DE102021106880A1 - HEATING CASING AND PRINTING BED FOR A 3D PRINTER FOR MAKING A HOLLOW BODY - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Heizhülle zum Umhüllen eines rotationssymmetrischen Druckbetts (20) für einen 3D-Drucker (10), wobei die Heizhülle (30) dazu ausgebildet ist, das Druckbett (20) eines 3D-Druckers (10) derart zu umfassen, dass eine selbsttätige Relativbewegung zwischen Druckbett (20) und Heizhülle (30) ausgeschlossen ist. Eine Mantelfläche (32) der Heizhülle (30) ist dazu ausgebildet ist, ein schmelzfähiges Material aufzunehmen, um einen Hohlkörper (40) zu bilden. Die Heizhülle weist ein Heizelement (34) auf, welches eine Erwärmung der Mantelfläche (32) in wenigstens einem Abschnitt der Mantelfläche (32) ermöglicht. Die Erfindung betrifft weiterhin ein System umfassend eine Heizhülle (30), eine Stromversorgung und eine Steuereinheit, um Heizelemente (34) der Heizhülle (30) mit Strom zu versorgen. Ebenfalls betrifft die Erfindung ein Druckbett (20) für einen 3D-Drucker (10) mit einer Welle (22) und einer die Welle (22) umschließenden Heizhülle (30), die ein Heizelement (34) aufweist, um eine Erwärmung einer Mantelfläche (32) des Druckbetts (20) zu ermöglichen.The invention relates to a heating sleeve for encasing a rotationally symmetrical printing bed (20) for a 3D printer (10), the heating sleeve (30) being designed to enclose the printing bed (20) of a 3D printer (10) in such a way that a automatic relative movement between the printing bed (20) and heating jacket (30) is excluded. A lateral surface (32) of the heating sleeve (30) is designed to receive a meltable material in order to form a hollow body (40). The heating sleeve has a heating element (34) which enables the lateral surface (32) to be heated in at least one section of the lateral surface (32). The invention further relates to a system comprising a heating jacket (30), a power supply and a control unit in order to supply heating elements (34) of the heating jacket (30) with electricity. The invention also relates to a printing bed (20) for a 3D printer (10) with a shaft (22) and a heating jacket (30) surrounding the shaft (22) and having a heating element (34) in order to heat a lateral surface ( 32) of the print bed (20).
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Heizhülle und Druckbett für einen 3D-Drucker zum Drucken eines Hohlkörpers, wobei der 3D-Drucker mittels eines Druckkopfs ein schmelzfähiges Material in Form eines Filaments abgibt. Das Druckbett umfasst eine sich entlang einer Rotationsachse erstreckende Welle, die im Wesentlichen rotationssymmetrisch ausgebildet ist und in einem Lager gelagert ist, sodass die Welle um ihre Rotationsachse herum drehbar ist.The present invention relates to a heating jacket and printing bed for a 3D printer for printing a hollow body, wherein the 3D printer emits a meltable material in the form of a filament by means of a print head. The printing bed comprises a shaft which extends along an axis of rotation, which is of essentially rotationally symmetrical design and is mounted in a bearing, so that the shaft can be rotated about its axis of rotation.
Ein derartiges Druckbett wird im Zusammenhang mit 3D-Druckern eingesetzt, um im Wesentlichen rotationssymmetrische und langgestreckte Hohlkörper zu erzeugen. Es hat sich herausgestellt, dass die Verwendung herkömmlicher 3D-Drucker mit einem im Wesentlichen horizontal ausgebildeten ebenen Druckbett nur wenig geeignet sind. Bei derartigen Druckern erfolgt der Druck des Hohlkörpers in vertikaler Richtung, wobei das schmelzfähige Material zunächst auf dem Druckbett aufgebracht wird und der zu erzeugende Körper dann schichtweise vertikal in die Höhe wächst. Insbesondere bei langgestreckten Hohlkörpern mit einem relativ geringen Durchmesser, wie es beispielsweise bei Röhren und Schläuchen der Fall ist, neigen die herzustellenden Hohlkörper während des Herstellungsprozesses dazu umzuknicken oder sich zu verbiegen.Such a printing bed is used in connection with 3D printers in order to produce essentially rotationally symmetrical and elongated hollow bodies. It has been found that the use of conventional 3D printers with a substantially horizontally designed, flat printing bed is not very suitable. In such printers, the hollow body is printed in the vertical direction, with the meltable material first being applied to the printing bed and the body to be produced then growing vertically in layers. Particularly in the case of elongated hollow bodies with a relatively small diameter, as is the case for example with tubes and hoses, the hollow bodies to be produced tend to buckle or bend during the production process.
In der
Aus den herkömmlichen 3D-Druckverfahren unter Verwendung von schmelzfähigem Kunststoffmaterial ist es bekannt, dass sich ein Heizen des Druckbetts als vorteilhaft für den Druck und die Qualität der hergestellten Produkte erwiesen hat. Insbesondere bei der Verwendung von Vollwellen aus Metall oder von Kunststoffwellen als rotationssymmetrisches Druckbett ist ein Beheizen in der Regel nicht möglich oder nicht vorgesehen.From the traditional 3D printing processes using meltable plastic material, it is known that heating the print bed has proven to be beneficial for the print and the quality of the manufactured products. In particular, when using solid shafts made of metal or plastic shafts as a rotationally symmetrical printing bed, heating is usually not possible or not intended.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es somit, eine Vorrichtung zu schaffen, die es ermöglicht, qualitativ hochwertige rotationssymmetrische Hohlkörper zu erzeugen, indem die Abkühltemperatur des Filaments geregelt werden kann.The object of the present invention is therefore to create a device that makes it possible to produce high-quality, rotationally symmetrical hollow bodies by being able to regulate the cooling temperature of the filament.
Gelöst wird die vorliegende Aufgabe durch eine Heizhülle zum Umhüllen eines rotationssymmetrischen Druckbetts für einen 3D-Drucker mit den Merkmalen des Anspruchs 1, durch ein System mit den Merkmalen gemäß Anspruch 9 und durch ein Druckbett für einen 3D-Drucker mit den Merkmalen des Anspruchs 10.The present object is achieved by a heating sleeve for encasing a rotationally symmetrical printing bed for a 3D printer having the features of claim 1, by a system having the features of claim 9 and by a printing bed for a 3D printer having the features of
In einem Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung eine Heizhülle zum Umhüllen eines rotationssymmetrischen Druckbetts für einen 3D-Drucker. Das Druckbett des 3D-Druckers umfasst eine Welle, die sich entlang einer Rotationsachse erstreckt. Die Heizhülle kann über die Welle des Druckbetts gezogen werden, sodass die Heizhülle das Druckbett wenigstens teilweise in Längsrichtung umschließt. Dabei ist die Heizhülle dazu ausgebildet, die Welle des Druckbetts derart zu umfassen, dass eine selbsttätige Relativbewegung zwischen Welle und Heizhülle ausgeschlossen ist. Dies stellt sicher, dass eine Bewegung der Welle, insbesondere eine Rotation um die axiale Längsachse, dazu führt, dass die Heizhülle mitbewegt wird. Eine Mantelfläche der Heizhülle ist dazu ausgebildet, schmelzfähiges Material aufzunehmen, um einen Hohlkörper zu bilden. Das schmelzfähige Material wird aus einem Druckkopf des 3D-Druckers als Filament auf die Mantelfläche der Heizhülle aufgebracht. Somit ersetzt die Heizhülle den Aufnahmebereich für das Filament aus dem 3D-Drucker, der sonst durch die Welle des Druckbetts des 3D-Druckers gebildet wird.In one aspect, the present invention relates to a heating jacket for encasing a rotationally symmetrical printing bed for a 3D printer. The 3D printer's print bed includes a shaft that extends along an axis of rotation. The heating jacket can be pulled over the shaft of the printing bed, so that the heating jacket encloses the printing bed at least partially in the longitudinal direction. The heating sleeve is designed to enclose the shaft of the printing bed in such a way that an automatic relative movement between the shaft and the heating sleeve is ruled out. This ensures that a movement of the shaft, in particular a rotation about the axial longitudinal axis, results in the heating sleeve being moved as well. A lateral surface of the heating sleeve is designed to receive fusible material in order to form a hollow body. The meltable material is applied as a filament from a print head of the 3D printer to the outer surface of the heating sleeve. Thus, the heating sleeve replaces the receiving area for the filament from the 3D printer, which is otherwise formed by the shaft of the 3D printer's print bed.
Erfindungsgemäß weist die Heizhülle ein Heizelement auf. Dieses Heizelement ermöglicht eine Erwärmung der Mantelfläche in wenigstens einem Abschnitt der Mantelfläche. Vorzugsweise wird genau der Abschnitt der Mantelfläche beheizt, an dem der zu druckende Hohlkörper entsteht und das Filament aufgetragen wird.According to the invention, the heating sleeve has a heating element. This heating element enables the lateral surface to be heated in at least one section of the lateral surface. Preferentially, precisely that section of the lateral surface is heated where the hollow body to be printed is formed and where the filament is applied.
Eine derartige Heizhülle ermöglicht es, ein rotationssymmetrisches Druckbett eines 3D-Druckers nachzurüsten, sodass die Mantelfläche, die zur Aufnahme des Filaments aus dem Druckkopf des 3D-Druckers dient, beheizt werden kann. Auf diese Weise ist es möglich, ein beheiztes Druckbett zur Verfügung zu stellen, sodass als Warping bezeichnete Effekte verhindert und ausgeglichen werden können. Darüber hinaus hat das Beheizen des Druckbetts den Vorteil, dass - in Abhängigkeit von dem verwendeten Filament - die Abkühlung des Filaments optimiert werden kann. Durch Einsatz einer Heizhülle können somit Aufwärm- und Abkühlzeiten des Filaments berücksichtigt werden. Die Wärmezufuhr bzw. die Wärmeabfuhr kann durch eine Steuerung oder Regelung der Heizelemente realisiert werden.Such a heating sleeve makes it possible to retrofit a rotationally symmetrical print bed of a 3D printer, so that the lateral surface that is used to hold the filament from the print head of the 3D printer can be heated. In this way it is possible to provide a heated printing bed so that effects known as warping can be prevented and compensated for. In addition, heating the print bed has the advantage that - depending on the filament used - the cooling of the Filament can be optimized. By using a heating sleeve, the warm-up and cool-down times of the filament can be taken into account. The supply of heat or the removal of heat can be implemented by controlling or regulating the heating elements.
Damit die Heizhülle einfach auf die Welle des Druckbetts des 3D-Druckers aufziehbar ist und mittels Kraftschluss an der Welle gehalten wird, muss die Heizhülle eine Elastizität und bevorzugt auch eine Flexibilität aufweisen. Eine Wandung der Heizhülle ist dann ebenfalls flexibel und elastisch. Das Material der Heizhülle kann beispielsweise aus einem Fasermaterial hergestellt werden, sodass die Elastizität durch die Webart und die Verarbeitung der einzelnen Fasern hervorgerufen sein kann. Zusätzlich oder alternativ kann das Fasermaterial selbst elastisch sein, beispielsweise aufgrund elastischer Zusatzstoffe oder Verbundmaterialien. Dies gilt auch für Nicht-Fasermaterialien.So that the heating sleeve can be easily pulled onto the shaft of the 3D printer's print bed and is held on the shaft by means of frictional locking, the heating sleeve must have elasticity and preferably also flexibility. A wall of the heating jacket is then also flexible and elastic. The material of the heating sleeve can be made of a fiber material, for example, so that the elasticity can be caused by the weave and the processing of the individual fibers. Additionally or alternatively, the fiber material itself can be elastic, for example due to elastic additives or composite materials. This also applies to non-fibrous materials.
Das Material der Heizhülle kann sowohl aus Naturmaterialien als auch aus Synthetikmaterialien gebildet sein. Beispielsweise kann ein gummiartiges oder kautschukartiges Material verwendet werden, ein Kunststoff oder ein Silikon. Beispiele für einen thermoplastischen Kunststoff können etwa Polybutylenterephthalat (PBT) oder ein Nitrilbutadienkautschuk (NBR, nitrile butadiene rubber) sein. Ähnliche andere synthetische Kautschuke sind ebenfalls möglich.The material of the heating envelope can be made of both natural materials and synthetic materials. For example, a rubber-like or caoutchouc-like material can be used, a plastic or a silicone. Examples of a thermoplastic can be polybutylene terephthalate (PBT) or a nitrile butadiene rubber (NBR, nitrile butadiene rubber). Similar other synthetic rubbers are also possible.
Eine Wandung der Heizhülle kann ebenfalls aus dem entsprechenden Material gebildet sein und weist dann elastische oder flexible Eigenschaften auf. Durch geeignete Wahl des Materials kann die Oberflächenbeschaffenheit eingestellt werden. Vorzugsweise ist sie dabei so rau, dass das aufgetragene Filament nicht von der Mantelfläche abrutscht, gleichzeitig jedoch so glatt, damit in dem herzustellenden Hohlkörper eine gewünschte glatte Oberfläche erzielt wird.A wall of the heating sleeve can also be made of the appropriate material and then has elastic or flexible properties. The surface quality can be adjusted by suitable choice of material. It is preferably so rough that the applied filament does not slip off the lateral surface, but at the same time so smooth that a desired smooth surface is achieved in the hollow body to be produced.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Heizhülle eine Wandung, die eine nach innen gerichtete Innenseite hat, die somit bei Montage der Heizhülle auf der Welle zur Welle gerichtet ist, und die eine nach außen gerichtete Außenfläche aufweist. Die Außenfläche kann die Mantelfläche bilden, die zur Aufnahme des Filaments aus dem Druckkopf des 3D-Druckers ausgebildet ist. In a preferred embodiment, the heating jacket comprises a wall which has an inwardly directed inner side, which is thus directed towards the shaft when the heating jacket is mounted on the shaft, and which has an outwardly directed outer surface. The outer surface can form the lateral surface, which is designed to receive the filament from the print head of the 3D printer.
Vorzugsweise ist das Heizelement in die Wandung der Heizhülle integriert. Die Außenfläche der Wandung bildet dann die zu heizende Mantelfläche.The heating element is preferably integrated into the wall of the heating sleeve. The outer surface of the wall then forms the lateral surface to be heated.
Alternativ und ebenso bevorzugt kann das Heizelement von einer Beschichtung abgedeckt sein. Beispielsweise kann das Heizelement an der Außenfläche der Wandung angeordnet sein. Wenn das Heizelement beispielsweise aus einem oder mehreren Heizdrähten besteht, kann durch die Beschichtung eine durchgehende und vorzugsweise glatte Oberfläche erzeugt werden, sodass der zu druckende Hohlkörper später eine glatte Innenfläche aufweist. Bei der Verwendung einer Beschichtung oder Mantelschicht bildet diese Beschichtung die Mantelfläche, auf der das Filament aus dem 3D-Drucker aufgetragen wird.Alternatively and just as preferably, the heating element can be covered by a coating. For example, the heating element can be arranged on the outer surface of the wall. If the heating element consists, for example, of one or more heating wires, the coating can produce a continuous and preferably smooth surface, so that the hollow body to be printed later has a smooth inner surface. When using a coating or cladding layer, this coating forms the cladding surface on which the filament from the 3D printer is applied.
Selbstverständlich kann die Heizhülle nicht nur ein Heizelement umfassen. Es können mehrere Heizelemente vorgesehen sein, beispielsweise um mehrere Abschnitte des Druckbetts des 3D-Druckers unabhängig voneinander und von verschiedenen Heizelementen zu erwärmen.Of course, the heating sleeve can not only include a heating element. Multiple heating elements can be provided, for example to heat multiple sections of the print bed of the 3D printer independently of each other and by different heating elements.
In einer bevorzugten Ausführungsform kann das Heizelement als Flächenelement ausgebildet sein. Beispielsweise könnte das Flächenelement in Form von kleinen Plättchen ausgebildet sein, die mit Abstand oder direkt aneinandergrenzend miteinander verbunden sein können. Möglich ist auch, dass das Flächenelement in Form von Zylinderstücken, beispielsweise Halbzylindern oder Viertelzylindern, gebildet ist, die sich um einen Teil des Umfangs der Welle des Druckbetts erstrecken können.In a preferred embodiment, the heating element can be designed as a surface element. For example, the surface element could be in the form of small plates that can be connected to one another at a distance or directly adjacent to one another. It is also possible that the surface element is formed in the form of cylinder pieces, for example half cylinders or quarter cylinders, which can extend around part of the circumference of the shaft of the printing bed.
Eine alternative Ausführungsform sieht vor, dass das Heizelement aus einem Heizdraht gebildet wird. Der Heizdraht kann ein Widerstandsdraht sein und mittels Stroms erwärmt werden. Dabei lässt sich der Heizdraht auf unterschiedliche Art auf der Oberfläche der Heizhülle anordnen oder in der Wandung der Heizhülle integrieren. Der Heizdraht kann in axialer Richtung, in Umfangsrichtung oder spiralartig angeordnet sein. Beispielsweise lässt er sich mäanderförmig in Axialrichtung über einen Teil des Umfangs oder mäanderförmig in Umfangsrichtung über einen Teil der Länge der Heizhülle anordnen.An alternative embodiment provides that the heating element is formed from a heating wire. The heating wire can be a resistance wire and can be heated by means of electricity. The heating wire can be arranged in different ways on the surface of the heating jacket or integrated into the wall of the heating jacket. The heating wire can be arranged in the axial direction, in the circumferential direction or in a spiral manner. For example, it can be arranged in a meandering shape in the axial direction over part of the circumference or in a meandering shape in the circumferential direction over part of the length of the heating envelope.
Vorzugsweise ist der Heizdraht in axialer Richtung oder in Umfangsrichtung in der Wandung der Heizhülle verlegt. Der Heizdraht ist in die Wandung integriert, sodass die Außenfläche der Wandung die Mantelfläche bildet und in der Umgebung des Heizdrahts erwärmt werden kann.The heating wire is preferably laid in the axial direction or in the circumferential direction in the wall of the heating sleeve. The heating wire is integrated into the wall so that the outer surface of the wall forms the lateral surface and can be heated in the vicinity of the heating wire.
Ebenfalls bevorzugt ist eine Ausführungsform, in der das Heizelement in Form eines Heizdrahtes unter einem Winkel gegenüber der axialen Richtung in Umfangsrichtung auf oder in der Wandung der Heizhülle verlegt ist. Vorzugsweise ist der Winkel gegenüber der axialen Richtung von Null verschieden und auch von 90° verschieden. Beispielsweise kann der Winkel zwischen 30° und 60° liegen. Bei einer derartigen Verlegung des Heizdrahtes ist der Heizdraht spiralförmig in oder an der Heizhülle angeordnet. Eine derartige spiralförmige Anordnung wird vorzugsweise dann gewählt, wenn auch das Filament spiralförmig auf das Druckbett gedruckt wird. Rotationsgeschwindigkeit der Welle und Bewegungsgeschwindigkeit des Druckkopfes des 3D-Druckers sind entsprechend anzupassen.Also preferred is an embodiment in which the heating element in the form of a heating wire is laid at an angle to the axial direction in the circumferential direction on or in the wall of the heating sleeve. Preferably, the angle relative to the axial direction is different from zero and also different from 90°. For example, the angle can be between 30° and 60°. When the heating wire is laid in this way, the heating wire is spiral-shaped in or on the heating sleeve arranged. Such a spiral arrangement is preferably chosen when the filament is also printed spirally onto the printing bed. Adjust the rotation speed of the shaft and the moving speed of the print head of the 3D printer accordingly.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind mehrere Heizelemente parallel zueinander angeordnet. Die Heizelemente können auf oder in der Wandung verlegt sein. Bei der parallelen Anordnung spielt es keine Rolle, wie die Heizelemente bzw. Heizdrähte in Bezug auf die Welle des Druckbetts angeordnet sind.In a preferred embodiment, several heating elements are arranged parallel to one another. The heating elements can be laid on or in the wall. With the parallel arrangement, it does not matter how the heating elements or heating wires are arranged in relation to the shaft of the print bed.
In einer weiter bevorzugten Ausführungsform weist die Heizhülle einen Anschluss an eine Energiequelle oder Stromversorgungseinheit auf, über die das Heizelement mit Strom versorgt werden kann. Beispielsweise könnte zwischen dem Anschluss der Heizhülle und der Energiequelle eine Leitung oder ein Kabel verlegt sein. Denkbar wäre auch, dass bei Verwendung mehrerer Heizelemente, beispielsweise mit einer Verlegung in axialer Richtung, an beiden Enden der Heizhülle ringförmige Anschlussstücke vorgesehen sind, die ein Bestromen der einzelnen oder aller Heizelemente ermöglichen. Durch geeignete Ansteuerung können gezielt einzelne Heizelemente mit Strom versorgt und somit erwärmt werden.In a further preferred embodiment, the heating sleeve has a connection to an energy source or power supply unit, via which the heating element can be supplied with power. For example, a line or cable could be laid between the connection of the heating sleeve and the energy source. It would also be conceivable that when several heating elements are used, for example with a laying in the axial direction, ring-shaped connection pieces are provided at both ends of the heating sleeve, which enable current to be supplied to the individual or all heating elements. With suitable control, individual heating elements can be supplied with electricity and thus heated.
Prinzipiell könnte die Heizhülle an ihrer Außenseite oder Mantelfläche auch zusätzlich Strukturelemente vorsehen, um eine Profilierung der Innenseite des herzustellenden Hohlkörpers hervorzurufen. Die häufig stegförmigen Strukturelemente können innen hohl sein und einen Heizdraht aufnehmen oder um einen Heizdraht herum gegossen sein, z.B. wenn die Heizhülle aus Kunststoff oder NBR hergestellt ist.In principle, the heating sleeve could also provide additional structural elements on its outside or lateral surface in order to bring about a profiling of the inside of the hollow body to be produced. The structural elements, which are often in the form of bars, can be hollow on the inside and accommodate a heating wire or be cast around a heating wire, e.g. when the heating sleeve is made of plastic or NBR.
In einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein System umfassend eine Heizhülle für ein rotationssymmetrisches Druckbett für einen 3D-Drucker, eine Stromversorgung und eine Steuereinheit. Vorzugsweise umfasst das System eine Heizhülle wie oben beschrieben. Die Heizhülle umfasst eine Wandung mit einer Innenfläche und einer Außenfläche, die vorzugsweise die Mantelfläche bildet. Die Mantelfläche ist dazu ausgebildet, ein schmelzfähiges Material aus dem 3D-Drucker aufzunehmen, um einen Hohlkörper zu bilden. Die Heizhülle ist derart gestaltet und ausgebildet, dass das Druckbett des 3D-Druckers, insbesondere die Welle, derart vollständig in Umfangsrichtung umschlungen oder umfasst wird, dass eine selbsttätige Relativbewegung zwischen Druckbett und Heizhülle ausgeschlossen ist. Eine Bewegung des Druckbetts bzw. der Welle führt gleichzeitig zu einer Bewegung der Heizhülle.In a further aspect, the present invention relates to a system comprising a heating sleeve for a rotationally symmetrical printing bed for a 3D printer, a power supply and a control unit. Preferably the system includes a heating jacket as described above. The heating jacket comprises a wall with an inner surface and an outer surface, which preferably forms the lateral surface. The lateral surface is designed to receive a meltable material from the 3D printer in order to form a hollow body. The heating sleeve is designed and constructed in such a way that the printing bed of the 3D printer, in particular the shaft, is completely wrapped around or encompassed in the circumferential direction in such a way that an automatic relative movement between the printing bed and the heating sleeve is excluded. A movement of the printing bed or the shaft leads to a movement of the heating jacket at the same time.
Die Heizhülle weist ein Heizelement auf, das eine Erwärmung der Mantelfläche in wenigstens einem Abschnitt der Mantelfläche ermöglicht. Selbstverständlich können mehrere Heizelemente vorgesehen sein. Das Heizelement hat einen Anschluss zum Anschließen an die Stromversorgung und zum Versorgen des Heizelements mit Strom. Eine Verbindung zwischen Stromversorgung und Heizelement ist entsprechend auszuführen.The heating sleeve has a heating element that enables the lateral surface to be heated in at least one section of the lateral surface. Of course, several heating elements can be provided. The heating element has a connector for connecting to the power supply and for supplying power to the heating element. A connection between the power supply and the heating element must be made accordingly.
Eine Steuereinheit des Systems ist dazu ausgebildet, den Strom für das Heizelement zu regeln, um die Erwärmung der Mantelfläche zu erzeugen. Werden mehrere Heizelemente verwendet, beispielsweise mehrere Heizdrähte, so ermöglicht die Steuerung, einzelne Heizelemente mit Strom zu versorgen, also das Heizelement mit der Stromversorgungseinheit zu verschalten. Auf diese Weise lässt sich eine gezielte Erwärmung einzelner Bereiche oder mehrerer ausgewählter Bereiche der Mantelfläche realisieren.A control unit of the system is designed to regulate the current for the heating element in order to generate the heating of the lateral surface. If several heating elements are used, for example several heating wires, the controller makes it possible to supply individual heating elements with electricity, ie to connect the heating element to the power supply unit. In this way, it is possible to achieve targeted heating of individual areas or a number of selected areas of the lateral surface.
Alternativ können Steuereinheit und/oder Stromversorgung auch Teil des 3D-Druckers sein. Die Steuereinheit kann als Software implementiert sein, z. B. in einer Verarbeitungseinheit des Druckers.Alternatively, the control unit and/or power supply can also be part of the 3D printer. The control unit can be implemented in software, e.g. B. in a processing unit of the printer.
In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Druckbett für einen 3D-Drucker, der mittels eines Druckkopfes ein schmelzfähiges Material in Form eines Filaments abgibt. Das Druckbett hat eine Heizhülle, insbesondere eine oben beschriebene Heizhülle. Das Druckbett umfasst neben der Heizhülle eine sich entlang einer Rotationsachse erstreckende Welle, die im Wesentlichen rotationssymmetrisch ausgebildet ist und in einem Lager derart lagerbar ist, dass sie um ihre Rotationsachse herum drehbar ist. Die Welle des Druckbetts wird von der Heizhülle wenigstens teilweise umfasst. Sie kann auch vollständig über ihre gesamte Länge umfasst sein. Die Heizhülle weist eine Wandung mit einer Innenfläche und einer äußeren Mantelfläche auf, wobei die Mantelfläche dazu ausgebildet ist, schmelzfähiges Material aus dem 3D-Drucker aufzunehmen, um einen rotationssymmetrischen Hohlkörper zu bilden. Die Heizhülle weist ein oder mehrere Heizelemente auf, sodass eine Erwärmung der Mantelfläche in wenigstens einem Abschnitt der Mantelfläche ermöglicht wird.In a further aspect, the invention relates to a print bed for a 3D printer, which emits a meltable material in the form of a filament by means of a print head. The print bed has a heating jacket, in particular a heating jacket as described above. In addition to the heating jacket, the printing bed comprises a shaft which extends along an axis of rotation, which is of essentially rotationally symmetrical design and can be mounted in a bearing in such a way that it can be rotated about its axis of rotation. The shaft of the print bed is at least partially surrounded by the heating sleeve. It can also be completely encompassed over its entire length. The heating sleeve has a wall with an inner surface and an outer lateral surface, the lateral surface being designed to receive meltable material from the 3D printer in order to form a rotationally symmetrical hollow body. The heating sleeve has one or more heating elements, so that the lateral surface can be heated in at least one section of the lateral surface.
In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung einen 3D-Drucker zum Drucken eines rotationssymmetrischen Hohlkörpers aus einem schmelzfähigen Material in Form eines Filaments, welches aus einem Druckkopf abgegeben wird. Der 3D-Drucker umfasst ein Druckbett wie oben beschrieben, vorzugsweise mit einer Welle und einer die Welle umhüllenden Heizhülle. Die Heizhülle ist von der Welle entnehmbar. Sie kann beispielsweise als Entformungshilfe für das herzustellende rotationssymmetrische Hohlkörperprodukt verwendet werden.In a further aspect, the invention relates to a 3D printer for printing a rotationally symmetrical hollow body made of a meltable material in the form of a filament, which is emitted from a print head. The 3D printer comprises a print bed as described above, preferably with a shaft and a heating jacket enclosing the shaft. The heating sleeve can be removed from the shaft. For example, she can wise be used as a demolding aid for the manufactured rotationally symmetrical hollow body product.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand einiger ausgewählter Ausführungsbeispiele im Zusammenhang mit den beiliegenden Zeichnungen näher beschrieben und erläutert. Es zeigen:
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1 eine schematische Zeichnung eines 3D-Druckers mit einem rotationssymmetrischen Druckbett; -
2 eine bevorzugte Ausführungsform des Druckbetts mit Welle und Heizhülle; -
3 eine weitere bevorzugte Ausführungsform des Druckbetts mit Welle und Heizhülle; -
4 eine weitere bevorzugte Ausführungsform des Druckbetts mit Welle und Heizhülle; und -
5 einen Querschnitt durch ein Druckbett gemäß3 .
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1 a schematic drawing of a 3D printer with a rotationally symmetrical print bed; -
2 a preferred embodiment of the pressure bed with shaft and heating jacket; -
3 another preferred embodiment of the pressure bed with shaft and heating jacket; -
4 another preferred embodiment of the pressure bed with shaft and heating jacket; and -
5 a cross-section through a printing bed according to3 .
Die Welle 22 des Druckbetts 20 hat eine (glatte) Oberfläche 26, auf die das Filament 19 aufgegeben wird. Auf diese Weise wird ein rohrförmiger oder schlauchartiger Hohlkörper 40 erzeugt, dessen Innenwandung ebenfalls glatt ist. Es ist möglich, dass die Oberfläche eine Strukturierung aufweist, um eine Profilierung an der Innenseite des Hohlkörpers 40 zu erzeugen.The
Das Druckbett 20 ist derart gelagert, dass es auf einfache Weise aus dem Haltegestell 12 entfernt werden kann, beispielsweise um einen erzeugten Hohlkörper 40 zu entnehmen. Dies bietet die Möglichkeit, das Druckbett 20, das im gezeigten Beispiel nur die Welle 22 umfasst, mit einem Überzug zu versehen, beispielsweise um die Aufnahmefläche für das Filament zu beheizen.The
In der hier gezeigten Ausführungsform ist das Heizelement 34 in einer Wandung 31 der Heizhülle 30 integriert, so dass die Mantelfläche 32 von der Außenseite der Wandung 31 gebildet wird und das Heizelement 34 nach außen schützt und überdeckt. Auf diese Weise entsteht eine glatte Oberfläche des Druckbetts 20.In the embodiment shown here, the
Das Heizelement 34 wird von einem Heizdraht 36 gebildet, der bevorzugt in Umfangsrichtung in der Wandung 31 der Heizhülle 30 verlegt ist. In
Eine Heizhülle 30 mit in Umfangsrichtung gewickelten Heizdrähten 36 eignet sich immer dann, wenn der Druck und die Erzeugung des Hohlkörpers 40 ebenfalls in Umfangsrichtung erfolgt. Dabei wird bevorzugt die Welle 22 mit der Heizhülle 30 um eine volle Umdrehung gedreht, bevor der Druckkopf 16 des Druckers 10 in Pfeilrichtung weiter bewegt wird. Jedenfalls ist die Bewegung des Druckkopfs 16 deutlich langsamer als die Rotationsbewegung des Druckbetts 20.A
Zu erkennen ist, dass die Heizhülle 30 in ihrer Wandung 31 Heizelemente 34 in Form von Heizdrähten 36 umfasst, die in axialer Richtung ausgebildet sind. Ein derartiges Druckbett 20 eignet sich insbesondere dann, wenn der zu erzeugende Hohlkörper 40 dadurch gedruckt wird, dass der Druckkopf 16 in axialer Richtung von einem Ende bis zum anderen Ende des Druckbetts verfährt und Filament auf das Druckbett aufgibt.It can be seen that the
Das oder die Heizelemente 34 können elektrisch miteinander verbunden sein, sodass eine größere beheizbare Fläche auf der Mantelfläche 32 gebildet wird. In diesem Fall erstrecken sich die beheizbaren Bereiche über die gesamte Länge des Druckbetts 20. Die Heizdrähte 36 können an ihren jeweiligen Enden Anschlüsse aufweisen, um mit einer Stromversorgung verbunden zu werden. Dem Fachmann sind unterschiedliche Ausführungsformen bekannt. Beispielsweise kann an einem Ende der Heizhülle 30 ein Anschlussadapter 42 angeordnet sein, der bevorzugt an der Welle 22 befestigt ist, um eine Verbindung zwischen der Stromversorgungseinheit und den Heizelementen 34 herzustellen. Eine Steuereinheit kann jedes Heizelement 34 für einen entsprechenden Port am Anschlussadapter 42 mit der Stromversorgung verschalten.The heating element or
Die einzelnen Heizdrähte 36 können an der Innenseite der Heizhülle 30 zu einem Anschlussfeld geführt sein, um mit einer Stromquelle und einer Steuerungseinheit verbunden zu sein.The
Das hier gezeigte Druckbett 20 wird verwendet, wenn das Filament 19 ebenfalls spiralförmig von dem Druckkopf 16 auf das Druckbett 20 aufgebracht wird. Zu sehen ist, dass das bereits gedruckte Filament parallel zu den Heizdrähten 36 ausgebildet ist. Die Heizdrähte untereinander sind ebenfalls parallel verlegt.The
Die Erfindung wurde anhand der Zeichnungen und der Beschreibung umfassend beschrieben und erklärt. Die Beschreibung und Erklärung sind als Beispiel und nicht einschränkend zu verstehen. Die Erfindung ist nicht auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt. Andere Ausführungsformen oder Variationen ergeben sich für den Fachmann bei der Verwendung der vorliegenden Erfindung sowie bei einer genauen Analyse der Zeichnungen, der Offenbarung und der nachfolgenden Patentansprüche.The invention has been comprehensively described and explained with reference to the drawings and the description. The description and explanation are intended to be exemplary and not limiting. The invention is not limited to the disclosed embodiments. Other embodiments or variations will become apparent to those skilled in the art upon use of the present invention upon a study of the drawings, the disclosure, and the claims that follow.
Das Druckbett des 3D-Druckers in Sinne dieser Erfindung umfasst eine Welle, die eine Vollwelle oder Hohlwelle sein kann. Das Druckbett kann eine zusätzlich Heizhülle umfassen, die über die Welle gezogen ist. Das Druckbett hat eine Mantelfläche, die entweder von der Welle selbst oder bei vorhandener Heizhülle von dieser gebildet wird. Die Welle oder die Heizhülle kann strukturiert sein, um eine Innen-Profilierung in dem auf dem Druckbett gedruckten Hohlkörper zu erzeugen.The printing bed of the 3D printer within the meaning of this invention comprises a shaft, which can be a solid shaft or a hollow shaft. The print bed can include an additional heating jacket that is pulled over the shaft. The printing bed has a lateral surface that is formed either by the shaft itself or by this if there is a heating jacket. The shaft or the heating jacket can be structured to create an internal profile in the hollow body printed on the print bed.
In den Patentansprüchen schließen die Wörter „umfassen“ und „mit“ nicht das Vorhandensein weiterer Elemente oder Schritte aus. Der undefinierte Artikel „ein“ oder „eine“ schließt nicht das Vorhandensein einer Mehrzahl aus. Ein einzelnes Element oder eine einzelne Einheit kann die Funktionen mehrerer der in den Patentansprüchen genannten Einheiten ausführen. Die bloße Nennung einiger Maßnahmen in mehreren verschiedenen abhängigen Patentansprüchen ist nicht dahingehend zu verstehen, dass eine Kombination dieser Maßnahmen nicht ebenfalls vorteilhaft verwendet werden kann.In the claims, the words "comprising" and "having" do not exclude the presence of other elements or steps. The undefined article "a" or "an" does not exclude the presence of a plural. A single element or unit can perform the functions of several of the units recited in the claims. The mere naming of some measures in several different dependent patent claims should not be understood to mean that a combination of these measures cannot also be used to advantage.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited
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