DE102019126633A1

DE102019126633A1 - Device for melting and extruding a filament for a melt layer application and printer for 3-D printing

Info

Publication number: DE102019126633A1
Application number: DE102019126633.5A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2019-10-02
Filing date: 2019-10-02
Publication date: 2021-04-08
Also published as: WO2021063455A1; DE112020004742A5

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Schmelzen und Extrudieren eines Ausgangsmaterials in Form eines Filamentes für einen Schmelzschichtauftrag, wobei die Vorrichtung eine Filamentzuführung mit einem Filamenteinlass zur Zufuhr des Filamentes in einen Vorschubbereich der Filamentzuführung zum Vorschieben des Filamentes, eine Heizeinrichtung zum Schmelzen des Filamentes zu einem geschmolzenen Ausgangsmaterial in einem dem Vorschubbereich nachfolgenden Schmelzbereich, und eine Extrusionsdüse zum Extrudieren des geschmolzenen Ausgangsmaterials aufweist, wobei im Falle des Schmelzens zwischen dem Schubbereich und dem Schmelzbereich ein Übergangsbereich mit einem Temperaturgradienten ausgebildet wird, und die Vorrichtung mindestens einen Einlass zum Einbringen eines Kühlmittels und mindestens einen Auslass zum Ausbringen des Kühlmittels derart aufweist, dass das Filament und/oder das geschmolzene Ausgangsmaterial durch einen direkten Kontakt mittels des Kühlmittels kühlbar ist oder sind. Des Weiteren betrifft die Erfindung einen Drucker zum 3-D-Drucken mittels Schmelzschichtauftrag auf eine Bauplattform.The invention relates to a device for melting and extruding a starting material in the form of a filament for a melt layer application, the device having a filament feed with a filament inlet for feeding the filament into a feed area of the filament feed for feeding the filament, a heating device for melting the filament into a molten one Starting material in a melting area following the feed area, and an extrusion nozzle for extruding the molten starting material, wherein in the case of melting between the pushing area and the melting area, a transition area with a temperature gradient is formed, and the device has at least one inlet for introducing a coolant and at least one Has outlet for discharging the coolant in such a way that the filament and / or the molten starting material can be cooled by direct contact by means of the coolant, or si nd. The invention also relates to a printer for 3-D printing by means of a melt layer application on a building platform.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Schmelzen und Extrudieren eines Ausgangsmaterials in Form eines Filamentes für einen Schmelzschichtauftrag, wobei die Vorrichtung eine Filamentzuführung mit einem Filamenteinlass zur Zufuhr des Filaments in einen Vorschubbereich der Filamentzuführung zum Vorschieben des Filamentes, eine Heizeinrichtung zum Schmelzen des Filamentes zu einem geschmolzenen Ausgangsmaterial in einem dem Vorschubbereich nachfolgenden Schmelzbereich, und eine Extrusionsdüse zum Extrudieren des geschmolzenen Ausgangsmaterials aufweist, wobei im Falle des Schmelzens zwischen dem Schubbereich und dem Schmelzbereich ein Übergangsbereich mit einem Temperaturgradienten ausgebildet wird. Des Weiteren betrifft die Erfindung einen Drucker zum 3-D-Drucken mittels Schmelzschichtauftrag auf eine Bauplattform.The invention relates to a device for melting and extruding a starting material in the form of a filament for a melt layer application, the device having a filament feed with a filament inlet for feeding the filament into a feed area of the filament feed for feeding the filament, a heating device for melting the filament into a molten one Starting material in a melting area following the feed area, and an extrusion nozzle for extruding the molten starting material, a transition area with a temperature gradient being formed in the case of melting between the pushing area and the melting area. The invention also relates to a printer for 3-D printing by means of a melt layer application on a building platform.

Im industriellen und privaten Bereich eingesetzte 3-D-Drucker verwenden häufig das schichtweise Auftragen aufschmelzbarer Ausgangsmaterialien, häufig Thermoplaste, zur additiven Fertigung von Bauteilen (auch Fused Layer Modelling/Manufacturing, FLM). Für den Schmelzschichtauftrag wird ein Ausgangsmaterial in Form eines festen Filamentes geschmolzen, das geschmolzene Ausgangsmaterial durch eine Extrusionsdüse extrudiert und auf eine Bauplattform oder der Bauplatte einer Bauplattform schichtweise aufgetragen, sodass ein Verbund des extrudierten Materials mit einer vorgegebenen Form entsteht.3-D printers used in the industrial and private sectors often use layers of meltable starting materials, often thermoplastics, for the additive manufacturing of components (also known as fused layer modeling / manufacturing, FLM). For the melt layer application, a starting material in the form of a solid filament is melted, the melted starting material is extruded through an extrusion nozzle and applied in layers to a building platform or the building board of a building platform, so that a composite of the extruded material with a predetermined shape is created.

Bei Schmelzeextrudern weist die Zuführung des Filamentes innerhalb des Vorschubbereiches üblicherweise eine niedrige Temperatur auf, damit eine hohe Druckfestigkeit des Filamentes bestehen bleibt und dieses die Kraft, mit welcher das Filament in den Schmelzbereich geschoben wird, überträgt, sodass die übertragene Druckkraft im Schmelzbereich zur Druckerzeugung und somit zur Extrusion des geschmolzenen Ausgangsmaterials aus der Extrusionsdüse führt. Im Schmelzbereich des Schmelzextruders ist üblicherweise eine externe Heizung zum Aufschmelzen des Filamentes angebracht.In melt extruders, the filament feed within the feed area is usually at a low temperature so that the filament has a high compressive strength and this transmits the force with which the filament is pushed into the melting area, so that the transmitted compressive force in the melting area is used to generate pressure and thus leads to the extrusion of the molten starting material from the extrusion nozzle. In the melting area of the melt extruder, an external heater is usually attached to melt the filament.

Um in einem definierten Übergangsbereich zwischen dem kalten Vorschubbereich und dem heißen Schmelzbereich einen definierten Temperaturgradienten einzustellen, wird die Filamentzuführung herkömmlich gekühlt. Dazu werden bei herkömmlichen Extrudern indirekte Kühlvorrichtungen verwendet, bei welchen der Extruderkanal im kalten Vorschubbereich von außen mittels eines Fluides, beispielsweise Luft, gekühlt wird. Nachteilig bei derartigen herkömmlichen Extrudern ist, dass die Wärme nur indirekt durch Wärmeleitung über die Wandung des Einlassbereichs abgeleitet wird.In order to set a defined temperature gradient in a defined transition area between the cold feed area and the hot melting area, the filament feed is conventionally cooled. For this purpose, indirect cooling devices are used in conventional extruders, in which the extruder channel in the cold feed area is cooled from the outside by means of a fluid, for example air. A disadvantage of such conventional extruders is that the heat is only dissipated indirectly through heat conduction via the wall of the inlet area.

Häufig sind Extruder im Einsatz, bei denen die Filamentzuführung von außen mit Kühlrippen versehen ist. Diese werden üblicherweise mit einem Ventilator belüftet, sodass die Wärme innerhalb des Vorschubbereiches vom Filament hauptsächlich durch Wärmeleitung an die Filamentzuführung übertragen und an deren Außenseite über die Kühlrippen durch Konvektion an die Luft abgegeben wird. Nachteilig hierbei ist, dass die außen an- und/oder aufgebrachten Kühlvorrichtungen und -mittel eine große Breite des Druckkopfes einnehmen und somit einen großen Extruderraum im Arbeitsbereich des 3-D-Druckers belegen. Gewöhnlich führt dies zu einem größeren Platzbedarf der mechanischen Führung des Druckkopfes innerhalb der Baukammer des 3-D-Druckers sowie zu einer höheren Masse des Druckkopfes.Often extruders are used in which the filament feed is provided with cooling fins from the outside. These are usually ventilated with a fan so that the heat within the feed area from the filament is mainly transferred by conduction to the filament feed and is released into the air on the outside via the cooling fins by convection. The disadvantage here is that the external and / or applied cooling devices and means take up a large width of the print head and thus occupy a large extruder space in the working area of the 3-D printer. This usually leads to a larger space requirement for the mechanical guidance of the print head within the construction chamber of the 3-D printer and to a greater mass of the print head.

Zudem besteht ein weiterer Nachteil der von außen gekühlten Schmelzextruder in dem geringen Temperaturgradienten des Filamentes in Vorschubrichtung infolge einer in Vorschubrichtung weiten Strecke der Wärmeabfuhr, wodurch ein in Vorschubrichtung langer Übergangsbereich und eine hohe Gefahr des Verstopfens des Extruders auftritt, da aufgrund eines zu niedrigen Temperaturgradienten entlang der Vorschubrichtung das Filament über eine lange Wegstrecke nur leicht erweicht und durch die Kraft des Vorschubs radial aufgeweitet wird und dadurch entlang einer weiten Strecke entlang der Vorschubrichtung über den ganzen Umfang stark an der Wand des Zufuhrkanals anhaftet. Durch den Vorschub wird an der Zufuhrkanalwand in das Filament folglich über einen weiten Bereich eine Scherkraft eingeleitet und somit das Filament stark im Kanal abgebremst, sodass die Kraft der Zufuhreinrichtung nicht mehr ausreicht, um das Filament weiter in den Schmelzbereich zu schieben. Insbesondere im Falle einer nur zeitweisen derartigen Erweichung und Anhaftung des Filamentes an der Zufuhrkanalwand mit einer anschließenden Abkühlung und Verfestigung wird der Vorschub des Filamentes stark blockiert. Die dadurch erforderliche Blockade erfordert üblicherweise eine aufwändige Reinigung oder sogar einen Ersatz des Extruders. Vor allem bei Extrudern mit hochschmelzenden Werkstoffen, wie beispielsweise einem mineralischen Glas, kann das Verstopfen des Extruders irreparabel oder nur mit einem sehr großen Aufwand behebbar sein, was bei aufgrund ihres Werkstoffs und/oder aufwendigen Herstellungsverfahrens beispielsweise aus Keramik gefertigten hochwertigen Extrudern zu einem deutlichen wirtschaftlichen Schaden führt.In addition, a further disadvantage of the externally cooled melt extruders is the low temperature gradient of the filament in the feed direction due to a long distance of heat dissipation in the feed direction, which results in a long transition area in the feed direction and a high risk of clogging of the extruder, as the temperature gradient along is too low In the feed direction, the filament is only slightly softened over a long distance and is expanded radially by the force of the feed and thus adheres strongly to the wall of the feed channel over the entire circumference along a long distance along the feed direction. As a result of the advance, a shear force is introduced into the filament over a wide area at the feed channel wall and thus the filament is strongly decelerated in the channel, so that the force of the feed device is no longer sufficient to push the filament further into the melting area. In particular in the case of such a softening and adhesion of the filament to the feed channel wall with subsequent cooling and solidification, the advance of the filament is strongly blocked. The resulting blockage usually requires extensive cleaning or even replacement of the extruder. Especially in the case of extruders with high-melting materials, such as mineral glass, the clogging of the extruder can be irreparable or can only be remedied with a great deal of effort, which is clearly economical in the case of high-quality extruders made of ceramics due to their material and / or complex manufacturing process Harm leads.

Aufgabe der Erfindung ist es, den Stand der Technik zu verbessern.The object of the invention is to improve the state of the art.

Gelöst wird die Aufgabe durch eine Vorrichtung zum Schmelzen und Extrudieren eines Ausgangsmaterials in Form eines Filamentes durch einen Schmelzschichtauftrag gemäß Anspruch 1. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Vorrichtung sind in den Unteransprüchen 2 bis 7 beschrieben. Des Weiteren wird die Aufgabe gelöst durch einen Drucker zum 3-D-Drucken mittels Schmelzschichtauftrag auf eine Bauplattform gemäß der Ansprüche 8 und 9.The object is achieved by a device for melting and extruding a starting material in the form of a filament a melt layer application according to claim 1. Further advantageous embodiments of the device are described in the subclaims 2 to 7. Furthermore, the object is achieved by a printer for 3-D printing by means of melt layer application on a construction platform according to claims 8 and 9.

Es ist besonders vorteilhaft, dass das Filament innerhalb der Filamentzuführung mit einem Fluid konvektiv, das bedeutet durch direkten Wärmetransport zwischen einem an dem Filament entlangströmenden Fluid oder auf das Filament gerichtetes Fluid und der Filamentoberfläche, gekühlt und beim Schmelzvorgang zwischen dem Vorschubbereich und dem Schmelzbereich ein kurzer Übergangsbereich mit einem Temperaturgradienten innerhalb des Filamentes in Vorschubrichtung ausgebildet wird.It is particularly advantageous that the filament within the filament feed is convectively cooled with a fluid, i.e. by direct heat transport between a fluid flowing along the filament or fluid directed at the filament and the filament surface, and a short one during the melting process between the feed area and the melting area Transition area is formed with a temperature gradient within the filament in the feed direction.

Dadurch, dass eine direkte Kühlung des Filamentes mittels eines Kühlmittels aufgrund von direkt an der Filamentoberfläche erzwungener Konvektion bis bevorzugt unmittelbar kurz vor dem Schmelzbereich erfolgt, liegt eine optimale Wärmabfuhr im kalten Filamentzufuhrbereich vor. Hierbei tritt das Kühlmittel direkt mit der Außenoberfläche des Filamentes in Kontakt, sodass ein schneller und optimaler Wärmeübergang vom Filament direkt auf das Kühlmittel erzielt wird. Durch den direkten Kontakt ist das Ausmaß der Kühlung des Filamentes unmittelbar über die Temperatur, die Strömungsgeschwindigkeit und/oder -richtung und/oder den Volumenstrom des Kühlmittels steuer- und/oder regelbar.The fact that the filament is cooled directly by means of a coolant due to convection forced directly on the filament surface up to preferably just before the melting area results in optimal heat dissipation in the cold filament supply area. Here, the coolant comes into direct contact with the outer surface of the filament, so that a quick and optimal heat transfer from the filament directly to the coolant is achieved. As a result of the direct contact, the extent of the cooling of the filament can be controlled and / or regulated directly via the temperature, the flow velocity and / or direction and / or the volume flow of the coolant.

Aufgrund der direkten Kühlung des Filamentes und somit dem Wegfall von Kühlrippen, Ventilatoren oder anderen Einrichtungen zum Zuführen von Kühlmittel auf die äußere Oberfläche des Extruders, weist die erfindungsgemäße Vorrichtung eine geringere Baugröße, insbesondere geringere Abmessungen quer zur Vorschubrichtung des Filamentes auf, wodurch eine höhere Bewegungsfreiheit der Vorrichtung in der Baukammer des additiven Fertigungssystems vorliegt und komplexere Bauteile durch Schmelzschichtauftrag realisierbar sind. Somit stellt die Vorrichtung einen leichteren Druckkopf mit geringerer Massenträgheit und einer leichter möglichen Beschleunigung dar. Folglich kann der Druckkopf mit kleineren erforderlichen Antrieben betrieben werden.Due to the direct cooling of the filament and thus the elimination of cooling fins, fans or other devices for supplying coolant to the outer surface of the extruder, the device according to the invention has a smaller overall size, in particular smaller dimensions transverse to the direction of advance of the filament, which means greater freedom of movement of the device is in the building chamber of the additive manufacturing system and more complex components can be realized by applying a melt layer. The device thus represents a lighter printhead with lower mass inertia and easier acceleration possible. As a result, the printhead can be operated with smaller drives required.

Ein wesentlicher Gedanke der Erfindung beruht darauf, durch eine direkte und präzise Kühlung des Filamentes im Zufuhrbereich das Filament zunächst auf eine annähernd konstante Temperatur für einen reibungsarmen Vorschub zu halten und erst nach räumlicher Beendung der Kühlmittelströmung im Vorschubbereich der Vorrichtung einen kurzen Übergangsbereich mit einem großen Temperaturgradienten in Vorschubrichtung und schnellem Anstieg der Temperatur des Filamentes auf die Schmelztemperatur unmittelbar vor dem Schmelzbereich auszugestalten.An essential idea of the invention is based on the direct and precise cooling of the filament in the feed area to initially keep the filament at an approximately constant temperature for low-friction feed and only after spatial termination of the coolant flow in the feed area of the device a short transition area with a large temperature gradient in the direction of advance and rapid rise in the temperature of the filament to the melting temperature immediately before the melting range.

Folglich ist durch Anordnung des Einlasses (der Einlässe) zum Einbringen des Kühlmittels in den Filamentzufuhrbereich und des Auslasses (der Auslässe) zum Ausbringen des Kühlmittels aus dem Zufuhrbereich die Wegstrecke des Filamentes entlang des kalten Vorschubbereiches festgelegt.Consequently, by arranging the inlet (s) for introducing the coolant into the filament supply area and the outlet (s) for discharging the coolant from the supply area, the path of the filament along the cold feed area is determined.

Hauptsächlich über den Abstand des Einlasses (der Einlässe) und des Auslasses (der Auslässe) zu der Heizung im Schmelzbereich, die Strömungsgeschwindigkeit, Strömungsrichtung und Einlasskühlmitteltemperatur sowie den Volumenstrom des Kühlmittels wird somit die Länge des Übergangsbereiches in Vorschubrichtung festgelegt. Beispielsweise strömt das Kühlmittel vom Einlassbereich des Extruders in einen Spalt zwischen einer Zufuhrkanalwand und dem Filament entlang des Vorschubbereiches in Richtung des Schmelzbereichs und verlässt den Spalt durch radiale Auslässe direkt vor dem Schmelzbereich. Dadurch liegt im Filament nur ein sehr kurzer Übergangsbereich mit einem starken Temperaturgradienten in Vorschubrichtung annähernd auf die Temperatur des Schmelzbereiches vor. Folglich wird ein kürzerer Übergangsbereich mit einem größeren Temperaturgradienten gegenüber dem Stand der Technik realisiert.The length of the transition area in the feed direction is determined mainly by the distance between the inlet (the inlets) and the outlet (the outlets) and the heater in the melting area, the flow velocity, flow direction and inlet coolant temperature as well as the volume flow of the coolant. For example, the coolant flows from the inlet area of the extruder into a gap between a feed channel wall and the filament along the feed area in the direction of the melting area and leaves the gap through radial outlets directly in front of the melting area. As a result, there is only a very short transition area in the filament with a strong temperature gradient in the direction of advance approximately to the temperature of the melting area. As a result, a shorter transition area with a larger temperature gradient is realized compared to the prior art.

Selbstverständlich kann die Strömungsrichtung des Kühlmittels auch entgegen der Vorschubrichtung des Filaments ausgeführt sein, indem die Einlässe für das Kühlmittel direkt vor dem Schmelzbereich angeordnet sind und der Auslass am Filamenteinlass des Extruders liegt. Dadurch trifft das gerade erst zugeführte, kalte Kühlmittel auf das bereits ein wenig aufgeheizte und vorgeschobene Filament.Of course, the flow direction of the coolant can also be designed against the feed direction of the filament, in that the inlets for the coolant are arranged directly in front of the melting area and the outlet is located at the filament inlet of the extruder. As a result, the cold coolant that has just been added meets the filament, which has already been slightly heated and advanced.

Auch können der Einlass oder die Einlässe und der Auslass oder die Auslässe des Kühlmittels beide direkt jeweils am Anfang oder am Ende des Übergangsbereiches zwischen dem Vorschubbereich und Schmelzbereich angeordnet sein. Der Einlass oder die Einlässe und der Auslass oder die Auslässe können auch in Vorschubrichtung auf gleicher Höhe angeordnet sein und das Filament derart im Übergangsbereich und/oder dessen Nähe im Kreuzstromprinzip kühlen.The inlet or the inlets and the outlet or the outlets of the coolant can both be arranged directly at the beginning or at the end of the transition area between the feed area and the melting area. The inlet or the inlets and the outlet or the outlets can also be arranged at the same height in the feed direction and cool the filament in this way in the transition area and / or its vicinity using the cross-flow principle.

Somit kann entsprechend der Eigenschaft des Ausgangsmaterials des Filamentes und insbesondere seiner Schmelztemperatur, seines Schmelzpunktes und seiner Viskosität spezifisch die Weglänge des Übergangsbereiches und somit die Stärke des Temperaturgradienten beim Aufheizen und Schmelzen eingestellt werden. Folglich können auch Filamente aus sehr elastischen Ausgangsmaterialien im Filamentzufuhrbereich optimal gekühlt werden, sodass diese eine ausreichende Druckfestigkeit aufweisen und durch ihr steifes Verhalten optimal in den Schmelzbereich des Extruders geschoben, aufgeschmolzen und extrudiert werden können.Thus, according to the property of the starting material of the filament and in particular its melting temperature, its melting point and its viscosity, the path length of the transition area and thus the strength of the temperature gradient during heating and melting can be set specifically. Consequently can also Filaments made of very elastic starting materials are optimally cooled in the filament feed area, so that they have sufficient compressive strength and, thanks to their stiff behavior, can be optimally pushed, melted and extruded into the melting area of the extruder.

Zudem können Materialveränderungen bei denjenigen Filamenten aufgrund einer kürzeren Wegstrecke der Erwärmung im Übergangsbereich vermieden werden, welche bei höheren Temperaturen chemisch reagieren und/oder sich chemisch, physikalisch, biologisch und/oder anderweitig verändern.In addition, material changes in those filaments due to a shorter heating path in the transition area can be avoided which react chemically at higher temperatures and / or change chemically, physically, biologically and / or in some other way.

Durch die optimale direkte Kühlung im Vorschubbereich kann das Filament mit einer höheren Vorschubkraft in den Schmelzbereich geschoben und somit ein höherer Materialvolumenstrom beim Aufbringen der Schmelzschichten auf die Bauplattform oder eine auf dieser angebrachten Bauplatte als bei herkömmlichen Extrudern realisiert werden. Folglich kann die Druckgeschwindigkeit des 3-D-Druckers erhöht werden.Thanks to the optimal direct cooling in the feed area, the filament can be pushed into the melting area with a higher feed force and thus a higher material volume flow can be achieved when applying the melt layers to the building platform or a building board attached to it than with conventional extruders. As a result, the printing speed of the 3-D printer can be increased.

Zudem ist durch die direkte Filamentkühlung eine raumsparende, sehr lange und dünne Ausgestaltung des Extruders möglich, welche in einem Drucker mit einer neig- und/oder schwenkbaren Bauplattform eingesetzt werden kann. Folglich können auf bereits aufgetragene, gedruckte naheliegende Schichten in einem sehr geringen radialen Abstand zum Extruder weitere Schmelzschichten mit einem stark abweichenden Winkel im Raum aufgetragen werden. Somit können die beim Schichtauftrag entstehenden seitlichen Einkerbungen aufgrund der Materialübergänge zwischen den Schichten ausgeglichen werden, indem durch eine Drehung der Bauplattform um einen Winkel von beispielsweise 90° der Extrusionsrichtungsachse zu einer bereits gefertigten Bauteilwand und den Auftrag von mindestens einer weiteren Schicht horizontal zu den senkrechten Einkerbungen diese mit ebenem aufgetragenem Material ausgefüllt und vergleichmäßigt werden. Neben der Optimierung der Erscheinungform durch das Glätten von Bauteilwänden kann durch den Auftrag von einer oder mehreren Schichten in verschiedenen Winkeln zur Bauplattform innerhalb und/oder an einem Bauteil auch die Zug- oder Druckfestigkeit in bestimmten Belastungsrichtungen bedeutend gesteigert werden.In addition, the direct filament cooling enables a space-saving, very long and thin configuration of the extruder, which can be used in a printer with a tilting and / or pivoting construction platform. As a result, further layers of melt can be applied at a very different angle in space to already applied, printed layers close by at a very small radial distance from the extruder. In this way, the lateral notches that arise during the layer application due to the material transitions between the layers can be compensated for by rotating the construction platform through an angle of, for example, 90 ° of the extrusion direction axis to an already manufactured component wall and applying at least one further layer horizontally to the vertical notches these are filled with evenly applied material and evened out. In addition to optimizing the appearance by smoothing component walls, the application of one or more layers at different angles to the building platform within and / or on a component can also significantly increase the tensile or compressive strength in certain loading directions.

Bei der Verwendung eines Extruders in einer beheizten Baukammer ist die direkte Kühlung des Filamentes besonders vorteilhaft, da hierbei ein Kühlfluid mit einem geringen konstruktiven Aufwand von außen in die Baukammer durch den gesamten Filamentzufuhrbereich bis vor den Schmelzbereich gefördert werden und so das Filament durch eine optimale Kühlung und die daraus folgende Drucksteifigkeit mit hohen Kräften zum Extruder geschoben werden kann. Dies bietet eine erhebliche konstruktive Vereinfachung gegenüber herkömmlichen Systemen, bei welchen beispielsweise durch zusätzliche am Filamentzufuhrbereich außen angebrachte Kühlmittelkreisläufe angeordnet sind, deren Aufbau einen großen Bauraum einnehmen und insbesondere bei der Verwendung flüssiger Kühlmittel, wie beispielsweise Wasser ein erhebliches Mehrgewicht des Druckkopfes verursachen, welches bei der Auslegung des Druckkopfantriebes berücksichtigt werden muss und in der Regel zu höheren Herstellungskosten führt.When using an extruder in a heated building chamber, the direct cooling of the filament is particularly advantageous, since a cooling fluid with little structural effort can be conveyed from the outside into the building chamber through the entire filament feed area up to the melting area and thus the filament through optimal cooling and the resulting compressive rigidity can be pushed to the extruder with high forces. This offers a considerable structural simplification compared to conventional systems in which, for example, additional coolant circuits attached to the filament feed area are arranged on the outside, the structure of which takes up a large amount of space and, especially when using liquid coolants, such as water, cause a considerable extra weight of the print head, which in the case of Design of the printhead drive must be taken into account and usually leads to higher manufacturing costs.

Somit wird ein universell einsetzbarer Schmelzextruder und ein entsprechender Drucker für einen Schmelzschichtauftrag bereitgestellt, in welchem unterschiedlichste Ausgangsmaterialien in Form von Filamenten optimal aufgeschmolzen werden können.Thus, a universally usable melt extruder and a corresponding printer for a melt layer application are provided, in which a wide variety of starting materials in the form of filaments can be optimally melted.

Bei einem Filament handelt es sich insbesondere um ein Druckfilament, wie dies in der DIN EN ISO/ASTM 52900:2018-06 „Additive Fertigung“ definiert ist. Bei einem Filament handelt es sich insbesondere um einen einzelnen entsprechend der DIN EN ISO/ASTM 52900:2018-06 Abs. 3.7.4 um ein Ausgangsmaterial, welches sich durch seine extreme Länge im Verhältnis zu seinem Querschnitt charakterisiert wird. Bevorzugt wird das Filament von einer Spule dem Extrudereinlass zugeführt. Ein Filament kann insbesondere einen Kunststoff und/oder ein Polymer, ein Metall, eine Metalllegierung oder Glas oder einer Mischung dieser oder weiterer Materialien aufweisen.A filament is in particular a printing filament, as shown in FIG DIN EN ISO / ASTM 52900: 2018-06 "Additive Manufacturing" is defined. A filament is, in particular, a single one corresponding to DIN EN ISO / ASTM 52900: 2018-06 Paragraph 3.7.4 is a starting material that is characterized by its extreme length in relation to its cross-section. The filament is preferably fed to the extruder inlet from a spool. A filament can in particular comprise a plastic and / or a polymer, a metal, a metal alloy or glass or a mixture of these or other materials.

Selbstverständlich ist es auch denkbar ein Ausgangsmaterial mit einer im Vergleich zu seinem Querschnitt relativ geringen Länge zu verwenden. Beispielsweise ist es denkbar, kurze beispielsweise würfel- oder kugelförmige Ausgangsmaterialteile entlang der Vorschubrichtung gestapelt in den Schmelzbereich zu schieben.It is of course also conceivable to use a starting material with a length that is relatively short in comparison to its cross section. For example, it is conceivable to push short, for example, cube-shaped or spherical raw material parts stacked along the feed direction into the melting area.

Prinzipiell kann als Kühlmittel jedes Fluid verwendet werden, beispielsweise eine Flüssigkeit wie Wasser oder ein Gas. Bevorzugt wird direkt die Umgebungsluft oder gekühlte Luft eingesetzt. Insbesondere bei oxidationsempfindlichen Polymeren und Metallen kann auch die Verwendung eines Inert- oder Schutzgases vorteilhaft sein, um eine chemische Reaktion des Filamentmaterials mit dem Gas zu verhindern.In principle, any fluid can be used as the coolant, for example a liquid such as water or a gas. The ambient air or cooled air is preferably used directly. In particular with oxidation-sensitive polymers and metals, the use of an inert or protective gas can also be advantageous in order to prevent a chemical reaction of the filament material with the gas.

Im Weiteren wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen

1 eine stark schematische Schnittdarstellung eines Schmelzdispensers mit direkter Kühlung und einem Vorschubbereich, Übergangsbereich und Schmelzbereich in einer Vorschubrichtung und eine schematische Darstellung eines Verlaufs der Temperatur über eine Wegstrecke entlang dieser Bereiche,
2 eine stark schematische Schnittdarstellung eines Schmelzeextruders bei einem Schichtauftrag bei senkrechter Bauplattform auf zuvor aufgetragene Schichten bei horizontaler Bauplattform, und
3 eine Darstellung eines Keramikextruders zum Schmelzen und Extrudieren eines Glasstabes.

The invention is explained in more detail below with the aid of exemplary embodiments. Show it

1 a highly schematic sectional illustration of a melt dispenser with direct cooling and a feed area, transition area and melting area in a feed direction and a schematic illustration a course of the temperature over a distance along these areas,
2 a highly schematic sectional view of a melt extruder with a layer application with a vertical building platform on previously applied layers with a horizontal building platform, and
3 a representation of a ceramic extruder for melting and extruding a glass rod.

Ein rohrförmiger Schmelzdispenser 101 weist eine Kanalwand 103 und eine Filamentzufuhr 109 zum Zuführen eines Filamentes 111 auf. Am entgegengesetzten Ende ist eine Extrusionsdüse 105 zum Extrudieren von Schmelze 113 angeordnet. Zum Aufschmelzen des festen Filamentes 111 in einem Schmelzbereich 127 ist außen an der Kanalwand 103 des Schmelzdispenser 101 umlaufend eine Heizung 107 angeordnet. Das Filament 111 wird kontinuierlich in einer Vorschubrichtung 129 durch das Innere des Schmelzdispensers 101 geschoben und passiert dabei einen kalten Vorschubbereich 123, einen anschließenden Übergangsbereich 125 und den Schmelzbereich 127, bevor das Filament 111 als Schmelze 113 aufgeschmolzen durch die Extrusionsdüse 105 extrudiert wird.A tubular melt dispenser 101 has a channel wall 103 and a filament feed 109 for feeding a filament 111 on. At the opposite end is an extrusion nozzle 105 for extruding melt 113 arranged. For melting the solid filament 111 in a melting range 127 is on the outside of the duct wall 103 of the melt dispenser 101 circumferential heating 107 arranged. The filament 111 is continuous in one feed direction 129 through the inside of the melt dispenser 101 pushed and passed a cold feed area 123 , a subsequent transition area 125 and the melting range 127 before the filament 111 as melt 113 melted through the extrusion nozzle 105 is extruded.

Ein Durchmesser des Filamentes 111 im Bereich der Filamentzufuhr 109 und des kalten Vorschubbereichs 123 ist geringer als ein Innendurchmesser des rohrförmigen Schmelzdispensers 101, sodass zwischen dem Filament 111 und der Kanalwand 103 radial umlaufend ein Spalt 119 vorliegt. Vom Kühlfluideinlass 115 bis zu den Kühlfluidauslässen 117 wird der Spalt 119 kontinuierlich mit einer Strömung 121 eines Kühlfluides durchströmt. Hierbei sind die radial angeordneten Kühlfluidauslässe 117 nach dem kalten Schubbereich 123 in Vorschubrichtung 129 am Anfang des Übergangsbereiches 125 angeordnet. Als Kühlfluid wird gekühlte Umgebungsluft verwendet, welche somit direkt an einer äußeren Oberfläche des festen Filamentes 111 während dessen Vorschiebens in Vorschubrichtung 129 entlangströmt. Dementsprechend bleibt eine Temperatur 131 des Filamentes 111 im Bereich der Filamentzufuhr 109 und in dem kalten Vorschubbereich 123 annähernd konstant und es findet nur ein sehr geringer Temperaturanstieg im kalten Vorschubbereich 123 kurz vor dem Übergangsbereich 125 statt.A diameter of the filament 111 in the area of the filament feed 109 and the cold feed area 123 is smaller than an inner diameter of the tubular melt dispenser 101 so that between the filament 111 and the canal wall 103 a radial circumferential gap 119 is present. From the cooling fluid inlet 115 up to the cooling fluid outlets 117 becomes the gap 119 continuous with a current 121 a cooling fluid flows through it. Here are the radially arranged cooling fluid outlets 117 after the cold thrust area 123 in the feed direction 129 at the beginning of the transition area 125 arranged. Cooled ambient air is used as the cooling fluid, which is thus directly applied to an outer surface of the solid filament 111 while it is being advanced in the direction of advance 129 flows along. Accordingly, a temperature remains 131 of the filament 111 in the area of the filament feed 109 and in the cold feed area 123 almost constant and there is only a very slight increase in temperature in the cold feed area 123 just before the transition area 125 instead of.

Aufgrund der kontinuierlichen Erwärmung mittels der Heizung 107 im Schmelzbereich 127 beginnt das Filament 111 im Übergangsbereich 125 aufzuschmelzen und es tritt ein schneller Temperaturanstieg mit einem hohen Temperaturgradienten im Übergangsbereich 125 annähernd bis auf eine konstante Schmelztemperatur im Schmelzbereich 127 auf. Im Schmelzbereich 127 ist die Temperatur 131 über eine Wegstrecke 133 wiederum annähernd konstant und lediglich am Ende des Schmelzbereiches 127 tritt aufgrund einer Abkühlung durch die Extrusionsdüse 105 beim Extrudieren der Schmelze 113 eine geringe Abnahme der Temperatur auf.Due to the continuous heating by means of the heater 107 in the melting range 127 the filament begins 111 in the transition area 125 melt and there is a rapid temperature rise with a high temperature gradient in the transition area 125 almost down to a constant melting temperature in the melting range 127 on. In the melting range 127 is the temperature 131 over a distance 133 again approximately constant and only at the end of the melting range 127 occurs due to cooling through the extrusion nozzle 105 when extruding the melt 113 a slight decrease in temperature.

Als festes Filament 111 wird ein Polyamidstab eingesetzt, welcher aufgrund der direkten optimalen Kühlung im kalten Schubbereich 123 ohne Anhaften an der Kanalwand 103 in Vorschubrichtung 129 vorgeschoben wird, bis die Kühlung aufgrund der Anordnung der Kühlfluidauslässe 117 am Anfang des Übergangsbereiches 125 endet und das Filament 111 entlang der sehr kurzen Wegstrecke 133 des Übergangsbereichs 125 in kürzester Zeit auf die Schmelztemperatur erwärmt, als Schmelze 113 in Form von geschmolzenem Polyamid optimal mittels der Extrusionsdüse 105 extrudiert und für einen Schmelzschichtauftrag verwendet wird.As a solid filament 111 a polyamide rod is used, which due to the direct optimal cooling in the cold push area 123 without sticking to the canal wall 103 in the feed direction 129 is advanced until the cooling due to the arrangement of the cooling fluid outlets 117 at the beginning of the transition area 125 ends and the filament 111 along the very short distance 133 of the transition area 125 heated to the melting temperature in a very short time, as a melt 113 in the form of molten polyamide optimally using the extrusion nozzle 105 extruded and used for a melt layer application.

In einer Alternative der Erfindung weist ein Schmelzeextruder 201 eine Kanalwand 203, eine Filamentzufuhr 209 mit einer Vorschubrichtung 229 zum Vorschieben eines Filamentes 211 aus ABS (Acrylnitril-Butadien-StyrolCopolymere) auf. Nach einem kalten Vorschubbereich 223 schließt sich ein Übergangsbereich 225 an, in dem in der Kanalwand 203 radial mehrere Kühlfluidauslässe 217 angeordnet sind. Anschließend folgt ein Schmelzbereich 227, wobei im Schmelzbereich 227 zum kontinuierlichen Aufschmelzen des Filaments 211 außen um die Kanalwand 203 eine Heizung 207 angeordnet ist. Die Schmelze 213 wird aufgrund der kontinuierlichen Vorschubbewegung des festen Filamentes 211 durch eine Extrusionsdüse 205 zum Auftragen von Schichten extrudiert.In an alternative of the invention, a melt extruder 201 a canal wall 203 , a filament feed 209 with one feed direction 229 for advancing a filament 211 made of ABS (acrylonitrile-butadiene-styrene copolymers). After a cold feed area 223 a transition area closes 225 where in the canal wall 203 radially several cooling fluid outlets 217 are arranged. This is followed by a melting range 227 , being in the melting range 227 for continuous melting of the filament 211 outside around the canal wall 203 a heater 207 is arranged. The melt 213 is due to the continuous feed movement of the solid filament 211 through an extrusion nozzle 205 extruded to apply layers.

Eine Bauplattform 235 wurde zunächst horizontal ausgerichtet und bei vertikaler Ausrichtung des Schmelzeextruders 201 wurden mehrere Schichten 237 für ein horizontal gedrucktes Teil 243 aufgetragen. Anschließend wurde die Bauplattform 235 um 90° in eine senkrechte Ausrichtung, wie in 2 gezeigt, gedreht und der Schmelzeschichtauftrag auf den bereits horizontal gedruckten Teil 243 fortgesetzt und durch Auftragen der Schichten 239 das senkrecht gedruckte Teil 245 aufgebaut.A build platform 235 was initially aligned horizontally and with the melt extruder aligned vertically 201 were several layers 237 for a horizontally printed part 243 applied. Then the build platform 235 90 ° into a perpendicular orientation, as in 2 shown, rotated and the melt layer application on the already horizontally printed part 243 continued and by applying the layers 239 the vertically printed part 245 built up.

Aufgrund der direkten Kühlung innerhalb des Spaltes 219 des Schmelzeextruders 201 mittels eines Kühlfluides, ist der Schmelzeextruder 201 bei großer Länge mit einem geringen Durchmesser ausgeführt, sodass ein Abstand 247 zwischen dem horizontal gedruckten Teil 234 und dem Schmelzeextruder 201 sehr gering mit ca. einer Dicke des Schichtauftrages ist. Somit ist der Schmelzeextruder 209 sehr nahe an dem zuvor bereits horizontal gedruckten Teil 243 heranführbar.Due to the direct cooling inside the gap 219 of the melt extruder 201 by means of a cooling fluid, is the melt extruder 201 executed with a small diameter in the case of great length, so that a distance 247 between the horizontally printed part 234 and the melt extruder 201 is very small with approx. one thickness of the layer application. Thus is the melt extruder 209 very close to the part that was previously printed horizontally 243 approachable.

Zudem ist es mit dem Schmelzeextruder 201 möglich, aufgrund einer Neigung der Bauplattform 235 einen negativen Überhang 241 zwischen dem bereits horizontal gedruckten Teil 243 und dem senkrecht gedruckten Teil 245 ohne Verwendung einer Stützstruktur aufzutragen.In addition, it is with the melt extruder 201 possible due to the inclination of the build platform 235 a negative overhang 241 between the part already printed horizontally 243 and the vertically printed part 245 to be applied without the use of a support structure.

Des Weiteren werden Kerben, welche zwischen den aufgetragenen Schichten 237 bei horizontaler Bauplattform 235 entstanden sind, durch Drehen der Bauplattform 235 in senkrechte Ausrichtung und dem nachfolgenden Auftragen weiterer Schichten 239 bei senkrechter Bauplattform 235 beseitigt, sodass eine Festigkeit der bereits aufgetragenen Schichten 237 bei horizontaler Bauplattform 235 und somit des horizontal gedruckten Teils 243 gesteigert wird.Furthermore, there are notches between the applied layers 237 with a horizontal build platform 235 by rotating the build platform 235 in a vertical orientation and the subsequent application of further layers 239 with vertical building platform 235 eliminated so that a firmness of the already applied layers 237 with a horizontal build platform 235 and thus the horizontally printed part 243 is increased.

Folglich ist durch einen sehr geringen Durchmesser des Schmelzeextruders 209 quer zu seiner Längsrichtung und somit der Vorschubrichtung 229 eine große Bewegungsfreiheit des Schmelzeextruders 209 während des Schmelzeauftrags und folglich die Fertigung von sehr komplexen, festen Bauteilen ermöglicht.As a result, the melt extruder has a very small diameter 209 transversely to its longitudinal direction and thus the direction of advance 229 great freedom of movement of the melt extruder 209 during the melt application and consequently enables the production of very complex, solid components.

Somit ist der Schmelzeextruder 201 optimal in einem 3-D-Drucker mit neigbarer Bauplattform 235 einsetzbar.Thus is the melt extruder 201 ideal in a 3-D printer with a tiltable construction platform 235 applicable.

In einer weiteren Alternative der Erfindung weist ein Keramikextruder 301 ein Keramikrohr 302 auf. In dem Keramikrohr 302 wird in Vorschubrichtung 329 ein Glasstab 311 als Filament kontinuierlich vorgeschoben. Über einen seitlichen Kühlfluideinlass 315 wird ein Kühlfluid im Inneren des Keramikrohres durch einen Spalt 319 zwischen einer Wand des Keramikrohrs 302 und dem Glasstab 311 eingeströmt. Das Kühlfluid verlässt kontinuierlich nach Passieren des Spaltes 319 entlang eines kalten Vorschubbereichs 323 über mehrere radial angeordnete Kühlfluidauslässe 317 eines Übergangsbereiches 325 den Keramikextruder 301.In a further alternative of the invention, a ceramic extruder 301 a ceramic tube 302 on. In the ceramic tube 302 is in the feed direction 329 a glass rod 311 continuously advanced as a filament. Via a side cooling fluid inlet 315 is a cooling fluid inside the ceramic tube through a gap 319 between a wall of the ceramic tube 302 and the glass rod 311 flowed in. The cooling fluid leaves continuously after passing through the gap 319 along a cold feed area 323 via several radially arranged cooling fluid outlets 317 a transition area 325 the ceramic extruder 301 .

Anschließend ist ein Schmelzebereich 327 mit einer außen am Keramikrohr 302 angeordneten Heizung 307 zum Aufschmelzen des Glasstabes 311 zu einer Glasschmelze angeordnet, wobei letztere über eine Extrusionsdüse 305 den Keramikextruder 301 verlässt. Zum Verhindern eines Austretens von Kühlfluid weist der Keramikextruder 101 O-Ringe 304 und einen Dichtungsring 312 zum Abdichten des Kühlfluideinlasses 315 gegenüber dem Glasstab 311 und dem Keramikrohr 302 auf. Unterhalb der O-Ringe 304 wird das Kühlfluid in den Spalt 319 zwischen dem Glasstab 311 und dem Keramikrohr 302 eingeleitet.Then there is a melt area 327 with one on the outside of the ceramic tube 302 arranged heating 307 for melting the glass rod 311 arranged to a glass melt, the latter via an extrusion nozzle 305 the ceramic extruder 301 leaves. The ceramic extruder has 101 O-rings 304 and a sealing ring 312 to seal the cooling fluid inlet 315 opposite the glass rod 311 and the ceramic tube 302 on. Below the O-rings 304 the cooling fluid is in the gap 319 between the glass rod 311 and the ceramic tube 302 initiated.

Somit kann mittels des Keramikextruders 301 Glas als hochschmelzendes Material direkt für einen Schichtauftrag bereitgestellt werden, ohne dass eine zusätzliche Einrichtung, wie beispielsweise ein Laser, oder zusätzliche Zusatzstoffe, wie beispielsweise ein Binder mit nachgelagertem Brennprozess, verwendet werden müssen.Thus, by means of the ceramic extruder 301 Glass can be provided as a high-melting material directly for a layer application without the need to use an additional device, such as a laser, or additional additives, such as a binder with a downstream firing process.

Prinzipiell ist ein Drucker auch mit mehreren der vorliegend beschriebenen Dispensern ausstattbar, welche verschiedene Materialien gleichzeitig oder verschiedenen Schritten nacheinander additiv auftragen, sodass Bauteile in Multimaterialbauweise herstellbar sind66.In principle, a printer can also be equipped with several of the dispensers described here, which apply different materials at the same time or additively in different steps one after the other, so that components can be manufactured in multi-material construction66.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

101101: SchmelzdispenserMelt dispenser
103103: KanalwandCanal wall
105105: ExtrusionsdüseExtrusion nozzle
107107: Heizungheater
109109: FilamentzufuhrFilament feed
111111: FilamentFilament
113113: Schmelzemelt
115115: KühlfluideinlassCooling fluid inlet
117117: KühlfluidauslassCooling fluid outlet
119119: Spaltgap
121121: Strömung des KühlfluidsFlow of the cooling fluid
123123: Kalter VorschubbereichCold feed area
125125: ÜbergangsbereichTransition area
127127: SchmelzbereichMelting range
129129: VorschubrichtungFeed direction
131131: Temperaturtemperature
133133: WegstreckeDistance
201201: SchmelzeextruderMelt extruder
203203: KanalwandCanal wall
205205: ExtrusionsdüseExtrusion nozzle
207207: Heizungheater
209209: FilamentzufuhrFilament feed
211211: FilamentFilament
213213: Schmelzemelt
215215: KühlfluideinlassCooling fluid inlet
217217: KühlfluidauslassCooling fluid outlet
219219: Spaltgap
223223: Kalter VorschubbereichCold feed area
225225: ÜbergangsbereichTransition area
227227: SchmelzbereichMelting range
229229: VorschubrichtungFeed direction
235235: BauplattformBuild platform
237237: aufgetragene Schichten bei horizontalem Bauplattformapplied layers with a horizontal construction platform
239239: aufgetragene Schichten bei senkrechtem Bauplattformapplied layers with vertical construction platform
241241: negativer Überhangnegative overhang
243243: horizontal gedrucktes Teilhorizontally printed part
245245: senkrecht gedrucktes Teilpart printed vertically
247247: Abstand zwischen horizontal gedruckten Teil und SchmelzeextruderDistance between the horizontally printed part and the melt extruder
249249: negativer Überhangnegative overhang
301301: KeramikextruderCeramic extruder
302302: KeramikrohrCeramic tube
304304: O-RingeO-rings
305305: ExtrusionsdüseExtrusion nozzle
307307: Heizungheater
311311: GlasstabGlass rod
312312: DichtringSealing ring
313313: GlasschmelzeMolten glass
315315: KühlfluideinlassCooling fluid inlet
317317: KühlfluidauslassCooling fluid outlet
319319: Spaltgap
323323: Kalter SchubbereichCold thrust area
325325: ÜbergangsbereichTransition area
327327: SchmelzbereichMelting range
329329: VorschubrichtungFeed direction

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte Nicht-PatentliteraturNon-patent literature cited

DIN EN ISO/ASTM 52900:2018-06 [0023]DIN EN ISO / ASTM 52900: 2018-06 [0023]

Claims

Vorrichtung (101, 201, 301) zum Schmelzen und Extrudieren eines Ausgangsmaterial in Form eines Filamentes (111, 211, 311) für einen Schmelzschichtauftrag, wobei die Vorrichtung eine Filamentzuführung mit einem Filamenteinlass (109, 209) zur Zufuhr des Filamentes in einen Vorschubbereich (123, 223, 323) der Filamentzuführung zum Vorschieben des Filamentes, eine Heizeinrichtung (107, 207, 307) zum Schmelzen des Filamentes zu einem geschmolzenen Ausgangsmaterial in einem dem Vorschubbereich nachfolgenden Schmelzbereich (127, 227, 327), und eine Extrusionsdüse (105, 205, 305) zum Extrudieren des geschmolzenen Ausgangsmaterials aufweist, wobei im Falle des Schmelzens zwischen dem Schubbereich und dem Schmelzbereich ein Übergangsbereich (125, 225, 235) mit einem Temperaturgradienten ausgebildet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung mindestens einen Einlass (115, 215, 315) zum Einbringen eines Kühlmittel und mindestens einen Auslass (117, 217, 317) zum Ausbringen des Kühlmittels derart aufweist, dass das Filament und/oder das geschmolzene Ausgangsmaterial durch einen direkten Kontakt mittels des Kühlmittels kühlbar ist oder sind.Device (101, 201, 301) for melting and extruding a starting material in the form of a filament (111, 211, 311) for a melt layer application, the device having a filament feed with a filament inlet (109, 209) for feeding the filament into a feed area ( 123, 223, 323) of the filament feed for advancing the filament, a heating device (107, 207, 307) for melting the filament to a molten starting material in a melting area (127, 227, 327) following the advancing area, and an extrusion nozzle (105, 205, 305) for extruding the molten starting material, wherein in the case of melting between the thrust area and the melting area, a transition area (125, 225, 235) with a temperature gradient is formed, characterized in that the device has at least one inlet (115, 215 , 315) for introducing a coolant and at least one outlet (117, 217, 317) for discharging the coolant such that the filament and / or the molten starting material is or are coolable by direct contact by means of the coolant.

Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung einen zweiten Einlass, einen dritten Einlass, einen vierten Einlass und/oder weitere Einlässe zum Einbringen des Kühlmittels und/oder einen zweiten Auslass, einen dritten Auslass, einen vierten Auslass und/oder weitere Auslässe zum Ausbringen des Kühlmittels aufweist.Device according to Claim 2 , characterized in that the device has a second inlet, a third inlet, a fourth inlet and / or further inlets for introducing the coolant and / or a second outlet, a third outlet, a fourth outlet and / or further outlets for discharging the coolant having.

Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung einen Spalt (119, 219, 319) zwischen einer inneren Wand der Vorrichtung und dem Filament aufweist, sodass das Kühlmittel durch den Spalt vom Einlass oder von den Einlässen zum Auslass oder zu den Auslässen strömbar ist.Device according to Claim 1 or 2 , characterized in that the device has a gap (119, 219, 319) between an inner wall of the device and the filament so that the coolant can flow through the gap from the inlet or from the inlets to the outlet or to the outlets.

Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Einlass oder die Einlässe zum Einbringen des Kühlmittels am Filamenteinlass und/oder am Schubbereich und der Auslass oder die Auslässe zum Ausbringen des Kühlmittels am Übergangsbereich und/oder am Schmelzbereich angeordnet sind oder umgekehrt.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the inlet or the inlets for introducing the coolant are arranged at the filament inlet and / or on the thrust area and the outlet or outlets for discharging the coolant are arranged on the transition area and / or on the melting area or vice versa.

Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Einlass oder die Einlässe zum Einbringen des Kühlmittels nach dem Schubbereich an einem Anfang des Übergangsbereiches und der Auslass oder die Auslässe an einem Ende des Übergangsbereiches vor dem Schmelzbereich angeordnet sind.Device according to one of the Claims 1 to 3 , characterized in that the inlet or the inlets for introducing the coolant after the thrust area are arranged at a beginning of the transition area and the outlet or the outlets are arranged at an end of the transition area in front of the melting area.

Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung am Filamenteinlass eine Schleuse (304) zum Verhindern eines Austretens des Kühlmittels aufweist.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the device has a lock (304) at the filament inlet to prevent the coolant from escaping.

Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung als Kühlmittel eine Flüssigkeit und/oder ein Gas, insbesondere ein Inert- und/oder Schutzgas, aufweist.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the device has a liquid and / or a gas, in particular an inert and / or protective gas, as the coolant.

Drucker zum 3-D-Drucken mittels Schmelzschichtauftrag auf einer Bauplattform, dadurch gekennzeichnet, dass der Drucker mindestens eine Vorrichtung zum Schmelzen und Extrudieren eines Filamentes für einen Schmelzschichtauftrag nach einem der Ansprüche 1 bis 7 aufweist.Printer for 3-D printing by means of melt layer application on a building platform, characterized in that the printer has at least one device for melting and extruding a filament for melt layer application according to one of the Claims 1 to 7th having.

Drucker nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Drucker eine neigbare Bauplattform aufweist.Printer after Claim 8 , characterized in that the printer has a tiltable build platform.