DE102014220082B4 - Production device and method for the layered production of a three-dimensional component from at least one hardenable strand of material - Google Patents
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Abstract
Herstellungsvorrichtung (100) zur schichtweisen Herstellung eines dreidimensionalen Bauteils aus wenigstens einem aushärtbaren Materialstrang (2) aufweisend:wenigstens eine Auftrageeinrichtung (5) mit wenigstens einer Düseneinrichtung (1) zum schichtweisen Auftragen des wenigstens einen Materialstrangs (2) gemäß der Form des dreidimensionalen Bauteils auf einen Untergrund (6), undeine Bearbeitungseinrichtung (4) zum Formen zumindest eines Abschnitts der Kontur des Materialstrangs (2),wobei die Bearbeitungseinrichtung (4) derart ausgebildet ist in den mittels der Düseneinrichtung auf einen Untergrund aufgebrachten Materialstrang (2) wenigstens eine Vertiefung (10) und/oder wenigstens einen Hohlraum (105) einzubringen.Production device (100) for the layered production of a three-dimensional component from at least one curable strand of material (2), comprising: at least one application device (5) with at least one nozzle device (1) for applying the at least one strand of material (2) in layers according to the shape of the three-dimensional component a substrate (6), anda processing device (4) for shaping at least a section of the contour of the material strand (2), the processing device (4) being designed in such a way that at least one depression ( 10) and/or to introduce at least one cavity (105).
Description
GEBIET DER ERFINDUNGFIELD OF THE INVENTION
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Herstellungsvorrichtung zur schichtweisen Herstellung eines dreidimensionalen Bauteils aus wenigstens einem aushärtbaren Materialstrang und ein Verfahren zum Herstellen des Bauteils mittels der Herstellungsvorrichtung.The present invention relates to a production device for the layer-by-layer production of a three-dimensional component from at least one curable strand of material and a method for producing the component using the production device.
TECHNISCHER HINTERGRUNDTECHNICAL BACKGROUND
Für den schnellen Prototypenbau von Bauteilen oder festen Modellen auf der Basis von 3D-Computermodellen, gibt es eine Vielzahl unterschiedlicher Verfahren. Die bisherigen Verfahren unterscheiden sich durch die verwendeten Ausgangsstoffe und die eingesetzten Bauverfahren. Allen Verfahren gemein ist, dass der Aufbau in Schichten erfolgt.There are a number of different processes for the rapid construction of prototypes of components or solid models based on 3D computer models. The previous methods differ in the raw materials used and the construction methods used. What all processes have in common is that they are built up in layers.
Zwei der wesentlichen bisherigen Verfahren werden nachfolgend näher vorgestellt.Two of the main previous methods are presented in more detail below.
Eines dieser Verfahren ist das sog. Fused Layer Modeling (FLM), welches in der
Ein anderes Verfahren ist das sog. Three Dimensional Printing (3DP), welches in der
Mit dem sog. Fused Layer Modeling (FLM)-Verfahren ist es derzeit nicht möglich, glatte Bauteilaußenseiten herzustellen. Hier bilden sich deutlich die einzelnen Schichten ab. Darüber hinaus können keine Strukturen an den Außenwänden des Bauteils bzw. einer einzelnen Bahn, eingebracht werden. Entsprechend ist die Aufbringung sehr großer Schichten immer mit einer sehr stark unebenen Außenseite verbunden.With the so-called Fused Layer Modeling (FLM) process, it is currently not possible to produce smooth component exteriors. The individual layers are clearly shown here. In addition, no structures can be introduced on the outer walls of the component or an individual track. Accordingly, the application of very large layers is always associated with a very uneven surface.
Beim Three Dimensional Printing (3DP)-Verfahren können keine geschlossenen Hohlräume realisiert werden, in denen nach dem Druckprozess, das Pulver auch wieder entfernbar ist.With the Three Dimensional Printing (3DP) process, no closed cavities can be realized in which the powder can also be removed again after the printing process.
Beide Verfahren weisen des Weiteren das Problem auf, dass es schwierig ist, sehr schnell leichte Strukturen im großen Maßstab kostengünstig herzustellen.Both methods also have the problem that it is difficult to manufacture lightweight structures on a large scale very quickly and inexpensively.
Des Weiteren ist aus der
In der
Weiter ist aus der
Aus der
Aus der
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNGSUMMARY OF THE INVENTION
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung nun die Aufgabe zugrunde, eine Herstellungsvorrichtung bereitzustellen, welche eine verbesserte Herstellung eines dreidimensionalen Bauteils erlaubt, wobei insbesondere die Eigenschaften des Bauteils gezielt beeinflusst werden können.Against this background, the invention is now based on the object of providing a production device which allows improved production of a three-dimensional component, it being possible in particular for the properties of the component to be influenced in a targeted manner.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Herstellungsvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und/oder durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 16 gelöst.According to the invention, this object is achieved by a production device having the features of
Gemäß der Erfindung wird eine Herstellungsvorrichtung bereitgestellt zur schichtweisen Herstellung eines dreidimensionalen Bauteils aus wenigstens einem aushärtbaren Materialstrang aufweisend: wenigstens eine Auftrageeinrichtung mit wenigstens einer Düseneinrichtung zum schichtweisen Auftragen des wenigstens einen Materialstrangs gemäß der Form des dreidimensionalen Bauteils auf einen Untergrund, und eine Bearbeitungseinrichtung zum Formen zumindest eines Abschnitts der Kontur des Materialstrangs, wobei die Bearbeitungseinrichtung derart ausgebildet ist in den mittels der Düseneinrichtung auf einen Untergrund aufgebrachten Materialstrang wenigstens eine Vertiefung und/oder wenigstens einen Hohlraum einzubringen.According to the invention, a production device is provided for the layer-by-layer production of a three-dimensional component from at least one curable material strand, comprising: at least one application device with at least one nozzle device for applying the at least one material strand in layers according to the shape of the three-dimensional component to a substrate, and a processing device for shaping at least a section of the contour of the strand of material, wherein the processing device is designed in such a way that it introduces at least one indentation and/or at least one cavity into the strand of material applied to a substrate by means of the nozzle device.
Durch das Formen zumindest eines Abschnitts der Kontur des Materialstrangs kann das Bauteil sehr einfach und kostengünstig beispielsweise gezielt mit Vertiefungen oder Hohlräumen versehen werden zur Ausbildung einer Leichtbauweise. Ebenso kann auch beispielsweise die Kontur des Bauteils derart geformt werden, dass die Oberfläche des Bauteils geglättet wird, wodurch aufwendige Nachbearbeitungen der Oberflächenkontur des Bauteils entfallen. Mittels des Einbringens eines zusätzlichen Materials in oder auf den Materialstrang kann der Materialstrang beispielsweise zusätzlich verstärkt werden, indem z.B. Fasern zugeführt werden, oder leichter gestaltet werden, indem beispielsweise Partikel aus Partikel aus expandiertem Polystyrol dem Materialstrang zugeführt wird.By shaping at least one section of the contour of the strand of material, the component can be provided very easily and cost-effectively, for example, with indentations or cavities in order to form a lightweight construction. Likewise, for example, the contour of the component can also be shaped in such a way that the surface of the component is smoothed, as a result of which complex post-processing of the surface contour of the component is no longer necessary. By introducing an additional material into or onto the material strand, the material strand can be additionally reinforced, for example by adding fibers, or made lighter, for example by adding particles of expanded polystyrene to the material strand.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen.Advantageous refinements and developments of the invention result from the dependent claims and the description with reference to the drawings.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist die Bearbeitungseinrichtung derart ausgebildet, zumindest den Abschnitt der Kontur des Materialstrangs zu glätten, aufzurauen, zu kompaktieren und/oder mit Erhebungen auszubilden. In one embodiment of the invention, the processing device is designed in such a way that at least the section of the contour of the material strand is smoothed, roughened, compacted and/or raised.
Durch das Glätten der Kontur des Materialstrangs kann das Bauteil mit einer verbesserten Oberflächengüte ausgebildet werden. Durch das Kompaktieren des Materialstrangs kann wiederum die Dichte des Materialstrangs erhöht werden.By smoothing the contour of the strand of material, the component can be formed with an improved surface quality. By compacting the strand of material, the density of the strand of material can in turn be increased.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Bearbeitungseinrichtung zum Einbringen wenigstens eines zusätzlichen Materials in den Materialstrang ausgebildet ist, wobei das zusätzliche Material ein festes Material, insbesondere Fasern, ein flüssiges Material, ein gasförmiges Material, insbesondere Luft, ein pastöses Material und/oder ein pulverförmiges Material ist. Durch das Zuführen des zusätzlichen Materials können gezielt die Eigenschaften des Bauteils beeinflusst werden. Beispielsweise kann ein Bauteil besonders leicht gestaltet werden durch das Einbringen eines gasförmigen Materials, wie z.B. Luft, in den Materialstrang.In a further embodiment of the invention, the processing device is designed to introduce at least one additional material into the material strand, the additional material being a solid material, in particular fibers, a liquid material, a gaseous material, in particular air, a pasty material and/or a powdery material. By supplying the additional material, the properties of the component can be influenced in a targeted manner. For example, a component can be made particularly light by introducing a gaseous material, such as air, into the material strand.
In einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist die Düseneinrichtung als Bearbeitungseinrichtung ausgebildet, wobei die Düseneinrichtung insbesondere einen Kern als Formungselement aufweist. Der Kern ist dabei beispielsweise in der Düseneinrichtung derart angeordnet einen oder mehrere Hohlräume in dem Materialstrang der Düseneinrichtung auszubilden. Dabei wird das aushärtbare Material in der Düseneinrichtung an der Außenseite des Kerns entlang geführt und anschließend als Materialstrang auf einen Untergrund aufgetragen. Auf diese Weise kann mittels des Kerns der Materialstrang hohl oder mit wenigstens einem Hohlraum ausgebildet werden. Auf diese Weise kann ebenfalls z.B. ein besonders leichtes Bauteil ausgebildet werden.In another embodiment of the invention, the nozzle device is designed as a processing device, with the nozzle device in particular having a core as a shaping element. In this case, the core is arranged, for example, in the nozzle device in such a way as to form one or more cavities in the strand of material of the nozzle device. The hardenable material is guided along the outside of the core in the nozzle device and then applied to a substrate as a strand of material. In this way, the strand of material can be formed hollow or with at least one cavity by means of the core. In this way, for example, a particularly light component can also be formed.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist der Kern massiv oder hohl ausgebildet. Der hohle Kern ist dabei mit wenigstens einer Zuführungseinrichtung verbunden zum Zuführen des zusätzlichen Materials durch den hohlen Kern hindurch in den wenigstens einen durch den Kern erzeugten Hohlraum. Auf diese Weise kann der Materialstrang nicht nur mit wenigstens einem Hohlraum versehen werden, sondern dieser auch mit einem zusätzlichen Material oder Füllmaterial gefüllt werden, um die Eigenschaften des Materialstrangs und des daraus gebildeten Bauteils gezielt zu beeinflussen.According to one embodiment of the invention, the core is solid or hollow. The hollow core is connected to at least one feed device for feeding the additional material through the hollow core into the at least one cavity created by the core. In this way, the strand of material can not only be provided with at least one cavity, but it can also be filled with an additional material or filling material in order to specifically influence the properties of the strand of material and the component formed from it.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Düseneinrichtung mit wenigstens einer Zuführungseinrichtung verbunden zum Zuführen des zusätzlichen Materials und Auftragen des zusätzlichen Materialstrangs zumindest auf einen Abschnitt der Außenseite des Materialstrangs. Beispielsweise kann die Außenseite des Materialstrangs mit Rovings oder Endlosfasern als zusätzlichem Material versehen werden. Auf diese Weise kann der Materialstrang beispielsweise zusätzlich verstärkt werden.In a further embodiment of the invention, the nozzle device is provided with at least one Feeding means connected for feeding the additional material and applying the additional strand of material to at least a portion of the outside of the strand of material. For example, the outside of the strand of material can be provided with rovings or endless fibers as additional material. In this way, the strand of material can be additionally reinforced, for example.
In einer anderen Ausführungsform der Erfindung weist die Bearbeitungseinrichtung wenigstens ein Formungselement auf zum Formen der Kontur des Materialstrangs. Das Formungselement ist dabei beispielsweise feststehend, verschieblich und/oder drehbar ausgebildet. Dabei kann das Formungselement beispielsweise eine Walze, eine Düse oder ein Schlitten sein. Der Schlitten kann dabei derart ausgebildet sein in den Materialstrang und aus dem Materialstrang zu fahren. Auf diese Weise kann der Materialstrang mit Vertiefungen versehen werden. Des Weiteren kann die Düse als Formungselement beispielsweise einen Luftstrahl oder Wasserstrahl erzeugen und mit Hilfe des Luftstrahls oder Wasserstrahls oder eines anderen geeigneten Fluidstrahls den Materialstrangs formen, z.B. Vertiefungen in der Oberfläche des Materialstrangs erzeugen oder die Oberfläche des Materialstrangs glätten usw..In another embodiment of the invention, the processing device has at least one shaping element for shaping the contour of the strand of material. The shaping element is designed to be fixed, displaceable and/or rotatable, for example. The shaping element can be a roller, a nozzle or a carriage, for example. The carriage can be designed to move into and out of the material strand. In this way, the strand of material can be provided with indentations. Furthermore, the nozzle as a shaping element can, for example, generate an air jet or water jet and form the material strand with the aid of the air jet or water jet or another suitable fluid jet, e.g. create depressions in the surface of the material strand or smooth the surface of the material strand etc..
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist das Formungselement auf seiner Außenseite mit wenigstens einem Strukturierungselement versehen. Das Strukturierungselement ist dabei eine Vertiefung und/oder eine Erhebung. Mittels des Strukturierungselements kann der Materialstrang mit einer beliebigen Oberflächenkontur versehen werden. Beispielsweise kann die Kontur mittels eines halbkugelförmigen Strukturierungselements mit einer Oberflächenkontur mit halbkugelförmigen Vertiefungen versehen werden.According to one embodiment of the invention, the shaping element is provided with at least one structuring element on its outside. The structuring element is a depression and/or an elevation. The strand of material can be provided with any desired surface contour by means of the structuring element. For example, the contour can be provided with a surface contour with hemispherical depressions by means of a hemispherical structuring element.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der Materialstrang durch die Erhebung als Strukturierungselement mit wenigstens einer Vertiefung versehbar. Die wenigstens eine Vertiefung des Materialstrangs, z.B. auf der Oberseite des Materialstrangs, kann zusätzlich durch das Auftragen einer weiteren Schicht des Materialstrangs darüber verschlossen werden. Auf diese Weise kann das Bauteil mit Hohlräumen ausgebildet werden und dadurch leichter gebaut werden.In a further embodiment of the invention, the strand of material can be provided with at least one depression as a structuring element as a result of the elevation. The at least one indentation of the material strand, e.g. on the upper side of the material strand, can additionally be closed by applying a further layer of the material strand over it. In this way, the component can be formed with cavities and thereby be built lighter.
In einer anderen Ausführungsform der Erfindung weist das Formungselement zwei zueinander versetzt rotierende Elemente, z.B. Scheiben, auf, wobei Strukturierungselemente mit den rotierenden Elementen derart gekoppelt sind, dass die Strukturierungselemente in den und aus dem Materialstrang fahrbar sind zur Ausbildung von Vertiefungen in dem Materialstrang. Auf diese Weise kann der Materialstrang lediglich durch Rotieren der rotierenden Elemente beispielsweise mit Vertiefungen versehenen werden, während die Strukturierungselemente selbst feststehend ausgebildet sind.In another embodiment of the invention, the shaping element has two mutually offset rotating elements, e.g. In this way, the strand of material can be provided with depressions, for example, simply by rotating the rotating elements, while the structuring elements themselves are designed to be stationary.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Düseneinrichtung derart ausgebildet den Materialstrang senkrecht, in einer Schräge oder parallel zur der Unterlage zu fördern oder aufzutragen. Die Düseneinrichtung ist zur Auftragung des Materialstrangs in einer Schräge zu der Unterlage um einen Winkel geneigt oder neigbar ausgebildet. Dadurch können besonders einfach Bauteile mit schrägen Wänden oder Wände mit schrägen Abschnitten erzeugt werden.In a further embodiment of the invention, the nozzle device is designed in such a way that it conveys or applies the strand of material perpendicularly, at an incline or parallel to the substrate. In order to apply the strand of material at an incline to the substrate, the nozzle device is designed to be inclined or inclinable by an angle. As a result, components with sloping walls or walls with sloping sections can be produced particularly easily.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist die Düseneinrichtung einen Gegenhalter auf. Der Gegenhalter ist dabei feststehend oder verschieblich ausgebildet. Mittels des Gegenhalters kann ein ungewolltes Wegfließen des Materialstrangs beispielsweise nach vorne verhindert werden, wenn der Gegenhalter vor der Düseneinrichtung angeordnet ist.According to one embodiment of the invention, the nozzle device has a counter-holder. The counter-holder is designed to be stationary or movable. The counter-holder can be used to prevent the material strand from unintentionally flowing away, for example forwards, if the counter-holder is arranged in front of the nozzle device.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind zwei Düseneinrichtungen derart einander gegenüberliegend angeordnet, dass sie einen gemeinsamen Materialstrang erzeugen. Die Düseneinrichtungen können dabei beispielsweise unterschiedliche Materialien zuführen und so einen Materialstrang aus zwei unterschiedlichen Materialien bilden. Ebenso kann ein dickerer Materialstrang erzeugt werden durch das Zusammenführen des Materials zweier Düseneinrichtungen.In a further embodiment of the invention, two nozzle devices are arranged opposite one another in such a way that they produce a common strand of material. The nozzle devices can supply different materials, for example, and thus form a material strand made of two different materials. A thicker strand of material can also be produced by bringing together the material from two nozzle devices.
In einer anderen Ausführungsform der Erfindung weist die Auftrageeinrichtung wenigstens eine Partikelführungseinrichtung auf zum Zuführen von Partikeln. Als Partikel können dabei beispielsweise Holzmehl, Holzspäne, Partikel aus Pappe, Partikel aus expandiertem Polystyrol, Metallpartikel, Kunststoffpartikel, Keramikpartikel, Partikel aus einem mineralischen Werkstoff, Papierpartikel und/oder Sand für das Material des Materialstrangs zugeführt werden. Des Weiteren weist die Herstellungsvorrichtung wenigstens eine Bindermaterialeinrichtung auf zum Versehen der Partikel der Partikelzuführungseinrichtung mit einem Bindermaterial zum Ausbilden des Materials des Materialstrangs. Als Bindermaterial kann beispielsweise ein Thermoplast, ein Klebstoff, z.B. ein Schmelzklebstoff oder ein Reaktionsklebstoff, und/oder ein Harzsystem eingesetzt werden. Holzspäne und Holzmehl, sowie Partikel aus Pappe und Papier als Partikel haben den Vorteil, dass es sich um nachwachsende Rohstoffe handelt. Partikel aus Kunststoff können des Weiteren recycled werden.In another embodiment of the invention, the application device has at least one particle guide device for supplying particles. For example, wood flour, wood shavings, cardboard particles, expanded polystyrene particles, metal particles, plastic particles, ceramic particles, particles of a mineral material, paper particles and/or sand can be supplied as particles for the material of the material strand. Furthermore, the production device has at least one binder material device for providing the particles of the particle feed device with a binder material for forming the material of the material strand. A thermoplastic, an adhesive, e.g. a hot-melt adhesive or a reactive adhesive, and/or a resin system can be used as the binder material. Wood chips and wood flour, as well as particles of cardboard and paper as particles have the advantage that they are renewable raw materials. Plastic particles can also be recycled.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist zumindest die Düseneinrichtung und/oder eine Bauplattform als Untergrund zum Auftragen des Materialstrangs in der X-Richtung, Y-Richtung und/oder Z-Richtung beweglich. Auf diese Weise kann jedes beliebige dreidimensionale Bauteil hergestellt werden.According to one embodiment of the invention, at least the nozzle device and/or a construction platform can be moved in the X-direction, Y-direction and/or Z-direction as a base for applying the material strand. Any three-dimensional component can be produced in this way.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist der Materialstrang vor, während und/oder nach dem Härten des Materialstrangs formbar. Beispielsweise kann der Materialstrang nach dem Härten wieder formbar gemacht werden, beispielsweise durch Erwärmen, des Materialstrangs. Ebenso kann der Materialstrang nicht nur vor sondern auch während des Härtens durch die Bearbeitungseinrichtung geformt werden solange der Materialstrang ausreichend formbar ist.In one embodiment of the invention, the strand of material can be formed before, during and/or after the hardening of the strand of material. For example, the strand of material can be made malleable again after curing, for example by heating the strand of material. Likewise, the strand of material can be shaped not only before but also during the hardening by the processing device, as long as the strand of material is sufficiently malleable.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann der Materialstrang ausgehärtet werden durch Strahlung, z.B. Infrarot (IR)- Strahlung, Laserstrahlung, oder UV-Strahlung, durch mechanische Energie, insbesondere Ultraschall, und/oder Wärme. Die Erfindung ist jedoch auf die genannten Beispiele nicht beschränkt. Ebenso kann der Materialstrang selbstaushärtenden sein, z.B. an der Luft aushärten usw..According to one embodiment of the invention, the strand of material can be cured by radiation, e.g. infrared (IR) radiation, laser radiation, or UV radiation, by mechanical energy, in particular ultrasound, and/or heat. However, the invention is not limited to the examples mentioned. Likewise, the strand of material can be self-hardening, e.g. hardening in air, etc..
Die obigen Ausgestaltungen und Weiterbildungen lassen sich, sofern sinnvoll, beliebig miteinander kombinieren. Weitere mögliche Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmale der Erfindung. Insbesondere wird der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der vorliegenden Erfindung hinzufügen.The above configurations and developments can be combined with one another as desired, insofar as this makes sense. Further possible configurations, developments and implementations of the invention also include combinations of features of the invention described above or below with regard to the exemplary embodiments that are not explicitly mentioned. In particular, the person skilled in the art will also add individual aspects as improvements or additions to the respective basic form of the present invention.
Figurenlistecharacter list
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren der Zeichnungen angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen dabei:
-
1a eine erste Ausführungsform einer Herstellungsvorrichtung gemäß der Erfindung; -
1b eine Variante der ersten Ausführungsform gemäß1a ; -
2 eine zweite Ausführungsform einer Herstellungsvorrichtung gemäß der Erfindung; -
3 eine dritte Ausführungsform einer Herstellungsvorrichtung gemäß der Erfindung; -
4 eine vierte Ausführungsform einer Herstellungsvorrichtung gemäß der Erfindung; -
5 ein Beispiel eines Materialstrangs, welcher mit einer Herstellungsvorrichtung gemäß der3 oder 4 auf eine Unterlage aufbringbar ist; -
6 ein weiteres Beispiel eines Materialstrangs, welcher mit einer Herstellungsvorrichtung gemäß der3 oder 4 auf eine Unterlage aufbringbar ist; -
7 eine fünfte Ausführungsform einer Herstellungsvorrichtung gemäß der Erfindung; -
8 eine sechste Ausführungsform einer Herstellungsvorrichtung gemäß der Erfindung; -
9 eine siebte Ausführungsform einer Herstellungsvorrichtung gemäß der Erfindung; -
10 ein Materialstrang, welcher in mehreren Schichten übereinander aufgebracht wird; -
11 ein weiterer Materialstrang, welcher in mehreren Schichten übereinander aufgebracht wird; -
12 eine Schnittansicht A-A des Materialstrangs und der Formungselemente gemäß11 ; -
13 eine Schnittansicht A-A eines Materialstrangs; -
14 eine achte Ausführungsform einer Herstellungsvorrichtung gemäß der Erfindung; -
15 eine neunte Ausführungsform einer Herstellungsvorrichtung gemäß der Erfindung; -
16 eine zehnte Ausführungsform einer Herstellungsvorrichtung gemäß der Erfindung; -
17 eine elfte Ausführungsform einer Herstellungsvorrichtung gemäß der Erfindung; -
18 eine zwölfte Ausführungsform einer Herstellungsvorrichtung gemäß der Erfindung; -
19 eine dreizehnte Ausführungsform einer Herstellungsvorrichtung gemäß der Erfindung; -
20 eine vierzehnte Ausführungsform einer Herstellungsvorrichtung gemäß der Erfindung; -
21 eine fünfzehnte Ausführungsform einer Herstellungsvorrichtung gemäß der Erfindung; -
22 eine sechzehnte Ausführungsform einer Herstellungsvorrichtung gemäß der Erfindung; -
23 eine siebzehnte Ausführungsform einer Herstellungsvorrichtung gemäß der Erfindung; -
24 eine achtzehnte Ausführungsform einer Herstellungsvorrichtung gemäß der Erfindung; -
25 eine neunzehnte Ausführungsform einer Herstellungsvorrichtung gemäß der Erfindung; -
26 eine schematische Darstellung einer Drehung der Auftragseinrichtung; -
27 eine zwanzigste Ausführungsform einer Herstellungsvorrichtung gemäß der Erfindung; -
28 ein Ausführungsbeispiel einer Partikelzuführungseinrichtung mit einer Förderwalze; -
29 ein Ausführungsbeispiel einer Kombination aus zwei Partikelzuführungseinrichtungen; -
30 ein Ausführungsbeispiel einer weiteren Kombination aus zwei Partikelzuführungseinrichtungen mit einer Mischereinrichtung; -
31 eine einundzwanzigste Ausführungsform einer Herstellungsvorrichtung gemäß der Erfindung; -
32 ein Ausführungsbeispiel einer Düseneinrichtung; -
33 ein Ausführungsbeispiel mehrerer Auftrageeinrichtungen mit dazu gehörenden Düseneinrichtungen; und -
34 ein Ausführungsbeispiel einer Auftrageeinrichtung mit mehreren Düseneinrichtungen.
-
1a a first embodiment of a manufacturing device according to the invention; -
1b according to a variant of the first embodiment1a ; -
2 a second embodiment of a manufacturing device according to the invention; -
3 a third embodiment of a manufacturing apparatus according to the invention; -
4 a fourth embodiment of a manufacturing apparatus according to the invention; -
5 an example of a strand of material, which with a manufacturing device according to the3 or4 can be applied to a substrate; -
6 another example of a strand of material, which with a manufacturing device according to the3 or4 can be applied to a substrate; -
7 a fifth embodiment of a manufacturing apparatus according to the invention; -
8th a sixth embodiment of a manufacturing apparatus according to the invention; -
9 a seventh embodiment of a manufacturing apparatus according to the invention; -
10 a strand of material which is applied in several layers one on top of the other; -
11 another strand of material, which is applied in several layers on top of each other; -
12 a sectional view AA of the material strand and the forming elements according to FIG11 ; -
13 a sectional view AA of a strand of material; -
14 an eighth embodiment of a manufacturing apparatus according to the invention; -
15 a ninth embodiment of a manufacturing apparatus according to the invention; -
16 a tenth embodiment of a manufacturing apparatus according to the invention; -
17 an eleventh embodiment of a manufacturing apparatus according to the invention; -
18 a twelfth embodiment of a manufacturing apparatus according to the invention; -
19 a thirteenth embodiment of a manufacturing apparatus according to the invention; -
20 a fourteenth embodiment of a manufacturing apparatus according to the invention; -
21 a fifteenth embodiment of a manufacturing apparatus according to the invention; -
22 a sixteenth embodiment of a manufacturing apparatus according to the invention; -
23 a seventeenth embodiment of a manufacturing apparatus according to the invention; -
24 an eighteenth embodiment of a manufacturing apparatus according to the invention; -
25 a nineteenth embodiment of a manufacturing apparatus according to the invention; -
26 a schematic representation of a rotation of the application device; -
27 a twentieth embodiment of a manufacturing apparatus according to the invention; -
28 an embodiment of a particle supply device with a conveyor roller; -
29 an embodiment of a combination of two particle feeders; -
30 an embodiment of a further combination of two particle feed devices with a mixer device; -
31 a twenty-first embodiment of a manufacturing apparatus according to the invention; -
32 an embodiment of a nozzle device; -
33 an embodiment of several application devices with associated nozzle devices; and -
34 an embodiment of an application device with several nozzle devices.
Die beiliegenden Zeichnungen sollen ein weiteres Verständnis der Ausführungsformen der Erfindung vermitteln. Sie veranschaulichen Ausführungsformen und dienen im Zusammenhang mit der Beschreibung der Erklärung von Prinzipien und Konzepten der Erfindung. Andere Ausführungsformen und viele der genannten Vorteile ergeben sich im Hinblick auf die Zeichnungen. Die Elemente der Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu zueinander gezeigt.The accompanying drawings are provided to provide a further understanding of embodiments of the invention. They illustrate embodiments and, together with the description, serve to explain principles and concepts of the invention. Other embodiments and many of the foregoing advantages will become apparent by reference to the drawings. The elements of the drawings are not necessarily shown to scale with respect to one another.
In den Figuren der Zeichnung sind gleiche, funktionsgleiche und gleich wirkende Elemente, Merkmale und Komponenten - sofern nichts Anderes ausführt ist -jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.In the figures of the drawing, elements, features and components that are the same in function and have the same effect are provided with the same reference symbols unless otherwise stated.
BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSBEISPIELENDESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS
In
Die Herstellungsvorrichtung 100 weist eine Auftrageeinrichtung 5 mit einer Düseneinrichtung 1 auf, zum schichtweisen Auftragen eines Materialstrangs 2 gemäß der Form des herzustellenden dreidimensionalen Bauteils. Der Materialstrang 2 besteht hierbei beispielsweise aus einem homogenen Material, wie z.B. einem Thermoplasten, einem heterogenen Material, wie z.B. einem gefüllten Thermoplasten, oder aus einem Material mit Partikeln, insbesondere festen Partikeln, z.B. Holzspänen, die mittels eines Bindermaterials aneinander haften. Der gefüllte Thermoplast ist dabei beispielsweise mit Fasern, insbesondere Kurzfasern oder Langfasern, Glasperlen, Kugeln aus expandiertem Polystyrol und/oder Hohlkörpern usw. gefüllt. Die Aufzählung ist rein beispielhaft und die Erfindung ist auf die genannten Beispiele nicht beschränkt. Insbesondere kann der Thermoplast mit anderen Materialien oder Materialkombinationen gefüllt werden, je nach Funktion und Einsatzzweck. Kugeln aus expandiertem Polystyrol und Hohlkörper haben hierbei den Vorteil, dass sie zu einer Gewichtsreduzierung führen. Ein mit Fasern gefüllter Thermoplast hat wiederum den Vorteil einer höheren Festigkeit.The
Beispiele für ein Material aus Partikeln, die mittels eines Bindermaterials aneinander haften, zur Herstellung eines Bauteils aus wenigstens einem Materialstrang 2, werden nachfolgend weiter unten beschrieben im Anschluss an die Ausführungsformen für die erfindungsgemäß Herstellungsvorrichtung 100 gemäß der
Das Material wird durch die Düseneinrichtung 1 der Auftrageeinrichtung 5 auf einen Untergrund oder eine Unterlage 101, z.B. eine in
Bei der Formung des Materialstrangs 2 durch die Bearbeitungseinrichtung 4 kann beispielsweise die Oberfläche des Materialstrangs 2 verändert werden, z.B. durch die Schaffung einer glatten Oberfläche, die Schaffung einer bestimmten oder definierten Oberflächengeometrie oder -geometrien, z.B. das Ausbilden von Vertiefungen und/oder Erhebungen in dem Materialstrang 2 usw.. Zusätzlich oder alternativ kann eine Formung des Materialstrangs 2 auch durch die Düseneinrichtung 1 erfolgen, wie anhand von nachfolgenden Ausführungsbeispielen näher erläutert wird.When forming the strand of
Optional können auch zusätzliche Materialien, wie Fasern, ein Gas, wie z.B. Luft, ein Fluid, wie z.B. Wasser, ein pastöses Material, Partikel usw. in den Materialstrang 2 eingebracht werden.Optionally, additional materials such as fibers, a gas such as air, a fluid such as water, a pasty material, particles, etc. can also be introduced into the strand of
Das Formen des Materialstrangs 2 und/oder das Einbringen wenigstens eines zusätzlichen Materials in den Materialstrang 2 kann bereits in der Düseneinrichtung 1, im Anschluss an die Düseneinrichtung 1 noch vor dem Auftragen des Materialstrangs 2 auf eine Unterlage 101, während dem Auftragen des Materialstrangs 2 auf die Unterlage 101 und/oder nach dem Auftragen des Materialstrangs 2 auf die Unterlage 101 erfolgen. Das Formen des Materialstrangs 2 und/oder das Einbringen wenigstens eines zusätzlichen Materials in den Materialstrang 2 erfolgt nach dem Auftragen des Materialstrangs 2 auf die Unterlage 101 beispielsweise so lange der Materialstrang 2 noch formbar, nicht ausgehärtet und/oder Material in zumindest einen Bereich des Materialstrangs 2 einbringbar ist.The shaping of the strand of
Eine Bearbeitung des Materialstrangs 2 kann aber auch noch nach dem Aushärten des Materialstrangs 2 durchgeführt werden. Beispielsweise kann der Materialstrang 2 durch Fräsen, Drehen, Schleifen und/oder Bohren usw. bearbeitet werden. Abhängig von dem für den Materialstrang 2 jeweils verwendeten Material kann der Materialstrang 2 auch erweicht werden, z.B. durch Erwärmen, und dann geformt werden.Processing of the strand of
In dem in
Der Schlitten oder die Walze als Formungselement 3 kann ebenfalls feststehend oder in wenigstens der X-, Y- oder Z-Achse beweglich vorgesehen sein.The carriage or the roller as the shaping
Die Formung des Materialstrangs 2 kann einseitig mittels eines Formungselements 3, oder zweiseitig mittels der beiden in
In dem in
In
Die zweite Ausführungsform der Herstellungsvorrichtung 100 gemäß
Die Formung des Materialstrangs 2 durch die Bearbeitungseinrichtung 4 erfolgt dabei nach dem Aufbringen des Materialstrangs 2 und insbesondere bevor dieser ausgehärtet oder verfestigt ist. Neben dem ersten Formungselement 3 ist ein zweites Formungselement 3 auf einer Seite des Materialstrangs 2 vorgesehen. Optional kann wenigstens ein zusätzliches nicht dargestelltes drittes Formungselement, beispielsweise eine Walze zur Glättung des Materialstrangs 2, auf der anderen Seite des Materialstrangs 2 und gegenüberliegend oder versetzt zu dem zweiten Formungselement 3 vorgesehen werden. In diesem Fall erfolgt beispielsweise eine dreiseitige Formung des Materialstrangs 2.The shaping of the strand of
Zur Formung des Materialstrangs 2 nach dem Aufbringen des Materialstrangs 2 auf einen Unterlage 101 sind die Formungselemente 3 hinter der Auftrageeinrichtung 5 mit ihrer Düseneinrichtung 1 in Auftragsrichtung oder Z-Richtung vorgesehen, im Gegensatz zu nachfolgender
Die Bearbeitungseinrichtung 4 kann hierbei neben beispielsweise einer Glättung der Oberseite und einer oder beider Seiten des Materialstrangs 2 durch die zwei oder drei Formungselemente 3 auch eine zusätzliche Kompaktierung des Materialstrangs 2 vornehmen. Dabei kann der Materialstrang 2 durch wenigstens eines der Formungselemente 3, beispielweise das Formungselement 3 auf der Oberseite des Materialstrangs 2, zusätzlich kompaktiert oder zusammengedrückt werden.In addition to, for example, smoothing the upper side and one or both sides of the
Der Materialstrang 2 kann durch die Aufrageeinrichtung 5 mit ihrer Düseneinrichtung 1 relativ zu der Bauplattform 6 in Z-Richtung in mehreren Schichten übereinander aufgetragen und kompaktiert werden. Zum Auftragen des Materialstrangs 2 in mehreren Schichten ist die Aufrageeinrichtung 5 mit ihrer Düseneinrichtung 1 und/oder die Bauplattform 6 nicht nur wie zuvor in
In
Die dritte Ausführungsform der Herstellungsvorrichtung 100 gemäß
Des Weiteren ist in
Die vierte Ausführungsform der Herstellungsvorrichtung 100 gemäß
In
Weiter ist in
Während in den
In
Die fünfte Ausführungsform der Herstellungsvorrichtung 100 gemäß
Durch die Formung des Materialstrangs 2 nach dem Aufbringen wird Material verdrängt. Damit bei der Formung ein gewisser Druck aufgebaut werden kann, kann es erforderlich sein, ein Wegfließen des Materialstrangs 2 zu vermeiden. Dies wird durch die Kapselungseinrichtung 9 erreicht, welche ein seitliches und ein Wegließen des Materialstrangs 2 nach vorne oder in Auftragsrichtung verhindert. Die Kapselungseinrichtung 9 kann dabei mit wenigstens einem Formungselement 3, der Düseneinrichtung 1 und/oder der Auftrageeinrichtung 5 verbunden und daran integriert sein.Material is displaced by the shaping of the strand of
In dem Ausführungsbeispiel in
Weiter ist in
Die sechste Ausführungsform der Herstellungsvorrichtung 100 gemäß
Das auf der Oberseite des Materialstrangs 2 angeordnete Formungselement 3 ist nachgeschaltet oder hinter der Auftrageeinrichtung 5 und deren Düseneinrichtung 1 angeordnet und formt und/oder komprimiert dem entsprechend den Materialstrang 2 nachdem er aufgetragen wurde. Die Auftrageeinrichtung 5 und deren Düseneinrichtung 1, sowie die Formungselemente 3 sind ebenfalls wie in
In
Die siebte Ausführungsform der Herstellungsvorrichtung 100 gemäß
Des Weiteren fungiert das seitlich angeordnete Formungselement 3 zusätzlich als Gegenhalter 13, um das seitliche Wegfließen des Materialstrangs 2 zu verhindern und eine seitliche Begrenzung für den Materialstrang 2 zu bilden. Das Formungselement 3 ist dabei beispielsweise auf der Höhe der Düseneinrichtung 1 angeordnet.Furthermore, the laterally arranged shaping
Des Weiteren ist in dem Ausführungsbeispiel in
Durch eine entsprechende Gestaltung der Strukturierungselemente 103 der Formungselemente 3 bzw. durch Anbringen solcher Strukturierungselemente 103, z.B. in Form von Vorsprüngen, an dem Formungselement 3 können beispielsweise Vertiefungen in den Materialstrang 2 eingebracht werden, was insbesondere beim Leichtbau von Vorteil ist.By appropriately designing the
Sind die Strukturierungselemente 103 fest an dem Formungselement 3 angebracht und sollen beispielsweise Vertiefungen oder Taschen in die Materialstränge 2 eingebracht werden, so sollte das jeweilige Formungselement 3 vorzugsweise rotierend vorgesehen sein. Des Weiteren sollte die Geschwindigkeit auf der Mantelfläche des Formungselements 3 der Auftragegeschwindigkeit entsprechen, mit welcher der Materialstrang 2 auf eine Unterlage 101 aufgetragen wird.If the
Beispiele für Strukturierungen des Materialstrangs 2 sind im Folgenden in den
In
Das Einbringen solcher Vertiefungen in den Materialstrang 2 erfolgt in dem Ausführungsbeispiel in
In den
Auf diese Weise kann der Materialstrang 2 mit einer Wabenstruktur, z.B. Honigwabenstruktur, oder wabenähnlichen Struktur versehen werden, wie in
Zur Erzeugung besonders leichter Strukturen kann es sinnvoll sein die Strukturierung von oben und wenigstens einer oder beider Seiten des Materialstrangs 2 vorzunehmen, wie zuvor in
In der Variante, wie sie in
Durch die rotierende Bewegung der zuvor beschriebenen Formungselemente 3 können keine tiefen Vertiefungen, z.B. zylindrische oder prismatische Vertiefungen, oder Taschen in dem Materialstrang 2 eingebracht werden. Abhilfe schaffen hier bewegliche oder verschiebliche Formungselemente 3, die beispielsweise Strukturierungselemente 103 aufweisen, die von oben oder in Y-Richtung und/oder von wenigstens einer Seite oder in X-Richtung beweglich oder verschieblich sind. Die Strukturierungselemente 103 können dabei mit zusätzlichen Formschrägen versehen werden. Beispiele für Formungselemente 3 und ihre Strukturierungselemente 103 zur Erzeugung von z.B. zylindrischen oder prismatischen Vertiefungen sind in nachfolgenden
In
Für die Erzeugung einer z.B. zylindrischen oder prismatischen Vertiefung 10 ist das Formungselement 3, z.B. ein Schlitten, vorzugsweise mit einem oder mehreren Strukturierungselementen 103 versehen, die nach dem Aufbringen des Materialstrangs 2 in den Materialstrang 2 rein- und rausbewegbar sind, wobei der zurückgelegte Weg des Formungselements 3 während der Materialformung in Auftragsrichtung oder Y-Richtung oder alternativ in Seitenrichtung oder X-Richtung möglichst klein ist. Das Formungselement 3 in Form eines Schlittens bewegt sich dabei entlang der Oberseite des Materialstrangs 2 einmal auf und ab in Y-Richtung und des Weiteren in der Auftragsrichtung oder Z-Richtung der Auftrageeinrichtung 5 und deren Düseneinrichtung 1 mit.For the production of a cylindrical or
Die achte Ausführungsform der Herstellungsvorrichtung 100 gemäß
Des Weiteren weist in
Auf diese Weise kann eine Schicht eines Materialstrangs 2 mit Vertiefungen 10, z.B. zylindrischen und/oder prismatischen Vertiefungen versehen werden, wobei Vertiefungen 10 der Schicht mit der nächsten Schicht des Materialstrangs 2 verschlossen werden können. Die Vertiefungen 10 der Schichten können, wie in
Statt auf der Oberseite kann der Schlitten als Formungselement 3 auch auf der Vorderseite des Materialstrangs 2 vorgesehen werden, ähnlich wie in nachfolgender
In
Die neunte Ausführungsform der Herstellungsvorrichtung 100 gemäß
Beispielsweise bewegen sich die Strukturierungselemente 103 mit einer Geschwindigkeit in Bezug zu dem Formungselement 3, hier der Frontplatte 104, die z.B. der Geschwindigkeit der Auftrageeinrichtung 5 entspricht und dieser entgegengesetzt ist. In Bezug auf den aufgetragenen Materialstrang 2 bleiben somit die Strukturierungselemente 103 stehen. Nur wenn eine Zwischenwand erzeugt werden soll, werden die Strukturierungselemente 103 zurückgezogen und bleiben in der Frontplatte 104 so lange, bis die gewünschte Stärke der Zwischenwand erzeugt ist. Anschließend fahren die Strukturierungselemente 103 wieder mit der oben beschriebenen Bewegung aus der Frontplatte 104 heraus in den Materialstrang 2. Bleiben die Strukturierungselemente 103 fest ausgefahren, so können Hohlräume in der jeweiligen Schicht des Materialstrangs 2 erzeugt werden.For example, the
Es können so mehrere Schichte des Materialstrangs 2 mit abgeschlossenen Kammern übereinander gebildet werden, wie in
In
Die zehnte Ausführungsform der Herstellungsvorrichtung 100 gemäß
Bei dem in
In einer weiteren Variante können statt Scheiben 14 auch nicht dargestellte längliche Formungselemente verwendet werden.In a further variant, elongate shaping elements (not shown) can also be used instead of
In noch einer weiteren Variante kann ein nicht dargestelltes Förderband verwendet werden, aus welchem die Strukturierungselemente in den Materialstrang ein- und ausfahren können.In yet another variant, a conveyor belt (not shown) can be used, from which the structuring elements can move in and out of the material strand.
In
Die elfte Ausführungsform der Herstellungsvorrichtung 100 gemäß
Des Weiteren ist in
Die zwölfte Ausführungsform der Herstellungsvorrichtung 100 gemäß
In
Die dreizehnte Ausführungsform der Herstellungsvorrichtung 100 gemäß
Zusätzlich kann auch ein Verkippen oder Neigen der Düseneinrichtung 1 in den Ausführungsformen in
Falls die Schichten des Materialstrangs 2 sich bei der Erzeugung der Schichten kreuzen, sind die Düseneinrichtung 1 und/oder der nicht dargestellte Gegenhalter auf der Vorderseite der Düseneinrichtung 1 entfernbar, indem der Gegenhalter beispielsweise nach oben wegfährt, wie durch Doppelpfeile in den
In
Die vierzehnte Ausführungsform der Herstellungsvorrichtung 100 gemäß
Weiter ist in
Die fünfzehnte Ausführungsform der Herstellungsvorrichtung 100 gemäß
In einer Alternative kann über eine nicht dargestellte Lanze oder ein Rohr in dem Kern 18 ein zusätzliches Füllmaterial in den jeweiligen Hohlraum 105 eingebracht werden. Das Füllmaterial kann dabei z.B. fest, flüssig, gasförmig, pastös oder pulverförmig usw. sein. Beispielsweise kann als Gas Luft in den Hohlraum 105 oder die Hohlkammer gefüllt werden oder als pulverförmiges Material z.B. Sand usw., je nach Funktion und Einsatzzweck. Als festes Material können beispielsweise Fasern in die Hohlräume 105 eingeführt werden usw., je nach Funktion und Einsatzzweck.In an alternative, an additional filling material can be introduced into the
In
Die sechzehnte Ausführungsform der Herstellungsvorrichtung 100 gemäß
In
Die siebzehnte Ausführungsform der Herstellungsvorrichtung 100 gemäß
In dem in
Die Düseneinrichtung 1 ist dabei mit ihren Kernen 18, deren Zuführungseinrichtungen 19, und ggf. den Speichereinrichtungen 21 zusätzlich zumindest in Y-Richtung oder senkrecht zu der Unterlage 101, insbesondere Bauplattform 6, verschieblich ausgebildet, so dass der zumindest teilweise gefüllte Materialstrang 2 in mehreren Schichten übereinander angeordnet werden kann.The
In
Die achtzehnte Ausführungsform der Herstellungsvorrichtung 100 gemäß
Weiter ist in
Die neunzehnte Ausführungsform der Herstellungsvorrichtung 100 gemäß
Die gesamte Auftrageeinrichtung 5 und/oder die Düseneinrichtung 1 können drehbar ausgebildet sein, so dass die Ausrichtung der anisotropen Eigenschaften des Materialstrangs 2, wie z.B. die Breite des Materialstrangs 2, das Material des Materialstrangs 2, in Bezug auf die Auftragsrichtung erhalten bleiben können, auch wenn sich die Auftragsrichtung ändert, wie in
Die Auftrageeinrichtung 5 mit ihrer Düseneinrichtung kann endlos drehbar oder um einen gewissen Winkel, von z.B. 90° wie in
Die für die jeweilige Schicht des Materialstrangs 2 aufzutragende Materialmenge ist an den jeweiligen Querschnitt der Schicht des Materialstrangs 2 angepasst und kann durch Sensoren ggf. überprüft werden. Sind breite oder schmälere Schichten des Materialstrangs 2 zu realisieren, so kann dies alternativ auch über den Vorschub in Auftrags- oder Zuführrichtung bzw. Z-Richtung und/oder in der Höhe bzw. Y-Richtung geschehen und dadurch entsprechend dünnere oder dickere Schichten des Materialstrangs 2 erzeugt werden.The amount of material to be applied for the respective layer of the
Bei allen Ausführungsformen der Erfindung kann wenigstens die Düseneinrichtung 1, die Auftrageeinrichtung 5, ein Kern 18, eine Zuführungseinrichtung 19, eine Speichereinrichtung 21, ein Strukturierungselement 103, ein Gegenhalter 13, ein Zusatzelement 22 und/oder ein Formungselement 3 sowie alle anderen Systemkomponenten temperierbar vorgesehen sein und erwärmt und/oder gekühlt werden, je nach Funktion und Einsatzzweck. Insbesondere können wenigstens die Auftrageeinrichtung 5, der Kern 18, die Zuführungseinrichtung 19, die Speichereinrichtung 21, das Strukturierungselement 103, der Gegenhalter 13, das Zusatzelement 22 und/oder das Formungselement 3 unabhängig voneinander geheizt und/oder gekühlt werden, je nach Funktion und Einsatzzweck. Beispielsweise kann die Düseneinrichtung 1 geheizt und wenigstens ein Strukturierungselement 103 und/oder Formungselement 3 gekühlt werden. Die Temperierung oder das Heizen und/oder Kühlen kann abhängig von der Zeit variieren, so dass beispielsweise zuerst geheizt und anschließend gekühlt wird oder umgekehrt.In all embodiments of the invention, at least the
Durch das Temperieren zumindest von Teilen der Herstellungsvorrichtung 100 kann die Herstellung eines Bauteils verbessert und beschleunigt werden. Des Weiteren können die Eigenschaften des Materialstrangs 2 durch das Temperieren zumindest von einem Teil der Herstellungsvorrichtung 100 gezielt beeinflusst werden.The production of a component can be improved and accelerated by tempering at least parts of the
Mittels der erfindungsgemäßen Herstellungsvorrichtung 100 und dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren ist es möglich den Materialstrang 2 zu formen und/oder wenigstens ein zusätzliches Material oder Füllmaterial 20 in den Materialstrang 2 einzubringen und dadurch die Eigenschaften des aufgetragenen Materialstrangs 2 zu verändern und beispielsweise an bestimmte Bedürfnisse gezielt anzupassen.Using the
Mehrere unterschiedliche Ziele können damit angestrebt werden wie beispielsweise die Generierung sehr hoher Schichten von Materialsträngen für die schnelle Erzeugung großer Bauteile. Dabei kann z.B. wenigstens ein Formungselement 3 eingesetzt werden, dass beispielsweise eine möglichst glatte und möglichst stufenfreie Außenfläche erzeugt und ansonsten sichtbare Stufen nicht mehr erkennbar sind. Des Weiteren kann die Herstellung möglichst leichter Strukturen durch das Einbringen von Hohlräumen 105 und/oder Vertiefungen 10 in den Materialstrang 2 erzielt werden. Außerdem kann der Materialstrang 2 durch das Einbringen von wenigstens einem Zusatzmaterial oder Füllmaterial 20, wie Fasern usw., beispielsweise zusätzlich verstärkt werden.Several different goals can be aimed at, such as the generation of very high layers of material strands for the rapid production of large components. In this case, for example, at least one
In den Ausführungsformen der Erfindung können die Strukturierungselemente 103 und/oder Formungselemente 3 zusätzlich konditioniert werden, wie zuvor beschrieben durch Wärmen und/oder Kühlen derselben. Dadurch kann eine bessere „Formfüllung“, eine schnellere Aushärtung, sowie geringere Anhaftungen an den Formungselementen usw. erzielt werden. In the embodiments of the invention, the
Damit das Material des Materialstrangs 2 nicht an den Formungselementen 3 und/oder den Strukturierungselementen 103 ungewollt anhaftet, können die Formungselemente 3 und/oder die Strukturierungselemente 103 mit einer Antihaftbeschichtung versehen sein, beispielsweise Teflon@ usw..So that the material of the
Zusätzlich oder alternativ können auch Formtrennmittel, Pulver und/oder Flüssigkeiten mit auf die Formungselemente 3 und/oder die Strukturierungselemente 103 aufgebracht werden.Additionally or alternatively, mold release agents, powder and/or liquids can also be applied to the
Ebenso kann in weiteren Alternativen der Erfindung ein Luftstrom oder ein Gasstrom verwendet werden zur schnelleren Abkühlung und/oder Formung zumindest eines Teils der Herstellungsvorrichtung 100 und/oder zumindest eines Teils des Materialstrangs 2. Zur Formung können beispielsweise mittels einer Düse als Formungselement ein Luftstrahl oder Flüssigkeitsstrahl der Düse gezielt eingesetzt werden, um beispielsweise Vertiefungen, insbesondere punktuelle Vertiefungen usw., in den Materialstrang 2 einzubringen oder einzuformen.Likewise, in further alternatives of the invention, an air flow or a gas flow can be used for more rapid cooling and/or shaping of at least a part of the
Die Ablösung des Materials von z.B. dem Formungselement, die Strukturierung und/oder die Formung des Materialstrangs 2 kann durch Vibration beispielsweise des Formungselements 3, des Strukturierungselements 103 und/oder des Kerns 18 usw. unterstützt werden.The detachment of the material from e.g. the shaping element, the structuring and/or the shaping of the
Das Formungselement und insbesondere das Strukturierungselement 103 kann wahlweise zusätzlich mit einer Mikrostrukturierung oder Nanostrukturierung zur Erzielung eines sog. Lotuseffekts oder eine Antihaftbeschichtung, z.B. einer Teflon® Beschichtung, versehen sein..The shaping element and in particular the
Für die Erzeugung von Strukturen, bei denen eine Ausrichtung zur darunter liegenden Schicht erforderlich ist, kann die Ausrichtung mittels einer nicht dargestellten Sensoreinrichtung erfolgen, welche beispielsweise wenigstens einen Abstandssensor usw. aufweist. Der Abstandssensor kann dabei den Abstand taktil und/oder berührungslos messen. Zusätzlich oder alternativ kann die Ausrichtung über einen entsprechenden Programmablauf gesteuert werden, der den Lage- oder Schichtaufbau und auch z.B. die Formungselemente 3 und/oder Strukturierungselemente 103 steuert. Die Formungselemente 3 können mit der vorhergehenden Schicht in Kontakt sein, so dass eine saubere, ebene, stufenfreie Oberfläche entsteht, wie beispielsweise zuvor in
Unter anderem kann es erforderlich sein, wenigstens eines der folgenden Sachen zu detektieren:
- - Detektieren der Position der bereits eingebrachten Struktur,
- - Detektieren der Bereite und der Position der darunterliegenden Schicht zum z.B. stufenlosen Aufbringen der neuen Schicht,
- - Detektieren der Höhe und/oder des Füllgrads der darunterliegenden Bahn oder Schicht zur Überwachung und ggf. Nachregelung und/oder Nachsteuern der Bauhöhe. Dabei kann beispielsweise die Höhe durch eine Regelung und/oder Steuerung der zufließenden Materialmenge geregelt und/oder gesteuert werden. Bei dem Füllgrad kann bestimmt werden, ob die darunterliegende Schicht vollgefüllt ist. Das bedeutet es wird bestimmt ob an den Stellen an denen Material gewünscht ist auch Material vorhanden ist.
- - Detektieren der darunterliegenden Schicht und/oder detektieren der Schicht die gerade aufgebracht wird.
- - detecting the position of the structure already introduced,
- - Detecting the width and the position of the underlying layer, for example for continuously applying the new layer,
- - Detecting the height and/or the degree of filling of the web or layer below for monitoring and, if necessary, readjustment and/or readjustment of the overall height. In this case, for example, the height can be regulated and/or controlled by regulating and/or controlling the amount of material flowing in. The degree of filling can be used to determine whether the underlying layer is full. This means that it is determined whether material is available at the points where material is required.
- - Detecting the underlying layer and/or detecting the layer that is being applied.
Wie zuvor beschrieben, kann die Sensoreinrichtung beispielsweise wenigstens einen Abstandssensor aufweisen, sowie wenigstens eine Kamera für eine Bilderkennung, wenigstens einen taktilen Sensor und/oder wenigstens einen berührungslosen Sensor usw..As described above, the sensor device can have at least one distance sensor, for example, as well as at least one camera for image recognition, at least one tactile sensor and/or at least one non-contact sensor, etc.
Der Materialstrang 2, welcher mittels der zuvor anhand der
Als Bindermaterialien werden beispielsweise Thermoplaste, Klebstoffe, insbesondere Schmelzklebstoffe und Reaktionsklebstoffe, darunter 1K- und 2K-Klebstoff, UV-härtende Klebstoffe, anaerob aushärtende Klebstoffe, anionisch aushärtende Klebstoffe, Lösungsmittelklebstoffe, Dispersionsklebstoffe, Harze und/oder Harzsysteme eingesetzt. Ein Harzsystem besteht dabei aus wenigstens zwei Komponenten, beispielsweise einem Harz und einem Härter Die Aufzählung ist dabei lediglich beispielhaft und nicht abschließend.The binder materials used are, for example, thermoplastics, adhesives, in particular hot-melt adhesives and reactive adhesives, including 1K and 2K adhesives, UV-curing adhesives, anaerobically curing adhesives, anionically curing adhesives, solvent-based adhesives, dispersion adhesives, resins and/or resin systems. A resin system consists of at least two components, for example a resin and a hardener. The enumeration is merely exemplary and not exhaustive.
Es können gleichzeitig oder zeitversetzt gleiche oder verschiedene Arten von Partikeln verarbeitet werden. Die Partikel können sich dabei hinsichtlich ihres Materials, ihrer Größe und/oder der Partikelform unterscheiden. Bezüglich verschiedener Partikelformen können beispielsweise bei Fasern Lang- oder Kurzfasern oder bei Holz Holzspäne, Pellets oder Holzmehl vorgesehen werden usw..The same or different types of particles can be processed simultaneously or at different times. The particles can differ in terms of their material, their size and/or the particle shape. With regard to different particle shapes, long or short fibers can be provided for fibers, for example, or wood chips, pellets or wood flour can be provided for wood, etc.
Als Partikel können beispielsweise Holz, z.B. Holzspäne, Partikel aus Glasfasern, Kohlfasern, Harz, aus expandiertem Polystyrol, Metall, Kunststoff, Keramik, einem mineralischen Werkstoff wie z.B. Sand, Papier, Pappe usw. verwendet werden. Die Aufzählung ist dabei lediglich beispielhaft und nicht abschließend. Materialien wie Holz, Papier und Pappe haben hierbei zusätzlich den Vorteil, dass es sich um nachwachsende Rohstoffe handelt.For example, wood, e.g. The list is merely exemplary and not exhaustive. Materials such as wood, paper and cardboard also have the advantage that they are renewable raw materials.
In
Die Herstellungsvorrichtung 100 in dem Ausführungsbeispiel in
Die Auftrageeinrichtung 5 weist, wie in dem Ausführungsbeispiel in
An die Partikelzuführungseinrichtung 107 und Bindermaterialeinrichtung 109 anschließend ist eine Kompaktierungs- und Fördereinrichtung 111 vorgesehen, in welcher die mit dem Bindermaterial 110 versehenen Partikel 108 kompaktiert und der Düseneinrichtung 1 zugeführt werden. Die Düseneinrichtung 1 bringt die kompaktierten, mit dem Bindermaterial 110 versehenen Partikel 108, als Materialstrang 2 auf eine Unterlage 101, z.B. eine Bauplattform 6, in einer oder vorzugsweise mehreren Schichten auf. Die Kompaktierungs- und Fördereinrichtung 111 in dem Ausführungsbeispiel in
Zwischen der Unterlage 101 und der Düseneinrichtung 1 kann, wie zuvor in den
Statt das Bindermaterial 110 wie in dem Ausführungsbeispiel in
Das Bindermaterial 110 verfestigt sich danach und wird kurz vor oder bei dem lagen- oder schichtweisen Aufbringen wieder in einen flüssigen oder pastösen Zustand überführt. Dies kann erreicht werden durch das Einbringen von Energie, beispielsweise bei Schmelzklebern, durch Infrarot (IR) Strahlung, durch Laserstrahlung, durch mechanische Energie, wie beispielsweise Ultraschall usw.. Die Aufzählung ist dabei lediglich beispielhaft und nicht abschließend.The
Zusätzlich oder alternativ zum Einbringen von Energie kann das Bindermaterial 110 auch flüssig oder pastös bleiben und beim oder nach dem lagen- oder schichtweisen Aufbringen aktiviert werden, beispielsweise durch Wärme, UV-Strahlung usw.. Die Aufzählung ist dabei ebenfalls lediglich beispielhaft und nicht abschließend.In addition or as an alternative to the introduction of energy, the
Des Weiteren kann zusätzlich oder alternativ zu den zuvor genannten Möglichkeiten die Verfestigung des Bindermaterials 110 auch verzögert werden, beispielsweise durch eine entsprechende Temperaturführung, wie das Tiefkühlen bei der Verwendung von Harzsystemen, wie Epoxidharzen. Epoxidharze können beispielsweise bei Raumtemperatur nach dem lagen- oder schichtweisen Aufbringen aushärten.Furthermore, in addition to or as an alternative to the possibilities mentioned above, the solidification of the
Statt nur einer Bindermaterialeinrichtung 109, wie in dem Ausführungsbeispiel in
Zusätzlich oder alternativ können mehrere Bindermaterialeinrichtungen übereinander und/oder nebeneinander angeordnet sein. Mittels der nebeneinander angeordneten Bindermaterialeinrichtungen können z.B. lokal unterschiedliche Verhältnisse von Partikelmasse zu Bindermaterialmasse eingestellt werden. Ebenso können die Bindermaterialeinrichtungen 109 dasselbe oder jeweils ein unterschiedliches Bindermaterial 110 verwenden.Additionally or alternatively, several binder material devices can be arranged one above the other and/or next to one another. By means of the binder material devices arranged next to one another, locally different ratios of particle mass to binder material mass can be set, for example. Likewise, the
Des Weiteren kann ein zyklisches Aufbringen des Materialstrangs 2 aus mit dem Bindermaterial 110 versehenen Partikeln 108 erfolgen. Dabei kann eine definierte Partikelmenge zunächst mit dem Bindermaterial benetzt werden, bevor es der Auftrageeinrichtung 5 zugeführt wird. Die Partikel sind dabei z.B. in einem nicht dargestellten Behälter aufgenommen und Bindermaterial wird dazugegeben und alles wird gemischt, bis das Bindermaterial gleichmäßig auf den Partikeln verteilt ist. Das Bindermaterial kann dabei den Partikeln auf einmal oder nach und nach während des Mischprozesses zugeführt werden. Optional kann dabei eine erste nicht dargestellte Vorbereitungseinheit das Bindermaterial in die Partikelmasse einarbeiten, während parallel hierzu eine weitere zweite nicht dargestellte Vorbereitungseinheit, die bereits fertig mit Bindermaterial versehenen Partikel der Auftrageeinrichtung zuführt zum Auftragen des Materialstrangs aus den mit dem Bindermaterial versehenen Partikeln auf eine geeignete Unterlage, z.B. eine Bauplattform.Furthermore, the
Das Kompaktieren und Fördern der mit dem Bindermaterial 110 versehenen Partikel 108 kann optional vor dem lagen- oder schichtweisen Auftragen auf eine Unterlage 101, wie z.B. eine Bauplattform 6, durch Elemente der Kompaktierungs- und Fördereinrichtung 111 erfolgen, wie beispielsweise ein oder mehrere Walzen 112, Trichter, Extruder und/oder druckbasierte Systeme usw.. Die Aufzählung der Elemente zum Kompaktieren und/oder Fördern der mit dem Bindermaterial 110 versehenen Partikel 108 ist lediglich beispielhaft und nicht abschließend. Die Geschwindigkeit mit der die Elemente arbeiten, beispielsweise die Geschwindigkeit mit der die jeweilige Walze 112 um ihre Achse rotiert, der Extruder oder das druckbasierte System usw. arbeitet, kann einstellbar und beispielsweise konstant oder variierbar sein.The compacting and conveying of the
Die mit dem Bindermaterial 110 versehenen Partikel 108 können des Weiteren auch bei dem lagen- oder schichtweisen Auftragen auf eine Unterlage 101 kompaktiert werden, beispielsweise ebenfalls durch Walzen oder ein geeignetes Abstreifersystem. Zusätzlich oder alternativ können die mit dem Bindermaterial 110 versehenen Partikel 108 auch mit einem entsprechenden Druck aufgetragen werden, so dass eine Kompaktierung durch den Druck erfolgt.Furthermore, the
Ebenso können die mit dem Bindermaterial 110 versehenen Partikel 108 zusätzlich oder alternativ auch nach dem Aufbringen auf die Unterlage 101 oder nach dem Aufbringen von mehreren Schichten auf die Unterlage 101 nachträglich kompaktiert werden. Dazu kann z.B. wenigstens eine nicht dargestellte Walze als Formungselement auf der Oberseite des Materialstrangs 2 angeordnet sein, welcher aus dem mit Bindermaterial 110 versehenen Partikeln 108 besteht. Die Walze kann sich hierbei über einen Teil oder die gesamte Breite des herzustellenden Bauteils erstrecken.Likewise, the
Zusätzlich oder alternativ kann zum Kompaktieren des Materialstrangs 2 auch eine nicht dargestellte Presse vorgesehen werden. Die Presse kann optional zusätzlich unter Einwirkung von Temperatur den Materialstrang kompaktieren. Durch einen höheren Druck und/oder eine höhere Temperatur sowie optional eine längere Einwirkzeit kann die Festigkeit des Materialstrangs weiter gesteigert und der Anteil an Bindermaterial weiter reduziert werden.In addition or as an alternative, a press (not shown) can also be provided for compacting the strand of
Partikel 108, die als Materialstrang in Schichten aufgebracht werden sollen, können durch die zuvor beschriebene Partikelzuführungseinrichtung 107, z.B. einen Partikelzuführungsbehälter, in entsprechender Art und Weise, beispielsweise in Form eines Partikelvorhangs, der Bindermaterialeinrichtung 109 zugeführt werden. Zur besonders gleichmäßigen Partikelverteilung und möglichst problemlosen Weitergage der Partikel 108 kann die Partikelzuführungseinrichtung 107, z.B. der Partikelzuführungsbehälter, optional zusätzlich in Schwingung oder Vibration versetzt werden.
Die Partikel 108 können direkt in der Partikelzuführungseinrichtung 107, z.B. dem Partikelzuführungsbehälter, deponiert werden. Ebenso können die Partikel 108 in einem der Partikelzuführungseinrichtung 107 nicht dargestellten vorgeschalteten Bevorratungsbehälter deponiert werden. Der Bevorratungsbehälter kann entweder direkt an der Auftrageeinrichtung 5 angebracht sein oder sich an einem festen oder stationären Ort der Gesamtanlage befindet, von dem aus z.B. der Partikelzuführbehälter immer wieder aufgefüllt wird. Zum Befüllen fährt der Bevorratungsbehälter beispielsweise zu dem Partikelzuführungsbehälter und/oder umgekehrt.The
Die Partikel 108 können auch über ein Fördersystem, wie ein Schlauchsystem, ein Rohrsystem und/oder ein Förderband usw., von dem Bevorratungsbehälter zu der Auftrageeinrichtung 5 gefördert werden.The
Optional kann die Partikelzuführung zusätzlich druckbasiert erfolgen. Die Partikel 108 können hierbei in das System eingeblasen werden und können sich ggf. mit ihrer kinetischen Energie durch die Bindermaterialeinrichtung 109 und Kompaktierungs- und Fördereinrichtung 111 bis auf die Unterlage, z.B. eine Bauplattform, bewegen. Die Kompaktierungs- und Fördereinrichtung 111 kann dabei beispielsweise lediglich als Trichter ausgeführt sein.Optionally, the particle feed can also be pressure-based. The
Das Aufbringen des Bindermaterials 110 auf die Partikel 108 kann kontinuierlich erfolgen. Beispielsweise kann das Bindermaterial 110 auf die Partikel 108 aufgesprüht werden. Die Partikel 108 können dabei in einem Partikelvorhang durch ihre Schwerkraft nach unten rieseln und der Partikelvorhang von wenigstens einer Seite mit dem Bindermaterial 110 besprüht werden. Die Partikel 108 fließen dabei zunächst z.B. durch den Spalt 12, ausschließlich aufgrund ihrer Schwerkraft, um anschließend als Partikelvorhang mit Bindermaterial 110 in der Bindermaterialeinrichtung 109 besprüht zu werden. Der Spalt 12 kann durch einen nicht dargestellten Schieber in seiner Breite eingestellt und/oder geöffnet und geschlossen werden.The application of the
Statt passiv, rein durch die eigene Schwerkraft, können die Partikel 108 auch aktiv in den Partikelvorhang gefördert werden, beispielsweise durch eine Förderwalze 113, wie sie in
In
Die Partikel können während des Sprühvorgangs mit Bindermaterial optional zusätzlich gleichzeitig bewegt werden, beispielsweise mittels nicht dargestellter Mischbleche.The particles can optionally also be moved simultaneously during the spraying process with binder material, for example by means of mixing plates that are not shown.
Des Weiteren können die Partikel auch mit Bindermaterial benetzt werden das auf Walzen aufgetragen ist. Das Auftragen des Bindermaterials kann beispielsweise erfolgen, indem die Walzen eine Wanne mit dem Bindermaterial durchlaufen. Die Walzen können für eine gute Benetzung der Partikel mit Bindermaterial auch mit einer weichen Beschichtung versehen sein, wobei die Beschichtung insbesondere zusätzlich saugfähig ausgeführt sein kann.Furthermore, the particles can also be wetted with binder material that is applied to rollers. The binder material can be applied, for example, by the rollers running through a trough with the binder material. For good wetting of the particles with binder material, the rollers can also be provided with a soft coating, in which case the coating can in particular also be made absorbent.
Zur Verarbeitung der Partikel 108 können, wie in
Der Wechsel der Partikelzuführungsbehälter bzw. der darin enthaltenen Partikel 108 kann beispielsweise nach einer fertigen Schicht durchgeführt werden, so dass die darauffolgende Schicht komplett mit den neuen und zuvor mit Bindermaterial versehenen Partikeln erstellt werden kann. Ebenso kann der Wechsel der Partikelzuführungsbehälter bzw. der darin enthaltenen Partikel auch z.B. für wenigstens einen oder mehrere Abschnitte innerhalb einer Schicht durchgeführt werden.The exchange of the particle supply container or the
Des Weiteren können auch mehrere Auftrageeinrichtungen mit unterschiedlichen Partikeln verwendet werden, welche jeweils vor dem Auftragen mit demselben oder einem unterschiedlichen Bindermaterial benetzt werden.Furthermore, several application devices with different particles can also be used, which are each wetted with the same or a different binder material before application.
Beispielsweise kann es für die Erzeugung von holzbasierten Bauteilen wünschenswert sein, den Innenbereich des Bauteils möglichst leicht, mit großen Holzspänen und mit vielen Hohlräumen zu bauen oder mit hohlen Partikel, wie beispielsweise aus Pappe, während der Außenbereich und damit die Außenseite des Bauteils, z.B. die Oberseite des Bauteils, möglichst glatt sein soll. Entsprechend kann hier einerseits für den Innenbereich des Bauteils mit größeren Holzspänen als Partikel und für den Außenbereich mit kleineren Holzspänen als Partikel gearbeitet werden.For example, for the production of wood-based components, it may be desirable to build the interior of the component as light as possible, with large wood chips and with many cavities or with hollow particles, such as cardboard, while the exterior and thus the outside of the component, e.g top of the component should be as smooth as possible. Accordingly, larger wood chips can be used as particles for the interior of the component and smaller wood chips can be used as particles for the exterior.
Die Verarbeitung von gemischten Partikeln 108, die aus zwei oder mehreren Partikelzuführungseinrichtungen, z.B. mehreren Partikelzuführungsbehältern, gemischt werden, ist in
Die Partikel 108 können dabei vor dem Einfüllen in einen Partikelzuführungsbehälter miteinander gemischt werden. Ebenso können bei der Verwendung von mehreren Partikelzuführungsbehältern als Partikelzuführungseinrichtungen 107 die Partikel 108 dieser Behälter während der Verarbeitung in einer Mischereinrichtung 115 gemischt werden, so dass beim schichtweisen Aufbau eines Bauteils lokal dessen Materialeigenschaften eingestellt werden können, wie in
In
Bei einer Verwendung einer Kompaktierungs- und Fördereinrichtung 111, welche keine Vermischung der mit Bindermaterial behafteten Partikel 108 bewirkt, z.B. das in
Beispielsweise kann es für die Erzeugung von holzbasierten Bauteilen wünschenswert sein, den Innenbereich des Bauteils möglichst leicht, mit großen Holzspänen und mit vielen Hohlräumen zu bauen oder mit hohlen Partikel, wie beispielsweise aus Pappe, während der Außenbereich und damit die Außenseite des Bauteils, z.B. die Oberseite des Bauteils, möglichst glatt sein soll. Entsprechend kann hier einerseits für den Innenbereich des Bauteils mit größeren Holzspänen als Partikel und für den Außenbereich mit kleineren Holzspänen als Partikel gearbeitet werden.For example, for the production of wood-based components, it may be desirable to build the interior of the component as light as possible, with large wood chips and with many cavities or with hollow particles, such as cardboard, while the exterior and thus the outside of the component, e.g top of the component should be as smooth as possible. Accordingly, larger wood chips can be used as particles for the interior of the component and smaller wood chips can be used as particles for the exterior.
In
Durch die Düsenelemente 116 kann der Durchmesser des Materialstrangs 2 aus mit Bindermaterial versehenen Partikeln eingestellt und z.B. variiert und/oder geformt werden. Beispielsweise kann die Breite oder der Querschnitt des Materialstrangs 2 statt konstant gehalten auch verändert oder variiert werden.The diameter of the
Wie zuvor bereits mit Bezug auf die
Des Weiteren können, wie zuvor mit Bezug auf die
Wie in den
In dem in
Wie zuvor beispielsweise mit Bezug auf die
Die Auftragung des Materialstrangs kann auch gleichzeitig von zwei Seiten erfolgen, wie zuvor in
Die gesamte Auftrageeinrichtung oder auch z.B. nur die Düseneinrichtung können drehbar ausgebildet sein, so dass die Ausrichtung der anisotropen Eigenschaften des Materialstrangs, wie die Breite des Strangs, die Partikel usw., in Bezug zur Auftrageeinrichtung erhalten bleiben, auch wenn sich die Auftrageeinrichtung geändert wird, wie zuvor in
Zur Verbesserung der Haftung zwischen einer Schicht des Materialstrangs, die gerade aufgebracht wird, und einer zuvor aufgebrachten Schicht des Materialstrangs, kann optional z.B. an der Auftrageeinrichtung eine nicht dargestellte weiteren Aktivierungseinrichtung vorgesehen sein, zur Aktivierung der zuvor aufgebrachten Schicht des Materialstrangs. Die Aktivierungseinrichtung kann den Materialstrang beispielsweise mittels einer Infrarot (IR) Strahlung vorwärmen, beispielsweise im Falle eines Schmelzklebstoffs als Bindematerial. Des Weiteren kann eine Sprüheinrichtung als Bindermaterialeinrichtung für das Aufbringen eines Bindermaterials vorgesehen sein, wie zuvor in
Des Weiteren kann die Auftrageeinrichtung optional mit einer zusätzlichen nicht dargestellten Aushärtungseinrichtung versehen oder mit einer solchen gekoppelt sein, die die Aushärtung des aufgetragenen Materialstrangs beschleunigt. Die Aushärteeinrichtung kann dazu einen kalten und/oder warmen Gasstrom, insbesondere Luftstrom, eine Wärmestrahlung, eine UV-Strahlung und/oder einen Flüssigkeitsnebel erzeugen.Furthermore, the application device can optionally be provided with an additional curing device (not shown) or coupled with one that accelerates the curing of the applied strand of material. For this purpose, the curing device can generate a cold and/or warm gas flow, in particular an air flow, thermal radiation, UV radiation and/or a liquid mist.
Für die Herstellung von Schichten des Materialstrangs, die nicht auf einer Plattform oder auf einer bereits vorherigen Schicht des Materialstrangs aufgebaut werden, können optional zusätzlich ein oder mehrere nicht dargestellte Stützstrukturen vorgesehen sein. Die jeweilige Stützstruktur kann dabei z.B. aus mit demselben oder einem anderen Bindermaterial benetzten Partikeln aufgebaut sein. Dabei kann die Stützstruktur dieselben Partikel oder Partikelkombination als das herzustellende Bauteil oder andere Partikel oder Partikelkombinationen aufweisen. Solche Stützstrukturen haben den Vorteil, dass sie sich später leichter entfernen lassen und ggf. zusätzlich recyclebar sind.For the production of layers of the material strand that are not built up on a platform or on an already previous layer of the material strand, one or more support structures (not shown) can optionally be provided in addition. The respective support structure can be constructed, for example, from particles wetted with the same or a different binder material. In this case, the support structure can have the same particles or particle combination as the component to be produced, or other particles or particle combinations. Such support structures have the advantage that they can be removed later more easily and, if necessary, are also recyclable.
Die jeweilige Stützstruktur kann als feine durchgehende oder nicht durchgehende Struktur realisiert werden, die später leichter entfernbar ist. Zusätzlich oder alternativ kann die Stützstruktur auch mit einer geringen oder geringeren Dichte hergestellt werden und dadurch ebenfalls leicht entfernbar sein.The respective support structure can be realized as a fine, continuous or non-continuous structure, which can later be more easily removed. In addition or as an alternative, the support structure can also be produced with a low or lower density and can therefore also be easily removed.
Vorzugsweise sind die Stützstruktur und das fertige Bauteil wiederverwendbar ausgebildet. Beispielsweise kann das ausgehärtete Bindermaterial der Stützstruktur bzw. des fertigen Bauteils beispielsweise durch Flüssigkeiten, durch Temperatur, mechanische Energie, Strahlungsenergie usw. lösbar sein. Dadurch kann das Bindermaterial von den Partikeln entfernt werden, da es beispielsweise verflüssigt oder derart zersetzt wird, dass es mittels eines Gebläses von den Partikeln entfernt oder durch ein Sieb, die Partikel aus dem Bindermaterial herausgesiebt werden können. Beispielsweis bei einem Masseverhältnis von Partikeln zu Bindermaterial von 80 zu 20.The support structure and the finished component are preferably designed to be reusable. For example, the hardened binder material of the support structure or of the finished component can be soluble, for example, by liquids, by temperature, mechanical energy, radiation energy, etc. As a result, the binder material can be removed from the particles, since it is liquefied, for example, or decomposed in such a way that it can be removed from the particles by means of a blower or the particles can be sieved out of the binder material through a sieve. For example, with a mass ratio of particles to binder material of 80 to 20.
Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele vorstehend vollständig beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Art und Weise modifizierbar. Die in den
In den zuvor mit Bezug auf die
Das Bindermaterial ist während des schichtweisen Aufbringens des Materialstrangs beispielsweise flüssig oder pastös, so dass nach dem schichtweisen Aufbringen eine Verfestigung und somit eine Verbindung der mit dem Bindematerial benetzten Partikel des Materialstrangs erfolgt. Das Aushärten des Bindematerials des Materialstrangs, und somit eine Verbindung mit den in dem Bindematerial aufgenommenen Partikel, erfolgt nach dem Aufbringen des Materialstrangs auf die Unterlage. The binder material is, for example, liquid or pasty during the layered application of the material strand, so that after the layered application there is a solidification and thus a connection of the particles of the material strand wetted with the binding material. The curing of the binding material of the strand of material, and thus a connection with the particles contained in the binding material, takes place after the strand of material has been applied to the substrate.
BezugszeichenlisteReference List
- 11
- Düseneinrichtungnozzle device
- 22
- Materialstrangstrand of material
- 33
- Formungselementshaping element
- 44
- Bearbeitungseinrichtungprocessing facility
- 55
- Auftrageeinrichtungapplicator
- 66
- Bauplattformbuild platform
- 77
- Schicht oder Lagelayer or layer
- 88th
- Abschirmungshielding
- 99
- Kapselungseinrichtungencapsulation device
- 1010
- Vertiefungdeepening
- 1111
- Düsejet
- 1212
- Spaltgap
- 1313
- Gegenhaltercounter holder
- 1414
- Scheibedisc
- 1515
- festes Elementsolid item
- 1616
- Achseaxis
- 1818
- Kerncore
- 1919
- Zuführungseinrichtungfeeder
- 2020
- Füllmaterialfilling material
- 2121
- Speichereinrichtungstorage facility
- 2222
- Zusatzelement additional element
- 100100
- Herstellungsvorrichtungmanufacturing device
- 101101
- Unterlagedocument
- 102102
- Längsachselongitudinal axis
- 103103
- Strukturierungselementstructuring element
- 104104
- Frontplattefront panel
- 105105
- Hohlraumcavity
- 106106
- Zwischenwandpartition
- 107107
- Partikelzuführungseinrichtungparticle feeder
- 108108
- Partikelparticles
- 109109
- Bindermaterialeinrichtungbinder material facility
- 110110
- Bindermaterialbinder material
- 111111
- Kompaktierungs- und FördereinrichtungCompacting and conveying device
- 112112
- Walzeroller
- 113113
- Förderwalzeconveyor roller
- 114114
- Zuführungsmechanismusfeeding mechanism
- 115115
- Mischereinrichtungmixer device
- 116116
- Düsenelementnozzle element
- 117117
- Zusammenführeinrichtungmerging facility
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