DE202016104820U1

DE202016104820U1 - Ausgabedüse für einen 3D-Drucker

Info

Publication number: DE202016104820U1
Application number: DE202016104820.6U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2016-09-01
Filing date: 2016-09-01
Publication date: 2017-09-05
Anticipated expiration: 2026-09-02

Abstract

Ausgabedüse für einen 3D-Drucker, dadurch gekennzeichnet, dass sich für die Fläche (9, 10, 11, 12) der Ausgabeöffnung bei einer Unterteilung dieser Fläche (9, 10, 11, 12) durch gerade Linien (1, 2, 3, 4, 5, 6) in Längsrichtung (7) der Bewegung der Ausgabedüse zumindest bei einer Bewegung der Ausgabedüse ohne eine Richtungsänderung gleich große Flächenelemente (1, 2, 3, 4, 5, 6) ergeben.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ausgabedüse für einen 3D-Drucker nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Es sind sogenannte 3D-Drucker bekannt, mit denen sich dreidimensionale Objekte herstellen lassen, indem diese schichtweise aus (zäh-)flüssigen Materialien aufgetragen werden. Das herzustellende Objekt wird dazu durch horizontale Schnitte unterteilt. Entsprechend den so entstandenen horizontalen Scheiben wird der Druckkopf des 3D-Druckers nacheinander in den einzelnen Ebenen so angesteuert, dass Material in der entsprechenden Schicht an einem bestimmten Punkt dieser Ebene ausgegeben wird oder nicht.
Mit diesen 3D-Druckern lassen sich verschiedene Materialien ausgeben wie beispielsweise Kunststoffe, die zur Ausgabe durch Erwärmen verflüssigt werden, Lebensmittel wie beispielsweise Schokolade oder auch Beton. Bei diesen Materialien geht es darum, dass diese ausreichend fließfähig sind für eine Ausgabe durch den 3D-Drucker. Weiterhin müssen diese Materialien nach der Ausgabe vergleichsweise schnell aushärten bzw. trocknen, bevor diese Materialien weiter verlaufen. Je schneller diese Materialien aushärten bzw. trocknen, um so höher ist die Präzision bei den herzustellenden Produkten.
Diese 3D-Drucker eignen sich nach derzeitigem Entwicklungsstand zur Herstellung von Versuchsmustern nach einer ersten Konstruktionszeichnung bis hin zur Herstellung von Einzelprodukten, die zum dauerhaften Gebrauch durch den Endkunden vorgesehen sind. Diese Einzelprodukte können dabei durchaus auch kleiner Serien umfassen.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, die Materialausgabe eines 3D-Durckers zu verbessern.
Diese Aufgabe wird nach der vorliegenden Erfindung gemäß Anspruch 1 gelöst durch eine Ausgabedüse für einen 3D-Drucker, bei der sich für die Fläche der Ausgabeöffnung bei einer Unterteilung dieser Fläche durch gerade Linien in Längsrichtung der Bewegung der Ausgabedüse zumindest bei einer Bewegung der Ausgabedüse ohne eine Richtungsänderung gleich große Flächenelemente ergeben.
Bei den derzeitigen Ausgabedüsen ist die Ausgabeöffnung (d.h. die Querschnittsfläche der Ausgabedüse) kreisförmig. Bei einer solchen Ausgabeöffnung nehmen die Flächenelemente von außen zur Mitte hin zu.
Das bedeutet, dass bei einer Bewegung der Ausgabedüse in der Mitte der sich ergebenden Linie wesentlich mehr Material aufgetragen wird als an den Rändern dieser Linie.
Demgegenüber erweist es sich bei der Ausgestaltung der Ausgabedüse nach Anspruch 1 als vorteilhaft, dass die Linienstärke bei der Ausgabe des Materials durch den 3D-Drucker in der Breite der Linie konstant ist.
Dies erweist sich als vorteilhaft bei der Präzision der Konturen, die bei dem Objekt mittels des 3D-Druckers erzeugt werden sollen.
Die Längsrichtung der Bewegung Ausgabedüse entspricht bei einer Bewegung der Ausgabedüse ohne eine Richtungsänderung der Bewegungsrichtung der Ausgabedüse. Bei einer Bewegung der Ausgabedüse mit einer Richtungsänderung entspricht die Längsrichtung der Bewegung der Ausgabedüse gerade der Tangente an dem jeweiligen Punkt der Bahnkurve, die bei der Bewegung von der Ausgabedüse „abgefahren“ wird.
Bei der Ausgestaltung der Ausgabedüse nach Anspruch 2 wird die Form der Ausgabeöffnung der Ausgabedüse bei einer Richtungsänderung der Bewegung der Ausgabedüse so angepasst, dass die Flächenelemente von der Kurveninnenseite zur Kurvenaußenseite in der Größe zunehmen.
Vorteilhaft wird damit den geometrischen Verhältnissen Rechnung getragen, dass eine Linie auf der Kurvenaußenseite länger ist als eine Linie auf der Kurveninnenseite. Indem die Größe der Flächenelemente von der Kurveninnenseite zur Kurvenaußenseite zunehmen, wird dem Rechnung getragen, so dass sich wiederum ein konstanter Materialauftrag über die Breite der Linie einstellen kann.
Bei der Ausgestaltung nach Anspruch 3 ist die Zunahme der Größe der Flächenelemente von der Kurveninnenseite zur Kurvenaußenseite abhängig von dem Ausmaß der Richtungsänderung der Bewegung der Ausgabedüse.
Damit lässt sich das Maß der Zunahme der Größe der Flächenelemente abhängig von dem Maß der Richtungsänderung (d.h. der Krümmung der Bahnkurve) einstellen.
Bei der Ausgestaltung nach Anspruch 4 ist die Fläche der Ausgabeöffnung zumindest bei einer Bewegung der Ausgabedüse ohne eine Richtungsänderung rechteckig.
Diese Form der Ausgabeöffnung bietet den Vorteil, dass damit die Form der Ausgabedüse bei einer Richtungsänderung der Bewegung der Ausgabedüse in konstruktiver Hinsicht einfach angepasst werden kann. Hierzu muss lediglich ein Mechanismus vorgesehen werden, mit dem eine (ggf. auch mehrere) der seitlichen Begrenzungen der Ausgabeöffnungen drehbar sind. Durch diese Drehung ändert sich die Form der Ausgabeöffnung – beispielsweise zunächst zu einem Trapez. Beschreibt die Ausgabedüse in der Bewegung einen Kreis mit dem Innenradius „0“, ändert sich die Form der Ausgabeöffnung entsprechend zu einem Dreieck.
Bei der Ausgestaltung nach Anspruch 5 ist die Größe der Fläche der Ausgabeöffnung der Ausgabedüse veränderbar.
Dadurch kann die pro Zeiteinheit ausgegebene Materialmenge des dreidimensional zu druckenden Objektes lokal unterschiedlich eingestellt werden. Wird die Größe der Ausgabefläche bei gleichbleibender Bewegungsgeschwindigkeit der Ausgabedüse vergrößert, wird entsprechend mehr Material pro Zeiteinheit ausgegeben als bei einer geringeren Größe der Ausgabefläche.
Wird ein Objekt gedruckt, lässt sich beispielsweise mit einer geringeren Größe der Ausgabeöffnung im Bereich der sichtbaren Oberflächen des Objektes die sichtbare Auflösung von Strukturen verbessern. Werden hingegen Strukturen gedruckt, die das nicht sichtbare Innere von Objekten betreffen, kann es sinnvoll sein, dort mit größeren Materialausgabemengen pro Zeiteinheit (d.h. einer größeren Ausgabefläche der Ausgabedüse) zu arbeiten. Dadurch lassen sich Objekte schneller herstellen.
Bei der Ausgestaltung nach Anspruch 6 ist die Größe der Fläche der Ausgabeöffnung abhängig von dem Betrag der Bewegungsgeschwindigkeit der Ausgabedüse veränderbar.
Damit kann hinsichtlich der Materialstärke, die in der Linie entlang der Bahnkurve der Bewegung der Ausgabedüse ausgegeben wird, vorteilhaft nicht nur die Richtung der Bahnkurve berücksichtigt werden sondern auch der Betrag der Bewegungsgeschwindigkeit der Ausgabedüse. Mit der Ausgestaltung nach Anspruch 6 lässt sich beispielsweise erreichen, dass die Materialstärke des ausgegebenen Materials entlang einer Linie konstant bleibt, auch wenn der Betrag der Bewegungsgeschwindigkeit der Ausgabedüse entlang dieser Linie nicht konstant ist. Ohne eine solche Berücksichtigung wäre die Ausgabemenge entlang dieser Linie geringer bei einer betragsmäßig größeren Bewegungsgeschwindigkeit der Ausgabedüse.
Bei einem Rückbezug des Anspruchs 6 auf den Anspruch 5 lässt sich die Größe der Ausgabefläche der Ausgabedüse zunächst gemäß Anspruch 5 einstellen. Wird daran anschließend die Ausgabedüse entlang einer Linie bewegt, kann entsprechend der Ausgestaltung nach Anspruch 6 die – zunächst entsprechend der Ausgestaltung nach Anspruch 5 voreingestellte Größe der Ausgabefläche der Ausgabedüse – während der Bewegung der Ausgabedüse entlang dieser Linie abhängig von dem Betrag der Bewegungsgeschwindigkeit der Ausgabedüse entlang dieser Linie verändert werden.
Entsprechend gilt bei einem Rückbezug des Anspruchs 6 auf einen der Ansprüche 1 bis 4, dass mit der Berücksichtigung des Betrages der Bewegungsgeschwindigkeit entlang der Linie die Größe der Ausgabefläche der Ausgabeöffnung der Ausgabedüse ausgehend von der Größe dieser Ausgabefläche zu Beginn der Bewegung entlang der Linie erfolgt, wobei weiterhin ggf. eine voreingestellte Form der Fläche der Ausgabeöffnung entsprechend den Ansprüchen 2 bzw. 3 weiterhin berücksichtigt wird.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Es zeigt dabei:
1: verschiedene Ausgestaltungen der Form der Ausgabeöffnung einer Ausgabedüse und
2: eine Prinzipdarstellung der Änderung der Form der Ausgabeöffnung einer Ausgabedüse abhängig von der Richtungsänderung der Bewegung der Ausgabedüse.
1 zeigt verschiedene Ausgestaltungen 8, 9, 10, 11, 12 der Form der Ausgabeöffnung einer Ausgabedüse. Die Bewegungsrichtung der Ausgabedüse ist mit dem Pfeil 7 gekennzeichnet.
Die Ausgabeöffnungen 8, 9, 10, 11, 12 sind in der Darstellung der 1 jeweils durch Linien, die in der Bewegungsrichtung 7 der Ausgabedüse verlaufen, in Teilflächen unterteilt, die durch die Streifen 1, 2, 3, 4, 5, 6 gekennzeichnet sind.
Diese Unterteilung dient in der Darstellung der 1 nur der Verdeutlichung der Größenverhältnisse der dadurch entstehenden Teilflächen. Die Ausgabeöffnung der Ausgabedüse ist im laufenden Betrieb dabei nicht unterteilt sondern bildet eine einheitliche Fläche ohne die Unterteilungen.
Die Ausgabeöffnung 8 ist kreisförmig und entspricht somit dem bekannten Stand der Technik für die Ausgestaltung der Ausgabedüse eines 3D-Druckers. Es ist dabei zu sehen, dass die Größe der Teilflächen in den Bahnen 1 und 6 kleiner ist als die Größe der Teilflächen 2 und 5. Die Größe der Teilflächen 2 und 5 ist wiederum kleiner als die Größe der Teilflächen 3 und 4.
Diese Größenverhältnisse bedingen bei der Materialausgabe, dass eine Linie mit einer Ausgabedüse entsprechend der Bezugsziffer 8 zu einer Linie führt, bei der in der Mitte der Linie die Materialstärke größer ist als in den Randbereichen der Linie.
Deswegen ist nach der vorliegenden Erfindung vorgesehen, dass zumindest bei einer Bewegung der Ausgabedüse ohne eine Richtungsänderung dieser Bewegung die Teilflächen in den Bahnen 1, 2, 3, 4, 5, 6 gleich groß sind.
Dies ist in den Ausführungsbeispielen 9, 10, 11, 12 jeweils der Fall.
2 zeigt eine Prinzipdarstellung der Änderung der Form 201, 202, 203 der Ausgabeöffnung einer Ausgabedüse abhängig von der Richtungsänderung der Bewegung der Ausgabedüse.
Mit der Bezugsziffer 201 ist ein rechteckförmiger Querschnitt der Ausgabeöffnung der Ausgabedüse bezeichnet. Diese Form entspricht einer Bewegung der Ausgabedüse ohne eine Richtungsänderung. Die Teilflächen der Ausgabeöffnung 201 sind in den einzelnen Teilflächen 1, 2, 3, 4, 5, 6 gleich groß.
In dem Ausführungsbeispiel der Ausgabeöffnung 202 ist zu sehen, dass die in Bewegungsrichtung vordere Begrenzungslinie des Rechtsecks drehbar ist um ihren Mittelpunkt. Die dargestellte Form der Ausgabeöffnung entspricht einer Linkskurve der Ausgabeöffnung 202. Die Form der Ausgabeöffnung 202 ist dabei trapezförmig.
Die Teilflächen in den Bahnen 1 bis 6 nehmen somit von der Kurveninnenseite zur Kurvenaußenseite zu.
Dasselbe gilt für das Ausführungsbeispiel der Ausgabeöffnung 203. Dieses Ausführungsbeispiel entspricht einer stärkeren Krümmung der Bahnkurve der Ausgabeöffnung als in dem Ausführungsbeispiel 202.
Deswegen ist das Maß, um das die Größe der Teilflächen von der Kurveninnenseite zur Kurvenaußenseite zunimmt, in dem Ausführungsbeispiel 203 größer als in dem Ausführungsbeispiel 202.

Claims

Ausgabedüse für einen 3D-Drucker, dadurch gekennzeichnet, dass sich für die Fläche (9, 10, 11, 12) der Ausgabeöffnung bei einer Unterteilung dieser Fläche (9, 10, 11, 12) durch gerade Linien (1, 2, 3, 4, 5, 6) in Längsrichtung (7) der Bewegung der Ausgabedüse zumindest bei einer Bewegung der Ausgabedüse ohne eine Richtungsänderung gleich große Flächenelemente (1, 2, 3, 4, 5, 6) ergeben.
Ausgabedüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Form (201, 202, 203) der Ausgabeöffnung der Ausgabedüse bei einer Richtungsänderung der Bewegung der Ausgabedüse so angepasst wird, dass die Flächenelemente (1, 2, 3, 4, 5, 6) von der Kurveninnenseite zur Kurvenaußenseite in der Größe zunehmen.
Ausgabedüse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, das die Zunahme der Größe der Flächenelemente (1, 2, 3, 4, 5, 6; 201-202-203) von der Kurveninnenseite zur Kurvenaußenseite abhängig von dem Ausmaß der Richtungsänderung der Bewegung der Ausgabedüse ist.
Ausgabedüse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Fläche (10, 201) der Ausgabeöffnung zumindest bei einer Bewegung der Ausgabedüse ohne eine Richtungsänderung rechteckig ist.
Ausgabeöffnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Größe der Fläche (9, 10, 11, 12, 201, 202, 203) der Ausgabeöffnung der Ausgabedüse veränderbar ist.
Ausgabeöffnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Größe der Fläche (9, 10, 11, 12, 201, 202, 203) der Ausgabeöffnung abhängig von dem Betrag der Bewegungsgeschwindigkeit der Ausgabedüse veränderbar ist.