DE102015111677A1

DE102015111677A1 - 3D printing device with rotatable insulation

Info

Publication number: DE102015111677A1
Application number: DE102015111677.4A
Authority: DE
Inventors: Oliver Treichel
Original assignee: Bigrep GmbH
Current assignee: Bigrep GmbH
Priority date: 2015-07-17
Filing date: 2015-07-17
Publication date: 2017-01-19
Anticipated expiration: 2035-07-18
Also published as: DE102015111677B4

Abstract

3D-Druckvorrichtung (1) mit einer beheizbaren Kammer, in welcher 3-dimensionalen Modelle (5) gedruckt werden, einer in der beheizbaren Kammer angeordneten Grundplatte (6), auf der die 3-dimensionalen Modelle (5) gedruckt werden, wenigstens einem Druckkopf (3), wenigstens zwei Antriebseinheiten zur Veränderung der Position des Druckkopfes (3) in einer parallel zur Grundplatte (6) verlaufenden Ebene, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Antriebseinheit durch eine in dieser Ebene rotierbare Isolierung (2) von der beheizbaren Kammer getrennt ist.3D printing apparatus (1) having a heatable chamber in which 3-dimensional models (5) are printed, a base plate (6) arranged in the heatable chamber on which the 3-dimensional models (5) are printed, at least one print head (3), at least two drive units for changing the position of the print head (3) in a parallel to the base plate (6) extending plane, characterized in that at least one drive unit is separated by a rotatable in this plane insulation (2) of the heated chamber ,

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine 3D-Druckvorrichtung zum Erzeugen von 3-dimensionalen Modellen. Insbesondere eine 3D-Druckvorrichtung, welche nach dem Prinzip des additiven Druckverfahrens arbeiten und meist schichtweise durch die Auftragung von Bau-Material den 3-dimensionalen Gegenstand formt. The present invention relates to a 3D printing apparatus for producing 3-dimensional models. In particular, a 3D printing device, which operate on the principle of the additive printing process and usually in layers formed by the application of construction material, the 3-dimensional object.

Zu diesen Verfahren gehört insbesondere auch das Schmelzschicht-Verfahren, bei dem das Modell schichtweise aus flüssigem Kunststoff oder Wachs aufgebaut wird. These methods include, in particular, the melt layer method in which the model is built up layer by layer of liquid plastic or wax.

Um Spannungen durch zu rasches Abkühlen des gebildeten 3-dimensionalen Modells zu vermeiden oder um Dämpfe, die beim Druckprozess entstehen, besser abführen zu können, verfügen einige 3D-Druckvorrichtungen aus dem Stand der Technik über abgeschlossene, teilweise beheizbare Kammern, in denen das 3-dimensionale Modell gedruckt wird. In order to avoid stresses due to too rapid cooling of the formed 3-dimensional model or to better dissipate vapors arising during the printing process, some 3D printing devices of the prior art have closed, partially heatable chambers in which the 3 dimensional model is printed.

Aus dem Stand der Technik ist beispielsweise US 6722 872 bekannt. In dieser Patentschrift wird vorgeschlagen, das 3-dimensionale Modell in einer beheizbaren Kammer zu drucken, wobei die Antriebseinheiten zur Bewegung des Druckkopfes durch einen deformierbaren Isolator, getrennt außerhalb der beheizbaren Kammer angeordnet sind. Dies hat den Vorteil, dass die Antriebseinheiten des Druckkopfes, wie zum Beispiel Motoren oder Steuereinrichtungen eine höhere Lebensdauer besitzen, als wenn Sie direkt in der Heizkammer angeordnet wären. For example, from the prior art US Pat. No. 6,722,872 known. In this patent, it is proposed to print the 3-dimensional model in a heatable chamber, wherein the drive units for moving the print head by a deformable insulator, are arranged separately outside the heatable chamber. This has the advantage that the drive units of the print head, such as motors or control devices, have a longer service life than if they were arranged directly in the heating chamber.

Diese Lösung besitzt aber den Nachteil, dass eine deformierbare Isolierung aufwendig in der Herstellung und fehleranfällig ist. However, this solution has the disadvantage that a deformable insulation is expensive to manufacture and prone to errors.

Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Nachteile, die sich aus dem Stand der Technik ergeben, auszuräumen oder zumindest zu verringern. The object of the invention is to eliminate or at least reduce the disadvantages arising from the prior art.

Diese Aufgabe wird durch eine 3D-Druckvorrichtung nach dem unabhängigen Anspruch 1 gelöst. Die Unteransprüche beschreiben alternative Ausführungsformen der Erfindung. This object is achieved by a 3D printing device according to independent claim 1. The subclaims describe alternative embodiments of the invention.

Die Aufgabe wird demnach mit einer 3D-Druckvorrichtung gelöst, welche über eine beheizbare Kammer verfügt, in welcher 3-dimensionalen Modelle gedruckt werden. In der Kammer ist erfindungsgemäß eine Grundplatte angeordnet, auf der die 3-dimensionalen Modelle mit Hilfe eines Druckkopfs gedruckt werden. Erfindungsgemäß sind bei der 3D-Druckvorrichtung zwei Antriebseinheiten vorgesehen, welche die Position des Druckkopfes in einer parallel zur Grundplatte verlaufenden Ebene verändern, wobei wenigstens eine der Antriebseinheiten durch eine in einer parallel zur Grundplatte ausgerichteten Ebene rotierbare Isolierung von der beheizbaren Kammer getrennt ist. The object is therefore achieved with a 3D printing device which has a heatable chamber in which 3-dimensional models are printed. In the chamber according to the invention a base plate is arranged, on which the 3-dimensional models are printed by means of a print head. According to the invention, two drive units are provided in the 3D printing device, which change the position of the print head in a plane extending parallel to the base plate, wherein at least one of the drive units is separated by a rotatable in a plane aligned parallel to the base plane insulation from the heated chamber.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die rotierbare Isolierung dabei Teil des Gehäuses der beheizbaren Kammer. Die Isolierung kann dabei beispielsweise scheibenförmig oder kuppelförmig ausgebildet sein. Wichtig ist, dass Sie die beheizbare Kammer nach Außen auch während des Rotierens ausreichend isoliert. Entweder indem die Isolierung Teil des Gehäuses ist, drehbar im Gehäuse gelagert ist oder indem die Isolierung eine Öffnung in dem Gehäuse der beheizbaren Kammer zum Zwecke der Isolierung abdeckt oder zum Großteil abdeckt. According to a preferred embodiment, the rotatable insulation is part of the housing of the heatable chamber. The insulation may be formed, for example, disk-shaped or dome-shaped. It is important that you sufficiently insulated the heated chamber to the outside, even while rotating. Either in that the insulation is part of the housing, is rotatably mounted in the housing or in that the insulation covers or largely covers an opening in the housing of the heatable chamber for the purpose of insulation.

Es hat sich gezeigt, dass auf eine deformierbare Isolierung am besten verzichtet werden kann, wenn eine Antriebseinheit dazu ausgebildet ist, den Druckkopf in einer kreisförmigen Bewegung in einer parallel zur Grundplatte verlaufenden Ebene um eine orthogonal zu dieser Ebene verlaufende Drehachse zu bewegen. Dies kann bei einigen Polarkoordinaten-Druckern der Fall sein. It has been found that a deformable insulation can best be dispensed with if a drive unit is designed to move the print head in a circular movement in a plane parallel to the base plate about an axis of rotation orthogonal to this plane. This may be the case with some Polar Coordinate printers.

In einem solchen Fall kann in der rotierbaren Isolierung entweder ein Schlitz oder ein Loch vorgesehen sein. Weil die Isolierung rotierbar ist und ebenfalls der Druckkopf in einer kreisförmigen Bewegung um eine Drehachse verläuft, rotieren Isolierung und Druckkopf in der gleichen Winkelgeschwindigkeit um die Drehachse. Bei dieser rotierenden Bewegung wird deshalb keine deformierbare Isolierung mehr benötigt. In such a case, either a slot or a hole may be provided in the rotatable insulation. Because the insulation is rotatable and also the printhead is in a circular motion about an axis of rotation, the insulation and printhead rotate at the same angular velocity about the axis of rotation. Therefore, no deformable insulation is needed in this rotating movement.

Wenn die erfindungsgemäße 3D-Druckvorrichtung eine Antriebseinheit aufweist, welche den Druckkopf in einer kreisförmigen Bewegung um die Drehachse bewegen kann, so ist bevorzugt eine Welle vorgesehen, welche in der Drehachse lieg. Die Welle wird dabei durch die Antriebsvorrichtung angetrieben; und die Welle bewirkt indirekt eine Drehung des Druckkopfs in kreisförmiger Bewegung um die Drehachse. If the 3D printing device according to the invention has a drive unit which can move the print head in a circular movement about the axis of rotation, then preferably a shaft is provided which lies in the axis of rotation. The shaft is driven by the drive device; and the shaft indirectly causes rotation of the printhead in a circular motion about the axis of rotation.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist an der Welle ein orthogonal zur Welle ausgerichteter Arm befestigt, an dem wenigstens 1 Druckkopf angeordnet ist, der mit Hilfe einer Antriebseinheit in einer radial zur Drehachse verlaufenden Richtung bewegbar ist. According to a preferred embodiment, an orthogonal to the shaft aligned arm is attached to the shaft, on which at least one print head is arranged, which is movable by means of a drive unit in a direction extending radially to the axis of rotation.

Vorzugsweise verläuft der Arm dabei von der Drehachse ausgehend zu beiden Seiten radial nach außen. Hierdurch ist es möglich, Unwuchten auszugleichen oder zumindest zu verringern. Es ist auch möglich auf beiden freien Enden des Arms jeweils einen Druckkopf vorzusehen. Hierdurch ist es möglich, Unwuchten noch weiter auszugleichen und den Druckvorgang weiter zu beschleunigen. Preferably, the arm extends from the axis of rotation starting on both sides radially outward. This makes it possible to compensate for imbalances or at least reduce. It is also possible to provide a printhead on both free ends of the arm. This makes it possible to further compensate for imbalances and to further accelerate the printing process.

In diesem Zusammenhang wird erfindungsgemäß auch die Verwendung einer S-förmigen Druckkopf-Düse bzw. eines Druckkopf-Ansatzstück vorgeschlagen. Um radiale Bewegungen des Druckkopfes möglichst schnell und präzise durchführen zu können, sollten die Radien der Kreisbögen, auf denen die Druckköpfe bewegt werden, möglichst kein sein und/oder das Gewicht der Druckköpfe sollte möglichst gering sein. Eine S-förmig ausgebildete Druckkopf-Düse oder Druckkopf-Verlängerung kann hier eine Lösung bieten. Hierdurch kann der Extruder näher an der Rotationsachse angeordnet sein wobei gleichzeitig eine Auftragung an einem weiter von der Drehachse entfernten Ort erfolgt. Diese S-förmige Druckkopf-Düse bzw. Druckkopf-Ansatzstück ist auch selbständig ein erfinderischer Aspekt in Verbindung mit allen 3D-Druckvorrichtungen, welche rotierende Bewegungen des Druckkopfes vorsehen. In this context, the invention also proposes the use of an S-shaped printhead nozzle or a printhead extension piece. To be able to perform radial movements of the print head as quickly and precisely as possible, the radii of the circular arcs on which the print heads are moved should be as far as possible and / or the weight of the print heads should be as low as possible. An S-shaped printhead nozzle or printhead extension can provide a solution here. As a result, the extruder can be arranged closer to the axis of rotation, at the same time being applied at a location further away from the axis of rotation. This S-shaped printhead nozzle is also independently an inventive aspect in connection with all 3D printing devices which provide for rotating movements of the printhead.

Bei der Ausführungsform, bei der der Druckkopf in radial zur Drehachse verlaufender Richtung bewegbar ist, muss sich für die Verwendbarkeit einer S-förmigen Druckkopf-Düse bzw. eines Druckkopf-Ansatzstücks in diesem Falle der Arm über die Drehachse hinaus erstrecken. Nur hierdurch ist es möglich, auch im Zentrum d. h. in der Drehachse Material auftragen zu können. In the embodiment in which the printhead is movable in a direction radially of the axis of rotation, in this case, for the utility of an S-shaped printhead nozzle, the arm must extend beyond the axis of rotation. Only this makes it possible, even in the center d. H. to be able to apply material in the axis of rotation.

Nach einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird der Arm durch die rotierbare Isolierung selbst gebildet oder ist in diese integriert. According to a particularly preferred embodiment, the arm is formed by the rotatable insulation itself or is integrated into it.

Nach dieser Ausführungsform kann die rotierbare Isolierung durch eine Welle angetrieben sein. Der Druckkopf kann gemäß einer Ausführungsform auf einer Schiene bewegbar angeordnet sein, welche auf der rotierbaren Isolierung befestigt ist oder Teil dieser Isolierung ist. Diese Schiene oder aber mehrere Schienen verlaufen dabei bevorzugt in radialer Richtung. Durch die Antriebseinheit, welche die Welle und damit die Isolierung antreibt und mit Hilfe einer weiteren Antriebseinheit, welche den Druckkopf auf der Schiene in radialer Richtung bewegt, können mit Hilfe der Polarkoordinaten alle Punkte in einer parallel zu Grundplatte verlaufenden Ebene angesteuert werden. Durch eine weitere Antriebeinheit wird der Abstand zwischen Grundplatte und Druckkopf verändert. Dem Fachmann sind verschiedene Ausführungen bekannt, wie der Abstand zwischen Grundplatte und Druckkopf verändert werden kann. According to this embodiment, the rotatable insulation can be driven by a shaft. The printhead may, according to one embodiment, be arranged movably on a rail which is fastened on the rotatable insulation or is part of this insulation. This rail or a plurality of rails preferably extend in the radial direction. By means of the drive unit, which drives the shaft and thus the insulation and with the aid of a further drive unit which moves the print head on the rail in the radial direction, all points in a plane running parallel to the base plate can be controlled with the aid of the polar coordinates. By another drive unit, the distance between the base plate and printhead is changed. The person skilled in various designs are known how the distance between the base plate and printhead can be changed.

Vorzugsweise ist die Antriebseinheit zur Bewegung des Druckkopfes in einer radial zur Drehachse verlaufenden Richtung außerhalb der beheizbaren Kammer angeordnet. Der Druckkopf ist durch einen in der Isolierung in radialer Richtung verlaufenden Schlitz in die beheizbare Kammer geführt. Diese Ausgestaltung kann bei den Ausführungen vorgesehen sein, bei denen der Arm durch die Isolierung selbst gebildet wird, bzw. in diese integriert ist oder auch bei den Ausführung der Fall sein, bei denen der wenigstens eine Arm separat an der Welle befestigt ist. Preferably, the drive unit for moving the print head is arranged in a direction extending radially to the axis of rotation outside the heatable chamber. The print head is guided through a slot running in the insulation in the radial direction into the heatable chamber. This embodiment can be provided in the embodiments in which the arm is formed by the insulation itself, or is integrated in this or be the case in which the at least one arm is attached separately to the shaft.

Anstelle den Druckkopf in einer radialen Richtung bewegbar auszulegen, kann auch vorgesehen sein, den Druckkopf an dem Arm oder in der Isolierung der 3D-Druckvorrichtung um eine verschiebbare Achse rotierbar auszulegen. Die Verschiebung der Achse, um die der Druckkopf in einer Kreisbewegung rotierbar angeordnet ist, kann gemäß einer Ausführungsform entlang einer Geraden erfolgen, welche in der parallel zur Grundlatte angeordneten Ebene verläuft. Bevorzugt erfolgt die Verschiebung besagter Achse allerdings auf einer Kreisbahn, welche in der parallel zur Grundplatte verlaufenden Ebene liegt. Besonders bevorzugt ist bei letzterer Variante, dass der Rotationsradius des um eine (auf einer Kreisbahn) bewegliche Achse rotierenden Druckkopfes wenigstens halb so groß ist, wie der Radius der Kreisbahn, auf der die bewegliche Achse verschiebbar ist. Instead of designing the print head to be movable in a radial direction, it may also be provided that the print head can be designed to be rotatable about a displaceable axis on the arm or in the insulation of the 3D printing device. The displacement of the axis about which the printhead is rotatably arranged in a circular motion can, according to one embodiment, take place along a straight line which runs in the plane arranged parallel to the base lath. Preferably, however, the displacement of said axis takes place on a circular path which lies in the plane running parallel to the base plate. In the latter variant, it is particularly preferred that the radius of rotation of the print head rotating about a (movable on a circular path) printhead is at least half as large as the radius of the circular path on which the movable axis is displaceable.

Besonders bevorzugt ist in der rotierbaren Isolierung eine weitere Isolierung rotierbar angeordnet, welche einen Radius von wenigstens der Hälfte der ersten rotierbaren Isolierung besitzt. Über eine Öffnung in dieser zweiten rotierbaren Isolierung oder aber auch an dieser zweiten rotierbaren Isolierung befestigt ist der Druckkopf im Inneren der Heizkammer beweglich ausgebildet. Particularly preferably, a further insulation is rotatably arranged in the rotatable insulation, which has a radius of at least half of the first rotatable insulation. Attached via an opening in this second rotatable insulation or even on this second rotatable insulation of the print head is designed to be movable in the interior of the heating chamber.

Es kann bei der letzteren Variante vorgesehen sein, die zweite rotierbare Isolierung über eine Antriebseinheit bewegbar auszulegen, während die erste Antriebseinheit ggf. über eine Welle mit einer weiteren Antriebseinheit verbunden ist. Auch bei dieser Ausführungsform ist die Verwendung einer S-förmig ausgebildete Druckkopf-Düse oder Druckkopf-Verlängerung vorteilhaft. It may be provided in the latter variant, the second rotatable insulation designed to be movable via a drive unit, while the first drive unit is optionally connected via a shaft with another drive unit. Also in this embodiment, the use of an S-shaped printhead nozzle or printhead extension is advantageous.

Wie oben beschrieben ist die rotierbare Isolierung entweder selbst Teil des Gehäuses der beheizbaren Kammer oder deckt einen Teil des Gehäuses insbesondere eine Öffnung zu Isolationszwecken zumindest teilweise ab. As described above, the rotatable insulation either itself part of the housing of the heated chamber or covers a part of the housing in particular an opening for isolation purposes at least partially.

Die beheizbare Kammer umfasst gemäß einer Ausführungsform als Teil des Gehäuses wenigstens einen Zylinder, dessen Achse orthogonal zur Grundplatte ausgerichtet ist. Nach einer Ausführungsform ist die rotierbare Isolierung in das Innere des Zylinders absenkbar, wodurch eine in der Höhe variierbare beheizbare Kammer gebildet wird. The heatable chamber comprises according to an embodiment as part of the housing at least one cylinder whose axis is aligned orthogonal to the base plate. According to one embodiment, the rotatable insulation is lowered into the interior of the cylinder, whereby a variable height heatable chamber is formed.

Das Spalt-Maß zwischen der rotierbaren Isolierung und dem Zylinder ist so gewählt, dass eine ausreichende Isolierung bewirkt wird. Falls gewünscht, kann die Isolierung durch ein Bürstenlabyrinth verstärkt sein. The gap between the rotatable insulation and the cylinder is chosen to provide sufficient insulation. If desired, the insulation may be reinforced by a brush maze.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind mehrere Zylinder vorgesehen, welche ineinanderstecken und teleskopartig auseinandergefahren werden können. According to a further embodiment, a plurality of cylinders are provided, which nestle into one another and can be telescoped apart.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform, verfügt die 3D-Druckvorrichtung über einen zylindrischen Faltenbalg, welcher in orthogonal zur Grundplatte verlaufender Richtung dehnbar ausgebildet ist. According to a further embodiment, the 3D printing device has a cylindrical bellows, which is designed to be stretchable in a direction orthogonal to the base plate.

Bei der Lösung der beschriebenen Aufgabe hat sich überraschender Weise gezeigt, dass die Verwendung von wenigstens einer Antriebseinheit, welche eine rotierende Veränderung der Position des Druckkopfes in einer parallel zur Grundplatte verlaufenden Ebene bewirkt, weitere Vorteile gegenüber einer 3D-Druckvorrichtung nach dem Stand der Technik hat. Insbesondere gegenüber dem Stand der Technik bei der die Veränderung der Position des Druckkopfes nach dem kartesischen Koordinatensystem erfolgt oder die Grundplatte rotiert wird. In the solution of the described object has surprisingly been found that the use of at least one drive unit, which causes a rotating change in the position of the print head in a direction parallel to the base plate level, has further advantages over a 3D printing device according to the prior art , In particular, compared to the prior art in which the change of the position of the print head according to the Cartesian coordinate system takes place or the base plate is rotated.

Aus diesem Grund bildet eine 3D-Druckvorrichtung, welche über eine derart ausgebildete Antriebseinheit verfügt, einen selbständig erfinderischen Aspekt der vorliegenden Anmeldung. For this reason, a 3D printing apparatus having a drive unit formed in this way constitutes an independently inventive aspect of the present application.

Eine solche 3D-Druckvorrichtung ist bevorzugt als Polarkoordinatendrucker ausgebildet, das bedeutet, dass die 3D-Druckvorrichtung über wenigstens einen Druckkopf verfügt, welcher mit Hilfe einer Antriebseinheit in einer parallel zur Grundplatte verlaufenden Ebene um eine orthogonal zur Grundplatte verlaufenden Drehachse bewegbar ist. Vorzugsweise ist der Druckkopf in derselben Ebene mit Hilfe einer weiteren Antriebseinheit in radialer Richtung zu der beschriebenen Drehachse bewegbar. Vorzugsweise verfügt eine solche 3D-Druckvorrichtung zudem über eine weitere Antriebseinheit, welche dazu ausgebildet ist, den Abstand zwischen der Grundplatte und dem Druckkopf zu variieren. Such a 3D printing device is preferably designed as a polar coordinate printer, which means that the 3D printing device has at least one print head, which is movable by means of a drive unit in a plane extending parallel to the base plate about an axis orthogonal to the base plate axis of rotation. Preferably, the print head is movable in the same plane by means of a further drive unit in the radial direction to the axis of rotation described. Preferably, such a 3D printing device also has a further drive unit, which is designed to vary the distance between the base plate and the print head.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform verfügt eine solche 3D-Druckvorrichtung über eine Welle, welche in der Drehachse liegt und an welcher wenigstens ein Arm befestigt ist, an dem wenigstens ein Druckkopf beweglich gelagert ist. According to a further embodiment, such a 3D printing device has a shaft which lies in the axis of rotation and to which at least one arm is fastened, on which at least one print head is movably mounted.

Gemäß einer Ausführungsform ist der Arm symmetrisch zu beiden Seiten der Welle ausgebildet. Hierdurch ist eine schnellere Bewegung des Druckkopfes möglich, da durch eine verringerte Unwucht der Druckkopf kontrollierter bewegt werden kann. According to one embodiment, the arm is formed symmetrically on both sides of the shaft. As a result, a faster movement of the print head is possible because a reduced imbalance of the print head can be moved controlled.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform Können auch zwei oder mehr Arme vorgesehen sein, welche jeweils wenigstens einen Druckkopf aufweisen. Hierdurch ist ein Druckverfahren möglich, bei dem ein erster Druckkopf eine erste Schicht einer Oberfläche des zu druckenden Modells druckt, während ein zweiter oder weiterer Druckkopf eine zweite Schicht auf die erste Schicht bzw. eine weitere Schicht auf die Schicht druckt, welche durch den vorauseilenden Druckkopf gerade erst gedruckt wurde. Dieses Verfahren eignet sich vor allem bei Prozessen mit schneller Aushärtung. Dieses Prinzip ist auch auf die folgenden Ausführungsformen und auch auf die Ausführungsformen mit Heizkammer übertragbar. According to a further embodiment, two or more arms can also be provided, each having at least one print head. In this way, a printing method is possible in which a first print head prints a first layer of a surface of the model to be printed, while a second or further print head prints a second layer on the first layer or another layer on the layer which passes through the leading printhead just got printed. This process is particularly suitable for processes with rapid curing. This principle is also applicable to the following embodiments and also to the embodiments with heating chamber.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der Arm als Scheibe oder scheibenähnlicher Rotationskörper ausgebildet und der wenigsten eine Druckkopf ist beweglich an der Scheibe befestigt. Auch andere Rotationskörper wie Kuppeln oder dergleichen sind Teil der Erfindung, wobei ein im Querschnitt kreisförmiger Rotationskörper bevorzugt ist. According to a preferred embodiment, the arm is formed as a disc or disk-like body of revolution and the least one print head is movably attached to the disc. Other rotational bodies such as domes or the like are part of the invention, wherein a circular body in the form of a circular body is preferred.

Gemäß einer Ausführungsform ist der wenigstens eine Druckkopf in radialer Richtung auf der Scheibe beweglich angeordnet und über eine Antriebseinheit in radialer Richtung der Scheibe bewegbar. According to one embodiment, the at least one print head is arranged movably in the radial direction on the disk and can be moved via a drive unit in the radial direction of the disk.

Eine S-förmig ausgebildete Druckkopf-Düse oder Druckkopf-Verlängerung ist vorzugsweise vorgesehen, um eine Unwucht oder Rotationskräfte weiter zu verringern. Hierdurch kann der Extruder näher an der Rotationsachse angeordnet sein, wobei gleichzeitig eine Auftragung an einem weiter von der Drehachse entfernten Ort erfolgt. An S-shaped printhead nozzle or printhead extension is preferably provided to further reduce imbalance or rotational forces. In this way, the extruder can be arranged closer to the axis of rotation, wherein at the same time a plot takes place at a location further away from the axis of rotation.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist in der rotierbaren Scheibe eine weitere Scheibe rotierbar angeordnet, welche einen Radius von wenigstens der Hälfte der ersten rotierbaren Scheibe besitzt. Über eine Öffnung in dieser zweiten rotierbaren Scheibe oder aber auch an dieser zweiten rotierbaren Scheibe befestigt ist der Druckkopf beweglich ausgebildet. According to a further embodiment, a further disc is rotatably arranged in the rotatable disc, which has a radius of at least half of the first rotatable disc. Attached via an opening in this second rotatable disc or even on this second rotatable disc, the print head is designed to be movable.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind aus den Figuren und nachfolgender Figurenbeschreibung zu entnehmen. Further advantageous embodiments can be taken from the figures and the following description of the figures.

Dabei zeigen: Showing:

1 eine seitliche Querschnittsdarstellung der erfindungsgemäßen 3D-Druckvorrichtung, 1 a lateral cross-sectional view of the 3D printing device according to the invention,

2 eine Draufsicht auf einen rotierbaren Isolationskörper, 2 a plan view of a rotatable insulating body,

3 eine schematische Ansicht einer S-förmigen Druckkopf-Düse bzw. Druckkopf-Verlängerung, 3 a schematic view of an S-shaped printhead nozzle or printhead extension,

4 zwei trapezförmige Platten zur Verblendung des radialen Schlitzes aus 2, 4 two trapezoidal plates for veneering the radial slot 2 .

5 Draufsicht auf eine Ausführungsform der Erfindung mit einer in der rotierbaren Isolierung integrierte rotierbare Isolierung, 5 Top view of an embodiment of the invention with a rotatable insulation integrated in the rotatable insulation,

6 Draufsicht auf eine Ausführungsform der Erfindung mit zwei in der rotierbaren Isolierung integrierte rotierbare Isolierungen. 6 Top view of an embodiment of the invention with two integrated in the rotatable insulation rotatable insulation.

1 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen 3D-Druckvorrichtung 1. Dabei verfügt die 3D-Druckvorrichtung 1 über eine beheizbare Kammer, welche seitlich durch die Mantelflächen eines Zylinders 14 gebildet wird. Auf dem Boden dieses Zylinders 14 und damit auf dem Boden der beheizbaren Kammer ist eine Grundplatte 6 angeordnet, auf welcher das 3-dimensionale Modell 5 gedruckt wird. Das Drucken erfolgt hier im additiven Schmelzschichtverfahren. 1 shows a preferred embodiment of the 3D printing device according to the invention 1 , It has the 3D printing device 1 via a heatable chamber, which laterally through the lateral surfaces of a cylinder 14 is formed. On the bottom of this cylinder 14 and thus on the bottom of the heated chamber is a base plate 6 arranged on which the 3-dimensional model 5 is printed. The printing takes place here in the additive melt layer method.

Nach oben ist die beheizbare Kammer durch eine rotierbare Isolierung 2 isoliert. Diese rotierbare Isolierung 2 wird über eine Welle 7 von einer hier nicht dargestellten Antriebseinheit angetrieben. Mit Hilfe der Welle 7 ist die rotierbare Isolierung in den Zylinder 14 eintauchbar ausgebildet. Hierdurch wird der Abstand zwischen Grundplatte und der rotierbaren Isolierung variiert und gleichzeitig die Größe der beheizbaren Kammer verändert. Upwards is the heatable chamber through a rotatable insulation 2 isolated. This rotatable insulation 2 is about a wave 7 driven by a drive unit, not shown here. With the help of the wave 7 is the rotatable insulation in the cylinder 14 formed submersible. As a result, the distance between the base plate and the rotatable insulation is varied while changing the size of the heated chamber.

An der Welle 7 ist ein Arm 4 befestigt, welcher sich radial von der Welle 7 ausgehend zu beiden Seiten erstreckt. An diesem Arm 4 ist in radialer Richtung beweglich und über eine hier nicht dargestellte Antriebseinheit bewegbar ein Druckkopf 3 befestigt. Der Druckkopf ist durch einen in radialer Richtung ausgebildeten Schlitz 8 (siehe 2) in der rotierbaren Isolierung geführt. At the wave 7 is an arm 4 attached, which is radially from the shaft 7 extending on both sides. On this arm 4 is movable in the radial direction and movable via a drive unit, not shown here, a print head 3 attached. The printhead is through a slot formed in the radial direction 8th (please refer 2 ) guided in the rotatable insulation.

Zu Beginn des Druckvorgangs taucht die rotierbare Isolierung so tief in den Zylinder 14 ein, dass die Spitze des Druckkopfes 3 fast die Grundplatte 6 der 3D-Druckvorrichtung 1 berührt. Nun wird der Druckkopf entlang eines vorgegebenen Pfades in der parallel zur Grundplatte 6 ausgebildeten Ebene bewegt und Masse extrudiert. Der Pfad wird in dieser Ausführungsform in Polarkoordinaten ausgegeben. Das heißt, dass mit Hilfe des Winkels, um den die Welle 7 gedreht wird und mit Hilfe des Abstandes des Druckkopfes von der Welle 7 in radialer Richtung jeder gewünschte Punkt auf der Grundplatte angesteuert werden kann. Mit jeder neuen gedruckten Schicht wird die rotierbare Isolierung 2, der Druckkopf, der Arm 4, an dem der Druckkopf 3 befestigt ist und die Welle 7 ein Stück aus dem Zylinder 14 herausgezogen. Hierdurch vergrößert sich die effektive Höhe der beheizbaren Kammer, während das Modell 5 wächst. Der seitliche Abstand bzw. das Spaltmaß zwischen der rotierenden Isolierung 2 und dem Zylinder 14 ist so gewählt, dass eine akzeptable Isolierung erzielt wird. Ggf. kommt ein Bürstenlabyrinth 15 zum Einsatz. At the beginning of the printing process, the rotatable insulation dives so deeply into the cylinder 14 one that the tip of the printhead 3 almost the base plate 6 the 3D printing device 1 touched. Now the printhead along a predetermined path in the parallel to the base plate 6 trained plane moves and mass extruded. The path is output in polar coordinates in this embodiment. That is, with the help of the angle to which the shaft 7 is rotated and with the help of the distance of the print head from the shaft 7 in the radial direction, any desired point on the base plate can be controlled. With each new printed layer becomes the rotatable insulation 2 , the printhead, the arm 4 at which the printhead 3 is attached and the shaft 7 a piece from the cylinder 14 pulled out. This increases the effective height of the heated chamber while the model 5 grows. The lateral distance or the gap between the rotating insulation 2 and the cylinder 14 is chosen to provide acceptable insulation. Possibly. comes a brush labyrinth 15 for use.

2 zeigt eine Draufsicht auf die rotierbare Isolierung 2. In der rotierbaren Isolierung 2 ist ein radial ausgerichteter Schlitz 8 angeordnet, durch welchen der Druckkopf 3 geführt ist. Die Antriebseinheit zur Bewegung des Druckkopfes 3 in eine radiale Richtung ist außerhalb der beheizbaren Kammer angeordnet. 2 shows a plan view of the rotatable insulation 2 , In the rotatable insulation 2 is a radially aligned slot 8th arranged, through which the printhead 3 is guided. The drive unit for moving the print head 3 in a radial direction is arranged outside the heatable chamber.

3 zeigt einzelne Details eines besonders bevorzugten Druckkopfes 3. Dieser besonders bevorzugte Druckkopf 3 verfügt über einen Extruder 9 und eine Druckkopf-Düse bzw. ein Druckkopf-Ansatzstück. Das Druckkopf-Ansatzstück ist dabei S-förmig ausgebildet. 3 shows individual details of a particularly preferred printhead 3 , This most preferred printhead 3 has an extruder 9 and a printhead nozzle. The printhead extension is S-shaped.

S-förmig ist im Sinne der vorliegenden Erfindung jedoch breit auszulegen. Als S-förmig gilt ein Druckkopf-Ansatzstück dann, wenn der Teil der Druckkopf-Düse seitlich, bezogen auf eine Drehachse der 3D-Druckvorrichtung in radialer Richtung versetzt gegenüber dem Extruder angeordnet ist. Durch diese Ausgestaltung des Druckkopfes kann bei Rotationen während des Druckens die Geschwindigkeit erhöht werden, da Kräfte durch eine Verlagerung des Schwerpunktes in Richtung Drehachse verringert werden. Zudem bildet ein solcher Druckkopf auch die Möglichkeit außerhalb des Radius einer rotierbaren Isolierung Material aufzutragen. Insofern kann auch der Radius der rotierbaren Isolierung reduziert werden. However, S-shaped in the context of the present invention is to be interpreted broadly. A printhead extension is considered to be S-shaped if the part of the printhead nozzle is arranged laterally relative to an axis of rotation of the 3D printing device in the radial direction with respect to the extruder. As a result of this configuration of the print head, the speed can be increased during rotations during printing since forces are reduced by a displacement of the center of gravity in the direction of the axis of rotation. In addition, such a print head also makes it possible to apply material outside the radius of a rotatable insulation. In this respect, the radius of the rotatable insulation can be reduced.

4 zeigt eine Variante, wie der Schlitz 8 in der rotierbaren Isolierung 2 verblendet sein kann. Durch den in diesem Querschnitt nicht zu sehenden Schlitz 8 taucht der in radialer Richtung bewegliche Druckkopf 3 mit seiner Düse in die beheizbare Kammer der 3D-Druckvorrichtung 1 ein. Um die Isolierung 2 der beheizbaren Kammer im Bereich des Schlitzes 8 zu verbessern, sind zu beiden Seiten des Druckkopfes 3 jeweils eine trapezförmige Blende 11 vorgesehen, welche parallel zu der Isolierung 2 ausgerichtet sind. Gemäß der hier dargestellten bevorzugten Ausführungsform sind die beiden Blenden 11 gleichschenklig und weiter bevorzugt identisch ausgebildet und so angeordnet, dass die sich gegenüberliegenden Oberflächen (Kanten) der beiden Blenden 11 parallel zueinander verlaufen. Wird der Druckkopf in radialer Richtung nach außen bewegt, so werden die Blenden 11, welche bevorzugt an einem (oder zwei) gemeinsamen Arm befestigt sind, so bewegt, dass der Schlitz 8 in Bewegungsrichtung des Druckkopfes 3 durch die Verblendung 11 freigegeben wird, während der Schlitz 8 gleichzeitig hinter dem Druckkopf 3 durch die zweite Blende 11 verblendet wird. 4 shows a variant, such as the slot 8th in the rotatable insulation 2 can be blinded. Through the not visible in this cross section slot 8th dives the movable in the radial direction print head 3 with its nozzle in the heated chamber of the 3D printing device 1 one. To the insulation 2 the heated chamber in the region of the slot 8th to improve, are on both sides of the printhead 3 each a trapezoidal aperture 11 provided, which parallel to the insulation 2 are aligned. According to the preferred embodiment shown here, the two apertures 11 isosceles and more preferably identical and arranged so that the opposing surfaces (edges) of the two panels 11 parallel to each other. If the printhead is moved outward in the radial direction, the apertures become 11 , which are preferably attached to one (or two) common arm, moves so that the slot 8th in the direction of movement of the print head 3 through the delusion 11 is released while the slot 8th at the same time behind the printhead 3 through the second aperture 11 is blinded.

5 zeigt eine Draufsicht auf eine Ausführungsform der Erfindung mit einer in der rotierbaren Isolierung 2 integrierte rotierbare Isolierung 12. Die hier dargestellte rotierbare Isolierung 2 ist bevorzugt in einem hier nicht dargestellten Zylinder 14 rotierbar und frei beweglich gelagert. In der Isolierung 2 ist eine zweite Isolierung 12 rotierbar gelagert (Azimut). Beide Isolierungen sind gemäß einer Ausführungsform nicht mit Antriebseinheiten verbunden und frei beweglich. Am Rand der zweiten Isolierung 12 oder in der Nähe des Randes befindet sich eine Aussparung 13, durch die der hier nicht dargestellt Druckkopf 3 der 3D-Druckvorrichtung 1 in das Innere der beheizbaren Kammer geführt ist. Dabei kann der Druckkopf 3 während des Betriebs nach kartesischen Koordinaten geführt sein oder auch nach Polarkoordinaten. Durch eine Bewegung des Druckkopfes 3, wird eine Rotation sowohl der ersten Isolierung 2, als auch der zweiten Isolierung 12 bewirkt, sodass sich die Aussparung 13 mit dem Druckkopf 3 automatisch mitbewegt. Der Abstand zwischen der hier nicht dargestellten Grundplatte 6 und dem Druckkopf 3 kann bei dieser Ausführungsform auch durch Bewegung der Grundplatte 6 in einer orthogonal zur Grundplatte 6 verlaufenden Richtung erfolgen. 5 shows a plan view of an embodiment of the invention with one in the rotatable insulation 2 integrated rotatable insulation 12 , The rotatable insulation shown here 2 is preferred in a cylinder, not shown here 14 rotatable and freely movable. In the isolation 2 is a second insulation 12 rotatably mounted (azimuth). Both isolations are not connected to drive units and freely movable according to an embodiment. At the edge of the second insulation 12 or near the edge there is a recess 13 through which the printhead not shown here 3 the 3D printing device 1 is guided in the interior of the heated chamber. This may be the printhead 3 be guided during the operation to Cartesian coordinates or even polar coordinates. By a movement of the printhead 3 , a rotation will be both the first insulation 2 , as well as the second insulation 12 causes, so that the recess 13 with the printhead 3 automatically moved. The distance between the base plate, not shown here 6 and the printhead 3 can in this embodiment also by movement of the base plate 6 in an orthogonal to the base plate 6 running direction.

6 zeigt eine Draufsicht auf eine weitere Ausführungsform der Erfindung mit zwei in der rotierbaren Isolierung 2 integrierte rotierbare Isolierungen 12. Die hier dargestellte rotierbare Isolierung 2 ist bevorzugt an einer hier nicht dargestellten Welle 7 befestigt, welche ihrerseits von eine Antriebseinheit bewegt wird. Auf der Isolierung 2 sind zwei hier nicht dargestellt Antriebseinheiten angeordnet, welche dazu ausgebildet sind, die beiden Isolierungen 12 unabhängig voneinander zu bewegen. Auf den rotierbaren Isolierungen 12 ist jeweils ein Druckkopf 3 angeordnet, welcher durch eine Aussparung 13 durch die Isolierung 12 geführt ist. Ob mit beheizbarer Kammer oder ohne kann mit Hilfe dieser Anordnung eine Ansteuerung und Positionierung der beiden Druckköpfe 3 in einer parallel zu eine Grundplatte 6 verlaufenden Ebene erfolgen. Über die beschriebene Welle 7 kann der Abstand zwischen den Grundplatte 6 und den Druckköpfen 3 variiert werden. Da die Radien der Isolierungen 12 hier nicht bis zur Drehachse der Isolierung 2 reichen, ist bei dieser Ausführungsform eine S-förmige Druckkopf-Düse bzw. ein Druckkopf-Ansatzstück 10 nach 3 notwendig, um auch direkt unterhalb der Drehachse der Isolierung 2 einen Materialauftragung bewirken zu können. 6 shows a plan view of another embodiment of the invention with two in the rotatable insulation 2 integrated rotatable insulation 12 , The rotatable insulation shown here 2 is preferred on a shaft, not shown here 7 attached, which in turn is moved by a drive unit. On the insulation 2 are arranged not shown here drive units, which are designed to the two insulation 12 to move independently. On the rotatable insulation 12 is a printhead 3 arranged, which through a recess 13 through the insulation 12 is guided. Whether with heatable chamber or without using this arrangement, a control and positioning of the two printheads 3 in a parallel to a base plate 6 running level. About the described wave 7 can the distance between the base plate 6 and the printheads 3 be varied. Because the radii of the insulations 12 not here to the axis of rotation of the insulation 2 range is in this embodiment, an S-shaped printhead nozzle and a printhead extension 10 to 3 necessary to be right below the axis of rotation of the insulation 2 to effect a material application.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

US 6722872 [0004]

Claims

3D printing device ( 1 ) with - a heatable chamber in which 3-dimensional models ( 5 ), - a base plate arranged in the heatable chamber ( 6 ) on which the 3-dimensional models ( 5 ), - at least one print head ( 3 ), - at least two drive units for changing the position of the print head ( 3 ) in a parallel to the base plate ( 6 ) extending plane, - characterized in that at least one drive unit by a rotatable in this plane insulation ( 2 ) is separated from the heatable chamber.

3D printing device ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the rotatable insulation ( 1 ) forms a part of the housing of the heated chamber.

3D printing device ( 1 ) according to claim 1 or 2, characterized in that a drive unit is adapted to the printhead ( 3 ) in a circular motion in a parallel to the base plate ( 6 ) plane to move about an orthogonal to this plane extending axis of rotation.

3D printing device ( 1 ) according to claim 3, characterized in that the drive unit mentioned in claim 3 is a shaft ( 7 ), which lies in the axis of rotation mentioned in claim 3 and on which at least one orthogonal to the shaft ( 7 ) aligned arm ( 4 ) is attached to the at least 1 Printhead ( 3 ) is arranged, which is movable by means of a drive unit in a direction extending radially to the axis of rotation.

3D printing device ( 1 ) according to claim 4, characterized in that the arm ( 4 ) extending radially from the axis of rotation in two opposite directions.

3D printing device ( 1 ) according to claim 4 or 5, characterized in that at least 2 Printheads ( 3 ) in a direction extending radially to the axis of rotation movable on the at least one arm ( 4 ) are arranged.

3D printing device according to one of claims 4 to 6, characterized in that the at least one arm ( 4 ) by the rotatable insulation ( 2 ) is formed.

3D printing device ( 1 ) according to one of claims 4 to 7, characterized in that the drive unit for moving the print head ( 3 ) is arranged in a direction extending radially to the axis of rotation outside the heated chamber and via a in the insulation ( 2 ) extending in the radial direction slot ( 8th ) with the print head ( 3 ) connected is.

3D printing device ( 1 ) according to claim 8, characterized in that the slot extending in the radial direction ( 8th ) by two in the side of the print head ( 3 ) in the slot ( 8th ) dipping diaphragms ( 11 ) is delineatible.

3D printing device ( 1 ) according to one of claims 1 to 7, characterized in that in the rotatable insulation ( 2 ) at least one further rotatable insulation ( 12 ) at which or about which the at least one print head ( 3 ) for movement in a parallel to the base plate ( 6 ) extending plane is connected to a drive unit.

3D printing device ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that on the rotatable insulation ( 2 ) a Z-direction flexible cylinder ( 14 ) or the rotatable insulation ( 2 ) in a cylinder forming the lateral wall of the heating chamber ( 14 ) is submersible and thus defines the effective height of the heating chamber.