DE102020105362A1 - Extrusion device for extrusion-based production of at least one three-dimensional object - Google Patents
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Abstract
Extrusionseinrichtung (1) zur extrusionsbasierten Herstellung wenigstens eines dreidimensionalen Objekts, umfassend:- wenigstens eine erste Extrusionseinheit (3), welche zum Aufschmelzen eines Extrusionsmaterials eingerichtet ist,- wenigstens eine mit der ersten Extrusionseinheit (3) verbindbare oder verbundene zweite Extrusionseinheit (4), welche zum Austragen eines vermittels der wenigstens einen ersten Extrusionseinheit (3) aufgeschmolzenen Extrusionsmaterials auf einen Untergrund (2) eingerichtet ist,- wenigstens eine der wenigstens einen zweiten Extrusionseinheit (4) zuordenbare oder zugeordnete Materialeinbringeinrichtung (5), welche zum Einbringen wenigstens eines Zusatzmaterials in ein vermittels der wenigstens einen zweiten Extrusionseinheit (4) auf einen Untergrund (2) auszutragendes Extrusionsmaterial eingerichtet ist.Extrusion device (1) for the extrusion-based production of at least one three-dimensional object, comprising: - at least one first extrusion unit (3) which is set up to melt an extrusion material, - at least one second extrusion unit (4) which can be or is connected to the first extrusion unit (3), which is set up to discharge an extrusion material melted by means of the at least one first extrusion unit (3) onto a substrate (2), an extrusion material to be discharged onto a substrate (2) by means of the at least one second extrusion unit (4) is set up.
Description
Die Erfindung betrifft eine Extrusionseinrichtung zur extrusionsbasierten Herstellung wenigstens eines dreidimensionalen Objekts.The invention relates to an extrusion device for the extrusion-based production of at least one three-dimensional object.
Eine derartige Extrusionseinrichtung zur extrusionsbasierten Herstellung dreidimensionaler Objekte ist aus dem Stand der Technik dem Grunde nach bekannt und umfasst typischerweise wenigstens eine Extrusionseinheit, welche zum Aufschmelzen bzw. Plastifizieren eines Extrusionsmaterials eingerichtet ist.Such an extrusion device for the extrusion-based production of three-dimensional objects is basically known from the prior art and typically comprises at least one extrusion unit which is set up for melting or plasticizing an extrusion material.
Bisweilen kann es im Rahmen der extrusionsbasierten Herstellung eines dreidimensionalen Objekts vermittels einer entsprechenden Extrusionseinrichtung erforderlich sein, einem zu verarbeitenden Extrusionsmaterial ein Zusatzmaterial beizumengen, etwa um einem herzustellenden dreidimensionalen Objekt bestimmte strukturelle Eigenschaften, d. h. insbesondere mechanische Eigenschaften, zu verleihen, was durch die Beimengung von die strukturellen Eigenschaften des herzustellenden dreidimensionalen Objekts beeinflussenden Zusatzmaterialien, d. h. z. B. Verstärkungsmaterialien, erreicht werden kann, und/oder um einem herzustellenden dreidimensionalen Objekt bestimmte optische Eigenschaften, d. h. insbesondere bestimmte Farbeigenschaften, zu verleihen, was durch die Beimengung von die optischen Eigenschaften des herzustellenden dreidimensionalen Objekts beeinflussenden Zusatzmaterialien, d. h. z. B. Farbstoffmaterialien, erreicht werden kann.Sometimes it may be necessary in the context of extrusion-based production of a three-dimensional object by means of a corresponding extrusion device to add an additional material to an extrusion material to be processed, for example to give a three-dimensional object to be produced certain structural properties, i.e. H. in particular mechanical properties, which is achieved by adding additional materials that influence the structural properties of the three-dimensional object to be produced, d. H. z. B. reinforcement materials, can be achieved, and / or to a three-dimensional object to be produced certain optical properties, d. H. in particular to impart certain color properties, which is achieved by adding additional materials which influence the optical properties of the three-dimensional object to be produced, d. H. z. B. dye materials, can be achieved.
Die Beimengung entsprechender Zusatzmaterialien in ein vermittels einer Extrusionseinrichtung verarbeitbares bzw. zu verarbeitendes Extrusionsmaterial erfordert bis dato regelmäßig vergleichsweise aufwendig gestaltete konstruktive Lösungen, sodass ein Bedarf nach einer Extrusionseinrichtung mit einer einfachen, gleichwohl zuverlässigen Möglichkeit der Beimengung entsprechender Zusatzmaterialien in ein vermittels der Extrusionseinrichtung verarbeitbares bzw. zu verarbeitendes Extrusionsmaterial besteht.The admixture of corresponding additional materials in an extrusion material that can be processed or processed by means of an extrusion device has up to now regularly required comparatively complex design solutions, so that there is a need for an extrusion device with a simple, yet reliable option of adding corresponding additional materials to an extrusion material that can be processed or processed by means of the extrusion device. to be processed extrusion material exists.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Extrusionseinrichtung mit einer einfachen, gleichwohl zuverlässigen Möglichkeit der Beimengung entsprechender Zusatzmaterialien in ein vermittels der Extrusionseinrichtung verarbeitbares bzw. zu verarbeitendes Extrusionsmaterial anzugeben.The invention is based on the object of specifying an extrusion device with a simple, yet reliable possibility of adding appropriate additional materials to an extrusion material that can be or is to be processed by means of the extrusion device.
Die Aufgabe wird durch eine Extrusionseinrichtung zur extrusionsbasierten Herstellung wenigstens eines dreidimensionalen Objekts gemäß Anspruch 1 gelöst. Die hierzu abhängigen Ansprüche betreffen mögliche Ausführungsformen der Extrusionseinrichtung.The object is achieved by an extrusion device for the extrusion-based production of at least one three-dimensional object according to
Ein erster Aspekt der hierin beschriebenen Erfindung betrifft eine Extrusionseinrichtung zur extrusionsbasierten Herstellung wenigstens eines dreidimensionalen Objekts. Die Extrusionseinrichtung ist sonach zur extrusionsbasierten Herstellung wenigstens eines dreidimensionalen Objekts eingerichtet. Im Besonderen ist die Extrusionseinrichtung zur zumindest abschnittsweisen, gegebenenfalls vollständigen, lagen- bzw. schichtweisen extrusionsbasierten Herstellung eines entsprechenden dreidimensionalen Objekts eingerichtet; die extrusionsbasierte Herstellung eines entsprechenden dreidimensionalen Objekts kann vermittels der Extrusionseinrichtung sonach zumindest abschnittsweise, gegebenenfalls vollständig, lagen- bzw. schichtweise erfolgen.A first aspect of the invention described herein relates to an extrusion device for the extrusion-based production of at least one three-dimensional object. The extrusion device is therefore set up for the extrusion-based production of at least one three-dimensional object. In particular, the extrusion device is set up for at least section-wise, possibly complete, layer-wise or layer-wise extrusion-based production of a corresponding three-dimensional object; the extrusion-based production of a corresponding three-dimensional object can therefore take place at least in sections, possibly completely, in layers or in layers by means of the extrusion device.
Unter dem Begriff „Objekt“ kann grundsätzlich jedweder dreidimensionale Gegenstand oder jedweder Abschnitt eines dreidimensionalen Gegenstands verstanden werden. Ein dreidimensionaler Gegenstand kann z. B. ein technisches Bauelement oder eine technische Bauelementgruppe sein. Ein Abschnitt eines dreidimensionalen Gegenstands kann entsprechend ein Abschnitt eines technischen Bauelements oder ein Abschnitt einer technischen Bauelementgruppe sein.The term “object” can in principle be understood to mean any three-dimensional object or any section of a three-dimensional object. A three-dimensional object can e.g. B. be a technical component or a technical component group. A section of a three-dimensional object can accordingly be a section of a technical component or a section of a technical component group.
Die Extrusionseinrichtung ist entsprechend zur extrusionsbasierten Verarbeitung wenigstens eines Extrusionsmaterials, d. h. zur Extrusion wenigstens eines Extrusionsmaterials auf einen Untergrund, eingerichtet. Unter einem Extrusionsmaterial ist typischerweise ein extrudierbares bzw. extrusionsfähiges Kunststoffmaterial zu verstehen. Bei einem vermittels der Extrusionseinrichtung verarbeitbaren Extrusionsmaterial handelt es sich sonach typischerweise um ein extrudierbares bzw. extrusionsfähiges Kunststoffmaterial. Der Begriff „Kunststoffmaterial“ kann auch Mischungen wenigstens zweier chemisch unterschiedlicher Kunststoffmaterialien und/oder Mischungen wenigstens eines Kunststoffmaterials mit wenigstens einem Zusatzmaterial beinhalten.The extrusion device is correspondingly for the extrusion-based processing of at least one extrusion material, i. H. set up for the extrusion of at least one extrusion material onto a substrate. An extrusion material is typically to be understood as an extrudable or extrudable plastic material. An extrusion material that can be processed by means of the extrusion device is therefore typically an extrudable or extrudable plastic material. The term “plastic material” can also include mixtures of at least two chemically different plastic materials and / or mixtures of at least one plastic material with at least one additional material.
Die Extrusionseinrichtung umfasst wenigstens eine erste Extrusionseinheit und wenigstens eine mit der ersten Extrusionseinheit verbindbare oder verbundene zweite Extrusionseinheit. Wenngleich die Extrusionseinrichtung sonach mehrere erste Extrusionseinheiten und/oder mehrere zweite Extrusionseinheiten umfassen kann, ist im Weiteren weitgehend von einer ersten Extrusionseinheit bzw. einer zweiten Extrusionseinheit die Rede; die nachfolgenden Ausführungen und Erläuterungen gelten jedoch analog für Ausführungsformen der Extrusionseinrichtung mit mehreren ersten Extrusionseinheiten und/oder mit mehreren zweiten Extrusionseinheiten.The extrusion device comprises at least one first extrusion unit and at least one second extrusion unit which can be or is connected to the first extrusion unit. Although the extrusion device can therefore comprise a plurality of first extrusion units and / or a plurality of second extrusion units, a first extrusion unit or a second extrusion unit is largely referred to below; However, the following explanations and explanations apply analogously to embodiments of the extrusion device with a plurality of first extrusion units and / or with a plurality of second extrusion units.
Die erste Extrusionseinheit ist zum Aufschmelzen bzw. Plastifizieren wenigstens eines Extrusionsmaterials eingerichtet. Die erste Extrusionseinheit umfasst typischerweise wenigstens eine Extruderkammer (erste Extruderkammer), in welcher wenigstens eine erste Extruderschnecke angeordnet oder ausgebildet ist. Prinzipiell können in der ersten Extruderkammer auch mehrere Extruderschnecken angeordnet oder ausgebildet sein. Insbesondere ist eine Ausführung der ersten Extrusionseinheit mit einer Doppelschnecke denkbar; ein besonderer Vorteil hierin läge in den zwangsfördernden Eigenschaften jeweiliger, z. B. paralleler oder konischer, Doppelschneckenanordnungen. Die erste Extruderkammer kann durch ein Gehäuse bzw. einen Gehäuseabschnitt der ersten Extrusionseinheit begrenzt sein. Der ersten Extruderschnecke kann eine, insbesondere motorische, Antriebseinrichtung, welche zur Erzeugung einer die erste Extruderschnecke in eine Bewegung, d. h. insbesondere eine Drehbewegung um eine durch die erste Extruderschnecke definierte Extruderachse, versetzenden Antriebskraft bzw. eines entsprechenden Antriebsmoments eingerichtet ist. Die erste Extrusionseinheit, d. h. insbesondere die der ersten Extrusionseinheit zugehörige erste Extruderkammer, umfasst typischerweise wenigstens eine, gegebenenfalls düsenartige bzw. -förmige, Austragsöffnung (erste Austrittsöffnung), über welche sich Extrusionsmaterial aus der ersten Extrusionseinheit in die zweite Extrusionseinheit, d. h. insbesondere in eine Extruderkammer der zweiten Extrusionseinheit, austragen lässt. Die erste Extrusionseinheit kann auch als „Hauptextruder“ bezeichnet bzw. erachtet werden.The first extrusion unit is at least one for melting or plasticizing Extrusion material set up. The first extrusion unit typically comprises at least one extruder chamber (first extruder chamber) in which at least one first extruder screw is arranged or formed. In principle, several extruder screws can also be arranged or formed in the first extruder chamber. In particular, an embodiment of the first extrusion unit with a twin screw is conceivable; a particular advantage here would be the positive properties of the respective, e.g. B. parallel or conical, twin screw arrangements. The first extruder chamber can be delimited by a housing or a housing section of the first extrusion unit. The first extruder screw can have a drive device, in particular a motor-driven one, which is set up to generate a drive force or a corresponding drive torque that displaces the first extruder screw in a movement, ie in particular a rotary movement about an extruder axis defined by the first extruder screw. The first extrusion unit, ie in particular the first extrusion chamber belonging to the first extrusion unit, typically comprises at least one, optionally nozzle-like or -shaped, discharge opening (first discharge opening), via which extrusion material flows from the first extrusion unit into the second extrusion unit, ie in particular into an extruder chamber the second extrusion unit, can be discharged. The first extrusion unit can also be referred to or viewed as the “main extruder”.
Die zweite Extrusionseinheit umfasst typischerweise wenigstens eine Extruderkammer (zweite Extruderkammer), in welcher wenigstens eine zweite Extruderschnecke angeordnet oder ausgebildet ist. Prinzipiell können in der zweiten Extruderkammer auch mehrere Extruderschnecken angeordnet oder ausgebildet sein. Insbesondere ist eine Ausführung der zweiten Extrusionseinheit mit einer Doppelschnecke denkbar; ein besonderer Vorteil hierin läge wiederum in den zwangsfördernden Eigenschaften jeweiliger, z. B. paralleler oder konischer, Doppelschneckenanordnungen. Die zweite Extruderkammer kann durch ein Gehäuse bzw. einen Gehäuseabschnitt der zweiten Extrusionseinheit begrenzt sein. Der zweiten Extruderschnecke kann eine, insbesondere motorische, Antriebseinrichtung, welche zur Erzeugung einer die zweite Extruderschnecke in eine Bewegung, d. h. insbesondere eine Drehbewegung um eine durch die zweite Extruderschnecke definierte Extruderachse, versetzenden Antriebskraft bzw. eines entsprechenden Antriebsmoments eingerichtet ist. Die zweite Extrusionseinheit, d. h. insbesondere die der zweiten Extrusionseinheit zugehörige zweite Extruderkammer, umfasst wenigstens eine, gegebenenfalls düsenartige bzw. -förmige, Austragsöffnung (zweite Austrittsöffnung), über welche sich Extrusionsmaterial aus der zweiten Extrusionseinheit auf einen Untergrund austragen lässt. Die zweite Extrusionseinheit ist entsprechend zum Austragen eines vermittels der ersten Extrusionseinheit aufgeschmolzenen Extrusionsmaterials auf einen Untergrund, d. h. insbesondere auf eine Bauplatte, auf ein Objekt, oder auf eine Lage bzw. Schicht des oder eines Extrusionsmaterials, eingerichtet. Die zweite Extrusionseinheit ist insbesondere eingerichtet, ein aufgeschmolzenes Extrusionsmaterial kontinuierlich, d. h. z. B. in einer kontinuierlichen Materialbahn bzw. in einem kontinuierlichen Materialstrang, oder diskontinuierlich, d. h. z. B. in einer diskontinuierlichen Materialbahn bzw. in einem diskontinuierlichen Materialstrang bzw. in mehreren diskreten Materialportionen, auf einen Untergrund auszutragen. Dabei ist es prinzipiell denkbar, dass die Art der Austragung des Extrusionsmaterials über die zweite Extrusionseinheit, z. B. innerhalb einer Schicht und/oder zwischen mehreren Schichten, variiert. Mithin können Austragparameter, wie z. B. Austragsmenge, in Abhängigkeit diverser Parameter, wie z. B. der Bahnbreite, Bahngeschwindigkeit, etc., variierbar sein. Die zweite Extrusionseinheit kann auch als „Nebenextruder“ bezeichnet bzw. erachtet werden.The second extrusion unit typically comprises at least one extruder chamber (second extruder chamber) in which at least one second extruder screw is arranged or formed. In principle, several extruder screws can also be arranged or formed in the second extruder chamber. In particular, an embodiment of the second extrusion unit with a twin screw is conceivable; a particular advantage here would be the positive properties of the respective, z. B. parallel or conical, twin screw arrangements. The second extruder chamber can be delimited by a housing or a housing section of the second extrusion unit. The second extruder screw can have a drive device, in particular a motor-driven one, which is used to generate a movement of the second extruder screw, i. H. in particular a rotary movement about an extruder axis defined by the second extruder screw, displacing drive force or a corresponding drive torque is set up. The second extrusion unit, i. H. in particular the second extruder chamber belonging to the second extrusion unit comprises at least one, optionally nozzle-like or nozzle-shaped, discharge opening (second discharge opening), via which extrusion material can be discharged from the second extrusion unit onto a substrate. The second extrusion unit is correspondingly for discharging an extrusion material melted by means of the first extrusion unit onto a substrate, i. E. H. in particular on a building board, on an object, or on a layer or layer of the or an extrusion material. The second extrusion unit is set up, in particular, to continuously process a melted extrusion material, i. H. z. B. in a continuous material web or in a continuous material strand, or discontinuously, d. H. z. B. in a discontinuous material web or in a discontinuous strand of material or in several discrete portions of material to be discharged onto a substrate. In principle, it is conceivable that the type of discharge of the extrusion material via the second extrusion unit, e.g. B. within a layer and / or between several layers, varies. Thus, discharge parameters, such as. B. discharge rate, depending on various parameters such. B. the web width, web speed, etc. can be varied. The second extrusion unit can also be referred to or viewed as a “secondary extruder”.
Die Verbindung zwischen der ersten Extrusionseinheit und der zweiten Extrusionseinheit ermöglicht insbesondere ein Strömen eines vermittels der ersten Extrusionseinheit wenigstens teilweise, insbesondere vollständig, aufgeschmolzenen Extrusionsmaterials von der ersten Extrusionseinheit, d. h. insbesondere der der ersten Extrusionseinheit zugehörigen ersten Extruderkammer, in die zweite Extrusionseinheit, d. h. insbesondere in die der zweiten Extrusionseinheit zugehörige zweite Extruderkammer. Die Verbindung zwischen der ersten Extrusionseinheit und der zweiten Extrusionseinheit kann sonach eine strömungstechnische Verbindung sein, welche ein Strömen eines vermittels der ersten Extrusionseinheit wenigstens teilweise, insbesondere vollständig, aufgeschmolzenen Extrusionsmaterials von der ersten Extrusionseinheit, d. h. insbesondere der der ersten Extrusionseinheit zugehörigen ersten Extruderkammer, in die zweite Extrusionseinheit, d. h. insbesondere in die der zweiten Extrusionseinheit zugehörige zweite Extruderkammer, ermöglicht.The connection between the first extrusion unit and the second extrusion unit enables, in particular, an extrusion material that is at least partially, in particular completely, melted by means of the first extrusion unit to flow from the first extrusion unit, i. H. in particular the first extrusion chamber belonging to the first extrusion unit, into the second extrusion unit, d. H. in particular into the second extruder chamber belonging to the second extrusion unit. The connection between the first extrusion unit and the second extrusion unit can therefore be a fluidic connection, which enables an extrusion material that is at least partially, in particular completely, melted by means of the first extrusion unit to flow from the first extrusion unit, i. H. in particular the first extrusion chamber belonging to the first extrusion unit, into the second extrusion unit, d. H. in particular into the second extruder chamber belonging to the second extrusion unit.
Die Extrusionseinrichtung umfasst weiterhin eine oder mehrere der zweiten Extrusionseinheit zuordenbare oder zugeordnete Materialeinbringeinrichtung(en). Wenngleich die Extrusionseinrichtung sonach mehrere Materialeinbringeinrichtungen umfassen kann, ist im Weiteren weitgehend von einer Materialeinbringeinrichtung die Rede; die nachfolgenden Ausführungen und Erläuterungen gelten jedoch analog für Ausführungsformen der Extrusionseinrichtung mit mehreren Materialeinbringeinrichtungen.The extrusion device furthermore comprises one or more material introduction device (s) which can be assigned or assigned to the second extrusion unit. Although the extrusion device can thus comprise several material introduction devices, the following is largely referred to as a material introduction device; However, the following explanations and explanations apply analogously to embodiments of the extrusion device with several material introduction devices.
Die Materialeinbringeinrichtung ist zum Einbringen wenigstens eines Zusatzmaterials in ein bzw. das vermittels der zweiten Extrusionseinheit auf einen Untergrund auszutragende(s) Extrusionsmaterial eingerichtet. Vermittels der Materialeinbringeinrichtung lässt sich sonach wenigstens ein Zusatzmaterial in ein bzw. das vermittels der zweiten Extrusionseinheit auf einen Untergrund auszutragende(s) Extrusionsmaterial einbringen. Die Materialeinbringeinrichtung ist sonach derart mit der zweiten Extrusionseinheit verbindbar oder verbunden, dass sich wenigstens ein Zusatzmaterial in die zweite Extrusionseinheit, d. h. insbesondere in die zweite Extruderkammer, einbringen lässt.The material introduction device is for introducing at least one additional material into a or the extrusion material to be discharged onto a substrate by means of the second extrusion unit. By means of the material introduction device, at least one additional material can therefore be introduced into an extrusion material or the extrusion material to be discharged onto a substrate by means of the second extrusion unit. The material introduction device can therefore be connected or connected to the second extrusion unit in such a way that at least one additional material can be introduced into the second extrusion unit, ie in particular into the second extruder chamber.
Die Verbindung zwischen der Materialeinbringeinrichtung und der zweiten Extrusionseinheit ist sonach typischerweise eine strömungstechnische Verbindung, welche ein Strömen wenigstens eines Zusatzmaterials in die zweite Extrusionseinheit, d. h. insbesondere in eine bzw. die der zweiten Extrusionseinheit zugehörige zweite Extruderkammer, ermöglicht. Die Verbindung zwischen der Materialeinbringeinrichtung und der zweiten Extrusionseinheit ermöglicht grundsätzlich die Einbringung von gasförmigem, flüssigem oder festem Zusatzmaterial in die zweite Extrusionseinheit. Die konkrete funktionelle bzw. konstruktive Umsetzung der Verbindung zwischen der Materialeinbringeinrichtung und der zweiten Extrusionseinheit ist sonach typischerweise im Hinblick auf einen bestimmten Aggregatzustand bzw. eine bestimmte Beschaffenheit des einzubringenden Zusatzmaterials gewählt.The connection between the material introduction device and the second extrusion unit is therefore typically a fluidic connection, which enables at least one additional material to flow into the second extrusion unit, i. H. in particular in a second extruder chamber or that belonging to the second extrusion unit. The connection between the material introduction device and the second extrusion unit basically enables gaseous, liquid or solid additional material to be introduced into the second extrusion unit. The specific functional or structural implementation of the connection between the material feeding device and the second extrusion unit is therefore typically selected with a view to a specific state of aggregation or a specific nature of the additional material to be introduced.
Die Materialeinbringeinrichtung kann als eine Fördereinrichtung, welche zur Förderung wenigstens eines Zusatzmaterials, insbesondere von wenigstens einer der Materialeinbringeinrichtung zuordenbaren oder zugeordneten reservoirartigen bzw. -förmigen Sammeleinrichtung, in die zweite Extrusionseinheit, d. h. insbesondere in die zweite Extruderkammer respektive in ein in dieser befindliches Extrusionsmaterial, eingerichtet ist, ausgebildet sein oder wenigstens eine solche umfassen. Denkbar ist es auch, dass der Materialeinbringeinrichtung eine entsprechende Fördereinrichtung zugeordnet ist. In allen Fällen kann eine entsprechende Fördereinrichtung z. B. als Förderpumpeneinrichtung ausgebildet sein oder wenigstens eine solche umfassen. Die konkrete funktionelle bzw. konstruktive Ausgestaltung einer entsprechenden Fördereinrichtung ergibt sich typischerweise aus dem Aggregatzustand bzw. der Beschaffenheit und somit aus den Fördereigenschaften des in die zweite Extrusionseinheit einzubringenden Zusatzmaterials.The material introduction device can be used as a conveying device, which is used to convey at least one additional material, in particular at least one reservoir-like or reservoir-shaped collecting device that can be assigned or assigned to the material introduction device, into the second extrusion unit, i. H. in particular in the second extruder chamber or in an extrusion material located in it, be formed or comprise at least one such. It is also conceivable that the material introduction device is assigned a corresponding conveying device. In all cases, a corresponding conveyor z. B. be designed as a feed pump device or at least include one such. The specific functional or structural design of a corresponding conveying device typically results from the aggregate state or the nature and thus from the conveying properties of the additional material to be introduced into the second extrusion unit.
Die Materialeinbringeinrichtung kann alternativ oder ergänzend als eine Dosiereinrichtung, welche zur Dosierung einer bestimmten Menge eines Zusatzmaterials in die zweite Extrusionseinheit, d. h. insbesondere in die zweite Extruderkammer respektive in ein in dieser befindliches Extrusionsmaterial, eingerichtet ist, ausgebildet sein oder wenigstens eine solche umfassen. Denkbar ist es auch, dass der Materialeinbringeinrichtung eine entsprechende Dosiereinrichtung zugeordnet ist. In allen Fällen kann eine entsprechende Dosiereinrichtung z. B. als, gegebenenfalls druckbeaufschlagbare bzw. druckbeaufschlagte, Dosierventileinrichtung ausgebildet sein oder wenigstens eine solche umfassen. Die konkrete funktionelle bzw. konstruktive Ausgestaltung einer entsprechenden Dosiereinrichtung ergibt sich typischerweise aus dem Aggregatzustand bzw. der Beschaffenheit und somit aus den Dosiereigenschaften des in die zweite Extrusionseinheit einzubringenden Zusatzmaterials.The material introduction device can alternatively or additionally be used as a metering device which is used to meter a certain amount of an additional material into the second extrusion unit, i. H. in particular in the second extruder chamber or in an extrusion material located in it, be formed or comprise at least one such. It is also conceivable that the material introduction device is assigned a corresponding metering device. In all cases, a corresponding metering device, for. B. be designed as, optionally pressurizable or pressurized, metering valve device or comprise at least one such. The specific functional or structural configuration of a corresponding metering device typically results from the state of aggregation or the nature and thus from the metering properties of the additional material to be introduced into the second extrusion unit.
Der Materialeinbringeinrichtung kann, wie angedeutet, wenigstens eine reservoirartige bzw. -förmige Sammeleinrichtung, welche zum Sammeln von vermittels der Materialeinbringeinrichtung in die zweite Extrusionseinheit einbringbarem bzw. einzubringendem Zusatzmaterial eingerichtet ist, zuordenbar oder zugeordnet sein. Sofern die Sammeleinrichtung räumlich getrennt zu der Materialeinbringeinrichtung angeordnet oder ausgebildet ist, besteht zwischen der Materialeinbringeinrichtung und der Sammeleinrichtung eine strömungstechnische Verbindung, über welche Zusatzmaterial aus der Sammeleinrichtung zu der Materialeinbringeinrichtung strömen kann.As indicated, at least one reservoir-like or reservoir-shaped collecting device, which is set up to collect additional material that can be introduced or is to be introduced into the second extrusion unit by means of the material introduction device, can be assigned or assigned to the material introduction device. If the collecting device is arranged or designed spatially separate from the material feeding device, there is a fluidic connection between the material feeding device and the collecting device, via which additional material can flow from the collecting device to the material feeding device.
Unter einem Zusatzmaterial kann im Allgemeinen - unabhängig von seinem Aggregatzustand respektive seiner Beschaffenheit - jedwedes Material bzw. jedwede Materialmischung verstanden werden, welche(s) die chemischen und/oder physikalischen Eigenschaften eines vermittels der Extrusionseinrichtung herzustellenden dreidimensionalen Objekts beeinflussen kann. Bei einem Zusatzmaterial kann es sich sonach z. B. um ein die strukturellen Eigenschaften eines herzustellenden dreidimensionalen Objekts beeinflussendes Material, d. h. z. B. um ein Fasermaterial bzw. Verstärkungsmaterial, wie z. B. ein Verstärkungsfasermaterial, und/oder um ein die optischen Eigenschaften eines herzustellenden dreidimensionalen Objekts beeinflussendes Material, d. h. z. B. um ein Farbstoffmaterial, wie z. B. ein Farbpigmentmaterial, handeln. Alternativ oder ergänzend sind andere Zusatzmaterialien, wie z. B. ein einen Schäumvorgang des Extrusionsmaterials herbeiführendes Schäummaterial, d. h. z. B. ein Treibmittelmaterial, denkbar. Mischungen chemisch und/oder physikalisch unterschiedlicher Zusatzmaterialien sind denkbar.An additional material can generally be understood - regardless of its physical state or its nature - to be any material or any material mixture which can influence the chemical and / or physical properties of a three-dimensional object to be produced by means of the extrusion device. In the case of an additional material, it can be, for. B. a material influencing the structural properties of a three-dimensional object to be produced, d. H. z. B. to a fiber material or reinforcing material, such as. B. a reinforcing fiber material, and / or a material influencing the optical properties of a three-dimensional object to be produced, d. H. z. B. to a dye material such. B. a color pigment material act. Alternatively or in addition, other additional materials, such as. B. a foaming material causing the extrusion material to foam, d. H. z. B. a propellant material, conceivable. Mixtures of chemically and / or physically different additional materials are conceivable.
Insbesondere im Zusammenhang mit einem Zusatzmaterial in Form eines Fasermaterials, jedoch keinesfalls hierauf beschränkt, ist eine Ausführung wenigstens einer mit einer als Hohlschnecke ausgeführten zweiten Extruderschnecke zusammenwirkenden Materialeinbringeinrichtung denkbar. Eine entsprechende Materialeinbringeinrichtung kann sonach eingerichtet sein, wenigstens ein Zusatzmaterial, wie z. B. ein Fasermaterial, z. B. aus einer reservoirartigen bzw. -förmigen Sammeleinrichtung, in den Hohlraum einer Hohlschnecke einzubringen, über welchen das wenigstens eine Zusatzmaterial hohlraumaustrittsseitig in ein vermittels der zweiten Extrusionseinheit auf einen Untergrund auszutragendes Extrusionsmaterial einbringbar ist. Konkret könnte derart z. B. ein Fasermaterial, d. h. insbesondere ein Endlosfasermaterial, über eine entsprechende Hohlschnecke in einen Schmelzefluss eingebracht werden. Analoges gilt für Zusatzmaterialien, welche kein Fasermaterial sind.In particular in connection with an additional material in the form of a fiber material, but in no way limited to this, an embodiment of at least one material feeding device cooperating with a second extruder screw designed as a hollow screw is conceivable. A corresponding material introduction device can therefore be set up, at least one additional material, such as z. B. a fiber material, e.g. B. from a reservoir-like or -shaped collecting device, to be introduced into the cavity of a hollow screw, via which the at least one additional material can be introduced on the cavity exit side into an extrusion material to be discharged onto a substrate by means of the second extrusion unit. Specifically, such z. B. a fiber material, ie in particular a continuous fiber material, can be introduced into a melt flow via a corresponding hollow screw. The same applies to additional materials that are not fiber material.
Die Materialeinbringeinrichtung eröffnet sonach eine einfache, gleichwohl zuverlässige Möglichkeit der Beimengung entsprechender Zusatzmaterialien in ein vermittels der Extrusionseinrichtung verarbeitbares bzw. zu verarbeitendes Extrusionsmaterial.The material introduction device thus opens up a simple, yet reliable possibility of adding appropriate additional materials to an extrusion material that can be or is to be processed by means of the extrusion device.
Die wenigstens eine erste Extrusionseinheit und/oder die wenigstens eine zweite Extrusionseinheit und/oder die wenigstens eine Materialeinbringeinrichtung können strukturelle Bestandteile einer Extrusionsbaugruppe sein. Mithin können die wenigstens eine erste Extrusionseinheit und/oder die wenigstens eine zweite Extrusionseinheit und/oder die wenigstens eine Materialeinbringeinrichtung baulich kompakt in einer entsprechenden Extrusionsbaugruppe zusammengefasst sein. Selbstverständlich könnten in einer entsprechenden Extrusionsbaugruppe auch mehr als zwei Extrusionseinheiten bzw. mehr als eine Materialeinbringeinrichtung baulich zusammengefasst sein. Eine entsprechende Extrusionsbaugruppe kann in allen Ausführungsformen als Druckkopf respektive nach Art eines solchen ausgebildet sein.The at least one first extrusion unit and / or the at least one second extrusion unit and / or the at least one material introduction device can be structural components of an extrusion assembly. The at least one first extrusion unit and / or the at least one second extrusion unit and / or the at least one material introduction device can therefore be combined in a structurally compact manner in a corresponding extrusion assembly. Of course, more than two extrusion units or more than one material feeding device could also be structurally combined in a corresponding extrusion assembly. A corresponding extrusion assembly can in all embodiments be designed as a print head or in the manner of such a head.
Wie erwähnt, umfasst die erste Extrusionseinheit wenigstens eine eine erste Extruderachse definierende erste Extruderschnecke und die zweite Extrusionseinheit wenigstens eine eine zweite Extruderachse definierende zweite Exruderschnecke. Die zweite Extruderachse kann parallel oder winklig relativ zu der ersten Extruderachse angeordnet und/oder ausgerichtet sein. Hieraus ergeben sich unterschiedlich konfigurierbare Bauformmöglichkeiten der Extrusionseinrichtung, welche sich insbesondere durch die Anordnung bzw. Ausrichtung der jeweiligen Extruderachsen und daraus folgend durch die Anordnung bzw. Ausrichtung der jeweiligen Extruderschnecken, der jeweiligen Extruderkammern sowie der der diese jeweilig begrenzenden Gehäuse bzw. Gehäuseabschnitte definieren.As mentioned, the first extrusion unit comprises at least one first extruder screw defining a first extruder axis and the second extrusion unit comprises at least one second extruder screw defining a second extruder axis. The second extruder axis can be arranged and / or aligned parallel or at an angle relative to the first extruder axis. This results in differently configurable design options for the extrusion device, which are defined in particular by the arrangement or orientation of the respective extruder axes and, consequently, by the arrangement or orientation of the respective extruder screws, the respective extruder chambers and the housing or housing sections delimiting them.
In einer beispielhaften Ausführungsform, welche typischerweise in einer vergleichsweise kompakten Bauform der Extrusionseinrichtung resultiert, kann die zweite Extruderachse winklig, d. h. insbesondere in einem Winkel zwischen 0 und 90°, insbesondere in einem Winkel zwischen 10 und 70°, bevorzugt in einem Winkel zwischen 20 und 60°, relativ zu der ersten Extruderachse angeordnet und/oder ausgerichtet sein.In an exemplary embodiment, which typically results in a comparatively compact design of the extrusion device, the second extruder axis can be angled, i. H. be arranged and / or aligned in particular at an angle between 0 and 90 °, in particular at an angle between 10 and 70 °, preferably at an angle between 20 and 60 °, relative to the first extruder axis.
Dabei kann die erste Extruderachse eine Austragsachse, in welcher aufgeschmolzenes Extrusionsmaterial auf einen Untergrund austragbar ist, definieren. Die zweite Extruderschnecke kann sonach derart winklig relativ zu der ersten Extruderschnecke angeordnet bzw. ausgerichtet sein, dass eine Austragsachse, in welcher aufgeschmolzenes Extrusionsmaterial auf einen Untergrund austragbar ist, mit der ersten Extruderachse fluchtet. Hieraus ergibt sich auch, dass eine Austrittsöffnung, über welche aufgeschmolzenes Extrusionsmaterial auf einen Untergrund austragbar ist, mit der ersten Extruderachse fluchten kann.The first extruder axis can define a discharge axis in which melted extrusion material can be discharged onto a substrate. The second extruder screw can therefore be arranged or oriented at an angle relative to the first extruder screw in such a way that a discharge axis, in which melted extrusion material can be discharged onto a substrate, is aligned with the first extruder axis. This also means that an outlet opening, via which melted extrusion material can be discharged onto a substrate, can be aligned with the first extruder axis.
Unabhängig von der Anordnung bzw. Ausrichtung der jeweiligen Extruderachsen kann bzw. können die erste Extrusionseinheit und/oder die zweite Extrusionseinheit abhängig oder unabhängig voneinander in wenigstens einem translatorischen und/oder rotatorischen Bewegungsfreiheitsgrad relativ zu einem Untergrund und/oder zu einem Objekt bewegbar gelagert sein. Der ersten Extrusionseinheit und/oder der zweiten Extrusionseinheit kann sonach eine, insbesondere motorische, Antriebseinrichtung zugeordnet sein, über welche sich eine die erste Extrusionseinheit und/oder die zweite Extrusionseinheit in eine translatorische und/oder rotatorische Bewegung relativ zu einem Untergrund und/oder zu einem Objekt versetzende Antriebskraft bzw. ein entsprechendes Antriebsmoment erzeugen lässt. Eine entsprechende Antriebseinrichtung kann Bestandteil einer Lagerungseinrichtung, welche zur bewegbaren Lagerung der ersten Extrusionseinheit und/oder der zweiten Extrusionseinheit in wenigstens einem translatorischen und/oder rotatorischen Bewegungsfreiheitsgrad relativ zu einem Untergrund und/oder zu einem Objekt eingerichtet ist, sein. Eine entsprechende Lagerungseinrichtung kann z. B. als eine ein- oder mehrachsige Robotereinrichtung ausgebildet sein oder eine solche umfassen.Regardless of the arrangement or alignment of the respective extruder axes, the first extrusion unit and / or the second extrusion unit can be mounted so as to be movable relative to a substrate and / or to an object, depending on or independently of one another, with at least one translational and / or rotational degree of freedom of movement. The first extrusion unit and / or the second extrusion unit can therefore be assigned a drive device, in particular a motorized one, by means of which the first extrusion unit and / or the second extrusion unit is in a translatory and / or rotational movement relative to a substrate and / or to a Can generate an object displacing drive force or a corresponding drive torque. A corresponding drive device can be part of a mounting device which is set up for the movable mounting of the first extrusion unit and / or the second extrusion unit in at least one translational and / or rotational degree of freedom of movement relative to a substrate and / or to an object. A corresponding storage device can, for. B. be designed as a single or multi-axis robot device or include such.
Im Hinblick auf eine räumlich getrennte Anordnung der ersten und der zweiten Extrusionseinheit respektive der jeweiligen Gehäuse der ersten und zweiten Extrusionseinheit gibt es für die bauliche Verbindung der ersten und der zweiten Extrusionseinheit unterschiedliche denkbare Ausführungsformen:
- Grundsätzlich gilt, dass die zweite Extrusionseinheit oder wenigstens eine zweite Extrusionseinheit ausrichtungs- und/oder positionsfest mit der ersten Extrusionseinheit verbindbar oder verbunden sein kann, oder die zweite Extrusionseinheit oder wenigstens eine zweite Extrusionseinheit ausrichtungs- und/oder positionsvariabel mit der ersten Extrusionseinheit verbindbar oder verbunden sein kann.
- Basically, the second extrusion unit or at least one second extrusion unit can be connected or connected to the first extrusion unit in an orientation and / or fixed position, or the second extrusion unit or at least one second extrusion unit can be connected or connected to the first extrusion unit in a variable orientation and / or position can be.
In der ersten Variante besteht zwischen dem Gehäuse respektive wenigstens einem Gehäuseabschnitt der ersten Extrusionseinheit und dem Gehäuse respektive wenigstens einem Gehäuseabschnitt der zweiten Extrusionseinheit typischerweise eine starre Verbindung, welche in einer ausrichtungs- und/oder positionsfesten Verbindung der zweiten Extrusionseinheit mit der ersten Extrusionseinheit, und umgekehrt, resultiert. In dieser Variante ist keine Änderung der Ausrichtung und/oder Position der zweiten Extrusionseinheit relativ zu der ersten Extrusionseinheit möglich; die zweite Extrusionseinheit befindet sich in einer definierten Ausrichtung und/oder Position relativ zu der ersten Extrusionseinheit. In dieser Variante können die erste Extrusionseinheit und die zweite Extrusionseinheit in einer gemeinsamen Gehäusestruktur der Extrusionseinrichtung respektive einer gemeinsamen Gehäusestruktur einer entsprechenden Extrusionsbaugruppe angeordnet oder ausgebildet sein. Die Gehäuse bzw. Gehäuseabschnitte der ersten und zweiten Extrusionseinheit können sonach Bestandteile einer übergeordneten Gehäusestruktur der Extrusionseinrichtung respektive einer gemeinsamen Gehäusestruktur einer entsprechenden Extrusionsbaugruppe bilden.In the first variant, there is typically a rigid connection between the housing or at least one housing section of the first extrusion unit and the housing or at least one housing section of the second extrusion unit, which in a fixed and / or positional connection of the second extrusion unit with the first extrusion unit, and vice versa , results. In this variant, it is not possible to change the orientation and / or position of the second extrusion unit relative to the first extrusion unit; the second extrusion unit is in a defined orientation and / or position relative to the first extrusion unit. In this variant, the first extrusion unit and the second extrusion unit can be arranged or formed in a common housing structure of the extrusion device or a common housing structure of a corresponding extrusion assembly. The housing or housing sections of the first and second extrusion units can therefore form components of a higher-level housing structure of the extrusion device or a common housing structure of a corresponding extrusion assembly.
In der zweiten Variante besteht zwischen dem Gehäuse respektive wenigstens einem Gehäuseabschnitt der ersten Extrusionseinheit und dem Gehäuse respektive wenigstens einem Gehäuseabschnitt der zweiten Extrusionseinheit typischerweise keine starre Verbindung, welche in einer ausrichtungs- und/oder positionsvariablen Verbindung der zweiten Extrusionseinheit mit der ersten Extrusionseinheit, und umgekehrt, resultiert. In dieser Variante ist eine Änderung der Ausrichtung und/oder Position der zweiten Extrusionseinheit relativ zu der ersten Extrusionseinheit möglich; die zweite Extrusionseinheit ist in mehrere definierte Ausrichtungen und/oder Positionen relativ zu der ersten Extrusionseinheit verbringbar. Die zweite Extrusionseinheit oder wenigstens eine zweite Extrusionseinheit ist hier typischerweise in wenigstens einem Bewegungsfreiheitsgrad bewegbar relativ zu der ersten Extrusionseinheit gelagert.In the second variant, there is typically no rigid connection between the housing or at least one housing section of the first extrusion unit and the housing or at least one housing section of the second extrusion unit, which would result in an alignment and / or position-variable connection between the second extrusion unit and the first extrusion unit, and vice versa , results. In this variant, it is possible to change the orientation and / or position of the second extrusion unit relative to the first extrusion unit; the second extrusion unit can be brought into several defined orientations and / or positions relative to the first extrusion unit. The second extrusion unit or at least one second extrusion unit is here typically mounted so as to be movable relative to the first extrusion unit with at least one degree of freedom of movement.
Die Verbindung zwischen der ersten Extrusionseinheit und der zweiten Extrusionseinheit kann - grundsätzlich unabhängig davon, ob die zweite Extrusionseinheit ausrichtungs- und/oder positionsfest oder ausrichtungs- und/oder positionsvariabel mit der ersten Extrusionseinheit verbunden ist - direkt oder indirekt sein. Für Varianten mit einer indirekten Verbindung gilt, dass die erste Extrusionseinheit über wenigstens ein Verbindungselement mit der zweiten Extrusionseinheit verbindbar oder verbunden sein kann. Das wenigstens eine Verbindungselement ist typischerweise eingerichtet, eine ein Strömen eines vermittels der ersten Extrusionseinheit aufgeschmolzenen Extrusionsmaterials aus der bzw. einer Extruderkammer der ersten Extrusionseinheit in die bzw. eine Extruderkammer der zweiten Extrusionseinheit ermöglichende Strömungsverbindung auszubilden.The connection between the first extrusion unit and the second extrusion unit can - in principle, regardless of whether the second extrusion unit is connected to the first extrusion unit in a fixed orientation and / or position or variable in orientation and / or position - be direct or indirect. For variants with an indirect connection, it applies that the first extrusion unit can be or can be connected to the second extrusion unit via at least one connecting element. The at least one connecting element is typically set up to form a flow connection which enables an extrusion material melted by means of the first extrusion unit to flow from the or an extruder chamber of the first extrusion unit into the or an extruder chamber of the second extrusion unit.
Das Verbindungselement oder wenigstens ein Verbindungselement kann starr ausgebildet sein, wobei es insbesondere als starres Leitungselement, bevorzugt als Rohrelement, ausgebildet ist. Diese Ausführungsform kann insbesondere für die erwähnte ausrichtungs- und/oder positionsfeste Verbindung zwischen der ersten Extrusionseinheit und der zweiten Extrusionseinheit zweckmäßig sein. Alternativ kann das Verbindungselement oder wenigstens ein Verbindungselement flexibel ausgebildet sein, wobei es insbesondere als flexibles Leitungselement, bevorzugt als Schlauchelement, ausgebildet ist. Diese Ausführungsform kann insbesondere für die erwähnte ausrichtungs- und/oder positionsvariable Verbindung zwischen der ersten Extrusionseinheit und der zweiten Extrusionseinheit zweckmäßig sein.The connecting element or at least one connecting element can be designed to be rigid, it being designed in particular as a rigid conduit element, preferably as a tubular element. This embodiment can be expedient in particular for the mentioned connection between the first extrusion unit and the second extrusion unit which is fixed in position and / or in a fixed position. Alternatively, the connecting element or at least one connecting element can be designed to be flexible, it being designed in particular as a flexible line element, preferably as a hose element. This embodiment can be useful in particular for the mentioned alignment and / or position-variable connection between the first extrusion unit and the second extrusion unit.
Grundsätzlich kann das wenigstens eine Verbindungselement in allen Ausführungsformen, beispielsweise teleskopartig bzw. -förmig, verlängerbar ausgebildet sein. Ein verlängerbares Verbindungselement ermöglicht es, den Abstand zwischen der ersten Extrusionseinheit und der zweiten Extrusionseinheit in wenigstens einer Raumrichtung einzustellen bzw. zu verändern. Dies kann z. B. für die Herstellung von Objekten mit variierenden Objektquerschnitten zweckmäßig sein.In principle, the at least one connecting element can be designed to be extendable in all embodiments, for example telescopically or in the form of a telescope. An extendable connecting element makes it possible to adjust or change the distance between the first extrusion unit and the second extrusion unit in at least one spatial direction. This can e.g. B. be useful for the production of objects with varying object cross-sections.
Einem entsprechenden Verbindungselement kann in allen Ausführungsformen eine Sperreinrichtung, welche zum zumindest abschnittsweisen Sperren der durch das Verbindungselement ausgebildeten Strömungsverbindung eingerichtet ist, zuordenbar oder zugeordnet sein. Die Strömungsverbindung zwischen der ersten Extrusionseinheit und der oder einer zweiten Extrusionseinheit kann sonach bedarfsweise und somit selektiv gesperrt und/oder entsperrt werden. Derart ist eine bedarfsweise Einbringung eines Zusatzmaterials in die zweite Extrusionseinheit möglich.In all embodiments, a blocking device, which is set up to block the flow connection formed by the connecting element, at least in sections, can be assigned or assigned to a corresponding connecting element. The flow connection between the first extrusion unit and the or a second extrusion unit can therefore be blocked and / or unblocked as required and thus selectively. In this way, an additional material can be introduced into the second extrusion unit as required.
Die Sperreinrichtung kann wenigstens ein Sperrelement umfassen, welches zwischen einer Sperrstellung, in welcher ein Strömen eines vermittels der wenigstens einen ersten Extrusionseinheit aufgeschmolzenen Extrusionsmaterials aus einer Extruderkammer der ersten Extrusionseinheit in eine Extruderkammer der wenigstens einen zweiten Extrusionseinheit oder wenigstens einer zweiten Extrusionseinheit nicht möglich ist, und wenigstens einer Nichtsperrstellung, in welcher ein Strömen eines vermittels der wenigstens einen ersten Extrusionseinheit aufgeschmolzenen Extrusionsmaterials aus einer Extruderkammer der ersten Extrusionseinheit in eine Extruderkammer der wenigstens einen zweiten Extrusionseinheit oder wenigstens einer zweiten Extrusionseinheit möglich ist, bewegbar gelagert ist. Das Sperrelement kann in der Sperrstellung z. B. abschnittsweise, insbesondere vollständig, in einen Strömungsquerschnitt eines Verbindungselements bewegt sein. Dem Sperrelement kann eine, insbesondere motorische, Antriebseinrichtung zugeordnet sein, welche eingerichtet ist, eine das Sperrelement in die Sperrstellung und/oder in die Nichtsperrstellung versetzende Antriebskraft bzw. ein entsprechendes Antriebsmoment zu erzeugen. Die Steuerung des Betriebs der Antriebseinrichtung und daraus resultierend die Steuerung von Bewegungen des Sperrelements erfolgt typischerweise über eine dieser zugeordnete hardware- und/oder softwaremäßig implementierte Steuerungseinrichtung.The blocking device can comprise at least one blocking element which is not possible between a blocking position in which a flow of an extrusion material melted by means of the at least one first extrusion unit from an extruder chamber of the first extrusion unit into an extruder chamber of the at least one second extrusion unit or at least one second extrusion unit is not possible, and at least one non-blocking position, in which a flow of an extrusion material melted by means of the at least one first extrusion unit from an extruder chamber of the first extrusion unit into an extruder chamber of the at least one second extrusion unit or at least one second extrusion unit is possible, is movably mounted. The locking element can in the locked position, for. B. in sections, in particular completely, be moved into a flow cross-section of a connecting element. The blocking element can be assigned a drive device, in particular a motorized one, which is set up to generate a drive force or a corresponding drive torque that moves the blocking element into the blocking position and / or into the non-blocking position. The control of the operation of the drive device and, as a result, the control of movements of the locking element, typically takes place via a control device assigned to it that is implemented in hardware and / or software.
Es wurde erwähnt, dass die Extrusionseinrichtung mehrere Materialeinbringeinrichtungen umfassen kann. Entsprechend können der zweiten Extrusionseinheit mehrere Materialeinbringeinrichtungen, welche jeweils zum Einbringen wenigstens eines Zusatzmaterials in ein vermittels der zweiten Extrusionseinheit auf einen Untergrund auszutragendes aufgeschmolzenes Extrusionsmaterial eingerichtet sind, zuordenbar oder zugeordnet sein. Dabei kann eine erste Materialeinbringeinrichtung zum Einbringen wenigstens eines ersten Zusatzmaterials in ein vermittels der zweiten Extrusionseinheit auf einen Untergrund auszutragendes aufgeschmolzenes Extrusionsmaterial eingerichtet sein und wenigstens eine weitere Materialeinbringeinrichtung zum Einbringen wenigstens eines sich in wenigstens einem chemischen und/oder physikalischen Parameter von dem ersten Zusatzmaterial unterscheidenden zweiten Zusatzmaterials in ein vermittels der zweiten Extrusionseinheit auf einen Untergrund auszutragendes aufgeschmolzenes Extrusionsmaterial eingerichtet sein. Der Betrieb der Materialeinbringeinrichtungen lässt sich über eine hardware- und/oder softwaremäßig implementierte Steuerungseinrichtung steuern. Mithin lassen sich in der zweiten Extrusionseinheit bedarfsweise individualisierte Materialgemenge, bestehend aus einem Extrusionsmaterial und wenigstens einem Zusatzmaterial, erzeugen.It has been mentioned that the extrusion device can comprise several material introduction devices. Correspondingly, a plurality of material introduction devices, which are each set up for introducing at least one additional material into a melted extrusion material to be discharged onto a substrate by means of the second extrusion unit, can be assigned or assigned to the second extrusion unit. A first material introduction device can be set up for introducing at least one first additional material into a molten extrusion material to be discharged onto a substrate by means of the second extrusion unit, and at least one further material introduction device can be set up for introducing at least one second material that differs from the first additional material in at least one chemical and / or physical parameter Additional material can be set up in a melted extrusion material to be discharged onto a substrate by means of the second extrusion unit. The operation of the material feeding devices can be controlled via a control device implemented in hardware and / or software. As a result, individualized material mixtures, consisting of an extrusion material and at least one additional material, can be produced in the second extrusion unit.
Nachfolgende Ausführungen gelten für Ausführungsformen der Extrusionseinrichtung mit wenigstens zwei und sonach mit mehreren zweiten Extrusionseinheiten:
- Die wenigstens zwei zweiten Extrusionseinheiten können gleichmäßig oder ungleichmäßig verteilt relativ zu der ersten Extrusionseinheit angeordnet und/oder ausgerichtet sein. Insbesondere sind bauraumoptimierte Anordnungen bzw. Ausrichtungen der zweiten Extrusionseinheiten relativ zu der ersten Extrusionseinheit und relativ zueinander möglich.
- The at least two second extrusion units can be arranged and / or aligned evenly or unevenly distributed relative to the first extrusion unit. In particular, space-optimized arrangements or orientations of the second extrusion units relative to the first extrusion unit and relative to one another are possible.
Insbesondere kann eine erste zweite Extrusionseinheit derart relativ zu der ersten Extrusionseinheit angeordnet und/oder ausgerichtet sein, dass sich über die erste zweite Extrusionseinheit ein erstes Objekt und/oder ein erster Objektabschnitt herstellen lässt, und wenigstens eine weitere zweite Extrusionseinheit derart relativ zu der ersten Extrusionseinheit angeordnet und/oder ausgerichtet sein, dass sich über die weitere zweite Extrusionseinheit ein weiteres Objekt und/oder ein weiterer Objektabschnitt herstellen lässt.In particular, a first second extrusion unit can be arranged and / or aligned relative to the first extrusion unit in such a way that a first object and / or a first object section can be produced via the first second extrusion unit, and at least one further second extrusion unit in this way relative to the first extrusion unit be arranged and / or aligned so that a further object and / or a further object section can be produced via the further second extrusion unit.
In einer konkreten beispielhaften Ausführungsform können die wenigstens zwei zweiten Extrusionseinheiten, insbesondere bezüglich einer durch eine Extruderschnecke der ersten Extrusionseinheit definierten Extruderachse, konzentrisch relativ zu der ersten Extrusionseinheit angeordnet und/oder ausgerichtet sein.In a specific exemplary embodiment, the at least two second extrusion units, in particular with respect to an extruder axis defined by an extruder screw of the first extrusion unit, can be arranged and / or aligned concentrically relative to the first extrusion unit.
Unabhängig von deren Anordnung bzw. Ausrichtung können die wenigstens zwei zweiten Extrusionseinheiten in wenigstens einem Bewegungsfreiheitsgrad relativ zueinander bewegbar gelagert sein. Eine entsprechende bewegbare Lagerung jeweiliger zweiter Extrusionseinheiten kann z. B. zweckmäßig sein, um wenigstens eine zweite Extrusionseinheit bedarfs- bzw. zeitweise (weiter) relativ zu wenigstens einer weiteren zweiten Extrusionseinheit zu bewegen, d. h. z. B. weiter von einem Untergrund zu beabstanden, um das vermittels der wenigstens einen weiteren zweiten Extrusionseinheit realisierte Austragsresultat nicht zu beeinträchtigen.Regardless of their arrangement or alignment, the at least two second extrusion units can be mounted so as to be movable relative to one another with at least one degree of freedom of movement. A corresponding movable storage of respective second extrusion units can, for. B. be useful to move at least one second extrusion unit as needed or temporarily (further) relative to at least one further second extrusion unit, d. H. z. B. to be further spaced from a substrate in order not to impair the discharge result realized by means of the at least one further second extrusion unit.
Ebenso unabhängig von deren Anordnung bzw. Ausrichtung können sich die wenigstens zwei zweiten Extrusionseinheiten in wenigstens einem die Austragseigenschaften des über diese auf einen Untergrund austragbaren aufgeschmolzenen Extrusionsmaterials gleichen oder unterscheiden. Mithin lassen sich mit wenigstens zwei zweiten Extrusionseinheiten jeweils bedarfsweise individualisierte Materialgemenge, bestehend aus einem Extrusionsmaterial und wenigstens einem Zusatzmaterial, auf einen Untergrund austragen.Likewise, regardless of their arrangement or alignment, the at least two second extrusion units can have at least one of the same or different discharge properties of the melted extrusion material which can be discharged via them onto a substrate. Consequently, with at least two second extrusion units, individualized material mixtures, consisting of an extrusion material and at least one additional material, can be discharged onto a substrate.
Es ist z. B. denkbar, dass sich die wenigstens zwei zweiten Extrusionseinheiten in wenigstens einem geometrisch-konstruktiven Parameter, insbesondere einem die Abmessungen einer jeweiligen Austragsöffnung definierenden Abmessungsparameter und/oder einem die Form der jeweiligen Austragsöffnung definierenden Formparameter, einer jeweiligen Austragsöffnung, über welche das jeweils auf einen Untergrund austragbare aufgeschmolzene Extrusionsmaterial auf einen Untergrund austragbar ist, gleichen oder unterscheiden. Alternativ oder ergänzend ist es denkbar, dass sich die wenigstens zwei zweiten Extrusionseinheiten in wenigstens einem die Austragsgeschwindigkeit beeinflussenden Betriebsparameter, insbesondere einem die Antriebsgeschwindigkeit einer jeweiligen Antriebseinrichtung definierenden Drehzahlparameter und/oder einem die Antriebsleistung einer jeweiligen Antriebseinrichtung definierenden Drehmomentparameter, einer jeweiligen Antriebseinrichtung gleichen oder unterscheiden.It is Z. B. conceivable that the at least two second extrusion units in at least one geometrical-constructive parameter, in particular a dimension parameter defining the dimensions of a respective discharge opening and / or a shape parameter defining the shape of the respective discharge opening, a respective discharge opening via which the respective one Melted extrusion material which can be discharged from the substrate can be discharged onto a substrate, are the same or different. As an alternative or in addition, it is conceivable that the at least two second extrusion units in at least one operating parameter influencing the discharge speed, in particular the drive speed of a speed parameter defining the respective drive device and / or a torque parameter defining the drive power of a respective drive device, of a respective drive device.
Die Extrusionseinrichtung kann in allen Ausführungsformen wenigstens eine hardware- und/oder softwaremäßig implementierte Regelungs- und/oder Steuerungseinrichtung umfassen, welche zur Regelung und/oder Steuerung des Betriebs der ersten Extrusionseinheit und der zweiten Extrusionseinheit und/oder der Materialeinbringeinrichtung eingerichtet ist. Die Regelungs- und/oder Steuerungseinrichtung kann insbesondere eingerichtet sein, der Betrieb der ersten Extrusionseinheit abhängig oder unabhängig von dem Betrieb der zweiten Extrusionseinheit zu regeln und/oder zu steuern. Die Regelungs- und/oder Steuerungseinrichtung kann, insbesondere im Sinne einer zentralen Regelungs- und/oder Steuerungseinrichtung, eingerichtet sein, auch den Betrieb einzelner, mehrerer oder sämtlicher weiterer Funktionseinheiten der Extrusionseinrichtung, d. h. z. B. den Betrieb jeweiliger Antriebseinrichtungen, zu regeln bzw. zu steuern.In all embodiments, the extrusion device can comprise at least one regulation and / or control device implemented in hardware and / or software, which is set up to regulate and / or control the operation of the first extrusion unit and the second extrusion unit and / or the material introduction device. The regulating and / or control device can in particular be set up to regulate and / or control the operation of the first extrusion unit as a function of or independently of the operation of the second extrusion unit. The regulating and / or control device can, in particular in the sense of a central regulating and / or control device, also be set up to operate individual, several or all further functional units of the extrusion device, i. H. z. B. the operation of the respective drive devices to regulate or control.
Ein weiterer Aspekt der hierin beschriebenen Erfindung betrifft ein Verfahren zur extrusionsbasierten Herstellung wenigstens eines dreidimensionalen Objekts. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass zur Durchführung des Verfahrens eine Extrusionseinrichtung gemäß dem ersten Aspekt der hierin beschriebenen Erfindung verwendet wird. Das Verfahren umfasst insbesondere die Schritte Aufschmelzen eines Extrusionsmaterials, gegebenenfalls Einbringen eines Zusatzmaterials in das aufgeschmolzene Extrusionsmaterials und Austragen eines das aufgeschmolzene Extrusionsmaterial und gegebenenfalls das Zusatzmaterial umfassenden Materialgemenges auf einen Untergrund zur extrusionsbasierten Herstellung wenigstens eines dreidimensionalen Objekts. Sämtliche Ausführungen im Zusammenhang mit der Extrusionseinrichtung gelten analog für das Verfahren.Another aspect of the invention described herein relates to a method for extrusion-based production of at least one three-dimensional object. The method is characterized in that an extrusion device according to the first aspect of the invention described herein is used to carry out the method. The method comprises in particular the steps of melting an extrusion material, optionally introducing an additional material into the melted extrusion material and discharging a material mixture comprising the melted extrusion material and optionally the additional material onto a substrate for the extrusion-based production of at least one three-dimensional object. All statements in connection with the extrusion device apply analogously to the method.
Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in den Zeichnungen nochmals erläutert. Dabei zeigt:
-
1 -5 jeweils eine Prinzipdarstellung einer Extrusionseinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel.
-
1 -5 each a schematic diagram of an extrusion device according to an embodiment.
Die Extrusionseinrichtung
Die Extrusionseinrichtung
Der Begriff „Kunststoffmaterial“ kann auch Mischungen wenigstens zweier chemisch unterschiedlicher Kunststoffmaterialien und/oder Mischungen wenigstens eines Kunststoffmaterials mit wenigstens einem Zusatzmaterial beinhalten.The term “plastic material” can also include mixtures of at least two chemically different plastic materials and / or mixtures of at least one plastic material with at least one additional material.
Die Extrusionseinrichtung
Die erste Extrusionseinheit
Die zweite Extrusionseinheit
Ersichtlich ermöglicht die Verbindung zwischen der ersten Extrusionseinheit
Die Extrusionseinrichtung
Die Materialeinbringeinrichtung
Die Verbindung zwischen der Materialeinbringeinrichtung
Die Materialeinbringeinrichtung
Die Materialeinbringeinrichtung
Der Materialeinbringeinrichtung
In dem Ausführungsbeispiel gemäß
Unter einem Zusatzmaterial kann im Allgemeinen - unabhängig von seinem Aggregatzustand respektive seiner Beschaffenheit - jedwedes Material bzw. jedwede Materialmischung verstanden werden, welche(s) die chemischen und/oder physikalischen Eigenschaften eines vermittels der Extrusionseinrichtung
In dem Ausführungsbeispiel gemäß
In dem Ausführungsbeispiel gemäß
In dem Ausführungsbeispiel gemäß
In dem Ausführungsbeispiel gemäß
Ersichtlich ist auch in dem Ausführungsbeispiel gemäß
Im Zusammenhang mit dem Ausführungsbeispiel gemäß
Anhand der Ausführungsbeispiele gemäß den
Die erste Extrusionseinheit
Für alle Ausführungsbeispiele gilt, dass die erste Extrusionseinheit
Im Hinblick auf eine räumlich getrennte Anordnung der ersten und der zweiten Extrusionseinheit
- Grundsätzlich gilt, dass die
zweite Extrusionseinheit 4 oder wenigstens eine zweite Extrusionseinheit4 , wie beispielhaft in dem Ausführungsbeispiel gemäß3 gezeigt, ausrichtungs- und/oder positionsfest mit der ersten Extrusionseinheit3 verbindbar oder verbunden sein kann, oder diezweite Extrusionseinheit 4 oder wenigstens eine zweite Extrusionseinheit4 , wie beispielhaft in dem Ausführungsbeispiel gemäß4 gezeigt, ausrichtungs- und/oder positionsvariabel mit der ersten Extrusionseinheit3 verbindbar oder verbunden sein kann.
- Basically, the second extrusion unit
4th or at least one second extrusion unit4th , as exemplified in the embodiment according to3 shown, fixed in alignment and / or in position with thefirst extrusion unit 3 can be connected or connected, or the second extrusion unit4th or at least one second extrusion unit4th , as exemplified in the embodiment according to4th shown, orientation and / or position variable with thefirst extrusion unit 3 connectable or connected.
In der in
In der in
Prinzipiell ist es auch denkbar, dass die erste Extrusionseinheit
In der in
In der in
Anhand der Ausführungsbeispiele gemäß den
Grundsätzlich kann ein entsprechendes Verbindungselement
Einem entsprechenden Verbindungselement
In dem in
Die Sperreinrichtung kann wenigstens ein Sperrelement (nicht gezeigt) umfassen, welches zwischen einer Sperrstellung, in welcher ein Strömen eines vermittels der ersten Extrusionseinheit
Die
- Die wenigstens zwei zweiten Extrusionseinheiten
4 können gleichmäßig oder ungleichmäßig verteilt relativ zu der ersten Extrusionseinheit4 angeordnet und/oder ausgerichtet sein. Insbesondere sind bauraumoptimierte Anordnungen bzw. Ausrichtungen der zweiten Extrusionseinheiten4 relativ zu der ersten Extrusionseinheit3 und relativ zueinander möglich.
- The at least two second extrusion units
4th can be distributed uniformly or unevenly relative to the first extrusion unit4th be arranged and / or aligned. In particular, space-optimized arrangements or orientations of the second extrusion units are4th relative to thefirst extrusion unit 3 and possible relative to each other.
Anhand der Ausführungsbeispiele gemäß den
Anhand des Ausführungsbeispiels gemäß
Unabhängig von deren Anordnung bzw. Ausrichtung können die wenigstens zwei zweiten Extrusionseinheiten
Ebenso unabhängig von deren Anordnung bzw. Ausrichtung können sich die wenigstens zwei zweiten Extrusionseinheiten
Es ist z. B. denkbar, dass sich die wenigstens zwei zweiten Extrusionseinheiten
Die Extrusionseinrichtung
Sämtliche vorstehenden Ausführungen gelten analog für eine Variante der Extrusionseinrichtung
Sämtliche vorstehenden Ausführungen gelten, wenngleich nicht gezeigt, analog für Ausführungsbeispiele der ersten Extrusionseinheit
Mit den im Zusammenhang mit den Fig. beschriebenen Ausführungsbeispielen einer Extrusionseinrichtung
With the exemplary embodiments of an extrusion device described in connection with the figures
Einzelne, mehrere oder sämtliche im Zusammenhang mit einem bestimmten Ausführungsbeispiel beschriebenen Aspekte und/oder Merkmale können auf einzelne, mehrere oder sämtliche im Zusammenhang mit wenigstens einem weiteren Ausführungsbeispiel beschriebenen Aspekte und/oder Merkmale übertragen werden. Die Ausführungsbeispiele gemäß den Fig. können sonach miteinander kombiniert werden.Individual, several or all aspects and / or features described in connection with a specific exemplary embodiment can be transferred to individual, several or all aspects and / or features described in connection with at least one further exemplary embodiment. The exemplary embodiments according to the figures can therefore be combined with one another.
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