DE202021106166U1

DE202021106166U1 - Discharge nozzle

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Publication number: DE202021106166U1
Application number: DE202021106166.9U
Authority: DE
Original assignee: Arburg GmbH and Co KG
Current assignee: Arburg GmbH and Co KG
Priority date: 2021-11-11
Filing date: 2021-11-11
Publication date: 2021-11-22
Anticipated expiration: 2031-11-12

Abstract

Austragsdüse (10) für eine Austragseinheit einer Vorrichtung zur Herstellung eines dreidimensionalen Gegenstandes aus schmelzeförmigem verfestigbarem Material in einem Bauraum, das aus dieser austragbar ist, umfassend:- hartmetallisches Material,- eine im Wesentlichen zylinderförmige Durchbrechung (20), die sich entlang einer Längsachse (30) der Austragsdüse (10) bis zu einer Austragsöffnung (40) erstreckt,- eine im Wesentlichen zylinderförmige Einlassöffnung (50) für das austragbare, schmelzeförmige verfestigbare Material, mit einer Längsachse (60), die sich quer zur Längsachse (30) der Austragsdüse (10) von einem äußeren Umfang (70) der Austragsdüse (10) bis zur zylinderförmigen Durchbrechung (20) erstreckt, wobei die zylinderförmige Einlassöffnung (50) mit der zylinderförmigen Durchbrechung (20) verbunden ist,dadurch gekennzeichnet,dass die zylinderförmige Durchbrechung (20) entlang der Längsachse (30) zumindest in dem Teil ihres Umfangs konisch, sich in Richtung der Austragsöffnung (40) verjüngend, ausgebildet ist, der in Verbindung mit der zylinderförmigen Einlassöffnung (50) steht,dass die zylinderförmige Einlassöffnung (50) und die zylinderförmige Durchbrechung (20) an ihrer Verbindungstelle einen abgerundeten Übergangsbereich aufweisen unddass die zylinderförmige Einlassöffnung (50) sowie die damit verbundene zylinderförmige Durchbrechung (20) einen volumenreduzierten Schmelzekanal (80) mit einer Oberfläche aus einem erodierten Hartmetall bilden.Discharge nozzle (10) for a discharge unit of a device for producing a three-dimensional object from melt-like solidifiable material in a construction space which can be discharged from this, comprising:- hard-metal material,- an essentially cylindrical opening (20) which extends along a longitudinal axis ( 30) of the discharge nozzle (10) to a discharge opening (40), - a substantially cylindrical inlet opening (50) for the dischargeable, melt-like, solidifiable material, with a longitudinal axis (60) extending transversely to the longitudinal axis (30) of the discharge nozzle (10) extends from an outer circumference (70) of the discharge nozzle (10) to the cylindrical opening (20), the cylindrical inlet opening (50) being connected to the cylindrical opening (20), characterized in that the cylindrical opening (20 ) along the longitudinal axis (30) conical at least in part of its circumference, towards the discharge opening (40) tapering, which is connected to the cylindrical inlet opening (50), that the cylindrical inlet opening (50) and the cylindrical opening (20) have a rounded transition area at their connection point and that the cylindrical inlet opening (50) and the associated cylindrical opening (20) form a volume-reduced melt channel (80) with a surface made of an eroded hard metal.

Description

Gebiet der ErfindungField of invention

Die Erfindung betrifft eine Austragsdüse für eine Austragseinheit einer Vorrichtung zur Herstellung eines dreidimensionalen Gegenstandes aus schmelzeförmigem verfestigbarem Material in einem Bauraum, das aus dieser austragbar ist, umfassend hartmetallisches Material, eine im Wesentlichen zylinderförmige Durchbrechung, die sich entlang einer Längsachse der Austragsdüse bis zu einer Austragsöffnung erstreckt, eine im Wesentlichen zylinderförmige Einlassöffnung für das austragbare, schmelzeförmige verfestigbare Material, mit einer Längsachse, die sich quer zur Längsachse der Austragsdüse von einem äußeren Umfang der Austragsdüse bis zur zylinderförmigen Durchbrechung erstreckt, wobei die zylinderförmige Einlassöffnung mit der zylinderförmigen Durchbrechung verbunden ist, entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a discharge nozzle for a discharge unit of a device for producing a three-dimensional object from melt-like solidifiable material in an installation space that can be discharged from this, comprising hard metal material, an essentially cylindrical opening that extends along a longitudinal axis of the discharge nozzle up to a discharge opening extends, a substantially cylindrical inlet opening for the dispensable, melt-shaped solidifiable material, with a longitudinal axis which extends transversely to the longitudinal axis of the discharge nozzle from an outer circumference of the discharge nozzle to the cylindrical opening, wherein the cylindrical inlet opening is connected to the cylindrical opening, accordingly the preamble of claim 1.

Stand der TechnikState of the art

Aus der EP 2 266 782 A1 ist eine solche Austragsdüse bekannt, mittels derer Materialien, die unter Einwirkung erhöhter Temperatur entweder im Ausgangszustand bereits als Fluid vorliegen oder verflüssigt werden können, durch Austragen von Tropfen auf einem Objektträger hergestellt werden, wobei entweder die Austragseinheit und / oder der Objektträger bewegbar ist und dadurch den sequentiellen und additiven Auftrag von fluidem Material auf dem Objektträger erlaubt. Das Material kühlt anschließend nach dessen Auftrag auf dem Objektträger ab und verfestigt sich dadurch und bildet auf diese Weise schichtweise den dreidimensionalen Gegenstand.From the EP 2 266 782 A1 such a discharge nozzle is known, by means of which materials that are either already in the initial state as a fluid or can be liquefied under the action of increased temperature, are produced by discharging droplets on a slide, whereby either the discharge unit and / or the slide is movable and thereby allows the sequential and additive application of fluid material to the slide. The material then cools down after it has been applied to the specimen slide and thereby solidifies and in this way forms the three-dimensional object in layers.

Der bekannte Stand der Technik weist jedoch den Nachteil auf, dass das schmelzeförmige verfestigbare Material innerhalb des Schmelzekanals, der durch die zylinderförmige Einlassöffnung und die damit verbundene Durchbrechung gebildet wird, aufgrund dessen, im Oberbegriff des Anspruchs 1 beschriebenen, Ausgestaltung, eine relativ lange Verweildauer aufweist und die Fließgeschwindigkeit des Materials im Schmelzekanal uneinheitlich und teilweise relativ gering ist, wodurch eine Anhaftung des Materials an der Oberfläche des in der Regel abknickenden / radial verlaufenden Schmelzekanals ermöglicht bzw. verstärkt wird, die Lebensdauer der Austragsdüse verkürzt wird und durch an der Austragsdüse anhaftendes und von dieser abgetragenes degradiertes Material die materialspezifischen Eigenschaften des zu bauenden dreidimensionalen Produkts verschlechtert werden.However, the known prior art has the disadvantage that the melt-like solidifiable material has a relatively long dwell time within the melt channel, which is formed by the cylindrical inlet opening and the associated opening, due to its configuration described in the preamble of claim 1 and the flow rate of the material in the melt channel is inconsistent and in some cases relatively low, which enables or increases the adhesion of the material to the surface of the usually kinking / radially running melt channel, the service life of the discharge nozzle is shortened and due to and adhering to the discharge nozzle from this degraded material removed, the material-specific properties of the three-dimensional product to be built are impaired.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine durchflussoptimierte Austragsdüse anzugeben, die diese Nachteile vermeidet, also die Verweildauer des Materials innerhalb des Schmelzekanals reduziert, dessen Fließgeschwindigkeit innerhalb des Schmelzekanals vereinheitlicht, wobei Bereiche geringer Fließgeschwindigkeiten vermieden werden, Anhaftungen reduziert und die materialspezifischen Eigenschaften des auszutragenden Materials und damit des zu bauenden dreidimensionalen Produkts verbessert werden.The invention is therefore based on the object of specifying a flow-optimized discharge nozzle that avoids these disadvantages, i.e. reduces the dwell time of the material within the melt channel, unifies its flow speed within the melt channel, avoiding areas of low flow speeds, reducing adhesions and reducing the material-specific properties of the material to be discharged Material and thus the three-dimensional product to be built can be improved.

Darstellung der ErfindungPresentation of the invention

Diese Aufgabe wird mit einer Austragsdüse mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Dabei handelt es sich um eine Austragsdüse, bei der die zylinderförmige Durchbrechung entlang der Längsachse zumindest in dem Teil ihres Umfangs konisch, sich in Richtung der Austragsöffnung verjüngend, ausgebildet ist, der in Verbindung mit der zylinderförmigen Einlassöffnung steht, wobei die zylinderförmige Einlassöffnung und zylinderförmige Durchbrechung an ihrer Verbindungstelle einen abgerundeten Übergangsbereich aufweisen und wobei die zylinderförmige Einlassöffnung sowie die damit verbundene zylinderförmige Durchbrechung einen volumenreduzierten Schmelzekanal mit einer Oberfläche aus einem erodierten Hartmetall bilden. Vorteilhaft werden dadurch der Durchfluss optimiert, Anhaftungen an der Düse reduziert und gleichzeitig die materialspezifischen Eigenschaften des auszutragenden Materials bzw. zu bauenden dreidimensionalen Produkts positiv beeinflusst.This object is achieved with a discharge nozzle with the features of claim 1. This is a discharge nozzle in which the cylindrical opening along the longitudinal axis is conical at least in the part of its circumference, tapering in the direction of the discharge opening, which is in connection with the cylindrical inlet opening, the cylindrical inlet opening and the cylindrical opening have a rounded transition area at their junction and wherein the cylindrical inlet opening and the associated cylindrical opening form a volume-reduced melt channel with a surface made of an eroded hard metal. This advantageously optimizes the flow, reduces buildup on the nozzle and at the same time has a positive influence on the material-specific properties of the material to be dispensed or the three-dimensional product to be built.

Hartmetalle sind Metallmatrix-Verbundwerkstoffe, bei denen Hartstoffe, die als kleine Partikel vorliegen, durch eine Matrix aus Metall zusammengehalten werden.Hard metals are metal matrix composites in which hard materials, which are present as small particles, are held together by a matrix made of metal.

Die kleinen Partikel können dabei unterschiedliche Korngrößen aufweisen, von extra-fein bis extra-grob, wodurch unterschiedliche Festigkeiten und Härten realisiert werden können.The small particles can have different grain sizes, from extra-fine to extra-coarse, whereby different strengths and hardnesses can be achieved.

Allgemein wird auch das Materialvolumen in der Austragsdüse / im Schmelzekanal reduziert aufgrund einer konischen Verjüngung sowie einem damit einhergehenden kleinerem Durchmesser der zylinderförmigen Durchbrechung.In general, the material volume in the discharge nozzle / in the melt channel is also reduced due to a conical taper and an associated smaller diameter of the cylindrical opening.

Erodiertes Hartmetall als Werkstoff ist robuster und verschleißfähiger als die bisher aus dem Stand der Technik bekannten Werkstoffe, wodurch mehr Materialien verarbeitet werden können. Insbesondere die Verarbeitung von gefüllten Materialien, die sehr abrasiv wirken, wird ermöglicht. Beispiele sind Kunststoffe gefüllt mit Keramik- oder Metallpulver, wodurch die Herstellung von keramischen bzw. metallischen Bauteilen mit sehr komplexer Geometrie ermöglicht wird. Aber auch bei der Verarbeitung von gefärbten Kunststoffen (Farbpigmente sind je nach Form und Anteil abrasiv) wird die Standzeit / Gebrauchsdauer der Düse erhöht, wodurch eine höhere Wirtschaftlichkeit gewährleistet wird.Eroded hard metal as a material is more robust and more wear-resistant than the materials previously known from the prior art, which means that more materials can be processed. In particular, the processing of filled materials, which have a very abrasive effect, is made possible. Examples are plastics filled with ceramic or metal powder, which enables the production of ceramic or metallic components with very complex geometry. But also when processing colored plastics (color pigments are ever depending on the shape and proportion of abrasive), the service life / service life of the nozzle is increased, which ensures greater economic efficiency.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.Advantageous further developments are the subject of the dependent claims.

In einer ersten vorteilhaften weiter durchflussverbessernden, Anhaftungen an der Düse reduzierenden und gleichzeitig die materialspezifischen Eigenschaften des auszutragenden Materials bzw. zu bauenden dreidimensionalen Produkts positiv beeinflussenden Ausgestaltung der Austragsdüse umfasst das Hartmetall Verbundwerkstoffe, die sich aus Hartstoffen in einer metallischen Matrix zusammensetzen.In a first advantageous embodiment of the discharge nozzle that further improves the flow, reduces buildup on the nozzle and at the same time positively influences the material-specific properties of the material to be discharged or the three-dimensional product to be built, the hard metal comprises composite materials that are composed of hard materials in a metallic matrix.

In einer weiteren vorteilhaften weiter durchflussverbessernden, Anhaftungen an der Düse reduzierenden und gleichzeitig die materialspezifischen Eigenschaften des auszutragenden Materials bzw. zu bauenden dreidimensionalen Produkts positiv beeinflussenden Ausgestaltung der Austragsdüse umfasst das Hartmetall Wolframcarbit und eine Matrix aus Cobalt und/oder Nickel und / oder anderen metallischen Zusätzen.In a further advantageous embodiment of the discharge nozzle that further improves the flow rate, reduces buildup on the nozzle and at the same time positively influences the material-specific properties of the material to be discharged or the three-dimensional product to be built, the hard metal comprises tungsten carbide and a matrix of cobalt and / or nickel and / or other metallic additives .

Vorzugsweise umfasst das Hartmetall in einer weiteren Ausführungsform Wolframcarbit und eine Matrix aus Cobalt, um vorteilhaft den Durchfluss zu optimieren und Anhaftungen an der Düse noch weiter zu reduzieren.In a further embodiment, the hard metal preferably comprises tungsten carbide and a matrix made of cobalt in order to advantageously optimize the flow and to reduce buildup on the nozzle even further.

Bei einer weiteren vorteilhaften weiter durchflussverbessernden, Anhaftungen an der Düse reduzierenden und gleichzeitig die materialspezifischen Eigenschaften des auszutragenden Materials bzw. zu bauenden dreidimensionalen Produkts positiv beeinflussenden Ausgestaltung der Austragsdüse umfasst das Hartmetall Wolframcarbit mit 80 bis 95 Gew.-% und Cobalt mit 5 bis 20 Gew.-% sowie von 0,02 bis 0,5 Gew.-% Verunreinigungen und kleinere Elemente auf einem Niveau von maximal 0,5 Gew.-%.In a further advantageous embodiment of the discharge nozzle that further improves the flow rate, reduces buildup on the nozzle and at the same time positively influences the material-specific properties of the material to be discharged or the three-dimensional product to be built, the hard metal comprises tungsten carbide with 80 to 95% by weight and cobalt with 5 to 20% by weight % and from 0.02 to 0.5% by weight of impurities and smaller elements at a level of at most 0.5% by weight.

Diese Vorteile lassen sich vorzugsweise durch ein Hartmetall noch weiter optimieren, bei dem vorteilhaft Wolframcarbit mit 85 bis 90 Gew.-% und Cobalt mit 10 bis 15 Gew.-% sowie von 0,02 bis 0,3 Gew.-% Verunreinigungen und kleinere Elemente auf einem Niveau von maximal 0,3 Gew.-% umfasst sind.These advantages can preferably be optimized even further by means of a hard metal in which tungsten carbide is advantageous with 85 to 90% by weight and cobalt with 10 to 15% by weight and 0.02 to 0.3% by weight impurities and smaller Elements are included at a level of at most 0.3% by weight.

In der Praxis hat sich zur Erzielung dieser Vorteile ein Hartmetall als noch besser herausgestellt, das 86,5 Gew.-% Wolframcarbit und 13,5 Gew.-% Cobalt umfasst.In practice, a hard metal that comprises 86.5% by weight of tungsten carbide and 13.5% by weight of cobalt has proven to be even better for achieving these advantages.

Bei einer anderen vorteilhaften weiter durchflussverbessernden, Anhaftungen an der Düse reduzierenden und gleichzeitig die materialspezifischen Eigenschaften des auszutragenden Materials bzw. zu bauenden dreidimensionalen Produkts positiv beeinflussenden Ausgestaltung der Austragsdüse weist die Austragsdüse im Bereich der Austragsöffnung eine konische Formgebung einer inneren Oberfläche auf, die sich in Richtung der Austragsöffnung verjüngt.In another advantageous embodiment of the discharge nozzle that further improves the flow rate, reduces buildup on the nozzle and at the same time positively influences the material-specific properties of the material to be discharged or the three-dimensional product to be built, the discharge nozzle in the area of the discharge opening has a conical shape of an inner surface that extends in the direction the discharge opening tapers.

Eine zusätzliche vorteilhafte weiter durchflussverbessernde, Anhaftungen an der Düse reduzierende und gleichzeitig die materialspezifischen Eigenschaften des auszutragenden Materials bzw. zu bauenden dreidimensionalen Produkts positiv beeinflussende Ausgestaltung der Austragsdüse ist dadurch gekennzeichnet, dass die Austragsdüse beheizbar ist.An additional advantageous configuration of the discharge nozzle that further improves the flow, reduces buildup on the nozzle and at the same time positively influences the material-specific properties of the material to be discharged or the three-dimensional product to be built is characterized in that the discharge nozzle can be heated.

Bei einer vorteilhaften weiter durchflussverbessernden, Anhaftungen an der Düse reduzierenden und gleichzeitig die materialspezifischen Eigenschaften des auszutragenden Materials bzw. zu bauenden dreidimensionalen Produkts positiv beeinflussenden Ausgestaltung der Austragsdüse erstreckt sich die Längsachse der zylinderförmigen Einlassöffnung annähernd radial zur Längsachse der Austragsdüse. Das Fließverhalten kann dabei aufgrund der Abrundung beim Übergang Einlassöffnung zur Austragsdüse noch weiter verbessert werden.In an advantageous embodiment of the discharge nozzle that further improves the flow, reduces buildup on the nozzle and at the same time positively influences the material-specific properties of the material to be discharged or the three-dimensional product to be built, the longitudinal axis of the cylindrical inlet opening extends approximately radially to the longitudinal axis of the discharge nozzle. The flow behavior can be improved even further due to the rounding at the transition from the inlet opening to the discharge nozzle.

In einer weiteren vorteilhaften weiter durchflussverbessernden, Anhaftungen an der Düse reduzierenden und gleichzeitig die materialspezifischen Eigenschaften des auszutragenden Materials bzw. zu bauenden dreidimensionalen Produkts positiv beeinflussenden Ausgestaltung der Austragsdüse erstreckt sich die Längsachse der zylinderförmigen Einlassöffnung in einem Winkel von 90° zur Längsachse der Austragsdüse von dem äußeren Umfang der Austragsdüse bis zur zylinderförmigen Durchbrechung, wobei die zylinderförmigen Einlassöffnung mit der zylinderförmigen Durchbrechung verbunden ist. Dadurch kann der Fließkanal unter positiver Beeinflussung des Fließverhaltens noch weiter optimiert werden.In a further advantageous embodiment of the discharge nozzle that further improves the flow rate, reduces buildup on the nozzle and at the same time positively influences the material-specific properties of the material to be discharged or the three-dimensional product to be built, the longitudinal axis of the cylindrical inlet opening extends at an angle of 90 ° to the longitudinal axis of the discharge nozzle outer circumference of the discharge nozzle up to the cylindrical opening, the cylindrical inlet opening being connected to the cylindrical opening. As a result, the flow channel can be optimized even further with a positive influence on the flow behavior.

Die in den Ansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale sind in technologisch sinnvoller Weise miteinander kombinierbar und können durch erläuternde Sachverhalte aus der Beschreibung und durch Details aus den Figuren ergänzt werden, wobei weitere Ausführungsvarianten der Erfindung aufgezeigt werden.The features listed individually in the claims can be combined with one another in a technologically meaningful manner and can be supplemented by explanatory facts from the description and by details from the figures, further embodiment variants of the invention being shown.

Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

1a eine erste Variante der Austragsdüse in einer Schnittansicht entlang der Längsachse,
1 b die erste Variante der Austragsdüse in einer radialen Schnittansicht,
2a eine zweite Variante der Austragsdüse in einer Schnittansicht entlang der Längsachse,
2b die zweite Variante der Austragsdüse in einer radialen Schnittansicht.

The invention will now be explained in more detail on the basis of exemplary embodiments. Show it:

1a a first variant of the discharge nozzle in a sectional view along the longitudinal axis,
1 b the first variant of the discharge nozzle in a radial sectional view,
2a a second variant of the discharge nozzle in a sectional view along the longitudinal axis,
2 B the second variant of the discharge nozzle in a radial sectional view.

Beschreibung bevorzugter AusführungsbeispieleDescription of preferred exemplary embodiments

Bevor die Erfindung im Detail beschrieben wird, ist darauf hinzuweisen, dass sie nicht auf die jeweiligen Bauteile der Vorrichtung sowie die jeweiligen Verfahrensschritte beschränkt ist, da diese Bauteile und Verfahren variieren können. Die hier verwendeten Begriffe sind lediglich dafür bestimmt, besondere Ausführungsformen zu beschreiben und werden nicht einschränkend verwendet. Wenn zudem in der Beschreibung oder in den Ansprüchen die Einzahl oder unbestimmte Artikel verwendet werden, bezieht sich dies auch auf die Mehrzahl dieser Elemente, solange nicht der Gesamtzusammenhang eindeutig etwas Anderes deutlich macht.Before the invention is described in detail, it should be pointed out that it is not restricted to the respective components of the device and the respective method steps, since these components and methods can vary. The terms used here are only intended to describe particular embodiments and are not used in a restrictive manner. In addition, if the singular or indefinite article is used in the description or in the claims, this also refers to the majority of these elements, unless the overall context clearly indicates otherwise.

1a und 1b zeigen eine erste Variante der Austragsdüse 10 in einer Schnittansicht entlang ihrer Längsachse 30 bzw. in einem radialen Schnitt. Darin zu sehen ist eine im Wesentlichen zylinderförmige Durchbrechung 20, die sich entlang einer Längsachse 30 der Austragsdüse 10 bis zu einer Austragsöffnung 40 der Austragsdüse 10 erstreckt und eine im Wesentlichen zylinderförmige Einlassöffnung 50 für das austragbare, schmelzeförmige verfestigbare Material mit einer Längsachse 60, die sich quer zur Längsachse 30 der Austragsdüse 10 von einem äußeren Umfang 70 der Austragsdüse 10 bis zur zylinderförmigen Durchbrechung 20 erstreckt, wobei die zylinderförmige Einlassöffnung 50 mit der zylinderförmigen Durchbrechung 20 verbunden ist. 1a and 1b show a first variant of the discharge nozzle 10 in a sectional view along its longitudinal axis 30th or in a radial section. A substantially cylindrical opening can be seen therein 20th extending along a longitudinal axis 30th the discharge nozzle 10 up to a discharge opening 40 the discharge nozzle 10 extends and a substantially cylindrical inlet opening 50 for the dispensable, melt-like, solidifiable material with a longitudinal axis 60 that are transverse to the longitudinal axis 30th the discharge nozzle 10 from an outer circumference 70 the discharge nozzle 10 up to the cylindrical opening 20th extends, the cylindrical inlet opening 50 with the cylindrical opening 20th connected is.

Ebenfalls darin zu sehen ist, dass die zylinderförmige Durchbrechung 20 entlang der Längsachse 30 zumindest in dem Teil ihres Umfangs konisch, sich in Richtung der Austragsöffnung 40 verjüngend, ausgebildet ist, der in Verbindung mit der zylinderförmigen Einlassöffnung 50 steht. Die zylinderförmige Einlassöffnung 50 und die zylinderförmige Durchbrechung 20 weisen an ihrer Verbindungstelle einen abgerundeten Übergangsbereich auf und bilden einen volumenreduzierten Schmelzekanal 80 mit einer Oberfläche aus einem erodierten Hartmetall bilden, das durch seine Ausbildung Anhaftungen des austragbaren schmelzeförmigen verfestigbaren Materials verringert. Durch den insgesamt abgerundeten volumenreduzierten Schmelzekanal 80 in Verbindung mit der Oberfläche aus einem erodierten Hartmetall wird die Verweildauer des Materials innerhalb des Schmelzekanals 80 reduziert und dessen Fließgeschwindigkeit vereinheitlicht, wobei Bereiche geringer Fließgeschwindigkeiten vermieden werden. Insbesondere werden durch diese Durchflussoptimierung Anhaftungen des auszutragenden Materials an der Oberfläche des Schmelzekanals 80 auf ein Minimum reduziert und die materialspezifischen Eigenschaften des auszutragenden Materials bzw. des zu erzeugenden dreidimensionalen Produkts vorteilhaft beeinflusst.It can also be seen that the cylindrical opening 20th along the longitudinal axis 30th at least in that part of its circumference conical, extending in the direction of the discharge opening 40 is tapered, which is in communication with the cylindrical inlet opening 50 stands. The cylindrical inlet opening 50 and the cylindrical opening 20th have a rounded transition area at their junction and form a volume-reduced melt channel 80 form with a surface made of an eroded hard metal, which reduces the buildup of the discharged molten solidifiable material through its formation. Due to the overall rounded volume-reduced melt channel 80 In connection with the surface made of an eroded hard metal, the dwell time of the material within the melt channel is determined 80 reduced and its flow rate unified, whereby areas of low flow rates are avoided. In particular, this flow optimization prevents the material to be discharged from adhering to the surface of the melt channel 80 reduced to a minimum and the material-specific properties of the material to be dispensed or the three-dimensional product to be produced advantageously influenced.

Die sich quer zu Längsachse 30 der Austragsdüse10 in einem Winkel von 1° bis 179° erstreckende Längsachse 60 der zylinderförmigen Einlassöffnung 50 kann sich dabei insbesondere annähernd radial zur Längsachse 30 der Austragsdüse 10 erstrecken. In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Austragsdüse 10 erstreckt sie sich in einem Winkel von 90°.Which is transverse to the longitudinal axis 30th of the discharge nozzle 10 at an angle of 1 ° to 179 ° extending longitudinal axis 60 the cylindrical inlet opening 50 can in particular be approximately radially to the longitudinal axis 30th the discharge nozzle 10 extend. In a particularly advantageous embodiment of the discharge nozzle 10 it extends at an angle of 90 °.

Diese Effekte werden vorzugsweise verstärkt, wenn das Hartmetall Verbundwerkstoffe umfasst, die sich aus Hartstoffen in einer metallischen Matrix zusammensetzen.These effects are preferably reinforced if the hard metal comprises composite materials which are composed of hard materials in a metallic matrix.

Vorzugsweise umfasst das Hartmetall Wolframcarbit und eine Matrix aus Cobalt und/oder Nickel und / oder anderen metallischen Zusätzen, besonders bevorzugt Wolframcarbit und eine Matrix aus Cobalt, um vorteilhaft den Durchfluss zu optimieren und Anhaftungen an der Düse noch weiter zu reduzieren.The hard metal preferably comprises tungsten carbide and a matrix made of cobalt and / or nickel and / or other metallic additives, particularly preferably tungsten carbide and a matrix made of cobalt, in order to advantageously optimize the flow and to further reduce buildup on the nozzle.

Durch entsprechende Versuche mit unterschiedlichen Zusammensetzungen wurde eine Zusammensetzung des Hartmetalls von 80 bis 95 Gew.-% Wolframcarbit und 5 bis 20 Gew.-% Cobalt sowie von 0,02 bis 0,5 Gew.-%, Verunreinigungen und kleineren Elementen auf einem Niveau von maximal 0,5 Gew.-% als besonders effektiv ermittelt. Vorteilhaft wurden bessere Resultate mit einer Zusammensetzung von 85 bis 90 Gew.-% Wolframcarbit und 10 bis 15 Gew.-% Cobalt sowie von 0,02 bis 0,3 Gew.-%, Verunreinigungen und kleineren Elementen auf einem Niveau von maximal 0,3 Gew.-% erreicht. Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass auch eine Zusammensetzung des Hartmetalls bestehend aus 86,5 Gew.-% Wolframcarbit und 13,5 Gew.-% Cobalt die gestellte Aufgabe gut erfüllt. Bevorzugt ist dabei eine Korngröße der Hartstoffe, also z. B. des Wolframcarbits, extragrob. Sie kann aber auch mittelgrob bis extra-fein sein.Appropriate tests with different compositions resulted in a composition of the hard metal of 80 to 95% by weight tungsten carbide and 5 to 20% by weight cobalt and 0.02 to 0.5% by weight, impurities and smaller elements at one level of a maximum of 0.5% by weight determined to be particularly effective. Better results with a composition of 85 to 90% by weight tungsten carbide and 10 to 15% by weight cobalt and from 0.02 to 0.3% by weight, impurities and smaller elements at a level of no more than 0 were advantageous, 3 wt .-% reached. Surprisingly, it has been shown that a composition of the hard metal consisting of 86.5% by weight of tungsten carbide and 13.5% by weight of cobalt also performs the task well. A grain size of the hard materials is preferred, so z. B. of tungsten carbite, extra coarse. But it can also be medium-coarse to extra-fine.

Über konische Formgebungen einer inneren Oberfläche 100 der Austragsdüse 10 im Bereich der Austragsöffnung 40, die sich in Richtung der Austragsöffnung 40 verjüngen, kann sowohl der Druck des auszutragenden Materials als auch dessen Affinität zur Anhaftung an den Schmelzekanal 80 als auch an der Austrittsöffnung 40 der Austragsdüse 10 direkt beeinflusst werden, wodurch die materialspezifischen Eigenschaften des erzeugten dreidimensionalen Produkts zusätzlich vorteilhaft beeinflusst werden können. Diese können bei unterschiedlichen auszutragenden Materialien in unterschiedlichen Geometrien zu optimalen Ergebnissen führen.About conical shapes of an inner surface 100 the discharge nozzle 10 in the area of the discharge opening 40 facing towards the discharge opening 40 taper, both the pressure of the material to be discharged and its affinity for adhesion to the melt channel 80 as well as at the outlet opening 40 the discharge nozzle 10 can be influenced directly, whereby the material-specific properties of the three-dimensional product produced can also be advantageously influenced. With different materials to be discharged in different geometries, these can lead to optimal results.

Eine Beheizbarkeit der der Austragsdüse und damit insbesondere der Austragsöffnung 40, die z. B. durch eine Heizmanschette, die außen an einem sich nicht verjüngenden Bereich der Austragsdüse 40 angeordnet sein kann, erreicht wird, kann ebenfalls für die Durchflussoptimierung von Vorteil sein, da durch diese zum einen die Viskosität und damit auch die Fließgeschwindigkeit des auszutragenden Materials in der Austragsdüse 10 direkt beeinflussbar ist und zum anderen das Material über einen vergleichsweise langen Zeitraum in einem Zustand gehalten werden kann, der der Degradierung des Materials vorbeugt und damit die materialspezifischen Eigenschaften des erzeugten dreidimensionalen Produkts vorteilhaft beeinflusst.The ability to heat the discharge nozzle and thus in particular the discharge opening 40 , the z. B. by a heating jacket, the outside of a non-tapered area of the discharge nozzle 40 can be arranged, is achieved, can also be advantageous for the flow optimization, since on the one hand this increases the viscosity and thus also the flow rate of the material to be discharged in the discharge nozzle 10 can be directly influenced and, on the other hand, the material can be kept for a comparatively long period of time in a state that prevents degradation of the material and thus advantageously influences the material-specific properties of the three-dimensional product produced.

2a und 2b zeigen eine zweite Variante der erfindungsgemäßen Austragsdüse 10, bei der im Vergleich zur ersten Variante der konische Bereich der zylinderförmigen Durchbrechung 20 in radialer Erstreckung der Austragsdüse 10 etwas breiter, jedoch auch etwas kürzer entlang der Längsachse 30 der Austragsdüse 10 gestaltet ist. 2a and 2 B show a second variant of the discharge nozzle according to the invention 10 , in which, in comparison to the first variant, the conical area of the cylindrical opening 20th in the radial extent of the discharge nozzle 10 somewhat wider, but also somewhat shorter along the longitudinal axis 30th the discharge nozzle 10 is designed.

Neben den unterschiedlichen Zusammensetzungen des Hartmetalls hat auch eine unterschiedliche Geometrie des Schmelzekanals 80 einen direkten Einfluss auf die Fließgeschwindigkeit des Materials bzw. dessen Verweildauer bzw. dessen Anhaftungsaffinität im Schmelzekanal 80, insbesondere im Übergang von der zylinderförmigen Einlassöffnung 50 zum Schmelzekanal 80, so dass je nach Materialzusammensetzung des auszutragenden Materials sowohl über die Zusammensetzung des Hartmetalls als auch die Geometrie des Schmelzekanals 80 eine materialspezifische Optimierung der Austragsdüse 10 vorgenommen werden kann.In addition to the different compositions of the hard metal, the melt channel also has a different geometry 80 a direct influence on the flow rate of the material or its dwell time or its affinity for adhesion in the melt channel 80 , especially in the transition from the cylindrical inlet opening 50 to the melt channel 80 so that, depending on the material composition of the material to be discharged, both the composition of the hard metal and the geometry of the melt channel 80 a material-specific optimization of the discharge nozzle 10 can be made.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

1010: AustragsdüseDischarge nozzle
2020th: zylinderförmige Durchbrechungcylindrical opening
3030th: Längsachse der AustragsdüseLongitudinal axis of the discharge nozzle
4040: Austragsöffnung der AustragsdüseDischarge opening of the discharge nozzle
5050: zylinderförmige Einlassöffnungcylindrical inlet opening
6060: Längsachse der zylinderförmigen EinlassöffnungLongitudinal axis of the cylindrical inlet opening
7070: äußerer Umfang der Austragsdüseouter circumference of the discharge nozzle
8080: SchmelzekanalMelt channel
9090: äußere Oberfläche im Bereich der Austragsöffnungouter surface in the area of the discharge opening
100100: innere Oberfläche im Bereich der Austragsöffnunginner surface in the area of the discharge opening

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

EP 2266782 A1 [0002]

Claims

Discharge nozzle (10) for a discharge unit of a device for the production of a three-dimensional object from melt-like solidifiable material in a construction space which can be discharged therefrom, comprising: - hard metal material, - an essentially cylindrical opening (20) which extends along a longitudinal axis ( 30) of the discharge nozzle (10) extends up to a discharge opening (40), - an essentially cylindrical inlet opening (50) for the discharge, melt-like solidifiable material, with a longitudinal axis (60) which extends transversely to the longitudinal axis (30) of the discharge nozzle (10) extends from an outer circumference (70) of the discharge nozzle (10) to the cylindrical opening (20), the cylindrical inlet opening (50) being connected to the cylindrical opening (20), characterized in that the cylindrical opening (20 ) along the longitudinal axis (30) at least in the part of its circumference conical, extending in the direction of the discharge opening (40), which is in connection with the cylindrical inlet opening (50), that the cylindrical inlet opening (50) and the cylindrical opening (20) have a rounded transition area at their junction and that the cylindrical inlet opening (50) and the associated cylindrical opening (20) form a volume-reduced melt channel (80) with a surface made of an eroded hard metal.

Discharge nozzle (10) Claim 1 , characterized in that the hard metal comprises composite materials which are composed of hard materials in a metallic matrix.

Discharge nozzle (10) according to one of the Claims 1 or 2 , characterized in that the hard metal comprises tungsten carbide and a matrix of cobalt and / or nickel and / or other metallic additives.

Discharge nozzle (10) according to one of the Claims 1 or 2 , characterized in that the hard metal comprises tungsten carbide and a matrix of cobalt.

Discharge nozzle (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the hard metal 80 to 95 wt .-% tungsten carbide and 5 to 20 wt .-% cobalt and 0.02 to 0.5 wt .-%, impurities and smaller Comprises elements at a level of a maximum of 0.5% by weight.

Discharge nozzle (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the hard metal contains 85 to 90% by weight tungsten carbide and 10 to 15% by weight cobalt and from 0.02 to 0.3% by weight, impurities and smaller Comprises elements at a level of a maximum of 0.3% by weight.

Discharge nozzle (10) according to one of the preceding Claims 2 until 4th , characterized in that the hard metal consists of 86.5% by weight tungsten carbide and 13.5% by weight cobalt.

Discharge nozzle (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the discharge nozzle (10) can be heated.

Discharge nozzle (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the longitudinal axis (60) of the cylindrical inlet opening (50) extends approximately radially to the longitudinal axis (30) of the discharge nozzle (10).

Discharge nozzle (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the longitudinal axis (60) of the cylindrical inlet opening (50) extends at an angle of 90 ° to the longitudinal axis (30) of the discharge nozzle (10) from the outer circumference (70) of the Discharge nozzle (10) extends to the cylindrical opening (20).