DE202015000178U1 - Beeinflussung der Schmelz- und Erweichungszone per Peltierelement bei 3D-Druckern nach dem Schmelzschichtverfahren - Google Patents

Beeinflussung der Schmelz- und Erweichungszone per Peltierelement bei 3D-Druckern nach dem Schmelzschichtverfahren Download PDF

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Abstract

Beeinflussung der Schmelz- und Erweichungszone per Peltierelement bei 3D-Druckern nach dem Schmelzschichtverfahren, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperierung der Thermalbarriere (engl. heat barrier) (5) durch ein oder mehrere Peltierelemente (2) erfolgt.

Description

  • – Technische Beschreibung –
  • 3D-Drucker nach dem Schmelzschichtverfahren (FDM – Fused Deposition Modeling bzw. FFF – Fused Filament Fabrication) haben typischerweise oberhalb der beheizten Extrusionsdüse einen gekühlten Bereich (Thermalbarriere, engl. heat barrier), der die Länge der Schmelzzone und des Bereichs in dem eine Erweichung des Materials stattfindet, begrenzen soll. Diese Kühlung ist häufig als aktive oder passive Luftkühlung, alternativ als Flüssigkeitskühlung dargestellt. Die Wirksamkeit der Luftkühlung ist u. a. durch die Temperatur der zur Kühlung verwendeten Umgebungsluft begrenzt. Diese Umgebungsluft im Inneren der Maschine kann, je nach Bauart, deutlich höhere Temperaturen aufweisen als außerhalb der Maschine. Die Verwendung einer Flüssigkeitskühlung hingegen umgeht dieses Problem, ist jedoch i. d. R. deutlich aufwendiger und kostenintensiver in der Umsetzung. Außerdem ist auch hier die Kühlwirkung durch die Umgebungstemperatur der Maschine begrenzt.
  • Der im Schutzanspruch 1 angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde, die Temperatur im Bereich der Schmelz- und Erweichungszone unabhängig von der Umgebungstemperatur beeinflussen zu können.
  • Dieses Problem wird mit den im Schutzanspruch 1 aufgeführten Merkmalen gelöst.
  • Mit der Erfindung wird erreicht, dass die Temperatur der Thermalbarriere unabhängig der Umgebungstemperatur geregelt oder gesteuert werden kann und auch darunter liegen kann. Zudem ist die Kühlwirkung größer als bei konventionellen Luft- bzw. Flüssigkeitskühlungen. Die Kühlung der Thermalbarriere (5) kann mit einem oder mehreren Peltierelementen (2) ausgestaltet werden, ebenso wie eine Kühlung mehrerer Thermalbarrieren mit einem Peltierelement möglich ist. Bei der Verwendung mehrerer Peltierelemente können diese thermisch parallel oder in Serie („gestapelt”) verbaut werden. Die Einbaulage eines jeden Peltierelements und die Polarität der elektrischen Anschlussleitungen (1) sind so zu wählen, dass die „kalte Seite” auf der Thermalbarriere angebracht wird und auf der „heißen Seite” die Wärme abtransportiert wird, z. b. mit einem Kühlkörper (3) oder einem Kühlkörper (3) und einem Lüfter (4). Eine Ausgestaltung mittels einer Flüssigkeitskühlung an Stelle des Kühlkörpers (3) und Lüfters (4) ist möglich. Wenn eine Regelung der Kühlwirkung erzielt werden soll, wird hierfür ein Temperatursensor (11) benötigt. Abhängig von der direkten Umgebungstemperatur kann eine Wärmedämmung (10) auf der Oberfläche der Thermalbarriere die Kühlwirkung optimieren, bzw. die benötigte elektrische Leistung senken.
  • Eine Erwärmung des zu extrudierenden Materials durch ein oder mehrere Peltierelemente ist ebenso möglich, wenn die Polarität entgegengesetzt der vom zuvor genannten Kühlbetrieb gewählt wird.
  • Eine beispielhafte Ausgestaltung der Erfindung ist in 1 erkennbar. Zu sehen sind die bei einem typischen nach dem Schmelzschichtverfahren arbeitenden 3D-Drucker üblichen Bauteile Extrusionsdüse (7) am Heizblock (8), der dem zu extrudierenden Material (9) die nötige Energie zuführt, um es zu schmelzen. Dargestellt ist ein Peltierelement (2) mit seinen elektrischen Anschlussleitungen (1), positioniert auf der Thermalbarriere (5) und mit einem Kühlkörper (3) und Lüfter (4) versehen. Die Wärmedämmung (10) verhindert unerwünschte Wärmeströme. Der Temperatursensor (11) ermöglicht eine Regelung der Thermalbarrierentemperatur.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    elektrische Anschlussleitung eines Peltierelementes
    2
    Peltierelement
    3
    Luftkühlkörper
    4
    Lüfter
    5
    Thermalbarriere („heat barrier”)
    6
    extrudiertes Material
    7
    Extrusionsdüse
    8
    Heizblock zum Schmelzen des Extrusionsmaterials
    9
    Extrusionsmaterial
    10
    Wärmedämmung
    11
    Temperatursensor

Claims (7)

  1. Beeinflussung der Schmelz- und Erweichungszone per Peltierelement bei 3D-Druckern nach dem Schmelzschichtverfahren, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperierung der Thermalbarriere (engl. heat barrier) (5) durch ein oder mehrere Peltierelemente (2) erfolgt.
  2. Beeinflussung der Schmelz- und Erweichungszone per Peltierelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeabtransport vom oder zum Peltierelement (2) mittels passiver Luftkühlung, z. B. durch einen Kühlkörper (3) erfolgt.
  3. Beeinflussung der Schmelz- und Erweichungszone per Peltierelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeabtransport vom oder zum Peltierelement (2) mittels aktiver Luftkühlung, z. B. durch einen Kühlkörper (3) und einem Lüfter (4) erfolgt.
  4. Beeinflussung der Schmelz- und Erweichungszone per Peltierelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeabtransport vom oder zum Peltierelement (2) mittels Flüssigkeitskühlung erfolgt.
  5. Beeinflussung der Schmelz- und Erweichungszone per Peltierelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperierung durch eine thermische Serienanordnung („Stapel”) von Peltierelementen (2) erfolgt.
  6. Beeinflussung der Schmelz- und Erweichungszone per Peltierelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Verbesserung der Temperierwirkung des Peltierelementes bzw. der Peltierelemente (2) die Thermalbarriere mit einer Wärmedämmung (10) versehen wird.
  7. Beeinflussung der Schmelz- und Erweichungszone per Peltierelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperierwirkung des Peltierelementes bzw. der Peltierelemente (2) unter Zuhilfenahme eines Temperatursensors (11) geregelt wird.
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