DE202018101538U1 - Device for producing an endless product - Google Patents
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Abstract
Vorrichtung (10) zur Herstellung eines Endlosprodukts (38), gekennzeichnet durch Extrusion eines aus mindestens einem Hauptmaterial (22) bestehenden Endlosstrangs (14), der sich ausgehend von einem Extruder (20) entlang einer Transportrichtung (18) bewegt, und durch Auftrag von Zusatzmaterial (32) auf die Umfangsfläche (34) des sich bewegenden Endlosstrangs (14) mittels einer 3D-Druckeinrichtung (30).An apparatus (10) for producing an endless product (38), characterized by extruding a continuous strand (14) consisting of at least one main material (22), which moves from an extruder (20) along a transport direction (18), and by applying Additional material (32) on the peripheral surface (34) of the moving endless strand (14) by means of a 3D printing device (30).
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung eines Endlosprodukts und/oder zur Durchführung eines Verfahrens zur Herstellung eines Endlosprodukts.The invention relates to a device for producing an endless product and / or for carrying out a method for producing an endless product.
Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, Endlosprodukte durch Extrusion herzustellen, wobei eine formveränderbare, härtbare Masse durch eine formgebende Öffnung herausgepresst wird und die solchermaßen geformte Masse aushärtet. Dabei wird die Querschnittsgeometrie des Endlosprodukts durch die Geometrie einer Extrusionsdüse vorgegeben.From the prior art it is known to produce continuous products by extrusion, wherein a moldable, curable composition is pressed out through a shaping opening and cures the thus shaped mass. The cross-sectional geometry of the endless product is dictated by the geometry of an extrusion die.
Die Herstellung eines im Querschnitt konstanten Endlosprodukts mittels des Extrusionsverfahrens ist gut beherrschbar und sehr preisgünstig. Es besteht jedoch auch Bedarf nach Endlosprodukten, welche längs ihrer Erstreckung gesehen unterschiedliche Querschnitte aufweisen. Zu diesem Zweck ist es beispielsweise aus der
Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Herstellung eines Endlosprodukts mit variierendem Querschnitt anzugeben, bei welchem bzw. bei welcher die Vorteile einer Herstellung eines Endlosprodukts mittels Extrusion erhalten bleiben, ohne dass dies notwendigerweise mit den vorstehend diskutierten Nachteilen einhergeht.On this basis, the object of the present invention is to provide a device for producing an endless product with a varying cross-section, in which the advantages of producing an endless product by means of extrusion are maintained, without this necessarily being accompanied by the disadvantages discussed above.
Diese Aufgabe wird gelöst durch Extrusion eines aus mindestens einem Hauptmaterial bestehenden Endlosstrangs, der sich ausgehend von einem Extruder entlang einer Transportrichtung bewegt, und durch Auftrag von Zusatzmaterial auf die Umfangsfläche des sich bewegenden Endlosstrangs mittels einer 3D-Druckeinrichtung.This object is achieved by extrusion of an endless strand consisting of at least one main material, which moves from an extruder along a transport direction, and by application of additional material to the peripheral surface of the moving endless strand by means of a 3D printing device.
Dies ermöglicht es, die Vorteile des Extrusionsverfahrens (gute Beherrschbarkeit, preisgünstige Herstellung) mit der Herstellung variierender Querschnitte kombinieren zu können, ohne dabei die Nachteile bei der Verwendung von Extrusionsdüsen mit variablem Querschnitt in Kauf nehmen zu müssen.This makes it possible to combine the advantages of the extrusion process (good controllability, low-cost production) with the production of varying cross sections, without having to accept the disadvantages of using extrusion nozzles with variable cross section.
Im Rahmen der Erfindung ist es möglich, im Prinzip beliebige Querschnitte herstellen zu können. Hierfür muss nicht auf eine aufwändige Mechanik von Extrusionsdüsen mit variablem Querschnitt zurückgegriffen werden. Somit entfällt auch eine aufwändige Wartung einer solchen Extrusionsdüse.In the context of the invention, it is possible to be able to produce in principle arbitrary cross-sections. For this, it is not necessary to resort to an elaborate mechanism of extrusion nozzles with a variable cross-section. This eliminates a costly maintenance of such an extrusion die.
Die Erfindung kennzeichnet sich insbesondere auch dadurch, dass ein für den Auftrag von Zusatzmaterial benötigter Vorschub zumindest zum Teil dadurch generiert wird, dass sich der mittels des Extrusionsverfahrens hergestellte Endlosstrang entlang seiner Transportrichtung bewegt. Es ist somit prinzipiell möglich, dass ein Druckkopf, der zur Durchführung eines 3D-Druckverfahrens verwendet wird, zumindest in Transportrichtung des Endlosstrangs gesehen ausschließlich stationär positioniert sein kann. Über die Längserstreckung des Endlosprodukts hinweg gesehen variable Querschnitte können beispielsweise hergestellt werden, indem der Druckkopf in einem Zeitintervall Zusatzmaterial auf den Endlosstrang aufträgt und in einem folgenden Zeitintervall kein Zusatzmaterial oder weniger oder mehr Zusatzmaterial auf den Endlosstrang aufdruckt.The invention is characterized in particular by the fact that a feed required for the application of additional material is at least partly generated by the fact that the endless strand produced by means of the extrusion process moves along its transport direction. It is thus possible in principle that a printhead which is used to carry out a 3D printing process, at least in the direction of transport of the endless strand seen can be positioned exclusively stationary. Variable cross-sections seen across the length of the continuous product can be made, for example, by applying additional material to the endless strand at a time interval and not printing any filler or less or more filler onto the continuous strand in a subsequent time interval.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung eignet sich insbesondere zur Durchführung nachstehend erörterter 3D-Druckverfahren.The device according to the invention is particularly suitable for carrying out the 3D printing method discussed below.
Ein erstes Beispiel für ein mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung durchführbares 3D-Druckverfahren ist „Fused Deposition Modeling“ (FDM). Dieses Verfahren wird auch Schmelzschichtung genannt. lm Prinzip erfolgt hierbei eine gerasterte „Mikroextrusion“, bei welcher sehr kleine Materialstränge oder -tropfen („Voxel“ als 3D-Analogon zu „Pixeln“) auf dem sich bewegenden Endlosstrang abgelegt werden. Dabei kann das Material als Strangmaterial von einer Rolle (oder auch als Granulat) zugeführt und in einem Druckkopf aufgeschmolzen und durch eine kleine Öffnung extrudiert werden. Es können durch entsprechende Veränderung des Abstands des Druckkopfs zu der Umfangsfläche des Endlosstrangs auch mehrere Schichten übereinander mikroextrudiert („aufgedruckt“) werden.A first example of a 3D printing process that can be carried out with the device according to the invention is "Fused Deposition Modeling" (FDM). This process is also called melt stratification. In principle, a rasterized "microextrusion" takes place, in which very small strands of material or drops ("voxels" as 3D analogue to "pixels") are deposited on the moving endless strand. In this case, the material can be supplied as a strand material from a roll (or as granules) and melted in a print head and extruded through a small opening. By correspondingly changing the distance of the print head from the peripheral surface of the continuous strand, it is also possible to microextrude ("print") several layers one above the other.
Für in Wachstumsrichtung hinterschnittige, „überhängende“ Bereiche kann zusätzlich zu dem eigentlichen Baumaterial auch ein Stützmaterial gedruckt werden, welches nach Fertigstellung eines zu bedruckenden Abschnitts des Endlosstrangs entfernt wird. Hierfür werden vorzugsweise Druckköpfe mit zwei Materialzuführdüsen verwendet, wobei eine erste Materialzuführdüse für das Baumaterial und eine zweite Materialzuführdüse für das Stützmaterial vorgesehen ist.For in the growth direction undercut, "overhanging" areas in addition to the actual building material and a support material can be printed, which is removed after completion of a section to be printed of the endless strand. For this purpose, preferably printheads are used with two material feed nozzles, wherein a first Materialzuführdüse is provided for the building material and a second Materialzuführdüse for the support material.
Ein weiteres Beispiel für ein mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung durchführbares 3D-Druckverfahren ist „Thermal Phase Change Inkjet“. Bei diesem Verfahren wird ein Druckkopf nach Art eines Tintenstrahldruckers verwendet, der Druckmaterial auf den sich bewegenden Endlosstrang aufdruckt. Als zu druckendes Material oder „Tinte“ wird ein Material verwendet, das in einem flüssigen Zustand vorgehalten wird und nach dem Auftrag auf den Endlosstrang dort abkühlt und erstarrt. Es können durch entsprechende Veränderung des Abstands des Druckkopfs zu der Umfangsfläche des Endlosstrangs auch mehrere Schichten übereinander aufgedruckt werden. Auch bei diesem Verfahren können - beispielsweise unter Verwendung vorstehend diskutierter Druckköpfe mit zwei Materialzuführdüsen - sowohl lediglich Baumaterialien als auch Baumaterialien und Stützmaterialien auf den Endlosstrang aufgedruckt werden.Another example of a 3D printing process that can be carried out with the device according to the invention is "Thermal Phase Change Inkjet". In this method, a print head is used in the manner of an ink jet printer, the Printing material imprinted on the moving endless strand. As a material to be printed or "ink", a material is used, which is kept in a liquid state and after application to the endless strand there cools and solidifies. It can be printed one above the other by appropriate variation of the distance of the print head to the peripheral surface of the endless strand and several layers. Also in this method, for example, using printheads having two material supply nozzles discussed above, only construction materials as well as building materials and support materials can be printed on the endless strand.
Ein weiteres Beispiel für ein mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung durchführbares 3D-Druckverfahren ist „Photopolymer Inkjet“. Auch bei diesem Verfahren wird ein Druckkopf nach Art eines Tintenstrahldruckers verwendet, der Druckmaterial auf den sich bewegenden Endlosstrang aufdruckt. Als zu druckendes Material oder „Tinte“ wird hier jedoch ein flüssiges, photopolymerisierbares Kunstharz verwendet, das nach dem Auftrag auf den Endlosstrang durch Belichtung mit Licht geeigneter Wellenlänge (beispielsweise mit UV-Strahlen) polymerisiert und aushärtet. Es können durch entsprechende Veränderung des Abstands des Druckkopfs zu der Umfangsfläche des Endlosstrangs auch mehrere Schichten übereinander aufgedruckt werden. Auch bei diesem Verfahren können - beispielsweise unter Verwendung vorstehend diskutierter Druckköpfe mit zwei Materialzuführdüsen - sowohl lediglich Baumaterialien als auch Baumaterialien und Stützmaterialien auf den Endlosstrang aufgedruckt werden.Another example of a 3D printing process that can be carried out with the device according to the invention is "photopolymer inkjet". Also in this method, a printhead is used in the manner of an ink jet printer, the printed material imprinted on the moving endless strand. As a material to be printed or "ink" is here, however, a liquid, photopolymerizable resin used, which polymerizes after application to the continuous strand by exposure to light of suitable wavelength (for example, with UV rays) and cured. It can be printed one above the other by appropriate variation of the distance of the print head to the peripheral surface of the endless strand and several layers. Also in this method, for example, using printheads having two material supply nozzles discussed above, only construction materials as well as building materials and support materials can be printed on the endless strand.
Ein weiteres Beispiel für ein mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung durchführbares 3D-Druckverfahren ist die Stereolithografie. Hierbei durchläuft der Endlosstrang eine mit Kunstharz gefüllte Wanne, wobei ein oberer Abschnitt des Endlosstrangs und somit eine Teilfläche der Umfangsfläche des Endlosstrangs knapp unter der Flüssigkeitsoberfläche geführt wird. Auf diese Weise entsteht auf der Teilfläche der Umfangsfläche des Endlosstrangs ein Film aus Kunstharzmaterial. Dieser Film wird einem zu druckenden Muster entsprechend selektiv belichtet und härtet dort aus. Dem bei den vorstehend beschriebenen 3D-Druckverfahren verwendeten Druckkopf entspricht in diesem Fall eine Belichtungseinheit, die eine geeignete Lichtquelle umfasst.Another example of a 3D printing process that can be carried out with the device according to the invention is stereolithography. Here, the endless strand passes through a tank filled with synthetic resin, wherein an upper portion of the endless strand and thus a partial surface of the peripheral surface of the endless strand is guided just below the liquid surface. In this way, a film of synthetic resin material is formed on the partial surface of the peripheral surface of the endless strand. This film is selectively exposed to a pattern to be printed and cured there. In this case, the print head used in the above-described 3D printing method corresponds to an exposure unit that includes a suitable light source.
Es ist auch bei der Stereolithografie möglich, auf den Teilabschnitt der Umfangsfläche des Endlosstrangs mehrere Schichten übereinander „aufzudrucken“. Beispielsweise kann der Endlosstrang mit einem kleinen Neigungswinkel „bergab“ durch die mit Kunstharz gefüllte Wanne geführt werden (ein in Transportrichtung des Endlosstrangs zuerst hergestellter Abschnitt ist also bezogen auf die Schwerkraftrichtung weiter unten angeordnet als ein in Transportrichtung des Endlosstrangs später hergestellter Abschnitt). Es können mehrere Belichtungseinheiten vorgehalten sein, die in Transportrichtung gesehen einander folgend angeordnet sind. Es ist auch möglich, eine oder mehrere Belichtungseinheiten in Transportrichtung anzutreiben, mit bezogen auf die Transportgeschwindigkeit des Endlosstrangs identischer oder abweichender Geschwindigkeit.It is also possible in stereolithography to "print" on the portion of the peripheral surface of the endless strand several layers one above the other. For example, the endless strand with a small angle of inclination "down" through the resin-filled tub are performed (so in the transport direction of the endless strand first produced section is so arranged with respect to the direction of gravity lower than a later in the transport direction of the endless strand produced section). Several exposure units may be provided, which are arranged following each other in the direction of transport. It is also possible to drive one or more exposure units in the transport direction, with respect to the transport speed of the endless strand identical or deviating speed.
Ein weiteres Beispiel für ein mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung durchführbares 3D-Druckverfahren ist das Lasersintern, welches der Stereolithografie ähnelt. Anstelle eines photochemisch polymerisierbaren, flüssigen Harzes wird jedoch ein Pulver aus einem thermoplastischen Material verwendet, das als dünne Schicht auf eine Teilfläche der Umfangsfläche des Endlosstrangs aufgetragen und anschließend mittels eines Lasers erwärmt und gesintert wird. Dem bei den vorstehend beschriebenen 3D-Druckverfahren verwendeten Druckkopf entspricht in diesem Fall eine Belichtungseinheit, die einen geeigneten Laser umfasst.Another example of a 3D printing process that can be carried out with the device according to the invention is laser sintering, which is similar to stereolithography. Instead of a photochemically polymerizable liquid resin, however, a powder of a thermoplastic material is used, which is applied as a thin layer on a partial surface of the peripheral surface of the endless strand and then heated by means of a laser and sintered. In this case, the print head used in the above-described 3D printing method corresponds to an exposure unit comprising a suitable laser.
Es ist bevorzugt, dass eine pro Zeiteinheit und/oder bezogen auf eine Längeneinheit des Endlosprodukts durch das 3D-Druckverfahren bzw. mittels der 3D-Druckeinrichtung aufgetragene Menge des Zusatzmaterials variiert. Dies ermöglicht es (sowohl bei stationär positioniertem Druckkopf als auch bei einem sich bewegenden Druckkopf) in einfacher Weise, ein Endlosprodukt mit über die Längserstreckung des Endlosprodukts hinweg gesehen variierenden Querschnitten herstellen zu können.It is preferred that a quantity of additional material applied per unit of time and / or based on a unit length of the endless product varies as a result of the 3D printing method or by means of the 3D printing device. This makes it possible (both stationary positioned printhead as well as a moving printhead) in a simple manner to produce an endless product with over the longitudinal extent of the endless product away seen varying cross sections.
Im Rahmen der Erfindung geeignete und bevorzugte Hauptmaterialien sind insbesondere Kunststoffmaterialien, welche beispielsweise auch Faseranteile aufweisen können, und Metall. Im Rahmen der Erfindung werden unter extrudierten Endlosstränge also auch metallische „stranggepresste“ Endlosstränge verstanden. Auch keramische Hauptmaterialien sind denkbar.In the context of the invention suitable and preferred main materials are in particular plastic materials, which may for example also have fiber components, and metal. In the context of the invention, extruded endless strands are thus also understood as meaning metallic "extruded" endless strands. Also ceramic main materials are conceivable.
Im Rahmen der Erfindung geeignete und bevorzugte Zusatzmaterialien können zu dem Hauptmaterial oder den Hauptmaterialien identisch sein oder von diesen abweichen. Insbesondere sind Kunststoffmaterialien bevorzugt, welche beispielsweise auch Faseranteile aufweisen können, ferner Metalle und Keramiken.Suitable and preferred additive materials within the scope of the invention may be identical to or different from the main material or materials. In particular, plastic materials are preferred which, for example, may also have fiber components, furthermore metals and ceramics.
Insbesondere ist es bevorzugt, dass eine quer zur Transportrichtung mittels der 3D-Druckeinrichtung aufgetragene Menge des Zusatzmaterials variiert, sodass mittels der 3D-Druckeinrichtung hergestellte und in Längserstreckung des Endlosprodukts gesehen zueinander versetzte, senkrecht zur Transportrichtung orientierte Querschnitte durch das Zusatzmaterial voneinander verschiedene Formen und/oder Größen aufweisen. Die Variation der aufgetragenen Menge des Zusatzmaterials kann auf die pro Zeiteinheit aufgetragene Menge und/oder auf die pro Längeneinheit des Endlosprodukts aufgetragene Menge bezogen sein.In particular, it is preferred that a quantity of the additional material applied transversely to the transport direction by means of the 3D printing device varies, so that cross-sections oriented by the 3D printing device and offset with respect to one another in the longitudinal extension of the endless product, oriented perpendicularly to the transport direction, differ from each other by the additional material and / or sizes. The variation of the applied amount of the additive material may be related to the amount applied per unit time and / or to the amount applied per unit length of the continuous product.
Durch die Variation des Querschnitts durch das Zusatzmaterial können auf einfache Art und Weise Endlosprodukte mit in Längserstreckung des Endlosprodukts gesehen variierendem Querschnitt hergestellt werden. Dabei ist es bevorzugt, dass längs des Endlosprodukts zueinander versetzte Querschnitte durch den Endlosstrang, der mittels Extrusion hergestellt ist, zueinander identisch sind. Es ist möglich, dass auch diese Querschnitte variieren, beispielsweise indem eine Extrusionsdüse mit veränderbarer Düsenöffnungsgeometrie verwendet wird. Hierdurch müssen zwar entsprechende Nachteile in Kauf genommen werden; in Verbindung mit dem mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung durchgeführten 3D-Druckverfahren auf den sich bewegenden Endlosstrang können aber im Vergleich zu einer Extrusionsdüse mit veränderbarer Düsenöffnungsgeometrie zueinander versetzte Querschnitte des Endlosprodukts sehr viel freier variiert werden. Diese Querschnitte umfassen einen Flächenanteil, der durch den Endlosstrang gebildet ist, und einen Flächenanteil, der durch das Zusatzmaterial gebildet ist, wobei dieser Flächenanteil auch „Null“ betragen kann.By varying the cross section through the additional material, it is possible in a simple manner to produce endless products with a varying cross-section viewed in the longitudinal direction of the endless product. It is preferred that along the endless product staggered cross-sections through the endless strand, which is made by extrusion, are identical to each other. It is possible that these cross sections also vary, for example by using an extrusion nozzle with variable nozzle opening geometry. As a result, although corresponding disadvantages must be accepted; in connection with the 3D printing process carried out with the device according to the invention on the moving continuous strand but compared to an extrusion die with variable nozzle opening geometry staggered cross sections of the endless product can be varied much more freely. These cross-sections include an area fraction formed by the endless strand and an area fraction formed by the additive material, which area fraction may also be "zero".
Nach einer Ausführungsform der Erfindung ist es bevorzugt, dass der Auftrag von Zusatzmaterial auf die Umfangsfläche des sich bewegenden Endlosstrangs intervallartig vollständig unterbrochen wird, sodass ein Endlosprodukt hergestellt wird, das in Längsrichtung des Endlosprodukts zueinander versetzte, senkrecht zur Transportrichtung orientierte Querschnitte aufweist, von denen mindestens ein erster Querschnitt ausschließlich durch Extrusion und mindestens ein zweiter Querschnitt sowohl durch Extrusion als auch mittels der 3D-Druckeinrichtung hergestellt ist.According to one embodiment of the invention, it is preferred that the application of additional material to the peripheral surface of the moving endless strand is intermittently completely interrupted, so that an endless product is produced, which in the longitudinal direction of the endless product staggered, oriented perpendicular to the transport direction cross-sections, of which at least a first cross-section is produced exclusively by extrusion and at least one second cross-section both by extrusion and by means of the 3D printing device.
Dies ermöglicht auch eine Art „Indexierung“ eines Endlosstrangs, der in regelmäßigen oder unregelmäßigen Abständen mit einem Abschnitt aus Zusatzmaterial bedruckt wird, beispielsweise um ein erstes und/oder ein zweites Ende eines Teilstrangs des Endlosprodukts zu kennzeichnen.This also allows some sort of "indexing" of a continuous strand which is printed at regular or irregular intervals with a section of filler material, for example, to identify a first and / or a second end of a sub-strand of the continuous product.
Wie vorstehend erörtert, ist es möglich, dass das 3D-Druckverfahren mit einer Druckeinrichtung durchgeführt wird, welche stationär, also ortsfest, angeordnet ist. Es ist aber auch möglich, dass das 3D-Druckverfahren mit einer Druckeinrichtung durchgeführt wird, welche während des Auftrags von Zusatzmaterial auf den sich bewegenden Endlosstrang entlang einer Achse quer, insbesondere senkrecht, zu der Transportrichtung und/oder quer, insbesondere senkrecht, zu einer Materialaustragsrichtung der 3D-Druckeinrichtung bewegt wird. Dies ermöglicht es insbesondere, einen Endlosstrang über eine quer zur Transportrichtung gemessene Breite des Endlosstrangs bedrucken zu können, beispielsweise wenn ein Druckkopf oder eine Druckeinrichtung einen Druckbereich aufweist, der kleiner als diese Breite ist.As discussed above, it is possible that the 3D printing process is performed with a printing device which is stationary, ie stationary. But it is also possible that the 3D printing method is performed with a printing device which during the application of additional material on the moving endless strand along an axis transversely, in particular perpendicular to the transport direction and / or transversely, in particular perpendicular, to a Materialaustragsrichtung the 3D printing device is moved. This makes it possible, in particular, to be able to print an endless strand over a width of the endless strand measured transversely to the transport direction, for example if a print head or a printing device has a printing area which is smaller than this width.
Bei den 3D-Druckverfahren Stereolithographie und Lasersintern, bei denen das Zusatzmaterial nicht aus einer Materialzuführdüse ausgetragen wird, tritt an die Stelle der Materialaustragsrichtung eine Belichtungsrichtung, in die ein zur Aushärtung des Kunstharzes oder zum Sintern des Zusatzmaterials eingesetzter UV-, Licht- oder Laserstrahl gerichtet ist. Nachfolgend wird der Einfachheit halber jeweils nur auf die Materialaustragsrichtung Bezug genommen. Es versteht sich, dass mit in den Patentansprüchen genannter „Materialaustragsrichtung“ auch die vorstehend genannte Belichtungsrichtung umfasst sein soll.In the 3D printing processes stereolithography and laser sintering, in which the additional material is not discharged from a Materialzuführdüse, takes place in the direction of material discharge an exposure direction, in which an inserted to cure the resin or for sintering the additional material UV, light or laser beam is. Hereinafter, for the sake of simplicity, only the material discharge direction will be referred to. It is understood that the "material discharge direction" mentioned in the claims should also include the above-mentioned exposure direction.
Vorzugsweise ist eine Materialaustragsrichtung (bzw. Belichtungsrichtung) der 3D-Druckeinrichtung quer, insbesondere senkrecht, zu der Transportrichtung orientiert. Dies ermöglicht einen unmittelbaren Materialauftrag auf die Umfangsfläche des Endlosstrangs. Es ist im Rahmen der Erfindung also weder vorgesehen noch beabsichtigt, etwaige Stirnflächen des Endlosprodukts zu bedrucken, beispielsweise die aus Fertigungssicht ohnehin unbrauchbare erste Stirnfläche eines Endlosstrangs, die im Rahmen des Produktionsanlaufs eines Extruders entsteht (also bevor der Extrusionsprozess stabil läuft), oder eine bei Produktionsstopp entstehende, ebenfalls unbrauchbare zweite Stirnfläche des Endlosstrangs.Preferably, a material discharge direction (or exposure direction) of the 3D printing device is oriented transversely, in particular perpendicular, to the transport direction. This allows an immediate application of material to the peripheral surface of the endless strand. It is therefore neither intended nor intended in the context of the invention to print any end faces of the endless product, for example the first end face of a continuous strand, which is anyway unusable from a manufacturing point of view, which arises during production startup of an extruder (ie before the extrusion process runs stably), or at Production stop resulting, also useless second end face of the endless strand.
Es versteht sich im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch, dass mit dem Begriff „Endlosstrang“ ein Strang gemeint ist, der mittels eines Extrusionsverfahrens hergestellt wird und nicht im streng mathematischen Sinne „endlos“ ist. Es liegt somit auch im Rahmen der Erfindung, dass der Endlosstrang oder das aus dem Endlosstrang hergestellte Endlosprodukt in Teillängen oder Teilstränge vereinzelt wird.It also goes without saying within the scope of the present invention that the term "endless strand" means a strand which is produced by means of an extrusion process and is not "endless" in a strictly mathematical sense. It is therefore also within the scope of the invention that the continuous strand or the endless product produced from the continuous strand is separated into partial lengths or partial strands.
Bei dem Endlosstrang kann es sich beispielsweise um extrudierte Folien, Platten, Stegplatten, Hohlkammerprofile, Rohre, Profile und sonstige Extrudate oder Strangpressteile handeln.The continuous strand may be, for example, extruded films, sheets, web plates, hollow chamber profiles, tubes, profiles and other extrudates or extrusions.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel sieht vor, dass das 3D-Druckverfahren mit einer 3D-Druckeinrichtung durchgeführt wird, welche während des Auftrags von Zusatzmaterial auf den sich bewegenden Endlosstrang entlang einer Achse parallel zu der Transportrichtung des Endlosstrangs bewegt wird. Dabei ist es möglich, dass die Bewegungsrichtung der 3D-Druckeinrichtung zu der Transportrichtung des Endlosstrangs gleichgerichtet ist. Auf diese Weise kann die Verweildauer der 3D-Druckeinrichtung bezogen auf einen bestimmten Längenabschnitt des Endlosstrangs verlängert werden. Eine Bewegung eines Druckkopfs in einer zu der Transportrichtung des Endlosstrangs entgegengesetzten Richtung ist aber auch möglich. Eine solche Bewegung kann beispielsweise erfolgen, um eine für das 3D-Druckverfahren gewünschte Relativgeschwindigkeit zwischen Endlosstrang und Druckkopf zu erhöhen, oder aber um einen „Rückhub“ durchzuführen, bei welchem vorzugsweise kein Zusatzmaterial auf den Endlosstrang aufgedruckt wird.A further preferred embodiment provides that the 3D printing method is performed with a 3D printing device, which is moved during the application of additional material on the moving endless strand along an axis parallel to the transport direction of the endless strand. It is possible that the direction of movement of the 3D printing device is rectified to the transport direction of the endless strand. On In this way, the dwell time of the 3D printing device can be extended with respect to a specific length of the endless strand. However, a movement of a print head in a direction opposite to the transport direction of the endless strand direction is also possible. Such a movement can be done, for example, to increase a desired relative to the 3D printing process relative speed between endless strand and printhead, or to perform a "return stroke", in which preferably no additional material is printed on the endless strand.
Zusätzlich oder alternativ zu den vorstehenden Bewegungsmöglichkeiten der 3D-Druckeinrichtung ist es möglich, dass das 3D-Druckverfahren mit einer 3D-Druckeinrichtung durchgeführt wird, welche während des Auftrags von Zusatzmaterial auf den sich bewegenden Endlosstrang entlang einer zu einer Materialaustragsrichtung der Druckeinrichtung parallelen Achse bewegt wird. Hierdurch ist ein Höhenausgleich möglich und/oder der Auftrag von aufeinander geschichteten Zusatzmateriallagen auf den sich bewegenden Endlosstrang.In addition or as an alternative to the above possibilities of movement of the 3D printing device, it is possible that the 3D printing method is performed with a 3D printing device which is moved during the application of additional material to the moving endless strand along an axis parallel to a material discharge direction of the printing device , As a result, a height compensation is possible and / or the order of stacked additional layers of material on the moving endless strand.
Es ist möglich, dass ein vorstehend genannter Höhenausgleich mit einer Steuerung der Bewegung des Druckkopfs einhergeht. Hierzu weist der Druckkopf oder ein mit dem Druckkopf verbundenes Bauteil vorzugsweise einen Sensor (bspw. einen Abstandssensor) auf, der einen Abstand des Druckkopfs zu der zu bedruckenden Umfangsfläche des Endlosstrangs erfasst. Der Druckkopf ist vorzugsweise mit einer Steuerung verbunden, welche die Signale des Sensors verarbeitet und einen Antrieb der 3D-Druckeinrichtung so steuert, dass die 3D-Druckeinrichtung dem Höhenprofil des Endlosstrangs entsprechend folgt (oder dem Höhenprofil des Endlosstrangs mit bereits aufgedrucktem Zusatzmaterial).It is possible that an above-mentioned height compensation is accompanied with a control of the movement of the print head. For this purpose, the print head or a component connected to the print head preferably has a sensor (eg a distance sensor) which detects a distance of the print head to the peripheral surface of the endless strand to be printed. The print head is preferably connected to a controller which processes the signals of the sensor and controls a drive of the 3D printing device so that the 3D printing device follows the height profile of the endless strand (or the height profile of the endless strand with already printed additional material).
Die vorstehend genannte Aufgabe wird auch gelöst durch eine Extrusionsanlage zur Herstellung und zum Transport eines aus mindestens einem Hauptmaterial bestehenden Endlosstrangs und durch eine 3D-Druckeinrichtung zum Auftrag von Zusatzmaterial auf eine Umfangsfläche des Endlosstrangs.The above-mentioned object is also achieved by an extrusion plant for producing and transporting an endless strand consisting of at least one main material and by a 3D printing device for applying additional material to a peripheral surface of the endless strand.
Ausgestaltungen und Vorteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung wurden bereits vorstehend erläutert. Daher wird auf die vorstehende Beschreibung Bezug genommen.Embodiments and advantages of the device according to the invention have already been explained above. Therefore, reference is made to the above description.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform einer Vorrichtung ist vorgesehen, dass die Extrusionsanlage einen Extruder zur Herstellung eines Endlosstrangs und eine Abzugseinheit zum Abziehen des Endlosstrangs aus dem Extruder aufweist. Eine solche Abzugseinheit ermöglicht einen zuverlässigen Vorschub des Endlosstrangs und übt eine Zugkraft auf den Endlosstrang aus. Vorzugsweise ist die Abzugseinheit in Transportrichtung des Endlosstranges gesehen hinter einer Kühleinrichtung angeordnet, welche die Aushärtung des extrudierten mindestens einen Hauptmaterials unterstützt.In a preferred embodiment of a device, it is provided that the extrusion plant has an extruder for producing a continuous strand and a drawing unit for drawing off the continuous strand from the extruder. Such a withdrawal unit allows a reliable feed of the endless strand and exerts a tensile force on the endless strand. Preferably, the withdrawal unit is arranged in the transport direction of the endless strand behind a cooling device which assists the curing of the extruded at least one main material.
Es versteht sich, dass es möglich ist, dass der Extruder auch für eine gemeinsame Koextrusion mehrerer Hauptmaterialien ausgelegt sein kann.It is understood that it is possible that the extruder may also be designed for coextrusion of several main materials.
Die Abzugseinheit ist vorzugsweise in Transportrichtung des Endlosstrangs gesehen vor der 3D-Druckeinrichtung angeordnet, sodass die Abzugseinheit Kontakt- und Zugkräfte auf die gesamte Umfangsfläche des Endlosstrangs ausüben kann, ohne dass bereits hierbei berücksichtigt werden müsste, an welcher Stelle entlang des Umfangs der Umfangsfläche des Endlosstrangs Zusatzmaterial aufgetragen wird, welches ggf. ebenfalls aushärten muss, vergleiche hierzu die vorstehende Beschreibung zu den im Rahmen der Erfindung bevorzugten 3D-Druckverfahren.The withdrawal unit is preferably arranged in front of the 3D printing device in the transport direction of the continuous strand, so that the withdrawal unit can exert contact and tensile forces on the entire peripheral surface of the endless strand, without having to take into account already at this point along the circumference of the circumferential surface of the endless strand Additional material is applied, which may also have to harden, compare the above description of the preferred within the scope of the invention 3D printing process.
Die Vorrichtung weist vorzugsweise eine Trennvorrichtung zur Vereinzelung des Endlosprodukts in Teilstränge auf, wobei die 3D-Druckeinrichtung in Transportrichtung des Endlosstrangs gesehen vorzugsweise vor der Trennvorrichtung angeordnet ist. Die Trennvorrichtung kann beispielsweise eine Trennklinge aufweisen, die das Endlosprodukt in Teilstränge unterteilt. Dies ermöglicht es beispielsweise, zueinander identische Teilstränge herzustellen, welche entlang ihrer jeweiligen Längserstreckung gesehen variierende Querschnitte aufweisen. Es ist auch möglich, verschiedenartige Teilstränge herzustellen, beispielsweise erste Teilstränge, die mit aufgedrucktem Zusatzmaterial versehen sind und zweite Teilstränge, auf die kein Zusatzmaterial aufgedruckt ist. Ferner ist es möglich, zunächst Zusatzmaterial auf den Endlosstrang aufzutragen, welches dann im Bereich der Trennvorrichtung längs der Teilstränge gesehen im Bereich einer Trennebene geteilt wird. Dies ermöglicht die Herstellung von Teilsträngen mit Stirnflächen, welche sowohl Flächenanteile aufweisen, die durch das mindestens eine Hauptmaterial des mittels Extrusion hergestellten Endlosstrangs gebildet sind, als auch Flächenanteile, die mittels des 3D-Druckverfahrens aus Zusatzmaterial hergestellt sind.The device preferably has a separating device for separating the endless product into partial strands, wherein the 3D printing device is preferably arranged in front of the separating device in the transport direction of the endless strand. For example, the separator may include a separator blade which divides the continuous product into sub-strands. This makes it possible, for example, to produce mutually identical partial strands which have varying cross-sections as viewed along their respective longitudinal extent. It is also possible to produce various partial strands, for example, first partial strands, which are provided with printed additional material and second partial strands, on which no additional material is printed. Furthermore, it is possible initially to apply additional material to the continuous strand, which is then divided in the region of the separating device along the partial strands in the region of a parting plane. This makes it possible to produce partial strands with end faces which have both surface portions formed by the at least one main material of the endless strand produced by means of extrusion and area portions which are produced from additional material by means of the 3D printing method.
Im Rahmen der Erfindung ist es möglich, dass mehrere 3D-Druckeinrichtungen vorgesehen sind, welche in Transportrichtung des Endlosstrangs gesehen einander folgend angeordnet sind. Hierdurch kann - unabhängig von etwaigen Restriktionen, die sich durch Verwendung eines bestimmten 3D-Druckverfahrens ergeben können - in einfacher Weise das pro Zeiteinheit und/oder pro Längeneinheit des Endlosprodukts aufgetragene Volumen des Zusatzmaterials erhöht werden.In the context of the invention, it is possible that a plurality of 3D printing devices are provided, which are arranged following each other as seen in the transport direction of the endless strand. As a result, regardless of any restrictions that can arise through the use of a specific 3D printing process, the volume of additional material applied per unit of time and / or per unit length of the continuous product can be increased in a simple manner.
Beispielsweise ist es möglich, dass in Transportrichtung einander folgend angeordnete 3D-Druckeinrichtungen jeweils Zusatzmaterial übereinander auftragen („Schichtendruck“). Es ist auch möglich, dass einander folgende 3D-Druckeinrichtungen in Transportrichtung des Endlosstrangs gesehen relativ zueinander versetzte Zusatzmaterialabschnitte auf die Umfangsfläche des Endlosstrangs aufdrucken, sodass lokal begrenzte Druckmuster entstehen, die jeweils abschnittsweise von unterschiedlichen 3D-Druckeinrichtungen hergestellt sind. For example, it is possible that in the transport direction successively arranged 3D printing devices each apply additional material one above the other ("layer pressure"). It is also possible that successive 3D printing devices seen in the transport direction of the endless strand imprint relative to each other offset Zusatzmaterialabschnitte on the peripheral surface of the endless strand, so that locally limited print patterns arise, which are each made in sections of different 3D printing devices.
Es ist auch möglich, dass mehrere 3D-Druckeinrichtungen vorgesehen sind, welche quer, insbesondere senkrecht, zu der Transportrichtung zueinander versetzt angeordnet sind. Dies ermöglicht es, über die Breite des Endlosstrangs hinweg Zusatzmaterial mit einem lokal begrenzten Muster aufzutragen, das in Breitenrichtung des Endlosstrangs von unterschiedlichen 3D-Druckeinrichtungen aufgedruckt wird.It is also possible for a plurality of 3D printing devices to be provided, which are arranged transversely, in particular vertically, offset relative to one another in relation to the transport direction. This makes it possible to apply over the width of the endless strand of additional material with a localized pattern printed in the width direction of the endless strand of different 3D printing devices.
Weiterhin ist es möglich, dass mindestens eine 3D-Druckeinrichtung vorgesehen ist, die nicht nur entlang einer oder mehrere Achsen linear relativ zu dem Endlosstrang beweglich ist, sondern drehgelagert ausgeführt ist, wobei eine Drehachse bevorzugt parallel, besonders bevorzugt kollinear, zu einer Längsachse des Endlosstrangs angeordnet ist. Die drehgelagerte 3D-Druckeinrichtung kann bevorzugt so ausgeführt sein, dass der Auftrag von Zusatzmaterial auf die Umfangsfläche des Endlosstrangs aus einer Vielzahl von Richtungen in einem Winkelbereich erfolgen kann. Im Fall eines Winkelbereichs von 360° kann Zusatzmaterial vollständig umlaufend um den Umfang des Endlosstrangs aufgetragen werden. Es können auch mehrere, um den Umfang des Endlosstrangs verteilt angeordnete 3D-Druckeinrichtungen vorgesehen sein; es ist zusätzlich oder alternativ hierzu auch möglich, den Endlosstrang um dessen eigene Längsachse zu verdrehen, um einen bestimmten Teilumfang relativ zu einer 3D-Druckeinrichtung auszurichten.Furthermore, it is possible that at least one 3D printing device is provided, which is not only linearly movable relative to the endless strand along one or more axes, but rotatably mounted, wherein a rotation axis preferably parallel, more preferably collinear, to a longitudinal axis of the endless strand is arranged. The rotatably mounted 3D printing device can preferably be designed so that the application of additional material to the peripheral surface of the endless strand can take place from a plurality of directions in an angular range. In the case of an angular range of 360 ° additional material can be applied completely circumferentially around the circumference of the endless strand. It can also be provided several, distributed around the circumference of the endless strand arranged 3D printing devices; It is additionally or alternatively also possible to rotate the endless strand about its own longitudinal axis in order to align a certain partial circumference relative to a 3D printing device.
Besondere Vorteile ergeben sich, wenn das Endlosprodukt in Form einer Profilleiste ausgebildet ist, die einen sich parallel zu einer Längsachse der Profilleiste erstreckenden ersten Verbindungsabschnitt zur Verbindung mit einer Windschutzscheibe eines Kraftfahrzeugs und einen sich parallel zu der Längsachse der Profilleiste erstreckenden zweiten Verbindungsabschnitt zur Verbindung mit einer zu der Windschutzscheibe benachbart angeordneten Wasserkastenabdeckung aufweist.Particular advantages arise when the endless product is designed in the form of a profiled strip, which extends parallel to a longitudinal axis of the profile strip first connecting portion for connection to a windshield of a motor vehicle and extending parallel to the longitudinal axis of the profile strip second connecting portion for connection to a having adjacent to the windshield arranged water box cover.
Vorstehend genannte Profilleisten weisen eine im Querschnitt relativ komplexe Geometrie auf, sodass sich diese Profilleisten besonders gut für eine preisgünstige Herstellung im Wege des Extrusionsverfahrens eignen. Es war bisher jedoch nur mit großem Aufwand möglich, solche Profilleisten mit entlang der Längsachse der Profilleiste variierenden Querschnitten herzustellen.The aforementioned moldings have a relatively complex cross-sectional geometry, so that these moldings are particularly well suited for low-cost production by way of extrusion process. However, it has only been possible with great effort to produce such profile strips with varying cross-sections along the longitudinal axis of the profile strip.
Insbesondere ist es nunmehr möglich, die genannten Verbindungsabschnitte bedrucken zu können, beispielsweise den ersten Verbindungsabschnitt der Profilleiste, der zur Verbindung mit einer Windschutzscheibe eines Kraftfahrzeugs dient oder mit einer solchen verbunden ist.In particular, it is now possible to be able to print the said connecting sections, for example the first connecting section of the profiled strip, which is used for connection to a windscreen of a motor vehicle or is connected to such.
Beispielsweise können Halteelemente oder Abstandselemente auf den ersten Verbindungsabschnitt aufgedruckt werden, vorzugsweise auf eine der Windschutzscheibe abgewandte Rückseite des ersten Verbindungsabschnitts. Solche Halteelemente oder Abstandselemente können zur Auflage auf einem Karosseriebauteil dienen oder aber zum Halten und/oder zur Verbindung mit Teilen der Kraftfahrzeugkarosserie oder anderen Bauteilen des Kraftfahrzeugs.For example, holding elements or spacer elements can be printed on the first connecting portion, preferably on a windscreen facing away from the rear side of the first connecting portion. Such holding elements or spacer elements can serve for resting on a body component or for holding and / or for connection with parts of the motor vehicle body or other components of the motor vehicle.
Unabhängig von der Ausgestaltung des Endlosprodukts ermöglicht die erfindungsgemäße Vorrichtung insbesondere auch die Herstellung
- - von Füll- oder Brückenabschnitten aus Zusatzmaterial, welche Hohlräume eines Endlosprodukts füllen oder überbrücken,
- - von leiterartigen Strukturen, wobei Hauptstränge der Leiter extrudiert werden und Querstreben aus Zusatzmaterial aufgedruckt werden,
- - von konstruktiven/mechanischen Elementen wie beispielsweise Bolzen, Gewinde, Stege, Dichtungen, Rastelemente, Zentrierelemente, Abstandhalter etc. oder auch Halteelementen für zu haltende weitere Bauteile (beispielsweise LEDs, Sensoren oder Aktoren),
- - von Funktionselementen wie beispielsweise Leiterbahnen, Kontakten, Aktoren, Sensoren, optischen Elementen wie Linsen oder Prismen,
- - Strukturen mit Hinterschnitten, insbesondere auch unter Verwendung von vorstehend beschriebenen Stützmaterialien.
- filler or bridge sections of filler material which fill or bridge cavities of an endless product,
- ladder-type structures where main strands of the conductors are extruded and cross struts of supplementary material are printed,
- - Of structural / mechanical elements such as bolts, threads, webs, seals, locking elements, centering, spacers, etc., or retaining elements for holding other components (such as LEDs, sensors or actuators),
- of functional elements such as conductors, contacts, actuators, sensors, optical elements such as lenses or prisms,
- - Structures with undercuts, in particular also using support materials described above.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung und der zeichnerischen Darstellung bevorzugter Ausführungsbeispiele.Further features and advantages of the invention are the subject of the following description and the drawings of preferred embodiments.
In der Zeichnung zeigt
-
1 eine Seitenansicht einer Ausführungsform einer Vorrichtung zur Herstellung eines Endlosprodukts; -
2 einen in1 mit II bezeichneten Ausschnitt in perspektivischer und vergrößerter Darstellung mit einer Ausführungsform einer Anordnung mit einer Mehrzahl von 3D-Druckeinrichtungen; -
3 einen in2 mit III bezeichneten Ausschnitt in vergrößerter Darstellung; -
4 eine der2 entsprechende Darstellung einer weiteren Ausführungsform; -
5 einen in4 mit V bezeichneten Ausschnitt in vergrößerter Darstellung; -
6 eine der2 und4 entsprechende Darstellung einer weiteren Ausführungsform; -
7 einen in6 mit VII bezeichneten Ausschnitt in vergrößerter Darstellung; -
8 eine perspektivische Ansicht eines Endlosprodukts in Form einer Profilleiste bei Anordnung an einer Windschutzscheibe; -
9 einen Querschnitt der Profilleiste gemäß8 längs einer in8 mit IX bezeichneten Schnittebene; und -
10 einen Querschnitt der Profilleiste gemäß8 längs einer in8 mit X bezeichneten Schnittebene.
-
1 a side view of an embodiment of an apparatus for producing an endless product; -
2 one in1 With II designated section in perspective and enlarged view with an embodiment of a Arrangement with a plurality of 3D printing devices; -
3 one in2 Section III in enlarged view; -
4 one of the2 corresponding representation of another embodiment; -
5 one in4 with V designated section in an enlarged view; -
6 one of the2 and4 corresponding representation of another embodiment; -
7 one in6 with VII designated section in an enlarged view; -
8th a perspective view of an endless product in the form of a profile strip when mounted on a windshield; -
9 a cross section of the profile strip according to8th along a in8th sectional plane designated by IX; and -
10 a cross section of the profile strip according to8th along a in8th X section plane.
Eine Vorrichtung zur Herstellung eines Endlosprodukts ist in
Die Extrusionsanlage
Die Extrusionsanlage
Ferner weist die Extrusionsanlage
Die Vorrichtung
Die 3D-Druckeinrichtung 30 dient zum Auftrag von Zusatzmaterial
Die Vorrichtung
Die einzelnen Teilstränge
Bei der 3D-Druckeinrichtung 30 kann es sich um eine Einrichtung handeln, welche nur einen einzigen Druckkopf zum Aufdrucken von Zusatzmaterial
Es ist möglich, dass ein Druckkopf
Zusätzlich oder alternativ zu der vorstehenden Bewegungs- und Antriebsmöglichkeit längs der ersten Antriebsachse
Die Materialaustragsachse
Zusätzlich oder alternativ zu einer Bewegung längs der ersten Antriebsachse
Es versteht sich, dass auch die Druckköpfe
Es ist auch möglich, die Druckköpfe
In entsprechender Weise ist es möglich, mittels einer Mehrzahl von 3D-Druckeinrichtungen 30a, 30b, 30c eine Mehrzahl von Abschnitten aus Zusatzmaterial
In
Die Profilleiste
In einem Einbauzustand an einem Kraftfahrzeug ist die Profilleiste
Die Profilleiste
Die Profilleiste
Die Profilleiste
Längs der Achse
Die Profilleiste
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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---|---|---|---|
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