DE102022105474A1

DE102022105474A1 - Vorrichtung zur umformung von afp-tapes zur kosteneffizienten herstellung endlosfaserverstärkter fdm/ffm-filamente

Info

Publication number: DE102022105474A1
Application number: DE102022105474.8A
Authority: DE
Inventors: Jonas Krenz; Holger Seidlitz; Frank Matthies
Original assignee: Brandenburgische Technische Univ Cottbus Senftenberg Koerperschaft Des Oeffentlichen Rechts; Brandenburgische Technische Universitaet Cottbus Senftenberg Koerperschaft Des Oeffentlichen Rechts
Current assignee: Brandenburgische Technische Univ Cottbus Senftenberg Koerperschaft Des Oeffentlichen Rechts; Brandenburgische Technische Universitaet Cottbus Senftenberg Koerperschaft Des Oeffentlichen Rechts
Priority date: 2021-03-11
Filing date: 2022-03-09
Publication date: 2022-09-15

Abstract

In einem ersten Aspekt betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Herstellung eines Filaments für Schmelzschichtung-3D-Drucker. Dabei wird ein AFP-Tape umfassend einen Faser-Kunststoff-Verbund als Rohmaterial eingesetzt. Das AFP-Tape befindet sich an einer Rohmaterialspule und wird durch eine Mechanik in einen Kanal befördert, woraufhin das AFP-Tape innerhalb des Kanals durch die Anbringung von Heizelementen erwärmt wird. Durch die Erwärmung ist das AFP-Tape in der Lage, ihre Querschnitt durch eine geeignete Düse zu verringern. Aus der Düse gelangt schließlich das Filament hinaus.
In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Filaments für Schmelzschichtung-3D-Drucker mithilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Description

In einem ersten Aspekt betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Herstellung eines Filaments für Schmelzschichtung-3D-Drucker. Dabei wird ein AFP-Tape umfassend einen Faser-Kunststoff-Verbund als Rohmaterial eingesetzt. Das AFP-Tape befindet sich an einer Rohmaterialspule und wird durch eine Mechanik in einen Kanal befördert, woraufhin das AFP-Tape innerhalb des Kanals durch die Anbringung von Heizelementen erwärmt wird. Durch die Erwärmung ist das AFP-Tape in der Lage, ihre Querschnitt durch eine geeignete Düse zu verringern. Aus der Düse gelangt schließlich das Filament hinaus.
In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Filaments für Schmelzschichtung-3D-Drucker mithilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Hintergrund und Stand der Technik
Im Laufe des 21. Jahrhunderts sind additive Fertigungsverfahren, auch bekannt als 3D-Druck oder Rapid Prototyping, sehr viel beliebter und bekannter geworden. In einigen Bereichen finden diese Technologien bereits den Einzug in die Serienfertigung und werden nicht mehr nur für Prototypen verwendet. Zwar gibt es eine Vielzahl konkreten additiven Fertigungsverfahren (laut DIN EN ISO/ASTM 52900:2018 gibt hierzu sieben Kategorien), jedoch ist die Schmelzschichtung (auf Englisch Fused Deposition Modeling (FDM) oder Fused Filament Fabrication (FFF)) von besonderer Bedeutung. Hierdurch können gedruckte Bauteile kostengünstig, schnell und mit hervorragender Materialqualität hergestellt werden. 3D-Drucker, die das Prinzip der Schmelzschichtung nutzen, werden auch Schmelzschichtung-3D-Drucker bezeichnet.
Bei der Schmelzschichtung wird innerhalb einer beheizten Düse, dem Extruder, ein Filament geschmolzen und Schicht für Schicht auf eine Bauteilplattform aufgetragen, sodass das 3D-gedruckte Bauteil entsteht. Für die Materialqualität des Bauteils ist das Filament von entscheidender Bedeutung, da das Filament das Material des Bauteils zur Verfügung stellt.
Da in der heutigen Zeit die Nachfrage an 3D-Druckern wächst, insbesondere an Schmelzschichtung-3D-Druckern, besteht auch ein großer Bedarf an Filamenten. Im 3D-Druck-Markt sind insbesondere die Hersteller Markforged und Anisoprint bekannt, die sowohl 3D-Drucker als auch Filamente zum Verkauf anbieten. Allerdings sind die durch diese Anbieter gebotenen Filamente teuer.
Darüber hinaus ist es bekannt und auch erwünscht, dass das Filament einen Faser-Kunststoff-Verbund umfasst. Allerdings sind die bekannten Möglichkeiten zur Herstellung solcher Filamente mit Fasern mit einem hohen Aufwand und hohen Kosten verbunden. Insbesondere ist aus dem bekannten Stand der Technik keine Vorrichtung bekannt, mit der es möglich ist, mit hoher Effizienz Filamente bereitzustellen, die sich für 3D-Drucker eignen, insbesondere für Schmelzschichtung-3D-Drucker.
Aufgabe der Erfindung
Aufgabe der Erfindung war es, die Nachteile des Standes der Technik zu beseitigen und insbesondere eine Vorrichtung und ein Verfahren bereitzustellen, mit welchen in vereinfachter Weise, effizient und kostengünstig Filamente hergestellt werden können. Insbesondere sollten die Filamente in der Lage sein, in Schmelzschichtung-3D-Drucker eingesetzt zu werden.
Zusammenfassung der Erfindung
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus der Gesamtoffenbarung der erfindungsgemäßen Lehre.
In einem ersten Aspekt betrifft die Erfindung in einer bevorzugten Ausführungsform eine Vorrichtung zur Herstellung eines Filaments für Schmelzschichtung-3D-Drucker umfassend eine Rohmaterialspule, wobei ein Rohmaterial an der Rohmaterialspule vorliegt und ausgehend von der Rohmaterialspule in einen Kanal beförderbar ist, wobei am Kanal ein Heizelement zur Ausbildung einer Vorwärmstrecke angebracht ist sowie der Kanal eine Düse aufweist, wobei das Rohmaterial durch das Heizelement erwärmbar ist und durch die Düse gelangt, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohmaterial ein vorimprägniertes AFP-Tape umfassend einen Faser-Kunststoff-Verbund umfasst.
Die Kombination der vorliegenden Vorrichtungsmerkmale führt zu einem überraschenden Synergieeffekt, der zu den vorteilhaften Eigenschaften und dem damit einhergehenden Gesamterfolg der Erfindung führt, wobei die einzelnen Merkmale in Wechselwirkung zueinander stehen.
Hierbei war es völlig überraschend, dass AFP-Tapes sich für die Herstellung von Filamenten für 3D-Drucker, insbesondere für Schmelzschichtung-3D-Drucker, als besonders geeignet erwiesen. Insbesondere war es keineswegs naheliegend, AFP-Tapes als Rohmaterial für die Filamentherstellung einzusetzen. AFP-Tapes sind als eingesetztes Material in der automatisierten Faserplatzierung bekannt (englisch: Automated Fiber Placement, daher auch die Abkürzung AFP) bekannt. Bei der automatisierten Faserplatzierung werden die AFP-Tapes auf einer geeigneten Oberfläche abgelegt. Dabei ist das Ablegen bei der automatisierten Faserplatzierung ein entscheidender Prozessschritt, der durch Ablegeeffekte, wie z. B. Überlappungen, Lücken und/oder Welligkeiten, die Materialeigenschaften bestimmen.
Bei 3D-Druckern, insbesondere Schmelzschichtung-3D-Druckern, wird das Filament durch Verflüssigung über Erwärmung und durch Extrudieren schichtweise auf einer geeigneten Oberfläche aufgetragen. Ein Objekt, welches durch einen Schmelzschichtung-3D-Drucker entsteht, wird damit durch eine Stapelung von Schichten erzeugt.
Damit wird ein Rohmaterial aus einem verfahrenstechnisch anderen Gebiet, nämlich der AFP-Technologie bzw. der automatisierten Faserplatzierung für die Herstellung eines Rohmaterials, nämlich eines Filaments, für die 3D-Druck-Technologie eingesetzt. Hierdurch stellt der Einsatz von AFP-Tapes für die Herstellung von Filamenten für Schmelzschichtung-3D-Drucker eine wesentliche Abkehr vom Stand der Technik dar. Zu dieser Erkenntnis mussten die Erfinder über eine lange Zeit und eine Vielzahl von Untersuchungen und Experimenten gelangen.
Vorteilhaft wird durch den Einsatz eines AFP-Tapes, insbesondere eines vorimprägnierten AFP-Tapes, mittels der bevorzugten Vorrichtung eine erhebliche Prozesseffizienz hinsichtlich der Herstellung von Filamenten für Schmelzschichtung-3D-Drucker erlangt. So sind AFP-Tapes vorteilhaft besonders kostengünstig bereitzustellen oder zu erwerben, sodass vorteilhafterweise eine enorme Verbilligung der Herstellung von Filamenten erreicht wird.
In bevorzugten Ausführungsformen ist das AFP-Tape vorimprägniert. Vorteilhaft kann durch eine Vorimprägnierung ohne eine weitere Zugabe von Fasern oder einem Harz als Matrix für die Herstellung des Filaments das AFP-Tape verarbeitet werden. Die Vorimprägnierung meint bevorzugt eine gleichmäßige Verteilung von Fasern mit einem Harz, in dem ein Härtungsmittel enthalten ist. Durch ein Verhältnis von Faser- und Harzanteil sowie Härtungsmittel kann vorteilhaft das AFP-Tape innerhalb des Kanals besonders effizient verarbeitet werden. Beispielsweise wird vorteilhaft das AFP-Tape innerhalb des Kanals besonders schnell in eine geschmolzene oder pastöse Phase überführt ohne einen hohen Materialwiderstand aufzuzeigen. Dies wirkt sich wiederrum vorteilhaft auf die Materialqualität des hierdurch herstellbaren Filaments aus.
Vorteilhafterweise erlaubt die bevorzugte Vorrichtung einen kontinuierlichen Herstellungsprozess zur Herstellung eines Filaments für Schmelzschichtung-3D-Drucker. Im erfindungsgemäßen Kontext meint der Ausdruck „kontinuierlicher Herstellungsprozess“ bevorzugt, dass eine Herstellung von Filamenten kontinuierlich abläuft, d. h. insbesondere ohne Unterbrechungen. Somit werden vorteilhaft prozessineffiziente Schritte vermieden, die sich nachteilig auf die Produktivität der Vorrichtung auswirken. Mithin kann vorteilhaft mittels der bevorzugten Vorrichtung eine erhebliche Verbesserung gegenüber dem Stand der Technik erzielt werden. Vorteilhaft werden durch den Einsatz der bevorzugten Vorrichtung Arbeitsstufen durch die Kontinuität gespart.
Des Weiteren ist es von großem Vorteil, dass eine hohe Flexibilität hinsichtlich der Materialauswahl durch die bevorzugte Vorrichtung erlangt wird. Dies kann damit begründet werden, dass es im Sinne der Erfindung lediglich bevorzugt ist, ein AFP-Tape umfassend einen Faser-Kunststoff-Verbund als Rohmaterial einzusetzen. Folglich sind vorteilhafterweise Filamente herstellbar, die eine vielseitige Materialzusammensetzung aufweisen können. Somit kann ein Anwender der bevorzugten Vorrichtung durch die Materialauswahl des AFP-Tapes als bevorzugtes Rohmaterial die Materialauswahl des Filaments bestimmen. Eine Einschränkung auf eine konkrete Materialauswahl resultiert aus der bevorzugten Vorrichtung vorteilhaft nicht.
Darüber hinaus ist es von besonders großem Vorteil, dass es mittels der bevorzugten Vorrichtung besonders einfach möglich ist, den Querschnitt des Filaments auszugestalten, bevorzugt durch eine Auswahl der Düse und der geeigneten Temperatur durch das Heizelement. Insbesondere ist es vorteilhaft durch die bevorzugte Vorrichtung möglich, eine hohe Anzahl an Querschnitten für Filamente bereitzustellen.
Vorteilhafterweise sind Filamente unterschiedlichster Materialzusammensetzung sowie Querschnittsform durch die bevorzugte Vorrichtung herstellbar, sodass für die Herstellung der Filamente als solche eine enorme Effizienz durch die bevorzugte Vorrichtung erlangt wird. Insbesondere wird hierdurch ein synergistischer Effekt erzielt.
Zudem ist ein besonderer Vorteil, dass durch den Einsatz eines AFP-Tapes als Rohmaterial das damit herstellbare Filament besonders vorteilhafte Materialeigenschaften aufweist. So weist das Filament vorteilhaft eine geeignete Härte, Temperaturstabilität, Unzerbrechlichkeit, Resistenz gegen Lösungsmittel sowie Langlebigkeit auf. Dabei war es völlig unerwartet, dass durch den Einsatz eines AFP-Tapes die genannten vorteilhaften Effekte für das Filament erreichbar waren.
Die bevorzugte Vorrichtung als solche ist für die Herstellung von Filamenten auch hinsichtlich ihrem bevorzugten Aufbau besonders gut geeignet. So weist die Vorrichtung vorteilhaft eine hohe Vibrationsbeständigkeit auf, sodass mit großer Zuverlässigkeit das Filament herstellbar ist. Gleichzeitig weist die Vorrichtung ein geringes Gewicht und geht mit einer enorm einfachen Anwendung hinsichtlich ihrer Nutzung einher. Vorteilhafterweise kann eine kompakte, vibrationsarme sowie geringmassige Anlage durch die bevorzugte Vorrichtung bereitgestellt werden, um Filamente herzustellen. Es war überraschend, dass die einzelnen Komponenten der Vorrichtung wie die Rohmaterialspule, der Kanal, das Heizelement sowie die Düse in einer derart vorteilhaften Wirkverbindung zueinander stehen können. Mit dem Ausdruck „Wirkverbindung“ ist bevorzugt gemeint, dass die Wirkung einer Komponente übertragbar ist (z. B. die Übertragung von Wärme des Heizelements auf den Kanal, die Fließverbindung zwischen Düse und Kanal etc.). Mithin wird durch den bevorzugten Aufbau ein synergistischer Effekt erzielt, da die genannten technischen Effekte in ihrer Summe darüber hinaus gehen, als sich durch die Betrachtung der einzelnen Komponenten vermuten ließen.
Darüber hinaus ist es von großem Vorteil, dass die bevorzugte Vorrichtung sich im Rahmen einer Massenproduktion als besonders nützlich erwiesen hat. Vorteilhaft ist die bevorzugte Vorrichtung als solche sowie das damit herstellbare Filament besonders einfach und kostengünstig bereitstellbar. Insbesondere weist die bevorzugte Vorrichtung Komponenten auf, die besonders einfach miteinander in eine Wirkverbindung gebracht werden können und kostengünstig zu erwerben sind. Zudem geht die bevorzugte Vorrichtung mit besonders niedrigen Wartungskosten einher, falls diese notwendig sein sollten. Daher kann durch den Einsatz der bevorzugten Vorrichtung vorteilhaft kostengünstig, einfach und mit hoher Prozesseffizienz eine überaus hohe Menge an Filamenten hergestellt werden. Somit ist vorteilhafterweise eine enorme Wirtschaftlichkeit in Bezug auf die Herstellung von Filamenten gegeben.
Im Sinne der Erfindung bezeichnet ein Filament einen Werkstoff, mit dem der 3D-Druck oder eine additive Fertigung möglich ist. Insbesondere kann das Filament als Rohstoff des 3D-Drucks aufgefasst werden. Das Filament weist bevorzugt eine längliche Form auf, z. B. eine Drahtform. Häufig hat ein Filament eine im Wesentliche eindimensionale Form. Vorzugsweise wird das mittels der bevorzugten Vorrichtung herstellbare Filament auf oder in Filamentauffangkomponente befördert, bevorzugt entlang einer Filamentspule aufgewickelt. Eine Filamentauffangkomponente bezeichnet vorzugsweise eine Komponente, die das hergestellte Filament aufnimmt. Bevorzugt wird durch eine Mechanik, z. B. durch den Einsatz eines Motors, das Filament nach dem Austritt aus der Düse auf oder in die Filamentauffangkomponente befördert. Filamente stellen entscheidende Werkstoffe im Rahmen der additiven Fertigung dar, da sie letztendlich die Materialeigenschaften der Objekte bestimmen, die durch die additive Fertigung hergestellt werden sollen. Da die additive Fertigung ein modernes Forschungsfeld darstellt, besteht reger Bedarf, eine Vorrichtung zu bieten, die besonders effektiv Filamente herstellt. Der Bedarf des Standes der Technik wird vorteilhaft durch die bevorzugte Vorrichtung gedeckt.
Ein AFP-Tape bezeichnet im Sinne der Erfindung bevorzugt Material, welches in der automatisierten Faserplatzierung eingesetzt wird. Insbesondere kann das AFP-Tape als Rohmaterial der automatisierten Faserplatzierung aufgefasst werden. Bevorzugt weist ein AFP-Tape eine Band- und/oder Tapetenform auf und hat damit eine im Wesentliche zweidimensionale Ausgestaltung. Zudem umfasst das AFP-Tape vorzugsweise einen Faser-Kunststoff-Verbund auf. Weiterhin ist es bevorzugt, dass das AFP-Tape auf einer Rohmaterialspule vorkonfektioniert vorliegt.
Eine Rohmaterialspule bezeichnet bevorzugt eine Komponente, in oder auf dem das Rohmaterial umfassend ein AFP-Tape vorliegt und für die bevorzugte Vorrichtung zur Herstellung von Filamenten eingesetzt wird. In bevorzugten Ausführungsformen kann die Rohmaterialspule in Form einer Rolle vorliegen, auf der das Rohmaterial angebracht ist. Mit dem Begriff „Rohmaterial“ ist bevorzugt das Ausgangsmaterial gemeint. Das Rohmaterial umfassend den bevorzugten AFP-Tape wird vorzugsweise für die Herstellung eines Filaments als Rohmaterial für den 3D-Druck verwendet.
Der Kanal umfasst bevorzugt eine Aussparung, d. h. ein Volumen, in welchem das Rohmaterial ausgehend von der Rohmaterialspule beförderbar ist. Bevorzugt weist der Kanal eine Aussparung auf, die im Wesentlichen dem Querschnitt des AFP-Tapes entspricht. Der Kanal kann in bevorzugten Ausführungsformen ein Rohr oder ein Schlauch sein. Damit bezeichnet der Kanal bevorzugt diejenige Komponente, die zwischen der Einführung des Rohmaterials und der Bereitstellung des Filaments liegt. Bevorzugt ist für Überführung des AFP-Tapes in die Form eines Filaments mindestens ein Heizelement am Kanal angebracht.
Ein Heizelement bezeichnet bevorzugt eine Komponente der bevorzugten Vorrichtung, durch die Wärme in den Kanal übertragen werden kann. Bevorzugt ist das Heizelement ein elektrisches Heizelement, d. h. ein Heizelement, welches elektrische Energie in Wärmeenergie umwandelt. Vorzugsweise ist das Heizelement an einer Außenfläche des Kanals angebracht. Vorteilhaft bildet sich durch die Anbringung des Heizelementes eine Vorwärmstrecke entlang des Kanals aus. Die Vorwärmstrecke bezeichnet einen Abschnitt des Kanals, die durch das mindestens eine Heizelement eine erhöhte Temperatur aufweist. Vorzugsweise wird durch die erhöhte Temperatur das AFP-Tape innerhalb des Kanals in eine flüssige oder pastöse Phase überführt, sodass es vorteilhaft besonders einfach ausgestaltet, insbesondere verformt werden kann. Vorteilhaft kann somit besonders effizient der gewünschte Querschnitt für das Filament erlangt werden, wenn eine flüssige oder pastöse Phase des AFP-Tapes erlangt wird. Vorteilhaft wird dies durch das mindestens eine Heizelement ermöglicht. Insbesondere wird die Verformung des AFP-Tapes durch die erhöhte Temperatur über das mindestens eine Heizelement begünstigt. Der konkrete Querschnitt des Filaments wird bevorzugt durch die Düse bestimmt.
Die Düse bezeichnet im erfindungsgemäßen Kontext eine Komponente, aus der das herstellbare Filament heraustritt. Vorzugsweise wird die Düse dazu eingesetzt, um den Querschnitt des Filaments zu bestimmten. Dazu ist es bevorzugt, dass die Düse eine sich verjüngende Öffnung aufweist. Ebenfalls ist es mit der Düse möglich, das Filament vorteilhaft kontrolliert auf oder in eine Filamentauffangkomponente während des mittels der bevorzugten Vorrichtung durchführbaren Herstellungsvorgangs zu bringen. So kann es bevorzugt sein, dass ausgehend von der Düse das Filament auf eine Filamentspule als Filamentauffangkomponente aufgewickelt wird. In bevorzugten Ausführungsformen ist die Düse als zusätzliche Komponente am Kanal wirkverbunden, wobei bevorzugt der Kanal und die Düse miteinander in Fließverbindung stehen. Mit „Fließverbindung“ an dieser Stelle ist bevorzugt gemeint, dass das AFP-Tape durch den Kanal in die Düse in flüssiger oder pastöser Phase gelangen kann. In weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist die Düse als Öffnung in dem Kanal eingebracht.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet, dass das vorimprägnierte AFP-Tape einen Durchmesser zwischen ca. 1 mm - 10 mm, bevorzugt zwischen ca. 5 mm - 10 mm aufweist und das Filament einen Durchmesser zwischen ca. 0,5 mm - 3 mm aufweist.
Es war völlig überraschend, dass durch den Einsatz eines Durchmessers zwischen ca. 1 mm - 10 mm Filamente für Schmelzschichtung-3D-Drucker herstellbar waren, die in vielseitigen Querschnitten ausgestaltet werden konnten. Insbesondere wurde festgestellt, dass vorteilhafterweise durch einen Durchmesser zwischen ca. 1 mm - 10 mm des vorimprägnierten AFP-Tapes als Rohmaterial unterschiedliche Durchmesser für Filamente bereitstellbar waren.
Der bevorzugte Durchmesserbereich zwischen ca. 5 mm - 10 mm des vorimprägnierten AFP-Tapes hat sich dahingehend als besonders vorteilhaft erwiesen, dass mit überaus präziser Kontrollierbarkeit das vorimprägnierte AFP-Tape in den Kanal beförderbar war. Vorteilhafterweise konnte besonders einfach und ohne hohen Aufwand bei einer im Wesentlichen konstanten mechanischen Spannung das AFP-Tape in den Kanal eingeführt werden. Mithin weist hierdurch das herstellbare Filament eine überaus hohe Materialqualität auf, was wiederrum für die Anwendung des 3D-Drucks von besonders vorteilhafter Wirkung ist.
Die herstellbaren Filamente mit einem Durchmesser von bevorzugt ca. 0,5 mm - 3 mm eignen sich vorteilhaft besonders gut für den Einsatz in einer Vielzahl von 3D-Druckern, insbesondere von Schmelzschichtung-3D-Druckern. Im Hinblick auf die fortschreitende Weiterentwicklung der additiven Fertigung liegt ein Bedarf im Stand der Technik vor, Filamente als Rohmaterial für 3D-Drucker prozess- und kosteneffizient bereitzustellen. Vorteilhaft wird dieser Bedarf durch die bevorzugte Vorrichtung abgedeckt. Vorteilhaft wird hierdurch nicht nur die Filamentherstellung als solche verbessert, sondern auch ein technischer Effekt über die bevorzugte Vorrichtung hinaus erzielt, nämlich eine Verbesserung des 3D-Drucks selbst.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet, dass die Rohmaterialspule das vorimprägnierte AFP-Tape mit einer Kraft von bis zu ca. 100 N und/oder einer Geschwindigkeit zwischen ca. 0 - 300 mm/s, bevorzugt zwischen ca. 10 mm/s - 300 m/s in den Kanals befördert.
Es war im Rahmen der Entwicklung der bevorzugten Vorrichtung völlig überraschend, dass die genannten Angaben hinsichtlich Kraft und/oder Geschwindigkeit sich als besonders geeignet erwiesen. So konnte durch eine Kraft von ca. 100 N und/oder eine Geschwindigkeit zwischen ca. 0 - 300 mm/s das Filament mit einer besonders hohen Geschwindigkeit hergestellt werden. Durch die besonders hohe Geschwindigkeit hinsichtlich der Herstellbarkeit des Filaments kann vorteilhaft ein erheblicher Anlagen- bzw. Prozessvorteil erlangt werden. Damit eignet sich die bevorzugte Vorrichtung besonders gut im Rahmen einer Massenproduktion, sodass eine besonders hohe Stückzahl an Filamenten in verhältnismäßig niedriger Zeit herstellbar ist.
Weiterhin wirkte sich die bevorzugte Geschwindigkeit zwischen ca. 10 mm/s - 300 m/s für eine optimale Materialspannung des AFP-Tapes ausgehend von der Rohmaterialspule in den Kanal aus. Einerseits darf die Materialspannung nicht zu hoch, da dies sonst zu einem möglich Bruch und/oder Riss des AFP-Tapes führen könnte. Andererseits darf die Materialspannung nicht zu niedrig sein, da dies sich nachteilig auf die Einfuhr in den Kanal auswirken könnte. Vorteilhaft bietet die Geschwindigkeit zwischen ca. 10 mm/s - 300 m/s einen geeigneten Kompromiss dar, um mit ausreichender mechanischen Spannung sowie Festigkeit und überaus hoher Präzision das AFP-Tape in den Kanal zu befördern.
Des Weiteren haben sich die genannten Angaben hinsichtlich Geschwindigkeit und/oder Kraft dahingehend als vorteilhaft erwiesen, dass diese sich besonders einfach in der bevorzugten Vorrichtung implementieren lassen. Beispielsweise kann die Geschwindigkeit und/oder Kraft durch eine geeignete Mechanik der Rohmaterialspule eingestellt werden. So kann es bevorzugt sein, dass die Geschwindigkeit und/oder Kraft durch eine Drehgeschwindigkeit der Rohmaterialspule bestimmt wird, wobei bevorzugt das AFP-Tape ausgehend von der Rohmaterialspule abgewickelt und in den Kanal befördert wird.
Dabei ist ein weiterer Vorteil der bevorzugten Vorrichtung, dass Parameter, die relevant sind für die Herstellung des Filaments, wie z. B. die Geschwindigkeit und/oder Kraft, aber auch die Temperatur, anpassbar und damit Herstellungsprozess als solcher stets optimierbar ist. So kann vorteilhaft mit besonders hoher Leichtigkeit beispielswiese die Geschwindigkeit und/oder die Temperatur auf Herstellerwünsche adaptiert werden, z. B. durch eine Adaption der Drehgeschwindigkeit der Rohmaterialspule. Vorteilhaft ist für eine Anpassung von Parametern kein hoher Aufwand notwendig, sodass die bevorzugte Vorrichtung sich durch eine hohe Anwenderfreundlichkeit auszeichnet.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet, dass die Düse eine sich verjüngende Öffnung umfasst, wobei bevorzugt die sich verjüngende Öffnung einen Durchmesser zwischen ca. 0,5 mm - 3 mm aufweist.
Vorteilhaft wird durch die sich verjüngende Öffnung der Düse die Ausgestaltung des Filaments bestimmt, insbesondere hinsichtlich der Geometrie und/oder des Durchmessers des Filaments.
Eine sich verjüngende Öffnung meint bevorzugt, dass der Durchmesser der Öffnung sich entlang seines Verlaufes verringert, bevorzugt kontinuierlich verringert. Durch eine Verjüngung der Düse kann das AFP-Tape, nachdem es mit ausreichend Wärme durch das Heizelement versorgt wurde und in eine flüssige und/oder pastöse Form gelangt ist, die letztliche Form des Filaments erreichen. Dabei bestimmt bevorzugt der Durchmesser des Abschnitts der Öffnung der Düse den Querschnitt des Filaments, durch den das Filament unmittelbar aus dem Kanal heraustritt. Bevorzugt bestimmt die Öffnung der Düse, insbesondere der genannte letzte Abschnitt der Öffnung, auch den Durchmesser des Filaments. Daher ist es bevorzugt, dass die sich verjüngende Öffnung der Düse einen Durchmesser zwischen ca. 0,5 mm - 3 mm aufweist.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet, dass die Düse ein Material umfasst ausgewählt aus einer Gruppe umfassend PTFE (Polytetrafluorethylen) und/oder PEEK (Polyetheretherketon).
Die genannten Materialien ausgewählt aus einer Gruppe umfassend PFTE und/oder PEEK, haben sich im erfindungsgemäßen Kontext für die Düse als besonders vorteilhaft erwiesen. Hierbei war PTFE besonders vorteilhaft. Die genannten Materialien sind vorteilhafterweise sehr reaktionsträge, sodass eine hohe Vielzahl an Materialien als AFP-Tape eingesetzt werden kann. Den meisten Substanzen gelingt es vorteilhafterweise nicht, die Bindungen von PEEK und/oder PTFE aufzubrechen und eine chemische Reaktion auszuführen. Zudem hat PTFE und/oder PEEK einen geringen Reibungskoeffizienten, was für die Zuführung bzw. den Fließvorgang besonders vorteilhaft ist. Des Weiteren haben PTFE und/oder PEEK eine niedrige Oberflächenspannung, sodass kaum Materialien an haften bleiben, was für den Fluss des Filaments aus der Düse heraus von großem Vorteil ist. Darüber hinaus haben die genannten Materialien eine hohe Schmelztemperatur, sodass selbst bei einer überaus hohen Wärmeübertragung durch die Heizelemente die Funktionstauglichkeit der bevorzugten Vorrichtung mit besonders hoher Zuverlässigkeit gegeben ist.
Ebenfalls ist es bevorzugt, dass modifiziertes PTFE eingesetzt wird als Material für die Düse, z. B. PTFE-GF, d. h. mit Glasfasern versehenes PTFE, sodass vorteilhaft eine Erhöhung der Zeitstandfestigkeit der Düse erhalten werden kann.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet, dass 1, 2, 3, 4, 5, 6 oder mehr Heizelemente am Kanal angebracht sind zur Ausbildung einer Vorwämstrecke innerhalb des Kanals.
Vorteilhafterweise resultiert durch die Anbringung von mindestens einem Heizelement eine Wärmeübertragung in den Kanal, sodass das darin fließende AFP-Tape in einen geschmolzenen Zustand überführt werden kann, d. h. bevorzugt in eine flüssige oder pastöse Phase. Folglich kann durch die sich verjüngende Öffnung durch die flüssige oder pastöse Phase das AFP-Tape besonders einfach in die Form des Filaments umgewandelt werden kann.
Vorteilhafterweise wirkt sich die Anbringung von mehr als einem Heizelement am Kanal besonders gut auf die Betriebstauglichkeit der bevorzugten Vorrichtung aus. Durch die bevorzugte Anbringung einer Mehrzahl von Heizelementen ist die Funktionsfähigkeit der bevorzugten Vorrichtung gegeben, selbst wenn ein Heizelement ausfallen sollte. Mithin wirken sich mehrere Heizelemente vorteilhaft auf die Zuverlässigkeit des Betriebs mithilfe der bevorzugten Vorrichtung aus.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet, dass die Vorwärmstrecke eine Temperatur aufweist zwischen ca. 25°C - 400°C, bevorzugt zwischen ca. 150°C - 400°C.
Es war völlig überraschend, dass sich in den angegebenen Temperaturbereichen zwischen ca. 25°C - 400°C das bevorzugt imprägnierte AFP-Tape besonders effizient verflüssigen ließ, um aus dem typischen Querschnitt von AFP-Tapes einen geeigneten Querschnitt für Filamente bereitzustellen. Die Effizienz zeigte sich insbesondere in rheologischen Gesichtspunkten. So erreichte AFP-Tape innerhalb des angegebene Temperaturbereiches eine derartige Viskosität, die besonders geeignet war, um das ausgelassene Filament effektiv auf eine z. B. Filamentspule aufzuwickeln. Zeitgleich blieben vorteilhaft keine Materialrückstände innerhalb des Kanals zurück, was vorteilhafterweise prozesseffizient ist, da das Rohmaterial im Wesentlichen vollständig genutzt wird sowie Wartungsbedarf des Kanals verringert und/oder vermieden wird.
Der bevorzugte Temperaturbereich zwischen ca. 150°C - 400°C hat sich dahingehend als vorteilhaft erwiesen, dass der Übergang des AFP-Tapes in den flüssigen und pastösen Schmelzzustand besonders schnell erlangt werden konnte. Dies wirkte sich auch vorteilhaft auf den Gesamtprozess aus, der mittels der bevorzugten Vorrichtung ausführbar ist. Daraus folgt, dass der Herstellungsprozess als solcher durch den Einsatz der bevorzugten Vorrichtung erheblich verbessert wird.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Kanals ein Imprägnierungsmittel vorliegt.
Vorteilhafterweise werden damit verbesserte Materialeigenschaften erreicht, insbesondere für das herstellbare Filament. Im Falle eines bevorzugten Einsatzes eines vorimprägnierten AFP-Tapes kann vorteilhaft durch die bevorzugte Vorrichtung eine zweite Imprägnierung erzielt werden, was wiederrum besonders vorteilhaft ist.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung modular aufbaubar ist.
Vorzugsweise resultiert die Modularität der bevorzugten Vorrichtung durch lösbare Wirkverbindungen der einzelnen Komponenten. Lösbare Wirkverbindungen meinen bevorzugt derartige Wirkverbindungen, die ohne eine Zerstörung gelöst und/oder wieder angebracht werden können.
Vorteilhaft ist die bevorzugte Vorrichtung besonders einfach aufzubauen und ist dementsprechend besonders anwenderfreundlich ausgestaltet. Des Weiteren ist es von sehr großem Vorteil, dass bei Bedarf Komponenten der Vorrichtung mit besonders niedrigem Aufwand gewartet und/oder ausgetauscht werden können. Ein weiterer Vorteil ist die Skalierbarkeit der bevorzugten Vorrichtung durch die Modularität. So können bei Bedarf größere Bauweisen der bevorzugten Vorrichtung errichtet werden, während geringere Bauweisen ebenfalls möglich sind, falls dies der Anwendungszweck erfordert. Vorteilhaft ist die bevorzugte Vorrichtung durch die modulare Bauweise auf eine Vielzahl von Anwendungsbereichen adaptierbar.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Luftkühlkomponente aufweist, sodass das Filament nach einem Austritt auf der Düse abkühlbar ist.
Durch den Einsatz der Luftkühlkomponente konnte vorteilhaft das herstellbare Filament nach dem Austritt aus der Düse bereits getrocknet werden, bevor das Filament auf eine Filamentauffangkomponente aufgenommen wird. Vorteilhaft werden eventuelle Gefahren vermieden, dass das Filament nach dem Austritt noch nicht vollständig getrocknet ist und hierdurch eine gewisse Klebe- und/oder Haftwirkung aufweist, wenn noch ein gewisser Flüssigkeitsanteil vorhanden ist. Vorzugsweise wird eine solche Gefahr umgangen, indem bevorzugt eine Luftkühlkomponente eingesetzt wird.
Der Einsatz der Luftkühlkomponente ist auch dahingehend vorteilhaft, dass das Filament während des ausführbaren Herstellungsprozess als solcher eine Trocknung erfährt und nicht, als Abkehr zum Stand der Technik, nach dem Herstellungsprozess einer Trocknung unterzogen wird. Vorteilhaft wirkt sich der Einsatz einer Luftkühlkomponente damit effektiv auf den gesamtheitlichen Prozessablauf aus.
Im Sinne der Erfindung bezeichnet eine Luftkühlkomponente bevorzugt Strömungsmaschine, die Luft fördert, vorzugsweise in Richtung des Austrittsbereiches der Düse, um das Filament vorteilhaft schneller in einen Trockenzustand zu überführen. Der Luftkühler kann beispielsweise durch einen Ventilator gegeben sein, ist jedoch nicht darauf beschränkt.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet, dass das vorimprägniertes AFP-Tape umfassend einen Faser-Kunststoff-Verbund eine Faser und eine Matrix aufweist, wobei bevorzugt die Fasern ausgewählt sind aus einer Gruppe umfassend anorganische Fasern, organische Fasern, metallische Fasern, Naturfasern, Glasfasern, Basaltfasern, Aramidfaser, Basaltfasern, Borfasern, Glasfasern, Keramikfasern, Kieselsäurefasern, Kohlenstofffasern, Quarzfasern, Stahl-Fasern, PBO-Fasern, Polyester-Fasern, Nylon-Fasern, Polyethylen-Fasern, Polymethylmethacrylat-Fasern, Flachs-Fasern, Hanf-Faser, Holzfasern und/oder Sisalfasern, wobei bevorzugt die Matrix eine thermoplastische Matrix ist ausgewählt aus einer Gruppe umfassend Polyetheretherketon (PEEK), Polyphenylensulfid (PPS), Polysulfon (PSU), Polyetherimid (PEI), Polytetrafluorethen (PTFE), eine duroplastischen Matrix ist ausgewählt aus einer Gruppe umfassend Epoxidharz (EP), Polyesterharz (UP), Vinylesterharz (VE), Phenol-Formaldehydharz (PF), Diallylphthalatharz (DAP), Methacrylatharz (MMA), Polyurethan (PUR), Aminoharze, Melaminharz (MF/MP) und/oder Harnstoffharz (UF) und/oder eine elastomere Matrix ausgewählt aus einer Gruppe umfassend Gummi und/oder Polyurethan (PUR) ist.
Die vorstehend genannten Materialien sind in der Verfahrenstechnik, insbesondere im Hinblick auf additive Fertigungsverfahren, besonders einfach und kostengünstig zu bearbeiten und eignen sich ebenfalls gut für eine Massenherstellung. Ebenso sind diese Materialien für eine Bearbeitung und/oder Beschichtung besonders gut geeignet, um gewünschte mechanische, thermische, elektrische und/oder dielektrische Eigenschaften zu erlangen.
Ein Faser-Kunststoff-Verbund bezeichnet einen Verbund umfassend Fasern sowie einen Kunststoff, wobei bevorzugt der Kunststoff als Matrix der Fasern fungiert.
Eine Faser ist insbesondere ein lineares, längliches Gebilde, das aus einem Faserstoff besteht und eine Faserform aufweist, wobei die Längsform z. B. glatt oder kraus und die Querschnittsform beispielsweise rund oder eckig ist. Mit Fasern sind vor allem dünne Fäden von bevorzugt einigen Mikrometern Durchmesser gemeint.
Des Weiteren können Fasern auch bevorzugt als Garn vorliegen, hierbei sind Fasern unterschiedlicher Länge insbesondere miteinander verzwirbelt, gerissen oder verflochten. Neben dem Garn kann das Faserbündel auch unverzwirbelt vorliegen, dann spricht man von einem Roving bzw. Faserbündel. Der Kunststoff kann bevorzugt ein thermoplastisches, ein duroplastisches und/oder ein elastomeres Material umfassen. Thermoplasten sind leicht zu verarbeiten. Duroplasten sind bevorzugt auch unter hohen Temperaturen besonders stabil und können vor allem unter Wärmeeinwirkung nicht verformt werden. Elastomere weisen insbesondere eine hohe Umwandlungsfähigkeit auf und besitzen eine höhere Energieadsorption.
In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Filaments für Schmelzschichtung-3D-Drucker umfassend folgende Schritte:

a) Bereitstellung einer bevorzugten Vorrichtung,
b) Beförderung eines Rohmaterials ausgehend von einer Rohmaterialspule in einen Kanal,
c) Erwärmung des Rohmaterials durch eine Anbringung eines Heizelements am Kanal,
d) Auslass des Rohmaterials durch eine Düse,

Überraschenderweise konnte festgestellt werden, dass AFP-Tapes sich für die Herstellung von Filamenten für 3D-Drucker, insbesondere für Schmelzschichtung-3D-Drucker, besonders gut eignen. Insbesondere im Lichte des Hintergrundes, dass AFP-Tapes auf eine andere Technologie beruhen im Vergleich zu 3D-Druckern, war die vorteilhafte Wirkung des AFP-Tapes völlig unerwartet.
Vorteilhaft wird durch den Einsatz von AFP-Tapes, insbesondere von vorimprägnierten AFP-Tapes, mittels der bevorzugten Vorrichtung eine erhebliche Prozesseffizienz hinsichtlich der Herstellung von Filamenten für Schmelzschichtung-3D-Drucker erlangt. So sind AFP-Tapes vorteilhaft besonders kostengünstig bereitzustellen oder zu erwerben, sodass vorteilhaft eine enorme Verbilligung der Herstellung von Filamenten erreicht wird. Folglich wird durch das bevorzugte Verfahren eine überaus hohe Effektivität erreicht für die Herstellung von Filamenten, die in 3D-Druckern, insbesondere Schmelzschichtung-3D-Druckern, einsetzbar sind.
In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung die Verwendung eines AFP-Tapes zur Herstellung eines Filaments für einen 3D-Drucker, insbesondere Schmelzschichtung-3D-Drucker.
Der durchschnittliche Fachmann erkennt, dass technische Merkmale, Definitionen und Vorteile bevorzugter Ausführungsformen, welche für die bevorzugte Vorrichtung zur Herstellung eines Filaments gelten, gleichermaßen für das bevorzugte Verfahren zur Herstellung eines Filaments gelten sowie einer bevorzugten Verwendung eines AFP-Tapes zur Herstellung eines Filaments gelten und umgekehrt.
Begriffe wie im Wesentlichen, etwa, ca. etc. beschreiben bevorzugt einen Toleranzbereich von weniger als ± 40%, bevorzugt weniger als ± 20%, besonders bevorzugt weniger als ± 10 %, noch stärker bevorzugt weniger als ± 5% und insbesondere weniger als ± 1 % und umfassen stets den exakten Wert.
Im Folgenden soll die Erfindung anhand von Abbildungen näher erläutert werden, ohne auf diese beschränkt zu sein.
ABBILDUNGEN
Figurenliste

Schematische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung
Nahansicht einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung
Schematische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung

Detaillierte Beschreibung der Abbildungen
Die zeigt eine schematische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1. Dargestellt ist ein AFP-Tape 13 mit einem Ausmaß von 0,25 Zoll (d. h. ca. 0,635 cm). Zu erkennen ist auch ein rechteckiger Querschnitt des AFP-Tapes 13, welches von einer Rohmaterialspule (hier nicht abgebildet) durch einen Kanal 7 in Richtung einer Düse 11 befördert wird. Entlang des Kanals 7 befinden sich, wie abgebildet, zwei Heizelemente 9, die für die Erwärmung des AFP-Tapes 13 sorgen. Als Material für den Kanal 7 wird EN AW 6061 verwendet, welches eine Aluminiumlegierung beschreibt, die Magnesium und Silizium als Hauptlegierungselemente enthält. Als Material für die Düse 11 wird PTFE GF eingesetzt, wobei GF für damit zusätzlich verarbeitete Glasfasern steht. Die Verarbeitung mit zusätzlichen Glasfasern hat für die Düse 11 den Vorteil, dass eine viel höhere Festigkeit, Steifigkeit und ein sehr gutes Gleitverhalten erreicht wird. Abgebildet ist auch ein entstandenes FDM/FFM Filament 3, welches einen runden Querschnitt aufweist. Dies kommt durch runden Querschnitt des Austritts der Düse 11 zustande. Dargestellt ist auch eine Fördereinheit 15, über die das Filament 3 auf eine Filamentspule (nicht abgebildet) präzise befördert werden kann.
Die zeigt eine Nahansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1. Das AFP-Tape 13 wird durch den Kanal 7 in Richtung der Düse 11 befördert. Zu erkennen ist auch, dass am Anfang noch ein eher rechteckiger Querschnitt des AFP-Tapes 13 vorliegt, der dann im späteren Verlauf zu einem runden Querschnitt überführt wird. Das entstandene Filament 13 ist als FDM-Filament in 3D-Druckern einsetzbar, insbesondere in Schmelzschichtung-3D-Druckern.
Die ist eine weitere schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1. Entlang einer Rohmaterialspule 5 ist ein vorimprägniertes AFP-Tape 13 gewickelt. Das AFP-Tape 13 wird über einen Kanal 7 geführt und durch die Heizelemente 9 kommt es zur Erwärmung innerhalb des Kanals 7. Insbesondere führt die Zuführung einer erhöhten Temperatur durch die Heizelemente 9 führt zur Ausbildung einer Vorwärmstrecke innerhalb des Kanals 7. Anschließend gelangt das beheizte AFP-Tape 13 in die Düse 11. Insbesondere führt die Düse 11 zu einer Umformung der AFP-Tapes 13. Bevorzugt kann die Düse 11 PTFE (Polytetrafluorethylen) umfassen. Die Fördereinheit 15 (z. B. in Form einer Rolle) liefert das zu einem FDM-Filament 13 bearbeitete Material zu einer Filamentspule 17, wo es dann in aufgewickelter Form vorliegt. Es kann bevorzugt sein, dass während der Vorwärmstrecke eine Temperatur zwischen 160°C und 300°C durch Temperaturregler erreicht wird. Die zur Erhitzung eingesetzte Temperatur hängt von den verwendeten Materialien ab.
Bezugszeichenliste

1: Vorrichtung
3: Filament
5: Rohmaterialspule
7: Kanal
9: Heizelement
11: Düse
13: AFP-Tape
15: Fördereinheit
17: Filamentspule

Claims

Vorrichtung (1) zur Herstellung eines Filaments (3) für Schmelzschichtung-3D-Drucker umfassend eine Rohmaterialspule (5), wobei ein Rohmaterial an der Rohmaterialspule (5) vorliegt und ausgehend von der Rohmaterialspule (5) in einen Kanal (7) beförderbar ist, wobei am Kanal (7) ein Heizelement (9) zur Ausbildung einer Vorwärmstrecke angebracht ist sowie der Kanal (7) eine Düse (11) aufweist, wobei das Rohmaterial durch das Heizelement (9) erwärmbar ist und durch die Düse (11) gelangt, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohmaterial ein vorimprägniertes AFP-Tape (13) umfassend einen Faser-Kunststoff-Verbund umfasst.
Vorrichtung (1) nach dem vorherigen Anspruch dadurch gekennzeichnet, dass das vorimprägnierte AFP-Tape (13) einen Durchmesser zwischen 1 - 10 mm, bevorzugt zwischen 5 - 10 mm aufweist und das Filament (3) einen Durchmesser zwischen 0,5 mm - 3 mm aufweist.
Vorrichtung (1) nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Rohmaterialspule (5) das vorimprägnierte AFP-Tape (13) mit einer Kraft bis zu 100 N und/oder einer Geschwindigkeit zwischen 0 - 300 mm/s in den Kanal (7) befördert.
Vorrichtung (1) nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Düse (11) eine sich verjüngende Öffnung umfasst, wobei bevorzugt die sich verjüngende Öffnung einen Durchmesser zwischen 0,5 mm - 3 mm aufweist.
Vorrichtung (1) nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Düse (11) ein Material umfasst ausgewählt aus einer Gruppe umfassend PTFE und/oder PEEK.
Vorrichtung (1) nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass 1, 2, 3, 4, 5, 6 oder mehr Heizelemente (9) am Kanal (7) angebracht sind zur Ausbildung der Vorwärmstrecke innerhalb des Kanals (7).
Vorrichtung (1) nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Vorwärmstrecke eine Temperatur aufweist zwischen 25°C - 400°C, bevorzugt zwischen 150°C - 400°C.
Vorrichtung (1) nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) eine Luftkühlkomponente (15) aufweist, sodass das Filament (3) nach einem Austritt auf der Düse (11) abkühlbar ist.
Vorrichtung (1) nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass das vorimprägniertes AFP-Tape (13) umfassend einen Faser-Kunststoff-Verbund eine Faser und eine Matrix aufweist, wobei bevorzugt die Fasern ausgewählt sind aus einer Gruppe umfassend anorganische Fasern, organische Fasern, metallische Fasern, Naturfasern, Glasfasern, Basaltfasern, Aramidfaser, Basaltfasern, Borfasern, Glasfasern, Keramikfasern, Kieselsäurefasern, Kohlenstofffasern, Quarzfasern, Stahl-Fasern, PBO-Fasern, Polyester-Fasern, Nylon-Fasern, Polyethylen-Fasern, Polymethylmethacrylat-Fasern, Flachs-Fasern, Hanf-Faser, Holzfasern und/oder Sisalfasern, wobei bevorzugt die Matrix eine thermoplastische Matrix ist ausgewählt aus einer Gruppe umfassend Polyetheretherketon (PEEK), Polyphenylensulfid (PPS), Polysulfon (PSU), Polyetherimid (PEI), Polytetrafluorethen (PTFE), eine duroplastischen Matrix ist ausgewählt aus einer Gruppe umfassend Epoxidharz (EP), Polyesterharz (UP), Vinylesterharz (VE), Phenol-Formaldehydharz (PF), Diallylphthalatharz (DAP), Methacrylatharz (MMA), Polyurethan (PUR), Aminoharze, Melaminharz (MF/MP) und/oder Harnstoffharz (UF) und/oder eine elastomere Matrix ausgewählt aus einer Gruppe umfassend Gummi und/oder Polyurethan (PUR) ist.
Verfahren zur Herstellung eines Filaments (3) für Schmelzschichtung-3D-Drucker umfassend folgende Schritte: e) Bereitstellung einer Vorrichtung (1) gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1-9, f) Beförderung eines Rohmaterials ausgehend von einer Rohmaterialspule (5) in einen Kanal (7), g) Erwärmung des Rohmaterials durch eine Anbringung eines Heizelements (9) am Kanal (7), h) Auslass des Rohmaterials durch eine Düse (11), dadurch gekennzeichnet, dass das Rohmaterial ein vorimprägniertes AFP-Tape (13) umfassend einen Faser-Kunststoff-Verbund ist.