-
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur additiven Fertigung eines dreidimensionalen Bauteils mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
-
Stand der Technik
-
Bei der additiven Fertigung bzw. beim 3D-Drucken werden flüssige oder feste Werkstoffe schichtweise zu einem dreidimensionalen Werkstück aufgebaut. Beispielsweise können thermoplastische Werkstoffe, insbesondere thermoplastische Kunststoffe, eingesetzt werden, die durch Erhitzen zunächst verflüssigt werden. Der flüssige Werkstoff wird dann selektiv auf Stellen aufgebracht, an denen das Werkstück entstehen soll. Mit dem Abkühlen verfestigt sich der Werkstoff wieder.
-
Eine solche Vorrichtung umfasst einen Druckkopf, in dem das Ausgangsmaterial druckfertig aufbereitet wird. Weiterhin sind Achssysteme zur Erzeugung einer Relativbewegung zwischen dem Druckkopf und der Arbeitsfläche, auf der das Objekt entstehen soll, bekannt. Dabei können entweder nur der Druckkopf, nur die Arbeitsfläche oder aber sowohl der Druckkopf als auch die Arbeitsfläche bewegt werden.
-
Einige thermoplastische Werkstoffe neigen dazu, beim Abkühlen zu schwinden. Das Schwinden führt zu abweichenden Abmessungen des fertigen Werkstücks. Um dem entgegenzuwirken, sind sogenannte 3D-Drucker mit beheizbaren Baukammern bekannt, so dass eine möglichst konstante Temperierung der Baukammer während des Druckvorgangs möglich ist. Dabei gibt es Elemente, die beispielsweise in die Baukammer ragen können und dadurch das Temperaturgefüge verändern. Insbesondere wenn diese Elemente nicht temperiert sind, können Kältebrücken entstehen, wodurch eine ungleichmäßige Temperierung der Baukammer resultiert und es zu einem thermischen Verzug in dem zu fertigenden Werkstück, bzw. des Bauteils führen kann. Ein fehlerfreier Aufbau des herzustellenden Werkstücks, bzw. Bauteils, ist somit durch den entstandenen thermischen Verzug nicht möglich.
-
Da Luft ein schlechter Wärmeleiter ist und eine sehr niedrige Wärmekapazität aufweist, entstehen hohe Heizkosten und es erfordert eine aufwändige Isolation der Baukammer, um einen Kälteeintrag zu verhindern und eine homogene Temperaturführung zu gewährleisten.
-
Es ist auch bekannt hoch isolierte Baukammern mit einer Umluft Heizung, beispielsweise unterstützt durch eine Stickstoffatmosphäre einzusetzen. Diese Stickstoffatmosphäre, soll eine Korrosion des Baumaterials verhindern. Weiter ist bekannt Infrarotstrahlung oder andere Heizmedien zu verwenden. Die Homogenisierung der Luft erfolgt dabei meist durch ein Umluftgebläse. Dennoch ist dadurch selten eine komplett homogene Temperierung in der Baukammer erreichbar. Beispielsweise, weil die Druckköpfe in die Baukammer hineinragen und dadurch die Isolation zwischen den sich bewegenden Achsen und der stehenden Baukammer sehr komplex wird.
-
Mit den bekannten Lösungen ist es zwar möglich die Baukammerumgebung so zu temperieren, dass nur ein minimaler Bauteilverzug stattfindet, es ist jedoch nicht möglich, dabei ausreichend Energie abzuführen, um auch hohe Druckgeschwindigkeiten zu erreichen. Ferner muss dabei immer ein Kompromiss zwischen der Abkühlrate der frisch aufgebrachten Schicht und der Temperatur der gerade extrudierten Masse eingegangen werden. Dabei stellt sich heraus, dass die abgeführte Energie häufig nicht ausreicht, dass sich das Substrat sauber auf die Untergrundmaterialien, bzw. Schichten ablegen kann. Daher ist es unter Umständen erforderlich, dass gegen die erzielten Bemühungen zur Erreichung der Temperaturhomogenität zusätzlich noch eine Kühleinrichtung angebracht werden muss, welche beispielsweise direkt auf das abgelegte Substrat bläst. Dadurch wird die Temperatur der Extrudierten Masse stark angehoben oder der Bauraum wird sehr heiß.
-
Ferner ist es von Nachteil, dass die erforderliche Kühleinrichtung die homogene Luft verwirbelt und sich dadurch zwangsweise Turbulenzen bilden. Häufig resultiert dadurch auch ein ungeregeltes Temperieren der ausgebrachten Schicht.
-
Ferner ist das Kühlen mit Kaltluft bekannt. Diese ist prozesstechnisch schwierig zu führen und wird daher in der Regel eher zu kalt eingestellt, was wiederum zur Indizierung von Spannungen führen kann. Beispielsweise dadurch, dass kalte Luft das Material schnell abkühlen lässt, wodurch sich feine Kristalle bilden, diese durch die nächsten Druckschichten wieder aufschmelzen und dabei langsam zu großen Kristallen abkühlen. Dadurch entstehen unterschiedliche Schwindungen, abhängig von der Geometrie und der Baugeschwindigkeit. Zudem ist auch nachteilig, dass eine verminderte Haftung der Schichten entstehen kann, wenn die extrudierte Masse die ausgebrachte untere Schicht nicht ausreichend aufschmelzen kann.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung bereitzustellen, die die additive Fertigung eines dreidimensionalen Werkstücks aus einem thermoplastischen Werkstoff effizienter und präziser macht.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Die Aufgabe wird durch die erfindungsgemäße Vorrichtung zur additiven Fertigung eines dreidimensionalen Werkstücks mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erfüllt.
-
Die vorgeschlagene Vorrichtung zur additiven Fertigung eines dreidimensionalen Werkstücks aus einem flüssigförmigen Substrat umfasst eine Baukammer, zumindest einen Druckkopf mit einer Drucköffnung zum Austragen des Substrats, eine Aufnahmevorrichtung zur Aufnahme des dreidimensionalen Werkstücks und eine Verstellvorrichtung.
-
Erfindungsgemäß weist der Druckkopf eine Vorrichtung zur Ausbringungen eines flüssigförmigen Fluides auf, wobei das flüssigförmige Fluid zur Temperierung des ausgebrachten Substrats geeignet ist.
-
Die Vorrichtung zur additiven Fertigung eines dreidimensionalen Werkstücks ist auch als 3D-Drucker, bzw. Drucker bekannt.
-
In einer Weiterbildung weist der Druckkopf Anschlüsse zu einem Versorgungssystem des flüssigförmigen Fluides auf.
-
In einer Weiterbildung bildet das flüssigförmige Fluid während des Druckprozesses eine Fluidschicht um das Werkstück aus.
-
In einer Ausführung ist die Baukammer gegenüber dem flüssigförmigen Fluid abgedichtet und in einer weiteren Ausführung ist auf der Aufnahmevorrichtung eine gedruckte Kammer ausgebildet, wobei die gedruckte Kammer das Werkstück umschließt und zur Aufnahme des flüssigförmigen Fluides geeignet ist.
-
Die Vorrichtung zur Ausbringung des flüssigförmigen Fluides bringt so viel Fluid aus, dass sich eine Fluidschicht um das Werkstück ausbildet, wobei sich in der ersten Ausführung die Fluidschicht um das Werkstück ausbildet und sich das überschüssige Fluid anschließend in der Baukammer aufstaut.
-
Dabei erfolgt die Fluidzufuhr über den Druckkopf. Das Fluid kann dabei direkt durch die Drucköffnung, bzw. Druckdüse auf das Werkstück, bzw. Bauteil geleitet werden. Alternativ wird das Fluid über eine separate Leitung an oder an der Druckdüse vorbei geleitet. Die Methode ist dabei unabhängig vom gewählten Achssystem des Druckers anwendbar.
-
Vorteilhaft an dieser Ausführung ist, dass der Druckkopf immer noch eine hohe Geschwindigkeit fahren kann. Zudem ist von Vorteil, dass das durch den Druckkopf abgelegte Substrat sofort beim Druck durch den Flüssigkeitsstrom des Fluides heruntergekühlt wird.
-
Die Zufuhr des Fluides wird über den Druckkopf geregelt.
-
In der zweiten Ausführung füllt sich die gedruckte Kammer mit dem Fluid und umgibt somit das Werkstück.
-
Dieser Behälter für das Fluid wird schichtweise mitgedruckt, sodass die Baukammer in vorteilhafter Weise nicht geflutet werden muss. Dadurch kann in vorteilhafter Weise eine einfachere Konstruktion der Baukammer erreicht werden. Ferner kann die gedruckte Kammer zur Aufnahme des Fluides je nach Werkstückgeometrie, bzw. Bauteil angepasst werden, sodass weniger Fluid benötigt wird. Dadurch wird in vorteilhafter Weise erreicht, dass ein geringerer Energieaufwand nötig ist, um die Flüssigkeit zu temperieren.
-
In beiden Fällen wird das Werkstück in vorteilhafter Weise innerhalb des Fluides gedruckt. Eine Besonderheit dieser Ausführungen wäre, dass sich auch innerhalb des Bauteils ein Fluid befinden würde.
-
Durch das Drucken in dem flüssigförmigen Fluid, bzw. einer Flüssigkeit oder einer Masse welche sich fluidähnlich verhält, kann in vorteilhafter Weise mit einem viel höheren Wärmeübergangskoeffizienten gearbeitet werden. Zudem unterstützt die hohe Wärmeleitung, bzw. die hohe Wärmeleitfähigkeit ein Erreichen einer Temperaturhomogenität. Gleichzeitig kann in der Flüssigkeit in vorteilhafter Weise eine homogenere Temperatur durch Umwälzung hergestellt werden.
-
Vor diesem Hintergrund kann die Temperatur der Flüssigkeit in vorteilhafter Weise niedriger liegen als zum Beispiel die der im Stand der Technik bekannten Temperaturen einer Luftheizung. Bei Luft muss mit einer deutlich höheren Temperatur (als der Temperatur welche am Bauteil erzielt werden soll) gearbeitet werden. Dies ist erforderlich, um in einer vertretbaren Zeit, die Zieltemperatur im Bauteil zu erreichen. Jedoch führt das im Stand der Technik häufig dazu, dass sich Hotspots bilden oder, dass aufgrund von Prozesseinflüssen Bauteile länger in der Baukammer verbleiben und dabei überhitzen. Eine Überhitzung kann zu Schädigung des Materials und dadurch zu Verlust der Geometrie führen. Zudem erhöht dies die Alterung des Bauteilmaterials.
-
Die Erfindung sorgt in vorteilhafter Weise dazu, dass die Temperatur des flüssigförmigen Fluides nur wenige Kelvin über der optimalen Temperatur für den Prozess liegen muss, um sicherzustellen, dass die erforderliche Temperatur an jedem Punkt des Bauteils anliegt. Dadurch wird erreicht, dass sich bei der Fertigung jeder weiteren erzeugten Schicht, sich diese jeweils sehr schnell auf die Temperatur der Flüssigkeit abkühlt. Die Schicht bleibt dabei aber in vorteilhafter Weise oberhalb der Temperatur, welche zu Spannungen, Haftungsminderung und übermäßigen Verzug im Bauteil führen würde. Die Zieltemperatur entspricht in der Regel ungefähr dem des Tg-Punkts des Materials. Tg steht für dabei für den Transformationsbereich, bzw. die Glasübergangstemperatur von Glas und Kunststoffen.
-
Der wesentliche Kern der Erfindung ist, dass Erreichen eines schnellstmöglichen Abkühlens des ausgebrachten Substrats, bzw. des Kunststoffes auf eine optimal einstellbare Temperatur. Dies wird in vorteilhafter Weise durch die hohe Konvektion ermöglicht, aufgrund der hohen Wärmekapazität und Wärmeleitung des umgebenden Materials.
-
In vorteilhafter Weise fällt die Isolation der Baukammer deutlich einfacher aus. Durch die erfindungsgemäße Umsetzung sind kalte Nester nahezu ausgeschlossen genauso wie eine Überhitzung. Die Isolation zu dem einen oder den sich bewegenden Druckköpfen kann deutlich einfacher gestaltet werden, da eine Abstrahlung der Wärmeenergie aus dem flüssigförmigen Fluid im Verhältnis zur Wärmeenergie des Substrats nicht so kritisch ist. dies ermöglicht beispielsweise auch Mehrachssysteme mit mehreren Druckköpfen.
-
Ein weiterer Vorteil ist, dass auf eine zusätzliche Kühlung des Substrates verzichtet werden kann, wodurch grundsätzlich erst eine homogene Temperaturführung ermöglicht wird.
-
Durch die hohe Wärmekapazität des Fluides ist ein Dauerbetrieb, auch aus Sicht der Energiebilanz, deutlich effizienter.
-
Die Nachteile der bekannten Lösungen, wie beispielsweise dem begrenzenden Faktor der Geschwindigkeit bei der Auskühlung des aufgebrachten Kunststoffsubstrates bzw. das sich ergebende Gleichgewicht zwischen der Temperatur (Wärmeenergie) der aufgebrachten Schicht und der Temperatur (Wärmeenergie) der extrudierten Masse werden durch die Erfindung ausgeräumt. Dieser Faktor ändert sich beim Stand der Technik aufgrund der Geometrie und der damit verbundenen Masseanhäufung, wodurch Schwankungen im Prozess entstehen, welche sich nachteilig auf die Bauteilqualität auswirken.
-
Durch die hohe Wärmeleitfähigkeit und Wärmekapazität der umgebenden Flüssigkeit, kühlt das Substrat in vorteilhafter Weise nahezu gleich schnell ab, als gebe es die geometrisch begründete Masseanhäufung nicht. Das verringert deutlich die Schwankungen im Prozess und erhöht dadurch nachhaltig die Bauteilqualität.
-
Auch wird eine Korrosion an Sauerstoff, je nach umgegebener Flüssigkeit, vermieden. Durch das schnelle Abkühlen auf die optimale Temperatur wird ebenfalls vermieden, dass sich Fäden durch das Substrat bilden. Diese entstehen besonders bei PA oder anderen Materialen, die lange zäh-elastisch bleiben und gleichzeitig eine hohe Haftung an einer Düse des Druckkopfs bzw. am ausgetragenen Substrat besitzen. Wird die Düse ohne Austrag bei diesen Materialien versetzt, zieht der Druckkopf vom Startpunkt bis zum Zielpunkt einen Faden. Dies geschieht in vorteilhafter Weise in einer Flüssigkeit nicht.
-
Durch die schnellere Abkühlung des Materials, wird das zäh-elastische Verhalten reduziert. Gleichzeitig sorgt ein höherer Gegendruck (im Vergleich zu einer Luftatmosphäre) dafür, dass weniger Material aus der Düse nachlaufen kann. Aufgrund dessen kann in der Regel auf eine aktive Dekompression des Materials oder auf ein Verschließen der Düse verzichtet werden, was in vorteilhafter Weise die Anlagenkosten verringert und die Prozessstabilität erhöht, da zum Beispiel die Dekompression ein Eingriff in die homogene Austragsmenge bedeutet.
-
Durch die erfindungsgemäße Umsetzung der Vorrichtung zur additiven Fertigung eines dreidimensionalen Werkstücks und der dadurch resultierenden Steigerung der Wärmeleitung bzw. Haltung des Mediums in das Bauteil, können in vorteilhafter Weise deutlich mehr Materialien gedruckt werden, welche sonst kein entsprechendes Prozessfenster aufweisen würden, wie beispielsweise PA6.6, PPA, PES, usw...
-
Das flüssigförmige Fluid zeigt die effektivsten Eigenschaften, beispielsweise bzgl. der sehr hohen Wärmekapazität und Wärmeleitung, wenn als flüssigförmiges Fluid niederschmelzende Metalle und ihre Legierungen zum Einsatz kommen.
-
Durch die Verwendung von entsprechenden flüssigen Materialien wie zum Beispiel Loten, ist es möglich die Aufbaurate in vorteilhafter Weise deutlich zu erhöhen. Darüber hinaus erhöht sich die Genauigkeit durch die Verringerung des Verzuges, ohne die normal erwartbare Verringerung der Haftung zwischen den Schichten.
-
Als besonders vorteilhaft haben sich folgende Fluide erwiesen:
- • Indium-Bismut-Eutektikum: 66,7In 33,3Bi Schmelztemperatur: ca. 72 °C,
- • Fieldsches Metall: 51In 32,5Bi 16,5Sn Schmelztemperatur: ca. 62°C,
- • Woodsches Metall / Woodsche Legierung: 50Bi 25Pb 12,5Cd 12,5Sn Schmelzintervall: ca. 70-74°C,
- • Roses Metall: 50Bi 25Pb 25Sn Schmelzintervall: ca. 93-96°C,
- • Bismut-Zinn-Eutektikum: 58Bi 42Sn Schmelztemperatur: ca. 138°C,
- • Bismut-Zinn-Silber: 57Bi 42Sn 1Ag Schmelztemperatur: ca. 138°C,
- • Bismut-Indium-Eutektikum: 67Bi 33ln Schmelztemperatur: ca. 109°C,
- • Indium: In Schmelztemperatur: ca. 156°C.
-
Ferner eignen sich bei spezieller Anwendung auch Salze (auch als feines Pulver) oder Wasser (mit und ohne Salze).
-
Für die Medizin-Fertigung eignen sich in überraschender Weise Polyether und im Speziellen PEG.
-
Zusammenfassend ergeben sich insbesondere folgende Vorteile durch den erfindungsgemäßen Aufbau der Vorrichtung: eine vereinfachte Isolation der Baukammer, bzw. des Druckkopfs; eine energieeffiziente und materialschonende Prozessführung; eine geringere Fadenbildung; das Spot unabhängige Drucken und eine vereinfachte Bahnplanung.
-
Weitere Vorteile ergeben sich aus der Zeichnung und der Beschreibung der Ausführungsbeispiele.
-
Figurenliste
-
Es zeigen:
- 1 Eine Ansicht einer Vorrichtung zur additiven Fertigung eines dreidimensionalen Werkstücks nach Stand der Technik,
- 2 eine schematische Ansicht einer ersten Ausführung einer Vorrichtung zur additiven Fertigung eines dreidimensionalen Werkstücks,
- 3 eine weitere schematische Ansicht einer ersten Ausführung einer Vorrichtung zur additiven Fertigung eines dreidimensionalen Werkstücks,
- 4 eine schematische Ansicht einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur additiven Fertigung eines dreidimensionalen Werkstücks und
- 5 eine weitere schematische Ansicht einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur additiven Fertigung eines dreidimensionalen Werkstücks und
-
Ausführungsbeispiele
-
1 zeigt eine aus dem Stand der Technik bekannte Ansicht einer Vorrichtung 1 zur additiven Fertigung eines dreidimensionalen Werkstücks 10. Die dargestellte Vorrichtung 1, auch 3D-Drucker, oder Drucker genannt, umfasst eine beispielsweise beheizte Baukammer 2, eine Verstellvorrichtung 5, einen Druckkopf 3 und eine Aufnahmevorrichtung 4 zur Aufnahme des dreidimensionalen Werkstücks 10. Die Verstellvorrichtung 5 umfasst ein oberhalb des Werkstücks 10 angeordnetes x-y-Achssystem 15 mit einer Druckkopfaufnahme 25 zur Verstellung des Druckkopfs 3 in einer x-y-Ebene und ein unterhalb des Werkstücks angeordnetes z-Achssystem 35 zur Verstellung der Aufnahmevorrichtung 4 in z-Richtung.
-
Die Verstellvorrichtung 5 sorgt durch ihre Bewegungen des Druckkopfes und der Aufnahmevorrichtung für die dreidimensionale Herstellung des Werkstücks auf der Aufnahmevorrichtung 4, bzw. der sogenannten Substratplatte, bzw. des Substratträgers. Hierzu wird ein beispielsweise thermoplastischer Werkstoff verflüssigt und schichtweise auf den Substratträger 4 aufgetragen, so dass das zu fertigende Werkstück 10 entsteht.
-
Zu Beginn eines Druckvorgangs wird die Baukammer 2 auf Prozesstemperatur erhitzt, beispielsweise mittels eines nicht dargestellten integrierten Heizsystems. Gedruckt wird auf einen Substratträger 4, der speziell beschichtet ist, um die Haftung des verflüssigten thermoplastischen Werkstoffs auf der Oberfläche des Substratträgers 4 zu verbessern. Der Substratträger 4 liegt innerhalb der Baukammer 2 auf einem Druckbett auf. Über ein Vakuum oder einen Anschlagbolzen kann er in Position gehalten werden.
-
2 zeigt eine schematische Ansicht einer ersten Ausführung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zur additiven Fertigung eines dreidimensionalen Werkstücks 10 aus einem flüssigförmigen Substrat 11, wobei die Vorrichtung 1 eine Baukammer 2, zumindest einen Druckkopf 3 mit einer Drucköffnung 31 zum Austragen des Substrats 11, eine Aufnahmevorrichtung 4 zur Aufnahme des dreidimensionalen Werkstücks 10 und eine Verstellvorrichtung 5 umfasst. Der Druckkopf 3 weist erfindungsgemäß eine Vorrichtung 20 zur Ausbringungen eines flüssigförmigen Fluides 51 auf, wobei das flüssigförmige Fluid 51 zur Temperierung des ausgebrachten Substrats 11 geeignet ist.
-
Ferner weist der Druckkopf 3 Anschlüsse zu einem Versorgungssystem 50 des flüssigförmigen Fluides 51 auf.
-
Während des Druckprozesses bildet das flüssigförmige Fluid 51 eine Fluidschicht 21 um das Werkstück 10 aus. Da das flüssigförmige Fluid 51 an dem Werkstück 10 in Richtung der Aufnahmevorrichtung 4 auf die Oberfläche 41 der Aufnahmevorrichtung, bzw. der Substratplatte in die Baukammer 2 fließt, ist die Baukammer 2 gegenüber dem flüssigförmigen Fluid 51 abgedichtet.
-
Die Vorrichtung 20 zur Ausbringung des flüssigförmigen Fluides 51 bringt so viel Fluid 51 aus, dass sich eine Fluidschicht 21 um das Werkstück 10 ausbildet, wobei sich in dieser Ausführung die Fluidschicht 21 um das Werkstück 10 ausbildet und sich das überschüssige Fluid 51 anschließend in der Baukammer 2 aufstaut.
-
Dabei erfolgt die Fluidzufuhr über den Druckkopf 3. Das Fluid 51 kann dabei direkt durch die Drucköffnung 31, bzw. Druckdüse auf das Werkstück 10, bzw. das Bauteil geleitet werden. Alternativ wird das Fluid 51 über eine separate Leitung an oder an der Drucköffnung 31, bzw. Druckdüse vorbei geleitet. Die Methode ist dabei unabhängig vom gewählten Achssystem des Druckers 1 anwendbar.
-
Die Zufuhr des Fluides 51 wird über die Vorrichtung 20 zur Ausbringung des flüssigförmigen Fluides 51 geregelt, wobei diese in dem Druckkopf 3 integriert ist.
-
Die Verstellvorrichtung 5 umfasst in diesem Beispiel ein x-y-Achssystem mit einer Druckkopfaufnahme wie in 1 beschrieben und ein unterhalb der Aufnahmevorrichtung 4 angeordnetes z-Achssystem.
-
Das Versorgungssystem 50 sorgt für eine ausreichende Fluidzufuhr.
-
Der Druckkopf 3 bewegt sich während des Fertigungsprozesses entlang des x-y-Achssystems. Die Aufnahmevorrichtung 4, bzw. die Bauplatte 4 senkt sich während des Druckprozesses Schicht für Schicht in z-Richtung ab.
-
3 zeigt eine weitere schematische Ansicht der ersten Ausführung der Vorrichtung 1 zur additiven Fertigung des dreidimensionalen Werkstücks 10, wobei es die gleiche Vorrichtung 1 mit dem gleichen Druckkopf 3 wie in 2 in einem fortgeschrittenen Prozessschritt zeigt.
-
Das Werkstück 10 ist in seiner Bauform weiter fortgeschritten gefertigt, bzw. gedruckt, wobei durch Pfeile dargestellt ist, dass sich die Aufnahmevorrichtung 4, bzw. die Substratplatte 4 weiter in z-Richtung in die Baukammer 2 bewegt hat.
-
Sowohl in 2 als auch in 3 ist dargestellt, dass das Werkstück 10 während des Druckprozesses stets vollständig von dem Fluid 51 umgeben ist, wodurch das Werkstück 10 stets eine optimale Temperatur zum Drucken aufweist.
-
4 zeigt eine schematische Ansicht einer zweiten Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zur additiven Fertigung eines dreidimensionalen Werkstücks 10 aus einem flüssigförmigen Substrat 11, wobei die Vorrichtung 1 eine Baukammer 2, zumindest einen Druckkopf 3 mit einer Drucköffnung 31 zum Austragen des Substrats 11, eine Aufnahmevorrichtung 4 zur Aufnahme des dreidimensionalen Werkstücks 10 und eine Verstellvorrichtung 5 umfasst. Der Druckkopf 3 weist erfindungsgemäß eine Vorrichtung 20 zur Ausbringungen eines flüssigförmigen Fluides 51 auf, wobei das flüssigförmige Fluid 51 zur Temperierung des ausgebrachten Substrats 11 geeignet ist.
-
Ferner weist der Druckkopf 3 Anschlüsse zu einem Versorgungssystem 50 des flüssigförmigen Fluides 51 auf.
-
Während des Druckprozesses bildet das flüssigförmige Fluid 51 eine Fluidschicht 21 um das Werkstück 10 aus, wobei auf der Aufnahmevorrichtung 4 eine gedruckte Kammer 22 ausgebildet ist und diese das Werkstück 10 umschließt und zur Aufnahme des flüssigförmigen Fluides 51 geeignet ist.
-
In dieser Ausführung füllt sich die gedruckte Kammer 22 mit dem Fluid 51 und umgibt somit das Werkstück 10. Dieser Behälter 22 für das Fluid 51 wird schichtweise mitgedruckt, so dass die Baukammer 2 in vorteilhafter Weise nicht geflutet werden muss. Die gedruckte Kammer 22 zur Aufnahme des Fluides 51 ist entsprechend der Werkstückgeometrie, bzw. des Bauteils 10 angepasst.
-
Die Aufnahmevorrichtung 4 des hier gezeigten Ausführungsbeispiels ist innerhalb der Baukammer 2 in z-Richtung verschiebbar angeordnet und ausschließlich die Aufnahmefläche 41 der Aufnahmevorrichtung 4 ist mit dem flüssigförmigen Fluid 51 in Kontakt.
-
In dieser Ausführung regelt das Versorgungsystem 50 den Zu- und Abfluss des Fluides 51 über die Vorrichtung 20 zur Ausbringungen eines flüssigförmigen Fluides 51 derart, dass die Fluidmenge das Volumen zwischen der Kammer 22 und dem Werkstück 10 nicht überschreitet, so dass kein Fluid 51 in die Baukammer 2 eindringt.
-
Der Druckkopf 3 bewegt sich während des Fertigungsprozesses entlang des x-y-Achssystems und die Aufnahmevorrichtung 4, bzw. die Bauplatte 4 senkt sich während des Druckprozesses Schicht für Schicht in z-Richtung ab.
-
5 zeigt eine weitere schematische Ansicht der zweiten Ausführung der Vorrichtung 1 zur additiven Fertigung des dreidimensionalen Werkstücks 10, wobei es die gleiche Vorrichtung 1 mit dem gleichen Druckkopf 3 wie in 4 in einem fortgeschrittenen Prozessschritt zeigt.
-
Das Werkstück 10 ist in seiner Bauform weiter fortgeschritten gefertigt, bzw. gedruckt, wobei durch Pfeile dargestellt ist, dass sich die Aufnahmevorrichtung 4, bzw. die Substratplatte 4 weiter in z-Richtung in die Baukammer 2 bewegt hat. Sowohl in 4 als auch in 5 ist dargestellt, dass das Werkstück 10 während des Druckprozesses stets vollständig in dem Fluid 51 eingetaucht ist, wodurch das Werkstück 10 stets eine optimale Temperatur zum Drucken aufweist.
-
Bei beiden Ausführungsbeispielen wird je nach Geometrie des Werkstücks 10 gegebenenfalls Fluid 51 in Hohlräumen des Werkstücks 10 zurückbleiben. Das Fluid 51 muss anschließend in einem weiteren Prozessschritt oder bei der Entnahme aus dem Werkstück 10 entfernt werden, beispielsweise durch Abtropfen oder Ausblasen.
