DE202014001005U1

DE202014001005U1 - Extruder für Zucker zum Einsatz in 3D-Druckern

Info

Publication number: DE202014001005U1
Application number: DE202014001005.6U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2014-02-04
Filing date: 2014-02-04
Publication date: 2014-03-17
Anticipated expiration: 2024-02-05

Abstract

Ein Extruder für Zucker zum Einsatz in 3D-Druckern ist dadurch gekennzeichnet, dass sich in einem Rohr (-2) eine Förderschnecke (-4) die durch einen Gleichstrommotor (-2) angetrieben wird befindet, die Zucker der durch eine Öffnung (-1) einfließt in Richtung einer beheizten Düse (-1) fördert, wodurch der Zucker flüssig wird und aus der Düse gedrückt schichtweise auf einem Untergrund (-9) aufgebracht werden kann.

Description

Die Erfindung betrifft einen Extruder für Zucker (Saccharide) zum Einsatz in 3D Druckern nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.
In der heutigen Zeit erlebt der 3D-Druck immer mehr Aufschwung. Es kommen in kurzen Abständen neue Maschinen auf den Markt die mittlerweile auch für Privatpersonen leistbar sind. Dabei ist es auf einfache Weise möglich unterschiedliche Objekte in verschiedenen Formen herzustellen. Viele Formen wären auch durch andere bekannte Herstellungsverfahren aufgrund ihrer Komplexität nicht anzufertigen. Von Objekten in der Form eines einfachen Würfels bis hin zu eine komplexen Statuen ist alles möglich.
Die Meisten, besonders für den privaten Bereich erwerbbaren, 3D-Drucker arbeiten nach dem Prinzip der schichtweisen Auftragung von Kunststoff. Dabei wird Kunstsoff – meist in Drahtform – in einer Düse verflüssigt und auf einem Druckbett und anschließend auf die zuvor gedruckte Schicht aufgetragen. Mit Hilfe eines CNC-Maschinen ähnlichen Aufbau von drei motorisch gesteuerten Achsen kann der Druckkopf in allen nötigen Achsen (X, Y und Z) bewegt und somit der Punkt an welchen Material gelangen soll, beeinflusst werden. Der Grundaufbau dazu entspricht meist dem eines kartesischen Roboters. Je nach Ausführungsform des Druckers existiert auch eine vierte Achse die den Vorschub des Druckmaterials steuert.
Als Material wird in den meisten 3D-Druckern Kunststoff verwendet. Dabei werden meist Polylactide (PLA), Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS) oder ähnliche Kunststoffe eingesetzt. Je nach Aufgabenstellung können diese auch wasserlöslich oder gummiähnlich flexibel sein. Es gibt auch Versuche Metalle einfacher verarbeiten zu können damit diese im privaten Bereich 3D gedruckt werden können. Auch sind sin paar Extrusionsverfahren zum Druck von Schokolade bereits vorhanden, jedoch lässt sich das Material aufgrund der Viskosität und langen Festigungszeit sehr schlecht schichtweise auftragen.
Die Erfindung soll es möglich machen Zucker zu schmelzen und mit einer Düse mittels eines 3D-Druckers in Schichten aufzutragen. Damit soll es möglich sein, beliebige essbare Formen herzustellen.
Die Erfindung wird durch die Merkmale des Hauptanspruchs gelöst. Die Unteransprüche geben vorteilhafte Ausführungsformen wieder.
Durch ein Rohr in dem sich eine Förderschnecke befindet die durch einen Gleichstrommotor angetrieben wird, kann Zucker aus einem Vorratsbehälter durch das Rohr befördert werden. Am Ende befindet sich ein Heizelement mit einem Temperaturfühler der eine durch ein Gewinde befestige Düse und das Förderrohr auf eine bestimmte Temperatur erhitzt und überwacht. Dadurch kann der Zucker verflüssigt und durch die Düse gefördert werden wodurch dieser dann mit Hilfe eines 3-Achsen Systems in bestimmter Form auf eine Grundplatte aufgetragen werden kann.
Durch Regelung der Leistung des Heizelements und Rückmessung der aktuellen Temperatur kann diese genau auf einen gewünschten Punkt gebracht werden wodurch unterschiedliche Färbungen des Zuckers am entstandenen Objekt möglich sind. So hat zum Beispiel ab 135°C der geschmolzene Zucker nach dem Verfestigen an der Druckplattform eine weiß-transparente Färbung. Durch Erhöhung der Temperatur auf rund 150°C wird der Zucker karamellisiert und erhält eine typische Braunfärbung welche mit weiterer Erhöhung der Temperatur noch zu einer dunkleren Färbung gebracht werden. Durch eine PID-Regelung der Temperatur kann diese sehr genau eingestellt und gehalten werden.
Die Rotationsgeschwindigkeit der Förderschnecke ist durch eine 2-Quadranten-Steuerung des Antriebsmotors variabel, womit unterschiedliche Vorschubs- und somit Extrusionsgeschwindigkeiten möglich sind. Die Geschwindigkeit ist ebenso Abhängig von der Zuckersorte und Konsistenz da diese den Schmelzpunkt beeinflussen. Dadurch, dass das Förderrohr mit der Düse miterwärmt wird, beginnt der Schmelzprozess des Zuckers nicht erst an der Düse sondern bereits im Rohr. Dadurch wird ein gleichmäßigerer Austritt aus der Düse erreicht. Durch Umkehrung der Schneckendrehrichtung wird der Vorschub gestoppt und so die Extrusion unterbrochen. Zum besseren Verhindern des Tropfens von Zuckerflüssigkeit kann ein optionaler Arm montiert werden, der bei Extrusionsunterbrechung den Düsenaustritt abdeckt. Durch Geschwindigkeitsänderung des Schneckenmotors wird auch die Austrittsgeschwindigkeit des flüssigen Zuckers an der Düse bestimmt. Durch unterschiedliche Flussgeschwindigkeiten sind auch verschiedene Druckgeschwindigkeiten möglich.
Um unterschiedliche Auflösungen zu erreichen ist die Düse durch ein Gewinde einfach austauschbar und kann mit anderen Düsen unterschiedlicher Düsenbohrung ausgetauscht werden. Dadurch wird auch der Reinigungsvorgang des Extruders vereinfacht.
Durch den Einsatz an 3D-Druckern ist eine externe Elektronik nicht notwendig da die Regelung der Temperatur und die Steuerung des Motors durch die Druckerelektronik übernommen werden.
Weitere Merkmale ergeben sich aus nachfolgender Beschreibung der Zeichnungen.
zeigt den Aufbau des Extruders mit dem Vorratsbehälter (1), dem Förderrohr (2) sowie der Antrieb (3) und der Düse (4).
zeigt einen detaillierten Querschnitt des Zuckerextruders. In den Vorratsbehälter (1) wird Zucker eingefüllt welcher bis zur Förderschnecke (4) fließt. Die Förderschnecke wird durch den Motor (2) welcher am Ende des Rohrs durch ein Montageteil (3) befestigt ist angetrieben. Durch die Förderschnecke wird der Zucker durch das Förderrohr (5) in Richtung Heizzone (7) gefördert, dort geschmolzen und anschließend aus der Düse (8) gedrückt. Auf der Druck-Unterlage (9) verfestigt sich der Zucker bzw. das Karamell wieder, wodurch ein Schichtweiser Aufbau möglich ist. Durch die Befestigung (6) wird der Extruder am 3D-Drucker montiert.
zeigt die Detaildarstellung der Motorbefestigung. Dieser besteht aus einem quadratischen Flansch (1) in den durch eine Bohrung, entsprechend des Förderrohrdurchmessers, das Förderrohr (5) eingesteckt wird. Durch Gewindestifte (3) ist dieser Flansch fest mit dem Rohr verbunden und kann zu Wartungszwecken leicht abgenommen werden. An diesem Flansch sind auch Abstandsbolzen (2) angebracht, an die der Antriebsmotor (4) festgeschraubt ist. Die Verbindung zwischen Förderschnecke und Motorachse ist durch eine Kupplung welche aus temperaturfestem Kunststoff besteht realisiert. Dadurch wird auch die Wärme von der Förderschnecke nicht auf den Motor übertragen. Ebenso gleicht diese Art der Koppelung den möglichen Versatz von der Motorwelle zur Förderschnecke aus und sorgt dafür dass die Lager geringer belastet werden.
zeigt den Aufbau des Endes des Förderrohrs und der Düse. Am Ende ist eine Manschette (1) aufgesteckt die aus einem gut wärmeleitenden Material besteht. Die Befestigung dieser Manschette ist, wie beim Motorflansch, durch Gewindestifte (8) realisiert. Eine geringe Menge Wärmeleitpaste zwischen Manschette und Förderrohr gleicht Unebenheiten beider aus und sorgt für eine bessere Wärmeleitung. In einer Bohrung (2) ist ein Temperatursensor befestigt der zur Messung der aktuellen Temperatur dient. Um die Manschette ist Heizdraht (4) gewickelt der die Erwärmung dieser und des Förderrohrs verursacht. Um die Anschlussdrähte (3 und 5) von Sensor und Heizung zu schonen wäre es denkbar diese durch einen Silikonschlauch oder ein Textilgeflecht zu führen was sowohl die mechanische als auch die thermische Belastung reduziert. Der Querschnitt der Manschette ist an ihrem Ende reduziert und mit einem Gewinde (6) versehen. Auf dieses Gewinde ist die Extrusionsdüse (7) aufgeschraubt. Der Querschnitt der gewählten Düse bestimmt die Auflösung und Qualität des Drucks. Der Querschnitt der Düsenbohrung bestimmt die Druckqualität und Druckgeschwindigkeit.
Eine denkbare Erweiterung wäre das Anbringen kleiner Rohre die direkt in der Druckdüse enden womit man Lebensmittelfarbe vor dem Druck in den Zucker mischen kann. So wäre mehrfarbiger Druck von Zuckerfiguren möglich.

Claims

Ein Extruder für Zucker zum Einsatz in 3D-Druckern ist dadurch gekennzeichnet, dass sich in einem Rohr ( -2) eine Förderschnecke ( -4) die durch einen Gleichstrommotor ( -2) angetrieben wird befindet, die Zucker der durch eine Öffnung ( -1) einfließt in Richtung einer beheizten Düse ( -1) fördert, wodurch der Zucker flüssig wird und aus der Düse gedrückt schichtweise auf einem Untergrund ( -9) aufgebracht werden kann.
Extruder für Zucker ist dadurch gekennzeichnet, dass er für den Einsatz im Lebensmittel Bereich geeignet ist und die davon produzierten Erzeugnisse essbar sind.
Extruder für Zucker ist dadurch gekennzeichnet, dass dieser durch seine eklektischen Anschlüsse und mechanischen Aufnahmen in bestehende 3D-Drucker Systemen integriert werden kann.
Extruder für Zucker ist dadurch gekennzeichnet, dass durch einen trichterförmigen Einfüllstutzen ( -1) Zucker gefüllt werden kann der am Förderrohr endet.
Extruder für Zucker ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Förderschnecke ( -4) durch eine biegsame und gering wärmeleitende Kopplung mit einem Gleichstrommotor ( -2) gekoppelt ist.
Extruder für Zucker nach Anspruch [5] ist dadurch gekennzeichnet, dass der Motor mittels einer Manschette ( -3), die durch eine Schraubverbindung am Förderrohr befestigt ist, verbunden ist.
Extruder für Zucker ist dadurch gekennzeichnet, dass am Ende des Förderrohres eine beheizte Düse ( -3) montiert ist.
Extruder für Zucker ist nach Anspruch [7] dadurch gekennzeichnet, dass die Düse eine elektrische Heizung ( -4) besitzt, deren Temperatur über einen Temperaturfühler ( -2) zurückgemessen wird und mittels Schraubverbindung am Förderrohr befestigt ist.
Extruder für Zucker ist nach Anspruch [8] dadurch gekennzeichnet, dass die Düse ( -7) zur Reinigung abnehmbar ist und zur Variation der Ausflussmenge durch unterschiedliche Düsendurchmesser ersetzt werden kann.