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DE102022134640A1 - Print head unit and method for layer-by-layer construction of molded parts - Google Patents

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DE102022134640A1
DE102022134640A1 DE102022134640.4A DE102022134640A DE102022134640A1 DE 102022134640 A1 DE102022134640 A1 DE 102022134640A1 DE 102022134640 A DE102022134640 A DE 102022134640A DE 102022134640 A1 DE102022134640 A1 DE 102022134640A1
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DE
Germany
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pressure
fluid
compensation module
pressure fluid
print head
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE102022134640.4A
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German (de)
Inventor
Christoph Scheck
Martin Sinzinger
Josef Grasegger
Melanie Weigel
Tobias Lachenmair
Michael Kessler
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Voxeljet AG
Original Assignee
Voxeljet AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Voxeljet AG filed Critical Voxeljet AG
Priority to DE102022134640.4A priority Critical patent/DE102022134640A1/en
Priority to EP23840654.0A priority patent/EP4638097A1/en
Priority to PCT/EP2023/087279 priority patent/WO2024133692A1/en
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Withdrawn legal-status Critical Current

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein System zum Auftragen einer Druckflüssigkeit umfassend eine Druckkopfeinheit (101) umfassend eine Anordnung von Druckmodulen (102) und ein Druckschwankungsausgleichmodul (106), dadurch gekennzeichnet, dass der Druckkopf und das Druckschwankungsausgleichmodul (106) gekoppelt sind sowie ein Verfahren zum Herstellen von Modellen das das o.g. System verwendet. The invention relates to a system for applying a printing fluid comprising a print head unit (101) comprising an arrangement of printing modules (102) and a pressure fluctuation compensation module (106), characterized in that the print head and the pressure fluctuation compensation module (106) are coupled, and to a method for producing models using the above-mentioned system.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Druckkopfeinheit und deren Verwendung in einem Verfahren zum Herstellen dreidimensionaler Modelle mittels Schichtaufbautechnik.The invention relates to a print head unit and its use in a method for producing three-dimensional models by means of layer build-up technology.

In der europäischen Patentschrift EP 0 431 924 B1 wird ein Verfahren zur Herstellung dreidimensionaler Objekte aus Computerdaten beschrieben. Dabei wird ein Partikelmaterial in einer dünnen Schicht mittels Beschichter (Recoater) auf eine Bauplattform aufgetragen und das Partikelmaterial (allgemein Fluid) selektiv mittels eines Druckkopfes mit einem Bindermaterial bedruckt. Der mit dem Binder bedruckte Partikelbereich verklebt und verfestigt sich unter dem Einfluss des Binders und gegebenenfalls eines zusätzlichen Härters. Anschließend wird die Bauplattform um eine Schichtdicke in einem Bauzylinder abgesenkt und mit einer neuen Schicht Partikelmaterial versehen, die ebenfalls, wie oben beschrieben, bedruckt wird. Diese Schritte werden wiederholt, bis eine gewisse, erwünschte Höhe des Objektes erreicht ist. Aus den bedruckten und verfestigten Bereichen entsteht so ein dreidimensionales Objekt (Formteil).In the European patent specification EP 0 431 924 B1 describes a method for producing three-dimensional objects from computer data. A thin layer of particle material is applied to a construction platform using a recoater, and the particle material (generally fluid) is selectively printed with a binder material using a print head. The particle area printed with the binder bonds and solidifies under the influence of the binder and, if necessary, an additional hardener. The construction platform is then lowered by one layer thickness in a construction cylinder and provided with a new layer of particle material, which is also printed as described above. These steps are repeated until a certain, desired height of the object is reached. A three-dimensional object (molded part) is created from the printed and solidified areas.

Dieses aus verfestigtem Partikelmaterial hergestellte Objekt ist nach seiner Fertigstellung in losem Partikelmaterial eingebettet und wird anschließend davon befreit. Dies erfolgt beispielsweise mittels eines Saugers. Übrig bleiben danach die gewünschten Objekte, die dann vom Restpulver z.B. durch Abbürsten befreit werden.This object, made from solidified particle material, is embedded in loose particle material after its completion and is then freed from it. This is done using a vacuum cleaner, for example. What remains is the desired objects, which are then freed from the remaining powder, for example by brushing.

Bei bekannten Druckköpfen bzw. Systemen mit Mehrfach-Komponenten in Drucksystemen zum schichtweisen Aufbau von Modellen wird die Druckflüssigkeit oft nicht gleichmäßig und gleichförmig verteilt. Insbesondere durch das Trägheitsmoment bei den Verfahrvorgängen kommt es zu Problemen und die Abgabe der Druckflüssigkeit oder die Verfügbarkeit an den Düsen kann gestört sein.In known print heads or systems with multiple components in printing systems for building models layer by layer, the printing fluid is often not distributed evenly and uniformly. Problems arise, particularly due to the moment of inertia during the movement processes, and the delivery of the printing fluid or its availability at the nozzles can be disrupted.

Es war deshalb eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung die Nachteile des Standes der Technik zu verringern oder vollständig zu vermeiden.It was therefore an object of the present invention to reduce or completely avoid the disadvantages of the prior art.

Es war deshalb eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein System bereitzustellen, in dem die Druckflüssigkeit im Wesentlichen gleichförmig in jeder Untereinheit vorliegt oder/und mit gleichem Druck vorliegt oder/und abgegeben werden kann.It was therefore a further object of the present invention to provide a system in which the pressure fluid is present substantially uniformly in each subunit and/or can be present and/or dispensed at the same pressure.

Kurze Zusammenfassung der ErfindungBrief summary of the invention

In einem Aspekt betrifft die Erfindung ein System zum Auftragen einer Druckflüssigkeit umfassend eine Druckkopfeinheit (101), umfassend eine Anordnung von Druckmodulen (102) und ein Druckschwankungsausgleichmodul (106), dadurch gekennzeichnet, dass der Druckkopf und das Druckschwankungsausgleichmodul (106) gekoppelt sind.In one aspect, the invention relates to a system for applying a printing fluid comprising a print head unit (101) comprising an arrangement of printing modules (102) and a pressure fluctuation compensation module (106), characterized in that the print head and the pressure fluctuation compensation module (106) are coupled.

In einem Aspekt betrifft die Erfindung ein Druckschwankungsausgleichmodul.In one aspect, the invention relates to a pressure fluctuation compensation module.

In einem Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen von 3D-Formteilen, in dem alle bekannten Schritte eines additiven Druckverfahrens durchgeführt werden und in dem ein wie oben beschriebenes System verwendet wird.In one aspect, the invention relates to a method for producing 3D molded parts in which all known steps of an additive printing process are carried out and in which a system as described above is used.

Kurze Beschreibung der FigurenShort description of the characters

  • 1 zeigt einen Aspekt der Erfindung, die eine Druckkopfeinheit 101 darstellt, die im Wesentlichen dadurch gekennzeichnet ist, dass eine Anordnung von Druckmodulen 102 mittels Druckfluidanschlussleitungen 105 über Druckhomogenisierungselemente 103 und 104 mit einer Umlaufdruckfluidversorgung verbunden sind. 1 shows an aspect of the invention, which represents a print head unit 101, which is essentially characterized in that an arrangement of printing modules 102 are connected to a circulating pressure fluid supply by means of pressure fluid connection lines 105 via pressure homogenization elements 103 and 104.
  • 2a stellt ein Beispiel eines Aspektes der Erfindung dar, das ein Druckschwankungsausgleichmodul darstellt. 2a illustrates an example of an aspect of the invention which is a pressure fluctuation compensation module.
  • 2b stellt ein Beispiel eines Aspektes der Erfindung dar, das ein weiteres Druckschwankungsausgleichmodul darstellt. 2 B illustrates an example of an aspect of the invention which represents another pressure fluctuation compensation module.
  • 3 zeigt ein Beispiel eines Aspektes der Erfindung, wobei die Fluidversorgung der Druckkopfeinheit mit den beinhalteten Druckmodulen dargestellt ist. 3 shows an example of an aspect of the invention, illustrating the fluid supply of the print head unit with the included print modules.
  • 4 zeigt in einem Beispiel ein System nach der Erfindung, in dem eine Reinigungsflüssigkeit eingesetzt werden kann. 4 shows an example of a system according to the invention in which a cleaning fluid can be used.

Ausführliche Beschreibung der ErfindungDetailed description of the invention

Erfindungsgemäß wird eine der Anmeldung zugrunde liegende Aufgabe gelöst durch ein System gemäß Anspruch 1 oder/und durch ein Druckschwankungsausgleichmodul gemäß Anspruch 16 oder/und durch eine Druckvorrichtung gemäß Anspruch 20 oder/und durch ein Verfahren gemäß Anspruch 21. Weitere bevorzugte Aspekte sind in den Unteransprüchen beschrieben.According to the invention, an object underlying the application is achieved by a system according to claim 1 and/or by a pressure fluctuation compensation module according to claim 16 and/or by a printing device according to claim 20 and/or by a method according to claim 21. Further preferred aspects are described in the subclaims.

Im Folgenden werden zunächst einige Begriffe der Offenbarung näher erläutert.In the following, some terms of the revelation will be explained in more detail.

Im Sinne der Offenbarung sind „Schichtbauverfahren“ bzw. „3D-Druckverfahren“ oder „3D-Verfahren“ oder „3D-Druck“ alle aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren, die den Aufbau von Bauteilen in dreidimensionalen Formen ermöglichen und mit den hier im Weiteren beschriebenen Verfahrenskomponenten und Vorrichtungen kompatibel sind.For the purposes of the disclosure, “layer construction processes” or “3D printing processes” or “3D processes” or “3D printing” are all processes known from the prior art that enable the construction of components in three-dimensional shapes and that can be used with the processes described below. components and devices are compatible.

Unter „Binder-Jetting“ im Sinne der Offenbarung ist zu verstehen, dass schichtweise Pulver auf eine Bauplattform aufgebracht wird, jeweils die Querschnitte des Bauteils auf dieser Pulverschicht mit einer oder mehreren Flüssigkeiten bedruckt werden, die Lage der Bauplattform um eine Schichtstärke zur letzten Position geändert wird und diese Schritte solange wiederholt werden, bis das Bauteil fertig ist. Unter Binder-Jetting sind hier auch Schichtbauverfahren zu verstehen, die eine weitere Verfahrens-Komponente wie z.B. eine schichtweise Belichtung z.B. mit IR- oder UV- Strahlung benötigen.“Binder jetting” in the sense of the disclosure means that powder is applied layer by layer to a construction platform, the cross sections of the component on this powder layer are printed with one or more liquids, the position of the construction platform is changed by one layer thickness from the last position and these steps are repeated until the component is finished. Binder jetting also refers to layer construction processes that require an additional process component such as layer-by-layer exposure, e.g. with IR or UV radiation.

Im „High-Speed-Sintering-Verfahren“ im Sinne der Offenbarung wird eine dünne Schicht aus Kunststoffgranulat, wie beispielweise PA12 oder TPU, auf eine Bauplattform (Baufeld), die vorzugsweise beheizt ist, aufgetragen. Folgend fährt ein Tintenstrahldruckkopf großflächig über die Plattform und benetzt die Bereiche des Baufelds mit elektromagnetischer Strahlung, z.B. Infrarotlicht absorbierender Tinte (Absorber), an denen der Prototyp entstehen soll. Anschließend wird die Bauplattform mit (z.B. Infrarot-) Licht bestrahlt. Die benetzten Bereiche absorbieren die Hitze, wodurch sie schmilzt und sich mit der darunterliegenden Pulverschicht verbindet. Das unbedruckte Pulver bleibt jedoch lose. Nach dem Sintern senkt sich die Bauplattform um eine Schichtstärke ab. Dieser Vorgang wiederholt sich, bis der Aufbau eines Bauteiles abgeschlossen ist. Anschließend werden die gesinterten Teile im Bauraum kontrolliert abgekühlt, bevor sie entnommen und entpackt werden können. In einer Variation kann zusätzlich zu dem Absorber ein sog. Detailing-Agent eingedruckt werden, die zum Kühlen der damit bedruckten Bereiche dient. Eine Variante des High-Speed-Sintering-Verfahren wird auch als |Fusion-Jet-Verfahren|[CS1]|[CS2] bezeichnet, wobei der Druckkopf eine wärmeaufnehmendeFlüssigkeit (oft bezeichnet als „Fusing Agent“, was dem Absorber entspricht) auf eine Schicht des Partikelmaterials aufgespritzt wird. Sofort nach dem Druck wird eine Hitzequelle (Infrarotlicht) eingesetzt. Die Bereiche, auf welche der „Fusing Agent“ aufgetragen wurde, werden stärker erhitzt als das Pulver ohne diese Flüssigkeit. Somit werden die erforderlichen Bereiche zusammengeschmolzen. Ein weiterer Zusatz wird dann verwendet, der auch als sogenannte „Detailing Agent“ bezeichnet wird und zum Isolieren genutzt wird. Dieser selektive Eindruck erfolgt um die Bereiche herum, auf welche das „Fusing Agent“ oder Absorber" aufgedruckt wurde. Dieser Zusatz soll eine scharfe Kantenbildung fördern. Dieses Ziel soll dadurch erreicht werden, dass die Temperaturunterschiede zwischen bedrucktem und ungenutztem Pulver signifikanter werden. Unter ein derartiges Verfahren können auch als Multijet Fusion oder Selective Absorption Sintering bezeichnete Verfahren.In the "high-speed sintering process" as defined in the disclosure, a thin layer of plastic granulate, such as PA12 or TPU, is applied to a construction platform (construction field), which is preferably heated. An inkjet print head then moves over a large area of the platform and wets the areas of the construction field with electromagnetic radiation, e.g. infrared light-absorbing ink (absorber), where the prototype is to be created. The construction platform is then irradiated with (e.g. infrared) light. The wetted areas absorb the heat, causing it to melt and bond with the underlying powder layer. The unprinted powder, however, remains loose. After sintering, the construction platform lowers by one layer thickness. This process is repeated until the construction of a component is complete. The sintered parts are then cooled in a controlled manner in the construction space before they can be removed and unpacked. In one variation, a so-called detailing agent can be printed in addition to the absorber, which serves to cool the areas printed with it. A variant of the high-speed sintering process is also called |Fusion-Jet process|[CS1]|[CS2], where the print head sprays a heat-absorbing liquid (often referred to as a "fusing agent", which corresponds to the absorber) onto a layer of the particle material. Immediately after printing, a heat source (infrared light) is used. The areas to which the "fusing agent" was applied are heated more than the powder without this liquid. This way, the required areas are fused together. A further additive is then used, which is also called a "detailing agent" and is used for insulation. This selective impression is made around the areas on which the "fusing agent" or absorber" was printed. This additive is intended to promote sharp edge formation. This goal is to be achieved by making the temperature differences between the printed and unused powder more significant. Such a process can also include processes known as multijet fusion or selective absorption sintering.

„Laser-Sinter-Verfahren“ im Sinne der Offenbarung ist ein 3D-Druckverfahren, bei dem das Partikelmaterial mittels Laser selektiv verfestigt wird.“Laser sintering process” within the meaning of the disclosure is a 3D printing process in which the particulate material is selectively solidified by means of a laser.

„3D-Formteil“, „Formkörper“ oder „Bauteil“ im Sinne der Offenbarung sind alle mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens oder/und der erfindungsgemäßen Vorrichtung hergestellte dreidimensionale Objekte, die eine Formfestigkeit aufweisen.“3D molded part”, “molded body” or “component” within the meaning of the disclosure are all three-dimensional objects produced by means of the method according to the invention and/or the device according to the invention which have dimensional stability.

„Bauraum“ ist der geometrische Ort, in dem die Partikelmaterialschüttung während des Bauprozesses durch wiederholtes Beschichten mit Partikelmaterial wächst oder durch den die Schüttung bei kontinuierlichen Prinzipien durchläuft. Im Allgemeinen wird der Bauraum durch einen Boden, die Bauplattform, durch Wände und eine offene Deckfläche, die Bauebene, begrenzt. Bei kontinuierlichen Prinzipien existieren meist ein Förderband und begrenzende Seitenwände. Der Bauraum kann auch durch eine sogenannte Jobbox ausgestaltet sein, die eine in die Vorrichtung ein- und ausfahrbare Einheit darstellt und eine Batch-Herstellung erlaubt, wobei eine Jobbox nach Prozessabschluss ausgefahren wird und sofort eine neue Jobbox in die Vorrichtung eingefahren werden kann, sodass das Herstellungsvolumen und somit die Vorrichtungsleistung erhöht wird.“Build space” is the geometric location in which the particulate material fill grows during the build process by repeated coating with particulate material or through which the fill passes in the case of continuous principles. In general, the build space is limited by a floor, the build platform, by walls and an open top surface, the build level. In the case of continuous principles, there is usually a conveyor belt and limiting side walls. The build space can also be designed by a so-called job box, which is a unit that can be moved in and out of the device and allows batch production, whereby a job box is moved out after the process has been completed and a new job box can be moved into the device immediately, so that the production volume and thus the device performance is increased.

Als „Baumaterial“ oder „Partikelmaterial“ oder „Pulver“ oder „Pulverschüttung“ im Sinne der Offenbarung können alle für den 3D-Druck bekannten fließfähigen Materialien verwendet werden, insbesondere in Pulverform, als Schlicker oder als Flüssigkeit. Dies können beispielsweise Sande, Keramikpulver, Glaspulver, und andere Pulver aus anorganischen oder organischen Materialien wie Metallpulver, Kunststoffe, Holzpartikel, Faserwerkstoffe, Cellulosen oder/und Laktosepulver sowie andere Arten von organischen, pulverförmigen Materialien sein. Das Partikelmaterial ist vorzugsweise ein trocken, frei fließendes Pulver, aber auch ein kohäsives schnittfestes Pulver kann verwendet werden. Diese Kohäsivität kann sich auch durch Beimengung eines Bindermaterials oder eines Hilfsmaterials wie z.B. einer Flüssigkeit ergeben. Die Beimengung einer Flüssigkeit kann dazu führen, dass das Partikelmaterial in Form eines Schlickers frei fließfähig ist. Generell können Partikelmaterial im Sinne der Offenbarung auch als Fluide bezeichnet werden.All flowable materials known for 3D printing can be used as “building material” or “particle material” or “powder” or “powder fill” within the meaning of the disclosure, in particular in powder form, as a slip or as a liquid. These can be, for example, sand, ceramic powder, glass powder, and other powders made of inorganic or organic materials such as metal powder, plastics, wood particles, fiber materials, cellulose and/or lactose powder as well as other types of organic, powdery materials. The particle material is preferably a dry, free-flowing powder, but a cohesive, cut-resistant powder can also be used. This cohesiveness can also result from the addition of a binder material or an auxiliary material such as a liquid. The addition of a liquid can lead to the particle material in the form of a slip being freely flowable. In general, particle material within the meaning of the disclosure can also be referred to as fluids.

In der vorliegenden Anmeldung werden Partikelmaterial und Pulver synonym verwendet.In the present application, particulate material and powder are used synonymously.

Der „Partikelmaterialauftrag“ ist der Vorgang, bei dem eine definierte Schicht aus Pulver erzeugt wird. Dies kann entweder auf der Bauplattform (Baufeld) oder auf einer geneigten Ebene relativ zu einem Förderband bei kontinuierlichen Prinzipen erfolgen. Der Partikelmaterialauftrag wird im Weiteren auch „Beschichtung“ oder „Recoaten“ genannt.The “particle material application” is the process of creating a defined layer of powder. This can be done either on the build platform (build field) or on an inclined plane relative to a conveyor belt in the case of continuous principles. The application of particulate material is also referred to as "coating" or "recoating".

„Selektiver Flüssigkeitsauftrag“ oder „selektiver Binderauftrag“ kann im Sinne der Offenbarung nach jedem Partikelmaterialauftrag erfolgen oder je nach den Erfordernissen des Formkörpers und zur Optimierung der Formkörperherstellung auch unregelmäßig, beispielsweise mehrfach bezogen auf einen Partikelmaterialauftrag, erfolgen. Dabei wird ein Schnittbild durch den gewünschten Körper aufgedruckt."Selective liquid application" or "selective binder application" can be carried out in the sense of the disclosure after each application of particle material or, depending on the requirements of the molded body and in order to optimize the molded body production, also irregularly, for example several times in relation to one application of particle material. In this case, a cross-sectional image through the desired body is printed.

Als „Vorrichtung“ zum Durchführen eines Verfahrens gemäß der Offenbarung kann jede bekannte 3D-Druckvorrichtung verwendet werden, die die erforderlichen Bauteile beinhaltet. Übliche Komponenten beinhalten Beschichter, Baufeld, Mittel zum Verfahren des Baufeldes oder anderer Bauteile bei kontinuierlichen Verfahren, Job-Box, Dosiervorrichtungen und Wärme- und Bestrahlungsmittel und andere dem Fachmann bekannte Bauteile, die deshalb hier nicht näher ausgeführt werden.Any known 3D printing device that includes the required components can be used as a "device" for carrying out a method according to the disclosure. Common components include coaters, build field, means for moving the build field or other components in continuous processes, job boxes, dosing devices and heating and irradiation means and other components known to those skilled in the art, which are therefore not described in more detail here.

Das „Baumaterial“ gemäß der Offenbarung wird immer in einer „definierten Schicht“ oder „Schichtstärke“ aufgebracht, die je nach Baumaterial und Verfahrensbedingungen individuell eingestellt wird. Sie beträgt beispielsweise 0,05 bis 5 mm, vorzugsweise 0,07 bis 2 mm.The "building material" according to the disclosure is always applied in a "defined layer" or "layer thickness" which is individually adjusted depending on the building material and process conditions. It is, for example, 0.05 to 5 mm, preferably 0.07 to 2 mm.

Eine „Beschichterklinge“ im Sinne der Offenbarung ist ein im Wesentlichen flaches metallisches oder aus einem anderen geeigneten Material gefertigtes Bauteil, das sich an der Austrittsöffnung des Beschichters befindet und über das das Fluid auf die Bauplattform abgegeben wird und glattgestrichen wird. Ein Beschichter kann eine oder zwei oder mehrere Beschichterklingen aufweisen. Eine Beschichterklinge kann eine Schwingklinge sein, die Schwingungen im Sinne einer Drehbewegung ausführt, wenn sie angeregt wird. Weiterhin kann diese Schwingung ein- und ausgestellt werden durch ein Mittel zum Erzeugen von Schwingungen. Je nach der Anordnung der Austrittsöffnung ist die Beschichterklinge im Sinne der Offenbarung „im Wesentlichen waagerecht“ oder „im Wesentlichen senkrecht“ angeordnet.A "coater blade" within the meaning of the disclosure is a substantially flat metallic component or one made of another suitable material that is located at the outlet opening of the coater and through which the fluid is released onto the construction platform and smoothed out. A coater can have one or two or more coater blades. A coater blade can be an oscillating blade that performs oscillations in the sense of a rotary movement when it is excited. Furthermore, this oscillation can be switched on and off by a means for generating oscillations. Depending on the arrangement of the outlet opening, the coater blade within the meaning of the disclosure is arranged "substantially horizontally" or "substantially vertically".

„Kühlmittel“ im Sinne der Offenbarung ist ein Mittel, das eine Strahlereinheit oder ein Fluiddosiermittel kühlen kann mittels z.B. Wasser oder eine andere Flüssigkeit oder ein Gasgebläsestrom.“Coolant” as used in the disclosure is a means capable of cooling a radiator unit or a fluid dispensing means, for example by means of water or another liquid or a gas blower stream.

Die „Aufheizphase“ im Sinne der Offenbarung kennzeichnet ein Erwärmen der Vorrichtung zu Beginn des Verfahrens. Die Aufheizphase ist abgeschlossen, wenn die Ist-Temperatur der Vorrichtung einen stationären Wert erreicht.The "heating phase" in the sense of the disclosure characterizes a heating of the device at the beginning of the method. The heating phase is completed when the actual temperature of the device reaches a steady-state value.

Die „Abkühlphase“ im Sinne der Offenbarung bezeichnet die Dauer, die notwendig ist, um das Partikelmaterial so abzukühlen, dass die darin enthaltenen Bauteile keine merklichen plastischen Deformationen beim Entnehmen aus dem Bauraum erfahren bzw. die „Abkühlzeit“ im Sinne der Offenbarung ist die Zeitspanne, die abgewartet werden muss, bevor durch das Sinterverfahren erzeugte Formkörper aus dem Bauraum entnommen werden können, ohne beschädigt zu werden. Als Abkühlzeit wird meist die Zeit angegeben, die minimal benötigt wird, wenn die Außenseiten des Bauraums maximal gekühlt werden und wird meist so angegeben, dass der heißeste Ort des Bauraumvolumens die Wärmeformbeständigkeitstemperatur des verwendeten Materials sicher unterschreitet.The "cooling phase" in the sense of the disclosure refers to the time required to cool the particle material so that the components contained therein do not experience any noticeable plastic deformation when removed from the construction space, or the "cooling time" in the sense of the disclosure is the period of time that must be waited for before molded bodies produced by the sintering process can be removed from the construction space without being damaged. The cooling time is usually the minimum time required when the outside of the construction space is cooled to the maximum and is usually specified in such a way that the hottest place in the construction space volume is safely below the heat distortion temperature of the material used.

Der „Absorber“ oder „IR-Absorber“ ist im Sinne dieser Offenbarung ein mit einem Tintenstrahldruckkopf oder mit einer anderen matrixartig arbeitenden Vorrichtung verarbeitbares Medium, das die Absorption von Strahlung zur lokalen Erwärmung des Baumaterials fördert. Der Absorber kann auch partikelförmig sein wie beispielsweise schwarzer Toner. Absorber können gleichmäßig oder in unterschiedlichen Mengen selektiv aufgebracht werden. Der Absorber kann z.B. als Gemisch von Absorbern mit unterschiedlichen Absorptionsmaxima aufgebracht werden oder unterschiedliche Absorber unabhängig voneinander, z.B. nacheinander, alternierend oder mit einer vorbestimmten Sequenz. Bei Aufbringen in unterschiedlichen Mengen kann man somit die Festigkeit in dem Baumaterial steuern und selektiv unterschiedliche Festigkeiten erzielen, beispielsweise in dem herzustellenden Formteil und den dieses umgebenden Mantel. Der Bereich der Festigkeit reicht von einer Festigkeit wie im Bauteil selbst bis zu einer Festigkeit, die nur unwesentlich über der des Baumaterials ohne Absorberaufdruck liegt. Damit wird es möglich eine Temperaturregulierung in dem Baufeld/Bauraum vorzunehmen und wenn gewünscht den Mantel, der der Temperaturregulierung dient, auch leicht um das hergestellte Bauteil zu entfernen.The "absorber" or "IR absorber" in the sense of this disclosure is a medium that can be processed with an inkjet print head or with another device that works in a matrix-like manner and that promotes the absorption of radiation for local heating of the building material. The absorber can also be in particle form, such as black toner. Absorbers can be applied uniformly or selectively in different amounts. The absorber can be applied, for example, as a mixture of absorbers with different absorption maxima, or different absorbers can be applied independently of one another, e.g. one after the other, alternately or in a predetermined sequence. When applied in different amounts, the strength in the building material can thus be controlled and different strengths can be achieved selectively, for example in the molded part to be produced and the casing surrounding it. The range of strength extends from a strength like that of the component itself to a strength that is only insignificantly higher than that of the building material without an absorber print. This makes it possible to regulate the temperature in the construction area/construction space and, if desired, to easily remove the jacket used for temperature regulation around the manufactured component.

Die „Absorption“ im Sinne dieser Offenbarung bezeichnet die Aufnahme der Wärmeenergie von Strahlung durch das Baumaterial. Die Absorption ist abhängig von Absorber- und/oder Pulvertyp und der Wellenlänge der Strahlung.“Absorption” in the sense of this disclosure refers to the absorption of thermal energy from radiation by the building material. Absorption depends on the type of absorber and/or powder and the wavelength of the radiation.

„Energieeintragsmittel“ bedeutet im Sinne dieser Offenbarung eine Quelle zum Eintragen von Energie in den Bauraum oder/und das Partikelmaterial oder/und die mit Absorber bedruckten Bereiche. Dies kann beispielsweise eine Energiequelle zum temperieren oder heizen von Partikelmaterial, auch vor dem Absorbereintrag, sein. Es könnte aber auch eine Bestrahlung des Baufeldes mit festen oder beweglichen Strahlungsquellen sein. Wird die Strahlungsquelle nach dem Absorbereintrag zum Verfestigen verwendet, ist der Absorber vorzugsweise auf die Strahlungsart abgestimmt und vorzugsweise optimiert. Dabei soll es zu einer unterschiedlich starken Erwärmung von „aktiviertem“ und nicht „aktiviertem“ Pulver kommen. „Aktiviert“ bedeutet, dass durch den Absorbereindruck die Temperatur in diesen Bereichen erhöht wird im Vergleich zu den übrigen Bereichen im Bauraum und dem nicht mit Absorber bedruckten Partikelmaterialbereichen.“Energy input means” in the sense of this disclosure means a source for inputting energy into the construction space and/or the particle material and/or the areas printed with absorbers. This can be, for example, an energy source for tempering or heating particle material, even before the absorber is introduced. However, it could also be an irradiation of the construction area with fixed or movable radiation sources. If the If a radiation source is used for solidification after the absorber has been introduced, the absorber is preferably matched to the type of radiation and preferably optimized. This should result in different levels of heating of "activated" and non-"activated" powder. "Activated" means that the absorber impression increases the temperature in these areas compared to the other areas in the build space and the particle material areas not printed with absorber.

„IR-Erwärmung“ bedeutet im Sinne dieser Offenbarung speziell eine Bestrahlung des Baufeldes mit einem IR-Strahler. Dabei kann der IR-Strahler ebenso statisch sein oder mit einer Verfahreinheit über das Baufeld bewegt werden. Durch den Einsatz des Absorbers führt die IR-Erwärmung im Baufeld zu unterschiedlich starken Temperaturanstiegen.In the context of this disclosure, "IR heating" specifically means irradiation of the construction area with an IR radiator. The IR radiator can be static or moved over the construction area using a moving unit. By using the absorber, the IR heating in the construction area leads to temperature increases of varying degrees.

Ein „IR-Strahler“ im Sinne dieser Offenbarung ist eine Quelle von infraroter Strahlung. Dabei werden meist glühende Drähte in Quarz oder Keramikgehäusen zur Erzeugung der Strahlung benutzt. Je nach eingesetzten Materialien ergeben sich unterschiedliche Wellenlängen der Strahlung. Die Wellenlänge ist bei diesem Strahlertyp zusätzlich abhängig von der Leistung.An "IR radiator" within the meaning of this disclosure is a source of infrared radiation. Glowing wires in quartz or ceramic housings are usually used to generate the radiation. Depending on the materials used, different wavelengths of radiation result. The wavelength of this type of radiator also depends on the power.

Eine „Overheadlampe“ oder „Overheadstrahler“ oder „Strahler-Aggregat“ oder „Strahlereinheit“ oder „Strahlungseinheit“ oder „Heizstrahler“ oder „Baufeldheizung“ im Sinne der Offenbarung ist eine Strahlungsquelle, die über dem Baufeld angebracht ist. Die Wellenlänge der emittierten elektromagnetischen Strahlung ist stationär und kann in ihrer Strahlungsleistung reguliert werden. Sie ist eine Einheit, die elektromagnetische Strahlung eines bestimmten Spektrums emittiert. Sie kann einzelne Strahler bzw. eine Anzahl von Strahlern enthalten. Wahlweise überdeckt sie im Wesentlichen das gesamte Baufeld und ist an einer Position in der Vorrichtung angebracht oder sie ist kleiner als das Baufeld und kann verfahrbar über das Baufeld sein.An "overhead lamp" or "overhead radiator" or "radiator unit" or "radiator unit" or "radiation unit" or "radiant heater" or "construction field heater" in the sense of the disclosure is a radiation source that is mounted above the construction field. The wavelength of the emitted electromagnetic radiation is stationary and its radiation output can be regulated. It is a unit that emits electromagnetic radiation of a specific spectrum. It can contain individual radiators or a number of radiators. It can optionally cover essentially the entire construction field and be mounted at one position in the device, or it can be smaller than the construction field and can be movable across the construction field.

„Sintern“ oder „Schmelzen“ im Sinne dieser Offenbarung ist der Begriff für das partielle Zusammenwachsen der Partikel im Pulver. Mit dem Sintern verbunden ist bei diesem System der Aufbau von Festigkeit."Sintering" or "melting" in the sense of this disclosure is the term for the partial coalescence of the particles in the powder. In this system, sintering is associated with the build-up of strength.

Der Begriff „Sinterfenster“ bezeichnet im Sinne dieser Offenbarung die Differenz der Temperatur des beim ersten Aufheizen des Pulvers auftretenden Schmelzpunktes und dem bei anschließendem Abkühlen auftretenden Erstarrungspunktes.For the purposes of this disclosure, the term “sintering window” refers to the difference in temperature between the melting point occurring when the powder is first heated and the solidification point occurring during subsequent cooling.

Die „Sintertemperatur“ ist im Sinne dieser Offenbarung die Temperatur, ab der das Pulver erstmalig aufschmilzt und sich verbindet.For the purposes of this disclosure, the “sintering temperature” is the temperature at which the powder first melts and bonds.

„Randbereich“ im Sinne der Offenbarung ist der Bereich eines Strahleraggregats, der sich am Rand des Strahleraggregats befindet und zum Innenbereich abgegrenzt werden kann. Dabei bilden Randbereich und Innenbereich den Gesamtbereich des Strahleraggregats hinsichtlich seiner Fläche, auf der die Strahlereinheiten angebracht sind."Edge area" within the meaning of the disclosure is the area of a radiator unit that is located at the edge of the radiator unit and can be separated from the interior area. The edge area and interior area form the total area of the radiator unit in terms of its surface on which the radiator units are mounted.

„Innenbereich“ im Sinne der Offenbarung ist der Bereich eines Strahleraggregats, der sich im Inneren des Strahleraggregats befindet und zum Randbereich abgegrenzt werden kann.“Interior area” within the meaning of the disclosure is the area of a radiator unit that is located inside the radiator unit and can be demarcated from the edge area.

„3D-Drucker“ oder „Drucker“ oder „3D-Druckmaschine“ im Sinne der Offenbarung bezeichnet das Gerät, in dem ein 3D-Druckverfahren stattfinden kann. Ein 3D-Drucker im Sinne der Offenbarung weist ein Auftragsmittel für Baumaterial, z.B. ein Fluid wie ein Partikelmaterial, und eine Verfestigungseinheit, z.B. einen Druckkopf oder ein Energieeintragsmittel wie einen Laser oder eine Wärmelampe, auf. Weitere dem Fachmann bekannte Maschinenkomponenten und im 3D-Druck bekannte Komponenten werden je nach den speziellen Anforderungen im Einzelfall mit den oben erwähnten Maschinenkomponenten kombiniert. Alternativ kann der Begriff „Vorrichtung“ gewählt werden.“3D printer” or “printer” or “3D printing machine” within the meaning of the disclosure refers to the device in which a 3D printing process can take place. A 3D printer within the meaning of the disclosure has an application means for building material, e.g. a fluid such as a particle material, and a solidification unit, e.g. a print head or an energy input means such as a laser or a heat lamp. Other machine components known to the person skilled in the art and components known in 3D printing are combined with the machine components mentioned above depending on the specific requirements in the individual case. Alternatively, the term “device” can be chosen.

„Baufeld“ ist die Ebene oder in erweitertem Sinn der geometrische Ort, auf dem oder in dem eine Partikelmaterialschüttung während des Bauprozesses durch wiederholtes Beschichten mit Partikelmaterial wächst. Häufig wird das Baufeld durch einen Boden, die „Bauplattform“, durch Wände und eine offene Deckfläche, die Bauebene, begrenzt.“Construction area” is the level or, in a broader sense, the geometric location on or in which a particulate material fill grows during the construction process by repeated coating with particulate material. The construction area is often limited by a floor, the “construction platform”, by walls and an open covering area, the construction level.

Der Prozess „Drucken“ oder „3D-Drucken“ im Sinne der Offenbarung bezeichnet die Zusammenfassung der Vorgänge Materialauftrag, selektives Verfestigen oder auch Bedrucken und Arbeitshöhe verstellen und findet in einem offenen oder geschlossenen Prozess- oder Bauraum statt.The process “printing” or “3D printing” within the meaning of the disclosure refers to the combination of the processes of material application, selective solidification or printing and adjusting the working height and takes place in an open or closed process or construction space.

Unter einer „Aufnahmeebene“ im Sinne der Offenbarung ist die Ebene zu verstehen, auf die Baumaterial aufgetragen wird. Offenbarungsgemäß ist die Aufnahmeebene immer in einer Raumrichtung durch eine lineare Bewegung frei zugänglich.A "receiving plane" within the meaning of the disclosure is the plane onto which building material is applied. According to the disclosure, the receiving plane is always freely accessible in one spatial direction by a linear movement.

„Ausstreichen“ oder „Aufbringen“ oder „Ablegen“ im Sinne der Offenbarung bedeutet jegliche Art und Weise, mit der das Partikelmaterial verteilt wird. Beispielsweise kann an der Startposition einer Beschichtungsfahrt eine größere Pulvermenge vorgelegt werden und durch eine Klinge oder eine rotierende Walze in das Schichtvolumen verteilt oder ausgestrichen werden."Spreading" or "applying" or "laying down" in the sense of the disclosure means any manner in which the particulate material is distributed. For example, a larger amount of powder can be placed at the start position of a coating run and distributed or spread into the layer volume by a blade or a rotating roller.

„Beschichter“ oder „Recoater“ oder „Materialauftragsmittel“ im Sinne der Offenbarung ist die Einheit, mittels derer ein Fluid auf das Baufeld aufgebracht wird. Dieser kann aus einem Fluidvorratsbehälter und einer Fluidauftragseinheit bestehen, wobei gemäß der vorliegenden Erfindung die Fluidauftragseinheit einen Fluidauslass und eine „Rakeleinrichtung“ umfasst. Diese Rakeleinrichtung könnte eine Beschichterklinge sein. Es könnte aber auch jede andere erdenkliche geeignete Rakeleinrichtung verwendet werden. Denkbar sind beispielsweise auch rotierende Walzen oder eine Düse. Die Materialzufuhr kann über Vorratsbehälter frei fließend oder Extruderschnecken, Druckbeaufschlagung oder andere Materialfördereinrichtungen erfolgen.“Coater” or “recoater” or “material application agent” in the sense of the disclosure is the use unit by means of which a fluid is applied to the construction field. This can consist of a fluid storage container and a fluid application unit, whereby according to the present invention the fluid application unit comprises a fluid outlet and a "squeegee device". This squeegee device could be a coating blade. However, any other conceivable suitable squeegee device could also be used. Rotating rollers or a nozzle are also conceivable, for example. The material can be supplied freely via storage containers or extruder screws, pressure application or other material conveying devices.

Der „Druckkopf“ oder „Mittel zum selektiven Verfestigen“ im Sinne der Offenbarung setzt sich üblicherweise aus verschiedenen Komponenten zusammen. Unter anderem können dies Druckmodule sein. Die Druckmodule verfügen über eine Vielzahl an Düsen, aus denen der „Binder“ in Tröpfchenform auf das Baufeld gesteuert ausgestoßen wird. Die Druckmodule sind relativ zum Druckkopf ausgerichtet. Der Druckkopf ist relativ zur Maschine ausgerichtet. Damit kann die Lage einer Düse dem Maschinenkoordinatensystem zugeordnet werden. Die Ebene, in der sich die Düsen befinden, wird üblicherweise als Düsenplatte bezeichnet. Ein weiteres Mittel zum selektiven Verfestigen kann auch ein oder mehrere Laser oder andere Strahlungsquellen oder eine Wärmelampe darstellen. Dabei kommen auch Arrays solcher Strahlungsquellen, wie z.B. Laserdiodenarrays in Betracht. Es ist im Sinne der Offenbarung zulässig, dass die Einbringung der Selektivität von der Verfestigungsreaktion getrennt erfolgt. So kann über einen Druckkopf oder eine oder mehrere Laser eine selektive Behandlung der Schicht erfolgen und durch andere Schichtbehandlungsmittel, die Verfestigung gestartet werden. In einer Ausführungsform wird das Partikelmaterial mit einem IR-Absorber bedruckt und anschließend mit einer Infrarotquelle verfestigt. In einem „Druckkopf“ können ein oder mehrere Druckmodule in einer speziellen Anordnung in einer Baugruppe montiert sein. Die Baugruppe dient in ihrer Gänze der Benetzung einer Oberfläche - hier einem Partikelmaterial auf dem Baufeld - mit Flüssigkeit (Druckflüssigkeit) nach dem DOD-Prinzip.The "print head" or "means for selective solidification" in the sense of the disclosure is usually made up of various components. These can include printing modules. The printing modules have a large number of nozzles from which the "binder" is ejected in droplet form onto the construction field in a controlled manner. The printing modules are aligned relative to the print head. The print head is aligned relative to the machine. This allows the position of a nozzle to be assigned to the machine coordinate system. The plane in which the nozzles are located is usually referred to as a nozzle plate. Another means for selective solidification can also be one or more lasers or other radiation sources or a heat lamp. Arrays of such radiation sources, such as laser diode arrays, can also be considered. In the sense of the disclosure, it is permissible for the introduction of selectivity to take place separately from the solidification reaction. For example, a selective treatment of the layer can be carried out via a print head or one or more lasers and the solidification can be started using other layer treatment means. In one embodiment, the particle material is printed with an IR absorber and then solidified with an infrared source. One or more printing modules can be mounted in a special arrangement in a "print head" in an assembly. The assembly as a whole serves to wet a surface - in this case a particle material on the construction field - with liquid (printing fluid) according to the DOD principle.

„Druckmodul“ oder „Fluiddosiermittel“ im Sinne der Offenbarung bezeichnet eine Einheit zur Aufbringung einer Flüssigkeit auf eine Oberfläche mittels des sog. Ink-Jet-Verfahrens nach dem DOD-Prinzip.“Printing module” or “fluid dosing means” within the meaning of the disclosure refers to a unit for applying a liquid to a surface by means of the so-called ink-jet process according to the DOD principle.

„Schichtbehandlungsmittel“ im Sinne der Offenbarung sind alle Mittel, die geeignet sind, um einen bestimmten Effekt in der Schicht zu erzielen. Dies können die vorgenannten Einheiten wie Druckkopf oder Laser aber auch Wärmequellen in Form von IR-Strahlern oder andere Strahlungsquellen wie z.B. UV-Strahler sein. Denkbar sind auch Mittel zur De- oder Ionisierung der Schicht. Allen Schichtbehandlungsmitteln gemein ist, dass ihre Wirkungszone auf die Schicht linienförmig verteilt ist und dass sie wie die anderen Schichteinheiten wie Druckkopf oder Beschichter über das Baufeld geführt werden müssen, um die gesamte Schicht zu erreichen."Layer treatment agents" in the sense of the disclosure are all agents that are suitable for achieving a certain effect in the layer. These can be the aforementioned units such as the print head or laser, but also heat sources in the form of IR radiators or other radiation sources such as UV radiators. Means for de- or ionization of the layer are also conceivable. What all layer treatment agents have in common is that their effective zone is distributed linearly across the layer and that they must be guided over the construction field like the other layer units such as the print head or coater in order to reach the entire layer.

„Drop-On-Demand“ oder „DOD“ oder „DOD-Prinzip“ im Sinne der Offenbarung bezeichnet ein Verfahren der Aufbringung einer Flüssigkeit auf eine Oberfläche, wobei diese nur an den Stellen aktiv wird, wo die Aufbringung erwünscht ist.“Drop-on-demand” or “DOD” or “DOD principle” in the sense of the disclosure refers to a method of applying a liquid to a surface, whereby the liquid is only active at the locations where the application is desired.

„Sinterstrahleraggregat“ oder „Sinteraggregat“ oder „Sinterlampe“ im Sinne der Offenbarung bezeichnet die Vorrichtung, mit deren Hilfe mit IR-Akzeptor benetzte Partikelmaterialoberflächen gezielt mittels elektro-magnetischer Strahlung über die Schmelztemperatur erhitzt werden. Ein „Sinteraggregat“ im Sinne dieser Offenbarung ist das Energieeintragsmittel, das das Prozesspulver (partikelförmiges Baumaterial) über seine Sintertemperatur erhitzen kann. Es kann stationär sein. In bevorzugten Ausführungen wird es über das Baufeld bewegt.“Sintering emitter unit” or “sintering unit” or “sintering lamp” in the sense of the disclosure refers to the device with the aid of which particle material surfaces wetted with IR acceptor are specifically heated above the melting temperature using electromagnetic radiation. A “sintering unit” in the sense of this disclosure is the energy input means that can heat the process powder (particulate building material) above its sintering temperature. It can be stationary. In preferred embodiments, it is moved across the building field.

Als „Strahlungswandler“ im Sinne der Offenbarung werden Elemente bezeichnet, die, einer elektro-magnetischen Strahlung eines bestimmten Spektrums ausgesetzt, dieses Spektrum in wesentlichen Eigenschaften der Verteilung der Wellenlängenintensitäten verändern.“Radiation converters” within the meaning of the disclosure refer to elements which, when exposed to electromagnetic radiation of a specific spectrum, change this spectrum in essential properties of the distribution of wavelength intensities.

Als „Peak-Wellenlänge“ im Sinne der Offenbarung wird die Wellenlänge elektromagnetischer Strahlung eines in Näherung Planck'schen Spektrums bezeichnet, welche die höchste Intensität aufweist und dem Wienschen Verschiebungsgesetz gehorcht. Peak-Wellenlänge kann bei nicht der planckschen Verteilung folgenden Emittern auch die Wellenlänge bezeichnen, die die höchste Intensität aufweist.The term "peak wavelength" in the sense of the disclosure refers to the wavelength of electromagnetic radiation in an approximate Planckian spectrum that has the highest intensity and obeys Wien's displacement law. In the case of emitters that do not follow the Planckian distribution, the peak wavelength can also refer to the wavelength that has the highest intensity.

Unter „Überlauf” im Sinne der Offenbarung wird der zusätzliche Platzbedarf bezeichnet, der benötigt wird, wenn ein Aggregat auf einer Linearachse vollständig über das Baufeld von einem zum anderen Ende bewegt wird, ohne Abschattung auf dem Baufeld zu erzeugen.For the purposes of the disclosure, “overflow” refers to the additional space required when an aggregate is moved on a linear axis completely across the construction field from one end to the other without creating shading on the construction field.

Das „Koppeln“ von Kühlkreisläufen oder von einem Kühlkreislauf mit einem Kühlteil im Sinne der Offenbarung ist, wenn zwei funktionell unterschiedliche Teile eine Kopplungsstelle oder Anknüpfungsstelle aufweisen, bei der ein Wärmeaustausch stattfinden kann. Z.B. wird nach der Offenbarung ein geschlossener Luftkühlkreislauf mit einem flüssigkeitsbasierten Kühlkreislauf gekoppelt und somit von dem Luftkühlkreislauf, der Wärme von z.B. einem Strahlungswandler, aufnehmen kann, diese Wärme an den flüssigkeitsbasierten Kühlkreislauf abgegeben und dann direkt oder evtl. über ein weiteres Kühlmittel zu der Umgebung transportiert, wodurch bei Einsatz eines Regelkreises die Temperatur an z.B. dem Strahlungswandler auf eine Zieltemperatur eingestellt oder gehalten werden kann.The "coupling" of cooling circuits or of a cooling circuit with a cooling part in the sense of the disclosure is when two functionally different parts have a coupling point or connection point at which a heat exchange can take place. For example, according to the disclosure, a closed air cooling circuit is coupled with a liquid-based cooling circuit and thus the air cooling circuit, which can absorb heat from, for example, a radiation converter, Heat is transferred to the liquid-based cooling circuit and then transported to the environment directly or possibly via another coolant, whereby the temperature at the radiation converter, for example, can be set or maintained at a target temperature when a control circuit is used.

Ein „geschlossener“ Luftkühlkreislauf in Sinne der Offenbarung bedeutet, dass die Luft in diesem Kreislauf im Wesentlichen in diesem Kreislauf zirkuliert wird und keine Zuluft von außen zugeführt wird. In einer besonderen Ausführungsform ist dieser Kreislauf so abgedichtet, dass keinerlei Verschmutzungen wie z.B. Partikel des Baumaterials in diesen Kreislauf eindringen können und so keine Wartung dieses Kreislaufes nötig ist.A "closed" air cooling circuit in the sense of the disclosure means that the air in this circuit is essentially circulated in this circuit and no air is supplied from outside. In a particular embodiment, this circuit is sealed in such a way that no contaminants, such as particles of the building material, can penetrate into this circuit and thus no maintenance of this circuit is necessary.

Ein „Luftkühlkreislauf“ im Sinne der Offenbarung ist eine Luftzirkulation in einem Röhrensystem des Sinteraggregates, wobei die Luft oder das Gas z.B. mittels weiteren Mitteln wie Ventilatoren umgewälzt wird.An “air cooling circuit” within the meaning of the disclosure is an air circulation in a tube system of the sintering unit, wherein the air or gas is circulated, for example, by means of other means such as fans.

Ein „flüssigkeitsbasierten Kühlkreislauf“ im Sinne der Offenbarung ist ein geschlossener Kreislauf, dessen Kühlmittel eine Flüssigkeit ist, wie z.B. Wasser, Öl oder andere bekannte flüssige Kühlmittel.A “liquid-based cooling circuit” within the meaning of the disclosure is a closed circuit whose coolant is a liquid, such as water, oil or other known liquid coolants.

„Oberflächenvergrößerung“ im Sinne der Offenbarung ist jegliches Mittel, das eine Oberfläche für Kühlzwecke vergrößert wie z.B. Lamellen, Rippen etc. um die Kühlleistung zu erhöhen.“Surface enlargement” in the sense of the disclosure is any means that increases a surface for cooling purposes, such as fins, ribs, etc. to increase the cooling capacity.

„Kühlteil“ im Sinne der Offenbarung ist ein Wärmetauscher.“Cooling part” within the meaning of the disclosure is a heat exchanger.

Eine „Anordnung von Druckmodulen“ im Sinne der Offenbarung sind mehrere Druckköpfe, z.B. mindestens zwei oder 3 bis eine Vielzahl oder 4 bis 20 Druckköpfe, die gegliedert oder ungegliedert angeordnet und miteinander verbunden angeordnet sein können.An “arrangement of printing modules” within the meaning of the disclosure is a plurality of printing heads, e.g. at least two or 3 to a plurality or 4 to 20 printing heads, which can be arranged in an articulated or unarticulated manner and connected to one another.

Ein „Druckschwankungsausgleichmodul“ im Sinne der Offenbarung ist ein Mittel, das geeignet ist, Druckschwankungen auszugleichen und das direkt oder indirekt mit der Druckflüssigkeit in Verbindung steht oder mit dem Leitungssystem der Druckköpfe und/oder den Druckköpfen in Verbindung steht oder/und mit ihnen gekoppelt ist und einen Druckausgleich bewirken kann. Ein Druckschwankungsausgleichmodul kann als 3-Kammermodul ausgestaltet sein. Weitere Details sind in den Figuren beschrieben.A "pressure fluctuation compensation module" in the sense of the disclosure is a means that is suitable for compensating pressure fluctuations and that is directly or indirectly connected to the printing fluid or to the line system of the print heads and/or the print heads and/or is coupled to them and can bring about pressure compensation. A pressure fluctuation compensation module can be designed as a 3-chamber module. Further details are described in the figures.

Ein „Drucksensor“ im Sinne der Offenbarung ist ein Mittel, das Druckunterschiede oder eine Druckänderung registrieren kann und diese an eine weitere Einheit wie z.B. ein Steuersystem oder eine Regelstrecke weitergeben kann.A “pressure sensor” within the meaning of the disclosure is a means that can register pressure differences or a pressure change and can pass these on to another unit, such as a control system or a controlled system.

Ein „System zum Auftragen einer Druckflüssigkeit“ im Sinne der Offenbarung ist eine Anordnung von Mitteln, die zum Auftragen von Druckflüssigkeiten geeignet ist und Druckköpfe, Leitungssystem, Sensoren, Stellelemente etc. umfassen kann.A “system for applying a printing fluid” within the meaning of the disclosure is an arrangement of means suitable for applying printing fluids and may include print heads, line systems, sensors, actuators, etc.

Ein „Druckhomogenisierungselement“ im Sinne der Offenbarung dient zum Ausgleich von Druckunterschieden und zur Verbindung von Druckmodulen.A “pressure homogenization element” within the meaning of the disclosure serves to compensate for pressure differences and to connect pressure modules.

Ein „Druckfluidversorgungssystem“ im Sinne der Erfindung ist eine Vorrichtung, die Druckfluid für eine Anordnung von Druckmodulen zur Verfügung stellt. Ihr kann die Aufgabe zuteilwerden, für eine diese Versorgung auf einem zeitlich und/oder räumlich konstanten Niveau bzgl. Volumenstrom oder/und Temperatur während eines Druckvorgangs zu halten.A "pressure fluid supply system" in the sense of the invention is a device that provides pressure fluid for an arrangement of printing modules. It can be given the task of keeping this supply at a temporally and/or spatially constant level in terms of volume flow and/or temperature during a printing process.

Eine „Umlaufdruckfluidversorgung“ bezeichnet ein System zur Versorgung einer Anordnung von Druckmodulen mit Druckfluid, wobei dieses in einem Kreislauf befördert wird.A “circulating pressure fluid supply” means a system for supplying an arrangement of pressure modules with pressure fluid, whereby the fluid is conveyed in a circuit.

Ein „Druckfluid“ im Sinne der Erfindung ist eine Flüssigkeit, die zur Benetzung einer zu bedruckenden Oberfläche vorzugsweise mittels einer Anordnung von Druckmodulen dient.A “printing fluid” in the sense of the invention is a liquid which serves to wet a surface to be printed, preferably by means of an arrangement of printing modules.

Im Weiteren wird die Erfindung und ihre Offenbarung im Folgenden beschrieben.The invention and its disclosure are described below.

Die Erfindung betrifft in einem Aspekt ein System zum Auftragen einer Druckflüssigkeit umfassend eine Druckkopfeinheit (101) umfassend eine Anordnung von Druckmodulen (102) und ein Druckschwankungsausgleichmodul (106), dadurch gekennzeichnet, dass der Druckkopf und das Druckschwankungsausgleichmodul (106) gekoppelt sind.In one aspect, the invention relates to a system for applying a printing fluid comprising a print head unit (101) comprising an arrangement of printing modules (102) and a pressure fluctuation compensation module (106), characterized in that the print head and the pressure fluctuation compensation module (106) are coupled.

In einem bevorzugten System ist das Druckschwankungsausgleichmodul (106) ein 3-Kammermodul.In a preferred system, the pressure fluctuation compensation module (106) is a 3-chamber module.

Das System nach der Offenbarung kann an geeigneten Stellen im System Drucksensoren und Regelkreise aufweisen, wobei das System vorzugsweise mindesten zwei Drucksensoren aufweist.The system according to the disclosure may comprise pressure sensors and control loops at suitable locations in the system, wherein the system preferably comprises at least two pressure sensors.

Weiterhin kann das System nach der Offenbarung Pumpen, Steuerkreise, Regelkreise und Drucksensoren in gekoppelter Weise aufweisen, wobei in einer bevorzugten Ausführungsform in dem System die beiden Drucksensoren am Druckschwankungsausgleichmodul (106) mit zwei gesteuerten, vorzugsweise drehzahlgesteuerten Pumpen im Druckfluidversorgungsystem (301) verbunden sind.Furthermore, the system according to the disclosure can comprise pumps, control circuits, regulating circuits and pressure sensors in a coupled manner, wherein in a preferred embodiment in the system the two pressure sensors on the pressure fluctuation compensation module (106) are connected to two controlled, preferably speed-controlled pumps in the pressure fluid supply system (301).

Das System nach der Offenbarung kann in einer bevorzugten Ausführungsform eine Temperiereinheit aufweisen, die ein Kühl- und/oder ein Heizelement aufweist, und das mindestens zwei Temperatursensoren, vorzugsweise drei Temperatursensoren, aufweist.In a preferred embodiment, the system according to the disclosure may comprise a temperature control unit which comprises a cooling and/or a heating element and which comprises at least two temperature sensors, preferably three temperature sensors.

In einem bevorzugten System sind die beiden Drucksensoren am Druckschwankungsausgleichmodul (106) mit zwei drehzahlgeregelten Pumpen im Druckfluidversorgungsystem (301) verbunden.In a preferred system, the two pressure sensors on the pressure fluctuation compensation module (106) are connected to two speed-controlled pumps in the pressure fluid supply system (301).

In einem weiteren bevorzugten System sind die Anordnung von Druckmodulen (102) mittels Druckfluidanschlussleitungen (105) über Druckhomogenisierungselemente (103) und (104) mit einer Umlaufdruckfluidversorgung verbunden.In a further preferred system, the arrangement of pressure modules (102) are connected to a circulating pressure fluid supply by means of pressure fluid connection lines (105) via pressure homogenization elements (103) and (104).

In einem weiteren bevorzugten System wird das Druckfluid über alle Druckmodule (102) hinweg gleichmäßig verteilt, vorzugsweise wird die Druckdifferenzen, die zwischen den Druckmodulen (102) auftreten, einen Wert von ± 2 mBar, vorzugsweise 1 mBar, nicht übersteigen.In a further preferred system, the pressure fluid is evenly distributed across all pressure modules (102), preferably the pressure differences occurring between the pressure modules (102) will not exceed a value of ± 2 mBar, preferably 1 mBar.

Ein bevorzugtes System ist dadurch gekennzeichnet, dass die Druckfluidanschlussleitungen (105) zu den einzelnen Druckfluiddosiermitteln (102) im Wesentlichen identisch ausgeführt sind und/oder die Anschlusselemente an den Druckhomogenisierungselementen (103) und (104) im Wesentlichen identisch ausgeführt sind, vorzugsweise in Länge und Durchmesser.A preferred system is characterized in that the pressure fluid connection lines (105) to the individual pressure fluid metering means (102) are designed to be substantially identical and/or the connection elements on the pressure homogenization elements (103) and (104) are designed to be substantially identical, preferably in length and diameter.

Ein weiteres bevorzugtes System ist so ausgestaltet, dass das Verhältnis des Gesamtströmungswiderstandes der parallel geschalteten Druckmodule zum Strömungswiderstand des Druckhomogenisierungselements grösser als 50:1 ist.Another preferred system is designed such that the ratio of the total flow resistance of the parallel-connected pressure modules to the flow resistance of the pressure homogenization element is greater than 50:1.

In einem bevorzugten System werden das oder die Druckmodule mit einer Druckdifferenz des Volumenstroms von 50 - 150m Bar betrieben.In a preferred system, the pressure module(s) are operated with a pressure difference of the volume flow of 50 - 150m bar.

Ein weiteres bevorzugtes System ist so ausgestaltet, dass die Druckhomogenisierungselemente (103) und (104) eine Verbindung über ein Sperrventil (114) aufweisen.Another preferred system is designed such that the pressure homogenization elements (103) and (104) are connected via a shut-off valve (114).

In einem weiteren bevorzugten System ist an den Druckhomogenisierelementen (103) und (104) ein Druckschwankungsausgleichmodul (106) angebracht.In another preferred system, a pressure fluctuation compensation module (106) is attached to the pressure homogenizing elements (103) and (104).

In einem weiteren bevorzugten System nach der Offenbarung wird mittels Messinstrumenten (107) und (108) der im System anliegende Druck sowie die Temperatur des durchströmenden Druckfluids gemessen.In a further preferred system according to the disclosure, the pressure in the system and the temperature of the pressure fluid flowing through it are measured by means of measuring instruments (107) and (108).

Ein weiteres bevorzugtes System ist dadurch gekennzeichnet, dass die Druckkopfeinheit (101) über ein Druckkopfeinheitkühlmittel (115) verfügt, vorzugsweise wird der Volumenstrom des Kühlmittels mittels Messinstrumenten wie Temperatur- und Volumenstromsensoren (110) überwacht und mittels eines Stellventils (111) geregelt.Another preferred system is characterized in that the print head unit (101) has a print head unit coolant (115), preferably the volume flow of the coolant is monitored by means of measuring instruments such as temperature and volume flow sensors (110) and regulated by means of a control valve (111).

In einem weiteren Aspekt betrifft die Offenbarung ein Druckschwankungsausgleichmodul (106) durch welches ein Druckfluid auf dem Weg zur Druckkopfeinheit (101) geleitet wird, gekennzeichnet durch im Wesentlichen aneinander gekoppelte Kammern (203) und (204), welche durch bewegliche Membranen (206) und (207) voneinander getrennt sind, vorzugsweise aufweisend eine dritte Kammer (205).In a further aspect, the disclosure relates to a pressure fluctuation compensation module (106) through which a pressure fluid is guided on the way to the print head unit (101), characterized by substantially mutually coupled chambers (203) and (204), which are separated from one another by movable membranes (206) and (207), preferably comprising a third chamber (205).

Ein bevorzugtes Druckschwankungsausgleichmodul (106) nach der Offenbarung ist dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Kammer (205) mit einem von der Druckflüssigkeit abweichendem Medium (208) gefüllt ist, vorzugsweise ist dieses Medium ein Gas wie z.B. Luft, vorzugsweise ist die dritte Kammer (205) mit Über-oder Unterdruck beaufschlagt.A preferred pressure fluctuation compensation module (106) according to the disclosure is characterized in that the third chamber (205) is filled with a medium (208) other than the pressure fluid, preferably this medium is a gas such as air, preferably the third chamber (205) is subjected to overpressure or underpressure.

In einem bevorzugten Druckschwankungsausgleichmodul (106) nach der Offenbarung sind am Druckschwankungsausgleichmodul Sensoren (107) und (108) in den Druckfluid beinhaltenden Ausgleichskammern zur Messung von Druck und Temperatur angebracht.In a preferred pressure fluctuation compensation module (106) according to the disclosure, sensors (107) and (108) are attached to the pressure fluctuation compensation module in the compensation chambers containing pressure fluid for measuring pressure and temperature.

Ein weiteres bevorzugtes Druckschwankungsausgleichmodul (106) nach der Offenbarung ist dadurch gekennzeichnet, dass Kammern (203) und (204) jeweils eine gasgefüllte Zwischenkammer (205) aufweisen, die in Verbindung stehen mit einer dritten Kammer (210), die eine Ausgleichsmembran (211) aufweist und die Ausgleichsmembran (211) steht nicht in direktem Kontakt mit dem Druckfluid.Another preferred pressure fluctuation compensation module (106) according to the disclosure is characterized in that chambers (203) and (204) each have a gas-filled intermediate chamber (205) which is in communication with a third chamber (210) which has a compensation membrane (211) and the compensation membrane (211) is not in direct contact with the pressure fluid.

In einem weiteren Aspekt betrifft die Offenbarung eine Druckvorrichtung für ein Additives Herstellungsverfahren, das ein System wie oben beschrieben oder/und ein Druckschwankungsausgleichmodul wie oben beschrieben aufweist.In a further aspect, the disclosure relates to a printing device for an additive manufacturing process comprising a system as described above and/or a pressure fluctuation compensation module as described above.

In einem weiteren Aspekt betrifft die Offenbarung ein Verfahren zum Herstellen von 3D-Formteilen, in dem alle bekannten Schritte eines additiven Druckverfahrens durchgeführt werden und in dem ein System wie oben beschrieben oder/und ein Druckschwankungsausgleichmodul wie oben beschrieben verwendet wird.In a further aspect, the disclosure relates to a method for producing 3D molded parts in which all known steps of an additive printing process are carried out and in which a system as described above and/or a pressure fluctuation compensation module as described above is used.

Es konnte vorteilhafterweise erreicht werden, dass mittels des Einsatzes eines Druckschwankungsausgleichmoduls eine gleichmäßige Abgabe von Druckflüssigkeit erzielt werden konnte und dies auch bei hohen Verfahrgeschwindigkeiten. Somit kann gewährleistet werden, dass eine Druckvorrichtung mit hoher Prozessgeschwindigkeit betrieben werden kann und gleichzeitig die Druckflüssigkeit an jedem Druckmodul in gewünschter Weise in vorbestimmtem Volumen verfügbar ist und im Wesentlich in der gewünschten Menge abgegeben werden kann, um so die Qualität im hergestellten Formteil zu gewährleisten.It was advantageously possible to achieve a uniform release of pressure fluid by using a pressure fluctuation compensation module, even at high travel speeds. This ensures that a printing device can be operated at high process speeds and at the same time the pressure fluid is available at each printing module in the desired manner in a predetermined volume and can essentially be released in the desired amount in order to guarantee the quality of the molded part produced.

Weitere Beschreibung der Offenbarung und weitere Beispiele:

  • In 1 ist ein bevorzugtes System mit Druckkopfeinheit nach der Offenbarung dargestellt. 1 zeigt eine Druckkopfeinheit 101, die im Wesentlichen dadurch gekennzeichnet ist, dass eine Anordnung von Druckmodulen 102 mittels Druckfluidanschlussleitungen 105 über Druckhomogenisierungselemente 103 und 104 mit einer Umlaufdruckfluidversorgung verbunden sind. Die Druckhomogenisierungselemente haben die Aufgabe, entlang einer oder mehrerer dimensionalen Ausdehnungen befindlicher Druckmodule 102, diese mit einem Druckfluid zu versorgen, wobei durch ihre Anordnung und Ausführung dafür gesorgt wird, dass das Druckfluid über alle Druckmodule hinweg gleichmäßig verteilt wird, indem die Strömungswiderstände der einzelnen Druckmodule mit ihren jeweiligen Anschlusselementen möglichst gleich und groß gegenüber dem Strömungswiderstand der Druckhomogenisierungselemente gehalten werden.
Further description of the revelation and further examples:
  • In 1 a preferred system with print head unit according to the disclosure is shown. 1 shows a print head unit 101, which is essentially characterized in that an arrangement of pressure modules 102 are connected to a circulating pressure fluid supply by means of pressure fluid connection lines 105 via pressure homogenization elements 103 and 104. The pressure homogenization elements have the task of supplying pressure modules 102 located along one or more dimensional extensions with a pressure fluid, whereby their arrangement and design ensure that the pressure fluid is evenly distributed across all pressure modules by keeping the flow resistances of the individual pressure modules with their respective connection elements as equal and large as possible compared to the flow resistance of the pressure homogenization elements.

Unterschiede im Volumenstrom dürfen auf keinen Fall dazu führen, dass Druckdifferenzen zwischen den Druckmodulen auftreten, die einen Wert von ± 1 mBar übersteigen, da es hierdurch zu Variationen in den Massen der abgegebenen Tropfen kommen würde und damit zu Schwankungen in der Absorption der zu belichtenden Fläche. Somit würde eine unterschiedliche Menge an Energie auf die zu sinternde Fläche eingebracht werden, was Variationen innerhalb des zu erstellenden Formkörpers zur Folge hätte.Differences in the volume flow must under no circumstances lead to pressure differences between the pressure modules that exceed a value of ± 1 mBar, as this would lead to variations in the masses of the drops emitted and thus to fluctuations in the absorption of the surface to be exposed. This would result in a different amount of energy being introduced onto the surface to be sintered, which would result in variations within the molded body to be created.

Um dies zu bewerkstelligen, ist das Druckhomogenisierungselement derart ausgeführt, dass der fluiddurchströmte Querschnitt in jedem Fall groß im Verhältnis zu der Druckfluidanschlussleitung 105 zu den Druckmodulen ausgeführt ist.In order to achieve this, the pressure homogenization element is designed such that the cross-section through which the fluid flows is in any case large in relation to the pressure fluid connection line 105 to the pressure modules.

Die Längen der verschiedenen Druckfluidanschlussleitungen 105 zu den einzelnen Druckfluiddosiermitteln 102 sollten weiterhin möglichst identisch sein, ebenso wie die Anschlusselemente an die Druckhomogenisierelemente 103 und 104.The lengths of the various pressure fluid connection lines 105 to the individual pressure fluid dosing means 102 should continue to be as identical as possible, as should the connection elements to the pressure homogenization elements 103 and 104.

Diese Zusammenhänge werden aus den folgenden Gleichungen ersichtlich: Druckverluste entsteht nach dem Gesetz von Hagen-Poiseuille aufgrund von Reibungsverlusten zwischen der strömenden Flüssigkeit und der Rohrinnenwand (Wolfgang Kümmel, Technische Strömungsmechanik, 2007, S. 98) p 1 p 2 = Δ p v = 8 η l V ˙ π r 4

Figure DE102022134640A1_0001
These relationships are evident from the following equations: According to the Hagen-Poiseuille law, pressure losses arise due to friction losses between the flowing liquid and the inner wall of the pipe (Wolfgang Kümmel, Technical Fluid Mechanics, 2007, p. 98) p 1 p 2 = Δ p v = 8th η l V ˙ π r 4
Figure DE102022134640A1_0001

Mit dem Volumenstrom durch das Rohr V, dem Innenradius des Rohres r, Länge des Rohres I, dynamische Viskosität η und den Drücken p.With the volume flow through the pipe V, the inner radius of the pipe r, length of the pipe I, dynamic viscosity η and the pressures p.

Als Rohrwiderstand RRohr wird die Druckdifferenz Δpv geteilt durch den Volumenstrom V: R R o h r = Δ p v V ˙ = 8 η l π r 4 i n [ k g s m 4 ]

Figure DE102022134640A1_0002
The pipe resistance R pipe is the pressure difference Δp v divided by the volume flow V: R R O H r = Δ p v V ˙ = 8th η l π r 4 i n [ k G s m 4 ]
Figure DE102022134640A1_0002

Der Rohrwiderstand bzw. die sich daraus ergebenden Druckdifferenzen sind somit mit der vierten Potenz abhängig vom Rohrinnendurchmesser. Somit kann mittels geeigneter Wahl der Rohrdurchmesser eine vorteilhafte Druckverteilung in der Vorrichtung erzielt werden.The pipe resistance and the resulting pressure differences are therefore dependent on the pipe's inner diameter to the fourth power. Thus, by choosing the right pipe diameter, an advantageous pressure distribution in the device can be achieved.

Der Widerstand am Beispiel eines handelsüblichen Druckmoduls bei Verwendung eines Druckfluids mit einer typischen Viskosität von ca. 12 mPas beträgt in etwa: R D r u c k k o p f = Δ p D r u c k k o p f V ˙ = 10   k P a 150 m l m i n = 4,0 10 9 k g s m 4

Figure DE102022134640A1_0003
The resistance using the example of a commercially available pressure module when using a pressure fluid with a typical viscosity of approx. 12 mPas is approximately: R D r u c k k O p e = Δ p D r u c k k O p e V ˙ = 10 k P a 150 m l m i n = 4.0 10 9 k G s m 4
Figure DE102022134640A1_0003

Mithilfe der Elektro-Hydraulischen Analogie ( Horst-W. Grollius, Grundlagen der Hydraulik, 2012, S. 39-40 ) lässt sich eine Simulation des Fluidsystems mithilfe von elektrischen Ersatzschaltungen generieren. Dabei entspricht die Spannung der Druckdifferenz Δp und der Strom dem Volumenstrom Q=V. Mithilfe dieser Analogie kann so eine Beziehung zwischen elektrischem und hydraulischem Widerstand R in einer Rohrleitung mit Radius r und Länge I definiert werden.Using the electro-hydraulic analogy ( Horst-W. Grollius, Fundamentals of Hydraulics, 2012, p. 39-40 ), a simulation of the fluid system can be generated using electrical equivalent circuits. The voltage corresponds to the pressure difference Δp and the current to the volume flow Q=V. Using this analogy, a relationship between electrical and hydraulic resistance R in a pipe with radius r and length I can be defined.

Das Verhältnis des Gesamtströmungswiderstands der parallel geschalteten Druckmodule zum Strömungswiderstande des Druckhomogenisierungselements muss besser als (größer als) 50:1 sein.The ratio of the total flow resistance of the parallel-connected pressure modules to the flow resistance of the pressure homogenization element must be better than (greater than) 50:1.

Druckmodule nach dem Stand der Technik werden mit einem Volumenstrom betrieben, der einer Druckdifferenz von 50 bis 150 mBar entspricht.State-of-the-art pressure modules are operated with a volume flow that corresponds to a pressure difference of 50 to 150 mBar.

In einer beispielhaften Ausführung mit 5 Druckmodulen an einem Rohr über Länge von ca. 1 Meter ergibt sich laut Simulation damit ein minimaler Rohrdurchmesser von > 10 mm, wenn die Druckdifferenz über alle Druckmodule hinweg < 1 mBar betragen soll.In an exemplary design with 5 pressure modules on a pipe with a length of approx. 1 meter, the simulation shows that this results in a minimum pipe diameter of > 10 mm if the pressure difference across all pressure modules is to be < 1 mBar.

Die Druckhomogenisierungselemente können eine Verbindung über ein Sperrventil 114 aufweisen. Hiermit kann die Inbetriebnahme der Druckkopfeinheit, sowie der Wechsel einzelner Druckmodule erleichtert werden, indem bei Öffnung des Ventils der Differenzdruck anliegend an den Druckmodulen verringert wird. Somit kann das Druckfluid, welches sich in den Druckfluidleitungen und den Druckhomogenisierungselementen befindet, einfacher durch ein anderes Fluid ersetzt werden, wobei dieses auch ein Gas oder Umgebungsluft sein kann.The pressure homogenization elements can be connected via a shut-off valve 114. This can make it easier to start up the print head unit and change individual pressure modules by reducing the differential pressure on the pressure modules when the valve is opened. This makes it easier to replace the pressure fluid in the pressure fluid lines and the pressure homogenization elements with another fluid, which can also be a gas or ambient air.

Die Druckkopfeinheit ist weiterhin gekennzeichnet dadurch, dass an den Druckhomogenisierelementen ein Druckschwankungsausgleichmodul 106 angebracht ist, durch das das Druckfluid sowohl im Vor- 112 als auch im Rücklauf 113 geleitet wird. Weiterhin wird mittels an der Druckfluidhauptversorgung der Druckkopfeinheit angebrachter Messinstrumente 107 und 108 der anliegende Druck sowie die Temperatur des durchströmenden Druckfluids gemessen.The print head unit is further characterized in that a pressure fluctuation compensation module 106 is attached to the pressure homogenization elements, through which the pressure fluid is guided in both the forward flow 112 and the return flow 113. Furthermore, the applied pressure and the temperature of the pressure fluid flowing through are measured by means of measuring instruments 107 and 108 attached to the main pressure fluid supply of the print head unit.

Die Druckkopfeinheit kann über ein Druckkopfeinheitkühlmittel 115 verfügen, welches für eine thermische Abschirmung der Druckkopfeinheit gegen die Umgebung sorgen kann. Hierdurch wird außerdem eine gleichmäßige Temperaturverteilung über die dimensionale Ausdehnung der Druckkopfeinheit hinweg sichergestellt. Bei dem Kühlmittel kann ein kühlfluiddurchströmtes Netz oder Röhren eingesetzt werden. Der Volumenstrom des Kühlmittels kann dann hierzu mittels Messinstrumenten wie Temperatur- und Volumenstromsensoren 110 überwacht und mittels eines Stellventils 111 geregelt werden.The print head unit can have a print head unit coolant 115, which can provide thermal shielding of the print head unit from the environment. This also ensures a uniform temperature distribution across the dimensional extent of the print head unit. The coolant can be a network or tubes through which the cooling fluid flows. The volume flow of the coolant can then be monitored using measuring instruments such as temperature and volume flow sensors 110 and regulated using a control valve 111.

In 2a ist ein beispielhaftes Druckschwankungsausgleichmodul dargestellt. Das Druckschwankungsausgleichmodul 106 durch welches das Druckfluid auf dem Weg zur Druckkopfeinheit 101 geleitet wird, besteht im Wesentlichen aus aneinander gekoppelten Kammern 203 und 204, welche durch bewegliche Membranen 206 und 207 voneinander getrennt sind. Gegebenenfalls kann eine dritte Kammer 205, welche mit einem anderen Medium gefüllt ist, zwischen die zwei Kammern, welche mit Druckfluid gefüllt sind, eingefügt werden. Bei diesem abweichenden Medium 208 kann es sich auch um ein Gas wie z.B. Luft handeln. Die Zwischenkammer kann mit einem Über- oder Unterdruck beaufschlagt sein, welcher mittels des Einlassventils 209 gesteuert werden kann. Somit kann die auf die Membranen wirkende rückstellende Kraft gezielt gesteuert werden. Die Dämpfungskonstante des Druckschwankungsausgleichmoduls ist somit auf die Erfordernisse einstellbar und kann abhängig von Viskosität und Kompressibilität des Druckfluids, sowie der Anzahl der Druckmodule und der Anordnung der Aggregate in der Vorrichtung angepasst werden.In 2a an example of a pressure fluctuation compensation module is shown. The pressure fluctuation compensation module 106 through which the pressure fluid is guided on the way to the print head unit 101 essentially consists of chambers 203 and 204 coupled to one another, which are separated from one another by movable membranes 206 and 207. If necessary, a third chamber 205, which is filled with a different medium, can be inserted between the two chambers filled with pressure fluid. This different medium 208 can also be a gas such as air. The intermediate chamber can be subjected to an overpressure or underpressure, which can be controlled by means of the inlet valve 209. In this way, the restoring force acting on the membranes can be controlled in a targeted manner. The damping constant of the pressure fluctuation compensation module can thus be adjusted to the requirements and can be adapted depending on the viscosity and compressibility of the pressure fluid, as well as the number of pressure modules and the arrangement of the units in the device.

Das Modul hat die Aufgabe, Druckschwankungen im Druckfluidversorgungssystem zu minimieren, welche durch Pumpenpulsationen, Versorgungsleitungsvibrationen oder Druckfluiddosierung durch die Druckmodule auftreten können. Vor allem aber sind sie durch die Kopplung in der Lage, Druckschwankungen aufgrund von Beschleunigungen, hervorgerufen durch translatorische Bewegungen des Drucksystems, ausgleichen zu können. Um dies im besten Maße zu gewährleisten, befindet sich das Druckausgleichsmodul mitfahrend neben dem Druckkopf, was u.a. einen neuen Aspekt darstellt. Findet eine Beschleunigung in Leitungsrichtung statt, führt die Massenträgheit des in den Leitungen und der Druckkopfeinheit befindlichen Druckfluids zu Druckschwankungen innerhalb der Druckfluidversorgung und damit in den daran angebundenen Druckmodulen. Dies hätte ein unkontrolliertes Austreten von Druckfluid aus den Druckmodulen zur Folge. Da diese aber Druckfluid gesteuert abgeben sollen, wären damit Qualitätseinbußen verbunden.The module's job is to minimize pressure fluctuations in the pressure fluid supply system, which can occur due to pump pulsations, supply line vibrations or pressure fluid dosing by the pressure modules. Above all, the coupling enables them to compensate for pressure fluctuations due to accelerations caused by translational movements of the printing system. To ensure this to the best extent possible, the pressure compensation module is located next to the print head, which represents a new aspect. If acceleration occurs in the direction of the line, the inertia of the pressure fluid in the lines and the print head unit leads to pressure fluctuations within the pressure fluid supply and thus in the pressure modules connected to it. This would result in uncontrolled leakage of pressure fluid from the pressure modules. However, since these are intended to release pressure fluid in a controlled manner, this would result in a loss of quality.

Nur eine Minimierung der auftretenden Kräfte z.B. durch eine stark abgeflachte Beschleunigungskurve könnten dieses ungehinderte Austreten vermeiden. Damit wäre jedoch eine unerwünschte starke Geschwindigkeitsreduktion in der translatorischen Bewegung des Drucksystems und eine nicht unerhebliche Vergrößerung der nötigen Verfahrwege verbunden. Auch eine die Druckleistung der Vorrichtung reduzierende Verringerung der Anzahl der Druckmodule und damit einhergehend eine Reduktion des Druckfluidvolumens in der Vorrichtung würde zur Minimierung der Schwankungen beitragen.Only minimizing the forces that occur, e.g. by means of a very flat acceleration curve, could prevent this unhindered leakage. However, this would involve an undesirable, strong reduction in speed in the translational movement of the printing system and a not inconsiderable increase in the necessary travel distances. Reducing the number of printing modules, which reduces the printing performance of the device, and thus reducing the volume of printing fluid in the device would also help to minimize the fluctuations.

Vorzugweise sind am Druckschwankungsausgleichmodul Sensoren 107 und 108 in den Druckfluid beinhaltenden Ausgleichskammern zur Messung von Druck und Temperatur angebracht, mit denen die Druckfluidversorgung geregelt werden kann.Preferably, sensors 107 and 108 are mounted on the pressure fluctuation compensation module in the compensation chambers containing the pressure fluid for measuring pressure and temperature, with which the pressure fluid supply can be regulated.

In 2b ist eine alternative, vorteilhafte Ausführung eines Druckschwankungsausgleichmoduls 106 beschrieben. Hierbei ist im Wesentlichen die gasgefüllte Zwischenkammer 205 aus 2a abgeändert dahingehend, dass sie auf die beiden Kammern 203 und 204 aufgeteilt ist, die hierzu teilweise mit Gas gefüllt werden. Der Gasanteil kann durch die Ventile 209 variiert werden. Die beiden Kammern sind mittels einer dritten Kammer 210 fluidisch verbunden. In der dritten Kammer befindet sich eine Ausgleichsmembran 211. Die Membranen 206 und 207 werden so durch eine Membran 211 ersetzt, die nicht die Flüssigkeiten vom Gas, sondern die beiden Gasvolumina über den Flüssigkeiten voneinander trennt. Es wird somit nur noch eine Membran benötigt und die Vorrichtung lässt sich kostengünstiger herstellen und ist weniger fehleranfällig.In 2 B An alternative, advantageous embodiment of a pressure fluctuation compensation module 106 is described. In this case, the gas-filled intermediate chamber 205 2a modified in that it is divided into the two chambers 203 and 204, which are partially filled with gas for this purpose. The gas content can be varied using the valves 209. The two chambers are fluidically connected by means of a third chamber 210. In the third chamber there is a compensating membrane 211. The membranes 206 and 207 are thus replaced by a membrane 211, which does not separate the liquids from the gas, but rather the two gas volumes above the liquids. Only one membrane is therefore required and the device can be manufactured more cost-effectively and is less prone to errors.

Weiterhin befindet sich die neue Ausgleichsmembran 211 nicht mehr in direktem Kontakt mit dem Druckfluid. Dadurch ist es nicht mehr erforderlich, gegen das Druckfluid chemisch beständiges Membranmaterial zu verwenden, was die Materialauswahl deutlich vergrößert. Eine vorteilhafte Anpassung an das Schwingungsverhalten, sowie eine kostengünstigere Ausführung sind somit möglich.Furthermore, the new compensation membrane 211 is no longer in direct contact with the pressure fluid. This means that it is no longer necessary to use membrane material that is chemically resistant to the pressure fluid, which significantly increases the choice of materials. This enables advantageous adaptation to the vibration behavior and a more cost-effective design.

Ein weiterer Vorteil ist die Möglichkeit, aufgrund der externen Ausführung von Kammer 210 den Zugang zur Membran 211 einfacher zu gestalten. Aufgrund des nichtvorhandenen Fluidkontakts kann diese ohne Schutzausrüstung und mit wesentlich weniger Zeitaufwand gewechselt werden. Da es sich bei der Membran im Allgemeinen um ein Verschleißteil handelt, werden somit ebenso die Wartungskosten deutlich gesenkt.Another advantage is the possibility of making access to the membrane 211 easier due to the external design of chamber 210. Due to the lack of fluid contact, it can be changed without protective equipment and in a much shorter time. Since the membrane is generally a wearing part, this also significantly reduces maintenance costs.

3 zeigt eine beispielhafte Fluidversorgung der Druckkopfeinheit 101 mit den beinhalteten Druckmodulen 102. Die Druckkopfeinheit ist beispielhaft in eine Richtung beweglich auf einer Linearachse montiert. Die Versorgungsleitungen können wie dargestellt mittels einer Versorgungskette 303 geführt werden. Die Lageänderung muss nicht in einer Dimension beschränkt sein. 3 shows an example of a fluid supply for the print head unit 101 with the included print modules 102. The print head unit is mounted on a linear axis so that it can move in one direction. The supply lines can be guided by means of a supply chain 303 as shown. The change in position does not have to be limited to one dimension.

Die Druckfluidversorgung wird durch die Vorrichtung 301 bereitgestellt. Sie besteht aus zwei drehzahlgesteuerten Pumpen für jede Versorgungsrichtung, einer Fluidheizung, sowie einem Filter. Ein Reservoir mit Füllstandanzeige beinhaltet den Vorrat an Druckfluid, aus dem mittels der Förderpumpe eine Menge entnommen werden kann. Die Messwerte der Sensoren 107 und 108 in Zu- und Rücklaufkammern des Druckschwankungsausgleichmoduls 106 werden dazu verwendet, um mittels Drehzahlsteuerung der Pumpen über einen Regelkreises zeitlich konstante Druckzustände an den Druckmodulen 102 zu erzeugen.The pressure fluid supply is provided by the device 301. It consists of two speed-controlled pumps for each supply direction, a fluid heater and a filter. A reservoir with a level indicator contains the supply of pressure fluid, from which a quantity can be withdrawn by means of the feed pump. The measured values of the sensors 107 and 108 in the inlet and return chambers of the pressure fluctuation compensation module 106 are used to generate constant pressure states at the pressure modules 102 by controlling the speed of the pumps via a control loop.

Die Temperatur des Druckfluids wird mittels einer Fluidheizung durch die Messwerte der Temperatursensoren ebenfalls auf einen konstanten Wert geregelt. Die Temperiervorrichtung 302, welche zur Temperierung der Druckkopfeinheit verwendet wird, ist hier beispielhaft mittels einer Förderpumpe und eines Rückkühlers ausgeführt.The temperature of the printing fluid is also regulated to a constant value by means of a fluid heater based on the measured values of the temperature sensors. The temperature control device 302, which is used to control the temperature of the print head unit, is designed here by way of example using a feed pump and a recooler.

Durch eine hochfrequente Regelung der Aggregate ist sichergestellt, dass der Druck des Druckfluids an den Druckmodulen während des Betriebs zeitlich konstant sind, auch wenn diese einer beschleunigten Bewegung ausgesetzt sind. Um die hochfrequente Regelung zu ermöglichen, sollten die Messinstrumente für den Druck in Druckfluidvorlauf und -rücklauf 107 und 108 eine hohe Abtastrate besitzen. V.a. für die Messwertaufnahmen der Drücke sollten Messwertfrequenzen > 50 Werten pro Sekunde verwendet werden. Außerdem sollte die Messgenauigkeit groß genug gewählt werden. Eine Messtoleranz < ± 1 mBar erscheint in der Praxis sinnvoll.High-frequency control of the units ensures that the pressure of the pressure fluid at the pressure modules remains constant over time during operation, even when they are subjected to accelerated movement. To enable high-frequency control, the measuring instruments for the pressure in the pressure fluid supply and return lines 107 and 108 should have a high sampling rate. Measurement frequencies > 50 values per second should be used, especially for recording the pressure measurements. In addition, the measurement accuracy should be selected to be high enough. A measurement tolerance of < ± 1 mBar appears to be sensible in practice.

Experimente haben gezeigt, dass sich herkömmliche Tintenumlaufsystem, auch mit höherem Aufwand, u.a. aufgrund einer zu trägen Regelung, nicht mit Beschleunigungen des an einer Linearachse montierten Tintendosiersystems von > 0,5 m/s2 betreiben lassen. Eine Begrenzung der Beschleunigung auf kleinere Werte bedeutet aber, dass für die Achsbewegungen Beschleunigungsrampen vorgesehen werden müssen. Außerdem wird während der Bewegung eine längere Einschwingzeit für die Druckregelung benötigt, bis mit der zuverlässigen Dosierung des Fluids begonnen werden kann.Experiments have shown that conventional ink circulation systems cannot be operated with accelerations of > 0.5 m/s 2 of the ink dosing system mounted on a linear axis, even with greater effort, due in part to a control system that is too slow. Limiting the acceleration to smaller values means that acceleration ramps must be provided for the axis movements. In addition, a longer settling time is required for the pressure control during the movement until reliable dosing of the fluid can begin.

In herkömmlichen Systemen nach dem Stand der Technik ist es somit nötig, den stabilen Arbeitsbereich der Vorrichtung zu verkleinern oder längere Achssysteme einzusetzen, was die Maße der Vorrichtung entgegen betriebswirtschaftlichen Aspekten erhöht, da die Produktionskapazität der Vorrichtung pro Fläche deutlich kleiner ausfällt. Der Druckprozess ist außerdem verlangsamt, da durch die Linearachsen ein längerer Weg pro produzierter Schicht zurückIn conventional systems based on the state of the art, it is therefore necessary to reduce the stable working area of the device or to use longer axis systems, which increases the dimensions of the device against economic aspects, since the production capacity of the device per area is significantly smaller. The printing process is also slowed down, since the linear axes mean a longer path back per layer produced.

gelegt werden muss. Bei thermischen Prozessen ist außerdem der Energieverbrauch erhöht, da im Verhältnis zum Produktionsvolumen ein größeres Prozessvolumen für eine längere Zeit beheizt werden muss. Dies schlägt sich deutlich in den Kosten pro produzierter Volumeneinheit nieder.In thermal processes, energy consumption is also higher because a larger process volume has to be heated for a longer period of time in relation to the production volume. This is clearly reflected in the costs per unit of volume produced.

Für die Messung der Temperatur sollte außerdem sichergestellt werden, dass die Temperatursensoren thermisch hauptsächlich mit dem Druckfluid in Kontakt stehen und nicht mit der Vorrichtung selbst. Hierzu ist es vorteilhaft diese mittels eines schlecht wärmeleitfähigen Materials vom Träger zu isolieren. Eine genauere Messung der Temperatur ermöglicht auch hier eine verbesserte Regelung der Heiz- bzw. Kühlsysteme.When measuring the temperature, it should also be ensured that the temperature sensors are mainly in thermal contact with the pressure fluid and not with the device itself. To do this, it is advantageous to insulate them from the carrier using a material that is a poor thermal conductor. A more precise measurement of the temperature also enables improved control of the heating or cooling systems.

Vorzugsweise sind die Temperatursensoren im Druckschwankungsausgleichmodul oder in der Druckkopfeinheit selbst angebracht, was eine Verkürzung der Regelstrecke bedeutet und somit zu einer höheren Genauigkeit der Temperatur des Druckfluids beim Dosieren zuträglich ist. Die Temperatursensoren können auch in die Drucksensoren integriert sein. Außerdem kann als Regeltemperatur auch die Temperatur der Düsenplatte eines Druckmoduls verwendet werden, was z.B. bei Seiko RCA-1536M in Kombination mit der Dosiersteuerung AEWA APMB3 möglich ist.Preferably, the temperature sensors are installed in the pressure fluctuation compensation module or in the print head unit itself, which means a shortening of the control path and thus contributes to a higher accuracy of the temperature of the pressure fluid during dosing. The temperature sensors can also be integrated into the pressure sensors. In addition, the temperature of the nozzle plate of a print module can also be used as the control temperature, which is possible, for example, with the Seiko RCA-1536M in combination with the AEWA APMB3 dosing control.

In einem Aspekt kann auch eine Regelung vorgesehen sein. In einem Ausführungsbeispiel sind die beiden Drucksensoren am Druckschwankungsausgleichmodul mit zwei drehzahlgesteuerten Pumpen im Druckfluidversorgungsystem 301 verbunden. Über zwei PID-Regler wird die Drehzahl beider Pumpen geregelt, wobei als Eingangssignal die beiden Sensorwerte Psupply, der Druck an der Versorgungsleitung und Preturn, der Druck an der Rücklaufleitung dienen: P meniscus = | P supply P return |

Figure DE102022134640A1_0004
P differential = | P supply | + | P return |
Figure DE102022134640A1_0005
In one aspect, a control system can also be provided. In one embodiment, the two pressure sensors on the pressure fluctuation compensation module are connected to two speed-controlled pumps in the pressure fluid supply system 301. The speed of both pumps is controlled via two PID controllers, with the two sensor values P supply , the pressure on the supply line, and P return , the pressure on the return line, serving as the input signal: P meniscus = | P supply P return |
Figure DE102022134640A1_0004
P differential = | P supply | + | P return |
Figure DE102022134640A1_0005

Pmeniscus bezeichnet dabei den anliegenden Unterdruck am Fluiddosiermittel und Pdifferential den Differenzdruck innerhalb des Fluidversorgungssystems, welchem die Umlaufgeschwindigkeit des Druckfluids folgt. Diese beiden Parameter stellen auch die Regelgröße dar.P meniscus refers to the negative pressure applied to the fluid dosing medium and P differential refers to the differential pressure within the fluid supply system, which is followed by the circulation speed of the pressure fluid. These two parameters also represent the controlled variable.

Der Drehzahlregelung der Förderpumpe liegt somit der Eingangswert Pdifferential zugrunde, wobei die Regelung der Rückförderpumpe Pmeniscus als Eingabewert benutzt. Beide Regelungen arbeiten parallel.The speed control of the feed pump is therefore based on the input value P differential , whereas the control of the return pump uses P meniscus as the input value. Both controls work in parallel.

Ähnlich verhält es sich bei den Temperiervorrichtungen: Die meisten Druckfluide besitzen einen optimalen Arbeitspunkt, der in der Regel über der Umgebungstemperatur liegt, z.B. zwischen 20-50°C, bevorzugt bei 35°C. Zu dieser Temperatur entspricht die Viskosität des Druckfluids dann den Herstellervorgaben der Druckfluiddosiermittel. Hierzu wird das Heizelement in 301 verwendet. Als Eingabewert der Regelung fungiert der Sensorwert des Temperatursensors Tsupply im Zulauf des Druckschwankungsausgleichmoduls.The situation is similar with the temperature control devices: Most pressure fluids have an optimal operating point, which is usually above the ambient temperature, e.g. between 20-50°C, preferably 35°C. At this temperature, the viscosity of the pressure fluid then corresponds to the manufacturer's specifications for the pressure fluid dosing medium. The heating element in 301 is used for this purpose. The sensor value of the temperature sensor T supply in the inlet of the pressure fluctuation compensation module acts as the input value for the control.

Im Rücklauf des Fluidsystems befindet sich ein zweiter Temperatursensor Treturn mit dessen Hilfe die Temperatur des von der Druckkopfeinheit zurückfließenden Druckfluids ermittelt werden kann.In the return line of the fluid system there is a second temperature sensor T return which can be used to determine the temperature of the printing fluid flowing back from the print head unit.

Ein dritter Temperatursensor 110 Tcooling befindet sich im Kühlmittelkreislauf und dient der Regelung der Kühlleistung des Druckkopfeinheit-Kühlsystems auf einen voreingestellten Wert, der vorzugsweise dem der Druckfluidtemperierung entspricht.A third temperature sensor 110 T cooling is located in the coolant circuit and is used to regulate the cooling capacity of the print head unit cooling system to a preset value, which preferably corresponds to that of the printing fluid temperature control.

Über den Kontakt zwischen Druckkopfeinheitkühlmittel und Druckfluiddosiermittel ist der Kühlkreislauf mit dem Druckfluidkreislauf thermisch gekoppelt, was bei der Regelung von sowohl Heizelement in 301, als auch Kühlelement 302 berücksichtigt werden muss. Bevorzugt ist dabei das Kühlmittel abgeschaltet, solange das Heizelement das Druckfluid vorheizt. Ein weiterer Sensor Qcooling, vorzugsweise integriert in 110 im Kühlmittelkreislauf, kann dazu verwendet werden, den Volumenstrom des Kühlmittels mittels eines weiteren Regelkreises zu begrenzen, wenn gilt, dass Treturn < Tsupply. Solange die Rücklauftemperatur des Druckfluids kleiner als die Zulauftemperatur ist, kann somit die Kühlleistung reduziert werden. Damit kann verhindert werden, dass Heiz- und Kühlelemente gegeneinander arbeiten bzw. sich im ungünstigsten Fall aufschwingen.The cooling circuit is thermally coupled to the pressure fluid circuit via the contact between the print head unit coolant and the pressure fluid dosing medium, which must be taken into account when controlling both the heating element in 301 and the cooling element 302. The coolant is preferably switched off as long as the heating element preheats the pressure fluid. A further sensor Q cooling , preferably integrated in 110 in the coolant circuit, can be used to limit the volume flow of the coolant by means of a further control circuit if T return < T supply . As long as the return temperature of the pressure fluid is lower than the inlet temperature, the cooling capacity can be reduced. This can prevent heating and cooling elements from working against each other or, in the worst case, oscillating.

In 4 ist ein weiterer bevorzugter Aspekt der Offenbarung beschrieben, in dem ein Reinigungsfluid zum Einsatz kommen kann, um verschiedene Abschnitte oder Bauteile der Vorrichtung zu reinigen; diese Reinigung kann zumindest teilweise während des Betriebes durchgeführt werden.In 4 describes a further preferred aspect of the disclosure in which a cleaning fluid may be used to clean various portions or components of the device; this cleaning may be carried out at least partially during operation.

In 4 sind mit Bezugsziffern jeweils 402 und 403 als Ventil Dreiwegekugelhahn manuell oder fremdbetätigt (Schwenkantrieb) ausgeführt. Es können Drei/Zweiwegeventile oder gekoppelte Zwei/Zweiwegeventile zum Einsatz kommen, die elektromagnetisch, pneumatisch oder fremdbetätigt geschaltet werden können. Sofern diese handverschaltet sind, werden diese über Verschlusskuppler betätigt. Eine Schaltung ist angebracht zwischen Druckschwankungsausgleichsvorrichtung und Druckausgleichsvorrichtung, wobei dies jeweils im Hin- und Rücklauf möglich ist.In 4 are designed with reference numbers 402 and 403 as a three-way ball valve, manually or externally operated (rotary actuator). Three/two-way valves or coupled two/two-way valves can be used, which can be switched electromagnetically, pneumatically or externally operated. If these are manually switched, they are operated via locking couplers. A circuit is installed between the pressure fluctuation compensation device and the pressure compensation device, whereby this is possible in the forward and return flow.

Eine erste Funktionsweise mit vereinfachtem Ablauf kann wie folgt ausgeführt sein:

  • Beide Ventile 402, 403 werden annähernd zeitgleich geschaltet und koppeln so das Umlauffluidsystem ab. Dadurch wird ein Spülsystem 401 mit den Druckmodulen verbunden. Es wird ein positiver Druck mittels Pumpe 406 an Zulauf (50 - 500 mBar = Maximum Strömungswiderstand im Druckmodul) angelegt. Daraufhin kann ein Reinigungsfluid aus den Druckdüsen der Druckfluidfluiddosiermittel 102 strömen und reinigt diese. Der Hauptanteil an Reinigungsfluid fließt zurück über einen Rücklauf in das Reinigungsfluidabfallbehältnis 405. Dann werden beide Ventile 402, 403 wieder zurück geschaltet auf das Umlauffluidsystem. Die Druckfluidfluiddosiermittel 102 und die Druckhomogenisierungsmittel 103 und 104 sind nun gereinigt.
A first functionality with a simplified process can be implemented as follows:
  • Both valves 402, 403 are switched almost simultaneously and thus decouple the circulating fluid system. This connects a flushing system 401 to the pressure modules. A positive pressure is applied to the inlet using pump 406 (50 - 500 mBar = maximum flow resistance in the pressure module). A cleaning fluid can then flow out of the pressure nozzles of the pressure fluid dosing means 102 and cleans them. The majority of cleaning fluid flows back via a return line into the cleaning fluid waste container 405. Then both valves 402, 403 are switched back to the circulating fluid system. The pressure fluid dosing means 102 and the pressure homogenization means 103 and 104 are now cleaned.

In einer zweiten Funktionsweise kann eine Reinigung der Düsen der Druckfluidfluiddosiermittel 102 erfolgen wie folgt:

  • Die Regelung der Pumpendrehzahlen von Druckfluidförder- und -rücklaufpumpen wird ausgesetzt, Zulaufventil 402 auf Reinigungsfluid gestellt und Rücklaufventil 403 auf Tintenumlaufsysstem belassen. Nun wird mittels der Reinigungsfluidförderpumpe 406 das Reinigungsfluid durch die Druckhomogenisiermittel und Druckfluiddosiermittel gepumpt, wobei aufgrund der ausgeschalteten Rückförderpumpe im System ein Überdruck entsteht, der 150 mBar in handelsüblichen Druckfluiddosiermitteln nicht übersteigen darf. Somit wird Reinigungsfluid mitsamt Verunreinigungen durch die Düsen der Druckfluiddosiermittel gedrückt und diese somit von Schmutz befreit. Anschließend wird Rücklaufventil 403 auf den Reinigungsfluidkreis geschaltet und überschüssiges Reinigungsfluid in das dafür vorgesehene Reinigungsfluidabfallbehältnis 405 befördert. Zum Schluss kann das Druckfluidfördersystem samt Regelung wieder aktiv geschaltet werden. Die Düsen der Druckfluiddosiermittel 102 sind nun gereinigt.
In a second mode of operation, the nozzles of the pressure fluid dosing means 102 can be cleaned as follows:
  • The regulation of the pump speeds of the pressure fluid feed and return pumps is suspended, the inlet valve 402 is set to cleaning fluid and the return valve 403 is left on the ink circulation system. The cleaning fluid feed pump 406 is now used to pump the cleaning fluid through the pressure homogenization means and pressure fluid dosing means, whereby an overpressure is created in the system due to the return pump being switched off, which must not exceed 150 mbar in commercially available pressure fluid dosing means. In this way, cleaning fluid, including impurities, is pressed through the nozzles of the pressure fluid dosing means, thus freeing them of dirt. The return valve 403 is then switched to the cleaning fluid circuit and excess cleaning fluid is conveyed to the cleaning fluid waste container 405 provided for this purpose. Finally, the pressure fluid feed system and control can be activated again. The nozzles of the pressure fluid dosing means 102 are now cleaned.

In einer dritten Funktionsweise kann eine Reinigung der Druckhomogenisierelemente 103, 104 und von Druckfluidfluiddosiermittel 102 wie folgt erfolgen:

  • Während des geregelten Betriebs wird Zulaufventil 402 vom Druckfluidzulauf auf den Reinigungsfluidzulauf geschaltet. Das Ventil im Rücklauf 403 verbleibt zunächst in der Ausgangsstellung und mit dem Druckfluidkreislauf verbunden. Reinigungsfluidpumpe 406 wird nun aktiv. Sie fängt an, das Reinigungsfluid durch das Druckhomogenisierelement 103 zu pumpen, durch welches das Reinigungsfluid auch die Druckfluiddosiermittel 102 erreicht und diese durchströmt und reinigt. Mittels der nach wie vor aktiven Regelung an der Fluidrückförderpumpe im Rücklauf wird das Reinigungsfluid durch das Druckhomogenisierelement 104 aus den Druckfluiddosiermitteln 102 in den Rücklauf des Fluidsystems befördert. Hier wird nun zeitversetzt auch Rücklaufventil 403 aktiv, wodurch das Reinigungsfluid aus dem System entweichen kann und in das Reinigungsfluidabfallbehältnis 405 gelangt. Gleichzeitig schaltet Ventil 402 wieder zurück auf den Druckfluidkreislauf. Somit wird den Druckhomogenisierelementen 103 und 104, sowie dem Druckfluiddosiermittel 102 wieder Druckfluid zugeführt. Sobald nach einiger Zeit das Druckfluid alle angeschlossenen Elemente vollständig durchströmt hat, wird auch Rücklaufventil 403 wieder auf das Druckfluidsystem zurückgeschaltet, sodass sich das System wieder im Ausgangszustand befindet. Während der gesamten Zeit des Ablaufs bleiben alle Regelungen aktiv, sodass sich im System nur minimale Druckschwankungen ergeben und somit sichergestellt ist, dass kein Fluid aus den Druckfluiddosiermitteln 102 ungewollt austritt.
In a third mode of operation, cleaning of the pressure homogenizing elements 103, 104 and of the pressure fluid dosing means 102 can be carried out as follows:
  • During controlled operation, inlet valve 402 is switched from the pressure fluid inlet to the cleaning fluid inlet. The valve in the return line 403 initially remains in the starting position and is connected to the pressure fluid circuit. Cleaning fluid pump 406 is now activated. It begins to pump the cleaning fluid through the pressure homogenization element 103, through which the cleaning fluid also reaches the pressure fluid dosing means 102 and flows through and cleans them. By means of the still active control on the fluid return pump in the return line, the cleaning fluid is conveyed through the pressure homogenization element 104 from the pressure fluid dosing means 102 into the return line of the fluid system. Here, return valve 403 is also activated with a time delay, allowing the cleaning fluid to escape from the system and into the cleaning fluid waste container 405. At the same time, valve 402 switches back to the pressure fluid circuit. Pressure fluid is thus again supplied to the pressure homogenization elements 103 and 104, as well as to the pressure fluid metering device 102. As soon as the pressure fluid has completely flowed through all connected elements after some time, the return valve 403 is also switched back to the pressure fluid system so that the system is back in its original state. During the entire process, all controls remain active so that only minimal pressure fluctuations occur in the system and it is thus ensured that no fluid escapes from the pressure fluid metering devices 102 unintentionally.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

101101
Druckkopf-Einheit temperiert mittels KühlmediumPrint head unit tempered by cooling medium
102102
Druckmodul/DruckfluiddosiermittelPressure module/pressure fluid dosing agent
103103
Druckhomogenisierelement ZulaufPressure homogenizing element inlet
104104
Druckhomogenisierelement RücklaufPressure homogenizing element return
105105
DruckmodulfluidversorgungPressure module fluid supply
106106
DruckschwankungsausgleichmodulPressure fluctuation compensation module
107107
Messinstrumente Temperatur und Druck DruckfluidvorlaufMeasuring instruments temperature and pressure pressure fluid supply
108108
Messinstrumente Temperatur und Druck DruckfluidrücklaufMeasuring instruments temperature and pressure pressure fluid return
109109
KühlmittelzufuhrCoolant supply
110110
Messinstrumente Temperatur und Volumenstrom KühlmittelrücklaufMeasuring instruments temperature and volume flow coolant return
111111
Volumenstromregelung KühlmittelzufuhrVolume flow control coolant supply
112112
DruckfluidvorlaufPressure fluid supply
113113
DruckfluidrücklaufPressure fluid return
114114
Verbindung mit AbsperrventilConnection with shut-off valve
115115
DruckkopfeinheitkühlmittelPrinthead unit coolant
201201
Druckfluidleitung zur DruckkopfeinheitPressure fluid line to the print head unit
202202
Druckfluidleitung von der DruckkopfeinheitPressure fluid line from the print head unit
203203
Druckfluidkammer ZulaufPressure fluid chamber inlet
204204
Druckfluidkammer RücklaufPressure fluid chamber return
205205
Kammer AusgleichsfluidChamber compensating fluid
206206
Erste MembranFirst membrane
207207
Zweite MembranSecond membrane
208208
ZwischenkammerIntermediate chamber
209209
Einlassventil zur ZwischenkammerInlet valve to the intermediate chamber
210210
GasfluidkammerGas fluid chamber
211211
AusgleichsmembranCompensating membrane
301301
Druckfluidversorgungssystem mit Heizeinrichtung [KOMMENTAR: Heizeinrichtung noch in die Beschreibung]Pressure fluid supply system with heating device [COMMENT: Heating device still in the description]
302302
Druckkopfeinheit-KühlsystemPrinthead unit cooling system
303303
VersorgungsketteSupply chain
401401
Zufuhr- und Rücklaufleitungen für SpülfluidSupply and return lines for flushing fluid
402402
Ventil im Vorlauf zur Umschaltung zwischen Spülfluid und DruckfluidValve in the supply line for switching between flushing fluid and pressure fluid
403403
Ventil im Rücklauf zur Umschaltung zwischen Spülfluid und DruckfluidValve in the return line for switching between flushing fluid and pressure fluid
404404
ReinigungsfluidbehältnisCleaning fluid container
405405
ReinigungsfluidabfallbehältnisCleaning fluid waste container
406406
ReinigungsfluidpumpeCleaning fluid pump

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • EP 0431924 B1 [0002]EP 0431924 B1 [0002]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

  • Horst-W. Grollius, Grundlagen der Hydraulik, 2012, S. 39-40 [0099]Horst-W. Grollius, Fundamentals of Hydraulics, 2012, pp. 39-40 [0099]

Claims (10)

System zum Auftragen einer Druckflüssigkeit umfassend eine Druckkopfeinheit (101) umfassend eine Anordnung von Druckmodulen (102) und ein Druckschwankungsausgleichmodul (106), dadurch gekennzeichnet, dass der Druckkopf und das Druckschwankungsausgleichmodul (106) gekoppelt sind.System for applying a printing fluid comprising a print head unit (101) comprising an arrangement of printing modules (102) and a pressure fluctuation compensation module (106), characterized in that the print head and the pressure fluctuation compensation module (106) are coupled. System nach Anspruch 1, wobei das Druckschwankungsausgleichmodul (106) ein 3-Kammermodul ist, vorzugsweise wobei das System mindesten zwei Drucksensoren aufweist, oder/und wobei die beiden Drucksensoren am Druckschwankungsausgleichmodul (106) mit zwei drehzahlgesteuerten Pumpen im Druckfluidversorgungsystem (301) verbunden sind, oder/und wobei das System eine Temperiereinheit aufweist, die ein Kühl- und/oder ein Heizelement aufweist, und das mindestens zwei Temperatursensoren, vorzugsweise drei Temperatursensoren, aufweist, oder/und wobei die beiden Drucksensoren am Druckschwankungsausgleichmodul (106) mit zwei drehzahlgeregelten Pumpen im Druckfluidversorgungsystem (301) verbunden sind, oder/und wobei die Anordnung von Druckmodulen (102) mittels Druckfluidanschlussleitungen (105) über Druckhomogenisierungselemente (103) und (104) mit einer Umlaufdruckfluidversorgung verbunden sind, vorzugsweise wobei das Druckfluid über alle Druckmodule (102) hinweg gleichmäßig verteilt wird, vorzugsweise die Druckdifferenzen, die zwischen den Druckmodulen (102) auftreten, einen Wert von ± 2 mBar, vorzugsweise 1 mBar, nicht übersteigen, oder/und wobei die Druckfluidanschlussleitungen (105) zu den einzelnen Druckfluiddosiermitteln (102) im Wesentlichen identisch ausgeführt sind und/oder die Anschlusselemente an den Druckhomogenisierungselementen (103) und (104) im Wesentlichen identisch ausgeführt sind, vorzugsweise in Länge und Durchmesser.System according to Claim 1 , wherein the pressure fluctuation compensation module (106) is a 3-chamber module, preferably wherein the system has at least two pressure sensors, or/and wherein the two pressure sensors on the pressure fluctuation compensation module (106) are connected to two speed-controlled pumps in the pressure fluid supply system (301), or/and wherein the system has a temperature control unit which has a cooling and/or a heating element and which has at least two temperature sensors, preferably three temperature sensors, or/and wherein the two pressure sensors on the pressure fluctuation compensation module (106) are connected to two speed-controlled pumps in the pressure fluid supply system (301), or/and wherein the arrangement of pressure modules (102) is connected to a circulating pressure fluid supply by means of pressure fluid connection lines (105) via pressure homogenization elements (103) and (104), preferably wherein the pressure fluid is evenly distributed across all pressure modules (102), preferably the Pressure differences that occur between the pressure modules (102) do not exceed a value of ± 2 mBar, preferably 1 mBar, and/or wherein the pressure fluid connection lines (105) to the individual pressure fluid metering means (102) are designed to be substantially identical and/or the connection elements on the pressure homogenization elements (103) and (104) are designed to be substantially identical, preferably in length and diameter. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verhältnis des Gesamtströmungswiderstandes der parallel geschalteten Druckmodule zum Strömungswiderstand des Druckhomogenisierungselements grösser als 50:1 ist.System according to one of the preceding claims, wherein the ratio of the total flow resistance of the parallel-connected pressure modules to the flow resistance of the pressure homogenization element is greater than 50:1. System nach einem der Ansprüche 1-3, wobei das oder die Druckmodule mit einer Druckdifferenz des Volumenstroms von 50 - 150m Bar betrieben werden, vorzugsweise wobei die Druckhomogenisierungselemente (103) und (104) eine Verbindung über ein Sperrventil (114) aufweisen, oder/und wobei an den Druckhomogenisierungselementen (103) und (104) ein Druckschwankungsausgleichmodul (106) angebracht ist.System according to one of the Claims 1 - 3 , wherein the pressure module or modules are operated with a pressure difference of the volume flow of 50 - 150m bar, preferably wherein the pressure homogenization elements (103) and (104) have a connection via a shut-off valve (114), and/or wherein a pressure fluctuation compensation module (106) is attached to the pressure homogenization elements (103) and (104). System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mittels Messinstrumenten (107) und (108) der im System anliegende Druck sowie die Temperatur des durchströmenden Druckfluids gemessen wird.System according to one of the preceding claims, wherein the pressure in the system and the temperature of the pressure fluid flowing through are measured by means of measuring instruments (107) and (108). System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Druckkopfeinheit (101) über ein Druckkopfeinheitkühlmittel (115) verfügt, vorzugsweise wird der Volumenstrom des Kühlmittels mittels Messinstrumenten wie Temperatur- und Volumenstromsensoren (110) überwacht und mittels eines Stellventils (111) gesteuert.System according to one of the preceding claims, wherein the print head unit (101) has a print head unit coolant (115), preferably the volume flow of the coolant is monitored by means of measuring instruments such as temperature and volume flow sensors (110) and controlled by means of a control valve (111). Druckschwankungsausgleichmodul (106) durch welches ein Druckfluid auf dem Weg zur Druckkopfeinheit (101) geleitet wird, gekennzeichnet durch im Wesentlichen aneinander gekoppelte Kammern (203) und (204), welche durch bewegliche Membranen (206) und (207) voneinander getrennt sind, vorzugsweise aufweisend eine dritte Kammer (205).Pressure fluctuation compensation module (106) through which a pressure fluid is passed on the way to the print head unit (101), characterized by substantially mutually coupled chambers (203) and (204) which are separated from one another by movable membranes (206) and (207), preferably comprising a third chamber (205). Druckschwankungsausgleichmodul (106) nach Anspruch 7, wobei die dritte Kammer (205) mit einem von der Druckflüssigkeit abweichendem Medium (208) gefüllt ist, vorzugsweise ist dieses Medium ein Gas wie z.B. Luft, vorzugsweise ist die dritte Kammer (205) mit Über- oder Unterdruck beaufschlagt, vorzugsweise wobei am Druckschwankungsausgleichmodul Sensoren (107) und (108) in den Druckfluid beinhaltenden Ausgleichskammern zur Messung von Druck und Temperatur angebracht sind, oder/und wobei Kammern (203) und (204) jeweils eine gasgefüllte Zwischenkammer (205) aufweisen, die in Verbindung stehen mit einer dritten Kammer (210), die eine Ausgleichsmembran (211) aufweist und die Ausgleichsmembran (211) steht nicht in direktem Kontakt mit dem Druckfluid.Pressure fluctuation compensation module (106) according to Claim 7 , wherein the third chamber (205) is filled with a medium (208) other than the pressure fluid, preferably this medium is a gas such as air, preferably the third chamber (205) is subjected to overpressure or underpressure, preferably wherein sensors (107) and (108) are attached to the pressure fluctuation compensation module in the compensation chambers containing the pressure fluid for measuring pressure and temperature, and/or wherein chambers (203) and (204) each have a gas-filled intermediate chamber (205) which are connected to a third chamber (210) which has a compensation membrane (211) and the compensation membrane (211) is not in direct contact with the pressure fluid. Druckvorrichtung für ein Additives Herstellungsverfahren, das ein System nach einem der Ansprüche 1-6 oder/und ein Druckschwankungsausgleichmodul nach einem der Ansprüche 7-8 aufweist.Printing device for an additive manufacturing process comprising a system according to one of the Claims 1 - 6 and/or a pressure fluctuation compensation module according to one of the Claims 7 - 8th having. Verfahren zum Herstellen von 3D-Formteilen, in dem alle bekannten Schritte eines additiven Druckverfahrens durchgeführt werden und in dem ein System nach einem der Ansprüche 1-6 oder / und ein Druckschwankungsausgleichmodul nach einem der Ansprüche 7-8 verwendet wird.Method for producing 3D molded parts, in which all known steps of an additive printing process are carried out and in which a system according to one of the Claims 1 - 6 and/or a pressure fluctuation compensation module according to one of the Claims 7 - 8th is used.
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