DE102020200508A1 - Print head, printing system and method for producing a fiber composite component - Google Patents

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Abstract

Es wird ein Druckkopf für ein Drucksystem zur additiven Herstellung eines Faserverbundbauteils beschrieben. Der Druckkopf umfasst einen ersten Zufuhrabschnitt zum Zuführen von strangförmigem Thermoplastmaterial in den Druckkopf, einen zweiten Zufuhrabschnitt zum Zuführen von strangförmigem Fasermaterial oder Leitermaterial als Kernmaterial in den Druckkopf; einer Heizeinrichtung zum Plastifizieren des durch den ersten Zufuhrabschnitt zugeführten Thermoplastmaterials, eine Schneideinrichtung zum Durchtrennen des durch den zweiten Zufuhrabschnitt zugeführten Kernmaterials und eine Düse mit einem Zentralkörper, welcher einen mit dem ersten und dem zweiten Zufuhrabschnitt verbundenen ersten Abschnitt eines Extrusionskanals zum Extrudieren eines Filaments aus in plastifiziertes Thermoplastmaterial eingebettetem Kernmaterial definiert, und einem mit dem Zentralkörper verbundenen Endaufsatz, welcher einen zweiten Abschnitt des Extrusionskanals definiert, wobei der Endaufsatz eine Blende aufweist, welche einen variierbaren Querschnitt des zweiten Abschnitts des Extrusionskanals definiert.A print head for a printing system for the additive manufacture of a fiber composite component is described. The printhead comprises a first feed section for feeding strand-like thermoplastic material into the printhead, a second feed section for feeding strand-like fiber material or conductor material as core material into the printhead; a heating device for plasticizing the thermoplastic material fed in through the first feed section, a cutting device for cutting through the core material fed in through the second feed section, and a nozzle with a central body which has a first section of an extrusion channel connected to the first and the second feed section for extruding a filament from in plasticized thermoplastic material embedded core material, and an end cap connected to the central body which defines a second section of the extrusion channel, the end cap having a diaphragm which defines a variable cross section of the second section of the extrusion channel.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Druckkopf, ein Drucksystem und ein Verfahren zur Herstellung eines Faserverbundbauteils.The present invention relates to a print head, a printing system and a method for producing a fiber composite component.

Faserverbundbauteile, bei welchen Verstärkungsfasern, wie z.B. Kohlefasern, in ein Matrixmaterial eingebettet sind, weisen eine hohe mechanische Steifigkeit und Belastbarkeit bei relativ geringem Gewicht auf. Insbesondere im Luftfahrzeugbau und im Automobilbau werden Faserverbundbauteile daher als Strukturbauteile eingesetzt.Fiber composite components, in which reinforcing fibers, such as carbon fibers, are embedded in a matrix material, have a high mechanical rigidity and resilience with a relatively low weight. Fiber composite components are therefore used as structural components, particularly in aircraft and automobile construction.

Zur Herstellung von Faserverbundbauteilen werden mittlerweile auch additive Herstellungsverfahren, insbesondere 3D-Druckverfahren eingesetzt. Zudem bestehen Bestrebungen, funktionale Strukturen, wie Signalleitungen in Faserverbundbauteile zu integrieren. Beispielsweise wird in der EP 3 130 444 A1 ein Herstellungsverfahren beschrieben, bei dem das Bauteil schichtweise aus Filamenten aufgebaut wird, welche aus einem Druckkopf extrudiert werden. Die Filamente weisen hierbei in ein plastifiziertes Thermoplastmaterial eingebettete Verstärkungsfasern auf, z.B. in Form von Kohlefasern. Dabei wird auch vorgeschlagen, Leitermaterialien zur Signalübertragung in die Filamente zu integrieren. Ein ähnliches Verfahren wird in der US 2015/0165666 A1 beschrieben. Additive manufacturing processes, in particular 3D printing processes, are now also used to manufacture fiber composite components. Efforts are also being made to integrate functional structures, such as signal lines, into fiber composite components. For example, in the EP 3 130 444 A1 a manufacturing process is described in which the component is built up in layers from filaments which are extruded from a print head. The filaments here have reinforcing fibers embedded in a plasticized thermoplastic material, for example in the form of carbon fibers. It is also proposed to integrate conductor materials into the filaments for signal transmission. A similar procedure is used in the US 2015/0165666 A1 described.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, verbesserte Lösungen zur additiven Herstellung von Faserverbundbauteilen bereitzustellen.It is the object of the present invention to provide improved solutions for the additive manufacture of fiber composite components.

Diese Aufgabe wird jeweils durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst.This object is achieved in each case by the subjects of the independent claims.

Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung ist ein Druckkopf für ein Drucksystem zur additiven Herstellung eines Faserverbundbauteils vorgesehen. Der Druckkopf umfasst einen ersten Zufuhrabschnitt zum Zuführen von strangförmigem Thermoplastmaterial in den Druckkopf, einen zweiten Zufuhrabschnitt zum Zuführen von strangförmigem Fasermaterial oder Leitermaterial als Kernmaterial in den Druckkopf, eine Heizeinrichtung zum Plastifizieren des durch den ersten Zufuhrabschnitt zugeführten Thermoplastmaterials und eine Schneideinrichtung zum Durchtrennen des durch den zweiten Zufuhrabschnitt zugeführten Kernmaterials. Die Zufuhrabschnitte sind dazu eingerichtet, das strangförmige Thermoplastmaterial bzw. das strangförmige Kernmaterial in den Druckkopf, insbesondere zu einer im Folgenden noch beschriebenen Düse des Druckkopfs zu transportieren. Insbesondere können die Zufuhrabschnitte entsprechende Fördereinrichtungen, z.B. in Form von Rollenantrieben oder dergleichen, aufweisen. Die Heizeinrichtung kann beispielsweise eine elektrische Heizeinrichtung sein und dient zum Erwärmen des Thermoplastmaterials auf eine Temperatur im Bereich dessen Schmelzpunkts bzw. dessen Glasübergangstemperatur.According to a first aspect of the invention, a print head for a printing system for the additive production of a fiber composite component is provided. The printhead comprises a first feed section for feeding strand-like thermoplastic material into the printhead, a second feed section for feeding strand-like fiber material or conductor material as core material into the printhead, a heating device for plasticizing the thermoplastic material fed in through the first feed section and a cutting device for cutting through the core material fed to the second feed section. The feed sections are designed to transport the strand-like thermoplastic material or the strand-like core material into the printhead, in particular to a nozzle of the printhead, which will be described below. In particular, the feed sections can have corresponding conveying devices, for example in the form of roller drives or the like. The heating device can for example be an electrical heating device and is used to heat the thermoplastic material to a temperature in the range of its melting point or its glass transition temperature.

Der Druckkopf umfasst ferner eine Düse mit einem Zentralkörper, welcher einen mit dem ersten Zufuhrabschnitt und dem zweiten Zufuhrabschnitt verbundenen ersten Abschnitt eines Extrusionskanals zum Extrudieren eines Filaments aus in plastifiziertes Thermoplastmaterial eingebettetem Kernmaterial definiert, und einem mit dem Zentralkörper verbundenen Endaufsatz, welcher einen zweiten Abschnitt des Extrusionskanals definiert. Der Endaufsatz weist eine Blende auf, welche einen variierbaren Querschnitt des zweiten Abschnitts des Extrusionskanals definiert. Die Düse definiert somit allgemein einen Extrusionskanal, in welchem das Kernmaterial in das plastisch verformbare, zumindest teilweise aufgeschmolzene Thermoplastmaterial integriert wird. Ein erster Abschnitt des Kanals wird durch den Zentralkörper ausgebildet. Ein koaxial zu dem ersten Abschnitt angeordneter zweiter Abschnitt wird durch den Endaufsatz ausgebildet. Der Endaufsatz weist eine eine Extrusionsöffnung definierende Blende auf, wobei die Extrusionsöffnung eine Endöffnung des zweiten Abschnitts des Kanals bildet und das Filament aus der Extrusionsöffnung heraus extrudiert wird. Ein Durchmesser oder ein Querschnitt der Extrusionsöffnung und vorzugsweise des gesamten zweiten Abschnitts des Extrusionskanals ist mittels der Blende in veränderbarer Weise einstellbar.The printhead further comprises a nozzle with a central body, which defines a first section of an extrusion channel, connected to the first feed section and the second feed section, for extruding a filament from core material embedded in plasticized thermoplastic material, and an end cap connected to the central body, which has a second section of the Defined extrusion channel. The end cap has a screen which defines a variable cross section of the second section of the extrusion channel. The nozzle thus generally defines an extrusion channel in which the core material is integrated into the plastically deformable, at least partially melted thermoplastic material. A first section of the channel is formed by the central body. A second section arranged coaxially with the first section is formed by the end cap. The end cap has a screen defining an extrusion opening, the extrusion opening forming an end opening of the second section of the channel and the filament being extruded out of the extrusion opening. A diameter or a cross section of the extrusion opening and preferably of the entire second section of the extrusion channel can be set in a variable manner by means of the diaphragm.

Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung ist ein Drucksystem zur additiven Herstellung eines Faserverbundbauteils vorgesehen. Das Drucksystem umfasst eine erste Lagereinrichtung zum Bereitstellen eines strangförmigen Thermoplastmaterials, eine zweite Lagereinrichtung zum Bereitstellen eines strangförmigen oder fadenbündelförmigen Fasermaterials und eine dritte Lagereinrichtung zum Bereitstellen eines strangförmigen Leitermaterials. Die Lagereinrichtungen können beispielsweise als Spulen realisiert sein, von welchen das jeweilige strangförmige Material abziehbar ist.According to a second aspect of the invention, a printing system for the additive manufacture of a fiber composite component is provided. The printing system comprises a first storage device for providing a strand-shaped thermoplastic material, a second storage device for providing a strand-shaped or thread bundle-shaped fiber material and a third storage device for providing a strand-shaped conductor material. The storage devices can be implemented, for example, as coils from which the respective strand-like material can be drawn off.

Das Drucksystem weist ferner einen Druckkopf gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung, einen in drei Raumrichtungen bewegbaren Manipulator, an welchen der Druckkopf gekoppelt ist und eine Steuerungsvorrichtung auf, welche mit dem Druckkopf und dem Manipulator signalverbunden ist. Der Manipulator kann beispielsweise mehrere relativ zueinander bewegbare Roboterarme aufweisen, wobei der Druckkopf an einem der Roboterarme gelagert ist. Die Steuerungsvorrichtung kann insbesondere als elektronische Steuerungsvorrichtung ausgebildet sein, welche allgemein dazu eingerichtet ist, Steuerungssignale, z.B. in Form von elektrischen, optischen oder elektromagnetischen Signalen auszugeben. Die Steuerungsvorrichtung kann beispielsweise einen Prozessor und einen nichtflüchten Datenspeicher aufweisen. Die Steuerungsvorrichtung ist dazu eingerichtet, den Manipulator zu veranlassen, den Druckkopf entlang einer vorgegebenen Bewegungsbahn zu bewegen, an vorbestimmten Punkten der Bewegungsbahn, an denen der Manipulator stillsteht, die Schneideinrichtung des Druckkopfes zu betätigen, um das durch den zweiten Zufuhrabschnitt zugeführte Kernmaterial zu durchtrennen, so dass ein anderes Kernmaterial in den zweiten Zufuhrabschnitt eingeführt werden kann, und die Blende des Druckkopfes zu betätigen, um einen Querschnitt des Filaments zu ändern.The printing system also has a print head according to the first aspect of the invention, a manipulator which can be moved in three spatial directions, to which the print head is coupled, and a control device which is signal-connected to the print head and the manipulator. The manipulator can, for example, have a plurality of robot arms which can be moved relative to one another, the print head being mounted on one of the robot arms. The control device can in particular be designed as an electronic control device which is generally set up to output control signals, for example in the form of electrical, optical or electromagnetic signals. The control device can for example a processor and a non-volatile data memory. The control device is set up to cause the manipulator to move the printhead along a predetermined path of movement, to actuate the cutting device of the printhead at predetermined points on the path of movement at which the manipulator stands still in order to cut through the core material fed through the second feed section, so that another core material can be fed into the second feed section and to operate the shutter of the printhead to change a cross-section of the filament.

Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines Faserverbundbauteils vorgesehen. In dem erfindungsgemäßen Verfahren wird das Faserverbundbauteil aus einer Vielzahl von in einer Dickenrichtung übereinanderliegenden Schichten aufgebaut. Jede der Schichten wird ausgebildet, indem Strukturfilamente, die jeweils ein in ein Thermoplastmaterial eingebettetes Fasermaterial aufweisen, extrudiert werden. Die Strukturfilamente werden zur Ausbildung einer Schicht jeweils nebeneinander abgelegt bzw. angeordnet. Bei der Extrusion der Filamente ist das Thermoplastmaterial in einem plastisch verformbaren Zustand. Insbesondere kann das Thermoplastmaterial oberhalb einer Glasübergangstemperatur bzw. eines Schmelzpunktes vorliegen. Ferner erfolgt ein Ausbilden zumindest einer in dem Faserverbundbauteil verlaufenden Signalleitung durch Extrudieren eines Leitungsfilaments, welches ein in das Thermoplastmaterial eingebettetes Leitermaterial aufweist, wobei das Leitungsfilament einen Teil einer der Schichten bildet. Das Leitungsfilament wird in gleicher Weise extrudiert, wie das Strukturfilament und innerhalb einer Schicht anstelle eines Strukturfilaments angeordnet. Die Strukturfilamente und das zumindest eine Leitungsfilament werden nacheinander aus einem Druckkopf gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung extrudiert, z.B. mithilfe eines Drucksystems gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung.According to a third aspect of the invention, a method for producing a fiber composite component is provided. In the method according to the invention, the fiber composite component is built up from a multiplicity of layers lying one above the other in a thickness direction. Each of the layers is formed by extruding structural filaments, each of which has a fiber material embedded in a thermoplastic material. The structural filaments are each laid down or arranged next to one another to form a layer. During the extrusion of the filaments, the thermoplastic material is in a plastically deformable state. In particular, the thermoplastic material can be present above a glass transition temperature or a melting point. Furthermore, at least one signal line running in the fiber composite component is formed by extruding a line filament which has a conductor material embedded in the thermoplastic material, the line filament forming part of one of the layers. The conductor filament is extruded in the same way as the structural filament and is arranged within a layer instead of a structural filament. The structural filaments and the at least one conductor filament are successively extruded from a printhead according to the first aspect of the invention, for example with the aid of a printing system according to the second aspect of the invention.

Eine der Erfindung zugrundeliegende Idee besteht darin, ein multifunktionales Faserverbundbauteil, in welches eine oder mehrere Signalleitungen integriert sind, in einem additiven Verfahren durch Extrudieren von Filamenten herzustellen, wobei Strukturfilamente mit einem Kern aus Fasermaterial und Leitungsfilament mit einem Kern aus Leitungsmaterial auf einfache Weise flexible innerhalb der Schichten des Faserverbundbauteils angeordnet werden können. Der Druckkopf gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung umfasst hierzu eine Schneideinrichtung, z.B. in Form einer Klinge oder dergleichen, um das Kernmaterial an einer gewünschten Stelle durchtrennen zu können, und eine Düse mit einem Endaufsatz, welcher ein Blende aufweist, welche dazu eingerichtet ist, den Querschnitt des extrudierten Filaments anpassen oder einstellen zu können. Der Endaufsatz der Düse definiert einen zweiten Abschnitt eines Extrusionskanals, aus welchem heraus das Filament austritt. Die Blende ist dazu eingerichtet, den Durchmesser dieses zweiten Abschnitts oder Endabschnitts des Extrusionskanals zu ändern. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass bei der Herstellung eines Faserverbundbauteils der Manipulator den Druckkopf entlang einer vorgegebenen Trajektorie bewegt, um ein Strukturfilament zu extrudieren und dadurch eine Schicht des Bauteils auszubilden, wobei der Manipulator an einer gewünschten Stelle der Trajektorie stoppt und die Schneideinrichtung das Fasermaterial, das dem Druckkopf über den zweiten Zufuhrabschnitt zugeführt wird durchtrennt. Nach dem Durchtrennen wird ein anderes Kernmaterial, z.B. ein optisches Leitermaterial, in den zweiten Zufuhrabschnitt eingeführt und der Manipulator bewegt den Druckkopf weiter entlang der vorgegebenen Trajektorie, wobei ein Leitungsfilament extrudiert wird, welches sich direkt an das Strukturfilament anschließt.One idea underlying the invention is to produce a multifunctional fiber composite component, in which one or more signal lines are integrated, in an additive process by extruding filaments, with structural filaments with a core made of fiber material and line filaments with a core made of line material easily flexible inside the layers of the fiber composite component can be arranged. The print head according to the first aspect of the invention comprises a cutting device, for example in the form of a blade or the like, in order to be able to cut through the core material at a desired point, and a nozzle with an end attachment which has a diaphragm which is designed to cut through the Adjust or adjust the cross section of the extruded filament. The end cap of the nozzle defines a second section of an extrusion channel from which the filament exits. The diaphragm is designed to change the diameter of this second section or end section of the extrusion channel. For example, it can be provided that during the production of a fiber composite component the manipulator moves the print head along a predetermined trajectory in order to extrude a structural filament and thereby form a layer of the component, the manipulator stopping at a desired point on the trajectory and the cutting device the fiber material, which is fed to the printhead via the second feed section is severed. After the severing, another core material, e.g. an optical conductor material, is introduced into the second feed section and the manipulator moves the printhead further along the predetermined trajectory, with a conductor filament being extruded which directly adjoins the structural filament.

Ein Vorteil der Erfindung liegt darin, dass in einfacher Weise Filamente verschiedener Dicken mit derselben Düse bzw. demselben Endaufsatz erzeugt werden können, insbesondere innerhalb eines Bauteils. Damit geht auch der Vorteil einher, dass multifunktionale Faserverbundbauteile mit größerem Automatisierungsgrad erzeugt werden können. Insbesondere können dadurch Kernmaterialien verschiedener Dicken einfacher in das Thermoplastmaterial eingebettet werden, wenn ein bestimmtes Verhältnis, z.B. ein Durchmesserverhältnis, von Thermoplastmaterial zu Kernmaterial vorgegeben ist. Auch wird die Verarbeitung verschiedener Thermoplastmaterialien erleichtert.One advantage of the invention is that filaments of different thicknesses can be produced in a simple manner with the same nozzle or the same end attachment, in particular within a component. This also has the advantage that multifunctional fiber composite components can be produced with a greater degree of automation. In particular, core materials of different thicknesses can thereby be embedded in the thermoplastic material more easily if a certain ratio, for example a diameter ratio, of thermoplastic material to core material is given. The processing of various thermoplastic materials is also made easier.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den auf die unabhängigen Ansprüche rückbezogenen Unteransprüchen in Verbindung mit der Beschreibung.Advantageous refinements and developments result from the subclaims referring back to the independent claims in connection with the description.

Gemäß manchen Ausführungsformen des Druckkopfs kann vorgesehen sein, dass der Endaufsatz ein Führungsstück mit einer konischen Führungsfläche aufweist, welche einer Mittelachse des Extrusionskanals zugewandt orientiert ist, und dass die Blende mehrere keilförmige Blendenkörper aufweist, welche jeweils eine der Mittelachse zugewandte Innenfläche, eine an der Führungsfläche des Führungsstücks anliegende Außenfläche und zwei die Innenfläche und die Außenfläche verbindende Kontaktflächen aufweisen, wobei die Blendenkörper mit ihren Kontaktflächen aneinander anliegend angeordnet sind, und wobei die Blendenkörper entlang der Mittelachse bewegbar sind, um den durch die Innenflächen der Blendenkörper definierte Querschnitt des zweiten Abschnitts des Extrusionskanals zu variieren. Durch den konischen oder trichterförmigen verlauf der Führungsfläche, an welchen die Blendenkörper mit ihren Außenflächen anliegen, wird durch verschieben der Blendenkörper entlang der Mittelachse ein durch die Innenflächen der Blendenkörper definierter Durchmesser bzw. Querschnitt vergrößert oder verkleinert. Die Innenflächen, welche sich parallel bzw. entlang der Mittelachse erstrecken, können insbesondere eine kreisförmige Krümmung aufweisen. Ebenso können die Kontaktflächen, an denen die Blendenkörper aneinander anliegen kreisförmig gekrümmt sein, so dass die Blendenkörper aneinander abgleiten, wenn diese entlang der Mittelachse bewegt werden. Da die Innenflächen der Blendenkörper sich entlang der Mittelachse erstrecken erfolgt bei der Extrusion der Filamente eine Führung des Thermoplastmaterials an den Innenflächen. Dies beugt Beschädigungen, wie z.B. der Bildung von Fehlstellen, des Thermoplastmaterials sowie einem Knicken oder Verdrehen des strangförmigen Kernmaterials vor.According to some embodiments of the printhead, it can be provided that the end attachment has a guide piece with a conical guide surface which is oriented towards a central axis of the extrusion channel, and that the diaphragm has several wedge-shaped diaphragm bodies, each of which has an inner surface facing the central axis, one on the guide surface of the guide piece adjacent outer surface and two contact surfaces connecting the inner surface and the outer surface, wherein the diaphragm bodies are arranged with their contact surfaces abutting one another, and wherein the diaphragm bodies are movable along the central axis, around the cross-section of the second section of the extrusion channel defined by the inner surfaces of the diaphragm body to vary. Due to the conical or funnel-shaped course of the guide surface, on which the visor body with their If the outer surfaces are in contact, a diameter or cross section defined by the inner surfaces of the visor body is enlarged or reduced by moving the diaphragm body along the central axis. The inner surfaces, which extend parallel or along the central axis, can in particular have a circular curvature. Likewise, the contact surfaces on which the visor bodies bear against one another can be curved in a circular manner, so that the visor bodies slide against one another when they are moved along the central axis. Since the inner surfaces of the visor bodies extend along the central axis, the thermoplastic material is guided on the inner surfaces during the extrusion of the filaments. This prevents damage, such as the formation of imperfections, of the thermoplastic material as well as kinking or twisting of the strand-like core material.

Gemäß weiteren Ausführungsformen kann das Führungsstück eine koaxial zu der Mittelachse des Extrusionskanals angeordnete Führungsöffnung aufweisen, zu welcher hin sich ein durch die Führungsfläche definierter Durchmesser verjüngt, wobei die Blendenkörper mittels einer Vorspanneinrichtung entlang der Mittelachse des Extrusionskanals in Richtung der Führungsöffnung vorgespannt sind. Die Führungsfläche verjüngt sich somit in einer Extrusionsrichtung entlang der Mittelachse des Extrusionskanals. Die Blendenkörper sind z.B. mit einer Feder entlang der Mittelachse vorgespannt, wodurch diese noch zuverlässiger an der Führungsfläche anliegen. Dies erleichtert die Einstellbarkeit verschiedener Querschnitte.According to further embodiments, the guide piece can have a guide opening arranged coaxially to the central axis of the extrusion channel, towards which a diameter defined by the guide surface tapers, the diaphragm bodies being prestressed by means of a prestressing device along the central axis of the extrusion channel in the direction of the guide opening. The guide surface thus tapers in an extrusion direction along the central axis of the extrusion channel. The diaphragm bodies are pretensioned along the central axis with a spring, for example, so that they rest even more reliably on the guide surface. This makes it easier to adjust different cross-sections.

Gemäß weiteren Ausführungsformen kann vorgesehen sein, dass der Endaufsatz eine kinematisch an die Blendenkörper gekoppelte Antriebseinrichtung aufweist, mittels derer die Blendenkörper entlang der Mittelachse bewegbar sind. Beispielsweise kann die Antriebseinrichtung ein elektrischer Linearmotor, ein Spindeltrieb oder eine ähnliche Antriebseinrichtung sein, welche dazu eingerichtet ist, den Blendenkörper relativ zu dem Führungsstück zu bewegen. Die Antriebseinrichtung ist an die Blendenkörper gekoppelt und kann sich beispielsweise an dem Führungsstück, dem Zentralkörper der Düse oder einer anderen ortsfest zum Führungsstück angeordneten Struktur abstützen.According to further embodiments, it can be provided that the end attachment has a drive device which is kinematically coupled to the visor body and by means of which the visor body can be moved along the central axis. For example, the drive device can be an electric linear motor, a spindle drive or a similar drive device which is set up to move the visor body relative to the guide piece. The drive device is coupled to the diaphragm body and can, for example, be supported on the guide piece, the central body of the nozzle or another structure which is arranged in a stationary manner relative to the guide piece.

Gemäß manchen Ausführungsformen des Druckkopfs kann die Schneideinrichtung an dem zweiten Zufuhrabschnitt angeordnet sein. Dies erleichtert vorteilhaft die konstruktive Gestaltung der Düse.According to some embodiments of the print head, the cutting device can be arranged on the second feed section. This advantageously facilitates the structural design of the nozzle.

Gemäß manchen Ausführungsformen des Verfahrens kann das Thermoplastmaterial eines oder mehrere der folgenden Materialien aufweisen: ein Polyetheretherketon (PEEK), amorphes thermoplastisches Polyetherimid (PEI), Nylon, Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymere (ABS).According to some embodiments of the method, the thermoplastic material can comprise one or more of the following materials: a polyetheretherketone (PEEK), amorphous thermoplastic polyetherimide (PEI), nylon, acrylonitrile-butadiene-styrene copolymers (ABS).

Gemäß manchen Ausführungsformen des Verfahrens kann das Leitermaterial eines oder mehrere der folgenden Materialien umfasst: optisches Leitermaterial, wie z.B. Quarzglasfasern oder polymere optische Fasern, elektrisches Leitermaterial, wie Kupferdrähte, Aluminiumdrähte oder dergleichen.According to some embodiments of the method, the conductor material can comprise one or more of the following materials: optical conductor material such as quartz glass fibers or polymeric optical fibers, electrical conductor material such as copper wires, aluminum wires or the like.

Gemäß manchen Ausführungsformen des Verfahrens kann in einer ersten Schicht des Faserverbundbauteils eine erste Signalleitung und in einer in der Dickenrichtung auf die erste Schicht folgenden zweiten Schicht eine zweite Signalleitung ausgebildet werden, welche die erste Signalleitung an einem Kreuzungspunkt kreuzt, wobei die erste und die zweite Signalleitung an dem Kreuzungspunkt leitend verbunden werden. Beispielsweise kann zur leitenden Kontaktierung an einem Kreuzungspunkt das Leitungsmaterial freigelegt werden, z.B. indem das diese umgebende Thermoplastmaterial am Kreuzungspunkt entfernt wird. Das Freilegen des Leitungsmaterials kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass das plastische Thermoplastmaterial nach Austritt aus der Düse des Druckkopfes an einem Trennblech vorbeigeführt wird, an welchem das Thermoplastmaterial über einen kurzen, vorbestimmten Bereich von dem Leitermaterial abgestreift wird. Auch ist denkbar, dass nach dem Ablegen des Leiterfilaments ein Kontaktstück aus dem Leitermaterial an der Stelle des Kreuzungspunktes in das Filament getrieben wird, bis es mit dem Leitermaterial des Filaments in Kontakt ist. Dies geschieht vorzugsweise solange das Thermoplastmaterial noch in einem plastisch verformbaren Zustand vorliegt. Beim Ablegen des zweiten Leiterfilaments an dem Kreuzungspunkt dringt das Kontaktstück dann in das zweite Leiterfilament ein und kommt mit dem Leitermaterial des zweiten Leiterfilaments in Kontakt. Somit können komplexe Schaltungen der Signalleitungen auf einfache Weise direkt bei der Herstellung des Faserverbundbauteils hergestellt werden. Beispielsweise können dadurch noch zuverlässigere Health-Monitoring-Schaltungen realisiert werden, mittels derer mechanische Beschädigungen des Faserverbundbauteils detektierbar und optional lokalisierbar sind.According to some embodiments of the method, a first signal line can be formed in a first layer of the fiber composite component and a second signal line can be formed in a second layer following the first layer in the thickness direction, which crosses the first signal line at a crossing point, the first and the second signal line be conductively connected at the crossing point. For example, the line material can be exposed for conductive contact at a crossing point, e.g. by removing the thermoplastic material surrounding it at the crossing point. The line material can be exposed, for example, by guiding the plastic thermoplastic material past a separating plate after exiting the nozzle of the print head, on which the thermoplastic material is stripped from the conductive material over a short, predetermined area. It is also conceivable that after the conductor filament has been laid down, a contact piece made of the conductor material is driven into the filament at the point of intersection until it is in contact with the conductor material of the filament. This is preferably done as long as the thermoplastic material is still in a plastically deformable state. When the second conductor filament is deposited at the crossing point, the contact piece then penetrates into the second conductor filament and comes into contact with the conductor material of the second conductor filament. Complex circuits of the signal lines can thus be produced in a simple manner directly during the production of the fiber composite component. For example, even more reliable health monitoring circuits can be implemented in this way, by means of which mechanical damage to the fiber composite component can be detected and optionally localized.

Im Folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnungen erläutert. Von den Figuren zeigen:

  • 1 eine schematische Ansicht eines Verfahrens zur Herstellung eines Faserverbundbauteils gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
  • 2 eine perspektivische Ansicht eines mittels eines erfindungsgemäßen Verfahrens herstellbaren Faserverbundbauteils;
  • 3 eine schematische Ansicht eines Drucksystems zur Herstellung eines Faserverbundbauteils gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
  • 4 eine schematische Darstellung einer Düse eines Druckkopfs gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer Ansicht entlang der Mittelachse eines Extrusionskanals;
  • 5 eine Schnittansicht der in 4 gezeigten Düse, wobei eine Blende der Düse in einer ersten Stellung angeordnet ist;
  • 6 eine Schnittansicht der in 4 gezeigten Düse, wobei die Blende der Düse in einer zweiten Stellung angeordnet ist;
  • 7 eine schematische Schnittansicht eines Faserverbundbauteils, welches mittels eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung hergestellt wurde; und
  • 8 eine schematische Schnittansicht eines Faserverbundbauteils, welches mittels eines Verfahrens gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung hergestellt wurde.
The invention is explained below with reference to the figures of the drawings. From the figures show:
  • 1 a schematic view of a method for producing a fiber composite component according to an embodiment of the invention;
  • 2 a perspective view of a fiber composite component which can be produced by means of a method according to the invention;
  • 3 a schematic view of a printing system for producing a fiber composite component according to an embodiment of the invention;
  • 4th a schematic representation of a nozzle of a print head according to an embodiment of the invention in a view along the central axis of an extrusion channel;
  • 5 a sectional view of the in 4th nozzle shown, wherein a screen of the nozzle is arranged in a first position;
  • 6th a sectional view of the in 4th nozzle shown, wherein the aperture of the nozzle is arranged in a second position;
  • 7th a schematic sectional view of a fiber composite component which was produced by means of a method according to an embodiment of the invention; and
  • 8th a schematic sectional view of a fiber composite component which was produced by means of a method according to a further embodiment of the invention.

In den Figuren bezeichnen dieselben Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Komponenten, soweit nichts Gegenteiliges angegeben ist.In the figures, the same reference symbols denote the same or functionally identical components, unless stated otherwise.

In den 1 und 3 ist beispielhaft und rein schematisch das Prinzip der Herstellung eines Faserverbundbauteils 200 durch Extrusion von Filamenten 205 dargestellt. Wie in den 1 und 3 beispielhaft dargestellt ist, werden Filamente 205 mittels eines Druckkopfes 205, welcher durch einen Manipulator 104 bewegt wird, auf einer Stützoberfläche 120a abgelegt. Die Filamente 205 weisen ein strangförmiges Kernmaterial K auf, welches von einem Thermoplastmaterial P umgeben ist. Im Folgenden wird zwischen Strukturfilamenten 205A, welche als Kernmaterial K ein Fasermaterial F, z.B. in Form von Kohlefasern oder ähnlichen Verstärkungsfasern aufweisen, und Leiterfilamenten 205B unterschieden, welche als Kernmaterial K ein Leitungsmaterial C, z.B. in Form von elektrischen Leitermaterialen wie Kupfer, Aluminium oder dergleichen oder in Form von optischen Leitermaterialien wie Quarzglasfasern oder polymere optische Fasern aufweisen. Das Thermoplastmaterial P kann Polyetheretherketon, amorphes thermoplastisches Polyetherimid, Nylon, Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymere, oder dergleichen enthalten.In the 1 and 3 is an example and purely schematic of the principle of manufacturing a fiber composite component 200 by extrusion of filaments 205 shown. As in the 1 and 3 is shown by way of example, filaments 205 by means of a print head 205 which by a manipulator 104 is moved on a support surface 120a filed. The filaments 205 have a strand-like core material K on, which is made of a thermoplastic material P. is surrounded. The following is between structural filaments 205A which as core material K a fiber material F. , for example in the form of carbon fibers or similar reinforcing fibers, and conductor filaments 205B distinguished which as the core material K a duct material C. , for example in the form of electrical conductor materials such as copper, aluminum or the like or in the form of optical conductor materials such as quartz glass fibers or polymer optical fibers. The thermoplastic material P. may contain polyetheretherketone, amorphous thermoplastic polyetherimide, nylon, acrylonitrile-butadiene-styrene copolymers, or the like.

Das Faserverbundbauteil 200 wird schichtweise in einer Dickenrichtung T, welche sich quer zu der Stützoberfläche 120a erstreckt, aufgebaut. Das heißt, das Faserverbundbauteil 200 wird durch aufeinanderfolgendes Aufbringen einzelner Schichten 210 ausgebildet, wobei die einzelnen Schichten 210 in Bezug auf die Dickenrichtung T übereinander bzw. aufeinander ausgebildet werden. Wie in 3 schematisch dargestellt ist, wird jede Schicht 210 durch Auftragen einzelner Filamente 205 ausgebildet. Insbesondere wird jeweils eine Schicht 210 durch eine Vielzahl einzelner Filamente 205 gebildet, indem diese Filamente 205 gleichzeitig oder aufeinander folgend nebeneinander auf die erste Oberfläche 120a bzw. die auf dieser bereits ausgebildete Schicht 210 aufgetragen oder abgelegt werden. Während des Auftragens liegt das Thermoplastmaterial P in einem plastisch verformbaren bzw. thermoplastischen Zustand vor, also bei einer Temperatur im Bereich des Schmelzpunkts bzw. der Glasübergangstemperatur. Dadurch wird eine stoffschlüssige Verbindung mit den benachbarten Filamenten 205 bzw. den Filamenten 205 der benachbarten Schicht 210 erzielt.The fiber composite component 200 is layered in a thickness direction T, which is transverse to the support surface 120a extends, built up. That is, the fiber composite component 200 is made by applying individual layers one after the other 210 formed, the individual layers 210 be formed one above the other or on top of one another with respect to the thickness direction T. As in 3 is shown schematically, each layer 210 by applying individual filaments 205 educated. In particular, there is one layer at a time 210 through a multitude of individual filaments 205 formed by these filaments 205 simultaneously or successively next to each other on the first surface 120a or the layer already formed on this 210 applied or deposited. During the application, the thermoplastic material lies P. in a plastically deformable or thermoplastic state, i.e. at a temperature in the range of the melting point or the glass transition temperature. This creates an integral connection with the neighboring filaments 205 or the filaments 205 the neighboring layer 210 achieved.

Wie insbesondere in 3 erkennbar ist, kann während des Ausbildens einer jeweiligen Schicht 205 zumindest eine Signalleitung 220 ausgebildet werden. Hierzu wird anstelle eines Strukturfilaments 205 ein Leitungsfilament 205B abgelegt. Damit bildet das Leitungsfilament 205B einen Teil einer der jeweiligen Schicht 210. Die Filamente 205 werden mittels des Druckkopfes 1 extrudiert. Dies wird im Folgenden noch im Detail erläutert. Allgemein wird in dem Druckkopf 1 das Thermoplastmaterial P auf eine Temperatur im Bereich des Schmelzpunktes bzw. der Glasübergangstemperatur aufgeheizt, das strangförmige Kernmaterial K in das aufgeheizte, plastisch verformbare Thermoplastmaterial P eingebettet und dadurch ein Filament 205 erzeugt, welches aus einer Düse 40 des Druckkopfes 1 heraus zu der Stützoberfläche 120a gefördert wird.As in particular in 3 can be seen during the formation of a respective layer 205 at least one signal line 220 be formed. Instead of a structural filament 205 a line filament 205B filed. This forms the line filament 205B part of one of the respective layers 210 . The filaments 205 are by means of the print head 1 extruded. This is explained in detail below. Generally in the printhead 1 the thermoplastic material P. heated to a temperature in the range of the melting point or the glass transition temperature, the strand-like core material K into the heated, plastically deformable thermoplastic material P. embedded and thus a filament 205 generated, which from a nozzle 40 of the printhead 1 out to the support surface 120a is promoted.

1 zeigt rein beispielhaft die Herstellung eines länglichen Faserverbundbauteils 200 mit trapezförmigem Querschnitt. Selbstverständlich sind auch andere Querschnittsformen denkbar. 2 zeigt beispielhaft ein Faserverbundbauteil 200 mit einer ersten Oberfläche 200a und einer entgegengesetzt zu dieser angeordneten zweiten Oberfläche 200b, wobei eine Dicke zwischen den Oberflächen 200a, 200b durch die Schichten 210 der Filamente 205 definiert ist. Wie in 2 rein beispielhaft dargestellt, kann die erste Oberfläche 200a eben sein und die zweite Oberfläche 200b bildet in einem Endbereich eine Erhebung 201 aus. Wie in 2 beispielhaft gezeigt, können verschiedene Signalleitungen 220 in das Faserverbundbauteil 200, insbesondere in den Querschnitt des Faserverbundbauteils 200 zwischen der ersten und der zweiten Oberfläche 200a, 200b oder auf der ersten oder der zweiten Oberfläche 200a, 200b des Faserverbundbauteils 200 integriert werden. In 2 ist beispielhaft gezeigt, dass zwei parallel zueinander verlaufende optische Leiter, welche als gestrichelte Linien dargestellt sind und sich über eine gesamte Längserstreckung des Faserverbundbauteils 200 erstrecken, als Signalleitungen 220 vorgesehen sind. Ferner können mehrere als volle Linien dargestellte elektrische Leiter als Signalleitungen 220 vorgesehen sein. Wie in 2 weiterhin erkennbar ist, können sich die Signalleitungen 220 an Kreuzungspunkten 222 kreuzen. Auch können sich die Signalleitungen 220 nur über einen Teil einer Längserstreckung oder einer Quererstreckung des Faserverbundbauteils 200 erstrecken. 1 shows, purely by way of example, the production of an elongated fiber composite component 200 with a trapezoidal cross-section. Of course, other cross-sectional shapes are also conceivable. 2 shows an example of a fiber composite component 200 with a first surface 200a and a second surface disposed opposite thereto 200b , with a thickness between the surfaces 200a , 200b through the layers 210 of the filaments 205 is defined. As in 2 Shown purely by way of example, the first surface 200a be flat and the second surface 200b forms an elevation in one end area 201 out. As in 2 shown as an example, different signal lines 220 in the fiber composite component 200 , especially in the cross section of the fiber composite component 200 between the first and second surfaces 200a , 200b or on the first or the second surface 200a , 200b of the fiber composite component 200 to get integrated. In 2 is shown by way of example that two optical conductors running parallel to one another, which are shown as dashed lines and extend over an entire longitudinal extent of the fiber composite component 200 extend than Signal lines 220 are provided. Furthermore, a plurality of electrical conductors shown as full lines can be used as signal lines 220 be provided. As in 2 can still be seen, the signal lines may become 220 at crossing points 222 cross. The signal lines can also be 220 only over part of a longitudinal extension or a transverse extension of the fiber composite component 200 extend.

Das Faserverbundbauteil 200 kann insbesondere mithilfe eines Drucksystems 100 hergestellt werden. 3 zeigt rein schematisch ein Drucksystem 100 mit einer ersten Lagereinrichtung 101 zum Bereitstellen des strangförmigen Thermoplastmaterials P, einer zweiten Lagereinrichtung 102 zum Bereitstellen eines strangförmigen oder fadenbündelförmigen Fasermaterials F, einer oder mehreren dritten Lagereinrichtung 103 zum Bereitstellen eines strangförmigen Leitermaterials C, einem Druckkopf 1, einem Manipulator 104 und einer Steuerungsvorrichtung 105.The fiber composite component 200 can in particular with the help of a printing system 100 getting produced. 3 shows a printing system purely schematically 100 with a first storage facility 101 for providing the strand-like thermoplastic material P. , a second storage facility 102 for providing a strand-like or thread-bundle-like fiber material F. , one or more third storage facilities 103 for providing a strand-like conductor material C. , a printhead 1 , a manipulator 104 and a control device 105 .

Die Lagereinrichtungen 101, 102, 103 dienen zum Vorhalten von jeweils strangförmigem Thermoplastmaterial P, Fasermaterial F und Leitermaterial C. Beispielsweise können die Lagereinrichtungen 101, 102, 103 als Lagerspulen ausgebildet sein, wie dies in 3 rein schematisch gezeigt ist. Wie in 3 weiterhin beispielhaft dargestellt ist, können jeweils eine erste Lagereinrichtung 101 und eine zweite Lagereinrichtung 102 und mehrere dritte Lagereinrichtungen 103 vorgesehen sein. Allgemein ist aber auch denkbarjeweils mehrere erste und zweite Lagereinrichtungen 101, 102 vorzusehen, um verschiedene Thermoplastmaterialien P und/oder verschiedene Fasermaterialen F vorzuhalten und zu verarbeiten.The storage facilities 101 , 102 , 103 serve to hold each strand-like thermoplastic material P. , Fiber material F. and conductor material C. . For example, the storage facilities 101 , 102 , 103 be designed as storage coils, as shown in 3 is shown purely schematically. As in 3 is also shown by way of example, each can have a first storage device 101 and a second storage facility 102 and several third storage facilities 103 be provided. In general, however, it is also conceivable for a plurality of first and second storage devices in each case 101 , 102 provide to various thermoplastic materials P. and / or various fiber materials F. to hold and process.

Der Manipulator 104 ist in 3 lediglich symbolisch als Block dargestellt und dient zum Bewegen des Druckkopfes 1 entlang einer vorbestimmten Bewegungsbahn. Wie in 1 rein beispielhaft und lediglich schematisch dargestellt ist, kann der Manipulator 104 mehrere aneinander gekoppelte und relativ zueinander bewegbare Arme 104A, 104B, 104C, 104D, 104E aufweisen. Allgemein kann der Manipulator 104 dazu eingerichtet sein, eine Bewegung eines Endeffektors, der an den Manipulator 104 gekoppelt ist, in drei Raumrichtungen zu veranlassen. Der Druckkopf 1 ist als Endeffektor an einen der Arme 104A-E (im Beispiel von 1 an den Arm 104E) mechanisch gekoppelt und kann somit durch den Manipulator 104 beliebig im Raum bewegt werden, insbesondere zumindest in drei Raumrichtungen.The manipulator 104 is in 3 shown only symbolically as a block and is used to move the print head 1 along a predetermined trajectory. As in 1 is shown purely by way of example and only schematically, the manipulator 104 have several arms 104A, 104B, 104C, 104D, 104E coupled to one another and movable relative to one another. In general, the manipulator 104 to be set up a movement of an end effector that is sent to the manipulator 104 is coupled to cause in three spatial directions. The printhead 1 is an end effector on one of the arms 104A-E (in the example of 1 mechanically coupled to the arm 104E) and can thus by the manipulator 104 can be moved anywhere in space, in particular at least in three spatial directions.

Die Steuerungsvorrichtung 105 ist in 3 ebenfalls lediglich symbolisch als Block dargestellt und ist als elektronische Steuerung realisiert. Insbesondere kann die Steuerungsvorrichtung 105 einen Prozessor (nicht dargestellt) und einen Datenspeicher (nicht dargestellt) aufweisen. Der Prozessor kann beispielsweise als CPU, als FPGA, als ASIC oder dergleichen realisiert sein. Allgemein ist der Prozessor dazu eingerichtet, basierend auf Eingabe- oder Eingangssignalen Ausgangssignale zu erzeugen, z.B. in Form elektrischer oder elektromagnetischer Signale. Der Datenspeicher weist vorzugsweise ein nicht-flüchtiges Datenspeichermedium auf, z.B. eine Festplatte, eine CD, eine DVD, eine Diskette, einen Flash-Speicher oder dergleichen. Wie in 3 beispielhaft dargestellt ist, kann die Steuerungsvorrichtung 105 zur Signalübertragung mit dem Manipulator 104 und dem Druckkopf 1, bzw. dessen einzelnen Komponenten, verbunden sein. Dies kann eine drahtgebundene Verbindung, wie z.B. über Ethernet, CAN oder dergleichen, oder eine drahtlose Verbindung realisiert werden, wie z.B. über WiFi, Bluetooth oder dergleichen.The control device 105 is in 3 also shown only symbolically as a block and is implemented as an electronic control. In particular, the control device 105 a processor (not shown) and a data memory (not shown). The processor can be implemented, for example, as a CPU, as an FPGA, as an ASIC or the like. In general, the processor is set up to generate output signals based on input or input signals, for example in the form of electrical or electromagnetic signals. The data memory preferably has a non-volatile data storage medium, for example a hard disk, a CD, a DVD, a floppy disk, a flash memory or the like. As in 3 is shown by way of example, the control device 105 for signal transmission with the manipulator 104 and the printhead 1 , or its individual components, be connected. This can be implemented via a wired connection, such as, for example, via Ethernet, CAN or the like, or a wireless connection, such as, for example, via WiFi, Bluetooth or the like.

Der Druckkopf 1 weist eine erste Zufuhreinrichtung 11, einen zweiten Zufuhrabschnitt 12, eine Heizeinrichtung 20, eine optionale Kühleinrichtung 25, eine Schneideinrichtung 30 und eine Düse 40 auf. Die Düse 40 definiert einen Extrusionskanal 3, in welchem das Kernmaterial K in das Thermoplastmaterial P eingebettet wird, um ein Filament 205 auszubilden, und aus welchem heraus das Filament 205 extrudiert wird.The printhead 1 has a first feed device 11 , a second feed section 12th , a heater 20th , an optional cooling device 25th , a cutter 30th and a nozzle 40 on. The nozzle 40 defines an extrusion channel 3 in which the core material K into the thermoplastic material P. is embedded around a filament 205 train, and from which out the filament 205 is extruded.

Der erste Zufuhrabschnitt 11 dient zum Zuführen von strangförmigem Thermoplastmaterial P in den Druckkopf 1 bzw. zu der Düse 40. Der zweite Zufuhrabschnitt 12 dient zum Zuführen von wahlweise strangförmigem Fasermaterial F oder Leitermaterial C als Kernmaterial K in den Druckkopf 1 bzw. zu der Düse 40. Die Zufuhrabschnitte 11, 12 sind allgemein zum Transport oder zum Fördern von strangförmigem Material eingerichtet und können beispielsweise jeweils Transportrollenpaare (nicht dargestellt) und eine Antriebseinrichtung (nicht dargestellt) zum Antreiben zumindest einer Rolle des jeweiligen Transportrollenpars aufweisen. Ferner können die Zufuhrabschnitte 11, 12 Führungsstrukturen (nicht dargestellt), z.B. in Form von Leitblechen oder dergleichen aufweisen, um das jeweilige strangförmige Material P, K in den Extrusionskanal 3 einzuführen.The first feed section 11 is used to supply strand-like thermoplastic material P. into the printhead 1 or to the nozzle 40 . The second feed section 12th serves to supply optionally strand-like fiber material F. or conductor material C. as core material K into the printhead 1 or to the nozzle 40 . The feed sections 11 , 12th are generally set up for transporting or conveying strand-like material and can, for example, each have pairs of transport rollers (not shown) and a drive device (not shown) for driving at least one roller of the respective pair of transport rollers. Furthermore, the feed sections 11 , 12th Have guide structures (not shown), for example in the form of guide plates or the like, around the respective strand-like material P. , K into the extrusion channel 3 to introduce.

Die Heizeinrichtung 20 kann beispielsweise als elektrische Heizeinrichtung realisiert sein und dient zum Aufschmelzen oder allgemein zum Erwärmen des Thermoplastmaterials P im Extrusionskanal 3. Die Heizeinrichtung 20 kann beispielsweise im Bereich eines Zentralkörpers 41 der Düse 40 angeordnet sein und ist thermisch an den Extrusionskanal 3 gekoppelt. Die optionale Kühleinrichtung 25, welche beispielsweise als hydraulischer Wärmetauscher, als Gebläse oder dergleichen realisiert sein kann, kann insbesondere im Bereich der Zufuhrabschnitte 11, 12 angeordnet sein. Insbesondere kann die Kühleinrichtung 25 im Bereich des ersten Zufuhrabschnitts 11 angeordnet sein. Allgemein dient die optionale Kühleinrichtung 25 dazu, ein Aufschmelzen oder allgemein eine ungewollte Erwärmung des Thermoplastmaterials P im ersten Zufuhrabschnitt 11 zu verhindern.The heating device 20th can be implemented, for example, as an electrical heating device and is used for melting or generally for heating the thermoplastic material P. in the extrusion channel 3 . The heating device 20th can for example in the area of a central body 41 the nozzle 40 be arranged and is thermally attached to the extrusion channel 3 coupled. The optional cooling device 25th which can be implemented, for example, as a hydraulic heat exchanger, as a fan or the like, can in particular in the area of the feed sections 11 , 12th be arranged. In particular, the cooling device 25th in the area of the first feed section 11 be arranged. The optional cooling device is generally used 25th in addition, melting or, in general, unwanted heating of the thermoplastic material P. in the first infeed section 11 to prevent.

Die Schneideinrichtung 30 ist zum Abtrennen des Kernmaterials K vorgesehen. In 3 ist die Schneideinrichtung 30 lediglich symbolisch dargestellt und kann beispielsweise eine oder mehrere Schneidklingen aufweisen. Wie in 3 beispielhaft dargestellt ist, kann die Schneideinrichtung 30 zum Beispiel an dem zweiten Zufuhrabschnitt 12 angeordnet sein. Nach dem Durchtrennen eines jeweiligen Kernmaterials K, z.B. des Fasermaterials F, kann ein anderes Kernmaterial K, z.B. ein Leitermaterial C in den zweiten Zufuhrabschnitt 12 eingeführt werden. Dies kann manuell erfolgen oder automatisiert.The cutting device 30th is for separating the core material K intended. In 3 is the cutting device 30th shown only symbolically and can, for example, have one or more cutting blades. As in 3 is shown by way of example, the cutting device 30th for example at the second feed section 12th be arranged. After cutting through a respective core material K , for example the fiber material F. , can be a different core material K , e.g. a conductor material C. into the second feed section 12th to be introduced. This can be done manually or automatically.

Die 4 bis 6 zeigen jeweils beispielhaft Detailansichten der Düse 40 des Druckkopfs 1 aus 3. Die Düse 40 weist einen Zentralkörper 41 und einen an den Zentralkörper 41 gekoppelten Endaufsatz 42 auf.the 4th until 6th each show exemplary detailed views of the nozzle 40 of the printhead 1 out 3 . The nozzle 40 has a central body 41 and one to the central body 41 coupled end attachment 42 on.

Wie in 3 lediglich schematisch gezeigt ist, kann der Zentralkörper 41 insbesondere als längliches, blockförmiges, beispielsweise zylindrisches Bauteil realisiert sein. Der Zentralkörper 41 definierten einen mit dem ersten und dem zweiten Zufuhrabschnitt 11, 12 verbundenen ersten Abschnitt 3A des Extrusionskanals 3. Wie in den 5 und 6 rein beispielhaft dargestellt ist, kann der erste Abschnitt 3A des Extrusionskanals 3 ein Zentralrohr 31 aufweisen, welches an den zweiten Zufuhrabschnitt 12 gekoppelt ist und zur Führung des Kernmaterials K dient, und ein das Zentralrohr 31 umgebendes Hüllrohr 32, welches an den ersten Zufuhrabschnitt 32 gekoppelt ist. Dem Hüllrohr 32, welches an einem abgewandt von den Zufuhrabschnitten 11, 12 gelegenen Ende über das Zentralrohr 31 überstehen kann, wie dies in 5 beispielhaft gezeigt ist, wird das Thermoplastmaterial P zugeführt, wo es aufgeschmolzen wird. Wenn das Kernmaterial K aus dem Zentralrohr 31 austritt, wird es somit in das aufgeschmolzene Thermoplastmaterial K eingebettet.As in 3 is shown only schematically, the central body 41 be realized in particular as an elongated, block-shaped, for example cylindrical component. The central body 41 defined one with the first and second feed sections 11 , 12th connected first section 3A of the extrusion channel 3 . As in the 5 and 6th is shown purely by way of example, the first section 3A of the extrusion channel 3 have a central tube 31 which is connected to the second feed section 12th is coupled and for guiding the core material K serves, and a jacket tube 32 which surrounds the central tube 31 and is coupled to the first feed section 32. The cladding tube 32, which on one facing away from the feed sections 11 , 12th located end can protrude over the central tube 31, as shown in 5 is shown by way of example, the thermoplastic material P. fed where it is melted. When the core material K exits the central tube 31, it is thus in the melted thermoplastic material K embedded.

Der Endaufsatz 42 ist an einen abgewandt von den Zufuhrabschnitten 11, 12 gelegenen Ende des Zentralabschnitts 41 an den Zentralabschnitt 41 gekoppelt.
Der Endaufsatz 42 kann insbesondere ein Führungsstück oder einen Führungskörper 43 und eine Blende 50 aufweisen. Allgemein definiert der Endaufsatz 42 einen zweiten Abschnitt 3B des Extrusionskanals 3, wobei die Blende 50 einen variierbaren Querschnitt d3 des zweiten Abschnitts 3B des Extrusionskanals 3 definiert. Der zweite Abschnitt 3B des Extrusionskanals 3 erstreckt sich vorzugsweise koaxial zu dem ersten Abschnitt 3A des Extrusionskanals 3, so dass der erste und der zweite Abschnitt 3A, 3B eine gemeinsame Mittelachse M3 aufweisen.
The final essay 42 is facing away from one of the feed sections 11 , 12th located end of the central section 41 to the central section 41 coupled.
The final essay 42 can in particular a guide piece or a guide body 43 and an aperture 50 exhibit. Generally defined by the final article 42 a second section 3B of the extrusion channel 3 , with the aperture 50 a variable cross-section d3 of the second section 3B of the extrusion channel 3 Are defined. The second section 3B of the extrusion channel 3 preferably extends coaxially with the first section 3A of the extrusion channel 3 so that the first and second sections 3A , 3B a common central axis M3 exhibit.

Der Führungskörper oder das Führungsstück 43 ist ortsfest relativ zu dem Zentralabschnitt 41 der Düse 40 angeordnet bzw. ortsfest mit diesem verbunden, z.B. mit diesem verschraubt. Wie in den 3, 5 und 6 beispielhaft dargestellt ist, kann das Führungsstück 43 als trichterförmiges, konisches Bauteil ausgebildet sein, welcher mit zunehmendem Abstand von dem Zentralkörper 41 zuläuft. Das Führungsstück 43 dient allgemein zur Lagerung und Führung von Blendenkörpern 51 der Blende 50. Wie in den 5 und 6 beispielhaft dargestellt ist, kann das Führungsstück 43 mit einem ersten Ende 43A mit dem Zentralabschnitt 41 der Düse 40 verbunden sein und an einem entgegengesetzt zu dem ersten Ende 43A gelegenen zweiten Ende 43B eine Führungsöffnung 44 aufweisen. Optional weist das Führungsstück 43 eine die Mittelachse M3 des Extrusionskanals 3 umschließende und dieser zugewandte Führungsfläche 43a auf. Wie in den 4 und 5 beispielhaft gezeigt, kann die Führungsfläche 43a einen sich entlang der Mittelachse 3A zu der Führungsöffnung 44 bzw. zu dem zweiten Ende 43B hin verjüngenden Durchmesser d43 definieren.The guide body or the guide piece 43 is stationary relative to the central section 41 the nozzle 40 arranged or fixedly connected to this, for example screwed to this. As in the 3 , 5 and 6th is shown by way of example, the guide piece 43 be designed as a funnel-shaped, conical component, which with increasing distance from the central body 41 runs in. The guide piece 43 is generally used for the storage and guidance of visor bodies 51 the aperture 50 . As in the 5 and 6th is shown by way of example, the guide piece 43 with a first ending 43A with the central section 41 the nozzle 40 be connected and at an opposite end to the first end 43A located second end 43B a guide opening 44 exhibit. Optionally, the guide piece 43 one the central axis M3 of the extrusion channel 3 surrounding and this facing guide surface 43a on. As in the 4th and 5 shown by way of example, the guide surface 43a one along the central axis 3A to the guide opening 44 or to the second end 43B Define the tapering diameter d43.

Die Blende 50 weist mehrere Blendenkörper 51 auf. Die Blendenkörper 51 sind an dem Führungsstück 43 relativ zu der Mittelachse M3 bewegbar gelagert. Die Blendenkörper 51 sind in Bezug auf eine radiale Richtung R3, welche senkrecht zu der Mittelachse M3 des Extrusionskanals 3 verläuft, beabstandet zu der Mittelachse angeordnet und definieren einen Querschnitt oder einen minimalen Querschnitt d3 des Extrusionskanals 3. Die Blendenkörper 51 sind an dem Führungsstück 43 relativ zu der Mittelachse M3 derart bewegbar gelagert, dass diese zumindest in der radialen Richtung R3 bewegbar sind, um den Querschnitt d3 des zweiten Abschnitts 3B des Extrusionskanals 3 zu variieren. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass die Blendenkörper 51 keilförmig realisiert sind, wie dies in den 4 bis 6 schematisch und rein beispielhaft dargestellt ist.The aperture 50 has several visor bodies 51 on. The visor body 51 are on the guide piece 43 relative to the central axis M3 movably mounted. The visor body 51 are with respect to a radial direction R3 which is perpendicular to the central axis M3 of the extrusion channel 3 extends, spaced from the central axis and define a cross-section or a minimum cross-section d3 of the extrusion channel 3 . The visor body 51 are on the guide piece 43 relative to the central axis M3 mounted movably in such a way that they can be moved at least in the radial direction R3, around the cross section d3 of the second section 3B of the extrusion channel 3 to vary. This can be done, for example, in that the visor body 51 are realized in a wedge shape, as shown in the 4th until 6th is shown schematically and purely by way of example.

Wie in den 4 bis 6 beispielhaft gezeigt ist, können die Blendenkörper 51 eine Innenfläche 51i, eine entgegengesetzt zu dieser gelegene Außenfläche 51a und entgegengesetzt zueinander gelegene erste und zweite Kontaktflächen 51b, 51c aufweisen, welche die Innenfläche 51i und die Außenfläche 51a verbinden. Wie in 4 beispielhaft gezeigt ist, kann die Innenfläche 51i konkav, vorzugsweise kreisförmig gekrümmt sein. Die Außenfläche 51a kann insbesondere konvex, vorzugsweise kreisförmig gekrümmt sein und erstreckt sich über einen größeren Winkelbereich als die Innenfläche 51i. Wie in 4 weiterhin beispielhaft gezeigt ist, kann die erste Kontaktfläche 51b kreisförmig konkav gekrümmt sein und die zweite Kontaktfläche 51c kreisförmig konvex gekrümmt sein. Die erste und die zweite Kontaktfläche 51b, 51c weisen in diesem Fall vorzugsweise den gleichen Krümmungsradius auf. Die Blendenkörper 51 können insbesondere aus einem Metallmaterial, z.B. einem Baustahl oder einer Aluminiumlegierung hergestellt sein.As in the 4th until 6th is shown by way of example, the visor body 51 an inner surface 51i , an outer surface opposite to this 51a and opposing first and second contact surfaces 51b, 51c which are the inner surface 51i and the outer surface 51a associate. As in 4th is shown by way of example, the inner surface 51i be concave, preferably circularly curved. The outside surface 51a can in particular be convex, preferably circularly curved, and extends over a larger angular range than the inner surface 51i . As in 4th Also shown by way of example, the first contact surface 51b can be curved in a circularly concave manner and the second contact surface 51c be circular convex curved. In this case, the first and the second contact surface 51b, 51c preferably have the same radius of curvature. The visor body 51 can in particular be made of a metal material, for example a structural steel or an aluminum alloy.

Wie in 4 schematisch dargestellt ist, können die Blendenkörper 51 derart angeordnet sein, dass ihre Innenflächen 51i der Mittelachse M3 des Extrusionskanals 3 zugewandt sind und ihre Außenflächen 51a an der Führungsfläche 43a des Führungsstücks 43 anliegen. Ferner liegt jeweils eine erste Kontaktfläche 51b des einen Blendenkörpers 51 an einer zweiten Kontaktfläche 51 b eines benachbarten, weiteren Blendenkörpers 51 an. Die Innenflächen 51i definieren Gemeinsam einen Querschnitt d3 bzw. einen minimalen Querschnitt des Extrusionskanals 3 bzw. des zweiten Abschnitts 3B des Extrusionskanals 3. Die Blendenkörper 51 können optional bewegbar aneinander gekoppelt sein, z.B. über einen Ring, welcher in eine der Anzahl der Blendenkörper 51 entsprechenden Anzahl an Segmenten 52 unterteilt ist, wobei die Segmente 52 durch Federn 53 miteinander verbunden sind. Die Federn 53 spannen die Segmente 52 und damit die Blendenkörper 51 in einer Umfangsrichtung vor, so dass diese in der radialen Richtung R an die Führungsfläche 43a des Führungsstücks 43 gedrückt werden. Alternativ oder zusätzlich können die Blendenkörper 51 auch bewegbar in Ausnehmungen (nicht gezeigt) eines Rings geführt sein. Ferner kann alternativ oder zusätzlich auch vorgesehen sein, dass die die Blendenkörper 51 mittels einer Vorspanneinrichtung 60, z.B. einer Feder wie dies in den 5 und 6 beispielhaft gezeigt ist, entlang der Mittelachse M3 des Extrusionskanals 3 in Richtung der Führungsöffnung 44 vorgespannt sind.As in 4th is shown schematically, the visor body 51 be arranged so that their inner surfaces 51i the central axis M3 of the extrusion channel 3 facing and their outer surfaces 51a on the guide surface 43a of the guide piece 43 issue. Furthermore, there is a first contact surface 51b of the one visor body 51 on a second contact surface 51 b of an adjacent, further visor body 51 on. The inner surfaces 51i together define a cross-section d3 or a minimum cross-section of the extrusion channel 3 or the second section 3B of the extrusion channel 3 . The visor body 51 can optionally be movably coupled to one another, for example via a ring which is inserted into one of the number of visor bodies 51 corresponding number of segments 52 is divided, the segments 52 are interconnected by springs 53. The springs 53 tension the segments 52 and with it the visor body 51 in a circumferential direction, so that this in the radial direction R on the guide surface 43a of the guide piece 43 be pressed. Alternatively or additionally, the visor body 51 also be movably guided in recesses (not shown) of a ring. Furthermore, it can alternatively or additionally also be provided that the visor body 51 by means of a pretensioning device 60 , e.g. a spring like this in the 5 and 6th is shown by way of example, along the central axis M3 of the extrusion channel 3 towards the guide opening 44 are biased.

Wie insbesondere in den 5 und 6 erkennbar ist, kann durch Bewegen der Blendenkörper 51 entlang der Mittelachse M3, z.B. mittels einer kinematisch an die Blendenkörper 51 gekoppelte Antriebseinrichtung 65, wie dies schematisch in den 5 und 6 gezeigt ist, der Querschnitt d3 des Extrusionskanals 3 variiert werden. In 5 ist der Endaufsatz 42 in einem ersten Zustand gezeigt, in welchem die Blendenkörper 51 relativ weit aus der Führungsöffnung 44 des Führungsstücks 43 herausragen. Damit wird ein relativ kleiner Durchmesser oder Querschnitt d3 des zweiten Abschnitts 3A des Extrusionskanals 3 definiert. Durch Bewegen der Blendenkörper 51 entlang der Mittelachse M3 in Richtung des ersten Endes 3A des Führungsstücks 43 werden gleiten die Blendenkörper 51 an der Führungsfläche 43a ab und bewegen sich aufgrund ihres keilförmigen Querschnitts und des größer werdenden Durchmessers d43 des Führungsstücks 43 auch in radialer Richtung R3, wodurch der durch die Innenflächen 51i der Blendenkörper 51 definierte Querschnitt d3 des zweiten Abschnitts 3A des Extrusionskanals 3 vergrößert wird, wie dies in 6 dargestellt ist. In 6 ist der Durchmesser d3 somit größer als in 5 und die Blende 50 ist in 6 daher in einem weiter geöffneten Zustand als in 5.As in particular in the 5 and 6th can be seen by moving the visor body 51 along the central axis M3 , for example by means of a kinematic to the visor body 51 coupled drive device 65 , as shown schematically in the 5 and 6th shown is the cross section d3 of the extrusion channel 3 can be varied. In 5 is the final essay 42 shown in a first state in which the visor body 51 relatively far from the guide opening 44 of the guide piece 43 stick out. This creates a relatively small diameter or cross-section d3 of the second section 3A of the extrusion channel 3 Are defined. By moving the visor body 51 along the central axis M3 towards the first end 3A of the guide piece 43 will slide the visor body 51 on the guide surface 43a and move due to their wedge-shaped cross-section and the increasing diameter d43 of the guide piece 43 also in the radial direction R3, whereby the through the inner surfaces 51i the visor body 51 defined cross-section d3 of the second section 3A of the extrusion channel 3 is enlarged as shown in 6th is shown. In 6th is the diameter d3 thus larger than in 5 and the aperture 50 is in 6th therefore in a more open state than in 5 .

Die Steuerungsvorrichtung 105 kann beispielsweise dazu eingerichtet sein, ein Steuersignal zu erzeugen, welches die Antriebseinrichtung 65 dazu veranlasst, die Blendenkörper 51 entlang der Mittelachse M3 zu bewegen. Ferner kann die Steuerungsvorrichtung 105 dazu eingerichtet sein, Steuersignale zu erzeugen, um eine Leistung der Heizeinrichtung 20 und gegebenenfalls der optionale Kühleinrichtung 25 zu steuern oder zu regeln, die Schneideinrichtung 30 zu betätigen und den Manipulator 104 zu veranlassen, den Druckkopf 1 entlang einer vorgegebenen Bewegungsbahn zu bewegen.The control device 105 can for example be set up to generate a control signal which the drive device 65 caused the visor body 51 along the central axis M3 to move. Furthermore, the control device 105 be set up to generate control signals to a power of the heating device 20th and optionally the optional cooling device 25th to control or regulate the cutting device 30th to operate and the manipulator 104 to cause the printhead 1 to move along a predetermined trajectory.

Um mittels des Drucksystems 100 ein Faserverbundbauteil 200 aus Strukturfilamenten 205A und Leitungsfilamenten 205B herzustellen, veranlasst die Steuerungsvorrichtung 105 den Manipulator 104 durch entsprechende Steuersignale den Druckkopf 1 entlang einer bestimmten Bewegungsbahn zu bewegen, um die Filamente 205 der jeweiligen Schicht 210 abzulegen. Je nach Kernmaterial K und Thermoplastmaterial P kann die Steuerungsvorrichtung 105 die Leistung der Heizeinrichtung 20 und gegebenenfalls der Kühleinrichtung 25 durch entsprechende Steuersignale steuern oder regeln sowie den gewünschten Durchmesser des Filaments 205 mithilfe der Blende 50 einstellen, z.B. indem eine Öffnung der Blende 50 mittels einer Antriebseinrichtung 65 basierend auf entsprechenden Steuersignalen der Steuerungsvorrichtung 105 eingestellt wird.To use the printing system 100 a fiber composite component 200 made of structural filaments 205A and line filaments 205B to establish causes the control device 105 the manipulator 104 the print head by means of appropriate control signals 1 to move the filaments along a certain trajectory 205 of the respective layer 210 to discard. Depending on the core material K and thermoplastic material P. can the control device 105 the power of the heater 20th and optionally the cooling device 25th control or regulate by means of appropriate control signals as well as the desired diameter of the filament 205 using the bezel 50 set, e.g. by opening the aperture 50 by means of a drive device 65 based on corresponding control signals from the control device 105 is set.

Bei der Herstellung des Bauteils 200 kann wahlweise ein Strukturfilament 205A oder ein Leitungsfilament 205B nacheinander aus dem Druckkopf 1 extrudiert werden. Hierzu wird die Bewegung des Manipulators 104 und die Materialzufuhr in den Druckkopf 1 durch die Zufuhrabschnitte 11, 12 gestoppt, z.B. durch entsprechende Steuersignale der Steuerungsvorrichtung 105. Ferner wird die Schneideinrichtung 30 durch ein Steuersignal der Steuerungsvorrichtung 105 veranlasst, das momentan durch den zweiten Zufuhrabschnitt 12 zugeführte strangförmige Kernmaterial K, z.B. das Fasermaterial F, zu durchtrennen und ein anderes Kernmaterial K, z.B. eine optisches Leitermaterial, wird in den zweiten Zufuhrabschnitt 12 eingeführt. Optional kann zudem eine Änderung des Durchmessers d3 des zweiten Abschnitts 3B des Extrusionskanals 3 veranlasst werden. Anschließend wird wieder eine Bewegung des Druckkopfs 1 entlang der Bewegungsbahn mittels des Manipulators 104 veranlasst.During the manufacture of the component 200 can optionally be a structural filament 205A or a line filament 205B one after the other from the printhead 1 be extruded. This is done by moving the manipulator 104 and the material feed into the printhead 1 through the feed sections 11 , 12th stopped, for example by appropriate control signals from the control device 105 . Furthermore, the cutting device 30th by a control signal of the control device 105 caused that momentarily by the second feed section 12th supplied strand-like core material K , e.g. the fiber material F. to cut through and another core material K , for example an optical conductor material, is fed into the second feed section 12th introduced. There is also an option to change the diameter d3 of the second section 3B of the extrusion channel 3 be initiated. Then there is another movement of the print head 1 along the trajectory by means of the manipulator 104 caused.

In den 7 und 8 ist beispielhaft gezeigt, dass Signalleitungen 220A, 220B, welche in benachbarten Schichten 210A, 210B des Faserverbundbauteils 200 verlaufen und sich an einem Kreuzungspunkt 222 kreuzen, leitend miteinander kontaktiert sein können. Hierzu wird in einer ersten Schicht 210A des Faserverbundbauteils 200 eine erste Signalleitung 220A durch Extrudieren eines Leiterfilaments 205B hergestellt und in einer in der Dickenrichtung T auf die erste Schicht 210A folgenden zweiten Schicht 210B wird eine zweite Signalleitung 220B durch Extrudieren eines weiteren Leiterfilaments 205B ausgebildet, welche die erste Signalleitung 220A an einem Kreuzungspunkt kreuzt. Die Leiterfilamente 205B der ersten und der zweiten Signalleitung 220A, 220B können insbesondere dasselbe Leitermaterial C als Kernmaterial K aufweisen. Zur leitenden Kontaktierung können die Leitermaterialen C der sich kreuzenden Leiterfilamente 205B zum Beispiel direkt in physischen Kontakt gebracht werden, wie dies beispielhaft in 7 dargestellt ist. Dies kann beispielsweise realisiert werden, indem die Leiterfilamente 205B im Bereich des Kreuzungspunktes mit einem größeren Durchmesser d205 extrudiert werden, als die benachbarten Strukturfilamente 205A, und das Thermoplastmaterial P anschließend abgetragen wird, um das Leitermaterial C freizulegen. Wie dies in 3 schematisch dargestellt ist, kann beispielsweise unmittelbar an der Düse 40, insbesondere im Bereich einer Austrittsöffnung des zweiten Abschnitts 3B des Extrusionskanals 3, ein in der radialen Richtung R3 bewegbares Blech 70 vorgesehen sein, welches wie durch den Doppelpfeil A70 angedeutet bewegbar und damit mit dem Filament 205 in Kontakt bringbar ist. Beim Ablegen der Filamente 205B im Kreuzungspunkt 222 kann somit ein physischer Kontakt zwischen den Leitermaterialen C hergestellt werden.In the 7th and 8th is shown by way of example that signal lines 220A, 220B, which in neighboring layers 210A , 210B of the fiber composite component 200 get lost and come to an intersection 222 cross, can be conductively contacted with each other. This is done in a first layer 210A of the fiber composite component 200 a first signal line 220A by extruding a conductor filament 205B and in one in the thickness direction T on the first layer 210A following second layer 210B becomes a second signal line 220B by extruding another conductor filament 205B which crosses the first signal line 220A at an intersection point. The conductor filaments 205B the first and the second signal line 220A, 220B can in particular use the same conductor material C. as core material K exhibit. The conductor materials can be used for conductive contacting C. of the crossing conductor filaments 205B for example, can be brought into direct physical contact, as exemplified in 7th is shown. This can be realized, for example, by adding the conductor filaments 205B in the area of the crossing point with a larger diameter d205 are extruded than the neighboring structural filaments 205A , and the thermoplastic material P. is then removed to the conductor material C. to expose. Like this in 3 is shown schematically, for example, directly on the nozzle 40 , in particular in the area of an outlet opening of the second section 3B of the extrusion channel 3 , a plate 70 which can be moved in the radial direction R3 and which, as indicated by the double arrow A70 indicated movable and thus with the filament 205 can be brought into contact. When depositing the filaments 205B at the intersection 222 there can thus be physical contact between the conductor materials C. getting produced.

Alternativ hierzu kann auch ein Kontaktstück 223 vorgesehen sein, welches sich m Kreuzungspunkt 222 in der Dickenrichtung T zwischen dem Leitermaterial C des Leiterfilaments 205B der ersten Schicht 210A und dem Leitermaterial C des Leiterfilaments 205B der zweiten Schicht 210B erstreckt, wie dies in 8 beispielhaft und schematisch dargestellt ist. Das Kontaktstück 223 kann insbesondere aus demselben Leitermaterial C hergestellt sein, wie es in den Leiterfilamenten 205B verwendet wird. Das Kontaktstück 223 kann beispielsweise nach dem Ablegen bzw. Extrudieren des Leiterfilaments 205B der ersten Schicht 210A am Kreuzungspunkt 222 in das Leiterfilaments 205B der ersten Schicht 210A eingebracht werden.Alternatively, a contact piece can also be used 223 be provided, which is m crossing point 222 in the thickness direction T between the conductor material C. of the conductor filament 205B the first layer 210A and the conductor material C. of the conductor filament 205B the second layer 210B extends, as in 8th is shown by way of example and schematically. The contact piece 223 can in particular be made of the same conductor material C. be manufactured as it is in the conductor filaments 205B is used. The contact piece 223 can, for example, after the conductor filament has been deposited or extruded 205B the first layer 210A at the intersection 222 into the conductor filament 205B the first layer 210A be introduced.

Wie aus der voranstehenden Beschreibung hervorgeht, kann durch den flexibel einstellbaren Querschnitt d3 des zweiten Abschnitts 3B des Extrusionskanals 3 ein multifunktionales Faserverbundbauteil 200, in welches eine oder mehrere Signalleitungen 220 integriert sind, auf effiziente Weise hergestellt werden. Insbesondere wird die Flexibilität hinsichtlich der verwendeten Kernmaterialen K und der Thermoplastmaterialen P vergrößert. Ferner können auch komplexe Verläufe und Schaltungen von Signalleitungen 220 auf einfache Weise in das Faserverbundbauteil 200 integriert werden.As can be seen from the above description, the flexibly adjustable cross-section d3 of the second section 3B of the extrusion channel 3 a multifunctional fiber composite component 200 , in which one or more signal lines 220 are integrated, can be produced in an efficient manner. In particular, the flexibility with regard to the core materials used K and the thermoplastic materials P. enlarged. Furthermore, complex courses and circuits of signal lines can also be used 220 in a simple way in the fiber composite component 200 to get integrated.

Zwar wurde anhand der 4 bis 6 eine spezifische Ausführung einer Blende 50 beschrieben. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese Gestaltung beschränkt. Allgemein ist vorgesehen, dass die Blende 50 mehrere Blendenkörper 51 aufweist, welche einen Querschnitt d3 des zweiten Abschnitts 3B des Extrusionskanals 3 definieren und an dem Führungsstück 43 relativ zu der Mittelachse M3 bewegbar gelagert sind, wobei die Blendenkörper 51 zumindest in einer senkrecht zur Mittelachse M3 verlaufenden radialen Richtung R3 bewegbar sind, um den Querschnitt d3 des zweiten Abschnitts 3B des Extrusionskanals 3 zu variieren.Admittedly, based on the 4th until 6th a specific version of a diaphragm 50 described. However, the present invention is not limited to this configuration. It is generally provided that the aperture 50 several visor bodies 51 has, which has a cross section d3 of the second section 3B of the extrusion channel 3 define and on the guide piece 43 relative to the central axis M3 are movably mounted, the visor body 51 at least in one perpendicular to the central axis M3 extending radial direction R3 are movable to the cross section d3 of the second section 3B of the extrusion channel 3 to vary.

Obwohl die vorliegende Erfindung vorstehend anhand von Ausführungsbeispielen exemplarisch erläutert wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Weise modifizierbar. Insbesondere sind auch Kombinationen der voranstehenden Ausführungsbeispiele denkbar.Although the present invention has been explained above using exemplary embodiments, it is not restricted thereto, but rather can be modified in many ways. In particular, combinations of the preceding exemplary embodiments are also conceivable.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11
DruckkopfPrinthead
33
ExtrusionskanalExtrusion channel
3A3A
erster Abschnitt des Extrusionskanalsfirst section of the extrusion channel
3B3B
zweiter Abschnitt des Extrusionskanals second section of the extrusion channel
1111
erster Zufuhrabschnittfirst feed section
1212th
zweiter Zufuhrabschnittsecond feed section
2020th
HeizeinrichtungHeating device
2525th
KühleinrichtungCooling device
3030th
SchneideinrichtungCutting device
4040
Düsejet
4141
ZentralkörperCentral body
4242
EndaufsatzEnd essay
4343
FührungsstückGuide piece
43a43a
FührungsflächeGuide surface
43A43A
erstes Ende des Führungsstücksfirst end of the guide piece
43B43B
zweites Ende des Führungsstückssecond end of the guide piece
4444
FührungsöffnungGuide opening
5050
Blendecover
5151
BlendenkörperVisor body
51a51a
AußenflächeExterior surface
51i51i
InnenflächeInner surface
5252
Ringring
6060
VorspanneinrichtungPretensioning device
6565
Antriebseinrichtung Drive device
100100
DrucksystemPrinting system
101101
erste Lagereinrichtungfirst storage facility
102102
zweite Lagereinrichtungsecond storage facility
103103
dritte Lagereinrichtungthird storage facility
104104
Manipulatormanipulator
104A-E104A-E
Armepoor
105105
SteuerungsvorrichtungControl device
120120
ArbeitstischWork table
120a120a
Stützoberfläche Support surface
200200
FaserverbundbauteilFiber composite component
200a200a
erste Oberfläche des Faserverbundbauteilsfirst surface of the fiber composite component
200b200b
zweite Oberfläche des Faserverbundbauteilssecond surface of the fiber composite component
201201
ErhebungElevation
205205
FilamentFilament
205A205A
StrukturfilamentStructural filament
205B205B
LeitungsfilamentLine filament
210210
Schichtenlayers
210A210A
erste Schichtfirst layer
210B210B
zweite Schichtsecond layer
220220
SignalleitungSignal line
222222
KreuzungspunktCrossing point
223223
Kontaktstück Contact piece
A70A70
DoppelpfeilDouble arrow
CC.
LeitermaterialConductor material
d3d3
Querschnitt/Durchmesser des ExtrusionskanalsCross-section / diameter of the extrusion channel
d205d205
Querschnitt/Durchmesser der FilamenteCross section / diameter of the filaments
FF.
FasermaterialFiber material
KK
KernmaterialCore material
M3M3
Mittelachse des ExtrusionskanalsCentral axis of the extrusion channel
PP.
ThermoplastmaterialThermoplastic material

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

  • EP 3130444 A1 [0003]EP 3130444 A1 [0003]
  • US 2015/0165666 A1 [0003]US 2015/0165666 A1 [0003]

Claims (10)

Druckkopf (1) für ein Drucksystem (100) zur additiven Herstellung eines Faserverbundbauteils (200), mit: einem ersten Zufuhrabschnitt (11) zum Zuführen von strangförmigem Thermoplastmaterial (P) in den Druckkopf (1); einem zweiten Zufuhrabschnitt (12) zum Zuführen von strangförmigem Fasermaterial (F) oder Leitermaterial (C) als Kernmaterial (K) in den Druckkopf (1); einer Heizeinrichtung (20) zum Plastifizieren des durch den ersten Zufuhrabschnitt (11) zugeführten Thermoplastmaterials (P); einer Schneideinrichtung (30) zum Durchtrennen des durch den zweiten Zufuhrabschnitt (12) zugeführten Kernmaterials (K); und einer Düse (40) mit einem Zentralkörper (41), welcher einen mit dem ersten und dem zweiten Zufuhrabschnitt (11; 12) verbundenen ersten Abschnitt (3A) eines Extrusionskanals (3) zum Extrudieren eines Filaments (205) aus in plastifiziertes Thermoplastmaterial (P) eingebettetem Kernmaterial (K) definiert, und einem mit dem Zentralkörper (41) verbundenen Endaufsatz (42), welcher einen zweiten Abschnitt (3B) des Extrusionskanals (3) definiert; wobei der Endaufsatz (42) eine Blende (50) aufweist, welche einen variierbaren Querschnitt (d3) des zweiten Abschnitts (3B) des Extrusionskanals (3) definiert.Print head (1) for a printing system (100) for the additive production of a fiber composite component (200), with: a first feed section (11) for feeding strand-like thermoplastic material (P) into the printhead (1); a second feed section (12) for feeding strand-like fiber material (F) or conductor material (C) as core material (K) into the print head (1); a heating device (20) for plasticizing the thermoplastic material (P) fed through the first feed section (11); a cutting device (30) for cutting through the core material (K) fed through the second feed section (12); and a nozzle (40) with a central body (41) which has a first section (3A) of an extrusion channel (3) connected to the first and the second feed section (11; 12) for extruding a filament (205) from plasticized thermoplastic material (P ) defined embedded core material (K), and an end cap (42) connected to the central body (41) and defining a second section (3B) of the extrusion channel (3); wherein the end attachment (42) has a screen (50) which defines a variable cross section (d3) of the second section (3B) of the extrusion channel (3). Druckkopf (1) nach Anspruch 1, wobei der Endaufsatz (42) ein Führungsstück (43) mit einer konischen Führungsfläche (43a) aufweist, welche einer Mittelachse (M3) des Extrusionskanals (3) zugewandt orientiert ist, und wobei die Blende (50) mehrere keilförmige Blendenkörper (51) aufweist, welche jeweils eine der Mittelachse (M3) zugewandte Innenfläche (51i), eine an der Führungsfläche (43a) des Führungsstücks (43) anliegende Außenfläche (51a) und zwei die Innenfläche (51i) und die Außenfläche (51a) verbindende Kontaktflächen (51b; 51c) aufweisen, wobei die Blendenkörper (51) mit ihren Kontaktflächen (51b; 51c) aneinander anliegend angeordnet sind, und wobei die Blendenkörper (51) entlang der Mittelachse (M3) bewegbar sind, um den durch die Innenflächen (51i) der Blendenkörper (51) definierte Querschnitt (d3) des zweiten Abschnitts (3B) des Extrusionskanals (3) zu variieren.Print head (1) Claim 1 , wherein the end attachment (42) has a guide piece (43) with a conical guide surface (43a) which is oriented towards a central axis (M3) of the extrusion channel (3), and wherein the screen (50) has a plurality of wedge-shaped screen bodies (51) each having an inner surface (51i) facing the central axis (M3), an outer surface (51a) resting on the guide surface (43a) of the guide piece (43) and two contact surfaces (51b) connecting the inner surface (51i) and the outer surface (51a); 51c), wherein the diaphragm bodies (51) are arranged with their contact surfaces (51b; 51c) lying against one another, and wherein the diaphragm bodies (51) can be moved along the central axis (M3) in order to allow the diaphragm bodies (51i) to be moved by the inner surfaces (51i). 51) to vary the defined cross-section (d3) of the second section (3B) of the extrusion channel (3). Druckkopf (1) nach Anspruch 2, wobei das Führungsstück (43) eine koaxial zu der Mittelachse (M3) des Extrusionskanals (3) angeordnete Führungsöffnung (44) aufweist, zu welcher hin sich ein durch die Führungsfläche (43a) definierter Durchmesser (d43) verjüngt, und wobei die Blendenkörper (51) mittels einer Vorspanneinrichtung (60) entlang der Mittelachse (M3) des Extrusionskanals (3) in Richtung der Führungsöffnung (44) vorgespannt sind.Print head (1) Claim 2 , wherein the guide piece (43) has a guide opening (44) which is arranged coaxially to the central axis (M3) of the extrusion channel (3) and towards which a diameter (d43) defined by the guide surface (43a) tapers, and wherein the diaphragm body ( 51) are prestressed by means of a prestressing device (60) along the central axis (M3) of the extrusion channel (3) in the direction of the guide opening (44). Druckkopf (1) nach Anspruch 2 oder 3, wobei der Endaufsatz (42) eine kinematisch an die Blendenkörper (51) gekoppelte Antriebseinrichtung (65) aufweist, mittels derer die Blendenkörper (51) entlang der Mittelachse (M3) bewegbar sind.Print head (1) Claim 2 or 3 wherein the end attachment (42) has a drive device (65) which is kinematically coupled to the visor body (51) and by means of which the visor body (51) can be moved along the central axis (M3). Druckkopf (1) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die Schneideinrichtung (30) an dem zweiten Zufuhrabschnitt (12) angeordnet istPrint head (1) according to one of the preceding claims, wherein the cutting device (30) is arranged on the second feed section (12) Drucksystem (100) zur additiven Herstellung eines Faserverbundbauteils (200), mit: einer ersten Lagereinrichtung (101) zum Bereitstellen eines strangförmigen Thermoplastmaterials (P); einer zweiten Lagereinrichtung (102) zum Bereitstellen eines strangförmigen oder fadenbündelförmigen Fasermaterials (F); einer dritten Lagereinrichtung (103) zum Bereitstellen eines strangförmigen Leitermaterials (C); einem Druckkopf (1) nach einem der voranstehenden Ansprüche; einem in drei Raumrichtungen bewegbaren Manipulator (104), an welchen der Druckkopf (1) gekoppelt ist; und einer Steuerungsvorrichtung (105), welche mit dem Druckkopf (1) und dem Manipulator (104) signalverbunden ist, wobei die Steuerungsvorrichtung (105) dazu eingerichtet ist, den Manipulator (104) zu veranlassen, den Druckkopf (1) entlang einer vorgegebenen Bewegungsbahn zu bewegen, an vorbestimmten Punkten der Bewegungsbahn, an denen der Manipulator (104) stillsteht, die Schneideinrichtung (30) des Druckkopfes (1) zu betätigen, um das durch den zweiten Zufuhrabschnitt (12) zugeführte Kernmaterial (K) zu durchtrennen, so dass ein anderes Kernmaterial (K) in den zweiten Zufuhrabschnitt (12) eingeführt werden kann, und die Blende (50) des Druckkopfes (1) zu betätigen, um einen Querschnitt des Filaments (205) zu ändern.Printing system (100) for the additive production of a fiber composite component (200), with: a first storage device (101) for providing a strand-like thermoplastic material (P); a second storage device (102) for providing a strand-like or thread-bundle-like fiber material (F); a third storage device (103) for providing a strand-like conductor material (C); a print head (1) according to one of the preceding claims; a manipulator (104) which can be moved in three spatial directions and to which the print head (1) is coupled; and a control device (105) which is signal-connected to the print head (1) and the manipulator (104), the control device (105) being set up to cause the manipulator (104) to move the print head (1) along a predetermined path of movement move, to actuate the cutting device (30) of the print head (1) at predetermined points on the path of movement at which the manipulator (104) is stationary in order to cut through the core material (K) fed through the second feed section (12), so that a other core material (K) can be introduced into the second feed section (12), and to operate the shutter (50) of the print head (1) to change a cross-section of the filament (205). Verfahren zur Herstellung eines Faserverbundbauteils (200), aufweisend: Aufbauen des Faserverbundbauteils (200) aus einer Vielzahl von in einer Dickenrichtung (T) übereinanderliegenden Schichten (210), welche jeweils durch Extrudieren von Strukturfilamenten (205, 205A), die jeweils ein in ein Thermoplastmaterial (P) eingebettetes Fasermaterial (F) aufweisen, ausgebildet werden; und Ausbilden zumindest einer in dem Faserverbundbauteil (200) verlaufenden Signalleitung (220) durch Extrudieren eines Leitungsfilaments (205, 205B), welches ein in das Thermoplastmaterial (P) eingebettetes Leitermaterial (C) aufweist, wobei das Leitungsfilament (205, 205B) einen Teil einer der Schichten (210) bildet; wobei die Strukturfilamente (205, 205A) und das zumindest eine Leitungsfilament (205, 205B) nacheinander aus einem Druckkopf (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5 extrudiert werden.A method for producing a fiber composite component (200), comprising: building up the fiber composite component (200) from a plurality of layers (210) lying one above the other in a thickness direction (T), each of which is formed by extruding structural filaments (205, 205A), each one in a Thermoplastic material (P) having embedded fiber material (F) are formed; and forming at least one signal line (220) running in the fiber composite component (200) by extruding a line filament (205, 205B) which has a conductor material (C) embedded in the thermoplastic material (P), the line filament (205, 205B) having a part forms one of the layers (210); wherein the structural filaments (205, 205A) and the at least one line filament (205, 205B) successively from a print head (1) according to one of the Claims 1 until 5 be extruded. Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Thermoplastmaterial (P) eines oder mehrere der folgenden Materialien aufweist: ein Polyetheretherketon, amorphes thermoplastisches Polyetherimid, Nylon, Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymere.Procedure according to Claim 7 wherein the thermoplastic material (P) comprises one or more of the following materials: a polyetheretherketone, amorphous thermoplastic polyetherimide, nylon, acrylonitrile-butadiene-styrene copolymers. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, wobei das Leitermaterial (C) eines oder mehrere der folgenden Materialien umfasst: optisches Leitermaterial, wie Quarzglasfasern oder polymere optische Fasern, elektrisches Leitermaterial, wie Kupferdrähte, Aluminiumdrähte oder dergleichen.Procedure according to Claim 7 or 8th wherein the conductor material (C) comprises one or more of the following materials: optical conductor material such as quartz glass fibers or polymer optical fibers, electrical conductor material such as copper wires, aluminum wires or the like. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei in einer ersten Schicht (210A) des Faserverbundbauteils (200) eine erste Signalleitung (220A) und in einer in der Dickenrichtung (T) auf die erste Schicht (210A) folgenden zweiten Schicht (210B) eine zweite Signalleitung (220B) ausgebildet wird, welche die erste Signalleitung (220A) an einem Kreuzungspunkt kreuzt, und wobei die erste und die zweite Signalleitung (220B) an dem Kreuzungspunkt leitend verbunden werden.Method according to one of the Claims 7 until 9 wherein a first signal line (220A) is formed in a first layer (210A) of the fiber composite component (200) and a second signal line (220B) is formed in a second layer (210B) following the first layer (210A) in the thickness direction (T) which crosses the first signal line (220A) at a crossing point, and wherein the first and second signal lines (220B) are conductively connected at the crossing point.
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