WO2023186570A2 - 3d-druckvorrichtung mit sensoreinrichtung zur funktionsprüfung und serviceeinrichtung zum fremdkraftbetätigten reinigen und/oder auswechseln - Google Patents

3d-druckvorrichtung mit sensoreinrichtung zur funktionsprüfung und serviceeinrichtung zum fremdkraftbetätigten reinigen und/oder auswechseln Download PDF

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post
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Definitions

  • 3D printing device with sensor device for functional testing and service device for power-operated cleaning and/or replacement
  • the proposed solution concerns a 3D printing device for the additive manufacturing of a component.
  • 3D printing devices for the additive manufacturing of a component are widely known.
  • the printing material required to manufacture the component is made available using an extruder device, for example comprising at least one screw extruder, and applied in layers to a printing platform.
  • At least one nozzle is provided on the 3D printing device for dispensing the printing material.
  • Such a post-processing tool can be used, for example, to smooth or otherwise mechanically process the applied printing material or to cool or warm the applied printing material.
  • the proposed solution is therefore based on the task of providing a 3D printing device that is improved in this regard
  • a proposed 3D printing device comprises a control unit with at least one sensor device for checking a) the (proper) function of a nozzle of the 3D printing device intended for dispensing printing material to produce the component and/or b) the (proper) function of a post-processing tool 3D printing device, which is intended for processing printing material applied by the 3D printing device, with which the component is manufactured, and a service device for externally powered cleaning and/or externally powered replacement of the nozzle and/or the post-processing tool in response to an electronic service signal from the at least one sensor device.
  • the basic idea of the proposed solution is therefore to provide an electronic control unit with at least one sensor device on the 3D printing device, via which an electronic service signal can be generated in response to a sensor-detected indication of a possible functional impairment of the nozzle and/or the post-processing tool, in particular a functional impairment detected by sensors during an additive manufacturing process using the at least one sensor device.
  • an externally powered cleaning and/or an externally powered replacement of the respective component is then automatically triggered.
  • the service device of the 3D printing device is automatically activated in order to activate the respective component (nozzle or Post-processing tool) to be cleaned and replaced if necessary. In this way, uncontrolled terminations of the additive manufacturing process can be avoided Automatically initiate measures at an early stage to eliminate the functional impairment.
  • the service device can include at least one gripping tool a) for releasing the nozzle from a nozzle holder of the 3D printing device and/or b) for releasing the post-processing tool from a tool holder of the 3D printing device.
  • nozzle carriers and tool carriers can also be provided on a common carrier component of the 3D printing device. Via the at least one gripping tool, the respective component can be removed from the associated carrier automatically and in particular in a motor-driven manner if a functional impairment has been detected by sensors.
  • the gripping tool can be rotatable via a motor drive of the service device.
  • the gripping tool can carry out a motor-driven rotary movement when the gripping tool engages the respective component, i.e. the nozzle or the post-processing tool, in order to then release the respective component from its carrier, for example to unscrew it.
  • the rotatable gripping tool can also be used to attach the nozzle or the post-processing tool - for example after cleaning carried out away from the respective carrier - to the respective carrier again, for example to screw it on.
  • the gripping tool can consequently be designed to carry out a rotary movement in order to unscrew and/or screw in the nozzle or the post-processing tool on the respective carrier.
  • the gripping tool can be provided to automatically attach any replacement component, i.e. a replacement nozzle or a replacement post-processing tool, to the respective carrier of the 3D printing device.
  • the 3D printing device comprises a collecting container which is intended to hold a) the nozzle after it has been released from the nozzle holder and/or b) the post-processing tool after it has been released from the tool holder.
  • the respective component detached from its carrier using the gripping tool can thus fall into a collecting container and then be removed, for example, from the 3D printing device and in particular a printing space of the 3D printing device.
  • a collecting container can be provided here, for example, on a magazine of the 3D printing device, in particular be fixed or formed here, on which at least one replacement nozzle and / or at least one replacement post-processing tool is available. Accordingly, a collecting container can also be formed, for example, by a storage section of the magazine.
  • the component received in a collecting container and detached from the respective carrier is first relocated to a storage section of a magazine, from which a user can then remove the respective component that is classified as functionally impaired from the outside by a user.
  • an embodiment variant provides a service device with at least one magazine and a feed mechanism, with at least one replacement nozzle held in the magazine and/or b) a replacement reworking tool held in the magazine being operated by external power (and thus electronically controllable) via the feed mechanism.
  • the service device can thus be set up, in response to the service signal, to remove the respective component whose function is supposedly impaired from the respective carrier using external force using at least one gripping tool of the 3D printing device and then, using the feed mechanism, to remove a respective replacement component from the magazine on the respective one To attach the carrier, in particular to screw it in while rotating a gripping tool.
  • any impairment of the nozzle or the post-processing tool is consequently detected via the at least one sensor device, for example by sensors, and in response to this the service device is activated to replace the nozzle or the post-processing tool.
  • the nozzle or the post-processing tool is then first removed from the nozzle carrier or the tool carrier using the gripping tool (the respective removed component being received, for example, in a collecting container). Subsequently, with the help of the gripping tool, a replacement nozzle removed from the magazine or a post-processing tool removed from the magazine is positioned on the respective carrier using external power and fixed, for example screwed in, while rotating the gripping tool.
  • a user of the 3D printing device can then remove the component that is detected as having impaired functionality and, if necessary, send it for further testing and/or cleaning.
  • a possible further development provides for a magazine on the 3D printing device in which a) several (at least two) replacement nozzles and/or b) several replacement post-processing tools are available.
  • the magazine can, for example, also be mounted so that it can rotate and/or move longitudinally.
  • the magazine of the 3D printing device can then be adjustable into a position in which the replacement nozzle or the replacement post-processing tool can be removed from the respective storage section of the magazine.
  • it can be provided to selectively bring one of several storage sections of the magazine to a receiving section of a feed mechanism of the service device, via which the (suitable) replacement nozzle or the (suitable) replacement post-processing tool is picked up and directed towards the respective (nozzle or tool) carrier is transported.
  • the magazine additionally integrates at least one heating element in order to a) heat the at least one replacement nozzle before attachment to the nozzle holder and/or b) the at least one replacement post-processing tool, for example to bring it to a predetermined and possibly variably adjustable target temperature .
  • the replacement nozzle can be prepared for use on an extruder device of the 3D printing device before it is attached. This means that shorter waiting times can be achieved for replacement, during which the 3D printing device cannot be (fully) used. In particular, this can be used to adapt to a functional thermal expansion of the extruder device that occurs during operation of the 3D printing device.
  • a heating element can also be advantageous with regard to any thermal cleaning of a removed component or a replacement component.
  • the magazine on the 3D printing device can be designed to be extendable and/or replaceable. With a magazine that can only be pulled out, the entire magazine is not necessarily interchangeable. Rather, an extendable magazine on an outside of the 3D printing device can only be pulled out to such an extent that one or more storage sections and / or a collecting container becomes accessible to a user in order to make one or more removed ones To remove components or to accommodate at least one replacement component in the magazine.
  • an embodiment variant can provide at least one positioning element on a nozzle holder or the tool holder on the one hand and on the replacement nozzle and/or the replacement post-processing tool on the other hand.
  • a first positioning element is provided on the nozzle carrier or the tool carrier, while a second positioning element is provided on the replacement nozzle or the replacement post-processing tool.
  • a first positioning element can be formed by a guide shoulder on a replacement nozzle or a replacement reworking tool, via which positioning of the replacement nozzle or the replacement reworking tool on the nozzle carrier or the tool carrier is facilitated.
  • the attachment of the replacement nozzle or the replacement post-processing tool can be simplified by, for example, only having to use a rotary drive combined with a lifting cylinder for the gripping tool and a changing mechanism implemented with it in the service facility.
  • the service device can, for example, comprise at least one cleaning tool which, in response to the service signal, is operated by external power a) for cleaning the nozzle and/or b) for cleaning the Post-processing tool is adjustable.
  • the cleaning tool provided for cleaning the nozzle is then introduced with a cleaning section into a nozzle outlet opening of the nozzle. Inserting a cleaning section into the nozzle outlet opening of the nozzle serves, for example, to remove any printing material that may clog the nozzle outlet opening or a nozzle channel behind it.
  • a cleaning section is provided which is screwed into the nozzle outlet opening while rotating - in the manner of a drill, a reamer or a brush.
  • a cleaning section can consequently be radial to an insertion direction
  • Protruding cleaning elements in particular, for example, have a plurality of bristles or tufts of bristles.
  • the at least one sensor device is, for example, set up and intended to detect at least one measurement variable that is representative of a geometry and/or a dimension a) of the nozzle and/or b) of the post-processing tool.
  • an external geometry and/or an external dimension of a nozzle and/or a post-processing tool can be measured and monitored using sensors using tactile, optical, inductive or capacitive sensors. For example, this takes advantage of the fact that if a nozzle becomes blocked, the nozzle also heats up significantly and expands more due to the heat. If a change in geometry and/or dimensions that exceeds a threshold value is then detected by sensors, this is an indication of a functional impairment, which leads to the triggering of a cleaning or replacement process by the service facility.
  • the at least one sensor device can be set up and provided to detect at least one measurement variable which is representative of a pressure in a nozzle channel of the nozzle for printing material to be dispensed or is representative of a pressure in a section of an extruder device upstream of the nozzle. For example, if the nozzle is even partially clogged, the pressure in the nozzle and/or in a melting area of the extruder device increases. If such an increase in pressure is detected, especially when the speed of an extruder of the extruder device remains constant, this also suggests an undesirable impairment of the function of the nozzle.
  • the at least one sensor device can be set up and provided to detect at least one measurement variable that is representative of a geometry and/or a dimension of a web of printed material applied.
  • a functional impairment of a nozzle or a post-processing tool of the 3D printing device leads to an undesirable change in a web of applied printing material, for example, it flows more, frays and/or locally thickens.
  • Such a change can also be detected using sensors and, in one embodiment variant, also leads to an automatic triggering of a cleaning or replacement process by the service facility.
  • the recordings of measured variables explained above can of course also be combined with one another in order to then draw conclusions about any functional impairment with increased reliability, for example by combining two different measured variables.
  • the at least one sensor device can be set up and provided to generate the service signal based on a threshold value for the at least one measured variable.
  • a measured value of the at least one measured variable is consequently compared with at least one stored threshold value and, if necessary, the service signal is generated based on a result of this comparison.
  • the measurement variable either exceeding a threshold value or several threshold values (for a stepped approach) or falling below a threshold value or several threshold values can be decisive for generating a service signal.
  • a replacement nozzle with a larger diameter is automatically attached if a functional impairment is detected, which indicates that the nozzle is blocked.
  • Replacing the nozzle with a replacement nozzle or replacing a post-processing tool can also be done independently of a functional impairment, for example if a nozzle with a different diameter and/or a different post-processing tool is provided in software of the 3D printing device for the component to be produced.
  • the 3D printing device can be set up to automatically attach the nozzle and/or the post-processing tool to the respective carrier before starting a 3D printing process, which is specified in software for controlling the 3D device for the component to be produced is. to reduce manual setup time for the 3D printing device.
  • the control unit can be used to replace the nozzle in order to attach a nozzle with a different nozzle shape and/or diameter automatically, i.e. according to a pre-programmed command within a manufacturing program.
  • a nozzle is understood to mean any (dispensing) element intended for the discharge or ejection of printing material with at least one discharge opening. A narrowing of the cross section towards an outlet opening is therefore not mandatory.
  • the attached figures illustrate exemplary possible embodiment variants of the proposed solution.
  • FIG. 1 shows a section of a printing chamber of an embodiment variant of a proposed 3D printing device for the additive manufacturing of a component, in which a geometry and/or a dimension of a nozzle of the 3D printing device provided for dispensing the printing material is monitored by sensors in order to detect any functional impairment of the nozzle to close and automatically trigger a cleaning and/or replacement process on the 3D printing device;
  • Figure 2 in a view corresponding to Figure 1, shows a variant of the 3D
  • Printing device in which a pressure in an extruder section in front of the nozzle is monitored by sensors to trigger a cleaning and/or replacement process in order to determine any functional impairment
  • FIG. 3 shows a schematic top view of a nozzle of the 3D printing device according to FIGS. 1 and 2, in which alternatively or additionally the dimensions and/or geometry of a web formed with the applied printing material are monitored by sensors in order to draw conclusions about any functional impairment;
  • FIGS. 1 and 2 show a further variant of a proposed 3D printing device in views corresponding to FIGS. 1 and 2, showing a magazine and a gripping tool of a service device for automatically changing a nozzle of the 3D printing device that has been assessed as functionally impaired;
  • Figure 4B parts of the service device of Figure 4A in plan view
  • Figure 5 shows a further embodiment variant in which the service device alternatively or additionally has a cleaning tool for cleaning a nozzle that has been detected as at least partially clogged;
  • Figure 6 is a further development of Figure 4.
  • Figure 6A shows an enlarged detail of a sectional view of Figure 6
  • Figure 7 shows a detail of an embodiment variant of a service device for automatically changing a nozzle with a linear magazine for spare nozzles
  • Figure 8 shows another variant of a service device with a band
  • Figure 1 shows a section of a 3D printing device for the additive manufacturing of a component with a view of the end of an extruder device of the 3D printing device.
  • the extruder device has at least one screw extruder and, at its end shown, a nozzle 1 provided for dispensing printing material.
  • the extruder device extends with an extruder housing 10 along a longitudinal axis L, which runs along the vertical when the 3D printing device is arranged as intended.
  • Printing material applied via the nozzle 1 can be applied to a printing bed in a printing space of the 3D printing device in order to produce a component to be manufactured in layers.
  • the individual layers of the component are formed using printing material applied in strips.
  • Nozzle 1 In order to integrate an automatable nozzle and/or tool wear management system for an extrusion-based 3D printing process in the 3D printing device of FIG Nozzle 1 is monitored and when a possible functional impairment is detected, a power-operated cleaning and/or a power-operated replacement of the nozzle 1 is automatically triggered.
  • the aim here is to prevent uncontrolled printing interruptions due to a clogged, damaged or worn nozzle 1 and thereby reduce manual interventions on the 3D printing device as well as the production of scrap components.
  • a post-processing tool of the 3D printing device is sensor-sensitively applied to a by means of the control unit Any functional impairment can be checked and, if necessary, cleaned and/or replaced automatically.
  • a post-processing tool is used, for example, in the area of the end of the extruder housing 10A for subsequent smoothing of an applied web of printing material or for milling in order to subractively post-process the component.
  • a post-processing tool can be provided for (local) cooling or heating of the component. By cooling the component, local overheating of the component can be avoided, for example.
  • a corresponding post-processing tool can also basically be provided on the extruder housing 10 or at a distance from it, in each case on a tool carrier of the 3D printing device.
  • a sensor device with a sensor 2 is part of the electronic control unit.
  • the sensor 2 is designed, for example, as a tactile, optical, inductive or capacitive sensor and is provided along the longitudinal axis L below the nozzle 1.
  • a diameter D of the nozzle 1 at its nozzle end or nozzle outlet relative to the longitudinal axis L and / or a distance dz of the nozzle 1 to the sensor 2 is recorded and evaluated.
  • a possible blockage of the nozzle 2 by printing material can, under certain circumstances, result in a not insignificant additional heat-related expansion of the nozzle 1.
  • printing material may also accumulate to an undesirable extent in the area of a nozzle outlet opening of the nozzle 1.
  • the nozzle 1 wears down so much (from the inside or outside) that the distance dz measurably changes and/or the diameter D changes.
  • a change in the diameter D and/or the distance dz can be detected using sensors, which, if a respective threshold value is exceeded, indicates a functional impairment of the nozzle 1. For example, exceeding a respective nominal value by 10% or more can be viewed as an indication of a functional impairment.
  • a service signal is generated via the sensor 2.
  • a service device of the control unit of the 3D printing device is controlled via this service signal.
  • an automated cleaning of the nozzle 1 or even its replacement is then triggered, possibly also depending on the degree and type of functional impairment detected and thus, for example, depending on whether (several) threshold values for the respective sensor-detected measurement variable are exceeded and electronically controlled.
  • the nozzle 1 is removed from the extruder housing 10 and automatically replaced by a replacement nozzle.
  • a specific type of contamination can be determined based on the one or more measured values, for example in order to distinguish between external contamination and internal contamination.
  • External contamination can typically be cleaned, while an impairment that is not visible from the outside, which is associated, for example, with an increase in the pressure in the nozzle, can only be remedied by inserting a cleaning tool into the nozzle (see Figure 4) or by changing the nozzle .
  • the nozzle 1 is screwed onto a nozzle holder 10A of the extruder housing 10 and can therefore easily be screwed out of the extruder housing 10 using a changing mechanism of the service device. This is illustrated in more detail below with reference to FIGS. 4A and 4B for a possible embodiment variant.
  • a pressure in a nozzle channel of the nozzle 1 or on an extruder section upstream of the nozzle 1 can be detected.
  • a pressure measurement can be carried out in a melting area of the extruder upstream of the nozzle 1 using a sensor 101 of the control unit, which is attached to the extruder housing 10. If a pressure rising above a threshold value is detected, in particular with a constant speed of the extruder screw of the extruder device and possibly in particular with a constant extrusion temperature and material feed, this also suggests a possible blockage of the nozzle 1 and thus a functional impairment relevant to the additive manufacturing process.
  • control electronics can be sent via a signal line 101a generated using the sensor 101
  • the service signal transmitted to the control unit can be triggered to clean and/or replace the nozzle 1.
  • control electronics of the control unit for controlling the service device evaluates both a sensor signal from a sensor 2 in FIG. 1 and a sensor 101 in FIG. 2 in order to control the service device.
  • a geometry and / or dimensions of a web of printing material applied using the nozzle 1 be monitored by sensors in order to draw conclusions about any functional impairment of the nozzle 1.
  • a geometry and / or dimensions of a web of printing material applied using the nozzle 1 be monitored by sensors in order to draw conclusions about any functional impairment of the nozzle 1.
  • a strand or drop of printing material applied directly to the nozzle 1 should have a specific diameter and thus a target size 1.2.
  • a certain width with a target size 3.2 should be achieved (whereby the target size 3.2, which is representative of the web width, is typically larger than the target size 1.2 or a target diameter D of the nozzle 1 at their nozzle end).
  • the target size 3.2 which is representative of the web width, is typically larger than the target size 1.2 or a target diameter D of the nozzle 1 at their nozzle end.
  • an actual diameter d of the applied printing material and an associated actual size 1.1 and thus also a web width b of the applied web of printing material with an actual size 3.1 fall below a respective threshold value for this purpose, it can be assumed that the nozzle 1 is at least partially clogged and accordingly a predetermined amount of printing material is no longer dispensed.
  • a functional impairment is assumed if the web width b decreases with a constant screw speed, a constant extrusion temperature, a constant material supply and a constant distance d z .
  • a service signal for cleaning and/or replacing the nozzle 1 can alternatively or additionally be generated.
  • a service device 5 of the control unit of the 3D printing device is activated.
  • This service device 5 has, among other things, a gripping tool 50, via which the nozzle 1 can be unscrewed from the nozzle holder 10A of the extruder housing 10.
  • the gripping tool is 50 moved to the nozzle 1 via, for example, a pneumatic, hydraulic or electric motor drive with at least two holding jaws 501, 502.
  • the two holding jaws 501 and 502 are then adjusted towards one another so that the gripping tool 50 is connected to the nozzle 1 in a frictional and/or form-fitting manner and the nozzle 1 is unscrewed from the nozzle holder 10A by rotating the gripping tool 50 along a direction of rotation u about the longitudinal axis L can.
  • the gripping tool 50 is opened again and the nozzle 1 is thus released. Due to gravity, the unscrewed nozzle 1 can then fall into a collecting container 51 of the service device 5, which is provided below the gripping tool 50.
  • the nozzle 1, which has been completely removed, can subsequently be removed from the collecting container 51 by a user of the 3D printing device, for example in order to check, clean or dispose of the removed nozzle 1.
  • the service device 5 of FIG. 4A has a magazine 57 in which, according to the top view of FIG Position sections of the magazine 57 are kept.
  • the individual storage containers 570 are arranged, for example, along a circular path, so that by rotating the magazine 57 (after being arranged below the nozzle holder 10A), an individual storage container 570 with the replacement nozzle 7 intended for replacement can be specifically positioned on a receiving section 527 of a feed mechanism 52 of the service device 5 can.
  • a replacement nozzle 7 is removed from a storage container 570 via this receiving section 527 and transported in the direction of an attachment section 521.
  • the gripping tool 50 can in turn engage the replacement nozzle 7 and screw the replacement nozzle 7 into the nozzle holder 10A.
  • the receiving section 527 near the magazine and the attachment section 521 near the extruder end are both part of the feed mechanism 52 of the service device 5 in order to transport a replacement nozzle 7 to the gripping tool 50.
  • the gripping tool 50 can be adjustable in such a way that the desired replacement nozzle 7 can be gripped from a storage container 570 of the magazine 57 that has been rotated into position. As illustrated in the sectional view of FIG.
  • the magazine 57 can be designed with a heating element 571 in a possible further development. Via this heating element 571, a storage container 570 or several storage containers 570 and thus the respective replacement nozzle 7 held therein can be heated before being attached to the nozzle holder 10A. In this way, a replacement nozzle 7 is prepared in advance for use on the extruder device. This leads to shorter waiting times when replacing a nozzle until the additive manufacturing process can be continued again. The replacement nozzle 7 is thus already heated using the heating element 571 and is thereby adapted to any thermal expansion of the extruder housing 10, which has occurred due to the extruder device already being operated.
  • a nozzle 1′ that was last removed from the nozzle carrier 10A due to an identified functional impairment can be stored in a storage container 570 of the magazine 57, which is equipped with a heating element 571.
  • the nozzle 1 ' which is classified as functionally impaired, can then be thermally cleaned using the heat supplied with the heat element 571.
  • the removed nozzle 1 ' is transported into a storage container 570 of the magazine 57 via the feed mechanism 52.
  • a free, i.e. H. Storage container 570 of the magazine 57 that is not occupied by a nozzle can be used as a collecting container 51 when removing the nozzle 1, which is classified as functionally impaired, from the nozzle carrier 10A.
  • the changing mechanism can, for example, comprise a pneumatically, hydraulically or electrically acting lifting cylinder 6, which, according to FIG. 6 (in a further development of the embodiment variant of FIG. 4), acts in the direction in which the opening of the attachment section 521 is aligned.
  • openings may be provided in the rotatable magazine 57, which enable a disengaging lifting cylinder element 60 to push a new nozzle into the attachment element 521.
  • the storage containers 570 can additionally, for guiding flanks on a nozzle head of the nozzle 1 or a replacement nozzle 7 (in an xy plane according to the sectional view of FIG. 6A), a guide 5 in an xz plane and/or in a yz plane. Provide level.
  • Such a guide then prevents the respective nozzle 1 or 7 from tilting when it is adjusted by a disengaging lifting cylinder element 60.
  • a cleaning process can also be triggered via the service device of the 3D printing device in an automated and thus electronically controlled manner in response to a service signal.
  • the service device has a cleaning tool 4 for this purpose, for example.
  • the cleaning tool 4 has, for example, a cleaning section 41 which is designed like a drill or reamer or is provided with radially projecting bristles. By rotating the cleaning tool 4 about the longitudinal axis L, this cleaning section 41 is then screwed into the nozzle outlet opening of the nozzle 4 and an attempt is made to remove any blockage at the nozzle outlet opening of the nozzle 1.
  • FIG. 7 shows a sectioned side view and an enlarged scale of yet another embodiment variant for a service device 5, which can remove a nozzle 1 from a nozzle holder 10A using a gripping tool 50 and then attach a replacement nozzle 7 to the nozzle holder 10A, for example by screwing it on.
  • a linear magazine 57 is provided in which replacement nozzles 7 are held one above the other in a spring-loaded manner in a single storage container 570 (e.g. in the form of an elongated chamber).
  • a row of replacement nozzles 7 is biased towards a magazine opening, at which a front replacement nozzle 7 of the row can be gripped by the gripping tool 50 if necessary and screwed onto the nozzle carrier 10A.
  • the rotation of the gripping tool 50 takes place via a motor drive 50A, for example in the form of a hollow shaft motor. In the present case, this integrates part of the storage container 570, so that replacement nozzles 7 can be conveyed to the gripping tool 50 in a spring-controlled manner through the drive.
  • Figure 8 shows a variant in which the magazine 57 is designed as a belt magazine with several replacement nozzles 7 arranged one behind or next to one another.
  • Each replacement nozzle 7 is arranged on a nozzle holder 570 of a retaining strap of the magazine 57.
  • a replacement nozzle 7 can be grasped from each of these nozzle holders 570 via the gripping tool 50 (for example from below or from the side) and thus removed from the magazine 57.
  • the removed replacement nozzle 7 is then transported to the nozzle holder 10A and secured there.

Abstract

Die vorgeschlagene Lösung betrifft eine 3D-Druckvorrichtung zur additiven Fertigung eines Bauteils. Die vorgeschlagene 3D-Druckvorrichtung umfasst eine Kontrolleinheit, mit - mindestens einer Sensoreinrichtung (2, 101) zum Prüfen a) der Funktion einer zum Ausbringen von Druckmaterial zum Fertigen des Bauteils vorgesehenen Düse (1) der 3D-Druckvorrichtung und/oder b) der Funktion eines Nachbearbeitungswerkzeugs der 3D-Druckvorrichtung, das zum Bearbeiten von mit der 3D-Druckvorrichtung ausgebrachten Druckmaterials vorgesehen ist, mit dem das Bauteil gefertigt wird, und - einer Serviceeinrichtung zum fremdkraftbetätigten Reinigen und/oder Auswechseln der Düse (1) und/oder des Nachbearbeitungswerkzeugs in Reaktion auf ein elektronisches Servicesignal der mindestens einen Sensoreinrichtung (2, 101).

Description

3D-Druckvorrichtung mit Sensoreinrichtung zur Funktionsprüfung und Serviceeinrichtung zum fremdkraftbetätigten Reinigen und/oder Auswechseln
Beschreibung
Die vorgeschlagene Lösung betrifft eine 3D-Druckvorrichtung zur additiven Fertigung eines Bauteils.
3D-Druckvorrichtungen zur additiven Fertigung eines Bauteils sind weithin bekannt. Hierbei wird beispielsweise zum Fertigen des Bauteils benötigtes Druckmaterial mithilfe einer Extrudereinrichtung, beispielsweise umfassend wenigstens einen Schneckentextruder, zur Verfügung gestellt und schichtweise auf einer Druckplattform aufgetragen. Für das Ausbringen des Druckmaterials ist an der 3D-Druckvorrichtung wenigstens eine Düse vorgesehen. Für eine Nachbearbeitung des ausgebrachten Druckmaterials ist es ferner bekannt, an einer 3D-Druckvorrichtung wenigstens ein Nachbearbeitungswerkzeug vorzusehen. Über ein solches Nachbearbeitungswerkzeug kann beispielsweise eine Glättung oder anderweitige mechanische Bearbeitung des ausgebrachten Druckmaterials oder eine Kühlung oder Erwärmung des ausgebrachten Druckmaterials erfolgen.
In der Praxis lässt sich beobachten, dass es nicht selten zu Abbrüchen eines Druckprozesses kommt, weil eine Düse zum Ausbringen des Druckmaterials der 3D- Druckvorrichtung verstopft, beschädigt oder verschlissen ist. Ebenso müssen Druckprozesse abgebrochen werden, wenn eine Fehlfunktion eines Nachbearbeitungswerkzeugs der 3D-Druckvorrichtung vorliegt. Etwaige Druckabbrüche machen dann manuelle Eingriffe an der 3D-Druckvorrichtung notwendig, was wiederum mit unerwünschten Umrüstzeiten einhergeht. Auch sind bei einem abgebrochenen Druckprozess gegebenenfalls nur teilweise oder fehlerhaft hergestellte Ausschussbauteile unerwünscht und nicht selten kostspielig.
Der vorgeschlagenen Lösung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine in dieser Hinsicht verbesserte 3D-Druckvorrichtung bereitzustellen
Diese Aufgabe ist mit einer 3D-Druckvorrichtung des Anspruchs 1 gelöst.
Eine vorgeschlagene 3D-Druckvorrichtung umfasst hierbei eine Kontrolleinheit mit mindestens einer Sensoreinrichtung zum Prüfen a) der (ordnungsgemäßen) Funktion einer zum Ausbringen von Druckmaterial zum Fertigen des Bauteils vorgesehenen Düse der 3D-Druckvorrichtung und/oder b) der (ordnungsgemäßen) Funktion eines Nachbearbeitungswerkzeugs der 3D-Druckvorrichtung, das zum Bearbeiten von mit der 3D-Druckvorrichtung ausgebrachten Druckmaterials vorgesehen ist, mit dem das Bauteil gefertigt wird, und einer Serviceeinrichtung zum fremdkraftbetätigten Reinigen und/oder fremdkraftbetätigten Auswechseln der Düse und/oder des Nachbearbeitungswerkzeugs in Reaktion auf ein elektronisches Servicesignal der mindestens einen Sensoreinrichtung.
Grundgedanke der vorgeschlagenen Lösung ist es somit, an der 3D-Druckvorrichtung eine elektronische Kontrolleinheit mit mindestens einer Sensoreinrichtung vorzusehen, über die ein elektronisches Servicesignal in Reaktion auf einen sensorisch detektierten Hinweis auf eine mögliche Funktionsbeeinträchtigung der Düse und/oder des Nachbearbeitungswerkzeugs erzeugbar ist, insbesondere auf eine während eines additiven Fertigungsprozesses mithilfe der mindestens einen Sensoreinrichtung sensorisch detektierte Funktionsbeeinträchtigung. Auf ein vor diesem Hintergrund hin erzeugtes Servicesignal der mindestens einen Sensoreinrichtung löst dann automatisiert ein fremdkraftbetätigtes Reinigen und/oder ein fremdkraftbetätigtes Auswechseln der jeweiligen Komponente aus. Wird somit zum Beispiel durch Unterschreiten oder Überschreiten wenigstens eines als repräsentativ für eine etwaige Funktionsbeeinträchtigung eingestuften, hinterlegten Schwellwerts durch eine mithilfe der Sensoreinrichtung sensorisch erfassten Messgröße eine etwaige Funktionsbeeinträchtigung detektiert, wird automatisch die Serviceeinrichtung der 3D- Druckvorrichtung angesteuert, um die jeweilige Komponente (Düse oder Nachbearbeitungswerkzeug) zu reinigen und bei Bedarf auch auszuwechseln. Derart lassen sich unkontrollierte Abbrüche des additiven Fertigungsprozesses vermeiden und bereits frühzeitig automatisch Maßnahme einleiten, um die Funktionsbeeinträchtigung zu beseitigen.
Die Serviceeinrichtung kann hierbei zum fremdkraftbetätigten Auswechseln mindestens ein Greifwerkzeug a) zum Lösen der Düse von einem Düsenträger der 3D- Druckvorrichtung und/oder b) zum Lösen des Nachbearbeitungswerkzeugs von einem Werkzeugträger der 3D-Druckvorrichtung umfassen. Düsenträger und Werkzeugträger können hierbei grundsätzlich auch an einem gemeinsamen Trägerbauteil der 3D- Druckvorrichtung vorgesehen sein. Über das mindestens eine Greifwerkzeug kann die jeweilige Komponente von dem zugehörigen Träger automatisiert und hierbei insbesondere motorisch angetrieben entfernbar sein, wenn eine Funktionsbeeinträchtigung sensorisch detektiert wurde.
Insbesondere kann das Greifwerkzeug über einen motorischen Antrieb der Serviceeinrichtung drehbar sein. In diesem Zusammenhang ist beispielsweise vorgesehen, dass das Greifwerkzeug eine motorisch angetriebene Drehbewegung ausführen kann, wenn das Greifwerkzeug an der jeweiligen Komponente, also der Düse oder dem Nachbearbeitungswerkzeug, angreift, um die jeweilige Komponente dann von ihrem Träger zu lösen, z.B. abzuschrauben. Ebenso kann das drehbare Greifwerkzeug auch dazu genutzt sein, die Düse oder das Nachbearbeitungswerkzeug - zum Beispiel nach einer abseits des jeweiligen Trägers vorgenommenen Reinigung - wieder an dem jeweiligen Träger anzubringen, z.B. anzuschrauben. Insbesondere kann das Greifwerkzeug folglich zum Ausführen einer Drehbewegung ausgebildet sein, um die Düse oder das Nachbearbeitungswerkzeug an dem jeweiligen Träger aus- und/oder einzudrehen. Ebenso kann das Greifwerkzeug dazu vorgesehen sein, eine etwaige Austauschkomponente, mithin eine Ersatzdüse oder ein Ersatz- Nachbearbeitungswerkzeug, an den jeweiligen Träger der 3D-Druckvorrichtung automatisiert anzubringen.
Grundsätzlich kann in diesem Zusammenhang vorgesehen sein, dass die 3D- Druckvorrichtung einen Auffangbehälter umfasst, der vorgesehen ist, a) die Düse nach einem Lösen von dem Düsenträger und/oder b) das Nachbearbeitungswerkzeug nach einem Lösen von dem Werkzeugträger aufzunehmen. Die jeweilige von ihrem Träger mithilfe des Greifwerkzeugs gelöste Komponente kann somit in einen Auffangbehälter fallen und hierüber dann beispielsweise aus der 3D-Druckvorrichtung und insbesondere einem Druckraum der 3D-Druckvorrichtung entfernt werden. Ein Auffangbehälter kann hier beispielsweise an einem Magazin der 3D-Druckvorrichtung vorgesehen, insbesondere hieran festgelegt oder ausgeformt sein, an dem auch mindestens eine Ersatzdüse und/oder mindestens ein Ersatz-Nachbearbeitungswerkzeug vorgehalten ist. Dementsprechend kann ein Auffangbehälter beispielsweise auch durch einen Lagerabschnitt des Magazins gebildet sein. Alternativ kann vorgesehen sein, dass die in einem Auffangbehälter aufgenommene, von den jeweiligen Träger gelöste Komponente erst zu einem Lagerabschnitt eines Magazins verlagert wird, von dem aus dann eine Entnahme der jeweiligen, sensorisch als funktionsbeeinträchtig eingestufte Komponente von außen durch einen Nutzer ermöglicht ist.
Alternativ oder ergänzend sieht eine Ausführungsvariante eine Serviceeinrichtung mit mindestens einem Magazin und einem Zuführmechanismus vor, wobei über den Zuführmechanismus a) wenigstens eine in dem Magazin vorgehaltene Ersatzdüse und/oder b) ein in dem Magazin vorgehaltenes Ersatz-Nachbearbeitungswerkzeug fremdkraftbetätigt (und damit elektronisch steuerbar) aus einem Lagerabschnitt des Magazins in Richtung eines jeweiligen (Düsen- oder Werkzeug-) Trägers der 3D- Druckvorrichtung verstellbar ist. So kann die Serviceeinrichtung eingerichtet sein, in Reaktion auf das Servicesignal mithilfe mindestens eines Greifwerkzeugs der 3D- Druckvorrichtung die jeweilige in ihrer Funktion vermeintlich beeinträchtigte Komponente fremdkraftbetätigt von dem jeweiligen Träger zu entfernen und im Anschluss mithilfe des Zuführmechanismus eine jeweilige Austauschkomponente aus dem Magazin an dem jeweiligen Träger anzubringen, insbesondere unter Drehung eines Greifwerkzeugs einzuschrauben. In einer derartigen Ausführungsvariante wird folglich über die mindestens eine Sensoreinrichtung beispielsweise sensorisch eine etwaige Beeinträchtigung der Düse oder des Nachbearbeitungswerkzeugs detektiert und in Reaktion hierauf die Serviceeinrichtung zum Auswechseln der Düse oder des Nachbearbeitungswerkzeugs angesteuert. Hierbei wird dann mithilfe des Greifwerkzeugs zunächst die Düse oder das Nachbearbeitungswerkzeug von dem Düsenträger bzw. dem Werkzeugträger entfernt (wobei die jeweilige entfernte Komponente beispielsweise in einem Auffangbehälter aufgenommen wird). Im Anschluss wird mithilfe des Greifwerkzeugs eine aus dem Magazin entnommene Ersatzdüse oder ein aus dem Magazin entnommenes Nachbearbeitungswerkzeug fremdkraftbetätigt an dem jeweiligen Träger positioniert und unter Drehung des Greifwerkzeugs fixiert, z.B. eingeschraubt. Im Nachgang kann dann von einem Nutzer der 3D-Druckvorrichtung die als in ihrer Funktion beeinträchtigte detektierte Komponente entnommen und gegebenenfalls einer weiteren Prüfung und/oder Reinigung zugeführt werden. Um einen menschlichen Eingriff an der 3D-Druckvorrichtung weiter zu reduzieren und insbesondere auch bei mehrfach sensorisch detektierten Funktionsbeeinträchtigungen ein Auswechseln der jeweiligen als in ihrer Funktion beeinträchtigten Komponente zu ermöglichen, sieht eine mögliche Weiterbildung ein Magazin an der 3D-Druckvorrichtung vor, in dem a) mehrere (mindestens zwei) Ersatzdüsen und/oder b) mehrere Ersatz- Nachbearbeitungswerkzeuge vorgehalten sind.
Das Magazin kann beispielsweise auch selbst drehbar und/oder längsverschieblich gelagert sein. So kann dann beispielsweise das Magazin der 3D-Druckvorrichtung in eine Position verstellbar sein, in der die Ersatzdüse oder das Ersatz- Nachbearbeitungswerkzeug von dem jeweiligen Lagerabschnitt des Magazins entnehmbar ist. Insbesondere kann vorgesehen sein, einen von mehreren Lagerabschnitten des Magazins wahlweise an einen Aufnahmeabschnitt eines Zuführmechanismus der Serviceeinrichtung heranzuführen, über den die (passende) Ersatzdüse oder das (passende) Ersatz-Nachbearbeitungswerkzeug aufgenommen und in Richtung des jeweiligen (Düsen- oder Werkzeug-) Trägers transportiert wird.
In einer Ausführungsvariante integriert das Magazin zusätzlich mindestens ein Wärmeelement, um a) die wenigstens eine Ersatzdüse vor der Anbringung an den Düsenträger und/oder b) das wenigstens eine Ersatz-Nachbearbeitungswerkzeug zu erwärmen, also beispielsweise auf eine vorgegebene und gegebenenfalls variabel einstellbare Zieltemperatur zu bringen. So kann beispielsweise durch eine Erwärmung und damit Beheizung einer Ersatzdüse die Ersatzdüse für die Verwendung an einer Extrudereinrichtung der 3D-Druckvorrichtung bereits vor der Anbringung vorbereitet werden. Hiermit sind für das Auswechseln kürzere Wartezeiten realisierbar, in denen die 3D-Druckvorrichtung nicht (vollständig) einsetzbar ist. So kann hierüber insbesondere bereits eine Anpassung an eine funktionsbedingt im Betrieb der 3D-Druckvorrichtung erfolgte Wärmeausdehnung der Extrudereinrichtung erfolgen. Ein Wärmelement kann auch mit Blick auf eine etwaige thermische Reinigung einer entnommenen Komponente oder einer Austauschkomponente von Vorteil sein.
Grundsätzlich kann das Magazin an der 3D-Druckvorrichtung ausziehbar und/oder auswechselbar vorgesehen sein. Bei einem lediglich ausziehbaren Magazin ist hierbei nicht zwingend eine Auswechselbarkeit des kompletten Magazins vorgesehen. Vielmehr kann ein ausfahrbares Magazin an einer Außenseite der 3D-Druckvorrichtung lediglich so weit herausziehbar sein, dass ein oder mehrere Lagerabschnitte und/oder ein Auffangbehälter für einen Nutzer zugänglich wird, um so eine oder mehrere entfernte Komponenten zu entnehmen oder mindestens eine Ersatzkomponente in dem Magazin unterzubringen.
Um eine automatisierte fremdkraftbetätigte Auswechslung einer als funktionsbeeinträchtig detektierten Komponente zu erleichtern, kann eine Ausführungsvariante mindestens ein Positionierungselement an einem Düsenträger oder dem Werkzeugträger einerseits und an der Ersatzdüse und/oder dem Ersatz- Nachbearbeitungswerkzeug andererseits vorsehen. So ist beispielsweise an dem Düsenträger oder dem Werkzeugträger ein erstes Positionierungselement vorgesehen, während an der Ersatzdüse oder dem Ersatz-Nachbearbeitungswerkzeug ein zweites Positionierungselement vorgesehen ist. Über das Zusammenwirken der ersten und zweiten Positionierungselemente ist hierbei eine bestimmte Relativpositionen der Ersatzdüse oder des Ersatz-Nachbearbeitungswerkzeugs zu dem jeweiligen Träger vorgegeben, bevor eine Fixierung an dem jeweiligen Träger möglich ist. So kann beispielsweise ein erstes Positionierungselement durch einen Führungsabsatz an einer Ersatzdüse oder einem Ersatz-Nachbearbeitungswerkzeug ausgebildet sein, über den eine Positionierung der Ersatzdüse oder des Ersatz-Nachbearbeitungswerkzeugs an dem Düsenträger oder dem Werkzeugträger erleichtert ist. Hierüber kann das Anbringen der Ersatzdüse oder des Ersatz-Nachbearbeitungswerkzeug vereinfacht werden, indem z.B. in der Serviceeinrichtung lediglich ein Rotationsantrieb kombiniert mit einem Hubzylinder für das Greifwerkzeug und eines hiermit umgesetzten Wechselmechanismus verwendet werden muss.
Ist die Serviceeinrichtung alternativ oder ergänzend zum Reinigen a) der Düse und/oder b) des Nachbearbeitungswerkzeugs vorgesehen, kann diese beispielsweise mindestens ein Reinigungswerkzeug umfassen, das in Reaktion auf das Servicesignal fremdkraftbetätigt a) zur Reinigung der Düse und/oder b) zur Reinigung des Nachbearbeitungswerkzeug verstellbar ist. Hierbei wird dann beispielsweise das für die Reinigung der Düse vorgesehene Reinigungswerkzeug mit einem Reinigungsabschnitt in eine Düsenaustrittsöffnung der Düse eingeführt. Ein Einführen eines Reinigungsabschnitts in die Düsenaustrittsöffnung der Düse dient beispielsweise dazu, etwaiges die Düsenaustrittsöffnung oder einen dahinterliegenden Düsenkanal verstopfendes Druckmaterial zu entfernen. Beispielsweise ist in diesem Zusammenhang ein Reinigungsabschnitt vorgesehen, der unter Drehung - nach Art eines Bohrers, einer Reibahle oder einer Bürste - in die Düsenaustrittsöffnung eingedreht wird. Insbesondere kann folglich ein solcher Reinigungsabschnitt radial zu einer Einbringungsrichtung vorstehende Reinigungselemente, insbesondere z.B. eine Mehrzahl von Borsten oder Borstenbüscheln ausweisen.
Die mindestens eine Sensoreinrichtung ist beispielsweise eingerichtet und vorgesehen, wenigstens eine Messgröße zu erfassen, die für eine Geometrie und/oder eine Abmessung a) der Düse und/oder b) des Nachbearbeitungswerkzeugs repräsentativ ist. So kann beispielsweise über taktile, optische, induktive oder kapazitive Sensoren eine äußere Geometrie und/oder eine äußere Abmessung einer Düse und/oder eines Nachbearbeitungswerkzeugs gemessen und sensorisch überwacht werden. Beispielsweise wird sich hierbei zunutze gemacht, dass sich bei einer etwaigen Verstopfung einer Düse die Düse zusätzlich nicht unerheblich erwärmt und wärmebedingt stärker ausdehnt. Wird dann eine über einen Schwellwert hinausgehende Geometrie- und/oder Abmessungsveränderung sensorisch detektiert, ist dies ein Hinweis auf eine Funktionsbeeinträchtigung, die zum Auslösen eines Reinigungs- oder Auswechslungsvorgangs durch die Serviceeinrichtung führt.
Alternativ oder ergänzend kann die mindestens eine Sensoreinrichtung eingerichtet und vorgesehen sein, wenigstens eine Messgröße zu erfassen, die für einen Druck in einem Düsenkanal der Düse für auszubringendes Druckmaterial repräsentativ ist oder für einen Druck in einem Abschnitt einer der Düse vorgelagerten Extrudereinrichtung repräsentativ ist. So steigt beispielsweise bei einer etwaigen auch nur teilweise verstopften Düse in der Düse und/oder in einem Schmelzbereich der Extrudereinrichtung der Druck an. Wird ein solcher Druckanstieg, insbesondere bei gleichbleibender Drehzahl eines Exbruders der Extrudereinrichtung, festgestellt, lässt dies ebenfalls auf eine unerwünschte Funktionsbeeinträchtigung der Düse schließen.
Alternativ oder ergänzend kann die mindestens eine Sensoreinrichtung eingerichtet und vorgesehen sein, wenigstens eine Messgröße zu erfassen, die für eine Geometrie und/oder eine Abmessung einer Bahn ausgebrachten Druckmaterials repräsentativ ist. So führt beispielsweise eine Funktionsbeeinträchtigung einer Düse oder eines Nachbearbeitungswerkzeugs der 3D-Druckvorrichtung dazu, dass sich eine Bahn ausgebrachten Druckmaterials unerwünscht verändert, beispielsweise stärker zerfließt, ausfasert und/oder lokal verdickt. Eine solche Veränderung lässt sich ebenfalls sensorisch detektieren und führt dann in einer Ausführungsvariante ebenfalls zu einer automatischen Auslösung eines Reinigungs- oder Auswechselvorgangs durch die Serviceeinrichtung. Die vorstehend erläuterten Erfassungen von Messgrößen können selbstverständlich auch untereinander kombiniert werden, um dann beispielsweise durch eine Kombination zweier unterschiedlicher Messgrößen auf eine etwaige Funktionsbeeinträchtigung mit erhöhter Zuverlässigkeit zu schließen.
Grundsätzlich kann die mindestens eine Sensoreinrichtung eingerichtet und vorgesehen sein, auf Basis eines Schwellwerts für die wenigstens eine Messgröße das Servicesignal zu erzeugen. Ein Messwert der wenigstens einen Messgröße wird folglich mit mindestens einem hinterlegten Schwellwert verglichen und auf Basis eines Ergebnisses dieses Vergleichs wird gegebenenfalls das Servicesignal erzeugt. Hierbei kann je nach Messgröße entweder das Überschreiten eines Schwellwerts oder mehrerer Schwellwerte (für ein gestuftes Vorgehen) oder das Unterschreiten eines Schwellwerts oder mehrerer Schwellwerte für das Erzeugen eines Servicesignals maßgeblich sein.
In einer Ausführungsvariante kann vorgesehen, dass mithilfe der Serviceeinrichtung bei einer detektierten Funktionsbeeinträchtigung, die für ein Verstopfen der Düse spricht, automatisch eine Ersatzdüse mit größerem Durchmesser angebracht wird.
Ein Auswechseln der Düse gegen eine Ersatzdüse oder das Auswechseln eines Nachbearbeitungswerkzeugs kann ferner auch unabhängig von einer Funktionsbeeinträchtigung erfolgen, bespielweise wenn eine Düse mit einem anderen Durchmesser und/oder ein anderes Nachbearbeitungswerkzeug in einer Software der 3D-Druckvorrichtung für das herzustellende Bauteil vorgesehen ist. So kann die 3D- Druckvorrichtung in diesem Zusammenhang eingerichtet sein, vor einem Starten eines 3D-Druckvorgangs automatisch diejenige Düse und/oder dasjenige Nachbearbeitungswerkzeug an dem jeweiligen Träger anzubringen, die/das in einer Software zur Steuerung der 3D-Vorrichtung für das herzustellende Bauteil vorgegeben ist. um die manuelle Rüstzeit für die 3D-Druckvorrichtung zu reduzieren. Über die Kontrolleinheit kann somit insbesondere ein Auswechseln der Düse erfolgen, um automatisch, d.h. nach vorprogrammiertem Befehl innerhalb eines Herstellungsprogramms eine Düse mit anderer Düsenform und/oder Durchmesser anzubringen.
Im Rahmen der vorgeschlagenen Lösung wird im Übrigen unter einer Düse jedwedes zur Ausbringung oder zum Ausstößen von Druckmaterial vorgesehene (Ausbringungs-) Element mit wenigstens einer Ausbringungsöffnung verstanden. Eine Querschnittsverengung zu einer Austrittsöffnung hin ist somit nicht zwingend. Die beigefügten Figuren veranschaulichen exemplarisch mögliche Ausführungsvarianten der vorgeschlagenen Lösung.
Hierbei zeigen:
Figur 1 ausschnittsweise ein Druckraum einer Ausführungsvariante einer vorgeschlagenen 3D-Druckvorrichtung zur additiven Fertigung eines Bauteils, bei der sensorisch eine Geometrie und/oder eine Abmessung einer zum Ausbringen des Druckmaterials vorgesehenen Düse der 3D-Druckvorrichtung überwacht wird, um auf eine etwaige Funktionsbeeinträchtigung an der Düse zu schließen und automatisch einen Reinigungs- und/oder Auswechselvorgang an der 3D-Druckvorrichtung auszulösen;
Figur 2 in mit der Figur 1 übereinstimmender Ansicht eine Variante der 3D-
Druckvorrichtung, bei der zum Auslösen eines Reinigungs- und/oder Auswechselvorgangs ein Druck in einem Extruderabschnitt vor der Düse sensorisch überwacht wird, um auf eine etwaige Funktionsbeeinträchtigung zu schließen;
Figur 3 in schematischer Draufsicht eine Düse der 3D-Druckvorrichtung gemäß den Figuren 1 und 2, bei der alternativ oder ergänzend sensorisch Abmessungen und/oder Geometrie einer mit ausgebrachtem Druckmaterial gebildeten Bahn überwacht werden, um auf eine etwaige Funktionsbeeinträchtigung zu schließen;
Figur 4A in mit den Figuren 1 und 2 übereinstimmenden Ansichten eine weitere Variante einer vorgeschlagenen 3D-Druckvorrichtung, mit Darstellung eines Magazins und eines Greifwerkzeugs einer Serviceeinrichtung zum automatisierten Wechseln einer als funktionsbeeinträchtigt bewerteten Düse der 3D-Druckvorrichtung;
Figur 4B Teile der Serviceeinrichtung der Figur 4A in Draufsicht;
Figur 5 in mit den Figuren 1 , 2 und 4A übereinstimmender Ansicht eine weitere Ausführungsvariante, bei der die Serviceeinrichtung alternativ oder ergänzend ein Reinigungswerkzeug zum Reinigen einer als wenigstens teilweise verstopft detektierten Düse aufweist;
Figur 6 eine Weitebildung der Figur 4;
Figur 6A einen vergrößerten Ausschnitt einer Schnittansicht der Figur 6;
Figur 7 ausschnittsweise eine Ausführungsvariante einer Serviceeinrichtung zum automatisierten Wechseln einer Düse mit einem linearen Magazin für vorgehaltene Ersatzdüsen;
Figur 8 eine weitere Variante einer Serviceeinrichtung mit einem Band
Magazin für vorgehaltene Ersatzdüsen.
Die Figur 1 zeigt ausschnittsweise eine 3D-Druckvorrichtung zur additiven Fertigung eines Bauteils mit Blick auf das Ende einer Extrudereinrichtung der 3D-Druckvorrichtung. Die Extrudereinrichtung weist wenigstens einen Schneckenextruder und an ihrem dargestellten Ende eine zum Ausbringen von Druckmaterial vorgesehene Düse 1 auf. Die Extrudereinrichtung erstreckt sich mit einem Extrudergehäuse 10 entlang einer Längsachse L, die im bestimmungsgemäß angeordneten Zustand der 3D- Druckvorrichtung entlang der Vertikalen verläuft. Über die Düse 1 ausgebrachtes Druckmaterials kann in einem Druckraum der 3D-Druckvorrichtung auf einem Druckbett aufgetragen werden, um schichtweise ein zu fertigendes Bauteil herzustellen. Die einzelnen Schichten des Bauteils werden dabei über in Bahnen aufgebrachtes Druckmaterial gebildet.
Um bei der 3D-Druckvorrichtung der Figur 1 ein automatisierbares Düsen- und/oder Werkzeug-Verschleißmanagementsystem für einen extrusionsbasierten 3D- Druckprozess zu integrieren, weist die 3D-Druckvorrichtung eine elektronische Kontrolleinheit auf, mit der sensorisch insbesondere die Funktion der zum Ausbringen von Druckmaterial vorgesehenen Düse 1 überwacht und bei der Detektion einer eventuellen Funktionsbeeinträchtigung automatisiert eine fremdkraftbetätigtes Reinigung und/oder ein fremdkraftbetätigtes Auswechseln der Düse 1 ausgelöst wird. Ziel ist es hierbei, unkontrollierte Druckabbrüche aufgrund einer verstopften, beschädigten oder verschlissenen Düse 1 zu verhindern und hierdurch manuell notwendige Eingriffe an der 3D-Druckvorrichtung sowie die Produktion von Ausschussbauteilen zu reduzieren. Die dabei nachstehend im Zusammenhang mit der Reinigung und/oder einem Auswechseln einer Düse 1 beschriebenen Merkmale und Vorteile gelten dabei auch für Ausführungsvarianten, bei denen anstelle der Düse 1 oder zusätzlich zu der Düse 1 mittels der Kontrolleinheit ein Nachbearbeitungswerkzeug der 3D-Druckvorrichtung sensorisch auf eine etwaige Funktionsbeeinträchtigung geprüft und bei Bedarf automatisiert gereinigt und/oder ausgewechselt werden kann. Ein solches Nachbearbeitungswerkzeug dient beispielsweise im Bereich des Endes des Extrudergehäuses 10A einem nachträglichen Glätten einer ausgebrachten Bahn von Druckmaterial oder einem Fräsen, um das Bauteil subraktiv nachzubearbeiten. Alternativ oder ergänzend kann ein Nachbearbeitungswerkzeug zum (lokalen) Kühlen oder Erwärmen des Bauteils vorgesehen sein. Durch eine Bauteilkühlung kann beispielweise lokal eine Überhitzung des Bauteils vermieden werden. Über Bauteilheizung kann das Bauteil wiederum lokal erwärmt werden, um eine bessere Schichthaftung zu erzeugen. Ein entsprechendes Nachbearbeitungswerkzeug kann hierbei auch grundsätzlich an dem Extrudergehäuse 10 oder beabstandet hierzu vorgesehen sein, jeweils an einem Werkzeugträger der 3D-Druckvorrichtung.
Bei der 3D-Druckvorrichtung der Figur 1 ist die Funktion der Kontrolleinheit mit Blick auf eine Funktionsüberprüfung der Düse 1 näher veranschaulicht. So ist hier eine Sensoreinrichtung mit einem Sensor 2 Teil der elektronischen Kontrolleinheit. Der Sensor 2 ist beispielsweise als taktiler, optischer, induktiver oder kapazitiven Sensor ausgebildet und entlang der Längsachse L unterhalb der Düse 1 vorgesehen. Mithilfe des Sensors 2 wird dabei - zum Beispiel bei einer optischen, induktiven oder kapazitiven Messung berührungslos - ein Durchmesser D der Düse 1 an ihrem Düsenende respektive Düsenauslass bezogen auf die Längsachse L und/oder ein Abstand dz der Düse 1 zu dem Sensor 2 erfasst und ausgewertet. So kann mit einer etwaigen Verstopfung an der Düse 2 durch Druckmaterial unter Umständen eine nicht unerhebliche zusätzliche wärmebedingte Ausdehnung der Düse 1 einhergehen. Auch lagert sich bei einer Verstopfung eventuell Druckmaterial im Bereich einer Düsenaustrittsöffnung der Düse 1 in unerwünschtem Maße an. Auch kann es vorkommen, dass sich die Düse 1 (von innen oder von außen) so stark abreibt, dass sich der Abstand dz messbar ändert und/oder der Durchmesser D ändert. In diesen Fällen lässt sich sensorisch eine Veränderung des Durchmessers D und/oder des Abstand dz feststellen, die bei Überschreitung eines jeweiligen hierfür belegten Schwellenwerts auf eine Funktionsbeeinträchtigung an der Düse 1 schließen lässt. So kann beispielsweise eine Überschreitung eines jeweiligen Nennwerts um 10% oder mehr als Hinweis auf eine Funktionsbeeinträchtigung bewertet werden. Wird über eine derart veränderte Geometrie und/oder Abmessung an der Düse 1 eine etwaige Funktionsbeeinträchtigung sensorisch festgestellt, wird über den Sensor 2 ein Servicesignal erzeugt. Über dieses Servicesignal wird eine Serviceeinrichtung der Kontrolleinheit der 3D-Druckvorrichtung angesteuert. Mithilfe dieser Serviceeinrichtung wird dann, gegebenenfalls auch in Abhängigkeit von dem Grad und der Art der detektierten Funktionsbeeinträchtigung und damit zum Beispiel in Abhängigkeit von dem Überschreitenden (mehrerer) Schwellwerte für die jeweilige sensorisch erfasste Messgröße, eine automatisierte Reinigung der Düse 1 oder sogar deren Auswechseln ausgelöst und elektronisch gesteuert. Im letzteren Fall wird beispielsweise die Düse 1 von dem Extrudergehäuse 10 entfernt und automatisch durch eine Ersatz-Düse ersetzt. Alternativ oder ergänzend kann anhand der einen oder mehreren Messwerte auf eine bestimmte Art der Verschmutzung geschlossen werden, beispielsweise um zwischen einer äußeren Verschmutzung und einer inneren Verschmutzung zu unterscheide. So lässt sich eine äußere Verschmutzung typischerweise reinigen, während eine von außen nicht sichtbare Beeinträchtigung, die beispielsweise mit einer Erhöhung des Drucks in der Düse einhergeht, nur durch ein in die Düse eingeführtes Reinigungswerkzeug (vgl. Figur 4) oder durch einen Düsenwechsel behoben werden kann.
So ist die Düse 1 beispielsweise an einem Düsenträger 10A des Extrudergehäuses 10 eingeschraubt und kann dementsprechend über einen Wechselmechanismus der Serviceeinrichtung einfach aus dem Extrudergehäuse 10 herausgeschraubt werden. Dies ist nachfolgend noch näher anhand der Figuren 4A und 4B für eine mögliche Ausführungsvariante veranschaulicht.
Alternativ oder ergänzend zu einer sensorischen Überwachung der Geometrie und/oder Abmessung der Düse 1 kann ein Druck in einem Düsenkanal der Düse 1 oder an einem Extruderabschnitt stromauf der Düse 1 erfasst werden. So kann beispielsweise entsprechend der Ausführungsvariante der Figur 2 mithilfe eines Sensors 101 der Kontrolleinheit, der an dem Extrudergehäuse 10 angebracht ist, eine Druckmessung in einem Schmelzbereich des Extruders stromauf der Düse 1 vorgenommen werden. Wird hierbei ein über einen Schwellwert ansteigender Druck, insbesondere bei gleichbleibender Drehzahl der Extruderschnecke der Extrudereinrichtung und gegebenenfalls insbesondere bei gleichbleibender Extrusionstemperatur und Materialzuführung, detektiert, lässt dies ebenfalls auf eine mögliche Verstopfung der Düse 1 und damit auf eine für den additiven Fertigungsprozess relevante Funktionsbeeinträchtigung schließen. Auch hier kann dann über ein mithilfe des Sensors 101 erzeugtes und über eine Signalleitung 101a an eine Steuerelektronik der Kontrolleinheit übertragenes Servicesignal ein Reinigen und/oder Auswechseln der Düse 1 ausgelöst werden. Selbstverständlich kann auch vorgesehen sein, dass eine Steuerelektronik der Kontrolleinheit für die Steuerung der Serviceeinrichtung sowohl ein Sensorsignal eines Sensors 2 der Figur 1 als auch eines Sensors 101 der Figur 2 auswertet, um die Serviceeinrichtung zu steuern.
Alternativ oder ergänzend kann vorgesehen sein, dass sensorisch, insbesondere über einen Sensor 2 der Figur 1 oder einen anderen an dem Extrudergehäuse 10 vorgesehenen oder abseits hierzu positionierten Sensor (insbesondere berührungslos) eine Geometrie und/oder Abmessungen einer mithilfe der Düse 1 ausgebrachten Bahn an Druckmaterial sensorisch überwacht werden, um auf eine etwaige Funktionsbeeinträchtigung an der Düse 1 zu schließen. So ist beispielsweise entsprechend der Draufsicht der Figur 3 für die Düse 1 in einer elektronischer Kontrolleinheit hinterlegt, dass ein unmittelbar an der Düse 1 ausgebrachter Strang oder Tropfen von Druckmaterial einen bestimmten Durchmesser und damit eine Soll-Größe 1 .2 aufweisen soll. Analog soll für einen Messbereich 3 für eine ausgebrachte Bahn an Druckmaterial eine bestimmte Breite mit einer Soll-Größe 3.2 erreicht werden (wobei die für die Bahnbreite repräsentative Soll-Größe 3.2 typischerweise größer ist als die Soll- Größe 1.2 oder ein Solldurchmesser D der Düse 1 an ihrem Düsenende). Wird nun aber festgestellt, dass ein tatsächlicher Durchmesser d des ausgebrachten Druckmaterials und eine hiermit einhergehende Ist-Größe 1.1 und damit auch eine Bahnbreite b der ausgebrachten Bahn an Druckmaterial mit einer Ist-Größe 3.1 ein jeweiligen hierfür belegten Schwellenwert unterschreitet, ist davon auszugehen, dass die Düse 1 wenigstens teilweise verstopft ist und dementsprechend nicht mehr eine vorbestimmte Menge an Druckmaterial ausgebracht wird. Beispielsweise wird von einer Funktionsbeeinträchtigung ausgegangen, wenn sich die Bahnbreite b, bei gleichbleibender Schneckendrehzahl, gleichbleibender Extrusionstemperatur, gleichbleibender Materialzufuhr und gleichbleibender Abstand dz verringert. Auch In Reaktion hierauf kann alternativ oder ergänzend ein Servicesignal zum Reinigen und/oder Auswechseln der Düse 1 erzeugt werden.
In Reaktion auf ein sensorisch erzeugtes, auf eine etwaige Funktionsbeeinträchtigung der Düse 1 hinweisendes Servicesignal wird beispielsweise eine anhand der Figuren 4A und 4B exemplarisch veranschaulichte Serviceeinrichtung 5 der Kontrolleinheit der 3D- Druckvorrichtung angesteuert. Diese Serviceeinrichtung 5 weist unter anderem ein Greifwerkzeug 50 auf, über das die Düse 1 aus dem Düsenträger 10A des Extrudergehäuses 10 ausgeschraubt werden kann. Hierfür wird das Greifwerkzeug 50 über einen zum Beispiel pneumatischen, hydraulischen oder elektromotorischen Antrieb mit mindestens zwei Haltebacken 501 , 502 an die Düse 1 herangefahren. Anschließend werden die zwei Haltebacken 501 und 502 aufeinander zu verstellt, sodass das Greifwerkzeug 50 reibschlüssig und/oder formschlüssig mit der Düse 1 verbunden ist und die Düse 1 durch Drehung des Greifwerkzeugs 50 entlang einer Drehrichtung u um die Längsachse L von dem Düsenträger 10A herausgeschraubt werden kann.
Ist die Düse 1 vollständig von dem Düsenträger 10A gelöst, wird das Greifwerkzeug 50 wieder geöffnet und die Düse 1 damit freigegeben. Schwerkraftbedingt kann dann die herausgedreht Düse 1 in einen Auffangbehälter 51 der Serviceeinrichtung 5 fallen, der unterhalb des Greifwerkzeugs 50 vorgesehen ist. Die damit vollständig entnommene Düse 1 , kann nachfolgend von einem Nutzer der 3D-Druckvorrichtung aus dem Auffangbehälter 51 entnommen, beispielsweise um die entnommene Düse 1 zu prüfen, zu reinigen oder zu entsorgen.
Um nach dem Entfernen der Düse 1 von dem Düsenträger 10A automatisiert eine Ersatzdüse 7 wieder an dem Düsenträger 10A anzubringen, weist die Serviceeinrichtung 5 der Figur 4A ein Magazin 57 auf, in dem entsprechend der Draufsicht der Figur 4B mehrere Ersatzdüsen 7 in als Lagerbehälter 570 ausgebildeten Lageabschnitten des Magazins 57 vorgehalten sind. Die einzelnen Lagerbehälter 570 sind hierbei beispielsweise entlang einer Kreisbahn angeordnet, sodass durch Drehung des Magazins 57 (nach Anordnung unterhalb des Düsenträgers 10A) gezielt ein einzelner Lagerbehälter 570 mit der zum Auswechseln vorgesehenen Ersatzdüse 7 an einem Aufnahmeabschnitt 527 eines Zuführmechanismus 52 der Serviceeinrichtung 5 positioniert werden kann.
Über diesen Aufnahmeabschnitt 527 wird beispielsweise eine Ersatzdüse 7 aus einem Lagerbehälter 570 entnommen und in Richtung eines Anbringungsabschnitts 521 transportiert. An diesem Anbringungsabschnitt 521 kann wiederum das Greifwerkzeug 50 an der Ersatzdüse 7 angreifen und die Ersatzdüse 7 in den Düsenträger 10A einschrauben. Der magazinnahe Aufnahmeabschnitt 527 und der extruderendenahe Anbringungsabschnitt 521 sind beide Teil des Zuführmechanismus 52 der Serviceeinrichtung 5, um eine Ersatzdüse 7 an das Greifwerkzeug 50 zu transportieren. Alternativ kann das Greifwerkzeug 50 derart verstellbar sein, dass allein hiermit aus einem in Position gedrehten Lagerbehälter 570 des Magazins 57 die gewünschte Ersatzdüse 7 gegriffen werden kann. Wie in der Schnittdarstellung der Figur 4A veranschaulicht ist, kann das Magazin 57 in einer möglichen Weiterbildung mit einem Wärmeelement 571 ausgebildet sein. Über dieses Wärmeelement 571 können ein Lagerbehälter 570 oder mehrere Lagerbehälter 570 und damit die jeweilige hierin vorgehaltene Ersatzdüse 7 vor einer Anbringung an dem Düsenträger 10A erwärmt werden. Derart wird eine Ersatzdüse 7 bereits vorab für die Verwendung an der Extrudereinrichtung vorbereitet. Dies führt zu kürzeren Wartezeiten beim Auswechseln einer Düse, bis der additive Fertigungsprozess wieder fortgesetzt werden kann. Die Ersatzdüse 7 wird mithilfe des Wärmeelements 571 somit bereits erwärmt und hierdurch an eine etwaige Wärmeausdehnung des Extrudergehäuses 10 angepasst, die sich aufgrund der bereits betriebenen Extrudereinrichtung eingestellt hat.
Alternativ oder ergänzend kann eine von dem Düsenträger 10A zuletzt aufgrund einer festgestellten Funktionsbeeinträchtigung entnommene Düse 1' in einem Lagerbehälter 570 des Magazins 57 aufgenommen werden, der mit einem Wärmeelement 571 ausgestattet ist. Über die mit dem Wärmeelement 571 zugeführte Wärme kann dann beispielsweise die als funktionsbeeinträchtigt eingestufte Düse 1 ‘ thermisch gereinigt werden. In diesem Zusammenhang kann auch vorgesehen sein, dass über den Zuführmechanismus 52 die entnommene Düse 1 ‘ in einen Lagerbehälter 570 des Magazins 57 transportiert wird. Alternativ kann ein freier, d. h. nicht mit einer Düse belegter Lagerbehälter 570 des Magazins 57 als Auffangbehälter 51 bei dem Entfernen der als funktionsbeeinträchtigt eingestuften Düse 1 von dem Düsenträger 10A genutzt werden.
Der Wechselmechanismus kann beispielsweise einen pneumatisch, hydraulisch oder elektrisch wirkenden Hubzylinder 6 umfassen, der gemäß der Figur 6 (in einer Weiterbildung der Ausführungsvariante der Figur 4) in der Richtung wirkt, in die die Öffnung des Anbringungsabschnittes 521 ausgerichtet ist. In dem drehbaren Magazin 57 können wiederum Öffnungen vorgesehen sein, die es einem ausrückenden Hubzylinderelement 60 ermöglichen, eine neue Düse in das Anbringungselement 521 zu schieben. Dazu können die Lagerbehälter 570 zusätzlich, zum Führen von Flanken an einem Düsenkopf der Düse 1 oder einer Ersatzdüse 7 (in einer xy-Ebene gemäß der Schnittdarstellung der Figur 6A), eine Führung 5 in einer xz-Ebene und/oder in einer yz- Ebene vorsehen. Über eine solche Führung wird dann verhindert, dass die jeweilige Düse 1 oder 7 nicht verkantet wenn sie von einem ausrückenden Hubzylinderelement 60 verstellt wird. Vor einem Auswechseln einer Düse 1 kann, insbesondere bei einer als eventuell noch lediglich geringfügig eingestuften Funktionsbeeinträchtigung, über die Serviceeinrichtung der 3D-Druckvorrichtung auch zunächst automatisiert und damit elektronisch gesteuert ein Reinigungsprozess in Reaktion auf ein Servicesignal ausgelöst werden. Entsprechend der Darstellung der Figur 5 weist hierfür die Serviceeinrichtung beispielsweise ein Reinigungswerkzeug 4 auf. Das Reinigungswerkzeug 4 weist für die Reinigung einer Düsenaustrittsöffnung der Düse 1 beispielsweise einen bohrer- oder reibahlenähnlich ausgebildeten oder mit radial vorstehenden Borsten versehenen Reinigungsabschnitt 41 auf. Unter Drehung des Reinigungswerkzeugs 4 um die Längsachse L wird dann dieser Reinigungsabschnitt 41 in die Düsenaustrittsöffnung der Düse 4 eingedreht und hierüber versucht, eine etwaige Verstopfung an der Düsenaustrittsöffnung der Düse 1 zu beseitigen.
Die Figur 7 zeigt in geschnittener Seitenansicht und vergrößertem Maßstab noch eine weitere Ausführungsvariante für eine Serviceeinrichtung 5, die über ein Greifwerkzeug 50 eine Düse 1 von einem Düsenträger 10A entfernen und im Anschluss eine Ersatzdüse 7 an dem Düsenträger 10A anbringen kann, z.B. durch Anschrauben. Anstelle eines drehbaren Magazins ist hierbei ein lineares Magazin 57 vorgesehen, in dem Ersatzdüsen 7 in einem einzelnen Lagerbehälter 570 (z.B. in Form einer längserstreckten Kammer) federbelastet übereinander vorgehalten werden. Über wenigstens ein Federelement 573, hier in Form einer Druckfeder, wird eine Reihe von Ersatzdüsen 7 in Richtung einer Magazinöffnung vorgespannt, an der eine vorderste Ersatzdüse 7 der Reihe von dem Greifwerkzeug 50 bei Bedarf ergriffen und an den Düsenträger 10A eingeschraubt werden kann. Die Drehung des Greifwerkzeugs 50 erfolgt hierbei über einen motorischen Antrieb 50A, zum Beispiel in Form eines Hohlwellenmotors. Dieser integriert vorliegend einen Teil des Lagerbehälters 570, sodass durch den Antrieb hindurch Ersatzdüsen 7 federkraftgesteuert zum Greifwerkzeug 50 gefördert werden können.
Die Figur 8 zeigt eine Variante, bei der das Magazin 57 als Bandmagazin mit mehreren hinter- oder nebeneinander angeordneten Ersatzdüsen 7 ausgebildet ist. Jede Ersatzdüse 7 ist hierbei an einem Düsenhalter 570 eines Haltebands des Magazins 57 angeordnet. Von jedem dieser Düsenhalter 570 kann eine Ersatzdüse 7 über das Greifwerkzeug 50 (zum Beispiel auch von unten oder von der Seite her) ergriffen werden und damit von dem Magazin 57 entfernt werden. Im Anschluss wird die entnommene Ersatzdüse 7 zu dem Düsenhalter 10A transportiert und dort befestigt. Bezugszeichenliste
1 Düse
1.1 Ist-Größe
1.2 Soll-Größe
10 Extrudergehäuse 10A Düsenträger
101 Sensor 101a Signalleitung
2 Sensor
3 Messbereich
3.1 Ist-Größe
3.2 Soll-Größe
4 Reinigungswerkzeug
41 Reinigungsabschnitt
5 Serviceeinrichtung 50 Greifwerkzeug
50A Antrieb 501 , 502 Haltebacken
51 Auffangbehälter
52 Zuführmechanismus 521 Anbringungsabschnitt
527 Aufnahmeabschnitt 57 Magazin
570 Lagerbehälter / Düsenhalter (Lagerabschnitt)
571 Wärmeelement
572 Führung 573 Federelement
6 Hubzylinder
60 Hubzylinderelement
7 Ersatzdüse b Bahnbreite
D Durchmesser d Durchmesser
D 3D-Druckvorrichtung dz Abstand L Längsachse u Drehrichtung

Claims

Ansprüche
1 . 3D-Druckvorrichtung zur additiven Fertigung eines Bauteils, dadurch gekennzeichnet, dass die 3D-Druckvorrichtung eine Kontrolleinheit umfasst, mit mindestens einer Sensoreinrichtung (2, 101) zum Prüfen a) der Funktion einer zum Ausbringen von Druckmaterial zum Fertigen des Bauteils vorgesehenen Düse (1 ) der 3D-Druckvorrichtung und/oder b) der Funktion eines Nachbearbeitungswerkzeugs der 3D-Druckvorrichtung, das zum Bearbeiten von mit der 3D-Druckvorrichtung ausgebrachten Druckmaterials vorgesehen ist, mit dem das Bauteil gefertigt wird, Sensoreinrichtung und einer Serviceeinrichtung zum fremdkraftbetätigten Reinigen und/oder fremdkraftbetätigten Auswechseln der Düse (1 ) und/oder des Nachbearbeitungswerkzeugs in Reaktion auf ein elektronisches Servicesignal der mindestens einen Sensoreinrichtung (2, 101).
2. 3D-Druckvorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Serviceeinrichtung zum fremdkraftbetätigten Auswechseln mindestens ein Greifwerkzeug (50) a) zum Lösen der Düse (1) von einem Düsenträger (10A) der 3D- Druckvorrichtung und/oder b) zum Lösen des Nachbearbeitungswerkzeugs von einem Werkzeugträger der 3D-Druckvorrichtung umfasst.
3. 3D-Druckvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Greifwerkzeug (50) über einen motorischen Antrieb der Serviceeinrichtung drehbar ist.
4. 3D-Druckvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die 3D-Druckvorrichtung einen Auffangbehälter (50) umfasst, der vorgesehen ist, a) die Düse (1) nach einem Lösen von dem Düsenträger (10A) und/oder b) das Nachbearbeitungswerkzeug nach einem Lösen von dem Werkzeugträger aufzunehmen.
5. 3D-Druckvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Serviceeinrichtung mindestens ein Magazin (57) mit a) wenigstens einer Ersatzdüse (7) und einen Zuführmechanismus (52) umfasst, wobei über den Zuführmechanismus (52) die Ersatzdüse (7) fremdkraftbetätigt aus einem Lagerabschnitt (570) des Magazins (57) in Richtung eines Düsenträgers (10A) der 3D-Druckvorrichtung verstellbar ist, und/oder b) wenigstens einem Ersatz-Nachbearbeitungswerkzeug und einen Zuführmechanismus (52) umfasst, wobei über den Zuführmechanismus (52) das Ersatz-Nachbearbeitungswerkzeug fremdkraftbetätigt aus einem Lagerabschnitt (570) des Magazins (57) in Richtung eines Werkzeugträgers der 3D- Druckvorrichtung verstellbar ist.
6. 3D-Druckvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4 und nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Serviceeinrichtung eingerichtet ist, in Reaktion auf das Servicesignal mithilfe des mindestens einen Greifwerkzeugs (50) a) die Düse (1 ) von dem Düsenträger (10A) zu entfernen und im Anschluss mithilfe des Zuführmechanismus (52) eine Ersatzdüse (7) aus dem Magazin (57) an dem Düsenträger (10A) anzubringen und/oder b) das Nachbearbeitungswerkzeug von dem Werkzeugträger zu entfernen und im Anschluss mithilfe des Zuführmechanismus (52) ein Ersatz- Nachbearbeitungswerkzeug aus dem Magazin (57) an dem Werkzeugträger anzubringen.
7. 3D-Druckvorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Magazin (57) a) mehrere Ersatzdüsen (7) und/oder b) mehrere Ersatz- Nachbearbeitungswerkzeuge vorgehalten sind.
8. 3D-Druckvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Magazin (57) drehbar gelagert ist.
9. 3D-Druckvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Magazin (57) mindestens ein Wärmeelement (571) umfasst, um a) die wenigstens eine Ersatzdüse (7) vor einer Anbringung an den Düsenträger (10A) und/oder b) das wenigstens eine Ersatz-Nachbearbeitungswerkzeug zu erwärmen.
10. 3D-Druckvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Magazin (57) an der 3D-Druckvorrichtung ausziehbar und/oder auswechselbar ist.
11 . 3D-Druckvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass a) an dem Düsenträger (10A) ein erstes Positionierungselement und an der
Ersatzdüse (7) ein zweites Positionierungselement vorgesehen sind, wobei über ein Zusammenwirken der ersten und zweiten Positionierungselemente eine bestimmte Relativposition der Ersatzdüse (7) vorgegeben ist, bevor eine Fixierung der Ersatzdüse (7) an dem Düsenträger (10A) möglich ist, und/oder b) an dem Werkzeugträger ein erstes Positionierungselement und an dem Ersatz- Nachbearbeitungswerkzeug ein zweites Positionierungselement vorgesehen sind, wobei über ein Zusammenwirken der ersten und zweiten Positionierungselemente eine bestimmte Relativposition des Ersatz-Nachbearbeitungswerkzeug vorgegeben ist, bevor eine Fixierung des Ersatz-Nachbearbeitungswerkzeug an dem Werkzeugträger möglich ist.
12. 3D-Druckvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Serviceeinrichtung zum Reinigen a) der Düse (1) und/oder b) des Nachbearbeitungswerkzeugs mindestens ein Reinigungswerkzeug (4) umfasst, das in Reaktion auf das Servicesignal fremdkraftbetätigt a) zur Reinigung der Düse (1 ) und/oder b) zur Reinigung des Nachbearbeitungswerkzeug verstellbar ist.
13. 3D-Druckvorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das für die Reinigung der Düse (1) vorgesehene Reinigungswerkzeug (4) einen Reinigungsabschnitt (41) umfasst, der in eine Düsenaustrittsöffnung der Düse (1) einführbar ist.
14. 3D-Druckvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Sensoreinrichtung (2, 101) eingerichtet und vorgesehen ist, wenigstens eine Messgröße zu erfassen, die für eine Geometrie und/oder eine Abmessung a) der Düse und/oder b) des Nachbearbeitungswerkzeugs repräsentativ ist.
15. 3D-Druckvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Sensoreinrichtung (2, 101) eingerichtet und vorgesehen ist, wenigstens eine Messgröße zu erfassen, die für einen Druck in einem Düsenkanal der Düse (1) für auszubringendes Druckmaterial oder für einen Druck in einem Extruderabschnitt der 3D-Druckvorrichtung repräsentativ ist.
16. 3D-Druckvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Sensoreinrichtung (2, 101) eingerichtet und vorgesehen ist, wenigstens eine Messgröße zu erfassen, die für eine Geometrie und/oder eine Abmessung einer Bahn ausgebrachten Druckmaterials repräsentativ ist.
17. 3D-Druckvorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Sensoreinrichtung (2, 101) eingerichtet und vorgesehen ist, auf Basis eines Schwellwerts für die wenigsten eine Messgröße das Servicesignal zu erzeugen.
18. 3D-Druckvorrichtung nach Ansprung 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Überschreiten des Schwellwerts oder das Unterschreiten des Schwellwerts für das Erzeugen das Servicesignals maßgeblich ist.
19. 3D-Druckvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Nachbearbeitungswerkzeug zum Glätten oder Fräsen des ausgebrachten Druckmaterials vorgesehen ist.
20. 3D-Druckvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontrolleinheit mit der Serviceeinrichtung ferner eingerichtet ist, ein Auswechseln der Düse (1) oder des Nachbearbeitungswerkzeugs auch unabhängig von einer Funktionsbeeinträchtigung vorzunehmen.
21. 3D-Druckvorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontrolleinheit mit der Serviceeinrichtung eingerichtet ist, die Düse (1 ) und/oder das Nachbearbeitungswerkzeug in Reaktion auf einen vorprogrammierten Befehl innerhalb einer die 3D-Druckvorrichtung zum Herstellen des Bauteils steuernden Software auszuwechseln.
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