WO2017005803A1 - 3d printing with a pasty, inhomogeneous printing material - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a method for carrying out a 3D
- Solidification in the context of the present proposal is a hardening of the material strand that has escaped from the nozzle.
- z. B in thermoplastic material.
- the setting z.
- crosslinking can cause the solidification.
- the problem arises that the material solidifies sufficiently quickly. If, in order to create a three-dimensional body, the strand of material emerging from the nozzle of the printer does not solidify sufficiently quickly, it dissipates.
- the invention has for its object to improve a generic method to the effect that a paste SD printing multi-layer objects with fast construction progress and high component final strength is possible. Furthermore, the invention is based on the object, one for carrying out this Specify method suitable device, which has a high availability.
- the invention proposes that the mixing of the two components, of which one component can simplifyly be referred to as a "binder” and the other component as a “hardener”, takes place only in the region of the nozzle, ie, shortly before the exit of the material strand from the nozzle.
- a comparatively short, so-called pot-time can be used, that is to say a comparatively short period of time until the completion of the solidification process, for example by selecting the suitable composition of the two components.
- This rapid solidification ensures that a component with several superimposed layers can be created without the lower, in particular the lowest layer can deform undesirable.
- the mixture is due to a change in the geometry in the nozzle: the first component of the material to be processed first passes through a mixing opening.
- the second component is supplied, ie either shortly before, or exactly in the mixing opening, or shortly after this mixing opening, the addition of the second component advantageously taking place in the mixing opening.
- the outlet opening of the nozzle Downstream of the mixing opening, ie in the flow direction behind the mixing opening, the outlet opening of the nozzle is arranged, from which the entire material strand containing the first and the second component emerges from the nozzle.
- the outlet opening has a smaller free, the material passage cross-section than the upstream mixing opening of the nozzle, so that the material is literally squeezed at the transition from the mixing opening to the outlet opening.
- the so-called squeezing ratio is determined by the ratio of the larger free cross section Q1 of the mixing opening to the free cross section Q2 of the outlet opening.
- the solidification of the cladding layer can take place, for example, by light rays from the environment, or by atmospheric moisture, so that even before the
- the cladding layer has sufficient strength to allow the deposition of another strand of material on the previously deposited layer of the material strand.
- the mixing opening may have radially inwardly directed notches in the course of its circumference, that is, for example, a cross section which is contoured similar to a flower having a plurality of petals, or which is contoured similarly to a multi-beam star, or the like.
- the second pumpable component is introduced into these indentations.
- the subsequent squeezing of the material mixture up to its exit from the outlet nozzle causes the second component introduced into the indentations to be literally enclosed by the first component and thus penetrates deep into the interior of the entire material strand.
- a dendritic branching of the second component enclosed in the interior of the first component can take place.
- the material mixture of the two components is not homogeneous, but is designed inhomogeneous due to embedded particles.
- the second component is introduced in each of the several existing notches to the first component in order to effect the most uniform possible mixing of the entire material strand.
- production of the printing device or its nozzle may be sufficient to provide only a single indentation or, in the case of multiple indentations, the second component only in the region of a single indentation on the surface first component, or at least not all the notches of the first component, if it turns out that for the material mixture used in each case sufficiently thorough mixing of the two components and thus a sufficiently rapid and complete solidification of the deposited from the nozzle strand of material can be ensured.
- the strand of material dispensed from the nozzle is not solidified by a single solidification mechanism, but rather is solidified in a "duale” process.
- This "dualeye” process based on two different solidification mechanisms means that, on the one hand, a first solidification mechanism Through solidification of the discharged material from the nozzle strand causes, by means of two mutually reactive components. This first solidification mechanism may require a relatively longer period of time.
- the strength of the material strand can be improved insofar as by means of a second solidification mechanism, an outer shell layer is solidified, so that a solid shell of the material strand is formed, the material strand a imparts increased load-bearing capacity and, prior to its solidification, makes it possible to deposit one or more further layers of material strands on this layer of the material strand. Similar to the wall of a pipeline, this outer, already solidified coating layer of the material strand ensures that mechanical stresses do not lead to deformation of the material strand before it is completely solidified and reaches its final mechanical load capacity.
- the material strand which already contains both components, can be exposed from the outside to an influence which promotes solidification the envelope layer of the Material strand out.
- this influence can be heat, so that a heating device can be provided downstream of the outlet opening, through which the material strand emerging from the outlet nozzle flows.
- the outlet nozzle itself may also be heated in order to exert, in addition to the mixing-through effect, the influence which can be used on the material strand for the solidification of the coating layer.
- moisture may be released onto the surface of the strand of material, such as water or other reactive moisture, and as a third influence, an annular radiation source may be provided externally on the strand of material acts and thus promotes the solidification of an outer shell layer of the material strand.
- the material mixture in the nozzle is tempered before the outlet opening by means of a heating device and is heated to a predetermined temperature.
- a temperature control of the material mixture is provided within the nozzle in order to influence the flowability of the material mixture advantageous. It can therefore be provided that within the nozzle, the material mixture is brought to a first, relatively low temperature in order to promote the flowability of the material mixture within the nozzle.
- the heating of the material mixture can be provided with a second, higher temperature, in contrast, in order to assist in the solidification of the aforementioned coating layer of the material strand.
- the first referred to as a binder component contain elastomer particles.
- the elastomer particles are configured as granules, that is, as irregularly shaped bodies, which are compared to uniform geometric bodies, such as.
- As beads have the advantage to effect each other an improved mechanical support, so that components with relatively high mechanical strength can be created, which are very stable especially against pressure loads. For example, surfaces can be created that are walkable and can withstand traffic or sports loads.
- the elastomer granulate is present with different sized grains as a granule mixture.
- a mechanically comminuted recycled material can be used as granules, while otherwise the first component as binder can contain, for example, a polyurethane. Due to a reduced void volume of the elastomer granulate, accordingly, less polyurethane is required to achieve a certain volume of the first component, which is accordingly economically advantageous.
- the first component can contain as elastomeric granules an EPDM granules.
- EPDM has excellent bonding properties, so that the layers superimposed on 3D printing can be reliably joined together and very stable, yet elastic components can be created, namely printed.
- An application example of the proposed method is to process a strand of material containing EPDM granules to flat sheets, which then as a floor covering For example, for sports floors, raceways u. Like. Can be used. Due to the excellent adhesiveness color different areas can be permanently interconnected, so that, for example, dividing lines between different tracks, logos, or any alphanumeric markings can be easily introduced into the soil by first the desired labels are printed according to the proposed method and then be surrounded with the rest, pourable material of a different color, this free-flowing differently colored material is then crosslinked or solidified in a conventional manner.
- a granulate mixture between 0 and 1, 5 mm grain size can be processed, for example, with a printing device in which the outlet opening of the nozzle has a circular geometry and has a diameter of 3 mm. Depending on this nozzle diameter, strands of material can be deposited from the nozzle, which enable a comparatively high resolution of optical patterns in the area of the floor design.
- the first component is conveyed by means of an extruder before it enters the mixing opening. Due to the fact that this first component, which is indeed inhomogeneous and contains the granules, is conveyed by means of an extruder, it is subjected to mechanical action, so that on the one hand it undergoes a kind of pre-compaction by arranging the individual granules of the granulate mixture as close as possible mentioned above, the smallest possible void volume of the granule mixture cause. Secondly, the grains of the granular mixture are brought into a kind of preferred orientation, so that the subsequent passage of the material mixture through the nozzle and its mixing and outlet openings is favored. With regard to the material flow of the first component is also noted that when using elastomeric granules, the fine grain fractions act as a flow improver, which make pumping the first component either possible or at least possible with a lower energy input.
- the proposed method can advantageously be carried out with materials in which a urethane acrylate or urethane methacrylate is combined with isocyanate reagents in the material mixture.
- these materials enable reliable solidification in favor of a high stability and, on the other hand, a fast initial strength can be achieved.
- Tels a solidified shell layer so that with the proposed method and using these materials within a relatively short time, a comparatively large volume of material can be constructed, with the large volume of material is not meant the volume, which occupies the body produced with its envelope contour, but rather, the volume of material dispensed from the printer. This ability to build up a large volume in a short time means fast work progress and consequently low production times for the objects to be printed.
- At least one additional material which originates from the group of the following materials may advantageously be used in the material mixture:
- a reactive diluent may be used, for example consisting of mono-, di-, tri- or polyfunctional acrylates which corresponds to urethane or urethane meth acrylate can be added to affect its viscosity.
- a viscosity of less than 10,000 mPas is set, so that the corresponding, pasty material mixture is easily pumped.
- the material mixture may have a photoinitiator to enable solidification by means of light radiation, for example to obtain the outer cladding layer, by correspondingly irradiating the material strand with light or exposing it to ambient light.
- an inhibitor can be used to influence the pot life of the solidification reaction of the two components and to prevent premature solidification of the material strand.
- Rheological auxiliaries can be added to the material mixture in order to influence the flow properties of the two components or of the entire material mixture, be it within the printing device, for example within the nozzle, in order to optimally adjust the material there, or if it is as fluid as possible around the material remplistel- len, when it has escaped from the nozzle and then, after filing on possibly a previous position, should not flow.
- a device for carrying out the proposed method can advantageously be used a device whose nozzle has a nozzle channel through which flows the Mate almischung.
- the nozzle channel leads the material mixture first to the aforementioned mixing opening and then to the outlet opening of the nozzle.
- this nozzle has at least one feed channel, so that here a second component can be supplied to the first component, which passes through the mixing opening.
- the mixing opening has a free cross section, designated Q1, which designates the area in the mixing opening through which material can flow through the mixing opening.
- the outlet opening downstream of the mixing opening has a free cross-section, designated Q2, which is less than the free cross-section Q1 of the mixing opening, in order in this way to produce the abovementioned squeezing effect and thus the mixing of the two components.
- the mixing opening may advantageously have the above-mentioned notches in the course of its circumference, so that the material flow of the first component passing through this mixing opening also has such a notch in cross-section.
- this notch of the mixing opening of the supply channel opens, in this way to allow the introduction of the second component as deep as possible in the cross section of the first component and thus to support a very intensive mixing of the two components.
- the nozzle may advantageously have a heater, so that the nozzle channel through which the material mixture flows can be tempered at a predetermined temperature.
- a heater so that the nozzle channel through which the material mixture flows can be tempered at a predetermined temperature.
- too mineral constituents are present in the first or second component, or metallic or natural chips, for example wood chips, can be processed as constituents of the first component if the printed components are to have the corresponding optical or also mechanical properties.
- the device in one embodiment of the device can be advantageously provided that in the flow direction behind the outlet opening of the nozzle an annular radiation source is arranged, which surrounds the emerging from the nozzle strand of material, and the jets are directed radially inward, namely on the strand of material. In this way, a radiation-assisted solidification of the outer shell layer of the material strand can be effected.
- a heater can be arranged downstream of the outlet opening in the flow direction, so that the creation of the outer one by means of a corresponding heat effect
- Covering layer can be supported, depending on which materials are present in the material strand and which influences accordingly favor the solidification of an outer shell layer.
- a friction-reducing surface coating can be provided inside the nozzle, for example made of PTFE, in this way especially where the first component flows, or where the second component flows, or where both components or the material mixture prepared from two components, the nozzle flows through, reduce the wall friction resistance and to support a low-resistance, easy flow through the nozzle.
- FIG. 1 is a perspective view of an apparatus for performing a 3D paste printing method
- FIG. 2 shows two cross sections through a nozzle which can be used in the device of FIG. 1,
- FIG. 3 shows a cross section through a nozzle with a to FIG.
- FIG. 4 shows a view similar to FIG. 2, but for a further alternative embodiment of a nozzle
- Fig. 5 is a schematic, greatly simplified, perspective view of a nozzle.
- 1 denotes a device as a whole, which serves to deposit pasty, inhomogeneous material in the 3D printing process in layers.
- a liquid A for example a polyurethane
- a solid B for example an EPDM granulate
- a liquid A for example a polyurethane
- a solid B for example an EPDM granulate
- the first component 23 is conveyed by means of a feed pump 3 through a transport line 4, wherein in Fig. 1 right schematically a section of the first component 23 is shown, which is located in the transport line 4.
- Granulate 22 with different sized EPDM grains is surrounded by the liquid A.
- the transport line 4 can be heated in order to ensure optimum flow properties of the first component 23.
- a pipe heater 5 is schematically indicated, which surrounds the transport line 4 on a small portion of the transport line 4.
- the first component 23 passes into a buffer container 6, which serves to equalize the material flow and has a filling sensor 7 indicated schematically.
- the fill sensor 7 can monitor the fill level within the buffer tank 6 in a first embodiment; In this case, the supply pump 3 is turned on when it falls below a minimum level or increases their speed, and when exceeding a maximum level in the buffer tank 6, the feed pump 3 is turned off or reduced their speed.
- the filling sensor 7 may be configured in a second embodiment as a pressure sensor which detects the pressure within the buffer tank 6; In this case, the supply pump 3 is switched on or falls below a minimum pressure, the speed increases, and when exceeding a maximum allowable pressure in the buffer tank 6, the feed pump 3 is turned off or reduced their speed.
- the design of the filling sensor 7 as a pressure sensor has the advantage that the buffer container 6 is always completely filled and is thus avoided that air bubbles enter the material.
- the buffer container 6 is followed by a metering screw 8 which is rotated by a drive motor 9 and extends from the buffer container 6 into a nozzle channel 10 of a nozzle 11.
- the metering screw 8 runs conically, so that it intensively processes and compresses the material transported by it, thereby aligning the solids content of the first component 23 in the manner of a preferred orientation, which improves the flow properties of the first component 23.
- the metering screw 8 extends until just before a mixing opening 12 which is disposed within the nozzle 1 1.
- a mixing opening 12 is shown in each case, and downstream of the mixing opening 12, an outlet opening 14 of the nozzle 11 which can be seen from FIGS. 2 and 4 is arranged in the flow direction.
- a second liquid H can be introduced into the nozzle 1 1 in the region of the mixing opening 12.
- first fluid A may be referred to simply as a "binder”
- second fluid H may also be referred to as a "hardener” to simplify matters, so as to express that the two fluids A and H react with one another and solidify cause the material mixture, which contains the first liquid A, the solid B, the second liquid H and optionally additives such as a reactive diluent, a photoinitiator, an inhibitor or theological aid.
- the second liquid H therefore constitutes a second component 24, so that the material mixture to be printed out consists of these two components 23 and 24.
- the additives may be contained exclusively in the first component 23 or exclusively in the second component 24, or may be distributed to both components 23 and 24.
- a pneumatic switch 17 serves to switch the addition of the second component 24 in the nozzle 1 1 on or off, so that, for example, only hardener or the second component 24 flows into the nozzle 1 1 when it moves and deposits a strand of material, that is, when the first component 23 flows through the nozzle 1 1.
- the nozzle 1 1 is moved in the direction of the arrow R, so that a strand of material 18, which contains the entire material mixture of the two components 23 and 24, emerges from an outlet opening 14 of the nozzle 1 1, comes down and there a substrate 19 is deposited. An already deposited part of this strand of material 18 can be seen lying left of the nozzle 1 1 on the substrate 19.
- a device 20 is further indicated in the region of the outlet opening 14, which surrounds the material strand 18 in an annular manner and is annular on the material strand 18 from the outside. acts.
- the device 20 serves to bring an outer shell layer of the material strand 18 to solidification before the reaction of the two components 23 and 24 can effeterstarren the material strand 18 over its entire cross-section.
- the device 20 is indicated purely schematically in FIG. 1: it can be an integral part of the nozzle 11 and surround the outlet opening 14.
- the outlet opening 14 may be heated when the heat causes the solidification of a cladding layer of the material strand 18.
- the device 20 may also be connected downstream of the nozzle 1 1, viewed in the flow direction of the material strand 18, and for example retrofitted to the nozzle 1 1 or be arranged independently of the nozzle 1 1 just behind the outlet opening 14.
- the course of the material strand 18 is shown purely schematically, it has been found in practical experiments to be advantageous that the material strand 18 is discharged from the outlet opening 14 or from the device 20 at a height above the substrate which is approximately half the diameter of the outlet opening 14 equivalent.
- the device 20 depending on the materials that form the material strand 18, and depending on the curing mechanisms, be configured as a radiation device, which irradiates, for example, UV rays annular from the outside onto the strand of material 18 or the device 20 can serve to apply a liquid from the outside onto the strand of material 18, for example water or another hardening liquid, by sprinkling or by means of small spray nozzles.
- a radiation device which irradiates, for example, UV rays annular from the outside onto the strand of material 18 or the device 20 can serve to apply a liquid from the outside onto the strand of material 18, for example water or another hardening liquid, by sprinkling or by means of small spray nozzles.
- FIG. 2 shows two cross sections through the nozzle 1 1 in order to clarify the size ratios of the two different openings.
- a mixing opening 12 is shown on the left.
- An arrow schematically illustrates the material flow of the two Components 23 and 24 to a Austhttsö réelle 14, which is shown in Fig. 2 right.
- the mixing port 12 is located with a diameter Q1. Due to the corresponding inner contour of the mixing opening 12, this has a plurality of notches 21. A strand of pasty material of the first component 23, which flows through this inner contour of the mixing opening 12, accordingly has an outer contour with such indentations.
- another section of the mixing opening 12 extends with a circular outer contour.
- the feed channel 15 is circular outside, filled with the second component 24, and bounded inwardly by the provided with the many notches material strand of the first component 23, which emerges from the petal-like contour of the mixing port 12.
- this material mixture consisting of the interior, petal-like strand of the first component 23 and the supplied through the feed channel 15 second component 24 passes into the outlet opening 14.
- This has a circular cross section with the diameter Q2,
- the size ratio Q1 / Q2 results in a squeezing ratio whose value is greater than 1 and which apart from the geometric shaping and contouring of the mixing opening 12 is a measure of the intensity of the mixing of the two components 23 and 24 represents the material mixture.
- 3 shows a second embodiment of a mixing opening 12. Again, the petal-like geometry of the mixing opening 12 for the first component 23 is provided as in FIG. 2.
- each notch 21 is associated with its own feed channel 15, which leads the second component 24 into the respective notch 21 of the mixing opening 12, and thus into the respective notch of the paste strand of the first component 23rd
- Fig. 4 shows cross-sections through a further embodiment of a nozzle 1 1. Similar to FIG. 2, the material flow from the mixing opening 12 to the outlet opening 14 is also indicated here by an arrow.
- the embodiment of FIG. 4 is provided for processing a granule mixture with larger grain diameters than in the embodiment of FIG. 2, therefore the values Q1 for the mixing opening 12 and Q2 for the outlet opening 14 are each larger than in the embodiment of FIG As shown in FIG. 4 results in a squeezing ratio whose value is greater than 1, since the diameter Q2 of the outlet opening 14 is smaller than the diameter Q1 of the mixing opening 12.
- the mixing opening 12 in turn notches 21, but they have a has a rectilinear and non-rounded inner contour and therefore not similar to a petal, but is contoured much like a star.
- transverse bores can extend radially through the wall of the nozzle 1 1 at the outside of the nozzle 1 1 at the level of the mixing opening. These transverse bores may form the feed channels 15 or at least a portion of the respective feed channel 15.
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Abstract
Description
"3D-Druck mit einem pastösen, inhomogenen Druckmaterial" "3D printing with a pasty, inhomogeneous printing material"
Beschreibung: Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Durchführen eines 3D-Description: The invention relates to a method for carrying out a 3D
Drucks. Pressure.
Aus der US 5,134,569 A ist ein gattungsfremdes Verfahren bekannt, bei welchem ein Polymer zu einer Düse gefördert und durch externe Behandlungsquellen erstarrt wird. From US 5,134,569 A a generic foreign method is known in which a polymer is conveyed to a nozzle and solidified by external treatment sources.
Ein gattungsgemäßes Verfahren ist aus der Praxis bekannt: Hier wird ein inhomogenes, pastöses, pumpfähiges, mineralisches Material in Form von Beton verwendet. Aufgrund der minerali- sehen Bestandteile mit unterschiedlichen Korngrößen wird dieses Material als inhomogen bezeichnet. A generic method is known from practice: Here, an inhomogeneous, pasty, pumpable, mineral material is used in the form of concrete. Due to the mineral components with different grain sizes, this material is said to be inhomogeneous.
Als Erstarrung wird im Rahmen des vorliegenden Vorschlags eine Verfestigung des aus der Düse ausgetretenen Materi- alstrangs bezeichnet. Je nach verwendetem Material kann allein schon die Abkühlung eine solche Erstarrung bewirken, z. B. bei thermoplastischem Material. Bei mineralischen Materialien kann das Abbinden, z. B. des oben erwähnten Betons, die Erstarrung bewirken. Bei Polymersystemen kann eine Vernetzung die Er- starrung bewirken. Bei der Verarbeitung von pastösem Material ergibt sich je nach verwendetem Material das Problem, das Material ausreichend schnell erstarren zu lassen. Wenn zur Schaffung eines dreidimensionalen Körpers der aus der Düse des Druckers austreten- de Materialstrang nicht ausreichend schnell erstarrt, zerfließt er.Solidification in the context of the present proposal is a hardening of the material strand that has escaped from the nozzle. Depending on the material used alone can cause the cooling such a solidification, z. B. in thermoplastic material. For mineral materials, the setting, z. As the above-mentioned concrete, cause the solidification. In polymer systems, crosslinking can cause the solidification. When processing pasty material, depending on the material used, the problem arises that the material solidifies sufficiently quickly. If, in order to create a three-dimensional body, the strand of material emerging from the nozzle of the printer does not solidify sufficiently quickly, it dissipates.
Dieses Problem wird verstärkt, wenn einzelne Lagen des Materialstrangs übereinander abgelegt werden und die unterste Lage dann so weit tragfähig sein muss, dass sie das Gewicht der darüber befindlichen Lagen sicher tragen kann. Würden die unteren Lagen in der Weise nachgeben, dass sich deren Höhe verringert, wäre nicht sichergestellt, dass der aus der Düse austretende Materialstrang bestimmungsgemäß auf die oberste Lage abgelegt werden kann. Vielmehr wäre ggf. nicht auszuschließen, dass der Materialstrang aus der Düse Undefiniert in der Luft hängt und beim Absinken irgendwo, aber nicht notwendigerweise an der vorgesehenen Stelle, abgelegt wird. This problem is exacerbated when individual layers of the material strand are laid on top of each other and then the bottom layer must be so strong that it can safely carry the weight of the layers above it. Would the lower layers give way in such a way that their height is reduced, it would not be ensured that the emerging from the nozzle material strand can be stored as intended on the top layer. Rather, it may not be ruled out that the material strand from the nozzle hangs in the air in an undefined manner and is deposited somewhere on the drop, but not necessarily at the intended location.
Wird eine Materialmischung so eingestellt, dass sie sehr schnell erstarrt, so ist dies grundsätzlich für die Stabilität des aus der Düse abgegebenen Materialstrangs vorteilhaft. Jedoch können unplanmäßige Betriebsunterbrechungen dazu führen, dass die Materialmischung in der Düse und in den der Düse vorgeschalteten Bereichen der Druckvorrichtung erstarrt, in denen sich die Materialmischung befindet. Anschließend sind mit erheblichem Zeitaufwand aufwendige Reinigungsarbeiten erforderlich, um dieIf a material mixture is adjusted so that it solidifies very quickly, this is basically advantageous for the stability of the material strand discharged from the nozzle. However, unplanned service interruptions can cause the material mixture in the nozzle and in the nozzle upstream areas of the printing device solidifies, in which the material mixture is. Subsequently, a considerable amount of time consuming cleaning work is required to the
Druckvorrichtung wieder betriebsbereit zu machen. Die zur Produktion nutzbare Zeit, in welcher die Druckvorrichtung betriebsbereit ist, ihre so genannte Verfügbarkeit, wird hierdurch negativ beeinflusst. To make the printing device ready for use again. The usable for production time in which the printing device is ready for operation, their so-called availability, is thereby adversely affected.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Verfahren dahingehend zu verbessern, dass ein Pasten-SD- Druck mehrlagiger Objekte mit schnellem Baufortschritt und hoher Bauteil-Endfestigkeit ermöglicht wird. Weiterhin liegt der Er- findung die Aufgabe zugrunde, eine zur Durchführung dieses Verfahrens geeignete Vorrichtung anzugeben, die eine hohe Verfügbarkeit aufweist. The invention has for its object to improve a generic method to the effect that a paste SD printing multi-layer objects with fast construction progress and high component final strength is possible. Furthermore, the invention is based on the object, one for carrying out this Specify method suitable device, which has a high availability.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1 und eine Vorrichtung nach Anspruch 13 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben. This object is achieved by a method according to claim 1 and an apparatus according to claim 13. Advantageous embodiments are specified in the subclaims.
Die Erfindung schlägt mit anderen Worten vor, dass die Durchmischung der beiden Komponenten, von denen die eine Kompo- nente vereinfachend als„Bindemittel" und die andere Komponente vereinfachend als„Härter" bezeichnet werden kann, erst im Bereich der Düse erfolgt, also kurz vor dem Austritt des Materialstrangs aus der Düse. Somit kann für den Mechanismus der Durcherstarrung eine vergleichsweise kurze, so genannte Topf- zeit verwendet werden, also eine vergleichsweise kurze Zeitspanne bis zum Abschluss des Erstarrungsvorgangs eingestellt werden, beispielsweise durch Auswahl der geeigneten Zusammensetzung der beiden Komponenten. Diese schnelle Erstarrung stellt sicher, dass ein Bauteil mit mehreren übereinander angeordneten Lagen geschaffen werden kann, ohne dass sich die unteren, insbesondere die unterste Lage unerwünscht verformen kann. In other words, the invention proposes that the mixing of the two components, of which one component can simplifyly be referred to as a "binder" and the other component as a "hardener", takes place only in the region of the nozzle, ie, shortly before the exit of the material strand from the nozzle. Thus, for the mechanism of solidification, a comparatively short, so-called pot-time can be used, that is to say a comparatively short period of time until the completion of the solidification process, for example by selecting the suitable composition of the two components. This rapid solidification ensures that a component with several superimposed layers can be created without the lower, in particular the lowest layer can deform undesirable.
Dadurch, dass die Mischung erst im Bereich der Düse erfolgt und nicht früher, ist sichergestellt, dass bei Störungen im Ablauf des Verfahrens, wenn die dazu verwendete Vorrichtung angehalten werden muss, also eine Unterbrechung des Druckvorgangs erfolgt, nicht in einem Großteil der verwendeten Druckvorrichtung beide Komponenten gemeinsam und in Mischung vorhan- den sind; dies würde nämlich ansonsten im Falle einer Betriebsunterbrechung dazu führen, dass das aus beiden Komponenten angemischte Material in der Druckvorrichtung erstarrt. Als Folge wären arbeits- und zeitaufwendige Reinigungsarbeiten erforderlich, um die verwendete Druckvorrichtung von dem erstarrten Material zu befreien und wieder funktionsfähig zu machen. Um die Verarbeitung von pastösem, inhomogenem Material zu ermöglichen, ist vorschlagsgemäß eine intensive Durchmischung der beiden Komponenten im Bereich der Düse vorgesehen. Um diese Durchmischung zu bewirken, sind vorschlagsgemäß keine beweglichen Mischorgane wie Rührflügel o. dgl. erforderlich.The fact that the mixing takes place only in the region of the nozzle and not earlier, it is ensured that in case of disturbances in the process, if the device used for this must be stopped, so an interruption of the printing process, not in a large part of the printing device used both Components are present together and in a mix; Otherwise, in the case of an interruption in operation, this would mean that the material mixed from both components solidifies in the printing device. As a result laborious and time consuming cleaning would be required to free the used printing device from the solidified material and render it functional again. In order to enable the processing of pasty, inhomogeneous material, an intensive mixing of the two components in the region of the nozzle is provided according to the proposal. To effect this mixing, according to the proposal no moving mixing elements such as impellers o. The like. Required.
Vielmehr erfolgt die Mischung durch eine Änderung der Geometrie in der Düse: Die erste Komponente des zu verarbeitenden Materials passiert zunächst eine Mischöffnung. Im Bereich dieser Mischöffnung wird die zweite Komponente zugeführt, also entweder kurz vor, oder genau in der Mischöffnung, oder kurz hinter dieser Mischöffnung, wobei die Zugabe der zweiten Komponente vorteilhaft in der Mischöffnung erfolgt. Rather, the mixture is due to a change in the geometry in the nozzle: the first component of the material to be processed first passes through a mixing opening. In the region of this mixing opening, the second component is supplied, ie either shortly before, or exactly in the mixing opening, or shortly after this mixing opening, the addition of the second component advantageously taking place in the mixing opening.
Der Mischöffnung nachgeschaltet, also in Strömungsrichtung hinter der Mischöffnung, ist die Austrittsöffnung der Düse angeordnet, aus welcher der gesamte Materialstrang, enthaltend die erste und die zweite Komponente, aus der Düse austritt. Die Austrittsöffnung hat einen geringeren freien, das Material durchlassenden Querschnitt als die vorgeschaltete Mischöffnung der Düse, so dass das Material beim Übergang von der Mischöffnung zu der Austrittsöffnung regelrecht gequetscht wird. Downstream of the mixing opening, ie in the flow direction behind the mixing opening, the outlet opening of the nozzle is arranged, from which the entire material strand containing the first and the second component emerges from the nozzle. The outlet opening has a smaller free, the material passage cross-section than the upstream mixing opening of the nozzle, so that the material is literally squeezed at the transition from the mixing opening to the outlet opening.
Das so genannte Quetschverhältnis bestimmt sich nach dem Verhältnis des größeren freien Querschnitts Q1 der Mischöff- nung zum freien Querschnitt Q2 der Austrittsöffnung. Durch dieses Quetschverhältnis, welches größer als 1 ist, wird eine intensive Durchmischung der beiden Komponenten sichergestellt, bevor diese die Austrittsöffnung der Düse verlassen, so dass anschließend die Durcherstarrung des Materialstrangs aufgrund der intensiven Vermischung seiner beiden Komponenten gewährleistet ist. The so-called squeezing ratio is determined by the ratio of the larger free cross section Q1 of the mixing opening to the free cross section Q2 of the outlet opening. By this squeezing ratio, which is greater than 1, an intensive mixing of the two components is ensured before they leave the outlet opening of the nozzle, so that subsequently the solidification of the material strand is ensured due to the intensive mixing of its two components.
Je nach den verwendeten Werkstoffen kann die Erstarrung der Hüllschicht beispielsweise durch Lichtstrahlen aus der Umge- bung erfolgen, oder durch Luftfeuchtigkeit, so dass noch vor derDepending on the materials used, the solidification of the cladding layer can take place, for example, by light rays from the environment, or by atmospheric moisture, so that even before the
Zwei-Komponenten-Reaktion und vor Abschluss der Durch- erstarrung des Materialstrangs die Hüllschicht eine ausreichende Festigkeit aufweist, um die Ablage eines weiteren Materialstrangs auf der zuvor abgelegten Lage des Materialstrangs zu ermöglichen. Two-component reaction and before completion of the solidification of the material strand, the cladding layer has sufficient strength to allow the deposition of another strand of material on the previously deposited layer of the material strand.
Vorteilhaft kann die Mischungsöffnung im Verlauf ihres Umfangs radial nach innen gerichtete Einkerbungen aufweisen, also beispielsweise einen Querschnitt der ähnlich wie eine Blüte mit mehreren Blütenblättern konturiert ist, oder der ähnlich wie ein mehrstrahliger Stern konturiert ist, oder dergleichen. Die zweite pumpfähige Komponente wird in diese Einkerbungen eingebracht. Der anschließende Quetschvorgang der Materialmischung bis zu deren Austritt aus der Austrittsdüse bewirkt, dass die in die Einkerbungen eingebrachte zweite Komponente von der ersten Komponente regelrecht umschlossen wird und somit tief in das Innere des gesamten Materialstrangs eindringt. Je nach dem Quetschverhältnis und dem dadurch auf das Material einwirkenden Druck kann eine regelrecht dendritische Verästelung der im Inneren der ersten Komponente eingeschlossenen zweiten Komponente erfolgen. Derartige Verästelungen ergeben sich insbesondere deshalb, weil die Materialmischung aus beiden Komponenten nicht homogen ist, sondern aufgrund eingelagerter Partikel inhomogen ausgestaltet ist. Besonders vorteilhaft wird die zweite Komponente in jeder der mehreren vorhandenen Einkerbungen an die erste Komponente herangeführt, um eine möglichst gleichmäßige Durchmischung des gesamten Materialstrangs zu bewirken. Es kann jedoch, je nach verwendeten Materialien, zu Gunsten eines möglichst ge- ringen konstruktiven Aufwandes eine Herstellung der Druckvorrichtung bzw. deren Düse ausreichend sein, lediglich eine einzige Einkerbung vorzusehen, oder bei mehreren Einkerbungen die zweite Komponente lediglich im Bereich einer einzigen Einkerbung an die erste Komponente heranzuführen, oder bei jeden- falls nicht sämtlichen Einkerbungen der ersten Komponente, wenn sich aufgrund von praktischen Versuchen herausstellt, dass für die jeweils verwendete Materialmischung eine ausreichend intensive Durchmischung der beiden Komponenten und somit eine ausreichend schnelle und vollständige Durcherstarrung des aus der Düse abgelegten Materialstrangs gewährleistet werden kann. Advantageously, the mixing opening may have radially inwardly directed notches in the course of its circumference, that is, for example, a cross section which is contoured similar to a flower having a plurality of petals, or which is contoured similarly to a multi-beam star, or the like. The second pumpable component is introduced into these indentations. The subsequent squeezing of the material mixture up to its exit from the outlet nozzle causes the second component introduced into the indentations to be literally enclosed by the first component and thus penetrates deep into the interior of the entire material strand. Depending on the squeezing ratio and the pressure acting thereon on the material, a dendritic branching of the second component enclosed in the interior of the first component can take place. Such ramifications arise in particular because the material mixture of the two components is not homogeneous, but is designed inhomogeneous due to embedded particles. Particularly advantageously, the second component is introduced in each of the several existing notches to the first component in order to effect the most uniform possible mixing of the entire material strand. However, depending on the materials used, production of the printing device or its nozzle may be sufficient to provide only a single indentation or, in the case of multiple indentations, the second component only in the region of a single indentation on the surface first component, or at least not all the notches of the first component, if it turns out that for the material mixture used in each case sufficiently thorough mixing of the two components and thus a sufficiently rapid and complete solidification of the deposited from the nozzle strand of material can be ensured.
Vorteilhaft wird der aus der Düse abgegebene Materialstrang nicht durch ausschließlich einen einzigen Erstarrungsmechanismus zur Erstarrung gebracht, sondern vielmehr in einem„dual eure" Prozess zur Erstarrung gebracht. Dieser auf zwei unterschiedlichen Erstarrungsmechanismen beruhende„dual eure" Prozess bedeutet, dass einerseits ein erster Erstarrungsmechanismus die Durcherstarrung des aus der Düse abgegebenen Materialstrangs bewirkt, mittels beiden miteinander reagierenden Komponenten. Dieser erste Erstarrungsmechanismus kann einen vergleichsweise längeren Zeitraum erfordern. Innerhalb einer kürzeren Zeit, bevor also der Materialstrang vollständig durcherstarrt ist, kann allerdings die Festigkeit des Materialstrangs insofern verbessert werden, als mittels eines zweiten Erstarrungsmechanismus eine äußere Hüllschicht zur Erstarrung gebracht wird, so dass eine feste Hülle des Materialstrangs gebildet wird, die dem Materialstrang eine erhöhte Tragfähigkeit verleiht und es noch vor dessen Durcherstarrung ermöglicht, eine oder mehrere weitere Lagen von Materialsträngen auf dieser Lage des Materialstrangs abzulegen. Ähnlich wie die Wand einer Rohrleitung stellt diese äußere, bereits erstarrte Hüllschicht des Materialstrangs sicher, dass mechanische Belastungen nicht zu einer Verformung des Materialstrangs führen, bevor dieser vollständig durcherstarrt ist und seine endgültige mechanische Belastbarkeit bzw. Tragfähigkeit erreicht. Advantageously, the strand of material dispensed from the nozzle is not solidified by a single solidification mechanism, but rather is solidified in a "duale" process.This "dualeye" process based on two different solidification mechanisms means that, on the one hand, a first solidification mechanism Through solidification of the discharged material from the nozzle strand causes, by means of two mutually reactive components. This first solidification mechanism may require a relatively longer period of time. Within a shorter time, ie, before the material strand is completely solidified, however, the strength of the material strand can be improved insofar as by means of a second solidification mechanism, an outer shell layer is solidified, so that a solid shell of the material strand is formed, the material strand a imparts increased load-bearing capacity and, prior to its solidification, makes it possible to deposit one or more further layers of material strands on this layer of the material strand. Similar to the wall of a pipeline, this outer, already solidified coating layer of the material strand ensures that mechanical stresses do not lead to deformation of the material strand before it is completely solidified and reaches its final mechanical load capacity.
Um im Rahmen dieses„dual eure" Prozesses die Erstarrung der äußeren Hüllschicht zu bewirken, kann der Materialstrang, der bereits beide Komponenten enthält, von außen einem Einfluss ausgesetzt werden, welcher die Erstarrung fördert. Da dieser Einfluss von außen erfolgt, wirkt er sich auf die Hüllschicht des Materialstrangs aus. Es kann sich bei diesem Einfluss beispielsweise um Wärme handeln, so dass der Austrittsöffnung nachgeschaltet eine Heizvorrichtung vorgesehen sein kann, durch welche der aus der Austrittsdüse tretende Materialstrang strömt. Gegebenenfalls kann auch die Austrittsdüse selbst beheizt sein, um zusätzlich zu dem Durchmischungseffekt auch den für die Erstarrung der Hüllschicht nutzbaren Einfluss auf den Materialstrang auszuüben. In order to bring about the solidification of the outer coating layer in the context of this "dualeye" process, the material strand, which already contains both components, can be exposed from the outside to an influence which promotes solidification the envelope layer of the Material strand out. For example, this influence can be heat, so that a heating device can be provided downstream of the outlet opening, through which the material strand emerging from the outlet nozzle flows. Optionally, the outlet nozzle itself may also be heated in order to exert, in addition to the mixing-through effect, the influence which can be used on the material strand for the solidification of the coating layer.
Alternativ zur Wärme kann je nach den verwendeten Materialien, die im Materialstrang enthalten sind, Feuchtigkeit auf die Oberfläche des Materialstrangs abgegeben werden, beispielsweise Wasser oder eine andere reaktive Feuchtigkeit, und als dritte Einflussmöglichkeit kann eine ringförmige Strahlungsquelle vorgesehen sein, die von außen auf den Materialstrang einwirkt und so die Erstarrung einer äußeren Hüllschicht des Materialstrangs fördert. As an alternative to heat, depending on the materials used, which are contained in the material strand, moisture may be released onto the surface of the strand of material, such as water or other reactive moisture, and as a third influence, an annular radiation source may be provided externally on the strand of material acts and thus promotes the solidification of an outer shell layer of the material strand.
Vorteilhaft kann vorgesehen sein, dass die Materialmischung in der Düse noch vor der Austrittsöffnung mittels einer Heizeinrichtung temperiert wird und auf eine vorbestimmte Temperatur erwärmt wird. Unabhängig von dem oben geschilderten Einfluss die Erstarrung einer Hüllschicht zu bewirken, ist bei dieser Ausgestaltung des Verfahrens eine Temperierung der Materialmischung innerhalb der Düse vorgesehen, um die Fließfähigkeit der Materialmischung vorteilhaft zu beeinflussen. Es kann daher vorgesehen sein, dass innerhalb der Düse die Materialmischung auf eine erste, vergleichsweise niedrige Temperatur gebracht wird, um die Fließfähigkeit der Materialmischung innerhalb der Düse zu begünstigen. Im Bereich der Austrittsöffnung oder kurz hinter der Austrittsöffnung kann die Beheizung der Materialmischung mit einer demgegenüber zweiten, höheren Temperatur vorgesehen sein, um die Erstarrung der erwähnten Hüllschicht des Materialstrangs zu unterstützen. Vorteilhaft kann bei dem vorschlagsgemäßen Verfahren die erste, als Bindemittel bezeichnete Komponente Elastomerpartikel enthalten. Die Elastomerpartikel sind als Granulat ausgestaltet, also als unregelmäßig ausgestaltete Körperchen, die gegenüber gleichmäßigen geometrischen Körpern, wie z. B. Kügelchen, den Vorteil haben, untereinander einen verbesserten mechanischen Halt zu bewirken, so dass Bauteile mit vergleichsweise hoher mechanischer Festigkeit geschaffen werden können, die insbesondere gegenüber Druckbelastungen sehr stabil sind. Beispielsweise können Oberflächen geschaffen werden, die begehbar sind und Verkehrsbelastungen oder sportlichen Belastungen standhalten können. Das Elastomergranulat liegt dabei mit verschieden großen Körnern als Granulatmischung vor. Auch hierdurch wird die mechanische Belastbarkeit des fertigen, aus dem Drucker enthaltenen Produkts verbessert, und weiterhin wird durch die Granulatmischung unterschiedlich großer Körner das freie Lückenvolumen des Granulats verringert, das wirtschaftlich vorteilhaft sein kann. Beispielsweise kann als Granulat ein mechanisch zerkleinertes Rezyklat verwendet werden, während im Übrigen die erste Komponente als Bindemittel beispielsweise ein Polyurethan enthalten kann. Aufgrund eines verringerten Lückenvolumens des Elastomergranulats ist dementsprechend weniger Polyurethan zur Erzielung eines bestimmten Volumens der ersten Komponente erforderlich, was dementsprechend wirtschaftlich vorteilhaft ist. Advantageously, it can be provided that the material mixture in the nozzle is tempered before the outlet opening by means of a heating device and is heated to a predetermined temperature. Regardless of the above-described influence to cause the solidification of a cladding layer, in this embodiment of the method, a temperature control of the material mixture is provided within the nozzle in order to influence the flowability of the material mixture advantageous. It can therefore be provided that within the nozzle, the material mixture is brought to a first, relatively low temperature in order to promote the flowability of the material mixture within the nozzle. In the region of the outlet opening or shortly after the outlet opening, the heating of the material mixture can be provided with a second, higher temperature, in contrast, in order to assist in the solidification of the aforementioned coating layer of the material strand. Advantageously, in the proposed method, the first, referred to as a binder component contain elastomer particles. The elastomer particles are configured as granules, that is, as irregularly shaped bodies, which are compared to uniform geometric bodies, such as. As beads, have the advantage to effect each other an improved mechanical support, so that components with relatively high mechanical strength can be created, which are very stable especially against pressure loads. For example, surfaces can be created that are walkable and can withstand traffic or sports loads. The elastomer granulate is present with different sized grains as a granule mixture. This also improves the mechanical strength of the finished product contained in the printer, and further reduces the free void volume of the granules by the granule mixture of grains of different sizes, which can be economically advantageous. For example, a mechanically comminuted recycled material can be used as granules, while otherwise the first component as binder can contain, for example, a polyurethane. Due to a reduced void volume of the elastomer granulate, accordingly, less polyurethane is required to achieve a certain volume of the first component, which is accordingly economically advantageous.
Vorteilhaft kann die erste Komponente als Elastomergranulat ein EPDM-Granulat enthalten. EPDM weist hervorragende Verkle- bungseigenschaften auf, so dass die beim 3D-Druck übereinan- der gelegten Lagen zuverlässig miteinander verbunden werden können und sehr stabile, aber dennoch elastische Bauelemente geschaffen werden können, nämlich gedruckt werden können. Advantageously, the first component can contain as elastomeric granules an EPDM granules. EPDM has excellent bonding properties, so that the layers superimposed on 3D printing can be reliably joined together and very stable, yet elastic components can be created, namely printed.
Ein Anwendungsbeispiel für das vorschlagsgemäße Verfahren besteht darin, einen Materialstrang, der EPDM-Granulat enthält, zu flächigen Platten zu verarbeiten, die dann als Bodenbelag beispielsweise für Sportböden, Laufbahnen u. dgl. verwendet werden können. Aufgrund der hervorragenden Verklebbarkeit können farblich unterschiedliche Bereiche dauerhaft miteinander verbunden werden, so dass beispielsweise Trennlinien zwischen verschiedenen Bahnen, Logos, oder beliebige alphanummeri- sche Kennzeichnungen problemlos in die Böden eingebracht werden können, indem zunächst die gewünschten Kennzeichnungen nach dem vorschlagsgemäßen Verfahren ausgedruckt werden und anschließend mit dem übrigen, schüttfähigen Material einer anderen Farbgebung umgeben werden, wobei dieses schüttfähige andersfarbige Material anschließend in an sich bekannter Weise vernetzt bzw. zur Erstarrung gebracht wird. An application example of the proposed method is to process a strand of material containing EPDM granules to flat sheets, which then as a floor covering For example, for sports floors, raceways u. Like. Can be used. Due to the excellent adhesiveness color different areas can be permanently interconnected, so that, for example, dividing lines between different tracks, logos, or any alphanumeric markings can be easily introduced into the soil by first the desired labels are printed according to the proposed method and then be surrounded with the rest, pourable material of a different color, this free-flowing differently colored material is then crosslinked or solidified in a conventional manner.
In praktischen Versuchen hat sich als vorteilhaft herausgestellt, in der ersten Komponente Granulatkörner mit Korngrößen zwischen 0 und 1 ,5 mm zu verwenden. Die jeweilige Verteilung der unterschiedlichen Korngrößen in einer Granulatmischung hängt unter anderem von dem angewendeten Zerkleinerungsverfahren ab, so dass sich typischerweise eine annähernd Gauss'sche Verteilung der Granulatkörner über die unterschiedlichen Korngrößen ergeben wird. Eine Granulatmischung zwischen 0 und 1 ,5 mm Korngröße lässt sich beispielsweise mit einer Druckvorrichtung verarbeiten, bei welcher die Austrittsöffnung der Düse eine kreisrunde Geometrie aufweist und einen Durchmesser von 3 mm hat. Entsprechend diesem Düsendurchmesser können Materialstränge aus der Düse abgelegt werden, die eine vergleichsweise hohe Auflösung optischer Muster im Bereich der Bodengestaltung ermöglichen. Wenn mit dem vorschlagsgemäßen Verfahren jedoch andere Anwendungszwecke verfolgt werden, beispielsweise die Herstellung witterungsbeständiger Elemente für den Außenbereich, beispielsweise künstlicher Steine o. dgl. im Bereich der Garten- oder Landschaftsgestaltung, so können auch Düsen mit davon abweichend großen Austrittsöffnungen verwendet werden und dementsprechend dann auch Materialmischungen verarbeitet werden, bei denen die Granulatmischungen einen anderen Korngrößenbereich aufweisen, bei- spielsweise kleinere Korngrößen zur Schaffung sehr präziser und feingestalteter Oberflächen oder größere Korngrößen zur Erzielung eines schnelleren Baufortschritts, beispielsweise zur Schaffung von im Wesentlichen tragenden Strukturen, die entweder von anderen Materialien verdeckt werden oder in einem ausreichend großen Betrachtungsabstand angeordnet werden sollen, dass eine dementsprechend fein ausgearbeitete Oberflächengestaltung nicht erforderlich ist. In practical experiments it has proven to be advantageous to use in the first component granules with grain sizes between 0 and 1, 5 mm. The particular distribution of the different particle sizes in a granule mixture depends inter alia on the size reduction method used, so that an approximately Gaussian distribution of the granules over the different particle sizes will typically result. A granulate mixture between 0 and 1, 5 mm grain size can be processed, for example, with a printing device in which the outlet opening of the nozzle has a circular geometry and has a diameter of 3 mm. Depending on this nozzle diameter, strands of material can be deposited from the nozzle, which enable a comparatively high resolution of optical patterns in the area of the floor design. However, if other applications are pursued with the proposed method, for example, the production of weather-resistant elements for outdoor use, such as artificial stones o. The like. In the field of gardening or landscaping, so can nozzles with exceptionally large outlet openings are used and, accordingly, then Material mixtures in which the granulate mixtures have a different particle size range, For example, smaller grain sizes to create very precise and finely textured surfaces or larger grain sizes to achieve a faster construction progress, for example, to create essentially load-bearing structures that are either covered by other materials or should be arranged in a sufficiently large viewing distance that a accordingly fine elaborated Surface design is not required.
Vorteilhaft kann vorgesehen sein, dass die erste Komponente mittels eines Extruders gefördert wird, bevor sie in die Mischöffnung gelangt. Dadurch, dass diese erste Komponente, die ja inhomogen ausgestaltet ist und das Granulat enthält, mittels eines Extruders gefördert wird, wird sie mechanisch traktiert, so dass sie dabei einerseits eine Art Vorverdichtung erfährt, indem sich die einzelnen Körner der Granulatmischung möglichst dicht anordnen und das weiter oben erwähnte, möglichst geringe Lückenvolumen der Granulatmischung bewirken. Zweitens werden dabei die Körner der Granulatmischung in eine Art Vorzugsausrichtung gebracht, so dass die anschließende Passage der Materialmischung durch die Düse und deren Misch- und Austrittsöffnungen begünstigt wird. Hinsichtlich des Materialflusses der ersten Komponente ist zudem festzustellen, dass bei der Verwendung von Elastomergranulat die feinen Kornanteile wie ein Fließverbesserer wirken, die eine Pumpförderung der ersten Komponente entweder überhaupt erst möglich machen oder aber zumindest mit einem geringeren Energieeinsatz ermöglichen. Advantageously, it can be provided that the first component is conveyed by means of an extruder before it enters the mixing opening. Due to the fact that this first component, which is indeed inhomogeneous and contains the granules, is conveyed by means of an extruder, it is subjected to mechanical action, so that on the one hand it undergoes a kind of pre-compaction by arranging the individual granules of the granulate mixture as close as possible mentioned above, the smallest possible void volume of the granule mixture cause. Secondly, the grains of the granular mixture are brought into a kind of preferred orientation, so that the subsequent passage of the material mixture through the nozzle and its mixing and outlet openings is favored. With regard to the material flow of the first component is also noted that when using elastomeric granules, the fine grain fractions act as a flow improver, which make pumping the first component either possible or at least possible with a lower energy input.
In ersten praktischen Versuchen hat sich herausgestellt, dass das vorschlagsgemäße Verfahren vorteilhaft mit Materialien durchgeführt werden kann, bei denen in der Materialmischung ein Urethan-Acrylat oder Urethanmeth-Acrylat mit Isocyanat- Reagenzien kombiniert wird. Diese Materialien ermöglichen einerseits eine zuverlässige Durcherstarrung zu Gunsten einer hohen Stabilität und andererseits eine schnelle Erstfestigkeit mit- tels einer erstarrten Hüllschicht, so dass mit dem vorschlagsgemäßen Verfahren und unter Verwendung dieser genannten Materialien innerhalb vergleichsweise kurzer Zeit ein vergleichsweise großes Materialvolumen aufgebaut werden kann, wobei mit den großen Materialvolumen nicht das Volumen gemeint ist, welches der hergestellte Körper mit seiner Hüllkontur einnimmt, sondern vielmehr das Volumen der aus dem Drucker ausgegebenen Materialmenge. Diese Möglichkeit, ein großes Volumen innerhalb kurzer Zeit aufzubauen, bedeutet einen schnellen Ar- beitsfortschritt und dementsprechend geringe Herstellungszeiten für die zu druckenden Objekte. In first practical experiments, it has been found that the proposed method can advantageously be carried out with materials in which a urethane acrylate or urethane methacrylate is combined with isocyanate reagents in the material mixture. On the one hand, these materials enable reliable solidification in favor of a high stability and, on the other hand, a fast initial strength can be achieved. Tels a solidified shell layer, so that with the proposed method and using these materials within a relatively short time, a comparatively large volume of material can be constructed, with the large volume of material is not meant the volume, which occupies the body produced with its envelope contour, but rather, the volume of material dispensed from the printer. This ability to build up a large volume in a short time means fast work progress and consequently low production times for the objects to be printed.
Zur Beeinflussung des Verfahrens kann in der Materialmischung vorteilhaft wenigstens ein zusätzliches Material verwendet wer- den, welches aus der Gruppe folgender Materialien stammt: Es kann ein Reaktivverdünner verwendet werden, beispielsweise bestehend aus Mono-, Di-, Tri- oder polyfunktionalen Acrylaten, die dem genannten Urethan- bzw. Urethanmeth-Acrylat zugesetzt werden können, um dessen Viskosität zu beeinflussen. Vorteilhaft wird eine Viskosität von weniger als 10.000 mPas eingestellt, damit die entsprechende, pastöse Materialmischung problemlos pumpfähig ist. Die Materialmischung kann einen Photoinitiator aufweisen, um die Erstarrung mittels Lichtstrahlung zu ermöglichen, beispielsweise zur Erzielung der äußeren Hüll- schicht, indem der Materialstrang dementsprechend mit Licht bestrahlt wird oder dem Umgebungslicht ausgesetzt wird. Vorteilhaft kann ein Inhibitor verwendet werden, um die Topfzeit der Erstarrungsreaktion der beiden Komponenten zu beeinflussen und eine vorzeitige Erstarrung des Materialstrangs zu vermei- den. Rheologische Hilfsmittel können der Materialmischung zugesetzt werden, um die Fließeigenschaften der beiden Komponenten bzw. der gesamten Materialmischung zu beeinflussen, sei es innerhalb der Druckvorrichtung, beispielsweise innerhalb der Düse, um dort das Material optimal fließfähig einzustellen, oder sei es um das Material möglichst wenig fließfähig einzustel- len, wenn es aus der Düse ausgetreten ist und dann nicht, nach Ablage auf ggf. einer vorherigen Lage, zerfließen soll. In order to influence the process, at least one additional material which originates from the group of the following materials may advantageously be used in the material mixture: A reactive diluent may be used, for example consisting of mono-, di-, tri- or polyfunctional acrylates which corresponds to urethane or urethane meth acrylate can be added to affect its viscosity. Advantageously, a viscosity of less than 10,000 mPas is set, so that the corresponding, pasty material mixture is easily pumped. The material mixture may have a photoinitiator to enable solidification by means of light radiation, for example to obtain the outer cladding layer, by correspondingly irradiating the material strand with light or exposing it to ambient light. Advantageously, an inhibitor can be used to influence the pot life of the solidification reaction of the two components and to prevent premature solidification of the material strand. Rheological auxiliaries can be added to the material mixture in order to influence the flow properties of the two components or of the entire material mixture, be it within the printing device, for example within the nozzle, in order to optimally adjust the material there, or if it is as fluid as possible around the material einzustel- len, when it has escaped from the nozzle and then, after filing on possibly a previous position, should not flow.
Zur Durchführung des vorschlagsgemäßen Verfahrens kann vorteilhaft eine Vorrichtung verwendet werden, deren Düse einen Düsenkanal aufweist, durch den die Mate almischung strömt. Der Düsenkanal führt die Materialmischung zunächst zu der erwähnten Mischöffnung und anschließend zu der Austrittsöffnung der Düse. Im Bereich der Mischöffnung weist diese Düse wenigstens einen Zuführkanal auf, so dass hier eine zweite Komponente zu der ersten Komponente zugeführt werden kann, welche die Mischöffnung passiert. Die Mischöffnung weist dabei einen freien Querschnitt auf, der mit Q1 bezeichnet ist und der die Fläche in der Mischöffnung bezeichnet, durch welche Material durch die Mischöffnung hindurchströmen kann. Die der Mischöffnung nachgeschaltete Austrittsöffnung weist einen freien Querschnitt auf, der mit Q2 bezeichnet ist und der geringer ist als der freie Querschnitt Q1 der Mischöffnung, um auf diese Weise den oben erwähnten Quetscheffekt und somit die Durchmischung der beiden Komponenten zu bewirken. For carrying out the proposed method can advantageously be used a device whose nozzle has a nozzle channel through which flows the Mate almischung. The nozzle channel leads the material mixture first to the aforementioned mixing opening and then to the outlet opening of the nozzle. In the region of the mixing opening, this nozzle has at least one feed channel, so that here a second component can be supplied to the first component, which passes through the mixing opening. In this case, the mixing opening has a free cross section, designated Q1, which designates the area in the mixing opening through which material can flow through the mixing opening. The outlet opening downstream of the mixing opening has a free cross-section, designated Q2, which is less than the free cross-section Q1 of the mixing opening, in order in this way to produce the abovementioned squeezing effect and thus the mixing of the two components.
Die Mischöffnung kann vorteilhaft im Verlauf ihres Umfangs die oben bereits erwähnten Einkerbungen aufweisen, so dass auch der diese Mischöffnung passierende Materialstrom der ersten Komponente im Querschnitt eine derartige Einkerbung aufweist. In diese Einkerbung der Mischöffnung mündet der Zuführkanal, um auf diese Weise das Einbringen der zweiten Komponente möglichst tief in den Querschnitt der ersten Komponente zu ermöglichen und damit eine möglichst intensive Durchmischung beider Komponenten zu unterstützen. The mixing opening may advantageously have the above-mentioned notches in the course of its circumference, so that the material flow of the first component passing through this mixing opening also has such a notch in cross-section. In this notch of the mixing opening of the supply channel opens, in this way to allow the introduction of the second component as deep as possible in the cross section of the first component and thus to support a very intensive mixing of the two components.
Je nachdem, welches Material verarbeitet werden soll, kann die Düse vorteilhaft eine Heizung aufweisen, so dass der Düsenkanal, durch den die Materialmischung strömt, mit einer vorbestimmten Temperatur temperierbar ist. Abgesehen von dem oben erwähnten Elastomergranulat können beispielsweise auch mineralische Bestandteile in der ersten oder zweiten Komponente vorliegen, oder es können metallische oder natürliche Späne, beispielsweise Holzspäne, als Bestandteile der ersten Komponente verarbeitet werden, wenn die gedruckten Bauteile dem- entsprechende optische oder auch mechanische Eigenschaften aufweisen sollen. Depending on which material is to be processed, the nozzle may advantageously have a heater, so that the nozzle channel through which the material mixture flows can be tempered at a predetermined temperature. For example, besides the above-mentioned elastomeric granules, too mineral constituents are present in the first or second component, or metallic or natural chips, for example wood chips, can be processed as constituents of the first component if the printed components are to have the corresponding optical or also mechanical properties.
In einer Ausgestaltung der Vorrichtung kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass in Strömungsrichtung hinter der Austrittsöffnung der Düse eine ringförmige Strahlungsquelle angeordnet ist, die den aus der Düse austretenden Materialstrang umgibt, und deren Strahlen radial nach innen gerichtet sind, nämlich auf den Materialstrang. Auf diese Weise kann eine durch Strahlung unterstützte Erstarrung der äußeren Hüllschicht des Materi- alstrangs bewirkt werden . In one embodiment of the device can be advantageously provided that in the flow direction behind the outlet opening of the nozzle an annular radiation source is arranged, which surrounds the emerging from the nozzle strand of material, and the jets are directed radially inward, namely on the strand of material. In this way, a radiation-assisted solidification of the outer shell layer of the material strand can be effected.
Alternativ oder auch ergänzend zu der vorgenannten ringförmigen Strahlungsquelle kann in Strömungsrichtung hinter der Aus- trittsöffnung eine Heizung angeordnet sein, so dass durch eine entsprechende Wärmeeinwirkung die Schaffung der äußerenAlternatively, or in addition to the above-mentioned annular radiation source, a heater can be arranged downstream of the outlet opening in the flow direction, so that the creation of the outer one by means of a corresponding heat effect
Hüllschicht unterstütz werden kann, je nachdem, welche Materialien in dem Materialstrang vorhanden sind und welche Einflüsse dementsprechend die Erstarrung einer äußeren Hüllschicht begünstigen. Covering layer can be supported, depending on which materials are present in the material strand and which influences accordingly favor the solidification of an outer shell layer.
Vorteilhaft kann im Inneren der Düse eine reibungsmindernde Oberflächenbeschichtung vorgesehen sein, beispielsweise aus PTFE, um auf diese Weise speziell dort, wo die erste Komponente strömt, oder wo die zweite Komponente strömt, oder wo beide Komponenten bzw. die aus beiden Komponenten hergestellte Materialmischung die Düse durchströmt, den Wandreibungswiderstand herabzusetzen und eine widerstandsarme, problemlose Durchströmung der Düse zu unterstützen. Advantageously, a friction-reducing surface coating can be provided inside the nozzle, for example made of PTFE, in this way especially where the first component flows, or where the second component flows, or where both components or the material mixture prepared from two components, the nozzle flows through, reduce the wall friction resistance and to support a low-resistance, easy flow through the nozzle.
Die Erfindung wird anhand der rein schematischen Darstellungen nachfolgend näher erläutert. Dabei zeigt The invention will be explained in more detail below with reference to the purely schematic illustrations. It shows
Fig. 1 eine schaubildliche Darstellung einer Vorrichtung zur Durchführung eines 3D-Pastendruckverfahrens,1 is a perspective view of an apparatus for performing a 3D paste printing method,
Fig. 2 zwei Querschnitte durch eine in der Vorrichtung von Fig. 1 verwendbare Düse, 2 shows two cross sections through a nozzle which can be used in the device of FIG. 1,
Fig. 3 einen Querschnitt durch eine Düse mit einer zu Fig. 3 shows a cross section through a nozzle with a to FIG.
2 alternativen Ausgestaltung der Mischöffnung, Fig. 4 eine Ansicht ähnlich Fig. 2, jedoch für ein weiteres alternatives Ausführungsbeispiel einer Düse, und FIG. 4 shows a view similar to FIG. 2, but for a further alternative embodiment of a nozzle, and FIG
Fig. 5 eine schematische, stark vereinfachte, perspektivische Ansicht auf eine Düse. In Fig. 1 ist mit 1 insgesamt eine Vorrichtung bezeichnet, die dazu dient, pastöses, inhomogenes Material im 3D-Druckverfahren lagenweise abzulegen. Fig. 5 is a schematic, greatly simplified, perspective view of a nozzle. In Fig. 1, 1 denotes a device as a whole, which serves to deposit pasty, inhomogeneous material in the 3D printing process in layers.
Eine Flüssigkeit A, beispielsweise ein Polyurethan, und ein Fest- stoff B, beispielsweise ein EPDM-Granulat, werden jeweils einem Mischer 2 zugeführt und dort miteinander vermischt. Sie bilden zusammen eine erste Komponente 23 des im SD- Druckverfahren auszudruckenden Pastenstrangs. Gegebenenfalls kann die erste Komponente 23 auch noch Additive enthal- ten, die im Mischer 2 oder später den beiden genannten Bestandteilen der ersten Komponente 23 zugesetzt werden. Die erste Komponente 23 wird mittels einer Förderpumpe 3 durch eine Transportleitung 4 gefördert, wobei in Fig. 1 rechts schematisch ein Ausschnitt der ersten Komponente 23 dargestellt ist, die sich in der Transportleitung 4 befindet. Granulat 22 mit unterschiedlich großen EPDM-Körnern ist von der Flüssigkeit A umgeben. Die Transportleitung 4 kann beheizt sein, um optimale Fließeigenschaften der ersten Komponente 23 sicherzustellen. Hierzu ist eine Rohrheizung 5 schematisch angedeutet, welche die Transportleitung 4 auf einem kleinen Abschnitt der Transportleitung 4 umgibt. Die erste Komponente 23 gelangt in einen Pufferbehälter 6, der zur Vergleichmäßigung des Materialflusses dient und über einen schematisch angedeuteten Füllsensor 7 verfügt. Der Füllsensor 7 kann in einer ersten Ausführungsvariante den Füllstand innerhalb des Pufferbehälters 6 überwachen; in diesem Fall wird bei Unterschreitung eines Mindestfüllstandes die Förderpumpe 3 eingeschaltet oder deren Drehzahl erhöht, und bei Überschreitung eines Höchstfüllstandes im Pufferbehälter 6 wird die Förderpumpe 3 abgeschaltet oder deren Drehzahl reduziert. Der Füllsensor 7 kann in einer zweiten Ausführungsvariante als Drucksensor ausgestaltet sein, der den Druck innerhalb des Pufferbehälters 6 erfasst; in diesem Fall wird bei Unterschreitung eines Mindestdrucks die Förderpumpe 3 eingeschaltet oder deren Drehzahl erhöht, und bei Überschreitung eines zulässigen Höchstdrucks im Pufferbehälter 6 wird die Förderpumpe 3 abgeschaltet oder deren Drehzahl reduziert. Die Ausgestaltung des Füllsensors 7 als Drucksensor hat den Vorteil, dass der Pufferbehälter 6 stets vollständig gefüllt ist und so vermieden wird, dass Luftblasen in das Material gelangen. A liquid A, for example a polyurethane, and a solid B, for example an EPDM granulate, are each fed to a mixer 2 and mixed there with one another. Together they form a first component 23 of the paste strand to be printed in the SD printing process. If appropriate, the first component 23 may also contain additives which are added in the mixer 2 or later to the two constituents of the first component 23 mentioned above. The first component 23 is conveyed by means of a feed pump 3 through a transport line 4, wherein in Fig. 1 right schematically a section of the first component 23 is shown, which is located in the transport line 4. Granulate 22 with different sized EPDM grains is surrounded by the liquid A. The transport line 4 can be heated in order to ensure optimum flow properties of the first component 23. For this purpose, a pipe heater 5 is schematically indicated, which surrounds the transport line 4 on a small portion of the transport line 4. The first component 23 passes into a buffer container 6, which serves to equalize the material flow and has a filling sensor 7 indicated schematically. The fill sensor 7 can monitor the fill level within the buffer tank 6 in a first embodiment; In this case, the supply pump 3 is turned on when it falls below a minimum level or increases their speed, and when exceeding a maximum level in the buffer tank 6, the feed pump 3 is turned off or reduced their speed. The filling sensor 7 may be configured in a second embodiment as a pressure sensor which detects the pressure within the buffer tank 6; In this case, the supply pump 3 is switched on or falls below a minimum pressure, the speed increases, and when exceeding a maximum allowable pressure in the buffer tank 6, the feed pump 3 is turned off or reduced their speed. The design of the filling sensor 7 as a pressure sensor has the advantage that the buffer container 6 is always completely filled and is thus avoided that air bubbles enter the material.
An den Pufferbehälter 6 schließt sich eine Dosierschnecke 8 an, die von einem Antriebsmotor 9 in Drehung versetzt ist und sich aus dem Pufferbehälter 6 bis in einen Düsenkanal 10 einer Düse 1 1 erstreckt. Die Dosierschnecke 8 verläuft konisch, so dass sie das von ihr transportierte Material intensiv bearbeitet und zu komprimieren sucht, hierdurch werden die Feststoff-Anteile der ersten Komponente 23 in Art einer Vorzugsorientierung ausgerichtet, was die Fließeigenschaften der ersten Komponente 23 verbessert. Die Dosierschnecke 8 erstreckt sich bis kurz vor eine Mischöffnung 12, die innerhalb der Düse 1 1 angeordnet ist. In den Fig. 2 - 4 ist jeweils eine Mischöffnung 12 dargestellt, und in Strömungsrichtung ist hinter der Mischöffnung 12 eine aus den Fig. 2 und 4 ersichtliche Austrittsöffnung 14 der Düse 1 1 angeordnet. Mittels eines Zuführkanals 15 und einer Pumpe 16 kann eine zweite Flüssigkeit H im Bereich der Mischöffnung 12 in die Düse 1 1 eingebracht werden. Während die erste Flüssigkeit A stark vereinfachend als„Bindemittel" bezeichnet werden kann, kann die zweite Flüssigkeit H, ebenso stark vereinfachend, als„Härter" bezeichnet werden, um auf diese Weise auszudrücken, dass die beiden Flüssigkeiten A und H miteinander reagieren und eine Erstarrung der Materialmischung bewirken, welche die erste Flüssigkeit A, den Feststoff B, die zweite Flüssigkeit H und ggf. Additive enthält wie einen Reaktivverdünner, einen Photoinitiator, einen Inhibitor oder Theologische Hilfsmittel. Die zweite Flüssigkeit H stellt daher eine zweite Komponente 24 dar, so dass die auszudruckende Materialmischung aus diesen beiden Komponenten 23 und 24 besteht. Die Additive können ausschließlich in der ersten Komponente 23 oder ausschließlich in der zweiten Komponente 24 enthalten sein, oder auf beide Komponenten 23 und 24 verteilt sein. The buffer container 6 is followed by a metering screw 8 which is rotated by a drive motor 9 and extends from the buffer container 6 into a nozzle channel 10 of a nozzle 11. The metering screw 8 runs conically, so that it intensively processes and compresses the material transported by it, thereby aligning the solids content of the first component 23 in the manner of a preferred orientation, which improves the flow properties of the first component 23. The metering screw 8 extends until just before a mixing opening 12 which is disposed within the nozzle 1 1. In FIGS. 2-4, a mixing opening 12 is shown in each case, and downstream of the mixing opening 12, an outlet opening 14 of the nozzle 11 which can be seen from FIGS. 2 and 4 is arranged in the flow direction. By means of a feed channel 15 and a pump 16, a second liquid H can be introduced into the nozzle 1 1 in the region of the mixing opening 12. While the first fluid A may be referred to simply as a "binder", the second fluid H may also be referred to as a "hardener" to simplify matters, so as to express that the two fluids A and H react with one another and solidify cause the material mixture, which contains the first liquid A, the solid B, the second liquid H and optionally additives such as a reactive diluent, a photoinitiator, an inhibitor or theological aid. The second liquid H therefore constitutes a second component 24, so that the material mixture to be printed out consists of these two components 23 and 24. The additives may be contained exclusively in the first component 23 or exclusively in the second component 24, or may be distributed to both components 23 and 24.
Ein Pneumatikschalter 17 dient dazu, die Zugabe der zweiten Komponente 24 in der Düse 1 1 ein- oder auszuschalten, so dass beispielsweise nur dann Härter bzw. die zweite Komponente 24 in die Düse 1 1 einströmt, wenn diese sich bewegt und einen Materialstrang ablegt, wenn also die erste Komponente 23 durch die Düse 1 1 hindurchströmt. A pneumatic switch 17 serves to switch the addition of the second component 24 in the nozzle 1 1 on or off, so that, for example, only hardener or the second component 24 flows into the nozzle 1 1 when it moves and deposits a strand of material, that is, when the first component 23 flows through the nozzle 1 1.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird die Düse 1 1 in Richtung des Pfeils R bewegt, so dass ein Materialstrang 18, der die gesamte Materialmischung der beiden Komponenten 23 und 24 enthält, aus einer Austrittsöffnung 14 der Düse 1 1 austritt, nach unten gelangt und dort auf einem Substrat 19 abgelegt wird. Ein bereits abgelegter Teil dieses Materialstrangs 18 ist links von der Düse 1 1 auf dem Substrat 19 liegend erkennbar. In the illustrated embodiment, the nozzle 1 1 is moved in the direction of the arrow R, so that a strand of material 18, which contains the entire material mixture of the two components 23 and 24, emerges from an outlet opening 14 of the nozzle 1 1, comes down and there a substrate 19 is deposited. An already deposited part of this strand of material 18 can be seen lying left of the nozzle 1 1 on the substrate 19.
In Fig. 1 ist weiter im Bereich der Austrittsöffnung 14 eine Einrichtung 20 angedeutet, die den Materialstrang 18 ringförmig umgibt und von außen ringförmig auf den Materialstrang 18 ein- wirkt. Die Einrichtung 20 dient dazu, eine äußere Hüllschicht des Materialstrangs 18 zur Erstarrung zu bringen, bevor die Reaktion der beiden Komponenten 23 und 24 den Materialstrang 18 über seinen gesamten Querschnitt durcherstarren lässt. Die Einrich- tung 20 ist in Fig. 1 rein schematisch angedeutet: Sie kann integraler Bestandteil der Düse 1 1 sein und die Austrittsöffnung 14 umgeben. Beispielsweise kann die Austrittsöffnung 14 beheizt sein, wenn die Wärmeeinwirkung die Erstarrung einer Hüllschicht des Materialstrangs 18 bewirkt. Die Einrichtung 20 kann jedoch auch der Düse 1 1 nachgeschaltet sein, in Strömungsrichtung des Materialstrangs 18 gesehen, und beispielsweise nachträglich an der Düse 1 1 montiert oder unabhängig von der Düse 1 1 kurz hinter deren Austrittsöffnung 14 angeordnet sein. Der Verlauf des Materialstrangs 18 ist rein schematisch dargestellt, in praktischen Versuchen hat sich als vorteilhaft herausgestellt, dass der Materialstrang 18 aus der Austrittsöffnung 14 bzw. aus der Einrichtung 20 in einer Höhe über dem Substrat ausgegeben wird, die etwa dem halben Durchmesser der Austrittsöffnung 14 entspricht. 1, a device 20 is further indicated in the region of the outlet opening 14, which surrounds the material strand 18 in an annular manner and is annular on the material strand 18 from the outside. acts. The device 20 serves to bring an outer shell layer of the material strand 18 to solidification before the reaction of the two components 23 and 24 can durcherstarren the material strand 18 over its entire cross-section. The device 20 is indicated purely schematically in FIG. 1: it can be an integral part of the nozzle 11 and surround the outlet opening 14. For example, the outlet opening 14 may be heated when the heat causes the solidification of a cladding layer of the material strand 18. However, the device 20 may also be connected downstream of the nozzle 1 1, viewed in the flow direction of the material strand 18, and for example retrofitted to the nozzle 1 1 or be arranged independently of the nozzle 1 1 just behind the outlet opening 14. The course of the material strand 18 is shown purely schematically, it has been found in practical experiments to be advantageous that the material strand 18 is discharged from the outlet opening 14 or from the device 20 at a height above the substrate which is approximately half the diameter of the outlet opening 14 equivalent.
Abgesehen von der beispielsweisen Ausgestaltung der Einrichtung 20 als Heizung kann die Einrichtung 20, je nach den Materialien, die den Materialstrang 18 bilden, und je nach deren Aushärtungsmechanismen, als Strahlungseinrichtung ausgestaltet sein, die beispielsweise UV-Strahlen ringförmig von außen auf den Materialstrang 18 einstrahlt, oder die Einrichtung 20 kann dazu dienen, durch Berieselung oder mit Hilfe von kleinen Sprühdüsen eine Flüssigkeit von außen auf den Materialstrang 18 aufzubringen, beispielsweise Wasser oder eine andere Aus- härtungsflüssigkeit. Apart from the exemplary embodiment of the device 20 as a heater, the device 20, depending on the materials that form the material strand 18, and depending on the curing mechanisms, be configured as a radiation device, which irradiates, for example, UV rays annular from the outside onto the strand of material 18 or the device 20 can serve to apply a liquid from the outside onto the strand of material 18, for example water or another hardening liquid, by sprinkling or by means of small spray nozzles.
Fig. 2 zeigt zwei Querschnitte durch die Düse 1 1 , um die Größenverhältnisse der beiden unterschiedlichen Öffnungen zu verdeutlichen: In Fig. 2 ist links eine Mischöffnung 12 dargestellt. Ein Pfeil verdeutlicht schematisch den Materialfluss der beiden Komponenten 23 und 24 zu einer Austhttsöffnung 14, die in Fig. 2 rechts dargestellt ist. 2 shows two cross sections through the nozzle 1 1 in order to clarify the size ratios of the two different openings. In FIG. 2, a mixing opening 12 is shown on the left. An arrow schematically illustrates the material flow of the two Components 23 and 24 to a Austhttsöffnung 14, which is shown in Fig. 2 right.
Innerhalb eines zylindrischen Gehäuses der Düse 1 1 befindet sich die Mischöffnung 12 mit einem Durchmesser Q1 . Durch die entsprechende Innenkontur der Mischöffnung 12 weist diese eine Vielzahl von Einkerbungen 21 auf. Ein Strang aus pastösem Material der ersten Komponente 23, der durch diese Innenkontur der Mischöffnung 12 strömt, weist dementsprechend eine Außenkontur mit derartigen Einkerbungen auf. Um diese Innenkontur der Mischöffnung 12 herum verläuft ein weiterer Abschnitt der Mischöffnung 12 mit einer kreisrunden Außenkontur. Beispielsweise kann sich in Strömungsrichtung der Materialmischung die Innenkontur der Mischöffnung 12 von der mit den Einkerbungen 21 versehenen Kontur zu der kreisförmigen Kontur erweitern, so dass in diesem erweiterten Bereich die Mischöffnung 12 einen ringförmigen Zuführkanal 15 aufweist. Der Zuführkanal 15 ist außen kreisförmig rund, mit der zweiten Komponente 24 gefüllt, und nach innen durch den mit den vielen Einkerbungen versehenen Materialstrang der ersten Komponente 23 begrenzt, der aus der Blütenblatt-ähnlichen Kontur der Mischöffnung 12 austritt. Within a cylindrical housing of the nozzle 1 1, the mixing port 12 is located with a diameter Q1. Due to the corresponding inner contour of the mixing opening 12, this has a plurality of notches 21. A strand of pasty material of the first component 23, which flows through this inner contour of the mixing opening 12, accordingly has an outer contour with such indentations. Around this inner contour of the mixing opening 12, another section of the mixing opening 12 extends with a circular outer contour. For example, in the flow direction of the material mixture, the inner contour of the mixing opening 12 can widen from the contour provided with the notches 21 to the circular contour, so that in this widened area the mixing opening 12 has an annular feed channel 15. The feed channel 15 is circular outside, filled with the second component 24, and bounded inwardly by the provided with the many notches material strand of the first component 23, which emerges from the petal-like contour of the mixing port 12.
Im weiteren Verlauf der Düse 1 1 gelangt diese Materialmischung, bestehend aus dem Inneren, Blütenblatt-ähnlichen Strang der ersten Komponente 23 und der durch den Zuführkanal 15 zugeführten zweiten Komponente 24 in die Austrittsöffnung 14. Diese weist einen kreisförmigen Querschnitt mit dem Durchmesser Q2 auf, der kleiner ist als der Durchmesser Q1 der Mischöffnung 12. Aus dem Größenverhältnis Q1 / Q2 ergibt sich ein Quetschverhältnis, dessen Wert größer als 1 ist und welches neben der geometrischen Formgebung und Konturierung der Mischöffnung 12 ein Maß für die Intensität der Durchmischung der beiden Komponenten 23 und 24 der Materialmischung darstellt. Fig. 3 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel einer Mischöffnung 12. Auch hier ist die Blütenblatt-ähnliche Geometrie der Mischöffnung 12 für die erste Komponente 23 vorgesehen wie in Fig. 2. Allerdings verläuft nicht ein einzelner, ringförmiger Zuführkanal 15 um die gesamte Mischöffnung 12 herum, sondern jeder Einkerbung 21 ist eigener Zuführkanal 15 zugeordnet, der die zweite Komponente 24 bis in die jeweilige Einkerbung 21 der Mischöffnung 12 führt, und damit in die jeweilige Einkerbung des Pastenstrangs der ersten Komponente 23. In the further course of the nozzle 1 1, this material mixture, consisting of the interior, petal-like strand of the first component 23 and the supplied through the feed channel 15 second component 24 passes into the outlet opening 14. This has a circular cross section with the diameter Q2, The size ratio Q1 / Q2 results in a squeezing ratio whose value is greater than 1 and which apart from the geometric shaping and contouring of the mixing opening 12 is a measure of the intensity of the mixing of the two components 23 and 24 represents the material mixture. 3 shows a second embodiment of a mixing opening 12. Again, the petal-like geometry of the mixing opening 12 for the first component 23 is provided as in FIG. 2. However, a single, annular feed channel 15 does not run around the entire mixing opening 12, but each notch 21 is associated with its own feed channel 15, which leads the second component 24 into the respective notch 21 of the mixing opening 12, and thus into the respective notch of the paste strand of the first component 23rd
Fig. 4 zeigt Querschnitte durch ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Düse 1 1 . Ähnlich wie in Fig. 2 ist auch hier der Material- fluss von der Mischöffnung 12 zur Austrittsöffnung 14 durch einen Pfeil angedeutet. Das Ausführungsbeispiel der Fig. 4 ist für die Verarbeitung einer Granulatmischung mit größeren Korndurchmessern vorgesehen als beim Ausführungsbeispiel der Fig. 2, daher sind die Werte Q1 für die Mischöffnung 12 und Q2 für die Austrittsöffnung 14 jeweils größer als beim Ausführungsbeispiel der Fig. 2. Auch gemäß Fig. 4 ergibt sich ein Quetschverhältnis, dessen Wert größer als 1 ist, da der Durchmesser Q2 der Austrittsöffnung 14 kleiner ist als der Durchmesser Q1 der Mischöffnung 12. Rein beispielhaft weist auch hier die Mischöffnung 12 wiederum Einkerbungen 21 auf, wobei sie jedoch eine geradlinige und nicht gerundete Innenkontur aufweist und daher nicht ähnlich wie ein Blütenblatt, sondern ähnlich wie ein Stern konturiert ist. Fig. 4 shows cross-sections through a further embodiment of a nozzle 1 1. Similar to FIG. 2, the material flow from the mixing opening 12 to the outlet opening 14 is also indicated here by an arrow. The embodiment of FIG. 4 is provided for processing a granule mixture with larger grain diameters than in the embodiment of FIG. 2, therefore the values Q1 for the mixing opening 12 and Q2 for the outlet opening 14 are each larger than in the embodiment of FIG As shown in FIG. 4 results in a squeezing ratio whose value is greater than 1, since the diameter Q2 of the outlet opening 14 is smaller than the diameter Q1 of the mixing opening 12. Purely by way of example, the mixing opening 12 in turn notches 21, but they have a has a rectilinear and non-rounded inner contour and therefore not similar to a petal, but is contoured much like a star.
Anhand von Fig. 5 ist die Lage der Mischöffnung 12 und der Austrittsöffnung 14 innerhalb der Düse 1 1 angedeutet. Beide Öffnungen sind punktiert und rein schematisch angedeutet, ohne ihre jeweilige Innenkontur. Bereits aufgrund der äußeren Kontur der Düse 1 1 ist ersichtlich, dass sich deren Querschnitt von dem Bereich, wo die Mischöffnung 12 angeordnet ist, zum Ende der Düse 1 1 hin verringert, wo die Austrittsöffnung 14 angeordnet ist. Bei dem in Fig. 5 dargestellten Ausführungsbeispiel erfolgt die Zuführung der zweiten Komponente 24 durch Zuführkanäle 15, von denen lediglich zwei Stück dargestellt sind, zunächst achsparallel durch die Wandung der Düse 1 1 bis zur Mischöffnung 12. Erst dort münden die Zuführkanäle 15 in die Mischöffnung 12. Alternativ zu dem dargestellten Verlauf der Zuführkanäle 15 können außen an der Düse 1 1 auf Höhe der Mischöffnung 12 Querbohrungen radial durch die Wand der Düse 1 1 verlaufen. Diese Querbohrungen können die Zuführkanäle 15 oder zumindest einen Abschnitt des jeweiligen Zuführkanals 15 bilden. Based on Fig. 5, the position of the mixing port 12 and the outlet opening 14 within the nozzle 1 1 is indicated. Both openings are punctured and indicated purely schematically, without their respective inner contour. Already on the basis of the outer contour of the nozzle 11, it can be seen that its cross-section decreases from the region where the mixing opening 12 is arranged towards the end of the nozzle 11, where the outlet opening 14 is arranged. In the embodiment shown in Fig. 5, the supply of the second component 24 by feed channels 15, of which only two pieces are shown, initially axially parallel through the wall of the nozzle 1 1 to the mixing port 12. Only there do the feed channels 15 open into the mixing port 12. Alternatively to the illustrated course of the feed channels 15, 12 transverse bores can extend radially through the wall of the nozzle 1 1 at the outside of the nozzle 1 1 at the level of the mixing opening. These transverse bores may form the feed channels 15 or at least a portion of the respective feed channel 15.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 16745059 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
|
| NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: DE |
|
| 122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 16745059 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |