WO2019068692A1 - Device for forming 3d bodies - Google Patents

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WO2019068692A1
WO2019068692A1 PCT/EP2018/076754 EP2018076754W WO2019068692A1 WO 2019068692 A1 WO2019068692 A1 WO 2019068692A1 EP 2018076754 W EP2018076754 W EP 2018076754W WO 2019068692 A1 WO2019068692 A1 WO 2019068692A1
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cooling
volume
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Thomas Bettermann
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Homag Bohrsysteme Gmbh
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Definitions

  • the present invention relates to a device for forming solid bodies, in particular of or for elements in the field of furniture or component industry.
  • WO 2013/180609 A1 is known, which relates to a method and an apparatus for layering an article.
  • the layered formation of bodies falls within the range of generative methods and can be assigned to the so-called 3D printing.
  • melt layer method FDM or FFF method
  • FDM or FFF method this is about a plastic to be processed melted and layered on a carrier or already formed layer of plastic.
  • the heat of the material to be applied may not be sufficient to sufficiently heat the already applied layer.
  • the material to be applied does not or not sufficiently bond with the applied layer, and it may lead to delamination or at least to instability of the component to be produced.
  • the controller of the 3D printer usually does not notice such deformation.
  • a next layer to be applied over is thus applied at a greater distance from the underlying, deformed layer. This leads to a sagging of this new layer and thus to an even worse control of the geometry of the component to be created. This effect can be further enhanced with further layers being applied.
  • the present invention provides a device according to claim 1. Further preferred embodiments are given in the dependent claims.
  • the invention is based on the idea that the above-described challenges in the prior art are primarily due to the fact that an applied layer to which a new layer is to be applied, or an applied layer to which a new layer has previously been applied, has a temperature that is not tampered with, even if that temperature is too low or too high.
  • the present invention takes advantage of this finding and provides a device for forming solid bodies having a cooling unit and a heating unit, wherein the active site of the cooling unit and / or the effective point of the heating unit is variable around the applicator unit.
  • the device for the formation of solids, in particular pieces of furniture, by additive material application thereby: A carrier on which the volume body is formed, a application unit to build up the volume body on the support by additive Application of material, wherein the material is in particular partially formed of wood material, such as wood foam, wood flour, sawdust or the like, a metallic or mineral paste, or plastic, a cooling unit for cooling a portion of the volume body and a heating unit for heating a portion of the volume body.
  • wood material such as wood foam, wood flour, sawdust or the like, a metallic or mineral paste, or plastic
  • the heating device is set up and / or arranged to heat a portion of the volume on which a material application is to take place by the application unit.
  • the cooling device should be set up and / or arranged to cool a section of the volume on which a material application has been applied by the application unit.
  • an area on the volume body around the application unit can be heated or cooled as required.
  • the "application unit” in the context of this application is directed to any unit or device with which an additive method for forming solids can be carried out.
  • solid is to be understood as a structural body whose dimensions extend beyond a coating consisting of a liquid or solid coating material or a printed surface, in particular, the volume body should have a thickness of at least 500 ⁇ .
  • the additive material for forming volumetric bodies is lignin-containing material such as wood material, in particular wood foam, wood flour,
  • the additive material may be metal pastes or foams, plastic pastes or foams, pasty material or electrically conductive materials such as copper paste or an electrically conductive plastic or electrically conductive biomaterials and bio-plastics.
  • Another alternative is a carbon fiber-containing material.
  • thermoplastic, thermosetting or elastomeric plastics can be used.
  • the present invention is not limited to the use of a particular type of material.
  • the formation of a solid can be done in sections with different materials or the materials are mixed before their order.
  • the effective range of the cooling unit and / or the effective range of the heating unit is / are adjustable around the application unit.
  • the respective effective range can be tracked according to the movement of the application unit.
  • the cooling unit is preferably designed to cool a region of the volume body to which the application unit has previously applied material, or the heating unit is designed to heat a region of the volume body to which the application unit subsequently applies material.
  • the cooling unit is preferably designed to cool a region of the volume body to which the application unit has previously applied material
  • the heating unit is designed to heat a region of the volume body to which the application unit subsequently applies material.
  • the cooling unit or the heating unit is arranged concentrically around the application unit so as to variably cool or heat an area around the application unit.
  • a concentric Arrangement of cooling unit or heating unit can allow a simpler structure of the device.
  • the cooling unit or the heating unit may have a plurality of elements for cooling or heating arranged around the application unit, each of which is configured to provide a cooling function or a heating function individually. In this case, there need be no moving parts relative to the application unit. This makes possible a low-maintenance device which nevertheless, according to the invention, heats or cools individual desired regions of the volume body.
  • the cooling unit or heating unit may be rotatably disposed around the application unit so as to be capable of variably cooling or heating an area on the volume around the application unit.
  • the cooling unit may be an eddy current tube capable of cooling the bulk body by a cooled airflow.
  • an eddy current tube here has the advantage that no further cooling unit with heat exchanger or compressor must be used, and that the air flow thus generated can reach a temperature of -40 ° C, which can be achieved with other cooling units only with much greater effort.
  • the heating unit may preferably comprise at least one heating element capable of passing through the solid Heat radiation to heat.
  • the use of heat radiation primarily does not generate any air flow, so that, especially with filigree solids, no deformation can take place as a result.
  • the heating of the volume by means of microwaves is possible in this context.
  • the heating unit may comprise at least one hot air nozzle which is capable of heating the volume body by a heated air flow.
  • a hot air nozzle can thus enable convective heat transfer, which tends to allow greater heat transfer compared to thermal radiation.
  • the device further comprises a feed device, which is connected to the application unit for supplying the material to the application unit, wherein the feed device has an extruder, and / or a particular heatable hose.
  • the use of a feed device has the advantage that the application unit can be continuously supplied with material, whereby an additive material application without interruption is possible.
  • the provision of an extruder has the advantage that the material can be applied uniformly with defined properties and without interruption, which is particularly advantageous for the formation of complex geometries.
  • the tube also opens up the possibility of forming the feeder heatable. This in turn has the advantage that the Consistency of the material to the additive structure of the solid can be set very defined.
  • the application unit is connected to the extruder via the particular heatable hose. This opens up the possibility of arranging the extruder separately from the application unit. This can ensure that the application unit can be flexibly aligned without having to carry the extruder. Thus, on the one hand, despite the use of the extruder, a compact application unit can be realized. On the other hand, the orientation of the application unit is not affected by the possibly heavy extruder.
  • the application unit has one or more nozzles.
  • the nozzle communicates with the feeder.
  • the nozzle may communicate with the hose or form the end of the extruder. If there are several nozzles, this allows the additive material application of different materials, without having to change the tooling of the device.
  • a device possibly metallic structures such as tracks or fittings can be constructed, which are then embedded successively in the solid.
  • Each nozzle may have its own feeding device (i.e., corresponding hoses, extruders, storage devices, screw conveyors, etc.) as needed.
  • a support structure on which the solid is constructed is detachably arranged on the support so that it can be exchanged or exchanged into the device.
  • the apparatus preferably additionally has at least one thermal sensor configured to detect the temperature of a portion of the solid on which a material application has previously taken place and / or which is configured to detect the temperature of a portion of the solid, hereinafter referred to a material order will take place.
  • the thermal sensor may be a thermal imaging camera and / or an infrared temperature sensor.
  • the present invention provides a method of forming bulk solids by additive material deposition, comprising: applying additive material to build a bulk body; Cooling a first portion of the bulk body locally in the area of a current material application site; and / or heating a second portion of the bulk body locally in the area of the current material application site.
  • This method preferably uses a device as previously shown.
  • the first portion of the volume to be coated next or the portion of the volume just coated is more preferably, the first portion of the volume to be coated next or the portion of the volume just coated.
  • Fig. 1 shows a plan view of a first embodiment of the device for forming solid bodies according to the present invention.
  • Fig. 2 shows a cross-sectional view of the first embodiment of the device for forming solid bodies according to the present invention.
  • Fig. 3 is a perspective view of the apparatus of the first embodiment for illustrating an application process on a support.
  • Fig. 4 shows the device shown in Fig. 3 from a lower side.
  • Fig. 5 shows a plan view of a second embodiment of the device for forming solid bodies according to the present invention.
  • Fig. 6 shows a side view of the second
  • Embodiment of the device for forming solids according to the present invention Embodiment of the device for forming solids according to the present invention.
  • FIGS. 3 and 4 illustrate a schematic plan view and side view of a first embodiment of a device 1 according to the invention for forming solid bodies 100.
  • FIGS. 3 and 4 illustrate a schematic plan view and side view of a first embodiment of a device 1 according to the invention for forming solid bodies 100.
  • the device 1 has a carrier 12, on which the volume body 100 is to be constructed. According to the invention Solid body 100 thereby gradually built up by additive material application.
  • a application unit 13 is provided, which is suitable for applying a defined amount of material at a defined position on the support 12 or the solid 100.
  • annular heating unit 15 which is segmented, is arranged around the application unit 13.
  • Segmented in the sense of the present description means that the heating unit has individual segments which can individually provide heating.
  • this heating unit 15 makes it possible for a selectable region of this heating unit 15 to emit heat radiation to an underlying solid 100, which thus can preferably be preheated locally.
  • Such heating is illustrated in FIG. 2 by arrows shown between the heating unit 15 and the solid 100.
  • a second concentric arrangement around the application unit 13 is a cooling unit 14.
  • the heating unit 15 may be arranged around the cooling unit 14 or vice versa.
  • the cooling unit 14 is designed in this first embodiment as a plurality of nozzles, the individually cooled air approximately from a cooling unit relates (not shown) and delivers to the underlying solid 100. Such cooling is illustrated in FIG. 2 by arrows shown between the cooling unit 14 and the solid 100.
  • the provision of a rotatable perforated panel on the underside of the heating unit 15 and the cooling unit 14 is also possible. This can be rotatably mounted, allowing escape of hot or cold airflow at a particular position of the heating unit 15 or the cooling unit 14.
  • FIGS. 1 and 2 further show the schematic forming of the volume body 100.
  • On this applied layer now applied material is applied by the application unit 13. After cooling, whether by means of a cooling unit or without, this previously applied material has now also become part of the volume body. This can be seen on the right side of these drawings, that is on the side on which the cooling unit 14 is activated by the application unit 13.
  • This device 1 according to the invention in its first embodiment can now selectively preheat a region of the volume body 100 with the heating unit 15, on which a material application is to take place.
  • the technical effect is achieved that a compound of already applied layer and applied material can be improved.
  • the exact area to be heated can be set via the various segments of the heating unit 15.
  • another portion of the bulk body 100 may be cooled with the cooling unit 14.
  • the technical effect is achieved that a cooling of a previously applied layer is made possible or accelerated.
  • the exact area to be cooled can be set via the various segments of the heating unit 15.
  • the application unit 13 moves relative to the bulk body 100, thereby further applying a molten material.
  • a variable cooling or heat output in this case a desired degree of cooling or heating can be adjusted.
  • the device 1 may additionally have thermal sensors.
  • the thermal sensors are preferably arranged such that the temperature of the volume body 100 can be measured locally at which a new layer is to be applied and / or that the temperature of the volume body 100 at which a new layer is applied can be measured locally.
  • an actual state of the temperature of the volume body 100 can be detected and adjusted against a desired state, which makes it possible to adjust the local temperature of the volume body 100 accordingly.
  • Temperature manipulation of the volume 100 thus critical temperatures can be detected and reported to a user.
  • An embodiment of a thermal sensor is about a thermal imaging camera, with an infrared temperature sensor is conceivable, which can detect especially punctual temperatures.
  • Fig. 1 or 2 is a coating of a layer which is not on a straight line.
  • the heating or cooling areas of the heating and cooling units 15 and 14 can be selected so that an area is to be applied to the material or was applied to the straight material is manipulated in its temperature.
  • the carrier 12 may have its own heating, which is arranged approximately below the surface of the carrier 12. It is also possible to dispense with such a heater, in particular if the heating unit 15 also preheats a region of the carrier to which a layer is to be applied.
  • the application unit 13 is shown in FIGS. 1 and 2 only schematically.
  • This application unit 13 may include a nozzle that applies the material and a feeder that supplies the material to the nozzle.
  • the feeder can a
  • the feed device is in communication with the application unit 13, which may for example be designed as a shaping opening directly on the extruder or as a nozzle.
  • the application unit 13 via a suitable hose
  • the feeding device may be connected to the feeder.
  • the feeding device On the other side of the application unit in the conveying direction, the feeding device may be in communication with a main storage, not shown, which holds the material to be applied or the corresponding raw material in an appropriate amount.
  • main storage In the main memory can also be a preparation of the material for the construction of the volume body 100 done. This can be done for example by tempering or the addition of other components, binders or additives.
  • 5 and 6 represent a schematic plan view and side view, respectively, of a second embodiment of a device 1 ' according to the invention for forming solid bodies 100.
  • the cooling unit 14 ⁇ and the heating unit 15 ⁇ are not concentric and segmented.
  • the cooling unit 14 ⁇ and the heating unit 15 ⁇ are rotatably arranged around the application unit 13 ⁇ . This mobility is illustrated in Fig. 3 by arrows.
  • an eddy current tube is used as a cooling unit 14 ⁇ , which is arranged rotatable about the application unit 13 ⁇ .
  • Eddy current tubes are also known as Ranque-Hilsch vortex tubes, use compressed air and require no other mechanical or electrical components. Thus, the complexity of the device 1 ⁇ can be reduced, although the air flow to be generated can reach temperatures of about -40 ° C. Thus, a quick cooling is possible.
  • the eddy current tube can either have a supply line to be used with compressed air or its own compressor, which generates the required compressed air.
  • At least one hot air nozzle can be used in this second embodiment. Also, this is rotatable about the application unit 13 ⁇ arranged and can be operated for example with electric current.

Abstract

The invention relates to a device (1, 1') and a method for forming 3D bodies (100), in particular pieces of furniture, by additive material application. In particular, the device has a support (12, 12') on which the 3D body (100) is formed, an application unit (13, 13') for building up the 3D body on the support by additive application of material, and a cooling unit (14, 14') and a heating unit (15, 15').

Description

Vorrichtung zur Ausbildung von Volumenkörpern  Device for the formation of solids
GEBIET DER ERFINDUNG FIELD OF THE INVENTION
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Ausbildung von Volumenkörpern, insbesondere von oder für Elemente aus dem Bereich der Möbel- oder Bauelementeindustrie . The present invention relates to a device for forming solid bodies, in particular of or for elements in the field of furniture or component industry.
STAND DER TECHNIK STATE OF THE ART
Es ist die WO 2013/180609 AI bekannt, die ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum schichtweisen Ausbilden eines Gegenstands betrifft. Das schichtweise Ausbilden von Körpern fällt in den Bereich der generativen Verfahren und kann dem sogenannten 3D-Drucken zugeordnet werden. WO 2013/180609 A1 is known, which relates to a method and an apparatus for layering an article. The layered formation of bodies falls within the range of generative methods and can be assigned to the so-called 3D printing.
Derartige Verfahren erfreuen sich einer wachsenden Beliebtheit. Die zunehmende Wirtschaftlichkeit und industrielle Anwendbarkeit lässt das 3D-Drucken nicht nur bei der Prototypenentwicklung eine immer wichtigere Rolle einnehmen. Auch im Bereich individueller Fertigung bieten die Möglichkeiten des 3D-Druckens interessante Perspektiven. Dies betrifft vor allem auch Prototypen und Einzelanfertigungen von Möbelstücken und anderen Elementen aus der Bauelementeindustrie . Such methods are enjoying increasing popularity. The increasing economy and industrial applicability makes 3D printing more and more important not only in prototype development. Also in the field of individual production, the possibilities of 3D printing offer interesting perspectives. This applies above all to prototypes and custom-made furniture and other elements of the component industry.
Bei dem Schmelzschichtverfahren (FDM- oder FFF-Verfahren) wird hierbei etwa ein zu verarbeitender Kunststoff aufgeschmolzen und schichtweise auf einen Träger beziehungsweise schon ausgebildete Schicht Kunststoff aufgeschichtet . In the case of the melt layer method (FDM or FFF method), this is about a plastic to be processed melted and layered on a carrier or already formed layer of plastic.
Um in einem solchen 3D-Druckverfahren auch komplizierte Geometrien mit hoher Genauigkeit ausbilden zu können, ist die Temperatur, bei welcher diese Aufbringung stattfindet, neben der Auftragungsgeschwindigkeit von großer Bedeutung. Ferner ist nicht nur die Temperatur, mit der eine zusätzliche Lage aufgebracht wird von Bedeutung, sondern auch die Temperatur der schon aufgebrachten Schichten. Hierbei gibt es im Stand der Technik verschiedene Herausforderungen. In order to be able to form complicated geometries with high accuracy in such a 3D printing process, the temperature at which this application takes place, in addition to the application speed of great importance. Furthermore, not only the temperature at which an additional layer is applied is important, but also the temperature of the already applied layers. There are various challenges in the prior art.
Ist die Temperatur der aufgebrachten Schicht zu gering, so kann die Wärme des aufzubringenden Materials unter Umständen nicht ausreichen, die schon aufgebrachte Schicht ausreichend zu erwärmen. Als Folge verbindet sich das aufzubringende Material nicht oder nicht ausreichend mit der aufgebrachten Schicht, und es kann zu Ablösungen oder zumindest zu einer Instabilität des zu erzeugenden Bauteils kommen. If the temperature of the applied layer is too low, the heat of the material to be applied may not be sufficient to sufficiently heat the already applied layer. As a result, the material to be applied does not or not sufficiently bond with the applied layer, and it may lead to delamination or at least to instability of the component to be produced.
Ist die Temperatur der aufgebrachten Schicht zu heiß, so kann die zusätzliche Wärme der aufzubringenden Schicht dazu führen, dass sich diese Schichten zwar verbinden, sich jedoch etwa unter Einfluss der Schwerkraft weiter verformen und somit nicht mehr die eigentlich gewünschte Geometrie darstellen. Neben ästhetischen und strukturellen Schwächen führt dies zu einer weiteren Herausforderung. Die Steuerung des 3D-Druckers bemerkt eine derartige Verformung in der Regel nicht. Eine nächste, darüber aufzubringende Schicht wird somit mit einem größeren Abstand zu der darunterliegenden, verformten Schicht aufgebracht. Dies führt zu einem Absacken dieser neuen Schicht und somit zu einer noch schlechteren Kontrolle der Geometrie des zu erstellenden Bauteils. Dieser Effekt kann sich mit weiteren Schichten, die aufgebracht werden, weiter verstärken. Somit ist es im Stand der Technik nicht immer möglich, bei einem 3D-Druckverfahren komplizierte Geometrien mit hoher Genauigkeit auszubilden. If the temperature of the applied layer is too hot, then the additional heat of the layer to be applied may lead to these layers joining, but they continue to deform under the influence of gravity and thus no longer represent the actual desired geometry. In addition to aesthetic and structural weaknesses, this leads to another challenge. The controller of the 3D printer usually does not notice such deformation. A next layer to be applied over is thus applied at a greater distance from the underlying, deformed layer. This leads to a sagging of this new layer and thus to an even worse control of the geometry of the component to be created. This effect can be further enhanced with further layers being applied. Thus, it is not always possible in the prior art to form complicated geometries with high accuracy in a 3D printing process.
DARSTELLUNG DER ERFINDUNG PRESENTATION OF THE INVENTION
Der vorliegenden Erfindung liegt folglich die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung bereit zu stellen, die in der Lage ist, geometrisch komplexe Volumenkörper durch ein additives Herstellungsverfahren mit einer hohen Genauigkeit zu erzeugen . It is therefore an object of the present invention to provide an apparatus which is capable of producing geometrically complex bodies by an additive manufacturing method with a high accuracy.
Hierzu stellt die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 bereit. Weitere bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen angeführt. For this purpose, the present invention provides a device according to claim 1. Further preferred embodiments are given in the dependent claims.
Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, dass die oben beschriebenen Herausforderungen im Stand der Technik vor allem dadurch begründet sind, dass eine aufgebrachte Schicht, auf die eine neue Schicht aufgebracht werden soll, beziehungsweise eine aufgebrachte Schicht, auf die zuvor eine neue Schicht aufgebracht wurde, eine Temperatur aufweist, die nicht manipuliert wird, auch wenn diese Temperatur zu niedrig beziehungsweise zu hoch ist. The invention is based on the idea that the above-described challenges in the prior art are primarily due to the fact that an applied layer to which a new layer is to be applied, or an applied layer to which a new layer has previously been applied, has a temperature that is not tampered with, even if that temperature is too low or too high.
Die vorliegende Erfindung macht sich diese Erkenntnis zu Nutze und stellt eine Vorrichtung zur Ausbildung von Volumenkörpern bereit, die eine Kühleinheit und eine Heizeinheit aufweist, wobei die Wirkstelle der Kühleinheit und/oder die Wirkstelle der Heizeinheit um die Auftragseinheit variabel ist. The present invention takes advantage of this finding and provides a device for forming solid bodies having a cooling unit and a heating unit, wherein the active site of the cooling unit and / or the effective point of the heating unit is variable around the applicator unit.
Insbesondere weist die Vorrichtung zur Ausbildung von Volumenkörpern, insbesondere von Möbelstücken, durch additiven Materialauftrag dabei auf: Einen Träger, auf dem der Volumenköper ausgebildet wird, eine Auftragungseinheit, zum Aufbau des Volumenkörpers auf dem Träger durch additiven Auftrag von Material, wobei das Material insbesondere teilweise aus Holzmaterial, wie Holzschaum, Holzmehl, Sägespäne oder Ähnlichem, einer metallischen oder mineralischen Paste, oder Kunststoff ausgebildet ist, eine Kühleinheit zum Kühlen eines Abschnitts des Volumenkörpers und eine Heizeinheit zum Erwärmen eines Abschnitts des Volumenkörpers . In particular, the device for the formation of solids, in particular pieces of furniture, by additive material application thereby: A carrier on which the volume body is formed, a application unit to build up the volume body on the support by additive Application of material, wherein the material is in particular partially formed of wood material, such as wood foam, wood flour, sawdust or the like, a metallic or mineral paste, or plastic, a cooling unit for cooling a portion of the volume body and a heating unit for heating a portion of the volume body.
Es ist bevorzugt, dass die Heizeinrichtung eingerichtet und/oder angeordnet ist, einen Abschnitt des Volumenkörpers zu erwärmen, auf den durch die Auftragseinheit ein Materialauftrag stattfinden soll. Gemäß einer Ausführungsform soll die Kühleinrichtung eingerichtet und/oder angeordnet sein, einen Abschnitt des Volumenkörpers zu kühlen, auf den durch die Auftragseinheit ein Materialauftrag aufgetragen wurde . It is preferred that the heating device is set up and / or arranged to heat a portion of the volume on which a material application is to take place by the application unit. According to one embodiment, the cooling device should be set up and / or arranged to cool a section of the volume on which a material application has been applied by the application unit.
Durch diese erfindungsgemäße Vorrichtung kann ein Bereich auf dem Volumenkörper um die Auftragungseinheit nach Bedarf erwärmt oder gekühlt werden. By means of this device according to the invention, an area on the volume body around the application unit can be heated or cooled as required.
Die „Auftragungseinheit" im Sinne dieser Anmeldung ist auf jedwede Einheit bzw. Einrichtung gerichtet, mit der ein additives Verfahren zur Ausbildung von Volumenkörpern durchgeführt werden kann. The "application unit" in the context of this application is directed to any unit or device with which an additive method for forming solids can be carried out.
Der Begriff „Volumenkörper" ist dabei als ein struktureller Körper zu verstehen, dessen Dimensionen über eine Beschichtung bestehend aus einem flüssigen oder festen Beschichtungsmaterial oder eine bedruckte Oberfläche hinausgehen. Insbesondere soll der Volumenkörper eine Dicke von mindestens 500μη aufweisen. The term "solid" is to be understood as a structural body whose dimensions extend beyond a coating consisting of a liquid or solid coating material or a printed surface, in particular, the volume body should have a thickness of at least 500μη.
Insbesondere handelt es sich bei dem additiven Werkstoff zum Ausbilden von Volumenkörpern um ligninhaltiges Material wie Holzmaterial, insbesondere Holzschaum, Holzmehl,In particular, the additive material for forming volumetric bodies is lignin-containing material such as wood material, in particular wood foam, wood flour,
Schleifstaub, Sägespäne, Zellulose oder Ähnliches. Ferner kann es sich beim additiven Werkstoff um Metallpasten oder - Schäume, Kunststoffpasten oder -schäume, pastöses Material oder elektrisch leitende Materialien wie Kupferpaste oder einen elektrisch leitenden Kunststoff bzw. elektrisch leitende Biomaterialien und Bio-Kunststoffe handeln. Eine weitere Alternative ist ein kohlefaserhaltiger Werkstoff. Ferner können thermoplastische, duroplastische oder elastomere Kunststoffe zum Einsatz kommen. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf den Einsatz einer bestimmten Materialart beschränkt. Auch kann das Ausbilden eines Volumenkörpers abschnittsweise mit verschiedenen Materialien erfolgen oder die Materialien werden vor deren Auftrag gemischt. In weiteren Ausführungsformen ist vorgesehen, als Material zum Ausbilden von Volumenkörpern Aluschaum, Kunststoffschäum, usw. zu verwenden, insbesondere zum Ausbilden von Leichtbauplatten. Abrasive dust, sawdust, cellulose or the like. Further The additive material may be metal pastes or foams, plastic pastes or foams, pasty material or electrically conductive materials such as copper paste or an electrically conductive plastic or electrically conductive biomaterials and bio-plastics. Another alternative is a carbon fiber-containing material. Furthermore, thermoplastic, thermosetting or elastomeric plastics can be used. However, the present invention is not limited to the use of a particular type of material. Also, the formation of a solid can be done in sections with different materials or the materials are mixed before their order. In further embodiments, it is provided to use aluminum foam, plastic foam, etc., as the material for forming solid bodies, in particular for forming lightweight panels.
Es ist bevorzugt, dass der Wirkbereich der Kühleinheit und/oder der Wirkbereich der Heizeinheit um die Auftragseinheit verstellbar ist/sind. Somit kann der jeweilige Wirkbereich entsprechend der Bewegung der Auftragseinheit nachgeführt werden. It is preferred that the effective range of the cooling unit and / or the effective range of the heating unit is / are adjustable around the application unit. Thus, the respective effective range can be tracked according to the movement of the application unit.
Bevorzugt ist die Kühleinheit dabei derart ausgestaltet, einen Bereich des Volumenkörpers zu kühlen, auf den die Auftragungseinheit zuvor Material aufgetragen hat, oder die Heizeinheit ist derart ausgestaltet, einen Bereich des Volumenkörpers zu erwärmen, auf den die Auftragungseinheit anschließend Material aufträgt. Somit kann ein Verformen des Volumenkörpers nach dem Auftragen verhindert werden, beziehungsweise eine gute Verbindung von aufgetragener Schicht und aufzutragendem Material zu gewährleisten. In this case, the cooling unit is preferably designed to cool a region of the volume body to which the application unit has previously applied material, or the heating unit is designed to heat a region of the volume body to which the application unit subsequently applies material. Thus, a deformation of the volume body after application can be prevented, or to ensure a good connection between the applied layer and the material to be applied.
Weiter bevorzugt sind die Kühleinheit oder die Heizeinheit konzentrisch um die Auftragungseinheit angeordnet, um somit variabel einen Bereich um die Auftragungseinheit herum zu Kühlen beziehungsweise zu Erwärmen. Eine konzentrische Anordnung von Kühleinheit oder Heizeinheit können einen einfacheren Aufbau der Vorrichtung ermöglichen. More preferably, the cooling unit or the heating unit is arranged concentrically around the application unit so as to variably cool or heat an area around the application unit. A concentric Arrangement of cooling unit or heating unit can allow a simpler structure of the device.
Weiterhin kann die Kühleinheit oder die Heizeinheit mehrere Elemente zum Kühlen beziehungsweise Heizen um die Auftragungseinheit angeordnet aufweisen, die jeweils derart ausgestaltet sind, einzeln eine Kühlfunktion beziehungsweise eine Heizfunktion bereitzustellen. In diesem Fall muss es keine beweglichen Teile relativ zu der Auftragungseinheit geben. Dies ermöglicht eine wartungsarme Vorrichtung, die trotzdem erfindungsgemäß einzelne gewünschte Bereiche des Volumenkörpers erwärmt beziehungsweise kühlt. Furthermore, the cooling unit or the heating unit may have a plurality of elements for cooling or heating arranged around the application unit, each of which is configured to provide a cooling function or a heating function individually. In this case, there need be no moving parts relative to the application unit. This makes possible a low-maintenance device which nevertheless, according to the invention, heats or cools individual desired regions of the volume body.
Alternativ oder zusätzlich können die Kühleinheit oder die Heizeinheit rotierbar um die Auftragungseinheit herum angeordnet sein, so dass diese in der Lage sind, variabel einen Bereich auf dem Volumenkörper um der Auftragungseinheit zu kühlen oder zu heizen. Alternatively or additionally, the cooling unit or heating unit may be rotatably disposed around the application unit so as to be capable of variably cooling or heating an area on the volume around the application unit.
Somit kann es möglich sein, ein einteiliges Kühlelement oder Heizelement zu verwenden, das dann durch eine Rotation relativ zu der Auftragungseinheit bewegbar ist. Dies kann den Vorteil von verringerten Kosten bringen, insbesondere bei aufwendigen Kühlelementen beziehungsweise Heizelementen. So kann die Kühleinheit etwa ein Wirbelstromrohr sein, das in der Lage ist, den Volumenkörper durch einen gekühlten Luftstrom zu Kühlen. Thus, it may be possible to use a one-piece cooling element or heating element, which is then movable by rotation relative to the application unit. This can bring the advantage of reduced costs, especially in complex cooling elements or heating elements. For example, the cooling unit may be an eddy current tube capable of cooling the bulk body by a cooled airflow.
Die Verwendung eines Wirbelstromrohrs hat hier den Vorteil, dass kein weiteres Kühlaggregat mit Wärmetauscher oder Kompressor verwendet werden muss, und das der somit erzeugte Luftstrom eine Temperatur von -40° C erreichen kann, was mit anderen Kühleinheiten nur mit deutlich größerem Aufwand zu erreichen ist. The use of an eddy current tube here has the advantage that no further cooling unit with heat exchanger or compressor must be used, and that the air flow thus generated can reach a temperature of -40 ° C, which can be achieved with other cooling units only with much greater effort.
Die Heizeinheit kann bevorzugt zumindest ein Heizelement aufweisen, das in der Lage ist, den Volumenkörper durch Wärmestrahlung zu Heizen. Die Verwendung von Wärmestrahlung erzeugt primär keinen Luftstrom, so dass, gerade bei filigranen Volumenkörpern, keine Verformung dadurch stattfinden kann. Auch das Erwärmen des Volumenkörpers mittels Mikrowellen ist in diesem Zusammenhang möglich. The heating unit may preferably comprise at least one heating element capable of passing through the solid Heat radiation to heat. The use of heat radiation primarily does not generate any air flow, so that, especially with filigree solids, no deformation can take place as a result. The heating of the volume by means of microwaves is possible in this context.
Alternativ oder zusätzlich kann die Heizeinheit zumindest eine Heißluftdüse aufweisen, die in der Lage ist, den Volumenkörper durch einen erwärmten Luftstrom zu heizen. Die Verwendung von einer Heißluftdüse kann so eine konvektive Wärmeübertragung ermöglichen, welche im Vergleich zu einer Wärmestrahlung tendenziell eine größere Wärmeübertragung ermöglicht . Alternatively or additionally, the heating unit may comprise at least one hot air nozzle which is capable of heating the volume body by a heated air flow. The use of a hot air nozzle can thus enable convective heat transfer, which tends to allow greater heat transfer compared to thermal radiation.
Diese beiden Möglichkeiten der Ausgestaltung der Heizeinheit können abhängig vom Einsatzgebiet der Erfindung variabel gewählt werden und können auch zusammen in einer erfindungsgemäßen Vorrichtung verwendet werden, um so die Vorteile beider Bauformen zu kombinieren. These two possibilities of the design of the heating unit can be chosen variably depending on the field of application of the invention and can also be used together in a device according to the invention, so as to combine the advantages of both types.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die Vorrichtung ferner eine Zuführeinrichtung auf, die zur Zuführung des Materials zur Auftragungseinheit mit der Auftragungseinheit verbunden ist, wobei die Zuführeinrichtung einen Extruder, und/oder einen insbesondere beheizbaren Schlauch aufweist. According to a preferred embodiment, the device further comprises a feed device, which is connected to the application unit for supplying the material to the application unit, wherein the feed device has an extruder, and / or a particular heatable hose.
Die Verwendung einer Zuführeinrichtung hat den Vorteil, dass der Auftragungseinheit fortlaufend Material zugeführt werden kann, wodurch ein additiver Materialauftrag ohne Unterbrechung möglich wird. Dabei hat die Bereitstellung eines Extruders den Vorteil, dass das Material gleichmäßig mit definierten Eigenschaften und ohne Unterbrechung aufgebracht werden kann, was insbesondere für die Ausbildung komplexer Geometrien von Vorteil ist. Der Schlauch eröffnet darüber hinaus die Möglichkeit, die Zuführung beheizbar auszubilden. Dies hat wiederum den Vorteil, dass die Konsistenz des Materials zum additiven Aufbau des Volumenkörpers sehr definiert eingestellt werden kann. The use of a feed device has the advantage that the application unit can be continuously supplied with material, whereby an additive material application without interruption is possible. The provision of an extruder has the advantage that the material can be applied uniformly with defined properties and without interruption, which is particularly advantageous for the formation of complex geometries. The tube also opens up the possibility of forming the feeder heatable. This in turn has the advantage that the Consistency of the material to the additive structure of the solid can be set very defined.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist die Auftragungseinheit mit dem Extruder über den insbesondere beheizbaren Schlauch verbunden. Dies eröffnet die Möglichkeit, den Extruder separat von der Auftragungseinheit anzuordnen. Dadurch kann gewährleistet werden, dass die Auftragungseinheit flexibel ausgerichtet werden kann, ohne den Extruder mitführen zu müssen. Damit kann einerseits trotz der Verwendung des Extruders eine kompakte Auftragungseinheit realisiert werden. Andererseits wird die Ausrichtung der Auftragungseinheit nicht durch den möglicherweise schweren Extruder beeinträchtigt. According to an advantageous development of the application unit is connected to the extruder via the particular heatable hose. This opens up the possibility of arranging the extruder separately from the application unit. This can ensure that the application unit can be flexibly aligned without having to carry the extruder. Thus, on the one hand, despite the use of the extruder, a compact application unit can be realized. On the other hand, the orientation of the application unit is not affected by the possibly heavy extruder.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die Auftragungseinheit eine oder mehrere Düsen auf. According to a preferred embodiment, the application unit has one or more nozzles.
Die Düse steht beispielsweise mit der Zuführeinrichtung in Verbindung. Insbesondere kann die Düse mit dem Schlauch in Verbindung stehen, oder das Ende des Extruders bilden. Sind mehrere Düsen vorhanden, erlaubt dies den additiven Materialauftrag von unterschiedlichen Materialien, ohne die Werkzeugbestückung der Vorrichtung ändern zu müssen. So können beispielsweise mit einer Vorrichtung (ggf. metallische) Strukturen wie Leiterbahnen oder Beschläge aufgebaut werden, die dann sukzessive in den Volumenkörper eingebettet werden. Dabei kann jede Düse je nach Bedarf eine eigene Zuführeinrichtung (d.h., z.B. entsprechende Schläuche, Extruder, Speichereinrichtungen, Schneckenförderer etc.) aufweisen . For example, the nozzle communicates with the feeder. In particular, the nozzle may communicate with the hose or form the end of the extruder. If there are several nozzles, this allows the additive material application of different materials, without having to change the tooling of the device. Thus, for example, with a device (possibly metallic) structures such as tracks or fittings can be constructed, which are then embedded successively in the solid. Each nozzle may have its own feeding device (i.e., corresponding hoses, extruders, storage devices, screw conveyors, etc.) as needed.
Dabei ist bevorzugt, dass eine Auflagestruktur, auf welcher der Volumenkörper aufgebaut wird, derart lösbar an dem Träger angeordnet ist, dass sie in die Vorrichtung einwechselbar oder auswechselbar ist. Ferner weist die Vorrichtung bevorzugt zusätzlich zumindest einen Wärmesensor auf, der ausgestaltet ist, die Temperatur eines Abschnitts des Volumenkörpers zu erfassen, auf den zuvor ein Materialauftrag stattgefunden hat und/oder der ausgestaltet ist, die Temperatur eines Abschnitts des Volumenkörpers zu erfassen, auf den nachfolgend ein Materialauftrag stattfinden wird. It is preferred that a support structure on which the solid is constructed, is detachably arranged on the support so that it can be exchanged or exchanged into the device. Furthermore, the apparatus preferably additionally has at least one thermal sensor configured to detect the temperature of a portion of the solid on which a material application has previously taken place and / or which is configured to detect the temperature of a portion of the solid, hereinafter referred to a material order will take place.
Der Wärmesensor kann dabei eine Wärmebildkamera und/oder ein Infrarottemperatursensor sein. The thermal sensor may be a thermal imaging camera and / or an infrared temperature sensor.
Weiterhin stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Ausbildung von Volumenkörpern durch einen additiven Materialauftrag bereit, das umfasst: Auftragen von additivem Material zum Aufbau eines Volumenkörpers; Kühlen eines ersten Abschnitts des Volumenkörpers lokal im Bereich einer momentanen Materialauftragungsstelle ; und/oder Heizen eines zweiten Abschnitts des Volumenkörpers lokal im Bereich der momentanen Materialauftragungsstelle . Furthermore, the present invention provides a method of forming bulk solids by additive material deposition, comprising: applying additive material to build a bulk body; Cooling a first portion of the bulk body locally in the area of a current material application site; and / or heating a second portion of the bulk body locally in the area of the current material application site.
Dieses Verfahren verwendet bevorzugt eine Vorrichtung wie zuvor dargestellt. This method preferably uses a device as previously shown.
Weiter bevorzugt ist der erste Abschnitt des Volumenkörpers, der als nächstes beschichtet wird, oder der Abschnitt des Volumenkörpers, der gerade beschichtet wurde. More preferably, the first portion of the volume to be coated next or the portion of the volume just coated.
Noch weiter bevorzugt ist der zweite Abschnitt des Volumenkörpers, der als nächstes beschichtet wird. Even more preferred is the second section of the bulk body to be coated next.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
Fig. 1 zeigt eine Draufsicht einer ersten Ausführungsform der Vorrichtung zur Ausbildung von Volumenkörpern gemäß der vorliegenden Erfindung. Fig. 2 zeigt eine Querschnittsansicht der ersten Ausführungsform der Vorrichtung zur Ausbildung von Volumenkörpern gemäß der vorliegenden Erfindung. Fig. 1 shows a plan view of a first embodiment of the device for forming solid bodies according to the present invention. Fig. 2 shows a cross-sectional view of the first embodiment of the device for forming solid bodies according to the present invention.
Fig. 3 ist eine perspektivische Ansicht der Vorrichtung der ersten Ausführungsform zur Darstellung eines Auftragsvorgangs auf einem Träger. Fig. 3 is a perspective view of the apparatus of the first embodiment for illustrating an application process on a support.
Fig. 4 zeigt die in Fig. 3 dargestellte Vorrichtung von einer unteren Seite. Fig. 4 shows the device shown in Fig. 3 from a lower side.
Fig. 5 zeigt eine Draufsicht einer zweiten Ausführungsform der Vorrichtung zur Ausbildung von Volumenkörpern gemäß der vorliegenden Erfindung. Fig. 5 shows a plan view of a second embodiment of the device for forming solid bodies according to the present invention.
Fig. 6 zeigt eine Seitenansicht der zweiten Fig. 6 shows a side view of the second
Ausführungsform der Vorrichtung zur Ausbildung von Volumenkörpern gemäß der vorliegenden Erfindung.  Embodiment of the device for forming solids according to the present invention.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN DETAILED DESCRIPTION OF PREFERRED EMBODIMENTS
Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend ausführlich mit Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben. Weitere in diesem Zusammenhang genannte Modifikationen können jeweils miteinander kombiniert werden, um neue Ausführungsformen auszubilden . Preferred embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. Other modifications mentioned in this context can each be combined with each other to form new embodiments.
Fig. 1 und 2 stellen eine schematische Draufsicht beziehungsweise Seitenansicht einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zur Ausbildung von Volumenkörpern 100 dar. Zur weiterführenden Erläuterung der Funktionsweise der Vorrichtung 1 wird zusätzlich auf die Figuren 3 und 4 verwiesen. 1 and 2 illustrate a schematic plan view and side view of a first embodiment of a device 1 according to the invention for forming solid bodies 100. For further explanation of the operation of the device 1, reference is additionally made to FIGS. 3 and 4.
Die Vorrichtung 1 weist einen Träger 12 auf, auf dem der Volumenkörper 100 aufzubauen ist. Erfindungsgemäß wird der Volumenkörper 100 dabei durch additiven Materialauftrag schrittweise aufgebaut. Für diesen Zweck ist eine Auftragungseinheit 13 vorgesehen, die dafür geeignet ist, eine definierte Materialmenge an einer definierten Position auf dem Träger 12 oder dem Volumenkörper 100 aufzubringen. The device 1 has a carrier 12, on which the volume body 100 is to be constructed. According to the invention Solid body 100 thereby gradually built up by additive material application. For this purpose, a application unit 13 is provided, which is suitable for applying a defined amount of material at a defined position on the support 12 or the solid 100.
In der ersten Ausführungsform gemäß Fig. 1 oder 2 ist dabei um die Auftragungseinheit 13 herum eine ringförmige Heizeinheit 15 angeordnet, die segmentiert ist. In the first embodiment according to FIG. 1 or 2, an annular heating unit 15, which is segmented, is arranged around the application unit 13.
Segmentiert im Sinne der vorliegenden Beschreibung bedeutet, dass die Heizeinheit einzelne Segmente aufweist, die einzeln eine Erwärmung bereitstellen können. Segmented in the sense of the present description means that the heating unit has individual segments which can individually provide heating.
Hiermit wird es ermöglicht, dass ein wählbarer Bereich dieser Heizeinheit 15 eine Wärmestrahlung an einen darunterliegenden Volumenkörper 100 abgibt, welcher somit bevorzugt lokal vorgewärmt werden kann. Ein derartiges Erwärmen wird in Fig. 2 anhand von Pfeilen illustriert, die zwischen der Heizeinheit 15 und dem Volumenkörper 100 dargestellt sind. This makes it possible for a selectable region of this heating unit 15 to emit heat radiation to an underlying solid 100, which thus can preferably be preheated locally. Such heating is illustrated in FIG. 2 by arrows shown between the heating unit 15 and the solid 100.
Eine zweite konzentrische Anordnung um die Auftragungseinheit 13 herum ist eine Kühleinheit 14. Hierbei kann die Heizeinheit 15 um die Kühleinheit 14 angeordnet sein oder anders herum. Die Kühleinheit 14 ist in dieser ersten Ausführungsform als mehrere Düsen ausgeführt, die einzeln gekühlte Luft etwa von einem Kühlaggregat bezieht (nicht dargestellt) und an den darunterliegenden Volumenkörper 100 abgibt. Ein derartiges Kühlen wird in Fig. 2 anhand von Pfeilen illustriert, die zwischen der Kühleinheit 14 und dem Volumenkörper 100 dargestellt sind. A second concentric arrangement around the application unit 13 is a cooling unit 14. Here, the heating unit 15 may be arranged around the cooling unit 14 or vice versa. The cooling unit 14 is designed in this first embodiment as a plurality of nozzles, the individually cooled air approximately from a cooling unit relates (not shown) and delivers to the underlying solid 100. Such cooling is illustrated in FIG. 2 by arrows shown between the cooling unit 14 and the solid 100.
Alternativ zu der Segmentierung der Heizeinheit 15 und der Kühleinheit 14 ist weiterhin das Vorsehen einer drehbaren gelochten Blende auf der Unterseite der Heizeinheit 15 und der Kühleinheit 14 möglich. Diese kann drehbar gelagert sein, so dass ein Austreten eines heißen oder kalten Luftstroms an einer bestimmten Position der Heizeinheit 15 oder der Kühleinheit 14 ermöglicht wird. As an alternative to the segmentation of the heating unit 15 and the cooling unit 14, the provision of a rotatable perforated panel on the underside of the heating unit 15 and the cooling unit 14 is also possible. This can be rotatably mounted, allowing escape of hot or cold airflow at a particular position of the heating unit 15 or the cooling unit 14.
Fig. 1 und 2 zeigen weiterhin das schematische Bilden des Volumenkörpers 100. Auf der linken Seite dieser Zeichnungen, also auf der Seite, auf der die Heizeinheit 15 von der Auftragungseinheit 13 aktiviert ist, befindet sich mindestens eine bereits aufgebrachte Schicht, welche also einen Teil des zu erstellenden Volumenkörpers 100 darstellt. Auf diese aufgebrachte Schicht wird nun aufzubringendes Material von der Auftragungseinheit 13 aufgetragen. Nach dem Abkühlen, ob mittels Kühleinheit oder ohne, ist dieses vormals aufzubringende Material nun ebenso zu einem Teil des Volumenkörpers geworden. Dies ist auf der rechten Seite dieser Zeichnungen zu sehen, also auf der Seite, auf der die Kühleinheit 14 von der Auftragungseinheit 13 aktiviert ist. FIGS. 1 and 2 further show the schematic forming of the volume body 100. On the left side of these drawings, ie on the side on which the heating unit 15 is activated by the application unit 13, there is at least one already applied layer, which thus forms a part represents the volume 100 to be created. On this applied layer now applied material is applied by the application unit 13. After cooling, whether by means of a cooling unit or without, this previously applied material has now also become part of the volume body. This can be seen on the right side of these drawings, that is on the side on which the cooling unit 14 is activated by the application unit 13.
Diese erfindungsgemäße Vorrichtung 1 in ihrer ersten Ausführungsform kann nun selektiv einen Bereich des Volumenkörpers 100 mit der Heizeinheit 15 vorwärmen, auf den ein Materialauftrag stattfinden soll. Dadurch wird der technische Effekt erzielt, dass eine Verbindung von schon aufgebrachter Schicht und aufzubringendem Material verbessert werden kann. Der genaue Bereich, der erwärmt werden soll, kann dabei über die verschiedenen Segmente der Heizeinheit 15 eingestellt werden. This device 1 according to the invention in its first embodiment can now selectively preheat a region of the volume body 100 with the heating unit 15, on which a material application is to take place. As a result, the technical effect is achieved that a compound of already applied layer and applied material can be improved. The exact area to be heated can be set via the various segments of the heating unit 15.
Zusätzlich kann ein weiterer Bereich des Volumenkörpers 100 mit der Kühleinheit 14 gekühlt werden. Dadurch wird der technische Effekt erzielt, dass eine Abkühlung einer zuvor aufgebrachten Schicht ermöglicht beziehungsweise beschleunigt wird. Der genaue Bereich, der gekühlt werden soll, kann dabei über die verschiedenen Segmente der Heizeinheit 15 eingestellt werden. Während dem in Fig. 2 dargestellten Kühlen und Erwärmen des Volumenkörpers 100 bewegt sich die Auftragungseinheit 13 relativ dem Volumenkörper 100, um somit ein aufgeschmolzenes Material weiter aufzubringen. Durch eine variable Kühl- beziehungsweise Wärmeleistung kann hierbei ein gewünschter Grad an Abkühlung beziehungsweise Erwärmung angepasst werden. Additionally, another portion of the bulk body 100 may be cooled with the cooling unit 14. As a result, the technical effect is achieved that a cooling of a previously applied layer is made possible or accelerated. The exact area to be cooled can be set via the various segments of the heating unit 15. During the cooling and heating of the bulk body 100 shown in FIG. 2, the application unit 13 moves relative to the bulk body 100, thereby further applying a molten material. By a variable cooling or heat output in this case a desired degree of cooling or heating can be adjusted.
Für eine bessere Steuerung der benötigten Kühlung beziehungsweise Erwärmung kann die Vorrichtung 1 zusätzlich über Wärmesensoren verfügen. Die Wärmesensoren sind dabei bevorzugt derart angeordnet, dass lokal die Temperatur des Volumenkörpers 100 gemessen werden kann, bei der eine neue Schicht aufgebracht werden soll und/oder dass lokal die Temperatur des Volumenkörpers 100 gemessen werden kann, bei der eine neue Schicht aufgebracht ist. Somit kann ein Ist- Zustand der Temperatur des Volumenkörpers 100 erfasst werden und gegen einen Soll-Zustand abgeglichen werden, was es ermöglicht, die lokale Temperatur des Volumenkörpers 100 entsprechend anzupassen. Neben der genauerenFor better control of the required cooling or heating, the device 1 may additionally have thermal sensors. The thermal sensors are preferably arranged such that the temperature of the volume body 100 can be measured locally at which a new layer is to be applied and / or that the temperature of the volume body 100 at which a new layer is applied can be measured locally. Thus, an actual state of the temperature of the volume body 100 can be detected and adjusted against a desired state, which makes it possible to adjust the local temperature of the volume body 100 accordingly. In addition to the more precise
Temperaturmanipulation des Volumenkörpers 100 können somit auch kritische Temperaturen entdeckt werden und etwa einem Benutzer gemeldet werden. Eine Ausführungsform für einen Wärmesensor ist etwa eine Wärmebildkamera, wobei auch ein Infrarottemperatursensor denkbar ist, der vor allem punktuelle Temperaturen erfassen kann. Temperature manipulation of the volume 100 thus critical temperatures can be detected and reported to a user. An embodiment of a thermal sensor is about a thermal imaging camera, with an infrared temperature sensor is conceivable, which can detect especially punctual temperatures.
Mittels eines Wärmesensors kann eine Regelstrecke erstellt werden, die ein optimales Erreichen von derartigen Soll- Temperaturwerten ermöglicht. By means of a heat sensor, a controlled system can be created, which enables optimum achievement of such desired temperature values.
Nicht dargestellt in Fig. 1 oder 2 ist ein Auftragen einer Schicht, die nicht auf einer geraden Linie ist. Auch hierbei können die wärmenden beziehungsweise kühlenden Bereiche der Heiz- und Kühleinheiten 15 und 14 so gewählt werden, dass ein Bereich, auf den Material aufgebracht werden soll oder auf den gerade Material aufgebracht wurde, in seiner Temperatur manipuliert wird. Der Träger 12 kann eine eigene Heizung aufweisen, die etwa unter der Oberfläche des Trägers 12 angeordnet ist. Es kann auch auf eine derartige Heizung verzichtet werden, insbesondere wenn die Heizeinheit 15 auch einen Bereich des Trägers, auf den eine Schicht aufzubringen ist, vorwärmt. Not shown in Fig. 1 or 2 is a coating of a layer which is not on a straight line. Again, the heating or cooling areas of the heating and cooling units 15 and 14 can be selected so that an area is to be applied to the material or was applied to the straight material is manipulated in its temperature. The carrier 12 may have its own heating, which is arranged approximately below the surface of the carrier 12. It is also possible to dispense with such a heater, in particular if the heating unit 15 also preheats a region of the carrier to which a layer is to be applied.
Die Auftragungseinheit 13 ist in Fig. 1 und 2 lediglich schematisch dargestellt. Diese Auftragungseinheit 13 kann eine Düse, die das Material aufträgt, und eine Zuführeinrichtung, die das Material der Düse zuführt, aufweisen. Die Zuführeinrichtung kann einenThe application unit 13 is shown in FIGS. 1 and 2 only schematically. This application unit 13 may include a nozzle that applies the material and a feeder that supplies the material to the nozzle. The feeder can a
Schneckenförderer, einen ZwischenspeicherScrew conveyor, a cache
(Speichereinrichtung), und einen Extruder aufweisen. Die Zuführeinrichtung steht mit der Auftragungseinheit 13 in Verbindung, die beispielswiese als formgebende Öffnung direkt am Extruder oder als Düse ausgebildet sein kann. Dabei kann die Auftragungseinheit 13 über einen geeigneten Schlauch(Storage device), and having an extruder. The feed device is in communication with the application unit 13, which may for example be designed as a shaping opening directly on the extruder or as a nozzle. In this case, the application unit 13 via a suitable hose
(welcher im Folgenden als Teil der Zuführeinrichtung betrachtet wird) mit der Zuführeinrichtung verbunden sein. Auf der in Förderrichtung anderen Seite der Auftragungseinheit kann die Zuführeinrichtung mit einem nicht dargestellten Hauptspeicher in Verbindung stehen, der das aufzubringende Material oder das entsprechende Rohmaterial in geeigneter Menge bereithält. In dem Hauptspeicher kann ferner eine Aufbereitung des Materials zum Aufbau des Volumenkörpers 100 erfolgen. Dies kann beispielsweise durch Temperierung oder die Zumischung von weiteren Komponenten, Bindern oder Additiven geschehen. (which is considered below as part of the feeder) may be connected to the feeder. On the other side of the application unit in the conveying direction, the feeding device may be in communication with a main storage, not shown, which holds the material to be applied or the corresponding raw material in an appropriate amount. In the main memory can also be a preparation of the material for the construction of the volume body 100 done. This can be done for example by tempering or the addition of other components, binders or additives.
Durch die verbesserte Temperaturregelung der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann es auch möglich sein, einen vertikalen Materialauftrag durchzuführen. Dies bedeutet, dass Material senkrecht oder im Wesentlichen senkrecht zu der Oberfläche des Trägers 12 (in der vertikalen Richtung) aufgetragen werden kann. Somit ist es möglich, komplexe Geometrien zu erzeugen, bei denen nicht nur ein Drucken in der Ebene des Trägers 12 durchgeführt wird. Due to the improved temperature control of the device according to the invention, it may also be possible to carry out a vertical material application. This means that material can be applied perpendicularly or substantially perpendicular to the surface of the carrier 12 (in the vertical direction). Thus, it is possible create complex geometries in which not only printing in the plane of the carrier 12 is performed.
Fig. 5 und 6 stellen eine schematische Draufsicht beziehungsweise Seitenansicht einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 λ zur Ausbildung von Volumenkörpern 100 dar. 5 and 6 represent a schematic plan view and side view, respectively, of a second embodiment of a device 1 ' according to the invention for forming solid bodies 100.
In dieser zweiten Ausführungsform sind, im Gegensatz zur ersten Ausführungsform, die Kühleinheit 14 λ und die Heizeinheit 15 λ nicht konzentrisch und segmentiert. Bei dieser Ausführungsform sind die Kühleinheit 14 λ und die Heizeinheit 15 λ drehbar um die Auftragungseinheit 13 λ angeordnet. Diese Bewegbarkeit ist in Fig. 3 mittels Pfeilen illustriert . In this second embodiment, in contrast to the first embodiment, the cooling unit 14 λ and the heating unit 15 λ are not concentric and segmented. In this embodiment, the cooling unit 14 λ and the heating unit 15 λ are rotatably arranged around the application unit 13 λ . This mobility is illustrated in Fig. 3 by arrows.
Insbesondere wird bei dieser zweiten Ausführungsform ein Wirbelstromrohr als Kühleinheit 14 λ verwendet, das drehbar um der Auftragungseinheit 13 λ angeordnet ist. Wirbelstromrohre sind auch bekannt als Ranque-Hilsch-Wirbelrohre, nutzen komprimierte Luft und benötigen keine weiteren mechanischen oder elektrischen Bauteile. Somit kann die Komplexität der Vorrichtung 1 λ verringert werden, obgleich der zu erzeugende Luftstrom Temperaturen von etwa -40 °C erreichen kann. Somit ist eine schnelle Kühlung möglich. Das Wirbelstromrohr kann entweder eine Zuleitung mit zu verwendender Druckluft aufweisen oder einen eigenen Kompressor, welcher die benötigte Druckluft generiert. In particular, in this second embodiment, an eddy current tube is used as a cooling unit 14 λ , which is arranged rotatable about the application unit 13 λ . Eddy current tubes are also known as Ranque-Hilsch vortex tubes, use compressed air and require no other mechanical or electrical components. Thus, the complexity of the device 1 λ can be reduced, although the air flow to be generated can reach temperatures of about -40 ° C. Thus, a quick cooling is possible. The eddy current tube can either have a supply line to be used with compressed air or its own compressor, which generates the required compressed air.
Als Heizeinheit 15 λ kann bei dieser zweiten Ausführungsform zumindest eine Heißluftdüse verwendet werden. Auch diese ist drehbar um die Auftragungseinheit 13 λ angeordnet und kann etwa mit elektrischem Strom betrieben werden. As a heating unit 15 λ at least one hot air nozzle can be used in this second embodiment. Also, this is rotatable about the application unit 13 λ arranged and can be operated for example with electric current.
Die im vorigen beschriebenen zwei Ausführungsformen können auch miteinander kombiniert werden. Beispielsweise kann es vorteilhaft sein, etwa eine kreisförmig segmentierte Heizeinheit 15 gemäß der ersten bevorzugten Ausführungsform zu verwenden und eine rotierbar verfahrbare Kühleinheit 14 λ gemäß der zweiten bevorzugten Ausführungsform, oder anders herum. Jeweilige Anpassungen an einen individuellen Anwendungsfall sind möglich. The two embodiments described above can also be combined with each other. For example, it may be advantageous, such as a circular segmented Heating unit 15 according to the first preferred embodiment and to use a rotatably movable cooling unit 14 λ according to the second preferred embodiment, or vice versa. Customizations to an individual application are possible.

Claims

ANSPRÜCHE
Vorrichtung (1; 1λ) zur Ausbildung von Volumenkörpern (100) durch additiven Materialauftrag, aufweisend: einen Träger (12, 12 λ), an dem der Volumenköper (100) ausgebildet werden kann; eine Auftragungseinheit (13, 13 λ) zum Aufbau des Device (1; 1 λ ) for forming volume bodies (100) by additive material application, comprising: a support (12, 12 λ ) on which the volume body (100) can be formed; a plotting unit (13, 13 λ ) for constructing the
Volumenkörpers (100) am Träger (12, 12 λ) durch additiven Auftrag von Material, wobei das Material insbesondere teilweise aus Holzmaterial, wie Holzschaum, Holzmehl, Sägespäne oder Ähnlichem, einer metallischen oder mineralischen Paste, und/oder Kunststoff ausgebildet ist ; eine Kühleinheit (14, 14 λ) zum Kühlen eines Abschnitts des Volumenkörpers (100) und eine Heizeinheit (15, 15 λ) zum Erwärmen eines Abschnitts des Volumenkörpers (100) . Bulk body (100) on the support (12, 12 λ ) by additive application of material, the material is in particular partially formed of wood material, such as wood foam, wood flour, sawdust or the like, a metallic or mineral paste, and / or plastic; a cooling unit (14, 14 λ ) for cooling a portion of the bulk body (100) and a heating unit (15, 15 λ ) for heating a portion of the volume body (100).
Vorrichtung (1; 1λ) nach Anspruch 1, dadurch Device (1; 1 λ ) according to claim 1, characterized
gekennzeichnet, dass der Wirkbereich der Kühleinheit (14, 14 λ) und/oder der Wirkbereich der Heizeinheit (15, 15 λ) um die Auftragseinheit verstellbar ist. characterized in that the effective range of the cooling unit (14, 14 λ ) and / or the effective range of the heating unit (15, 15 λ ) is adjustable to the application unit.
Vorrichtung (1; 1λ) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Kühleinheit (14, 14 λ) derart ausgestaltet ist, einen Bereich des Volumenkörpers (100) zu kühlen, auf den die Auftragungseinheit (13, 13 λ) zuvor Material aufgetragen hat, und/oder die Heizeinheit (15, 15 λ) derart ausgestaltet ist, einen Bereich des Volumenkörpers (100) zu erwärmen, auf den die Auftragungseinheit (13, 13 λ) anschließend Material aufträgt . The device (1; 1 λ ) according to claim 1 or 2, wherein the cooling unit (14, 14 λ ) is configured to cool a portion of the bulk body (100) to which the application unit (13, 13 λ ) has previously applied material , and / or the heating unit (15, 15 λ ) is designed such that a portion of the volume body (100) to heat, on the the application unit (13, 13 λ ) then applies material.
4. Vorrichtung (1; 1λ) nach einem der vorangegangenen 4. Device (1, 1 λ ) according to one of the preceding
Ansprüche, wobei die Kühleinheit (14, 14 λ) und/oder die Heizeinheit (15, 15 λ) konzentrisch um die Auftragungseinheit (13, 13 λ) angeordnet sind, wobei bevorzugt ist, dass die Claims, wherein the cooling unit (14, 14 λ ) and / or the heating unit (15, 15 λ ) are arranged concentrically around the application unit (13, 13 λ ), wherein it is preferred that the
Kühleinheit (14, 14 λ) außerhalb der Heizeinheit (15, 15 λ) angeordnet ist. Cooling unit (14, 14 λ ) outside the heating unit (15, 15 λ ) is arranged.
5. Vorrichtung (1; 1λ) nach einem der vorangegangenen 5. Device (1, 1 λ ) according to one of the preceding
Ansprüche, wobei die Kühleinheit (14, 14 λ) und/oder die Heizeinheit (15, 15 λ) mehrere Segmente zum Kühlen oder Heizen Claims, wherein the cooling unit (14, 14 λ ) and / or the heating unit (15, 15 λ ) a plurality of segments for cooling or heating
aufweist/aufweisen, die jeweils derart ausgestaltet sind, den Wirkbereich der Kühleinheit (14, 14 λ) und/oder den Wirkbereich der Heizeinheit (15, 15 λ) um die have / each having such configured, the effective range of the cooling unit (14, 14 λ ) and / or the effective range of the heating unit (15, 15 λ ) to the
Auftragseinheit zu ändern.  Change order unit.
6. Vorrichtung (1λ) nach einem der vorangegangenen 6. Device (1 λ ) according to one of the preceding
Ansprüche, wobei die Kühleinheit (14 λ) und/oder die Heizeinheit (15 λ) rotierbar um die Auftragungseinheit (13 λ) vorgesehen ist/sind, so dass diese vorgesehen sind, den Wirkbereich der Kühleinheit (14 λ) und/oder den Wirkbereich der Claims, wherein the cooling unit (14 λ ) and / or the heating unit (15 λ ) is rotatably provided around the application unit (13 λ ), so that they are provided, the effective range of the cooling unit (14 λ ) and / or the effective range the
Heizeinheit (15 λ) um die Auftragseinheit zu ändern, insbesondere entsprechend einer Bewegungsrichtung derAuftragungseinheit (13 λ). Heating unit (15 λ ) to change the application unit, in particular according to a direction of movement of the application unit (13 λ ).
7. Vorrichtung (1; 1λ) nach einem der vorangegangenen 7. Device (1, 1 λ ) according to one of the preceding
Ansprüche, wobei die Kühleinheit (14, 14 λ) ein Wirbelstromrohr ist, das vorgesehen ist, den Abschnitt des Volumenkörpers (100) durch einen gekühlten Luftstrom zu Kühlen. Claims, wherein the cooling unit (14, 14 λ ) is an eddy current tube intended to cool the portion of the bulk body (100) by a cooled air flow.
8. Vorrichtung (1; 1λ) nach einem der vorangegangenen 8. Device (1, 1 λ ) according to one of the preceding
Ansprüche, wobei die Heizeinheit (15, 15 λ) zumindest ein Heizelement aufweist, das vorgesehen ist, den Abschnitt des Claims, wherein the heating unit (15, 15 λ ) comprises at least one heating element, which is provided, the portion of the
Volumenkörpers (100) durch Wärmestrahlung zu erwärmen.  Heat volume (100) by heat radiation.
9. Vorrichtung (1; 1λ) nach einem der vorangegangenen 9. Device (1, 1 λ ) according to one of the preceding
Ansprüche, wobei die Heizeinheit (15, 15 λ) zumindest eine Heißluftdüse aufweist, die vorgesehen ist, den Abschnitt des Claims, wherein the heating unit (15, 15 λ ) has at least one hot air nozzle, which is provided, the portion of the
Volumenkörpers (100) durch einen erwärmten Luftstrom zu erwärmen .  Volume (100) to be heated by a heated air flow.
10. Vorrichtung (1, 1λ) nach einem der vorherigen Ansprüche, ferner aufweisend 10. Device (1, 1 λ ) according to one of the preceding claims, further comprising
eine Zuführeinrichtung, die zur Zuführung des  a feeding device for supplying the
Materials zur Auftragungseinheit (13, 13 λ) mit der Material for application unit (13, 13 λ ) with the
Auftragungseinheit (13, 13 λ) verbunden ist, Application unit (13, 13 λ ) is connected,
wobei die Zuführeinrichtung aufweist:  wherein the feeder comprises:
einen Extruder, und/oder  an extruder, and / or
einen, insbesondere beheizbaren, Schlauch.  a, in particular heatable, hose.
11. Vorrichtung (1, 1λ) nach Anspruch 10, 11. Device (1, 1 λ ) according to claim 10,
wobei die Auftragungseinheit (13, 13 λ) mit dem Extruder über den, insbesondere beheizbaren, Schlauch verbunden ist. wherein the application unit (13, 13 λ ) is connected to the extruder via the, in particular heatable, hose.
12. Vorrichtung (1, 1λ) nach einem der vorherigen Ansprüche, bei der 12. Device (1, 1 λ ) according to one of the preceding claims, wherein
die Auftragungseinheit (13, 13 λ) eine oder mehrere Düsen aufweist. Vorrichtung (1, 1λ) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Vorrichtung zusätzlich zumindest einen the application unit (13, 13 λ ) has one or more nozzles. Device (1, 1 λ ) according to one of the preceding claims, wherein the device additionally at least one
Wärmesensor aufweist, der eingerichtet ist, die  Heat sensor that is set up, the
Temperatur eines Abschnitts des Volumenkörpers zu erfassen, auf den zuvor ein Materialauftrag  To capture the temperature of a section of the solid on the previously a material order
stattgefunden hat, und/oder der eingerichtet ist, die Temperatur eines Abschnitts des Volumenkörpers zu erfassen, auf den nachfolgend ein Materialauftrag stattfinden wird.  has taken place, and / or is adapted to detect the temperature of a portion of the volume on which a subsequent material application will take place.
14. Vorrichtung (1, 1λ) nach einem Anspruch 13, 14. Device (1, 1 λ ) according to claim 13,
wobei der Wärmesensor eine Wärmebildkamera und/oder ein Infrarottemperatursensor ist.  wherein the thermal sensor is a thermal imaging camera and / or an infrared temperature sensor.
Verfahren zur Ausbildung von Volumenkörpern (100) durch additiven Materialauftrag, bevorzugt unter Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, umfassend : A method of forming bulk solids (100) by additive material application, preferably using a device according to any one of claims 1 to 14, comprising:
Auftragen eines additiven Materials zum Aufbau eines Volumenkörpers (100); Applying an additive material to build up a bulk body (100);
Kühlen eines ersten Abschnitts des Volumenkörpers (100) lokal im Bereich einer Materialauftragungsstelle ; Cooling a first portion of the bulk body (100) locally in the region of a material application site;
und/oder  and or
Heizen eines zweiten Abschnitts des Volumenkörpers (100) lokal im Bereich der Materialauftragungsstelle . Heating a second portion of the bulk body (100) locally in the area of the material application site.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei der erste Abschnitt ein Abschnitt des Volumenkörpers (100) ist, an dem als nächstes das additive Material aufgetragen wird, oder ein Abschnitt des Volumenkörpers (100) ist, an dem das additive Material aufgetragen wurde. The method of claim 15, wherein the first portion is a portion of the bulk body (100) to which the additive material is next applied or a portion of the bulk body (100) to which the additive material has been applied.
17. Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, wobei der zweite17. The method according to claim 15 or 16, wherein the second
Abschnitt ein Abschnitt des Volumenkörpers (100) ist, an dem als nächstes ein additives Material aufgetragen wird . Section is a section of the solid (100) to which an additive material is next applied.
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