3D-Drucksystem

Die Erfindung betrifft ein 3D-Drucksystem.

3D-Drucksysteme haben ihren Ursprung im Bereich des sogenannten „rapid prototyping“, also einer kurzfristigen Erstellung von Prototypen. 3D-Druck wurde und wird dabei meist mit einem ursprünglich auch als „fused deposition modelling“ bezeichneten Verfahren in Verbindung gebracht, bei dem thermoplastischer Kunststoff, meist in Form eines „Filaments“, aufgeschmolzen und durch eine Düse hindurch linien- und schichtweise auf ein Substrat aufgebracht wird.

Rapid-Prototyping-Verfahren im Allgemeinen und so auch 3D-Druck weist aber auch Potential für Einzelteilfertigung sowie Kleinserien auf, da - insbesondere im Bereich der Kunststoffverarbeitung - ein aufwendiger und kostenintensiver Werkzeugbau entfallen kann. Darüber hinaus können mittels dieser Verfahren auch vergleichsweise komplexe Geometrien, auch mit Hohlräumen und vielfältigen Hinterschneidungen, abgebildet werden.

Interessant ist insbesondere 3D-Druck aber auch für medizinische Anwendungen, beispielsweise Implantate und dergleichen. Hierzu kommen meist keine thermoplastischen Materialien (oder nur wenige spezifische) zum Einsatz, sondern häufig aushärtende Materialien, ursprünglich bspw. biologisch inerte Materialien wie Silikone aber auch wasserbasierte Hydrogele, z. B. Alginat und dergleichen. Eine häufig verwendete biologisch aktive „Biotinte“ (Druckfluid) basiert auf Gelatine und seinen Derivaten (z.B. methacryl ierte Gelatine) und stellt einen kostengünstigen Kompromiss zwischen Biokompatibilität, Druckbarkeit durch thermische Gelierung und Vernetzbarkeit durch beispielsweise chemische Modifikationen dar. In jüngerer Zeit verschob sich der Fokus von synthetischen Materialien (z. B. Flüssigsilikone und Hydrogels) hin zu natürlichen Biomaterialien. Insbesondere Komponenten der extrazellulären Matrix (z. B. Kollagene) kommen dabei immer mehr zum Einsatz, da sie eine hohe Bioaktivität aufweisen und bspw. durch Temperaturwechsel zur Gelierung gebracht werden können. Hierbei ist für ein gutes Druckergebnis das Timing der Gelierung und somit die Temperaturkontrolle essenziell und ausschlaggebend, um eine möglichst gute Druckbarkeit, Verbindung der gedruckten Schichten und somit Formstabilität zu ermöglichen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen 3D-Druck mit temperatursensiblen Materialien zu verbessern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein 3D-Drucksystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte und teils für sich erfinderische Ausführungsformen und Weiterentwicklungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung dargelegt.

Das erfindungsgemäße 3D-Drucksystem weist einen ersten Kartuschencontainer zur reversiblen Aufnahme einer ersten Kartusche, die für einen 3D-Druck Druckfluid vorhält, einen Druckkopf mit einer Ausströmöffnung und eine erste Fluidleitung auf, die den ersten Kartuschencontainer mit dem Druckkopf zur Zuführung von Druckfluid zum Druckkopf verbindet. Des Weiteren weist das 3D-Drucksystem einen ersten Temperierkanal auf, der den ersten Kartuschencontainer außenseitig umhüllt und zumindest an der ersten Fluidleitung entlanggeführt ist und der im bestimmungsgemäßen Einsatzzustand von einem Temperiermedium durchströmt wird.

Der Kartuschencontainer ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass dieser die Kartusche im bestimmungsgemäßen Einsatzzustand, zumindest einen das Druckfluid enthaltenden Abschnitt, außenseitig umschließt.

Unter Druckfluid wird hier und im Folgenden insbesondere ein Material verstanden, das im Zustand während der Verarbeitung vorzugsweise zumindest zeitweise eine für eine Förderung und Applikation (hier insbesondere also zum Drucken) hinreichend niedrige Viskosität aufweist, aber auch (mittels einer externen „Triggerung“ oder von selbst) eine signifikante Viskositätserhöhung (oder auch eine Erstarrung) erfahren kann. Aufgrund letzterem kann das Druckfluid genutzt werden, um dreidimensionale Objekte auszubilden. Das Druckfluid kann dabei im förderbaren Zustand vernetzbar, teilvernetzt oder auch vernetzt sein. Die Viskositätssteigerung kann dabei durch Erstarrung und/oder Vernetzung (Gelierung) erfolgen. Es sind sowohl einphasige und/oder einkomponentige Materialien als auch mehrkomponentige und/oder mehrphasige Materialien (die bspw. auch erst während des Druckvorgangs gemischt werden) denkbar.

Bevorzugt umhüllt der erste Temperierkanal auch die erste Fluidleitung außenseitig, ist also insbesondere koaxial zu dieser angeordnet. Dadurch ergibt sich vorteilhafterweise ein besonders guter Wärmeaustausch. Alternativ kann der Temperierkanal aber auch „nur“ neben, insbesondere mit einem möglichst geringen Abstand, bspw. mit weniger als 1 Millimeter, der ersten Fluidleitung verlaufen. Optional kann der Temperierkanal im Bereich der Fluidleitung aber auch in mehrere Teilkanäle aufgeteilt sein, die neben (und mit geringem Abstand von bspw. kleiner als 1 Millimeter) der ersten Fluidleitung an dieser entlang verlaufen. Beispielsweise können diese Teilkanäle auch um die erste Fluidleitung gewendelt sein. Letzteres ist bspw. bei Nutzung von Rohren oder Schläuchen, bei freier Verlegung der ersten Fluidleitung und des ersten Temperierkanals, oder durch additive Fertigung im Fall einer Führung der ersten Fluidleitung und des ersten Temperierkanals in einem „Verbindungsblock“ oder Verbindungsmodul zwischen dem ersten Kartuschencontainer und dem Druckkopf zweckmäßig.

Aufgrund der vorstehend beschriebenen Anordnung und Ausbildung des Temperierkanals ist vorteilhafterweise eine (zumindest nahezu) durchgängige Temperierung des Druckfluids vom „Tank“, also der Kartusche, bis zum Druckkopf und somit zumindest nahezu bis zum Austritt möglich. „Zumindest nahezu“ wird hier und im Folgenden als wenigstens 70, vorzugsweise mindestens 80, Prozent der Gesamtlänge des entsprechenden Kanals bzw. der Leitung verstanden. Zweckmäßigerweise ist der erste Temperierkanal derart gestaltet, dass dieser zumindest den ersten Kartuschencontainer umhüllt sowie an der ersten Fluidleitung über deren gesamte Länge entlang, zumindest bis zum Druckkopf hin, geführt ist oder diese insbesondere ebenfalls umhüllt. Damit kann das Erstarrungsverhalten des Druckfluids auf vorteilhafte Weise beeinflusst, insbesondere gesteuert, werden. Beispielsweise kann eine vorzeitige Abkühlung und somit eine vorzeitige Gelierung - zumindest eine über eine Förderbarkeitsgrenze hinausgehende Viskositätserhöhung - (in der entsprechenden Fluidleitung) verhindert werden.

In einer bevorzugten Ausführung setzt sich der erste Temperierkanal in den Druckkopf fort. Dabei umhüllt der erste Temperierkanal vorteilhafterweise einen ersten Fluidkanal für das Druckfluid im Druckkopf zumindest abschnittsweise außenseitig. Dadurch kann eine „Temperierlänge“ (also die Länge, entlang derer das Druckfluid temperiert wird) an die Länge der ersten Fluidleitung und des ersten Fluidkanals angeglichen und somit eine möglichst durchgängige Temperierung ermöglicht werden. Grundsätzlich ist es auch hier denkbar, dass der erste Temperierkanal im Druckkopf neben dem dortigen ersten Fluidkanal verläuft, also an diesem entlang geführt ist.

In einer zweckmäßigen Ausführung geht der erste Temperierkanal druckkopfseitig - d. h. im Druckkopf oder am Ende der ersten Fluidleitung vor dem Druckkopf - (oder optional wie nachfolgend beschrieben auch erst im Bereich einer reversibel mittelbar oder unmittelbar mit dem Druckkopf koppelbaren Druckdüse) in eine erste Rückleitung über. Insbesondere ist diese erste Rückleitung zumindest im Bereich der ersten Fluidleitung koaxial zum ersten Temperierkanal (insbesondere außenseitig zu diesem) geführt. Dies ist vorzugsweise dann der Fall, wenn der erste Temperierkanal die erste Fluidleitung sowie gegebenenfalls auch den ersten Fluidkanal außenseitig umhüllt. Dadurch kann eine thermische Isolation des ersten Temperierkanals erreicht werden.

In einer alternativen Ausführung geht der erste Temperierkanal druckkopfseitig in einen Rücklauf über. Dieser Rücklauf ist dabei zumindest im Bereich der ersten Fluidleitung separat von dieser geführt. Insbesondere handelt es sich bei diesem Rücklauf um eine eigenständige Schlauchleitung. In einer bevorzugten Ausführung weist das 3D-Drucksystem eine Temperiereinrichtung zur Temperatureinstellung für das Temperiermedium auf. Insbesondere ist die Temperiereinrichtung dazu eingerichtet, einen Zieltemperaturwert in dem Temperiermedium einzustellen, zumindest vorlaufseitig und/oder im Bereich des ersten Kartuschencontainers. Dadurch, dass das 3D-Drucksystem selbst diese Temperiereinrichtung aufweist, ist das 3D-Drucksystem diesbezüglich vorteilhafterweise autark. Außerdem ist auf diese Weise eine Steuerung der Temperierung vergleichsweise einfach. Bevorzugt weist das 3D-Drucksystem auch einen Controller auf, der dazu eingerichtet ist, die Temperiereinrichtung zur Einstellung eines controllerseitig - optional in Interaktion mit einem Bediener - vorgegebenen Temperaturwerts anzusteuern.

In einer optionalen Ausführung weist die Temperiereinrichtung im Bereich des ersten Kartuschencontainers ein erstes Heiz- und/oder Kühlelement, insbesondere in Form eines Peltierelements, auf. Peltierelemente haben dabei den Vorteil, dass diese sowohl heizen als auch kühlen können. Somit ist die Temperiereinrichtung vergleichsweise flexibel, insbesondere bei vergleichsweise geringem Bauraum. Vorzugsweise ist das Peltierelement in diesem Fall in einem den ersten Kartuschencontainer umgebenden Abschnitt des ersten Temperierkanals angeordnet sowie zweckmäßigerweise wärmeleitend mit diesem gekoppelt.

In einer optionalen Variante weist die Temperiereinrichtung mehrere Heiz- und/oder Kühlelemente auf, mittels derer ein Temperaturverlauf innerhalb und entlang des Temperierkanals vorgegeben werden kann. Bspw. kommen hierbei Peltierelemente zum Einsatz, da diese einen lokalen Einsatz sowie eine Heiz- aber auch eine Kühlfunktion realisieren können. Alternativ können auch „klassische“ Heizpatronen zum Einsatz kommen.

In einer weiteren zweckmäßigen Ausführung weist das 3D-Drucksystem einen zweiten Kartuschencontainer, eine zweite Fluidleitung und einen zweiten Temperierkanal auf. Diese sind vorzugsweise analog zu dem vorstehend beschriebenen ersten Kartuschencontainer, der ersten Fluidleitung und dem ersten Temperierkanal ausgeführt. Insbesondere dient der zweite Kartuschencontainer also zur reversiblen Aufnahme einer zweiten Kartusche, die für den 3D-Druck Druckfluid vorhält. Die zweite Fluidleitung verbindet den zweiten Kartuschencontainer mit dem Druckkopf zur Zuführung des Druckfluids zum Druckkopf. Der zweite Temperierkanal umhüllt den zweiten Kartuschencontainer und vorzugsweise auch die zweite Fluidleitung außenseitig und wird im bestimmungsgemäßen Einsatzzustand von einem Temperiermedium durchströmt. Optional weist das 3D- Drucksystem auch einen dritten Kartuschencontainer, eine dritte Fluidleitung, einen dritten Temperierkanal etc. (oder auch eine Vielzahl, d. h. vier oder mehr) auf.

Das Vorhandensein des zweiten (und gegebenenfalls des dritten oder weiteren) Kartuschencontainers etc. ermöglicht dabei vorteilhafterweise einen Mehr-Kompo- nenten-Druck, also den Druck mit unterschiedlichen „Tinten“ (also Druckfluiden), die optional alternierend oder nacheinander zum Einsatz kommen, ohne einen Wechsel des Systems. Außerdem können die unterschiedlichen Druckfluide auch gleichzeitig, d. h. insbesondere erst im Druckkopf gemischt, zum Einsatz kommen. Des Weiteren ermöglichen mehrere Kartuschencontainer aber auch einen quasidurchgängigen Betrieb, indem für wenigstens zwei Kartuschencontainer das gleiche Druckfluid herangezogen wird, die Kartuschen aber alternierend zum Einsatz kommen, so dass eine geleerte Kartusche getauscht werden kann, während die andere Kartusche verwendet wird. Ebenso ist es möglich, Mehrkomponenten-Sys- teme für das Druckfluid zu verwenden, deren Einzelkomponenten dann bspw. in jeweils einer zugeordneten Kartusche verfüllt sind und bspw. im Druckkopf gemischt werden.

In einer bevorzugten Ausführung sind die erste und die zweite Fluidleitung im Druckkopf (insbesondere mit ihren jeweiligen Fluidkanälen) auf die Ausströmöffnung zusammengeführt. Anders ausgedrückt münden die jeweiligen Fluidkanäle über die Ausströmöffnung in die Umgebung oder in eine optional nachgeschaltete und insbesondere reversibel koppelbare Druckdüse.

Optional weist das 3D-Drucksystem mehr als zwei (bspw. mindestens drei) Kartuschencontainer sowie zugeordnete Fluidleitungen und Temperierkanäle auf, die vorzugsweise gleichartig wie vorstehend beschrieben ausgebildet sind. Vorzugsweise sind diese mehreren Fluidleitungen ebenfalls im Druckkopf (insbesondere mit ihren jeweiligen Fluidkanälen) auf die Ausströmöffnung zusammengeführt.

In einer vorteilhaften Ausführung weist der Druckkopf eine zusätzliche Zufuhr für das Temperiermedium, bspw. eine separate (d. h. insbesondere zu dem jeweiligen, vorstehend beschriebenen Temperierkanal zusätzliche) Temperierleitung, mittels derer im bestimmungsgemäßen Betrieb das Temperiermedium vorzugsweise mit einem anderen Temperaturwert im Vergleich zum Kartuschencontainer zugeführt wird, und/oder ein zusätzliches Heiz- und/oder Kühlelement (insbesondere in Peltierelement) auf. Dadurch kann lokal am Druckkopf ein Temperaturwert vergleichsweise flexibel und unabhängig von dem ersten bzw. zweiten Temperierkanal vorgegeben werden. Vorzugsweise ist die zusätzliche Zufuhr für das Temperiermedium (also die separate Temperierleitung) dazu lokal an den Druckkopf an einen korrespondierenden (insbesondere weiteren Temperierkanal) angeschlossen.

In einer optionalen Ausführung sind die gegebenenfalls mehreren (zwei oder mehr) Temperierkanäle im Druckkopf zur Bildung einer Mischtemperatur zusammengeführt und umgeben insbesondere die zusammengeführten Fluidleitungen. Anschließend gehen die zusammengeführten Temperierkanäle in einen gemeinsamen Rücklauf (oder die vorstehend beschrieben koaxiale Rückleitung) über. Alternativ kann aber auch jeder einzelne Temperierkanal einen separat zugeordneten Rücklauf bzw. eine koaxiale Rückleitung aufweisen, um eine solche Bildung einer Mischtemperatur gezielt zu unterbinden. Gleichermaßen können aber auch bei mehr als zwei Temperierkanälen mehrere Temperierkanäle auf einen gemeinsamen Rücklauf (bzw. Rückleitung) geführt sein.

In einer zweckmäßigen Ausführung weist das 3D-Drucksystem die vorstehend erwähnte Druckdüse auf, die zumindest im bestimmungsgemäßen Einsatzzustand reversibel, sowie optional mittelbar oder unmittelbar, an die Ausströmöffnung angeschlossen ist. Diese Druckdüse wird von einem Düsenkanal für das Druckfluid durchzogen, durch den im bestimmungsgemäßen Einsatz das Druckfluid strömt. Optional weist das 3D-Drucksystem mehrere Druckdüsen auf, die einen unterschiedlichen Düsenkanalquerschnitt aufweisen und somit für unterschiedliche Druckaufgaben zum Einsatz kommen können. Vorzugsweise ist der Düsenkanal zumindest abschnittsweise koaxial mit einem Kanal für das Temperiermedium umschlossen. Weiter vorzugsweise ist die Druckdüse triaxial aufgebaut, weist somit zwei den (insbesondere zentralen) Düsenkanal jeweils schalenartig oder koaxial umgebende Kanäle auf, die eine Zu- und eine Rückführung des Temperiermediums ermöglichen. In einer optionalen Ausführung sind diese Kanäle, insbesondere im bestimmungsgemäß angeschlossenen Zustand, vorzugsweise an den Temperierkanal - insbesondere an dessen im Druckkopf ausgebildeten Abschnitt - angeschlossen und werden somit vom Druckkopf aus mit Temperiermedium (Vorlaut und Rücklauf) versorgt.

Zur reversiblen Kopplung der Druckdüse mit dem Druckkopf weisen beide zweckmäßigerweise miteinander korrespondierende Kopplungsmittel auf. Diese können bspw. eine magnetische, vorzugsweise elektromagnetische Kopplung bewirken. Zweckmäßigerweise bilden die Kopplungsmittel aber gemeinsam eine Art Bajonett-Verbindung, bspw. indem am Druckkopf oder der Druckdüse eine Nut mit Hinterschnitt und an der Druckdüse bzw. am Druckkopf ein korrespondierender Pin (bspw. mit Pilzkopf) angeordnet sind. Die Nut weist bspw. einen kreisbogenabschnittsförmigen Verlauf (bspw. ein Viertelkreis) auf. Die Druckdüse wird in diesem Fall an den Druckkopf angesetzt (der Pin, vorzugsweise zwei Pins, tauchen in eine korrespondierende Öffnung jeweils einer zugeordneten Nut ein) und um eine entsprechende Drehung gegen den Druckkopf an diesem festgelegt.

In einer weiteren zweckmäßigen Ausführung weist die Druckdüse ein Verschlussventil für den Düsenkanal auf. Dadurch kann besonders präzise gedruckt werden, da nicht der gesamte Fluidstrom durch das 3D-Drucksystem gestoppt werden braucht, sondern lediglich austrittsseitig der Fluidstrom unterbrochen wird.

In dem Druckkopf oder auch in der Druckdüse ist optional ein Misch- oder auch „Homogenisierungskanal“ ausgebildet, bspw. nach Art eines Statikmischers. Optional kann eine solche „Mischeinheit“ (also ein solcher Kanal) auch in einem separaten Bauteil ausgebildet sein, das bspw. dem Druckkopf und der Druckdüse zwischengeschaltet werden kann. Dadurch kann - insbesondere bei Mischung mehrerer in jeweils separaten Kartuschen vorgelagerter Fluide - das (Gesamt-) Druckfluid vor dem Austritt homogenisiert werden.

In einer optionalen, zweckmäßigen Ausführung weist das 3D-Drucksystem wenigstens ein Zusatzmodul (oder auch: Zwischenmodul) auf, das der vorgenannten Druckdüse und dem Druckkopf zwischengeschaltet oder zwischenschaltbar (also in einem spezifischen Einsatzzustand, vorzugsweise einer aufgabenspezifischen Einsatzkonfiguration des 3D-Drucksystems, zwischengeschaltet) ist. Bspw. bildet dieses Zusatzmodul das vorgenannte separate Bauteil. Dieses oder das jeweilige Zusatzmodul weist dabei auf einer dem Druckkopf zugewandten und einer der Druckdüse zugewandten Seite (also beidseitig) Kopplungsmittel auf, die zweckmäßigerweise komplementär zu den an der Druckdüse bzw. dem Druckkopf angeordneten Kopplungsmitteln sind, auf. Das Zusatzmodul weist auch einen Fluidkanal auf, der im bestimmungsgemäßen Einsatzzustand die Durchführung des Druckfluids vom Druckkopf in den Düsenkanal der Druckdüse ermöglicht. Für den Fall, dass die Druckdüse auch einen Temperierkanal aufweist, ist ein solcher auch in dem Zusatzmodul ausgebildet, um eine Durchführung des Temperiermediums zu und von der Druckdüse zu ermöglichen. Optional weist das Zusatzmodul auch elektrische Kontaktelemente auf, die eine elektronische Verbindung (bspw. zur Stromversorgung und/oder Datenaustausch) zwischen Druckkopf und Druckdüse und/oder zwischen Druckkopf und elektronischen Bauelementen des Zusatzmoduls ermöglichen, auf. Der Druckkopf weist zweckmäßigerweise korrespondierende (Gegen-) Kontaktelemente auf. Bspw. weist das Zusatzmodul einen Sensor (z. B. Temperatur- oder Drucksensor oder zur Messung des elektrischen Widerstands) auf, der mittels einer solchen elektronischen Verbindung mit dem Controller des 3D-Drucksystems verbunden sein kann.

Des Weiteren weist das Zusatzmodul optional einen oder mehrere „Einschubschächte“ (bspw. eine Sensorbohrung, eine ausgefräste Tasche oder dergleichen) auf, in die ein Sensor, ein Heizelement, ein Kühlelement oder dergleichen je nach Bedarf eingesetzt werden kann, um eine Prozessgröße des Druckfluids und/oder des Temperiermediums erfassen und/oder dieses zusätzlich beeinflussen (bspw. temperieren) zu können. Des Weiteren kann in einem solchen Einschubschacht auch eine Sensorik zur Erfassung der Umgebung und/oder des Substrats, bspw. eine Kamera, ein LIDAR-Sensor, ein konfokaler Laser, ein Ultraschallsensor oder dergleichen aufgenommen sein.

Optional kann ein solcher Einschubschacht auch in den Fluidkanal eindringen, so dass ein darin eingesetztes Element von dem Druckfluid um- und/oder durchströmt wird. Der (jeweilige) Temperierkanal ist in dieser Variante vorzugsweise um diesen Einschubschacht herumgeführt. Bspw. kann ein solcher Einschubschacht wenigstens einen Sensor (bspw. zur Druck-, Temperatur-, pH- oder elektrischer Widerstands-Messung), ein „Lab-on-a-chip“, eine Mischeinheit (bspw. einen Statikmischer oder dergleichen) oder einen zusätzlichen Materialzulauf für eine weitere Komponente für das Druckfluid aufnehmen.

Die Druckdüse kann optional ebenfalls einen Einschubschacht der vorstehend beschriebenen Art aufweisen. Bspw. kann in einen solchen (nicht in den Fluidkanal eindringenden) Einschubschacht ein (insbesondere unilateraler) Kraftsensor eingesetzt sein, mittels dessen Kräfte erfasst werden können, die auf die Druckdüse wirken (lateral und axial). Die erfassten Kräfte werden zweckmäßigerweise in dem Controller für eine Erkennung von Zusammenstößen der Druckdüse bspw. mit dem Substrat oder dergleichen, zum Vermessen von Oberflächen durch Kontakt (insbesondere nach Art eines Koordinatenmessgeräts oder dergleichen) oder zur Ermittlung eines Maßes (insbesondere eines Winkels) einer Auslenkung der Druckdüse, insbesondere einer nadelartigen Düsenspitze, ausgewertet. Die Ermittlung der Auslenkung der Druckdüse (auch: Düsenverbiegung) kann vorteilhafterweise für Einsatzfälle, in denen die Druckdüse während eines Druckvorgangs in ein viskoses Medium eintaucht und in diesem druckt, dazu herangezogen werden, unabhängig von einer eventuellen Auslenkung der Druckdüse diese möglichst präzise an eine Zielkoordinate zu positionieren. Bspw. kann die Auslenkung dabei als eine Art Offset betrachtet werden. Grundsätzlich können hier auch unterschiedliche Düsenspitzen (d. h. mit anderen Längen und/oder Durchmessern) für unterschiedliche Druckprozesse zum Einsatz kommen, so dass jeweils unterschiedliches Biegeverhalten vorliegt. Ferner kann in einen solchen Einschubschacht der Drückdüse eine separat ansteuerbare Temperierung (z. B. ein Heizelement, Peltierelement etc.) mit zugehörigem Temperatursensor eingesetzt werden, um zusätzliche Temperaturzonen im 3D-Drucksystem zu ermöglichen.

Das jeweilige Zusatzmodul und/oder die Druckdüse weisen in einer zweckmäßigen Weiterbildung auch ein Identifikationselement zur automatisierten Erkennung aufweisen. Dabei handelt es sich beispielsweise um einen Mikrochip, ein RFID- oder NFC-Tag, eine Markierung zur optischen Erkennung (bspw. ein Bar- oder QR-Code). Eine in einem solchen Identifikationselement vorgehaltene Information beinhaltet insbesondere die Art der Druckdüse bzw. des Zusatzmoduls, vorzugsweise eine Bauart und optional auch eine Sensorkonfiguration, sofern dies bspw. in fest vorgegeben Zusatzmodulen bzw. Druckdüsen erfolgt. Das 3D-Drucksystem weist vorzugsweise auch Mittel zum Auslesen des entsprechenden Identifikationselements (bspw. eine Schnittstelle zur Drahtloskommunikation oder einen Code- Scanner) auf. Aufgrund der eingelesenen Information des Zusatzmoduls bzw. der Druckdüse werden in dem Controller des 3D-Drucksystem bspw. vorgegebene Software-Features freigeschalten. Optional kann ein RFID- oder NFC-Tag auch zur Lokalisierung der Druckdüse im dreidimensionalen Raum genutzt werden.

Vorzugsweise ist auch jeder Fluidleitung, insbesondere vor dem Einlauf in den Druckkopf oder auch im Druckkopf selbst, jeweils ein (vorzugsweise steuerbares) Ventil zugeordnet. Dadurch kann bspw. bei einem Kartuschenwechsel ein Einlaufen der Druckfluide aus anderen Fluidleitungen in die „leere“ Fluidleitung vermieden werden.

In einer zweckmäßigen Ausführung weist das 3D-Drucksystem den vorstehend beschriebenen Controller auf, sowie wenigstens einen mit dem Controller ver- schalteten Temperatursensor. Der Controller ist dabei insbesondere dazu eingerichtet, die Temperiereinrichtung in Abhängigkeit eines mittels des oder des jeweiligen Temperatursensors erfassten Temperaturwerts anzusteuern. Beispielsweise ist der Controller dazu eingerichtet, das Temperiermedium anhand des erfassten Temperaturwerts (Istwert) auf einen vorgegebenen Temperaturwert (Sollwert) zu regeln.

Vorzugsweise weist das 3D-Drucksystem auch eine Pumpe auf, die zur Förderung des Temperiermediums eingerichtet ist.

In einer zweckmäßigen Ausführung ist der erste bzw. zweite (oder jeder weitere) Kartuschencontainer zur Aufnahme einer handelsüblichen Spritze als Kartusche und deren Kopplung mit der ersten bzw. zweiten Fluidleitung eingerichtet. Als übliches Spritzenvolumen komme vorzugsweise Volumina zwischen 3 und 55 ml zum Einsatz. Bei entsprechend angepasstem Kartuschencontainer können für Spezialanwendungen, bspw. für vergleichsweise große „Druckaufträge“ (Druck von größeren Gewebemodellen, Organe (z. B. Leber) und/oder für Stützstrukturen, entsprechend größere Spritzen, die bspw. ein Volumen zwischen 180 und 960 ml aufweisen, zum Einsatz kommen. Alternativ kann die Kartusche auch einen speziellen Tank für das Druckfluid darstellen, bspw. vergleichbar mit einem „Tankmodul“ eines Tintenstrahldruckers.

Zumindest im Fall der Spritze als Kartusche weist das 3D-Drucksystem auch eine Pumpvorrichtung auf, die dazu dient, die Kartusche, insbesondere also die Spritze, im laufenden Betrieb zur Abgabe des Fluids zu bedienen. Im Fall der Spritze kann dies durch eine Art Spritzenpumpe erfolgen. Ebenso können hier auch hydraulisch oder pneumatische betätigte Pumpvorrichtungen zum Einsatz kommen.

In einer weiteren zweckmäßigen Ausführung weist das 3D-Drucksystem ein (insbesondere jeweils ein) Ventil auf, das dazu eingerichtet ist, einen Durchfluss zwischen einem den ersten bzw. zweiten Kartuschencontainer umgebenden Abschnitt des ersten bzw. zweiten Temperierkanals und einem die erste bzw. zweite Fluidleitung umgebenden Abschnitt zu variieren. Insbesondere kann so der Durchsatz mit Temperiermedium und/oder auch die Verweildauer des Temperiermediums im jeweiligen Abschnitt gesteuert werden. In einer bevorzugten Ausführung sind die erste bzw. zweite Fluidleitung sowie der dieser entsprechend zugeordnete Abschnitt des ersten bzw. zweiten Temperierkanals flexibel ausgebildet („Schlauchleitung“). Da eine Vielzahl der vorstehend genannten „Biotinten“ photosensitive Inhaltsstoffe aufweist, ist zweckmäßigerweise die entsprechende Fluidleitung und/oder der zugeordnete Temperierkanal dabei intransparent gestaltet. Für den Einsatz von lichtunempfindlichen Druckfluiden kann alternativ die entsprechende Fluidleitung bzw. der Temperierkanal auch transparent ausgebildet sein.

In einer optionalen Ausführung ist vor der Ausströmöffnung (bspw. im Druckkopf oder aber auch in der entsprechenden Fluidleitung selbst) oder in der Druckdüse wenigstens ein Optikfenster (d. h. ein strahlungsdurchlässiger Bereich) angeordnet, durch das hindurch das Druckfluid mit Strahlung beaufschlagt werden kann. Vorzugsweise ist das (oder das jeweilige) Optikfenster zum Anschluss einer Faseroptik zur Zuführung der Strahlung ausgebildet. Bspw. kann hierdurch mittels IR- oder UV-Strahlung ein sogenanntes Photocrosslinking, also eine lichtinduzierte Vernetzung, erfolgen, um insbesondere zur Viskositätssteigerung ein Vorgelieren gezielt einsetzen zu lassen. Letzteres kann eine Formstabilität des Druckbilds (also des zu druckenden Objekts) begünstigen.

Optional ist das Optikfenster (oder zumindest eines von gegebenenfalls mehreren) mit möglichst geringem Abstand zur (ausströmseitigen) Düsenöffnung angeordnet. Dies ist insbesondere dann zweckmäßig, wenn eine schnelle Reaktion des Druckfluids auf die Bestrahlung zu erwarten ist.

In einer weiteren zweckmäßigen Ausführung sind am Druckkopf an zwei gegenüberliegenden Seiten, vorzugsweise Flachseiten mit vergleichsweise geringem Abstand zueinander, gegengleiche Kopplungsmittel angeordnet, so dass mehrere Druckköpfe miteinander zu einer Reihe gekoppelt werden können. Dadurch kann ein flächiges Drucken mit mehreren Druckköpfen gleichzeitig ermöglicht werden, was insbesondere bei schnell reagierenden Druckfluiden und/oder großflächigen „Druckbildern“ (Objekten mit einem vergleichsweise großflächigen Querschnitt, bspw. von mehr als 5 bis 10 Zentimetern) vorteilhaft ist. Entsprechend weist das 3D-Drucksystem auch mehrere der vorstehend beschriebenen Druckköpfe auf, die jeweils mittels einer Fluidleitung mit wenigstens einem zugeordneten ersten (ggf. auch einem zweiten) Kartuschencontainer sowie einem entsprechend zugeordneten Temperierkanal verbunden sind. Anders ausgedrückt sind mehrere der vorstehend beschriebenen 3D-Drucksysteme vorhanden und bilden jeweils ein „Subsystem“, die wiederum mittels der Druckköpfe aneinandergekoppelt sind und dadurch eine Art „Druckkopfleiste“ bilden, so dass ein schneller flächiger Druck ermöglicht wird.

Vorzugsweise weist das 3D-Drucksystem auch eine Breitschlitzdüse auf, die im bestimmungsgemäßen Einsatzzustand den mehreren zur Druckkopfleiste miteinander gekoppelten Druckdüsen nachgeschaltet ist. Dadurch können nicht nur mehrere vergleichsweise dünne Stränge (Filamente; ohne diese Breitschlitzdüse), sondern ein vergleichsweise breites (bspw. mehrere Zentimeter, bspw. 3 bis 15 Zentimeter) Band gedruckt werden.

In einer weiteren zweckmäßigen Ausführung weist das 3D-Drucksystem einen (vorzugsweise den vorstehend beschriebenen) Controller sowie wenigstens einen mit dem Controller verschalteten Drucksensor auf. Der Drucksensor ist derart angeordnet, dass dieser im bestimmungsgemäßen Betriebszustand mit dem Druckfluid in Kontakt steht. Zweckmäßigerweise ist der Drucksensor dabei im Druckkopf oder in der Druckdüse angeordnet. Der Controller ist dabei - zusätzlich oder alternativ zur vorstehend beschriebenen Ansteuerung der Temperiereinrichtung - insbesondere dazu eingerichtet und vorgesehen, die vorstehend beschriebene Pumpvorrichtung in Abhängigkeit eines mittels des Drucksensors erfassten Druckwerts zur Förderung des Druckfluids anzusteuern, vorzugsweise zu regeln (insbesondere im Sinne eines „closed loop“). Zweckmäßigerweise weist das 3D-Druck- system mehrere Drucksensoren auf, um bspw. einen Druckunterschied zwischen der jeweiligen Kartusche und der Druckdüse (und/oder vor der Mischung unterschiedlicher Druckfluide oder Komponenten des Druckfluids) erfassen und vorzugsweise auch zur Regelung nutzen zu können. Vorteilhafterweise ermöglicht die vorstehend beschriebene Erfindung - insbesondere für den Fall, dass zusätzlich die Peltierelemente (die sowohl zum Heizen und zum Kühlen eingesetzt werden können) vorhanden sind - auch Temperaturprofile entlang der Länge des Temperierkanals, zumindest abschnittsweise. Beispielsweise kann auf diese Weise eine „Vorgelierung“ des Druckfluids (bspw. durch lokale Erhöhung oder Absenkung der Temperatur) vor dessen Austritt aus dem Druckkopf bzw. der Düsenöffnung ermöglicht werden.

Die Konjunktion „und/oder“ ist hier und im Folgenden insbesondere derart zu verstehen, dass die mittels dieser Konjunktion verknüpften Merkmale sowohl gemeinsam als auch als Alternativen zueinander ausgebildet sein können.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:

Fig. 1 in einer ausschnitthaften Perspektivansicht schematisch ein 3D-Druck- system,

Fig. 2 das 3D-Drucksystem in einer Seitenansicht,

Fig. 3 in einer Perspektivansicht schematisch das 3D-Drucksystem mit Blick auf eine Unterseite,

Fig. 4 in einer Perspektivansicht schematisch das 3D-Drucksystem in einem teilweise demontierten Zustand,

Fig. 5 in einer schematischen Schnittdarstellung das 3D-Drucksystem,

Fig. 6 in einer Detailansicht VI gemäß Fig. 5 schematisch das 3D-Drucksys- tem,

Fig. 7 in einer Schnittansicht Vll-Vll gemäß Fig. 6 schematisch das 3D- Drucksystem,

Fig. 8-12 jeweils in einer schematischen Schnittansicht unterschiedlichen Ausführungsbeispiele für einen Kanalverlauf innerhalb eines Druckkopfs des 3D-Drucksystems,

Fig. 13 in einer Perspektivansicht schematisch ein weiteres Ausführungsbeispiel des 3D-Drucksystems mit Blick auf eine Unterseite, Fig. 14 in Ansicht gemäß Fig. 13 schematisch wiederum ein weiteres Ausführungsbeispiel des 3D-Drucksystems,

Fig. 15 in einer Ansicht von oben schematisch das 3D-Drucksystem gemäß Fig. 14

Fig. 16 in einer Perspektivansicht schematisch ein weiteres Ausführungsbeispiel des 3D-Drucksystems mit Blick auf eine Unterseite in einem teilmontierten Zustand,

Fig. 17 in Ansicht gemäß Fig. 1 schematisch das 3D-Drucksystem gemäß Fig. 16,

Fig. 18 in einer Seitenansicht schematisch eine Druckdüse des 3D-Drucksys- tem gemäß Fig. 16 in einer Detaildarstellung,

Fig. 19 in einer Schnittansicht IX-IX gemäß Fig. 18 schematisch die Druckdüse,

Fig. 20 in einer schematischen Schnittansicht das 3D-Drucksystem gemäß Fig. 16, und

Fig. 21 in Ansicht gemäß Fig. 20 ein weiteres Ausführungsbeispiel des 3D- Drucksystems.

Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren stets mit gleichen Bezugszeichen versehen.

In Fig. 1 ist ein Ausschnitt eines 3D-Drucksystems 1 dargestellt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist das 3D-Drucksystem 1 zur Verarbeitung von sogenannter „Biotinte“ als Druckfluid eingerichtet. Bei dieser Biotinte handelt es sich um ein biologisch aktives Material - bspw. Zellen in einer extrazellulären Matrix oder dergleichen -, das für sogenanntes „tissue engineering“, d. h. für die künstliche Erstellung von Körpergewebe oder körperähnlichem Gewebe, zu Einsatz kommt. Bspw. basiert die Biotinte des vorliegenden Ausführungsbeispiels auf Kollagen. Dennoch können mittels des hier und im Folgenden näher beschriebenen 3D-Drucksystems 1 auch andere Materialien, bspw. Silikon oder dergleichen, verarbeitet (gedruckt) werden. Die Verarbeitung von Biotinte im 3D-Druck erfordert eine Temperaturkontrolle, um einerseits eine vorzeitige (d. h. bevor diese verdruckt ist) Gelierung der Biotinte zu verhindern aber andererseits auch eine möglichst schnelle Gelierung nach dem Verdrucken zu ermöglichen, um eine gewünschte Maßhaltigkeit des zu druckenden Gegenstands zu ermöglichen.

Dazu weist das 3D-Drucksystem 1 im vorliegenden Ausführungsbeispiel einen ersten Kartuschencontainer 2 und einen zweiten Kartuschencontainer 4 auf, die jeweils zur reversiblen Aufnahme einer ersten Kartusche 6 bzw. einer zweiten Kartusche 8 eingerichtet sind. Die Kartuschen 6, 8 sind in Form von Spritzen ausgebildet und halten die Biotinte für den 3D-Druck vor. Das 3D-Drucksystem 1 weist zum Verdrucken der Biotinte einen Druckkopf 10 mit einer Ausströmöffnung 12 (s. Fig. 3) auf. Jedem Kartuschencontainer 2, 4 ist eine entsprechende erste bzw. Fluidleitung 14, 16 zugeordnet, die den jeweiligen Kartuschencontainer 2, 4 mit dem Druckkopf 10 zur Zuführung der Biotinte zum Druckkopf 10 verbindet. Für die Temperierung der Biotinte weist das 3D-Drucksystem 1 einen ersten Temperierkanal 20 auf, der den ersten Kartuschencontainer 2 (mit einem „Containerabschnitt 20a) und die erste Fluidleitung 14 (mit einem Leitungsabschnitt 20b) außenseitig umhüllt und der im bestimmungsgemäßen Einsatzzustand von einem Temperiermedium durchströmt wird. Ebenso weist das 3D-Drucksystem 1 einen zweiten Temperierkanal 22 auf, der in analoger Weise den zweiten Kartuschencontainer 4 (mit einem Containerabschnitt 22a) und die zweite Fluidleitung 16 (mit einem Leitungsabschnitt 22b) umgibt. Die Anordnung der beiden Temperierkanäle 20 und 22 ist aus der Schnittdarstellung in Fig. 4 und 5 ersichtlich. Die Fluidleitungen 14 und 16 sind somit gemeinsam mit dem jeweiligen diese umgebenden Temperierkanal 20 und 22 als Koaxial-Leitung ausgebildet.

Im Fall eines Mehrkomponentendrucks halten beide Kartuschen 6 und 8 unterschiedliche Biotinte vor. Optional halten beide Kartuschen 6 und 8 auch Komponenten für die eigentliche Biotinte vor, die erst in dem Druckkopf 10 gemischt werden (auch in diesem Fall wird aber hier und im Folgenden das jeweils vorgehaltene Druckfluid auch als Biotinte bezeichnet).

Wie insbesondere aus Fig. 5 und 6 zu entnehmen ist, setzen sich der erste und der zweite Temperierkanal 20, 22 in den Druckkopf 10 als jeweils ein „Kopfabschnitt“ 20c, bzw. 22c fort. Die erste und zweite Fluidleitung 14, 16 setzen sich in Form jeweils eines ersten bzw. zweiten Fluidkanals 30, 32 für die Biotinte im Druckkopf 10 fort und werden zumindest abschnittsweise außenseitig von dem entsprechend zugeordneten Kopfabschnitt 20c, 22c umhüllt. Die beiden Fluidkanäle 30 und 32 werden im Druckkopf 10 zusammengeführt und münden gemeinsam in der Ausströmöffnung 12. Die beiden Kopfabschnitte 20c und 22c werden ebenfalls im Druckkopf 10 zusammengeführt („vereinigt“) und bilden eine Mantelleitung 34, die die vereinigten Fluidleitungen 20, 22 bis knapp (d. h. bis auf eine fertigungstechnisch erforderliche Restwandstärke des Druckkopfs 10) an die Ausströmöffnung 12 umgibt (s. Fig. 5, 6). Dadurch wird eine (bis auf einen vernachlässigbaren Restweg, nämlich die Restwandstärke) durchgehende Temperierung der Biotinte ermöglicht.

Damit das Temperiermedium die Kartuschen 6, 8, die Fluidleitungen 14, 16 und die Fluidkanäle 30, 32 nicht nur umgibt, sondern auch umspülen kann, geht die Mantelleitung 34 über einen im Schnitt U-artigen Umleitungskanal 36 in einen an den Druckkopf 10 angeschlossenen Rücklauf 38 über. Der Rücklauf 38 ist wiederum mit einem nicht näher dargestellten Pumpenreservoir (bspw. einem Tank) verbunden. Von diesem aus wird das Temperiermedium mittels einer nicht dargestellten Pumpe über jeweils einen Zulauf 40 wiederum den beiden Temperierkanälen 20, 22 im oberen Bereich der Kartuschencontainer 2, 4 zugeführt.

In Fig. 8 bis 12 sind schematisch weitere Ausführungsbeispiele zur Führung der Temperierkanäle 20, 22 innerhalb des Druckkopfs 10 dargestellt. Gemäß Fig. 8 - die eine geringfügige Abwandlung des vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiels darstellt - verläuft der Umleitungskanal 36 koaxial zum Kopfabschnitt 22 c des zweiten Temperierkanals 22 (und somit auch zum Fluidkanal 32). Auch außerhalb des Druckkopfs 10 verläuft in diesem Fall der Rücklauf 38 als Rückleitung koaxial zum Leitungsabschnitt 22b. In diesem Fall stellt sich in der Mantelleitung 34 erkanntermaßen eine Mischtemperatur aus den beiden für die ersten und zweiten Temperierkanäle 20 bzw. 22 gewählten Temperaturen ein. Außerdem kann die koaxiale Führung auch des Rücklaufs 38 zu einem der Temperierkanäle 20 bzw. 22, hier konkret zum Leitungsabschnitt 22b, eine thermische Isolation des entsprechenden Temperierkanals 20 bzw. 22 sowie auch der korrespondierenden Fluidleitung 14 bzw. 16 begünstigen.

Gemäß Fig. 9 vereinigen sich die beiden Temperierkanäle 20 und 22 nicht in der Mantelleitung 34. Vielmehr geht der erste Temperierkanal 20, konkret dessen Kopfabschnitt 20c in einen Umleitungskanal 36a über, der als Rückleitung koaxial zurückgeführt ist. Der zweite Temperierkanal 22 bildet dagegen mit dessen Kopfabschnitt 22c die Mantelleitung 34 und den Umleitungskanal 36, der wie in Fig. 8 koaxial zurückgeführt wird. Der Vorteil liegt hier darin, dass zwei unabhängig voneinander zu temperierende Druckfluide auch im gemischten Zustand nur mittels eines der Temperierkanäle 20 oder 22 (hier mittels des zweiten Temperierkanals 22) temperiert werden kann.

Fig. 10 stellt eine weitere geometrische Abwandlung des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 5 und 6 dar. Der Rücklauf 38 ist hierbei seitlich aus dem Druckkopf 10 geführt.

Fig. 11 stellt eine geometrische Abwandlung sowie eine Mischform der Ausführungsbeispiele gemäß Fig. 9 und 10 dar. Die erste Temperierleitung 20 geht hierbei jedoch nicht in den Umleitungskanal 36a über, sondern in einen nicht-koaxial geführten, seitlich abzweigenden Rücklauf 38a.

In Fig, 12 ist ein weiteres alternatives Ausführungsbeispiel dargestellt. Hierbei geht der „Vorlaut“ in Form des zweiten Temperierkanals 22 über den Umleitungskanal 36 in den ersten Temperierkanal 20 über, der somit durch den Rücklauf für den zweiten Temperierkanal 22 gebildet ist. Dies ist bspw. für Fälle vorteilhaft, in denen das durch die erste Fluidleitung 14 strömende Druckfluid (die entsprechende Biotinte) eine geringere Temperatur erfordert als das durch die zweite Fluidleitung 16 strömende Druckfluid.

Die Temperierung des Temperiermediums, also die Einstellung des Temperaturwerts des Temperiermediums erfolgt im dargestellten Ausführungsbeispiel mittels einer Temperiereinrichtung des 3D-Drucksystems 1 (nicht dargestellt). Diese Temperiereinrichtung weist im Bereich des ersten und zweiten Kartuschencontainers 2, 4 jeweils ein erstes bzw. zweites Heiz- und/oder Kühlelement, hier konkret jeweils ein Peltierelement 41 , auf (beispielhaft dargestellt in Fig. 13, inkl. einem Gehäuse 41a mit darin angeordneten Lüftern 41 b). Das jeweilige Peltierelement 41 ist dabei an dem den jeweiligen Kartuschencontainer 2, 4 umgebenden Abschnitt des entsprechenden Temperierkanals 20, 22 angeordnet (und ragt vorzugsweise fluidisch abgedichtet in diesen hinein).

Im in Fig. 13 dargestellten Ausführungsbeispiel sind am Druckkopf 10 zwei weitere Peltierelemente 42 angeordnet. Gegebenenfalls vorhandene Lüfter sind hierbei nicht dargestellt. Diese Peltierelemente 42 dienen zur lokalen Temperierung innerhalb des Druckkopfs 10, bspw. im Bereich der vermischten Druckfluide.

Alternativ (oder auch zusätzlich) erfolgt die Temperierung des Temperiermediums in dem vorstehend genannten Pumpenreservoir. Für den Fall, dass nur innerhalb des Pumpenreservoirs oder auch nur im Bereich der Kartuschencontainer 2, 4 temperiert wird, stellt sich entlang der Fluidleitungen 14, 16 ein Temperaturgefälle ein. Die zusätzliche Temperierung mittels der Peltierelemente 41 und/oder 42 kann dahingehend vorteilhaft sein, dass mittels des jeweiligen Peltierelements 41 bzw. 42 nur noch eine lokale Energiezufuhr erfolgen braucht. Außerdem kann das entsprechende Peltierelement 41 bzw. 42 auch zur (lokalen) Kühlung eingesetzt werden.

In Fig. 5 ist in der dortigen Schnittdarstellung der Aufbau der Kartuschencontainer 2 und 4 mit den jeweiligen umgebenden Temperierkanälen 20 bzw. 22 erkennbar. Demnach bildet der jeweilige Kartuschencontainer 2 bzw. 4 einen Aufnahmeschacht für die entsprechende Kartusche 6 bzw. 8 (hier also die entsprechende Spritze). Bodenseitig ist in den Kartuschencontainern 2 und 4 jeweils ein Kragen 43 ausgebildet, der zur Aufnahme und Kopplung mit einer Düse 44 der Kartusche (Spritze; insbesondere nach dem Luer-Lock-Prinzip) dient. Gegenüberliegend zu diesem Kragen 43 ist außen an dem jeweiligen Kartuschencontainer 2 bzw. 4 (und somit innerhalb des jeweiligen Temperierkanals 20 bzw. 22) eine Schlauchtülle 46 ausgebildet, auf die im bestimmungsgemäßen Montagezustand (vgl. Fig. 4) ein die jeweilige Fluidleitung 14 bzw. 16 bildender Schlauch aufgesteckt ist.

Die Containerabschnitte 20a bzw. 22a werden durch eine den jeweiligen Kartuschencontainer 2 bzw. 4 als eine Art Doppelwandung umgebende Außenwand 48 und somit durch den Zwischenraum zwischen dem Kartuschencontainer 2 bzw. 4 und der Außenwand 48 gebildet. In die Außenwand 48 ist fluchtend zu der Schlauchtülle 46 eine Anschlussöffnung 50 eingearbeitet. Durch diese hindurch werden die Fluidleitungen 14 bzw. 16 hindurchgeführt. Die Leitungsabschnitte 20b und 22b sind durch einen Schlauch 52 gebildet, der die Fluidleitungen 14 bzw. 16 koaxial umgibt. Dieser Schlauch 52 wird (d. h. ist im bestimmungsgemäßen Einsatzzustand) in der Anschlussöffnung 50 befestigt und endet in dieser. Dadurch kann das Temperiermedium von dem jeweiligen Zulauf 40 in den Containerabschnitt 20a bzw. 22a und von dort durch die Anschlussöffnung 50 in den entsprechenden Leitungsabschnitt 20b bzw. 22b fließen, ohne dass dabei Temperiermedium mit der jeweiligen Biotinte (bzw. dem Druckfluid) in Berührung kommen könnte.

Des Weiteren ist in der Außenwand 48 eine weitere Öffnung 54 eingebracht. Diese kann zum Entleeren des jeweiligen Temperierkanals 20 bzw. 22, zur Zuführung von weiterem Temperiermedium oder zur Einbringung eines Sensors, bspw. eines Temperatursensors oder eines Drucksensors, genutzt werden.

In Fig. 14 und 15 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel des 3D-Drucksystems 1 dargestellt. Dieses weist mehrere (hier vier dargestellt) vergleichbar zum Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 ausgebildete Druckköpfe 10 mit jeweils zwei daran gekoppelten (nicht näher dargestellten) Kartuschencontainern 2 bzw. 4 auf. Die Druckköpfe 10 sind aneinander in eine Reihe gekoppelt. Dazu weisen die Druckköpfe 10 an entsprechend entgegengesetzten Flachseiten 56 Kopplungsmittel auf, die hier beispielhaft in Form von Positionierungsnippeln 58a und komplementären Positionierungsmulden 58b, konkaven und konvexen Flanken 58c bzw. 58d sowie Haltemagneten 58e ausgebildet sind. Dadurch kann eine „Druckkopfleiste“ gebildet werden, die einen vergleichsweise schnellen flächigen Druck ermöglicht. In einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel weist das 3D-Drucksystem auch eine Breitschlitzdüse auf, die an die zur Druckkopfleiste gekoppelten Druckköpfe 10 angeschlossen ist und so das Drucken eines breiten Bands und nicht nur einzelner Filamente ermöglicht.

In Fig. 16 und 17 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel des Druckkopfs 10 dargestellt. Dieser weist drei Anschlüsse für die erste und die zweite Fluidleitung 14, 16 mit jeweils zugeordnetem Temperierkanal 20, 22 (Leitungsabschnitt 20b, 22b) sowie für eine dritte Fluidleitung 60 mit einem zugeordneten dritten Temperierkanal 62 (Leitungsabschnitt 62b) auf. Die insgesamt drei Fluidleitungen 14, 16 und 60 sowie die drei Temperierkanäle 20, 22 und 62 laufen in vergleichbarer Weise wie vorstehend beschrieben zusammen (vgl. Schnittdarstellung in Fig. 20).

Des Weiteren umfasst das 3D-Drucksystem 1 in diesem Ausführungsbeispiel eine Druckdüse 70, die reversibel an den Druckkopf 10 angeschlossen werden kann. In diesem Fall sind die Mantelleitung 34 und der Umleitungskanal 36 nicht innerhalb des Druckkopfs 10 miteinander verbunden, sondern stehen bodenseitig offen und münden mithin in korrespondierende Kanäle (in Fig. 20 gleich benannt) der Druckdüse 70. Dabei umgeben die Mantelleitung 34 und Umleitungskanal 36 einen Düsenkanal 72, durch den hindurch die Biotinte appliziert wird. An einer dem Druckkopf 10 zugewandten Anschlussfläche 73 weist die Druckdüse 70, zur signalübertragungstechnischen Kopplung mit dem Druckkopfs 10 mehrere elektrische Kontakte 74 (hier Kontaktpins) auf, mittels derer bspw. Sensoren (bspw. Temperatur- und/oder Drucksensoren, nicht dargestellt) oder Heizelemente 76 der Druckdüse 70 angebunden werden können.

Die Druckdüse 70 ist zur Verbindung mit dem Druckkopf 10 mittels einer Art Bajonett-Verbindung eingerichtet. Dazu weist die Druckdüse 70 zwei Pins 78 auf, die in eine korrespondierende Bohrung 80 eingesetzt werden und durch eine etwa Vierteldrehung in einer Nut 82 in nicht näher dargestellter Weise formschlüssig verriegeln. Die zu den Kontakten 74 korrespondierenden Gegenkontakte sind deshalb durch metallische Kreislinienabschnitte 84 gebildet (s. Fig. 16). Neben den Heizelementen 76 weist die Druckdüse 70 auch eine Sensorbohrung 86 auf, in die optional ein Temperatursensor oder auch ein Drucksensor eingesetzt und via die Kontakte 74 mit einer Auswerteeinheit verbunden werden kann.

Außerdem weist die Druckdüse auch ein Optikfenster 88 auf. Dieses dient zum Anschluss eines Lichtleitelements, bspw. einer Faseroptik, mittels derer die durch den Düsenkanal 72 strömende Biotinte optisch, bspw. mittels UV-Strahlung behandelt, insbesondere vorgeliert werden kann („Photocrosslinking“).

Das 3D-Drucksystem 1 weist außerdem einen Controller auf (nicht dargestellt), der dazu eingerichtet ist, die Temperiereinrichtung zur Temperierung des Temperiermediums anzusteuern. Der oder die gegebenenfalls mehreren vorstehend erwähnten Temperatursensoren (sowie ggf. die Heizelemente 76 der Druckdüse 70) sind auf den Controller aufgeschaltet, um eine präzise Steuerung der Temperierung, insbesondere eine Regelung zu ermöglichen. Optional ist der Controller auch zur Steuerung oder Regelung der Förderung des jeweiligen Druckfluids eingerichtet und dazu mit zumindest einem entsprechenden Drucksensoren (s. vorstehende Beschreibung) verschaltet.

In Fig. 21 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel des 3D-Drucksystems 1 dargestellt, das eine Weiterbildung der Ausführungsbeispiele gemäß Fig. 16 bis 20 bildet. Zusätzlich zu der Druckdüse 70 sind hier mehrere optional zwischen die Druckdüse 70 und den Druckkopf 10 koppelbare Zwischenmodule 90 und 92 vorhanden. In der dargestellten Ausführung mündet der Umleitungskanal 36 bereits in der Druckdüse 70 in den Rücklauf 38, der hier schlauchgebunden außerhalb der Zwischenmodule 90, 92 und des Druckkopfs 10 geführt ist.

Die Druckdüse 70 weist hier ein Heizelement 76 sowie einen in die (hier seitlich eingebrachte) Sensorbohrung 86 eingesetzten Temperatursensor 94 auf. Alternativ zu der vorstehend beschriebenen Bajonettverbildung weist die Druckdüse 70 als Kopplungselement mehrere Magnetpins 96 auf, die im bestimmungsgemäßen Montagezustand in ebenfalls magnetische Magnetmulden 98 „eingerastet“ sind. Die Zwischenmodule 90 und 92 weisen - zur Zwischenkopplung - auf deren beiden Kopplungsflächen einerseits die Magnetmulden 98 und andererseits die Magnetpins 96 auf.

Das Zwischenmodul 92 dient im vorliegenden Ausführungsbeispiel als Sensorträger und weist hier einen Drucksensor 100 auf. Eine zugeordnete Sensorbohrung reicht hier bis in den Fluidkanal 30.

Das Zwischenmodul 90 bildet im vorliegenden Ausführungsbeispiel ein Einschubmodul für einen Statikmischer 102 und weist hierzu einen Einschubschacht 104 auf. Der Fluidkanal 30 mündet in diesen Einschubschacht 104 und tritt auch wieder aus diesem hervor. Die Mantelleitung 34 ist hier um den Einschubschacht 104 herumgeführt.

Der Gegenstand der Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr können weitere Ausführungsformen der Erfindung von dem Fachmann aus der vorstehenden Beschreibung abgeleitet werden. Insbesondere können die anhand der verschiedenen Ausführungsbeispiele beschriebenen Einzelmerkmale der Erfindung und deren Ausgestaltungsvananten auch in anderer Weise miteinander kombiniert werden.

Bezugszeichenliste

1 3D-Drucksystem

2 Kartuschencontainer

4 Kartuschencontainer

6 Kartusche

8 Kartusche

10 Druckkopf

12 Ausströmöffnung

14 Fluidleitung

16 Fluidleitung

20 Temperierkanal

20a Containerabschnitt

20b Leitungsabschnitt

20c Kopfabschnitt

22 Temperierkanal

22a Containerabschnitt

22b Leitungsabschnitt

22c Kopfabschnitt

30 Fluidkanal

32 Fluidkanal

34 Mantelleitung

36 Umleitungskanal

36a Umleitungskanal

38 Rücklauf

38a Rücklauf

40 Zulauf

41 Peltierelement

41a Gehäuse

41 b Lüfter

42 Peltierelement

43 Kragen

44 Düse 46 Schlauchtülle

48 Außenwand

50 Anschlussöffnung

52 Schlauch

54 Öffnung

56 Flachseite

58a Positionierungsnippel

58b Positionierungsmulde

58c Flanke

58d Flanke

58e Haltemagnet

60 Fluidleitung

62 Temperierkanal

62b Leitungsabschnitt

70 Druckdüse

72 Düsenkanal

73 Anschlussfläche

74 Kontakt

76 Heizelement

78 Pin

80 Bohrung

82 Nut

84 Kreislinienabschnitt

86 Sensorbohrung

88 Optikfenster

90 Zwischenmodul

92 Zwischenmodul

94 Temperatursensor

96 Magnetpin

98 Magnetmulde

100 Drucksensor

102 Statikmischer

104 Einschubschacht