DE102021108620A1

DE102021108620A1 - Device for a 3D printer with a print bed

Info

Publication number: DE102021108620A1
Application number: DE102021108620.5A
Authority: DE
Inventors: Lars Lothspeich
Original assignee: BAT Solutions GmbH
Current assignee: BAT Solutions GmbH
Priority date: 2021-02-12
Filing date: 2021-04-07
Publication date: 2022-08-18
Also published as: DE102021106880A1; DE102021106881A1

Abstract

System (10) für einen 3D-Druck umfassend einen 3D-Drucker (20) mit einem Druckbett (22) und eine Vorrichtung (30) für den 3D-Drucker (20) mit Druckbett (22), zum Aufnehmen einer Schmelzschicht eines schmelzfähigen Materials, umfassend eine sich entlang einer Rotationsachse (34) erstreckende Welle (32) mit einer Mantelfläche (33), einen Antriebsmotor (40) zum Antreiben der Welle (32), und ein Lager (38) zum Aufnehmen und zum Lagern der Welle (32), wobei das Lager (38) dazu ausgebildet ist, um an dem 3D-Drucker (20) befestigt zu werden; und die Mantelfläche (33) ausgebildet ist, um die Schmelzschicht aufzunehmen.System (10) for 3D printing comprising a 3D printer (20) with a print bed (22) and a device (30) for the 3D printer (20) with print bed (22) for receiving a melt layer of a meltable material , comprising a shaft (32) which extends along an axis of rotation (34) and has an outer surface (33), a drive motor (40) for driving the shaft (32), and a bearing (38) for receiving and supporting the shaft (32 ), wherein the bearing (38) is adapted to be attached to the 3D printer (20); and the lateral surface (33) is designed to receive the melting layer.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung für einen 3D-Drucker mit einem Druckbett, zum Aufnehmen einer Schmelzschicht eines schmelzfähigen Materials, ein System umfassend die Vorrichtung und einen 3D-Drucker sowie ein Verfahren zum Steuern.The present invention relates to a device for a 3D printer with a printing bed for receiving a melt layer of a meltable material, a system comprising the device and a 3D printer, and a method for controlling.

3D-Drucker werden verwendet, um dreidimensionale Produkte auf einfache und schnelle Art herstellen zu können. Bei 3D-Druckern gibt es unterschiedliche Modelle, die je nach Anwendungsgebiet und eingesetzten Materialien verwendet werden können. Insbesondere 3D-Drucker mit Schmelzschichtverfahren, sogenannte Fused Deposition Modeling-Drucker (FDM-Drucker), weisen einen Druckkopf oder eine Düse auf, mittels der ein schmelzfähiges Material, insbesondere ein aufgeschmolzener Kunststoff, in Form eines Filaments oder Fadens auf eine Druckplatte oder Bodenplatte schichtweise aufgetragen wird. Der Druckkopf, der eine Art Düse umfasst, muss für das zu druckende Produkt geeignet sein. Dabei muss der Querschnitt der Düse bzw. der Düsenöffnung so klein sein, dass auch feine Strukturen herstellbar sind. Zum anderen muss der Durchmesser der Düsenöffnung oder der Druckkopföffnung derart groß sein, dass ein hinreichender Druckdurchsatz erzielt werden kann, um auch größere Flächen oder Produkte herzustellen.3D printers are used to create three-dimensional products easily and quickly. There are different models of 3D printers that can be used depending on the area of application and the materials used. In particular, 3D printers with melt layer processes, so-called fused deposition modeling printers (FDM printers), have a print head or a nozzle, by means of which a meltable material, in particular a melted plastic, is applied in layers to a printing plate or base plate in the form of a filament or thread is applied. The print head, which includes some kind of nozzle, must be suitable for the product to be printed. The cross-section of the nozzle or the nozzle opening must be so small that fine structures can also be produced. On the other hand, the diameter of the nozzle orifice or the print head orifice must be large enough to achieve sufficient print throughput to also produce larger areas or products.

Der Druckkopf ist in der Regel in einer Ebene in zwei Richtungen verfahrbar. Zudem lässt sich der Druckkopf auch in der Höhe variieren und einstellen, sodass er stets mit geringem Abstand zunächst über der Druckplatte oder dem Druckbett und später über den inzwischen gedruckten Schichten des herzustellenden Objekts bewegt werden kann. Auf diese Weise lassen sich nahezu beliebige Objekte drucken. Die Drucker werden hierbei insbesondere für ein Rapid Prototyping, für die Herstellung von einfachen Mustern oder Versuchsexemplaren oder für Einzelanfertigungen verwendet. Sie sind nicht nur im industriellen Bereich einsetzbar. Immer mehr 3D-Drucker finden auch im Heimbereich Anwendung, mit dem Privatanwender einzelne Stücke herstellen können.The print head can usually be moved in two directions in one plane. In addition, the print head can also be varied and adjusted in height, so that it can always be moved at a small distance, first over the printing plate or the printing bed and later over the layers of the object to be produced that have meanwhile been printed. In this way, almost any object can be printed. The printers are used here in particular for rapid prototyping, for the production of simple samples or test specimens or for one-off production. They can not only be used in the industrial sector. More and more 3D printers are also being used in the home, with which private users can produce individual pieces.

Im industriellen Einsatz werden 3D-Drucker auch häufiger für die Herstellung von zylindrischen Geometrien, wie z.B. Schläuchen, Düsen oder auch Kabelmänteln verwendet. Hierbei ergibt sich jedoch das Problem, dass die Schläuche entlang ihrer Längsrichtung gedruckt werden müssen, wobei die Längsrichtung während des Druckens in der Regel vertikal ausgerichtet ist. Die Länge der Schläuche ist aufgrund der begrenzten Höhe des Druckers stark eingeschränkt. Zudem kann bei dieser Art des Druckens ein Aufwölben oder ein Verzug des Bauteils entstehen, sodass es sich seitlich neigt oder in sich zusammenfällt. Durch ein beheiztes Druckbett wird versucht, diesen als Warping-Effekt bezeichneten Nachteil auszugleichen oder zu verhindern.In industrial use, 3D printers are also used more frequently for the production of cylindrical geometries, such as hoses, nozzles or cable sheaths. However, the problem arises here that the hoses have to be printed along their longitudinal direction, with the longitudinal direction usually being oriented vertically during printing. The length of the hoses is severely restricted due to the limited height of the printer. In addition, this type of printing can cause the component to bulge or warp, causing it to tilt sideways or collapse. A heated print bed attempts to compensate for or prevent this disadvantage, known as the warping effect.

Herkömmliche 3D-Drucker, auch solche nach dem Schmelzschichtverfahren, sind aber nur bedingt geeignet, komplexe rotationssymmetrische Formen und Strukturen herzustellen. Oft sind diese nur mittels Haltestrukturen realisierbar. Auch hat es sich als schwierig herausgestellt, hohe Maßgenauigkeiten zu erzielen, da insbesondere bei dünnwandigen Bauteilen die Stabilität schon während des Herstellungsprozesses oft nicht gegeben ist.However, conventional 3D printers, including those using the fused layer process, are only suitable to a limited extent for producing complex, rotationally symmetrical shapes and structures. These can often only be realized by means of holding structures. It has also turned out to be difficult to achieve high dimensional accuracy, since the stability is often not given during the manufacturing process, particularly in the case of thin-walled components.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es somit, eine Vorrichtung vorzuschlagen, mit der die im Stand der Technik erkannten Probleme beim 3D-Druck ausgeräumt werden und die besonders für rotationssymmetrische Bauteile geeignet ist.The object of the present invention is therefore to propose a device with which the problems in 3D printing recognized in the prior art can be eliminated and which is particularly suitable for rotationally symmetrical components.

Gelöst wird die vorliegende Aufgabe mit einer Vorrichtung mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 sowie durch ein System mit den Merkmalen gemäß Anspruch 11.The present object is achieved with a device having the features according to claim 1 and by a system having the features according to claim 11.

In einem ersten Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung somit eine Vorrichtung zum Aufnehmen einer Schmelzschicht eines schmelzfähigen Materials. Die Vorrichtung für einen Drucker mit einem Druckbett umfasst eine sich entlang einer Rotationsachse erstreckende Welle, eine sich um die Rotationsachse herum erstreckende Mantelfläche, einen Motor zum Antreiben der Welle und ein Lager zum Aufnehmen und zum Lagern der Welle. Das Lager ist dazu ausgebildet, an dem 3D-Drucker befestigt zu werden. Die Mantelfläche ist geeignet, die Schmelzschicht, die von dem 3D-Drucker appliziert und aufgebracht wird, aufzunehmen. Somit ergibt sich eine Vorrichtung mit einer Mantelfläche, die um eine koaxial verlaufende Welle gedreht werden kann, wobei die Welle mittels eines Motors angetrieben wird. Mantelfläche und Welle sind bevorzugt derart miteinander verbunden, dass eine Lagerung oder Bewegung der Welle eine Lagerung bzw. Bewegung der Mantelfläche zur Folge hat. Dabei wird die bevorzugt zylindrische Mantelfläche der Vorrichtung derart positioniert und bewegt, dass schmelzfähiges Material aus einem Druckkopf des 3D-Druckers auf die Welle aufgebracht und hier aufgenommen werden kann.In a first aspect, the present invention thus relates to a device for receiving a melted layer of a meltable material. The device for a printer with a printing bed comprises a shaft extending along an axis of rotation, a lateral surface extending around the axis of rotation, a motor for driving the shaft and a bearing for receiving and supporting the shaft. The bearing is designed to be attached to the 3D printer. The lateral surface is suitable for receiving the melted layer that is applied and applied by the 3D printer. This results in a device with an outer surface which can be rotated about a coaxial shaft, the shaft being driven by a motor. The lateral surface and the shaft are preferably connected to one another in such a way that a bearing or movement of the shaft results in a bearing or movement of the lateral surface. The preferably cylindrical lateral surface of the device is positioned and moved in such a way that meltable material can be applied to the shaft from a print head of the 3D printer and picked up here.

Die Vorrichtung bildet also ein im Wesentlichen rotationssymmetrisches Druckbett, auf dem Hohlkörper gedruckt werden können, die einen runden Querschnitt, bevorzugt einen kreisförmigen Querschnitt, aufweisen. Der bevorzugte kreisförmige Querschnitt kann dabei Unebenheiten oder kleinere Versätze aufweisen, solange deren Größe für die praktische Anwendung nicht relevant sind. The device thus forms an essentially rotationally symmetrical printing bed, on which hollow bodies can be printed which have a round cross section, preferably a circular cross section. The preferred circular cross section can have bumps or small offsets, as long as their size is not relevant for practical use.

Bevorzugt ist die Mantelfläche derart ausgebildet, dass sie eine geeignete Rauigkeit aufweist, damit das Material beim Auftrag auf der Mantelfläche verbleibt und auch dann nicht von der Mantelfläche herunterläuft, wenn die Welle um ihre Längsachse herum gedreht wird. Die Mantelfläche der Welle kann bevorzugt auf das zu druckende Schmelzmaterial, dass vom Druckkopf aufgebracht wird, abgestimmt sein. Das Material der Mantelfläche hat bevorzugt eine hohe Flexibilität und weist dennoch eine gute Formstabilität auf. Vorzugsweise ist die Welle aus Metall; sie kann aber auch aus einem bevorzugt hitzebeständigen Kunststoff sein.The lateral surface is preferably designed in such a way that it has a suitable roughness so that the material remains on the lateral surface during application and does not run off the lateral surface even when the shaft is rotated about its longitudinal axis. The outer surface of the shaft can preferably be matched to the melt material to be printed that is applied by the print head. The material of the lateral surface preferably has high flexibility and still has good dimensional stability. Preferably the shaft is metal; but it can also be made of a preferably heat-resistant plastic.

Die Vorrichtung umfasst bevorzugt eine Verbindungseinheit für eine Kommunikation zwischen der Vorrichtung und dem 3D-Drucker zum Abstimmen der Bewegung der Welle mit einem Druckkopf des 3D-Druckers. Damit wird die Drehung bzw. Drehbewegung der Welle auf den Druckkopf und/oder auf die Abgabe des schmelzfähigen Materials abgestimmt. Abgestimmt werden kann die Bewegung der Welle mit z.B. der Bewegung oder Geschwindigkeit des Druckkopfes oder der Abgabemenge des Materials bzw. Abgabegeschwindigkeit des Materials.The device preferably comprises a connection unit for communication between the device and the 3D printer for coordinating the movement of the shaft with a print head of the 3D printer. This coordinates the rotation of the shaft with the printhead and/or with the dispensing of the meltable material. The movement of the shaft can be coordinated with e.g. the movement or speed of the print head or the dispensing quantity of the material or the dispensing speed of the material.

Die Verbindungseinheit kann eine Datenverbindung sein, die kabelgebunden oder kabellos erfolgen kann. Die Verbindungseinheit kann eine Steuerung umfassen und den Drucker, mit dem die Vorrichtung verbunden ist, steuern und die Abgabeposition sowie -menge des Materials regeln. Alternativ kann die Verbindungseinheit Steuerbefehle von den 3D-Drucker erhalten und die Bewegung der Welle entsprechend den Befehlen steuern. Alternativ kann die Verbindungseinheit eine Kamera umfassen und die Position des Druckkopfes ermitteln und die Bewegung der Welle entsprechend abstimmen.The connection unit can be a data connection, which can be wired or wireless. The connection unit may comprise a controller and control the printer to which the device is connected and regulate the dispensing position and quantity of the material. Alternatively, the connection unit can receive control commands from the 3D printer and control the movement of the shaft according to the commands. Alternatively, the connection unit may include a camera and determine the position of the print head and adjust the movement of the shaft accordingly.

Vorzugsweise ist die Welle der Vorrichtung horizontal oder im Wesentlichen horizontal angeordnet. Dabei ist die oberste Linie der Mantelfläche der Welle vorzugsweise horizontal ausgerichtet. Ebenso bevorzugt ist eine Ausführungsform, bei der die Welle der Vorrichtung parallel zum Druckbett des Druckers angeordnet ist. Die Welle kann nur ein einem Ende gelagert sein. Das zweite Ende der Welle kann als freies Ende ausgebildet sein, so dass gedruckte Werkstücke einfach entnommen werden können.Preferably the shaft of the device is horizontal or substantially horizontal. In this case, the uppermost line of the outer surface of the shaft is preferably aligned horizontally. Also preferred is an embodiment in which the shaft of the device is arranged parallel to the printing bed of the printer. The shaft can only be supported at one end. The second end of the shaft can be designed as a free end so that printed workpieces can be easily removed.

Das Lager kann bevorzugt auf dem Druckbett des 3D-Druckers befestigt sein. Das Lager kann in einem Gehäuse angeordnet sein, das an dem Drucker befestigt ist, beispielsweise auf dem Druckbett des 3D-Druckers montiert ist. Das Lager kann alternativ an einem Halteelement oder Führungselement angeordnet sein. Das Halteelement kann an dem Drucker oder auf dem Druckbett befestigt sein. Denkbar ist, dass der 3D-Drucker ein Traggerüst oder eine Traverse aufweist, an der der Druckkopf des 3D-Druckers geführt und bewegt wird. Das Lager oder das Halteelement können an der Traverse oder dem Traggerüst befestigt sein. Vorteilhaft kann eine Befestigung des Lagers an der vorzugsweise vertikal beweglichen Traverse sein. Alternativ kann das Lager mittels eines Führungselements an dem Traggerüst angeordnet und bevorzugt in der Höhe bewegbar sein. Es ist denkbar, dass das Lager oder ein Halteelement oder ein Adapter auf andere Weise direkt oder indirekt mit dem 3D-Drucker gekoppelt oder verbunden ist. Die Verbindung ist in der Regel lösbar, so dass die erfindungsgemäße Vorrichtung an einem Drucker nachrüstbar, aber auch von diesem wieder entfernbar ist.The bearing can preferably be mounted on the print bed of the 3D printer. The bearing can be arranged in a housing that is attached to the printer, for example mounted on the print bed of the 3D printer. Alternatively, the bearing can be arranged on a holding element or guide element. The holding element can be attached to the printer or on the print bed. It is conceivable that the 3D printer has a support structure or a traverse on which the print head of the 3D printer is guided and moved. The bearing or the holding element can be attached to the traverse or the support structure. Fastening the bearing to the preferably vertically movable traverse can be advantageous. Alternatively, the bearing can be arranged on the support frame by means of a guide element and can preferably be movable in height. It is conceivable that the bearing or a holding element or an adapter is directly or indirectly coupled or connected to the 3D printer in some other way. The connection is usually detachable, so that the device according to the invention can be retrofitted to a printer, but can also be removed from it again.

In einer weiteren Ausführungsform kann das Lager ein Halteelement umfassen zum Befestigen an dem 3D-Drucker, wobei bevorzugt das Halteelement ein Gehäuse des Lagers sein kann.In a further embodiment, the bearing can comprise a holding element for attachment to the 3D printer, in which case the holding element can preferably be a housing of the bearing.

In einer bevorzugten Ausführungsform, bei der die obere Linie der Mantelfläche und der Welle horizontal verlaufend ausgerichtet sind, kann das typische Druckprinzip eines 3D-Druckers, bei dem ein Druckkopf ein aufgeschmolzenes Material auf eine unterhalb des Druckkopfs liegende horizontal ausgedehnte Druckplatte (Druckbett) aufbringt, beibehalten werden.In a preferred embodiment, in which the top line of the lateral surface and the shaft are aligned horizontally, the typical printing principle of a 3D printer, in which a print head applies a melted material to a horizontally extended printing plate (print bed) below the print head, to be kept.

Die Vorrichtung ist in einer bevorzugten Ausführungsform so ausgebildet, dass das Lager, das die Welle lagert und hält, auf dem Druckbett des 3D-Druckers befestigt ist. Beim Einsatz der erfindungsgemäßen Vorrichtung muss also lediglich der Abstand des Druckkopfs des 3D-Druckers zu der Mantelfläche angepasst werden. Dies erfolgt in der Regel durch eine Justierung und Festlegung eines neuen Nullpunktes für den 3D-Drucker. Weitere Maßnahmen sind nicht notwendig, um einen gängigen 3D-Drucker, insbesondere einen FDM-Drucker, mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung nachzurüsten. Folglich ist die erfindungsgemäße Vorrichtung einfach nachrüstbar und beispielsweise als Zukaufprodukt ausgebildet. Sie kann folglich einfach gemäß dem Plug-and-Play-Prinzip in gängige 3D-Drucker implementiert werden. Lediglich die Halterung oder ein Gehäuse, das z. B. das Lager der Welle umfasst, muss bevorzugt für eine Montage oder Befestigung an dem Drucker, beispielsweise auf dem Druckbett, ausgebildet sein.In a preferred embodiment, the device is designed in such a way that the bearing that supports and holds the shaft is fastened to the print bed of the 3D printer. When using the device according to the invention, only the distance between the print head of the 3D printer and the lateral surface has to be adjusted. This is usually done by adjusting and setting a new zero point for the 3D printer. Further measures are not necessary in order to retrofit a standard 3D printer, in particular an FDM printer, with the device according to the invention. Consequently, the device according to the invention can be easily retrofitted and is designed, for example, as a purchased product. It can therefore be easily implemented in common 3D printers according to the plug-and-play principle. Only the holder or a housing z. B. includes the bearing of the shaft, must preferably be designed for mounting or attachment to the printer, for example on the print bed.

Alternativ kann das Lager direkt oder indirekt an einem Führungselement wie etwa einer Traverse für den Druckkopf oder an einem Traggerüst für den Druckkopf angeordnet sein. Somit ist nur ein einmaliges Einstellen des Abstands zum Druckkopf notwendig.Alternatively, the bearing can be arranged directly or indirectly on a guide element such as a traverse for the print head or on a support frame for the print head. This means that the distance to the print head only needs to be adjusted once.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Mantelfläche der Vorrichtung rotationssymmetrisch. Somit ist es möglich, rotationssymmetrische Hohlkörper mit einer hohen Maßgenauigkeit herzustellen. Insbesondere lassen sich Rohre, Düsen, Diffusoren oder Schläuche sehr viel einfacher und besser herstellen. Auch Gewinde oder Gewindestücke an Hohlrohren mit sehr speziellen Anforderungen lassen sich mit erheblich geringerem Aufwand und deutlich höherer Qualität erzeugen.In a preferred embodiment, the lateral surface of the device is rotationally symmetrical. It is thus possible to produce rotationally symmetrical hollow bodies with a high level of dimensional accuracy. In particular, pipes, nozzles, diffusers or hoses can be manufactured much more easily and better. Threads or threaded pieces on hollow pipes with very special requirements can also be produced with significantly less effort and significantly higher quality.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Durchmesser der Mantelfläche variabel. Der Durchmesser kann somit an den Durchmesser des herzustellenden Hohlkörpers angepasst werden. Dabei wird er vor dem Druckvorgang festgelegt. Dies ermöglicht die Herstellung von rotationssymmetrischen Hohlkörpern mit beliebigen Durchmessern und einer sehr hohen Maßgenauigkeit. Insbesondere bei einer Vorrichtung mit horizontal ausgerichteter Welle und Mantelfläche bieten sich unterschiedliche Möglichkeiten zur Herstellung der rotationssymmetrischen Hohlkörper.In a preferred embodiment, the diameter of the lateral surface is variable. The diameter can thus be adapted to the diameter of the hollow body to be produced. It is defined before the printing process. This enables the production of rotationally symmetrical hollow bodies with any diameter and a very high level of dimensional accuracy. In particular in the case of a device with a horizontally aligned shaft and lateral surface, there are different possibilities for producing the rotationally symmetrical hollow body.

Die Welle kann nur an einem Ende gelagert sein. Vorzugsweise wird die Welle der Vorrichtung an beiden Enden von je einem Lager gelagert. Auf diese Weise lässt sich eine horizontale Ausrichtung der Welle einfach und stabil realisieren. Durch einfache Entnahmemöglichkeiten und ein lösbares Entkoppeln der Welle von den Lagern ist es möglich, nach Herstellung des Hohlkörpers die Welle und Mantelfläche zu entnehmen. Der Hohlkörper, der sich um die Mantelfläche herum erstreckt, lässt sich dann einfach in axialer Richtung von der Mantelfläche abstreifen.The shaft can only be supported at one end. The shaft of the device is preferably supported by one bearing at each end. In this way, a horizontal alignment of the shaft can be easily and stably implemented. Simple removal options and detachable decoupling of the shaft from the bearings make it possible to remove the shaft and lateral surface after the hollow body has been produced. The hollow body, which extends around the lateral surface, can then simply be stripped off the lateral surface in the axial direction.

Die Welle wird von einem Antriebmotor angetrieben. Der Antriebsmotor ist an dem oder einem der gelagerten Enden der Welle angeordnet. In einer weiteren besonderen Ausführungsform ist an beiden Enden der Welle ein Motor angeordnet, um die Welle anzutreiben. Die Welle lässt sich sehr gleichmäßig bewegen, sodass die Rotationsbewegung der Welle kontinuierlich erfolgen kann. Ein nahtloser Auftrag des geschmolzenen Materials auf die Mantelfläche der Vorrichtung wird so garantiert.The shaft is driven by a drive motor. The drive motor is arranged on the bearing end or on one of the bearing ends of the shaft. In a further particular embodiment, a motor is arranged at both ends of the shaft in order to drive the shaft. The shaft can be moved very smoothly, so that the rotational movement of the shaft can take place continuously. This guarantees a seamless application of the melted material to the lateral surface of the device.

Bei herkömmlichen 3D-Druckern werden auch langgestreckte rotationssymmetrische Hohlkörper in vertikaler Richtung gedruckt, also der Druckkopf lediglich in vertikaler Richtung bewegt. Dabei erfolgt der Druck beginnend auf der Druckplatte und setzt sich dann in vertikaler Richtung nach oben fort, indem der Druckkopf nach dem Auftragen jeder weiteren Schicht etwas nach oben bewegt wird. Insbesondere bei langgestreckten Hohlkörpern leidet hier jedoch die Stabilität mit zunehmender Länge. Im Gegensatz hierzu ermöglicht die horizontal angeordnete Welle und die die Welle umschließende Mantelfläche einen gleichmäßigen Auftrag von geschmolzenen Kunststoffen auf die Vorrichtung, ohne dass die Gefahr eines Umbiegens oder Umfallens des herzustellenden Hohlkörpers besteht.With conventional 3D printers, elongated, rotationally symmetrical hollow bodies are also printed in the vertical direction, i.e. the print head is only moved in the vertical direction. Printing starts on the platen and then continues vertically upwards by moving the print head slightly upwards after each additional layer is applied. In the case of elongated hollow bodies in particular, however, the stability suffers as the length increases. In contrast to this, the horizontally arranged shaft and the outer surface enclosing the shaft allow molten plastics to be applied evenly to the device without the risk of the hollow body to be produced bending over or falling over.

Bei bekannten 3D-Druckern hat es sich als positiv erwiesen, die Druckplatte zu beheizen, wenn das verwendete Druckmaterial ein Thermoplast ist. Dieser Effekt nimmt jedoch bereits nach wenigen Millimetern an Bauteilhöhe ab, sodass es zu einem ungleichmäßigen Abkühlen des gedruckten Materials kommen kann. Die Folge ist eine Instabilität der produzierten Gegenstände.In known 3D printers, it has proven beneficial to heat the printing plate when the printing material used is a thermoplastic. However, this effect decreases after just a few millimeters of component height, which can lead to uneven cooling of the printed material. The consequence is an instability of the produced objects.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Mantelfläche der Vorrichtung von innen beheizbar. Auf diese Weise lässt sich der Herstellungsprozess verbessern. Der Abkühlungsprozess des herzustellenden Gegenstands kann aktiv geregelt werden. Bevorzugt weist die Mantelfläche der Vorrichtung eine gute Wärmeleitfähigkeit derart auf, dass die Wärme gleichmäßig über die Oberfläche verteilt wird und einem direkten Erstarren des schmelzfähigen Materials entgegengewirkt wird. Andererseits muss die Mantelfläche so ausgebildet sein, dass das Filament hinreichend schnell abkühlt, damit es nach einer halben Drehung der Welle nicht von der Unterseite der Welle heruntertropft oder sich durch die Schwerkraft verformt.In a preferred embodiment, the lateral surface of the device can be heated from the inside. In this way, the manufacturing process can be improved. The cooling process of the item to be manufactured can be actively controlled. The lateral surface of the device preferably has good thermal conductivity such that the heat is distributed evenly over the surface and direct solidification of the meltable material is counteracted. On the other hand, the outer surface must be designed in such a way that the filament cools down sufficiently quickly so that it does not drip off the underside of the shaft after half a rotation of the shaft or is deformed by gravity.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird zum Beheizen der Mantelfläche eine Mehrzahl von Heizelementen eingesetzt, die bei Verwendung einer Hohlwelle innerhalb der Hohlwelle angeordnet sind. Sehr bevorzugt sind die Heizelemente einzeln ansteuerbar und aktivierbar, sodass unterschiedliche Stellen unterschiedlich beheizt werden können. Alternativ kann die Welle induktiv beheizt werden.In a preferred embodiment, a plurality of heating elements are used to heat the lateral surface, which are arranged inside the hollow shaft when using a hollow shaft. The heating elements can very preferably be controlled and activated individually, so that different points can be heated differently. Alternatively, the shaft can be heated inductively.

In einer ebenfalls bevorzugten Ausführungsform sind mehrere der Heizelemente in Längsrichtung der Rotationsachse verteilt, sodass über die gesamte Länge und nicht nur über den Umfang die Mantelfläche beheizt werden kann. Auf diese Weise ist es möglich, die Mantelfläche der Vorrichtung gleichmäßig zu beheizen, um ein optimales Druckergebnis zu erhalten. Die benötigte Temperatur der Mantelfläche ist abhängig von dem verwendeten Filament, das auf die Mantelfläche aufgetragen wird. Insbesondere erfolgt das Heizen auch hier, um zu hohe Temperaturunterschiede zwischen aufgebrachtem Filament und Mantelfläche zu verhindern, die zu einem Verzug am Bauteil führen können. Ebenso wird durch das Beheizen der Mantelfläche die Haftung des Filaments auf der Fläche selbst verbessert.In a likewise preferred embodiment, several of the heating elements are distributed in the longitudinal direction of the axis of rotation, so that the lateral surface can be heated over the entire length and not just over the circumference. In this way it is possible to heat the lateral surface of the device evenly in order to obtain an optimal printing result. The required temperature of the lateral surface depends on the filament used, which is applied to the lateral surface. In particular, the heating also takes place here in order to prevent excessive temperature differences between the applied filament and the lateral surface, which can lead to distortion of the component. The adhesion of the filament to the surface itself is also improved by heating the lateral surface.

In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die Mantelfläche durch die Außenfläche der Welle selbst gebildet. Möglich ist es auch, dass Mantelfläche und Welle getrennte Bauteile sind. Dabei ist es denkbar, dass die Mantelfläche die Welle in Längsrichtung überragt. Die Welle kann auch lediglich an einem Ende der Mantelfläche angeordnet sein, um einen Antrieb der Mantelfläche und eine Lagerung zu ermöglichen. Bei einer bevorzugten beidseitigen Lagerung können zwei Wellenstücke jeweils an beiden Enden mit der Mantelfläche direkt verbunden sein. Die Wellenstücke können auch als Wellenzapfen ausgebildet sein. Möglich ist auch, dass die Welle oder Wellenstücke über Zwischenelemente oder Befestigungselemente mit der Mantelfläche verbunden ist.In one embodiment of the present invention, the lateral surface is formed by the outer surface of the shaft itself. It is also possible that lateral surface and shaft are separate components. It is conceivable that the outer surface protrudes beyond the shaft in the longitudinal direction. The shaft can also be arranged only at one end of the lateral surface in order to enable the lateral surface to be driven and supported. In the case of a preferred bearing on both sides, two shaft pieces can each be directly connected to the lateral surface at both ends. The shaft pieces can also be designed as shaft journals. It is also possible for the shaft or shaft sections to be connected to the lateral surface via intermediate elements or fastening elements.

Um das Herstellen von Hohlkörpern mit verschiedenen Durchmessern zu ermöglichen, ist es vorteilhaft, wenn der Durchmesser der Mantelfläche variabel ist. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Welle eine Hohlwelle mit einer Wandung. Besonders bevorzugt ist die Wandung in Längsrichtung geschnitten, sodass die Hohlwelle nicht durch einen durchgehenden Zylinder gebildet wird. Bei der geschnittenen Wandung überlappen sich bevorzugt die Endbereiche der Wandung in Rotationsrichtung wenigstens teilweise in einem Überlappungsbereich.In order to enable the production of hollow bodies with different diameters, it is advantageous if the diameter of the lateral surface is variable. In a preferred embodiment, the shaft is a hollow shaft with a wall. The wall is particularly preferably cut in the longitudinal direction, so that the hollow shaft is not formed by a continuous cylinder. In the case of the cut wall, the end regions of the wall in the direction of rotation preferably overlap at least partially in an overlapping region.

Vorzugsweise ist die Überlappung der Endbereiche der Wandung veränderbar, sodass sich der Überlappungsbereich ändert, also vergrößert oder verkleinert werden kann. Durch die Änderung der Überlappung wird gleichzeitig der Außendurchmesser der Welle variiert. Der Außendurchmesser und somit der der Mantelfläche sind hierdurch variabel. Dies ermöglicht es, die Vorrichtung für den 3D-Druck von Hohlkörpern mit unterschiedlichen Durchmessern zu verwenden.The overlapping of the end areas of the wall can preferably be changed, so that the overlapping area changes, ie can be enlarged or reduced. By changing the overlap, the outer diameter of the shaft is varied at the same time. The outer diameter and thus that of the lateral surface are variable as a result. This makes it possible to use the device for 3D printing of hollow bodies with different diameters.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist der innen liegende Endbereich der Wandung mittels eines Befestigungselements mit Wellenzapfen der Welle verbunden. Die Befestigungselemente bewirken zum einen, dass die Wandung der Hohlwelle mit den Wellenzapfen gekoppelt ist, sodass ein Drehen der Wellenzapfen mittels Motoren zu einer Rotation der Hohlwelle führt. Zum anderen dienen die Befestigungselemente als Verstellelemente, um den Überlappungsbereich der Endbereiche der Wandung zu verändern und zu verstellen.In a preferred embodiment, the inner end area of the wall is connected to the shaft journal of the shaft by means of a fastening element. On the one hand, the fastening elements cause the wall of the hollow shaft to be coupled to the shaft journal, so that rotation of the shaft journal by means of motors causes the hollow shaft to rotate. On the other hand, the fastening elements serve as adjustment elements in order to change and adjust the overlapping area of the end areas of the wall.

In einer bevorzugten Ausführungsform können die Befestigungselemente als Federn ausgebildet sein, sehr bevorzugt als Spiralfedern. Denkbar sind auch andere Ausführungen des Befestigungselements, beispielsweise als verstellbare Klammer oder Schieber. Weiterhin bevorzugt kann zwischen den Wellenzapfen und dem Befestigungselement, insbesondere der Spiralfeder, ein Motor angeordnet sein, sodass eine Veränderung des Überlappungsbereichs der Endbereiche mittels eines Motors (z. B. Stellmotor) erzielt werden kann. Der als Einstellmotor bezeichnete Motor kann von einer Steuerung entsprechend angesteuert werden. Das Bewegen des Einstellmotors in die eine Richtung führt zu einer Vergrößerung des Überlappungsbereichs, wodurch sich der Außendurchmesser der Welle verringert. Eine Bewegung in die entgegengesetzte Richtung verkleinert den Überlappungsbereich, sodass der Außendurchmesser der Welle vergrößert wird und größere Hohlkörper im 3D-Druckverfahren produziert werden können.In a preferred embodiment, the fastening elements can be designed as springs, very preferably as spiral springs. Other designs of the fastening element are also conceivable, for example as an adjustable clamp or slide. A motor can also preferably be arranged between the shaft journal and the fastening element, in particular the spiral spring, so that the overlapping area of the end areas can be changed by means of a motor (e.g. servomotor). The motor, referred to as the adjustment motor, can be controlled accordingly by a controller. Moving the adjustment motor in one direction increases the overlap area, which reduces the outer diameter of the shaft. A movement in the opposite direction reduces the overlapping area, so that the outer diameter of the shaft is increased and larger hollow parts can be produced using the 3D printing process.

In einer bevorzugten Ausführungsform, in der das Befestigungselement vorzugsweise als Feder oder Spiralfeder ausgebildet ist, weist die Hohlwelle an beiden Enden je einen Wellenzapfen auf, die mittels Lagern gehalten werden. Zwischen dem Befestigungselement und den Wellenzapfen ist an beiden Enden der Welle je ein Einstellmotor angeordnet. Diese sind vorzugsweise unabhängig voneinander ansteuerbar und bewegbar. Durch ein geeignetes Ansteuern der beiden Einstellmotoren können unterschiedliche Wellenformen erzeugt werden. Werden die beiden Einstellmotoren in entgegengesetzte Richtungen bewegt, so wird der Außendurchmesser der Welle an einem Ende verringert und gleichzeitig am anderen Ende vergrößert. Auf diese Weise lässt sich eine konische oder kegelförmige Welle bilden, die für die Produktion von Düsen oder Diffusoren bevorzugt verwendet werden kann.In a preferred embodiment, in which the fastening element is preferably designed as a spring or spiral spring, the hollow shaft has a shaft journal at both ends, which are held by means of bearings. A setting motor is arranged at both ends of the shaft between the fastening element and the shaft journal. These can preferably be controlled and moved independently of one another. By suitably controlling the two adjustment motors, different waveforms can be generated. If the two adjustment motors are moved in opposite directions, the outer diameter of the shaft is reduced at one end and increased at the same time at the other end. In this way, a conical or cone-shaped shaft can be formed, which can preferably be used for the production of nozzles or diffusers.

Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein System für einen 3D-Druck mit den Merkmalen des Anspruchs 11. Das System umfasst einen 3D-Drucker mit einem Druckbett sowie eine Vorrichtung, wie sie oben beschrieben wurde. Die Vorrichtung ist an dem Drucker befestigt, und der Druckkopf des Druckers ist so positioniert, dass schmelzfähiges Material auf die Mantelfläche der Vorrichtung aufgebracht wird. Bevorzugt ist die Vorrichtung auf dem horizontalen Druckbett des Druckers montiert. Vorzugsweise ist die Vorrichtung an dem Drucker lösbar befestigt, sodass sie bei Bedarf entnommen werden kann. Hierdurch entsteht eine hohe Flexibilität, weil der 3D-Drucker auch für „normalen“ 3D-Druck verwendet werden kann, also immer dann, wenn keine rotationssymmetrischen oder langgestreckten runden Hohlkörper gedruckt werden sollen. Bei Einsatz der Vorrichtung und Montage der Vorrichtung auf dem Druckbett des 3D-Druckers wird bevorzugt eine optionale Beheizung des Druckbetts des 3D-Druckers ausgeschaltet.According to a further aspect, the present invention relates to a system for 3D printing with the features of claim 11. The system includes a 3D printer with a printing bed and a device as described above. The device is attached to the printer and the printer's print head is positioned to apply meltable material to the surface of the device. Preferably, the device is mounted on the printer's horizontal print bed. Preferably, the device is releasably attached to the printer so that it can be removed when needed. This creates a high level of flexibility because the 3D printer can also be used for "normal" 3D printing, i.e. whenever no rotationally symmetrical or elongated round hollow bodies are to be printed. When using the device and mounting the device on the printing bed of the 3D printer, an optional heating of the printing bed of the 3D printer is preferably switched off.

In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das System eine Steuereinheit, die dazu ausgebildet ist, die Vorrichtung anzusteuern und die bevorzugt eine Ansteuerung im Zusammenwirken mit dem 3D-Drucker vornimmt. Optional steuert die Steuereinheit Vorrichtung und 3D-Drucker. Somit lässt sich z. B. der Druckkopf des 3D-Druckers in Abhängigkeit von der Rotation der Welle der Vorrichtung steuern. Auf diese Weise ist es möglich, schmelzfähiges Material auf die Mantelfläche der Vorrichtung in einer gewünschten Weise und entlang einer vorgegebenen Trajektorie aufzubringen. Langgestreckte Hohlkörper lassen sich auf unterschiedliche Arten einfach drucken. Die Steuereinheit kann die Verbindungseinheit der Vorrichtung umfassen oder mit ihr kommunizieren und Daten austauschen. Die Steuereinheit kann - bevorzugt gemeinsam mit der Verbindungseinheit - die Vorrichtung und den Druckkopf derart regeln, dass schmelzfähiges Material in einer gewünschten und vorgegebenen Weise und/oder entlang einer vorgegebenen Trajektorie auf die Mantelfläche der Vorrichtung aufgebracht wird.In a preferred embodiment, the system comprises a control unit which is designed to control the device and which preferably performs control in cooperation with the 3D printer. Optionally, the control unit controls the device and 3D printer. Consequently can e.g. B. control the print head of the 3D printer depending on the rotation of the shaft of the device. In this way it is possible to apply meltable material to the lateral surface of the device in a desired manner and along a predetermined trajectory. Elongated hollow bodies can be easily printed in different ways. The control unit may comprise the connection unit of the device or communicate and exchange data with it. The control unit can—preferably together with the connection unit—regulate the device and the print head in such a way that meltable material is applied to the lateral surface of the device in a desired and predetermined manner and/or along a predetermined trajectory.

Vorzugsweise umfasst eine Art des Drucks ein Drucken in Umfangsrichtung. Dabei dreht sich die Welle der Vorrichtung mit konstanter Geschwindigkeit um ihre Längsachse. Der Druckkopf verfährt mit einer gewünschten (geringen) Geschwindigkeit in Längsrichtung der Längsachse, sodass Bahn für Bahn in Umfangsrichtung das schmelzfähige Material auf die Mantelfläche der Welle aufgetragen wird. Durch diese Art des Druckens entstehen Hohlkörper, die bestens für Zug- und Druckkräfte in Umfangsrichtung geeignet sind.Preferably, one mode of printing includes circumferential printing. The shaft of the device rotates around its longitudinal axis at a constant speed. The print head moves at a desired (low) speed in the longitudinal direction of the longitudinal axis, so that the meltable material is applied to the outer surface of the shaft line by line in the circumferential direction. This type of printing creates hollow bodies that are ideally suited for tensile and compressive forces in the circumferential direction.

Gemäß einer zweiten Variante der Ansteuerung von Druckkopf und Welle der Vorrichtung fährt der Druckkopf zunächst entlang der Welle in Längsrichtung und trägt Filament auf die Mantelfläche auf. Nachdem eine Bahn aus Filament über die gewünschte Länge der Welle aufgetragen wurde, dreht die Welle entsprechend der Bahnbreite des aufgebrachten Materials bzw. Filaments um die Rotationsachse, sodass die nächste (benachbarte) Bahn aufgetragen werden kann. Der Druckkopf bewegt sich dann in entgegengesetzter Richtung entlang der Längsachse. Durch ein derartiges Druckverfahren ist es möglich, Hohlkörper zu erzeugen, die bestens geeignet sind für den Einsatz, bei dem Zug- und Druckkräfte in Längsrichtung auftreten.According to a second variant of the control of the print head and shaft of the device, the print head first moves along the shaft in the longitudinal direction and applies filament to the lateral surface. After a web of filament has been deposited over the desired length of the shaft, the shaft rotates around the axis of rotation according to the web width of the deposited material or filament, so that the next (adjacent) web can be deposited. The print head then moves in the opposite direction along the longitudinal axis. Such a printing process makes it possible to produce hollow bodies that are ideally suited for use in which tensile and compressive forces occur in the longitudinal direction.

Bei einer weiteren Art des Druckens wird das geschmolzene Filament in einem vorgegebenen Winkel, beispielsweise in einem 45°-Winkel, auf die Welle aufgetragen. Dabei sind die Rotation der Welle und die Bewegung des Druckkopfs entlang der Längsrichtung der Rotationsachse entsprechend aufeinander abgestimmt. Bei einem 45°-Winkel des Aufbringens sind die Bewegungen gleich. Bei anderen Winkeln sind die Bewegungen und Geschwindigkeiten entsprechend anzupassen. Sobald der Druckkopf in Längsrichtung der Rotationsachse am Ende angekommen ist, wird die Richtung geändert, sodass ein mehrlagiges Hohlkörperprodukt entsteht, das bevorzugt dann eingesetzt wird, wenn Torsionskräfte auf das Produkt wirken.In another type of printing, the molten filament is applied to the shaft at a predetermined angle, for example at a 45° angle. The rotation of the shaft and the movement of the print head along the longitudinal direction of the axis of rotation are correspondingly coordinated with one another. At a 45° angle of application, the movements are the same. For other angles, the movements and speeds must be adjusted accordingly. As soon as the print head has reached the end in the longitudinal direction of the axis of rotation, the direction is changed so that a multi-layer hollow body product is created, which is preferably used when torsional forces act on the product.

Je nach der erwarteten Belastungsart der zu druckenden Produkte kann die entsprechende passende Variante der Ansteuerung von Druckkopf und Welle verwendet werden. Selbstverständlich besteht auch die Möglichkeit, verschiedene Varianten zu kombinieren, um somit eine höhere mechanische Festigkeit zu erhalten. Bei dem Produkt werden dann mehrere Lagen an Filamenten übereinander gedruckt.Depending on the expected type of load on the products to be printed, the appropriate variant of the print head and shaft control can be used. Of course, there is also the option of combining different variants in order to obtain greater mechanical strength. Several layers of filaments are then printed on top of each other in the product.

Erfindungsgemäß wird die vorliegende Aufgabe auch durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 13 gelöst. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird in einem Schritt die Welle in Rotationsrichtung bewegt, bis sie eine vorgegebene Rotationsposition einnimmt. Ein weiterer Schritt umfasst das Bewegen des Druckkopfs des Druckers in eine vorgegebene Druckkopfposition. Ein zusätzlicher Schritt betrifft das Aufbringen von schmelzfähigem Material, beispielsweise von Filament, auf die Mantelfläche der Welle der Vorrichtung. Ein weiterer optionaler Schritt umfasst das Bewegen der Welle und/oder des Druckkopfs in die nächste gewünschte Position.According to the invention, the present object is also achieved by a method having the features of claim 13. In the method according to the invention, the shaft is moved in the direction of rotation in one step until it assumes a predetermined rotational position. Another step includes moving the printhead of the printer to a predetermined printhead position. An additional step relates to the application of fusible material, for example filament, to the lateral surface of the shaft of the device. Another optional step includes moving the shaft and/or print head to the next desired position.

Die Schritte können in der angegebenen Reihenfolge oder in einer anderen Reihenfolge ausgeführt werden. Auch können einzelne Schritte mehrfach ausgeführt werden, bevor ein weiterer Schritt ausgeführt wird. Möglich ist es auch, dass mehrere Schritte gleichzeitig ausgeführt werden. Die Schritte des Bewegens können ein kontinuierliches Bewegen umfassen. Möglich ist auch ein schrittweises Bewegen. Das Aufbringen von Filament oder schmelzfähigem Material auf die Mantelfläche der Welle kann ebenfalls kontinuierlich oder schrittweise erfolgen.The steps may be performed in the order presented or in a different order. Individual steps can also be carried out multiple times before a further step is carried out. It is also possible for several steps to be carried out simultaneously. The moving steps may include continuous moving. Step-by-step movement is also possible. The application of filament or fusible material to the lateral surface of the shaft can also take place continuously or stepwise.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand einiger ausgewählter Ausführungsbeispiele im Zusammenhang mit den beiliegenden Zeichnungen näher beschrieben und erläutert. Die in den Figuren gezeigten Merkmale können auch einzeln oder in anderer Kombination vorkommen. Die in den Figuren gezeigten Ausführungen bilden keine Beschränkung der einzelnen Merkmale oder deren Kombinationen. Es zeigen:

1a ein erfindungsgemäßes System zum 3D-Druck mit einem 3D-Drucker und einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
1b eine alternative Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems;
2a-c unterschiedliche Druckformen;
3 eine Prinzipskizze der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
4 eine besondere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit konischer Mantelfläche;
5a, b eine Prinzipskizze eines Querschnitts durch eine erfindungsgemäße Welle;
6a, b eine weitere besondere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung; und
7 eine weitere Ausführungsform der Vorrichtung mit Heizung.

The invention is described and explained in more detail below using a few selected exemplary embodiments in connection with the accompanying drawings. The features shown in the figures can also occur individually or in a different combination. The designs shown in the figures do not constitute any limitation of the individual features or their combinations. Show it:

1a a system according to the invention for 3D printing with a 3D printer and a device according to the invention;
1b an alternative embodiment of the system according to the invention;
2a-c different forms of printing;
3 a schematic diagram of the device according to the invention;
4 a special embodiment of the device according to the invention with a conical lateral surface;
5a, b a schematic diagram of a cross section through a shaft according to the invention;
6a, b another particular embodiment of the device according to the invention; and
7 another embodiment of the device with heating.

1a zeigt ein erfindungsgemäßes System 10 für einen 3D-Druck von rotationssymmetrischen langgestreckten Hohlkörpern mit einem 3D-Drucker 20 und einer Vorrichtung 30 für den 3D-Druck. 1a shows a system 10 according to the invention for 3D printing of rotationally symmetrical elongated hollow bodies with a 3D printer 20 and a device 30 for 3D printing.

Der 3D-Drucker 20 umfasst ein Druckbett 22 und einen Druckkopf 24, der dazu ausgerichtet ist, ein Filament 21 aus schmelzfähigem Material, insbesondere aus schmelzfähigem Kunststoff, auf einen Untergrund, beispielsweise das Druckbett 22 aufzubringen. Eine Steuereinheit 26 steuert bevorzugt sowohl die Bewegung des Druckkopfs 24 als auch die Abgabe von schmelzfähigem Material durch den Druckkopf.The 3D printer 20 includes a print bed 22 and a print head 24, which is designed to apply a filament 21 made of meltable material, in particular meltable plastic, to a substrate, for example the print bed 22. A control unit 26 preferably controls both the movement of the print head 24 and the dispensing of meltable material by the print head.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung 30 hat eine Welle 32, die sich entlang einer Rotationsachse 34 erstreckt. Die Welle 32 hat eine Mantelfäche 33 als Oberfläche, die geeignet und dazu ausgebildet ist, das Material, z.B. in Form eines Filaments, aufzunehmen, so dass ein langgestreckter, im Querschnitt runder Hohlkörper auf der Welle 32 gedruckt werden kann. An ihren beiden Enden 36 ist die Welle 32 in je einem Lager 38 gelagert und wird von je einem Antriebsmotor 40 angetrieben, der eine Rotation der Welle um die Rotationsachse 34 ermöglicht.The device 30 according to the invention has a shaft 32 which extends along an axis of rotation 34 . The shaft 32 has a mantle surface 33 as a surface which is suitable and designed to receive the material, e.g. The shaft 32 is mounted in a bearing 38 at each of its two ends 36 and is driven by a drive motor 40 each, which enables the shaft to rotate about the axis of rotation 34 .

In der hier gezeigten Ausführungsform hat die Welle 32 an ihren Enden 36 je einen Wellenzapfen 42, der in dem Lager 38 gelagert ist. Das Lager 38 umfasst eine Aufnahme für die Welle. Bevorzugt umfasst das Lager 38 ein Halteelement 37, um die Welle an dem Drucker zu halten und zu befestigen. Das Halteelement 37 kann bevorzugt, wie hier gezeigt, ein Gehäuse 39 sein, das auf dem Druckbett 22 lösbar befestigt ist.In the embodiment shown here, the shaft 32 has at each of its ends 36 a shaft journal 42 which is mounted in the bearing 38 . The bearing 38 includes a seat for the shaft. Preferably, bearing 38 includes a retainer 37 to retain and secure the shaft to the printer. As shown here, the holding element 37 can preferably be a housing 39 which is detachably fastened to the printing bed 22 .

Die erfindungsgemäße Vorrichtung 30 umfasst bevorzugt eine optionale Verbindungseinheit 12, mittels der eine Verbindung zu dem 3D-Drucker 20 hergestellt werden kann. Bevorzugt wird eine Kommunikation der Vorrichtung 30 mit dem Drucker hergestellt, um die Bewegung der Welle 32 mit der Bewegung des Druckkopfs 24 und/oder der Abgabe des schmelzfähigen Materials aus dem Druckkopf abzustimmen. Die Verbindungseinheit kann dazu dienen, eine Kommunikation herzustellen, also Informationen zwischen der Vorrichtung und dem Drucker auszutauschen, wobei der Austausch einseitig oder bidirektional sein kann. Beispielsweise ist eine Verbindung oder Kommunikation der Verbindungseinheit 12 mit der Steuereinheit 26 möglich, die bevorzugt drahtlos erfolgt. Bevorzugt werden Steuerparameter oder Steuerbefehle zwischen Drucker und Vorrichtung ausgetauscht, beispielsweise um die Drehbewegung der Welle 32 an die Materialabgabe des Druckkopfs anzupassen und um bevorzugt die Materialabgabe entlang einer vorgegebenen Trajektorie zu ermöglichen.The device 30 according to the invention preferably comprises an optional connection unit 12, by means of which a connection to the 3D printer 20 can be established. Preferably, the device 30 is in communication with the printer to synchronize the movement of the shaft 32 with the movement of the print head 24 and/or the dispensing of the meltable material from the print head. The connection unit can be used to establish communication, that is to say to exchange information between the device and the printer, with the exchange being able to be unidirectional or bidirectional. For example, a connection or communication of the connection unit 12 with the control unit 26 is possible, which preferably takes place wirelessly. Control parameters or control commands are preferably exchanged between the printer and the device, for example in order to adapt the rotational movement of the shaft 32 to the material delivery of the print head and to preferably enable the material delivery along a predetermined trajectory.

1b ist eine schematische Darstellung einer alternativen bevorzugten Ausführungsform. Gemäß dieser Ausführungsform wird der Druckkopf 24 des 3D-Druckers 20 entlang einer Traverse 72 geführt, die Teil einer Haltevorrichtung 70 ist. Die Traverse 72 lässt sich vorzugsweise vertikal in der Höhe verändern. 1b Figure 12 is a schematic representation of an alternative preferred embodiment. According to this embodiment, the print head 24 of the 3D printer 20 is guided along a traverse 72 which is part of a holding device 70 . The height of the traverse 72 can preferably be changed vertically.

Die Vorrichtung 30 ist nun nicht mit seinen Lagern 38 und deren Halteelementen 37 auf dem Druckbett 22 des Druckers befestigt sondern an der Haltevorrichtung 70. Die Welle 32, die sich entlang der Rotationsachse 34 erstreckt, ist an beiden Enden mittels Lagerzapfen 42 in einem Lager 38 gelagert. Das Lager 38 mit seinem Halteelement 37 ist bevorzugt in die Haltevorrichtung 70 integriert und trägt die Welle 32. Die Lager 38 und Halteelemente 37, die in vertikalen Haltestreben 74 der Haltevorrichtung70 angeordnet sind, lassen sich in ihrer Vertikalposition verändern. Somit lässt sich die Welle insgesamt in ihrer Höhe und/oder ihrer Neigung variieren. Antriebsmotoren 40 sind ebenfalls in den Haltestreben 74 integriert, um die Welle 32 anzutreiben und eine Rotationsbewegung auszuführen. Darüber hinaus sind nicht gezeigte Motoren zur Änderung der Vertikalposition der Welle 32 vorgesehen.The device 30 is now not fixed with its bearings 38 and their holding elements 37 on the printing bed 22 of the printer but on the holding device 70. The shaft 32, which extends along the axis of rotation 34, is supported at both ends by means of bearing journals 42 in a bearing 38 stored. The bearing 38 with its holding element 37 is preferably integrated into the holding device 70 and carries the shaft 32. The bearing 38 and holding elements 37, which are arranged in vertical holding struts 74 of the holding device 70, can be changed in their vertical position. The height and/or inclination of the shaft can thus be varied overall. Drive motors 40 are also integrated into the support struts 74 to drive the shaft 32 and provide rotational movement. In addition, motors, not shown, are provided for changing the vertical position of the shaft 32.

Die Kommunikationsverbindung zwischen 3D-Drucker 20 und Vorrichtung 30 erfolgt auch gemäß dieser Ausführungsform mittels der Verbindungseinheit 12, die beispielsweise eine drahtlose oder drahtgebundene Verbindung zu der Steuereinheit 26 des Systems 10 herstellt, wenn diese Bestandteil des 3D-Druckers 20 ist. Ein Informationsaustausch zwischen 3D-Drucker 20 und Vorrichtung 30 erfolgt via der Verbindungseinheit 12, die im einfachsten Fall ein Kabel sein kann. Die Verbindungseinheit 12 kann bevorzugt in einer Ansteuereinheit der Vorrichtung 30 integriert sein, welche Steuerbefehle in eine Drehbewegung der Welle umsetzen kann.According to this embodiment, the communication connection between 3D printer 20 and device 30 is also established by means of connection unit 12, which establishes a wireless or wired connection to control unit 26 of system 10, for example, if this is part of 3D printer 20. Information is exchanged between the 3D printer 20 and the device 30 via the connection unit 12, which in the simplest case can be a cable. The connection unit 12 can preferably be integrated in a control unit of the device 30, which can convert control commands into a rotary movement of the shaft.

In der hier gezeigten Ausführungsform des Systems 10 ist der Druckkopf so angeordnet und ausgerichtet, dass er das Filament 21 aus schmelzfähigem Material direkt auf die Welle 32 und ihre Mantelfläche 33 abgibt. Die Lager 38 der Vorrichtung 30, die die Antriebsmotoren 40 umfassen, sind auf dem Druckbett 22 des 3D-Druckers 20 angeordnet und positioniert. In der hier gezeigten Ausführung erfolgt ein Druck in Umfangsrichtung bei sich drehender Welle 32.In the embodiment of the system 10 shown here, the print head is arranged and aligned in such a way that it emits the filament 21 of meltable material directly onto the shaft 32 and its outer surface 33 . The bearings 38 of the device 30, which comprise the drive motors 40, are arranged and positioned on the print bed 22 of the 3D printer 20. In the embodiment shown here, pressure occurs in the circumferential direction while the shaft 32 is rotating.

Die 2a bis 2c zeigen drei unterschiedliche Möglichkeiten, um Filament 21 von dem Druckkopf auf die Mantelfläche 33 der Welle 32 aufzubringen. In 2a ist ein Druck in Umfangsrichtung gezeigt. Dabei dreht sich die Welle 32 um ihre Rotationsachse 34, während der Druckkopf in seiner Position zunächst unverändert bleibt, bis das Filament in Umfangsrichtung einmal um die Welle 32 herumgedruckt ist. Nach einem kompletten Umlauf der Welle 32 wird der Druckkopf 24 in Pfeilrichtung bewegt, bevor eine weitere Umdrehung der Welle 32 erfolgt und die nächste Spur an Filament gedruckt wird, die mit der vorherigen in Kontakt steht, sodass das Material ineinanderfließt. Die Bewegungen von Druckkopf 24 und Welle 32 sind dabei aufeinander abgestimmt.the 2a until 2c show three different ways to apply filament 21 from the print head to the lateral surface 33 of the shaft 32. In 2a a pressure in the circumferential direction is shown. In this case, the shaft 32 rotates about its axis of rotation 34, while the position of the print head initially remains unchanged until the filament has been printed once around the shaft 32 in the circumferential direction. After one complete revolution of the shaft 32, the print head 24 is moved in the direction of the arrow before another revolution of the shaft 32 occurs and the next swath of filament is printed, which is in contact with the previous one so that the material flows together. The movements of the print head 24 and the shaft 32 are coordinated with one another.

Mit diesem Druckverfahren werden langgestreckte Hohlkörper gedruckt, die eine hohe Zug- oder Druckkraft in Umfangsrichtung aufnehmen können.This printing process is used to print elongated hollow bodies that can absorb high tensile or compressive forces in the circumferential direction.

2b zeigt einen Druck in Längsrichtung. Der Druckkopf 24 verfährt bei feststehender Welle 32 in Richtung der Rotationsachse von einem Ende zum anderen Ende der Welle 32. Sobald der Druckkopf das entgegengesetzte Ende 36 der Welle 32 erreicht hat, kann die Welle um die Breite eines Filaments 21 bewegt werden, sodass eine weitere Schmelzschicht neben der bereits aufgebrachten Schmelzschicht aufgetragen werden kann. Selbstverständlich ist es auch möglich, zunächst mehrere Schichten übereinander zu drucken, bevor die Welle in Rotationsrichtung gedreht wird. Mit diesem Drucken in Längsrichtung werden Hohlkörper hergestellt, die hervorragend für Zug- oder Druckkraft in Längsrichtung geeignet sind. 2 B shows longitudinal pressure. The print head 24 moves in the direction of the axis of rotation from one end to the other end of the shaft 32 with the shaft 32 stationary. Once the print head has reached the opposite end 36 of the shaft 32, the shaft can be moved by the width of a filament 21, so that another Enamel layer can be applied next to the already applied enamel layer. Of course, it is also possible to first print several layers on top of each other before the shaft is rotated in the direction of rotation. This longitudinal printing produces hollow bodies that are excellent for longitudinal tensile or compressive force.

2c zeigt ein Drucken in einem 45°-Winkel. Hierbei werden sowohl Welle 32 als auch Druckkopf 24 bewegt. Die Bewegung des Druckkopfes erfolgt in Pfeilrichtung 28, also in Richtung der Rotationsachse 34. Durch geeignete Wahl der Bewegungsgeschwindigkeit von Druckkopf 24 und Welle 32 lässt sich der Winkel einstellen, mit dem das Filament 21 auf die Mantelfläche 33 der Welle 32 aufgebracht wird. Durch dieses Druckverfahren entstehen Hohlkörper, die eine hohe Torsionsfestigkeit aufweisen. Bei diesem Druckverfahren können selbstverständlich auch mehrere Lagen übereinander gedruckt werden. 2c shows printing at a 45° angle. In this case, both the shaft 32 and the print head 24 are moved. The movement of the print head takes place in the direction of arrow 28, i.e. in the direction of the axis of rotation 34. By suitably selecting the speed of movement of print head 24 and shaft 32, the angle at which the filament 21 is applied to the lateral surface 33 of the shaft 32 can be adjusted. This printing process creates hollow bodies that have a high torsional strength. With this printing process, several layers can of course also be printed on top of each other.

Selbstverständlich ist es möglich, die einzelnen Druckverfahren gemäß den 2a bis 2c miteinander zu kombinieren und mehrere Schichten mit unterschiedlichen Strukturen zu drucken.Of course, it is possible to use the individual printing methods according to the 2a until 2c to combine them with each other and to print several layers with different structures.

Druckkopf 24 und Welle 32 werden jeweils von der Steuereinheit 26 angesteuert und deren Geschwindigkeit bestimmt. Alternativ kann auch eine separate Steuereinheit verwendet werden, die eine Schnittstelle sowohl zu der Vorrichtung 30 als auch zu dem 3D-Drucker 20 aufweist.Print head 24 and shaft 32 are each controlled by control unit 26 and their speed is determined. Alternatively, a separate control unit can also be used, which has an interface both to the device 30 and to the 3D printer 20 .

3 zeigt die erfindungsgemäße Vorrichtung 30, bei der die Welle 32 als Hohlwelle 44 ausgebildet ist. Die Wellenzapfen 42 an den beiden Enden 36 der Hohlwelle 44 sind in den Lagern 38 gelagert und werden von den Antriebsmotoren 40 angetrieben. 3 shows the device 30 according to the invention, in which the shaft 32 is designed as a hollow shaft 44 . The shaft journals 42 at the two ends 36 of the hollow shaft 44 are mounted in the bearings 38 and are driven by the drive motors 40 .

Die Hohlwelle weist einen Schnitt 47 in ihrer Wandung 48 auf. Die Wandung 48, die vorzugsweise aus einem Blech besteht, überlappt sich an den durch den Schnitt 47 ergebenden jeweiligen Endbereichen 50, sodass ein Überlappungsbereich 52 gebildet wird. Auf diese Weise lässt sich der Durchmesser der Hohlwelle 44 variieren und auf einen gewünschten Wert einstellen. Je geringer der Durchmesser der Hohlwelle 44 ist, desto größer ist der Überlappungsbereich 52. In Abhängigkeit von dem gewünschten und eingestellten Durchmesser der Hohlwelle 44 kann die Lage der Welle 32 und somit ihr Abstand vom Boden (Druckbett 22) variiert werden. Bevorzugt sind deshalb die Lager 38 in der Höhe verstellbar.The hollow shaft has a cut 47 in its wall 48 . The wall 48, which preferably consists of sheet metal, overlaps at the respective end regions 50 resulting from the cut 47, so that an overlap region 52 is formed. In this way, the diameter of the hollow shaft 44 can be varied and set to a desired value. The smaller the diameter of the hollow shaft 44, the larger the overlapping area 52. Depending on the desired and set diameter of the hollow shaft 44, the position of the shaft 32 and thus its distance from the floor (printing bed 22) can be varied. The bearings 38 are therefore preferably adjustable in height.

Optional kann die Welle 32 in ihrer Lage, insbesondere in ihrer Höhe, verändert werden. Dazu werden die Lager 38 und Aufnahmen für die Welle in der Höhe variiert. Dies kann automatisch und mit Hilfe von Lagemotoren 43 erfolgen. Die Lagemotoren 43 und Aufnahmen werden in dem Gehäuse 39 bewegt, das auf dem Druckbett 22 montiert ist.Optionally, the position of the shaft 32, in particular its height, can be changed. For this purpose, the bearings 38 and mounts for the shaft are varied in height. This can be done automatically and with the help of position motors 43. The position motors 43 and pickups are moved in the housing 39 which is mounted on the print bed 22.

In einer bevorzugten Ausführungsform sind im Inneren der Hohlwelle 44 mehrere Heizelemente 64 vorgesehen, die die Mantelfläche 33 der Welle 32 erwärmen und heizen (vgl. 7). Insbesondere beim Einsatz von FDM-Druckern ist eine beheizte Druckfläche vorteilhaft. Die Druckfläche ist dabei die Fläche, auf die das schmelzfähig Material aufgebracht wird. Im vorliegenden Fall ist die Druckfläche die Mantelfläche 33 der Hohlwelle 44.In a preferred embodiment, several heating elements 64 are provided inside the hollow shaft 44, which warm up and heat the lateral surface 33 of the shaft 32 (cf. 7 ). A heated printing surface is particularly advantageous when using FDM printers. The pressure surface is the surface on which the fusible material is applied. In the present case, the pressure surface is the lateral surface 33 of the hollow shaft 44.

4 zeigt eine besondere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 30. Die als Hohlwelle 44 ausgebildete Welle 32 lässt sich in ihrem Durchmesser variieren. Die Hohlwelle 44 weist einen hier nicht gezeigten Schnitt 47 in Längsrichtung der Rotationsachse 34 auf, sodass sich die Wandung 48 der Hohlwelle 44 in ihren Endbereichen 50 überlappt. Die Wandung 48 der Hohlwelle ist dabei mittels eines hier nicht gezeigten Befestigungselements mit den Wellenzapfen 42 verbunden. Durch Verschiebung der Wandungsenden in den Endbereichen 50 gegeneinander lässt sich der Durchmesser der Hohlwelle 44 verändern. Dies wird vorzugsweise durch zwei im Inneren der Hohlwelle 44 angeordnete Motoren 46 bewerkstelligt, sodass es möglich ist, der Hohlwelle eine konische Form zu geben. 4 shows a special embodiment of the device 30 according to the invention. The diameter of the shaft 32, which is designed as a hollow shaft 44, can be varied. The hollow shaft 44 has a section 47 (not shown here) in the longitudinal direction of the axis of rotation 34, so that the wall 48 of the hollow shaft 44 overlaps in its end regions 50. The wall 48 of the hollow shaft is connected to the shaft journal 42 by means of a fastening element, not shown here. The diameter of the hollow shaft 44 can be changed by shifting the wall ends in the end regions 50 relative to one another. This is preferably accomplished by two motors 46 arranged inside the hollow shaft 44, so that it is possible to give the hollow shaft a conical shape.

In den 5a und 5b ist die Hohlwelle 44 im Schnitt gezeigt. Im Inneren der Hohlwelle 44 ist der Motor 46 angeordnet, der zur Verstellung des Außendurchmessers der Hohlwelle 44 eingesetzt wird. Alternativ kann der Motor 46 in einer optionalen Ausführungsform außerhalb der Hohlwelle 44 angeordnet sein. Die Wandung 48 der Hohlwelle ist in Längsrichtung der Rotationsachse geschnitten, sodass die Endbereiche 50 der Wandung 48 in einem Überlappungsbereich 52 überlappen. Ein Befestigungselement 54 ist an einem Befestigungspunkt 58 mit dem Motor 46 verbunden. Das andere Ende 60 des Befestigungselements 54 ist mit dem inneren Endbereich 50 der Wandung 48 verbunden. In dem hier gezeigten bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das Befestigungselement 54 als Spiralfeder 56 ausgebildet.In the 5a and 5b the hollow shaft 44 is shown in section. The motor 46 , which is used to adjust the outer diameter of the hollow shaft 44 , is arranged inside the hollow shaft 44 . Alternatively, in an optional embodiment, the motor 46 may be located outside of the hollow shaft 44 . The wall 48 of the hollow shaft is cut in the longitudinal direction of the axis of rotation, so that the end areas 50 of the wall 48 overlap in an overlapping area 52 . A fastener 54 is connected to the engine 46 at a mounting point 58 . The other end 60 of the fastening element 54 is connected to the inner end region 50 of the wall 48 . In the preferred exemplary embodiment shown here, the fastening element 54 is designed as a spiral spring 56 .

Durch Drehung des Motors 46 wandert der Befestigungspunkt 58 am Motor 46 in Uhrzeigerrichtung, wie in 5b dargestellt. Hierdurch bewegt sich der innere Endbereich 50 der Wandung 48 ebenfalls in Uhrzeigerrichtung, sodass der Überlappungsbereich 52 der Wandung 48 vergrößert wird. Hierdurch reduziert sich der Außendurchmesser der Hohlwelle 44.Rotation of motor 46 moves attachment point 58 on motor 46 in a clockwise direction as shown in FIG 5b shown. As a result, the inner end area 50 of the wall 48 also moves in a clockwise direction, so that the overlapping area 52 of the wall 48 is increased. This reduces the outer diameter of the hollow shaft 44.

Da die Motoren 46 jeweils an den Enden der Hohlwelle 44 angeordnet sind, lässt sich durch Bewegung der im Inneren der Hohlwelle 44 angeordneten Motoren 46 der Außendurchmesser der gesamten Hohlwelle 44 verändern. Bei einer gleichmäßigen Bewegung der Motoren 46 können unterschiedliche, aber für die gesamte Hohlwelle 44 konstante Durchmesser eingestellt werden. Da die beiden Motoren 46 unabhängig voneinander bewegt und angesteuert werden können, lassen sich auch konische Formen der Hohlwelle 44 einstellen (vgl. 4, 6a, 6b), sodass insbesondere Düsen und Diffusoren mittels einer derart konischen Hohlwelle gedruckt werden können.Since the motors 46 are each arranged at the ends of the hollow shaft 44, the outer diameter of the entire hollow shaft 44 can be changed by moving the motors 46 arranged inside the hollow shaft 44. With a uniform movement of the motors 46, different but constant diameters for the entire hollow shaft 44 can be set. Since the two motors 46 can be moved and controlled independently of one another, conical shapes of the hollow shaft 44 can also be set (cf. 4 , 6a , 6b) , so that nozzles and diffusers in particular can be printed using such a conical hollow shaft.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung 30, bei der die Wandung 48 in Längsrichtung der Rotationsachse geschnitten ist, führt die Überlappung der Endbereiche 50 der Wandung 48 in dem Überlappungsbereich dazu, dass die Außenkontur der Hohlwelle 44 nicht vollständig rotationssymmetrisch ist. In der Regel ist der sich durch die Überlappung der Wandung 48 ergebende Versatz 62 in der Praxis jedoch nicht relevant. Beispielsweise kann er durch das aufgetragene schmelzfähige Material in dem herzustellenden Hohlkörper ausgeglichen werden.In a preferred embodiment of the device 30, in which the wall 48 is cut in the longitudinal direction of the axis of rotation, the overlapping of the end areas 50 of the wall 48 in the overlapping area means that the outer contour of the hollow shaft 44 is not completely rotationally symmetrical. As a rule, however, the offset 62 resulting from the overlapping of the wall 48 is not relevant in practice. For example, it can be compensated by the applied meltable material in the hollow body to be produced.

Die 6a und 6b zeigen eine Ausführungsform, bei der die Hohlwelle 44 als konische Welle 32 ausgebildet ist. Um einen möglichst gleichmäßigen und einfachen 3D-Druck erzeugen zu können, ist es vorteilhaft, wenn die Druckfläche, über der sich der Druckkopf 24 bewegt, horizontal ausgerichtet ist. In diesem Fall muss sich der Druckkopf nur in einer Raumrichtung bewegen. Eine Veränderung seiner Position in vertikaler Richtung ist nicht notwendig. Bei einer konischen Hohlwelle 44, bei der sich die Rotationsachse 34 horizontal erstreckt, ist die Mantelfläche 33 der Welle 32 nicht horizontal, wie 6a zu entnehmen ist.the 6a and 6b show an embodiment in which the hollow shaft 44 is designed as a conical shaft 32. In order to be able to produce a 3D print that is as uniform and simple as possible, it is advantageous if the printing surface over which the print head 24 moves is aligned horizontally. In this case, the print head only has to move in one spatial direction. It is not necessary to change its position in the vertical direction. In a conical hollow shaft 44, in which the axis of rotation 34 extends horizontally, the lateral surface 33 of the shaft 32 is not horizontal, such as 6a can be seen.

In einer bevorzugten Ausführungsform lassen sich deshalb innerhalb der Gehäuse 39 der Lager 38 die Position der Lager 38 und somit die Position der Wellenzapfen 42 in vertikaler Richtung verschieben. Es ist in der Regel ausreichend, wenn einer der Wellenzapfen 42 in seiner Horizontalposition verschoben wird. In der hier gezeigten Ausführungsform gemäß 6b ist die Horizontalposition des rechten Wellenzapfens nach oben verschoben. Dabei wird der Wellenzapfen 42 so weit nach oben verschoben, bis die vertikal oberste Position der Mantelfläche 33 horizontal ausgerichtet ist. Die Rotationsachse 34, die koaxial zur Hohlwelle 44 verläuft, schließt dann einen von 0 Grad abweichenden Winkel zur Horizontalen ein.In a preferred embodiment, the position of the bearings 38 and thus the position of the shaft journals 42 can therefore be shifted in the vertical direction within the housing 39 of the bearings 38 . It is usually sufficient if one of the shaft journals 42 is shifted in its horizontal position. In the embodiment shown here according to 6b the horizontal position of the right shaft journal is shifted upwards. In the process, the shaft journal 42 is pushed upwards until the top vertical position of the outer surface 33 is aligned horizontally. The axis of rotation 34, which runs coaxially to the hollow shaft 44, then includes an angle deviating from 0 degrees to the horizontal.

In 7 ist eine besondere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung gezeigt, bei der im Inneren der Hohlwelle 44 Heizelemente 64 angeordnet sind. In der gezeigten Ausführungsform sind vier Heizelemente in Längsrichtung der Rotationsachse verteilt. Die vier Heizelemente können einzeln angesteuert und aktiviert werden. Die mit dem Heizelement erzeugte Heizleistung kann variieren. Auf diese Weise ist es möglich, bei konisch ausgebildeten Hohlwellen 44 eine konstante Temperatur an der Oberfläche der Mantelfläche 33 zu erzeugen. Je nach Außendurchmesser der Hohlwelle 44 können die einzelnen Heizelemente separat angesteuert werden. Bevorzugt erfolgt die Steuerung mittels der Steuereinheit 26 oder mittels des 3D-Druckers 20. Selbstverständlich kann eine separate Steuereinheit zur Steuerung der Heizelemente verwendet werden. Jedes Heizelement kann also auf unterschiedliche Temperaturen aufgeheizt werden, sodass sich eine gleichmäßige Temperaturverteilung an der Oberfläche der Mantelfläche 33 ergibt.In 7 a special embodiment of the device according to the invention is shown, in which heating elements 64 are arranged inside the hollow shaft 44 . In the embodiment shown, four heating elements are distributed in the longitudinal direction of the axis of rotation. The four heating elements can be controlled and activated individually. The heating power generated by the heating element can vary. In this way it is possible to generate a constant temperature on the surface of the lateral surface 33 in the case of conical hollow shafts 44 . Depending on the outer diameter of the hollow shaft 44, the individual heating elements can be controlled separately. The control preferably takes place by means of the control unit 26 or by means of the 3D printer 20. Of course, a separate control unit can be used to control the heating elements. Each heating element can therefore be heated to different temperatures, resulting in an even temperature distribution on the surface of the lateral surface 33 .

Die hier anhand der einzelnen Figuren beschriebene erfindungsgemäße Vorrichtung für einen 3D-Drucker lässt sich als Zusatzmodul einsetzen, sodass herkömmliche 3D-Drucker mit dieser Vorrichtung nachgerüstet werden können. Die nachrüstbare Vorrichtung 30 bildet also ein rotationssymmetrisches Druckbett, bei dem insbesondere rotationssymmetrische Hohlkörper mit einer länglichen Ausdehnung gedruckt werden können. Die Größe der Welle 32, insbesondere ihre Länge und ihr Durchmesser sind an die herzustellenden Hohlkörper wie beispielsweise Schläuche, Rohrstücke, Düsen oder Diffusoren anpassbar. Dabei bestimmt die Länge der Welle 32 die maximal mögliche Länge des herzustellenden Hohlkörpers. Der Durchmesser der herzustellenden Hohlkörper kann, wie oben beschrieben, durch die besondere Ausführungsform der Vorrichtung und der Hohlwelle variiert werden.The device according to the invention for a 3D printer described here with reference to the individual figures can be used as an additional module, so that conventional 3D printers can be retrofitted with this device. The retrofittable device 30 thus forms a rotationally symmetrical printing bed in which, in particular, rotationally symmetrical hollow bodies with an elongate extent can be printed. The size of the shaft 32, particularly its length and its Diameters can be adapted to the hollow bodies to be manufactured, such as hoses, pipe sections, nozzles or diffusers. The length of the shaft 32 determines the maximum possible length of the hollow body to be produced. As described above, the diameter of the hollow body to be produced can be varied by the special embodiment of the device and the hollow shaft.

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 eines herkömmlichen 3D-Druckers ist eine im Wesentlichen horizontal ausgerichtete Platte, auf die das Filament aus dem Druckkopf aufgetragen werden kann und die das zu druckende Objekt hält und stützt bzw. aufnimmt und trägt. Das Lager der Vorrichtung ist ein Element, das die Welle der Vorrichtung lagert und trägt und eine Verbindung zu dem 3D-Drucker ermöglicht und herstellt. Das Lager kann weitere Elemente oder Komponenten umfassen, wie beispielsweise das beschriebene Gehäuse oder ein Halteelement.The print bed of a traditional 3D printer is a generally horizontally oriented plate onto which the filament from the print head can be applied and which holds and supports the object to be printed. The jig bearing is an element that supports and supports the jig shaft and allows and connects to the 3D printer. The bearing can include other elements or components, such as the housing described or a holding element.

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. Ein Element, eine Einheit, eine Vorrichtung und ein System können teilweise oder vollständig in Hard- und/oder in Software umgesetzt sein. 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. An element, unit, device, and system may be partially or fully implemented in hardware and/or software. 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.

Claims

Vorrichtung (30) für einen 3D-Drucker (20) mit einem Druckbett (22), zum Aufnehmen einer Schmelzschicht eines schmelzfähigen Materials umfassend eine sich entlang einer Rotationsachse (34) erstreckende Welle (32) mit einer Mantelfläche (33), einen Antriebsmotor (40) zum Antreiben der Welle (32), und ein Lager (38) zum Aufnehmen und zum Lagern der Welle (32), wobei das Lager (38) dazu ausgebildet ist, um an dem 3D-Drucker (20) befestigt zu werden; und die Mantelfläche (33) ausgebildet ist, um die Schmelzschicht aufzunehmen.Apparatus (30) for a 3D printer (20) having a print bed (22) for receiving a fusible layer of a fusible material a shaft (32) extending along an axis of rotation (34) and having a lateral surface (33), a drive motor (40) for driving the shaft (32), and a bearing (38) for receiving and supporting the shaft (32), whereby the bearing (38) is adapted to be attached to the 3D printer (20); and the lateral surface (33) is designed to accommodate the melting layer.

Vorrichtung (30) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (32) eine Hohlwelle (44) ist.Device (30) after claim 1 , characterized in that the shaft (32) is a hollow shaft (44).

Vorrichtung (30) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (30) eine Verbindungseinheit (12) für eine Kommunikation zwischen der Vorrichtung (30) und dem 3D-Drucker (20) zum Abstimmen der Bewegung der Welle (32) mit einem Druckkopf (24) des 3D-Druckers (20) umfasst.Device (30) after claim 1 or 2 , characterized in that the device (30) has a connection unit (12) for communication between the device (30) and the 3D printer (20) for coordinating the movement of the shaft (32) with a print head (24) of the 3D Printer (20) includes.

Vorrichtung (30) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mantelfläche (33) der Welle (32) rotationssymmetrisch ist, bevorzugt zylinderförmig, weiter bevorzugt konisch, sehr bevorzugt kegelförmig.Device (30) according to one of the preceding claims, characterized in that the outer surface (33) of the shaft (32) is rotationally symmetrical, preferably cylindrical, more preferably conical, very preferably conical.

Vorrichtung (30) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Lager (28) ein Halteelement (37) umfasst zum Befestigen an dem 3D-Drucker, wobei bevorzugt das Halteelement (37) ein Gehäuse (39) des Lagers sein kann und wobei das Lager (28) bevorzugt ausgebildet ist zum Befestigen auf dem Druckbett des 3D-Druckers.Device (30) according to one of the preceding claims, characterized in that the bearing (28) comprises a holding element (37) for attachment to the 3D printer, wherein the holding element (37) can preferably be a housing (39) of the bearing and wherein the bearing (28) is preferably designed for attachment to the print bed of the 3D printer.

Vorrichtung (30) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mantelfläche (33) von innen beheizbar ist, wobei bevorzugt mehrere Heizelemente (64) im Inneren der Welle (32) angeordnet sind, sehr bevorzugt die Heizelemente (64) einzeln ansteuerbar und aktivierbar sind und besonders bevorzugt mehrere Heizelemente (64) in Längsrichtung der Rotationsachse (34) verteilt sind.Device (30) according to one of the preceding claims, characterized in that the lateral surface (33) can be heated from the inside, with preferably several heating elements (64) being arranged inside the shaft (32), the heating elements (64) very preferably being controllable individually and can be activated and particularly preferably a plurality of heating elements (64) are distributed in the longitudinal direction of the axis of rotation (34).

Vorrichtung (30) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (32) an beiden Enden gelagert ist und bevorzugt an beiden Enden der Welle (32) ein Antriebsmotor (40) angeordnet ist, um die Welle (32) anzutreiben.Device (30) according to one of the preceding claims, characterized in that the shaft (32) is mounted at both ends and a drive motor (40) is preferably arranged at both ends of the shaft (32) in order to drive the shaft (32).

Vorrichtung (30) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (32) eine Hohlwelle (44) mit einer Wandung (48) ist, die in Längsrichtung geschnitten ist, sodass sich Endbereiche (50) der Wandung (48) in Rotationsrichtung teilweise in einem Überlappungsbereich (52) überlappen.Device (30) according to one of the preceding claims, characterized in that the shaft (32) is a hollow shaft (44) with a wall (48) which is cut in the longitudinal direction, so that end regions (50) of the wall (48) Overlap direction of rotation partially in an overlapping area (52).

Vorrichtung (30) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Überlappung der Endbereiche (50) der Wandung (48) derart veränderbar ist, dass der Außendurchmesser der Welle (32) variierbar ist.Device (30) according to the preceding claim, characterized in that the overlapping of the end regions (50) of the wall (48) can be changed in such a way that the outside diameter of the shaft (32) can be varied.

Vorrichtung (30) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der innenliegende Endbereich (50) der Wandung (48) mittels eines Befestigungselements (54) mit Wellenzapfen (42) der Welle (32) verbunden ist, wobei bevorzugt das Befestigungselement (54) eine Feder ist, sehr bevorzugt eine Spiralfeder (56).Device (30) after claim 6 or 7 , characterized in that the inner end region (50) of the wall (48) is connected to the shaft journal (42) of the shaft (32) by means of a fastening element (54), the fastening element (54) preferably being a spring, very preferably a spiral spring (56).

System (10) für einen 3D-Druck umfassend einen 3D-Drucker (20) mit einem Druckbett (22) und eine Vorrichtung (30) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vorrichtung (30) an dem 3D-Drucker (20) befestigbar ist und ein Druckkopf (24) des 3D-Druckers (20) ein schmelzfähiges Material auf die Mantelfläche (33) der Vorrichtung (30) aufbringen kann.System (10) for 3D printing comprising a 3D printer (20) with a print bed (22) and a device (30) according to any one of the preceding claims, wherein the device (30) can be attached to the 3D printer (20). and a print head (24) of the 3D printer (20) can apply a meltable material to the lateral surface (33) of the device (30).

System (10) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das System (10) eine Steuereinheit (26) umfasst, die ausgebildet ist, um die Vorrichtung (30) und/oder den 3D-Drucker (20) anzusteuern, sodass von dem Druckkopf (24) des 3D-Druckers (20) schmelzfähiges Material auf die Mantelfläche (33) der Vorrichtung (30) in einer gewünschten Weise und entlang einer vorgegebenen Trajektorie aufgebracht wird.System (10) according to the preceding claim, characterized in that the system (10) comprises a control unit (26) which is designed to control the device (30) and / or the 3D printer (20), so that from the Print head (24) of the 3D printer (20) meltable material is applied to the lateral surface (33) of the device (30) in a desired manner and along a predetermined trajectory.

Verfahren zum Steuern einer Vorrichtung (30) nach einem der Ansprüche 1 bis 10 oder eines Systems (10) gemäß Anspruch 11 oder 12, wobei die Vorrichtung (30) an einem 3D-Drucker (20) angeordnet ist und schmelzfähiges Material aus einem Druckkopf (24) des 3D-Druckers (20) auf ihrer Mantelfläche (33) aufnimmt, umfassend die folgenden Schritte: - Bewegen der Welle (32) in einer Rotationsbewegung in eine vorgegebene Rotationsposition; - Bewegen des Druckkopfes (24) des 3D-Druckers (20) in eine vorgegebene Druckkopfposition; - Aufbringen von schmelzfähigem Material auf die Mantelfläche (33) der Welle (32) der Vorrichtung (30); - optionales Bewegen der Welle (32) und/oder des Druckkopfs (24) in die nächste gewünschte Position.Method for controlling a device (30) according to one of Claims 1 until 10 or a system (10) according to claim 11 or 12 , wherein the device (30) is arranged on a 3D printer (20) and absorbs meltable material from a print head (24) of the 3D printer (20) on its lateral surface (33), comprising the following steps: - moving the shaft (32) in a rotational movement to a predetermined rotational position; - moving the print head (24) of the 3D printer (20) to a predetermined print head position; - Application of meltable material to the outer surface (33) of the shaft (32) of the device (30); - optionally moving the shaft (32) and/or the printhead (24) to the next desired position.