikel als Haftvermittler zu verwenden, welche auf eine zuvor aufgetragene Polymerzusammensetzung, die insbesondere unmittelbar zuvor die Extrudierdüse verlassen hat, aufgestreut werden.In the DE 10 2014 110 505 A1 It is proposed to use pulverulent solid particles as adhesion promoters, which are sprinkled on a previously applied polymer composition, which has left the extrusion die in particular immediately before.

In der US 2016/0012935 A1 ist eine Methode zur generativen Fertigung eines dreidimensionalen Objekts und ein hierfür verwendbares Ausgangsmaterial beschrieben. Das Ausgangsmaterial beinhaltet eine in ein Matrixmaterial eingebettete Faser, welche ein zentrales Filament und davon nach außen abstehende Strukturen aufweist. Zur Formung des dreidimensionalen Objekts kann das Ausgangsmaterial durch eine Extrusionsdüse ausgebracht werden. Danach können, bevor das Matrixmaterial verfestigt, die zunächst noch eingeklappten Strukturen radial nach außen expandieren, wodurch ein Gerüst gebildet wird, das das Matrixmaterial verstärkt und die Oberfläche verbessert für die Ablage der nächsten Schicht.In the US 2016/0012935 A1 is described a method for generative production of a three-dimensional object and a starting material usable therefor. The feedstock includes a fiber embedded in a matrix material having a central filament and outwardly projecting structures therefrom. To form the three-dimensional object, the starting material can be applied through an extrusion die. Thereafter, before the matrix material solidifies, the structures, which are initially folded, can expand radially outward, forming a framework which reinforces the matrix material and improves the surface area for deposition of the next layer.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur generativen Fertigung bzw. Herstellung eines Werkstücks nach der Schmelzschicht-Methode anzugeben, die wenigstens einen mit dem Stand der Technik einhergehenden Nachteil nicht oder zumindest nur vermindert aufweisen.The invention has for its object to provide a method and apparatus for the generative production or production of a workpiece according to the melt-layer method, which do not have at least one associated with the prior art disadvantage or at least only reduced.

Die Aufgabe wird gelöst durch die mit den unabhängigen Patentansprüchen beanspruchten Erfindungsgegenstände. Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich analog für alle Erfindungsgegenstände aus den abhängigen Patentansprüchen, der nachfolgenden Erfindungsbeschreibung und den Figuren.The object is achieved by the claimed with the independent claims invention. Further developments and embodiments of the invention will become apparent for all subject matter of the dependent claims, the following description of the invention and the figures.

Das erfindungsgemäße Verfahren sieht vor, dass während des Aufbaus des Werkstücks, also beim Fertigen des Werkstücks bzw. noch während des Druckvorgangs, Stanzschnitte in das Werkstück eingebracht bzw. eingestanzt werden, welche eine geschlossene Stanzkontur aufweisen und mehrere (zuvor erzeugte) Schichten des bereits gefertigten Werkstücks durchdringen, und dass die dabei erzeugten Stanzbutzen verdichtet werden.The inventive method provides that during the construction of the workpiece, ie when manufacturing the workpiece or even during the printing process, punch cuts are punched or punched into the workpiece, which have a closed punch contour and multiple (previously generated) layers of the already manufactured Penetrate workpiece, and that the resulting punched slugs are compacted.

Beim Stanzschneiden bzw. Stanzen wird ein mehrere Schichten durchdringender Einschnitt mit geschlossener Schnittlinie bzw. Stanzkontur erzeugt. Bevorzugt durchdringen die Stanzschnitte wenigstens zwei, besonders bevorzugt wenigstens drei und insbesondere wenigstens fünf Schichten. Die Anzahl der durchstanzten Schichten kann auch variiert werden. Die von der Schnittlinie bzw. Stanzkontur eingeschlossene Fläche (= Butzenquerschnittsfläche) ist bevorzugt < 1 cm2, besonders bevorzugt < 0,5 cm2 und insbesondere < 0,25 cm2. Das sich innerhalb der Schnittlinie bzw. Stanzkontur befindende Kunststoffmaterial, das gewissermaßen aus mehreren aufeinanderliegenden Schichtstücken besteht, wird als Stanzbutzen bezeichnet. Durch das Verdichten bzw. Verpressen des Stanzbutzens werden Lufteinschlüsse reduziert und die Haftung an den Grenzflächen (zwischen den Schichtstücken) verbessert. Außerdem wird in Schichtungsrichtung ein Versatz zwischen den Schichtstücken und den umgebenden Schichten erzeugt. Entlang der Schnitt- bzw. Stanzflächen kommt es ferner zu plastischen Fließvorgängen über die Schichten bzw. Schichtstücken hinweg. Dabei können optional im Kunststoffmaterial enthaltene Verstärkungsfasern so verlagert werden, dass sich diese schließlich über Grenzflächen hinwegerstrecken und eine Überbrückung (Bridgeing) entsteht. Durch die Verdichtung bzw. Komprimierung des Stanzbutzens wird somit ein lokaler Versteifungs- bzw. Verstärkungseffekt erzielt, der insbesondere auch den Zusammenhalt der Schichten erheblich verbessert.When punching or punching a multiple layers penetrating incision with closed cutting line or punching contour is generated. Preferably, the die cuts penetrate at least two, particularly preferably at least three and in particular at least five layers. The number of punched layers can also be varied. The area enclosed by the cutting line or punching contour (= slug cross-sectional area) is preferably <1 cm 2 , particularly preferably <0.5 cm 2 and in particular <0.25 cm 2 . The plastic material located within the cutting line or punching contour, which as it were consists of a plurality of superimposed layer pieces, is referred to as a punching slug. The compression or compression of the stamped casing reduces air pockets and improves the adhesion at the interfaces (between the layer pieces). In addition, an offset between the layer pieces and the surrounding layers is generated in the direction of layering. Furthermore, plastic flow processes over the layers or layer pieces occur along the cutting or stamping surfaces time. Optionally, reinforcing fibers contained in the plastic material can be shifted in such a way that they finally extend beyond the boundary surfaces and bridging occurs. As a result of the compression or compression of the stamped casing, a local stiffening or reinforcing effect is achieved which, in particular, also considerably improves the cohesion of the layers.

Die erfindungsgemäß an den entsprechenden Stellen bzw. Positionen durch lokales (Ein)Stanzen und Verdichten der Schichten erzeugten Verstärkungsgebilde bewirken also ohne zusätzliche Verstärkungselemente eine strukturelle Verstärkung des Werkstücks, wodurch eine Verbesserung der Festigkeit senkrecht zu den Lagen bzw. Schichten erreicht wird, um vorhandene Anisotropie zu beseitigen oder zu reduzieren. Ferner werden aber auch in anderen Richtungen die Druckfestigkeit, Scherfestigkeit, Biegefestigkeit und dergleichen verbessert. Solche Verstärkungsgebilde können überall im Werkstück oder nur in besonders belasteten Bereichen eingebracht werden.The reinforcing structures produced according to the invention at the corresponding locations or positions by local punching and compacting of the layers thus bring about a structural reinforcement of the workpiece without additional reinforcing elements, whereby an improvement in the strength perpendicular to the layers or layers is achieved by existing anisotropy eliminate or reduce. Furthermore, but also in other directions, the compressive strength, shear strength, flexural strength and the like are improved. Such reinforcing structures can be introduced anywhere in the workpiece or only in particularly stressed areas.

Bevorzugt erfolgt das Einbringen bzw. Einstanzen der Stanzschnitte und Verdichten der dabei erzeugten Stanzbutzen direkt bzw. unmittelbar nach dem Ablegen des Kunststoffs durch wenigstens eine Düse, sodass die oberste Schicht (bzw. Zeile) noch nicht ausgehärtet ist und somit in einem noch formbaren Zustand auf die darunterliegenden Schichten bzw. Schichtstücken gedrückt wird.Preferably, the introduction or punching of the punched cuts and compressing the punched slugs thereby produced directly or immediately after the placement of the plastic by at least one nozzle, so that the top layer (or line) is not cured and thus in a still mouldable state the underlying layers or layer pieces is pressed.

An den entsprechenden Stellen erfolgt das Einbringen eines Stanzschnitts und das Verdichten des dabei erzeugten Stanzbutzens bevorzugt in einem Arbeitsgang, insbesondere mithilfe eines Werkzeugs, welches einen Schneid- bzw. Stanzstempel und einen im Inneren des Stanzstempels geführten Verdichtungs- bzw. Pressstempel aufweist. Der Stanzstempel weist eine ringartige Schneide, d. h. eine Klinge mit ringartig geschlossener Schnittlinie, auf und funktioniert in der Art einer Ausstechform (für Plätzchen) oder eines Apfelentkerners. Bevorzugt werden der Stanzstempel und der Pressstempel separat bewegt, z. B. durch Einzelantriebe, wobei insbesondere vorgesehen ist, dass der Stanzstempel weggesteuert und der Pressstempel kraftgesteuert wird. Der Stanzstempel kann beheizt werden, um das Eindringen in die bereits ausgehärteten Schichten zu erleichtern. Optional kann an der betreffenden Stelle auch das Werkstück erwärmt werden, bspw. mittels Heißluft.At the corresponding points, the introduction of a stamped cut and the compacting of the stamping blank thus produced are preferably carried out in one operation, in particular by means of a tool which has a cutting or punching punch and a compacting or pressing punch guided in the interior of the punching punch. The punch has an annular cutting edge, d. H. a blade with ring-like closed cut line, on and works in the form of a cookie cutter (for cookies) or a Apfelentkerners. Preferably, the punch and the punch are moved separately, z. B. by individual drives, in particular provided that the punch is weggesteuert and the ram is force-controlled. The punch can be heated to facilitate penetration into the already cured layers. Optionally, the workpiece can also be heated at the relevant point, for example by means of hot air.

Bevorzugt werden beim laufenden Aufbau des Werkstücks die Stanzschnitte versetzt übereinander eingebracht. D. h., die Positionen für die Stanzschnitte werden beim schicht- bzw. lagenweisen Aufbau des Werkstücks und von Schicht zu Schicht variiert, bspw. nach einem vorbestimmten Muster.During the construction of the workpiece, the punched cuts are preferably placed offset one above the other. That is, the positions for the punch cuts are varied in the layered or layered structure of the workpiece and from layer to layer, for example, according to a predetermined pattern.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung (3D-Drucker) zur generativen Fertigung eines Werkstücks nach der Schmelzschicht-Methode, umfasst zumindest die folgenden Komponenten:

  • - einen Druckkopf, mit dem das zu fertigende Werkstück schichtweise, d. h. Schicht für Schicht, aus Kunststoff aufgebaut werden kann; und
  • - einen Werkzeugkopf mit (wenigstens) einem Werkzeug (Stanz-Press-Werkzeug), welches einen Stanzstempel mit ringartiger Schneide und einen im Inneren des Stanzstempels geführten Pressstempel aufweist, wobei mit dem Werkzeug während des Aufbaus bzw. beim Fertigen des Werkstücks (also noch während des Druckvorgangs) Stanzschnitte in das Werkstück eingebracht und die dabei erzeugten Stanzbutzen verdichtet werden können;
  • - gegebenenfalls eine Heizeinrichtung für den Stanzstempel und/oder ein Heißluftgebläse (Heißluftfön) zur lokalen Erwärmung des Werkstücks;
  • - sowie gegebenenfalls noch eine Steuereinrichtung, die den Druckkopf und den Werkzeugkopf steuern kann, insbesondere verfahrensgemäß steuern kann.
The device according to the invention (3D printer) for the additive production of a workpiece according to the melt layer method comprises at least the following components:
  • - A print head with which the workpiece to be produced in layers, ie layer by layer, can be made of plastic; and
  • - A tool head with (at least) a tool (punch-press tool), which has a punch with ring-like cutting edge and a guided inside the punch punch, wherein the tool during assembly or when manufacturing the workpiece (ie still during the printing process) punched cuts introduced into the workpiece and the resulting punching slugs can be compressed;
  • - If necessary, a heater for the punch and / or a hot air blower (Heißluftfönse) for local heating of the workpiece;
  • - And possibly also a control device that can control the printhead and the tool head, in particular according to the method can control.

Der Stanzstempel und/oder der Pressstempel des Werkzeugs können eine Gleit- und/oder Antihaftbeschichtung, insbesondere eine Teflonbeschichtung oder dergleichen, aufweisen. Dadurch kann einerseits eine gute Führung des Pressstempels im Stanzstempel erreicht und andererseits das Anhaften von Kunststoff verhindert werden. Der Stanzstempel und/oder der Pressstempel können aus gehärtetem Stahl oder Keramik gebildet sein. Für den Druckkopf und den Werkzeugkopf sind bevorzugt separate Trägersysteme bzw. Portalsysteme vorgesehen, an denen die Köpfe befestigt bzw. gelagert sind, sodass der Druckkopf und der Werkzeugkopf autark beweg- bzw. verfahrbar sind.The punch and / or the punch of the tool may have a lubricious and / or non-stick coating, in particular a Teflon coating or the like. As a result, on the one hand good guidance of the press ram in the punch can be achieved and, on the other hand, the adhesion of plastic can be prevented. The punch and / or the punch can be made of hardened steel or ceramic. For the print head and the tool head separate carrier systems or portal systems are preferably provided, on which the heads are mounted or stored, so that the print head and the tool head are autonomously moved or moved.

Die Erfindung kann insbesondere bei der Herstellung eines Kraftfahrzeugbauteils angewendet werden. Die erfindungsgemäß hergestellten Kraftfahrzeugbauteile können insbesondere auch eine gute Crashperformance aufweisen.The invention can be used in particular in the manufacture of a motor vehicle component. The motor vehicle components produced according to the invention can in particular also have a good crash performance.

Die Erfindung bietet folgende Vorteile (keine abschließende Aufzählung):

  • - an den Grenzflächen zwischen den Schichten werden die Steifigkeit, Festigkeit und Schlag- bzw. Bruchzähigkeit erhöht;
  • - herstellungsbedingte Anisotropien werden beseitigt oder zumindest verringert, wodurch die mechanischen Werkstückeigenschaften verbessert werden und die Werkstückkonstruktion (Auslegung und Berechnung) vereinfacht wird - mitunter können sogar nahezu isotrope Werkstück- bzw. Bauteileigenschaften erzielt werden;
  • - lokale lastpfadgerechte Verstärkung ist möglich, wodurch sowohl beanspruchungsgerechte Werkstück- bzw. Bauteilaufbauten ermöglicht werden als auch sehr hohe Leichtbaugrade erzielbar sind;
  • - erweitertes Anwendungsspektrum für entsprechend hergestellte Bauteile, insbesondere im Automobilbau, vorzugsweise auch als Ersatz für konventionell hergestellte Metallteile (bspw. Druckgussteile) und Kunststoffteile (bspw. Spritzgussteile).
The invention offers the following advantages (no exhaustive enumeration):
  • - at the interfaces between the layers, the rigidity, strength and impact strength are increased;
  • - production-related anisotropies are eliminated or at least reduced, whereby the mechanical workpiece properties are improved and the workpiece design (design and calculation) is simplified - sometimes even almost isotropic workpiece or component properties can be achieved;
  • - Local load-path-oriented reinforcement is possible, whereby both stress-appropriate workpiece or component structures are made possible and very high levels of lightweight can be achieved;
  • - Extended range of applications for correspondingly manufactured components, especially in the automotive industry, preferably also as a replacement for conventionally produced metal parts (eg., Diecasting) and plastic parts (eg injection molded parts).

Die Erfindung wird nachfolgend beispielhaft und in nicht einschränkender Weise mit Bezug auf die schematischen Figuren näher erläutert. Die in den Figuren gezeigten und/oder nachfolgend erläuterten Merkmale können, auch unabhängig von konkreten Merkmalskombinationen, allgemeine Merkmale der Erfindung sein und die Erfindung entsprechend weiterbilden.

  • 1 veranschaulicht das erfindungsgemäße Verfahren und zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens.
  • 2 zeigt mögliche Stanzgeometrien, die mit einem zur Vorrichtung der 1 gehörenden Werkzeug erzeugbar sind.
The invention is explained in more detail below by way of example and not by way of limitation with reference to the schematic figures. The features shown in the figures and / or explained below may, even independently of specific combinations of features, be general features of the invention and further develop the invention accordingly.
  • 1 illustrates the method according to the invention and shows an apparatus according to the invention for carrying out the method.
  • 2 shows possible punching geometries, the one with the device of 1 belonging tool can be generated.

1 zeigt eine Vorrichtung 100 zur generativen Fertigung eines Werkstücks 200 nach der Schmelzschicht-Methode. Die Vorrichtung 100 weist einen Druckkopf 120 auf, der über eine Düse (Extrudierdüse) 125 geschmolzenen Kunststoff K ausbringt (extrudiert) und dabei das Werkstück 200 schichtweise aufbaut bzw. aufschichtet. Die Schichtdicke der Schichten 210 liegt bspw. in einem Bereich von 0,005 mm bis > 1,0 mm. Zum Aufbau des Werkstücks 200 wird insbesondere ein thermoplastischer Kunststoff K verwendet. Der Kunststoff K kann Verstärkungsfasern, insbesondere aus gängigen Fasermaterialien gebildete Kurz- und/oder Langfasern, aufweisen. Dem Druckkopf 120 ist ein Zuführsystem 130 für das Kunststoffmaterial zugeordnet. Die Vorrichtung 100 weist ferner einen Werkzeugkopf 150 auf, der in Verfahrrichtung R dem Druckkopf 120 nachgelagert ist und insbesondere in direkter Nachbarschaft zum Druckkopf 120 angeordnet ist. Der Druckkopf 120 ist verfahrbar an einem ersten Portalsystem 110 und der Werkzeugkopf 150 ist verfahrbar an einem separaten zweiten Portalsystem 140 befestigt. 1 shows a device 100 for the generative production of a workpiece 200 according to the melt-layer method. The device 100 has a printhead 120 on that via a nozzle (extruding nozzle) 125 molten plastic K emits (extruded) and thereby the workpiece 200 layered or layered. The layer thickness of the layers 210 is, for example, in a range of 0.005 mm to> 1.0 mm. To build up the workpiece 200 is in particular a thermoplastic K used. Plastic K may comprise reinforcing fibers, in particular short and / or long fibers formed from common fiber materials. The printhead 120 is a delivery system 130 assigned to the plastic material. The device 100 also has a tool head 150 on, in the direction of travel R the printhead 120 is downstream and in particular in the immediate vicinity of the print head 120 is arranged. The printhead 120 is movable on a first portal system 110 and the tool head 150 is movable on a separate second portal system 140 attached.

Mit dem Werkzeugkopf 150 werden während der laufenden Fertigung des Werkstücks 200 fortlaufend mehrere Schichten 210 durchschneidende Stanzschnitte S in das Werkstück 200 eingebracht, insbesondere bevor die oberste, unmittelbar zuvor abgelegte Schicht (oder Zeile bzw. Bahn) 210 ausgehärtet ist, und die dabei erzeugten Stanzbutzen B verdichtet bzw. komprimiert. Dies ist sehr gut in der Detaildarstellung erkennbar. Der Werkzeugkopf 150 ist hierzu mit wenigstens einem Werkzeug 151 ausgestattet, das einen Stanzstempel 152 mit ringartiger Schneide und einen im Inneren des Stanzstempels 152 geführten Pressstempel 153 aufweist. Der Stanzstempel 152 und der Pressstempel 153 können separat bewegt werden, wozu Einzelantriebe 154, 155 in den Werkzeugkopf 150 eingebaut sind.With the tool head 150 be during the ongoing production of the workpiece 200 consecutively several layers 210 cutting through cuts S into the workpiece 200 introduced, in particular before the topmost, immediately before deposited layer (or line or web) 210 is cured, and the case generated punching B compressed or compressed. This is very well recognizable in the detailed presentation. The tool head 150 is this with at least one tool 151 equipped with a punch 152 with ring-like cutting edge and one inside the punching punch 152 guided punch 153 having. The punch 152 and the press stamp 153 can be moved separately, including single drives 154 . 155 into the tool head 150 are installed.

Der Stanzstempel 152 wird an den vorgesehenen Stellen weggesteuert in eine definierte (untere) Endstellung vorbewegt und angehalten. Das Stanzen bzw. Einbringen der Stanzschnitte S erfolgt ohne Gegenmatrize. Daraufhin wird der Pressstempel 153 kraftgesteuert (nach unten) vorbewegt und verdichtet bzw. verpresst dabei den Stanzbutzen B, der sich quasi im Inneren des Stanzstempels 152 befindet. Anschließend werden der Pressstempel 153 und der Stanzstempel 152 einzeln oder gemeinsam wieder (nach oben) zurückbewegt. Der Stanzstempel 152 kann beheizt sein. Der Werkzeugkopf 150 kann ferner eine Einrichtung, wie bspw. ein Heißluftgebläse, zur lokalen Erwärmung des Werkstücks 200 an der Stanzstelle aufweisen.The punch 152 is driven away at the intended locations in a defined (lower) end position and stopped. The punching or introduction of the die cuts S done without counter die. Then the press stamp 153 force-controlled (downwards) moves and compresses or compresses the stamped joint B which is almost inside the punch 152 located. Subsequently, the press stamp 153 and the punch 152 individually or jointly moved back (up). The punch 152 can be heated. The tool head 150 Furthermore, a device, such as. A hot air blower, for local heating of the workpiece 200 at the punching station.

Der Stanzstempel 152 des Werkzeugs 151 weist eine ringartige Schneide bzw. Stanzkante auf, die eine geschlossene Schnitt- bzw. Stanzkontur erzeugt. 2 zeigt in axialer Draufsicht mögliche Schneid- bzw. Stanzgeometrien. In der Darstellung links oben ist ferner auch der formangepasste, im Inneren des Stanzstempels 152 geführte Pressstempel 153 dargestellt.The punch 152 of the tool 151 has an annular cutting edge or punching edge, which generates a closed cutting or punching contour. 2 shows in axial plan view possible cutting or punching geometries. In the illustration on the top left is also the form-adapted, inside the punch 152 guided press punches 153 shown.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

100100
Vorrichtungdevice
110110
Portal-, TrägersystemPortal, carrier system
120120
Druckkopfprinthead
125125
Düsejet
130130
Zuführsystemfeed
140140
Portal-, TrägersystemPortal, carrier system
150150
Werkzeugkopftool head
151151
WerkzeugTool
152152
Stanzstempelpunch
153 153
Pressstempelpress die
154154
Antriebdrive
155155
Antriebdrive
200200
Werkstückworkpiece
210210
Schicht, LageLayer, location
BB
Stanzbutzenslug
KK
Kunststoffplastic
RR
Verfahrrichtungtraversing
SS
Stanzschnittchad

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • WO 2016/083797 A1 [0004]WO 2016/083797 A1 [0004]
  • DE 102014110505 A1 [0005]DE 102014110505 A1 [0005]
  • US 2016/0012935 A1 [0006]US 2016/0012935 A1 [0006]

Claims (10)

Verfahren zur generativen Fertigung eines Werkstücks (200) nach der Schmelzschicht-Methode, wobei das zu fertigende Werkstück (200) schichtweise aus Kunststoff (K) aufgebaut wird, dadurch gekennzeichnet, dass während des Aufbaus des Werkstücks (200) Stanzschnitte (S) eingebracht werden, die eine geschlossene Stanzkontur aufweisen und mehrere Schichten (210) des Werkstücks (200) durchdringen, und die dabei erzeugten Stanzbutzen (B) verdichtet werden.Method for the generative production of a workpiece (200) according to the melt layer method, wherein the workpiece (200) to be manufactured is constructed in layers of plastic (K), characterized in that during the construction of the workpiece (200) punched cuts (S) are introduced , which have a closed punching contour and penetrate a plurality of layers (210) of the workpiece (200), and the resulting punched slugs (B) are compacted. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Einbringen eines Stanzschnitts (S) und das Verdichten des dabei erzeugten Stanzbutzens (B) in einem Arbeitsgang erfolgt, mithilfe eines Werkzeugs (151), welches einen Stanzstempel (152) und einen im Inneren des Stanzstempels (152) geführten Pressstempel (153) aufweist.Method according to Claim 1 , characterized in that the introduction of a punched cut (S) and the compacting of the stamping (B) produced thereby takes place in one operation, by means of a tool (151), which a punch (152) and a guided inside the punch (152) Compression stamp (153). Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Stanzstempel (152) und der Pressstempel (153) separat bewegt werden, wobei der Stanzstempel (152) weggesteuert und der Pressstempel (153) kraftgesteuert wird.Method according to Claim 2 , characterized in that the punch (152) and the press ram (153) are moved separately, the punch (152) being controlled away and the press ram (153) is force-controlled. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Stanzstempel (152) beheizt wird.Method according to Claim 2 or 3 , characterized in that the punch (152) is heated. Verfahren nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stanzschnitte (S) wenigstens zwei, bevorzugt wenigstens drei und insbesondere wenigstens fünf Schichten (210) durchdringen.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the punched cuts (S) penetrate at least two, preferably at least three and in particular at least five layers (210). Verfahren nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionen für die Stanzschnitte (S) von Schicht (210) zu Schicht (210) variiert werden.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the positions for the punched cuts (S) from layer (210) to layer (210) are varied. Vorrichtung (100) zur generativen Fertigung eines Werkstücks (200) nach der Schmelzschicht-Methode, umfassend: - einen Druckkopf (120), mit dem das zu fertigende Werkstück (200) schichtweise aus Kunststoff (K) aufgebaut werden kann; und - einen Werkzeugkopf (150) mit einem Werkzeug (151), welches einen Stanzstempel (152) mit ringartiger Schneide und einen im Inneren des Stanzstempels (152) geführten Pressstempel (153) aufweist, womit während des Aufbaus des Werkstücks (200) Stanzschnitte (S) in das Werkstück (200) eingebracht und die dabei erzeugten Stanzbutzen (B) verdichtet werden können.Apparatus (100) for generatively producing a workpiece (200) by the melt-layer method, comprising: - A printhead (120), with which the workpiece to be manufactured (200) layer by layer of plastic (K) can be constructed; and - A tool head (150) with a tool (151), which has a punch (152) with ring-like blade and a punch inside the punch (152) guided punch (153), whereby during the construction of the workpiece (200) punched cuts (S ) can be introduced into the workpiece (200) and the punched slugs (B) produced thereby can be compacted. Vorrichtung (100) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Stanzstempel (152) und/oder der Pressstempel (153) eine Gleit- und Antihaftbeschichtung aufweisen.Device (100) according to Claim 7 , characterized in that the punch (152) and / or the punch (153) have a sliding and non-stick coating. Vorrichtung (100) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Stanzstempel (152) aus gehärtetem Stahl oder Keramik gebildet ist.Device (100) according to Claim 7 or 8th , characterized in that the punch (152) is formed of hardened steel or ceramic. Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass für den Druckkopf (120) und den Werkzeugkopf (150) separate Portalsysteme (110, 140) vorgesehen sind.Device (100) according to one of Claims 7 to 9 , characterized in that separate portal systems (110, 140) are provided for the print head (120) and the tool head (150).
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102020117593A1 (en) 2020-07-03 2022-01-05 Vereinigung zur Förderung des Instituts für Kunststoffverarbeitung in Industrie und Handwerk an der Rhein.-Westf. Technischen Hochschule Aachen Method and device for manufacturing workpieces using the melt layer process
DE102020125711A1 (en) 2020-10-01 2022-04-07 Rehau Ag + Co Process for manufacturing a component using additive manufacturing
DE102021127824A1 (en) 2021-10-26 2023-04-27 Apium Additive Technologies Gmbh Device and method for surface treatment
DE102021128524A1 (en) 2021-11-03 2023-05-04 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Lancing device for a 3D printer, 3D printer and method for the additive manufacturing of a printed part using such a 3D printer
DE102021130330A1 (en) 2021-11-19 2023-05-25 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Process for the production of a layered molded body and test device for the production of a layered molded body

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20160012935A1 (en) 2014-07-11 2016-01-14 Empire Technology Development Llc Feedstocks for additive manufacturing and methods for their preparation and use
DE102014110505A1 (en) 2014-07-25 2016-01-28 Christian-Albrechts-Universität Zu Kiel Method for producing multi-component workpieces by means of 3D printing
WO2016083797A1 (en) 2014-11-24 2016-06-02 Ngf Europe Limited Printed article and a feedstock
US20170182712A1 (en) * 2015-12-28 2017-06-29 Southwest Research Institute Reinforcement System for Additive Manufacturing, Devices and Methods Using the Same

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20160012935A1 (en) 2014-07-11 2016-01-14 Empire Technology Development Llc Feedstocks for additive manufacturing and methods for their preparation and use
DE102014110505A1 (en) 2014-07-25 2016-01-28 Christian-Albrechts-Universität Zu Kiel Method for producing multi-component workpieces by means of 3D printing
WO2016083797A1 (en) 2014-11-24 2016-06-02 Ngf Europe Limited Printed article and a feedstock
US20170182712A1 (en) * 2015-12-28 2017-06-29 Southwest Research Institute Reinforcement System for Additive Manufacturing, Devices and Methods Using the Same

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102020117593A1 (en) 2020-07-03 2022-01-05 Vereinigung zur Förderung des Instituts für Kunststoffverarbeitung in Industrie und Handwerk an der Rhein.-Westf. Technischen Hochschule Aachen Method and device for manufacturing workpieces using the melt layer process
DE102020125711A1 (en) 2020-10-01 2022-04-07 Rehau Ag + Co Process for manufacturing a component using additive manufacturing
DE102021127824A1 (en) 2021-10-26 2023-04-27 Apium Additive Technologies Gmbh Device and method for surface treatment
DE102021128524A1 (en) 2021-11-03 2023-05-04 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Lancing device for a 3D printer, 3D printer and method for the additive manufacturing of a printed part using such a 3D printer
DE102021130330A1 (en) 2021-11-19 2023-05-25 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Process for the production of a layered molded body and test device for the production of a layered molded body

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