DE102018128107A1 - Printing device for printing 3D objects - Google Patents

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Anna Glück
Maximilian Welter
Josef Wiefarn
Patrick Böni
Peter Kolarik
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Gewo Feinmechanik GmbH
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Abstract

Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Druckvorrichtung (1) zum Drucken von 3D-Objekten im Fused-Filament-Fabrication-Verfahren, mit einem Gehäuse (2), in dessen Inneren ein heißer Bauraum ausgebildet ist, einem Druckbett (4), einem direkt angetriebenen Druckkopf (6), der eine Heizdüse (8) und ein Förderrad-System (10) zum Fördern eine Filaments (F) zur Heizdüse (8) aufweist, und einer Druckkopf-Positionierungseinrichtung (12, 14) mit einem verfahrbaren Schlitten (16), an welchem der Druckkopf (6) mittels einer Koppelvorrichtung (18) lösbar angebracht oder anbringbar ist. Erfindungsgemäß hat besagte Druckvorrichtung (1) zumindest ein innerhalb des heißen Bauraums angeordnetes Magazin (20), an welchem zumindest der vorgenannte Druckkopf (6), bevorzugt eine Anzahl an auswechselbaren Druckköpfen (6, 6', 6"), an zumindest einem Lagerplatz (21) lösbar angebracht oder anbringbar ist.The present disclosure relates to a printing device (1) for printing 3D objects in the fused filament fabrication method, with a housing (2), in the interior of which a hot installation space is formed, a printing bed (4), a directly driven print head (6), which has a heating nozzle (8) and a conveyor wheel system (10) for conveying a filament (F) to the heating nozzle (8), and a printhead positioning device (12, 14) with a movable carriage (16), on which the printhead (6) is detachably attached or attachable by means of a coupling device (18). According to the invention, said printing device (1) has at least one magazine (20) arranged inside the hot installation space, on which at least the aforementioned print head (6), preferably a number of exchangeable print heads (6, 6 ', 6 "), at least one storage location ( 21) is detachably attached or attachable.

Description

Technisches GebietTechnical field

Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Druckvorrichtung zum Drucken von 3D-Objekten mit dem Fused-Filament-Fabrication-Verfahren (FFF-Verfahren) mit einem Druckkopf-Wechselsystem.The present disclosure relates to a printing device for printing 3D objects using the fused filament fabrication method (FFF method) with a printhead changing system.

Das FFF-Verfahren (auch Schmelzschichtung) beschreibt ein Verfahren, bei dem ein Druckkopf einen förderbaren Polymerfaden aufschmilzt und in mehreren Lagen auf eine relativ dazu verlagerbare Unterlage aufbringt, um daraus ein dreidimensionales Bauteil zu erzeugen. Die Förderung des Filaments erfolgt in der Regel über ein verzahntes Förderrad, das gegen das Filament drückt und über eine Drehbewegung das Filament in die Heizdüse einführt. Das grundlegende Prinzip des FFF-Verfahrens ist z.B. in US 5,121,329 beschrieben.The FFF process (also known as melt stratification) describes a process in which a printhead melts a conveyable polymer thread and applies it in several layers to a base that can be moved relative to it in order to produce a three-dimensional component. The filament is usually conveyed via a toothed conveyor wheel that presses against the filament and introduces the filament into the heating nozzle by means of a rotary movement. The basic principle of the FFF method is, for example, in US 5,121,329 described.

FFF-Verfahren werden grundsätzlich nach zwei unterschiedlichen Prinzipien gegliedert.FFF procedures are basically structured according to two different principles.

Ein Prinzip verwendet ein Bowden-System. Hierbei sind Förderrad-Antrieb und Förderrad stationär am Gehäuse des Druckers befestigt. Das Filament wird in eine Ummantelung gedrückt, welche als Bowdenzug wirkt. Die Ummantelung führt das Filament bis zum Druckkopf in die Heizdüse. Das Bowden-System hat den Nachteil, dass durch die Kompression des Filaments in der Ummantelung nur eine ungenaue Dosierung des Filaments an der Heizdüse möglich ist.One principle uses a Bowden system. The feed wheel drive and feed wheel are fixed to the housing of the printer. The filament is pressed into a jacket, which acts as a Bowden cable. The sheathing leads the filament into the heating nozzle up to the print head. The Bowden system has the disadvantage that only an inaccurate metering of the filament at the heating nozzle is possible due to the compression of the filament in the sheathing.

Beim geläufigeren Direktantrieb oder Direkt-Extruder hingegen sind Förderrad-Antrieb und Förderrad direkt im Druckkopf untergebracht. Diese Anordnung hat den Nachteil, dass der Druckkopf entsprechend dem hohen Gewicht des Motors schwerer wird und sich die dynamische Genauigkeit des Systems verringert. Ein Direkt-Extruder ist jedoch von Vorteil für die Druckqualität vor allem bei gefüllten, brüchigen oder elastischen Filamenten.In the more common direct drive or direct extruder, however, the feed wheel drive and feed wheel are accommodated directly in the print head. This arrangement has the disadvantage that the print head becomes heavier due to the heavy weight of the motor and the dynamic accuracy of the system is reduced. However, a direct extruder is advantageous for print quality, especially with filled, brittle or elastic filaments.

Zur Verarbeitung von Hochleistungskunststoffen mit hohen Schmelzpunkten, wie bspw. PEEK oder PEI, ist es zudem notwendig, die Temperatur des Bauteils möglichst hoch zu halten, um einen Verzug des Bauteils zu verringern und eine ausreichende Haftung zwischen den Schichten zu gewährleisten. Hierzu ist ein gegenüber der Umgebung isolierter, „heißer“ Bauraum nötig, der auf Temperaturen von über 250 °C beheizt wird.For processing high-performance plastics with high melting points, such as PEEK or PEI, it is also necessary to keep the temperature of the component as high as possible in order to reduce distortion of the component and to ensure sufficient adhesion between the layers. This requires a "hot" installation space that is insulated from the environment and heated to temperatures of over 250 ° C.

Ein grundsätzliches Problem beim FFF-Verfahren ist der hohe Aufwand beim Materialwechsel. Beim Druck mit mehreren verschiedenen Materialien ergeben sich infolgedessen zum Teil lange Materialwechselzeiten. Bei Druckern mit heißem Bauraum kommen erschwerend noch eine Abkühlzeit vor dem Umbau und eine Aufheizzeit bis zur Betriebsbereitschaft nach dem Umbau hinzu. Um Objekte mit zwei oder mehr verschiedenen Materialien herzustellen sind aus diesem Grund Druckersysteme bekannt, bei denen mehrere Druckköpfe auf einem Schlitten angebracht sind oder bei denen mehrere Schlitten auf einer Achse verfahrbar angeordnet sind. Dies hat jedoch den Nachteil, dass die träge Masse des Schlittens bzw. der Positionierungsmimik erhöht wird. Zudem lässt sich für solche Systeme mit mehreren Druckköpfen auf einer verfahrbaren Achse aufgrund des hohen Platzbedarfes für die jeweiligen Antriebseinheiten der Druckköpfe nur schwer ein Direktantrieb realisieren.A fundamental problem with the FFF process is the high effort involved in changing the material. When printing with several different materials, this sometimes results in long material change times. In the case of printers with hot installation space, a cooling-off time before the conversion and a heating-up time until operational readiness after the conversion are made more difficult. For this reason, in order to produce objects with two or more different materials, printer systems are known in which a plurality of print heads are attached to a carriage or in which a plurality of carriages are arranged to be movable on an axis. However, this has the disadvantage that the inertial mass of the slide or the positioning facial expression is increased. In addition, it is difficult to implement a direct drive for such systems with several print heads on a movable axis due to the large space requirement for the respective drive units of the print heads.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine flexible Druckvorrichtung zum Drucken von 3D-Objekten mit dem FFF-Verfahren zu schaffen, die sowohl einen schnellen Materialwechsel als auch das Verarbeiten von Hochtemperaturkunststoffen ermöglicht.The present invention has for its object to provide a flexible printing device for printing 3D objects with the FFF method, which enables both a quick change of material and the processing of high temperature plastics.

Diese Aufgabe wird durch eine Druckvorrichtung gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.This object is achieved by a printing device according to the features of claim 1.

Erfindungsgemäß weist eine Druckvorrichtung zum Drucken von 3D-Objekten im Fused-Filament-Fabrication-Verfahren zumindest ein Gehäuse, in dessen Inneren ein heißer bzw. beheizbarer Bauraum ausgebildet ist, ein Druckbett, einen direkt angetriebenen Druckkopf mit einer Heizdüse zum Aufschmelzen eines Filaments und einer Fördereinrichtung, vorzugsweise einem Förderrad-System, zum Fördern des Filaments zur Heizdüse und eine Druckkopf-Positionierungseinrichtung auf. Die Druckkopf-Positionierungseinrichtung hat erfindungsgemäß einen bewegbaren Druckkopfträger, vorzugsweise in der Ausführung als verfahrbarer Schlitten, an welchem der Druckkopf mittels einer Koppelvorrichtung lösbar angebracht oder anbringbar ist. Ferner weist die Druckvorrichtung ein innerhalb des heißen Bauraums des Gehäuses angeordnetes Magazin auf, an welchem zumindest der vorgenannte Druckkopf, bevorzugt eine Anzahl an auswechselbaren Druckköpfen, an zumindest einem Lagerplatz lösbar angebracht oder anbringbar ist. In anderen Worten betrifft die Erfindung eine zur Verarbeitung von Hochtemperaturkunststoffen geeignete 3D-Druckvorrichtung mit direkt angetriebenem Druckkopf bzw. Druckköpfen und einem Druckkopf-Wechselsystem. Das erfindungsgemäße Wechselsystem ist durch ein Druckkopf-Magazin bzw. einen Parkplatz implementiert, der innerhalb des heißen Bauraums der Druckvorrichtung angeordnet ist und an welchem eine Anzahl an Druckköpfen gelagert werden kann. Die Druckköpfe sind zu diesem Zweck jeweils mit einem Koppelsystem ausgestattet, das eine lösbare Koppelung sowohl mit dem Druckkopf-Magazin als auch mit einem Schlitten einer Druckkopfpositionierungseinrichtung der 3D-Druckvorrichtung ermöglicht.According to the invention, a printing device for printing 3D objects in the fused filament fabrication method has at least one housing, in the interior of which a hot or heatable installation space is formed, a printing bed, a directly driven print head with a heating nozzle for melting a filament and one Conveyor, preferably a conveyor wheel system, for conveying the filament to the heating nozzle and a printhead positioning device. According to the invention, the print head positioning device has a movable print head carrier, preferably in the form of a movable carriage, to which the print head can be detachably attached or attached by means of a coupling device. Furthermore, the printing device has a magazine arranged within the hot installation space of the housing, to which at least the aforementioned printing head, preferably a number of exchangeable printing heads, can be detachably attached or attached to at least one storage location. In other words, the invention relates to a 3D printing device suitable for processing high-temperature plastics with a directly driven print head or print heads and a print head changing system. The change system according to the invention is implemented by a printhead magazine or a parking space, which is arranged within the hot installation space of the printing device and on which a number of printheads can be stored. For this purpose, the printheads are each equipped with a coupling system, which is a detachable coupling both with the printhead magazine and with a slide Printhead positioning device of the 3D printing device allows.

Das erfindungsgemäße Druckkopf-Wechselsystem bietet mehrere Vorteile gegenüber bekannten 3D-Druckvorrichtungen. Durch die Auswechselbarkeit der Druckköpfe mittels des Koppelsystems ist ein schneller Materialwechsel während eines Druckvorgangs problemlos möglich. Da die Druckköpfe innerhalb des heißen Bauraums an dem Druckkopf-Magazin lagern, sind diese bei einem Wechselvorgang bereits auf Betriebstemperatur vorgeheizt. Das Lagern der Wechseldruckköpfe an einem von der Druckkopfpositionierungseinrichtung separaten Magazin hat zudem den Vorteil, dass die Masse der Druckkopfpositionierungseinrichtung und somit auch negative Trägheitseinflüsse verringert werden.The print head changing system according to the invention offers several advantages over known 3D printing devices. Due to the interchangeability of the printheads by means of the coupling system, a quick material change during a printing process is possible without any problems. Since the printheads are stored on the printhead magazine within the hot installation space, they are preheated to operating temperature during a change process. The storage of the alternating printheads on a magazine separate from the printhead positioning device also has the advantage that the mass of the printhead positioning device and thus also negative influences of inertia are reduced.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann der Druckkopfträger, beispielsweise in der Ausgestaltung als Schlitten, eine erste Förderradantriebseinheit zum Antreiben des Druckkopfinternen Förderrad-Systems aufweisen, und der zumindest eine Druckkopf kann ein entsprechendes Förderradgetriebe haben, welches über einen ersten Eingangswellenendabschnitt mit der ersten Förderradantriebseinheit des Schlittens koppelbar ist, um zum Fördern des Filaments ein Drehmoment auf das Förderrad-System zu übertragen. Abgesehen von der Koppelvorrichtung, die den Druckkopf am Schlitten fixiert, kann also eine weitere Schnittstelle zur Übertragung eines Drehmoments zwischen Druckkopf und Schlitten vorgesehen sein. Dies hat den Vorteil, dass nicht jeder Druckkopf einen eigenen Antrieb hat, sondern gemeinsame eine Förderradantriebseinheit für alle auswechselbaren Druckköpfe dem Schlitten zugeordnet werden kann.According to a preferred embodiment, the print head carrier, for example in the form of a slide, can have a first feed wheel drive unit for driving the print head internal feed wheel system, and the at least one print head can have a corresponding feed wheel gear which can be coupled to the first feed wheel drive unit of the slide via a first input shaft end section to transmit torque to the feed wheel system to convey the filament. Apart from the coupling device that fixes the printhead to the carriage, another interface for transmitting a torque between the printhead and the carriage can be provided. This has the advantage that not every printhead has its own drive, but rather a feed wheel drive unit for all interchangeable printheads can be assigned to the carriage.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann ein Förderradantrieb, bspw. ein Elektro- oder Hydraulikmotor, der ersten Förderradantriebseinheit außerhalb des heißen Bauraums angeordnet sein, und das Drehmoment des Förderradantriebs kann über ein Drehmomentübertragungsglied auf die erste Förderradantriebseinheit übertragbar sein. Dies hat den Hintergrund, dass ein hoher Aufwand betrieben werden müsste, um einen Antriebseinheit, wie bspw. einen Elektromotor derart zu gestalten bzw. zu dämmen, dass dieser für den heißen Bauraum geeignet wäre. Die vorgenannte bevorzugten Ausgestaltung sieht deshalb vor, die erste Förderradantriebseinheit derart anzuordnen, dass sie weniger thermischen Belastungen ausgesetzt ist und das durch diese erzeugte Drehmoment mittels eines weniger temperaturanfälligen Drehmomentübertragungsglieds zur restlichen Förderradantriebseinheit im Schlitten zu übertragen von wo aus es auf das Förderradgetriebe im Druckkopf übertragen wird. Diese Anordnung hat den zusätzlichen Vorteil, dass das Gewicht des Antriebs nicht am Schlitten angeordnet ist und folglich dessen Trägheit nicht unnötig erhöht.According to a preferred embodiment of the invention, a feed wheel drive, for example an electric or hydraulic motor, of the first feed wheel drive unit can be arranged outside the hot installation space, and the torque of the feed wheel drive can be transferable to the first feed wheel drive unit via a torque transmission element. The reason for this is that a great deal of effort would have to be made to design or insulate a drive unit, such as an electric motor, in such a way that it would be suitable for the hot installation space. The aforementioned preferred embodiment therefore provides for the first conveyor wheel drive unit to be arranged in such a way that it is less exposed to thermal loads and for the torque generated by this to be transmitted to the remaining conveyor wheel drive unit in the carriage by means of a less temperature-sensitive torque transmission element, from where it is transmitted to the conveyor wheel transmission in the print head . This arrangement has the additional advantage that the weight of the drive is not arranged on the slide and consequently does not unnecessarily increase its inertia.

Gemäß einem weiter bevorzugten Aspekt der Erfindung kann das Drehmomentübertragungsglied eine Antriebswelle, insbesondere eine Mehrkantwelle sein und die erste Förderradantriebseinheit kann ein passendes Drehmomentaufnahmeelement aufweisen. Bevorzugt kann das Drehmomentaufnahmeelement mit der Antriebswelle drehmomentfest aber entlang der Längsachse der Antriebswelle verschiebbar gelagert sein. Die Antriebswelle und die Förderradantriebseinheit können auf diese Weise bspw. in Y-Achsen-Richtung mit der X-Achsen-Positionierungsmimik mitfahren, während sich der Schlitten relativ zur Antriebswelle in X-Richtung frei verschieben kann. Anders ausgedrückt, können die in X-Richtung angeordnete Antriebswelle und der Antrieb gemeinsam mit der gesamten X-Achsenmimik des Schlittens in Y-Richtung verfahrbar sein.According to a further preferred aspect of the invention, the torque transmission element can be a drive shaft, in particular a polygonal shaft, and the first feed wheel drive unit can have a suitable torque receiving element. The torque receiving element can preferably be mounted with the drive shaft in a torque-proof manner but displaceably along the longitudinal axis of the drive shaft. In this way, the drive shaft and the feed wheel drive unit can travel with the X-axis positioning mimic, for example in the Y-axis direction, while the carriage can move freely in the X-direction relative to the drive shaft. In other words, the drive shaft arranged in the X direction and the drive can be moved together with the entire X-axis facial expression of the carriage in the Y direction.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann die Achse der Antriebswelle in einem rechten Winkel zum ersten Eingangswellenendabschnitt des Förderradgetriebes angeordnet sein. Dies hat den Vorteil, dass der erste Eingangswellenendabschnitt des Förderradgetriebes im Druckkopf senkrecht zur Welle ausgerichtet sein kann, was das wiederum ermöglicht, dass ein zweiter Eingangswellenendabschnitt auf der vom schlittenabgewandten Seite des Druckkopfes austreten bzw. eine Schnittstelle ausbilden kann. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann das Förderradgetriebe des Druckkopfes also einen zweiten Eingangswellenendabschnitt aufweisen, welcher mit einer zweiten Förderradantriebseinheit am Magazin in Eingriff bringbar ist, um ein Drehmoment auf das Förderrad-System zu übertragen und damit bspw. eine Opferdosierung in einem am Magazin geparkten Zustand des Druckkopfes zu ermöglichen. Der zweite Eingangswellenendabschnitt könnte ein Abschnitt derselben Eingangswelle sein, die auch den ersten Eingangswellenendabschnitt ausbildet, könnte jedoch genauso gut an einer separaten Eingangswelle ausgebildet und über das Förderradgetriebe mit dem Förderrad-System verbunden sein.According to a preferred embodiment, the axis of the drive shaft can be arranged at a right angle to the first input shaft end section of the feed wheel transmission. This has the advantage that the first input shaft end section of the feed wheel transmission in the print head can be aligned perpendicular to the shaft, which in turn enables a second input shaft end section to emerge on the side of the print head facing away from the slide or to form an interface. According to a preferred embodiment, the feed wheel gear of the print head can thus have a second input shaft end section which can be brought into engagement with a second feed wheel drive unit on the magazine in order to transmit a torque to the feed wheel system and thus, for example, a sacrificial dosage in a state parked on the magazine Allow printhead. The second input shaft end section could be a section of the same input shaft that also forms the first input shaft end section, but could equally well be formed on a separate input shaft and connected to the conveyor wheel system via the feed wheel gear.

Bevorzugt kann zwischen der Antriebswelle und dem ersten Eingangswellenendabschnitt des Förderradgetriebes eine Kegelradverzahnung vorgesehen sein, um das Drehmoment auf die senkrecht ausgerichtete Achse zu übertragen. Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann ein schlittenseitiges Kegelrad einer solchen Kegelradverzahnung in einer Eingriffsposition federvorgespannt gelagert sein, um eine Nachgiebigkeit im Falle einer inkompatiblen Zahnradstellung bei einem Koppelvorgang zu erzeugen.A bevel gear toothing can preferably be provided between the drive shaft and the first input shaft end section of the feed wheel transmission in order to transmit the torque to the vertically aligned axis. According to a preferred embodiment of the invention, a slide-side bevel gear of such a bevel gear toothing can be spring-loaded in an engagement position in order to produce a flexibility in the event of an incompatible gear position during a coupling process.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann die Koppelvorrichtung des zumindest einen Druckkopfes ein innerhalb des Druckkopfes verlagerbares Koppelglied aufweisen, welches an zwei gegenüberliegenden Seiten des Druckkopfes aus diesem austritt und dazu ausgebildet ist, den Druckkopf über eine erste Schnittstelle mit dem Schlitten zu koppeln und über eine zweite Schnittstelle mit dem Magazin zu koppeln.According to a preferred embodiment of the invention, the coupling device of the at least one printhead can have a coupling member which can be displaced within the printhead and emerges from it on two opposite sides of the printhead and is designed to couple the printhead to the carriage via a first interface and via a to couple the second interface with the magazine.

Gemäß einem weiter bevorzugten Aspekt der Erfindung kann der Schlitten ein Vorspannelement aufweisen, welches das Koppelglied in einer mit der ersten Schnittstelle an dem Schlitten arretierten Position vorspannt. Durch eine solche konstruktive Gestaltung ist keine aktive kraft- oder druckbetätigte Kopplung des Druckkopfes am Schlitten notwendig und es kann folglich auf einen zusätzlichen Stellmotor oder dergleichen verzichtet werden, welcher hochtemperaturgeeignet sein müsste und die Masse des Schlittens und damit dessen Trägheit unnötig erhöhen würde.According to a further preferred aspect of the invention, the carriage can have a prestressing element which prestresses the coupling member in a position locked on the carriage with the first interface. With such a constructive design, no active force or pressure actuated coupling of the print head to the slide is necessary, and consequently an additional servomotor or the like can be dispensed with, which should be suitable for high temperatures and would unnecessarily increase the mass of the slide and thus its inertia.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann das Magazin zumindest eine ansteuerbare Aktuierungsvorrichtung aufweisen, die dazu ausgebildet ist, das Koppelglied, insbesondere entgegen der Vorspannrichtung des Vorspannelements, durch Kraft- oder Druckbeaufschlagung in eine mit der zweiten Schnittstelle am Magazin arretierte Position zu bewegen und/oder zu halten.According to a preferred embodiment, the magazine can have at least one actuatable actuation device which is designed to move and / or hold the coupling member, in particular counter to the biasing direction of the biasing element, by force or pressure in a position locked to the second interface on the magazine .

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann die Koppelvorrichtung den Druckkopf translatorisch mit einem rotatorischen Freiheitsgrad am Schlitten und/oder am Magazin festlegen und die rotatorische Ausrichtung des Druckkopfs im gekoppelten Zustand über eine separate Ausrichtungsgeometrie erfolgt.According to a preferred embodiment of the invention, the coupling device can fix the print head translationally with a rotational degree of freedom on the slide and / or on the magazine, and the rotary alignment of the print head in the coupled state takes place via a separate alignment geometry.

Gemäß einem weiter bevorzugten Aspekt der Erfindung kann das Magazin in einem Randbereich des heißen Bauraums angeordnet sein, insbesondere per se einen Teil der Wandung des heißen Bauraums ausbilden, und ein Opferdosierungsantrieb und/oder die Aktuierungsvorrichtung für den Koppelmechanismus können außerhalb des heißen Bauraums und thermisch von diesem isoliert an dem Magazin oder in dessen Nähe angeordnet sein.According to a further preferred aspect of the invention, the magazine can be arranged in an edge region of the hot installation space, in particular form part of the wall of the hot installation space per se, and a sacrificial metering drive and / or the actuating device for the coupling mechanism can be located outside the hot installation space and thermally this isolated on the magazine or in the vicinity thereof.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann das Magazin zumindest eine Erfassungseinrichtung zum Erfassen der Anwesenheit eines angebrachten Druckkopfes aufweisen. Auf diese Weise kann der Verlust eines Druckkopfes, beispielsweise durch Fehlfunktionen eines Koppelmechanismus, zuverlässig festgestellt und die Druckvorrichtung in einem solchen Falle angehalten werden. Bei einer solchen Ausgestaltung ist es von Vorteil, wenn die Erfassungseinrichtung ein mechanisches Stellglied aufweist, welches, wenn ein Druckkopf an dem Magazin befestigt ist, entgegen einer Vorspannung ausgelenkt wird und ein außerhalb des heißen Bauraums angeordneter Sensor eine solche Auslenkung des Stellglieds erfasst. Dies hat den Vorteil dass bei der Auswahl der Sensoren nicht darauf geachtet werden muss, dass diese hochtemperaturfähig sind. Ein solches Stellglied kann beispielsweise ein in Richtung zum heißen Bauraum hin federvorgespannter Stift sein, der beim Anbringen eines Druckkopfes am Magazin entgegen der Vorspannung verdrängt wird und auf der vom heißen Bauraum abgewandten Seite aus dem Magazin austritt, um dort vom Sensor erfasst zu werden.According to a preferred embodiment, the magazine can have at least one detection device for detecting the presence of an attached print head. In this way, the loss of a printhead, for example due to malfunction of a coupling mechanism, can be reliably determined and the printing device can be stopped in such a case. In such an embodiment, it is advantageous if the detection device has a mechanical actuator which, when a print head is attached to the magazine, is deflected against a bias and a sensor arranged outside the hot installation space detects such a deflection of the actuator. This has the advantage that when selecting the sensors it is not necessary to ensure that they are capable of high temperatures. Such an actuator can be, for example, a spring-biased pin toward the hot installation space, which is displaced against the bias when a print head is attached to the magazine and exits the magazine on the side facing away from the hot installation space in order to be detected there by the sensor.

Gemäß einem weiter bevorzugten Aspekt der Erfindung kann die Druckvorrichtung einen zusätzlichen Messkopf aufweisen, welcher wie der zumindest eine Druckkopf der Druckvorrichtung mittels einer Koppelvorrichtung lösbar an dem Schlitten und dem Magazin angebracht oder anbringbar ist. Dieser kann mit einem für den Einsatz in einem heißen Bauraum angepassten Abstandssensor ausgestattet sein, um ein Abtasten des Druckbettes nach dem Aufheizen und damit unter Berücksichtigung eines etwaigen Wärmeverzuges zu ermöglichen. Das vorsehen eines separaten Messkopfes hat den Vorteil, dass nur ein einziger hochtemperaturfähiger Sensor benötigt wird, welcher unabhängig von der Auswahl an Druckköpfen zur Verfügung steht.According to a further preferred aspect of the invention, the printing device can have an additional measuring head which, like the at least one printing head of the printing device, can be detachably attached or attached to the slide and the magazine by means of a coupling device. This can be equipped with a distance sensor adapted for use in a hot installation space, in order to enable the printing bed to be scanned after heating and thus taking into account any heat distortion. The provision of a separate measuring head has the advantage that only a single high-temperature sensor is required, which is available regardless of the selection of printheads.

Gemäß einer weiter bevorzugten Ausführungsform kann die Positionierungseinrichtung eine X-Achsen-Positionierungseinrichtung und eine zu dieser orthogonal angeordnete Y-Achsen-Positionierungseinrichtung aufweisen.According to a further preferred embodiment, the positioning device can have an X-axis positioning device and a Y-axis positioning device arranged orthogonally to this.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann der Schlitten auf der X-Achsen-Positionierungseinrichtung verfahrbar angeordnet sein und zwei Lagerböcke der X-Achsen-Positionierungseinrichtung, die zumindest Führungsmittel zum Führen des Schlittens in X Richtung lagern, können auf der Y-Achsen-Positionierungseinrichtung verfahrbar angeordnet sein.According to a preferred embodiment of the invention, the carriage can be arranged to be movable on the X-axis positioning device and two bearing blocks of the X-axis positioning device, which support at least guide means for guiding the carriage in the X direction, can be moved on the Y-axis positioning device be arranged.

Gemäß einem weiter bevorzugten Aspekt der Erfindung können die zwei Lagerböcke der X-Achsen-Positionierungseinrichtung einander gegenüberliegend jeweils in einem Grenzbereich des heißen Bauraums angeordnet sein und ein X-Achsen-Antrieb sowie der Förderradantrieb können außerhalb des heißen Bauraums an der Außenseite zumindest eines der Lagerböcke angeordnet sein. Diese konstruktive Ausgestaltung ermöglicht es die beiden genannten Antriebe außerhalb des heißen Bauraums wärmeisoliert anzuordnen.According to a further preferred aspect of the invention, the two bearing blocks of the X-axis positioning device can each be arranged opposite one another in a border region of the hot installation space, and an X-axis drive and the feed wheel drive can be located outside the hot installation space on the outside of at least one of the bearing blocks be arranged. This design allows the two drives mentioned to be arranged in a heat-insulated manner outside of the hot installation space.

Ein weiterer ggf. unabhängig zu beanspruchender Aspekt der Erfindung betrifft einen Druckkopf für den Einsatz in einer Druckvorrichtung zum Drucken von 3D-Objekten im Fused-Filament-Fabrication-Verfahren mit einem Druckkopf-Korpus einer Heizdüse und einem Förderrad-System zum Fördern eines Filaments zur Heizdüse. Besagter Druckkopf hat eine im oder am Druckkopf-Korpus gehaltene Koppelvorrichtung, die ein Koppelglied aufweist, welches von einer ersten Position, in welcher das Koppelglied einen verriegelnden Eingriff mit einer Schnittstelle eines mehrachsig positionierbaren Schlittens ausbildet, in eine zweite Position, in welcher Koppelglied den Eingriff mit dem Schlitten freigibt und einen koppelnden Eingriff mit einer Schnittstelle eines Druckkopf-Magazins herstellt, verlagerbar ist.Another aspect of the invention that can be claimed independently relates to one Printhead for use in a printing device for printing 3D objects in the fused filament fabrication process with a printhead body of a heating nozzle and a conveyor wheel system for conveying a filament to the heating nozzle. Said printhead has a coupling device held in or on the printhead body, which has a coupling member which, from a first position in which the coupling member forms a locking engagement with an interface of a multi-axially positionable carriage, in a second position in which coupling member the engagement releases with the carriage and produces a coupling engagement with an interface of a print head magazine, is relocatable.

Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Druckvorrichtung zum Drucken von 3D-Objekten im Fused-Filament-Fabrication-Verfahren mit einem heißen Bauraum, bei dem ein mehrachsig bewegbarer Schlitten mit verschiedenen Druckköpfen bestückbar ist, welche innerhalb des heißen Bauraums an einer Parkposition vorgehalten wird.Another aspect of the present invention relates to a method for operating a printing device for printing 3D objects in the fused filament fabrication method with a hot installation space, in which a multi-axis movable carriage can be equipped with various print heads which are located within the hot installation space is parked.

Ein Verfahren zum Auswechseln der Druckköpfe weist zumindest die folgenden Schritte auf:

  • - Anfahren eines freien Lagerplatzes an einem Magazin; und
  • - Auslenken eines verlagerbaren Koppelglieds im Druckkopf entgegen einer Federvorspannung mittels einer aktiv ansteuerbaren Aktuierungsvorrichtung des Magazins, sodass der Druckkopf zeitgleich an dem Magazin gekoppelt und vom Schlitten entkoppelt wird.
A method for replacing the printheads has at least the following steps:
  • - Approaching a free storage location at a magazine; and
  • - Deflecting a displaceable coupling element in the print head against a spring preload by means of an actively controllable actuation device of the magazine, so that the print head is coupled to the magazine and decoupled from the carriage at the same time.

FigurenlisteFigure list

Nachstehend werden Ausführungsbeispiele der vorliegenden Offenbarung auf der Basis der zugehörigen Figuren beschrieben.

  • 1 ist eine perspektivische Darstellung zur Veranschaulichung einer Druckvorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung;
  • 2 ist eine perspektivische Frontansicht eines heißen Bauraums der Druckvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;
  • 3 ist eine perspektivische Rückansicht des heißen Bauraums der Druckvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;
  • 4 ist eine perspektivische Ansicht des Innenlebens des heißen Bauraums der Druckvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;
  • 5 ist eine freigeschnittene perspektivische Ansicht eines Druckbetts mit Z-Achsen-Positionierungseinrichtung in der Druckvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;
  • 6 ist eine freigeschnittene perspektivische Ansicht einer X-Y-Achsen-Druckkopf-Positionierungseinrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;
  • 7 ist eine Detailansicht eines Druckkopfmagazins gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel im bestückten Zustand;
  • 8 zeigt das Druckkopfmagazins gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel während eines Andockvorgangs mit ansonsten unbestückten Lagerplätzen;
  • 9A und 9B sind Detailansichten von Schiebekassetten in der Druckvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;
  • 10 ist eine Detailansicht eines Grundkörpers eines Schlittens der Druckvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;
  • 11 ist eine Draufsicht auf die Schnittstelle des Schlittens der Druckvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;
  • 12 ist eine Detailansicht eines Druckkopfes der Druckvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;
  • 13 ist ein Freischnitt eines Direktantriebs für den Druckkopf der Druckvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;
  • 14A ist eine Schnittdarstellung einer Koppelvorrichtung für einen Druckkopf gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel in einem am Magazin gekoppelten Zustand;
  • 14B ist eine Schnittdarstellung der Koppelvorrichtung für einen Druckkopf gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel in einem am Magazin gekoppelten Zustand mit einem an den Druckkopf herangefahrenen Schlitten;
  • 15A ist eine Schnittdarstellung der Koppelvorrichtung für einen Druckkopf gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel mit einem an den Druckkopf herangefahrenen Schlitten in einem am Schlitten gekoppelten Zustand;
  • 15B ist eine Schnittdarstellung der Koppelvorrichtung für einen Druckkopf gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel in einem am Schlitten gekoppelten Zustand, nachdem der Schlitten vom Magazin wegbewegt wurde;
  • 16 ist eine Detailansicht eines Messkopfes der Druckvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;
  • 17 ist eine Schnittdarstellung der dem Schlitten zugeordneten Komponenten der Förderradantriebseinheit gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;
  • 18 ist eine isolierte Darstellung eines Magazingrundkorpus der Druckvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;
  • 19 ist eine isolierte Darstellung eines Druckkopfgrundkorpus der Druckvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel; und
  • 20 ist eine isolierte Darstellung eines Lagerbocks der Druckvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel.
Exemplary embodiments of the present disclosure are described below on the basis of the associated figures.
  • 1 14 is a perspective view illustrating a printing device according to a first embodiment of the present disclosure;
  • 2nd is a front perspective view of a hot space of the printing device according to the first embodiment;
  • 3rd is a rear perspective view of the hot space of the printing device according to the first embodiment;
  • 4th 12 is a perspective view of the inside of the hot space of the printing device according to the first embodiment;
  • 5 Fig. 14 is a cutaway perspective view of a printing bed with Z-axis positioning means in the printing device according to the first embodiment;
  • 6 Fig. 14 is a cutaway perspective view of an XY-axis printhead positioner according to the first embodiment;
  • 7 is a detailed view of a print head magazine according to the first embodiment in the loaded state;
  • 8th shows the print head magazine according to the first embodiment during a docking process with otherwise empty storage spaces;
  • 9A and 9B are detailed views of slide cartridges in the printing apparatus according to the first embodiment;
  • 10th is a detailed view of a body of a carriage of the printing device according to the first embodiment;
  • 11 Fig. 12 is a plan view of the carriage interface of the printing apparatus according to the first embodiment;
  • 12th is a detailed view of a print head of the printing device according to the first embodiment;
  • 13 Fig. 14 is a cutaway of a direct drive for the print head of the printing device according to the first embodiment;
  • 14A is a sectional view of a coupling device for a print head according to the first embodiment in a state coupled to the magazine;
  • 14B is a sectional view of the coupling device for a printhead according to the first embodiment in a state coupled to the magazine with a carriage moved to the printhead;
  • 15A is a sectional view of the coupling device for a printhead according to the first embodiment with a carriage approached to the printhead in a state coupled to the carriage;
  • 15B is a sectional view of the coupling device for a printhead according to the first embodiment in a state coupled to the carriage after the carriage has been moved away from the magazine;
  • 16 is a detailed view of a measuring head of the printing device according to the first embodiment;
  • 17th is a sectional view of the components associated with the sled of FIG Feed wheel drive unit according to the first embodiment;
  • 18th Fig. 14 is an isolated illustration of a magazine body of the printing apparatus according to the first embodiment;
  • 19th Fig. 14 is an isolated illustration of a printhead body of the printing apparatus according to the first embodiment; and
  • 20th is an isolated view of a bearing block of the printing device according to the first embodiment.

Erstes AusführungsbeispielFirst embodiment

1 ist eine Perspektivansicht eines 3D-Druckers 1 zum Drucken von 3D-Objekten, welcher das erfindungsgemäße Druckkopf-Wechselsystem nach einer ersten Ausführungsform beinhaltet. Der dargestellte 3D-Drucker 1 ist ein Beispiel für eine „Druckvorrichtung zum Drucken von 3D-Objekten mit dem Fused-Filament-Fabrication-Verfahren (FFF)“. 1 is a perspective view of a 3D printer 1 for printing 3D objects, which includes the print head changing system according to the invention according to a first embodiment. The 3D printer shown 1 is an example of a "printing device for printing 3D objects with the fused filament fabrication (FFF) method".

Der 3D-Drucker 1 beinhaltet eine Verkleidung (nicht dargestellt) und eine Trägerstruktur T, die die Verkleidung und ein Gehäuse 2 trägt. Das quaderförmige Gehäuse 2 setzt sich aus sieben rechteckigen Platten und einer Tür 3 an einer Vorderseite in einer Längenrichtung des 3D-Druckers 1 zusammen und bildet in seinem Inneren einen heißen bzw. beheizbaren Bauraum aus. Für die Verarbeitung von PEEK kann der Bauraum z.B. vorteilhafter Weise auf 260 °C aufgeheizt werden. Zur besseren Beheizbarkeit des Bauraums, ist dieser in diesem Fall mit einer in 3 dargestellten Heizvorrichtung H ausgestattet und wärmegedämmt.The 3D printer 1 includes a cladding (not shown) and a support structure T that the cladding and a housing 2nd wearing. The cuboid housing 2nd consists of seven rectangular plates and a door 3rd on a front side in a length direction of the 3D printer 1 together and forms a hot or heatable installation space in its interior. For processing PEEK, the installation space can advantageously be heated to 260 ° C., for example. For better heating of the installation space, it is in this case with an in 3rd heater shown H equipped and insulated.

Die 2 und 3 zeigen das freigeschnittene Gehäuse 2 der Druckvorrichtung 1 in einer perspektivischen Front- bzw. Rückansicht und mit entfernter Tür 3, um einen besseren Einblick in das Innenleben des 3D-Druckers 1 zu gestatten. Der im FFF-Verfahren betriebene 3D-Drucker 1 hat grundsätzlich ein innerhalb des Gehäuses 2 angeordnetes Druckbett 4 (vgl. 5), welches vertikal bzw. in Z-Richtung verfahrbar ist, und einen relativ dazu in Breiten- und Längenrichtung (X- und Y-Richtung) verlagerbaren bzw. positionierbaren Druckkopf 6, der mittels einer Heizdüse 8 einen förderbaren Polymerfaden F (Filament genannt) aufschmilzt und in mehreren Lagen auf das Druckbett 4 ablegt, um daraus ein dreidimensionales Bauteil zu erzeugen.The 2nd and 3rd show the cut-out housing 2nd the printing device 1 in a perspective front or rear view and with the door removed 3rd to allow a better insight into the interior of the 3D printer 1. The 3D printer operated in the FFF process 1 basically has one inside the case 2nd arranged print bed 4th (see. 5 ), which can be moved vertically or in the Z direction, and a print head which can be displaced or positioned relative to it in the width and length direction (X and Y direction) 6 by means of a heating nozzle 8th a conveyable polymer thread F (Called filament) melts and in several layers on the print bed 4th stores in order to create a three-dimensional component.

Der in 12 isoliert dargestellte Druckkopf 6 ist in der Druckvorrichtung gemäß der bevorzugten Ausführungsform als Druckkopf 6 mit Direkt-Extruder, d.h. mit eigenem internen Förderrad-System 10 zum Fördern des Filaments F, ausgeführt und kann mittels einer Positionierungseinrichtung 12, 14 in der X- und Y-Achsen-Richtung bewegt werden. Hierzu ist der Druckkopf 6 an einem Schlitten 16 der Positionierungseinrichtung 12, 14 lösbar angebracht bzw. anbringbar. Die X- und Y-Achsen-Positionierungseinrichtung 12, 14 mit Schlitten 16 und daran angebrachtem Druckkopf 6 ist am besten in 6 zu erkennen und wird an späterer Stelle detailliert erläutert.The in 12th printhead shown in isolation 6 is in the printing device according to the preferred embodiment as a printhead 6 with direct extruder, ie with its own internal conveyor wheel system 10th to convey the filament F , executed and can by means of a positioning device 12th , 14 are moved in the X and Y axis directions. This is the printhead 6 on a sled 16 the positioning device 12th , 14 detachably attached or attachable. The X and Y axis positioning device 12th , 14 with sledge 16 and attached printhead 6 is best in 6 to recognize and will be explained in detail later.

Das förderbare Filament F wird auf Rollen (nicht dargestellt) aufbewahrt und während eines Fertigungsvorgangs gefördert und dabei von besagten Rollen abgewickelt. Die Rollen werden in dazu vorgesehenen Aufbewahrungskästen 200 seitlich des Gehäuses 2 aufbewahrt. In 2 ist ein solcher Aufbewahrungskasten 200 angedeutet. Der 3D-Drucker 1 gemäß der bevorzugten Ausgestaltung besitzt zwei solcher Aufbewahrungskästen 200, die in einer Frontansicht links und rechts des Gehäuses 2 angeordnet sind. Das Gehäuse 2 weist Aussparungen 202 für die Filamentzuführung auf den Aufbewahrungskästen 200 auf. Das dargestellte Ausführungsbeispiel weist vier solcher Aussparungen 202 auf. Folglich können gleichzeitig vier verschiedene Filamente F dem Bauraum bzw. der Druckkammer im Inneren des Gehäuses 2 zugeführt werden.The conveyable filament F is stored on rolls (not shown) and conveyed during a manufacturing process and is thereby unwound from said rolls. The rolls are provided in storage boxes 200 to the side of the housing 2nd kept. In 2nd is such a storage box 200 indicated. The 3D printer 1 according to the preferred embodiment has two such storage boxes 200 that in a front view left and right of the case 2nd are arranged. The housing 2nd has recesses 202 for filament feeding on the storage boxes 200 on. The exemplary embodiment shown has four such cutouts 202 on. Consequently, four different filaments can be made simultaneously F the installation space or the pressure chamber inside the housing 2nd are fed.

An den beiden Seitenflächen in der Breitenrichtung bzw. X-Richtung des 3D-Druckers 1 sind jeweils drei rechteckige Aussparungen 204, 206 ausgebildet. Zwei dieser drei rechteckigen Aussparungen 204 erstrecken sich in einer Höhenrichtung bzw. Z-Richtung des 3D-Druckers 1 und die weitere rechteckige Aussparung 206 erstreckt sich in der Längenrichtung des 3D-Druckers 1. Auf einer in 3 dargestellten Hinterseite des 3D-Druckers 1 ist ebenfalls eine rechteckige, sich in der Breitenrichtung des 3D-Druckers erstreckende Aussparung 208 ausgebildet, in welche ein Druckkopf-Magazin 20 zur Bereitstellung auswechselbarer Druckköpfe im Bauraum eingefügt ist.On the two side surfaces in the width direction or X direction of the 3D printer 1 are three rectangular cutouts 204 , 206 educated. Two of these three rectangular cutouts 204 extend in a height direction or Z direction of the 3D printer 1 and the further rectangular cutout 206 extends in the length direction of the 3D printer 1 . On an in 3rd The rear side of the 3D printer 1 shown is also a rectangular recess that extends in the width direction of the 3D printer 208 trained in which a printhead magazine 20th for the provision of replaceable printheads is inserted in the installation space.

Im Folgenden werden der Aufbau und die Funktion der Druckkopf-Positionierungseinrichtung 12, 14 im Detail beschrieben. Die Druckkopf-Positionierungseinrichtung 12, 14 ist am besten in den 4 und 6 erkennbar.The following are the structure and function of the printhead positioning device 12th , 14 described in detail. The printhead positioner 12th , 14 is best in the 4th and 6 recognizable.

Der Schlitten 16 wird durch eine mittels eines Elektromotors 120 angetriebene, rotierende Gewindespindel 122 und eine zugehörige Spindelmutter bewegt. Um den Schlitten 16 in der Breitenrichtung hin und her zu bewegen, treibt der mit der sich in der X-Richtung erstreckenden Gewindespindel verbundene Elektromotor 120 diese Gewindespindel 122 an und der Schlitten 160 bewegt sich je nach Rotationsrichtung der Gewindespindel 122 entlang einer Führungsschiene 124 in der Breitenrichtung (X-Richtung). Die Länge der Gewindespindel 122 und der Führungsschiene 124 ist dabei größer als die Länge des Gehäuses 2 in Breitenrichtung (X-Richtung), weshalb die Gewindespindel 122 und die Führungsschiene 124 durch die rechteckigen Aussparungen 202 auf die Außenseite des Gehäuses 2 vorragen. An beiden Seitenflächen in Breitenrichtung (X-Richtung) auf der Außenseite des Gehäuses 2 sind die Gewindespindel 122 und die Führungsschiene 124 jeweils mit einem Lagerbock 126 verbunden. Die Lagerböcke 126 sind wiederum jeweils mit einer weiteren sich in Längenrichtung des Gehäuses erstreckenden Führungsschiene 144 der Y-Achse-Positionierungseinrichtung 14 verbunden. Auf einer der beiden Seitenflächen in Breitenrichtung (X-Richtung) ist der Lagerbock 126 zusätzlich mit einer weiteren sich in Längenrichtung (Y-Richtung) erstreckenden Gewindespindel 142 verbunden. Im Bereich der Hinterseite des 3D-Druckers 1 ist diese Gewindespindel 142 mit einem Elektromotor 140 verbunden, welcher die Gewindespindel 142 drehen lässt. Durch Rotation der sich in Längenrichtung erstreckenden Gewindespindel 142 werden die beiden Lagerböcke 126 und somit die sich in Breitenrichtung erstreckende X-Achsen-Positionierungseinrichtung 12 (Elektromotor 120, Gewindespindel 122 und Führungsschiene 124), der Schlitten 16 und der Druckkopf 6 als Einheit in der Längenrichtung (Y-Richtung) bewegt, so dass sich der Druckkopf 16 im Betrieb durch Ansteuerung der Elektromotoren 120, 140 über dem Druckbett 4 in der Längen- und Breitenrichtung bewegen lässt.The sled 16 is by means of an electric motor 120 driven, rotating threaded spindle 122 and moves an associated spindle nut. Around the sled 16 moving back and forth in the width direction drives the electric motor connected to the lead screw extending in the X direction 120 this lead screw 122 on and the sled 160 moves depending on the direction of rotation of the threaded spindle 122 along a guide rail 124 in the width direction (X direction). The length of the lead screw 122 and the guide rail 124 is larger than the length of the housing 2nd in the width direction (X direction), which is why the threaded spindle 122 and the Guide rail 124 through the rectangular cutouts 202 to the outside of the case 2nd protrude. On both sides in the width direction (X direction) on the outside of the housing 2nd are the threaded spindle 122 and the guide rail 124 each with a bearing block 126 connected. The pillow blocks 126 are each in turn with a further guide rail extending in the longitudinal direction of the housing 144 the Y-axis positioning device 14 connected. The bearing block is on one of the two side surfaces in the width direction (X direction) 126 additionally with a further threaded spindle extending in the longitudinal direction (Y direction) 142 connected. In the area of the rear of the 3D printer 1 is this threaded spindle 142 with an electric motor 140 connected, which is the threaded spindle 142 can turn. By rotating the threaded spindle extending in the longitudinal direction 142 the two pillow blocks 126 and thus the X-axis positioning device extending in the width direction 12th (Electric motor 120 , Threaded spindle 122 and guide rail 124 ), the sled 16 and the printhead 6 as a unit in the length direction (Y direction) so that the print head 16 in operation by controlling the electric motors 120 , 140 over the print bed 4th can move in the length and width direction.

In dem Bauraum des 3D-Druckers 1 ist des Weiteren das rechteckige und höhenverstellbare Druckbett 4 angeordnet. Das Druckbett 4 samt der zugehörigen Z-Achsen-Positionierungseinrichtung ist am besten in 5 zu erkennen und werden im Folgenden genauer beschrieben.The rectangular and height-adjustable printing bed is also in the installation space of the 3D printer 1 4th arranged. The print bed 4th together with the associated Z-axis positioning device is best in 5 to recognize and are described in more detail below.

In der dargestellten Ausführungsform kann eine Temperatur des Druckbetts 4 im Betrieb über eine Temperatursteuervorrichtung (nicht dargestellt) im Inneren des Druckbetts 4 eingestellt werden. Auf einer Unterseite des Druckbetts 4 sind zwei sich in der Breitenrichtung des Druckbetts 4 erstreckende plattenförmige Stützstrukturen 52, 54 befestigt. An den Enden der plattenförmigen Stützstrukturen 52, 54 sind jeweils Kugelköpfe ausgebildet und die plattenförmigen Stützstrukturen 52, 54 sind so angeordnet, dass sie jeweils mit den beiden sich in der Höhenrichtung des 3D-Druckers 1 erstreckenden Aussparungen fluchten. Die Länge der plattenförmigen Stützstrukturen 52, 54 ist dabei größer als die Breite des Gehäuses des 3D-Druckers 1, so dass die Kugelköpfe (nicht dargestellt) jeweils an den Seitenflächen durch die Aussparungen auf eine Außenseite des Gehäuses 2 vorragen.In the illustrated embodiment, a temperature of the print bed 4th in operation via a temperature control device (not shown) inside the print bed 4th can be set. On a bottom of the print bed 4th are two in the width direction of the print bed 4th extending plate-shaped support structures 52 , 54 attached. At the ends of the plate-shaped support structures 52 , 54 ball heads are formed and the plate-shaped support structures 52 , 54 are arranged so that they are each aligned with the two recesses extending in the height direction of the 3D printer 1. The length of the plate-shaped support structures 52 , 54 is larger than the width of the housing of the 3D printer 1, so that the ball heads (not shown) each on the side surfaces through the cutouts on an outside of the housing 2nd protrude.

Die Kugelköpfe bilden auf der Außenseite des Gehäuses 2 zusammen mit entsprechend ausgebildeten Lagerschalen vier Lagerstellen 56, 58, 60, 62 aus und erlauben aufgrund einer drehbeweglichen Verbindung eine rotatorische Bewegung der Lagerstellen 56, 58, 60, 62. Die in 5 dargestellte Lagerstelle 56 an der Hinterseite des 3D-Druckers 1 und in der Breitenrichtung aus Sicht der Vorderseite links ist dabei als Festlager ausgeführt und erlaubt keine Bewegung in Längen- oder Breitenrichtung.The ball heads form on the outside of the housing 2nd together with appropriately trained bearing shells four bearings 56 , 58 , 60 , 62 and allow a rotational movement of the bearing points due to a rotatable connection 56 , 58 , 60 , 62 . In the 5 depicted bearing 56 on the back of the 3D printer 1 and in the width direction from the view of the front left is designed as a fixed bearing and does not allow any movement in the length or width direction.

Die Lagerstelle 60 an der Hinterseite des 3D-Druckers 1 und in der Breitenrichtung des Druckbettes 4 gegenüber der als Festlager ausgeführten Lagerstelle 56 ist so ausgebildet, dass sich der zugehörige Kugelkopf in der Breitenrichtung bewegen kann.The depository 60 on the back of the 3D printer 1 and in the width direction of the printing bed 4th opposite the storage location designed as a fixed bearing 56 is designed so that the associated ball head can move in the width direction.

Darüber hinaus sind die Lagerstellen 56, 58, 60, 62 auf der Außenseite des Gehäuses 4 jeweils auf einem aus einer Anzahl von Schlitten 66 einer Z-Achsen-Positionierungseinrichtung 64 befestigt. Der Schlitten 66 ist dabei jeweils beweglich auf einer Gewindespindel 68 angeordnet. An einem distalen Ende der Gewindespindel 68 ist jeweils ein Elektromotor 70 angeordnet, welcher im Betrieb die Gewindespindel 68 drehen lässt, wodurch sich der Schlitten 66 und damit das Druckbett 4 in der Höhenrichtung auf- und ab bewegen kann. Darüber hinaus ist der 66 jeweils mit einer Führungsschiene 72 verbunden, welche den Schlitten 66 wenn dieser sich aufgrund der Rotation der Gewindespindel 68 auf und ab bewegt, führt.In addition, the storage locations 56 , 58 , 60 , 62 on the outside of the case 4th each on one of a number of sledges 66 a Z-axis positioning device 64 attached. The sled 66 is movable on a threaded spindle 68 arranged. At a distal end of the lead screw 68 is an electric motor 70 arranged, which in operation the threaded spindle 68 can be rotated, whereby the slide 66 and with it the print bed 4th can move up and down in the height direction. In addition, the 66 is each with a guide rail 72 connected which the sled 66 if this is due to the rotation of the threaded spindle 68 moves up and down, leads.

In den in 2 und 3 dargestellten Aussparungen 204, 206 im Gehäuse 2 des 3D-Druckers 1 sind des Weiteren Durchführungen für die Positionierungsmimik in Z- und in Y-Richtung eingepasst. Diese Komponenten sind nötig, damit der Druckkopf 6 im Inneren des Gehäuses 2 von außen her linear bewegt werden kann, gleichzeitig jedoch eine thermische Isolation des Bauraums von der Umgebung sichergestellt ist. In der bevorzugten Ausführungsform sind die Durchführungen als Schiebekassetten 210 mit teleskopierbaren Abschirmplatten 2104 (vgl. 9A und 9B) aus einem thermisch isolierenden jedoch mechanisch auch bei hohen Temperaturen beanspruchbaren Material gefertigt, auf das an späterer Stelle genauer eingegangen werden wird. Die Schiebekassetten 210 isolieren den Bauraum thermisch von der Umgebung ohne jedoch die vorstehend beschriebenen Funktionen und Bewegungen einzuschränken, so dass der Bauraum im Betrieb erwärmt werden sowie bei hohen Temperaturen gehalten werden kann und gleichzeitig alle Funktionalitäten des 3D-Druckers 1 erhalten bleiben. Die Aussparung 208 an der Hinterseite des Gehäuses 4 des 3D-Druckers 1 wird durch das darin eingepasste Druckkopf-Magazin 20 geschlossen und isoliert.In the in 2nd and 3rd shown recesses 204 , 206 in the housing 2nd of the 3D printer 1, bushings for positioning mimics in the Z and Y directions are also fitted. These components are necessary for the printhead 6 inside the case 2nd can be moved linearly from the outside, but at the same time thermal insulation of the installation space from the surroundings is ensured. In the preferred embodiment, the bushings are in the form of sliding cassettes 210 with telescopic shielding plates 2104 (see. 9A and 9B) Made from a thermally insulating material that can be mechanically stressed even at high temperatures, which will be discussed in more detail later. The sliding cassettes 210 isolate the installation space thermally from the surroundings without, however, restricting the functions and movements described above, so that the installation space can be heated during operation and can be kept at high temperatures, and at the same time all functionalities of the 3D printer 1 are retained. The recess 208 on the back of the case 4th of the 3D printer 1 is due to the print head magazine fitted therein 20th closed and isolated.

Das erwähnte quaderförmige Druckkopf-Magazin 20 ist Bestandteil eines Druckkopf-Wechselsystems des 3D-Druckers 1 gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung. An dem Druckkopf-Magazin 20 kann, wie in 7 gut zu erkennen ist, eine Anzahl von Druckköpfen 6, 6', 6", 6"' angebracht sein, die jeweils mit dem Schlitten 16 koppelbar sind. Im Betrieb können besagte Druckköpfe 6, 6', 6", 6"' wechselnd mit dem Schlitten 16 gekoppelt werden, um schnelle und automatisierte Materialwechsel während eines Druckverfahrens zu ermöglichen. Für einen solchen Druckkopfwechsel kann der Schlitten 16 mitsamt eines an diesem gekoppelten Druckkopfes 6 an einen freien Lagerplatz 21 (vgl. 8) des Magazins 20 heranfahren und den Druckkopf an den Lagerplatz 21 bzw. dessen Schnittstelle 40 koppeln. Anschließend fährt der nun unbestückte Schlitten an einen zweiten, am Magazin 20 gekoppelten Druckkopf 6' heran und koppelt diesen an die schlittenseitige Schnittstelle 38. Außerdem ist an dem Druckkopf-Magazin 20 ein zusätzlicher Messkopf 7 angebracht. Der Messkopf 7 kann im Betrieb mit dem Schlitten 16 gekoppelt werden und bei einer an späterer Stelle beschriebenen Ausrichtung des Druckbetts 4 verwendet werden. Jeder der am Magazin 20 gekoppelten Druckköpfe 6 wird von außerhalb des Gehäuses 2 her über eine Filament-Durchführung 202 mit einem Filament gespeist.The rectangular print head magazine mentioned 20th is part of a printhead changing system of the 3D printer 1 according to a preferred embodiment of the invention. On the print head magazine 20th can, as in 7 A number of printheads are clearly visible 6 , 6 ' , 6 " , 6 "' be attached, each with the sled 16 can be coupled. In operation, said printheads 6 , 6 ' , 6 " , 6 "' alternating with the sled 16 be coupled to enable fast and automated material changes during a printing process. The carriage can be used for such a printhead change 16 together with a printhead coupled to it 6 to a free bin 21st (see. 8th ) of the magazine 20th drive up and the printhead to the storage bin 21st or its interface 40 couple. Then the empty carriage moves to a second one, the magazine 20th coupled printhead 6 ' and couples it to the sled-side interface 38 . Also on the print head magazine 20th an additional measuring head 7 appropriate. The measuring head 7 can operate with the sled 16 be coupled and with an alignment of the print bed described later 4th be used. Everyone on the magazine 20th coupled printheads 6 is from outside the case 2nd forth on a filament feedthrough 202 fed with a filament.

Wie bereits vorstehend erwähnt, ist der Druckkopf 6 lösbar an dem Schlitten 16 angeordnet. Hierzu weist der Druckkopf 6, bzw. jeder der auswechselbaren Druckköpfe 6', 6", 6'" eine Koppelvorrichtung 18 auf, die mit einer entsprechenden ausgebildeten schlittenseitigen Schnittstelle 38 in Eingriff bringbar ist. Zusätzlich ist jeder der Druckköpfe 6, wie in 7 dargestellt, mittels der Koppelvorrichtung 18 auch an einem dafür vorgesehenen Lagerplatz 21 des Druckkopf-Magazins 20 koppelbar. Hierzu weist auch jeder Lagerplatz 21 des Druckkopf-Magazins 20 eine magazinseitige Schnittstelle 40 auf für die Koppelvorrichtung 18 auf. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der gesamte Koppelmechanismus für jeden auswechselbaren Druckkopf 6, 6', 6", 6'" durch Symmetrien derart gehalten, dass die Schnittstelle 38 des Schlittens 16 und die Schnittstellen 40 des Lagerplatzes 21 weitestgehend identisch ausgeführt sein können.As mentioned above, the printhead is 6 detachable on the sled 16 arranged. To do this, the printhead 6 , or each of the exchangeable printheads 6 ' , 6 " , 6 '" a coupling device 18th on that with a corresponding trained slide-side interface 38 can be brought into engagement. In addition, each of the printheads 6 , as in 7 shown, by means of the coupling device 18th also at a designated storage location 21st of the print head magazine 20th connectable. Each storage location also points to this 21st of the print head magazine 20th a magazine-side interface 40 on for the coupling device 18th on. In the preferred embodiment, the entire coupling mechanism is for each interchangeable printhead 6 , 6 ' , 6 " , 6 '" held by symmetries such that the interface 38 of the sled 16 and the interfaces 40 of the storage area 21st can be largely identical.

Wie in den 12, 15B und 16B gut zu erkennen ist, weist die Koppelvorrichtung 16 in der Druckvorrichtung 1 gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel grundsätzlich eine den Druckkopf 6 penetrierende und zu gegenüberliegenden Seiten aus diesem vorspringende Hülse 180 auf. Die Schnittstellen 38, 40 sind im dargestellten Ausführungsbeispiel entsprechend als kreiszylindrische Ausnehmungen ausgeführt, in welche die vorspringende Hülse 180 (passgenau) einzutauchen vermag. In der Hülse 180 ist ein in deren Axialrichtung verschiebbares Koppelglied oder -schiff 42 gehalten. In den beiden vorspringenden Endabschnitten der Hülse 180 ist zudem jeweils eine Anzahl äquidistant in Umfangsrichtung der Hülse 180 verteilter Kugeln 182 angeordnet. Die Kugeln 182 sind radialbeweglich in der Hülse 180 gehalten und können durch ihnen zugeordnete Aussparungen in der Hülse 180 radial über die Mantelfläche der Hülse 180 hinaus vorspringen. An der Hülse ist eine Anzahl von Kugeln 182 radialbeweglich gehalten. Das Koppelglied 42 verjüngt sich in Axialrichtung gesehen zu seiner Mitte hin, sodass zwei konische Abschnitte 43 mit jeweils zu den freien Enden des Koppelgliedes 42 hin ansteigenden Radien ausgebildet werden.As in the 12th , 15B and 16B the coupling device is clearly visible 16 in the printing device 1 according to the preferred embodiment, basically the print head 6 penetrating and opposite sides of this projecting sleeve 180 on. The interfaces 38 , 40 are designed accordingly in the illustrated embodiment as circular cylindrical recesses into which the projecting sleeve 180 is able to immerse (precisely). In the sleeve 180 is a coupling link or ship that can be moved in its axial direction 42 held. In the two projecting end sections of the sleeve 180 is also a number equidistant in the circumferential direction of the sleeve 180 distributed balls 182 arranged. The balls 182 are radially movable in the sleeve 180 held and can be assigned recesses in the sleeve through them 180 radially over the outer surface of the sleeve 180 jump out. There is a number of balls on the sleeve 182 held radially movable. The coupling link 42 seen in the axial direction tapers towards its center, creating two conical sections 43 each with the free ends of the coupling link 42 increasing radii are formed.

14A zeigt einen Druckkopf 6 in einer am Druckkopf-Magazin 20 arretierten Position. Hierzu wird das Koppelglied 42, wie in der 14A dargestellt, in eine axiale Endposition, in der es maximal vom Druckkopf-Magazin 20 weggeschoben ist gebracht. In dieser Endposition drängt der magazinseitige konische Abschnitt 43 des Koppelgliedes 42 die magazinseitigen Kugeln 182 radial nach außen durch die ihnen zugeordneten Aussparungen und in eine an bzw. in der magazinseitigen Schnittstelle 40 vorgesehene umlaufende Innennut 41 hinein, sodass der Druckkopf mittels der Koppelvorrichtung 18 formschlüssig an der Schnittstelle 40 des Magazins 20 gehalten wird. Das vom Druckkopf-Magazin 20 abgewandte freie Ende der Koppelvorrichtung 18 ist derart ausgelegt, dass in dieser maximal in Richtung vom Druckkopf-Magazin 20 weggeschobenen Position des Koppelglieds 42 der Radius des Koppelgliedes 42 im Bereich der vom Druckkopf-Magazin 20 abgewandten Kugeln 182 derart verjüngt ist, dass diese sich radial nach innen zurückziehen können. Die Koppelvorrichtung 18 ist symmetrisch ausgelegt, sodass das es sich mit dem Zusammenwirken mit der schlittenseitigen Schnittstelle 38 bzw. deren Innennut 39 identisch verhält. Die Koppelvorrichtung 18 mit dem verlagerbaren Koppelglied 42 bildet auf diese Weise gemeinsam mit den Schnittstellen 38, 40 ein Kugel-Kegel-Nut-System aus. 14A shows a printhead 6 in one on the print head magazine 20th locked position. For this, the coupling link 42 , like in the 14A shown in an axial end position in which it is at most from the print head magazine 20th pushed away is brought. In this end position the conical section on the magazine side is pressing 43 of the coupling link 42 the magazine-side balls 182 radially outwards through the recesses assigned to them and into an on or in the magazine-side interface 40 provided circumferential inner groove 41 into it, so that the printhead by means of the coupling device 18th form-fitting at the interface 40 of the magazine 20th is held. That from the print head magazine 20th opposite free end of the coupling device 18th is designed in such a way that the maximum in the direction of the print head magazine 20th pushed away position of the coupling link 42 the radius of the coupling link 42 in the area of the print head magazine 20th facing balls 182 is so tapered that they can retract radially inwards. The coupling device 18th is designed symmetrically so that it deals with the interaction with the sled-side interface 38 or their inner groove 39 behaves identically. The coupling device 18th with the relocatable coupling link 42 this way forms together with the interfaces 38 , 40 a ball-cone-groove system.

8 zeigt ein beispielhaftes erfindungsgemäßes Druckkopf-Magazin 20 mit einigen unbesetzten Lagerplätzen 21, sodass die magazinseitigen Schnittstellen 40 erkennbar sind. In den 10 und 11 ist die analog ausgebildete Schnittstelle 38 am Schlitten gut zu erkennen. Grundsätzlich hat der Druckkopf 6 in einem an den Schnittstellen 38, 40 gekoppelten Zustand noch einen rotatorischen Freiheitsgrad um die Axialrichtung der Koppelvorrichtung 18. Aus diesem Grund ist jeder Schnittstelle eine Anzahl von Positionierungsnuten 74 zugeordnet. Der Formschluss zwischen Koppelvorrichtung 18 und den Schnittstellen 38, 40 ist so ausgelegt, dass der Druckkopf 6 an die Schnittstelle 38, 40 herangezogen wird und mit einer Seite in eine flächige Anlage mit dem Schlitten 16 bzw. dem Druckkopf-Magazin 20 gebracht wird. Die Positionierungsnuten 74 sind in Dreiecksformation an einer der Anlageflächen angeordnet (hier am Schlitten 16 bzw. Magazin 20), während die andere Anlagefläche komplementäre Vorsprüngen 76 aufweist. Nuten 74 und Vorsprünge 76 haben im gezeigten Ausführungsbeispiel komplementäre V-Formen, so dass diese beim Heranziehen während des Koppelvorgangs eine zwangsgeführte Zentrierung erfahren und damit eine automatische Positionierung bzw. Ausrichtung des Druckkopfes 6 in eine vertikale Axialstellung der Heizdüse 8 bewerkstelligen. 8th shows an exemplary print head magazine according to the invention 20th with some vacant storage spaces 21st , so that the magazine-side interfaces 40 are recognizable. In the 10th and 11 is the analog interface 38 easy to recognize on the sled. Basically, the printhead 6 in one at the interfaces 38 , 40 coupled state still a rotational degree of freedom around the axial direction of the coupling device 18th . For this reason, each interface is a number of positioning grooves 74 assigned. The positive connection between the coupling device 18th and the interfaces 38 , 40 is designed so that the printhead 6 to the interface 38 , 40 is used and with one side in a flat system with the sled 16 or the print head magazine 20th brought. The positioning grooves 74 are arranged in a triangle on one of the contact surfaces (here on the slide 16 or magazine 20th ) while the other mating surface has complementary protrusions 76 having. Grooves 74 and ledges 76 have complementary V-shapes in the embodiment shown, so that when During the coupling process, a positively guided centering is experienced and thus an automatic positioning or alignment of the print head 6 in a vertical axial position of the heating nozzle 8th accomplish.

In der 8 ist der Schlitten 16 mit einem daran angeordneten Druckkopf 6 zu erkennen, der gerade an das Magazin 20 herangefahren wurde, um einen Druckkopfwechsel durchzuführen. Dieser Wechselvorgang wird im Folgenden genauer beschrieben werden.In the 8th is the sled 16 with a print head attached to it 6 to recognize who just got to the magazine 20th was approached to change the printhead. This changing process will be described in more detail below.

14A zeigt wie bereits erwähnt einen Druckkopf 6, in einem am Druckkopf-Magazin 20 gekoppelten Zustand. Das Magazin 20 weist eine ansteuerbare Aktuierungsvorrichtung 46 (hier eine mit Druckluft betriebenen Zylinder-KolbenEinrichtung), die das Koppelglied 42 vom Magazin 20 wegdrängt, einen Formschluss zwischen der Koppelvorrichtung 18 und der Innennut 41 der magazinseitigen Schnittstelle 40 herzustellen. Die Aktuierungsvorrichtung 46 ist im dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiel, für jeden Lagerplatz 21 gehäuseaußenseitig an dem Magazin 20 angeordnet. Da das Magazin 20 selbst aus einem Material mit geringer thermischer Leitfähigkeit gefertigt ist, kann auf diese Weise eine effektive thermische Trennung zwischen den Aktuierungsvorrichtungen 46 und dem heißen Bauraum erzeugt werden. 14A shows a printhead as already mentioned 6 , in one on the print head magazine 20th coupled state. The magazine 20th has a controllable actuation device 46 (here a cylinder-piston device operated with compressed air), which the coupling member 42 from the magazine 20th pushes away, a form fit between the coupling device 18th and the inner groove 41 the magazine-side interface 40 to manufacture. The actuation device 46 is in the preferred embodiment shown, for each bin 21st on the outside of the housing on the magazine 20th arranged. Because the magazine 20th is even made of a material with low thermal conductivity, an effective thermal separation between the actuation devices 46 and the hot installation space can be generated.

In 14B ist gezeigt, wie der Schlitten 16 an den an das Magazin 20 gekoppelten Druckkopf 6 heranfährt. Dabei fährt der Schlitten 16 in eine flächige Anlage mit dem Druckkopf, sodass das vom Magazin 20 abgewandte vorspringende Ende der Koppelvorrichtung 18 in die schlittenseitige Schnittstelle 38 eingeführt wird. Bei diesem Einführvorgang ist das Koppelglied 42 durch die Aktuierungsvorrichtung 46 in der maximal vom Magazin 20 entfernten Axialposition abgestützt. Ein innerhalb der schlittenseitigen Schnittstelle 38 angeordnetes Vorspannelement 44 wird folglich bei diesem Einführvorgang gestaucht.In 14B is shown as the sled 16 to the magazine 20th coupled printhead 6 drives up. The sledge moves 16 in a flat system with the printhead, so that from the magazine 20th opposite projecting end of the coupling device 18th into the sled-side interface 38 is introduced. In this insertion process, the coupling link 42 through the actuation device 46 in the maximum of the magazine 20th supported axial position. One within the sled-side interface 38 arranged biasing element 44 is consequently compressed during this insertion process.

In der in 15A dargestellten Anordnung, hat die Aktuierungsvorrichtung 46 den magazinseitigen Endabschnitt des Koppelgliedes 42 freigegeben. Infolgedessen wird das Koppelglied 42 durch das Vorspannelement 44 in Richtung Magazin 20 gedrängt. Dadurch drängt der schlittenseitige konische Abschnitt 43 des Koppelgliedes 42 die schlittenseitigen Kugeln 182 radial nach außen und bringt diese in Formschluss mit der Innennut 39 der schlittenseitigen Schnittstelle 38. Entsprechend werden die magazinseitigen Kugeln 182 wegen des sich verjüngenden Koppelgliedquerschnittes radial freigegeben. Im dargestellten Beispiel wird bei dieser Bewegung auch ein (nun nicht mehr mit Druck beaufschlagter) Kolben 47 der Aktuierungsvorrichtung 46 durch das Vorspannelement 44 in eine Grundstellung zurückgeschoben. Dass das Vorspannelement 44 im bevorzugten Ausführungsbeispiel schlittenseitig angeordnet ist, hat den Hintergrund, dass sich der Schlitten 16 im Betrieb im heißen Bauraum befindet und ein Vorspannelement deutlich einfacher für den Einsatz bei hohen Temperaturen auszulegen ist. Eine umgekehrte Anordnung der Aktuierungsvorrichtung 46 und des Vorspannelements 44 sowie hybride Anordnungen sind jedoch möglich und angedacht.In the in 15A arrangement shown, has the actuation device 46 the magazine-side end section of the coupling element 42 Approved. As a result, the coupling link 42 through the biasing element 44 towards the magazine 20th crowded. This pushes the tapered section on the slide side 43 of the coupling link 42 the slide-side balls 182 radially outwards and brings them into positive engagement with the inner groove 39 the sled-side interface 38 . The magazine-side balls are correspondingly 182 because of the tapered coupling cross section released radially. In the example shown, a piston (now no longer pressurized) is also used during this movement 47 the actuation device 46 through the biasing element 44 pushed back into a basic position. That the biasing element 44 in the preferred embodiment is arranged on the slide side, the background is that the slide 16 is in operation in the hot installation space and a pretensioning element is much easier to design for use at high temperatures. A reverse arrangement of the actuation device 46 and the biasing member 44 as well as hybrid arrangements are possible and contemplated.

15B zeigt den Schlitten 16 mit dem daran gekoppelten Druckkopf 6 in einer vom Magazin 20 distanzierten Position. Das Vorspannelement 44 drängt das Koppelglied 42 mit einer vorbestimmten Kraft vom Schlitten 16 weg, sodass eine zuverlässige Halterung des Druckkopfes 6 am Schlitten sichergestellt ist. Im dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das Vorspannelement 44 als Ringfeder ausgeführt, deren Vorspannkraft über eine Stellmutter 45 einstellbar ist. 15B shows the sled 16 with the printhead coupled to it 6 in one from the magazine 20th distant position. The preload element 44 urges the coupling link 42 with a predetermined force from the slide 16 away, so that a reliable mounting of the printhead 6 is ensured on the sled. In the preferred embodiment shown is the biasing element 44 designed as a ring spring, the preload force via an adjusting nut 45 is adjustable.

Zusammengefasst erlaubt es die in den 14A bis 15B gezeigte Koppelvorrichtung 18 einen Druckkopf 6 durch Federvorspannung formschlüssig am Schlitten 16 zu halten und in einem an einem Lagerplatz 21 des Druckkopf-Magazins 20 angedockten Zustand durch Kraft- oder Druckbeaufschlagung das Koppelglied 42 entgegen der Vorspannung auszulenken und somit gleichzeitig vom Schlitten 16 zu lösen und an das Druckkopf-Magazin 20 zu koppeln.In summary, it allows in the 14A to 15B coupling device shown 18th a printhead 6 due to spring preload on the slide 16 to hold and in one at a storage bin 21st of the print head magazine 20th docked state by applying force or pressure to the coupling element 42 deflect against the bias and thus at the same time from the slide 16 to solve and to the print head magazine 20th to couple.

Das Druckkopf-Magazin weist ferner eine Druckkopf-Erfassungseinrichtung 80 auf, um ein etwaiges Fehlen eines Druckkopfes 6 feststellen zu können, bspw. im Falle eines Versagens der Koppelvorrichtung 18. Die Druckkopf-Erfassungseinrichtung 80 ist am besten in 8 erkennbar und weist je Lagerplatz 21 einen Sensor 82 an der Rückseite des Magazins 20 auf, welches die Anwesenheit eines verschiebbaren Stellgliedes 84 detektieren kann. Das Stellglied 84 ist in diesem Fall ein in einer Durchgangsbohrung gelagerter Stift, der zum Gehäuseinneren hin federvorgespannt ist. Wird ein Druckkopf 6 an einen Lagerplatz 21 gekoppelt, wird der Stift 84 entgegen seiner Vorspannrichtung zur Gehäuseaußenseite hin verdrängt und dort vom Sensor 82 erfasst. Diese Anordnung hat den Vorteil, dass der Sensor 82 nicht hochtemperaturfähig sein muss.The printhead magazine also has a printhead detection device 80 on to any lack of a printhead 6 to be able to determine, for example, in the event of a failure of the coupling device 18th . The printhead detector 80 is best in 8th recognizable and shows each storage location 21st a sensor 82 at the back of the magazine 20th on the presence of a slidable actuator 84 can detect. The actuator 84 is in this case a pin mounted in a through hole, which is spring-biased towards the interior of the housing. Becomes a printhead 6 to a storage bin 21st coupled, the pin becomes 84 displaced against its biasing direction to the outside of the housing and there by the sensor 82 detected. This arrangement has the advantage that the sensor 82 does not have to be able to withstand high temperatures.

Eine weitere Besonderheit der dargestellten Druckvorrichtung 1 gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist deren koppelbarer Extruderantrieb, welcher im Folgenden genauer erläutert wird.Another special feature of the printing device shown 1 according to the preferred embodiment is their couplable extruder drive, which is explained in more detail below.

Wie bereits erwähnt handelt es sich bei der Druckvorrichtung 1 gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel um einen 3D Drucker mit Direkt-Extruder. Ein Direkt-Extruder ist von Vorteil für die Druckqualität, vor allem gefüllten, brüchigen oder elastischen Filamenten. Es hat sich im Zuge der Entwicklung der besagten Druckvorrichtung 1 herausgestellt, dass es aufgrund der hohen Temperaturen im Bauraum nachteilig ist, den Antriebsmotor für das Förderrad-System 10, wie bei Direkt-Extrudern sonst üblich, am Schlitten 16 anzuordnen. Die Förderrad-Antriebseinheit 22 des vorliegenden Ausführungsbeispiels umfasst deshalb einen Förderrad-Antrieb 32 (hier einen Elektromotor) zum Antreiben des Förderrad-Systems 10, der abseits des Druckkopfs 6 und außerhalb des heißen Bauraums des Gehäuses 2, angeordnet ist. Hierdurch wird die thermische Entkopplung des Förderrad-Antriebs 32 von der hohen Temperatur im Bereich des Bauteils gewährleistet.As already mentioned, the printing device is concerned 1 According to the preferred embodiment, a 3D printer with a direct extruder. A direct extruder is beneficial for print quality, especially filled, fragile or elastic filaments. It has developed in the course of the development of said printing device 1 emphasized that it is disadvantageous due to the high temperatures in the installation space, the drive motor for the conveyor wheel system 10th , as is usual with direct extruders, on the slide 16 to arrange. The feed wheel drive unit 22 of the present exemplary embodiment therefore comprises a feed wheel drive 32 (here an electric motor) to drive the conveyor wheel system 10th that is off the printhead 6 and outside the hot installation space of the housing 2nd , is arranged. As a result, the thermal decoupling of the feed wheel drive 32 guaranteed by the high temperature in the area of the component.

Für mehrere Druckköpfe 6 jeweils einen eigenen außerhalb des heißen Bauraums angeordneten Antrieb je Extruder vorzusehen wäre nicht möglich, da die dazu nötigen Drehmomentübertragungselemente sich gegenseitig behindern und die Bewegungsfähigkeit der einzelnen Druckköpfe 6 einschränken würden. Aus diesem Grund weist die Fördererrad-Antriebseinheit 22 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel einen gemeinsamen Fördererrad-Antrieb 32 für alle auswechselbaren Druckköpfe 6 auf, der fest mit dem Schlitten 16 verbunden ist und über eine Getriebeanordnung 34, 36 mit den Druckknöpfen 6 gekoppelt werden kann.For multiple printheads 6 It would not be possible to provide a separate drive for each extruder arranged outside the hot installation space, since the torque transmission elements required for this purpose mutually impede one another and the mobility of the individual print heads 6 would restrict. For this reason, the conveyor wheel drive unit has 22 a common conveyor wheel drive according to the present embodiment 32 for all interchangeable printheads 6 on that stuck with the sled 16 is connected and via a gear arrangement 34 , 36 with the push buttons 6 can be coupled.

Vorzugsweise ist der gemeinsame Förderrad-Antrieb 32 an einem der Lagerböcke 126 der X-Achse-Positionierungseinrichtung 12 angeordnet und somit gemeinsam mit der X-Achse-Positionierungseinrichtung 12 und dem Druckkopf 6 verschiebbar gelagert.The common feed wheel drive is preferred 32 on one of the pillow blocks 126 the X-axis positioning device 12th arranged and thus together with the X-axis positioning device 12th and the printhead 6 slidably mounted.

Zur Übertragung des Drehmoments vom Förderrad-Antrieb 32 zum Förderrad-System 10 des gerade im Einsatz befindlichen bzw. an den Schlitten 16 gekoppelten Druckkopfes 6, umfasst die Förderrad-Antriebseinheit 29, wie bspw. in 6 zu sehen ist, ein Drehmoment-Übertragungsglied 34. Diese Drehmoment-Übertragungsglied 34 umfasst im gezeigten Beispiel eine Welle 35, die eine Längsachse definiert, die hier entlang der X-Achse der Positionierungseinrichtung 12 ausgerichtet ist. Die Drehmoment-Übertragungsglied 34 ist derart ausgestaltet, dass eine Bewegung des Druckkopfs 6 in beide Richtungen entlang der Längsachse relativ zum Förderrad-Antrieb 32 gewährleistet ist.For transferring the torque from the feed wheel drive 32 to the conveyor wheel system 10th of the one currently in use or on the slide 16 coupled printhead 6 , includes the feed wheel drive unit 29 , such as in 6 a torque transmission element can be seen 34 . This torque transmission link 34 includes a wave in the example shown 35 that defines a longitudinal axis, here along the X axis of the positioning device 12th is aligned. The torque transmission link 34 is designed such that movement of the print head 6 in both directions along the longitudinal axis relative to the feed wheel drive 32 is guaranteed.

Geeignete Wellen für die erfindungsgemäße Druckvorrichtung 1 sind beispielsweise Vierkantwellen, Dreikantwellen, Drehmomentwellen, Kugelnutwellen, Drehmomentkugelbuchsen sowie weitere, in der Literatur beschriebene Komponenten.Suitable shafts for the printing device according to the invention 1 are, for example, square shafts, triangular shafts, torque shafts, ball grooved shafts, torque ball bushings and other components described in the literature.

Um die rotatorische Bewegung des Förderrad-Antriebs 32 auf das Förderrad-System 10 zu übertragen, wird die Bewegung des Förderrad-Antriebs 32 zunächst auf die Welle 35 übertragen. Dies geschieht in diesem Falle direkt, könnte aber auch mittelbar, bspw. über einen Zahnriemen oder dergleichen erfolgen. Von der Welle 35 wird das Drehmoment auf ein im Schlitten 16 angeordnetes Drehmomentaufnahmeelement 36 gebracht. Mit diesem Drehmomentaufnahmeelement 36 ist die Welle 35 drehmomentfest jedoch in ihrer Axialrichtung relativverschiebbar verbunden.The rotary motion of the feed wheel drive 32 on the conveyor wheel system 10th to transmit, the movement of the feed wheel drive 32 first on the wave 35 transfer. In this case, this is done directly, but could also be done indirectly, for example using a toothed belt or the like. From the wave 35 the torque is on in the sled 16 arranged torque receiving element 36 brought. With this torque absorption element 36 is the wave 35 torque-proof, however, connected in a relatively displaceable manner in their axial direction.

17 erlaubt einen Einblick in das Schlittengetriebe, welches das Drehmomentaufnahmeelement 36 aufweist. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Drehmomentaufnahmeelement 36 als eine Hülse mit einer Vierkantausnehmung ausgebildet, durch welche die Vierkantwelle 35 (hier nicht dargestellt) eingeführt ist. Auf das hülsenförmige Drehmomentaufnahmeelement 36 ist ein Kegelrad 37 aufgeschoben, welches in Kommunikation mit einer Eingangswellenaufnahme 168 (einer Ausnehmung im Schlittenkorpus 160) steht. Das Kegelrad 37 ist in Axialrichtung lose auf dem Drehmomentaufnahmeelement 36 gelagert und in Richtung der Eingangswellenaufnahme 168 federvorgespannt gegen einen am Drehmomentaufnahmeelement 36 vorgesehenen Anschlag gedrängt, um eine definierte Endposition zu schaffen. Ein schlittenseitiger Eingangswellenendabschnitt 26 des Förderrad-Getriebes 24 im Druckkopf 6 kann folglich in die Eingangswellenaufnahme 168 eingeführt werden. Ein am freien Ende des schlittenseitigen Eingangswellenendabschnittes 26 vorgesehenes Kegelrad 27 wird beim Einführen mit dem Kegelrad 37 des Schlittens 16 in Eingriff gebracht. Durch die vorgespannte Loslagerung des Kegelrades 37 kann dieses bei in kompatibler Stellung der Kegelradverzahnung nach hinten verdrängt werden, um bei einem ersten Verdrehen dann einzurasten. Die bereits beschriebene X-Achsen-Positionierungseinrichtung 12 ist in der Lage, eine achsparallele Relativbewegung des Druckkopfs 6 relativ zum Drehmomentaufnahmeelement 36 in der geforderten Genauigkeit zu ermöglichen. 17th allows an insight into the slide gear, which is the torque receiving element 36 having. In the illustrated embodiment, the torque receiving element 36 formed as a sleeve with a square recess through which the square shaft 35 (not shown here) is introduced. On the sleeve-shaped torque receiving element 36 is a bevel gear 37 postponed, which is in communication with an input shaft intake 168 (a recess in the carriage body 160 ) stands. The bevel gear 37 is loose on the torque receiving element in the axial direction 36 stored and in the direction of the input shaft mount 168 spring biased against one on the torque receiving element 36 intended stop pushed to create a defined end position. A carriage-side input shaft end section 26 of the conveyor gear 24th in the printhead 6 can consequently in the input shaft recording 168 be introduced. One at the free end of the slide-side input shaft end section 26 provided bevel gear 27th when inserting with the bevel gear 37 of the sled 16 engaged. Due to the preloaded loose bearing of the bevel gear 37 this can be pushed backwards with the bevel gear toothing in a compatible position, in order then to engage when it is turned for the first time. The X-axis positioning device already described 12th is able to perform an axially parallel relative movement of the printhead 6 relative to the torque receiving element 36 to enable in the required accuracy.

Vorteilhafterweise kann zwischen dem Kegelrad des Schlittens 16 und dem Kegelrad 27 des schlittenseitigen Eingangswellenendabschnittes 26 eine Übersetzung vorgesehen sein. So braucht während des Druckvorgangs weniger Drehmoment über die Welle 35 übertragen werden und die relative, axiale Verschiebebewegung zwischen Welle 35 und Drehmomentaufnahmeelement 36 kann aufgrund der geringeren Flächenpressung und der damit einhergehenden niedrigeren Reibung leichtgängiger ausgeführt werden.Can advantageously between the bevel gear of the carriage 16 and the bevel gear 27th of the slide-side input shaft end section 26 a translation may be provided. This means that less torque is required across the shaft during the printing process 35 are transmitted and the relative, axial displacement movement between the shaft 35 and torque receiving element 36 can be carried out more easily due to the lower surface pressure and the associated lower friction.

12 zeigt eine perspektivische Darstellung des Druckkopfes 6, der einen Druckkopfkorpus 600, eine Heizdüse 8 und ein Förderrad-System 10 aufweist. Die Heizdüse 8 ist in der dargestellten Druckvorrichtung 1 für Temperaturen bis über 500° C ausgelegt. In Förderrichtung gesehen der Heizdüse 8 vorgelagerte angeordnete Komponenten des Druckkopfes 6 sollen im Betrieb des 3D-Druckers 1 nicht die Schmelztemperatur des Werkstoffes erreichen, damit das Filament F noch zuverlässig gefördert werden kann. Hierzu ist ein thermisches Isolationselement 614 zwischen der Heizdüse 8 und dem restlichen Druckkopf 6 angeordnet. Darüber hinaus wird der der Druckkopf 6 über Druckluftanschlüsse 612 sowie nicht näher dargestellte interne Kanäle mit Druckluft gekühlt. Ebenso sind Ausführungsbeispiele mit Kühlwasserversorgung denkbar. Auf diese Weise wird erreicht, dass die hohe Wärmeabgabe der Heizdüse 8 überwiegend an das Filament F erfolgt, ohne dass umliegende Maschinenkomponenten eine zu hohe Temperaturbeeinträchtigung erfahren. 12th shows a perspective view of the print head 6 that has a printhead body 600 , a heating nozzle 8th and a conveyor wheel system 10th having. The heating nozzle 8th is in the illustrated printing device 1 for temperatures up to 500 ° C designed. Seen in the conveying direction of the heating nozzle 8th upstream arranged components of the printhead 6 should not reach the melting temperature of the material during operation of the 3D printer 1, so that the filament F can still be funded reliably. For this is a thermal insulation element 614 between the heating nozzle 8th and the rest of the printhead 6 arranged. It also becomes the printhead 6 via compressed air connections 612 and internal channels, not shown, are cooled with compressed air. Embodiments with cooling water supply are also conceivable. In this way it is achieved that the high heat emission of the heating nozzle 8th predominantly on the filament F takes place without surrounding machine components experiencing excessive temperature impairment.

13 zeigt ein freigelegtes Förderrad-System 10 mitsamt Förderradgetriebe 24. Das Förderrad-System 10 ist über eine Stirnverzahnung mit einer Eingangswelle 25 des Förderradgetriebes 24 verbunden. Das Förderrad-System 10 und die Eingangswelle 25 weisen jeweils eine umlaufende Fördernut 11 auf. Das Filament F läuft in besagten Fördernuten 11, welche zum Greifen des Filaments optimierte Oberflächenstrukturen haben. In der vorgenannten Abbildung auf der rechten Seite ist der schlittenseitige Eingangswellenendabschnitt 26 mit dem daran angeordneten Kegelrad 27 dargestellt. Wie bereits beschrieben ragt dieses Kegelrad 27 aus dem Korpus 600 des Druckkopfes 6 hervor, um in die Eingangswellenaufnahme 168 des Schlittens 16 eintauchen zu können. Am gegenüberliegenden Ende der Eingangswelle 25 ist in der Druckvorrichtung 1 gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ein zweiter, magazinseitiger Eingangswellenendabschnitt 28 ausgebildet. Dieser ragt ebenfalls aus dem Gehäuse des Druckkopfes 6 heraus, um mit einer am Magazin 20 angeordneten Opferdosierungs-Antriebseinheit 30 bzw. einem Stirnrad 31 desselben in Eingriff bringbar zu sein. Im Detail weist Opferdosierungs-Antriebseinheit 30 der dargestellten bevorzugten Ausführungsform einen außerhalb des Gehäuses 2 angeordneten Opferdosierungsantrieb 48 (Elektromotor) auf, der über eine nicht näher dargestellte Welle das magazinseitige Stirnrad 31 antreibt, welches wiederum ein Drehmoment auf ein am magazinseitigen Eingangswellenendabschnitt 28 des Druckkopfes angeordnetes Stirnrad 29 überträgt. 13 shows an exposed conveyor wheel system 10th including conveyor gear 24th . The conveyor wheel system 10th is via a spur toothing with an input shaft 25th of the conveyor gear 24th connected. The conveyor wheel system 10th and the input shaft 25th each have a circumferential conveying groove 11 on. The filament F runs in said conveying grooves 11 , which have optimized surface structures for gripping the filament. In the above illustration on the right is the slide-side input shaft end section 26 with the bevel gear arranged on it 27th shown. As already described, this bevel gear protrudes 27th from the body 600 of the printhead 6 out to get into the input shaft recording 168 of the sled 16 to be able to immerse. At the opposite end of the input shaft 25th is in the printing device 1 according to the preferred embodiment, a second, magazine-side input shaft end section 28 educated. This also protrudes from the housing of the printhead 6 out to with one on the magazine 20th arranged sacrificial dosing drive unit 30th or a spur gear 31 of being able to be brought into engagement. In detail, victim metering drive unit points 30th the preferred embodiment shown an outside of the housing 2nd arranged sacrificial dosing drive 48 (Electric motor) on the magazine-side spur gear via a shaft, not shown 31 drives, which in turn has a torque on the magazine-side input shaft end section 28 of the print head arranged spur gear 29 transmits.

Des Weiteren ist, wie in 5 gut erkennbar ist, an einer Seitenfläche des Druckbetts 4 eine Kalibriervorrichtung 96 vorgesehen. Bei der Ausrichtung des Druckbetts 4 wird diese Kalibriervorrichtung 96 verwendet, um die exakte Düsenposition der Druckköpfe 6 kalibrieren zu können.Furthermore, as in 5 is clearly visible on one side of the print bed 4th a calibration device 96 intended. When aligning the print bed 4th will this calibration device 96 used the exact nozzle position of the printheads 6 to be able to calibrate.

Für einen Druck eines 3D-Objekts mit dem 3D-Drucker 1 nach dem ersten Ausführungsbeispiel wird zunächst die Tür 3 an der Vorderseite geschlossen, wodurch der Bauraum von der Umgebung abgetrennt wird. Als nächstes werden der Bauraum und das Druckbett 4 auf eine im Voraus bestimmte Betriebstemperatur erwärmt. Durch die Erwärmung kann sich das Druckbett 4 ausdehnen. Die Ausdehnung aufgrund des Temperaturanstiegs kann durch die vorstehend beschriebenen Lagerstellen 56, 58, 60, 62 kompensiert werden, so dass keine zusätzlichen Spannungen in dem Druckbett 4 oder an den Lagerstellen 56, 58, 60, 62 auftreten.For printing a 3D object with the 3D printer 1 according to the first embodiment, the door is first 3rd closed at the front, which separates the installation space from the surroundings. Next are the build space and the print bed 4th warmed to a predetermined operating temperature. The printing bed can become warmer 4th expand. The expansion due to the temperature rise can be caused by the bearings described above 56 , 58 , 60 , 62 can be compensated so that no additional stresses in the print bed 4th or at the storage locations 56 , 58 , 60 , 62 occur.

Für ein zufriedenstellendes Druckerzeugnis ist eine möglichst ebene Ausrichtung des Druckbetts 4 notwendig, weshalb in einem nächsten Schritt das Druckbett 4 ausgerichtet und nivelliert wird. Dabei bewegt sich der Schlitten 16 zunächst hin zu dem Druckkopf-Magazin 20, um dort einen möglicherweise angekoppelten Druckkopf 6 abzukoppeln und den Messkopf 7 anzukoppeln. Nach dem Ankoppeln des Messkopfes 7 wird der Schlitten 16 zu im Voraus bestimmten Messpositionen an der Oberseite des Druckbetts 4 bewegt. An den im Voraus bestimmten Messpositionen wird mit dem Messkopf 7 jeweils ein Abstand zum Druckbett 4 gemessen. Die Lagerstellen 56, 58, 60, 62 werden im Anschluss basierend auf den gemessenen Druckbetthöhen der im Voraus bestimmten Messpositionen durch die jeweiligen Elektromotoren 70 und Gewindespindeln 68 so gesteuert, dass Differenzen zwischen den gemessenen Druckbetthöhen der im Voraus bestimmten Messpositionen minimal werden.For a satisfactory printed product, the print bed should be aligned as evenly as possible 4th necessary, which is why in a next step the print bed 4th is aligned and leveled. The carriage moves 16 first towards the print head magazine 20th to a possibly connected printhead 6 disconnect and the measuring head 7 to couple. After coupling the measuring head 7 becomes the sledge 16 to predetermined measuring positions on the top of the print bed 4th emotional. At the measuring positions determined in advance with the measuring head 7 each a distance from the print bed 4th measured. The bearings 56 , 58 , 60 , 62 are then based on the measured pressure bed heights of the measuring positions determined in advance by the respective electric motors 70 and lead screws 68 controlled so that differences between the measured print bed heights of the predetermined measuring positions become minimal.

Zum Drucken eines Bauteils kann anschließend der Messkopf 7 wieder an das Magazin 20 gekoppelt und ein Druckkopf 6 an den Schlitten 16 angekoppelt werden. Der Druckkopf 6 wurde in der Zwischenzeit auf Betriebstemperatur vorgeheizt und mittels der Opferdosierungs-Antriebseinheit 30 wurde eine sogenannte Opferdosierung vorgenommen, um sicherzustellen, dass der Druckkopf 6 förderbereit ist. Der Druckkopf wird 6 an die Kalibriervorrichtung 96 gefahren, um die genaue Z-Position der Spitze der Heizdüse 8 des Druckkopfes 6 zu bestimmen und eine hochpräzise Fertigung zu ermöglichen.The measuring head can then be used to print a component 7 back to the magazine 20th coupled and a printhead 6 on the sledge 16 be coupled. The printhead 6 has meanwhile been preheated to operating temperature and by means of the sacrificial dosing drive unit 30th a so-called sacrificial dose was made to ensure that the print head 6 is eligible for funding. The printhead will 6 to the calibration device 96 driven to the exact Z position of the tip of the heater nozzle 8th of the printhead 6 to determine and enable high-precision manufacturing.

Vor dem Drucken mit einem neu an den Schlitten 16 angekoppelten Druckkopf 6, bewegt sich der Schlitten 16 aufgrund der Ansteuerung der die Gewindespindeln 122, 142 antreibenden Elektromotoren 120, 140 in den Bereich über der Kalibriervorrichtung 96. Die Kalibriervorrichtung 96 wird zum Bestimmen der Länge der jeweiligen Heizdüse 8 des Druckkopfes 6 verwendet. Dafür wird der Druckkopf 6 mit dem Schlitten 16 über einen an der Kalibriervorrichtung 96 angeordneten Druckpunkt bewegt. Als Nächstes wird das Druckbett 4 mit der Kalibriervorrichtung 96 durch die Bewegung der Gewindespindeln 68 nach oben bewegt, so dass sich ein Druckpunkt (nicht dargestellt) und die Spitze der Heizdüse 8 des Druckkopfes 6 berühren. Dabei wird der Druckpunkt (nicht dargestellt) nach unten gedrückt und ein nicht dargestellter Druckschalter betätigt.Before printing with a new one on the carriage 16 coupled printhead 6 , the sledge moves 16 due to the control of the threaded spindles 122 , 142 driving electric motors 120 , 140 in the area above the calibration device 96 . The calibration device 96 is used to determine the length of the respective heating nozzle 8th of the printhead 6 used. For that the printhead 6 with the sledge 16 via one on the calibration device 96 arranged pressure point moves. Next is the print bed 4th with the calibration device 96 by the movement of the threaded spindles 68 moves up so that there is a pressure point (not shown) and the tip of the heating nozzle 8th of the printhead 6 touch. The Pressure point (not shown) pressed down and a pressure switch (not shown) actuated.

Die Druckvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Offenbarung weist eine Reihe von Funktionselementen 6, 7, 16, 20, 96, 126, 210 auf, welche auf Maß und Passung mit zumindest einer weiteren Komponente bearbeitet sind, zugleich aber auch eine wärmeisolierende Funktion übernehmen. Diesen Funktionselementen 6, 7, 16, 20, 96, 126, 210 gemein ist, dass sie aus einem wärmeisolierenden, matrixverstärkten Duroplast-Konstruktionswerkstoff hergestellt sind, dessen Ausdehnungskoeffizient auf die weitere Komponente und/oder das funktionelle Zusammenwirken mit zumindest einer weiteren Komponente im Funktionselement oder im Bauraum abgestimmt ist. Durch die Auswahl des Werkstoffs und Abstimmung des Wärmeausdehnungskoeffizienten erfüllt der Verbund von Funktionselement und weiterer Komponente ebenso, wie die Funktionselemente im Bauraum untereinander ihre Funktion bei unterschiedlichsten Temperaturen, also auch bei höchster thermischer Belastung. Erforderliche Lagezuordnungen von Komponenten und/oder Funktionselementen bleiben im gesamten Temperaturspektrum erhalten. Im dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die Funktionselemente 6, 7, 16, 20, 96, 126, 210 aus einem Schichtpressstoff mit Epoxidharzbasis und einer Glasfasergewebe-Matrix ausgeführt. Die stellt vorteilhafte Materialeigenschaften, wie einen Wärmeleitkoeffizienten <= 0,4W/(mK) und eine Festigkeit von mehr als 100MPa bei einer Temperatur von 200°C bereit. Im Vergleich zu Keramiken oder mineralischen Werkstoffen bietet das Material zudem eine hohe Schlagzähigkeit und eine mit metallischen Werkstoffen vereinbare Wärmeausdehnung. Auf diese Weise können die Funktionselemente 6, 7, 16, 20, 96, 126, 210 zusätzlich zu ihrer bspw. tragenden oder lagernden Funktion auch die Isolationsfunktion erfüllen. In den aus dem Stand der Technik bekannten Druckvorrichtungen werden entsprechende Komponenten aus Metallwerkstoffen hergestellt. In diesem Fall sind jedoch zusätzliche Isolationskomponenten notwendig, um die Funktionselemente vor den im heißen Bauraum herrschenden hohen Temperaturen abzuschirmen. Die erfindungsgemäße Materialauswahl und strukturelle Auslegung der Funktionselemente 6, 7, 16, 20, 96, 126, 210 erlaubt die Integration der Isolationsfunktion in die Funktionselemente 6, 7, 16, 20, 96, 126, 210. Dies vereinfacht deren Herstellung und ermöglicht eine platzsparende Bauweise, um die Außenabmaße des Gehäuses 2 zu optimieren.The printing device 1 according to the present disclosure has a number of functional elements 6 , 7 , 16 , 20th , 96 , 126 , 210 which are machined to measure and fit with at least one other component, but which also have a heat-insulating function. These functional elements 6 , 7 , 16 , 20th , 96 , 126 , 210 What is common is that they are made of a heat-insulating, matrix-reinforced thermoset construction material, the coefficient of expansion of which is matched to the further component and / or the functional interaction with at least one further component in the functional element or in the installation space. By selecting the material and coordinating the coefficient of thermal expansion, the combination of functional element and further component, just like the functional elements in the installation space, fulfills their function at different temperatures, that is to say also at the highest thermal load. Required location assignments of components and / or functional elements are retained across the entire temperature range. In the preferred exemplary embodiment shown, the functional elements are 6 , 7 , 16 , 20th , 96 , 126 , 210 Made of a laminate with an epoxy resin base and a glass fiber matrix. This provides advantageous material properties, such as a thermal conductivity coefficient <= 0.4W / (mK) and a strength of more than 100MPa at a temperature of 200 ° C. Compared to ceramics or mineral materials, the material also offers high impact strength and thermal expansion that is compatible with metallic materials. In this way, the functional elements 6 , 7 , 16 , 20th , 96 , 126 , 210 in addition to their supporting or supporting function, they also perform the insulation function. Corresponding components are produced from metal materials in the printing devices known from the prior art. In this case, however, additional insulation components are necessary to shield the functional elements from the high temperatures prevailing in the hot installation space. The choice of material according to the invention and the structural design of the functional elements 6 , 7 , 16 , 20th , 96 , 126 , 210 allows the integration of the insulation function into the functional elements 6 , 7 , 16 , 20th , 96 , 126 , 210 . This simplifies their manufacture and enables a space-saving design to accommodate the external dimensions of the housing 2nd to optimize.

Ein erstes beispielhaftes Funktionselement mit einer solchen Funktionsintergration ist der Druckkopf 6. Dieser weist einen, in 19 einzeln dargestellten, Grundkorpus 600 auf, welcher aus dem vorgenannten glasfaserverstärkten Epoxid hergestellt ist. Der Grundkorpus 600 muss auf Präzision und Passung mit dem in 13 dargestellten Förderrad-System 10, dem Förderradgetriebe 24, der Koppelvorrichtung 18, sowie der Heizdüse 8 hergestellt werden. Eine gute Maßhaltigkeit bei der Bearbeitung des Grundkorpus 600 des Druckkopfes ist wichtig, bspw. für die Präzise Ausrichtung der Heizdüse 8 und einen guten Rundlauf des Förderrad-Systems 10 sowie der Eingangswelle 25. Hierzu weist der Grundkorpus 600 u.a. eine Eingangswellenbohrung 602, eine Koppelvorrichtungsaufnahme 604, eine Filamentzuführungsbohrung 606, eine Heizdüsenschnittstelle 608 und Druckluftanschlussbohrungen 610 für die Druckluftanschlüsse 612 auf. Wie bereits erwähnt, ist es von großer Wichtigkeit, das Förderrad-System 10 und das Förderradgetriebe 24 thermisch von der Heizdüse 8 und vor allem vom heißen Bauraum zu isolieren, damit das Filament nicht bereits aufschmilzt, bevor es die Heizdüse 8 erreicht. Wie bereits vorstehend beschrieben wird das Innere des Druckkopfgehäuses 600 hierzu über die Bohrungen 610 zusätzlich mit Druckluft gekühlt. Analoge Überlegungen gelten für den Messkopf 7, auch dessen Grundkörper 700 benötigt präzise Bohrungen und eine gute Temperatubeständigkeit bspw. für die Aufnahmen der Koppelvorrichtung 16 und der Messspitze 76, weshalb auch dieser aus dem glasfaserverstärkten Epoxid hergestellt ist.The print head is a first exemplary functional element with such a functional integration 6 . This has one in 19th individually illustrated, basic body 600 on which is made of the aforementioned glass fiber reinforced epoxy. The basic body 600 must be precise and fit with the in 13 shown conveyor wheel system 10th , the conveyor gear 24th , the coupling device 18th , as well as the heating nozzle 8th getting produced. Good dimensional accuracy when machining the basic body 600 of the printhead is important, for example for the precise alignment of the heating nozzle 8th and a good concentricity of the conveyor wheel system 10th as well as the input shaft 25th . The basic body points to this 600 including an input shaft bore 602 , a coupling device holder 604 , a filament feed hole 606 , a heater nozzle interface 608 and compressed air connection holes 610 for the compressed air connections 612 on. As already mentioned, it is very important to use the conveyor wheel system 10th and the conveyor gear 24th thermally from the heating nozzle 8th and above all to isolate it from the hot installation space so that the filament does not already melt before it reaches the heating nozzle 8th reached. As already described above, the inside of the print head housing 600 about the holes 610 additionally cooled with compressed air. Analogous considerations apply to the measuring head 7 , also its basic body 700 requires precise bores and good temperature resistance, for example for the admission of the coupling device 16 and the measuring tip 76 , which is why this is also made of glass fiber reinforced epoxy.

Ein weiteres Funktionselement, das aus glasfaserverstärktem Epoxid hergestellt ist, ist der Schlitten 16, bzw. dessen in 10 isoliert dargestellter Grundkorpus 160. Auch der Schlitten benötigt präzise Bohrungen, unter anderem eine Spindelmutterbohrung 162 zur passgenauen Aufnahme der Spindelmutter des Spindeltriebs 122, eine Schnittstellenbohrung 164 für die schlittenseitige Schnittstelle 38, eine Drehmomentaufnahmeelement-Aufnahme 166, sowie die Eingangswellenaufnahme 168. Die integrierten Isolationseigenschaften des Grundkorpus 160 verringern Wärmeübertragung vom Bauraum auf die internen Komponenten des Schlittens 16 und verbessern somit die Maßhaltigkeit und folglich auch die Leichtgängigkeit der X-Achsen-Positionierungseinrichtung 12 bei hohen Betriebstemperaturen.Another functional element made of glass fiber reinforced epoxy is the sled 16 , or its in 10th Basic body shown in isolation 160 . The slide also needs precise holes, including a spindle nut hole 162 for precisely fitting the spindle nut of the spindle drive 122 , an interface hole 164 for the sled-side interface 38 , a torque receiving element receptacle 166 , as well as the input shaft recording 168 . The integrated insulation properties of the basic body 160 reduce heat transfer from the installation space to the internal components of the slide 16 and thus improve the dimensional accuracy and consequently the smoothness of the X-axis positioning device 12th at high operating temperatures.

Ein weiteres Funktionselement ist der Lagerbock 126 zum Lagern des Spindeltriebes 122, der Welle 35 und der Führungsschiene 124. Der Lagerbockgrundkorpus 1260, der aus dem glasfaserverstärkten Epoxid hergestellt ist, ist auf 20 isoliert dargestellt. Dieser weist eine Wellenbohrung 1262, eine Spindeltriebbohrung 1264 sowie Führungsaufnahmen 1266 auf. Diese Aufnahmen 1262, 1264, 1264 müssen für exakte Düsenpositon und damit Druckqualität auf Präzision gefertigt werden. Zudem ermöglicht die präzise Fertigung einen leichtgängigen Antrieb des Förderrad-Systems 10 sowie der X-Achsen-Positionierungseinrichtung 12. Die integrierten Isolationseigenschaften des Lagerbockgrundkorpus 1260 ermöglichen es, den an der vom Gehäuse 2 abgewandten Seite des Lagerbocks 126 angeordneten, Förderradantrieb 32 zuverlässig thermisch vom heißen Bauraum zu isolieren.The bearing block is another functional element 126 for storing the spindle drive 122 , the wave 35 and the guide rail 124 . The basic pedestal body 1260 , which is made of the glass fiber reinforced epoxy, is on 20th shown in isolation. This has a shaft bore 1262 , a spindle drive bore 1264 as well as leadership recordings 1266 on. These shots 1262 , 1264 , 1264 must be manufactured for precise nozzle position and thus print quality on precision. In addition, the precise production enables the conveyor wheel system to be driven smoothly 10th and the X-axis positioning device 12th . The integrated insulation properties of the Bearing block base body 1260 allow the on the from the housing 2nd opposite side of the bearing block 126 arranged, conveyor wheel drive 32 reliable thermal insulation from the hot installation space.

Ein weiteres Funktionselement ist das Magazin 20, an welchem die austauschbaren Druckköpfe 6, 6', 6", 6"' sowie der Messkopf 7 gelagert bzw. lagerbar sind. Der Magazinkorpus 2000, der aus dem glasfaserverstärkten Epoxid hergestellt ist, ist in 18 isoliert dargestellt. Die integrierten Isolationseigenschaften des Magazinkorpus 2000 ermöglichen es, die Aktuierungsvorrichtung 46, den Opferdosierungsantrieb 48 sowie den Sensor 82 der Erfassungseinrichtung 80 thermisch vom heißen Bauraum abzuschirmen. Zudem bildet das in die Wandung des Gehäuses 2 eingefügte Magazin 20 auch einen Teil der Isolierung des heißen Bauraums aus. Für die zuverlässige Funktion des Magazins 20 ist es zudem notwendig, dass die Aufnahme 2002 für die Opferdosierungsantriebseinheit 30, eine Stellgliedaufnahme 2004 sowie eine Schnittstellenbohrung 2006 maßhaltig gefertigt werden.The magazine is another functional element 20th on which the replaceable printheads 6 , 6 ' , 6 " , 6 "' as well as the measuring head 7 are stored or storable. The magazine body 2000 , which is made of the glass fiber reinforced epoxy, is in 18th shown in isolation. The integrated insulation properties of the magazine body 2000 enable the actuation device 46 , the victim dosage drive 48 as well as the sensor 82 the detection device 80 shield thermally from the hot installation space. This also forms in the wall of the housing 2nd inserted magazine 20th also part of the insulation of the hot installation space. For the reliable function of the magazine 20th it is also necessary that the recording 2002 for the victim dosing drive unit 30th , an actuator mount 2004 as well as an interface hole 2006 be made true to size.

Auch der Korpus 960 der in 5 dargestellten Kalibrierungseinrichtung 96 ist aus dem glasfaserverstärkten Epoxid hergestellt, um den darin befindlichen Sensor von den hohen Temperaturen des heißen Bauraumes abzuschirmen.The body too 960 the in 5 shown calibration device 96 is made of glass fiber reinforced epoxy to shield the sensor inside from the high temperatures of the hot installation space.

Das letzte Funktionselement, dass an dieser Stelle beschrieben werden soll, sind die Schiebekassetten 210 zum Abisolieren der Durchführung durch die Wände des Gehäuses 2 für die Y-Achsen-Positionierungseinrichtung 14 und die Z-Achsen-Positionierungseinrichtung 64. Die Antriebe der Y-Achsen-Positionierungseinrichtung 14 und der Z-Achsen-Positionierungseinrichtung 64 sind außerhalb des heißen Bauraums angeordnet. Folglich muss die Verschiebbarkeit dieser Positionierungseinrichtungen 14, 64 gewährleistet werden, ohne dabei die Wärmedämmung des Gehäuses 2 zu stark zu schwächen. Zu diesem Zweck sind die Schiebekassetten 210 vorgesehen. 9A zeigt eine Schiebekassette 210 für die Gehäusedurchführung der Z-Achsen-Positionierungseinrichtung 64 und 9B zeigt eine Schiebekassette 210 für die Gehäusedurchführung der Z-Achsen-Positionierungseinrichtung 64. Strukturell basieren die Schiebekassetten 210 alle auf dem gleichen Prinzip und weisen ein Gehäuse 2100 mit einer langlochförmigen Ausnehmung 2102 auf, in welchem eine Anzahl von Abschirmplatten 2104 in Längsrichtung des Gehäuses 2100 verschiebbar gelagert sind. Die Abschirmplatten 2104 sind aus dem glasfaserverstärkten Epoxid hergestellt, um wärmeisolierend, mechanisch belastbar und in ihrem Wärmeausdehnungskoeffizienten an das Gehäuse 2100 angepasst zu sein. Eine vorderste, innerhalb des Gehäuses 2100 dem heißen Bauraum am nächsten gelegene Abschirmplatten 2104 weist eine Aussparung 2106 auf, um die Gehäusedurchführung zu ermöglichen. Die restlichen Abschirmplatten 2104 sind derart teleskopierbar ineinander verschachtelt, dass jeweils ein Mitnehmerstift 2108 in einer Nut 2110 der dahinterliegenden Platte 2104 läuft, weshalb diese kaskadenartig einer Verschiebung der vordersten Platte 2104 mit der Aussparung folgen und stets für eine vollständige Abschirmung der Ausnehmung 2102 sorgen. Die Schiebekassetten 210 sind bei schnellen Bewegungen der Positionierungseinrichtungen 14, 64 hohen dynamischen Lasten ausgesetzt. Zudem müssen die Abschirmplatten 2104 leichtgängig laufen, um insbesondere die Positionierung in Y-Achsen-Richtung nicht durch Reibverluste zu verlangsamen. Aus diesem Grund ist eine maßhaltige Bearbeitung der Abschirmplatten 2104 von großer Bedeutung. Aufgrund des Zusammenspiels mit dem (metallenen) Gehäuse 2100 ist auch die Kompatibilität der Wärmeausdehnungskoeffizienten von Wichtigkeit.The last functional element that is to be described here is the sliding cassette 210 for stripping the bushing through the walls of the housing 2nd for the Y-axis positioning device 14 and the Z-axis positioning device 64 . The drives of the Y-axis positioning device 14 and the Z-axis positioning device 64 are arranged outside the hot installation space. Consequently, the displaceability of these positioning devices 14 , 64 can be guaranteed without compromising the thermal insulation of the housing 2nd too weak to weaken. For this purpose, the sliding cassettes 210 intended. 9A shows a sliding cassette 210 for the housing feed-through of the Z-axis positioning device 64 and 9B shows a sliding cassette 210 for the housing feed-through of the Z-axis positioning device 64 . The sliding cassettes are based structurally 210 all on the same principle and have a housing 2100 with an elongated recess 2102 on which a number of shielding plates 2104 in the longitudinal direction of the housing 2100 are slidably mounted. The shielding plates 2104 are made of glass fiber reinforced epoxy in order to provide heat insulation, mechanical strength and their thermal expansion coefficient on the housing 2100 to be adapted. A front one, inside the case 2100 Shielding plates closest to the hot installation space 2104 has a recess 2106 to enable the housing to pass through. The remaining shielding plates 2104 are nested telescopically in such a way that one driver pin each 2108 in a groove 2110 the plate behind 2104 runs, which is why this cascades a displacement of the foremost plate 2104 Follow with the recess and always for a complete shielding of the recess 2102 to care. The sliding cassettes 210 are with fast movements of the positioning devices 14 , 64 exposed to high dynamic loads. In addition, the shielding plates 2104 run smoothly in order not to slow down the positioning in the Y-axis direction due to friction losses. For this reason, the shielding plates must be machined correctly 2104 of great importance. Due to the interaction with the (metal) housing 2100 the compatibility of the coefficients of thermal expansion is also important.

Die Erfindung gemäß der vorliegenden Offenbarung wurde anhand einer beispielhaften Ausführungsform beschrieben, ist jedoch nicht darauf beschränkt. Weiterhin kann die Erfindung abgeändert und modifiziert werden ohne jedoch von dem Kern der Erfindung abzuweichen.The invention according to the present disclosure has been described using an exemplary embodiment, but is not limited thereto. Furthermore, the invention can be modified and modified without departing from the essence of the invention.

BezugszeichenlisteReference symbol list

11
Druckvorrichtung / 3D-Drucker;Printing device / 3D printer;
22nd
Gehäuse;Casing;
33rd
Tür;Door;
44th
Druckbett;Print bed;
66
Druckkopf;Printhead;
77
Messkopf;Measuring head;
88th
HeizdüseHeating nozzle
1010th
Förderrad-System;Conveyor wheel system;
1111
Fördernut;Conveying groove;
1212
Positionierungseinrichtung X-Achse;X-axis positioning device;
1414
Positionierungseinrichtung Y-Achse;Positioning device Y-axis;
1616
Schlitten;Carriage;
1818th
Koppelvorrichtung;Coupling device;
2020th
Druckkopf-Magazin;Printhead magazine;
2121
Lagerplatz;Storage space;
2222
erste Förderradantriebseinheit;first feed wheel drive unit;
2424th
Förderradgetriebe;Conveyor gear;
2525th
EingangswelleInput shaft
2626
erster / schlittenseitiger Eingangswellenendabschnitt;first / slide-side input shaft end section;
2727th
KegelradBevel gear
28 28
zweiter / magazinseitiger Eingangswellenendabschnitt;second / magazine side input shaft end section;
2929
StirnradSpur gear
3030th
zweite Förderradantriebseinheit / Opferdosierungs-Antriebseinheitsecond conveyor wheel drive unit / sacrifice metering drive unit
3131
Stirnrad der Opferdosierungs-AntriebseinheitSpur gear of the victim metering drive unit
3232
Förderradantrieb;Conveyor wheel drive;
3434
Drehmomentübertragungsglied;Torque transmission link;
3535
Welle;Wave;
3636
Drehmomentaufnahmeelement;Torque receiving element;
3737
Kegelrad;Bevel gear;
3838
schlittenseitige Schnittstelle;sled-side interface;
3939
Ringnut;Ring groove;
4040
magazinseitige Schnittstelle;magazine interface;
4141
Ringnut;Ring groove;
4242
Koppelglied;Coupling link;
4444
Vorspannelement;Biasing element;
4545
Stellmutter;Adjusting nut;
4646
Aktuierungsvorrichtung;Actuating device;
4747
Kolben;Piston;
4848
Opferdosierungsantrieb;Victim dosing drive;
5252
Stützstruktur;Support structure;
5454
Stützstruktur;Support structure;
5656
Lagerstelle;Depository;
5858
Lagerstelle;Depository;
6060
Lagerstelle;Depository;
6262
Lagerstelle;Depository;
6464
Z-Achsen-Positionierungseinrichtung;Z-axis positioning device;
6666
Schlitten der Z-Achsen-Positionierungseinrichtung;Slide of the Z-axis positioning device;
6868
Spindeltrieb der Z-Achsen-Positionierungseinrichtung;Spindle drive of the Z-axis positioning device;
7070
Elektromotor der Z-Achsen Positionierungseinrichtung;Electric motor of the Z-axis positioning device;
7272
Führungsschiene der Z-Achsen-Positionierungseinrichtung;Z-axis positioning device guide rail;
7474
Positionierungsnuten;Positioning grooves;
7676
Positionierungsvorsprünge;Positioning tabs;
7878
Messspitze;Measuring tip;
8080
Erfassungseinrichtung;Detection device;
8282
Sensor;Sensor;
8484
Stellglied;Actuator;
9696
Kalibriervorrichtung;Calibration device;
120120
Elektromotor der X-Achsen-Positionierungseinrichtung;Electric motor of the X-axis positioning device;
122122
Spindeltrieb der X-Achsen-Positionierungseinrichtung;Spindle drive of the X-axis positioning device;
124124
Führungsschiene der X-Achsen-Positionierungseinrichtung;Guide rail of the X-axis positioning device;
126126
Lagerbock;Bearing block;
140140
Elektromotor der Y-Achsen-Positionierungseinrichtung;Y-axis positioning device electric motor;
142142
Spindeltrieb der Y-Achsen-Positionierungseinrichtung;Spindle drive of the Y-axis positioning device;
144144
Führungsschiene der Y-Achsen-Positionierungseinrichtung;Y-axis positioning device guide rail;
160160
Schlittengrundkorpus;Basic sledge body;
162162
Spindelmutterbohrung;Spindle nut bore;
164164
Drehmomentaufnahmeelement-Aufnahme;Torque take-up element mount;
166166
Schnittstellenbohrung;Interface drilling;
168168
Eingangswellenaufnahme;Input shaft recording;
180180
Hülse der Koppelvorrichtung;Sleeve of the coupling device;
182182
Kugeln der Koppelvorrichtung;Balls of the coupling device;
200200
Filament-Aufbewahrungskasten;Filament storage box;
202202
Aussparung für Filamentzuführung;Recess for filament feed;
204204
Aussparung für Z-Positionierungseintrichtung;Recess for Z positioning device;
206206
Aussparung für Y-Positionierungseintrichtung;Recess for Y positioning device;
208208
Aussparung für Druckkopf-Magazin;Recess for printhead magazine;
210210
Schiebekassette;Sliding cassette;
600600
Druckkopf-Korpus;Printhead body;
602602
Eingangswellenbohrung;Input shaft bore;
604604
Koppelvorrichtungsaufnahme;Coupling device holder;
606606
Filamentzuführungsbohrung;Filament feed hole;
608608
Heizdüsenschnittstelle;Heater nozzle interface;
610610
DruckluftanschlussbohrungenCompressed air connection holes
612612
Druckluftanschlüsse;Compressed air connections;
614614
Isolationselement;Insulation element;
12601260
Lagerbockgrundkorpus;Bearing block basic body;
12621262
Wellenbohrung;Shaft drilling;
12641264
Spindeltriebbohrung;Spindle drive bore;
12661266
Führungsaufnahmen;Leadership recordings;
20002000
Magazinkorpus;Magazine body;
2002 2002
Opferdosierungsantriebs-Aufnahme;Victim dosing drive intake;
20042004
Stellglied-Aufnahme;Actuator mounting;
20062006
Schnittstellenbohrung;Interface drilling;
21002100
Schiebekassetten-Gehäuse;Sliding cassette housing;
21022102
Ausnehmung;Recess;
21042104
Abschirmplatte;Shielding plate;
21062106
Aussparung / Durchführung;Recess / implementation;
21082108
Mitnehmerstift;Driver pin;
21102110
Nut;Groove;
FF
Filament;Filament;
HH
Heizvorrichtung; undHeater; and
TT
Trägerstruktur.Support structure.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

  • US 5121329 [0002]US 5121329 [0002]

Claims (11)

Druckvorrichtung (1) zum Drucken von 3D-Objekten im Fused-Filament-Fabrication-Verfahren, mit einem Gehäuse (2), in dessen Inneren ein heißer Bauraum ausgebildet ist, einem Druckbett (4), einem direkt angetriebenen Druckkopf (6), der eine Heizdüse (8) und eine Fördervorrichtung, insbesondre ein Förderrad-System (10) zum Fördern eine Filaments (F) zur Heizdüse (8) aufweist, und einer Druckkopf-Positionierungseinrichtung (12, 14) mit einem bewegbaren Druckkopfträger, vorzugsweise einem verfahrbaren Schlitten (16), an welchem der Druckkopf (6) mittels einer Koppelvorrichtung (18) lösbar angebracht oder anbringbar ist, gekennzeichnet durch ein innerhalb des heißen Bauraums angeordnetes Magazin (20), an welchem zumindest der vorgenannte Druckkopf (6), bevorzugt eine Anzahl an auswechselbaren Druckköpfen (6, 6', 6"), an zumindest einem Lagerplatz (21) lösbar angebracht oder anbringbar ist.Printing device (1) for printing 3D objects in the fused filament fabrication process, with a housing (2), in the interior of which a hot installation space is formed, a printing bed (4), a directly driven print head (6), the has a heating nozzle (8) and a conveying device, in particular a conveying wheel system (10) for conveying a filament (F) to the heating nozzle (8), and a printhead positioning device (12, 14) with a movable printhead carrier, preferably a movable carriage (16), on which the printhead (6) is detachably attached or attachable by means of a coupling device (18), characterized by a magazine (20) arranged inside the hot installation space, on which at least the aforementioned printhead (6), preferably a number of exchangeable printheads (6, 6 ', 6 "), is detachably attached or attachable to at least one storage location (21). Druckvorrichtung (1) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlitten (16) eine erste Förderradantriebseinheit (22) aufweist und der zumindest eine Druckkopf (6) ein Förderradgetriebe (24) hat, welches über einen ersten Eingangswellenendabschnitt (26) mit der ersten Förderradantriebseinheit (22) des Schlittens koppelbar ist, um zum Fördern des Filaments (F) ein Drehmoment auf das Förderrad-System (10) zu übertragen.Printing device (1) according to Claim 1 , characterized in that the slide (16) has a first feed wheel drive unit (22) and the at least one print head (6) has a feed wheel gear (24) which can be coupled to the first feed wheel drive unit (22) of the slide via a first input shaft end section (26) in order to transmit a torque to the feed wheel system (10) in order to convey the filament (F). Druckvorrichtung (1) gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Förderradantrieb (32) der ersten Förderradantriebseinheit (22) außerhalb des heißen Bauraums angeordnet ist und das Drehmoment des Förderradantriebs (32) über ein Drehmomentübertragungsglied (34) auf die erste Förderradantriebseinheit (22) übertragbar ist.Printing device (1) according to Claim 2 , characterized in that a feed wheel drive (32) of the first feed wheel drive unit (22) is arranged outside the hot installation space and the torque of the feed wheel drive (32) can be transmitted to the first feed wheel drive unit (22) via a torque transmission element (34). Druckvorrichtung (1) gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Drehmomentübertragungsglied (34) eine Welle (35) ist und die erste Förderradantriebseinheit (22) ein Drehmomentaufnahmeelement (36) aufweist, das mit der Welle (35) drehmomentfest aber entlang der Längsachse der Welle (35) verschiebbar gelagert ist.Printing device (1) according to Claim 3 , characterized in that the torque transmission member (34) is a shaft (35) and the first feed wheel drive unit (22) has a torque receiving element (36) which is mounted with the shaft (35) in a torque-proof manner but displaceably along the longitudinal axis of the shaft (35) . Druckvorrichtung (1) gemäß einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Förderradgetriebe (24) des Druckkopfes eine zweite Eingangswelle (28) aufweist, welche mit einer zweiten Förderradantriebseinheit (30) am Magazin (20) in Eingriff bringbar ist, um ein Drehmoment auf das Förderrad-System (10) zu übertragen und damit eine Opferdosierung in einem am Magazin (20) geparkten Zustand des Druckkopfes (6) zu ermöglichen.Printing device (1) according to one of the Claims 2 to 4th , characterized in that the feed wheel gear (24) of the print head has a second input shaft (28) which can be brought into engagement with a second feed wheel drive unit (30) on the magazine (20) in order to apply a torque to the feed wheel system (10) transferred and thus allow a sacrificial dosing in a state of the print head (6) parked on the magazine (20). Druckvorrichtung (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Koppelvorrichtung (18) des zumindest einen Druckkopfes (6) ein innerhalb des Druckkopfes (6) verlagerbares Koppelglied (42) aufweist, welches an zwei gegenüberliegenden Seiten des Druckkopfes (6) aus diesem austritt und dazu ausgebildet ist, den Druckkopf (6) über eine erste Schnittstelle (38) mit dem Schlitten (16) zu koppeln und über eine zweite Schnittstelle (40) mit dem Magazin (20) zu koppeln.Printing device (1) according to one of the Claims 1 to 5 , characterized in that the coupling device (18) of the at least one printhead (6) has a coupling member (42) which can be displaced within the printhead (6) and emerges from it on two opposite sides of the printhead (6) and is designed for this purpose To couple the print head (6) to the carriage (16) via a first interface (38) and to couple it to the magazine (20) via a second interface (40). Druckvorrichtung (1) gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlitten (16) ein Vorspannelement (44) aufweist, welches ein Koppelglied (42) in einer mit der ersten Schnittstelle (38) an dem Schlitten (16) arretierten Position vorspannt.Printing device (1) according to Claim 6 characterized in that the slide (16) has a biasing element (44) which biases a coupling member (42) in a position locked to the slide (16) with the first interface (38). Druckvorrichtung (1) gemäß Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Magazin (16) zumindest eine ansteuerbare Aktuierungsvorrichtung (46) aufweist, die dazu ausgebildet ist, das Koppelglied (42), insbesondere entgegen der Vorspannrichtung des Vorspannelements (44), durch Kraft- oder Druckbeaufschlagung in eine mit der zweiten Schnittstelle (40) am Magazin (20) arretierte Position zu bewegen und/oder zu halten.Printing device (1) according to Claim 6 or 7 , characterized in that the magazine (16) has at least one actuatable actuating device (46) which is designed to force the coupling member (42), in particular counter to the biasing direction of the biasing element (44), into one with the second by applying force or pressure Interface (40) on the magazine (20) locked position to move and / or hold. Druckvorrichtung (1) gemäß Anspruch 5 und/oder Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Magazin (20) in einem Randbereich des heißen Bauraums angeordnet ist und ein Opferdosierungsantrieb (48) und/oder die Aktuierungsvorrichtung (46) außerhalb des heißen Bauraums und thermisch von diesem isoliert an dem Magazin (20) angeordnet ist.Printing device (1) according to Claim 5 and or Claim 8 , characterized in that the magazine (20) is arranged in an edge region of the hot installation space and a sacrificial metering drive (48) and / or the actuation device (46) is arranged on the magazine (20) outside the hot installation space and thermally insulated therefrom. Druckkopf (6, 6', 6", 6"') für den Einsatz in einer Druckvorrichtung (1) zum Drucken von 3D-Objekten im Fused-Filament-Fabrication-Verfahren mit einem Druckkopf-Korpus (600) einer Heizdüse (8) und einem Förderrad-System (10) zum Fördern eines Filaments (F) zur Heizdüse (8), gekennzeichnet durch eine im oder am Druckkopf-Korpus (600) gehaltene Koppelvorrichtung (18), die ein Koppelglied (42) aufweist, welches von einer ersten Position, in welcher das Koppelglied einen verriegelnden Eingriff mit einer Schnittstelle (38) eines mehrachsig positionierbaren Schlittens (16) ausbildet, in eine zweite Position, in welcher Koppelglied (42) den Eingriff mit dem Schlitten (16) freigibt und einen koppelnden Eingriff mit einer Schnittstelle (40) eines Druckkopf-Magazins (20) herstellt, verlagerbar ist.Printhead (6, 6 ', 6 ", 6"') for use in a printing device (1) for printing 3D objects in the fused filament fabrication method with a printhead body (600) of a heating nozzle (8) and a conveyor wheel system (10) for conveying a filament (F) to the heating nozzle (8), characterized by a coupling device (18) held in or on the printhead body (600), which has a coupling member (42) which is connected by a first position, in which the coupling member forms a locking engagement with an interface (38) of a multi-axis positionable carriage (16), in a second position, in which coupling member (42) releases the engagement with the carriage (16) and a coupling engagement with an interface (40) of a print head magazine (20), is displaceable. Verfahren zum Betreiben einer Druckvorrichtung (1) zum Drucken von 3D-Objekten im Fused-Filament-Fabrication-Verfahren mit einem heißen Bauraum, bei dem ein mehrachsig bewegbarer Schlitten (16) mit verschiedenen Druckköpfen (6, 6', 6", 6"') bestückbar ist, welche des heißen Bauraums an einer Parkposition vorgehalten wird.Method for operating a printing device (1) for printing 3D objects in the fused filament fabrication method with a hot installation space, in which a multi-axis movable carriage (16) with different print heads (6, 6 ', 6 ", 6"') It is possible to equip which of the hot installation space is held at a parking position.
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