DE102022118102A1 - Manufacturing system and process for three-dimensional printing - Google Patents

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Constantin Bäns
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Abstract

Die vorliegende Erfindung umfasst eine Fertigungsanlage zum dreidimensionalen Drucken von Bauteilen aus einem drahtförmigen Druckmaterial mit
- einem Applikationskopf, der zum Ausgeben eines dem Applikationskopf kontinuierlich zugeführten drahtförmigen Druckmaterials zur Herstellung eines Bauteils eingerichtet ist,
- einer Materialzuführung, um das drahtförmige Druckmaterial von einem Materialspeicher kontinuierlich dem Applikationskopf zuzuführen, und
- einer thermischen Energiequelle, die zum thermischen Energieeintrag mit einer vorgegebenen Energiemenge in das drahtförmige Druckmaterial beim Ausgeben durch den Applikationskopf eingerichtet ist, wobei in der Materialzuführung zwischen dem Materialspeicher und dem Applikationskopf eine Querschnittsänderungseinrichtung angeordnet ist, die eingerichtet ist, das drahtförmige Druckmaterial während des kontinuierlichen Zuführens von einem ersten Querschnitt in wenigstens einen zweiten Querschnitt zu ändern.

Figure DE102022118102A1_0000
The present invention includes a manufacturing system for three-dimensional printing of components made of a wire-shaped printing material
- an application head which is set up to output a wire-shaped printing material which is continuously fed to the application head in order to produce a component,
- a material feed to continuously feed the wire-shaped printing material from a material storage to the application head, and
- a thermal energy source, which is set up for thermal energy input with a predetermined amount of energy into the wire-shaped printing material when it is dispensed through the application head, a cross-section changing device being arranged in the material feed between the material storage and the application head, which is set up to change the wire-shaped printing material during the continuous Feeding from a first cross section to change into at least a second cross section.
Figure DE102022118102A1_0000

Description

Die Erfindung betrifft eine Fertigungsanlage zum dreidimensionalen Drucken von Bauteilen aus einem drahtförmigen Druckmaterial.The invention relates to a production system for three-dimensional printing of components made of a wire-shaped printing material.

Die Erfindung betrifft ebenso ein Verfahren zum dreidimensionalen Drucken von Bauteilen aus einem drahtförmigen Druckmaterial mittels einer solchen Fertigungsanlage.The invention also relates to a method for three-dimensional printing of components from a wire-shaped printing material using such a production system.

Mithilfe von generativen Verfahren lassen sich unter Verwendung eines entsprechenden Werkstoffes Bauteile mit einer fast beliebigen Form herstellen. Der 3D-Druck mithilfe eines 3D-Druckers stellt dabei einen sehr bekannten Vertreter der generativen Fertigungsverfahren dar. Dabei wird mithilfe eines 3D-Druckers schichtweise ein Werkstoff, beispielsweise ein thermoplastischer Kunststoff oder ein metallischer Werkstoff, gedruckt, wodurch sich am Ende des Verfahrens ein dreidimensionales Bauteil bzw. eine dreidimensionale Struktur ergibt.With the help of generative processes, components with almost any shape can be produced using an appropriate material. 3D printing using a 3D printer is a very well-known representative of generative manufacturing processes. A material, for example a thermoplastic or a metallic material, is printed layer by layer using a 3D printer, resulting in a three-dimensional material at the end of the process Component or a three-dimensional structure results.

Beim 3D-Druck von metallischen Werkstoffen existieren verschiedene Verfahren. Gängig sind Pulverbettsysteme (LPBF - Laser Powder Bed Fusion, SLM - Selective Laser Melting, LMF - Laser Metal Fusion, etc.) bei denen das Material schichtweise aufgebracht und durch eine Heizquelle, meist eine Laserheizquellen, lokal an den erforderlichen Bereichen aufgeschmolzen wird. Das Pulverbett senkt sich dabei Schrittweise ab und neues Material wird aufgetragen. Hierdurch entsteht Schicht für Schicht das neue Bauteil. Ein Teil des nicht aufgeschmolzenen Pulvers kann für spätere Prozesse wiederverwendet werden. Die Genauigkeiten des Verfahrens liegen bei +/-0,1 mm, die Schichtstärke variiert zwischen 20—50pm. Die berflächenrauheit beträgt 8-1 0pm und die Porosität liegt zwischen 0,2 - 0,5%. Typische Bauvolumina liegen zwischen 250x150x150mm bis 500x280x360mm und sind somit für kleinere Bauteile und Baugruppen geeignet.There are various processes for 3D printing metallic materials. Powder bed systems are common (LPBF - Laser Powder Bed Fusion, SLM - Selective Laser Melting, LMF - Laser Metal Fusion, etc.) in which the material is applied in layers and melted locally in the required areas using a heat source, usually a laser heat source. The powder bed gradually lowers and new material is applied. This creates the new component layer by layer. Some of the unmelted powder can be reused for later processes. The accuracy of the process is +/-0.1 mm, the layer thickness varies between 20-50pm. The surface roughness is 8-1 0pm and the porosity is between 0.2 - 0.5%. Typical construction volumes are between 250x150x150mm and 500x280x360mm and are therefore suitable for smaller components and assemblies.

Ein alternatives Verfahren ist die Metallextrusion (vgl. FDM, BMD - Bound Metal Deposition). Hierbei wird das Material, vergleichbar zum Standard FDM Verfahren für Kunststoffe durch eine Extruderdüse schichtweise aufgetragen. Das Halbzeug besteht hierbei aus Metallpulver welches mit einem Polymer eingebettet ist. Nach dem Drucken erhält mein einen „Grünling“, welcher durch Entfernen des Polymerbinders und Sintern nachbearbeitet werden muss. Dabei wird der Polymerzusatz entfernt und die Bauteile bestehen nach dem Sintern vollständig aus Metall. Die Bauteile schrumpfen durch den Sinterprozess um ca. 20%. Die Maßhaltigkeit liegt (nach Abzug von 20% Schrumpf) bei +/-0,5mm. Die Schichtdickenauflösung liegt bei 50-200µm und die Porosität ist mit 2-4% recht hoch.An alternative process is metal extrusion (see FDM, BMD - Bound Metal Deposition). Here, the material is applied in layers through an extruder nozzle, comparable to the standard FDM process for plastics. The semi-finished product consists of metal powder which is embedded with a polymer. After printing, I get a “green compact” which has to be reworked by removing the polymer binder and sintering. The polymer additive is removed and the components are made entirely of metal after sintering. The components shrink by approx. 20% due to the sintering process. The dimensional accuracy (after deducting 20% shrinkage) is +/-0.5mm. The layer thickness resolution is 50-200µm and the porosity is quite high at 2-4%.

Ein weiteres Verfahren ist die Direct Energy Deposition (kurz DED), bei dem mittels eines Pulvers oder eines Drahtes das Bauteil gedruckt wird. Bei Pulverzuführsystemen wird das Halbzeug (Pulver) zuvor in Materialmagazinen vorgehalten und für den Druckprozess zum Applikationskopf geführt und dort mittels Heizquelle (Laser, Lichtbogen oder Elektronenstrahl) aufgeschmolzen. Durch die Zuführung der Pulvermenge oder Variation des Vorschubs kann die Auftragsrate in Grenzen adaptiert werden. Am Ablegepunkt wird zusätzlich ein Schutzgas eingeleitet um das Material vor Oxidation zu schützen und die Bauteilqualität zu steigern.Another process is Direct Energy Deposition (DED for short), in which the component is printed using powder or a wire. In powder feed systems, the semi-finished product (powder) is previously stored in material magazines and fed to the application head for the printing process, where it is melted using a heat source (laser, arc or electron beam). By adding the amount of powder or varying the feed, the application rate can be adapted within limits. An additional protective gas is introduced at the deposition point to protect the material from oxidation and to increase the component quality.

Eine Ausführungsform des DED Prozesses sind Drahtzuführsysteme, bei denen ein Draht mit festem Durchmesser zugeführt wird (WAAM - Wire Arc Additive Manufacturing). Durch Anpassung der Prozessgeschwindigkeit kann die Auftragsrate angepasst werden. Am Ablegepunkt wird der Draht durch eine oder mehrere Heizquellen (Laser, Lichtbogen oder Elektronenstrahl) aufgeschmolzen, wobei ebenfalls meist eine Schutzgasatmosphäre im Bereich der Naht erzeugt wird.One embodiment of the DED process are wire feeding systems in which a wire with a fixed diameter is fed (WAAM - Wire Arc Additive Manufacturing). The application rate can be adjusted by adjusting the process speed. At the deposition point, the wire is melted by one or more heating sources (laser, arc or electron beam), which also usually creates a protective gas atmosphere in the area of the seam.

Ein großer Vorteil des DED Prozesses gegenüber der SLM und BDM Verfahren ist die Option der mehrachsigen Fertigung. Die verschiedenen Endeffektoren (Applikationsköpfe) können an Roboterkinematiken betrieben werden, welche 5 oder mehr Achsen aufweisen können. Somit ist eine Fertigung von großen und komplexen Strukturen sowie die Ergänzung/ Reparatur bestehender Bauteile möglich. DED Verfahren zeichnen sich das Weiteren durch hohe Auftragsraten aus, die aber meist zu Lasten der Oberflächenrauheit, Toleranzen und der Auflösung der Schichtstärken gehen.A big advantage of the DED process over the SLM and BDM processes is the option of multi-axis manufacturing. The various end effectors (application heads) can be operated on robot kinematics, which can have 5 or more axes. This enables the production of large and complex structures as well as the addition/repair of existing components. DED processes are also characterized by high application rates, which usually come at the expense of surface roughness, tolerances and the resolution of the layer thicknesses.

Um die erforderlichen Bauteiltoleranzen zu erreichen, werden Bauteile im 3D-Drahtdruckverfahren überwiegend spanend nach bearbeitet, was zu einem weiteren Prozessschritt führt und die Bauteilkosten erhöht. Bei sehr hohen Auftragsraten kann die Toleranz im Druckprozess derart hoch sein, dass Bauteile und Funktionsflächen nicht direkt gedruckt werden können. Hier wäre ein weiterer Prozessschritt notwendig. So können im 3D-Drahtdruckverfahren hohe Auftragsraten erzielt werden, wenn ein Halbzeug mit einem großen Durchmesser verwendet wird, was jedoch zulasten der Toleranz geht. Werden hingegen Halbzeuge mit geringerem Durchmesser verwendet, so wird hierdurch zwar die Druckabweichung im Prozess verringert, was jedoch zulasten der Auftragsrate geht. Da der Halbzeugdurchmesser vor Beginn des Druckes festgelegt werden muss, muss hierbei immer eine Abwägung zwischen Genauigkeit und Prozesszeit getroffen werden.In order to achieve the required component tolerances, components are predominantly post-machined in the 3D wire printing process, which leads to a further process step and increases the component costs. At very high application rates, the tolerance in the printing process can be so high that components and functional surfaces cannot be printed directly. A further process step would be necessary here. High application rates can be achieved in the 3D wire printing process if a semi-finished product with a large diameter is used, but this comes at the expense of tolerance. If, on the other hand, semi-finished products with a smaller diameter are used, the pressure deviation in the process is reduced, but this is at the expense of the application rate. Since the semi-finished product diameter must be determined before printing begins, a trade-off between accuracy and process time must always be made.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein verbessertes 3D-Drahtdruckverfahren anzugeben, das die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile verringert.It is therefore the object of the present invention to provide an improved 3D wire printing process that reduces the disadvantages known from the prior art.

Die Aufgabe wird mit der Fertigungsanlage gemäß Anspruch 1 sowie dem Verfahren gemäß Anspruch 8 erfindungsgemäß gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung finden sich dann in den entsprechenden Unteransprüchen.The object is achieved according to the invention with the production system according to claim 1 and the method according to claim 8. Advantageous embodiments of the invention can then be found in the corresponding subclaims.

Gemäß Anspruch 1 wird eine Fertigungsanlage zum dreidimensionalen Drucken von Bauteilen aus einem drahtförmigen Druckmaterial vorgeschlagen, die ein Bauteil im 3D-Drahtdruckverfahren herstellt. Dabei wird ein drahtförmiges Druckmaterial der Fertigungsanlage zugeführt und meist auf einem Werkzeug abgelegt, um das Bauteil insbesondere schichtweise aufzubauen. Die Fertigungsanlage kann dabei aus dem drahtförmigen Druckmaterial sowohl ganze Bauteile herstellen als auch Ergänzungen an bestehenden Bauteilen durch das 3D-Drahtdruckverfahren herstellen. In beiden Fällen wird die Herstellung eines Bauteils darunter verstanden.According to claim 1, a manufacturing system for three-dimensional printing of components made of a wire-shaped printing material is proposed, which produces a component using the 3D wire printing process. A wire-shaped printing material is fed to the production system and usually placed on a tool in order to build up the component, in particular in layers. The production system can use the wire-shaped printing material to produce entire components as well as add-ons to existing components using the 3D wire printing process. In both cases this refers to the production of a component.

Die Fertigungsanlage weist einen Applikationskopf auf, dem während der Herstellung des Bauteils kontinuierlich das drahtförmige Druckmaterial zugeführt wird. Der Applikationskopf (Endeffektor) gibt dieses drahtförmige Druckmaterial aus, wobei oftmals eine Relativbewegung zwischen dem Werkzeug, auf dem das Bauteil hergestellt wird, und dem Applikationskopf durchgeführt wird. Der Applikationskopf ist hierfür beispielsweise an einem Roboter angeordnet, der den Applikationskopf in verschiedenen Raumrichtungen bewegen können. Vorteilhafterweise ist dieser Roboter so ausgebildet, dass der Applikationskopf sowohl in den drei translatorischen als auch in den drei rotatorischen Bewegungsachsen bewegt werden kann.The manufacturing system has an application head to which the wire-shaped printing material is continuously fed during the production of the component. The application head (end effector) outputs this wire-shaped printing material, often involving a relative movement between the tool on which the component is produced and the application head. For this purpose, the application head is arranged, for example, on a robot which can move the application head in different spatial directions. This robot is advantageously designed in such a way that the application head can be moved in both the three translational and the three rotational axes of movement.

Durch die Relativbewegung zwischen dem Werkzeug und dem Applikationskopf kann so schichtweise das gesamte Bauteil mit seiner Bauteilgeometrie abgebildet werden, in dem das drahtförmige Druckmaterial während der Relativbewegung kontinuierlich durch den Applikationskopf ausgegeben wird.Due to the relative movement between the tool and the application head, the entire component with its component geometry can be imaged layer by layer, in which the wire-shaped printing material is continuously output through the application head during the relative movement.

Mithilfe einer thermischen Energiequelle erfolgt während der Ausgabe des drahtförmigen Druckmaterials ein thermischer Energieeintrag in dieses Druckmaterial, umso das drahtförmige Druckmaterial auf eine Temperatur zu Temperieren, die ein Ausgeben aus dem Applikationskopf ermöglicht und die das drahtförmige Druckmaterial plastisch verformen lässt. So können beliebige Geometrien des Bauteils abgebildet werden, ohne dass das drahtförmige Druckmaterial durchtrennt und der Ablegeprozessen neu begonnen werden muss. Vielmehr kann so eine durchgehende Materiallage erreicht werden.With the help of a thermal energy source, thermal energy is introduced into this printing material during the output of the wire-shaped printing material in order to temper the wire-shaped printing material to a temperature which enables it to be dispensed from the application head and which allows the wire-shaped printing material to be plastically deformed. This means that any geometry of the component can be depicted without having to cut through the wire-shaped printing material and start the deposition process again. Rather, a continuous layer of material can be achieved in this way.

Des Weiteren weist die Fertigungsanlage eine Materialzuführung auch, um das drahtförmige Druckmaterial von einem Materialspeicher kontinuierlich dem Applikationskopf zuzuführen. Die Materialzuführung fördert dabei das drahtförmige Druckmaterial von dem Materialspeicher kontinuierlich zu dem Applikationskopf und ermöglicht so eine kontinuierliche Ausgabe und Ablage des Druckmaterials.Furthermore, the manufacturing system also has a material feed in order to continuously feed the wire-shaped printing material from a material storage to the application head. The material feed continuously conveys the wire-shaped printing material from the material storage to the application head and thus enables continuous output and storage of the printing material.

Eine solche gattungsgemäße Fertigungsanlage zur Durchführung eines 3D-Drahtdruckverfahrens ist erfindungsgemäß nur dadurch gekennzeichnet, dass in der Materialzuführung zwischen dem Materialspeicher und dem Applikationskopf eine Querschnittsänderungseinrichtung angeordnet ist, die eingerichtet ist, das drahtförmige Druckmaterial während des kontinuierlichen Zuführens von einem ersten Querschnitt in wenigstens einen zweiten Querschnitt zu ändern.According to the invention, such a generic production system for carrying out a 3D wire printing process is only characterized in that a cross-section changing device is arranged in the material feed between the material storage and the application head, which is set up to change the wire-shaped printing material from a first cross section into at least a second cross section during the continuous feeding Change cross section.

Dadurch wird es möglich, während der Ausgabe und Ablage des Druckmaterials den Querschnitt des drahtförmigen Druckmaterials zu ändern, sodass dem Applikationskopf ohne Unterbrechung des Druckprozesses sich verändernde Querschnitte des drahtförmigen Druckmaterials zuführbar sind. Der Applikationskopf ist dabei so eingerichtet, dass er verschiedene Querschnitte des drahtförmigen Druckmaterials und/oder Veränderungen dieser Querschnitte während des Druckprozesses weiterhin kontinuierlich Ausgeben und Ablegen und gegebenenfalls auch schneiden kann.This makes it possible to change the cross section of the wire-shaped printing material during the output and storage of the printing material, so that changing cross-sections of the wire-shaped printing material can be fed to the application head without interrupting the printing process. The application head is set up in such a way that it can continue to continuously output and deposit and, if necessary, cut different cross-sections of the wire-shaped printing material and/or changes to these cross-sections during the printing process.

Mit der vorliegenden Erfindung wird es möglich, den Querschnitt des drahtförmigen Druckmaterials an die vorgegebenen Bedingungen eines komplexen Bauteils während des Druckprozesses anzupassen, ohne dass hierfür der Druckprozess unterbrochen und das drahtförmige Druckmaterial durch ein anderes Druckmaterial mit einem davon verschiedenen Querschnitt ersetzt werden muss. Vielmehr kann in situ während des Prozesses der Querschnitt des einen Druckmaterials geändert werden.The present invention makes it possible to adapt the cross section of the wire-shaped printing material to the predetermined conditions of a complex component during the printing process, without having to interrupt the printing process and replace the wire-shaped printing material with another printing material with a different cross section. Rather, the cross section of one printing material can be changed in situ during the process.

Dadurch lassen sich Bauteile herstellen, die hinsichtlich der Genauigkeit und der Fertigungsrate optimiert sind. Ein aufwändiges spanendes Nachbearbeiten der Bauteile entfällt daher bei insbesondere hohen Fertigungsraten, da durch eine Veränderung des Querschnitts während des Druckprozesses an exponierten Positionen des Bauteils die Genauigkeit lokalen erhöht werden kann.This allows components to be manufactured that are optimized in terms of accuracy and production rate. There is therefore no need for complex machining of the components at particularly high production rates, since local accuracy can be increased by changing the cross section during the printing process at exposed positions of the component.

So können Bereiche des Bauteils, die besonders hohe Toleranzanforderungen haben, mit einen hierauf optimierten Querschnitt des drahtförmigen Druckmaterials gedruckt werden, während Bereiche des Bauteils mit niedrigeren Toleranzanforderungen mit einem anderen Querschnitt des drahtförmigen Druckmaterials zur Erhöhung der Fertigungsrate gedruckt werden.This means that areas of the component that have particularly high tolerance requirements can be included an optimized cross section of the wire-shaped printing material is printed thereon, while areas of the component with lower tolerance requirements are printed with a different cross section of the wire-shaped printing material to increase the production rate.

Gemäß einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Querschnittsänderungseinrichtung eingerichtet ist, das drahtförmige Druckmaterial von dem ersten Querschnitt mit einer ersten Querschnittsfläche in den wenigstens einen zweiten Querschnitt mit einer von der ersten Querschnittsfläche verschiedenen zweiten Querschnittsfläche zu ändern.According to one embodiment, it is provided that the cross-section changing device is set up to change the wire-shaped printing material from the first cross-section with a first cross-sectional area into the at least one second cross-section with a second cross-sectional area that is different from the first cross-sectional area.

Die Querschnittsänderungseinrichtung ist nun so ausgebildet, dass die Querschnittsfläche des drahtförmigen Druckmaterials verändert werden kann, wobei die Querschnittsänderungseinrichtung den Querschnitt von der ersten Querschnittfläche in wenigstens eine davon verschiedene zweiten Querschnittsfläche ändern kann.The cross-sectional changing device is now designed so that the cross-sectional area of the wire-shaped printing material can be changed, wherein the cross-sectional changing device can change the cross-section from the first cross-sectional area into at least one second cross-sectional area that is different therefrom.

Gemäß einer Ausführungsform hierzu ist vorgesehen, die zweite Querschnittsfläche kleiner ist als die erste Querschnittsfläche.According to one embodiment of this, it is provided that the second cross-sectional area is smaller than the first cross-sectional area.

Demnach ist die Querschnittsänderungseinrichtung eingerichtet, die Querschnittsfläche des drahtförmigen Druckmaterials von der ersten Querschnittsfläche hin zu der wenigstens einen zweiten Querschnittsfläche zu verkleinern.Accordingly, the cross-section changing device is set up to reduce the cross-sectional area of the wire-shaped printing material from the first cross-sectional area towards the at least one second cross-sectional area.

Durch die Verkleinerung der Querschnittsfläche, beispielsweise durch Verkleinerung des Durchmessers des drahtförmigen Druckmaterials, können insbesondere Bereiche des Bauteils mit einer hohen Toleranzanforderung und niedrigeren Ablegerate gedruckt werden, während Bereiche mit geringerer Toleranzanforderungen mit einem größeren Querschnitt und höherer Ablegerate gedruckt werden können. Die Verkleinerung der Querschnittsfläche erfolgt dabei im Prozess ohne Unterbrechung der Ausgabe des Druckmaterials.By reducing the cross-sectional area, for example by reducing the diameter of the wire-shaped printing material, in particular areas of the component with a high tolerance requirement and a lower deposition rate can be printed, while areas with lower tolerance requirements can be printed with a larger cross section and a higher deposition rate. The cross-sectional area is reduced in the process without interrupting the output of the printing material.

Gemäß einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Querschnittsänderungseinrichtung eingerichtet ist, das drahtförmige Druckmaterial von dem ersten Querschnitt mit einer ersten Querschnittsform in den wenigstens einen zweiten Querschnitt mit einer von der ersten Querschnittsform verschiedenen zweiten Querschnittsform zu ändern.According to one embodiment, it is provided that the cross-section changing device is set up to change the wire-shaped printing material from the first cross-section with a first cross-sectional shape into the at least one second cross-section with a second cross-sectional shape that is different from the first cross-sectional shape.

Durch die Anpassung der Form des Querschnitts lassen sich spezielle Anforderungen an die Bauteilgeometrie in situ während des Druckprozesses realisieren.By adapting the shape of the cross section, special requirements for the component geometry can be implemented in situ during the printing process.

Gemäß einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Querschnittsänderungseinrichtung eingerichtet ist, das drahtförmige Druckmaterial von dem ersten Querschnitt in den zweiten Querschnitt mittels eines Drahtziehverfahrens zu ändern. Hierfür kann gemäß einer Ausführungsform die Querschnittsänderungseinrichtung eingerichtet sein, die Querschnittlähmung mittels einer Mehrzahl von in Zuführrichtung hintereinander angeordneten Zieheisen durchzuführen.According to one embodiment, it is provided that the cross-section changing device is set up to change the wire-shaped printing material from the first cross-section to the second cross-section by means of a wire drawing process. For this purpose, according to one embodiment, the cross-section changing device can be set up to carry out the cross-sectional paralysis by means of a plurality of drawing irons arranged one behind the other in the feed direction.

Das drahtförmige Druckmaterial kann dabei durch ein oder mehrere Zieheisen gezogen werden. Die Öffnungen der Zieheisen, durch die das drahtförmige Druckmaterial durchgeführt ist, sind dabei so ausgebildet, dass sie die Querschnittsform und/oder Querschnittsfläche während des Druckprozesses verändern können, um so die gewünschte Änderung des Querschnitts zu realisieren. The wire-shaped printing material can be pulled through one or more drawing irons. The openings of the drawing irons through which the wire-shaped printing material is passed are designed in such a way that they can change the cross-sectional shape and/or cross-sectional area during the printing process in order to achieve the desired change in the cross-section.

Denkbar ist aber auch, dass die Zieheisen so ausgebildet sind, dass bedarfsweise durch Umschließen des drahtförmigen Druckmaterials entsprechende Querschnittsänderungen realisiert werden. Die Zieheisen können je nach erforderlichem Durchmesser der Öffnungen, durch die das drahtförmige Druckmaterial gezogen werden soll, geöffnet und geschlossen werden, dass der entsprechende Querschnitt angepasst werden kann.However, it is also conceivable that the drawing irons are designed in such a way that, if necessary, corresponding cross-sectional changes can be achieved by enclosing the wire-shaped printing material. The drawing irons can be opened and closed depending on the required diameter of the openings through which the wire-shaped printing material is to be pulled so that the corresponding cross section can be adjusted.

Gemäß einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Fertigungsanlage eine Steuereinrichtung zur Steuerung der thermischen Energiequelle hat, wobei die Steuereinrichtung eingerichtet ist, die Energiemenge in Abhängigkeit von einer Änderung des Querschnitts durch die Querschnittsänderungseinrichtung anzupassen.According to one embodiment, it is provided that the production system has a control device for controlling the thermal energy source, wherein the control device is set up to adapt the amount of energy depending on a change in the cross section by the cross section changing device.

Bei Veränderung des Querschnitts wird auch die Materialmenge pro Zeiteinheit bei der Ausgabe verändert, sodass der thermische Energieeintrag durch eine Steuereinrichtung hieran entsprechend angepasst werden kann. Wird beispielsweise die Querschnittsfläche verkleinert, so bedarf es einer geringeren Energiemenge zum aufschmelzen des drahtförmigen Druckmaterials.When the cross section is changed, the amount of material per unit of time when dispensed is also changed, so that the thermal energy input can be adjusted accordingly by a control device. For example, if the cross-sectional area is reduced, a smaller amount of energy is required to melt the wire-shaped printing material.

Die Aufgabe wird im Übrigen auch mit dem Verfahren zum dreidimensionalen Drucken von Bauteilen aus einem drahtförmigen Druckmaterial mittels einer Fertigungsanlage gelöst, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:

  • - kontinuierliches Zuführen eines drahtförmigen Druckmaterials von einem Materialspeicher hin zu einem Applikationskopf der Fertigungsanlage;
  • - Ausgeben des dem Applikationskopf zugeführten drahtförmigen Druckmaterials, um das Bauteil herzustellen,
  • - wobei beim Ausgeben des drahtförmigen Druckmaterials am Applikationskopf ein thermischer Energieeintrag mit einer vorgegebenen Energiemenge mittels einer thermischen Energiequelle erfolgt, und
  • - Variieren des Querschnitts des drahtförmigen Druckmaterials während des kontinuierlichen Zuführens mittels einer Querschnittsänderungseinrichtung der Fertigungsanlage.
The task is also solved with the method for three-dimensional printing of components from a wire-shaped printing material using a production system, the method comprising the following steps:
  • - continuously feeding a wire-shaped printing material from a material storage to an application head of the production system;
  • - Ejecting the wire-shaped printing material fed to the application head to produce the component,
  • - whereby when the wire-shaped printing material is dispensed from the application head, a thermal energy input with a predetermined amount of energy takes place using a thermal energy source, and
  • - Varying the cross section of the wire-shaped printing material during continuous feeding by means of a cross section changing device of the production system.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens finden sich dann in den entsprechenden Unteransprüchen.Advantageous refinements of the method can then be found in the corresponding subclaims.

Die Erfindung wird anhand der beigefügten Figuren beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:

  • 1 schematische Darstellung einer Draufsicht zweier Bauteile hergestellt nach dem Stand der Technik;
  • 2 schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Fertigungsanlage;
  • 3 schematische Darstellung einer Draufsicht eines Bauteils mit variierenden Querschnitten des drahtförmigen Druckmaterials;
  • 4 schematische Darstellung einer Seitenansicht zweier Bauteile mit variierenden Querschnitten des drahtförmigen Druckmaterials.
The invention is explained in more detail by way of example using the attached figures. Show it:
  • 1 schematic representation of a top view of two components manufactured according to the prior art;
  • 2 schematic representation of a production system according to the invention;
  • 3 schematic representation of a top view of a component with varying cross sections of the wire-shaped printing material;
  • 4 Schematic representation of a side view of two components with varying cross sections of the wire-shaped printing material.

1 zeigt eine schematische Darstellung einer Draufsicht auf zwei Bauteile 100, 102, die mithilfe eines 3D-Drahtdruckverfahrens gemäß dem Stand der Technik hergestellt wurden. 1 shows a schematic representation of a top view of two components 100, 102, which were produced using a 3D wire printing process according to the prior art.

Das Bauteil 100 auf der linken Seite wurde dabei mithilfe eines drahtförmigen Druckmaterials mehrere Materialbahnen 110 gedruckt, die einen sehr großen Durchmesser haben und somit eine relativ große Querschnittsfläche. Da das eigentliche Bauteil 100 eine kreisförmige Gestalt hat, müssen die Materialbahnen 110 über den Bauteilrand des Bauteils 100 überstehen. Aufgrund der relativ großen Querschnittsfläche ergibt sich dabei sehr viel Verschnitt an den überstehenden Randgebieten 120.The component 100 on the left side was printed using a wire-shaped printing material, several material webs 110, which have a very large diameter and thus a relatively large cross-sectional area. Since the actual component 100 has a circular shape, the material webs 110 must protrude beyond the component edge of the component 100. Due to the relatively large cross-sectional area, there is a lot of waste on the protruding edge areas 120.

Das Bauteil 102 auf der rechten Seite wurde hingegen mit Materialbahnen 112 gedruckt, die einen relativ geringen Durchmesser haben und somit eine relativ geringe Querschnittsfläche. Es ist im Vergleich zu den linken Bauteil 100 erkennbar, dass hierfür deutlich mehr Bahnen des drahtförmigen Druckmaterials abgelegt werden müssen, wodurch die Fertigungsrate sinkt. Andererseits ist der Verschnitt des Bauteils 102 auf der rechten Seite deutlich geringer als bei dem Bauteil 100 auf der linken Seite, da aufgrund des kleineren Durchmessers der Überstand geringer ist.The component 102 on the right, however, was printed with material webs 112 that have a relatively small diameter and thus a relatively small cross-sectional area. In comparison to the left component 100, it can be seen that significantly more webs of wire-shaped printing material have to be laid down, which reduces the production rate. On the other hand, the waste of the component 102 on the right side is significantly less than that of the component 100 on the left side, since the protrusion is smaller due to the smaller diameter.

Gemäß dem Stand der Technik bleibt somit nur die Wahl zwischen einer hohen Fertigungsrate mit großem Verschnitt und starker Nachbearbeitung oder einer niedrigen Fertigungsrate mit kleinen Verschnitt und weniger Nachbearbeitung.According to the state of the art, the only choice is between a high production rate with large waste and heavy post-processing or a low production rate with small waste and less post-processing.

2 zeigt in einer schematischen Darstellung eine erfindungsgemäße Fertigungsanlage 200, mit der das in 1 gezeigte Spannungsfeld aufgelöst werden kann. 2 shows a schematic representation of a manufacturing system 200 according to the invention, with which the in 1 the tension field shown can be resolved.

Die Fertigungsanlage 200 hat einen auf Schienen geführten Roboter 210, der eine Bewegungkinematik 212 aufweist, an der als Endeffektor ein Applikationskopf 220 mit einer thermischen Energiequelle 222 angeordnet ist. Der Applikationskopf 220 dabei so ausgebildet, dass ein ihm zugeführtes drahtförmiges Druckmaterial so ausgegeben wird, dass ein Bauteil 202 hergestellt werden kann. Dabei wird das drahtförmige Druckmaterial 240 durch den Applikationskopf 220 auf einem Werkzeug 230 oder Werkzeugtisch abgelegt, auf dem dann das Bauteil 202 schichtweise aufgebaut wird.The manufacturing system 200 has a robot 210 guided on rails, which has movement kinematics 212, on which an application head 220 with a thermal energy source 222 is arranged as an end effector. The application head 220 is designed in such a way that a wire-shaped printing material fed to it is output so that a component 202 can be produced. The wire-shaped printing material 240 is placed by the application head 220 on a tool 230 or tool table, on which the component 202 is then built up in layers.

Als thermische Energiequellen 222 beispielsweise Laserheizquellen, Lichtbogenschweißen oder Bestromen in Betracht. Die Position des Beginns und Endes des geänderten Durchmessers wird über Drehgeber und die festen Distanzen/Weglängen an die Anlagensteuerung übermittelt und innerhalb der Software verarbeitet. Es kann daher erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass durch eine Weglängenmessung des drahtförmigen Druckmaterials der Beginn und das Ende einer Materialbahnen mit einem vorgegebenen geänderten Querschnitt berechnet wird.Laser heating sources, arc welding or energization can be considered as thermal energy sources 222, for example. The position of the start and end of the changed diameter is transmitted to the system control via rotary encoders and the fixed distances/path lengths and processed within the software. It can therefore be provided according to the invention that the start and end of a material web with a predetermined changed cross section is calculated by measuring the path length of the wire-shaped printing material.

Das drahtförmige Druckmaterial 240 wird dabei in einem Materialspeicher 242 vorgehalten und mithilfe einer Materialzuführung 250 von dem Materialspeicher 242 zu dem Applikationskopf 220 geführt. Der Applikationskopf 220 kann dabei so ausgebildet sein, dass er das drahtförmige Druckmaterial 240 selbstständig zieht und aus dem Materialspeicher 242 entnimmt.The wire-shaped printing material 240 is held in a material storage 242 and guided from the material storage 242 to the application head 220 using a material feed 250. The application head 220 can be designed in such a way that it independently pulls the wire-shaped printing material 240 and removes it from the material storage 242.

In der Materialzuführung 250 befindet sich zwischen dem Materialspeicher 242 und dem Applikationskopf 220 eine Querschnittsänderungseinrichtung 252, durch die während des Druckprozesses der Querschnitt des drahtförmigen Druckmaterials 240 in situ geändert werden kann.In the material feed 250 there is a cross-section changing device 252 between the material storage 242 and the application head 220, through which the cross section of the wire-shaped printing material 240 can be changed in situ during the printing process.

Hierfür wird das drahtförmige Druckmaterial beispielsweise in Art eines Drahtziehverfahrens gestreckt, wodurch der Querschnitt bzw. die Querschnittsfläche verringert werden kann. Denkbar ist auch, dass das drahtförmige Druckmaterial durch ein oder mehrere Zieheisen geführt wird, deren Öffnungen variabel geöffnet oder geschlossen werden können, um so den gewünschten Querschnitt herzustellen.For this purpose, the wire-shaped printing material is stretched, for example, in the manner of a wire-drawing process, whereby the cross-section or cross-sectional area can be reduced. It is also conceivable that the wire-shaped printing material is guided through one or more drawing irons, the openings of which are variably opened or closed in order to produce the desired cross section.

Die Fertigungsanlage 200 weist des Weiteren eine Steuerungseinrichtung 260 auf, um die Fertigungsanlage zu steuern. Dabei wird insbesondere die thermischen Energiequelle 222 hinsichtlich der einzubringenden Energiemenge dahingehend gesteuert, dass die einzubringende Energiemenge von dem aktuell angewendeten Querschnitt, der durch die Querschnittsänderungseinrichtung 252 verändert wurde, abhängt. Somit kann immer eine optimale Energiemenge in das drahtförmige Druckmaterial eingebracht werden.The manufacturing plant 200 further has a control device 260 to control the manufacturing plant. In particular, the thermal energy source 222 is controlled with regard to the amount of energy to be introduced in such a way that the amount of energy to be introduced depends on the currently used cross section, which was changed by the cross section changing device 252. This means that an optimal amount of energy can always be introduced into the wire-shaped printing material.

Die Querschnittsänderungseinrichtung 252 kann des Weiteren eine zusätzliche Heizquelle (nicht dargestellt) beinhalten, um das drahtförmige Druckmaterial 240 für ein entsprechendes Drahtziehverfahren vorzubereiten. Hierdurch können Spannungen im Material verhindert und das Ziehverfahren hinsichtlich der benötigten Ziehkraft verbessert werden.The cross-section changing device 252 may further include an additional heating source (not shown) to prepare the wire-shaped printing material 240 for a corresponding wire drawing process. This can prevent tensions in the material and improve the drawing process in terms of the required pulling force.

3 zeigt am Beispiel der Geometrie der Bauteil aus 1 eine Draufsicht auf ein Bauteil 300, dies mittels der Fertigungsanlage 200 herstellbar ist. Dabei ist am unteren Rand zu erkennen, dass die einzelnen Druckbahnen 310, 312 und 314 des drahtförmigen Druckmaterials hinsichtlich ihrer Querschnittsfläche bzw. Durchmessers variieren und von außen nach innen einen immer größer werdenden Durchmesser haben. Dadurch kann der Verschnitt und somit der Überstand am Rand des herzustellenden Bauteils 300 minimiert werden, wobei die Fertigungsrate nicht im gleichen Maße sinkt. Der Durchmesser wurde dabei während des Druckprozesses geändert und mit jedem Ansetzen einer neuen Druckbahn entsprechend angepasst. 3 shows the geometry of the component as an example 1 a top view of a component 300, which can be produced using the manufacturing system 200. It can be seen at the bottom edge that the individual printing tracks 310, 312 and 314 of the wire-shaped printing material vary in terms of their cross-sectional area or diameter and have an increasingly larger diameter from the outside to the inside. As a result, the waste and thus the excess at the edge of the component 300 to be produced can be minimized, although the production rate does not decrease to the same extent. The diameter was changed during the printing process and adjusted accordingly each time a new printing web was started.

Im oberen rechten Teil des Bauteils sind drei Druckbahnen 320, 322 und 324 erkennbar, bei denen ebenfalls der Querschnitt variiert wurde. Die mittlere Druckband 322 weist dabei anfänglich einen geringeren Querschnitt auf, der dann während des Ablegens bzw. Druckens dieser Druckband 322 im mittleren Bereich zunimmt, um dann wieder abzunehmen. Damit wurde der Querschnitt einer einzelnen Druckband während des Druckes verändert, um so eine optimale Anpassung an das Bauteil bzw. an die Bauteilform zu ermöglichen.In the upper right part of the component, three pressure tracks 320, 322 and 324 can be seen, in which the cross section was also varied. The middle printing band 322 initially has a smaller cross section, which then increases in the middle area during the depositing or printing of this printing band 322 and then decreases again. This means that the cross section of an individual printing band was changed during printing in order to enable optimal adaptation to the component or the component shape.

4 zeigt schematisch in einer Seitendarstellung 2 Bauteile 400, 402, die schichtweise durch ein drahtförmiges Druckmaterial aufgebaut wurden, welches nach oben hin einen immer geringer werdenden Querschnitt bzw. eine immer kleiner werdende Querschnittsfläche besitzt. 4 shows schematically in a side view 2 components 400, 402, which were built up in layers by a wire-shaped printing material, which has an ever-decreasing cross-section or an ever-decreasing cross-sectional area towards the top.

Mit zunehmender Verringerung der Querschnittsfläche des drahtförmigen Druckmaterials reduziert sich auch die Rauigkeit an der Oberfläche des jeweiligen Bauteils 400, 402.As the cross-sectional area of the wire-shaped printing material decreases, the roughness on the surface of the respective component 400, 402 also decreases.

Das Bauteil 400 auf der linken Seite zeigte dabei mit zunehmender Verringerung der Querschnittsfläche auch eine immer dünner werdende Wandstärke. Dies auszugleichen, können pro Schicht mehrere Bahnen des drahtförmigen Druckmaterials mit unterschiedlichen Querschnitten abgelegt werden, sodass an der Außenseite eine kleine Querschnittsfläche gewählt wird, um die Oberflächenrauigkeit zu minimieren und an der Innenseite dann eine größere Querschnittsfläche gewählt wird.The component 400 on the left side also showed an increasingly thinner wall thickness as the cross-sectional area was reduced. To compensate for this, several strips of the wire-shaped printing material with different cross-sections can be deposited per layer, so that a small cross-sectional area is selected on the outside in order to minimize the surface roughness and then a larger cross-sectional area is selected on the inside.

BezugszeichenlisteReference symbol list

100100
erstes Bauteil nach dem Stand der Technikfirst component according to the state of the art
102102
zweites Bauteil nach dem Stand der Techniksecond component according to the state of the art
110110
Materialbahnen des ersten BauteilsMaterial webs of the first component
112112
Materialbahnen des zweiten BauteilsMaterial webs of the second component
120120
ÜberstandGot over
200200
FertigungsanlageManufacturing facility
202202
zu druckendes Bauteilcomponent to be printed
210210
Roboterrobot
212212
Kinematikkinematics
220220
ApplikationskopfApplication head
222222
thermische Energiequellethermal energy source
230230
WerkzeugtischTool table
240240
drahtförmiges Druckmaterialwire-shaped printing material
242242
MaterialspeicherMaterial storage
250250
MaterialzuführungMaterial feeding
252252
QuerschnittsänderungseinrichtungCross-section change device
260260
Steuereinrichtung der FertigungsanlageControl device of the manufacturing plant
300300
Bauteil mit Materialbahnen variierenden QuerschnittsComponent with material strips of varying cross-section
310-314310-314
Materialbahnenmaterial sheets
320-324320-324
Materialbahnenmaterial sheets
400400
erstes Bauteil mit variierenden Querschnittenfirst component with varying cross sections
402402
zweites Bauteil mit variierenden Querschnittensecond component with varying cross sections

Claims (11)

Fertigungsanlage (200) zum dreidimensionalen Drucken von Bauteilen (202) aus einem drahtförmigen Druckmaterial (240) mit - einem Applikationskopf (220), der zum Ausgeben eines dem Applikationskopf (220) kontinuierlich zugeführten drahtförmigen Druckmaterials (240) zur Herstellung eines Bauteils (202) eingerichtet ist, - einer Materialzuführung (250), um das drahtförmige Druckmaterial (240) von einem Materialspeicher (242) kontinuierlich dem Applikationskopf (220) zuzuführen, und - einer thermischen Energiequelle (222), die zum thermischen Energieeintrag mit einer vorgegebenen Energiemenge in das drahtförmige Druckmaterial (240) beim Ausgeben durch den Applikationskopf (220) eingerichtet ist, dadurch gekennzeichnet, dass in der Materialzuführung (250) zwischen dem Materialspeicher (242) und dem Applikationskopf (220) eine Querschnittsänderungseinrichtung (252) angeordnet ist, die eingerichtet ist, das drahtförmige Druckmaterial (240) während des kontinuierlichen Zuführens von einem ersten Querschnitt in wenigstens einen zweiten Querschnitt zu ändern.Manufacturing system (200) for three-dimensional printing of components (202) made of a wire-shaped printing material (240) with - an application head (220), which is used to output a wire-shaped printing material (240) which is continuously fed to the application head (220) in order to produce a component (202). is set up, - a material feed (250) to continuously feed the wire-shaped printing material (240) from a material storage (242) to the application head (220), and - a thermal energy source (222) which is used for thermal energy input with a predetermined amount of energy into the wire-shaped printing material (240) is set up when output by the application head (220), characterized in that a cross-section changing device (252) is arranged in the material feed (250) between the material storage (242) and the application head (220), which is set up to change the wire-shaped printing material (240) from a first cross-section to at least a second cross-section during continuous feeding. Fertigungsanlage (200) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsänderungseinrichtung (252) eingerichtet ist, das drahtförmige Druckmaterial (240) von dem ersten Querschnitt mit einer ersten Querschnittsfläche in den wenigstens einen zweiten Querschnitt mit einer von der ersten Querschnittsfläche verschiedenen zweiten Querschnittsfläche zu ändern.Manufacturing plant (200). Claim 1 , characterized in that the cross-section changing device (252) is set up to change the wire-shaped printing material (240) from the first cross-section with a first cross-sectional area into the at least one second cross-section with a second cross-sectional area different from the first cross-sectional area. Fertigungsanlage (200) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Querschnittsfläche kleiner ist als die erste Querschnittsfläche.Manufacturing plant (200). Claim 2 , characterized in that the second cross-sectional area is smaller than the first cross-sectional area. Fertigungsanlage (200) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsänderungseinrichtung (252) eingerichtet ist, das drahtförmige Druckmaterial (240) von dem ersten Querschnitt mit einer ersten Querschnittsform in den wenigstens einen zweiten Querschnitt mit einer von der ersten Querschnittsform verschiedenen zweiten Querschnittsform zu ändern.Manufacturing system (200) according to one of the preceding claims, characterized in that the cross-section changing device (252) is set up to change the wire-shaped printing material (240) from the first cross-section with a first cross-sectional shape into the at least one second cross-section with a second cross-sectional shape different from the first cross-sectional shape Change cross-sectional shape. Fertigungsanlage (200) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsänderungseinrichtung (252) eingerichtet ist, das drahtförmige Druckmaterial (240) von dem ersten Querschnitt in den zweiten Querschnitt mittels eines Drahtziehverfahrens zu ändern.Manufacturing system (200) according to one of the preceding claims, characterized in that the cross-section changing device (252) is set up to change the wire-shaped printing material (240) from the first cross-section to the second cross-section by means of a wire drawing process. Fertigungsanlage (200) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsänderungseinrichtung (252) eine Mehrzahl von in Zuführrichtung hintereinander angeordneten Zieheisen aufweist.Manufacturing plant (200). Claim 5 , characterized in that the cross-section changing device (252) has a plurality of drawing irons arranged one behind the other in the feed direction. Fertigungsanlage (200) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fertigungsanlage (200) eine Steuereinrichtung (260) zur Steuerung der thermischen Energiequelle (222) hat, wobei die Steuereinrichtung (260) eingerichtet ist, die Energiemenge in Abhängigkeit von einer Änderung des Querschnitts durch die Querschnittsänderungseinrichtung (252) anzupassen.Manufacturing plant (200) according to one of the preceding claims, characterized in that the manufacturing plant (200) has a control device (260) for controlling the thermal energy source (222), the control device (260) being set up to control the amount of energy depending on a change of the cross section by the cross section changing device (252). Verfahren zum dreidimensionalen Drucken von Bauteilen (202) aus einem drahtförmigen Druckmaterial (240) mittels einer Fertigungsanlage (200), wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: - kontinuierliches Zuführen eines drahtförmigen Druckmaterials (240) von einem Materialspeicher (242) hin zu einem Applikationskopf (220) der Fertigungsanlage (200); - Ausgeben des dem Applikationskopf (220) zugeführten drahtförmigen Druckmaterials (240), um das Bauteil (202) herzustellen, - wobei beim Ausgeben des drahtförmigen Druckmaterials (240) am Applikationskopf (220) ein thermischer Energieeintrag mit einer vorgegebenen Energiemenge mittels einer thermischen Energiequelle (222) erfolgt, gekennzeichnet durch - Variieren des Querschnitts des drahtförmigen Druckmaterials (240) während des kontinuierlichen Zuführens mittels einer Querschnittsänderungseinrichtung (252) der Fertigungsanlage (200).Method for three-dimensional printing of components (202) from a wire-shaped printing material (240) by means of a manufacturing system (200), the method comprising the following steps: - continuously feeding a wire-shaped printing material (240) from a material storage (242) to an application head (220) the manufacturing plant (200); - Dispensing the wire-shaped printing material (240) supplied to the application head (220) in order to produce the component (202), - whereby when dispensing the wire-shaped printing material (240) at the application head (220), a thermal energy input with a predetermined amount of energy is carried out by means of a thermal energy source ( 222), characterized by - varying the cross section of the wire-shaped printing material (240) during continuous feeding by means of a cross section changing device (252) of the production system (200). Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsfläche des Querschnitts des drahtförmigen Druckmaterials (240) während des kontinuierlichen Zuführens variiert wird.Procedure according to Claim 8 , characterized in that the cross-sectional area of the cross section of the wire-shaped printing material (240) is varied during continuous feeding. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsform des Querschnitts des drahtförmigen Druckmaterials (240) während des kontinuierlichen Zuführens variiert wird.Procedure according to Claim 8 or 9 , characterized in that the cross-sectional shape of the cross section of the wire-shaped printing material (240) is varied during continuous feeding. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass mittels einer Steuereinrichtung (260) die Energiemenge des thermischen Energieeintrags an den variierten Querschnitt des drahtförmigen Druckmaterials (240) angepasst wird.Procedure according to one of the Claims 8 until 10 , characterized in that the amount of energy of the thermal energy input is adapted to the varied cross section of the wire-shaped printing material (240) by means of a control device (260).
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100327479A1 (en) 2009-06-23 2010-12-30 Stratasys, Inc. Consumable materials having customized characteristics
CN110667114A (en) 2019-10-17 2020-01-10 吉林大学 Integrated printing device and printing method for continuous fiber embedded material
CN210082404U (en) 2019-05-21 2020-02-18 甘肃机电职业技术学院（甘肃省机械工业学校、甘肃省机械高级技工学校） High-temperature consumable wire drawing equipment for 3D printing

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100327479A1 (en) 2009-06-23 2010-12-30 Stratasys, Inc. Consumable materials having customized characteristics
CN210082404U (en) 2019-05-21 2020-02-18 甘肃机电职业技术学院（甘肃省机械工业学校、甘肃省机械高级技工学校） High-temperature consumable wire drawing equipment for 3D printing
CN110667114A (en) 2019-10-17 2020-01-10 吉林大学 Integrated printing device and printing method for continuous fiber embedded material

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