WO2019101436A1 - Printhead for a 3d printer and method for starting-up a printhead of a 3d printer - Google Patents

Printhead for a 3d printer and method for starting-up a printhead of a 3d printer Download PDF

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WO2019101436A1
WO2019101436A1 PCT/EP2018/077996 EP2018077996W WO2019101436A1 WO 2019101436 A1 WO2019101436 A1 WO 2019101436A1 EP 2018077996 W EP2018077996 W EP 2018077996W WO 2019101436 A1 WO2019101436 A1 WO 2019101436A1
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nozzle plate
metal
liquid phase
nozzle
punch
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PCT/EP2018/077996
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Eberhard Maier
Viktor FRIEDRICH
Benjamin Schweizer
Benjamin Schaeuffele
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Robert Bosch Gmbh
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    • Y02P10/25—Process efficiency

Definitions

  • the invention relates to a print head for a 3D printer and to a method for starting up a print head of a 3D printer.
  • a 3D printer for a thermoplastic material obtains a solid phase of this material as a starting material, generates a liquid phase therefrom, and selectively deposits this liquid phase at the locations associated with the object to be formed.
  • Such a 3D printer includes a printhead into which the source material is melted.
  • means are provided for generating a relative movement between the print head and the work surface on which the object is to be formed. In this case, either only the print head, only the work surface or both the print head and the work surface can be moved.
  • the printhead has a first mode of operation in which liquid material exits therefrom and a second mode of operation in which no liquid material exits therefrom.
  • the second operating state is assumed, for example, when a different position is approached on the work surface and no material is to be deposited on the way there. For example, between the two operating states of the print head
  • thermoplastics metals have a much higher melting point and at the same time in the liquid state a much lower viscosity.
  • DE102016224047 shows a print head for a 3D printer, in particular metal printer, comprising a housing, a device for supplying a metal, a piston, a reservoir with an outlet opening and a
  • Actuator device for displacement of the piston.
  • the reservoir has a melting area and a displacement space for a liquid phase of the metal, wherein the melting area adjacent to an inert atmosphere and with the
  • Displacer is connected such that the liquid phase of the metal can be excited to pass through the outlet opening by the displacement of the piston.
  • gas pockets in the displacement chamber act as a compressible medium and dampen the pressure surge of the 3D printer Stamp, so that the printing process can be imprecise or even come to a standstill.
  • the invention has for its object to provide a printhead for a 3D printer and a method for commissioning a printhead for a 3D printer, which reduce the influence of gas inclusions in the displacement and allow a stable printing process.
  • the object is achieved by the printhead according to the invention for a 3D printer having the features according to claim 1 and a method for starting up a printhead according to claim 5.
  • a metal printer comprises a housing, a device for supplying a metal, a reservoir for a liquid phase of the metal, a nozzle device with a guide sleeve and a nozzle plate and a piston with a piston rod and a punch, wherein the punch, the guide sleeve and the nozzle plate a Forming the displacer and form the stamp and the guide sleeve at least one area for carrying out the liquid phase between the reservoir and the displacement chamber, wherein the print head has a device for locally cooling the nozzle plate.
  • the local cooling of the nozzle plate by a device advantageously makes it possible for the liquid phase of the metal or the melt to harden and thereby close the nozzle plate. This avoids that under certain operating conditions gas or air can penetrate into the displacement chamber. By preventing a backflow of gas, or
  • Air through the nozzle plate can be closed during an upward movement of the piston, the nozzle plate. Since the nozzle plate is significantly more exposed relative to the reservoir and a large, relative convection and
  • Radiating surface, the solidification of the liquid phase of the metal, or the melt is usually emanating from the nozzle plate.
  • the region for carrying out the liquid phase of the metal between the reservoir and the displacement chamber also advantageously provides not only for the replacement of the liquid phase but also for the transport or the discharge of gas inclusions from the displacement chamber into the reservoir.
  • the proportion of gas inclusions in the displacer significantly determines the quality of the function of the entire printhead and the reproducibility of the printing results.
  • the area has a gap for discharging gas inclusions from the displacement chamber into the reservoir.
  • the gap advantageously facilitates the discharge of the gas inclusions on a surface of the stamp along the reservoir.
  • Printhead when the stamp is lowered into the melt, divides the surface of a pressure side of the punch, the melt from the center of the punch and the melt slides along the surface of the stamp, so that advantageously gas inclusions from the displacement through the gap be displaced towards the reservoir.
  • the printhead also assists in uniform pressure build-up in the printer
  • the device for local cooling of the nozzle plate is designed as a nozzle for the application of a cooling medium, in particular liquid nitrogen.
  • the nozzle is aligned with its nozzle opening to an outlet opening of the nozzle plate.
  • the outlet opening is closed by a controlled freezing.
  • Nozzle plate designed as a nozzle through which a cooling medium through their
  • Nozzle opening is sprayed onto the outlet opening of the nozzle plate.
  • the controlled passing of liquid nitrogen on the nozzle plate makes it possible in an advantageous manner that the melt is frozen at or selectively in the outlet opening.
  • the nozzle plate has a recess on its surface formed to the displacement space, which recess is formed in accordance with a surface of the punch.
  • the recess in the nozzle plate thus has a negative shape of the pressure surface of the punch so that the punch can abut with its surface on the surface of the nozzle plate.
  • the stamp after it has been moved to the nozzle plate, retracted back to a working position within the guide sleeve.
  • the outlet opening is closed by controlled freezing before and / or during the upward movement of the piston.
  • controlled via the external nozzle nitrogen is passed to the nozzle plate and thereby selectively frozen the melt.
  • the invention comprises a method for starting up the
  • Printhead the method comprising the steps of:
  • the method advantageously offers the possibility of completely removing gas inclusions from the displacer space by producing the liquid phase of the metal in a first step and, in a second step, moving the plunger as far as the stop to the nozzle plate. Is particularly advantageous it thereby that the surface contours of the punch and the nozzle plate are adapted to each other.
  • the nozzle plate In order to prevent a subsequent flow of air through the outlet opening of the nozzle plate, in a third step before and, if necessary, during the upward movement of the piston, the nozzle plate is cooled until the located in the outlet opening of the nozzle plate liquid phase of the metal is solidified.
  • the filling of the liquid phase displacer space of the metal takes place in a fourth step by retracting the plunger to a working position within the guide sleeve, the liquid phase of the metal advantageously flowing from and filling the reservoir through the area into the displacer space.
  • the cooling of the nozzle plate is achieved by reducing the inductor performance.
  • the cooling of the nozzle plate is achieved by a local cooling of the outlet opening. It is particularly advantageous, the outlet opening through the nozzle with the
  • Cooling medium in particular liquid nitrogen, to cool.
  • FIG. 1 is a sectional view of a printhead according to the invention in one embodiment
  • Fig. 2 shows a detail of the printhead according to the invention with a
  • Fig. 3 shows a detail of the printhead according to the invention with a
  • FIG. 4 shows a flow chart of a method according to the invention.
  • Fig. 1 shows an embodiment of a print head 1 according to the invention for a 3D printer.
  • the print head 1 comprises a housing 3, a device 28 for supplying a metal 14 in solid phase, a reservoir 7, 27, a nozzle device 2 with an outlet opening 10 and a piston 5. Furthermore, the print head comprises an actuator device 12 for displacing the piston 5
  • the reservoir 7, 27 has a melting region 20 and a displacement chamber 21 for a liquid phase 8 of the metal 14, wherein the melting region 20 adjoins an inert atmosphere 22 and is connected to the displacement chamber 21 in such a way that the displacement of the piston 5 the liquid phase 8 of the metal 14 can be excited to pass through the outlet opening 10.
  • the liquid phase 8 of the metal 14 or the liquid metal 8 is also referred to as melt 8, and the inert atmosphere 22 is formed by introducing an inert gas 22 into the reservoir 7, 27. The introduction of the inert gas 22 preferably takes place over a cold region of the print head 1 into the reservoir 7, 27.
  • the reservoir 7, 27 is formed as a crucible 27, outside of the crucible 27, an inductor 35 and within the crucible, a sensor 36, in particular a temperature sensor are arranged. Between the
  • Crucible 27 and the inductor 35, and the inductor coil 35 may optionally be an unillustrated insulator.
  • the boundary of the inert gas 22 to the liquid metal 8 corresponds to the level of the liquid metal 8 in the reservoir 7, 27.
  • the housing 3 is formed in several parts, wherein it comprises at least one cooling flange 25, an insulating plate 26 and the reservoir 7, 27.
  • Temperature-sensitive components of the measuring device can thus be advantageously shielded.
  • the piston 5 is designed in several parts, wherein it comprises at least one piston rod 17 made of a metallic material and a punch 18 made of ceramic. Starting from the actuator device 12, the piston rod 17 projects through the cooling flange 25 and the insulating plate 26 into the reservoir 7, 27, where it merges into the punch 18.
  • the cooling flange 25 has a recess 30 for receiving the
  • Actuator 12 which is designed as a piezoelectric actuator 12, on.
  • the piezoelectric actuator 12 is fixed during operation in the recess 30 such that it exerts a working stroke on the piston 5, especially on the piston rod 17 of the piston 5 when a voltage is applied.
  • the piston rod 17 transmits the working stroke to the punch 18 so that it excites the liquid phase 8 of the metal 14 to pass through the outlet opening 10.
  • the piston 5 is without actuation of the actuator 12 by a spring 13 in a
  • the spring 13 is designed as a plate spring.
  • the cooling flange 25 has cooling channels 31 for cooling.
  • the cooling channels 31 are arranged between the cooling flange 25 and the insulating plate 26 and are flushed with a cooling medium. This serves as cooling against the heating by the melt 8 and for cooling the actuator 12 during operation.
  • the cooling flange 25 is formed of a metallic material.
  • the voltage applied to the cooling flange 25 on the side of the cooling channels 31 insulating plate 26 is formed of a heat-insulating material and formed such that it reduces a heat transfer from the reservoir 7, 27 to the cooling flange 25.
  • the device 28 for supplying the metal 14, or the refill unit 28 opens into the reservoir 7, 27 and is arranged in the cooling flange 25 and the insulating plate 26.
  • the refill unit 28 protrudes through the cooling flange 25 and the insulating plate 26 and the metal 14 or the material 14 to be printed can be supplied from the outside through the device 28. Pre-metered pieces of material or pellets can preferably be used.
  • At the transition of the insulating plate 26 to the reservoir 7, 27 there is an opening 29 through which the material 14 enters the reservoir 7, 27.
  • the opening 29 can be closed by a device 32 so that it is preferably opened only when the material 14 is supplied, as a result of which the escape of energy or gas from the inert atmosphere 22 is reduced.
  • the metal 14 passes in a solid phase 14 in the melting region 20 of the crucible and is heated by the inductor 35 until it passes into a liquid phase 8.
  • a desired process temperature of the melt 8 which is determined by the temperature sensor 36, and the printhead 1 can start operation.
  • the plunger 18 of the piston 5 is surrounded by a pressure side 19 in the melt 8, or melt 8 and surrounded at the connection side to the piston rod 17 in the inert atmosphere 22, and by the inert atmosphere 22.
  • the piston rod 17 comes
  • the ceramic of the punch 18 is advantageously very good temperature-conducting in order to transfer the heat generated by the inductor 35 well into the displacement chamber 21 can.
  • the pointed or conical pressure side 19 or surface 39 of the punch 18 exerts a pressure or stroke on the melt 8 in the displacement chamber 21 in the direction of the outlet opening 10 and ensures an ejection a drop 15 through the nozzle device 2, and the outlet opening 10 of the nozzle device 2.
  • the nozzle device 2, in particular the nozzle plate 9 is interchangeable, whereby the use of different nozzle geometries is possible. Shown is a nozzle plate 9 with a flat top 49 in which a recess for the outlet opening 10 is arranged.
  • the surface 49 formed for the displacement space 21 is formed corresponding to the surface 39 of the punch 18.
  • the print head 1 a device 60 for local cooling of the nozzle plate 9, wherein the device 60 for locally cooling the
  • Nozzle plate 9 as a nozzle 60 for the discharge of a cooling medium 61, in particular liquid nitrogen, is formed.
  • the nozzle 60 is aligned with its nozzle opening 62 on the outlet opening 10 of the nozzle plate 9.
  • the piston 17 shows a section of the piston 17 according to the invention with the guide sleeve 11 in a further embodiment, wherein the pressure side 19 of the punch 18 has a convex surface 39, in particular a conical surface 39.
  • the surface 39 of the stamp may also be spherical.
  • the punch 18 and the guide sleeve 11 form at least one region 40 for the passage of the liquid phase 8 between the reservoir 27 and the displacement chamber 21.
  • the region 40 is designed in such a way that gas pockets occurring in the liquid phase 8 within the displacement chamber 21 can be displaced through the region 40 into the reservoir 7, 27 during a piston stroke in the direction of the nozzle plate 9 on the pressure side 19 of the punch 18.
  • the region 40 has a gap 46 for the removal of gas inclusions from the
  • the gap 46 may
  • the second level has subregions, not shown, through which the punch 18 concentrically in the circular
  • the nozzle plate 9 may have on its surface 49 formed for the displacement chamber 21 has a recess which is formed according to the conical surface 39 of the punch 18.
  • the nozzle 60 is shown, which is directed with its nozzle opening 62 on the outlet opening 10 of the nozzle plate 9.
  • 3 shows a further embodiment of the print head 1, wherein the punch 18 of the piston 5 has a pressure side 19 with a convex, in particular conical surface 39.
  • the punch 18 and the guide sleeve 11 form the region 40 for the passage of the liquid phase 8 between the reservoir 27 and the displacement chamber 21, wherein the gap 46 in the first arranged on the pressure side 19 of the punch 18 level 41 as an annular gap and in the second level 42 as at least one axial
  • the nozzle plate 9 has at its to the displacement chamber 21 formed
  • Surface 49 has a recess which is formed corresponding to the surface 39 of the punch 18.
  • the recess in the nozzle plate 9 thus has a negative shape of the pressure surface 19 of the punch 18 so that the punch 18 abut with its surface 39 on the surface 49 of the nozzle plate 9, or completely immersed.
  • the shape of the surface 39 of the punch 18 has the goal that by a streamlined contour, or surface 39 of the punch 18 when immersed or even in the high-frequency actuation, the melt 8 can stroke directly on the surface 39, so that as possible laminar flow of the melt 8 is achieved. Occurring gas inclusions slide off at least during operation on the surface 39 of the punch 18 and pass through the gap 46 in the region 40 between the punch 18 and the guide sleeve 11 in the reservoir 27th
  • the entire punch 18 can be extended from the melt 8 and then slowly lowered again to 18 by the penetration of the punch in the melt 8 existing
  • the embodiment shown here in addition to the optimized stamp geometry, through which an improved degassing of the displacement chamber 11 is possible, a degassing or venting before operation, or during startup of the print head.
  • the plunger 18 is completely, if possible to concern, to move into the recess of the nozzle plate 9. It is thereby achieved that no more gas inclusions are present between the surface 39 of the stamp 18 and the surface 49 of the nozzle plate 9.
  • Upon retraction of the punch 18 in a working position within the guide sleeve 11 is a filling of the displacement chamber 21 with liquid phase 8 of the metal from the reservoir 27 through the area 40 instead.
  • the outlet opening 10 can be closed.
  • the closing of the outlet opening 10 takes place by controlled cooling of the area around the outlet opening 10, as a result of which the liquid phase 8 of the metal located in the outlet opening 10 of the nozzle plate 9 is solidified.
  • the nozzle plate 9, or the outlet opening 10 is selectively frozen by the device for local cooling 60, and the nozzle 60 by applying liquid nitrogen 61. After filling the displacement chamber 21 with melt 8, the frozen melt 8 liquefies within the outlet opening 10, so that the print head is ready for operation again.
  • FIG 4 shows a flow chart of a method according to the invention for starting up the printhead 1 according to the invention.
  • the method comprises the following steps:
  • a first method step 110 the liquid phase 8 of the metal 14 is generated by the inductor 35.
  • the next process step preferably takes place after the metal 14 has completely passed into the liquid phase 8 and has reached its operating temperature.
  • Displacer 21 introduced until the surface 39 of the punch 18 abuts against the surface 49 of the nozzle plate 9. As a result, the liquid phase 8 As completely as possible pushed out of the displacer 21, so that no gas inclusions are more in the displacement 21.
  • Outlet opening 10 of the nozzle plate 9 located liquid phase 8 of the metal solidifies by the nozzle plate 9 is cooled.
  • the cooling of the nozzle plate 9 is achieved by a local cooling of the outlet opening 10, wherein the outlet opening 10 is cooled by the nozzle 60 with the cooling medium 61, in particular liquid nitrogen.
  • the cooling of the nozzle plate 9 can also be achieved by reducing the inductor performance.
  • this has the disadvantage that the commissioning of the print head 1 is delayed.
  • Displacement chamber 21 with liquid phase 8 of the metal by retracting the plunger 18 into a working position within the guide sleeve 11 instead, wherein the liquid phase 8 of the metal flows from the reservoir 27 through the region 40 in the displacement chamber 21. After reaching the working position of the punch 18, the displacer 21 is filled with the liquid phase 8 of the metal, whereby gas inclusions are reduced or avoided by this method.
  • the cooling of the nozzle plate 9 through the nozzle 60 can be kept active during the filling of the displacement chamber 21, so that it is ensured that the solidified melt 8 in the outlet opening 10 of the nozzle plate 9 is not liquefied by the entering from the reservoir 27 melt 8 and is pulled by the return stroke of the punch 18 in the displacement chamber 21, whereby the outlet opening 10 is released and thereby passes gas or air into the displacement chamber 21.
  • the cooling of the nozzle plate 9 is stopped and the solidified melt 8 in the outlet opening 10 is liquefied by the melt 8 in the displacement chamber 21.
  • the print head 1 is ready for operation and the printing process can take place via an actuation of the actuator device 12.

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Abstract

The invention relates to a printhead (1) for a 3D printer, particularly a metal printer, comprising a housing (3), a device (28) for supplying a metal (14), a reservoir (7, 27) for a liquid phase (8) of the metal (14), a nozzle device (2) comprising a guide sleeve (11) and a nozzle plate (9), and a piston (5) comprising a piston rod (17) and a ram (18), the ram (18), the guide sleeve (11) and the nozzle plate (9) forming a displacement chamber (21), and the ram (18) and the guide sleeve (11) forming at least one area (40) for conducting the liquid phase (8) between the reservoir (27) and the displacement chamber (21), the printhead (1) comprising a device (60) for locally cooling the nozzle plate (9). The invention also relates to a method for starting-up a printhead, said method comprising the following steps: producing the liquid phase (8) of the metal by means of an inductor (35); introducing the ram (18) into the displacement chamber (21) until the surface (39) of the ram (18) rests against the surface (49) of the nozzle plate; cooling the nozzle plate (9) until the liquid phase (8) of the metal in the outlet (10) of the nozzle plate (9) solidifies; and filling the displacement chamber (21) with a liquid phase (8) of the metal by retracting the ram (18) into a working position inside the guide sleeve (11), the liquid phase (8) of the metal flowing out of the reservoir (27) through the area (40) into the displacement chamber (21).

Description

Beschreibung  description
Titel: Title:
Druckkopf für einen 3D-Drucker und Verfahren zur Inbetriebnahme eines Printhead for a 3D printer and method of commissioning a
Druckkopfes eines 3D-Druckers Print head of a 3D printer
Die Erfindung betrifft einen Druckkopf für einen 3D-Drucker und ein Verfahren zur Inbetriebnahme eines Druckkopfes eines 3D-Druckers. The invention relates to a print head for a 3D printer and to a method for starting up a print head of a 3D printer.
Stand der Technik State of the art
Ein 3D-Drucker für ein thermoplastisches Material erhält eine feste Phase dieses Materials als Ausgangsmaterial, erzeugt daraus eine flüssige Phase und bringt diese flüssige Phase selektiv an den Stellen, die zu dem zu erzeugenden Objekt gehören, auf. Ein solcher 3D-Drucker umfasst einen Druckkopf, in den das Ausgangsmaterial geschmolzen wird. Weiterhin sind Mittel zur Erzeugung einer Relativbewegung zwischen dem Druckkopf und der Arbeitsfläche, auf der das Objekt entstehen soll, vorgesehen. Dabei können entweder nur der Druckkopf, nur die Arbeitsfläche oder aber sowohl der Druckkopf als auch die Arbeitsfläche bewegt werden. A 3D printer for a thermoplastic material obtains a solid phase of this material as a starting material, generates a liquid phase therefrom, and selectively deposits this liquid phase at the locations associated with the object to be formed. Such a 3D printer includes a printhead into which the source material is melted. Furthermore, means are provided for generating a relative movement between the print head and the work surface on which the object is to be formed. In this case, either only the print head, only the work surface or both the print head and the work surface can be moved.
Der Druckkopf hat einen ersten Betriebszustand, in dem flüssiges Material aus ihm austritt, und einen zweiten Betriebszustand, in dem kein flüssiges Material aus ihm austritt. Der zweite Betriebszustand wird beispielsweise dann eingenommen, wenn eine andere Position auf der Arbeitsfläche angefahren werden und auf dem Weg dorthin kein Material deponiert werden soll. Zwischen den beiden Betriebszuständen des Druckkopfes kann beispielsweise The printhead has a first mode of operation in which liquid material exits therefrom and a second mode of operation in which no liquid material exits therefrom. The second operating state is assumed, for example, when a different position is approached on the work surface and no material is to be deposited on the way there. For example, between the two operating states of the print head
umgeschaltet werden, indem der Vortrieb des festen Ausgangsmaterials ein- bzw. ausgeschaltet wird. Gegenüber thermoplastischen Kunststoffen haben Metalle einen wesentlich höheren Schmelzpunkt und zugleich im flüssigen Zustand eine wesentlich geringere Viskosität. be switched by the propulsion of the solid starting material is switched on or off. Compared to thermoplastics metals have a much higher melting point and at the same time in the liquid state a much lower viscosity.
Die zum Zeitpunkt dieser Anmeldung noch nicht veröffentlichte Schrift The font not yet published at the time of this application
DE102016224047 zeigt einen Druckkopf für einen 3D-Drucker, insbesondere Metalldrucker, umfassend ein Gehäuse, eine Vorrichtung zur Zuführung eines Metalls, einen Kolben, ein Reservoir mit einer Austrittsöffnung und eine DE102016224047 shows a print head for a 3D printer, in particular metal printer, comprising a housing, a device for supplying a metal, a piston, a reservoir with an outlet opening and a
Aktorvorrichtung zur Verschiebung des Kolbens. Actuator device for displacement of the piston.
Sie zeichnet sich dadurch aus, dass das Reservoir einen Schmelzbereich und einen Verdrängerraum für eine flüssige Phase des Metalls aufweist, wobei der Schmelzbereich an einer inerten Atmosphäre angrenzt und mit dem  It is characterized in that the reservoir has a melting area and a displacement space for a liquid phase of the metal, wherein the melting area adjacent to an inert atmosphere and with the
Verdrängerraum derart verbunden ist, dass durch die Verschiebung des Kolbens die flüssige Phase des Metalls zum Durchtritt durch die Austrittsöffnung anregbar ist. Displacer is connected such that the liquid phase of the metal can be excited to pass through the outlet opening by the displacement of the piston.
Aus dem Stand der Technik sind Kolbenformen mit flachen Oberflächen bekannt. Diese haben den Nachteil, dass sich unter, bzw. in der Mitte der Oberfläche sogenannte„Totwasserzonen“ ausbilden können. In diesen Zonen bewegt sich die Schmelze nicht mehr relativ zum Kolben. Für den Fall, dass sich in der Schmelze Gas-, bzw. Lufteinschlüssen bilden, können diese nicht von der Oberfläche des Stempels abwandern und bilden nicht gewünschte From the prior art piston shapes with flat surfaces are known. These have the disadvantage that under, or in the middle of the surface so-called "dead water zones" can form. In these zones, the melt no longer moves relative to the piston. In the event that gas or air inclusions form in the melt, they can not migrate from the surface of the stamp and form unwanted
Kompressionszonen. Compression zones.
Da metallische Schmelzen eine sehr hohe Oberflächenspannung besitzen, reicht oftmals der sehr große Dichteunterschied zwischen Luft und Schmelze nicht aus, um Gas-, bzw. Lufteinschlüsse nach oben steigen zu lassen. Since metallic melts have a very high surface tension, the very large density difference between air and melt is often insufficient to allow gas or air inclusions to rise upwards.
Ferner verbleiben bei der Inbetriebnahme eines Druckkopfes Gaseinschlüsse auf der Oberfläche, bzw. der Unterseite des Stempels und es sind aufwändige Arbeitsschritte notwendig, um die Gaseinschlüsse zu verringert, bzw. zu entfernen.  Furthermore, when commissioning a printhead, gas inclusions remain on the surface, or the underside of the stamper, and expensive work steps are necessary in order to reduce or remove the gas inclusions.
Befinden sich im Betrieb des 3D-Druckers Gaseinschlüsse im Verdrängerraum, wirken diese als kompressibles Medium und dämpfen den Druckstoß des Stempels, so dass der Druckprozess unpräzise werden oder sogar zum Erliegen kommen kann. If gas pockets in the displacement chamber are present during operation of the 3D printer, they act as a compressible medium and dampen the pressure surge of the 3D printer Stamp, so that the printing process can be imprecise or even come to a standstill.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Druckkopf für einen 3D-Drucker und ein Verfahren zur Inbetriebnahme eines Druckkopfes für einen 3D-Drucker bereitzustellen, die den Einfluss von Gaseinschlüssen im Verdrängerraum vermindern und einen stabilen Druckprozess ermöglichen. The invention has for its object to provide a printhead for a 3D printer and a method for commissioning a printhead for a 3D printer, which reduce the influence of gas inclusions in the displacement and allow a stable printing process.
Offenbarung der Erfindung Disclosure of the invention
Die Aufgabe wird durch den erfindungsgemäßen Druckkopf für einen 3D-Drucker mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 und einem Verfahren zur Inbetriebnahme eines Druckkopfes gemäß Anspruch 5 erfüllt. The object is achieved by the printhead according to the invention for a 3D printer having the features according to claim 1 and a method for starting up a printhead according to claim 5.
Der erfindungsgemäße Druckkopf für einen 3D-Drucker, insbesondere The print head according to the invention for a 3D printer, in particular
Metalldrucker, umfasst ein Gehäuse, eine Vorrichtung zur Zuführung eines Metalls, ein Reservoir für eine flüssige Phase des Metalls, eine Düsenvorrichtung mit einer Führungshülse und einer Düsenplatte und einen Kolben mit einer Kolbenstange und einem Stempel, wobei der Stempel, die Führungshülse und die Düsenplatte einen Verdrängerraum ausbilden und der Stempel und die Führungshülse zumindest einen Bereich zur Durchführung der flüssigen Phase zwischen dem Reservoir und dem Verdrängerraum ausbilden, wobei der Druckkopf eine Vorrichtung zur lokalen Abkühlung der Düsenplatte aufweist.A metal printer comprises a housing, a device for supplying a metal, a reservoir for a liquid phase of the metal, a nozzle device with a guide sleeve and a nozzle plate and a piston with a piston rod and a punch, wherein the punch, the guide sleeve and the nozzle plate a Forming the displacer and form the stamp and the guide sleeve at least one area for carrying out the liquid phase between the reservoir and the displacement chamber, wherein the print head has a device for locally cooling the nozzle plate.
Das lokale Abkühlen der Düsenplatte durch eine Vorrichtung ermöglicht in vorteilhafter Weise, dass die flüssige Phase des Metalls, bzw. die Schmelze aushärtet und die Düsenplatte dadurch verschließt. Dadurch wird vermieden, dass bei bestimmten Betriebszuständen Gas, bzw. Luft in den Verdrängerraum eindringen kann. Durch die Verhinderung eines Nachströmens von Gas, bzw.The local cooling of the nozzle plate by a device advantageously makes it possible for the liquid phase of the metal or the melt to harden and thereby close the nozzle plate. This avoids that under certain operating conditions gas or air can penetrate into the displacement chamber. By preventing a backflow of gas, or
Luft durch die Düsenplatte, kann während einer Aufwärtsbewegung des Kolbens, die Düsenplatte verschlossen werden. Da die Düsenplatte relativ zum Reservoir deutlich mehr exponiert ist und eine große, relative Konvektions- und Air through the nozzle plate, can be closed during an upward movement of the piston, the nozzle plate. Since the nozzle plate is significantly more exposed relative to the reservoir and a large, relative convection and
Abstrahlungsfläche aufweist, wird die Erstarrung der flüssigen Phase des Metalls, bzw. der Schmelze in der Regel von der Düsenplatte ausgehen. Der Bereich zur Durchführung der flüssigen Phase des Metalls zwischen dem Reservoir und dem Verdrängerraum sorgt ferner in vorteilhafter Weise nicht nur für den Austausch der flüssigen Phase sondern auch für den Transport, bzw. die Ableitung von Gaseinschlüssen vom Verdrängerraum in das Reservoir. Der Anteil der Gaseinschlüsse im Verdrängerraum bestimmt maßgeblich die Qualität der Funktion des gesamten Druckkopfes und die Reproduzierbarkeit der Druckergebnisse. Radiating surface, the solidification of the liquid phase of the metal, or the melt is usually emanating from the nozzle plate. The region for carrying out the liquid phase of the metal between the reservoir and the displacement chamber also advantageously provides not only for the replacement of the liquid phase but also for the transport or the discharge of gas inclusions from the displacement chamber into the reservoir. The proportion of gas inclusions in the displacer significantly determines the quality of the function of the entire printhead and the reproducibility of the printing results.
Der Bereich weist einen Spalt zur Ableitung von Gaseinschlüssen aus dem Verdrängerraum in das Reservoir auf. Durch den Spalt wird in vorteilhafter Weise die Ableitung der Gaseinschlüsse an einer Oberfläche des Stempels entlang in das Reservoir vereinfacht. Insbesondere bei einer Inbetriebnahme des  The area has a gap for discharging gas inclusions from the displacement chamber into the reservoir. The gap advantageously facilitates the discharge of the gas inclusions on a surface of the stamp along the reservoir. In particular, at a commissioning of the
Druckkopfes, wenn der Stempel in die Schmelze abgesenkt wird, teilt die Oberfläche einer Druckseite des Stempels die Schmelze von der Mitte des Stempels aus und die Schmelze schiebt sich an der Oberfläche des Stempels entlang, so dass in vorteilhafter Weise Gaseinschlüsse aus dem Verdrängerraum durch den Spalt in Richtung Reservoir verdrängt werden. Printhead, when the stamp is lowered into the melt, divides the surface of a pressure side of the punch, the melt from the center of the punch and the melt slides along the surface of the stamp, so that advantageously gas inclusions from the displacement through the gap be displaced towards the reservoir.
Der Druckkopf unterstützt ferner einen gleichmäßigen Druckaufbau im  The printhead also assists in uniform pressure build-up in the printer
Verdrängerraum, wodurch verbesserte Aktuierungsstöße, bzw. ein verbesserter Ausstoß der flüssigen Phase des Metalls ermöglicht wird. Die Reproduzierbarkeit der Druckergebnisse wird somit deutlich verbessert. Displacement, whereby improved Aktuierungsstöße, or an improved ejection of the liquid phase of the metal is made possible. The reproducibility of the print results is thus significantly improved.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist die Vorrichtung zur lokalen Abkühlung der Düsenplatte als eine Düse zur Ausbringung von einem Kühlmedium, insbesondere flüssigem Stickstoff, ausgebildet. In a development of the invention, the device for local cooling of the nozzle plate is designed as a nozzle for the application of a cooling medium, in particular liquid nitrogen.
In einer bevorzugten Weiterbildung ist die Düse mit ihrer Düsenöffnung auf eine Austrittsöffnung der Düsenplatte ausgerichtet.  In a preferred embodiment, the nozzle is aligned with its nozzle opening to an outlet opening of the nozzle plate.
Zur Verhinderung eines Nachströmens von Luft durch die Austrittsöffnung der Düsenplatte ist es vorteilhaft, wenn vor und/oder während der Aufwärtsbewegung des Kolbens, die Austrittsöffnung durch ein kontrolliertes Einfrieren geschlossen wird. Hierzu ist es vorteilhaft, die Vorrichtung zur lokalen Abkühlung der  In order to prevent a subsequent flow of air through the outlet opening of the nozzle plate, it is advantageous if, before and / or during the upward movement of the piston, the outlet opening is closed by a controlled freezing. For this purpose, it is advantageous, the device for local cooling of
Düsenplatte als Düse auszulegen, durch die ein Kühlmedium durch ihre Nozzle plate designed as a nozzle through which a cooling medium through their
Düsenöffnung auf die Austrittsöffnung der Düsenplatte gesprüht wird. Das kontrollierte Leiten von flüssigem Stickstoff auf die Düsenplatte ermöglicht es in vorteilhafter Weise, dass die Schmelze an, bzw. in der Austrittsöffnung punktuell eingefroren wird. In einer Weiterbildung weist die Düsenplatte an ihrer zum Verdrängerraum ausgebildeten Oberfläche eine Ausnehmung auf, die entsprechend einer Oberfläche des Stempels ausgebildet ist. Die Ausnehmung in der Düsenplatte weist somit eine Negativform der Druckfläche des Stempels auf so dass der Stempel mit seiner Oberfläche an der Oberfläche der Düsenplatte anliegen kann. Durch diese Ausbildung der Düsenplatte in Kombination mit dem Stempel bietet der Druckkopf in vorteilhafter Weise die Möglichkeit, Gaseinschlüsse vollständig aus dem Verdrängerraum zu entfernen, indem der Stempel bis zum Anschlag zur Düsenplatte bewegt wird. In diesem Fall sind die Oberflächenkonturen des Stempels und der Düsenplatte aufeinander angepasst. Nozzle opening is sprayed onto the outlet opening of the nozzle plate. The controlled passing of liquid nitrogen on the nozzle plate makes it possible in an advantageous manner that the melt is frozen at or selectively in the outlet opening. In a further development, the nozzle plate has a recess on its surface formed to the displacement space, which recess is formed in accordance with a surface of the punch. The recess in the nozzle plate thus has a negative shape of the pressure surface of the punch so that the punch can abut with its surface on the surface of the nozzle plate. By virtue of this design of the nozzle plate in combination with the stamp, the print head advantageously offers the possibility of completely removing gas inclusions from the displacer space by moving the plunger as far as the stop to the nozzle plate. In this case, the surface contours of the punch and the nozzle plate are adapted to each other.
Anschließend wird der Stempel, nachdem er zur Düsenplatte bewegt wurde, wieder in eine Arbeitsposition innerhalb der Führungshülse zurückgezogen. Zur Verhinderung eines Nachströmens von Luft durch eine Austrittsöffnung der Düsenplatte, wird vor und/oder während der Aufwärtsbewegung des Kolbens, die Austrittsöffnung durch ein kontrolliertes Einfrieren geschlossen. Hierzu wird über die externe Düse kontrolliert Stickstoff auf die Düsenplatte geleitet und dadurch die Schmelze punktuell eingefroren.  Subsequently, the stamp, after it has been moved to the nozzle plate, retracted back to a working position within the guide sleeve. To prevent the flow of air through an outlet opening of the nozzle plate, the outlet opening is closed by controlled freezing before and / or during the upward movement of the piston. For this purpose, controlled via the external nozzle nitrogen is passed to the nozzle plate and thereby selectively frozen the melt.
Ferner umfasst die Erfindung ein Verfahren zur Inbetriebnahme des Furthermore, the invention comprises a method for starting up the
Druckkopfes, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: Printhead, the method comprising the steps of:
- Erzeugung der flüssigen Phase des Metalls durch einen Induktor,  Production of the liquid phase of the metal by an inductor,
- Einbringen des Stempels in den Verdrängerraum bis die Oberfläche des Stempels an der Oberfläche der Düsenplatte anliegt,  Inserting the stamp into the displacer space until the surface of the stamp abuts the surface of the die plate,
- Abkühlung der Düsenplatte, bis die in der Austrittsöffnung der Düsenplatte befindliche flüssige Phase des Metalls erstarrt, und  - Cooling of the nozzle plate until the liquid phase of the metal located in the outlet opening of the nozzle plate solidifies, and
- Befüllung des Verdrängerraums mit flüssiger Phase des Metalls durch  - Fill the displacement chamber with the liquid phase of the metal by
Zurückziehen des Stempels in eine Arbeitsposition innerhalb der Führungshülse, wobei die flüssige Phase des Metalls aus dem Reservoir durch den Bereich in den Verdrängerraum fließt. Retracting the punch into a working position within the guide sleeve, wherein the liquid phase of the metal from the reservoir flows through the region in the displacement chamber.
Das Verfahren bietet in vorteilhafter Weise die Möglichkeit, Gaseinschlüsse vollständig aus dem Verdrängerraum zu entfernen, indem in einem ersten Schritt die flüssige Phase des Metalls erzeugt wird und in einem zweiten Schritt der Stempel bis zum Anschlag zur Düsenplatte bewegt wird. Besonders vorteilhaft ist es dabei, dass die Oberflächenkonturen des Stempels und der Düsenplatte aufeinander angepasst sind. The method advantageously offers the possibility of completely removing gas inclusions from the displacer space by producing the liquid phase of the metal in a first step and, in a second step, moving the plunger as far as the stop to the nozzle plate. Is particularly advantageous it thereby that the surface contours of the punch and the nozzle plate are adapted to each other.
Zur Verhinderung eines Nachströmens von Luft durch die Austrittsöffnung der Düsenplatte, wird in einem dritten Schritt vor und, falls erforderlich, während der Aufwärtsbewegung des Kolbens, die Düsenplatte abgekühlt bis die in der Austrittsöffnung der Düsenplatte befindliche flüssige Phase des Metalls erstarrt ist. Die Befüllung des Verdrängerraums mit flüssiger Phase des Metalls findet in einem vierten Schritt durch Zurückziehen des Stempels in eine Arbeitsposition innerhalb der Führungshülse statt, wobei die flüssige Phase des Metalls in vorteilhafter Weise aus dem Reservoir durch den Bereich in den Verdrängerraum fließt und diesen füllt.  In order to prevent a subsequent flow of air through the outlet opening of the nozzle plate, in a third step before and, if necessary, during the upward movement of the piston, the nozzle plate is cooled until the located in the outlet opening of the nozzle plate liquid phase of the metal is solidified. The filling of the liquid phase displacer space of the metal takes place in a fourth step by retracting the plunger to a working position within the guide sleeve, the liquid phase of the metal advantageously flowing from and filling the reservoir through the area into the displacer space.
In einer ersten Ausführung des Verfahrens wird die Abkühlung der Düsenplatte durch eine Reduzierung der Induktorleistung erreicht. In a first embodiment of the method, the cooling of the nozzle plate is achieved by reducing the inductor performance.
In einer bevorzugten zweiten Ausführung des Verfahrens wird die Abkühlung der Düsenplatte durch eine lokale Abkühlung der Austrittsöffnung erreicht. Dabei ist es besonders vorteilhaft die Austrittsöffnung durch die Düse mit dem In a preferred second embodiment of the method, the cooling of the nozzle plate is achieved by a local cooling of the outlet opening. It is particularly advantageous, the outlet opening through the nozzle with the
Kühlmedium, insbesondere flüssigem Stickstoff, abzukühlen. Cooling medium, in particular liquid nitrogen, to cool.
Der negative Effekt durch Gaseinschlüsse im Verdrängerraum, bezüglich der Tropfenbildung beim 3D-Druck, wird durch die oben genannten Merkmale der Erfindung verringert, bzw. verhindert. Durch das Ableiten der Gaseinschlüsse wird für eine ausreichende Entlüftung des Verdrängerraums gesorgt. Zum einen bei der Inbetriebnahme und zum anderen bei Gaseinschlüssen, die während des Betriebes des Druckkopfes, durch eine beispielsweise nicht optimale Aktuierung des Kolbens, auftreten, wenn Luft über die Düsenplatte beim Rückhub angesaugt wird. Die Folge von teilweisem oder vollständigem Aussetzen der Tropfenbildung zum Erzeugen eines Gegenstandes durch 3D-Druck wird verhindert. The negative effect of gas inclusions in the displacement chamber, with respect to the drop formation in 3D printing, is reduced or prevented by the abovementioned features of the invention. By deriving the gas inclusions sufficient ventilation of the displacement chamber is provided. On the one hand during commissioning and on the other hand with gas inclusions, which occur during operation of the print head, for example by a non-optimal actuation of the piston, when air is sucked in via the nozzle plate during the return stroke. The consequence of partially or completely suspending drop formation to create an item by 3D printing is prevented.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der Further advantageous embodiments of the invention are the
Zeichnungsbeschreibung zu entnehmen, in der in den Figuren dargestellte Ausführungsbeispiele der Erfindung näher beschrieben sind. Es zeigen: Drawing description can be seen in the embodiments illustrated in the figures of the invention are described in more detail. Show it:
Fig. 1 Eine Schnittzeichnung eines erfindungsgemäßen Druckkopfes in einer Ausführungsform, 1 is a sectional view of a printhead according to the invention in one embodiment,
Fig. 2 einen Ausschnitt des erfindungsgemäßen Druckkopfes mit einer Fig. 2 shows a detail of the printhead according to the invention with a
Führungshülse in einer weiteren Ausführungsform,  Guide sleeve in a further embodiment,
Fig. 3 einen Ausschnitt des erfindungsgemäßen Druckkopfes mit einer Fig. 3 shows a detail of the printhead according to the invention with a
Führungshülse in einer weiteren Ausführungsform und  Guide sleeve in a further embodiment and
Fig. 4 ein Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens. 4 shows a flow chart of a method according to the invention.
Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Druckkopfes 1 für einen 3D-Drucker. Fig. 1 shows an embodiment of a print head 1 according to the invention for a 3D printer.
Der Druckkopf 1 umfasst ein Gehäuse 3, eine Vorrichtung 28 zur Zuführung eines Metalls 14 in fester Phase, ein Reservoir 7, 27, eine Düsenvorrichtung 2 mit einer Austrittsöffnung 10 und einen Kolben 5. Ferner umfasst der Druckkopf eine Aktorvorrichtung 12 zur Verschiebung des Kolbens 5. Das Reservoir 7, 27 weist einen Schmelzbereich 20 und einen Verdrängerraum 21 für eine flüssige Phase 8 des Metalls 14 auf, wobei der Schmelzbereich 20 an einer inerten Atmosphäre 22 angrenzt und mit dem Verdrängerraum 21 derart verbunden ist, dass durch die Verschiebung des Kolbens 5 die flüssige Phase 8 des Metalls 14 zum Durchtritt durch die Austrittsöffnung 10 anregbar ist. Die flüssige Phase 8 des Metalls 14, bzw. das flüssige Metall 8 wird auch als Schmelze 8 bezeichnet und die inerte Atmosphäre 22 ist durch Einleitung eines Inertgases 22 in das Reservoir 7, 27 gebildet. Die Einleitung des Inertgases 22 findet bevorzugt über einen kalten Bereich des Druckkopfes 1 in das Reservoir 7, 27 statt.  The print head 1 comprises a housing 3, a device 28 for supplying a metal 14 in solid phase, a reservoir 7, 27, a nozzle device 2 with an outlet opening 10 and a piston 5. Furthermore, the print head comprises an actuator device 12 for displacing the piston 5 The reservoir 7, 27 has a melting region 20 and a displacement chamber 21 for a liquid phase 8 of the metal 14, wherein the melting region 20 adjoins an inert atmosphere 22 and is connected to the displacement chamber 21 in such a way that the displacement of the piston 5 the liquid phase 8 of the metal 14 can be excited to pass through the outlet opening 10. The liquid phase 8 of the metal 14 or the liquid metal 8 is also referred to as melt 8, and the inert atmosphere 22 is formed by introducing an inert gas 22 into the reservoir 7, 27. The introduction of the inert gas 22 preferably takes place over a cold region of the print head 1 into the reservoir 7, 27.
Das Reservoir 7, 27 ist als Schmelztiegel 27 ausgebildet, wobei außerhalb des Schmelztiegels 27 ein Induktor 35 und innerhalb des Schmelztiegels ein Sensor 36, insbesondere ein Temperatursensor angeordnet sind. Zwischen dem  The reservoir 7, 27 is formed as a crucible 27, outside of the crucible 27, an inductor 35 and within the crucible, a sensor 36, in particular a temperature sensor are arranged. Between the
Schmelztiegel 27 und dem Induktor 35, bzw. der Induktor Spule 35 kann sich optional noch ein nicht dargestellter Isolator befinden. Die Grenze des Inertgases 22 zum flüssigen Metall 8 entspricht dem Füllstand des flüssigen Metalls 8 in dem Reservoir 7, 27. Crucible 27 and the inductor 35, and the inductor coil 35 may optionally be an unillustrated insulator. The boundary of the inert gas 22 to the liquid metal 8 corresponds to the level of the liquid metal 8 in the reservoir 7, 27.
Ferner ist das Gehäuse 3 mehrteilig ausgebildet, wobei es zumindest einen Kühlflansch 25, eine Isolierplatte 26 und das Reservoir 7, 27 umfasst. Further, the housing 3 is formed in several parts, wherein it comprises at least one cooling flange 25, an insulating plate 26 and the reservoir 7, 27.
Temperaturempfindliche Bauteile der Messvorrichtung können somit vorteilhaft abgeschirmt werden. Temperature-sensitive components of the measuring device can thus be advantageously shielded.
Der Kolben 5 ist mehrteilig ausgebildet, wobei er zumindest eine Kolbenstange 17 aus einem metallischen Werkstoff und einen Stempel 18 aus Keramik umfasst. Die Kolbenstange 17 ragt ausgehend von der Aktorvorrichtung 12 durch den Kühlflansch 25 und der Isolierplatte 26 bis in das Reservoir 7, 27 hinein, wo sie in den Stempel 18 übergeht.  The piston 5 is designed in several parts, wherein it comprises at least one piston rod 17 made of a metallic material and a punch 18 made of ceramic. Starting from the actuator device 12, the piston rod 17 projects through the cooling flange 25 and the insulating plate 26 into the reservoir 7, 27, where it merges into the punch 18.
Der Kühlflansch 25 weist eine Ausnehmung 30 zur Aufnahme der The cooling flange 25 has a recess 30 for receiving the
Aktorvorrichtung 12, die als piezoelektrischer Aktor 12 ausgebildet ist, auf. Der piezoelektrische Aktor 12 ist während des Betriebs in der Ausnehmung 30 derart fixiert, dass er bei Anliegen einer Spannung einen Arbeitshub auf den Kolben 5, speziell auf die Kolbenstange 17 des Kolbens 5, ausübt. Die Kolbenstange 17 überträgt den Arbeitshub auf den Stempel 18, so dass dieser die flüssige Phase 8 des Metalls 14 zum Durchtritt durch die Austrittsöffnung 10 anregt. Der Kolben 5 ist ohne Aktuierung des Aktors 12 durch eine Feder 13 in eine Actuator 12, which is designed as a piezoelectric actuator 12, on. The piezoelectric actuator 12 is fixed during operation in the recess 30 such that it exerts a working stroke on the piston 5, especially on the piston rod 17 of the piston 5 when a voltage is applied. The piston rod 17 transmits the working stroke to the punch 18 so that it excites the liquid phase 8 of the metal 14 to pass through the outlet opening 10. The piston 5 is without actuation of the actuator 12 by a spring 13 in a
Ausgangsstellung rückstellbar, wobei die Feder 13 in der Ausnehmung 30 des Kühlflanschs 25 zwischen einem Absatz 24 und dem Aktor 12 angeordnet ist. Die Feder 13 ist als Tellerfeder ausgebildet. Restoring initial position, wherein the spring 13 is disposed in the recess 30 of the cooling flange 25 between a shoulder 24 and the actuator 12. The spring 13 is designed as a plate spring.
Ferner weist der Kühlflansch 25 Kühlkanäle 31 zur Kühlung auf. Die Kühlkanäle 31 sind zwischen dem Kühlflansch 25 und der Isolierplatte 26 angeordnet und werden mit einem Kühlmedium durchspült. Dies dient als Kühlung gegenüber der Erwärmung durch die Schmelze 8 und zum Kühlen des Aktors 12 im Betrieb. Der Kühlflansch 25 ist aus einem metallischen Werkstoff gebildet.  Furthermore, the cooling flange 25 has cooling channels 31 for cooling. The cooling channels 31 are arranged between the cooling flange 25 and the insulating plate 26 and are flushed with a cooling medium. This serves as cooling against the heating by the melt 8 and for cooling the actuator 12 during operation. The cooling flange 25 is formed of a metallic material.
Die an dem Kühlflansch 25 auf Seiten der Kühlkanäle 31 anliegende Isolierplatte 26 ist aus einem wärmeisolierenden Material gebildet und derart ausgebildet, dass sie einen Wärmeübergang vom Reservoir 7, 27 zum Kühlflansch 25 vermindert. Die Vorrichtung 28 zur Zuführung des Metalls 14, bzw. die Nachfülleinheit 28 mündet in das Reservoir 7, 27 und ist in dem Kühlflansch 25 und der Isolierplatte 26 angeordnet. Die Nachfülleinheit 28 ragt durch den Kühlflansch 25 und der Isolierplatte 26 hindurch und das Metall 14, bzw. das zu druckende Material 14 ist von außen durch die Vorrichtung 28 zuführbar. Bevorzugt können vordosierte Materialstücke, bzw. Pellets verwendet werden. Am Übergang der Isolierplatte 26 zum Reservoir 7, 27 befindet sich eine Öffnung 29 durch die das Material 14 in das Reservoir 7, 27 gelangt. Die Öffnung 29 ist durch eine Vorrichtung 32 verschließbar, so dass diese bevorzugt nur bei Zuführung des Materials 14 geöffnet ist, wodurch das Entweichen von Energie, bzw. Gas aus der inerten Atmosphäre 22 verringert wird. The voltage applied to the cooling flange 25 on the side of the cooling channels 31 insulating plate 26 is formed of a heat-insulating material and formed such that it reduces a heat transfer from the reservoir 7, 27 to the cooling flange 25. The device 28 for supplying the metal 14, or the refill unit 28 opens into the reservoir 7, 27 and is arranged in the cooling flange 25 and the insulating plate 26. The refill unit 28 protrudes through the cooling flange 25 and the insulating plate 26 and the metal 14 or the material 14 to be printed can be supplied from the outside through the device 28. Pre-metered pieces of material or pellets can preferably be used. At the transition of the insulating plate 26 to the reservoir 7, 27 there is an opening 29 through which the material 14 enters the reservoir 7, 27. The opening 29 can be closed by a device 32 so that it is preferably opened only when the material 14 is supplied, as a result of which the escape of energy or gas from the inert atmosphere 22 is reduced.
Das Metall 14 gelangt in einer festen Phase 14 in den Schmelzbereich 20 des Schmelztiegels und wird durch den Induktor 35 erhitzt, bis es in eine flüssige Phase 8 übergeht. Bei Erreichen einer gewünschten Prozesstemperatur der Schmelze 8, die durch den Temperatursensor 36 ermittelt wird, und des kann der Druckkopf 1 den Betrieb aufnehmen. Der Stempel 18 des Kolbens 5 ist mit einer Druckseite 19 in der Schmelze 8, bzw. von Schmelze 8 umgeben und an der Verbindungsseite zur Kolbenstange 17 in der inerten Atmosphäre 22, bzw. von der inerten Atmosphäre 22 umgeben. Die Kolbenstange 17 kommt The metal 14 passes in a solid phase 14 in the melting region 20 of the crucible and is heated by the inductor 35 until it passes into a liquid phase 8. Upon reaching a desired process temperature of the melt 8, which is determined by the temperature sensor 36, and the printhead 1 can start operation. The plunger 18 of the piston 5 is surrounded by a pressure side 19 in the melt 8, or melt 8 and surrounded at the connection side to the piston rod 17 in the inert atmosphere 22, and by the inert atmosphere 22. The piston rod 17 comes
prozessbedingt nicht mit der Schmelze 8 in Berührung. Process-related not with the melt 8 in contact.
Die Keramik des Stempels 18 ist vorteilhafterweise sehr gut temperaturleitend, um die durch den Induktor 35 erzeugte Wärme gut in den Verdrängerraum 21 übertragen zu können.  The ceramic of the punch 18 is advantageously very good temperature-conducting in order to transfer the heat generated by the inductor 35 well into the displacement chamber 21 can.
Bei Aktuierung des piezoelektrischen Aktors 12 übt die in dieser Ausführung spitze, bzw. konische Druckseite 19, bzw. Oberfläche 39 des Stempels 18 einen Druck, bzw. Hub auf die Schmelze 8 im Verdrängerraum 21 in Richtung der Austrittsöffnung 10 aus und sorgt für einen Ausstoß eines Tropfens 15 durch die Düsenvorrichtung 2, bzw. der Austrittsöffnung 10 der Düsenvorrichtung 2. Die Düsenvorrichtung 2, insbesondere die Düsenplatte 9 ist austauschbar, wodurch der Einsatz von unterschiedlichen Düsengeometrien möglich ist. Dargestellt ist eine Düsenplatte 9 mit einer flachen Oberseite 49 in die eine Ausnehmung für die Austrittsöffnung 10 angeordnet ist. Die zum Verdrängerraum 21 ausgebildete Oberfläche 49 ist entsprechend der Oberfläche 39 des Stempels 18 ausgebildet. Ferner weist der Druckkopf 1 eine Vorrichtung 60 zur lokalen Abkühlung der Düsenplatte 9 auf, wobei die Vorrichtung 60 zur lokalen Abkühlung der When the piezoelectric actuator 12 is actuated, the pointed or conical pressure side 19 or surface 39 of the punch 18 exerts a pressure or stroke on the melt 8 in the displacement chamber 21 in the direction of the outlet opening 10 and ensures an ejection a drop 15 through the nozzle device 2, and the outlet opening 10 of the nozzle device 2. The nozzle device 2, in particular the nozzle plate 9 is interchangeable, whereby the use of different nozzle geometries is possible. Shown is a nozzle plate 9 with a flat top 49 in which a recess for the outlet opening 10 is arranged. The surface 49 formed for the displacement space 21 is formed corresponding to the surface 39 of the punch 18. Further, the print head 1, a device 60 for local cooling of the nozzle plate 9, wherein the device 60 for locally cooling the
Düsenplatte 9 als eine Düse 60 zur Ausbringung von einem Kühlmedium 61, insbesondere flüssigem Stickstoff, ausgebildet ist. Die Düse 60 ist mit ihrer Düsenöffnung 62 auf die Austrittsöffnung 10 der Düsenplatte 9 ausgerichtet. Nozzle plate 9 as a nozzle 60 for the discharge of a cooling medium 61, in particular liquid nitrogen, is formed. The nozzle 60 is aligned with its nozzle opening 62 on the outlet opening 10 of the nozzle plate 9.
Fig. 2 zeigt einen Ausschnitt des erfindungsgemäßen Kolbens 17 mit der Führungshülse 11 in einer weiteren Ausführungsform, wobei die Druckseite 19 des Stempels 18 eine konvexe Oberfläche 39, im speziellen eine kegelförmige Oberfläche 39 aufweist. In einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel kann die Oberfläche 39 des Stempels auch kugelförmig ausgebildet sein. Ferner bilden der Stempel 18 und die Führungshülse 11 zumindest einen Bereich 40 zur Durchführung der flüssigen Phase 8 zwischen dem Reservoir 27 und dem Verdrängerraum 21 aus. 2 shows a section of the piston 17 according to the invention with the guide sleeve 11 in a further embodiment, wherein the pressure side 19 of the punch 18 has a convex surface 39, in particular a conical surface 39. In an embodiment not shown, the surface 39 of the stamp may also be spherical. Furthermore, the punch 18 and the guide sleeve 11 form at least one region 40 for the passage of the liquid phase 8 between the reservoir 27 and the displacement chamber 21.
Der Bereich 40 ist derart ausgebildet, dass innerhalb des Verdrängerraums 21 in der flüssigen Phase 8 auftretende Gaseinschlüsse während eines Kolbenhubes in Richtung der Düsenplatte 9 an der Druckseite 19 des Stempels 18 vorbei durch den Bereich 40 in das Reservoir 7, 27 verdrängbar sind. Der Bereich 40 weist einen Spalt 46 zur Ableitung von Gaseinschlüssen aus dem  The region 40 is designed in such a way that gas pockets occurring in the liquid phase 8 within the displacement chamber 21 can be displaced through the region 40 into the reservoir 7, 27 during a piston stroke in the direction of the nozzle plate 9 on the pressure side 19 of the punch 18. The region 40 has a gap 46 for the removal of gas inclusions from the
Verdrängerraum 21 in das Reservoir 7, 27 auf und ist in einer ersten an der Druckseite 19 des Stempels 18 angeordneten Ebene 41 als Ringspalt und in einer zweiten Ebene 42 als zumindest eine axiale Ausnehmung ausgebildet.Displacement chamber 21 in the reservoir 7, 27 and is formed in a first on the pressure side 19 of the punch 18 arranged plane 41 as an annular gap and in a second plane 42 as at least one axial recess.
In einer einfachen, nicht dargestellten Ausführung, kann der Spalt 46 In a simple, not shown embodiment, the gap 46 may
ausschließlich als Ringspalt ausgebildet sein. be designed exclusively as an annular gap.
Es ist von Vorteil, wenn die zweite Ebene nicht dargestellte Teilbereiche aufweist, durch die der Stempel 18 konzentrisch in der kreisförmigen  It is advantageous if the second level has subregions, not shown, through which the punch 18 concentrically in the circular
Führungshülse 11 geführt ist. Guide sleeve 11 is guided.
Dargestellt ist eine Düsenplatte 9 mit einer flachen Oberseite 49 in die eine Ausnehmung für die Austrittsöffnung 10 angeordnet ist. In einer für dieses Ausführungsbeispiel nicht dargestellten Weiterbildung kann die Düsenplatte 9 an seiner zum Verdrängerraum 21 ausgebildeten Oberfläche 49 eine Ausnehmung aufweisen, die entsprechend der kegelförmigen Oberfläche 39 des Stempels 18 ausgebildet ist. Ferner ist die Düse 60 gezeigt, die mit ihrer Düsenöffnung 62 auf die Austrittsöffnung 10 der Düsenplatte 9 gerichtet ist. Fig.3 zeigt eine weitere Ausführungsform des Druckkopfes 1, wobei der Stempel 18 des Kolbens 5 eine Druckseite 19 mit einer konvexen, insbesondere kegelförmigen Oberfläche 39 aufweist. Ferner bilden der Stempel 18 und die Führungshülse 11 den Bereich 40 zur Durchführung der flüssigen Phase 8 zwischen dem Reservoir 27 und dem Verdrängerraum 21 aus, wobei der Spalt 46 in der ersten an der Druckseite 19 des Stempels 18 angeordneten Ebene 41 als Ringspalt und in der zweiten Ebene 42 als zumindest eine axiale Shown is a nozzle plate 9 with a flat top 49 in which a recess for the outlet opening 10 is arranged. In a further embodiment, not shown for this embodiment, the nozzle plate 9 may have on its surface 49 formed for the displacement chamber 21 has a recess which is formed according to the conical surface 39 of the punch 18. Further, the nozzle 60 is shown, which is directed with its nozzle opening 62 on the outlet opening 10 of the nozzle plate 9. 3 shows a further embodiment of the print head 1, wherein the punch 18 of the piston 5 has a pressure side 19 with a convex, in particular conical surface 39. Furthermore, the punch 18 and the guide sleeve 11 form the region 40 for the passage of the liquid phase 8 between the reservoir 27 and the displacement chamber 21, wherein the gap 46 in the first arranged on the pressure side 19 of the punch 18 level 41 as an annular gap and in the second level 42 as at least one axial
Ausnehmung ausgebildet ist. Recess is formed.
Die Düsenplatte 9 weist an ihrer zum Verdrängerraum 21 ausgebildeten  The nozzle plate 9 has at its to the displacement chamber 21 formed
Oberfläche 49 eine Ausnehmung auf, die entsprechend der Oberfläche 39 des Stempels 18 ausgebildet ist. Die Ausnehmung in der Düsenplatte 9 weist somit eine Negativform der Druckfläche 19 des Stempels 18 auf so dass der Stempel 18 mit seiner Oberfläche 39 an der Oberfläche 49 der Düsenplatte 9 anliegen, bzw. komplett eintauchen kann. Surface 49 has a recess which is formed corresponding to the surface 39 of the punch 18. The recess in the nozzle plate 9 thus has a negative shape of the pressure surface 19 of the punch 18 so that the punch 18 abut with its surface 39 on the surface 49 of the nozzle plate 9, or completely immersed.
Die Form der Oberfläche 39 des Stempels 18 hat das Ziel, dass durch eine stromlinienförmige Kontur, bzw. Oberfläche 39 des Stempels 18 beim Eintauchen oder auch bei der hochfrequenten Aktuierung, die Schmelze 8 direkt an der Oberfläche 39 entlang streichen kann, so dass möglichst eine laminare Strömung der Schmelze 8 erreicht wird. Auftretende Gaseinschlüsse gleiten zumindest im Betrieb an der Oberfläche 39 des Stempels 18 ab und gelangen durch den Spalt 46 in dem Bereich 40 zwischen dem Stempel 18 und der Führungshülse 11 in das Reservoir 27.  The shape of the surface 39 of the punch 18 has the goal that by a streamlined contour, or surface 39 of the punch 18 when immersed or even in the high-frequency actuation, the melt 8 can stroke directly on the surface 39, so that as possible laminar flow of the melt 8 is achieved. Occurring gas inclusions slide off at least during operation on the surface 39 of the punch 18 and pass through the gap 46 in the region 40 between the punch 18 and the guide sleeve 11 in the reservoir 27th
Falls ungewünschte Gaseinschlüsse in der Schmelze 8 des Verdrängerraums 21 vorhanden sind, kann beispielsweise der gesamte Stempel 18 aus der Schmelze 8 ausgefahren werden und anschließend langsam wieder abgesenkt werden, um durch das Eindringen des Stempels 18 in die Schmelze 8 vorhandene  If unwanted gas inclusions in the melt 8 of the displacer 21 are present, for example, the entire punch 18 can be extended from the melt 8 and then slowly lowered again to 18 by the penetration of the punch in the melt 8 existing
Gaseinschlüsse an der Oberfläche 39 des Stempels 18 abgleiten zu lassen. Gas inclusions on the surface 39 of the punch 18 to slide.
Die hier dargestellte Ausführungsform ermöglicht, zusätzlich zur optimierten Stempelgeometrie, durch die eine verbesserte Entgasung des Verdrängerraums 11 möglich ist, ein Entgasen, bzw. Entlüften vor dem Betrieb, bzw. während der Inbetriebnahme des Druckkopfes 1. Zur Entfernung der Gaseinschlüsse aus der Schmelze 8 des Verdrängerraums 21 ist der Stempel 18 komplett, möglichst bis zum Anliegen, in die Ausnehmung der Düsenplatte 9 zu bewegen. Dabei wird erreicht, dass keine Gaseinschlüsse mehr zwischen der Oberfläche 39 des Stempels 18 und der Oberfläche 49 der Düsenplatte 9 vorhanden sind. Beim Zurückziehen des Stempels 18 in eine Arbeitsposition innerhalb der Führungshülse 11 findet eine Befüllung des Verdrängerraums 21 mit flüssiger Phase 8 des Metalls aus dem Reservoir 27 durch den Bereich 40 statt. The embodiment shown here, in addition to the optimized stamp geometry, through which an improved degassing of the displacement chamber 11 is possible, a degassing or venting before operation, or during startup of the print head. 1 To remove the gas inclusions from the melt 8 of the displacer 21, the plunger 18 is completely, if possible to concern, to move into the recess of the nozzle plate 9. It is thereby achieved that no more gas inclusions are present between the surface 39 of the stamp 18 and the surface 49 of the nozzle plate 9. Upon retraction of the punch 18 in a working position within the guide sleeve 11 is a filling of the displacement chamber 21 with liquid phase 8 of the metal from the reservoir 27 through the area 40 instead.
Zur Verhinderung eines Nachströmen von Gas durch die Austrittsöffnung 10 der Düsenplatte 9 in den Verdrängerraum 21, kann die Austrittsöffnung 10 verschlossen werden. Das Verschließen der Austrittsöffnung 10 findet durch ein kontrolliertes Abkühlen des Bereichs um die Austrittsöffnung 10 statt, wodurch die in der Austrittsöffnung 10 der Düsenplatte 9 befindliche flüssige Phase 8 des Metalls erstarrt wird.  To prevent a subsequent flow of gas through the outlet opening 10 of the nozzle plate 9 in the displacement chamber 21, the outlet opening 10 can be closed. The closing of the outlet opening 10 takes place by controlled cooling of the area around the outlet opening 10, as a result of which the liquid phase 8 of the metal located in the outlet opening 10 of the nozzle plate 9 is solidified.
Die Düsenplatte 9, bzw. die Austrittsöffnung 10 wird durch die Vorrichtung zur lokalen Abkühlung 60, bzw. der Düse 60 punktuell durch Aufbringen von flüssigem Stickstoff 61 eingefroren. Nach der Befüllung des Verdrängerraums 21 mit Schmelze 8, verflüssigt sich die eingefrorene Schmelze 8 innerhalb der Austrittsöffnung 10, so dass der Druckkopf wieder betriebsbereit ist.  The nozzle plate 9, or the outlet opening 10 is selectively frozen by the device for local cooling 60, and the nozzle 60 by applying liquid nitrogen 61. After filling the displacement chamber 21 with melt 8, the frozen melt 8 liquefies within the outlet opening 10, so that the print head is ready for operation again.
Fig. 4 stellt ein Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Inbetriebnahme des erfindungsgemäßen Druckkopfes 1 dar. 4 shows a flow chart of a method according to the invention for starting up the printhead 1 according to the invention.
Das Verfahren umfasst folgende Schritte: The method comprises the following steps:
In einem ersten Verfahrensschritt 110 wird die flüssigen Phase 8 des Metalls 14 durch den Induktor 35 erzeugt. Vorher wird das Metall 14, wie bereits in der Beschreibung zu Fig. 1 beschrieben, in Festform in das Reservoir 27, bzw. in den Schmelztiegel eingebracht. Der nächste Verfahrensschritt erfolgt bevorzugt, nachdem das Metall 14 vollständig in die flüssige Phase 8 übergegangen ist und seine Arbeitstemperatur erreicht hat. In a first method step 110, the liquid phase 8 of the metal 14 is generated by the inductor 35. Previously, the metal 14, as already described in the description of FIG. 1, introduced in solid form in the reservoir 27, and in the crucible. The next process step preferably takes place after the metal 14 has completely passed into the liquid phase 8 and has reached its operating temperature.
In einem zweiten Verfahrensschritt 120 wird der Stempel 18 in den In a second method step 120, the punch 18 in the
Verdrängerraum 21 eingebracht, bis die Oberfläche 39 des Stempels 18 an der Oberfläche 49 der Düsenplatte 9 anliegt. Dadurch wird die flüssige Phase 8 möglichst vollständig aus dem Verdrängerraum 21 gedrückt, so dass sich auch keine Gaseinschlüsse mehr in dem Verdrängerraum 21 befinden. Displacer 21 introduced until the surface 39 of the punch 18 abuts against the surface 49 of the nozzle plate 9. As a result, the liquid phase 8 As completely as possible pushed out of the displacer 21, so that no gas inclusions are more in the displacement 21.
Anschließend wird in einem dritten Verfahrensschritt 130 die in der Subsequently, in a third method step 130, in the
Austrittsöffnung 10 der Düsenplatte 9 befindliche flüssige Phase 8 des Metalls erstarrt, indem die Düsenplatte 9 abgekühlt wird. Die Abkühlung der Düsenplatte 9 wird durch eine lokale Abkühlung der Austrittsöffnung 10 erreicht, wobei die Austrittsöffnung 10 durch die Düse 60 mit dem Kühlmedium 61, insbesondere flüssigem Stickstoff, abgekühlt wird. Outlet opening 10 of the nozzle plate 9 located liquid phase 8 of the metal solidifies by the nozzle plate 9 is cooled. The cooling of the nozzle plate 9 is achieved by a local cooling of the outlet opening 10, wherein the outlet opening 10 is cooled by the nozzle 60 with the cooling medium 61, in particular liquid nitrogen.
Alternativ kann die Abkühlung der Düsenplatte 9 auch durch eine Reduzierung der Induktorleistung erreicht werden. Dies hat jedoch den Nachteil, dass sich die Inbetriebnahme des Druckkopfes 1 verzögert.  Alternatively, the cooling of the nozzle plate 9 can also be achieved by reducing the inductor performance. However, this has the disadvantage that the commissioning of the print head 1 is delayed.
In einem vierten Verfahrensschritt 140 findet eine Befüllung des In a fourth method step 140, a filling of the
Verdrängerraums 21 mit flüssiger Phase 8 des Metalls durch Zurückziehen des Stempels 18 in eine Arbeitsposition innerhalb der Führungshülse 11 statt, wobei die flüssige Phase 8 des Metalls aus dem Reservoir 27 durch den Bereich 40 in den Verdrängerraum 21 fließt. Nach Erreichen der Arbeitsposition des Stempels 18 ist der Verdrängerraum 21 mit der flüssigen Phase 8 des Metalls gefüllt, wobei Gaseinschlüsse durch dieses Verfahren vermindert, bzw. vermieden werden.Displacement chamber 21 with liquid phase 8 of the metal by retracting the plunger 18 into a working position within the guide sleeve 11 instead, wherein the liquid phase 8 of the metal flows from the reservoir 27 through the region 40 in the displacement chamber 21. After reaching the working position of the punch 18, the displacer 21 is filled with the liquid phase 8 of the metal, whereby gas inclusions are reduced or avoided by this method.
Die Abkühlung der Düsenplatte 9 durch die Düse 60 kann während der Befüllung des Verdrängerraums 21 aktiv gehalten werden, so dass gewährleistet ist, dass sich die erstarrte Schmelze 8 in der Austrittsöffnung 10 der Düsenplatte 9 nicht durch die aus dem Reservoir 27 eindringende Schmelze 8 verflüssigt und durch den Rückhub des Stempels 18 in den Verdrängerraum 21 gezogen wird, wodurch die Austrittsöffnung 10 freigegeben wird und dadurch Gas oder Luft in den Verdrängerraum 21 gelangt. The cooling of the nozzle plate 9 through the nozzle 60 can be kept active during the filling of the displacement chamber 21, so that it is ensured that the solidified melt 8 in the outlet opening 10 of the nozzle plate 9 is not liquefied by the entering from the reservoir 27 melt 8 and is pulled by the return stroke of the punch 18 in the displacement chamber 21, whereby the outlet opening 10 is released and thereby passes gas or air into the displacement chamber 21.
Nach der Befüllung des Verdrängerraums 21 wird die Abkühlung der Düsenplatte 9 eingestellt und die erstarrte Schmelze 8 in der Austrittsöffnung 10 wird durch die Schmelze 8 im Verdrängerraum 21 verflüssigt.  After the filling of the displacer 21, the cooling of the nozzle plate 9 is stopped and the solidified melt 8 in the outlet opening 10 is liquefied by the melt 8 in the displacement chamber 21.
Anschließend ist der Druckkopf 1 betriebsbereit und der Druckvorgang kann über eine Aktuierung der Aktorvorrichtung 12 stattfinden. Subsequently, the print head 1 is ready for operation and the printing process can take place via an actuation of the actuator device 12.

Claims

Ansprüche claims
1. Druckkopf (1) für einen 3D-Drucker, insbesondere Metalldrucker, umfassend ein Gehäuse (3), eine Vorrichtung (28) zur Zuführung eines Metalls (14), ein Reservoir (7, 27) für eine flüssige Phase (8) des Metalls (14), eine Düsenvorrichtung (2) mit einer Führungshülse (11) und einer Düsenplatte (9) und einen Kolben (5) mit einer Kolbenstange (17) und einem Stempel (18), wobei der Stempel (18), die Führungshülse (11) und die Düsenplatte (9) einen A printhead (1) for a 3D printer, in particular a metal printer, comprising a housing (3), a device (28) for supplying a metal (14), a reservoir (7, 27) for a liquid phase (8) of the Metal (14), a nozzle device (2) with a guide sleeve (11) and a nozzle plate (9) and a piston (5) with a piston rod (17) and a punch (18), wherein the punch (18), the guide sleeve (11) and the nozzle plate (9) a
Verdrängerraum (21) ausbilden und der Stempel (18) und die Führungshülse (11) zumindest einen Bereich (40) zur Durchführung der flüssigen Phase (8) zwischen dem Reservoir (27) und dem Verdrängerraum (21) ausbilden, Forming the displacement chamber (21) and the punch (18) and the guide sleeve (11) form at least one region (40) for passing the liquid phase (8) between the reservoir (27) and the displacement chamber (21),
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
der Druckkopf (1) eine Vorrichtung (60) zur lokalen Abkühlung der Düsenplatte (9) aufweist. the printhead (1) has a device (60) for local cooling of the nozzle plate (9).
2. Druckkopf (1) nach Anspruch 1, 2. printhead (1) according to claim 1,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
die Vorrichtung (60) zur lokalen Abkühlung der Düsenplatte (9) als eine Düse (60) zur Ausbringung von einem Kühlmedium (61), insbesondere flüssigem Stickstoff, ausgebildet ist. the device (60) for local cooling of the nozzle plate (9) as a nozzle (60) for discharging a cooling medium (61), in particular liquid nitrogen, is formed.
3. Druckkopf (1) nach Anspruch 2, 3. printhead (1) according to claim 2,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
die Düse (60) mit ihrer Düsenöffnung (62) auf eine Austrittsöffnung (10) der Düsenplatte (9) ausgerichtet ist. the nozzle (60) is aligned with its nozzle opening (62) on an outlet opening (10) of the nozzle plate (9).
4. Druckkopf (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 4. printhead (1) according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
die Düsenplatte (9) an ihrer zum Verdrängerraum (21) ausgebildeten Oberfläche (49) eine Ausnehmung aufweist, die entsprechend einer Oberfläche (39) des Stempels (18) ausgebildet ist. the nozzle plate (9) has on its surface (49) formed to the displacement space (21) a recess which is formed corresponding to a surface (39) of the punch (18).
5. Verfahren zur Inbetriebnahme eines Druckkopfes (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 5. A method for starting up a printhead (1) according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
das Verfahren folgende Schritte umfasst: the method comprises the following steps:
Erzeugung der flüssigen Phase (8) des Metalls durch einen Induktor (35), Einbringen des Stempels (18) in den Verdrängerraum (21) bis die  Generation of the liquid phase (8) of the metal by an inductor (35), introducing the punch (18) in the displacement chamber (21) to the
Oberfläche (39) des Stempels (18) an der Oberfläche (49) der Düsenplatte (9) anliegt,  Surface (39) of the punch (18) on the surface (49) of the nozzle plate (9) is present,
Abkühlung der Düsenplatte (9), bis die in der Austrittsöffnung (10) der Düsenplatte (9) befindliche flüssige Phase (8) des Metalls erstarrt, und Befüllung des Verdrängerraums (21) mit flüssiger Phase (8) des Metalls durch Zurückziehen des Stempels (18) in eine Arbeitsposition innerhalb der Führungshülse (11), wobei die flüssige Phase (8) des Metalls aus dem Reservoir (27) durch den Bereich (40) in den Verdrängerraum (21) fließt.  Cooling the nozzle plate (9) until the liquid phase (8) of the metal located in the outlet opening (10) of the nozzle plate (9) solidifies, and filling the liquid phase displacement chamber (21) with the metal by retracting the stamp (FIG. 18) into a working position within the guide sleeve (11), wherein the liquid phase (8) of the metal flows from the reservoir (27) through the region (40) in the displacement chamber (21).
6. Verfahren nach Anspruch 5, 6. The method according to claim 5,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
die Abkühlung der Düsenplatte (9) durch eine Reduzierung der Induktorleistung erreicht wird.  the cooling of the nozzle plate (9) is achieved by reducing the inductor performance.
7. Verfahren nach Anspruch 5, 7. The method according to claim 5,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
die Abkühlung der Düsenplatte (9) durch eine lokale Abkühlung der  the cooling of the nozzle plate (9) by a local cooling of the
Austrittsöffnung (10) erreicht wird.  Outlet opening (10) is reached.
8. Verfahren nach Anspruch 7, 8. The method according to claim 7,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
die Austrittsöffnung (10) durch die Düse (60) mit dem Kühlmedium (61), insbesondere flüssigem Stickstoff, abgekühlt wird.  the outlet opening (10) is cooled by the nozzle (60) with the cooling medium (61), in particular liquid nitrogen.
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