Verfahren und Vorrichtungen zur Integration funktionaler Fasern in ein Werkstück beim Selektiven-Laser- Sintern und beim FDM-3D-Drucken

Feld der Erfindung

Die Erfindung richtet sich auf Verfahren zur Herstellung eines dreidimensionalen Körpers insbesondere umfassend einen Bereich mit einem Composit-Material, insbesondere für die additive Fertigung. Ein Verwender kann das Verfahren kann vor und nach dem Sintern und zum gleichzeitigen Sintern angewenden. Im Weitesten Sinne kann dieses Sintern bis zum lokal vollständigen Aufschmelzen reichen.

Allgemeine Einleitung und Motivation

Aufgabe der Erfindung ist die Einbettung funktionaler Fasern, im Folgenden auch Funktionsfasern (ff) genannt, in das Werkstück (wst), typischerweise eine noch aufzuschmelzende oder eine bereits aufgeschmolzene und wieder erstarrte Pulverschicht (pv) während des selektiven Lasersinterns. Auch FDM-Drucker, die mittels eines Extruders Objekte aus Flimanten erstellen, können mit der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Funktionsfasereinlegevrorichtung (ft) Funktionsfasern während des FDM-Drucks in die Oberfläche des Werkstücks (wst) einlegen. Die hier vorgelegte Beschreibung befasst sich mit diesen beiden Hauptvarianten. Diese Schrift reißt darüber hinaus weitere Varianten aus der Kombination der vorschalgsgemäßen Fasereinlegevorrichtung mit anderen 3D- Druckverfahren kurz an. Im Abschnitt "Relevante Schriften" werden einige Schriften zur additiven Fertigung und zum additiven Fertigen von Composit-Materialien aufgeführt. Keine löst das Problem des Einlegens der Kohlenstofffasern in das Werkstück für das selektive Laser-Sintern (SLS).

Aus der US 2016 / 0067928 Al ist eine Vorrichtung zum Einlegen von Composit-Fasern während des 3D-Druckens bekannt. Die technische Lehre der US 2016 / 0067928 Al bezieht sich auf das FDM- Drucken bei dem ein Extruders ein Filament aufschmilzt. Der Extruder platziert dann das aufgeschmolzene Material des Filamants an vorbestimmten Positionen auf einer Werkstückoberfläche. In der technischen Lehre der US 2016 / 0067928 Al bringen die dort offenbarten Vorrichtungen die Composit-Faser auf verschiedene Weisen nach dem Absetzen ein.

Dies hat verschiedene Nachteile. Zum ersten können die Vorrichtungen nur eine Faser in die abgesetzte Materialschlange aus Filament-Material einbringen. Die Dichte der Composit— Fasern ist daher auf die Faserquerschnittfläche geteilt durch die Querschnittsfläche der Extruderdüse in etwa begrenzt. Eine Verwendung in SLS-Systemen ist ausgeschlossen, da dieses Verfahren keine Fixierung der Fasern am Werkstück erlaubt. Dies ist aber notwendig, damit bei SLS-Systemen beim nachfolgenden Pulverauftrag der nachfolgenden Pulverschicht eine Rakel die Fasern nicht herausreißt. Die technische Lehre der US 2016 / 0067 928 Al löst somit das Problem nicht.

Aufgabe

Die Aufgabe, eine Lösung für die Einbettung von Funktionsfasern in Werkstücke, die mittels Verfahren der additiven Fertigung hergestellt werden, während der Durchführung des Verfahrens der additiven Fertigung zu schaffen, liegt daher dem hier vorgelegten Vorschlag zugrunde. Die Lösung soll die die obigen Probleme nicht aufweisen.

Ein Verfahren gemäß Anspruch 1 löst diese Aufgabe. Die Anwendung des Verfahrens ergibt ein Composit-Material nach Anspruch 7. Die Vorrichtung nach Anspruch 11 ist dazu geeignet und typischerweise vorgesehen ein Verfahren nach Anspruch 1 durchzuführen. Die Verwendung einer solchen Vorrichtung löst somit ebenfalls die Aufgabe. Gleiches gilt für Anspruch 13, der sich auf eine bestimmte Kombination von Verfahren stützt.

Lösung der Aufgabe

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines dreidimensionalen Körpers, insbesondere ein Verfahren zum additiven Fertigen, und die zugehörige Vorrichtung. Es ist das Ziel, ein Composit- Material im Rahmen des additiven Fertigungsvorgangs zu erzeugen.

Die Ausarbeitung der Erfindung führte zu der Erkenntnis, dass alle bisherigen Versuche zur Erzeugung von Composit-Materialien von einem Paradigma ausgehen. Dies zeigt sich insbesondere an dem Mangel an entsprechender Literatur. Das üblicherweise verwendete Paradigma ist, dass es optimal ist, wenn die 3D-Druckvorrichtung die Funktionsfasern (ff) in einem gemeinsamen Prozessschritt mit der Hinzufügung des zu deponierenden Materials einbettet. Im Falle des FDM-Druckens bedeutet dies, dass das Filament, dessen Material der 3D-Drucker mittels des Extruders auf der Werkstückoberfläche additiv anbringen soll, unmittelbar vor dem Verlassen des Extruders und vor der Deponierung auf der Werkstückoberfläche bereits die Funktionsfaser umfasst. Das Verfahren fügt die Funktionsfaser dabei dem Filament entweder im Extruder oder schon bei der Filament- Fierstellung hinzu. Für das selektive Laser-Sintern sind keine funktionstüchtigen Verfahren bekannt. Eine wesentliche Erkenntnis ist nun, dass dieses Paradigma eine falsche Voraussetzung aufweist. Typischerweise handelt es sich bei der Funktionsfaser (ff) um ein anderes Material als das Material, das dem Aufbau des Werkstücks (wst) dient. Die Verarbeitung einer Funktionsfaser (ff) im gleichen Grundverfahren wie das verwendete Grundverfahren der additiven Fertigung setzt kompatible Materialeigenschaften voraus. Diese Voraussetzung ist aber nicht immer gegeben. Eine wesentliche Erkenntnis ist daher, dass die Einbringung der Funktionsfaser (ff) ein Prozess sein sollte, der ein optimierter Prozess hinsichtlich dieses Einbringens der Funktionsfaser (ff) sein sollte. Des Weiteren ist eine weitere wesentliche Erkenntnis, dass dann dieser Prozess des Einbringens der Funktionsfaser (ff) ein gänzlich anderer sein kann, als der Prozess der Deposition des übrigen Materials des Werkstücks (wst). Kurz gefasst löst eine Variante der hier vorgeschlagenen Verfahren das Problem so, dass in dem Verfahren das Material des Werkstücks an der Oberfläche (of) des Werkstücks (wst) aufgeschmolzen wird und die Funktionsfaser (ff) dann in die Schmelze eingelegt wird. Im Stand der Technik wird im Gegensatz dazu das noch nicht deponierte Material des Filamants aufgeschmolzen und zusammen mit der Funktionsfaser (ff) in einem Prozesschritt auf dem bereits gefertigten Werkstück deponiert. Das vorgeschlagene grundlegende Verfahren der additiven Fertigung eines Werkstücks (wst) gemäß der Erfindung umfasst daher die Schritte

Schritt a: Unterbrechen eines Grundverfahrens der additiven Fertigung;

Schritt ß: Einbringen einer Funktionsfaser (ff) mittels eines

Funktionsfasereinbringverfahrens in eine zum Zeitpunkt der Unterbrechung schon erstellte Oberfläche (of, ofn) des Werkstücks (wst);

Schritt d: Fortsetzen des Grundverfahrens der additiven Fertigung;

Das Verfahren stellt bevorzugt ein Composit-Material mit zumindest einer Funktionsfaser (ff) als Bestandteil des Werkstücks (wst) her. Das Funktionsfasereinbringverfahren ist vom Grundverfahren verschieden. Was hier "verscheiden" bedeutet, erläutern wir hier anhand des Stands der Technik für das FDM-Drucken von Kompositmaterialien. Beim FDM-Drucken führt eine Filamentvorschubvorrichtung, die sich typischerweise innerhalb des Extruders befindet, ein drahtförmiges Filament einer beheizten Extruderdüse zu. Eine Positioniereinrichtung bewegt und positioniert den Extruder typischerweise während des Druckvorgangs parallel zu der Oberfläche (of) des Werkstücks (wst). Dabei bewegt eine Filamentfördervorrichtung das Filament durch einen Kanal in Richtung Werkstückoberfläche. Am Ende des Kanals befindet sich eine beheizte Düse, die das Filament aufschmilzt. In dem Maße, wie die Filamentfördervorrichtung das Filament nachgeliefert, drückt das nachgelieferte Filamantmaterial das schon aufgeschmolzene Material des Filaments aus der Düse des Extrudes und setzt es auf der Oberfläche (of) des Werkstücks (wst) ab. Im Stand der Technik ist nun bekannt, in einem solchen Extruder (extr) ein Filament einzusetzen, das neben dem aufzuschmelzenden und in seinem Mantel befindlichen Filamentmaterial in seinem Kern bereits eine Funktionsfaser (ff) umfasst. Damit platziert der Extrudiervorgang nicht nur das geschmolzene Filamantmaterial auf der Oberfläche (of) des Werkstücks (wst), sondern ebenfalls auch die Funktionsfaser(ff). Die erstarrende Schmelze des Filamantmaterials auf der Oberfläche (of) des Werkstücks schränkt den Freiheitsgrad der abgesetzten Funkionsfaser (ff) ein. Ein solches Extrudierverfahren mittels eines Filaments, das auch eine Funktionsfaser(ff) umfasst, nutzt somit das Filamantmaterial mit dem gleichen FDM-Druck Verfahren wie die das Verfahren zum Platzieren der Funktionsfaser (ff) und zum Einschränken der Freiheitsgrade der abgesetzen Funktionsfaser (ff). Dies versteht diese schrift unter einem "gleichen Verfahren" der additiven Fertigung. Wir schlagen hier aber im Gegensatz dazu vor, das Material in einem ersten Grundverfahren zu deponieren, dass auf das Material optimiert ist, und die Funktionsfaser (ff) in einem zweiten Verfahren zu deponieren, das von dem ersten Grundverfahren verschieden ist und im Gegensatz dazu auf die Funktionsfaser (ff) optimiert ist. In einem ersten hier offengelegten Beispiel ist das Grundverfahren der Selektive-Laser- Sintering-Druck und das Verfahren zu Deponierung der Funktionsfaser (ff) der Selective-Heat- Melting-Prozess. In einem zweiten hier offengelegten Beispiel ist das Grundverfahren der FDM-Druck mit einem Extruder und das Verfahren zu Deponierung der Funktionsfaser (ff) der Selective-Heat- Melting-Prozess. Das vorgeschlagene Verfahren führt diesen Selective-Fleat-Sintering-Prozess erst nach der Deposition des Materials des Filaments auf dem Werkstück (wst) durch. Besonders vorteilhaft ist der Einsatz eines selektiven Laser-Sinterverfahrens zusammen mit einem Selective- Fleat-Melting-Verfahren für die Einbettung der Funktionsfasern (ff) in das Material der Oberfläche (of) des Werkstücks (wst).

Bei dem Grundverfahren der additiven Fertigung kann es sich beispielsweise um ein Fused- Deposition-Modeling (FDM) Verfahren handeln, das eine FDM-Anlage ausführt, oder um ein Verfahren der selektiven Sinterung handeln und/oder um ein Verfahren des selektiven Schmelzens handeln, dass beispielsweise eine SLS-Anlage ausführt, oder um um ein Verfahren handeln, das eines der folgenden Verfahren der VDI 3405 umfasst, oder um ein Verfahren handeln, das eines der folgenden Verfahren der VDI 3405 ist: Stereolithografie (SL), Selektives Laser-Sintern (SLS), Selektives Laser-Strahlschmelzen (SLM = Selective Laser Melting, auch: Laser Beam Melting = LBM), Selektives Elektronen- Ionen oder Teilchenstrahlschmelzen (Electron Beam Melting = EBM), Fused Layer Modelling/Manufacturing (FLM oder auch Fused Filament Fabrication (FFF)), Multi-Jet Modelling (MJM), Poly-Jet Modelling (PJM), 3-D-Drucken (3DP, auch Binder Jetting), Layer Laminated Manufacturing (LLM), Digital Light Processing (DLP), Thermotransfer-Sintern (TTS), Metal Laminated Tooling (MELATO), Continuous Liquid Interface Production (CLIP), Selective Heat Sintering (SHS), Laserauftragschweißen (LMD), Wax Deposition Modeling (WDM), Contour Crafting, Kaltgasspritzen bzw. Metall-Pulver-Auftragsverfahren (MPA), Lithography-based Ceramic Manufacturing (LCM), 3D- Siebdruck, 3D-Tintenstrahldruck, 3D-Tintenstrahldruck optischer Elemente, Lichtgesteuerte Elektrophoretische Abscheidung, Shaping-Debinding-Sintering (SDS), Bound Metal Deposition (BMD), Verfahren zur Herstellung metallischer oder keramischer Grünkörper mittels Fused Deposition Modelling/Fused Layer Modelling bzw. Material Extrusion, Zwei-Photonen-Lithographie, Arburg Kunststoff-Freiformen, Screw Extrusion Additiv Manufacturing (SEAM).

Der Schritt ß des Einbringens einer Funktionsfaser (ff) mittels eines Funktionsfasereinbringverfahrens umfasst dabei bevorzugt a) zumindest einen Schritt ß.l des Bereitstellens einer Funktionsfaser (ff) sowie b) einen Schritt ß.2 des Positionierens und/oder Deponierens und/oder Ablegens der Funktionsfaser (ff) relativ zum Werkstück (wst) sowie c) einen Schritt ß.3 des Einschränkens der Freiheitsgrade der Funktionsfaser (ff), wobei diese Einschränkung zeitgleich mit dem Schritt ß.2 des Positionierens und/oder Deponierens und/oder Ablegens der Funktionsfaser (ff) relativ zum Werkstück (wst) erfolgen kann.

Das Bereitstellen der Funktionsfaser (ff) kann beispielsweise im Falle einer Kohlefaser als Funktionsfaser (ff) so erfolgen, dass die vorschlaggemäße Vorrichtung eine Funktionsfaserspule mit der Funktionsfaser (ff) als Funktionsfaservorrat drehbar gelagert bereitstellt. Ein elastischer Schlauch, beispielsweise auf Poly-Ethylen oder dergleichen, führt die Funktionsfaser (ff) in der vorschlaggemäßen Vorrichtung der Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft) zu. In der Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft) befindet sich eine Funktionsfaservorschubeinrichtung (mar, ar, pr), die bedarfsgerecht die Funktionsfaser (ff) von der Funktionsfaserspule herunterzieht und in der Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft) weiterbefördert. Da die hier vorgeschlagenen Verfahren in der Regel keine Endlosfasern als Funktionsfasern (ff) verarbeiten, umfasst die

Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft) bevorzugt auch eine Abschneide- und Trennvorrichtung (av), um die Funktionsfaser (ff) nach dem Positionieren und Einbetten abzuschneiden. Die Funktionsfaservorschubeinrichtung (ar, pr) beordert durch ihren Vorschub der Funktionsfaser (ff) während des Positionierens und/oder Deponierens und/oder Ablegens der Funktionsfaser (ff) kontinuierlich Material der Funktionsfaser (ff) in Richtung Werkstück (wst). Die zumindest zweidimensionale Positioniervorrichtung positioniert dabei die Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft) bevorzugt synchron zum Faservorschub der Funktionsfaser (ff) mittels der

Funktionsfaservorschubeinrichtung (ar, pr) relativ zum Werkstück (wst) typischerweise kontinuierlich neu. Im einfachsten Fall bedeutet dies, dass die zumindest zweidimensionale Positioniervorrichtung die Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft) relativ zur Oberfläche (of) des Werkstücks (wst) versetzt. Daruch entspricht die relativ und bevorzugt parallel zur Werkstückoberfläche zurückgelegte Wegstrecke der Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft) im Wesentlichen der Vorschublänge, die die Funktionsfaser (ff) in der Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft) durch die Funktionsfaservorschubeinrichtung (ar, pr) erfährt. Flierdurch legt die

Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft) die Funktionsfaser (ff) im Wesentlichen längs einer Linie, die gerade oder gebogen sein kann auf dem Werkstück (wst) ab. Dies stellt aber noch keine mechanische Verbindung zwischen der Funktionsfaser (ff) und der Oberfläche (of) des Werkstücks (wst) her. Die Funktionsfaser (ff) ist also gegenüber der Oberfläche (of) des Werkstücks (wst) weiterhin beweglich. Das Einschränken der Freiheitsgrade nimmt diese Beweglichkeit der Funktionsfaser (ff). Diese Einschränkung kann längs der gesamten Länge der Funktionsfaser (ff) oder auch nur abschnittsweise für Funktionsfaserabschnitte der Funktionsfaser (ff) erfolgen. Das hier vorgeschlagene Verfahren öffnet die Oberfläche (of) des Werkstücks (wst) für das Einlegen der Funktionsfaser (ff) in diese Öffnung. In dem hier primär diskutierten Beispiel schmilzt die Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft) das Material der Oberfläche (of) des Werkstücks (wst) lokal in einem Aufschmelzbereich (b) auf. In dem Beispiel legt die Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft) einen Funktionsfaserabschnitt der Funktionsfaser (ff) ganz oder teilweise in die Schmelze des Aufschmelzbereiches (b) ein. Die Positioniervorrichtung verschiebt nach dem Einlegen des Funktionsfaserabschnitts in den Aufschmelzbereich (b) den Aufschmelzbereich (b) in einem vorzugsweise mehr oder weniger kontinuierlichen Prozess um eine Länge, die im Wesentlichen der Vorschublänge des Funktionsfaserabschnitts der Funktionsfaser (ff) durch die Funktionsfaservorschubeinrichtung im selben Zeitraum entspricht. An dem Einlegepunkt (ep) der Funktionsfaser (ff) legt die Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft) die Funktionsfaser (ff) in die Oberfläche (of) des Werkstücks (wst) ein. Der Einlegepunkt (ep) befindet sich bevorzugt im Aufschmelzbereich (b). Der Aufschmelzbereich (b) wandert in dem Maße mit dem Einlegepunkt (ep) der Funktionsfaser (ff) mit in dem die Positioniervorrichtung die Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft) verschiebt. Hierdurch bewegen sich Einlegepunkt (ep) und Aufschmelzbereich (b) räumlich und zeitlich während des Einlegens der Funktonsfaser (ff) bevorzugt synchron. Die Vorschubgeschwindigkeit, mit der die Faservorschubeinrichtung die Funktionsfaser (ff) nachliefert, entspricht somit bevorzugt der Geschwindigkeit, mit der die Positioniereinrichtung die Finktionsfasereinlegevorrichtung längs der Oberfläche (of) des Werkstücks verschiebt. Dabei wandert der bisherige Aufschmelzbereich (b) aus dem Erhitzungsbereich, dem Aufwärmbereich (a, b), heraus, fängt als Erstarrungsbereich (c) dann an zu erstarren und wandelt sich dann schließlich so in einen Verfestigungsbereich (d) um. In dem Verfestigungsbereich (d) sind die bisher abgelegten Funktionsfaserabschnitte der Funktionsfaser (ff) fest eingeschmolzen und damit in ihren Freiheitsgraden beschränkt. Die Einbettung und Integration der Funktionsfasern (ff) in das Werkstück (wst) sollte typischerweise nach dem Einlegen einschließlich der Enden der Funktionsfasern (ff) komplett sein. Typischerweise besteht eine Abschneidedistanz zwischen dem Schneidepunkt der Abschneide- und Trennvorrichtung (av), die die mechanische Verbindung der Funktionsfaser (ff) zwischen Funktionsfaserspule und Werkstück (wst) kappt, und dem Einlegepunkt (ep) der Funktionsfaser (ff) in die Schmelze des Aufschmelzbereiches (b) auf der Oberfläche (of) des Werkstücks (wst). Schließlich erreicht der Einlegepunkt (ep) im Zuge der kontinuierlichen Neupositionierung der Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft) durch die Positioniervorrichtung einen Punkt auf der Oberfläche (of) des Werkstücks (wst), der nur noch um diese Abschneidedistanz von der geplanten Endposition des geplanten Funktionsfaserendes der Funktionsfaser (ff) entfernt ist. Bei Erreichen dieses Punkts schneidet bevorzugt die Abschneide- und Trennvorrichtung (av) die Funktionsfaser (ff) durch. Typischerweise zieht die kontinuierlich fortlaufende Neupositionierung der Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft) den noch in der Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft) befindlichen restlichen Funktionsfaserabschnitt der Funktionsfaser (ff) aus dem Kanal (kn) der Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft) hinaus. Dieser Trennschritt der Abschneide- und Trennvorrichtung (av) stellt den Schritt ß.4 des optionalen Trennens der Funktionsfaser (ff) dar. Theoretisch kann nämlich die Vorrichtung in einem kontinuierlichen Prozess arbeiten.

Es ist denkbar, vor Wiederaufnahme des normalen 3D-Druckprozesses weitere, beispielsweise n weitere Funktionsfaser(ff) auf die gleiche oder ähnliche Weise in die Oberfläche (of) des Werkstücks (wst) einzulegen n soll dabei eine ganze positive Zahl sein. Hierfür führt für jede einzulegende Funktionsfaser (ff) der n Funktionsfasern die vorgeschlagene Vorrichtung die zuvor beschriebenen Verfahrensschritte ß.l bis ß.3 und ggf. den Schritt ß.4 aus. Zur Vereinfachung bezeichnen wir in dieser Schrift das Einlegen der ersten zusätzlichen Funktionsfaser (ff) in die Oberfläche (of) des Werkstücks (wst) zu der bereits eingelegten Funktionsfaser (ff) hinzu mit dem optionalen Schritt g.1. Das Einlegen der zweiten zusätzlichen Funktionsfaser (ff) in die Oberfläche des Werkstücks zu den bereits zwei eingelegten Funktionsfasern (ff) hinzu bezeichnen wir mit dem optionalen Schritt g.2 usw. Das Einlegen der n-ten zusätzlichen Funktionsfaser (ff) erfolgt zu den bereits eingelegten n Funktionsfasern (ff) zusätzlich hinzu. Das Einlegen dieser n-ten zusätzlichen Funktionsfaser (ff) in die Oberfläche (of) des Werkstücks (wst) bezeichnen wir in analoger Weise dann mit dem optionalen Schritt g.h. Jeder dieser Verfahrensschritte g.1 bis g.h stellt also jeweils für sich die zuvor beschriebenen Verfahrensschritte ß.l bis ß.3 und ggf. den Schritt ß.4 dar.

Es ist nun ein wesentlicher weiterer Gedanke der Erfindung, dass das Verfahren zum Ausführen des Schrittes "Schritt ß.3", also das Verfahren zur Einschränkung der Freiheitsgrade der Funktionsfaser (ff), sich vom Grundverfahren der additiven Fertigung unterscheidet. Also kann beispielsweise das Einschränken der Freiheitsgrade der Funktionsfasern (ff) ein modifiziertes Verfahren des Selektive- Fleat-Meltings, also des selektiven Aufschmelzens durch Flitze, wie oben beschrieben, sein, während das Grundverfahren ein Verfahren des FDM-Druckens oder des Selektiven-Laser-Sinterns sein kann.

In einer speziellen Verfahrensvariante erfolgt das Einschränken der Freiheitsgrade der Funktionsfaser (ff) zumindest unter Verwendung des folgenden Verfahrens:

Zunächst schmilz beuspielsweise ein Fleizkörper (hk) zumindest teilweise eine Oberfläche (of, ofn) des Werkstücks (wst) bzw. einer Schicht (pw, pwn) in einem Aufschmelzbereich (a,b) auf. Beispielsweise die Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft) legt zumindest einen Funktionsfaserabschnitt der Funktionsfaser (ff) in die Schmelze des Ausschmelzbereiches (a,b) ein. Anschließende erstarrt die Schmelze des Ausschmelzbereiches (a,b) in einem Erstarrungsbereich (c) mit der eingelegten Funktionsfaser (ff) zu einem Verfestigungsbereich (d) der Oberfläche (of) des Werkstücks (wst). Der Verfestigungsbereich (d) beschränkt dann die Funktionsfaser (ff) in ihren Freiheitsgraden. Der Verfestigungsbereich (d) fiexiert also beispielsweise und umhüllt sogar ggf. die Funktionsfaser (ff).

In einer zweiten speziellen Verfahrensvariante schränkt die Verwendung zumindest des folgenden Verfahrens die Freiheitsgrade der Funktionsfaser (ff) ein: Ein Befestigungsmittel, insbesondere ein Kleber, fixiert die Funktionsfaser (FF) an einer Oberfläche (of) des Werkstücks (wst). Ein solches Befestigungsmittel kann aber nicht nur ein Kleber sein. Vielmehr sind auch Lötverbindungen und/oder Schweißnähte und/oder Lötungen als Befestigungsmittel zur Befestigung denkbar. In einer dritten speziellen Verfahrensvariante schränkt das Verfahren zumindest unter Verwendung der folgenden Teilverfahren die Freiheitsgrade der Funktionsfaser (ff) ein:

Beispielsweise die Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft) legt die Funktionsfaser (ff) an oder in einer Klemm- oder Flaltestrukturstruktur an der Oberfläche (of) des Werkstücks (wst) ein. Die Halte- oder Klemmstruktur kann beispielsweise eine Nut des Werkstücks (wst) oder ein Graben an der Werkstückoberfläche oder eine Aussparung in einer Struktur an der Werkstückoberfläche oder ein Aufschmelzbereich (b) sein. In dieser Verfahrensvariante können Klemmittel, wie beispielsweise Keile und/oder Klammern und/oder Klemmblöcke oder dergleichen die Funktionsfaser (ff) an oder in der Klemm- oder Flaltestrukturstruktur an der Oberfläche (of) des Werkstücks (wst) festklemmen. Die Klemm- oder Flaltestrukturstruktur kann ggf. nur temporär, also z.B. nur während des Freiliegens einer Schicht, während des additiven Fertigungsprozesses existieren. In dieser Verfahrensvariante muss aber nicht unbedingt eine Klemmung erfolgen. Beispielsweise ist es denkbar, die Nut mittels selektiven Laser-Sinterns zu fertigen. Weiter ist es denkbar, das Pulver, das die hier diskutierte Variante des vorgeschagenen Verfahrens zum selektiven Laser-Sintern verwendet und das sich dann noch in der Nut befindet, anschließend aus der Nut durch einen Staubsauger oder dergleichen abzusaugen. Die Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft) kann dann die Funktionsfaser (ff) in die so freigeräumte Nut einlegen. Dieses Leersaugen bezieht sich bevorzugt auf ein Verfahren, das ein selektives Laser-Sintern der Oberfläche eines Pulverbetts umfasst. Die Gundgedanken lassen sich aber auch auf andere additive Fertigungsverfahren anwenden. Ein später folgender Abschnitt dieser Schrift behandelt daher einen FDM-Drucker mit einer Werkzeugwechselvorrichtung (wwv). Wir schlagen im Falle eines Selective-Laser-Sintering-Druckers vor, den Einsatz einer Werkzeugwechselvorrichtung (wwv) zusammen mit einer Positioniervorrichtung innerhalb der Prozesskammer des Selective-Laser-Sintering-Druckers zu prüfen. Im Falle eines Selective-Laser- Sintering-Druckers kann die Werkzeugwechselvorrichtung (wwv) bevorzugt dann beispielsweise eine Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft) aufnehmen und im Zusammenwirken mit der Posioniereinrichtung die Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft) positionieren. Alternativ kann in diesem Fall beispielsweise die die Werkzeugwechselvorrichtung (wwv) bevorzugt dann beispielsweise auch eine Saugvorrichtung mit einem schaltbaren Säugventil und einem Saugschlauch aufnehmen und positionieren und für die Entfernung des überschüssigen Pulvers aus den Nuten zu bereitstellen. Bevorzugt befindet sich die Ansaugvorrichtung für den Saugschlauch zur Entfernung des Pulvers in der Nut außerhalb der Prozesskammer (pk) des Selective-Laser-Sintering-Druckers. Im Falle des FDM-Druckens ist der Schritt des Freiräumens der Nut gegenüber dem selektiven Laser- Sintern nicht notwendig. In dem Fall kann die Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft) die Funktionsfaser (ff) direkt in die Nut einlegen. Ist der Aufschmelzbereich (b) an der Oberfläche (of) des Werkstücks (wst) tief genug, ist ggf. auch die Fertigung der Nut nicht notwendig. Ein Fleizer (hz) erhitzt beispielsweise einen Fleizkörper (hk) der Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft). Bevorzugt kann die Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft) die Oberflächen der Nut, also beispielsweise deren Boden und deren Seitenwände, z.B. mittels des Fleizkörpers (hk) lokal aufschmelzen. In der Folge kann dann diese Schmelze in dem entstehenden Aufschmelzbereich (b) die Funktionsfaser (ff) beim Einlegevorgang der Funktionsfaser (ff) benetzen. Nach dem erneuten Erstarren und Verfestigen der Nutoberflächen beschränkt dieser Verfestigungsbereich (d) die Funktionsfaser (ff) dann in ihren Freiheitsgraden. Der Verfestigungsbereich (d) befestigt die Funktionsfaser (ff) bevorzugt an dem Werkstück (wst) und umschließt bevorzugt die Funktionsfaser (ff).

In einer vierten speziellen Verfahrensvariante schränkt ein Verfahren, das zumindest eines der folgenden Teilverfahren umfasst, die Freiheitsgrade der Funktionsfaser (ff) ein: Zunächst heften Fleftmittel die Funktionsfaser (ff) an der Oberfläche (of) des Werkstücks (wst) fest. Auch können Klammern die Funktionsfaser (ff) an der Oberfläche (of des Werkstücks (wst) festklammern. Auch können Nägel die Funktionsfaser (ff) an der Oberfläche des Werkstücks festnageln. Statt der Oberfläche (of) des Werkstücks (wst) können diese vorstehen Befestigungsmethoden auch beispielsweise zuvor bevorzugt mittels des Grundverfahrens gefertigte Klemm- oder Flaltestrukturstruktur an der Oberfläche (of) des Werkstücks (wst) nutzen. Wieder kommt hier bevorzugt insbesondere eine Nut des Werkstücks als Klemm- oder Flaltestruktur in Frage, die wieder bevorzugt mittels des Grundverfahrens zur additiven Fertigung, wie dieses Beispiel es verwendet, gefertigt worden ist. Da z.B. eine Rakel (rk) oder ein Extruder (extr) diese Nut (nut) in einem nachfolgenden Prozessschritt des Grundverfahrens mit nachfolgenden Schichten überdecken können, was bevorzugt ist, kann die Klemm- oder Flaltestrukturstruktur ggf. nur temporär während des additiven Fertigungsprozesses existieren, da sie anschließend unter den später mit dem Grundverfahren deponierten Schichten verschwindet. Das lokale Festheften oder Festklammern oder Festnageln der Funktionsfaser (ff) an der Oberfläche (of) des Werkstücks (ff) erfolgt bevorzugt mittels eines Befestigungshilfsmittels, insbesondere einer Klammer oder eines Nagels oder einer Klemme. Es ist denkbar, dass die Vorrichtung hierfür weitere Mittel bereithält. Beispielsweise kann es sich um eine Fleftvorrichtung handeln, die Fleftklammern in die Oberfläche des Werkstücks schießt und so die Funktionsfasern (ff) an dem schon erstellten Teil des Werkstücks (wst) befestigt. Dies schränkt dann die Freiheitsgrade der Funktionsfasern (ff) ein. Eine solche Vorrichtung weist dann drei Teilvorrichtungsgruppen (Mittel) auf: Zum Ersten weist sie eine erste Teilvorrichtungsgruppe auf, die für die Durchführung des Grundverfahrens notwendig ist. Im Falle einer SLS-Anlage (selektive Laser- Sintering-Anlage) sind das die für das Verfahren des selektiven Laser-Sinterns notwendigen Mittel. Zum Zweiten weist sie eine zweite Teilvorrichtungsgruppe auf, die für das Einlegen der Funktionsfaser notwendig ist. Im hier diskutierten Falle ist der Prozess des Einlegens oder Ablegens der Funktionsfaser (ff) in oder auf der Oberfläche des Werkstücks (wst) von dem Prozess des Fixierens der Funktionsfaser (ff) getrennt. Das Mittel für das Ein- oder Ablegen der Funktionsfaser (ff) in oder auf der Oberfläche (of) des Werkstücks (wst) ist die Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft).

Zum Dritten weist die Vorrichtung in diesem konkreten Beispiel auch noch eine dritte Teilvorrichtungsgruppe auf, die für das Befestigen der Funktionsfaser (ff) auf der Oberfläche (of) des Werkstücks (wst) notwendig ist. Das Mittel für das Befestigen der Funktionsfaser (ff) auf der Oberfläche (of) des Werkstücks (wst) kann beispielsweise die Fleftvorrichtung zum Einschießen von Nägeln oder Fleftklammern in die Oberfläche (of) des Werkstücks (wst) sein. Typischerweise verfügt eine solche Vorrichtung nur über eine oder nur über wenige Positioniervorrichtungen. Daher ist es sinnvoll, eine Werkzeugwechselvorrichtung (wwv) vorzusehen, die mittels einer vollautomatischen Spannvorrichtung ein Werkzeug aus einer Werkzeugabsetzvorrichtung (wavl, wav2) an einer vorbestimmten Parkposition entnehmen kann und dort wieder absetzen kann. In dem Beispiel hier, insbesondere in dem in den Figuren 64 bis 70 dargestellten Beispiel, umfasst die Spannvorrichtung der Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft) eine Verriegelungsplatte (vp) mit einem Schlitz (vrs). Die Werkzeugwechselvorrichtung (wwv) weist bevorzugt einen Verriegelungsstift (vst) mit einem Querbolzen auf. Eine Drehvorrichtung kann den Verriegelungststift (vst) um seine Längsachse in eine erste Position mit einer ersten Orientierung des Querbolzenz drehen und in eine zweite Position mit einer zweiten Orientierung des Querbolzenz drehen. Durch den Schlitz (vrs) der Verriegelungsplatte (vp) kann die Positioniervorrichtung der Werkzeugwechselvorrichtung (wwv) mittels einer geeigneten Bewegung der Werkzeugwechselvorrichtung (wwv) den Verriegelungsstift (vst) mit einem Querbolzen bei der ersten Orientierung des Querbolzens hindurchstecken. Eine Betätigungsvorrichtung (btv) veranlasst die Drehvorrichtung des Verriegelungsstiftes (vst) diesen in die erste Position oder die zweite Position zu drehen. Beispielsweise kann es sich bei einem ersten Werkzeug um einen Extruder (extr) für das lokale zielgerichtete deponieren des Materials eines Kunststoff-Filaments handeln. Beispielsweise kann es sich bei einem zweiten Werkzeug um eine Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft) (im Folgenden auch Fiber-Tool genannt) für das lokale zielgerichtete Ablegen und/oder Einlegen von Funktionsfaserabschnitten einer Funktionsfaser (ff) in die Oberfläche (of) des Werkstücks (wst) handeln.

Beispielsweise kann es sich bei einem dritten Werkzeug um eine Fleftvorrichtung (im Folgenden auch Fixing-Tool genannt) für das lokale zielgerichtete Befestigen der zuvor abgelegten und/oder eingelegten Funktionsfaserabschnitte einer Funktionsfaser (ff) an der die Oberfläche des Werkstücks (wst) mittels Befestigungshilfsmitteln handeln.

Beispielsweise kann es sich bei einem vierten Werkzeug um eine Klebevorrichtung (im Folgenden auch Glueing-Tool genannt) für das lokale zielgerichtete Aufbringen von Kleber zur mechanischen Verbindung der später abzulegenden und/oder einzulegenden Funktionsfaserabschnitte einer Funktionsfaser (ff) mit der Oberfläche (of) des Werkstücks (wst) handeln.

Beispielsweise kann es sich bei einem fünften Werkzeug um eine Fräsvorrichtung (im Folgenden auch Milling-Tool genannt) für das lokale zielgerichtete spanende Bearbeiten der Oberfläche (of) des Werkstücks (wst) und der Werkstückkanten handeln. Mit einem solchen Werkzeug kann eine vorschlagsgemäße 3D-Druckvorrichtung auch die besagten Nuten hergesteilen.

Beispielsweise kann es sich bei einem sechsten Werkzeug um eine Saugvorrichtung (im Folgenden auch Vacuum-Tool genannt) für das lokale zielgerichtete Entfernen von Pulver und Staub von der Oberfläche (of) des Werkstücks (wst), insbesondere aus Nuten des Werkstücks (wst) beim selektiven Laser-Sintern handeln. Mit einem solchen Werkzeug kann eine vorschlagsgemäße 3D- Druckvorrichtung auch die besagten Nuten beim selektiven Laser-Sintern von nicht aufgeschmolzenem Pulver reinigen, sodass anschließend das Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft) in einem nachfolgenden Arbeitsgang einen Funktionsfaserabschnitt einer Funktionsfaser (ff) in die so freigeräumte Nut einlegen kann.

In einer fünften speziellen Verfahrensvariante schränkt das Verknoten der Funktionsfaser (ff) mit einer Faserhaltestruktur die Freiheitsgrade der Funktionsfaser (ff) ein. Diese Faserhaltestruktur auf der Oberfläche (of) des Werkstücks (wst) kann beispielsweise ein Haken oder ein Pfosten, die bevorzugt an der Oberfläche des Werkstücks (wst) gefertigt sind, sein. Diese Faserhaltestruktur kann ggf. auch nur temporär während des additiven Fertigungsprozesses existieren und das Ergebnis eines additiven Fertigungsprozesses sein. Andere Teile des Werkstücks (wst) können sie beispielsweise im weiteren Verlauf des weiteren Druckverfahrens wieder verdecken oder überdecken.

In einer fünften speziellen Verfahrensvariante erfolgt zur Einschränkung der Freiheitsgrade der Funktionsfaser mittels alternativ ein Vernähen der Funktionsfaser (ff) mit einem Teil des Werkstücks (wst). Eine Nähvorrichtung nutzt die Funktionsfaser (ff) als Nähfaden. Es erfolgt dann bevorzugt ein Vernähen der Funktionsfaser (ff) mit einem Teil des Werkstücks (wst). Die Nähvorrichtung benutzt dabei die Funktionsfaser (ff) als Nähfaden und als Oberfaden zusammen mit einer weiteren Faser als Unterfaden und/oder die Funktionsfaser (ff) als Nähfaden und als Unterfaden zusammen mit einer weiteren Faser als Oberfaden. Dabei kann die weitere Faser ebenfalls eine Funktionsfaser (ff) sein. Bevorzugt erfolgt in einer Verfahrensvariante die Ausführung eines Schritts ß.l.a während oder zeitlich vor Schritt ß.l, dem besagten Bereitstellens einer Funktionsfaser (ff). Schritt ß.l.a umfasst bevorzugt das Fleizen des Fleizkörpers (hk) auf eine Prozesstemperatur (q ₂ ). Dabei kann der Fleizkörper (hk) aus mehreren Teilheizkörpern (hkl, hk2) bestehen, die dann auch unterschiedliche Prozesstemperaturen (S _2a , S _2b ) aufweisen können. Dies ermöglicht bei einer translatorischen Bewegung der Fleizkörper (hkl, hk2) längs der Oberfläche (of) des Werkstücks (wst), dass ein Punkt auf der Werkstückoberfläche eine Temperaturkurve durchläuft. Dabei liegt dieser Punkt in oder genauer unmittelbar unter der Bahn der Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft) während des besagten translatorischen Vorschubs der Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft) längs einer Parallelen zur Werkstückoberfläche. Maßgeblich für diese Positionsbestimmung ist dabei bevorzugt die Positionierung der Fleizkörper (hkl, hk2) der Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft).

Bevorzugt erfolgt in einer Verfahrensvariante die Ausführung eines Schritts ß.3.a während Schritt ß.3. Schritt ß.3 ist der Schritt des Einschränkens der Freiheitsgrade der Funktionsfaser (ff). Während Schritt ß.3 erfolgt bevorzugt die Ausführung eines Schritts ß.3.a des Aufwärmens des ersten Materials der Oberfläche (of) des Materials im Bereich des Fleizkörpers (hk) in einem Aufwärmbereich (a, b). Diese Aufwärmung erfolgt dabei beispielsweise durch die Infrarotstrahlung des aufgeheizten Fleizkörpers (hk) bzw. der aufgewärmten Fleizkörper (hkl, hk2). Eine alternative Methode des Aufwärmens des ersten Materials der Oberfläche (of) im Bereich des Fleizkörpers (hk) in dem Aufwärmbereich (a, b) ist eine beispielhafte Aufwärmung durch elektromagnetische Strahlung. Beispielsweise können der Fleizkörper (hk) oder ein oder mehrere der Teilheizkörper (hkl, hk2) diese elektromagnetische Strahlung emittieren und/oder transmittieren. Bei dieser elektromagnetischen Strahlung kann es sich beispielsweise um Laser-Strahlung oder Mikrowellenstrahlung oder TFIz-Strahlung oder Infrarotstrahlung handeln. Ein optischer Wellenleiter kann beispielsweise die beispielhafte Laser-Strahlung durch einen optisch transparenten Fleizkörper als optischen Wellenleiter über einen optischen Pfad hindurchleiten. Es ist denkbar, dass der Fleizkörper einen Kanal (kn) aufweist, der zusammen mit einer beispielsweise elektrisch leitenden Funktionsfaser (ff), beispielsweise einer Kohlefaser, als in die Oberfläche (of) des Werkstücks (wst) einzulegender Funktionsfaser (ff) eine Koaxialleitung bildet. Diese Koaxialleitung aus Kanal (kn) und Funktionsfaser (ff) kann dann elektromagnetische Wellen längs dieser Koaxialleitung bis zur Oberfläche (of) des Werkstücks (wst) leiten, wo diese dann die Oberfläche (of) des Werkstücks (wst) aufheizen und ggf. schmelzen können. Ein Nachteil dieses Verfahren ist aber die geringe Auflösung, weshalb es eher für die unterstützende Einstellung des Temperaturprofils in Frage kommt. In jedem Fall ist aber die Verwendung eines elektromagnetischen Wellenleiters zur Fieranführung der elektromagnetischen Strahlung an den Aufwärmbereich (a, b) hilfreich. Bei diesen Wellenleitern kann es sich um dielektrische Wellenleiter, FHohlleiter, Mikrostrip-Leitungen, Koaxialleitungen und ähnliche Flochfrequenzleitungen und/oder optische Wellenleiter handeln. Im Falle von elektromagnetischer Strahlung im infraroten, optischen oder UV-Bereich kann eine vorschlagsgemäße 3D- Druckvorrichtung die üblichen optischen Funktionselemente wie Spiegel, Linden, Blenden etc. zur Strahlführung aufweisen. Bei der elektromagnetischen Strahlung zum Aufwärmen des Aufwärmbereiches (a.b) kann es sich daher auch um THz-Strahlung, Infrarotstrahlung, optisch sichtbares Licht, UV-Strahlung etc. handeln. Infrarotstrahlung ist naturgegeben bevorzugt.

Ein alternativer Wärmetransport in den Aufwärmbereich (a,b) an der Oberfläche (of) des Werkstücks (wst) kann durch einen Wärmetransport mittels Konvektion vom aufgeheizten Heizkörper (hk) der Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft) zur Oberfläche (of) des Werkstücks (wst) erfolgen. Hierbei heizt sich die Luft im Umfeld des Heizkörpers (hk) auf. Ist der Heizkörper (hk) nahe genug an der Oberfläche (of) des Werkstücks (wst), so strömt die aufgeheizte Luft seitlich im Zwischenraum zwischen Heizkörper (hk) und Oberfläche (of) des Werkstücks (wst) weg. Eine geeignete Anordnung und Temperierung weiterer Heizkörper gibt dabei die Strömungsrichtung der aufgeheizten Luft vor. Eine vorschlaggemäße Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft) umfasst dann Mittel zu Lenkung des Konvektionsstromes eines Fluids, typischerweise Luft, zwischen dem Heizkörper (hk) und der Oberfläche (of) des Werkstücks (wst). Hierdurch ergeben sich stabile und bevorzugt laminare Strömungsverhältnisse des aufgeheizten Fluids an der Oberfläche (of) des Werkstücks (wst), was die Arbeitsergebnisse stabilisiert.

Statt durch Konvektion kann auch ein direkter mechanischer Kontakt zwischen dem aufgeheizten Heizkörper (hk) und der Oberfläche (of) des Werkstücks (wst) die Aufwärmzone (a,b) aufheizen. Erfahrungsgemäß ist dieser Fall eher theoretischer Natur, da es typischerweise zu Anhaftungen von Material der Oberfläche (of) des Werkstücks (wst) an dem aufgeheizten Heizkörper (hk) kommt. Typischerweise hat dies eine Beschädigung der Oberfläche (of) des Werkstücks (wst) zur Folge. Es ist daher notwendig, dass dann das Oberflächenmaterial an dem Heizkörper nicht haften kann. Die Ausarbeitung der Erfindung ergab, dass die Funktionsfaser (ff) selbst die Wärme gut leiten kann und daher ein Wärmetransport durch die Funktionsfaser (ff) seist möglich ist. Dieser Wärmeransport durch die Funktionsfaser (ff) spielt für das Aufheizen des Aufwärmbereiches (a, b) eine wichtige Rolle. Ein Kanal (kn) in einer Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft), die bei der Ausarbeitung der Erfindung benutzt wurde, führte hierzu die Funktionsfaser (ff) durch diesen Kanal (kn) in der Symmetrieachse des verwendeten Fleizkörpers (hk). Es ist daher sehr sinnvoll, ein Aufheizen des Aufwärmbereiches (a, b) durch einen Wärmetransport mittels einer Wärmeleitvorrichtung auszunutzen. Dabei ist es besonders bevorzugt, ein Aufheizen des Aufwärmbereiches (a, b) durch einen Wärmetransport mittels des Funktionsfaserabschnitts der Funktionsfaser (ff), den die Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft) in die Oberfläche (of) des Werkstücks (wst) einlegt, auszunutzen. Der Wärmetransport erfolgt dabei vom Fleizkörper (hk) über die Funktionsfaser (ff) in das Material des Aufwärmbereichs (a, b) der Oberfläche (of) des Werkstücks (wst).

Wie bereits erwähnt, verändert typischerweise eine Positioniervorrichtung die Position der Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft) und damit des Fleizkörpers (hk), der Teil dieser Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft) ist, längs einer Kurve. Die Positioniervorrichtung führt die Veränderung der Position längs einer Kurve bevorzugt im Wesentlichen parallel zur Oberfläche (of) des Werkstücks (wst) in einem ersten Abstand (f) zu Oberfläche (of) des Werkstücks (wst) mit einer ersten Geschwindigkeit (vl) aus. Bevorzugt bewegt eine Funktionsfaservorschubeinrichtung der Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft) die Funktionsfaser (ff) mit dieser Geschwindigkeit vl in Richtung Oberfläche (of) des Werkstücks (wst). In der Folge legt die Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft) die Funktionsfaser (ff) längs einer Linie auf der Oberfläche (of) des Werkstücks (wst) ab. Die Kurve der Bewegung der Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft) parallel zur Oberfläche (of) des Werkstücks (wst) bestimmt diese Linie. Ist die Oberfläche (of) des Werkstücks (wst) durch Auffräsen, durch eine vorbereitete Nut oder durch Aufschmelzen längs dieser Linie geöffnet, so bringt die Funtionsfasereinlegevorrichtung (ft) die Funktionsfaser (ff) hierdurch in die aufgefräste Nut, die vorbereitete Nut und/oder den ggf. vorhandenen Aufschmelzbereich (b) ein und so in die Oberfläche (of) des Werkstücks (wst) ein.

Dies leitet den nächsten Schritt ß.3 ein. Der Schritt ß.3 ist ein Verfahrensschritt zur Einschränkung der Freiheitsgrade der Funktionsfaser (ff). Die vorschlagsgemäße Vorrichtung führt während der Ausführung des Schritts ß.3 bevorzugt einen Schritt ß.3.b aus. Schritt ß.3.b betrifft ein lokales Aufschmelzen eines Teils des ersten Materials im Aufwärmbereich (a,b) als Schritt ß.3.b. Das lokale Aufschmelzen des Teils des ersten Materials im Aufwärmbereich (a,b) führt zu einem Aufschmelzbereich (b) innerhalb des Aufwärmbereiches (a,b). Dies ist eine Folge des lokalen Aufwärmens der Oberfläche (of) des Werkstücks (wst) im Bereich des Heizkörpers (hk) in Schritt ß.3.a zu aufgeschmolzenem Material. Das vorgeschlagene Verfahren erreicht dies dadurch, dass das Verfahren nahe dem vorgesehenen Einlegepunkt (ep) der Funktionsfaser (ff) in den Aufschmelzbereich (b) den Wärmetransport zur Oberfläche (of) des Werkstücks (wst) so steigert, dass das erste Material der Oberfläche (of) des Werkstücks (wst) in einem Teil dieses Aufwärmbereiches (a,b) zu dem besagten Aufschmelzbereich (b) aufschmilzt. Dieses Aufschmelzen öffnet die Oberfläche (of) des Werkstücks (wst) thermisch für das Einlegen der Funktionsfaser (ff) in diesem Beispiel. Es erfolgt also während und/oder zeitlich nach Schritt ß.3.a das Aufschmelzen eines Teils des ersten Materials im Aufwärmbereich (a,b) als Schritt ß.3.b zu einem Aufschmelzbereich (b) innerhalb des Aufwärmbereiches (a,b) infolge des Aufwärmens in Schritt ß.3.a zu aufgeschmolzenem Material.

Nach dem thermischen Öffnen der Oberfläche (of) kann so die Ausführung von Schritt ß.2.a während Schritt ß.3 und während Schritt ß.3.a und/oder zeitlich nach Schritt ß.3.a und während Schritt ß.3.b und/oder zeitlich nach Schritt ß.3.b erfolgen. Schritt ß.2.a betrifft das Einlegen eines Funktionsfaserabschnitts einer Funktionsfaser (ff) als Schritt ß.2.a in den Aufschmelzbereich (b). Wie bereits beschrieben, erfolgt dies durch Vorschub der Funktionsfaser (ff) in der Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft) mittels einer Funktionsfaservorschubeinrichtung (ar, pr). Die vorschlaggemäße Vorrichtung legt somit die Funktionsfaser (ff) dabei an einem Einlegepunkt (ep) in die Schmelze des Aufschmelzbereiches (b) ein.

Nachdem das Einlegen der Funktionsfaser (ff) erfolgt ist, folgt das Ausführen eines Schritts ß.3.c. Das Auführen des Schritts ß.3.c erfolgt während Schritt ß.3 und während Schritt ß.3.a und/oder zeitlich nach Schritt ß.3.a und während Schritt ß.3.b und/oder zeitlich nach Schritt ß.3.b und während und/oder zeitlich nach Schritt ß.2.a. Schritt ß.3.c betrifft das Beenden des Aufschmelzens als Schritt ß.3.c. Eine Verminderung des Energietransports an Wärmeenergie vom Heizkörper (hk) zur Oberfläche (of) und die daraus resultierende Absenkung der Temperatur des Aufschmelzbereiches (b) beenden das Aufschmelzen. Die Absenkung der Temperatur des Aufschmelzbereiches (b) wandelt den Aufschmelzbereich (b) zu einem Erstarrungsbereich (c). Zum Ersten kann ein Abschalten der Energiequellen diese Reduktion des Energietransports erreichen. Im Falle thermischer Energie ist die Zeitkonstante aber in der Regel zu lang. Daher hat es sich bewährt, den Heizkörper von der Oberfläche des Werkstücks zu entfernen. Zuvor trennt typischerweise eine Abschneide- und Trennvorrichtung (av) die Funktionsfaser (ff) durch. Durch das Senken der Zufuhr an Wärmeenergie folgt das Ausführen eines Schritts ß.2.b und eines Schritts ß.3.d während Schritt ß.3 und während und/oder zeitlich nach Schritt ß.3.a und während und/oder zeitlich nach Schritt ß.3.b und während und/oder zeitlich nach Schritt ß.3.c und/oder zeitlich nach Schritt ß.2.a. Schritt ß.3.d betrifft dabei das Erstarren des aufgeschmolzenen Materials der Schmelze im Aufschmelzbereich mit der eingelegten Funktionsfaser (ff) als Schritt ß.3.d zu erstarrten Material in einem Erstarrungsbereich (c) der Oberfläche des Werkstücks. Durch das vollständige Erstarren entsteht ein verfestigter Verfestigungsbereich (d), in dem der betreffende Funktionsfaserabschnitt der Funktionsfaser (ff) als Schritt ß.2.b ganz oder teilweise eingelegt ist. Im Sinne dieser Schrift soll der Erstarrungsbereich (c) zum besseren Verständnis typischerweise im Gegensatz und in Abgrenzung zum Verfestigungsbereich (d) noch nicht vollkommen erstarrt sein.

Es entsteht so an der Oberfläche ein Composit-Material. Dieses Composit-Material zeigt modifizierte mechanisch, thermische, elektrische und ggf. auch magnetische oder sonstige modifizierte physikalische Eigenschaften im Vergleich zum Zustand ohne das erfolgte Einlegen der Funktionsfaser (ff) bzw. der Funktionsfasern. Im Falle einer Querschnittsuntersuchung des Composit-Materials zeigt das Composit-Material infolge der 3D-Druckmethode zu seiner Fierstellung mindestens eine erste Schicht aus einem ersten Material einer ersten Drucklage und mindestens eine zweite Schicht aus dem ersten Material einer zweiten Drucklage. Dabei folgte die zweite Drucklage der ersten Drucklage beim Druck des Composit-Materials zeitlich nach. Auch bei guten Druckverfahren weist meistens die erste Schicht gegenüber der zweiten Schicht eine Schichtgrenze auf. An dieser Schichtgrenze befinden sich die erste Schicht und die zweite Schicht sich in unmittelbaren Kontakt miteinander. Sofern nun eines der zuvor beschriebenen Verfahren angewendet wurde, weist das Composit- Material einen Verfestigungsbereich (d) auf, der auf das Aufschmelzen des ersten Materials der Oberfläche (of) des Werkstücks während der hier vorgestellten 3D-Druckverfahren zurückzuführen ist. Typischerweise umfasst der Verfestigungsbereich (d) zumindest die erste Schicht und die zweite Schicht, da der Aufschmelzbereich (b) typischerweise tieferreicht, als die Schichtdicke einer Drucklage. Da das Aufschmelzen des Aufschmelzbereiches (b) die Schichtgrenze zerstörte, weist der später ausgebildete der Verfestigungsbereich (d) als Merkmal eines solchen Aufschmelzens keine Schichtgrenze zwischen der ersten Schicht und der zweiten Schicht im Bereich des Verfestigungsbereiches (d) mehr auf, wenn das Aufschmelzen vollständig war. Im Sinne dieser Schrift ist eine signifikante Schwächung der Sichtbarkeit der Schichtgrenze im Verfestigungsbereich bereits ein Merkmal eines solchen Verschwindens, also ein Merkmal des Nichtvorhandenseins der Schichtgrenze. Ein weiteres Indiz für ein Composit-Material, das das Ergebnis eines der hier vorgestellten Verfahren ist, ist, dass der Verfestigungsbereich (de) eine eingelegte Funktionsfaser (ff) aufweist.

Da typischerweise ein solches 3D-Druckverfahren ein Werkstück (wst) herstellt, weist dann auch das Composit-Material eines solchen Werkstücks (wst) dann die Merkmale eines solchen Composit- Materials, die zuvor erläutert wurden, auf.

Die den obigen Verfahren zugeordnete Vorrichtung zum dreidimensionalen Drucken verfügt somit über erste Mitteln in Form einer ersten Gruppe von Teilvorrichtungen zur Durchführung eines Grundverfahrens der schichtweisen additiven Fertigung und zweite Mitteln in Form einer zweiten Gruppe von Teilvorrichtungen zur Durchführung eines Selective-Fleat-Sintering-Prozesses oder eines eines Selective-Fleat-Melting-Prozesses. Während die ersten Mittel das erste Material des Werkstücks (wst) deponieren, also den eigentlichen Werkstückkörper ausformen, schmelzen die zweiten Mittel die Oberfläche (of) des Werkstücks (wst) auf und legen die Funktionsfaser (ff) in die entstandene Schmelze ein. Die zweiten Mittel umfassen beispielsweise eine Positioniervorrichtung und die Fleizkörper, (hkl, hk2), die zum lokalen Aufschmelzen der Oberfläche (of) des Werkstücks (wst) vorgesehen sind.««<

Die zweiten Mittel umfassen beispielsweise eine Positioniervorrichtung und beispielsweise die Fleizkörper (hk, hkl, hk2) zum erneuten lokalen Aufschmelzen der Werkstückoberfläche im Einwirkbereich der Fleizkörper (hk, hkl, hk2), was das Einlegen der Funktionsfasern (ff) in den Aufschmelzbereich (b) ermöglicht.

Die vorgeschlagene Vorrichtung zeichnet sich nun dadurch aus, dass sie dritte Mittel für dieses Einlegen der Funktionsfasen (ff) während des zuvor erwähnten Sinter- oder Aufschmelzprozesses mittels der zweiten Gruppe von Teilvorrichtungen, also beispielsweise mittels der Fleizer (hk, hkl, hk2) umfasst. Wie in der Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft) können diese dritten Mittel die zweiten Mittel umfassen. Diese dritten Mittel können wie in der Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft) auch gleich den zweiten Mitteln sein. Aufgrund der unterschiedlichen Verfahren, dem Grundverfahren und dem Verfahren zum Einlegen der Funktionsfasern (ff), unterscheiden sich somit die ersten Mittel sich zumindest teilweise von den zweiten Mitteln. Aus dem gleichen Grund unterscheiden sich typischerweise die ersten Mittel zumindest teilweise von den dritten Mitteln.

Wie bereits erwähnt, umfassen die dritten Mittel bevorzugt eine Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft) mit der Funktionsfaservorschubeinrichtung, der Abschneide- und Trennvorrichtung (av) und dem Fleizkörper (hk) bzw. den Fleizkörpern (hkl, hk2). Bevorzugt verfügt die Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft) über Sensoren zur Überwachung der Funktionsfaser (ff) während des Fasereinlegeprozesses. Ein erster Sensor erfasst bevorzugt das Vorhandensein der Funktionsfaser (ff) vor der Funktionsfaservorschubeinrichtung. Ein zweiter Sensor umfasst bevorzugt das Vorhandensein der Funktionsfaser (ff) zwischen Funktionsfaservorschubeinrichtung und Abschneide- und Trennvorrichtung (av). Ein dritter Sensor erfasst bevorzugt das Vorhandensein der Funktionsfaser (ff) in einem Kanal (kn) des Fleizkörpers (hk) zwischen Einlegepunkt der Funktionsfaser (ff) in die Schmelze des Aufschmelzbereiches (b) und der Abschneide- und Trennvorrichtung (av). Im einfachsten Fall sind die drei Sensoren Lichtschranken, wobei ein Teil der optischen Strecke bevorzugt als Lichtwellenleiter ausgebildet ist. Das Vorhandensein der Funktionsfaser (ff) an der entsprechenden Stelle unterbricht oder schwächt das Licht im Strahlengang der Lichtschranke. Eine Steuerung der Vorrichtung, beispielsweise ein Rechen- und Steuersystem, kann mittels entsprechender Sensoren diese Unterbrechung messtechnisch erfassen und auswerten. Die Steuerung der Vorrichtung kann dann die Vorrichtung bei einer Fehlfunktion, beispielsweise dem unerwarteten Fehlen der Funktionsfaser (ff) an einem der Punkte in der Funktionsfasertransportstrecke in der Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft) sofort stoppen.

Bevorzugt erfasst eine Temperaturmessvorrichtung einen Temperaturmesswert für die Temperatur des Fleizkörpers (hk). Die Steuerung regelt mittels eines Reglers die Heizenergie in Abhängigkeit von dem erfassten Temperaturmesswert für die Temperatur des Heizkörpers (hk), sodass sich für den Heizkörper (hk) eine Zieltemperatur einstellt.

Bei dem Grundverfahren der additiven Fertigung kann es sich beispielsweise um ein Fused Deposition Modeling (FDM) Verfahren handeln, wobei die ersten Mittel Mittel zur Durchführung eines Fused Deposition Modeling (FDM) Verfahrens sind und wobei diese Mittel beispielsweise einen Extruder zur Extrudierung eines Filaments umfassen können.

Bei dem Grundverfahren der additiven Fertigung kann es sich beispielsweise um ein Verfahren der selektiven Sinterung und/oder des selektiven Schmelzens handelt, wobei die ersten Mittel Mittel zur Durchführung eines Verfahrens der selektiven Sinterung und/oder des selektiven Schmelzens sind und wobei diese Mittel beispielsweise eine Vorrichtung zum selektiven Laser-Sintern (SLS) umfassen können. Beispielsweise kann es sich um eine Pulverhandhabungsvorrichtung handeln, die typischerweise eine Rakel (rk), einen Pulvervorratsbehälter, einen Pulverabfallbehälter und eine absenkbare Werkstückplattform sowie eine Prozesskammer (pk) umfasst.

Ganz allgemein kann das Grundverfahren der additiven Fertigung eines der folgenden Verfahren umfassen oder eines der folgenden Verfahren oder ein daraus abgeleitetes Verfahren sein: Stereolithografie (SL), Selektives Laser-Sintern (LS), Selektives Laser-Strahlschmelzen (SLM = Selective Laser Melting, auch: Laser Beam Melting = LBM), Selektives Elektronen- Ionen oder Teilchenstrahlschmelzen (Electron Beam Melting = EBM), Fused Layer Modelling/Manufacturing (FLM oder auch Fused Filament Fabrication (FFF)), Multi-Jet Modelling (MJM), Poly-Jet Modelling (PJM), 3-D-Drucken (3DP, auch Binder Jetting), Layer Laminated Manufacturing (LLM), Digital Light Processing (DLP), Thermotransfer-Sintern (TTS), Metal Laminated Tooling (MELATO), Continuous Liquid Interface Production (CLIP), Selective Heat Sintering (SHS), Laserauftragsschweißen (LMD),

Wax Deposition Modeling (WDM), Contour Crafting, Kaltgasspritzen bzw. Metall-Pulver- Auftragsverfahren (MPA), Lithography-based Ceramic Manufacturing (LCM), 3D-Siebdruck, 3D- Tintenstrahldruck, 3D-Tintenstrahldruck optischer Elemente, Lichtgesteuerte Elektrophoretische Abscheidung, Shaping-Debinding-Sintering (SDS), Bound Metal Deposition (BMD), Verfahren zur Herstellung metallischer oder keramischer Grünkörper mittels Fused Deposition Modelling/Fused Layer Modelling bzw. Material Extrusion, Zwei-Photonen-Lithographie, Arburg Kunststoff-Freiformen, Screw Extrusion Additiv Manufacturing (SEAM). Dabei sind die ersten Mittel hier Mittel zur Durchführung des betreffenden Grundverfahrens der zuvor aufgelisteten Grundverfahren.

Bezogen auf das Selektive Laser-Sintern (SLS) schlägt diese Schrift hier also eine Vorrichtung zum dreidimensionalen Drucken mittels selektiven Sintern und/oder Aufschmelzen vor. Die Vorrichtung zum dreidimensionalen Drucken mittels selektiven Sintern und/oder Aufschmelzen weist bevorzugt eine erste Gruppe von Teilvorrichtungen zur Durchführung eines selektiven Laser-Sinterprozesses und/oder eines selektiven Laser-Schmelzprozesses auf. Des Weiteren weist die Vorrichtung zum dreidimensionalen Drucken mittels selektiven Sintern und/oder Aufschmelzen bevorzugt eine zweite Gruppe von Teilvorrichtungen zur Durchführung eines Selective-Heat-Sintering-Prozesses oder eines eines Selective-Heat-Melting-Prozesses auf, wobei sie sich dadurch vom Stand der Technik unterscheidet, dass sie eine Teilvorrichtung, eine Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft), zum Einlegen von Funktionsfasen (ff) während eines Sinter- oder Aufschmelzprozesses umfasst.

Zu diesen Vorrichtungen, Materialien und Prozessen gehört eine Funktionsfaser (ff), die dadurch gekennzeichnet ist, dass sie zur Verwendung in einem der zuvor beschrieben Verfahren vorgesehen ist und/oder dass sie eine Funktionsfaser (ff) zur Verwendung in dem zuvor beschriebenen Composit- Material vorgesehen ist oder Bestandteil dieses Composit-Materials ist und/oder dass sie eine Funktionsfaser (ff) zur Verwendung in einer der vorbeschrieben Vorrichtungen ist.

Bevorzugt weist zur besseren Einbettung in die Schmelze des Aufschmelzbereiches (b) die Funktionsfaser (ff) eine Schlichte (SL) als Beschichtung auf. Die Schlichte (SL) der Funktionsfaser (ff) bildet bevorzugt während eines Einlegeprozesses der Funktionsfaser (ff) zu dem Material der Oberfläche (of) des Werkstücks (wst) zumindest in einigen Bereichen dieser Oberfläche (of) einen Meniskus (mi) mit einem Kontaktwinkel (c) aus, der kleiner als 90° ist. Die Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft) legt die Funktionsfaser(ff) dabei in ein Werkstück (wst) in einem Verfahren der additiven Fertigung ein. Aufgrund der Oberfläche der Funktionsfaser (ff), insbesondere aufgrund der Benetzungseigenschaften der Oberfläche der Funktionsfaser (ff), bildet bevorzugt die Schmelze des Materials einer Oberfläche (of) eines Werkstücks (wst) während eines Einlegeprozesses der Funktionsfaser (ff) in diese Oberfläche (of) des Werkstücks (wst) zu dem Material der Oberfläche der Funktionsfaser (ff) zumindest in einigen Bereichen dieser Oberfläche der Funktionsfaser (ff) einen Meniskus (mi) mit einem Kontaktwinkel (c) ausbildet, der kleiner als 90° ist. Die Grundidee der Erfindung ist es somit, im Gegensatz zu den Verfahren aus dem Stand der Technik die Deposition der Funktionsfaser (ff) von der Deposition und dem Sintern des Pulver-Materials komplett zu trennen. In einer Variante des Verfahrens ist das Verfahren ein sogenanntes selektives Thermo-Transfer-Sinter-Verfahren (TTS) (Englisch: Selective-Fleat-Sintering-Process (SHS)), bei dem die Vorrichtung ein noch nicht gesintertes Pulver lokal selektiv ganz oder teilweise aufschmilzt und die Funktionsfaser (ff) in die Pulverschmelze einlegt. Die Positioniervorrichtung bewegt die Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft) dabei mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit über die Pulveroberfläche, die hier die Oberfläche (of) des Werkstücks (wst) darstellt. Es erhitzt die Pulveroberfläche bis zum vollständigen oder teilweisen Aufschmelzen des Pulvers. Die Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft) fährt mit dem Einlegen der Funktionsfaser (ff) fort. Nach dem die Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft) die Funktionsfaser (ff) in die ganz oder teilweise aufgeschmolzene Schmelze des Aufschmelzbereiches (b) eingelegt hat und nachdem die Positioniervorrichtung die Funktionsfasereinlegevorrichtung (ff) weiterbewegt hat erstarren die nun nicht mehr ausreichend vom dem Fleizkörper (hk) der Funktonsfasereinlegevorrichtung (ft) aufgeheizten und aufgeschmolzenen Pulveroberflächenbereiche (Aufschmelzbereich (b)) wieder. Diese nun erstarrenden und zuvor aufgeheizten und aufgeschmolzenen Pulveroberflächenbereiche (Aufschmelzbereich (b)) fixieren bei dieser Erstarrung die schon eingelegten Funktionsfaserabschnitte der Funktionsfaser (ff).

Die vorschlagsgemäße Vorrichtung wendet das Verfahren bevorzugt pulverschichtweise an. Es können im Prinzip eine erste Prozessfolge und eine zweite Prozessfolge beim Zusammenwirken der grundlegenden Prozessschritte bei der Anwendung des Verfahrens beim selektiven Laser-Sintern erfolgen.

Die vorschlagsgemäße 3D-Druckvorrichtung kann somit sowohl die erste Prozessschrittfolge 1. nächste Pulverschicht (pw) auftragen,

2. Ausführen eines selektiven Laser-Sinterschritts oder eines anderen funktionsäquivalenten Sinterschritts,

3. Ausführen des lokalen Einlegens der Funktionsfasern (ff) für diese Pulverschicht (pw) als auch die zweite Prozessfolge

1. nächste Pulverschicht (pw) auftragen,

2. Ausführen des lokalen Einlegens der Funktionsfasern (ff) für diese Pulverschicht (pw) als Thermo-Transfer-Sinter-Schritt (Englisch: Selective-Fleat-Sintering-Step) für diese Pulverschicht,

3. Ausführen eines selektiven Laser-Sinterschritts oder eines anderen funktionsäquivalenten Sinterschritts ausführen. Wobei diese Schrift hier nicht ausdrücklich ausgesagt, dass die vorschlagsgemäße 3D- Druckanlage unbedingt die Fähigkeit besitzen muss, beide Prozessfolgen ausführen zu können.

Da das Einlegen der Funktionsfasern (ff) durch Aufschmelzen des Pulvers oder der Oberfläche (of) des Werkstücks (wst) erfolgt, kann das Verfahren im Sinne dieser Schrift auch im Falle des Aufschmelzens des noch nicht aufgeschmolzenen Pulvers (pw) eine Modifikation des Thermo- Transfer-Sinterns (TTS) (Englisch: Selective-Heat-Sinterings (SHS)) sein. Hinsichtlich der Ordnung der Begrifflichkeiten verweist diese Schrift hier auf die Norm, VDI 3405, Additive Fertigungsverfahren: Grundlagen, Begriffe, Verfahrensbeschreibungen, Berlin (2014).

Das Verfahren umfasst dann in seinem Kern die beiden Hauptschritte

1. nächste Pulverschicht (pw) auftragen;

2. Ausführen des lokalen Einlegens der Funktionsfasern (ff) für diese Pulverschicht (pw) als Thermo-Transfer-Sinter-Schritt (Selective-Heat-Sintering-Step) für diese Pulverschicht (pw);

Die vorschlagsgemäße Vorrichtung führt das Verfahren bevorzugt in einer temperierten und ggf. atmosphärenkontrollierten Prozesskammer (pk) durch. Es hat sich bei der experimentellen Validierung des erfindungsgemäßen Konzepts gezeigt, dass in einfachen Fällen eine Vortemperierung des Pulverbetts mit dem Pulver (pw) durch einen Wärmeverteiler (wv) ausreicht.

Eine Vorrichtung, beispielsweise ein Roboter, kann das Verfahren auch nach der bereits erfolgten Herstellung, insbesondere nach einer erfolgten additiven Fertigung des Werkstücks (wst), auf der Oberfläche (of) der Werkstücke (wst) angewenden. Dies hat den Vorteil, dass dann auch ein Einlegen von Funktionsfasern (ff) möglich ist, deren Lage nicht koplanar zu der Lage der ehemaligen Pulverschichten (pw) oder der Lage extrudierter Schichten innerhalb des hergestellten Werkstücks (wst) ist.

Ein Prozess zur Herstellung eines solchen Werkstücks (wst) hat dann grob die folgende Prozessschrittabfolge:

1. Herstellen des Werkstücks (wst) mittels eines additiven Fertigungsverfahrens, wobei es sich dabei auch um ein Verfahren, wie zuvor beschrieben, handeln kann, bei dem beispielsweise Funktionsfasereinlegevorrichtungen (ft) bereits Funktionsfasern (ff) längs der Ebenen der additiven Fertigungsschichten eingelegt haben können.

2. Lokales Aufschmelzen der Oberfläche (of) des Werkstücks (wst) und Einlegen einer oder mehrerer Funktionsfasern (ff) in den so aufgeschmolzenen Bereich - den Aufschmelzbereich (b)- . Dabei weicht der Richtungsvektor zumindest einer Funktionsfaser (ff) in zumindest einem Funktionsfaserteilabschnitt von den Ebenen der additiven Fertigungsschichten aus der Herstellung des Werkstücks vorzugsweise ab.

3. Anschließendes Erstarren des aufgeschmolzenen Bereiches der Werkstückoberfläche in einem Erstarrungsbereich (c) zu einem Verfestigungsbereich (d).

Das Aufträgen weiterer Werkstückschichten kann ein solches Verfahren ergänzen. In der Folge ist dann eine Ergänzung der Struktur durch zusätzliche Schichten selektiv deponierten Materials nach dem Drucken eines Kern-Skeletts beispielsweise mittels eines SLS-Verfahrens und nach dem Einbringen der Funktionsfasern (ff), möglich. Beispielsweise kann ein Extruder, der bevorzugt um 6 Freiheitsgrade orientier- und positionierbar an einem Mehrachsen-Roboter-Arm angebracht ist, solche weiteren Werkstückschichten auftragen.

Sofern die einzubringende Funktionsfaser (ff) eine gewisse Steifigkeit aufweist, kann die Funktionsfaser (ff) das Materials des Werkstücks (wst) oder der Pulverschicht als wärmeleitender Körper mit der Wärmeenergie des Heizkörpers (hk) aufschmelzen. Dies kann beispielsweise aber auch geschehen, indem die Funktionsfaser (ff) ein Lichtwellenleiter für einen zur Erhitzung des Pulvermaterials (pw) benutzten Laser-Strahl ist, der das Pulvermaterial bzw. das Werkstückmaterial am Ende der Funktionsfaser (ff) innerhalb des Pulvermaterials beim Einlegen aufschmilzt.

Um dies zu realisieren, kann beispielsweise die Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft) die Funktionsfaser (ff) als einen Wärmeleiter für die zur Erhitzung des Pulvermaterials (pw) notwendige Wärme aus einer Heizvorrichtung (hz2) nutzen. Die Funktionsfaser (ff) schmilzt dann das Pulvermaterial bzw. das Werkstückmaterial an der Oberfläche (of) des Werkstücks (wst) - hier des Pulvers (pw) - längs der Funktionsfaser (ff) innerhalb des Pulvermaterials während des Einlegens auf. Andere Mechanismen, wie beispielsweise die Energieeinbringung durch Ultraschall oder Funkenerzeugung sind denkbar. Die hier vorgelegte Erfindung beansprucht diese Verfahren und Vorrichtungen als funktionsäquivalente Verfahren und Vorrichtungen.

Der Kern der Verfahrens-Idee umfasst also die Schritte

1. Zeitweiliges Öffnen der Oberfläche (of) des Werkstücks (wst) und Schaffung einer Werkstücköffnung,

2. Einlegen der Funktionsfaser (ff) in die geschaffene Werkstücköffnung des Werkstücks (wst),

3. Schließen der Werkstücköffnung nach dem Einlegen der Funktionsfaser (ff).

Hierbei bedeutet Öffnen die Schaffung einer temporären Werkstücköffnung in der Oberfläche (of) des Werkstücks (wst). Eine Werkstücköffnung kann dabei beispielsweise mit geschmolzenem, erstem Material des Werkstücks (wst) gefüllt sein. Die hier vorgelegte Schrift versteht unter erstem Material im Falle des Selective-Laser-Sintering-Verfahrens als Grundverfahren die Substanz selbst, aus dem das Pulver der Schicht (pw) als Werkstück (wst) besteht. Wenn also im Folgenden von Material aus dem ersten Material die Rede ist, so ist damit gemeint, dass ein Material, beispielsweise ein Granulat, eben das zuerst genannte Material mit einer Formkennzeichnung- beispielsweise Granulat -, aus eben diesem ersten Material als Substanz ohne weitere Formcharakterisierung besteht. Eine Werkstücköffnung liegt im Sinne dieser Schrift also dann vor, wenn die Funktionsfaser (ff) in dem Bereich, die die Werkstücköffnung innerhalb des ersten Materials des Werkstücks (wst) erschließt, beweglich ist und die Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft) die Funktionsfaser (ff) innerhalb der Werkstücköffnung positionieren kann. Eine solche Werkstücköffung kann beispieweise eine Nut (nut) oder ein Graben oder eine Vertiefung oder ein Aufschmelzbereich (b) sein. Ein Fluid kann die Werkstücköffnung ausfüllen. Das Fluid kann beispielsweise ein Gas oder eine Schmelze oder ein Kleber sein.

Diese Schrift versteht unter dem Begriff Werkstück (wst) kontextbezogen, insbesondere bezogen auf das Selective-Laser-SinteringVerfahren, a) sowohl einen nicht gesinterteren Pulverschichtbereich bzw. einen noch nicht aufgeschmolzenen Pulverschichtbereich einerseits als auch b) andererseits eine Oberfläche (of) eines bereits gefertigten Werkstücks (wst) oder c) einen Bereich der Pulverschicht, der bereits gesintert oder geschmolzen und wieder verfestigt wurde, also ein Verfestigungsbereich (d) ist.

Ein mechanisches Öffnen und Schließen der Oberfläche (of) des Werkstücks (wst) ist möglich. In dem Fall erzeugt beispielsweise eine mechanische Vorrichtung, beipielsweise eine Fräse, einen Graben oder die besagte Nut in der neuen Oberfläche (of). Beispielsweise schließt eine zweite mechanische Vorrichtung diesn Graben bzw. diese Nut wieder. Die vorschlagsgemäße Vorrichtung verfügt also bevorzugt über mehrere mechanische Teilvorrichtungen. Das Rechner- und/oder Steuersystem der vorgeschlagenen Vorrichtung wählt bevorzugt mittels einer Positioniervorrichtung und einer Werkzeugwechselvorrichtung (wwv) unter den zur Verfügungstehenden mechanischen Vorrichtungen das für den nächsten Verfahrensschritt notwendige Werkzeug aus. Die mechanischen Werkzeuge vergraben somit die Funktionsfaser (ff) in dem Fall also quasi unter der neuen Oberfläche (ofn) des Werkstücks (wst) auf mechanischem Wege. Eine Kombination dieser mechanischen Schritte mit a) thermischen Verfahrensschritten, beispielsweise dem hier vorgestellten, selektivem Aufschmelzen, und/oder b) mit chemischen Schritten, wie der lokal selektiven Synthese von Schichten, und/oder c) mit physikalischen Methoden, wie beispielsweise dem lokal selektiven Lösen in Lösemitteln oder dem Ausfällen aus Lösungen und/oder d) mit adhesiven Methoden, wie beispielsweise Klebungen, und/oder e) Auftragsschweißen und/oder f) Auftragslöten oder dergleichen ist denkbar.««<

Wir beschreiben hier als Erstes nun im Folgenden das Basisverfahren für die Kombination mit dem selektiven Laser-Sintern (SLS). Die Kombination mit anderen Verfahren verläuft analog. Insofern ist diese Beschreibung beispielhaft. Das Basisverfahren ist ein Verfahren des Selective-Fleat-Melting (SFIM). Im Sinne dieser Schrift besteht die Möglichkeit, es als Teilmenge der Menge der selektiven Thermo-Transfer-Sinter- Verfahren (TTS) (englisch Selective-Fleat-Sintering-Process (SHS)) zu betrachten.

An dieser Stelle weisen wir auf das Buch Schmid, M. (2015b), Selektives Lasersintern (SLS) mit Kunststoffen: Technologie, Prozesse und Werkstoffe, Hanser, München hin, deren Kapitel 3 und insbesondere deren Bilder 3a bis 3d den dynamischen Temperaturverlauf während des Laser- Sinterns darstellen.

In einem ersten Schritt des Basisverfahrens erfolgt das Bereitstellen eines Wärmeverteilers (wv) mit einer planaren Oberfläche (of). Der Wärmeverteiler ist beispielsweise eine Stahl- oder Aluminiumplatte, die auf der Werkstückseite ausreichend glatt und planar ist. Die Aufgabe des Wärmeverteilers (wv) ist die Vortemperierung der Werkstückoberfläche, hier der Pulverschicht (pw), auf eine Temperatur unterhalb der Schmelztemperatur des ersten Materials der Pulverschicht (pw) bzw. des Werkstücks (wst). Dies hat den Vorteil, dass lokal nur eine Enbringung einer nur noch sehr geringen Menge an Energie notwendig ist, um das Pulver der Pulverschicht (pv) aufzuschmelzen. Die dem Werkstück zugewandte Seite des Wärmeverteilers (wv) (auch Bauplattform genannt) ist die Pulverseite des Wärmeverteilers (wv). Auf der der Pulverseite entgegengesetzten Seite des Wärmeverteilers (wv) sind bevorzugt Heizelemente, im Folgenden erste Heizvorrichtung (hzl) genannt, in Form von meanderförmigen Heizleitern montiert oder gefertigt. Ein Regler versorgt die erste Heizvorrichtung (hzl) mit elektrischer Energie in der Art, dass sich eine erste vorgebbare Prozesstemperatur (qi) einstellt. Der Wärmeverteiler (wv) ist bevorzugt mit einem Temperatursensor (ts) versehen. Eine Messvorrichtung kann aber auch der Spannungsabfall über den Heizleiter bei konstantem Heizstrom erfassen. Der Regler kann aufgrund der typischerweise entstehenden Temperaturabhängigkeit des elektrischen Widerstands des Heizleiters der ersten Heizvorrichtung (hzl) auf die Ist -Temperatur des Heizleiters und damit indirekt auf die des Wärmeverteilers (wv) nach geeigneter Kalibrierung rückschließen. Hierdurch kann der Regler den Regelkreis schließen. Für die Regelung der ersten Prozesstemperatur (qi) des Wärmeverteilers (wv) erfasst der Regler bevorzugt mittels eines oder mehrerer dieser Temperatursensoren als Messvorrichtung die aktuelle Temperatur (S _wv ) des Wärmeverteilers (wv). Bevorzugt regelt der Regler die elektrische Heizleistung für die erste Heizvorrichtung (Hzl) und damit die erste Prozesstemperatur (qi) entsprechend in Abhängigkeit von der erfassten Temperatur (S _wv ) des Wärmeverteilers (wv) nach. Bevorzugt handelt es sich bei dem Regler um einen PID-Regler oder dergleichen.

Alternativ kann beispielsweise ein Pyrometer die Oberflächentemperatur der Oberfläche (ofn) der Schicht (pw) bmessen. Mit Hilfe einer Infrarotheizung in der Prozesskammer (pk) und einer Regelung der ersten Prozesstemperatur (qi) kann dann der Regler den Temperaturgradienten in Richtung auf den Wärmeverteiler an der Oberfläche (ofn) einstellen, kontrollieren und regeln.

Bevorzugt bringt eine Rakel (rk) während des Vorschubs durch eine Rakelvorschubeinrichtung in einem Schritt 2 eine Schicht (pw) aus einem ersten Material auf die Oberfläche (of) auf. Diese Schicht aus erstem Material bildet bevorzugt eine neue Oberfläche (ofn) parallel zu der bisherigen Oberfläche (of) aus. Im Sinne dieser Offenlegung kann es sich bei dem ersten Material auch um ein Materialgemisch verschiedener Materialien handeln, die dann von diesem Begriff umfasst sind. Bevorzugt handelt es sich bei dem ersten Material um ein Granulat mit einer geeigneten Schmelztemperatur oder einen geeigneten Schmelztemperaturbereich oberhalb der ersten Prozesstemperatur (qi) und unterhalb einer zweiten Prozesstemperatur (O2). Im Falle eines ersten Materialgemisches als erstes Material müssen alle Teilmaterialien dieses ersten Materialgemisches eine jeweils geeignete Schmelztemperatur oberhalb der ersten Prozesstemperatur (qi) und unterhalb der zweiten Prozesstemperatur (O2) besitzen, um Prozesssicherheit zu gewährleisten. Sofern die Erstarrungstemperatur nicht gleich der Schmelztemperatur ist, sollte die Erstarrungstemperatur oberhalb der ersten Prozesstemperatur (qi) und unterhalb der zweiten Prozesstemperatur (O2) liegen, um Prozesssicherheit zu gewährleisten.

Wie oben bereits beschrieben, kann nun ggf. die vorschlagsgemäße 3D-Druckvorrichtung das Verfahren mit einem Verfahren zum selektiven Sintern kombinieren. Hierbei kann es sich, wie beschrieben, beispielsweise um das selektive Lasersintern (SLS), das selektives Thermo-Transfer- Sintern (TTS) (Englisch: Selective-Heat-Sintering)(SHS)), Selective-Seapration-Sintering (SSS), Selective-Inhibition-Sintering (SIS), Selective-Laser-Melting (SLM), Selective-Heat-Melting (SHM), Direct-Metal-Laser-Sintering (DMLS) handeln. Beispielsweise ist es bei Kombination mit einem Verfahren des selektiven Laser-Sinterns sinnvoll, zuerst das selektive Laser-Sintern durchzuführen. Es folgt dann in einem optionalen Schritt 2a das selektive Sintern des pulverförmigen Materials, das aus dem ersten Material der Pulverschicht (pw) besteht, mittels eines Verfahrens des selektiven Laser- Sinterns zu gesintertem Material, das auch aus dem ersten Material besteht. Wenn im Folgenden von dem aufzuschmelzenden Material die Rede ist, ist damit gemeint, dass ein neuer Aufschmelzprozess das bereits zuvor beispielsweise durch das selektive Laser-Sintern aufgeschmolzene und wieder erstarrte Material bevorzugt erneut lokal selektiv aufschmilzt. Ein solcher Aufschmelzprozess kann aber auch das noch pulverförmige Material aus erstem Material der Pulverschicht (pw) lokal selektiv erstmalig aufgeschmelzen.

Durch das Aufträgen der Pulverschicht (pw) entsteht eine neue Oberfläche (ofn), die die 3D- Druckvorrichtung nun bearbeiten kann.

In einem dritten Schritt 3 führt eine Positioniervorrichtung dann einen Heizkörper (hk) an die neue Oberfläche (ofn) heran. Hierbei bringt ein geeigneter Mechanismus, beispielsweise eine zwei oder mehrdimensionale Positioniervorrichtung den Heizkörper (hk) eine vorbestimmte xy-Position über der neuen Oberfläche (ofn) in einem ersten Abstand (f). Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, dass die Positioniervorrichtung den Heizkörper (hk) in die richtige xy-Position relativ zum Wärmeverteiler (wv) bringt, oder dass die Positioniervorrichtung den Heizkörper (hk) näher an die Oberfläche (ofn) der Schicht (pw) herangbringt, was einer Verringerung des ersten Abstands (f) entspricht. Das Heranbringen des Heizkörpers (hk) an die Oberfläche kann auch nur einmalig bei der Bearbeitung der neuen Oberfläche (ofn) erfolgen. In dem Fall ist es günstig, wenn der Heizkörper nur eine geringe Wärmekapazität aufweist und relativ klein ist und wenn der Heizkörper (hk) aus einem thermisch gut leitenden Material, beispielsweise Kupfer oder Diamant gefertigt ist. Eine Kühlvorrichtung kühlt bevorzugt den Heizkörper (hk) gleichzeitig. Auf diese Weise können die Heizvorrichtung (hz) und die Kühlvorrichtung den Heizkörper (hk) schnell mit einer hohen Temperaturanstiegs- und Temperaturabfallgeschwindigkeit aufheizen und kühlen, was die Erzeugung lokal strukturierter Aufschmelzbereiche (b) in dem ersten Material der neuen Oberfläche (ofn) erlaubt. Die wertmäßie Wahl der zweiten Prozesstemperatur (O2) des Heizkörpers (hk) erfolgt bevorzugt in Abhängigkeit von der xy-Position relativ zur neuen Oberfläche (ofn). Diese wertmäßie Wahl der zweiten Prozesstemperatur (O2) des Heizkörpers (hk) in Abhängigkeit von der xy-Position relativ zur neuen Oberfläche (ofn) ermöglicht dann beispielsweise eine lokal xy- koordinatenabhängige Modulation der Aufschmelzbreite und ggf. auch der Aufschmelztiefe des ersten Materials der neuen Oberfläche (ofn) am Ort des Aufschmelzens durch den Heizkörper (hk).

In einem vierten Schritt 4 erfolgt dann dementsprechend das Heizen des Heizkörpers (hk) auf die zweite Prozesstemperatur (O2), wobei dieses Heizen auch zeitlich vor oder zeitlich nach dem Heranführen des Heizkörpers (hk) an die Oberfläche (of) erfolgen kann.

Der Heizkörper (hk) kann aus mehreren Teilheizkörpern mit unterschiedlichen zweiten Prozesstemperaturen (ih _a , ih _b ) bestehen. Da die Positioniervorrichtung den Heizkörper (hk) typischerweise über die Oberfläche (ofn) des Werkstücks bzw. des Pulvermaterials des Pulverbetts mit einer ersten Geschwindigkeit (vl) bewegt, ergibt sich hieraus typischerweise ein Temperaturprofil, das ein Oberflächensegment der neuen Oberfläche (ofn) durchläuft, wenn sich der Heizkörper (hk) mit dieser ersten Geschwindigkeit (vl) darüber hinwegbewegt. Versuche haben gezeigt, dass dies zu besseren Ergebnissen führt. In diesem Zusammenhang verweist diese Schrift auf Figur 24, die das gerasterte Foto einer Testvorrichtung zeigt, mit der das Verfahren der Einbettung der Fasern erfolgreich erprobt wurde.

Durch das erfolgte Heranführen des Heizkörpers (hk) kann nun in einem fünften Schritt 5 ein Aufwärmen des ersten Materials der neuen Oberfläche (ofn) im Bereich des Heizkörpers (hk) in einem Aufwärmbereich (a, b) erfolgen.

Die Energieübertragung vom Heizkörper (hk) auf die neue Oberfläche (ofn) kann dabei bevorzugt erfolgen • durch die Absorption der durch den Heizkörper (hk) emittierten Infrarotstrahlung durch den betreffenden Teil der neuen Oberfläche (ofn), der sich nahe dem Heizkörper (hk) befindet, und/oder

• durch einen Wärmetransport mittels Konvektion vom Heizkörper (hk) zur neuen Oberfläche (ofn) und/oder

• durch einen lokal begrenzten, direkten mechanischen Kontakt zwischen Heizkörper (hk) und neuer Oberfläche (ofn) und/oder

• durch Wärmetransport mittels einer Wärmeleitvorrichtung, insbesondere einer Funktionsfaser (ff), vom Heizkörper (hk) zur neuen Oberfläche (ofn) hin und /oder

• durch Wärmetransport mittels einer Funktionsfaser (ff) als Spezialfall einer Wärmeleitvorrichtung vom Heizkörper (hk) zur neuen Oberfläche (ofn) hin.

Eine Kombination dieser Methoden ist ggf. möglich, soweit es technisch und wirtschaftlich sinnhaft ist.

In einem sechsten Schritt 6 hat dieser Wärmetransport das vollständige oder teilweise Aufschmelzen eines Teils des ersten Materials der Pulverschicht (pw) in dem zentralen Aufschmelzbereich (b) des Aufwärmbereichs (a, b) zur Folge. Dieser Wärmetransport wandelt den Aufwärmbereich (a, b) infolge des Aufwärmens zu aufgeschmolzenem Material in einen Aufschmelzbereich (b) um, der innerhalb des Aufwärmbereiches (a, b) liegt.

Auf diese Weise erzeugte bis hier her der Wärmetransport einen lokalen begrenzten Aufschmelzbereich (b). Eine Idee kann nun sein, dass die vorschlagsgemäße 3D-Druckvorrichtung auf diese Weise viele lokal begrenzte Aufschmelzbereiche(b) erzeugt, die dann ein quasi punktförmiges Mosaik auf der neuen Oberfläche (ofn) der Schicht (pw) ergeben.

Der siebte Schritt 7 umfasst daher bevorzugt das Beenden des Aufschmelzens.

• Ein abschließendes Wegführen des Heizkörpers (hk) von der neuen Oberfläche (ofn) und/oder

• eine Absenkung der Temperatur des Heizkörpers (hk) unter die zweite Prozesstemperatur

(q ₂ ) können beispielsweise das Beenden des Aufschmelzens hervorrufen. Durch das Beenden des Aufschmelzenz unterschreitet die Temperatur an der neuen Oberfläche (ofn) bevorzugt die Schmelztemperaturen aller Teilmaterialien des ersten Materials der Schicht (pw) und der neuen Oberfläche (ofn). Das Unterschreiten der Schmelztemperatur wandelt somit den jeweiligen Aufschmelzbereich (b) zu einem Erstarrungsbereich (c). Hierdurch kommt es in einem achten Schritt 8 zu einem Erstarren des aufgeschmolzenen Materials aus erstem Material zu erstarrten Material aus erstem Material im Erstarrungsbereich (c). Die komplette Erstarrung des Erstarrungsbereiches (c) wandelt diesen letztlich zu einem Verfestigungsbereich (d). Diese Umwandlung des Erstarrungsbereiches (c) in den Verfestigungsbereich (d) endet, wenn der Erstarrungsbereich (c) komplett erstarrt ist.

Die Positioniervorrichtung nimmt in einer Verfeinerung des Verfahrens im sechsten Schritt des Aufschmelzens als Schritt 6.1 eine translatorische Verschiebung des Heizkörpers (hk) während des Aufschmelzens eines Teils des ersten Materials der Schicht (pw) vor. Diese translatorische Verschiebung erfolgt, wie oben bereits beschrieben, bevorzugt mit einer ersten Geschwindigkeit (vl) parallel zu neuen Oberfläche (ofn). Durch diese translatorische Verschiebung verlässt typischerweise zumindest ein Teil des aufgeschmolzenen Materials den Aufwärmbereich (a) und gelangt in einen Erstarrungsbereich (c). Hierdurch kommt es zu Schritt 6.2, der das Erstarren dieses aufgeschmolzenen Materials zu erstarrten Material aus dem ersten Material der Schicht (pw) in diesem Erstarrungsbereich (c) umfasst. Daskoplette Erstarren des Erstarrungsbereiches (c), wandelt diesen letztlich zum Verfestigungsbereich (d).

Eine weitere Verfeinerung des Verfahrens wiederholt die zuvor durchgeführten Schritte geeignet, um die nachfolgende, nun neue Lage an erstem Material der neuen Pulverschicht (pw) zu strukturieren. Wiederholtes Aufträgen und Bearbeiten von Pulverschicht um Pulverschicht des ersten Materials bilden typischerweise eine geeignete Fortsetzung des Verfahrens. Wobei die Pulverschicht aus dem ersten Material besteht, das wiederum aus Teilmaterialien bestehen kann. Das Verfahren zur Herstellung einer nachfolgenden Schicht umfasst dann zusätzliche Schritte. Das Verfahren führt diese zusätzlichen Schritte bevorzugt zeitlich nach dem Beenden des Aufschmelzens (Schritt 7) durch. Als Schritt 9.0 erfolgt bevorzugt dann die Verwendung der neuen Oberfläche (ofn) als Oberfläche (of) des Wärmeverteilers (wv) für zeitlich nachfolgende Schritte. Als Schritt 9.1 erfolgt dann eine erneute Durchführung des Schritts 2 bzw. des Schritts 2a sofern zutreffend. Als Schritt 9.2 erfolgt dann ggf. eine erneute Durchführung des Schritts 3. Als Schritt 9.3 erfolgt dann die erneute Durchführung des Schritts 4. Als Schritt 9.4 erfolgt dann die erneute Durchführung des Schritts 5. Als Schritt 9.5 erfolgt dann die erneute Durchführung des Schritts 6. Als Schritt 9.5.1 erfolgt dann ggf. die erneute Durchführung des Schritts 6.1. Als Schritt 9.5.2 erfolgt dann ggf. die erneute Durchführung des Schritts 6.2. Als Schritt 9.6 erfolgt dann die erneute Durchführung des Schritts 7. Als Schritt 9.7 erfolgt dann die erneute Durchführung des Schritts 8. Als Schritt 9.8 erfolgt dann ggf. die erneute Durchführung der Schritte 9.0 bis 9.8.

Eine weitere Variante des Verfahrens umfasst den Schritt 9.5.1.1 des Zuführens einer Funktionsfaser (ff) während des Schritts 9.5.1 und den Schritt 9.5.1.2 des Einlegens der Funktionsfaser (ff) in das aufgeschmolzene Material im Aufschmelzbereich (b) während des Schritts 9.5.1. Dieses Zuführen erfolgt bevorzugt durch einen Kanal (kn) in dem Fleizkörper (hk). Auch auf anderem Wege können Mittel die Funktionsfaser (ff) dem Aufschmelzbereich (b) zuführen und diese in den Aufschmelzbereich (b) einlegen. Beispielsweise ist es denkbar, dass die Zuführung über eine separat vom Fleizkörper (hk) geführte Kanüle so erfolgt, dass hierüber eine Einlegung der Funktionsfaser an einem funktionsäquivalenten Einlegepunkt in die Schmelze im Aufschmelzbereich (b) erfolgt. Dies hat den Vorteil, dass diese separate Kanüle auf einer anderen Temperatur sein kann als der Fleizkörper (hk). Dies erhöht die Freiheiten bei der Prozessgestaltung und lässt eine weitere Steigerung der Qualität des Prozessergebnisses potenziell zu.

Eine weitere Variante umfasst dann als Schritt 9.5.1.3 den Vorschub der Funktionsfaser (ff) zeitlich parallel zu Schritt 9.5.1.1 mit einer zweiten Geschwindigkeit (v2). Damit es nicht zu Verspannungen der Funktionsfaser (ff) kommt, ist die zweite Geschwindigkeit (v2) bevorzugt im Wesentlichen gleich der ersten Geschwindigkeit (vl) während des Schritts 9.5.1.

Im Wesentlichen gleich bedeutet, dass leichte Geschwindigkeitsschwankungen durch Unzulänglichkeiten des mechanischen Aufbaus und der Geschwindigkeitsregelung, die Einbettung der Funktionsfaser (ff) in das erste Material des Werkstücks bzw. in die neue Oberfläche (ofn) nicht verhindern.

Bevorzugt bringt der Fleizkörper (hk) die Funktionsfaser (ff) auf eine dritte Prozesstemperatur (O ₃ ). Dieses Aufheizen kann ggf. auch ein separater Teilheizkörper durchführen. Die 3D-Druck-Vorrichtung kann die Funktionsfaser (ff) während des Einbettungsvorgangs als Wärmeleitvorrichtung nutzen, die den Aufschmelzvorgang selbst herbeiführt und dann in dem aufgeschmolzenen Material der Schicht (pw), also der Oberfläche (of) des Werkstücks (wst), versinkt. Beispielsweise ist es denkbar, dass die Funktionsfaser (ff) das erste Material der neuen Oberfläche (ofn) oder des Werkstücks (wst) mit der durch die Funktionsfaser (ff) transportierten Wärme aufschmilzt. In dem Fall kann die Funktioonsfasereinlegevorrichtung (ft) die Funktionsfaser (ff) senkrecht zur neuen Oberfläche (ofn) in das erste Material einbringen. Der Funktionsfaserabschnitt der Funktionsfaser (ff), den die Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft) in das erste Material auf diese Weise einbringen kann, ist in der Regel nur ein kurzer Funktionsfaserabschnitt der Funktionsfaser (ff).

Nach dem Einlegen der Funktionsfaser (ff) in das erste Material der Schicht (pw) durch Aufschmelzen und anschließendes Erstarren besteht noch eine mechanische Verbindung zwischen dem Werkstück (wst) (z.B. beim FDM-Druck) bzw. dem wieder erstarrten Erstarrungsbereich (c) im Pulver (pw) (z.B. beim SLS-Druck) einerseits und dem noch nicht eingelegten Teil der Funktionsfaser (ff) im Kanal (kn) andererseits . Diese mechanische Verbindung muss die Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft) durchtrennen. Flierzu nutzt die Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft) bevorzugt eine Abschneide- und Trennvorrichtung (av), die auf ein Signal des Rechner- oder Steuersystems der 3D-Druckvorrichtung die Funktionsfaser (ff) durchtrennt. Hierzu erfolgt bevorzugt ein Schritt 9.7.1 des Durchtrennens der Funktionsfaser (ff). Das Durchtrennen der Funktionsfaser (ff) erfolgt in der Form, dass ein in Schritt 9.5.1.2 in das aufgeschmolzene Material eingelegter Teil der Funktionsfaser (ff) nach Schritt 9.7 in dem nun erstarrten Material verbleibt. Dieses Durchtrennen erfolgt bevorzugt durch eine Abschneid- und Trennvorrichtung (av) oberhalb des Heizkörpers (hk). Eine andere Positionierung ist aber ausdrücklich möglich. Der Heizkörper (hk) sollte daher möglichst kurz sein, um den Totraum zwischen Abschneid- und Trennvorrichtung (av) einerseits und Einlegepunkt (ep) der Funktionsfaser (ff) in das erste Material der neuen Oberfläche (ofn) andererseits kurz zu halten. Versuche haben ergeben, dass eine Reibung zwischen dem Kanal (kn) im Heizkörper (hk), der dem Transport der Funktionsfaser (ff) im Kanal (kn) zum Einlegepunkt (ep) dient, einerseits und der Funktionsfaser (ff) andererseits auftritt. Neben dem Abschneide- und Trennmechanismus (av) befindet sich noch bevorzugt ein Transportmechanismus in Form einer Funktionsfaservorschubeinrichtung (ar, pr) oberhalb des Heizkörpers (hk), der die Funktionsfaser (ff) mit der besagten zweiten Geschwindigkeit (v2) in Richtung Einlegepunkt (ep) transportiert. Für die weitere Betrachtung ist zum ersten die erste Länge des Abstands des Zugriffspunkts dieses Transportmechanismus (der

Funktionsfaservorschubvorrichtung (ar, pr)) zum Einlegepunkt (ep) wichtig. Zum Zweiten ist die zweite Länge des bereits im Verfestigungsbereich (d) befindlichen Anteils der Funktionsfaser (ff) wichtig. Die Funktionsfaser erfährt in dem Kanl (kn) eine erste Reibungskraft. Das bereits aufgeschmolzene und erstarrte Pulver des Verfestigungsbereiches (d) hält die Funktionsfaser (ff) in dem Pulverbett mit einer dem entgegenwirkenden zweiten Kraft. Überschreitet das Verhältnis von erster Länge dividiert durch zweiter Länge einen kritischen Wert, so kann die zweite Kraft nach dem Verlassen der Funktionsfaservorschubeinrichtung (ar, pr) durch das Ende der Funktionsfaser (ff) ggf. nicht mehr ausreichen, um die erste Reibungskraft zu kompensieren. Der Heizkörper (hk) reißt dann den Verfestigungsbereich (d) mit der Funktionsfaser (ff) aus der Pulverschicht heraus. Bei dem besagten Durchtrennen handelt es sich bevorzugt um ein mechanisches Durchtrennen, beispielsweise durch ein mechanisches Schneiden oder mechanisches Brechen, oder Ultraschall oder Lasertrennen. Die besagte Abschneide und Trennvorrichtung (av) ist dafür bevorzugt oberhalb des Kanals (kn) angeordnet. Noch besser wäre eine Anordnung unterhalb des Kanals (kn), was aber in der Regel am Platz scheitert. In der Regel platziert die vorschlagsgemäße Vorrichtung die infrarot strahlende unterste Fläche des Fleizkörpers (hk) der Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft) möglichst nahe an der neuen Oberfläche (ofn) der Schicht (pw), also des Werkstücks (wst), um eine maximale Fleizleistung zu erzielen. Die Trenn- oder Abschneidevorrichtung (av) trennt die Funktionsfaser (ff) so durch, dass deren Ende nach dem Einlegen an der vorbestimmten Position zu liegen kommen kann. Bei der Bestimmung des Abschneidezeitpunkts durch einen Steuerrechner, einem Rechner- oder Steuersystem, kann daher der Steuerrechner die Faserlänge der Funktionsfaser (ff) zwischen Einlegepunkt (ep) und Abschneidepunkt in der Abschneid- und Trennvorrichtung (av) berücksichtigen. Die Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft) legt dann noch den bereits in dem Kanal (kn) befindliche Teil der Funktionsfaser (ff) in das aufgeschmolzene Material des Aufschmelzbereiches (b) aus erstem Material der Schicht (pw), also des Werkstücks (wst), ein. Damit befindet sich dann auch das Ende der Funktionsfaser (ff) in diesem aufgeschmolzenen Material des Aufschmelzbereiches (b). Nach dem Erstarren befindet sich das Ende der Funktionsfaser (ff) dann eingebettet im entsprechenden Verfestigungsbereich (d). Diese Einschränkung der Freiheitsgrade der Funktionsfaser (ff) in dem Verfestigungsbereich (d) schützt die Funktionsfaser (ff) vor dem Flerausreißen durch die Rakel (rk) während des Rakelvorschubs, wenn die Rakel (rk) die nächste Pulverschicht (pw) als neue Materialschicht des Werkstücks (wst) aufträgt.

Bevorzugt ganz am Schluss, wenn die vorschlagsgemäße Druckvorrichtung alle Schichten gefertigt hat, erfolgt beispielsweise beim SLS-Drucken ein Schritt 10 des Entfernens des ersten Materials, das kein erstarrtes Material ist. Die Druckvorrichtung führt diesen Schritt 10 bevorzugt nach einem Schritt 8 und/oder nach einem Schritt 9.7 und/oder nach einem Schritt 9.7.1 aus. Da es sich bei dem Material für das SLS-Drucken bevorzugt um staubförmiges oder gekörntes erstes Material handelt, rieselt dieses typischerweise von selbst oder mit mechanischer oder fluidischer Unterstützung aus dem erstellten Werkstück, wenn das Werkstück ausreichend und geeignete Rieselkanäle vorsieht und aufweist.

Bevorzugt bringt ein elektrischer Heizstrom den Wärmeverteiler (wv) auf eine

Wärmeverteilertemperatur (S _wv ), die typischerweise der ersten Prozesstemperatur (qi) entspricht. In der Regel besteht eine kleine Temperaturdifferenz zwischen der Wärmeverteilertemperatur (S _wv ) und der ersten Prozesstemperatur (qi), die aber typischerweise bekannt und kompensierbar sein dürfte.

Eine vorschlagsgemäße Vorrichtung setzt das hier vorgestellte Verfahren, wie beschrieben, bevorzugt zusammen mit Verfahren des selektiven Laser-Sinterns (SLS) oder des FDM-Druckens ein. Der Begriff selektives Laser Sintern (SLS) umfasst in Sinne dieser Schrift auch das selektive Laser Melting (SLM). Bevorzugt verwendet eine vorschlagsgemäße Vorrichtung also zumindest zeitweise ein Verfahren, wie zuvor beschrieben, zusammen mit zumindest einem weiteren, davon abweichenden Verfahren zur Herstellung dreidimensionaler Körper, insbesondere zur additiven Fertigung, , um zumindest Teile des Werkstücks in Form des dreidimensionalen Körpers herzustellen.

Auch ist ein strukturiertes, selelektives Thermo-Transfer-Sinter-Verfahren (Englisch Selective Heat- Sintering Process) oder selektives Heat-Melting (SHM) mit mehreren Heizkörpern möglich. Die Heizkörper fungieren quasi als Druckköpfe. Ein solches erweitertes Verfahren operiert dann mit einer Mehrzahl von Heizkörpern (hkl bis hkn). Bevorzugt führt eine vorschlagsgemäße Vorrichtung zumindest zeitweise zeitlich parallel oder zeitlich nacheinander zum Ersten mit Hilfe mindestens eines ersten Heizkörpers (hkl) der Mehrzahl von Heizkörpern (hkl bis hkn) ein Verfahren, wie zuvor beschrieben, durch. Zum Zweiten ührt eine vorschlagsgemäße Vorrichtung mit Hilfe mindestens eines zweiten Heizkörpers (hk2) der Mehrzahl von Heizkörpern (hkl bis hkn), der vom ersten Heizkörper (hkl) verschieden ist, ebenfalls ein Verfahren, wie zuvor beschrieben, durch. Dabei kann das erste Verfahren, dass der erste Heizkörper (hkl) ausführt, sich von dem zweiten Verfahren, das der zweite Heizkörper (hk2) ausführt, verschieden sein. Beispielsweise kann der erste Heizkörper (hkl) eine erste Funktionsfaser (ff) mit einem ersten Funktionsfasertyp, beispielsweise eine Glasfaser, einlegen, während der zweite Heizkörper (hk2) eine zweite Funktionsfaser mit einem zweiten Funktionsfasertyp, beispielsweise eine Kohlenstofffaser, einlegt. Das erste Verfahren, dass der erste Heizkörper (hkl) ausführt, kann gleich dem zweiten Verfahren, das der zweite Heizkörper (hk2) ausführt, sein.

Bevorzugt isoliert eine thermische Isolation zumindest den ersten Heizkörper (hll) und den zweiten Heizkörper (hk2) gegeneinander. Bevorzugt isolieren thermische Isolationen alle Heizkörper (hkl bis hkn) gegeneinander thermisch.

Hierdurch kann das Rechner- und Steuersystem des 3D-Druckers die Heizkörper unabhängig voeinander steuern. Bevorzugt weisen sie hierzu jeweils einen eigenen Regler auf. Die hier vorgestellten Verfahren können potenziell als Funktionsfaser (ff) verschiedene Teilvorrichtungen und Materialien verwenden. Beispielsweise kann eine

Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft) einen Lichtleiter oder elektromagnetischen Wellenleiter als Funktionsfaser (ff) in das aufgeschmolzene Material aus erstem Material der Schicht (pw) einbetten. Die spätere Anwendung des Lichtleiters und/oder elektromagnetischen Wellenleiters innerhalb des Werkstücks (wst) kann z.B. die optische und/oder elektromagnetische Übertragungs von Daten und/oder die Nutzung als Sensorelement und/oder die Nutzung als sonstiges optisches und/oder elektromagnetisches Funktionselement umfassen. Des Weiteren ist das Einlegen von Funktionsfasern (ff) denkbar, um Faserverbundwerkstoffe beim additiven Fertigen oder bei den Schritten zwischen dem Druck verschiedener Druck-Lagen zu erzeugen. Beispielsweise kann es sinnvoll sein, eine Kohlenstofffaser als Funktionsfaser (ff) oder als Bestandteil einer Funktionsfaser (ff) zu verwenden. Ebenso ist die Verwendung von Drähten als Funktionsfasern (ff) der als Bestandteil einer Funktionsfaser (ff) möglich. Diese können beispielsweise Metall oder Eisen oder Edelstahl oder Kupfer oder Messing oder Silber oder Gold oder Platin etc. und Legierungen umfassen.

Auch ist es denkbar, dass die Funktionsfasern (ff) eine insbesondere mikro- oder nanoskopische Oberflächenstruktur, wie beispielsweise Widerhaken etc. aufweisen, die die Verankerung im später erstarrten Material verbessern. Natürlich kann die Funktionsfaser (ff) auch einen Kunststoffdraht oder eine Kunststofflitze oder der Gleichen umfassen. Bevorzugt weist eine Funktionsfaser (ff) eine Schmelz- oder Zersetzungstemperatur auf, die höher als die zweite Prozesstemperatur (O ₂ ) ist um das Einlegen der Funktionsfaser (ff) in das Material des Werkstücks zu ermöglichen. Umfasst die Funktionsfaser (ff) verschiedene Teilvorrichtungen, so weist bevorzugt der Funktionsfaserteil der Funktionsfaser (ff) mit der niedrigsten Schmelz- oder Zersetzungstemperatur eine Schmelz- oder Zersetzungstemperatur auf, die höher als die zweite Prozesstemperatur (O ₂ ) ist. Natürlich ist es auch denkbar, dass mit voller Absicht sich Teile der Funktionsfaser durch die Temperaturbehandlung vor dem Einlegen verändern. Dann gilt diese Bedingung für die Funktionsfaserteile, die die Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft) einlegen soll, in analoger Weise. Natürlich kann eine Litze als Funktionsfaser (ff) oder Bestandteil einer Funktionsfaser (ff) Drähte gleicher oder unterschiedlicher Materialien und Drahtoberflächenstruktur umfassen. Eine Ummantelung, insbesondere eine Schlichte zur Veränderung der Benetzungeigenschaften der Litzenoberfläche, kann die Litze zusätzlich ummanteln. Auch kann die Funktionsfaser (ff) einen Formgedächtnisdraht, insbesondere einen Nition-Draht, umfassen. Der Begriff Draht im Sinne einer möglichen Funktionsfaser (ff) soll im Sinne dieser Schrift auch kompliziertere elektrische drahtförmige Vorrichtungen wie beispielsweise Koaxialkabel umfassen. Ebenso die Funktionsfaser (ff) auch eine Naturfaser, beispielsweise eine Seiden- oder Baumwollfaser, oder eine Mineralfaser, beispielsweise eine Asbestfaser, umfassen. Weitere Verfahren und/oder Vorrichtungen können diese Funktionsfasern (ff) mit den zuvor beschriebenen Ausführungen der Funktionsfasern (ff) zu komplexeren Funktionsfasern (ff) kombinieren. Auch kann die Funktionsfaser (ff) eine bevorzugt lineare fluidische Vorrichtung umfassen. Eine solche lineare fluidische Vorrichtung ist im Sinne dieser Schrift beispielsweise ein Schlauch und/oder eine Röhre als Spezialfall eines Schlauches und/oder eine Mehrfachröhre mit mehreren Teilröhren, die auch fluidische Funktionselemente wie Mischer, Wärmetaucher etc. umfassen können. Der Begriff Röhre umfasst im Sinne dieser Schrift auch Schläuche, die wegen ihrer Flexibilität für den Einlegeprozess besonders geeignet sind.

Auch kann die Funktionsfaser (ff) eine flexible elektronische Schaltung umfassen. Bei einer solchen flexiblken Schaltung kann es sich beispielsweise um einen flexiblen Schaltungsträger mit sehr kleinen Bauteilen (Stichwort "electronic dust") handeln. So ist es beispielsweise denkbar, dass sich ein elektrisches Bauteil, beispielsweise ein temperaturabhängiger Widerstand, der beispielsweise einen ersten Anschluss und einen zweiten Anschluss aufweist, in einem Schlauch befindet. Beispielsweise kann eine erste Schweiß- oder Lötverbindung den ersten Anschluss des temperaturabhängigen Widerstands dann mit einem ersten Drahtstück elektrisch und mechanisch verbinden. Beispielsweise kann eine zweite Schweiß- oder Lötverbindung den zweiten Anschluss des temperaturabhängigen elektrischen Widerstands dann mit einem zweiten Drahtstück elektrisch und mechanisch verbinden. Die Verwendung anderer Bauteile als die eines elektrischen Widerstands, beispielsweise die Verwendung von Transistoren, Dioden, Leuchtdioden, Fotodioden, Mikroschaltern, Sensoren, mikrointegierten Schaltungen etc. ist natürlich denkbar. Ein Konstrukteur wird die Anzahl der ggf. verwendeten Drähte bzw. Leiterbahnen auf der Funktionsfaser (ff) an den jeweiligen Verwendungszweck und die Konstruktion eines solchen flexiblen Schlatkreises anpassen. Ggf. nutzt die Funktionsfaser (ff) statt der Drähte Litzen oder ähnlich funktionsäquivalente elektrische Verbindungen. Diese Kombination aus erstem Drahtstück und zweitem Drahtstück und elektrischem Bauteil ist dann bevorzugt in dem besagten Schlauch eingebracht und montiert, der hier als beispielhafter Schaltungsträger dienen soll. Der Schlauch mit den elektrischen Funktionselementen in seinem Innern ist dann eine beispielhafte Funktionsfaser (ff), die eine entsprechend dimensionierte Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft) auf die beschriebene Weise in das Werkstück (wst) einbringen kann. Somit kann die Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft) in diesem Beispiel das Werkstück (wst) mit einem Temperatursensor in Innern des Werkstücks (wst) versehen. Insbesondere kann eine solche elektronische Schaltung, die als Teil einer Funktionsfaser (ff) dazu bestimmt ist, dass eine Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft) sie in ein Werkstück (wst) einbettet, eine Antenne zum Empfang elektrischer Energie und zum Austausch von Daten mit ihrer Umgebung für ihren Betrieb umfassen. Die in das erste Material der Schicht (pw) eingelegte Funktionsfaser (ff) kann also beispielsweise eine RFID Funktionalität zur individuellen Markierung des Werkstücks umfassen. Es ist denkbar, Fertigungsdaten und andere Daten in diesem RFID-System, dass dann in dem späteren Werkstück abgelegt ist, zu deponieren und dann bei der späteren Nutzung auszulesen. Solche Daten können z.B. Seriennummern, Maschinenparameter, Chargennummern von Materialien etc. sein.

Auch kann eine solche mittels der hier vorgestellten Methodik eingelegten Antenne ein solches RFID- System im späteren Betrieb mit elektrischer Energie versorgen. In Kombination mit einem Lesegerät kann das RFID-System beispielsweise mittels ggf. vorhandenen Sensoren des RFID-Systems physikalische Werte der Umgebung des RFID-Systems innerhalb des Werkstücks in der konkreten Nutzungssituation erfassen und/oder abspeichern und/oder bereithalten und/oder an das Lesesystem drahtlos übermitteln. Die Herausforderung beim Einlegen solcher Schaltungssysteme ist dabei, dass die Schaltung durch den Kanal (kn) passen muss und das ihre Bauhöhe kleiner als die Dicke des Aufschmelzbereiches (b) der Schicht (pw) sein muss. Auch muss der erlaubte Biegeradius klein sein, um eine Einlegen durch eine Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft) zu ermöglichen. Es sollte sich daher bevorzugt um ein Mikrosystem handeln.

Der minimale Biegeradius innerhalb der Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft) beeinflusst somit die Konstruktion eines solchen Mikrosystems bzw. eines solchen Schaltungsträgers. Ist dieser minimale Biegeradius innerhalb der Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft) zu klein, so Beschädigt das Unterschreiten des minimalen Biegeradius beim Einlegen des Mikrosystems in das Werkstück (wst) das Mikrosystem bzw. den Schaltungsträger. Der Entwurf des 3D-Druckverfahrens und der entsprechenden Vorrichtung soll diesen minimalen Biegeradius darüber hinaus auch ganz allgemein bei der Einbettung auch der anderen Funktionsfasern (ff) in das Material des Pulverbetts bzw. des Werkstücks (wst) berücksichtigen. In diesem Zusammenhang weisen wir bereits hier auf Figur 20 und eine Methode zur Vergrößerung des maximalen Biegeradius hin.

Auch kanndie Funktionsfaser (ff) eine Litze aus gleichen Funktionsfasern (ff) oder unterschiedlichen Funktionsfasern (ff) umfassen. Auch kann die Funktionsfaser (ff) ein Gewebe aus gleichen Funktionsfasern (ff) oder unterschiedlichenFunktionsfasern (FF) umfassen. Beispielsweise kann die Funktionsfaser (ff) den besagten Schlauch mit einer elektrischen Schaltung beispielsweise in Form einer gewebten Röhre aus Glasfasern umfasssen. Auch ist die Einlegung eines eng- oder weitmaschigen Gewebes als Funktionsfaser (ff) möglich und denkbar, wenn dieses Gewebe durch den Kanal (kn) der Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft) passt. Die Funktionsfaser (ff) kann auch ein Sensorelement, insbesondere einen Dehnungsmesstreifen oder einem elektomagnetischen Wellenleiter oder einen Lichtwellenleiter mit einem optisch aktiven Abschnitt umfassen. Im Falle des Lichtwellenleiters kann dieser beispielsweise einen oder mehrere Quantenpunkte aufweisen. Im Falle von Quantenpunkten und/oder fluoreszierenden paramagnetischen Zentren in dem Lichtwellenleiter und/oder elektromagnetischen Wellenleiter kann der Lichtwellenleiter bzw. elektomagnetische Wellenleiter auch Kristalle, bevorzugt Mikro- oder Nanokristalle mit solchen Quantenpunkten und/oder paramagnetischen Zentren aufweisen. Besonders günstig ist es, wenn er ein oder mehrere Diamanten in Form von Kristalle aufweist und wenn diese insbesondere ein oder mehrere NV- Zentren aufweisen. Dies ermöglicht extrem hochempfindliche Magnetfeld- und Beschleunigungsmessungen. Auch können ein solcher Lichtwellenleiter bzw. eine solche elektromagnetische Wellenleitung, die als Funktionselement dienen sollen, weitere optische Funktionselemente umfassen. Ein solches, weiteres optisches Funktionselement kann beispielsweise ein dotierter Abschnitt in dem Lichtwellenleiter und/oder eine digitaloptische Teilvorrichtung, insbesondere ein photonischer Kristall oder ein anderer elektromagnetischer Filter sein. Beispielsweise kann ein solcher Abschnitt Erbium z.B. zur Lichtverstärkung oder für die Erzeugung nichtlinear-optischer Effekte etc. dotiert sein.

Besonders günstig ist es, wenn eine Funktionsfaser (ff) einen Aktor, insbesondere einen Heizdraht oder ein Kühlelement oder einen Draht mit einem Memory-Effekt (Formgedächtnisdraht) oder einen ferromagnetischen Draht umfasst. Diese können innerhalb des Werkstücks im späteren Betrieb ggf. gezielt thermische, chemische, optische, mechanische, magnetische und elektrostatische Wirkungen durch solche Aktoren hervorrufen.

Zum Hervorrufen einer thermischen Wirkung ist es beispielsweise sinnvoll, wenn die 3D- Druckvorrichtung einen Widerstandsdraht als elektrische Funktionsfaser (ff) in das Werkstück (wst) einbettet.

Zum Hervorrufen einer optischen Wirkung ist es beispielsweise sinnvoll, wenn die 3D- Druckvorrichtung einen Lichtwellenleiter oder eine elektromagnetische Wellenleitung oder eine elektrische Schaltung mit einem Leuchtmittel, insbesondere eine LED oder einen Laser, als Funktionsfaser (ff) mit einem optischen Funktionselement in das Werkstück einbettet. Es ist auch denkbar, dass dass die 3D-Vorrichtung mittels der Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft) ein ausreichend kleines, optisches Funktionselement, beispielsweise eine spiegelnde Funktionsfaser (ff) oder eine Funktionsfaser (ff) vorbestimmter Farbe als optisches Funktionselement und somit als optische Funktionsfaser (ff) in das Werkstück (wst) einbettet.

Zum Flervorrufen einer elektrostatischen Wirkung ist es beispielsweise sinnvoll, dass die 3D- Druckvorrichtung mittels der Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft) eine elektrisch leitende Funktionsfaser (ff) beispielsweise einen Metalldraht oder eine Metalllitze als elektrostatisches Funktionselement in Form einer elektrostatischen Funktionsfaser (ff) einbettet. Eine Funktion einer solchen elektrostatischen Funktionsfaser (ff) kann dann beispielsweise die einer elektrostatischen Elektrode sein.

Zum Flervorrufen einer magnetischen Wirkung kann es beispielsweise sinnvoll sein, wenn die 3D- Druckvorrichtung mittels der Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft) eine ferromagnetische Funktionsfaser (ff) beispielsweise einen ferromagnetischen Draht oder eine ferromagnetische Litze als magnetisches Funktionselement in Form einer magnetischen Funktionsfaser (ff) in das Werkstück einbettet. Das Werkstück kann dann diese magnetische Funktionsfaser (ff) als Kraftquelle für magnetische Kräfte verwenden. Insbesondere kann die Funktionsfaser (ff) eine Funktionsfaser (ff) mit einer permanentmagnetischen Eigenschaft umfassen. Auch kann die Funktionsfaser (ff) ein hartmagnetisches Material umfassen. Das betreffende Material der Funktionsfaser (ff) kann auch erst bei einer späteren Magnetisierung solche hartmagnetischen Eigenschaften annehmen oder dazu vorgesehen sein, solche hartmagnetischen Eigenschaften anzunehmen. Auch ist es denkbar, dass die Funktionsfaser (ff) einen Wiegand-Draht oder einen Nitiol-Draht oder einen Formgedächtnisdraht umfasst. Bei der Verwendung eines Formgedächtnisdrahtes als Funktionsfaser (ff) ist es vorteilhaft, wenn die 3D-Druckvorrichtung das Werkstück (wst) ansonsten zumindest teilweise mittels des additiven Druckverfahrens aus mechanisch elastischem Materials fertigt. Es ist vorteilhaft, wenn die 3D-Druckvorrichtung während des Druckvorgangs den Formgedächtnisdraht als Funktionsfaser (ff) in das Werkstück einbringt. Insbesondere ist es denkbar, dass die 3D-Druckvorrichtung den Formgedächtnisdraht als Funktionsfaser (ff) mittels des hier vorgestellten Verfahrens oder eines anderen Verfahrens zum Einbringen von Funktionsfasern (ff) in ein Werkstück (wst) während der additiven Fertigung einbringt. Nach Abschluss des additiven Fertigungsverfahrens und bevorzugt nach Abschluss der Herstellung des Werkstücks kann ein Aktivierungssignal im bestimmungsgemäßen Einsatz am bestimmungsgemäßen Einsatzort den Formgedächtnisdraht aktivieren. Ein solches Aktivierungssignal kann beispielsweise eine geeignete Temperaturerhöhung eines solchen Formgedächtnisdrahtes sein. Je nach Art des Formgedächtnisdrahtes nimmt der Formgedächtnisdraht dann wieder seine vorbestimmte mechanische Form ein. Der Formgedächtnisdraht deformiert als eingelegte Funktionsfaser (ff) hierdurch das Material des Werkstücks (ff) und damit das Werkstück (wst) selbst. Flierdurch nimmt das Werkstück (wst) seine bestimmungsgemäße Endform ein. Dieses Verfahren ist insbesondere für medizinische Impantate interessant, die beispielsweise minimalinvasive Chirurgie an vorbestimmte Plätze im Körper verbringen kann. Es ist also vorteilhaft, wenn eine 3D-Druckvorrichtung mittels einer hier vorgestellten Methodik medizinische Implantate, die sich erst im Körper entfalten, herstellt.

Sowohl magnetische als auch elektrostatische Funktionsfasern (ff) können somit ggf. auch mechanische Wirkungen hervorrufen. Gleiches gilt, wenn elektrischer Strom elektrisch leitfähige Funktionsfasern (ff) durchströmt und ggf. ein magnetisches Feld erzeugt.

Eine geeignete Funktionsfaser (ff) kann beispielsweise chemische Wirkungen erzeugen. Verschiedene Startsignale insbesondere des Rechner- und/oder Steuersystems können chemische Wirkungen initiieren. Beispielsweise können Teile der Funktionsfaser (ff) und/oder die Funktionsfaser (ff) als Ganzes beispielsweise Kontakt mit einer das Werkstück (wst) benetzenden Flüssigkeit, z.B. einen Elektrolyten, haben. Eine solche chemische Wirkung kann auch während des Einlegens der Funktionsfaser (ff) in die Schmelze des Aufschmelzbereiches (b) auftreten oder initiiert werden. Ist die Funktionsfaser (ff) elektrisch leitend, so kann das Anlegen einer Spannung zwischen einer solchen Funktionsfaser (ff) und einem Elektrolyten, der das Werkstück (wst) umspült oder sonst wie in elektrischen Kontakt zur Funktionsfaser (ff) ist, eine elektrochemische Reaktion provozieren. Wenn diese Schrift hier ein Einbetten beansprucht, so ist damit ausdrücklich ein nicht vollständiges Einbetten mitumfasst, das beispielsweise einen direkten elektrischen Kontakt zwischen Funktionsfaser (ff) und Elektrolyt ermöglicht.

Natürlich können die vorangestellten Funktionsfasertypen der Funktionsfasern (ff) auch nur lokal begrenzt in bestimmten Funktionsfaserabschnitten der Funktionsfasern (ff) ausgeprägt sein, ohne dass sich ggf. die Beanspruchung dadurch ändert.

Eine solche Vorrichtung zur Herstellung eines dreidimensionalen Körpers, insbesondere zum additiven Fertigen, umfasst bevorzugt einen Heizkörper (hk), einen Wärmeverteiler (wv), einen Kanal (kn) und eine Funktionsfaservorschubeinrichtung für die Funktionsfaser (ff). Der Wärmeverteiler (wv) ist bevorzugt dazu vorgesehen und geeignet, dass eine Rakelvorschubeinrichtung mittels der Rakel (rk) bevorzugt eine Schicht (pw) aus einem Material auf den Wärmeverteiler (wv) aufbringt. Der Heizkörper (hk) ist bevorzugt dazu vorgesehen und geeignet, lokal selektiv das Material der Schicht (pw) und/oder bei Kombination mit einem selektiven Sinterverfahren, insbesondere einem selektiven Laser-Sinterverfahren, das bereits gesinterte Material der Schicht (pw) direkt oder indirekt zu einem Aufschmelzbereich (b) aufzuschmelzen. Der Heizkörper (hk) weist bevorzugt einen Kanal (kn) auf. Die Funktionsfaservorschubeinrichtung ist bevorzugt dazu geeignet und vorgesehen, eine Funktionsfaser (ff) durch den Kanal (kn) in den Aufschmelzbereich (a, b) einzubringen. Beispielsweise kann die Funktionsfaservorschubvorrichtung innerhalb der Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft) zwei Räder (ar, pr) umfassen, die die Funktionsfaser (ff) mit einem mechanischen Vorschub in Richtung Werkstück (wst) versehen.

Als Ergebnis dieser Verfahren, die ggf. auf der zuvor beschriebenen Vorrichtung durchgeführt wurden, erhält man ein entsprechendes Werkstück (wst).

Diese Schrift legt somit auch eine Vorrichtung zum additiven Fertigen mittels selektiven Sinterns und/oder Aufschmelzens offen, die eine erste Gruppe von Teilvorrichtungen zur Durchführung eines selektiven Laser-Sinterprozesses umfasst. Hierbei handelt es sich u.a. typischerweise um den Laser und dessen Elektronik und Energieversorgung, die LASER-Optik und die zugehörige dynamische Strahlführung. Des Weiteren umfasst die Vorrichtung eine zweiten Gruppe von Teilvorrichtungen zur Durchführung eines selektiven Thermo-Transfer-Sinter-Prozesses (TTS) (Englisch: Selective-Heat- Sintering-Process). Hierbei sintert ein Heizkörper (kh), wie die vorhergehenden Abschnitte ihn bereits beschrieben haben, in einem Pulverbett eine Pulverschicht (pw) selektiv und kurzzeitig lokal oberflächlich begrenzt und/oder schmiltzt diese Pulverschicht (pw) auf. Im Gegensatz zum Stand der Technik weist die Vorrichtung eine Teilvorrichtung zum Einlegen von Funktionsfasen (ff) während dieses Sinter- oder Aufschmelzprozesses versehen. Der Text dieser Schrift bezeichnet diese Teilvorrichtung mit dem Begriff Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft).

In dem hier vorgestellten Beispiel umfasst die zweiten Gruppe von Teilvorrichtungen zur Durchführung eines selektiven Thermo-Transfer-Sinter-Prozesses (TTS) (Englisch: Selective-Heat- Sintering-Process) auch einen Teil der Teilvorrichtung zum Einlegen von Funktionsfasen (ff), nämlich den Heizkörper (hk), der nun zusätzlich mit einem Kanal (kn) für die Funktionsfaser (ff) versehen ist. Über die Vorrichtungen, die zum selektiven Thermo-Transfer-Sintern (TTS) (Englisch: Selective Heat Sintering) bekannt sind, hinaus verfügt die Teilvorrichtung zum Einlegen von Funktionsfasen (ff) auch über eine Funktionsfaservorschubeinrichtung. Diese Funktionsfaservorschubeinrichtung umfasst, wie die vorausgehenden Abschnitte oben beschreiben, u.a. beispielsweise das Befestigungsmittel (B), die Antriebsrolle (ar), die Andruckrolle (pr) für den Vorschub der Funktionsfaser (ff), die Druckfeder (df), der typischerweise L-förmige und um eine Achse (AC) drehbare Balken (bk), die obere Funktionsfadenführung (off), die Andruckrolle (pr) für den Vorschub der Funktionsfaser (ff), die untere Funktionsfadenführung (uff) und der Kanal (kn), der eine Entsprechung im Balken (bk) hat. Typischerweise weist diese Vorrichtung eine temperierte Prozesskammer (pk) auf.

In der Prozesskammer (pk) befinden sich bevorzugt Infrarotstrahler, die die Oberfläche (ofn) des Pulvers (pw) bzw. des Werkstücks zusätzlich aufheizen, sodass die Temperatur des Wärmeverteilers (wv) ein wenig niedriger liegt als die Temperatur der Oberfläche (ofn) der Pulverschicht (pw). Zumindest zu wesentlichen Teilen befindet sich in dieser Prozesskammer (pk) eine Positioniervorrichtung für diese Teilvorrichtung zum Einlegen von Funktionsfasen (ff). Dabei umfasst die besagte Teilvorrichtung zum Einlegen von Funktionsfasern (ff) bevorzugt eine Funktionsfaservorschubeinrichtung (ar, pr). Ein Regler kann beispielsweise die Prozesskammer (pk) bevorzugt auf eine Prozesskammertemperatur (O ) temperieren, die bevorzugt unter dem Schmelzpunkt des Materials des Werkstücks (wst) bzw. der Schicht (pv) liegt. Die Funktionsfaservorschubeinrichtung (ar, pr) führt wie oben bereits beschrieben, den Vorschub der Funktionsfaser (ff) beim Einlegen der Funktionsfaser (ff) aus. Demgegenüber positioniert die Positioniervorrichtung die Teilvorrichtung zum Einlegen von Funktionsfasern (ff) innerhalb der Prozesskammer (pk). Das Problem ist nun, dass die Prozesskammertemperatur (O ) in der Regel so hoch liegt, dass ein Betrieb kostengünstig verfügbarer Motoren für den Antrieb der Funktionsfaservorschubeinrichtung (ar, pr) und der Positioniervorrichtung nicht in der Prozesskammer bei der Prozesskammertemperatur (O ) möglich ist. Daher sind bevorzugt die Motoren der Positioniervorrichtung und die Motoren der Funktionsfaservorschubeinrichtung (ar, pr) außerhalb der Prozesskammer (pk) platziert. In der Regel werden bevorzugt nur ein Motor für die Funktionsfaservorschubeinrichtung (ar, pr) und ein Motor (M) für die Positioniervorrichtung benutzt. Der Motor für die Funktionsfaservorschubeinrichtung (ar, pr) ist typischerweise der besagte Motor (VSM) für den Vorschub der Funktionsfaser (ff) in Richtung auf die Oberfläche (OF) der Schicht (pw). Die Vorrichtung weist bevorzugt mechanische Mittel, insbesondere Wellen und/oder Keilwellen (kwl, kw2, kw3) und beispielsweise Kegelzahnräder (kzl bis kz4) auf. Diese mechanischen Mittel dienen dem Transport mechanischer Energie von dem oder den Motoren (M) der Positioniervorrichtung zu der Vorschubeinrichtung (SP) der Positioniervorrichtung und für den Transport mechanischer Energie von dem oder den Motoren (VSM) der

Funktionsfaservorschubeinrichtung (ar, pr) zu der Funktionsfaservorschubeinrichtung (ar, pr) selbst. Ein zweites Kegelzahnrad (kz2) und ein viertes Kegelzahnrad (kz4) und eine zweite Keilwelle (kw2) koppeln die Vorschubeinrichtung (SP) der Positioniervorrichtung bevorzugt mechanisch mit dem oder den Motoren (M) der Positioniervorrichtung. Analog können eine erste Keilwelle (kwl) und eine erstes Kegelzahnrad (kzl) und ein drittes Kegelzahnrad (kz3) und eine dritten Keilwelle (kw3) die Funktionsfaservorschubeinrichtung (ar, pr) mechanisch mit dem oder den Motoren (VSM) der Funktionsfaservorschubeinrichtung (ar, pr) koppeln.

EINBETTUNG DICKER FUNKTIONSFASERN

Es kann Vorkommen, dass dicke Funktionsfasern eine vollständige Einbettung der Funktionsfaser (ff) in einem Schritt verhindern. Für diesen Fall schlagen wir hier ein besonderes Verfahren vor. Wir beschreiben dieses Verfahren (Figur 53) zum Einbetten einer dicken Funktionsfaser (ff) in ein Werkstück (wst), beispielsweise die Oberfläche einer möglicherweise bereits gesinterten Pulverschicht, im Folgenden beispielhaft. Das Werkstück (wst) bzw. die Pulverschicht (pw), deren Bezeichung in dieser Schrift auch"erste Schicht" ist, weisen typischerweise eine Oberfläche (of) auf. Das Material an der Oberfläche (of) des Werkstücks (wst) bzw. die Pulverschicht (pw) kann nicht verfestigte und verfestigte Bereiche, insbesondere Verfestigungsbereiche (d), umfassen. Ein selektives Laser-Sinter-Verfahren kann die Oberfläche (of) des Werkstücks (wst) also beispielsweise bereits mit ganz oder teilweise oder auch nicht verfestigt haben. Auch kann ein Extruder (extr) die Schuicht aufgebracht oder angefertigt haben. Es ist denkbar, dass zuvor die Oberfläche (of) auf andere Weisen hergestellt wurde. Die Oberfläche (of) des Werkstücks (wst) bzw. der Pulverschicht (pw) kann daher auch eine strukturierte Oberfläche (of) sein und braucht nicht unbedingt eine ebene Fläche zu bilden. Das vorgeschlagene Verfahren umfasst dann bevorzugt die Schritte Schritt 0: (in Figur 53 vorausgesetzt) Fierstellen eines Werkstücks (wst) mit einer Oberfläche (of) und/oder Flerstellen einer ersten Schicht, insbesondere einer Pulverschicht (pw), und/oder Bereitstellen eines Werkstücks mit einer Oberfläche (of), wobei das Material der Oberfläche (of) des Werkstücks (wst) zumindest abschnittsweise dazu geeignet ist, dass ein Aufschmelzen der Oberfläche (of) dieses Materials in einem Prozesschritt des folgenden Verfahrens möglich ist.

Schritt 1: selektives Aufschmelzen und Verfestigen des Materials des Werkstücks (wst) an der Oberfläche (of) des Werkstücks (wst) bzw. der ersten Schicht, insbesondere der Pulverschicht (pw) (Figur 42, 43);

Schritt 2: Aufbringen einer zweiten Schicht (npw) auf die Oberfläche (of) des Werkstücks (wst) bzw. die Oberfläche der ersten Schicht, insbesondere auf die Oberfläche der Pulverschicht (pw) (Figur 44, Schritt 3: selektives Aufschmelzen und Verfestigen der zweiten Schicht (Figur 43, 44) mit zumindest teilweisen Einlegen einer Funktionsfaser (ff) in die Schmelze während dieses Aufschmelzens;

Schritt 4: Aufbringen einer dritten Schicht (npw) auf die Oberfläche (of) des Werkstücks (wst) (Figur 49) durch ein Verfahren der additiven Fertigung;

Schritt 5: selektives Aufschmelzen und Verfestigen der dritten Schicht (Figur 50, 51, 52) im Bereich der eingelegten Funktionsfaser (ff), sodass der verfestigte Bereich, also der Verfestigungsbereich (d), des Materials der zweiten Schicht und das verfestigte Materials der dritten Schicht diese Funktionsfaser (ff) zumindest teilweise umschließt;

Das Fierstellen des Werkstücks (wst) umfasst bevorzugt Verfahren der additiven Fertigung. Solche beispielhaften Verfahren der additiven Fertigung sind insbesondere: Stereolithografie (SL), Laser- Sintern (LS), selektives Laser-Sintern (SLS), Laser-Strahlschmelzen (SLM = Selective Laser Melting, auch: Laser Beam Melting = LBM), Elektronen-Strahlschmelzen (Electron Beam Melting = EBM),

Fused Layer Modelling/Manufacturing (FLM oder auch Fused Filament Fabrication (FFF)) Multi-Jet Modelling (MJM), Poly-Jet Modelling (PJM), 3-D-Drucken (3DP, auch Binder Jetting), Layer Laminated Manufacturing (LLM), Digital Light Processing (DLP), Thermotransfer-Sintern (TTS), Metal Laminated Tooling (MELATO), Continuous Liquid Interface Production (CLIP), Selective Heat Sintering (SHS), Laserauftragschweißen (LMD), Wax Deposition Modeling (WDM), Contour Crafting, Kaltgasspritzen bzw. Metall-Pulver-Auftragsverfahren (MPA), Lithography-based Ceramic Manufacturing (LCM), 3D- Siebdruck, 3D-Tintenstrahldruck insbesondere optischer Elemente, Lichtgesteuerte Elektrophoretische Abscheidung, SDS-Verfahren (Shaping-Debinding-Sintering), Herstellung metallischer Grünkörper mittels Fused Deposition Modelling/Fused Layer Modelling bzw. Material Extrusion, Zwei-Photonen-Lithographie, Arburg Kunststoff-Freiformen, Screw Extrusion Additiv Manufacturing (SEAM).

Auch andere Verfahren wie Spritzguss und spanende Fertigungsverfahren können ein solches Werkstück (wst) vor dem Einbetten der Funktionsfaser (ff) hersteilen. Diese Überlegungen zum Werkstück gelten ausdrücklich für das Werkstück (wst) im gesamten Dokument.

Eine Vereinfachung des Verfahrens ist möglich, wenn die Funktionsfasereinlegevorrichtung das Einlegen der Funktionsfaser (ff) zusammen mit dem selektiven Sintern durchführt. Ein solches Verfahren ist beispielsweise in Figur 54 dargestellt. Nun jedoch umfasst es die Schritte:

Schritt 0: (in Figur 53 vorausgesetzt) Herstellen eines Werkstücks (wst) mit einer Oberfläche (of) und/oder Herstellen einer ersten Schicht, insbesondere einer Pulverschicht (pw) und/oder Bereitstellen eines Werkstücks mit einer Oberfläche (of), wobei das Material der Oberfläche (of) des Werkstücks (wst) zumindest abschnittsweise zu einem Aufschmelzen in dem folgenden Verfahren geeignet ist.

Schritt 1: selektives Aufschmelzen und Verfestigen des Materials des Werkstücks (wst) an der Oberfläche (of) des Werkstücks (wst) oder einer ersten Schicht an der Oberfläche (OF) des Werkstücks (wst) (Figur 42, 43);

Schritt 2: selektives Aufschmelzen und Verfestigen des Materials des Werkstücks an der Oberfläche des Werkstücks (Figur 47, 48) mit zumindest teilweisen Einlegen einer Funktionsfaser (ff) in die Schmelze während des Aufschmelzens;

Schritt 3: Aufbringen einer weiteren, zweiten Schicht (npw) auf die Oberfläche (of) des Werkstücks (wst) (Figur 49);

Schritt 4: selektives Aufschmelzen und Verfestigen der zweiten Schicht (Figur 50, 51, 52) im Bereich der eingelegten Funktionsfaser (ff), sodass der verfestigte Bereich des Materials der ersten Schicht und das verfestigte Materials des Werkstücks an der Oberfläche des Werkstücks, also der Verfestigungsbereich (d), diese Funktionsfaser (ff) zumindest teilweise umschließen. Das Verfahren ist also einen Schritt kürzer.

Eine weitere Vereinfachung des Verfahrens ist möglich. Das Verfahren umfasst dann nur noch den Schritt:

Schritt 1: selektives Aufschmelzen und Verfestigen des Materials des Werkstücks an der Oberfläche des Werkstücks (Figur 42, 43) mit zumindest teilweisen Einlegen einer Funktionsfaser (ff) in die Schmelze während des Aufschmelzens, sodass der verfestigte Bereich des verfestigten Materials des Werkstücks an der Oberfläche des Werkstücks, also der Verfestigungsbereich (d), diese Funktionsfaser (ff) zumindest teilweise umschließt. Dieses Verfahren ist dann aber für die Einbettung dicker Funktionsfasern (ff) nicht mehr geeignet.

Eine Zusammenfasssung des hier vorgestellten Verfahrens zum selektiven Sintern, insbesondere zum selektiven Laser-Sintern, lautet wie folgt:

Die vorschlagsgemäße Vorrichtung unterbricht den selektiven Sinterprozess. Die vorschlagsgemäße Vorrichtung stellt eine Funktionsfaser (ff) bereit. Dann führt die vorschlagsgemäße Vorrichtung das Positionieren der Funktionsfaser (ff) relativ zum Werkstück (wst) aus. Die vorschlagsgemäße Vorrichtung führt durch Einschweißen, Einbetten, Kleben insbesondere in form- oder kraftschlüssiger Form ein Einschränken der Freiheitsgrade der Funktionsfaser (ff) durch. Sofern es sich nicht um vorkonfektionierte Funktionsfaserstücke der Funktionsfaser (ff) handelt, trennt die Abschneide- und Trennvorrichtung (av) die Funktionsfaser (ff) und kürzt Funktionsfaser (ff) damit auf einen Funktionsfaserabschnitt mit einer vordefinierten Länge. Die 3D-Druckvorrichtung setzt den selektiven Sinterprozesses anschließend typischerweise fort.

Das Einschränken der Freiheitsgrade der Funktionsfaser (ff) kann dabei durch das zumindest lokale Aufschmelzen der Oberfläche (of) des Werkstücks (wst) zu einer Schmelze, das Einlegen der Funktionsfaser (ff) in die Schmelze und das abschließende Einschränken der Freiheitsgrade der Funktionsfaser (ff) durch Erstarren der Schmelze erfolgen.

Ganz allgemein ergibt sich somit ein modifiziertes Verfahren zum Fused Deposition Modeling (FDM), zum Einbau einer Funktionsfaser (ff) in das zu erstellende Werkstücke, bei dem die 3D- Druckvorrichtung in einem ersten Schritt den FDM-Prozesses als Grundverfahren unterbricht. In dem hie diskutierten Beispiel nehmen wir an, dass die 3D-Druckvorrichtung über eine Werkzeugwechselvorrichtung (wwv) verfügt. Die 3D-Druckvorrichtung setzt mittels der Werkzeugwechselvorrichtung (wwv) im Zusammenwirken mit der Positioniervorrichtung der 3D- Druckvorrichtung den Extruder für den FDM-Druck an einer ersten Parkposition ab. Die 3D- Druckvorrichtung nimmt mittels der Werkzeugwechselvorrichtung (wwv) im Zusammenwirken mit der Positioniervorrichtung der 3D-Druckvorrichtung dann statt des Extruders eine Funktionsfaserzuführvorrichtung auf und ist dann zum Einlegen der Funktionsfaser bereit, wenn der Fleizkörper (hk) eine Zieltemperatur erreicht hat. Die 3D-Druckvorrichtung stellt beispielsweise über diese Funktionsfaserzuführvorrichtung die Funktionsfaser (ff) bereit. Die Funktionsfaserzuführvorrichtung kann eine Spule mit der aufgewickelten und bereitgehaltenen Funktionsfaser umfassen. Eine Funktionsfaservorschubeinrichtung in der Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft) bewegt bevorzugt die Funktionsfaser (ff) während des Einlegevorgangs in Richtung Oberfläche (of) des Werkstücks (wst). EBevorzugt weist Spindel ebenfalls einen Motor auf. Bevorzugt spult der Motor während des Einlegevorgangs und während des Einlegens der Funktionsfaser (ff) in das Material der Oberfläche (of) des Werkstücks (wst) die Funktionsfaser (ff) in einer korrespondierenden Länge von der Spule ab. Diese korrespondierende Länge in einem Zeitabschnitt entspricht der Länge des gleichen Zeitabschnitts, um die die Funktionsfaservorschubeinrichtung die Funktionsfaser (ff) in Richtung auf die Oberfläche (of) des Werkstücks (wst) vorschiebt. In manchen Fällen kann es sinnvoll sein, wenn die Funktionsfaservorschubeinrichtung die Funktionsfaser (ff) in bestimmten Betriebszuständen wieder um eine gewisse Länge zurückbewegen kann. Es ist beispielsweise dann sinnvoll, wenn dann der Motor der Spule durch ein Rückwärtslaufen die Spule zu einem Wiederaufwickeln der überschüssigen Länge der Funktionsfaser (ff) veranlasst. Bevorzugt ermittelt ein Funktionsfaserspannungssensor einen Messwert für die mechanische Spannung der Funktionsfaser (ff) in dem Abschnitt zwischen Spule und Funktionsfaservorschubeinrichtung. Bevorzugt beeinflusst dieser emittelte Messwert der mechanischen Fadenspannung die Steuerung des Motors der Spule der Funktionsfaser (ff). Flierzu steuert ein Funktionsfaserspannungsreglers den Motor der Funktionsfaserspule in Abhängigkeit von dem Messwert der ermittelten mechanischen Funktionsfaserspannung. Der Funktionsfaserspannungsregler regelt die mechanische Funktionsfaserspannung in der Art, dass die Funktionsfaser (ff) an einer Stelle in dem Abschnitt zwischen Funktionsfaserspule und Funktionsfaservorschubeinrichtung eine im Wesentlichen in etwa stets wertmäßig gleiche mechanische Fadenspannung aufweist. Besonders bewährt hat sich die mechanische Führung der Funktionsfaser (ff) in einem Schlauch auf der Strecke zwischen Spule und Funktionsfaservorschubeinrichtung. Bevorzugt umfasst die Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft) die besagte Funktionsfaservorschubeinrichtung und einen Kanal (kn) zur mechanischen Führung der Funktionsfaser (ff) innerhalb der Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft). Typischerweise besitzen der Schlauch und der Kanal (kn) den gleichen Innendurchmesser. Der Schlauch stellt also gewissermaßen eine Verlängerung des Kanals (kn) von der Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft) in Richtung Spule dar. Der Unterschied ist, dass der Schlauch flexibel ist und so die Positionierung der Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft) gegenüber dem Werkstück (wst) zulässt. Ein wesentlicher Schritt des Verfahrens ist daher, dass die Steuerung der 3D-Druckvorrichtung beispielsweise mit Hilfe einer x-y-z-Positioniervorrichtung Werkstück (wst) und Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft) in eine vorbestimmte Position zueinander bringen kann. Es erfolgt also als ein Verfahrensschritt das Positionieren der Funktionsfaser (ff) relativ zum Werkstück (wst). Die

Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft) führt danach bevorzugt das Einschränken der Freiheitsgrade der Funktionsfaser (ff) aus. Hierzu hatten wir bereits verschiedenes beschrieben. Nach dem Einschränken der Freiheitsgrade trennt eine Abschneide und Trennvorrichtung die Funktionsfaser (ff) getrennt. Natürlich ist auch das Einlegen der Funktionsfaser (ff) mit einem Reststück, dessen Länge dem Abstand zwischen Einlegepunkt (ep) und Trennpunkt der Funktionsfaser (ff) in der Abschneide- und Trennvorrichtung (ab) entspricht, nach dem Trennen noch möglich. Insofern kann das Trennen auch während des Einlegens der Funktionsfaser (ff) in das Material der Oberfläche (of) erfolgen. Wichtig ist aber, dass die Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft) vor dem Trennen bereits eine Mindestlänge der Funktionsfaser (ff) in das Material der Oberfläche (of) des Werkstücks (wst) eingelegt hat, um zu sicherzustellen, dass die parasitäre Reibung zwischen Wand des Kanals (kn) einerseits und Funktionsfaser (ff) andererseits nicht verhindert, dass das Werkstück (wst) das Reststück der Funktionsfaser (ff) noch aus dem Kanal (kn) ziehen kann.

Nach dem Trennen und dem Einlegen des Reststücks der Funktionsfaser (ff) in die Oberfläche (of) des Werkstücks (wst) bewegt bevorzugt die Positioniervorrichtung der vorgeschlagenen 3D- Druckvorrichtung die Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft) wieder von dem Werkstück (wst) weg.

Die 3D-Druckvorrichtung setzt die Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft) mittels der Werkzeugwechselvorrichtung (wwv) und der Positioniervorrichtung bevorzugt wieder an der zweiten Parkposition ab. Bevorzugt wechselt die besagte beispielhafte Werkzeugwechselvorrichtung (wwv) Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft) gegen ein Werkzeug aus, dass das Grundverfahren ausführt. In dem an dieser Stelle im Text hier diskutierten Beispiel ist das Grundverfahren ein FDM- Druckverfahren. Daher wechselt die Werkzeugwechselvorrichtung (wwv) bevorzugt die Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft), als ein Werkzeug, wieder gegen einen Extruder, als ein anderes Werkzeug, aus, sodass die 3D-Druckvorrichtung dann einen FDM-Druck durchführen kann. Dazu nimmt die 3D-Druckvorrichtung den Extruder mittels der Werkzeugwechselvorrichtung (wwv) und der Positioniervorrichtung bevorzugt wieder an der ersten Parkposition auf. Die 3D- Druckvorrichtung setzt dann den zuvor unterbrochenen FDM-Prozesse fort.

Ein allgemeineres Verfahren der additiven Fertigung umfasst somit die Schritte:

Unterbrechen des Verfahrens der additiven Fertigung;

Bereitstellen einer Funktionsfaser (ff);

Positionieren der Funktionsfaser (ff) relativ zum Werkstück (wst);

Einschränken der Freiheitsgrade der Funktionsfaser (ff);

Optionales Trennen der Funktionsfaser

Fortsetzen des Verfahrens der additiven Fertigung;

Eine alternative und/oder ergänzende Möglichkeit zum Einschränken der Freiheitsgrade der Funktionsfaser (ff) stellt das Befestigen der Funktionsfaser (ff) an oder in der Oberfläche (of) des Werkstücks (wst) mit anderen Methoden dar. Eine solche Befestigung kann beispielsweise durch Klebung, insbesondere unter Verwendung eines Klebers, und/oder durch Schweißung und/oder durch Lötung, insbesondere mit Bildung eines Eutektikums, und/oder durch Einschmelzen gemäß einem oder mehreren der zuvor beschriebenen Verfahren und/oder durch mechanische Befestigung, insbesondere Fleftung und/oder Nagelung und/oder Verschraubung und/oder Vernietung, erfolgen. Die hier vorgelegtenSchrift stellt somit als Kern eine Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft), hier auch Fiber-Tool genannt, vor, bei der in einem Kanal (kn) der Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft) die Funktionsfaser (ff) in Richtung Oberfläche (of) des Werkstücks (wst) geführt wird. Dabei rollt ein Mootor oder eine andere funktionsäquivalente Vorrichtung, beispielsweise die Faservorschubeinrichtung einer Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft), Funktionsfaser (ff) bevorzugt von einer Spule, der Funktionsfaserspule, mit dem Funktionsfaservorrat innerhalb oder außerhalb des 3D-Druckers ab. Beispielsweise führt bevorzugt ein Schlauch die Funktionsfaser (ff) dem Kanal (kn) der Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft)auf der dem Werkstück (wst) abgewandten Seite der Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft) zu. Erfahrungsgemäß ist es sinnvoll, die Reibungskräfte zwischen Funktionsfaser (ff) und Kanal (kn) zu minimieren. Daher ist ein gerade geführter Kanal (kn) von der Seite der Zuführung der Funktionsfaser (ff) zur Seite der Einlegung der Funktionsfaser (ff) in das Werkstück zu bevorzugen. Natürlich sind auch gekrümmte Kanäle (kn), wie beispielsweise in Figur 20 dargestellt, denkbar. Damit eine erfolgreiche Einlegung der Funktionsfaser (ff) am Einlegepunkt (ep) beispielsweise in die Schmelze des Aufschmelzbereiches (b) emöglich ist, ist es sinnvoll, wenn die Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft) eine Funktionsfaservorschubeinrichtung umfasst, die die Funktionsfaser (ff) in Richtung der Oberfläche (of) des Werkstücks transportiert. Beispielsweise können eine Antriebsrolle (ar) und eine Andruckrolle (pr), die eine Feder (fed) gegen die Antriebsrolle (ar) presst, können eine solche Funktionsfaservorschubeinrichtung realisieren. Der Antrieb der Antriebsrolle (ar) kann beispielsweise ein geeigneter möglichst kleiner Schrittmotor sein. Die Figuren zeigen diesen Schrittmotor zur Vereinfachung nicht. Ein Antrieb über eine biegsame Welle ist denkbar, hatte sich in den Versuchen aber nicht bewährt. Die Funktionsfaservorschubeinrichtung sorgt somit für den Vorschub der Funktionsfaser (ff) in der Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft). Diese Schrift schlägt für die Durchführung eines selektiven Thermotransfer-Druckprozesses (Englisch Selstive Fleat Sintering oder Selective Fleat Melting) beispielsweise den bereits mehrfach beschriebenen Fleizkörper (hk) vor. Dieser Fleizkörper (hk) verfügt bevorzugt über die besagte Fleizvorrichtung (hz). Ein Temperatursensor (ts) befindet sich bevorzugt in dem Fleizkörper (hk) und/oder in dessen Nähe. Befindet sich der Temperatursensor (ts) in der Nähe der Fleizvorrichtung (hz), so ist eine ausreichende thermische Kopplung zwischen Fleizvorrichtung (hz) und Temperatursensor (ts) und zwischen Fleizkörper (hk) und Temperatursensor (ts) erforderlich. Die Fleizvorrichtung (hz) kann dann den Fleizkörper (hk) aufgeheizen, wobei ein Regler die Temperatur des Fleizkörpers (hk) in Abhängigkeit von dem Messwert des Temperatursensors (ts) entsprechend einem Vorgabewert durch Regelung des elektrischen Heizstromes der Heizvorrichtung (hz) regelt.

Darüber hinaus verfügt die vorgeschlagene Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft) bevorzugt über eine Abschneid- und Trennvorrichtung (av). Die Abschneid- und Trennvorrichtung (av) verfügt bevorzugt über eine Klinge, die die Funktionsfaser (ff) an einer vorbestimmten Stelle beim Abschneidevorgang deformiert. Diese Deformation trennt bevorzugt die Funktionsfaser (ff). Im Falle einer Kohlefaser besitzt die Klinge ein Gegenstück in Form einer Nut und ggf. einer Funktionsfaserführung (ff). Drückt die Klinge die Funktionsfaser (ff) in die Nut, so beschränkt die Nut die Funktionsfaser in ihren Freiheitsgraden während des Trennvorgangs. Die Fuktionsfaser (ff) kann dann dem Trennvorgang nicht entweichen. In dem Vorgeschlagenen Verfahren zur Trennung der Kohlefaser erzwingt die Klinge während des Trennvorgangs einen lokalen Biegeradius der Kohlefaser am Berührungspunkt zwischen Klinge und Kohlefaser in der besagten Nut des Gegenstücks, der kleiner als der minimale Biegeradius der Kohlefaser (Englisch: carbon fibre) ist. Dies führt zu einem Brechen der Kohlefaser und damit zu einer Trennung der Kohlefaser. Ähnliche und gleiche Trennverfahren und Vorrichtungen sind für andere Funktionsfasern denkbar. Bevorzugt ist entsprechend der Offenlegung dieser Schrift der Heizkörper (hk) dazu geeignet und vorgesehen, das Material einer Oberfläche (of) eines Werkstücks (wst) in einem Verfahren der additiven Fertigung zeitlich nach der Deposition des Materials des Werkstücks (wst) und zeitlich nach Ausbildung dieser Oberfläche (of) als fester Oberfläche aufzuschmelzen. Dabei kann entsprechend der technischen Lehre dieser Schrift die Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft) (Fiber-Tool) eine Funktionsfaser (ff) über den Kanal (kn) mittels der Funktionsfaservorschubeinrichtung (ar, pr) zuführen. Die Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft) (Fiber-Tool) kann dann die Funktionsfaser (ff) in die Schmelze des Materials der Oberfläche (of) in einen Aufschmelzbereich (b) mittels der Funktionsfaservorschubeinrichtung (ar, pr) und des Kanals (kn) einlegen. Die Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft) (Fiber-Tool) kann dann bei Bedarf die Funktionsfaser (ff) mittels der Abschneid- und Trennvorrichtung (av) trennen. Wie bereits oben beschrieben umfasst die Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft) (Fiber-Tool) dabei bevorzugt eine Spannvorrichtung in Form einer Verriegelungsplatte (vp) als korrespondierenden Teil zu einem Verriegelungsstift (vst) einer Werkzeugwechselvorrichtung (wwv). Die Spannvorrichtung ist dabei bevorzugt dazu geeignet, die Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft) (Fiber-Tool) mechanisch an einen Werkzeugträger einer Werkzeugwechselvorrichtung (wwv) zu koppeln und/oder die Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft) (Fiber-Tool) mechanisch von dem Werkzeugträger der Werkzeugwechselvorrichtung (wwv) wieder zu entkoppeln. Der Werkzeugträger ist mit der Werkzeugwechselvorrichtung (wwv) bevorzug an einer Positioniereinrichtung der 3D- Durckvorrichtung gekoppelt. Die Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft) (Fiber-Tool) umfasst bevorzugt eine Werkzeugabsetzvorrichtung (wavl, wav2), die die Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft) (Fiber-Tool) an der betreffenden Parkposition in einer vorbestimmten Position und in einer vorbestimmten Ausrichtung fixiert. In Folge dessen kann die Spannvorrichtung der Werkzeugwechselvorrichtung (wwv) die Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft) (Fiber-Tool) jenachdem an der Parkposition wiederaufnehmen oder dort absetzen. Die Werkzeugabsetzvorrichtung (wavl) ist somit bevorzugt dazu geeignet, die

Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft) (Fiber-Tool) mechanisch an einen Werkzeugabsetzpunkt, also der entsprechenden Parkposition, mit beschränkter Beweglichkeit abzusetzen und die Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft) (Fiber-Tool) mechanisch an diesem Werkzeugabsetzpunkt, also der entsprechenden Parkposition, wiederaufzunehmen. Der Werkzeugträger der Werkzeugwechselvorrichtung (wwv) ist gegenüber dem Werkstück insbesondere mit mindestens einen Freiheitsgrad, insbesondere durch eine Steuervorrichtung als Positioniervorrichtung, positionierbar.

Die vorgeschlagene 3D-Druckvorrichtung für die additive Fertigung umfasst daher bevorzugt eine Positioniervorrichtung (SP, B, wv), Mittel zur Ausführung eines Grundverfahrens der additiven Fertigung, eine Funktionsfaserzuführung, insbesondere einen Schlauch, für eine Funktionsfaser (ff), eine Steuerung in Form eines Rechen- und Steursystems und eine Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft) (Fiber-Tool). Die Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft) (Fiber-Tool) führt ein Funktionsfasereinbringverfahren aus, wie der vorausgehende Text beschreibt und das vom Grundverfahren verschieden ist. Die Positioniervorrichtung (SP, B, wv) positioniert die Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft) (Fiber-Tool) relativ zur Oberfläche (of) eines Werkstücks (wst) in Abhängigkeit von Signalen der Steuerung. Die Funktionsfaserzuführung führt die Funktionsfaser (ff) der Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft) (Fiber-Tool) zu.

Die Ausarbeitung der Erfindung ergab, dass, um die Funktionsfaser gut einbetten zu können, eine einzubettende Funktionsfaser (ff) oder Litze aus Funktionsfasern (ff) eine geeignete Oberfläche aufweisen sollte. Eine Möglichkeit ist dabei, dass die Funktionsfaser (ff) bzw. die Litze aus Funktionsfasern (ff) eine Schlichte (SL) an ihrer Oberfläche umfasst. Bevorzugt bildet diese Schlichte (SL) der Funktionsfaser (ff) während eines Einlegeprozesses der Funktionsfaser (ff) in ein Werkstück (wst) zu dem geschmolzenen Material der Oberfläche (of) des Werkstücks (wst) zumindest in einigen Bereichen dieser Oberfläche (of) einen Meniskus (mi) mit einem Kontaktwinkel (c) aus. Dieser Kontaktwinkel (c) ist bevorzugt kleiner als 90°. Sofern das verwendete Verfahren keine Schlichte (SL) verwendet, so sollte bevorzugt die Oberfläche der Funktionsfaser (ff) so, insbesondere benetzend, sein, dass die Schmelze des Materials einer Oberfläche (of) eines Werkstücks (wst) während eines Einlegeprozesses der Funktionsfaser (ff) in diese Oberfläche (of) des Werkstücks (wst) zu dem Material der Oberfläche der Funktionsfaser (ff) zumindest in einigen Bereichen dieser Oberfläche der Funktionsfaser (ff) einen Meniskus (mi) mit einem Kontaktwinkel (c) ausbildet, der kleiner als 90° ist. Auf diese Weise stellt der richtige Bentzungswinkel eine optimale Anhaftung zwischen der Funktionsfaser (ff) und dem Material der Oberfläche des Werkstücks (wst) sicher.

Merkmale der Erfindung

Die Merkmale der Erfindung fassen diese nochmals zusammen. Anwendungen der technischen Lehre können die Merkmale miteinander kombinieren, sofern diese Kombiantionsn nicht sachliche Widersprüche verursachen. Insofern stellen die hier vorgestellten Abhängigkeiten und Bezüge nur besonders bevorzugte, beispielhafte Ausführungsformen dar.

Merkmal 1: Verfahren zur Herstellung eines dreidimensionalen Körpers, insbesondere zur additiven Fertigung, (Figur 30) umfassend die Schritte

Schritt A: Bereitstellen einer Oberfläche (of) eines Materials aus einem ersten Material, insbesondere der Oberfläche eines Werkstücks (wst) und/oder einer Schicht (pw);

Schritt B: Heizen des Heizkörpers (hk) auf eine zweite Prozesstemperatur (q ₂ ), wobei der Heizkörper (hk) aus mehreren Heizkörpern (hkl, hk2) bestehen kann, die dann auch unterschiedliche zweite Prozesstemperaturen (S _2a , q ₂ i _> ) aufweisen können;

Schritt C: Aufwärmen des Materials im Bereich des Heizkörpers (hk) in einem Aufwärmbereich (a, b) durch Infrarotstrahlung des Heizkörpers (hk) und/oder durch Wärmetransport mittels Konvektion vom Heizkörper (hk) zur

Oberfläche (of) und/oder durch direkten mechanischen Kontakt zwischen Heizkörper (hk) und Oberfläche (of) und/oder durch Wärmetransport mittels einer Wärmeleitvorrichtung, insbesondere einer Funktionsfaser, vom Heizkörper (hk) zur Oberfläche (of), und

Verändern der Position des Heizkörpers (hk) längs der Oberfläche (of) in einem ersten Abstand (f) zu Oberfläche (of) mit einer ersten Geschwindigkeit (vl);

Schritt D: Aufschmelzen eines Teils des Materials im Aufwärmbereich (a,b) in einem Aufschmelzbereich (b) innerhalb des Aufwärmbereiches (a,b) infolge des Aufwärmens in Schritt C zu aufgeschmolzenem Material;

Schritt E: Einlegen eines Funktionsfaserabschnitts einer Funktionsfaser (ff) in den Aufschmelzbereich (b)

Schritt F: Beenden des Aufschmelzens durch Verminderung des Energietransports vom

Heizkörper (hk) zur Oberfläche (of) und durch die daraus resultierende Absenkung der Temperatur des Aufschmelzbereiches (b), wobei diese Absenkung der Temperatur des Aufschmelzbereiches (b) den Aufschmelzbereich (b) zu einem Erstarrungsbereich (c) wandelt;

Schritt G: Erstarren des aufgeschmolzenen Materials zu erstarrten Material im

Erstarrungsbereich (c), wobei dieses Erstarren den Erstarrungsbereich (c) zu einem Verfestigungsbereich (d) wandelt, in dem der betreffende Funktionsfaserabschnitt der Funktionsfaser (ff) ganz oder teilweise eingelegt ist. Merkmal 2: Verfahren (Figur 31) zur Fierstellung eines dreidimensionalen Körpers, insbesondere zur additiven Fertigung, umfassend die Schritte

Schritt 1: Bereitstellen eines Wärmeverteilers (wv) mit einer planaren Oberfläche (of); Schritt 2: Aufbringen einer Schicht (pw) aus einem Material auf die Oberfläche (of) mit Bildung einer neuen Oberfläche (ofn) parallel zu der Oberfläche (of);

Schritt 3: Fleranführen eines Fleizkörpers (hk) an die neue Oberfläche (ofn);

Schritt 4: Fleizen des Fleizkörpers (hk) auf eine zweite Prozesstemperatur (q ₂ ), wobei das Fleizen auch zeitlich vor oder zeitlich nach dem Fleranführen des Fleizkörpers (hk) an die Oberfläche (of) erfolgen kann und wobei der Fleizkörper (hk) aus mehreren Fleizkörpern (hkl, hk2) mit unterschiedlichen zweiten Prozesstemperaturen (S _2a , S _2b ) bestehen kann;

Schritt 5: Aufwärmen des Materials im Bereich des Fleizkörpers (hk) in einem Aufwärmbereich (a, b)

- durch Infrarotstrahlung des Fleizkörpers (hk) und/oder

- durch Wärmetransport mittels Konvektion vom Fleizkörper (hk) zur neuen Oberfläche (ofn) und/oder

- durch direkten mechanischen Kontakt zwischen Fleizkörper (hk) und neuer Oberfläche (ofn) und/oder

- durch Wärmetransport mittels einer Wärmeleitvorrichtung, insbesondere einer

Funktionsfaser (ff), vom Fleizkörper (hk) zur neuen Oberfläche (ofn);

Schritt 6: Aufschmelzen eines Teils des Materials im Aufwärmbereich (a, b) in einem Aufschmelzbereich (b) innerhalb des Aufwärmbereiches (a, b) infolge des Aufwärmens in Schritt 5 zu aufgeschmolzenem Material;

Schritt 7: Beenden des Aufschmelzens durch abschließendes Wegführen des Heizkörpers (hk) von der neuen Oberfläche (ofn) und/oder durch Absenkung der Temperatur des Heizkörpers (hk) unter die zweite Prozesstemperatur (O2), wobei die Absenkung der Temperatur des Heizkörpers (hk) jeweils den Aufschmelzbereich (b) zu einem Erstarrungsbereich (c) wandelt;

Schritt 8: Erstarren des aufgeschmolzenen Materials zu erstarrten Material im Erstarrungsbereich (c).

Merkmal 3: Verfahren (Figur 32) zur Herstellung eines dreidimensionalen Körpers, insbesondere zur additiven Fertigung, nach Merkmal 2 umfassend den zusätzlichen Schritt

Schritt 2a: Selektives Sintern oder Aufschmelzen des Materials der Schicht mittels eines Verfahrens des selektiven Sinterns und/oder Aufschmelzen, insbesondere des selektiven Laser-Sinterns und/oder des selektiven Thermo-Transfer-Sinterns (TTS) (Englisch: Selective Heat Sintering), zu gesintertem Material;

Merkmal 4: Verfahren (Figur 33) nach einem oder mehreren der Merkmale 2 bis 3 umfassend die zusätzlichen Schritte

Schritt 6.1: translatorische Verschiebung des Heizkörpers (hk) während des Aufschmelzens eines Teils des Materials oder gesinterten Materials, wobei diese translatorische Verschiebung mit einer ersten Geschwindigkeit (vl) parallel zu neuen Oberfläche (ofn) erfolgt und wobei durch diese translatorische Verschiebung zumindest ein Teil des aufgeschmolzenen Materials den Aufwärmbereich (a,b) verlässt und in einen Abkühlbereich mit dem Erstarrungsbereich (c) und dem Verfestigungsbereich (d) gelangt;

Schritt 6.2: Erstarren dieses aufgeschmolzenen Materials in dem Erstarrungsbereich (c) zu erstarrten Material in diesem Abkühlbereich, wobei das Erstarren dieses aufgeschmolzenen Materials in dem Erstarrungsbereich (c) den Erstarrungsbereich (c) zu einem Verfestigungsbereich (d) wandet.

Merkmal 5: Verfahren (Figur 34) nach einem oder mehreren der Merkmale 2 bis 4 mit den zusätzlichen Schritten, die zeitlich nach dem Beenden des Aufschmelzens (Schritt 7) liegen: Schritt 9.0: Verwendung der neuen Oberfläche (ofn) als Oberfläche (of) des Wärmeverteilers für zeitlich nachfolgende Schritte;

Schritt 9.1: Erneute Durchführung des Schritts 2 und/oder des Schritts 2a;

Schritt 9.2: ggf. erneute Durchführung des Schritts 3;

Schritt 9.3: Erneute Durchführung des Schritts 4;

Schritt 9.4: Erneute Durchführung des Schritts 5;

Schritt 9.5: Erneute Durchführung des Schritts 6;

Schritt 9.5.1: ggf. Erneute Durchführung des Schritts 6.1;

Schritt 9.5.2: ggf. Erneute Durchführung des Schritts 6.2;

Schritt 9.6: Erneute Durchführung des Schritts 7;

Schritt 9.7: Erneute Durchführung des Schritts 8;

Schritt 9.8: ggf. Erneute Durchführung der Schritte 9.0 bis 9.8 und/oder Erneute Durchführung der Schritte 9.1 bis 9.8 und/oder Erneute Durchführung der Schritte 9.3 bis 9.8.

Merkmal 6: Verfahren (Figur 35) nach einem oder mehreren der Merkmale 2 bis 5 mit den Schritten Schritt 9.5.1.1: Zuführen einer Funktionsfaser während Schritt 9.5.1 und Schritt 9.5.1.2: Einlegen der Funktionsfaser in das aufgeschmolzene Material im Aufschmelzbereich (b) während Schritt 9.5.1.

Merkmal 7: Verfahren (Figur 35) nach Merkmal 6 mit dem Schritt

Schritt 9.5.1.3: Vorschub der Funktionsfaser (ff) zeitlich parallel zu Schritt 9.5.1.1 mit einer zweiten Geschwindigkeit (v2) während Schritt 9.5.1, wobei die zweite Geschwindigkeit (v2) im Wesentlichen gleich der ersten Geschwindigkeit (vl) ist,.

Merkmal 8: Verfahren nach einem oder mehreren der Merkmale 6 bis 7 wobei der Fleizkörper (hk) die Funktionsfaser (ff) auf eine dritte Prozesstemperatur (O ₃ ) bringt.

Merkmal 9: Verfahren (Figur 36) nach Merkmal 8 wobei das Verfahren die Funktionsfaser (ff) als Wärmeleitvorrichtung benutzt.

Merkmal 10: Verfahren (Figur 37) nach einem oder mehreren der Merkmale 6 bis 9 mit dem Schritt: Schritt 9.7.1: Durchtrennen, insbesondere mechanisches Durchtrennen, der Funktionsfaser in der Form, dass ein in Schritt 9.5.1.2 in das aufgeschmolzene Material eingelegter Teil der Funktionsfaser in dem nun erstarrten Material verbleibt nach Schritt 9.7.

Merkmal 11: Verfahren nach einem oder mehreren der Merkmale 6 bis 10 umfassend den Schritt 10: Entfernen des Materials, das kein erstarrtes Material ist nach Schritt 8 und/oder nach Schritt 9.7 und/oder Schritt 9.7.1.

Merkmal 12: Verfahren nach einem oder mehreren der Merkmale 2 bis 11 umfassend den Schritt Temperieren der Ist-Temperatur (S _wv ) des Wärmeverteilers (wv) auf eine Soll- Wärmeverteilertemperatur (qi).

Merkmal 13: Verfahren zur Herstellung eines dreidimensionalen Körpers, insbesondere zur additiven

Fertigung, gekennzeichnet dadurch, dass das Verfahren zumindest zeitweise ein Verfahren nach einem oder mehreren der Merkmale 1 bis 12 zumindest als Teilverfahren verwendet und dass das Verfahren zumindest ein weiteres Verfahren zumindest als Teilverfahren zur Herstellung dreidimensionaler Körper, insbesondere zur additiven Fertigung, verwendet, um Teile des dreidimensionalen Körpers herzustellen, und wobei dieses weitere Verfahren kein Verfahren nach einem oder mehreren der Merkmale 1 bis 2 und/oder der Merkmale 4 bis 12 ist.

Merkmal 14: Verfahren nach Merkmal 13 wobei das weitere Verfahren ein Verfahren des selektiven Laser-Sinterns ist und/oder wobei das weitere Verfahren ein Verfahren der Extruder basierenden additiven Fertigung, beispielsweise ein FDM-verfahren, ist.

Merkmal 15: Verfahren nach einem oder mehreren der Merkmale 2 bis 14 wobei das Verfahren eine Mehrzahl von Heizkörpern (hki bis hk _n ) verwendet und wobei das Verfahren zumindest zeitweise zeitlich parallel oder zeitlich nacheinander zum Ersten mit Hilfe mindestens eines ersten Heizkörpers der Mehrzahl von Heizkörpern (hki bis hk _n ) ein Verfahren nach einem oder mehreren der Merkmale 2 bis 14 zumindest als Teilverfahren durchführt und zum Zweiten das Verfahren mit Hilfe mindestens eines zweiten Heizkörpers der Mehrzahl von Heizkörpern (hki bis hk _n ), der vom ersten Heizkörper verschieden ist, ein Verfahren nach einem oder mehreren der Merkmale 2 bis 14 zumindest als Teilverfahren durchführt.

Merkmal 16: Verfahren nach Merkmal 15 wobei zumindest der erste Heizkörper (hki) und der zweite Heizkörper (hk2) gegeneinander thermisch isoliert sind. Thermisch isoliert bedeutet dabei, dass die Temperatur des ersten Heizkörpers (hkl) die Temperatur des zweiten Heizkörpers (hk2) bevorzugt so wenig beeinflusst, dass dies für das Arbeitsergebnis von untergeordneter Bedeutung ist.

Merkmal 17: Verfahren nach einem oder mehreren der Merkmale 2 bis 16 und nach Merkmal 6 oder nach Merkmal 1, wobei es sich bei der Funktionsfaser (ff) im Sinne dieser Schrift um eine oder mehrere der folgenden Fasern handeln kann oder wobei die Funktionsfaser (ff) eine oder mehrere der folgenden Fasern und/oder Materialien umfassen kann: einen Lichtwellenleiter, eine Kohlenstofffaser, eine Glasfaser, eine Keramikfaser, eine Faser umfassend ein metallisches Glas, einen Draht, insbesondere umfassend Stahl oder Kupfer oder Messing oder Silber oder Gold oder Platin oder Wolfram oder eine Legierung oder umfassend ein anderes Metall, einen Formgedächtnisdraht, insbesondere einen Nitiol-Draht, einen Kunststoffdraht, eine Kunststofffaser, eine Litze, ein Gewebeband, ein Textil, eine Naturfaser, eine radioaktive oder radioaktiv markierte Faser oder einen entsprechenden Draht oder eine entsprechende Litze, ein Formgedächtnisdraht; eine Röhre oder andere lineare fluidische Vorrichtung, eine flexible, insbesondere bandförmige elektrische Schaltung, ein RFID-System, ein Sensorelement, insbesondere ein Dehnungsmesstreifen, ein Lichtwellenleiter mit einem optisch aktiven Abschnitt, insbesondere mit einem Quantenpunkt, insbesondere mit einem NV-Zentrum, und/oder insbesondere mit einer Selten-Erden-Dotierung, insbesondere mit einer Erbium-Dotierung ein Aktor, insbesondere ein Heizdraht oder ein Kühlelement oder ein Draht mit einem Memory-Effekt (Formgedächtnisdraht) oder ein ferromagnetischer Draht, ein Draht oder eine Litze oder eine Faser mit zumindest lokal ferromagnetischen Eigenschaften, eine ferromagnetische oder magnetisch markierte Funktionsfaser oder ein entsprechender Draht.

Merkmal 18: Verfahren (Figur 38) nach einem oder mehreren der Merkmale 2 bis 17 und nach Merkmal 6, wobei die Funktionsfaser nach dem Einlegen der Funktionsfaser in das aufgeschmolzene Material im Aufschmelzbereich (b) während Schritt 9.5.1 oder während Schritt 6 in zumindest einem Bereich eine von Null verschiedene Krümmung mit einer Krümmungsachse aufweist. (Spule).

Merkmal 19: Verfahren nach einem oder mehreren der Merkmale 1 bis 18, wobei das Material der Schicht (pw) einen oder mehrere der folgenden Stoffe umfasst: einen Kunststoff, insbesondere ein Thermoplast, ein Metall, eine Keramik und/oder Material, das sich bei einem Brennvorgang zu Keramik wandelt,

Aluminium, ein Glas,

Eisen,

Kupfer,

Gold,

Platin,

Titan,

Vanadium,

Neodym,

Stahl und/oder Edelstahl, ein Composit-Material, einen Halbleiter, ein radioaktives Material, ein elektrisch leitendes Material, ein optisch transparentes Material, ein farbiges Material, ein ferromagnetisches Material und/oder eine ferromagnetische Materialkomponente, ein in einem Lösungsmittel lösliches Material und/oder eine in einem Lösungsmittel lösliche Materialkomponente, wobei insbesondere das erste Material der Schicht (pw) nicht in dem Lösungsmittel lösbar ist.

Merkmal 20: Verfahren (Figur 39) zur Modifikation eines dreidimensionalen Körpers, insbesondere zur additiven Fertigung von Composit-Materialien, umfassend die Schritte

Schritt I: Bereitstellen eines Werkstücks (pw) aus einem ersten Material und einer Oberfläche (ofn);

Schritt II: Heranführen eines Heizkörpers (hk) an die Oberfläche (ofn);

Schritt III: Aufwärmen des ersten Materials des Werkstücks (pw) an der Oberfläche (ofn) im Bereich des Heizkörpers (hk) in einem Aufwärmbereich (a, b) durch elektromagnetische Strahlung, die der Heizkörper (hk) emittiert oder die der Heizkörper transmittiert, und/oder durch Wärmetransport mittels Konvektion vom Heizkörper (hk) zur

Oberfläche (ofn) des Werkstücks (pw) und/oder durch direkten mechanischen Kontakt zwischen Heizkörper (hk) und

Oberfläche (ofn) des Werkstücks (pw) und/oder durch Wärmetransport mittels einer Wärmeleitvorrichtung, insbesondere einer Funktionsfaser, vom Heizkörper (hk) zur Oberfläche

(ofn) des Werkstücks;

Schritt IV: Aufschmelzen eines Teils des ersten Materials im Aufwärmbereich (a,b) in einem Aufschmelzbereich (b) innerhalb des Aufwärmbereiches (a,b) infolge des Aufwärmens in Schritt III zu aufgeschmolzenem ersten Material;

Schritt V: Verschiebung des Heizkörpers (hk) während des Aufschmelzens eines Teils des ersten Materials, wobei diese Verschiebung mit einer ersten Geschwindigkeit (vl) parallel zur Kontur der

Oberfläche (ofn) erfolgt und wobei insbesondere diese Verschiebung eine Änderung der Position und/oder

Orientierung des Heizkörpers unter Ausnutzung von rotatorischen und/oder translatorischen Freiheitsgraden sein kann und Zuführen einer Funktionsfaser (ff) während der translatorischen Verschiebung und Einlegen der Funktionsfaser (ff) in das aufgeschmolzene erste Material im Aufschmelzbereich (b) und wobei durch diese Verschiebung zumindest ein Teil des aufgeschmolzenen ersten Materials mit der eingelegten Funktionsfaser (ff) den Aufwärmbereich (a,b) verlässt und in einen durch Verschiebung entstandenen Abkühlbereich, den Erstarrungsbereich (c), gelangt;

Schritt VI: Erstarren dieses aufgeschmolzenen ersten Materials in diesem Erstarrungsbereich (c) zu erstarrten ersten Material in diesem durch Verschiebung entstandenen Abkühlbereich, wobei das Erstarren dieses aufgeschmolzenen ersten Materials in diesem Erstarrungsbereich (c) den Erstarrungsbereich (c) zum Verfestigungsbereich (d) wandelt;

Schritt VII: Beenden des Aufschmelzens, insbesondere durch Absenkung der Intensität der elektromagnetischen Strahlung, die der Heizkörper (hk) emittiert oder die der Heizkörper transmittiert, und/oder durch Reduktion des Wärmetransports mittels Konvektion vom Heizkörper (hk) zur Oberfläche (ofn) des Werkstücks (pw) und/oder durch Beendigung des direkten mechanischen Kontakts zwischen Heizkörper (hk) und Oberfläche (ofn) des Werkstücks (pw) und/oder durch Beendigung oder Verminderung des Wärmetransports mittels einer Wärmeleitvorrichtung, insbesondere einer Funktionsfaser, vom Heizkörper (hk) zur Oberfläche (ofn) des Werkstücks, was jeweils den Aufschmelzbereich (b) zu einem Abkühlbereich, den Erstarrungsbereich (c), wandelt;

Schritt VIII: Erstarren des aufgeschmolzenen ersten Materials zu erstarrten ersten Material im Abkühlbereich, was diesen zu einem Verfestigungsbereich (d) wandelt.

Merkmal 21: Verfahren (Figur 40) nach Merkmal 20 mit dem Schritt Schritt V.l: Vorschub der Funktionsfaser (ff) zeitlich parallel zu Schritt V mit einer zweiten

Geschwindigkeit (v2), die im Wesentlichen gleich der ersten Geschwindigkeit (vl) ist, während Schritt V.

Merkmal 22: Verfahren nach einem oder mehreren der Merkmale 20 bis 21 wobei der Heizkörper (hk) die Funktionsfaser (ff) auf eine dritte Prozesstemperatur (O3) bringt.

Merkmal 23: Verfahren nach Merkmal 22 wobei das Verfahren die Funktionsfaser (ff) als Wärmeleitvorrichtung benutzt und wobei insbesondere die durch die Funktionsfaser (ff) transportierte Wärmeenergie einen Aufschmelzbereich (b) an der Oberfläche (of) des Werkstücks (wst) erzeugt.

Merkmal 24: Verfahren (Figur 41) nach einem oder mehreren der Merkmale 20 bis 23 mit dem

Schritt:

Schritt V.ll: Durchtrennen, insbesondere mechanisches Durchtrennen, der Funktionsfaser (ff) in der Form, dass ein in Schritt V in das aufgeschmolzene erste Material eingelegter Teil der Funktionsfaser (ff), insbesondere ein Funtionsfaserabschnitt der Funktionsfaser (ff), in dem erstarrten ersten Material verbleibt.

Merkmal 25: Verfahren zur Herstellung eines dreidimensionalen Körpers, insbesondere zur additiven

Fertigung, gekennzeichnet dadurch, dass Verfahren zumindest zeitweise ein Verfahren nach einem oder mehreren der Merkmale 20 bis 24 zumindest als Teilverfahren verwendet und dass das Verfahren zumindest ein weiteres Verfahren zur Herstellung dreidimensionaler Körper, insbesondere zur additiven Fertigung, zumindest als Teilverfahren verwendet, um Teile des Werkstücks (pw) als dreidimensionalen Körper herzustellen, und wobei dieses weitere Verfahren kein Verfahren nach einem oder mehreren der Merkmale 20 bis 24 ist.

Merkmal 26: Verfahren nach Merkmal 25 wobei das weitere Verfahren ein Verfahren des selektiven Laser-Sinterns ist und/oder wobei das weitere Verfahren ein Verfahren der Extruder basierenden additiven Fertigung ist.

Merkmal 27 Verfahren nach einem oder mehreren der Merkmale 1 bis 26, wobei die Funktionsfaser (ff) eines oder mehrere der folgenden Materialien, im Folgenden als zweites Material bezeichnet, umfasst: eine Modifikation des Kohlenstoffs und/oder ein Glas aus einem elektrischen Isolator oder einem Metall oder einer Siliziumverbindung oder einem anderen Halbleiter oder einem Flalbmetall und/oder eine polykristalline Modifikation aus einem elektrischen Isolator oder einem Metall oder einer Siliziumverbindung oder einem anderen Halbleiter oder ein Flalbmetall und/oder ein Metall, insbesondere Eisen und/oder Kupfer und/oder Messing und/oder Bronze und/oder Silber und/oder Gold und/oder Platin und/oder Wolfram und/oder Titan und/oder Niob und/oder seltene Erden und/oder Uran und/oder Plutonium und/oder Thorium und/oder Germanium und/oder Silizium und/oder Palladium und/oder Indium und/oder eine Legierung oder ein anderes Metall und/oder ein Flalbmetall und/oder ein Kunststoff und/oder ein Thermoplast und/oder ein Duroplast und/oder ein faserartiges oder textiles und/oder gewebtes zweites Material und/oder ein ferromagnetisches und/oder permanentmagnetisches zweites Material und/oder ein keramisches zweites Material und/oder ein Vormaterial, dass ein Brennen in ein keramisches Material wandeln kann, und/oder ein radioaktives zweites Material.

Merkmal 28: Verfahren nach einem oder mehreren der Merkmale 1 bis 27, wobei die Funktionsfaser (ff) eine oder mehrere der folgenden Fasertypen umfasst: eine Kristallfaser, insbesondere Asbest, eine Keramikfaser, eine Kohlenstofffaser, eine Glasfaser, insbesondere einen Lichtwellenleiter, eine Faser aus metallischem Glas, einen Draht, einen Formgedächtnisdraht, insbesondere einen Nitiol-Draht, eine Kunststoff- und/oder Naturfaser, eine Litze, ein Gewebe und/oder Gewebeband, eine Röhre oder eine andere insbesondere lineare fluidische Vorrichtung, eine flexible, insbesondere bandförmige, elektrische Schaltung, ein RFID-System, ein Sensorelement, insbesondere ein Dehnungsmesstreifen oder ein Lichtwellenleiter mit einem optisch aktiven Abschnitt, insbesondere mit einem Quantenpunkt und/oder insbesondere mit einem NV-Zentrum und/oder insbesondere mit einem anderen paramagnetischen Störstellenzentrum und/oder insbesondere mit einer Selten-Erden- Dotierung, insbesondere mit einer Erbium-Dotierung, ein Aktor, insbesondere einen Heizdraht oder ein Kühlelement oder ein Draht mit einem Memory-Effekt (Formgedächtnisdraht) oder ein ferromagnetischer Draht, ein Draht oder eine Litze oder eine Faser oder ein Gewebe mit zumindest lokal ferromagnetischen und/oder permanentmagnetischen Eigenschaften, eine flexible Schaltung mit elektronischen Bauelementen, insbesondere in Form einer schmalen bandförmigen flexiblen Schaltung, wobei der Biegeradius und die Höhe und die Breite der Funktionsfaser (ff) klein genug für einen Transport durch den Kanal (kn) einer Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft) sind und wobei die Funktionsfaser (ff) ggf. für das Einlegen in die Schmelze eines

Aufschmelzbereichs (b) oder eine sonstige Einschränkung der Freiheitsgrade der Funktionsfaser (ff) - beispielsweise durch Klebung -geeignet ist.

Merkmal 29: Verfahren nach einem oder mehreren der Merkmale 1 bis 28, wobei zumindest ein Teil der Funktionsfaser (ff) nach dem Einlegen ein elektrisches Bauelement, insbesondere eine elektromagnetisch wirksame Vorrichtung, insbesondere eine Spule und/oder Antenne, darstellt.

Merkmal 30. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 29, wobei die Funktionsfaser (ff) oder zumindest der Teil der Funktionsfaser (ff), der eingelegt werden soll, eine Schmelz- oder Zersetzungs- oder Beschädigungstemperatur hat, die oberhalb der zweiten Prozesstemperatur (O2) liegt.

Merkmal 31: Verfahren nach einem oder mehreren der Merkmale 20 bis 30 wobei das Material des Werkstücks (wst), insbesondere einer Pulverschicht (pw), und/oder der Schicht (pw) eines oder mehrere der folgenden Stoffe umfasst: Kunststoff, insbesondere Thermoplaste,

Metall,

Aluminium, ein Glas,

Eisen, ein Composit-Material, ein Halbleiter-Material, ein ferromagnetisches Material und/oder eine ferromagnetische Materialkomponente, ein in einem Lösungsmittel lösliches Material und/oder eine ein in einem Lösungsmittel lösliche Materialkomponente.

Merkmal 32: Heizkörper (dhk) (Figur 19) für eine Vorrichtung für die additive Fertigung wobei der Heizkörper (dhk) für elektromagnetische Heizstrahlung, insbesondere die Heizstrahlung eines Laser-Strahls (LLB1, LB2) transparent ist und/oder wobei der Heizkörper (dhk) für optische Heizstrahlung, insbesondere die Heizstrahlung eines Laser-Strahls (LLB1, LB2) transparent ist und/oder wobei der Heizkörper (dhk) für elektromagnetische Heizstrahlung, insbesondere die Heizstrahlung eines Mikrowellensenders transparent ist.

Merkmal 33: Heizkörper (dhk) (Figur 16) für eine Vorrichtung für die additive Fertigung wobei in das Material des Heizkörpers (dhk) ein Temperatursensor (ts) integriert ist und wobei der Temperatursensor eine oder mehr dotierte Strukturen innerhalb eines Materials des Heizkörpers umfassen kann und/oder wobei der Temperatursensor eine oder mehr elektrisch leitfähige Strukturen innerhalb eines elektrisch isolierenden Materials des Heizkörpers umfassen kann.

Merkmal 34: Heizkörper (dhk) (Figuren 16-18) für eine Vorrichtung für die additive Fertigung wobei in das Material des Heizkörpers (dhk) ein Aktor, insbesondere ein Heizer (hz2), integriert ist.

Merkmal 35: Heizkörper (dhk) (Figuren 17-18) für eine Vorrichtung für die additive Fertigung, insbesondere nach Merkmal 32 und/oder 33 und/oder 34, wobei das Material des Heizkörpers (dhk) Diamant umfasst.

Merkmal 36: Heizkörper (dhk) (Figuren 16-18) für eine Vorrichtung für die additive Fertigung wobei der Heizkörper (dhk) einen durchgängigen Kanal (kn) aufweist und wobei der Heizkörper (dhk) ein drittes Material aufweist, das diesen Kanal (kn) längs eines Hohlzylinders des Kanals (kn) umschließt und wobei der Heizkörper (hk) zwei gegenüberliegende Öffnungen (ol, o2) in seinem dritten Material aufweist, die den Anfang und das Ende des Kanals (kn) bilden, und wobei dann ein zweites Material, insbesondere in Form einer Funktionsfaser (ff), in diesen Kanal (kn) durch die erste Öffnung (ol) in dem ersten Material eingeführt werden kann und aus dem Kanal (kn) über die zweite Öffnung (o2) in dem dritten Material entnommen werden kann und wobei das dritte Material bei Betriebstemperatur zumindest teilweise elektrisch isolierend ist und wobei das dritte Material thermisch leitfähig ist und wobei das dritte Material bei Betriebstemperatur lokal in ersten Bereichen des dritten Materials durch lokale Modifikation elektrisch leitfähig ist oder lokal in ersten Bereichen des dritten Materials in ein drittes elektrisch leitfähiges Material durch lokale Modifikation gewandelt ist und wobei das zweite Material auf oder in dem Werkstück (wst), insbesondere auf oder in einer Pulverschicht (pw), deponiert wird.

Merkmal 37: Heizkörper (Figuren 16-18) nach Merkmal 36 wobei zumindest einer dieser ersten Bereiche als zweite Heizvorrichtung (hz2) benutzt wird. Merkmal 38: Heizkörper (Figuren 17) nach Merkmal 36 und/oder 37 wobei zumindest einer dieser ersten Bereiche als Temperatursensor (ts) benutzt wird. Merkmal 39: Heizkörper (Figuren 17-18) nach einem oder mehreren der Merkmale 36 bis 38 wobei zumindest ein Arbeitsschritt der Modifikation eine Ionenimplantation von

Atomen und/oder Molekülen in das dritte Material in den ersten Bereichen ist. Merkmal 40: Heizkörper (Figuren 17-18) nach einem oder mehreren der Merkmale 36 bis 39 wobei das dritte Material Diamant ist oder aufweist oder umfasst.

Merkmal 41: Heizkörper (Figuren 17-18) nach einem oder mehreren der Merkmale 36 bis 40 wobei das dritte Material Graphit und/oder ganz oder teilweise amorphisierten Kohlenstoff umfasst.

Merkmal 42: Heizkörper (Figuren 17-18) nach einem oder mehreren der Merkmale 36 bis 41 wobei das dritte Material ein elektrisch dotiertes, insbesondere p-dotiertes, drittes Material umfasst.

Merkmal 43: Vorrichtung dadurch gekennzeichnet, dass sie Mittel (hkl, hk2, wv) umfasst, um eines oder mehrere der Verfahren nach einem oder mehreren der Merkmale 1 bis 31 auszuführen. Merkmal 44: Vorrichtung (Figur 25) zur Herstellung eines dreidimensionalen Körpers, insbesondere zum additiven Fertigen, mit einem Heizkörper (hk), insbesondere nach einem oder mehreren der Merkmale 32 bis 42, und mit einem Kanal (kn) und, mit einer Funktionsfaservorschubeinrichtung (ar, pr) und mit einem Werkstück (wst), das insbesondere eine Pulverschicht (pw) sein kann, wobei das Werkstück (wst) eine Oberfläche (ofn) aufweist und wobei der Heizkörper (hk) den Kanal (kn) aufweist und wobei der Heizkörper (hk) dazu vorgesehen und geeignet ist, lokal selektiv das feste Material des Werkstücks, das insbesondere das Material einer verfestigten und/oder nicht verfestigten Pulverschicht (pw) sein kann, durch Infrarotstrahlung des Heizkörpers (hk) und/oder durch elektromagnetische Strahlung, die insbesondere durch den Heizkörper (hk) hindurch transmittiert werden kann, und/oder durch Wärmetransport mittels Konvektion vom Heizkörper (hk) zur Oberfläche (ofn) des Werkstücks (wst) und/oder durch direkten mechanischen Kontakt zwischen Heizkörper (hk) und Oberfläche (ofn) des Werkstücks (wst) und/oder durch Wärmetransport mittels einer Wärmeleitvorrichtung, insbesondere mittels einer Funktionsfaser (ff), vom Heizkörper (hk) zur neuen Oberfläche (ofn) lokal zu einem Aufschmelzbereich (b) aufzuschmelzen und wobei die Funktionsfaservorschubeinrichtung im Zusammenwirken mit der Kanal (kn) und dem Heizkörper (hk) dazu geeignet und vorgesehen ist, eine Funktionsfaser (ff) durch den Kanal (kn) in den Aufschmelzbereich (b) einzubringen.

Merkmal 45: Vorrichtung (Figuren 25 und 29) nach Merkmal 44 wobei der Heizkörper (hk) an einer Positioniervorrichtung (SP, B, M) angebracht ist, wobei die Positioniervorrichtung (SP, B, M) die translatorische Positionierung des

Heizkörpers (hk) mit zumindest einem Freiheitsgrad, insbesondere längs einer linearen oder gebogenen Linie, entsprechend einer durch ein Rechner- oder Steuersystem vorgebbaren absoluten oder relativen translatorischen Position erlaubt und/oder wobei die Positioniervorrichtung (SP, B, M) die rotatorische Positionierung des

Heizkörpers (hk) mit zumindest einem Freiheitsgrad, insbesondere eine Drehung um eine Achse des Heizkörpers (hk), entsprechend einer durch ein Rechner- oder Steuersystem vorgebbaren absoluten oder relativen rotatorischen Position erlaubt.

Merkmal 46: Vorrichtung (Figur 29) nach Merkmal 45, wobei die Vorrichtung mehr als zwei, insbesondere drei und/oder vier und/oder und/fünf und/oder sechs oder mehr als sechs, steuerbare Achsen (al-a6, AC) aufweist.

Merkmal 47: Vorrichtung nach einem oder mehreren der Merkmale 43 bis 44 mit einem Wärmeverteiler (wv) und wobei der Wärmeverteiler (wv) dazu vorgesehen und geeignet ist, dass eine Schicht (pw) aus einem ersten Material auf ihn aufgebracht wird, und wobei diese Schicht (pw) zumindest teilweise das Werkstück (wst) und/oder das

Werkstück (wst) und/oder einen Gegenstand, der einen Teile eines Werkstücks (wst) oder eines noch auszubildenden Werkstücks (wst) umfasst, darstellt.

Merkmal 48: Vorrichtung nach einem oder mehreren der Merkmale 43 bis 47 wobei das Werkstück (wst) an einer ggf. weiteren Positioniervorrichtung angebracht ist, wobei die ggf. weitere Positioniervorrichtung die translatorische Positionierung des Werkstücks (wst) mit zumindest einem Freiheitsgrad, insbesondere längs einer linearen oder gebogenen Linie, entsprechend einer durch ein Rechner- oder Steuersystem vorgebbaren absoluten oder relativen translatorischen Position erlaubt und/oder wobei die ggf. weitere Positioniervorrichtung die rotatorische Positionierung des

Werkstücks (wst) mit zumindest einem Freiheitsgrad, insbesondere eine Drehung um eine Achse des Werkstücks (wst), entsprechend einer durch ein Rechner- oder Steuersystem vorgebbaren absoluten oder relativen rotatorischen Position erlaubt.

Merkmal 49: Werkstück dadurch gekennzeichnet, dass es mittels eines Verfahrens nach einem oder mehreren der Merkmale 1 bis 31 gefertigt wurde, und/oder, dass eine unter Verwendung einer Vorrichtung nach einem oder mehreren der Merkmale 32 bis 48 gefertigt wurde.

Merkmal 50: Material dadurch gekennzeichnet, dass es mittels eines Verfahrens nach einem oder mehreren der Merkmale 1 bis 31 gefertigt wurde, und/oder, dass es unter Verwendung einer Vorrichtung nach einem oder mehreren der Merkmale 32 bis 48 gefertigt wurde.

Merkmal 51: Vorrichtung zum dreidimensionalen Drucken mittels selektiven Sinterns und/oder

Aufschmelzens mit einer ersten Gruppe von Teilvorrichtungen zur Durchführung eines selektiven Laser- Sinterprozesses und mit einer zweiten Gruppe von Teilvorrichtungen zur Durchführung eines Thermo-

Transfer-Sinter-Prozesses (Englisch: Selective-Heat-Sintering-Prozesses (SLS)) und/oder eines Selective-Heat-Melting-Prozesses, gekennzeichnet durch eine Teilvorrichtung zum Einlegen von Funktionsfasen (ff), insbesondere eine Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft), während eines Sinter- oder Aufschmelzprozesses.

Merkmal 52: Vorrichtung nach Merkmal 51 mit einer Prozesskammer (pk) und mit einer Teilvorrichtung zum Einlegen von Funktionsfasen (ff), insbesondere einer Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft), und mit einer Positioniervorrichtung für diese Teilvorrichtung, insbesondere der

Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft), zum Einlegen von Funktionsfasen (ff), mit einer Funktionsfaservorschubeinrichtung (ar, pr), die Teil der Teilvorrichtung, insbesondere der Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft), zum Einlegen von Funktionsfasen (ff) ist, wobei die Prozesskammer (pk) auf eine Prozesskammertemperatur (q ₃ ) temperiert werden kann, wobei die Funktionsfaservorschubeinrichtung (ar, pr) den Vorschub der Funktionsfaser (ff) beim Einlegen der Funktionsfaser (ff) bewerkstelligt, wobei die Positioniervorrichtung die Teilvorrichtung, insbesondere die

Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft), zum Einlegen von Funktionsfasen (ff) innerhalb der Prozesskammer (pk) positioniert und wobei insbesondere bevorzugt der oder die Motoren der Positioniervorrichtung außerhalb der Prozesskammer (pk) platziert sind und wobei insbesondere bevorzugt der oder die Motoren der

Funktionsfaservorschubeinrichtung (ar, pr) außerhalb der Prozesskammer (pk) platziert sind und wobei die Vorrichtung mechanische Mittel, insbesondere Wellen und/oder Keilwellen (kwl, kw2, kw3), für den Transport mechanischer Energie von dem oder den Motoren (M) der Positioniervorrichtung zu der Vorschubeinrichtung (SP) der Positioniervorrichtung aufweist und wobei die Vorrichtung mechanische Mittel, insbesondere Wellen und/oder Keilwellen (kwl, kw2, kw3), für den Transport mechanischer Energie von dem oder den Motoren (VSM) der Funktionsfaservorschubeinrichtung (ar, pr) zu der Funktionsfaservorschubeinrichtung (ar, pr) aufweist.

Merkmal 53: Vorrichtung nach Merkmal 52 wobei die Vorschubeinrichtung (SP) der Positioniervorrichtung mittels eines zweiten Kegelzahnrades (kz2) und eines vierten Kegelzahnrades (kz4) und einer zweiten Keilwelle (kw2) mit dem oder den Motoren (M) der Positioniervorrichtung mechanisch gekoppelt ist.

Merkmal 54: Vorrichtung nach Merkmal 52 und/oder Merkmal 53 wobei die Funktionsfaservorschubeinrichtung (ar, pr) mittels einer ersten Keilwelle (kwl) und eines ersten Kegelzahnrades (kzl) und eines dritten Kegelzahnrades (kz3) und einer dritten Keilwelle (kw3) und mit dem oder den Motoren (VSM) der Funktionsfaservorschubeinrichtung (ar, pr) mechanisch gekoppelt ist.

Merkmal 55: Funktionsfaser (ff) zum Einlegen in das Material eines Werkstücks mittels eines Verfahrens nach einem oder mehreren der Merkmale 1 bis 31 und/oder zur Verwendung mit einer Vorrichtung nach einem oder mehreren der Merkmale 32 bis 36 und/oder zur Verwendung in einer Vorrichtung nach einem oder mehreren der Merkmale 37 bis 48 und/oder zur Verwendung in einer Vorrichtung nach einem oder mehreren der Merkmale 51 bis 54.

Merkmal 56: Verfahren (Figur 53) zum Einbetten einer Funktionsfaser (ff) in ein Werkstück (wst) wobei das Werkstück (wst) eine Oberfläche (of) aufweist und wobei das Material an der Oberfläche (of) des Werkstücks (wst) nicht verfestigte und verfestigte Bereiche umfassen kann, umfassend die Schritte selektives Aufschmelzen und Verfestigen des Materials des Werkstücks (wst) an der Oberfläche (of) des Werkstücks, insbesondere mittels eines oder mehrerer Laser (Figur 43) und/oder mittels eines oder mehrerer Fleizkörper (hk) (Figur 42); Aufbringen einer ersten Schicht (npw) auf die Oberfläche (of) des Werkstücks (wst)

(Figur 44, 45); selektives Aufschmelzen und Verfestigen der ersten Schicht (Figur 46, 47) mit zumindest teilweisen Einlegen zumindest eines Funktionsfaserabschnitts einer Funktionsfaser (ff) in die Schmelze während des Aufschmelzens (Figur 46, 47);

Aufbringen einer zweiten Schicht (npw) auf die Oberfläche (of) des Werkstücks (wst) (Figur 49); selektives Aufschmelzen und Verfestigen der zweiten Schicht (Figur 50, 51, 52) im

Bereich des eingelegten Funktionsfaserabschnitts der Funktionsfaser (ff), sodass der verfestigte Bereich des Materials der ersten Schicht und des verfestigten Materials der zweiten Schicht, insbesondere in Form von einem oder mehreren Verfestigungsbereichen (d), diesen Funktionsfaserabschnitt der Funktionsfaser (ff) zumindest teilweise umschließen.

Merkmal 57: Verfahren (Figur 54) zum Einbetten einer Funktionsfaser (ff) in ein Werkstück wobei das Werkstück (wst) eine Oberfläche (of) aufweist und wobei das Material an der Oberfläche (of) des Werkstücks (wst) nicht verfestigte und verfestigte Bereiche umfassen kann, umfassend die Schritte selektives Aufschmelzen und Verfestigen des Materials des Werkstücks (wst) an der Oberfläche (of) des Werkstücks (Figur 43, 42); selektives Aufschmelzen und Verfestigen des Materials des Werkstücks (wst) an der Oberfläche (of) des Werkstücks (wst) (Figur 46, 47) mit zumindest teilweisen Einlegen zumindest eines Funktionsfaserabschnitts einer Funktionsfaser (ff) in die Schmelze während des Aufschmelzens;

Aufbringen einer ersten Schicht (npw) auf die Oberfläche (of) des Werkstücks (wst)

(Figur 49); selektives Aufschmelzen und Verfestigen der ersten Schicht (Figur 50, 51) im Bereich des eingelegten Funktionsfaserabschnitts der Funktionsfaser (ff), sodass der verfestigten Bereich, der Verfestigungsbereich (d), des Materials der ersten Schicht und der verfestigte Materials des Werkstücks (wst) an der Oberfläche (of) des Werkstücks (wst) den Funktionsfaserabschnitt dieser Funktionsfaser (ff) zumindest teilweise umschließen.

Merkmal 58: Verfahren zum Einbetten einer Funktionsfaser (ff) in ein Werkstück (wst) wobei das Werkstück (wst) eine Oberfläche (of) aufweist und wobei das Material an der Oberfläche (of) des Werkstücks (wst) nicht verfestigte und verfestigte Bereiche umfassen kann, umfassend die Schritte selektives Aufschmelzen und Verfestigen des Materials des Werkstücks (wst) an der Oberfläche (of) des Werkstücks (wst) (Figur 50, 51) mit zumindest teilweisen Einlegen zumindest eines Funktionsfaserabschnitts einer Funktionsfaser (ff) in die Schmelze während des Aufschmelzens, sodass der verfestigte Bereich, der Verfestigungsbereich (d), des verfestigten Materials des Werkstücks (wst) an der Oberfläche (of) des Werkstücks (wst) diesen Funktionsfaserabschnitt der Funktionsfaser (ff) zumindest teilweise umschließen.

Merkmal 59: Verfahren zum selektiven Sintern, insbesondere zum selektiven Laser-Sintern, umfassend die Schritte

Unterbrechen des selektiven Sinterprozesses;

Bereitstellen einer Funktionsfaser (ff);

Positionieren der Funktionsfaser (ff) relativ zum Werkstück (wst);

Einschränken der Freiheitsgrade der Funktionsfaser (ff);

Optionales Trennen der Funktionsfaser (ff);

Fortsetzen des selektiven Sinterprozesses.

Merkmal 60: Verfahren nach Merkmal 59 wobei das Einschränken der Freiheitsgrade der Funktionsfaser (ff) die Schritte des zumindest lokalen Aufschmelzens der Oberfläche (of) des Werkstücks (wst) zu einer Schmelze und des Einlegens der Funktionsfaser (ff) in die Schmelze und des Einschränkens der Freiheitsgrade der Funktionsfaser (ff) durch ein Erstarren der Schmelze umfasst.

Merkmal 61: Verfahren nach Merkmal 59 und/oder 60 wobei das Einschränken der Freiheitsgrade der Funktionsfaser (ff) den Schritt des Befestigens der Funktionsfaser (ff) an oder in der Oberfläche (of) des Werkstücks (wst) umfasst.

Merkmal 62: Verfahren nach Merkmal 61 wobei das Befestigen durch

Klebung, insbesondere unter Verwendung eines Klebers, und/oder Schweißung und/oder

Lötung, insbesondere mit Bildung eines Eutektikums, und/oder Einschmelzen, insbesondere gemäß einem oder mehreren der Verfahren nach einem oder mehreren der Merkmale 1 bis 31 und/oder gemäß einem oder mehreren der Verfahren nach einem oder mehreren der Merkmale 56 bis 58 und/oder mechanische Befestigung, insbesondere Heftung und/oder Nagelung und/oder Verschraubung und/oder Vernietung, erfolgt.

Merkmal 63: Verfahren der additiven Fertigung eines Werkstücks (wst), umfassend die Schritte

Schritt a: Unterbrechen eines Grundverfahrens der additiven Fertigung;

Schritt ß: Einbringen einer Funktionsfaser (ff) umfassend die Unterschritte ß.l bis ß.3 und optional den Schritt ß.4:

Schritt ß.l: Bereitstellen einer Funktionsfaser (ff);

Schritt ß.2: Positionieren und/oder Deponieren und/oder Ablegen der Funktionsfaser (ff) relativ zum Werkstück (wst);

Schritt ß.3: Einschränken der Freiheitsgrade der Funktionsfaser (ff),

I. - wobei diese Einschränkung zeitgleich mit dem Schritt ß.2 des Positionierens und/oder Deponierens und/oder Ablegens der Funktionsfaser (ff) relativ zum Werkstück (wst) erfolgen kann; Schritt ß.4: Optionales Trennen der Funktionsfaser optionale Schritte g.1 bis g.h mit n als ganzer positiver Zahl: je Schritt der Schritte g.1 bis g.h: optionales Wiederholen der Schritte ß.l bis ß.4 für jede weitere einzubringende Funktionsfaser (ff) von ggf. weiteren n einzubringenden Funktionsfasern (ff);

Schritt d: Fortsetzen des Grundverfahrens der additiven Fertigung.

Merkmal 64: Verfahren nach Merkmal 63 wobei das Verfahren zum Ausführen des Schrittes "Schritt ß.3", also das Verfahren zur

Einschränkung der Freiheitsgrade der Funktionsfaser (ff), sich vom Grundverfahren der additiven Fertigung unterscheidet;

Merkmal 65: Verfahren nach Merkmal 63 und/oder 64 wobei es sich bei dem Grundverfahren um ein Verfahren der VDI 3405 und/oder der DIN EN ISO/ASTM 52900:2018 handelt und/oder wobei es sich bei dem Grundverfahren der additiven Fertigung um ein Fused Deposition Modeling (FDM) Verfahren handelt oder wobei es sich bei dem Grundverfahren der additiven Fertigung um ein Verfahren der selektiven Sinterung und/oder des selektiven Schmelzens handelt oder wobei das Grundverfahren der additiven Fertigung eines der folgenden Verfahren umfasst oder eines der folgenden Verfahren ist:

Stereolithografie (SL),

Selektives Laser-Sintern (LS),

Selektives Laser-Strahlschmelzen (SLM = Selective Laser Melting, auch: Laser Beam Melting = LBM),

Selektives Elektronen-, Ionen- oder Teilchenstrahlschmelzen (Electron Beam Melting = EBM),

Fused Layer Modelling/Manufacturing (FLM oder auch Fused Filament Fabrication (FFF)),

Multi-Jet Modelling (MJM),

Poly-Jet Modelling (PJM),

3-D-Drucken (3DP, auch Binder Jetting),

Layer Laminated Manufacturing (LLM),

Digital Light Processing (DLP),

Thermotransfer-Sintern (TTS),

Metal Laminated Tooling (MELATO),

Continuous Liquid Interface Production (CLIP),

Selective Heat Sintering (SHS),

Laserauftragschweißen (LMD),

Wax Deposition Modeling (WDM),

Contour Crafting, Kaltgasspritzen bzw. Metall-Pulver-Auftragsverfahren (MPA), Lithography-based Ceramic Manufacturing (LCM),

3D-Siebdruck,

3D-Tintenstrahldruck,

3D-Tintenstrahldruck optischer Elemente,

Lichtgesteuerte Elektrophoretische Abscheidung, Shaping-Debinding-Sintering (SDS),

Bound Metal Deposition (BMD),

Verfahren zur Herstellung metallischer oder keramischer Grünkörper mittels Fused Deposition Modelling/Fused Layer Modelling bzw. Material Extrusion,

Zwei-Photonen-Lithographie,

Arburg Kunststoff-Freiformen,

Screw Extrusion Additiv Manufacturing (SEAM).

Merkmal 66: Verfahren nach einem oder mehreren der Merkmale 63 bis 65 wobei das Einschränken der Freiheitsgrade der Funktionsfaser (ff) zumindest unter Verwendung eines der folgenden Verfahren erfolgt: zumindest teilweises Aufschmelzen einer Oberfläche (of, ofn) des Werkstücks (wst) bzw. einer Schicht (pw, pwn) in einem Aufschmelzbereich (a,b) und Einlegen zumindest eines Teils der Funktionsfaser (ff), insbesondere eines Funktionsfaserabschnitts, in die Schmelze des Ausschmelzbereiches (a,b) und Erstarren der Schmelze des Ausschmelzbereiches (a,b) in einem Erstarrungsbereich (c) zu einem Verfestigungsbereich (d) der Oberfläche (of) des Werkstücks (wst) und/oder

Fixieren der Funktionsfaser (FF), bzw. des Funktionsfaserabschnitts, an einer Oberfläche (of) des Werkstücks (wst) mittels eines Befestigungsmittels, insbesondere mittels eines einem Klebers, und/oder

Festklemmen und/oder Einlegen der Funktionsfaser (ff) , bzw. des Funktionsfaserabschnitts, an oder in einer Klemm- oder Haltestrukturstruktur an der Oberfläche des Werkstücks (wst), insbesondere in einer Nut des Werkstücks, wobei die Klemm- oder Haltestrukturstruktur ggf. nur temporär während des additiven Fertigungsprozesses existieren kann, und/oder Befestigen der Funktionsfaser (ff) an oder in der Oberfläche (of) des Werkstücks (wst) , wobei insbesondere das Befestigen durch Klebung, insbesondere unter Verwendung eines Klebers, und/oder Schweißung und/oder Lötung, insbesondere mit Bildung eines Eutektikums, erfolgen kann und/oder durch Einschmelzen erfolgen kann, und/oder Festheften oder Festklammern oder Festnageln der Funktionsfaser (ff) , bzw. des Funktionsfaserabschnitts, an der Oberfläche (of) des Werkstücks (ff) und/oder an oder in einer Klemm- oder Haltestrukturstruktur an der Oberfläche (of) des Werkstücks (wst), insbesondere in einer Nut des Werkstücks, wobei die Klemm- oder Haltestrukturstruktur ggf. nur temporär während des additiven Fertigungsprozesses existieren kann, mittels eines Befestigungshilfsmittels, insbesondere einer Klammer oder eines Nagels oder einer Klemme, und/oder

Verknoten der Funktionsfaser (ff) , bzw. des Funktionsfaserabschnitts, mit einer Faserhaltestruktur, beispielsweise einem Haken oder einem Pfosten, an der Oberfläche des Werkstücks (wst), wobei die Faserhaltestruktur ggf. nur temporär während des additiven Fertigungsprozesses existieren kann, und/oder Vernähen der Funktionsfaser (ff), bzw. des Funktionsfaserabschnitts, mit einem Teil des Werkstücks, wobei die Funktionsfaser (ff) als Nähfaden benutzt wird, und/oder

Vernähen der Funktionsfaser (ff) mit einem Teil des Werkstücks, wobei die Funktionsfaser (ff) als Nähfaden und als Oberfaden zusammen mit einer weiteren Faser als Unterfaden benutzt wird und/oder wobei die Funktionsfaser (ff) als Nähfaden und als Unterfaden zusammen mit einer weiteren Faser als Oberfaden benutzt wird und wobei die weitere Faser ebenfalls eine Funktionsfaser (ff) sein kann. Merkmal 67: Verfahren zur Herstellung eines dreidimensionalen Körpers mit Funktionsfasern (FF) nach einem oder mehreren der Merkmale 63 bis 66, umfassend die Schritte:

Ausführung von Schritt ß.l.a während oder zeitlich vor Schritt ß.l: Heizen des

Heizkörpers (hk) auf eine Prozesstemperatur (O2), wobei der Heizkörper (hk) aus mehreren Teilheizkörpern (hkl, hk2) bestehen kann, die dann auch unterschiedliche Prozesstemperaturen (ih _a , ih _b ) aufweisen können;

Ausführen von Schritt ß.3.a während Schritt ß.3: Aufwärmen des ersten Materials der Oberfläche (of) des Materials im Bereich des Heizkörpers (hk) in einem Aufwärmbereich (a, b) durch Infrarotstrahlung des Heizkörpers (hk) und/oder durch elektromagnetische Strahlung, die der Heizkörper (hk) oder ein oder mehrere der Teilheizkörper (hkl, hk2) emittieren oder die der Heizkörper oder der eine Teilheizkörper oder die mehreren Teilheizkörper (hkl, hk2) transmittieren,

I. wobei es sich bei der elektromagnetischen Strahlung um Laser- Strahlung handeln kann und/oder

II. wobei es sich bei der elektromagnetischen Strahlung um Mikrowellenstrahlung handeln kann und/oder

III. wobei es sich bei der elektromagnetischen Strahlung um THz- Strahlung handeln kann und/oder

IV. wobei es sich bei der elektromagnetischen Strahlung um Infrarotstrahlung handeln kann und/oder

V. wobei es sich bei der elektromagnetischen Strahlung um optisch sichtbares Licht handeln kann, und/oder durch Wärmetransport mittels Konvektion vom Heizkörper (hk) zur Oberfläche (of) und/oder durch direkten mechanischen Kontakt zwischen Heizkörper (hk) und Oberfläche (of) und/oder durch Wärmetransport mittels einer Wärmeleitvorrichtung, insbesondere durch Wärmetransport mittels einer Funktionsfaser, vom Heizkörper (hk) zur Oberfläche (of), und Verändern der Position des Heizkörpers (hk) längs der Oberfläche (of) in einem ersten Abstand (f) zu Oberfläche (of) mit einer ersten Geschwindigkeit (vl);

Ausführen von Schritt ß.3.b während Schritt ß.3 und während und/oder zeitlich nach Schritt ß.3.a: Aufschmelzen eines Teils des ersten Materials im Aufwärmbereich (a,b) als Schritt ß.3.b zu einem Aufschmelzbereich (b) innerhalb des Aufwärmbereiches (a,b) infolge des Aufwärmens in Schritt ß.3.a zu aufgeschmolzenem Material;

Ausführen von Schritt ß.2.a während Schritt ß.3 und während und/oder zeitlich nach Schritt ß.3.a und während und/oder zeitlich nach Schritt ß.3.b: Einlegen eines Funktionsfaserabschnitts einer Funktionsfaser (ff) als Schritt ß.2.a in den Aufschmelzbereich (b);

Ausführen von Schritt ß.3.c während Schritt ß.3 und Ausführen von Schritt ß.3.c während ß.3.a und/oder Ausführen von Schritt ß.3.c zeitlich nach Schritt ß.3.a und Ausführen von Schritt ß.3.c während nach Schritt ß.3.b und/oder Ausführen von Schritt ß.3.c zeitlich nach Schritt ß.3.b und Ausführen von Schritt ß.3.c während Schritt ß.2.a und/oder Ausführen von Schritt ß.3.c zeitlich nach Schritt ß.2.a: Beenden des Aufschmelzens als Schritt ß.3.c durch Verminderung des Energietransports vom Heizkörper (hk) zur Oberfläche (of) und durch die daraus resultierende Absenkung der Temperatur des Aufschmelzbereiches (b), wodurch der Aufschmelzbereich (b) zu einem Erstarrungsbereich (c) wird;

Ausführen von Schritt ß.2.b und Schritt ß.3.d während Schritt ß.3 und während und/oder zeitlich nach Schritt ß.3.a und während und/oder zeitlich nach Schritt ß.3.b und während und/oder zeitlich nach Schritt ß.3.c und/oder zeitlich nach Schritt ß.2.a: Erstarren des aufgeschmolzenen Materials als Schritt ß.3.d zu erstarrten Material im Erstarrungsbereich (c) der dadurch zu einem Verfestigungsbereich (d) wird, in dem der betreffende Funktionsfaserabschnitt der Funktionsfaser (ff) als Schritt ß.2.b ganz oder teilweise eingelegt ist.

Merkmal 68: Composit-Material dadurch gekennzeichnet, dass das Composit-Material mindestens eine erste Schicht aus einem ersten Material umfasst und dass das Composit-Material mindestens eine zweite Schicht aus dem ersten Material umfasst und dass die erste Schicht gegenüber der zweiten Schicht eine Schichtgrenze aufweist an der die erste Schicht und die zweite Schicht sich in unmittelbaren Kontakt befinden und dass das Composit-Material einen Verfestigungsbereich (d) aufweist und dass der Verfestigungsbereich zumindest die erste Schicht und die zweite Schicht umfasst und dass der Verfestigungsbereich keine Schichtgrenze zwischen der ersten Schicht und der zweiten Schicht aufweist und dass in den Verfestigungsbereich eine Funktionsfaser (ff) eingelegt ist.

Merkmal 69: Werkstück (wst) dadurch gekennzeichnet, dass es ein Composit-Material nach Merkmal 68 umfasst.

Merkmal 70: Vorrichtung zum dreidimensionalen Drucken mit ersten Mitteln zur Durchführung eines Grundverfahrens der schichtweisen additiven Fertigung und mit zweiten Mitteln von Teilvorrichtungen zur Durchführung eines Selective-Fleat- Sintering-Prozesses oder eines eines Selective-Fleat-Melting-Prozesses, gekennzeichnet dadurch dass sie dritte Mittel zum Einlegen von Funktionsfasen (ff) während des Sinter- oder Aufschmelzprozesses mittels der zweiten Gruppe von Teilvorrichtungen umfasst, wobei die dritten Mittel die zweiten Mittel umfassen können oder die zweiten Mittel sein können und wobei die ersten Mittel sich zumindest teilweise von den zweiten Mitteln unterscheiden und wobei die ersten Mittel sich zumindest teilweise von den dritten Mitteln unterscheiden.

Merkmal 71: Vorrichtung nach Merkmal 70, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Grundverfahren der additiven Fertigung um ein Fused Deposition Modeling (FDM) Verfahren handelt, wobei die ersten Mittel Mittel zur Durchführung eines Fused Deposition Modeling (FDM) Verfahrens sind und wobei diese Mittel beispielsweise einen Extruder zur Extrudierung eines Filaments umfassen können, oder dass es sich bei dem Grundverfahren der additiven Fertigung um ein Verfahren der selektiven Sinterung und/oder des selektiven Schmelzens handelt, wobei die ersten Mittel Mittel zur Durchführung eines Verfahrens der selektiven Sinterung und/oder des selektiven Schmelzens sind und wobei diese Mittel beispielsweise eine Vorrichtung zum selektiven Laser-Sintern (SLS) umfassen können, oder dass das Grundverfahren der additiven Fertigung eines der folgenden Verfahren umfasst oder eines der folgenden Verfahren ist:

Stereolithografie (SL),

Selektives Laser-Sintern (LS),

Selektives Laser-Strahlschmelzen (SLM = Selective Laser Melting, auch: Laser Beam Melting = LBM),

Selektives Elektronen- Ionen oder Teilchenstrahlschmelzen (Electron Beam Melting = EBM),

Fused Layer Modelling/Manufacturing (FLM oder auch Fused Filament Fabrication (FFF)),

Multi-Jet Modelling (MJM),

Poly-Jet Modelling (PJM),

3-D-Drucken (3DP, auch Binder Jetting),

Layer Laminated Manufacturing (LLM),

Digital Light Processing (DLP),

Thermotransfer-Sintern (TTS),

Metal Laminated Tooling (MELATO),

Continuous Liquid Interface Production (CLIP),

Selective Heat Sintering (SHS),

Laserauftragsschweißen (LMD),

Wax Deposition Modeling (WDM),

Contour Crafting,

Kaltgasspritzen bzw. Metall-Pulver-Auftragsverfahren (MPA), Lithography-based Ceramic Manufacturing (LCM), 3D-Siebdruck,

3D-Tintenstrahldruck,

3D-Tintenstrahldruck optischer Elemente,

Lichtgesteuerte Elektrophoretische Abscheidung, Shaping-Debinding-Sintering (SDS),

Bound Metal Deposition (BMD),

Verfahren zur Herstellung metallischer oder keramischer Grünkörper mittels Fused Deposition Modelling/Fused Layer Modelling bzw. Material Extrusion,

Zwei-Photonen-Lithographie,

Arburg Kunststoff-Freiformen,

Screw Extrusion Additiv Manufacturing (SEAM), wobei die ersten Mittel dann Mittel zur Durchführung des Grundverfahrens der additiven Fertigung des betreffenden, zuvor aufgelisteten Grundverfahrens umfassen.

Merkmal 72: Vorrichtung zum dreidimensionalen Drucken mittels selektiven Sintern und/oder

Aufschmelzen mit einer ersten Gruppe von Teilvorrichtungen zur Durchführung eines selektiven Laser- Sinterprozesses und/oder eines selektiven Laser-Schmelzprozesses und mit einer zweiten Gruppe von Teilvorrichtungen zur Durchführung eines Selective-Heat- Sintering-Prozesses oder eines eines Selective-Heat-Melting-Prozesses, gekennzeichnet dadurch dass sie eine Teilvorrichtung, insbesondere eine Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft), zum Einlegen von Funktionsfasen (ff) während eines Sinter- oder Aufschmelzprozesses umfasst.

Merkmal 73: Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft) (Fiber-Tool) mit einem Kanal (kn) und mit einer Funktionsfaservorschubeinrichtung, insbesondere mit einer Antriebsrolle (ar) und insbesondere mit einer Andruckrolle (pr), und/oder insbesondere für den Vorschub einer Funktionsfaser (ff), und mit einem Heizkörper (hk) und mit einer Heizvorrichtung (hz) und mit einer Abschneid- und Trennvorrichtung (av) und mit einem Temperatursensor (ts), wobei der Fleizkörper (hk) durch die Fleizvorrichtung (hz) aufgeheizt werden kann und wobei der Temperatursensor (ts) mit dem Fleizkörper (hk) thermisch gekoppelt ist, gekennzeichnet dadurch dass der Fleizkörper (hk) dazu geeignet und vorgesehen ist, Material einer Oberfläche (of) eines Werkstücks (wst) in einem Verfahren der additiven Fertigung zeitlich nach der Deposition dieses Materials des Werkstücks (wst) und zeitlich nach Ausbildung dieser Oberfläche (of) als fester Oberfläche aufzuschmelzen und dass die Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft) (Fiber-Tool) eine Funktionsfaser (ff) über den Kanal (kn) mittels einer Funktionsfaservorschubeinrichtung (ar, pr) einem Einlegepunkt (ep) an der Oberfläche (of) zuführen kann und dass die Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft) (Fiber-Tool) die Funktionsfaser (ff) in die Schmelze des Materials der Oberfläche (of) in einen Aufschmelzbereich (b) mittels der Funktionsfaservorschubeinrichtung (ar, pr) und des Kanals (kn) an dem Einlegepunkt (ep) einlegen kann und dass die Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft) (Fiber-Tool) bei Bedarf die Funktionsfaser (ff) mittels der Abschneid- und Trennvorrichtung (av) trennen kann.

Merkmal 74: Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft) (Fiber-Tool) nach Merkmal 73, dadurch gekennzeichnet dass die Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft) (Fiber-Tool) eine Spannvorrichtung (vp) umfasst und dass die Spannvorrichtung (vp) dazu geeignet ist, die Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft) (Fiber-Tool) mechanisch an einen Werkzeugträger (wzt) zu koppeln und/oder die Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft) (Fiber-Tool) mechanisch von dem Werkzeugträger (wzt) wieder zu entkoppeln und dass die Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft) (Fiber-Tool) eine Werkzeugabsetzvorrichtung (wav) umfasst und dass die Werkzeugabsetzvorrichtung (wav) dazu geeignet ist, die

Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft) (Fiber-Tool) mechanisch an einen ersten Werkzeugabsetzpunkt (ppl) mit beschränkter Beweglichkeit abzusetzen und dass die Werkzeugabsetzvorrichtung (wav) dazu geeignet ist, die

Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft) (Fiber-Tool) mechanisch an dem ersten Werkzeugabsetzpunkt (ppl) wiederaufzunehmen und wobei der Werkzeugträger (wzt) gegenüber dem Werkstück (wst) insbesondere mit mindestens einen Freiheitsgrad, insbesondere durch eine Steuervorrichtung, beispielsweise ein Rechner- oder Steuersystem, positionierbar ist.

Merkmal 75: Vorrichtung für die additive Fertigung mit einer Positioniervorrichtung (SP, B, wv) und mit Mitteln zur Ausführung eines Grundverfahrens der additiven Fertigung und mit einer Zuführung, insbesondere einen Schlauch, für die Zuführung einer Funktionsfaser (ff) und mit einer Steuerung, insbesondere einem Rechner- und/oder Steuersystem, und mit der Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft) (Fiber-Tool) nach Merkmal 73 oder 76 zur Ausführung eines Funktionsfasereinbringverfahrens, das vom Grundverfahren verschieden ist, wobei die Positioniervorrichtung (SP, B, wv) die Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft)

(Fiber-Tool) relativ zur Oberfläche (of) eines Werkstücks (wst) in Abhängigkeit von Signalen der Steuerung positioniert und wobei die Zuführung die Funktionsfaser (ff) der Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft) (Fiber-Tool) , insbesondere aus einer Funktionsfaservorratsvorrichtung und/oder von einer Funktionsfaserspule, zuführt.

Merkmal 76: Vorrichtung nach Merkmal 75 wobei das Funktionsfasereinbringverfahren eines oder mehrere der folgenden Verfahren als Teilverfahren umfasst:

Stereolithografie (SL),

Selektives Laser-Sintern (LS),

Selektives Laser-Strahlschmelzen (SLM = Selective Laser Melting, auch:

Laser Beam Melting = LBM),

Selektives Elektronen- Ionen oder Teilchenstrahlschmelzen (Electron

Beam Melting = EBM),

Fused Layer Modelling/Manufacturing (FLM oder auch Fused Filament

Fabrication (FFF)), Multi-Jet Modelling (MJM),

Poly-Jet Modelling (PJM),

3-D-Drucken (3DP, auch Binder Jetting),

Layer Laminated Manufacturing (LLM),

Digital Light Processing (DLP),

Thermotransfer-Sintern (TTS),

Metal Laminated Tooling (MELATO),

Continuous Liquid Interface Production (CLIP),

Selective Heat Sintering (SHS),

Laserauftragsschweißen (LMD),

Wax Deposition Modeling (WDM),

Contour Crafting,

Kaltgasspritzen bzw. Metall-Pulver-Auftragsverfahren (MPA), Lithography-based Ceramic Manufacturing (LCM),

3D-Siebdruck,

3D-Tintenstrahldruck,

3D-Tintenstrahldruck optischer Elemente,

Lichtgesteuerte Elektrophoretische Abscheidung, Shaping-Debinding-Sintering (SDS),

Bound Metal Deposition (BMD),

Verfahren zur Herstellung metallischer oder keramischer Grünkörper mittels Fused Deposition Modelling/Fused Layer Modelling bzw. Material Extrusion,

Zwei-Photonen-Lithographie,

Arburg Kunststoff-Freiformen,

Screw Extrusion Additiv Manufacturing (SEAM), wobei die zweiten Mittel dann Mittel zur Durchführung des betreffenden Teilverfahrens des Funktionsfasereinbringverfahrens entsprechend der vorstehenden Liste umfassen.

Merkmal 77: Funktionsfaser (ff) dadurch gekennzeichnet, dass sie zur Verwendung in einem Verfahren nach einem oder mehreren Merkmale 63 bis 67 vorgesehen ist und/oder dass sie eine Funktionsfaser (ff) zur Verwendung in einem Composit- Material nach Merkmal 68 ist und/oder - dass sie eine Funktionsfaser (ff) zur Verwendung in einer Vorrichtung nach einem oder mehreren der Merkmale 70 bis 76 ist.

Merkmal 78: Funktionsfaser (ff), wobei die Funktionsfaser (ff) eine Funktionsfaser (ff) nach Merkmal 73 sein kann und wobei die Funktionsfaser (ff) eine Schlichte (SL) insbesondere an iher Oberfläche umfasst und wobei die Schlichte (SL) der Funktionsfaser (ff) während eines Einlegeprozesses der Funktionsfaser (ff) in ein Werkstück (wst) in einem Verfahren der additiven Fertigung zu dem Material der Oberfläche (of) des Werkstücks (wst) zumindest in einigen Bereichen dieser Oberfläche (of) einen Meniskus (mi) mit einem Kontaktwinkel (c) ausbildet, der kleiner als 90° ist und/oder wobei die Oberfläche der Funktionsfaser (ff) so, insbesondere benetzend, gestaltet ist, dass die Schmelze des Materials einer Oberfläche (of) eines Werkstücks (wst) während eines Einlegeprozesses der Funktionsfaser (ff) in diese Oberfläche (of) des Werkstücks (wst) zu dem Material der Oberfläche der Funktionsfaser (ff) zumindest in einigen Bereichen dieser Oberfläche der Funktionsfaser (ff) einen Meniskus (mi) mit einem Kontaktwinkel (c) ausbildet, der kleiner als 90° ist.

Vorteil

Solche Verfahren zur Herstellung eines dreidimensionalen Körpers, insbesondere zur additiven Fertigung, erlauben die Einbettung funktionaler Fasern in Form von Funktionsfasern (ff) in das Werkstück bzw. eine Oberfläche während des der Durchführung eines additiven Fertigungsverfahrens. Die Vorteile sind hierauf aber nicht beschränkt.

Beschreibung der Figuren

Die Figuren zeigen beispielhaft vereinfacht wesentliche Teile der vorgeschlagenen Vorrichtungen und der Verfahren.

Figur 1

Figur 1 zeigt den beispielhaften, schematisch vereinfachten, prinzipiellen Aufbau einer vorgeschlagenen Vorrichtung. Ein Wärmeverteiler (wv) bestimmt mit seiner ersten Oberfläche (of) den Arbeitsbereich des vorgeschlagenen additiven Fertigungssystems. Der Wärmeverteiler (wv) ist typischerweise aus einem relativ gut Wärme leitenden Material gefertigt. Der Wärmeverteiler (wv) und der Fleizkörper (hk) sind als beispielhaftes Schnittbild dargestellt. Beispielsweise sind Stahl und Aluminium gut für diesen Zweck geeignet. Der Wärmeverteiler (wv) verfügt über eine erste Oberfläche (of), die typischerweise die Arbeitsoberfläche des vorgeschlagenen additiven Fertigungssystems ist. Des Weiteren verfügt der Wärmeverteiler (wv) über eine zweite Oberfläche (of2), die typischerweise der ersten Oberfläche (of) gegenüber angeordnet ist. Die zweite Oberfläche (of2) ist bevorzugt elektrisch isolierend. Im Falle einer Aluminiumplatte als Wärmeverteiler (wv) kann beispielsweise eine Eloxierung der Aluminiumplatte diese elektrische Isolation erreichen. Ist der Wärmeverteiler (wv) eine Stahlplatte, so kommen verschiedene galvanische Beschichtungen und/oder Lackierungen in Frage. Die zweite Oberfläche (of2) weist bevorzugt elektrische Leitungen einer ersten Heizvorrichtung (hzl) auf, die den Wärmeverteiler gegenüber der Umgebungstemperatur bei elektrischer Bestromung aufheizen können. In der Figur 1 ist eine optionale erste Kühlvorrichtung (kv) eingezeichnet, die zum Abkühlen des Wärmeverteilers (wv) dient, um diesen schneller regeln zu können. Die erste Kühlvorrichtung (kv) kann beispielsweise eine Wasserkühlung sein. Die erste Heizvorrichtung (hzl) würde dann der ersten Kühlvorrichtung (kv) entgegenarbeiten, was eine besser definierte und schnellere Temperatureinstellung erlaubt. Um die Temperatur des Wärmeverteilers (wv) zu erfassen, ist bevorzugt ein Temperaturfühler vorgesehen, der die erste Ist-Temperatur des Wärmeverteilers (wv) als Wärmeverteilertemperatur (S _wv ) erfasst. Ein nicht eingezeichneter, erster Regler bestromt dann die erste Heizvorrichtung (hzl) in Abhängigkeit von der mittels des Temperaturfühlers erfassten Wärmeverteilertemperatur (S _wv ) mit einem elektrischen Heizstrom in der Art. Der durch einen Regler geregelte elektrischen Heizstrom regelt dann den Wärmeverteiler (wv) auf eine erste definierte Prozesstemperatur (qi) in Abhängigkeit von der mittels des Temperaturfühlers erfassten Wärmeverteilertemperatur (S _wv ) ein. Die ersten Temperaturabweichungen der erfassten Wärmeverteilertemperatur (S _wv ) als ersten Ist- Temperatur gegenüber der ersten Prozesstemperatur (qi) beschränken sich dann auf Systemrauschen und unvermeidliche Regelfehler. Typischerweise ist die erste Heizvorrichtung (hzl) aus einfachen Leiterbahnen gefertigt. Diese sind dann bevorzugt durch eine Lackschicht (Ik) gegen Korrosion geschützt und elektrisch gegenüber ihrer Umgebung isoliert.

Auf den Wärmeverteiler (wv) ist eine Schicht (pw) aus einem ersten Material auf die Oberfläche (of) des Wärmeverteilers (wv) aufgebracht. Diese Schicht (pw) aus dem ersten Material definiert eine neue Oberfläche (ofn) des Wärmeverteilers (wv) parallel zu der Oberfläche (of) des Wärmeverteilers (wv). Die Schicht ist bevorzugt eine Pulverschicht.

Ein Heizkörper (hk) ist in einem ersten Abstand (f) zur neuen Oberfläche (ofn) des Wärmeverteilers (wv) angeordnet. In einer Variante des Prozesses ist dieser erste Abstand (f) zumindest zeitweise so groß, dass der Heizkörper (hk) das erste Material der Schicht (pw) im Bereich des Heizkörpers (hk) noch nicht wesentlich im Sinne dieser Schrift beeinflusst.

Der Heizkörper (hk) umfasst bevorzugt in diesem Beispiel eine zweite Heizvorrichtung (hz2). Eine oder mehrere elektrisch isolierte und thermisch angekoppelte Wicklungen eines Heizdrahtes um den Heizkörper (hk) können beispielsweise diese zweite Heizvorrichtung (hz2) bilden. Ein nicht eingezeichneter zweiter Temperatursensor erfasst die Heizkörpertemperatur (O _hk ) als zweite Ist- Temperatur des Heizkörpers (hk). Ein nicht eingezeichneter zweiter Regler bestromt dann in Abhängigkeit von der erfassten Heizkörpertemperatur (ö _hk ) als zweite Ist-Temperatur die zweite Heizvorrichtung (hz2) mit einem zweiten elektrischen Heizstrom in der Art, dass sich eine zweite Prozesstemperatur (O ) als Heizkörpertemperatur (ö _hk ) des Heizkörpers (hk) einstellt. Dabei arbeitet bevorzugt diese zweite Heizvorrichtung (hz2) gegen eine zweite Kühlvorrichtung (kl), die den Heizkörper (hk) bevorzugt kühlt. Bei dieser zweiten Kühlvorrichtung (kl) kann es sich beispielsweise um eine Wasserkühlung oder Luftkühlung handeln.

Der Heizkörper (hk) ist mit seiner zweiten Heizvorrichtung (hz2) und der optionalen zweiten Kühlung (kl) mittels Befestigungsmitteln (B) an einer Vorschubeinrichtung, hier eine beispielhafte Spindel (SP) befestigt. Ein beispielhafter Motor (M) dreht die Spindel (SP) typischerweise in Abhängigkeit von Steuersignalen eines nicht gezeichneten Rechners, dem Rechner- und/oder Steuersystem. Dadurch kann der Rechner die Position des Heizkörpers (hk) relativ zu der Schicht längs dieser Spindel (SP) als Positioniervorrichtung bestimmen.

Eine temperierte Prozesskammer (pk) beherbergt bevorzugt die ganze Vorrichtung. Ein nicht eingezeichneter Regler bringt die Prozesskammar (pk) bevorzugt auf eine definierte vierte Prozesstemperatur (O ) mittels eines nicht eingezeichneten vierten Temperaturfühlers und einer nicht eingezeichneten vierten Heizvorrichtung. Bei dem Motor (M) handelt es sich bevorzugt um einen Schrittmotor. Bevorzugt ist der Motor (M) außerhalb einer hier zum Zweck der besseren Übersichtlichkeit nicht eingezeichneten Kammer (KA2) positioniert, da die vierte Heizvorrichtung die Prozesskammer (pk) in der Regel auf eine vierte Prozesstemperatur (O4) knapp unterhalb des niedrigsten Schmelzpunkts des ersten Materials der Schicht (pw) aufgeheizt. Dies ermöglicht die Verwendung einfacherer und preiswerterer Motoren (M).

Neben der hier gezeigten Positioniervorrichtung (SP, M, B) für den Heizkörper (hk) sind bevorzugt weitere Positioniermöglichkeiten in andere Richtungen und um andere Achsen vorgesehen. Beispielsweise kann es sinnvoll sein, den Heizkörper nicht nur in X-Richtung translatorisch linear bewegen zu können, sondern auch in einer dazu nicht parallelen Y-Richtung, sodass eine solche Bewegung jede xy-Koordinate jedes Punks der neuen Oberfläche (ofn) der Schicht (pw) auf dem Wärmeverteiler (wv) durch den Heizkörper (hk) erreichen kann.

Wie später klarwerden wird (Figur 20), ist es darüber hinaus beispielsweise sinnvoll, den Heizkörper (hk) um eine Drehachse senkrecht zur neuen Oberfläche (ofn) der Schicht (pv) auf dem Wärmeverteiler (wv) mit einem weiteren Schrittmotor in Abhängigkeit von Signalen des besagten Rechners drehen zu können. Schließlich ist es sinnvoll, wenn ein Rechner des Rechner- und Steuersystems beispielsweise den ersten Abstand (f) mittels eines vierten Schrittmotors und beispielsweise mittels einer weiteren Spindel durch Steuersignale des Rechners an den vierten Schrittmotor ändern kann. Diese weitere Spindel und der vierte Schrittmotor sind ein Beispiel für eine Hubvorrichtung die den Heizkörper (hk) anheben kann. Bevorzugt steuert der Rechner den Stromwert des ersten elektrischen Heizstroms und des zweiten elektrischen Heizstroms u.a. in Abhängigkeit von Position und Orientierung des Heizkörpers.

Figur 2

Figur 2 entspricht weitestgehend der Figur 1. Die Figur 2 stellt ein Beispiel für eine vorgeschlagene Vorrichtung dar. Eine nicht gezeichnete Hubvorrichtung hat den ersten Abstand (f) des Heizkörpers (hk) zur neuen Oberfläche (ofn) des Wärmeverteilers (wv) und damit zur Oberfläche (ofn) der Schicht (pw) aus dem ersten Material verringert.

Es erfolgt nun ein Aufwärmen des ersten Materials der Schicht (pw) im Bereich des Heizkörpers (hk) in einem Aufwärmbereich (a und b) durch die Infrarotstrahlung des aufgeheizten Heizkörpers (hk). Gegenüber der Situation in Figur 1 ist die Infraroteinstrahlung des Heizkörpers (hk) in die neue Oberfläche (ofn) nun verstärkt, da die nicht gezeichnete Hubvorrichtung den ersten Abstand (f) verringert hat. Alternativ oder ergänzend kann die Vorrichtung auch einen Wärmetransport mittels Konvektion vom Heizkörper (hk) zur neuen Oberfläche (ofn) und/oder ein Wärmetransport mittels eines direkten mechanischen Kontakts zwischen Heizkörper (hk) und neuer Oberfläche (ofn) und/oder ein Wärmetransport mittels einer Wärmeleitvorrichtung, insbesondere einer Funktionsfaser (ff), vom Heizkörper (hk) zur neuen Oberfläche (ofn) vorsehen.

Natürlich ist auch eine zeitlich dynamische Veränderung der zweiten Prozesstemperatur (q ₂ ) möglich, um einen funktionsäquivalenten Effekt zu erzielen, der das Anheben des Wärmeverteilers (wv) ergänzen kann. Auch ist ein Absenken des der Heizkörper (hk) durch Reduziierung des Abstands zur Oberfläche des Werkstücks (wst) denkbar, um den funktionsäquivalenten Effekt zu erzeugen.

Sind die erste Prozesstemperatur (qi) und die zweite Prozesstemperatur (q ₂ ) geeignet gewählt, so kommt es nun zu einem Aufschmelzen eines Teils des ersten Materials der Schicht (pw) im Aufwärmbereich (a und b) in einem darin liegenden Aufschmelzbereich (b) innerhalb des Aufwärmbereichs (a und b) infolge des Aufwärmens. Es bildet sich aufgeschmolzenes Material des ersten Materials der Schicht (pw) in einem aufgeschmolzenen Bereich, dem Aufschmelzbereich (b). Dabei schmilzt das Material der Schicht bis zu einer Tiefe (e) unter der neuen Oberfläche (ofn) auf. Diese Tiefe (e) hängt a) von der zweiten Prozesstemperatur (q ₂ ) des Heizkörpers (hk), genauer der Heizkörpertemperatur (ö _hk ), und b) von der Wärmeverteilertemperatur (S _wv ) und c) von dem ersten Abstand (f) der Unterkante des Heizkörpers (hk) von der neuen Oberfläche (ofn) und d) von dem Emissionskoeffizienten der Unterseite des Heizkörpers (hk) und e) von dem Infrarotabsorptionskoeffizienten der neuen Oberfläche (ofn) unterhalb der Unterseite des Heizkörpers (hk) ab.

Das Aufschmelzen kann ggf. auf ein Sintern beschränkt sein.

Figur 3

Das Verfahren beendet bevorzugt diesen Aufschmelzprozess dann wieder definiert. Dies zeigt Figur 3 exemplarisch. Verschiedene Methoden zur Beendigung des Aufschmelzprozesses sind möglich. Bevorzugt macht der Prozessschritt zur Beendigung des Aufschmelzenz die Maßnahme, die das Aufschmelzen initiierte, wieder rückgängig.

Wurde das Aufschmelzen u.a. durch eine Verringerung des ersten Abstands (f) der Unterseite des Heizkörpers (hk) zur neuen Oberfläche (ofn) des Wärmeverteilers (wv) initiiert, so vergrößert die Positioniervorrichtung oder eine funktionsäquivalente Vorrichtung diesen ersten Abstand (f) bevorzugt wieder auf den Ausgangswert, um den Aufschmelzprozess zu beenden. Beispielsweise kann eine Erhöhung der zweiten Prozesstemperatur (q ₂ ) des Heizkörpers (hk) z.B. durch eine Erhöhung der Bestromung der zweiten Heizvorrichtung (hz2) durch den nicht gezeichneten Regler oder durch eine entsprechend erhöhte Soll-Wert-Vorgabe z.B. durch das besagte Rechner- und Steuersystem das Aufschmelzen hervorgerufen haben. In diesem Fall kann der Regler eine Erniedrigung der zweiten Prozesstemperatur (q ₂ ) des Heizkörpers (hk) durch Erniedrigung der Bestromung der zweiten Heizvorrichtung (kz2) durch den nicht gezeichneten Regler hervorrufen. Typischerweise geht dem eine erniedrigte Soll-Wert-Vorgabe z.B. durch das besagte Rechner- und Steuersystem voraus.

Der aufgeschmolzene Bereich (b) [Aufschmelzbereich (b)] der Figur 2 verwandelt sich bevorzugt durch Erstarrung (oder chemische Reaktion) in einen erstarrenden Bereich [Erstarrungsbereich (c)] und dann in einen verfestigten Bereich (vb) [Verfestigungsbereich (d)].

Figur 4

Figur 4 zeigt eine beispielhafte Situation bei einer Parallelisierung des Verfahrens mit mehreren Heizkörpern (hkl, hk2).

Die Figur 4 zeigt beispielhaft einen ersten Heizkörper (hkl), wobei eine zweite Kühlvorrichtung (kl 1) des ersten Heizkörpers (hkl) den ersten Heizkörper (hkl) kühlt und die zweite Heizvorrichtung (hz21) des ersten Heizkörpers (hkl) den ersten Heizkörper (hkl) heizt.

Die Figur 4 zeigt beispielhaft einen zweiten Heizkörper (hk2), wobei eine zweite Kühlvorrichtung (kl2) des zweiten Heizkörpers (hk2) den zweiten Heizkörper (hk2) kühlt und die zweite Heizvorrichtung (hz22) des zweiten Heizkörpers (hk2) den zweiten Heizkörper (hk2) heizt.

Der erste Heizkörper (hkl) ist in einem ersten Abstand (fl) des ersten Heizkörpers (hkl) zur neuen Oberfläche (ofn) des Wärmeverteilers (wv) angeordnet.

Der zweite Heizkörper (hk2) ist in einem ersten Abstand (f2) des zweiten Heizkörpers (hk2) zur neuen Oberfläche (ofn) des Wärmeverteilers (wv) angeordnet.

Somit entspricht die Ausgangssituation für den ersten Heizkörper (hkl) und den zweiten Heizkörper (hk2) jeweils der Ausgangssituation der Figur 1 für den dortigen Heizkörper (hk).

Bei geeigneter Ansteuerung kann diese Mehrzahl an Heizkörpern (hzl, hz2) ggf. schneller ein Muster durch lokal selektives Aufschmelzen in der neuen Oberfläche (ofn) der Schicht (pw) erzeugen.

Figur 5 Nun kann beispielsweise der erste der beiden beispielhaften Heizkörper (hkl, hk2) ggf. bei Bedarf einen ersten aufgeschmolzenen Bereich [Aufschmelzbereich (abl)] in einem Aufwärmbereich (a, b) erzeugen. Verwendet das Verfahren beispielsweise den ersten Heizkörper (hkl) dazu, so kann dazu beispielsweise eine Postioniervorrichtung beispielsweise den erste Abstand (fl) des ersten Heizkörpers (hkl) zur neuen Oberfläche (ofn) des Wärmeverteilers (wv) vermindern. Parallel oder alternativ kann ein Regler die zweite Prozesstemperatur (O21) des ersten Heizkörpers (hkl) mittels der zweiten Heizvorrichtung (hz21) des ersten Heizkörpers (hzl) erhöhen. Typischerweise geht dem eine erhöhte Soll-Wert-Vorgabe z.B. durch das besagte Rechnersystem für die zweite Prozesstemperatur (O21) des ersten Heizkörpers (hkl) voraus. Diese Situation ist in Figur 5 dargestellt. Stattdessen und/oder parallel dazu kann auch der zweite der beiden beispielhaften Heizkörper (hkl, hk2) ggf.bei Bedarf einen zweiten aufgeschmolzenen Bereich (ab2) erzeugen.

Verwendet das Verfahren beispielsweise den zweiten Heizkörper (hk2) dazu, so kann dazu beispielsweise die Positioniereinrichtung beispielsweise den zweiten Abstand (f2) des zweiten Heizkörpers (hk2) zur neuen Oberfläche (ofn) des Wärmeverteilers (wv) vermindern. Parallel oder alternativ dazu kann ein Regler die zweite Prozesstemperatur (^22) des zweiten Heizkörpers (hk2) mittels der zweiten Heizvorrichtung (hz22) des zweiten Heizkörpers (hz2) erhöhen. Typischerweise geht dem eine erhöhte Soll-Wert-Vorgabe z.B. durch das besagte Rechnersystem für die zweite Prozesstemperatur (^22) des zweiten Heizkörpers (hk2) voraus.

Figur 6

Ist der Prozess des Aufschmelzens entsprechend Figur 5 beendet, so macht anschließende die Vorrichtung typischerweise wieder die ergriffenen Maßnahmen rückgängig. Wurde beispielsweise der erste Heizkörper (hkl) der beiden beispielhaften Heizkörper (hkl, hk2) dazu verwendet, einen ersten aufgeschmolzenen Bereich (abl) zu erzeugen, so kann dazu beispielsweise das Rechen- oder Steuerssystem bespielswesie mittels einer Hebevorrichtung den ersten Abstand (fl) des ersten Heizkörpers (hkl) zur neuen Oberfläche (ofn) des Wärmeverteilers (wv) wieder vergrößern. Paralelle oder alternativ kann die zweite Prozesstemperatur (q ₂ i) des ersten Heizkörpers (hkl) mittels der zweiten Heizvorrichtung (hz21) des ersten Heizkörpers (hzl) durch einen Regler wieder erniedrigen. Typischerweise geht dem eine erniedrigte Soll-Wert-Vorgabe z.B. durch das besagte Rechnersystem für die zweite Prozesstemperatur (O21) des ersten Heizkörpers (hkl) voraus. Diese Situation ist in Figur 6 dargestellt. Durch das dann infolge der Temperaturabsenkung ausgelöste Erstarren des ersten aufgeschmolzenen Bereiches (abl) bildet sich dann der erste verfestigte Bereich (vbl). Wurde beispielsweise der zweite der beiden beispielhaften Heizkörper (hkl, hk2) dazu verwendet, einen zweiten aufgeschmolzenen Bereich (ab2) zu erzeugen, so kann dazu beispielsweise das Rechen- oder Steuersystem der Vorrichtung beispielsweise mittels einer zweiten Hebevorrichtung den zweiten Abstand (f2) des zweiten Heizkörpers (hk2) zur neuen Oberfläche (ofn) des Wärmeverteilers (wv) wieder vergrößern. Alternativ oder parallel kann ein Regler die zweite Prozesstemperatur (^22) des zweiten Heizkörpers (hk2) mittels der zweiten Heizvorrichtung (hz22) des zweiten Heizkörpers (hz2) wieder erniedrigen. Durch das dann infolge der Temperaturabsenkung ausgelöste Erstarren des zweiten aufgeschmolzenen Bereiches (ab2) bildet sich dann der zweite verfestigte Bereich (vb2).

Figur 7

Nun können beispielsweise der erste und der zweite der beiden beispielhaften Heizkörper (hkl, hk2) auch einen ersten aufgeschmolzenen Bereich (abl) erzeugen.

Verwendet das Verfahren beispielsweise den ersten Heizkörper (hkl) dazu, so kann beispielsweise die Positioniervorrichtung dazu beispielsweise der erste Abstand (fl) des ersten Heizkörpers (hkl) zur neuen Oberfläche (ofn) des Wärmeverteilers (wv) vermindern. Alternativ oder parallel dazu kann ein Regler die zweite Prozesstemperatur (O21) des ersten Heizkörpers (hkl) mittels der zweiten Heizvorrichtung (hz21) des ersten Heizkörpers (hzl) erhöhen.

Parallel dazu kann auch der zweite der beiden beispielhaften Heizkörper (hkl, hk2) einen zweiten aufgeschmolzenen Bereich (ab2) parallel dazu und unbahängig davon zu erzeugen.

Verwendte das Verfahren beispielsweise den zweiten Heizkörper (hk2), so kann eine Positioniervorrichtung dazu beispielsweise den ersten Abstand (f2) des zweiten Heizkörpers (hk2) zur neuen Oberfläche (ofn) des Wärmeverteilers (wv) vermindern. Parallel oder alternativ dazu kann ein Regler die zweite Prozesstemperatur (^22) des zweiten Heizkörpers (hk2) mittels der zweiten Heizvorrichtung (hz22) des zweiten Heizkörpers (hz2) erhöhen.

Diese Situation mit zwei aktiven Heizkörpern (hkl, hk2) stellt Figur 7 dar.

Figur 8

Ist der Prozess des Aufschmelzens entsprechend Figur 7 beendet, so macht die Rechen- und Steuereinheit der Vorrichtung bevorzugt die ergriffenen Maßnahmen typischerweise wieder rückgängig. Hat beispielsweise der erste der beiden beispielhaften Heizkörper (hkl, hk2) einen ersten aufgeschmolzenen Bereich (abl) erzeugt, so kann dazu beispielsweise die Rechen- und Steuereinheit mittels der besagten Hebevorrichtung den ersten Abstand (fl) des ersten Heizkörpers (hkl) zur neuen Oberfläche (ofn) des Wärmeverteilers (wv) wieder vergrößern. Alternativ oder parallel dazu kann ein Regler die zweite Prozesstemperatur (O21) des ersten Heizkörpers (hkl) mittels der zweiten Heizvorrichtung (hz21) des ersten Heizkörpers (hzl) wieder erniedrigen. Diese Situation stellt Figur 8 dar. Durch das dann infolge der Temperaturabsenkung ausgelöste Erstarren des ersten aufgeschmolzenen Bereiches (abl) bildet sich dann der erste verfestigte Bereich (vbl).

HAt beispielsweise der zweite der beiden beispielhaften Heizkörper (hkl, hk2) einen zweiten aufgeschmolzenen Bereich (ab2) erezugt, so kann beispielsweise die Rechen- und Steuereinheit mittels der besagten zweiten Hebevorrichtung den zweiten Abstand (f2) des zweiten Heizkörpers (hk2) zur neuen Oberfläche (ofn) des Wärmeverteilers (wv) wieder vergrößern. Alternativ oder parallel dazu kann ein Regler die zweite Prozesstemperatur (^22) des zweiten Heizkörpers (hk2) mittels der zweiten Heizvorrichtung (hz22) des zweiten Heizkörpers (hz2) wieder erniedrigen. Das dann infolge der Temperaturabsenkung ausgelöste Erstarren des zweiten aufgeschmolzenen Bereiches (ab2), des Aufschmelzbereiches (b), bildet dann den zweiten verfestigten Bereich (vb2) als Verfestigungsbereich (d) aus.

Diese Situation mit zwei zuvor aktiven Heizkörpern (hkl, hk2) stellt Figur 8 dar.

Figur 9

Figur 9 zeigt die Situation entsprechend den Figuren 1 bis 3, wobei nun aber die Spindel (SP) im Zusammenwirken mit dem Motor (M) den Heizkörper (hk) mit einer ersten Geschwindigkeit (vl) längs der Spindelrichtung bewegt.

Das Bild der Figur 9 entspricht der Figur 2 mit dem Unterschied, dass der Bereich der Schmelze im Aufschmelzbereich (b) nun durch die Fortbewegung des Heizkörpers (hk) relativ zum Wärmeverteiler (wv) den Aufschmelzbereich (b) verlässt. Dieses Verlassen des Bereichs der Schmelze des Aufschmelzbereiches (b) durch die Fortbewegung des Heizkörpers (hk) relativ zum Wärmeverteiler (wv) überführte den Aufschmelzbereich (b) in einen Bereich der Erstarrung (eb) im Erstarrungsbereich (c), wo sich die Schmelze wieder nach und nach wieder verfestigt. Die ehemalige Schmelze erstarrt letztlich ganz, wodurch sie einen verfestigten Bereich (vb) im Verfestigungsbereich (d) erreicht hat. Figur 10

Nachdem die gesamte Schmelze sich verfestigt hat, kann nun beispielsweise eine Rakel (rk) weiteres Material als neue Schicht (npw) aufbringen. Bevorzugt handelt es sich bei dem Material um ein staubförmiges, schmelzbares Granulat sehr feiner Körnung aus dem besagten ersten Material. Eine Rakelvorschubvorrichtung bewegt die Rakel (rk) mit einem vorauslaufenden Materialvorrat (pwv) über die bisherige Pulveroberfläche, die die bishereige Oberfläche (of) des Werkstücks (wst) umfasst. Die Rakelvorschubvorrichtung der Rakel (rk) hält dabei bevorzugt die Unterkante (uk) der Rakel (rk) auf einem vorzugsweise konstanten zweiten Abstand (g) zur alten Oberfläche (aof) der Schicht (pw), die zuvor die neue Oberfläche (ofn) war. Hierdurch bildet die Vorschubbewegung der Rakel (rk) mit dem Pulver, das die Vorschubbewegung der Rakel (rk) aus dem Materialvorrat (pwv) auf der bisherigen Oberfläche (aof) zurücklässt, eine neue Oberfläche (ofn) der neuen Schicht (npw) für den nächsten Durchgang oberhalb der alten Oberfläche (aof). Die Rakelvorschubvorrichtung bewegt die Rakel (rk) dabei bevorzugt mit einer dritten Geschwindigkeit (v3) über die alte Oberfläche (aof).

Figur 11

Nach Abschluss des Auftrags der neuen Schicht (npw), wie in Figur 10 dargestellt, ergibt sich die neue Situation entsprechend Figur 11. Der Auftrags der neuen Schicht (npw) hat eine neue Schicht (npw), die im nachfolgenden Durchgang die Funktion der Schicht des Materials spielt, oberhalb der alten Oberfläche (aof) gebildet. Die neue Schicht (npw) des Materials bedeckt den verfestigten Bereich bevorzugt nun komplett.

Statt des Auftragens mittels des Vorschubs einer Rakel (rk) durch eine Rakelvorschubeinrichtung kommen auch Dispensermethoden, Druckmethoden und Lackiermethoden etc. in Frage.

Figur 12

Die Darstellung der Figur 12 entspricht der Darstellung der Figur 9 mit dem Unterscheid, dass die vorschlagsgemäße 3D-Druckvorrichtung anstelle der ursprünglichen Schicht (pw) nun die neue Schicht (npw) bearbeitet. Der neu gebildete verfestigte Bereich (vb) ist auf dem alten verfestigten Bereich (vb) angeordnet, also gewissermaßen gestapelt. Wir weisen darauf hin, dass die Tiefe (e) des Aufschmelzens des Materials der Schicht (pw) von der neuen Oberfläche (ofn) ausgemessen größer sein kann als die Schichtdicke (g). Die Schichtdicke (g) bestimmt sich durch den zweiten Abstand (g) der Unterkante (uk) der Rakel (rk) während des Vorschunbs durch die Rakelvorschubeinrichtung zur alten Oberfläche (aof) der Schicht (pw). Die Schichtdicke (g) entspricht dann der Dicke der neuen Schicht (npw). Somit kann die vorschlagsgemäße 3D-Druckvorrichtung mehr Pulverschichten als nur eine Pulverschicht aufschmelzen.

Figur 13

Die Darstellung der Figur 13 entspricht der Figur 12 mit dem Unterscheid, dass nun die Funktionsfaservorschubeinrichtung der Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft) eine Funktionsfaser (ff) über einen Kanal (kn) in dem Fleizkörper (hk) mit einer zweiten Geschwindigkeit (v2) zuführt. Eine Funktionsfasereinlegevorrichtung bzw. die 3D-Druckvorrichtung kann eine solche Funktionsfaservorschubeinrichtung für die Funktionsfaser (ff) theoretisch auch als eigenständige Teilvorrichtung der Gesamtvorrichtung unabhängig vom Fleizkörper (hk) umfassen. D.h. der Kanal (kn) zur Führung der Funktionsfaser (ff) muss nicht numbedingt Teil des Fleizkörpers (hk) sein. Es hat sich aber in den Versuchen gezeigt, dass eine Realisierung als Teil des Fleizkörpers besonders vorteilhaft ist, da dann der Fleizkörper (hk) ie Funktionsfaser (ff) vor dem Einlegen in die aufgeschmolzene Oberfläche (of) der Schicht (pv) bzw. des Werkstücks (wst) vorheizt. Bevorzugt weist die innere untere Kante (kt) des Kanals (kn) einen geeigneten Radius auf, der größer ist als der minimale erlaubte Biegeradius der Funktionsfaser (ff) längs des Verlaufs des einzulegenden Funktionsfaserabschnitts der Funktionsfaser (ff). Die zweite Geschwindigkeit (v2) ist vorzugsweise im Wesentlichen betragsgleich der ersten Geschwindigkeit (vl), sodass sich keine Kräfte aufbauen können. Dieser Prozess baut die Funktionsfaser (ff) hierdurch in das Material des verfestigten Bereiches (vb), also des Verfestigungsbereiches (d) ein. Bevorzugtumfasst die Funktionsfaser (ff) eine Kohlenstoff-Faser und/oder eine Glasfaser und/oder eine Mineralfaser und/oder Naturfasern und/oder Mineralfasern und/oder Pflanzenfasern und/oder Seidenfasern und/oder einen Draht, der insbesondere aus einem Drahtmaterial gefertigt sein kann, das Gold, Silber, Kupfer, Aluminium,

Titan, Magnesium, Mangan, Nickel, seltene Erden, Platin, Uran, Plutonium, Thorium, Eisen und dergl. umfassen kann, und/oder einen Formgedächtnisdraht, insbesondere einen Nitioldraht, und/oder eine Litze, die solche Drähte und/oder Fasern umfasst.

Figur 14

Die Darstellung der Figur 14 entspricht der Figur 13 mit dem Unterscheid, dass nun ein Schritt 2a bereits eine Struktur in der Schicht mittels eines selektiven Sinterverfahrens, beispielsweise mittels selektiven Laser-Sinterns, erzeugt hat. Nun schmilzt die Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft) mit ihrem Fleizkörper (hk) dieses zuvor bereits gesinterte Material erneut aufg. Das Material der Schicht erfährt in diesem Beispiel also zwei Wärmebehandlungen. Zuerst erfolgt die Sinterung der zu sinternden Stellen der Oberfläche (of) der neuen Schicht (npw) und dann das nochmalige Aufschmelzen einiger dieser bereits geschmolzen und erstarrten Materialbereiche mit dem Einlegen der Funktionsfaser (ff).

Figur 15

Die Figur 15 entspricht weitestgehend der Figur 14 mit folgenden Unterschieden: Der Fleizkörper (hk) ist in diesem Beispiel aus Diamant gefertigt. Diamant ist ein Beispiel für ein Material, in dem die monolithische Integration elektrischer Funktionalitäten möglich ist. Von Diamant ist die Fertigung elektronischer Bauelemente in Diamant bekannt. Der Diamant-Fleizkörper (dhk) in diesem Beispiel ist funktionsäquivalent zu dem zuvor besprochenen Fleizkörper (hk). Die zweite Fleizvorrichtung (hz2) ist nun aber in dem Material des Diamant-Fleizkörpers (dhk) beispielhaft integriert und gefertigt. Beispielsweise kann es sich um eine hoch p-dotierte p+-Schicht in dem Diamanten des Diamant- Fleizkörpers (dhk) handeln. Eine lokalisierte und strukturierte Implantation (Focused-Ion-Beam- Implantation) von Bor-Atomen in das Diamantmaterial des Diamant-Fleizkörpers (dhk) und eine anschließende Wärmebehandlung können eine solche hoch p-dotierte Schicht erzielen. Eine Implantation mit niedrigerer Dosis führt zu weniger gut leitenden Schichten, deren Nutzung als Widerstände oder Temperatursensor möglich ist. Eine sehr hohe Dosis führt zu Bereichen, deren Nutzung als elektrische Kontakte möglich ist. Auch ist die Verwendung von Titan zur Fierstellung ohmscher Kontakte bekannt. In den Diamanten sind bevorzugt axial eine erste Öffnung (ol) und eine zweite Öffnung (o2) bevorzugt durch Laser-Bohren eingebracht, die durch den Kanal (kn) miteinander verbunden sind. In dem Beispiel der Figur 15 umfasst das Diamantmaterial des Diamant- Fleizkörpers (dhk) ist die zweite Fleizvorrichtung (hz2) als elektrischer, insbesondere bevorzugt p- dotierter Widerstand. Bei elektrischer Bestromung heizt dieser elektrische Widerstand sich auf und gibt die Wärme ab. Diese Schrift verweist hinsichtlich der Fierstellung solcher Diamantkörper auf Bernd Burchard, "Elektronische und optoelektronische Bauelemente und Bauelementstrukturen auf Diamantbasis", Dissertation, Flagen, 1994 und die Schrift EP 1 274976 Bl.

Figur 16

Figur 16 entspricht der Figur 15 mit dem Unterschied, dass an die untere Begrenzungsfläche des Diamant-Fleizkörpers (dhk) noch beispielhaft ein oder mehrere Temperatursensoren (ts) umfasst. Diese sind beispielsweise wieder Widerstände und/oder pn-Dioden. Fertigung solcher elektronischen Bauelemente in dem Dimant-Heizkörper (dhk) kann eine Implantation von Fremdatomen in den Diamanten hinein als Herstellungsschritt nutzen. Hierdurch kann beispielsweise eine Regelung des besagten rechnergesteuerten Reglers die Temperatur an der Unterkannte des Diamant-Heizkörpers (dhk) sehr genau kontrollieren. Ein PID-Regler beispielsweise kann in Abhängigkeit vom aktuellen elektrischen Widerstandswert des elektrischen Widerstands des Temperatursensors (ts) den elektrischen Strom durch die zweite Heizvorrichtung (hz2) regeln. Ein Vorteil der Benutzung von Diamant zusammen mit einer Wärmesenke (kl) ist der schnelle Temperaturabfall des Diamant- Heizkörpers (dhk) nach Beendigung der Beheizung infolge der extrem guten Wärmeleitfähigkeit von Diamant, die wesentlich besser ist, als die von Kupfer.

Figur 17

Figur 17 zeigt einen beispielhaften Diamant-Heizkörper (dhk) in der Aufsicht auf die Unterseite des Diamant-Heizköpers (dhk) und zwar auf die Spitze des Diamant-heizkörpers (dhk) von der Werkstückseite aus gesehen. Figur 17a zeigt das gerasterte Foto eines solchen Diamant-Heizkörpers. Figur 17b zeigt eine Zeichnung, die den Diamantheizkörper der Figur 17a zeigt. Durch die doppelte Darstellung stellt die hier vorgelegte Schrift sichert, dass auch bei schlechter Reproduktion der Figur 17 der Inhalt noch erkennbar ist. Der beispielhafte Diamant-Heizkörper (dhk) weist einen ersten Kontakt (Kl) und einen zweiten Kontakt (K2) auf, die die elektrische Kontaktierung und den Betreib einer ersten zweite Heizvorrichtung (hz2) ermöglichen. Der beispielhafte Diamant-Heizkörper (dhk) weist einen siebten Kontakt (K7) und einen achten Kontakt (K8) auf, die die elektrische Kontaktierung und den Betrieb einer zweiten zweiten Heizvorrichtung (hz2) ermöglichen. Ein dritter Kontakt (K3), ein vierter Kontakt (K4), ein fünfter Kontakt (K5) und ein sechster Kontakt (K6) ermöglichen die Kontaktierung der Temperatursensoren. Die Temperatursensoren sind die infolge der Rasterung des Bildes nicht zu erkennen. Der Kanal (kn) ist in der Mitte des Diamant-Heizkörpers (dhk) zu erkennen. Das Aufsetzen federnder Kontaktstifte auf die Kontaktflächen der Kontakte (Kl bis K8) kann beispielsweise einen elektrischen Anschluss des Dimant-Heizkörpers (dhk) ermöglichen. Die entsprechenden Halterungen, Federstifte und Verbindungen sind zur besseren Übersichtlichkeit in den vorausgehenden Figuren nicht eingezeichnet. In Figur 17b sind eine erste streifenförmige p- Implantation in den Diamanten mit gestrichelten Rändern dargestellt. In Figur 17b sind eine zweite streifenförmige p-lmplantation in den Diamanten mit gestrichelten Rändern dargestellt. Die erste p- Implantation verbindet den sechsten Kontakt (K6) mit dem vierten Kontakt (K4). Die zweite p- Implantation verbindet den fünften Kontakt (K5) mit dem dritten Kontakt (K3). Bevorzugt führt der Herstellungsprozess des Diamantheizkörpers (dhk) die erste p-lmplantation und die zweite p- Implantation in unterschiedlichen Implantationstiefen aus. Daher berühren sich diese beiden Implantationsgebiete, die erste p-lmplantation in Form einer ersten elektrisch halbleitenden Implantationsschicht in einer ersten Implantationstiefe und die zweite p-lmplantation in Form einer zweiten elektrisch halbleitenden Implantationsschicht in einer zweiten Implantationstiefe, im Bereich des Kanals gerade. Dieser elektrische Übergang zwischen der ersten halbleitenden Implantationsschicht und der zweiten halbleitenden Implantationsschicht ist bevorzugt durch unterschiedliche Wahl der ersten Implantationstiefe und der zweiten Implantationstiefe bezogen auf die Oberfläche des Diamanten hochohmig. Dieser elektrische Übergang ist daher typischerweise sehr temperaturabhängig. Durch eine Kelvin Messung an den vier Kontakten (K3, K4, K5, K6) kann eine Widerstandsmessvorrichtung des Rechner- und Steuersystems der 3D-Druckvorrichtung den elektrischen Widerstandswert dieses elektrischen Übergangs im Bereich des Kanals (kn) präzise bestimmen. Ein Regler des Rechner- und Steuerungssystems kann dan diesen ermittelten Widerstandswert für die Regelung der elektrischen Heizleistung der ersten zweiten Heizvorrichtung (hz2) und der zweiten zweiten Heizvorrichtung (hz2) nutzen. Dieser elektrische Übergang ist nue eine beispielhafte Ausführung eines Temperatursensors (ts) unter anderen Ausführungsformen, wie Halbleiterdioden, Thermoelemente (Englisch: Thermo-Couple) etc.. Figur 17b zeigt eine beispielhafte, bevorzugte Lage eines solchen Temperatursensors (ts). In diesem Zusammenhang weist diese Schrift auf die Schrift EP 1274976 Bl hin.

Figur 18

Figur 18 zeigt einen weiteren beispielhaften Diamant-Heizkörper (dhk) in der Aufsicht auf die Spitze von der Werkstückseite aus gesehen. Figur 18a zeigt das gerasterte Foto eines solchen Diamant- Heizkörpers. Figur 18b zeigt eine Zeichnung, die den Diamantheizkörper der Figur 18a zeigt. Die doppelte Darstellung stellt sicher, dass auch bei schlechter Reproduktion der Figur 18 der Inhalt noch erkennbar ist. Der beispielhafte Diamant-Heizkörper (dhk) weist einen ersten Kontakt (Kl) und einen zweiten Kontakt (K2) und einen dritten Kontakt (K3) und einen vierten Kontakt (K4) auf. Die Widerstandsmessvorrichtung des Rechner- und Steuerungssystems kontaktiert den kreuzförmigen Temperatursensor (ts) über diese Kontakte (Kl, K2, K3, K4). Der Kanalabschnitt des Heizkörpers (hk) des Kanals (kn) der Funktionsfasereinlegevorrichtung befindet sich in der Mitte des Bildes. Bei Verwendung dieses Diamant-Heizkörpers ist bevorzugt eine externe zweite Heizvorrichtung (hz2) erforderlich. Die Erfinder weisen auf die Erläuterung zum Temperatursensor (ts) oben hin. Figur 19

Figur 19 entspricht der Figur 16 mit dem Unterschied, dass der Fleizköper (dhk) in diesem Beispiel optisch transparent ist. Ein weiterer Unterschied ist, dass nun der Fleizkörper (dhk) die Fleizleistung mittels eines beispielhaften ersten Laser-Strahls (LB1) und mittels eines beispielhaften zweiten Laserstrahls und mittels Spiegeln (Isp) in das Aufwärmgebiet einträgt. Dabei durchdringt die elektromagnetische Strahlung den Diamant Heizkörper (dhk) selbst, um auf die Oberfläche des Werkstücks (wst) zu gelangen. Dies ist nur ein Beispiel von mehreren möglichen für die mögliche Aufschmelzung des Materials der Oberfläche (of) des Werkstücks (wst) mittels elektromagnetischer Strahlung. Die Unterseite des Heizkörpers (hk) ist in diesem Beispiel dafür bevorzugt in einer größeren Fläche plan ausgeführt. Der Heizkörper (dhk) stellt hier bevorzugt auch ein optisches Funktionselement dar, dass Heizenergie in Form der Laser-Strahlen (LB1, LB2) hier im Zusammenwirken mit den Spiegeln (Isp) als weiteren optischen Funktionselementen auf den Aufwärmbereich (a,b) lenkt.

Figur 20

Die Figur 20 entspricht im Wesentlichen der Figur 14. Eine Modifikation der Vorrichtung ermöglicht, dass auch eine Verarbeitung von Funktionsfasern (ff) mit einem größeren Biegeradius möglich ist. In der Folge ist der Heizkörper (hk) nicht mehr symmetrisch und die Funktionsfaser (ff) trifft nicht mehr senkrecht auf die Oberfläche (of) der neuen Schicht (npw). Eine Drehvorrichtung den Heizkörper (hk) kann zur Lösung dieser Problematik in Abhängigkeit von der aktuellen xy-Einlegeposition des Einlegepunkts (ep) und der vorgesehenen Einlegerichtung der Funktionsfaser (ff) für diesen Einlegepunkt (ep) mittels eines rechnergesteuerten Schrittmotors um eine Rotationsachse (ach) drehen. Die Rotationsachse (ach) geht bevorzugt durch den Einlegepunkt (ep). Die Drehung steuert die bevorzugt das besagte Rechnen- und Steuersystem. Die Drehvorrichtung dreht den Heizkörper (hk) dann bevorzugt stets so, dass die Komponente der ersten Geschwindigkeit (vl) des Bewegungsvektors des Heizkörpers (hk) in der xy-Ebene bevorzugt im Wesentlichen parallel zu der Komponente der des Richtungsvektors der Funktionsfaser (ff) in der xy-Ebene ist. Diese Ausrichtung der Ausstoßrichtung der Funktionsfaser (ff) aus dem Kanal (kn) der Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft) hinaus mittels der Drehvorrichtung auf die Oberfläche (of) des Werkstücks (wst) ermöglicht das Verlegen von insbesondere dicken Funktionsfasern (ff) in Kurven. Figur 20 zeigt die Drehvorrichtung ist in der zur besseren Übersichtlichkeit selbst nicht. Eine mögliche Drehrichtung und die virtuelle Achse (ach), um die die Drehung des Heizkörpers (hk) erfolgt, sind aber eingezeichnet.

Figur 21 und Figur 22

Figur 21 und Figur 22 zeigen den Testaufbau. Figur 21 zeigt eine Zeichnung des Testaufbaus. Figur 22 zeigt ein entsprechendes gerastertes Foto des Testaufbaus, das mit der Zeichnung korrespondiert.

Das Foto zeigt den Motor (M), den verfestigten Bereich (vb), den Heizkörper (hk), die Pulverschicht (pv), den Wärmeverteiler (wv), eine zusätzliche Aluminiumfolie zur besseren Abtrennbarkeit des Werkstücks (wst) nach der Fertigung vom Wärmeverteiler, einen zweiter Heizkörper (hk2), die zweite Heizvorrichtung (hz2), den Schrittmotor (VSM) für den Vorschub der Funktionsfaser (ff) in Richtung Oberfläche (of) der Schicht (pw) und die Zuleitung des Temperatursensors (ts) zur zweiten Heizvorrichtung (hz2). Figur 22 zeigt auch das Gestänge für die Spindel (SP), die der Motor (M) antreibt, und ein Teil der Verdrahtung.

Figur 23 und Figur 24

Figur 23 und Figur 24 zeigen ein Detail der Vorrichtung der Figuren 21 und 22. Figur 23 ist eine Zeichnung, deren Inhalt mit dem Bild der Figur 24 korrespondiert. Die doppelte Darstellung in den Figuren 23 und 24 stellt sicher, dass auch bei schlechter Reproduktion der Figur 24 der Inhalt in der Figur 23 noch erkennbar ist. Figur 24 zeigt eine Detail-Aufnahme der Vorrichtung aus Figuren 21 und 22. Zu erkennen ist eine vierte, typischerweise optionale Heizvorrichtung (hz4). Diese ist beispielhaft als Keramikstäbchen ausgeformt, wie es von Lötkolben bekannt ist. Diese vierte Heizvorrichtung heizt einen Metallschuh, der als Blech mit einem Loch ausgeformt ist, über eine thermisch leitende mechanische Verbindungshülse, die auf das besagte Keramikstäbchen aufgesteckt ist. Das Blech des Metallschuhs ist im Wesentlichen parallel zu Oberfläche (of) der Schicht (pv) ausgerichtet. In das Blech des Metallschuhs ist ein Loch eingearbeitet in das der Heizkörper (hk) hineinreicht, ohne den Metallschuh zu berühren. Dadurch sind der Metallschuh und der Heizkörper (hk) thermisch im Wesentlichen voneinander isoliert. Der Metallschuh dient hier als vierter Heizkörper (hk4), der bei der Bewegung des Heizkörpers (hk) mit der ersten Geschwindigkeit (vl) parallel zur Oberfläche (of) ein Temperaturprofil an den überstrichenen Punkten auf der Oberfläche der Schicht (pv) erzeugt.

Ggf. ermöglicht die Verwendung noch weiterer Heizkörper die Realisierung komplizierterer Temperaturverläufe. Zu erkennen sind der verfestigte Bereich (vb), die zusätzliche Aluminium-Folie (al), der Wärmeverteiler (wv), die zweite Heizvorrichtung (hz2), die Zuleitung für das Thermoelement zur Messung der Temperatur des zweiten Heizelements (hz2) und der Schrittmotor (VSM) für den Vorschub der Funktionsfaser (ff) in Richtung der Oberfläche (of) der Schicht (pw).

Figur 25

Die Figur 25 entspricht wieder im Wesentlichen der Figur 14. Nun ist der aus den Figuren 21 bis 24 bekannte vierte Heizkörper (hk4) beispielhaft skizzierend eingezeichnet. Der vierte Heizkörper dient der Gestaltung des Temperaturprofils bei Bewegung des Heizkörpers (hk) über die Oberfläche (of) der Schicht (pw) im ersten Abstand (f). Der vierte Heizkörper (hk4) ist bevorzugt fest mit der Befestigung des Heizkörpers (hk) verbunden, sodass er bevorzugt permanent in der in etwa gleichen Position relativ zum Heizkörper (hk) bleibt.

Figur 25 deutet die Zuführeinheit, die die Funktionsfaser (ff) in Richtung der Oberfläche (of) der Schicht (pv) transportiert, hier beispielhaft an. Die Zuführeinheit in Form der Faservorschubeinrichtung umfasst in diesem Beispiel aus einer Antriebsrolle (ar), die beispielsweise ein Schrittmotor (VSM) antreibt. Die Achse der Antriebsrolle ist so gelagert, dass die Antriebsrolle (ar) ihre Position relativ zum Kanal (kn) und zum Heizköper (hk) nicht ändert. Der Antriebsrolle (ar) gegenüber ist eine federnd und drehbar gelagerte Druckrolle (pr), die durch die federnde Lagerung mit einer Kraft F die Funktionsfaser (ff) gegen die Antriebsrolle (ar) drückt. Die Antriebsrolle (ar) weist bevorzugt Riefen oder Zähne auf, um die Reibung zwischen der Funktionsfaser (ff) und der Antriebsrolle (ar) zu maximieren.

Eine beispielhaft dargestellte Abschneid- und Trennvorrichtung (av) der

Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft) durchtrennt die Funktionsfaser (ff), wenn die Beendigung des Einlegevorgangs eines Funktionsfaserabschnittes notwendig ist. Die Fortbewegung des Heizkörpers mit der ersten Geschwindigkeit (vl) im Zusammenwirken mit der Reibung zwischen dem verfestigten Bereich (vb) und dem Pulverbett (pw, npw) ziehen das in dem Kanal (kn) verbleibende Reststück der Funktionsfaser aus dem Kanal heraus. Hierbei ist zu beachten, dass das Reststück der Funktionsfaser (ff) in dem Kanal (kn) eine Reibungskraft beim Kontakt mit der Innenwand des Kanals (kn) erfährt, die dem entgegengesetzt ist. Ist das bereits im verfestigten Bereich (vb) eingebettete Funktionsfaserteilstück zu klein, so reicht die Reibung zwischen diesem verfestigten Bereich (vb) und dem Pulverbett (pw, npw) nicht aus, um diese Kraft zu überkompensieren und der Verfestigte Bereich (vb) setzt sich in Bewegung und das Reststück der Funktionsfaser verlässt nicht zuverlässig den Kanal (kn). Aus diesem Grunde muss eine Mindestlänge der Funktionsfaser (ff) im verfestigten Bereich eingebettet sein, bevor eine Trennung durch die Abschneid- und Trennvorrichtung (av) erfolgen kann. Die die Verwendung eines weiteren vierten Heizkörpers (hk4), den die vierte Heizvorrichtung (hz4) temperiert, ist denkbar. Verschiedene Faktoren können einen zeitlichen Temperaturverlauf für einen Punkt der Oberfläche des Pulvers (pw) (als Werkstück (wst)) für die Durchführung des Einlegeprozesses der Funktionsfaser (ff) an diesem Punkt erzeugen. Ein erster Faktor kann der Abstand zwischen der Unterseite des vierten Heizkörpers (hk4) und der Oberfläche des Werkstücks sein. Ein zweiter Faktor kann die Formgebung an der Unterseite des vierten Heizkörpers (hk4) sein. Ein dritter Faktor kann die Wahl der ersten Geschwindigkeit (vl) sein. Weitere Faktoren wie beispielsweise die Belüftung oder die Temepratur der Prozesskammer (pk) können den Temperaturverlauf ebenfalls beeinflussen.

Figuren 26 und 27

Die Figuren 26 und 27 zeigen das Einlegens einer Funktionsfaser (ff) aus dem Kanal (kn) eines Heizkörpers (hk) kommend in einen aufgeschmolzenen Bereich, den Aufschmelzbereich (b). Figur 27 zeigt das gerasterte Foto des Einlegens einer Funktionsfaser (ff) aus dem Heizkörper (hk) in einen aufgeschmolzenen Bereich. Figur 26 zeigt eine korrespondierende vereinfachte und schematische Zeichnung. Da der Bereich unmittelbar unter dem Heizkörper (hk) sehr dicht über der Oberfläche (of) der Schicht (pv) (oder des Werkstücks (wst)) schwebt, ist dieser Bereich schlecht zu beleuchten, weshalb das Bild sehr hell ist.

Auf diesem Bild ist die Funktionsfaser (ff) beim Austritt aus dem Kanal (kn) zu erkennen. Die Figur 26 und die Figur 27 zeigen den erstarrende Bereich (eb) und den verfestigte Bereich (vb) sowie einen noch nicht geschmolzenen Aufwärmbereich (ab).

Figur 28

Figur 28 zeigt eine beispielhafte elektrische Funktionsfaser (ff). Eine beispielhafte erste Schweiß oder Lötverbingung verbindet einen ersten Draht (dl) elektrisch und mechanisch mit einem ersten Anschluss (Al) eines Widerstands (R). Eine beispielhafte zweite Schweiß- oder Lötverbingung verbindet einen zweiten Draht (d2) elektrisch und mechanisch mit einem zweiten Anschluss (A2) eines Widerstands (R). Ein Füllmaterial (fm) umgibt diese Teilvorrichtung. Diese Konstruktion befindet sich dann in einem Schlauch (sl). Die zuvor vorgestellten Verfahren und Vorrichtungen können beispielsweise beim additiven Fertigen diesen Schlauch (sl) in das Material der Oberfläche (of) des Werkstücks (wst) einbetten. Statt des Widerstands kann es sich beispielsweise auch um ein anderes elektronisches Bauelement oder um einen integrierten mikroelektronischen Schaltkreis etc handeln, die die betreffenden Verfahren oder Vorrichtungen einbetten. Ein mehradriges Kabel kann bei der Verwendung von Litzen den ersten Draht und/oder den zweiten Draht ggf. auch ersetzen. Isolationsmaterialien isolieren die Adern eines solchen mehradrigen Kabels bevorzugt elektrisch gegeneinander. Als Isolation sind die Adern bevorzugt mit Glas-Gewebe umsponnen, um die Erhitzung beim Einlegeprozess überstehen zu können.

Figur 29

Figur 29 zeigt einen Roboter mit sechs Freiheitsgraden (al bis a6) zur Positionierung des Fleizkörpers (hk) mit der Funktionsfaservorschubeinrichtung umfassend die Andruckrolle (pr) und die Antriebsrolle (ar). Die Motoren, die Abschneidevorrichtung etc. sind zur Vereinfachung nicht eingezeichnet. Bevorzugt spult ein Motor die Funktionsfaser (ff) von einer Vorratsrolle (vr) ab. Die Funktionsfaservorschubeinrichtung fädelt die Funktionsfaser in ein nachfolgendes Teilstück des Kanals (kn) ein. Bevorzugt heizt eine nicht eingezeichnete Werkstückheizung das Werkstück (wst) vor. Die Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft) legt die Funktionsfaser (ff) in die Oberfläche (of) des Werkstücks (wst) durch lokal selektives Aufschmelzen der Oberfläche (of) in diesem Beispiel ein. Die vom Fleizkörper (hk) ausgehende Infrarotstrahlung ruft in diesem Beispiel dieses lokal selektive Aufschmelzen der Oberfläche (of) des Werkstücks (wst). Bis auf die komplexere Positioniereinrichtung in Form eines Roboters entspricht die Situation der der Figur 14. In der Figur 29 ist das Pulver des Pulverbetts in diesem Beispiel entfernt. Bevorzugt ist das Werkstück (wst) ein Ergebnis additiver Fertigung. Nach dem Einlegen der Funktionsfasern (ff) kann der Roboter das Werkzeug zum Einlegen der Funktionsfasern (ff) gegen ein Extruder-Werkzeug wechseln, das beispielsweise einen Extruder und ein Filament umfasst. Der Roboter kann dann die nächste Schicht des Filament-Materials auf das Werkstück (wst) auftragen. Anschließend kann der Roboter wieder das Extruder-Werkzeug gegen das Werkzeug zum Einlegen der Funktionsfasern (ff) wechseln und die nächste Schicht Funktionsfasern (ff) in die neu aufgebrachte Schicht einbringen und so fort.

Figur 30

Figur 30 stellt eine beispielhafte Variante eines Verfahrens zur Fierstellung eines dreidimensionalen Körpers, insbesondere zum additiven Fertigen, dar. Figur 30 zeigt die beispielhafte Schrittfolge zur Einbettung eines Funktionsfaserabschnitts in die Oberfläche (of) eines Werkstücks (wst) und/oder der Oberfläche (OF) einer Schicht (pw, npw). Die Schicht (pw, npw) bzw. das Werkstück sind aus einem ersten Material. Das beispielhafte Verfahren umfasst die Schritte Schritt A:

Bereitstellen einer Oberfläche (of) eines ersten Materials, insbesondere der Oberfläche eines Werkstücks (wst) und/oder einer Schicht (pw).

Schritt B:

Heizen des Heizkörpers (hk) auf eine zweite Prozesstemperatur (O2), wobei der Heizkörper (hk) aus mehreren Heizkörpern (hkl, hk2) bestehen kann, die unterschiedliche zweite Prozesstemperaturen (^2 _a , S _2b ) aufweisen können.

Schritt C:

Aufwärmen des Materials im Bereich des Heizkörpers (hk) in einem Aufwärmbereich (a, b)

• durch Infrarotstrahlung des Heizkörpers (hk) und/oder

• durch Wärmetransport mittels Konvektion vom Heizkörper (hk) zur Oberfläche (of) und/oder

• durch direkten mechanischen Kontakt zwischen Heizkörper (hk) und Oberfläche (of) und/oder

• durch Wärmetransport mittels einer Wärmeleitvorrichtung, insbesondere einer Funktionsfaser, vom Heizkörper (hk) zur Oberfläche (of).

Eine Positioniereinrichtung verändert die Position des Heizkörpers (hk) mittels Vorschub des der Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft) längs der Oberfläche (of) in einem ersten Abstand (f) zur Oberfläche (of) mit einer ersten Geschwindigkeit (vl). Bei gekrümmten Oberflächen (of) eines Werkstücks (wst) kann eine Mehrachsenpositioniervorrichtung (siehe Figur 29), beispielsweise ein Roboter, zum Einsatz kommen.

Schritt D:

Aufschmelzen eines Teils des Materials im Aufwärmbereich (a,b) in einem Aufschmelzbereich (b) innerhalb des Aufwärmbereiches (a,b) infolge des Aufwärmens in Schritt C zu aufgeschmolzenem Material;

Schritt E:

Einlegen eines Funktionsfaserabschnitts einer Funktionsfaser (ff) in den Aufschmelzbereich (b)

Schritt F:

Beenden des Aufschmelzens durch Verminderung des Energietransports vom Heizkörper (hk) zur Oberfläche (of) und durch die daraus resultierende Absenkung der Temperatur des Aufschmelzbereiches (b), wobei die daraus resultierende Absenkung der Temperatur des Aufschmelzbereiches (b) den Aufschmelzbereich (b) zu einem Erstarrungsbereich (c) wandelt; Schritt G:

Erstarren des aufgeschmolzenen Materials zu erstarrten Material im Erstarrungsbereich (c), wobei das Erstarren den Erstarrungsbereich (c) zu einem Verfestigungsbereich (d) wandelt, in dem beispielsweise die Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft) den betreffenden Funktionsfaserabschnitt der Funktionsfaser (ff) zumindest teilweise eingelegt hat.

Figur 31

Figur 31 zeigt die beispielhafte Schrittabfolge eines weiteren vorgeschlagenen Verfahrens zur Herstellung eines dreidimensionalen Körpers, insbesondere zum additiven Fertigen. Das Verfahren fokussiert sich auf die Verwendung eines Pulverbetts ohne die Anwendbarkeit des Verfahrens darauf zu beschränken. Diese Verfahrensversion umfasst die Schritte Schritt 1

Bereitstellen eines Wärmeverteilers (wv) mit einer planaren Oberfläche (of);

Schritt 2

Aufbringen einer Schicht (pw) aus einem Material auf die Oberfläche (of) mit Bildung einer neuen Oberfläche (ofn) parallel zu der Oberfläche;

Schritt 3

Heranführen eines Heizkörpers (hk) an die neue Oberfläche (ofn);

Schritt 4

Heizen des Heizkörpers (hk) auf eine zweite Prozesstemperatur (O2), wobei das Heizen auch zeitlich vor oder zeitlich nach dem Heranführen des Heizkörpers (hk) an die Oberfläche (of) erfolgen kann und wobei der Heizkörper (hk) aus mehreren Heizkörpern (hkl, hk2) mit unterschiedlichen zweiten Prozesstemperaturen (ih _a , ih _b ) bestehen kann;

Schritt 5

Aufwärmen des Materials im Bereich des Heizkörpers (hk) in einem Aufwärmbereich (a, b)

- durch Infrarotstrahlung des Heizkörpers (hk) und/oder

- durch Wärmetransport mittels Konvektion vom Heizkörper (hk) zur neuen Oberfläche (ofn) und/oder

- durch direkten mechanischen Kontakt zwischen Heizkörper (hk) und neuer Oberfläche (ofn) und/oder

- durchWärmetransport mittels einer Wärmeleitvorrichtung, insbesondere einer Funktionsfaser, vom Heizkörper (hk) zur neuen Oberfläche (ofn); Schritt 6

Aufschmelzen eines Teils des Materials im Aufwärmbereich (a, b) in einem Aufschmelzbereich (b) innerhalb des Aufwärmbereiches (a, b) infolge des Aufwärmens in Schritt 5 zu aufgeschmolzenem Material;

Schritt 7

Beenden des Aufschmelzens durch Absenkung der Temperatur des Aufschmelzbereichs unter den Schmelzpunkt. Dies kann

• durch abschließendes Wegführen des Heizkörpers (hk) von der neuen Oberfläche (ofn) und/oder

• durch Absenkung der Temperatur des Heizkörpers (hk) unter die zweite Prozesstemperatur (q ₂ ), wobei die Absenkung der Temperatur des Heizkörpers (hk) unter die zweite Prozesstemperatur (q ₂ ) jeweils den Aufschmelzbereich (b) zu einem Erstarrungsbereich (c) wandelt, erfolgen.

Schritt 8:

Nach dem Absenken der Temperatur im Aufschmelzbereich (b) erfolgt das Erstarren des aufgeschmolzenen Materials zu erstarrten Material im Erstarrungsbereich (c). Das Erstarren der Schmelze fixiert die Funktionsfaser (ff), die beispielsweise die Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft) ggf. zuvor in die Schmelze im Aufschmelzbereich (b) eingelegt hat.

Figur 32

Figur 32 zeigt die beispielhafte Schrittabfolge eines weiteren vorgeschlagenen Verfahrens zur Herstellung eines dreidimensionalen Körpers, insbesondere additiven Fertigen. Das Verfahren fokussiert sich auf die Verwendung eines Pulverbetts ohne die Anwendbarkeit des Verfahrens darauf zu beschränken. Im Gegensatz zu dem Verfahren der Figur 31 umfasst die nun diskutierte Verfahrensvariante nun einen eingeschobenen Sinter- bzw. Aufschmelzschritt (Schritt 2a). Diese Verfahrensversion umfasst die Schritte Schritt 1:

Bereitstellen eines Wärmeverteilers (wv) mit einer planaren Oberfläche (of);

Schritt 2:

Aufbringen einer Schicht (pw) aus einem Material auf die Oberfläche (of) mit Bildung einer neuen Oberfläche (ofn) parallel zu der Oberfläche; Schritt 2a

Selektives Sintern oder Aufschmelzen des Materials der Schicht mittels eines Verfahrens des selektiven Sinterns und/oder Aufschmelzen, insbesondere des selektiven Laser-Sinterns und/oder des selektiven Heat-Sinterns, zu gesintertem Material;

Schritt 3

Heranführen eines Heizkörpers (hk) an die neue Oberfläche (ofn);

Schritt 4

Heizen des Heizkörpers (hk) auf eine zweite Prozesstemperatur (O2), wobei insbesonder die Heizvorrichtung (hz) den Heizkörper (hk) auch zeitlich vor oder zeitlich nach dem Heranführen des Heizkörpers (hk) an die Oberfläche (of) heizen kann. Außerdem kann der Heizkörper (hk) auch mehreren Heizkörpern (hkl, hk2) mit unterschiedlichen Heizvorrichtungen und mit unterschiedlichen zweiten Prozesstemperaturen (ih _a , ih _b ) umfassen;

Schritt 5

Aufwärmen des gesinterten Materials im Bereich des Heizkörpers (hk) in einem Aufwärmbereich (a) durch Infrarotstrahlung des Heizkörpers (hk) und/oder Wärmetransport mittels Konvektion vom Heizkörper (hk) zur neuen Oberfläche (ofn) und/oder durch direkten mechanischen Kontakt zwischen Heizkörper (hk) und neuer Oberfläche (ofn) und/oder Wärmetransport mittels einer Wärmeleitvorrichtung, insbesondere einer Funktionsfaser, vom Heizkörper (hk) zur neuen Oberfläche (ofn);

Schritt 6

Aufschmelzen eines Teils des gesinterten Materials im Aufwärmbereich in einem Aufschmelzbereich innerhalb des Aufwärmbereiches infolge des Aufwärmens in Schritt 5 zu aufgeschmolzenem Material;

Schritt 7

Beenden des Aufschmelzens durch abschließendes Wegführen des Heizkörpers (hk) von der neuen Oberfläche (ofn) und/oder durch Absenkung der Temperatur des Heizkörpers (hk) unter die Prozesstemperatur, wobei die Absenkung der Temperatur des Heizkörpers (hk) unter die Prozesstemperatur jeweils den Aufschmelzbereich (b) zu einem Abkühlbereich wandelt;

Schritt 8

Erstarren des aufgeschmolzenen Materials zu erstarrten Material im Abkühlbereich.

Figur 33 Figur 33 verdeutlicht beispielhaft ein modifiziertes Verfahren basierend auf dem Verfahren der Figur 32. Es umfasst bevorzugt die zusätzlichen Schritte

Als Schritt 6.1 umfasst das Verfahren die zusätzliche translatorische Verschiebung des Fleizkörpers (hk) während des Aufschmelzens eines Teils des Materials oder gesinterten Materials. Dabei erfolgt diese translatorische Verschiebung mit einer ersten Geschwindigkeit (vl) parallel zu neuen Oberfläche (ofn). Durch diese translatorische Verschiebung verlässt dann zumindest ein Teil des aufgeschmolzenen Materials den Aufwärmbereich (a, b) und gelangt durch dieses Verlassen dann in einen Abkühlbereich (c, d).

Als Schritt 6.2 resultiert dann aus der sich ergebenden Temperaturabsenkung der Schmelze ein Erstarren dieses aufgeschmolzenen Materials zu erstarrten Material in diesem Abkühlbereich.

Das Einfügen dieser Schritte entspricht einem Übergang von Figur 2 zu Figur 9.

Figur 34

Figur 34 zeigt die beispielhafte Schrittabfolge eines weiteren vorgeschlagenen Verfahrens zur Herstellung eines dreidimensionalen Körpers, insbesondere zum additiven Fertigen. Das Verfahren fokussiert sich auf die Wiederholung der verschiedenen Verfahrensschritte für Nachfolgepulverschichten ohne die Anwendbarkeit des Verfahrens darauf zu beschränken. Im Gegensatz zu dem Verfahren der Figur 32 führt das Verfahren nun die meisten Schritte mehrfach durch. Insbesondere trägt das Verfahren ggf. mehrere Schichten auf. Diese Verfahrensversion umfasst die Schritte, die zeitlich nach dem Beenden des Aufschmelzens (Schritt 7) liegen:

Schritt 9.0

Verwendung der neuen Oberfläche (ofn) als Oberfläche (of) des Wärmeverteilers für zeitlich nachfolgende Schritte;

Schritt 9.1

Erneute Durchführung des Schritts 2, wenn der das Verfahren eine neue Lage beginnen soll, und/oder des Schritts 2a, wenn das Verfahren lediglich einen andereren Bereich der Oberfläche (of) der Schicht (pw) bearbeiten soll;

Schritt 9.2 ggf. erneute Durchführung des Schritts 3, wenn das Verfahren einen andereren Bereich der Oberfläche (of) der Schicht (pw) bearbeiten soll;

Schritt 9.3

Erneute Durchführung des Schritts 4; Schritt 9.4

Erneute Durchführung des Schritts 5;

Schritt 9.5

Erneute Durchführung des Schritts 6;

Schritt 9.5.1 ggf. erneute Durchführung des Schritts 6.1;

Schritt 9.5.2 ggf. erneute Durchführung des Schritts 6.2. Dieser Schritt entfällt, wenn das Verfahren nur einen punktförmigen Bereich aufschmelzen soll;

Schritt 9.6 ggf. erneute Durchführung des Schritts 7 Dieser Schritt entfällt, wenn das Verfahren nur einen punktförmigen Bereich aufschmelzen soll;

Schritt 9.7 erneute Durchführung des Schritts 8;

Schritt 9.8 ggf. Erneute Durchführung der Schritte 9.0 bis 9.8 und/oder erneute Durchführung der Schritte 9.1 bis 9.8 (neue Lage) und/oder Erneute Durchführung der Schritte 9.3 bis 9.8 (neue Funktionsfaser / neuer Aufschmelzbereich).

Figur 35

Die Figur 35 entspricht weitestgehend der Figur 34. Zusätzlich zu den Schritten der Figur 34 erfolgen während Schritt 9.5.1 nun zwei Unterschritte das Schritts 9.5.1. Der erste Unterschritt des Schitts Schritt 9.5.1 ist der Schritt 9.5.1.1 des Zuführens einer Funktionsfaser (ff). Der Zweite Unterschritt des Schritts 9.5.1 ist der Schritt 9.5.1.2 des Einlegens der Funktionsfaser (ff) in das aufgeschmolzene Material im Aufschmelzbereich (b). Diese beiden Unterschritte sind synchron mit der translatorischen Fortbewegung des Fleizkörpers (hk) mit der ersten Geschwindigkeit (vl). Dies geschieht bevorzugt unter anderem beispielsweise in einem dritten Unterschritt des Schritts 9.5.1, de, Schritt 9.5.1.3. In Schritt 9.5.1.3 schiebt die Funktionsfaservorschubeinrichtung die Funktionsfaser (ff) zeitlich parallel zu Schritt 9.5.1.1 während des Schritts 9.5.1 in Richtung Werkstück (wst) vor. Der Vorschub besitzt dabei bevorzugt eine zweite Geschwindigkeit (v2), die im Wesentlichen bevorzugt gleich der ersten Geschwindigkeit (vl) ist. Bevorzugt bringt der Heizkörper (hk) dabei die Funktionsfaser (ff) vor dem Einlegen in die Schmelze des Aufschmelbereiches (b) auf eine dritte Prozesstemperatur (O3), die verhindert, dass die Schmelze am Einlegepunkt (ep) durch das Einlegen der typischerweise in ihrer Temperatur abweichenden Funktionsfaser (ff) erstarrt.

Figur 36

Die Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft) kann die Funktionsfaser (ff) kann als Wärmeleitvorrichtung nutzen. Dies ist dann der Fall, wenn die durch die Funktionsfaser (ff) geleitete thermische Energiemenge größer ist als die Energiemenge, die das Aufschmelzen des ersten Materials der Schicht (pw) der Funktionsfaser (ff) entzieht. Es ist dann möglich, mit der Funktionsfaser (ff) ein Loch in das erste Material der Schicht (pw) zu schmelzen und die Funktionsfaser (ff) senkrecht einzulegen. Drosselt der Regler des Rechen- und Steuersystems der Vorrichtung die Energiezufuhr für den Heizkörper (hk) und damit für die Funktionsfaser (ff), so erstarrt die Schmelze im Aufschmelzbereich (b) und die Funktionsfaser (ff) ist senkrecht in die Oberfläche (of) des Werkstücks (wst) eingelegt.

Hier sei angemerkt, dass eine solche senkrechte Einlegung in die Oberfläche zu Problemen führen kann, wenn das verwendete Verfahren eine Rakel (rk) einetzt. Bei der Nutzung der Funktionsfaser (ff) als Wärmeleitvorrichtung kann die Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft) die Funktionsfaser (ff) somit senkrecht und waagerecht in die Schmelze im Aufschmelzbereich (b) einlegen.

Figur 37

Figur 37 entspricht weitestgehend der Figur 35. Zusätzlich umfasst das Verfahren nun den optionalen Schritt 9.7.1 des Durchtrennens, insbesondere des mechanischen Durchtrennens, der Funktionsfaser (ff) insbesondere mit einer Abschneid- und Trennvorrichtung (av) in der Form, dass ein in Schritt 9.5.1.2 in das aufgeschmolzene Material eingelegter Teil der Funktionsfaser (ff) in dem nun nach Schritt 9.7 erstarrten Material verbleibt.

Figur 38

Figur 38 zeigt beispielhaft in der Aufsicht, wie die Funktinsfasereinlegevorrichtung (ft) eine Funktionsfaser (ff), die hier beispielsweise eine elektrische Leitung sein soll, beispielhaft u-förmig einlegen kann. Die U-Form ist für Strom-Sensorik interessant. Bei Bestromung der elektrisch leitenden Funktionsfaser mit elektrischem Strom kommt es zu einer Erzeugung eines magnetischen Feldes. In manchen Anwendung mag es erfoderlichsein, das zu erzeugende Magnetfeld lokal zu verstärken. Zu diesem Zweck kann die Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft) die Funktionsfaser (ff) beim Einlegen der Funktionsfaser (ff) in das aufgeschmolzene Material im Aufschmelzbereich (b) so einlegen, dass sie nach dem Erstarren der Schmelze in zumindest einem Bereich eine von Null verschiedene Krümmung mit einer Krümmungsachse aufweist. Die

Funnktionsfasereinlegevorrichtung legt die Funktionsfaser mit dieser von Null verschiedenen Krümmung während Schritt 9.5.1 oder während Schritt 6 in die Oberfläche des Werkstücks ein. Auf diese Weise können vorschlagsgemäße 3D-Druckvorrichtungen elektrische Spulen, also Induktivitäten und dergleichen fertigen. Besonders bevorzugt handelt es sich im Fall elektrischer Iduktivitäten um Flachspulen. Bevorzugt haben einzelne Ebenen der Flachspulen die Form einer logarithmischen Spirale. Bevorzugt sind mehrere Flachspulen unterscheidlicher Ebenen (Englisch: slices) miteinander elektrisch verbunden, so dass sie eine elektrische in Serienschaltung dieser Flachspulen ergeben.

Figur 39

Figur 39 veranschaulicht ein weiteres beispielhaftes Verfahren (Figur 39). Statt das Werkstück herzustellen, modifiziert nun ein Einlegen der Funktionsfaser (ff) in die Oberfläche (of) des Werkstücks (wst) nun ein Werkstück (wst). Es handelt sich daher um ein Verfahren zur Modifikation eines dreidimensionalen Körpers, insbesondere zum additiven Fertigen von Composit-Materialien. Es umfasst die Schritte:

Schritt I

Bereitstellen eines Werkstücks (pw) aus einem ersten Material und einer Oberfläche (ofn);

Schritt II

Fleranführen eines Fleizkörpers (hk) an die Oberfläche (ofn);

Schritt III

Aufwärmen des ersten Materials des Werkstücks (pw) an der Oberfläche (ofn) im Bereich des Fleizkörpers (hk) in einem Aufwärmbereich (a). Dies kann insbesondere geschehen

• durch elektromagnetische Strahlung, die der Fleizkörper (hk) z.B. als Infrarotstrahlung (Figur 2) oder als Laser-Strahlung emittiert (Figur 19) oder die der Fleizkörper (hk), der dann bevorzugt für diese elektromagnetische Strahlung transparent ist, durch sich hindurch transmittiert, und/oder

• durch Wärmetransport mittels Konvektion vom Fleizkörper (hk) zur Oberfläche (ofn) des Werkstücks (pw) und/oder • durch direkten mechanischen Kontakt zwischen Heizkörper (hk) und Oberfläche (ofn) des Werkstücks (pw) und/oder

• durch Wärmetransport mittels einer Wärmeleitvorrichtung, insbesondere einer Funktionsfaser, vom Heizkörper (hk) zur Oberfläche (ofn) des Werkstücks;

Schritt IV

Aufschmelzen eines Teils des ersten Materials im Aufwärmbereich in einem Aufschmelzbereich (b) innerhalb des Aufwärmbereiches (ab) infolge des Aufwärmens in Schritt III zu aufgeschmolzenem, erstem Material;

Schritt V

Verschiebung des Heizkörpers (hk) während des Aufschmelzens eines Teils des ersten Materials,

• wobei diese Verschiebung mit einer ersten Geschwindigkeit (vl) parallel zur Kontur der Oberfläche (ofn) erfolgt und

• wobei insbesondere diese Verschiebung eine Änderung der Position und/oder Orientierung des Heizkörpers unter Ausnutzung von rotatorischen und/oder translatorischen Freiheitsgraden sein kann und

• zuführen einer Funktionsfaser (ff) während der translatorischen Verschiebung und

• Einlegen der Funktionsfaser (ff) in das aufgeschmolzene erste Material im Aufschmelzbereich und

• wobei durch diese Verschiebung zumindest ein Teil des aufgeschmolzenen ersten Materials mit der eingelegten Funktionsfaser (ff) den Aufwärmbereich verlässt und in einen durch Verschiebung entstandenen Abkühlbereich gelangt. Figur 29 skizziert die mechanische Vorrichtung hierzu.

Schritt VI

Erstarren dieses aufgeschmolzenen ersten Materials zu erstarrten ersten Material in diesem durch

Verschiebung entstandenen Abkühlbereich.

Schritt VII

Beenden des Aufschmelzens, insbesondere

• durch Absenkung der Intensität der elektromagnetischen Strahlung, die der Heizkörper (hk) emittiert oder die den Heizkörper durch sich hindurch transmittiert, und/oder

• durch Reduktion des Wärmetransports mittels Konvektion vom Heizkörper (hk) zur Oberfläche (ofn) des Werkstücks (pw) und/oder • durch Beendigung des direkten mechanischen Kontakts zwischen Heizkörper (hk) und Oberfläche (ofn) des Werkstücks (pw) und/oder

• durch Beendigung oder Verminderung des Wärmetransports mittels einer Wärmeleitvorrichtung, insbesondere einer Funktionsfaser (ff) , vom Heizkörper (hk) zur Oberfläche (ofn) des Werkstücks, wobei das Beenden des Aufschmelzens jeweils den Aufschmelzbereich zu einem Abkühlbereich wandelt;

Schritt VIII

Erstarren des aufgeschmolzenen ersten Materials zu erstarrten ersten Material im Abkühlbereich.

Figur 40

Figur 40 entspricht inhaltlich der Figur 39 wobei ein Schritt V.l des Vorschubs der Funktionsfaser (ff) zeitlich parallel zu Schritt V mit einer zweiten Geschwindigkeit (v2) während Schritt V erfolgt. Die zweite Geschwindigkeit (v2) ist typischerweise im Wesentlichen gleich der ersten Geschwindigkeit (vl).

Figur 41

Figur 41 entspricht inhaltlich der Figur 40 wobei ein Schritt V.ll des Durchtrennens, insbesondere des mechanischen Durchtrennens mit einer Abschneide- und Trennvorrichtung (av), der Funktionsfaser (ff). Die Abschneide- und Trennvorrichtung (av) durchtrennt die Funktionsfaser (ff) bevorzugt in der Form, dass ein in Schritt V in das aufgeschmolzene erste Material eingelegter Teil der Funktionsfaser (ff) in dem erstarrten ersten Material verbleibt.

Figuren 42 bis 52

Die Figuren 42 bis 52 zeigen die vollständige Einbettung einer dicken Funktionsfaser (ff).

Eine dicke Funktionsfaser (ff) im Sinne dieser Offenlegung ist eine Funktionsfaser (ff) deren Dicke größer ist als die Tiefe des Aufschmelzens des Materials der Schicht (pw) von der neuen Oberfläche (ofn) ausgemessen Tiefe (e) des Aufschmelzens des Materials der Schicht (pw) von der neuen Oberfläche (ofn) aus gemessen.

Figur 42 Figur 42 stellt den ersten Schritt eines solchen Einbettungsprozesses dar. In der Figur 42 führt der Einbettungsprozess den ersten Schritt als ein Schritt des Thermo-Transfer-Sinterns (TTS) (Englisch Selective Fleat Sintering (SSH)) aus. Die Figur entspricht vollständig der Figur 9. Ein Fleizkörper (hk) schmilzt die Schicht (pw) in der Figur 42 lokal auf. In der Figur 42 erstarrt dieser aufgeschmolzene Bereich wieder zu einem verfestigten Bereich (vb). An dieser Stelle sei auf die Ausführungen zur Figur 9 verwiesen.

Figur 43

Figur 43 stellt ein beispielhaftes alternatives Verfahren zur Ausführung des ersten Schrittes dar. Statt einer Methode des Thermo-Transfer-Sinterns (TTS) (Englisch Selective Fleat Sintering) verwendet das nun beispielhaft dargestellte Verfahren ein Verfahren des selektiven Laser-Sinterns (SLS). Ein Laser strahl (LB1) schmilzt die Pulverschicht (pw) lokal bis tu einer vorbestimmten Tiefe (e) in einem Aufschmelzbereich (ab) auf. Dieser erstarrt dann wieder zu einem verfestigten Bereich (vb). FHinsichtlich der übrigen Bezugszeichen sei wieder auf die vorhergehenden Ausführungen, die Bezugszeichenliste und beispielsweise die Beschreibung der Figur 9 verwiesen.

Figur 44

In einem zweiten Schritt trägt der Vorschub einer Rakel (rk) durch eine Rakelvorschubeinrichtung nun eine neue Pulverschicht mit einer Dicke auf die dem zweiten Abstand (g) der Unterkante (uk) der Rakel (rk) zur alten Oberfläche (aof) der Schicht (pw) entspricht. Die Figur 44 entspricht vollständig der Figur 10. An dieser Stelle sei auf die dortigen Ausführungen verwiesen.

Figur 45

Die Figur 45 entspricht dem Zustand nach dem Aufbringen der zusätzlichen Pulverschicht im zweiten Schritt der Figur 44.

Figur 46

In der Figur 46 legt die Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft) in einem dritten Prozessschritt nun eine dicke Funktionsfaser (ff) in eine durch den Fleizkörper (hk) der Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft) erzeugte Schmelze in einen aufgeschmolzenen Bereich (ab) ein. FHierbei erzeugt der Fleizkörper (hk) den aufgeschmolzenen Bereich in einem beispielhaft bisher noch nicht aufgeschmolzenen Bereich der Schicht (pw). Die Figur 46 entspricht der Figur 13. Im Gegensatz zur Figur 13 ist aber nun keine vollständige Einlegung der Funktionsfaser (ff) in die Schmelze im aufgeschmolzenen Bereich (ab) möglich. Das bedeutet, dass die Funktionsfaser (ff) über die Oberfläche (of) noch hinausragt.

Figur 47

Figur 47 entspricht der Figur 14. In der Figur 47 legt die Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft) in einem dritten Prozessschritt nun eine dicke Funktionsfaser (ff) in eine durch den Fleizkörper (hk) der Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft) erzeugte Schmelze in einen aufgeschmolzenen Bereich (ab) ein. Hierbei erzeugt der Fleizkörper den aufgeschmolzenen Bereich beispielhaft nicht wie in der Figur 46 in einem noch nicht aufgeschmolzenen Bereich der Schicht (pw), sondern in einem bereits zuvor aufgeschmolzenen und dann wieder verfestigten ehemaligen verfestigten Bereich (vb). Im Gegensatz zur Figur 14 ist aber nun keine vollständige Einlegung der Funktionsfaser (ff) in die Schmelze im aufgeschmolzenen Bereich (ab) möglich. Das bedeutet, dass die Funktionsfaser (ff) auch hier über die Oberfläche (of) noch hinausragt.

Figur 48

Figur 48 zeigt die Situation nach dem Einlegen der Funktionsfaser (ff) in den ehemaligen Aufschmelzbereich (ab) nach der Verfestigung zum verfestigten Bereich (vb). Zur Vereinfachung stellt Figur 48 die Funktionsfaser (ff) und die umgebenden verfestigten Bereiche (vb) verkürzt dar.

Figur 49

Die Figur 49 stellt das Aufbringen einer weiteren Pulverschicht (npw) auf die alte Oberfläche (aof) in einem vierten Prozessschritt dar. Der Prozessschritt entspricht typischerweise dem zweiten Prozessschritt der Figur 44. Die Figur 49 unterscheidet sich durch die aus der alten Oberfläche (aof) herausragende Funktionsfaser (ff) von dem Zustand der Figur 44. Durch die teilweise Einbettung der Funktionsfaser (ff) in den verfestigten Bereich (vb) reißt die Rakel (rk) während ihres Vorschubs durch die Rakelvorschubeinrichtung die Funktionsfaser (ff) nicht mit, wenn sie die nächste Pulverschicht aufträgt. Dies ist ein bekanntes Problem aus dem Stand der Technik, das damit gelöst ist. Das teilweise Einbetten der Funktionsfaser (ff) in den verfestigten Bereich (vb) schränkt die Freiheitsgrade der Funktionsfaser (ff) ein. Dieses Einschränken der Freiheitsgrade der Funktionsfaser (ff) verhindert das Flerausreißen der Funktionsfaser (ff) aus dem Pulverbett in diesem Arbeitsschritt. Figur 50

Figur 50 entspricht inhaltlich in weiten Teilen der Figur 42. Nun jedoch bettet die Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft) mittels ihres Fleizkörpers (hk) die bereits teilweise eingebettete Funktionsfaser (ff) in einem fünften Prozessschritt durch Aufschmelzen der zuvor zusätzlich aufgebrachten Schicht in dem neuen Aufschmelzbereich (ab) vollständig ein. Es handelt sich um einen selektiven Thermo-Transfer-Prozess (englisch: Selective Fleat Sintering Process)

Figur 51

Figur 51 stellt eine alternative Ausführung des fünften Prozessschritts durch Aufschmelzen der Schicht (npw) in einem Aufschmelzbereich (ab) mittels eines Laser-Strahls (LB1) dar. Es handelt sich um einen selektiven Laser-Sinterprozess.

Figur 52

Figur 52 stellt das Endergebnis der fünf Prozessschritte dar. Der Prozessabfolge der Figuren 42 bis 52 zeigt den Prozessschritt des Trennens der Endlosfaser der Funktionsfaser (ff) nur zur Vereinfachung der Darstellung nicht. Diese Schrift verweist auf die obigen Ausführungen hierzu.

Figur 53

Figur 53 zeigt den beispielhaften Prozessablauf für eine vollständige Einbettung einer dicken Funktionsfaser (ff) durch Thermo-Transfer-Sintern (Selective-Heat-Sintering) des nicht aufgeschmolzenen Pulvers der Schicht (pw).

Figur 54

Figur 54 zeigt den beispielhaften Prozessablauf für eine vollständige Einbettung einer dicken Funktionsfaser (ff) durch Thermo-Transfer-Sintern (Selective-Heat-Sintering) und/oder Lasersintern des bereits aufgeschmolzenen und wieder verfestigten Pulvers der Schicht (pw).

Figur 55

Figur 55 zeigt schematisch als Zeichnung eine in ein Thermoplastpulver eingelegte Litze aus Funktionsfasern (ff). Figur 55 zeigt die Funktionsfasern als Punkte im dargestellten Querschnitt. Der verfestigte Bereich (vb) grenzt sich nach unten hin unregelmäßig zu dem noch pulverförmigen Bereich (pw) ab. Die Funktionsfaserlitze, hier eine Kohlefaser, ist mit einer Schlichte (SL) versehen. Es ist von besonderer Bedeutung, dass die Schlichte (SL) der Funktionsfaserlitze so gewählt ist, dass sie sowohl die Funktionsfasern (ff) als auch den verfestigten Bereich (vb) benetzt und sich ein nach außen gerichteter Meniskus (mi) mit einem Kantaktwinkel c<90° bildet. Sofern das Verfahren zur Einbettung der Funktionsfaser (ff) keine Schlichte verwendet bzw. sofern die Funktionsfasern (ff) keine Schlichte an ihrer Oberfläche aufweisen, sollte der Benetzungswinkel zwischen der Schmelze des aufgeschmolzenen Bereiches (Aufschmelzbereich (b)) und der Oberfläche der Funktionsfaser (ff) kleiner 90° besser kleiner 45°, besser kleiner 25°, besser kleiner 10° sein.

Figur 56

Zeigt ein Foto eines Schliffes, der der Figur 55 direkt entspricht.

Figur 57 Figur 57A)

Figur 57 A) zeigt den Prozessablauf in einer SLS-Anlage basierend auf einem Diagramm nach Pirrung. Das Diagramm nach Pirrung entspricht dem Stand der Technik.

Figur 57 B)

Der Schritt „Sintern des Bauteils" ist hier modifiziert. Figur 57B stellt diese Modifikation des Schritts „Sintern des Bauteils" dar. Die zusätzlichen, vorschlagsgemäßen Prozessschritte, die den hier vorgeschlagenen Prozess vom Stand der Technik unterscheiden, sind mit einem gestrichelten Polygon umgeben und mit der Bezeichnung „vorgeschlagener Faserintegrationsprozess" versehen. Der vorgeschlagene Prozess umfasst zusätzlich eine wiederholte Abfrage, ob eine Funktionsfaser (ff) in die derzeitige Oberfläche (of) des Werkstücks (wst) eingebracht werden soll. Falls die Einbringung einer weiteren Funktionsfaser (ff) in der betreffenden Lage des Werkstücks (wst) notwendig ist, bewegt die Positioniervorrichtung eine zumindest zeitweise Einheit aus Werkzeugwechselvorrichtung (wwv) und Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft) und damit die Funktionsfaser (ff) relativ zum Werkstück (wst) und positioniert diese. Die Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft) und/oder eine Funktiuonsfaserfreiheitsgradeinschränkungsvorrichtung beschränken die Freiheitsgrade der Funktionsfaser (ff). Dies kann, wie hier vorgeschlagen, durch Einlegen der Funktionsfaser (ff) in eine Schmelze erfolgen, die zuvor am Einlegepunkt (ep) der Funktionsfaser (ff) auf der Oberfläche (of) des Werkstücks (wst) erzeugt wurde. Dies kann aber auch durch Ablegen der Funktioonsfaser (ff) auf der Oberfläche (of) des Werkstücks (wst) und anschließendes Einschränken der Freiheitsgrade der Funktionsfaser (ff) erfolgen. Dies kann beispielsweise durch Abdecken mit Material und anschließendes Einschmelzen und/oder Ein-Sintern oder Festkleben oder Anheften der Funktionsfaser (ff) erfolgen. Die Deposition von Klebstoff kann vor dem Ablegen der Funktionsfaser (ff) insbesondere auf der Schicht des Klebstoffs erfolgen. Da es sich bevorzugt um „Endlosfasern", also extrem lange Funktionsfasern (ff) handelt, ist typischerweise ein Schritt des Fasertrennens der Funktionsfaser (ff) bevorzugt mittels einer Abschneide- und Trennvorrichtung (av) notwendig.

Sofern ein Einbringen weiterer Funktionsfasern (ff) in dieser Bauteilebene notwendig ist, wiederholt die vorschlagsgemäße Vorrichtung den Vorgang typischerweise.

Bevorzugt transportiert die Positionierungsvorrichtung die Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft) nach dem Einlegen der Funktionsfasern (ff) in eine typischerweise vorbestimmte Parkposition, beispielsweise der Position einer Werkzeugabsetzvorrichtung (wavl, wav2), wo sie typischerweise bis zum nächsten Einsatz verbleibt.

Die hier beschriebene Verfahrenvariante umfasst typischerweise vor dem Pulverauftrag zusätzlich eingefügte Schritte, wenn die Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft) eine Funktionsfaser (ff) einlegen soll:

Ein ein Motor der Funktionsfaserspule wickelt ein Stück Funktionsfaser (ff) ab.

Die Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft) bewegt und positioniert das abgewickelte Stück Funktionsfaser (ff) relativ zur Oberfläche (of) des Werkstücks (wst) bzw. der Schicht.

Die Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft) oder eine

Funktionsfaserfreiheitsgradeinschränkungsvorrichtung schränkt die Freiheitsgrade der Funktionsfaser (ff) ein. Dies kann, wie hier als erste Möglichkeit vorgeschlagen durch aufschmelzen der Oberfläche des Werkstücks oder der Schicht (pw) geschehen und das abschließende Verfestigen der Schmelze mit der eingelegten Funktionsfaser (ff). Ein erstes alternatives Verfahren umfasst das Aufkleben der Funktionsfaser (ff) auf der Werkstückoberfläche. Ein zweites alternatives Verfahren zum Einschränken der Freiheitsgrade der Funktionsfaser (ff) umfasst das Öffnen einer Nut z.B. mittels Fräsen und Absaugen der Späne, das Einlegen der Funktionsfaser (ff) und das Immobilisieren der Funktionsfaser (ff) z.B. durch Kleben oder Umspritzen mit Kunststoff oder dergleichen in der Nut. Ein drittes, alternatives Verfahren umfasst die Fierstellung der Nut-Wände durch Sintern, insbesondere durch ein selektives Sinterverfahren z.B. durch selektives Lasersintern. Das dritte Verfahren umfasst bevorzugt das Entfernen des nicht gesinterten Materials der Schicht (pw) innerhalb der Nut. Absaugen des unverbrauchten Pulvermaterials aus der Nut ist eine Möglichkeit zum Entfernen des nicht gesinterten Materials aus der Nut. Das dritte Verfahren umfsst des Weiteren bevorzugt das Einlegen der Funktionsfaser (ff) in die so geschaffene Nut und das abschließende Verkleben oder Vergießen der Nut. Es ist denkbar, dass der Vorschub einer Rakel (rk) mittels einer Rakelvorschubvorrichtung die neben der Funktionsfaser (ff) noch verbleibenden Holräume in der Nut (nut) wieder beispielsweise mit zum Sintern vorgesehenen Pulver füllt. Das Problem ist dann aber, dass die aufzuschmelzende Pulver- Materialschicht dann dicker ist. Es ist denkbar, dieses Material dann mit einer größeren Heizleistung, also z.B. mittels eines länger verweilenden Laserstrahls bzw. langsamer bewegten Laserstrahls oder eines heißeren oder langemer bewegten Heizkörpers (hk) ausreichend aufzuschmelzen. Auch ist es denkbar, die Tiefe der Nut kleiner als die Dicke der Funktionsfaser (ff) zu wählen, um eine innige mechanische Verbindung zwischen Funktionsfaser (ff) und aufgeschmolzenem Material zu ermöglichen.

Ist der Vorgang des Einschränkens der Freiheitgrade abgeschlossen oder kurz vor seinem Abschluss, so erfolgt das Trennen der Funktionsfaser (ff) bespielsweise mittels einer Abschneide- und trennvorrichtung (av).

Ggf. legt die Funktionsfasereinlegevorrichtung die Enden Funktionsfaser (ff) noch gesondert ein. Typischerweise gibt es einen Abstand zwischen dem Einlegepunkt der Funktionsfaser (ff) in das Werkstück (wst) und dem Abschneidepunkt, an dem die Abschneide- und trennvorrichtung (av) die Funktionsfaser (ff) bei Bedarf trennt. Erst dann erfolgt der Auftrag der nächsten Pulverschicht.

Figur 58 Figur 58A)

Figur 58 A) zeigt den Prozessablauf in einer Anlage der additiven Fertigung basierend auf einem Diagramm nach Pirrung. Figur 58 zeigt die Anwendbarkeit der hier offengelegten technischen Lehre auf andere Verfahren der additiven Fertigung. Insofern sind alle hier offen gelegten Merkmale auf andere Verfahren der additiven Fertigung ebenfalls anwendbar, sofern dies sinnvoll ist.

Das Diagramm nach Pirrung entspricht dem Stand der Technik.

Figur 58B)

Der Schritt „Extrudieren bzw. additives Fertigen des Bauteils" ist hier modifiziert. Diese Modifikation des Schritts „Extrudieren bzw. additives Fertigen des Bauteils" ist in Figur 58B dargestellt. Die zusätzlichen, vorschlagsgemäßen Prozessschritte, die den hier vorgeschlagenen Prozess vom Stand der Technik unterscheiden, sind mit einem gestrichelten Polygon umgeben und mit der Bezeichnung „vorgeschlagener Faserintegrationsprozess" versehen. Der vorgeschlagene Prozess umfasst zusätzlich eine wiederholte Abfrage, ob die Vorrichtung eine Funktionsfaser (ff) einbringen soll. Falls die Vorrichtung eine Funktionsfaser (ff) in der betreffenden Lage des Werkstücks (wst) einbringen werden soll, bewegt und positioniert die Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft) die Funktionsfaser(ff) relativ zur Oberfläche (of) des Werkstücks (wst). Die Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft) oder eine spezielle Funktionsfaserfreiheitsgradeinschränkungsvorrichtung schränken die Freiheitsgrade der Funktionsfaser (ff) ein. Dies kann, wie hier vorgeschlagen, durch Einlegen der Funktionsfaser (ff) in eine Schmelze erfolgen, die beispielsweise der Fleizkörper (hk) der Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft) zuvor am Einlegepunkt (ep) erzeugte. Dies kann aber auch durch Ablegen der Funktionsfaser (ff) auf der Oberfläche (of) des Werkstücks (wst) und anschließendes Einschränken der Freiheitsgrade der Funktionsfaser (ff) erfolgen. Dies kann beispielsweise durch Abdecken der Funktionsfaser (ff) mit Material und anschließendes Einschmelzen und/oder Ein-Sintern in das Werkstück (wst) oder Festkleben oder Anheften der Funktionsfaser (ff) an dem Werkstück (wst) erfolgen. Die Deposition von Klebstoff kann vor dem Ablegen der Funktionsfaser (ff) erfolgen. Da es sich bevorzugt um „Endlosfasern", also extrem lange Funktionsfasern (ff) handelt, sollte das Verfahren einen Schritt des Fasertrennens der Funktionsfaser (ff) umfassen.

Sofern in dieser Bauteilebene die Vorrichtung weitere Funktionsfasern (ff) einbringen soll, kann die Vorrichtung den Vorgang wiederholen.

Bevorzugt transportiert eine Positioniervorrichtung die Werkzeugwechselvorrichtung (wwv) mit der Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft) nach dem Einlegen der Fasern in eine typischerweise vorbestimmte Parkposition, beispielsweise eine Werkzeugabsetzvorrichtung (wavl, wav2) und setzt dort die Funktionsfasereinlegvorrichtung (ft) durch Betätigen der Werkzeugwechselvorrichtung (wwv) bis zum nächsten Einsatz ab.

Soll das Verfahren das Einlegen einer Funktionsfaser (ff) umfassen, dann umfasst bevorzugt das Verfahren also vor der Deponierung der nächsten Schicht auf dem Werkstück (wst) zusätzliche eingefügte Schritte:

Der Motor der Funktionsfaserspule oder eine andere Vorrichtung wickelt ein Stück Funktionsfaser (ff) von der Funktionsfaserspule mit dem Funktionsfaservorrat ab.

Eine Positioniervorrichtung bewegt und positioniert das abgewickelte Stück Funktionsfaser (ff) relativ zur Oberfläche (of) des Werkstücks (wst) oder der Schicht (pw). Die Funktionsfasereinlegevorrichtung oder eine spezielle Funktionsfaserfreiheitsgradeinschränkungsvorrichtung schränken die Freiheitsgrade der Funktionsfaser (ff) ein. Dies kann, wie hier als erste Möglichkeit vorgeschlagen durch Aufschmelzen der Oberfläche des Werkstücks oder der Schicht (pw) geschehen und das abschließende Verfestigen der Schmelze mit der eingelegten Funktionsfaser (ff). Ein erstes alternatives Verfahren umfasst das Aufkleben der Funktionsfaser (ff) auf der Werkstückoberfläche. Ein zweites alternatives Verfahren zum Einschränken der Freiheitsgrade der Funktionsfaser (ff) umfasst das Öffnen einer Nut z.B. mittels Fräsen und Absaugen der Späne, das Einlegen der Funktionsfaser (ff) und das Immobilisieren der Funktionsfaser (ff) z.B. durch Kleben oder Umspritzen mit Kunststoff oder dergleichen in der Nut. Ein drittes, alternatives Verfahren zum Einschränken der Freiheitsgrade der Funktionsfaser (ff) umfasst die Fierstellung der Nut-Wände durch Extrudieren und/oder ein additives Fertigungsverfahren. Des Weiteren umfasst das dritte alternative Verfahren ggf. das Entfernen überschüssigen Materials innerhalb der Nut. In diesem Fall kann dieses Entfernen des überschüssigen Materials beispielsweise durch Fräsen oder andere spanende Fertigungsverfahren, Laserablation, Funkenerosion oder ähnliche funktionsäquivalente Verfahren einerseits und/oder Absaugen oder Spülen andererseits erfolgen. Ebenso erfolgt das Einlegen der Funktionsfaser (ff) in die so geschaffene Nut und das abschließende Verkleben oder Vergießen der Nut. Es ist denkbar, dass der Vorschub einer Rakel (rk) die Nut wieder beispielsweise mit zum Sintern vorgesehenen Pulver füllt. In einem nachfolgenden Laser-Sinterschritt schmilzt der Laser-Strahl dann beispielsweise dieses Pulver in der Nut (nut) auf. Die anschließend wieder erstarrende Schmelze des aufgeschnolzenen Pulvers schränkt die Freiheitsgrade der Funktionsfaser (ff) ein. Es ist auch denkbar, dass ein Extruder ein Filament aufschmilzt und mit dem Material des so aufgeschmolzenen Filamants die Nut (nut) füllt, wo das so aufgeschmolzende Material dann erstarrt und so die Freiheitsgrade der Funktionsfaser (ff) einschränkt. Es ist denkbar, dieses Material dann mit einer größeren Heizleistung, also z.B. mittels eines länger verweilenden Laserstrahls bzw. langsamer bewegten Laserstrahls bzw. mit einer höheren Extrudertemperatur ausreichend aufzuschmelzen. Auch ist es denkbar, die Tiefe der Nut (nut) kleiner als die Dicke der Funktionsfaser (ff) zu wählen, um eine innige mechanische Verbindung zwischen Funktionsfaser (ff) und aufgeschmolzenem Material zu ermöglichen.

Hat die Vorrichtung den Vorgang des Einschränkens der Freiheitgrade der Funktionsfaser (ff) abgeschlossen oder ist die Vorrichtung kurz davor diesen Vorgang abzuschließen, so führt die Vorrichtung beispielsweise mittels einer Abschneide- und Trennvorrichtung (av) das Durchtrennen der Funktionsfaser (ff) durch.

Ggf. legt die Vorrichtung die Enden Funktionsfaser (ff) noch gesondert mittels der Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft) ein. Typischerweise gibt es einen Abstand zwischen dem Einlegepunkt der Funktionsfaser (ff) in das Werkstück (wst) und dem Abschneidepunkt Erst danach erfolgt der Auftrag der nächsten Schicht mittels eines Extrudierverfahrens oder eines anderen Verfahrens der additiven Fertigung. Figur 59

Figur 59 entspricht inhaltlich den Figuren 21 und 22, wobei sie nicht gerastert ist, und eine bessere Auflösung zeigt. Die Elemente sind im Klartext beschriftet. Sie ist den Anmeldeunterlagen zur Dokumentation beigefügt, da die Rasterung ggf. zu einem Offenbarungsverlust führen kann.

Figuren 60 und 61

Der Inhalt der Figuren 60 und 61 entspricht inhaltlich der Figuren 23 und 24, wobei sie nicht gerastert ist, und eine bessere Auflösung zeigt. Figur 60 ist die zur Figur 61 korrespondierende Zeichnung. Die Elemente sind im Klartext beschriftet. Sie ist den ersten Anmeldeunterlagen zur Dokumentation beigefügt, da die Rasterung ggf. zu einem Offenbarungsverlust führen kann.

Figuren 62 und 63

Figur 62 entspricht der Figur 26. Figur 63 ist die nicht gerasterte Version der Figur 27. Sie ist den Anmeldeunterlagen zur Dokumentation beigefügt, da die Rasterung ggf. zu einem Offenbarungsverlust führen kann.

Figuren 64 bis 67

Die Figuren 64 bis 67 zeigen schematisch und vereinfacht eine beispielhafte und erfolgreich getestete Version einer Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft) (fiber tool). Figur 64a zeigt die beispielhafte Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft) (fiber tool) von der Vorderseite. Figur 64b zeigt die beispielhafte Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft) (fiber tool) von der linken Seite. Figur 64c zeigt die beispielhafte Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft) (fiber tool) von der Rückseite. Figur 64d zeigt die beispielhafte Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft) (fiber tool) von der rechten Seite. Figur 64e zeigt die beispielhafte Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft) (fiber tool) von der Oberseite. Figur 64f zeigt die beispielhafte Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft) (fiber tool) von der Unterseite.

Die Unterseite der beispielhaften Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft) (fiber tool) mit dem Fleizkörper (hk) ist im Betrieb der Oberfläche (of) des Werkstücks (wst) bzw. der Pulverschicht (pv) als spezieller Form eines Werkstücks (wst) zugewandt.

Figur 65 zeigt die beispielhafte Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft) (fiber tool) aus vier verschiedenen räumlichen Perspektiven aus Schrägansichten.

Diese Schrift markiert im Folgenden einen Vorrichtungsteil nur bei mindestens der Darstellungen der Figuren 64 bis 67. Ein solcher Vorrichtungsteil ist in allen perspektivischen Zeichnungen der Figuren 64 bis 68 zu sehen, wenn andere Komponenten der Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft) diesen Vorrichtungsteil nicht verdecken.

Wie bereits beschrieben, zeigt Figur 64a die beispielhafte Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft) (fiber tool) von der Vorderseite. Zu erkennen ist der Fleizkörper (hk), der vorschlagsgemäß eine sich in der Nähe des Fleizkörpers (hk) befindliche Oberfläche (of) aufschmelzen kann. Zu erkennen ist auch die Trenn- und Abschneidevorrichtung (av). Die Trenn- und Abschneidevorrichtung (av) trennt aufgrund einer Signalisierung des Rechen- oder Steuersystems die ggf. im Kanal (kn) der Fasereinlegevorrichtung befindliche Funktionsfaser (ff) beispielsweise mit einem Trennvorrichtungsmesser (masv). Der Motor (mav) der Trenn- Abschneidevorrichtung (av) betätigt das Trennvorrichtungsmesser (masv) über ein Gestänge (sav, hab) bevorzugt in Abhängkeit von einem Signal des Rechen- oder Steuersystems. Das besagte Gestänge umfasst in dem Beispiel der Figur 64 einen Hebel (hav), der in dem Beispiel der Figur 64 direkt an der Achse des Motors (mav) der Trenn- Abschneidevorrichtung (av) befestigt ist. Ändert der Rotor des Motors (mav) seine Winkelposition, so drückt bzw. zieht je nach Drehrichtung der Hebel (hav) über eine Stange horizontal auf das Ende des Messers (msav). Das Messer ist drehbar gelagert. Figur 67 stellt einen Schnitt durch die Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft) dar, wobei die Wahl der Schnittlinie sicher stellt, dass die Figur 67 die Funktionsweise der beispielhaften Trenn- und Abschneidvorrichtung (av) gut wiedergibt.

Oben an der Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft) der Figur 64 ist eine Flalterung (hal) angebracht. Die Flalterung (hal) ermöglicht beispielsweise die Befestigung eines Schlauches zur Zuführung der Funktionsfaser (ff) aus einem Funktionsfaservorrat. Beispielsweise kann ein Kabelbinder den Schlach oder andere Leitungen an der Flalterung (hal) mechanisch fixieren.

Wie bereits erwähnt, zeigt Figur 64b die beispielhafte Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft) (fiber tool) von der linken Seite. Zu erkennen ist der Motor (mar) der Funktionsfaservorschubeinrichtung (mar, ar, pr). Die Andruckrolle (pr) der Funktionsfaservorschubeinrichtung (mar, ar, pr, fed, B) für den Vorschub der Funktionsfaser (ff) ist in Figur 64d) zu erkennen. Mittels eines L-förmigen Balkens (B), das drehbar um eine Achse im Knick des "L"-s seiner L-Form gelagert ist, drückt eine Feder (fed) mittels des L-förmigen Balkens (Bk) die Andruckrolle (pr) gegen die Antriebsrolle (ar).

Eine Verriegelungsplatte (vp) befindet sich an der Rückseite der Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft). Die Verriegelungsplatte (vp) weist einen Schlitz (vrs) auf, der mit einem Querbolzen eines Verriegelungsstifts (vst) korrespondiert. Dier Verriegelungsstift (vst) ist in Figur 68 dargestellt. Eine Drehscheibe (ds) kann den Verriegelungsstift (vst) um seine Längsachse drehen. In einer ersten Position, die eine solche Drehung des Verriegelungsstifts (vst) um seine Längsachse einstellen kann, kann der Querbolzen des Verriegelungsstifts (vst) den Schlitz (vrs) in der Verriegelungsplatte (vp) der Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft) passieren. In dieser ersten Position des Verriegelungsstifts (vst) kann die Drehung des Verreigelungsstifts (vst) der Werkzeugwechselvorrichtung (wwv) im Zusammenwirken mit der Verriegelngsplatte (vp) der Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft) die Funktionsfasereinlegeeinlegevorrichtung (ft) mit der Werkzeugwechselvorrichtung (wwv) der Figur 68 mechanisch durch ein Aneinanderpressen verbinden oder die

Funktionsfasereinlegeeinlegevorrichtung (ft) von der Werkzeugwechselvorrichtung (wwv) der Figur 68 durch eine Drehung in die umgekehrte Richtung lösen. Die Werkzeugwechselvorrichtung (wwv) der Figur 68 befindet sich vorzugsweise an einer Positioniervorrichtung, die nach dem Ankoppeln der Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft) an die Werkzeugwechselvorrichtung (wwv) diesen Verbund aus Werkzeugwechselvorrichtung (wwv) und Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft) je nach Aufgabe insbesondere relativ zum Werkstück (wst) positionieren kann. Die Verriegelungsplatte (vp) weist im Bereich des Schlitzes (vrs) bevorzugt eine Dicke auf, die von dem Winkel um die Bohrungsachse einer Bohrung in der Mitte des Schlitzes (vrs) abhängt. Eine Drehung des Verriegelungsstifts (vst) in der besagten Bohrung des Schlitzes (vrs) wandelt das Drehmoment der Drehscheibe (ds) der Werkzeugwechselvorrichtung (wwv) in eine Kraft, die die Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft) gegen die Werkzeugwechselvorrichtung (wwv) presst. Damit nach dem Werkzeugwechsel die Wiederholgenauigkeit der Positionierungen gegeben ist, ist die Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft) in dem Beispiel der Figur 64 mit drei Justierkugelsegmenten (jk) versehen. Diesen drei Justierkugelsegmenten (jk) entsprechen drei Justierlager (jl) der Werkzeugwechselvorrichtung (wwv) (siehe auch Figur 68). In dem Beispiel der Figur 68 umfasst jedes der beispielhaft drei Justierlager jeweils zwei runde Justierbolzen (jb), die parallel zueinander links und rechts einer Justieröffnung eingebaut sind. Jedes Paar von Justierbolzen (jb) ist bevorzugt so eingebaut, dass seine Justierbolzen (jb) eine Fläche definieren, deren Normalenvektor bevorzugt parallel zu der Achse der der Justierkugelsegmente (jk) ist. Die Justierkugelsegmente (jk) sind nach dem Verriegeln der Verbindung zwischen der Verriegelungsplatte (vp) der Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft) und dem verriegelungsstift (vs) der Werkzeugwechselvorrichtung (wwv) auf diesen Justierbolzen (jb) dann mechanisch sicher und mit einer wiederholbaren geometrischen Anordnung zueinander gelagert.

Wie bereits erwähnt, zeigt Figur 64d die beispielhafte Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft) (fiber tool) von der rechten Seite. Neben den schon oben erwähnten Vorrichtungsteilen ist auch ein Endschalter zu erkennen. Der Endschalter signalisiert dem Rechner des Rechnen- und Steuersystems, dass das Messer (msav) eine Endposition erreicht hat. Rechner schaltet ann bevoruzugt den Motor (msav) ab und stoppt auf diese Weise dann bevorzugt die weitere Bewegung des Messers (msav). Alternativ können auch die Verwendung anderer Positionssensoren, beispielsweise Hall-Sensoren, zur Bestimmung und/oder Ermittlung der Position des Messers (msav) möglich. Um Beschädigungen der Vorrichtung zu verhindern, ist es also sinnvoll, dass das Rechner- oder Steuersystem die Position des Messers (msav) überwacht und in Abhängigkeit von der ermittelten Position den Motor (mav) der Abschneide- und Trennvorrichtung steuert.

Wie oben erwähnt zeigt Figur 64e die beispielhafte Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft) (fiber tool) von der Oberseite. Aus dieser Perspektive ist der Kanal (kn) sichtbar, über den beispielsweise ein nicht gezeichneter Schlauch die Funktionsfaser (ff) der Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft) beispielsweise von einer ebenfalls nicht gezeichneten Funktionsfaserspule mit dem Funktionsfaservorrat zuführt.

Wie oben erwähnt zeigt Figur 64f zeigt die beispielhafte Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft) (fiber tool) von der Unterseite. Aus dieser Perspektive ist der Kanal (kn) im Heizkörper (hk) sichtbar, über den die Funktionsfaser (ff) die Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft) wieder im typischerweise aufgeheizten Zustand verlässt und am in der Figur 64 nicht gezeichneten Einlegepunkt (ep) in den Aufschmelzbereich (b) der Oberfläche (of) des Werkstücks (wst) eindringt und dort verbleibt.

Figur 65 zeigt die Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft) der Figur 64 zur besseren Klarheit aus vier verschiedenen Schrägansichten.

Figur 65 zeigt einen Schnitt längs der Linie A-A durch die Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft). Der Schnitt A-A ist so gewählt, dass der Schnitt A-A den Kanal (kn), der die Funktionsfaser (ff) während des Einlegevorgangs mechanisch führt, in seiner vollen Länge schneidet. Die Positionierung des Schnitts ist in der linken Teilfigur der Figur 66 dargestellt, dies die Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft) in der Seitenansicht zeigt.

Die rechte Teilfigur zeigt den besagten Schnitt längs der Linie A-A. Der Kanal (kn) weist in dem eispiel der Figur 66 zwei unterschiedliche Durchmesser auf. Im oberen Teil des Kanals (kn) in dem dem Heizkörper (hk) gegenüberliegenden Abschnitt des Kanals (kn) ist der Durchmesser des Kanals (kn) größer. Im unteren Teil des Kanals (kn) in dem Abschnitt des Kanals, der auch den Heizkörper (hk) passiert, ist der Durchmesser des Kanals (kn) in diesem Beispiel kleiner. Ein Trichter (tr) passt den Durchmesser des oberen Abschnitts des Kanals (kn) an den kleineren Durchmesser des Kanals (kn) an. Dieser Trichter vereinfacht die Wiedereinfädelung der Funktionsfaser (ff) nach dem Passieren der Funktionsfaservorschubeinrichtung (ar, pr) in den unteren Abschnitt des Kanals (kn). Wie bereits oben beschrieben, presst eine Feder (fed) mittels eines L-förmigen Balkens (Bk) die Andruckrolle (pr) gegen die Antriebsrolle (ar). Der Motor (mar) der Funktionsfaservorschubeinrichtung treibt die Antriebsrolle (ar) an. Die Funktionsfaser (ff) gelangt von oben durch den oberen Abschnitt des Kanals (kn) zwischen die Antriebsrolle (ar) und die Andruckrolle (pr). Die Antriebsrolle (ar) dreht sich und befördert daher die Funktionsfaser (ff) weiter in den unteren Abschnitt des Kanals (kn). Der Trichter (tr) stellt sicher, dass der Anfang der Funktionsfaser (ff) beim ersten Passieren dieser Funktionsfaservorschubeinrichtung sicher in den unteren Abschnitt des Kanals einfädelt. I unteren Drittel des Kanals (kn) passiert dann die Funktionsfaser die trenn- und Abschneidevorrichtung (av). Dieser umfasst, wie in Figur 64 und 65 hier beispielhaft das Messer (msav), das Gestänge (sav, hav).

In der Figur 66 ist die Verriegelungsplatte (vp) von der Rückseite zu sehen. Die Verriegelungsplatte weist in dem Beispiel auf der Oberfläche ihrer nun zugewandten Seite zwei Keilstrukturen auf, deren Flöhe über der Rückseitenoberfläche der Verriegelungsplatte (vp) von der Winkelposition bezogen auf die Achse der Bohrung durch den Schlitz der Verriegelungsplatte (vp) abhängt.

Figur 67 zeigt einen weiteren Schnitt durch die Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft). Die Schnittebene liegt nun senkrecht zum Kanal (kn). Die Position der Schnittebene schneidet die Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft) so, dass die Abschneide- und Trennvorrichtung (av) der Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft) gut zu erkennen ist.

Die Kupplungsstange (sav) zwischen Messer (msav) und FHebel (hav) der Abschneide- und Trennvorrichtung (av) verläuft in dem Beispiel der Figuren 64 bis 67 nicht parallel zur Schnittebene der Figur 67. Daher zeigt die rechte Teilfigur der Figur 67, die den Schnitt B-B der linken Teilfigur wiedergibt, nur einen Teil der Kupplungsstange (sav) zwischen Messer (msav) und FHebel (hav) der Abschneide- und Trennvorrichtung (av). Die Kupplungsstange (sav) koppelt das Messer (msav) und den FHebel (hav) der Abschneide- und Trennvorrichtung (av). Der Motor (mav) der Abschneide- und Trennvorrichtung dreht den FHebel (hav) in Abhängigkeit von einem Steuersignal des rechner- oder Steuersystems. Dies schwenkt auch das Messer (msav) mittels einer Kraftübertragung durch die Kupplungsstange (sav) zwischen Messer (msav) und FHebel (hav) der Abschneide- und Trennvorrichtung (av) um eine Drehachse. Die Klinge des Messers (msav) schwenkt dabei in eine korrespondierende der Klinge des Messers (msav) gegenüberliegende Nut (nut). Dies zwingt eine im Kanal (kn) befindliche Funktionsfaser (ff) zur Einnahme eines sehr kleinen Biegeradius. Flandelt es sich bei der Funktionsfaser (ff) im Kanal (kn) beispielsweise um eine Kohlenstofffaser, so weist diese typischerweise einen minimalen Biegeradius auf. Der Biegeradius, in den die Kombination aus Messer (msav) und Nut (nut) die Funktionsfaser beim Einschwenken der Klinge des Messers (msav) in den Kanal (kn) zwingen, ist bevorzugt kleiner als der minimale Biegeradius der zu verarbeiten Funktionsfaser (ff), so dass diese durchbricht. Dieser Abschneide- und Trennmechanismus (av) hat sich für Kohlefasern als Funktionsfasern (ff) bewährt. Ggf. ist die Verwendung anderer Abschneide- und Trennmechanismen wie beispielsweise die Verwendung mechanisierter Scheren für andere Arten von Funktionsfasern (ff) funktionsäquivalent möglich.

Figur 68

Figur 68 zeigt die Werkzeugwechselvorrichtung (wwv), die bevorzugt an der Positioniervorrichtung befestigt ist. Die vorgeschlagene Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft) weist in den zuvor beschriebenen Figuren 64 bis 67 jeweils drei Justierkugelsegmente (jk) auf, denen hier vier Justierlager (jl) korrespondierend entsprechen. Die Justierlager (jl) sind in dem Beispiel der Figur 68 in einer Lagerplatte gefertigt. Jedes Justierlager (jl) umfasst jeweils zwei parallel orientierte runde Justierbolzen (jb). Die Justierbolzzen (jb) sind so voneinander beabstandet, dass a) die Oberfläche eines Justierkugelsegments (jk) der Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft) nur an einem ersten Punkt mit dem ersten Justierbolzen (jb) eines Justierlagers (jl) in Kontakt ist und dass b) die Oberfläche dieses Justierkugelsegments (jk) der Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft) nur an einem zweiten Punkt mit dem zweiten Justierbolzen (jb) dieses Justierlagers (jl) in Kontakt ist und dass c) die Oberfläche dieses Justierkugelsegments (jk) der Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft) mit keinen weiteren Punkten der Oberfläche der Werkzeugwechselvorrichtung (wwv) in Kontakt ist. Somit besitzt die Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft) in diesem Beispiel bevorzugt genau sechs Kontaktpunkte mit der Werkzeugwechselvorrichtung (wwv).

Figur 68 zeigt auch die Drehscheibe (ds). Die Betätigungsvorrichtung (btv), die Figur 70 zeigt, dreht beispielsweise mittels in den Figuren nicht eingezeichneten Bowdenzügen die Drehscheibe (ds) in die eine oder die andere Richtung. Der Verriegelungsstift (vst) weit an seinem der Drehscheibe entgegengesetzten Ende einen Querbolzen auf. Durch das Drehen der Drehscheibe (ds) ändert sich die Orientierung des Querbolzens des Verriegelungsstifts (vst). Diese Drehung des Querbolzens des Verriegelungsstifts (vst) kann die Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft) mittels der Verriegelungsplatte (vp), den Justierkugelsegmenten (jk) und den Justierlagern (jl) mit der Werkzeugwechselvorrichtung (wwv) an der Positioniervorrichtung koppeln bzw. von diesem entkoppeln.

Figur 69 Figur 69 zeigt eine erste Werkzeugabsetzvorrichtung (wavl) und eine zweite Werkzeugabsetzvorrichtung (wav2), die an einem Gestänge der 3D-Druckvorrichtung montiert sind. Jeder der Werkzeugabsetzvorrichtungen (wavl, wav2) weist in diesem Beispiel zwei Werkzeugtragbolzen (wtr) auf. Auf diesem setzt die Positioniervorrichtung der 3D-Druckvorrichtung ab. Damit dies möglich ist, sind in dem hier beschriebenen Beispiel einer vorschlagsgemäßen 3D- Druckvorrichtung an die Werkzeuge links und rechts der Werkzeuge Werkzeugklemmen (wkl) angebracht. Die Werkzeugklemmen (wkl) halten die Werkzeuge auf den jeweiligen Werkzeugabsetzvorrichtungen (wavl, wav2) nach dem Absetzen durch die Positioniervorrichtung der 3D-Druckvorrichtung. Dies ermöglicht dem Rechen- und Steuersystem der vorschlagsgemäßen 3D- Druckvorrichtung in Abhängigkeit von Steuersignalen des besagten Rechner- und Steuersystems das jeweilige Werkzeug auf einer bevorzugt dem jeweiligen Werkzeug zumindest zeitweise zugeordneten Werkzeugabsetzvorrichtung (wavl, wav2) an einer entsprechenden Parkposition innerhalb der 3D- Druckvorrichtung abzusetzen. Bei den Werkzeugen kann es sich beispielsweise um den FD_Extruder (extr) und/oder die besagte Funktonsfasereinlegevorrichtung (ft) handeln. Die linke Teilfigur der Figur 69 zeigt zwei Werkzeugabsetzvorrichtungen (wavl, wav2) ohne abgesetzte Werkzeuge. In der rechten Teilfigur ist ein Werkzeug auf der rechten Werkzeugabsetzvorrichtungen (wavl) abgesetzt.

Es handelt sich beispielhaft um die zuvor beschriebene beispielhafte Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft).

Figur 70

Figur 70 zeigt eine beispielhafte 3D-FDM-Druckvorrichtung mit der vorschlagsgemäßen Fähigkeit zum Einlegen einer Funktionsfaser (ff) in ein Werkstück (wst) während des 3D-Drucks.

Die beispielhafte 3D-FDM-Druckvorrichtung umfasst die bereits erwähnte

Werkzeugwechselvorrichtung (wwv), einen Extruder (extr) zum FDM-Drucken mit Hilfe eines nicht eingezeichneten Filaments, eine zweite Werkzeugabsetzvorrichtung (wav2) als Parkposition für den Extruder (extr), eine Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft), eine erste Werkzeugabsetzvorrichtung (wavl) für diese Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft), eine Positioniereinrichtung, eine Betätigungsvorrichtung (btv) für die Spannvorrichtung aus Verriegelungsstift (vst) der Werkzeugwechselvorrichtung (wwv) und Verriegelungsplatte (vp) des jeweiligen Werkzeugs und ein Rechnersystem oder Steuersystem zur Steuerung der Anlage. Die Figur lässt Fleizplatten, Klimatisierung etc. sind zu Vereinfachung weg. Wir verweisen hier auf den Stand der Technik für FDM-3D-Drucker. In der Regel wird der 3D-Drucker mit Werkzeugwechselvorrichtung (wwv) zunächst den Extruder (extr) an der zweiten Werkzeugabsetzvorrichtung (wav2) aufnehmen. Dafür bringt die Betätigungsvorrichtung (btv) für die Spannvorrichtung den Querbolzen des Verriegelungsstifts (vst) der Werkzeugwechselvorrichtung (wwv) in eine solche Position, dass der Querbolzen den Schlitz (vrs) der Verriegelungsplatte (vp) des Extruders passieren kann. Die Werkzeugwechselvorrichtung (wwv) nimmt den Extruder (extr) auf. Nachdem der Querbolzen des Verriegelungsstifts (vst) den Schlitz (vrs) der Verriegelungsplatte (vp) des Extruders passiert hat, dreht die Betätigungsvorrichtung (btv) für die Spannvorrichtung den Querbolzen des Verriegelungsstifts (vst) der Werkzeugwechselvorrichtung (wwv) in eine solche Position, dass der Querbolzen den Schlitz (vrs) der Verriegelungsplatte (vp) des Extruders nicht mehr passieren kann. Keile auf der Rückseite der Verriegelungsplatte (vp) des Extrudes (extr) spannen die mechanische Verbindung zwischen Werkzeugwechselvorrichtung (wwv) und Extruder (extr) mechanisch. Nun bilden Extruder (extr) und Werkzeugwechselvorrichtung (wwv) eine zweite mechanische Einheit. Bevorzugt bestimmt die vorgeschlagene Druckvorrichtung mittel Sensoren und/oder Schaltern und gezielten Bewegungen dieser Einheit aus Extruder (extr) und Werkzeugwechselvorrichtung (wwv) die exakte Koordinate der Extruderöffnung. Nach dem Temperieren beginnt dann der aus dem Stand der Technik bekannte FDM-Druck.

Die hier vorgelegte Schrift schlägt für das Einlegen einer Funktionsfaser (ff) nun vor, dass der Extruder (extr) den FDM-Druck, bevorzugt nach dem Fertigstellen der Lage, in die Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft) die Funktionsfaser (ff) einbetten soll, unterbricht. Flierzu bringt die Positioniervorrichtung die Einheit aus Extruder (extr) und Werkzeugwechselvorrichtung (wwv) wieder zur zweiten Werkzeugabsetzvorrichtung (wav2). Nachdem die Positioniervorrichtung die Einheit aus Extruder (extr) und Werkzeugwechselvorrichtung (wwv) in die zweite Werkzeugabsetzvorrichtung (wav2) eingebracht hat, bringt die Betätigungsvorrichtung (btv) für die Spannvorrichtung den Querbolzen des Verriegelungsstifts (vst) der Werkzeugwechselvorrichtung (wwv) wieder in eine solche Position, dass der Querbolzen den Schlitz (vrs) der Verriegelungsplatte (vp) des Extruders passieren kann. Dies löst die zweite mechanische Einheit aus Extruder (extr) und Werkzeugwechselvorrichtung (wwv) wieder auf.

Die Positioniervorrichtung bringt nun die Werkzeugwechselvorrichtung (wwv) zur ersten Werkzeugabsetzvorrichtung (wavl). In der ersten Werkzeugabsetzvorrichtung (wavl) befindet sich in dem hier beschriebenen Beispiel die Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft).

Die Werkzeugwechselvorrichtung (wwv) nimmt die Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft) in der ersten Werkzeugabsetzvorrichtung (wavl) auf. Nachdem der Querbolzen des Verriegelungsstifts (vst) den Schlitz (vrs) der Verriegelungsplatte (vp) der Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft) passiert hat, dreht die Betätigungsvorrichtung (btv) für die Spannvorrichtung den Querbolzen des Verriegelungsstifts (vst) der Werkzeugwechselvorrichtung (wwv) in eine solche Position, dass der Querbolzen den Schlitz (vrs) der Verriegelungsplatte (vp) der Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft) nicht mehr passieren kann. Keile auf der Rückseite der Verriegelungsplatte (vp) der Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft) spannen die mechanische Verbindung zwischen der Werkzeugwechselvorrichtung (wwv) und der Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft) mechanisch und pressen diese mechanische Verbindung zusammen. Nun bilden die Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft) und die Werkzeugwechselvorrichtung (wwv) eine zweite mechanische Einheit.

Bevorzugt bestimmt die vorgeschlagene Druckvorrichtung mittel Sensoren und/oder Schaltern und gezielten Bewegungen dieser ersten mechanischen Einheit aus Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft) und Werkzeugwechselvorrichtung (wwv) die exakte Koordinate der Austrittsöffnung des Kanals (kn) der Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft) oder einer mit dieser Öffnung in einem festen Zusammenhang stehenden funktionsäquivalenten Koordinate. Ein ggf. ermittelter Offsetwert wird in den folgenden 3D-Druckprozesschritten dann ggf geeignet mittels einer affinen Koordinatentransformation durch das Rechner- und Steuersystem berücksichtigt. Nach dem Temperieren des Fleizkörpers (hk) beginnt dann eines der oben beschriebenen Verfahren zum Einlegen einer Funktionsfaser (ff)in die Oberfläche (of) eines Werkstücks.

Diese Schrift schlägt für die Wiederaufnahme des FDM-3D-Drucks nach dem Einlegen der Funktionsfaser (ff) nun vor, dass die Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft) das Einlegen der Funktionsfaser (ff) in die Oberfläche (of) des Werkstücks (wst) beendet, indem die Abschneide- und Trennvorrichtung (av) die Funktionsfaser an einer typischerweise vorbestimmten Stelle trennt und die Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft) dieses Reststück der Funktionsfaser (ff) zwischen Abschneid und Trennvorrichtung einerseits und Einlegepunkt (ep) andererseits noch in die Oberfläche (of) des Werkstücks (wst) einlegt. Nach dem Beenden des Einlegens der Funktionsfaser (ff) in die Oberfläche (of) des Werkstücks (wst) bringt die Positioniervorrichtung die erste mechanische Einheit aus Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft) und Werkzeugwechselvorrichtung (wwv) wieder zur ersten Werkzeugabsetzvorrichtung (wavl). Nachdem die Positioniervorrichtung die erste mechanische Einheit aus Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft) und Werkzeugwechselvorrichtung (wwv) in die erste Werkzeugabsetzvorrichtung (wavl) eingebracht hat, bringt die Betätigungsvorrichtung (btv) für die Spannvorrichtung den Querbolzen des Verriegelungsstifts (vst) der Werkzeugwechselvorrichtung (wwv) wieder in eine solche Position, dass der Querbolzen den Schlitz (vrs) der Verriegelungsplatte (vp) des Der Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft) passieren kann. Dies löst die erste mechanische Einheit aus Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft) und Werkzeugwechselvorrichtung (wwv) wieder auf.

Sofern die 3D-Druckvorrichtung den FDM-Druck mit weiteren Schichten fortsetzen soll, was typischerweise der Fall ist, bringt die Positioniervorrichtung der 3d-Druckvorrichtung nun die Werkzeugwechselvorrichtung (wwv) wieder zur zweiten Werkzeugabsetzvorrichtung (wav2), in der sich der Extruder (ext) befindet. Nach der Aufname des Extruders (extr) durch die Werkzeugwechselvorrichtung (wwv) setzt die dann neu gebildete zweite mechanische Einheit aus Extruder (extr) und Werkzeugwechselvorrichtung (wwv) den Prozess des FDM-Druckens mit dem Drucken der nächsten Schicht fort.

Figur 71

Figur 71 zeigt das beispielhafte Vorgehen beim vorschalgsgemäßen 3D-Drucken eines beispielhaften Probekörpers mittels einer FDM-Drucktechnik. Die gestrichelten Linien stellen die Außenmaße des Probekörüers dar. Die durchgezogenen Linien stellen die durch den Extruder (extr) abgesetzten Material-Linien des geschmolzenen filamentmaterials dar, das der Extruder (extr) in der betreffenden Schicht bei der Erstellung des Werkstücks (wst) abgesetzt hat.

Eine Rechenanlage führt ein Datenverarbeitungsprogramm, im Folgenden Slicer genannt, aus. Der Slicer wandelt einen ersten Datensatz, der die Geometrie des zu erstellenden Werkstücks (wst) beschreibt, in Daten um, die das Absetzen des Linienmaterials auf dem Werkstück (wst) durch den Extruder (extr) steuern können und die das Einlegen der Funktionsfaser (ff) in das Werkstück steuern können.

Typischerweise beginnt die 3D-Druckvorrrichtung mit dem Absetzen der Materiallinien, die den Umfang des Werkstücks in der betreffenden Schicht definieren. Diese Schrift benennt diese Materiallinien im Folgenden mit dem Begriff Perimeter (peri). Nach dem 3D-Drucken der Umfangslinien, die später die Oberflächen des Werkstücks (wst) bilden, füllt die 3D-Druckvorrichtung das Innere des Werkstücks (wst) mit einem sogenannten Infill (infi) aus. In dem Beispiel der Figur 71 bildet die unterste Schicht (i) später eine Außenfläche des Werkstücks (wst). Daher platziert die 3D- Druckvorrichtung die Materiallinien des Infills (infi) in der ersten Schicht (i) und in der zweiten Schicht (ii) so dicht nebeneinander, dass die Materiallinien sich bevorzugt berühren und aneinanderhaften. Bevorzugt sind die Materiallinien der ersten Schicht (i) nicht parrallel zu den Materiallinien der zweiten Schicht (i). In dem in Figur 71 schrittweise, vereinfacht und schematisch dargestellten Prozess stellt die vorschlagsgemäße 3D-Druckvorrichtung einen beispielhaften Probekörper mit beispielhaft 12 Schichten (i bis xii) her. In dem Beispiel der Figur 71 weisen die Schichten (iii bis v), die nach den beiden Außenschichten, der ersten Schicht (i) und der zweiten Schicht (ii) gedruckt werden, zwar auch einen Infill (infi) auf. Die 3D-Druckvorrichtung führt in dem Beispiel der Figur 71 jedoch den Infill der dritten Schicht (iii) und den Infill der vierten Schicht (iv) und den Infill (infi) der fünften Schicht (v) nicht so dicht aus, wie den Infill (infi) der ersten Schicht (i) und den Infill der zweiten Schicht (ii). Dies spart Filamentaterial.

In dem Beispiel der Figur 71 soll die 3D-Druckvorrichtung beispielhaft in die sechste Schicht (vi) eine Kohlefaser als beispielhafte Funktionsfaser (ff) einlegen, um eine sechste Schicht (vib) mit eingelegter Funktionsfaser (ff) zu erhalten.

Für eine gute Einlegbarkeit der Funktionsfaser (ff) und für eine gute mechanische Verbindung zwischen Funktionsfaser (ff) und dem Infill am Ort der Einlegung der Funktionsfaser (ff) beispielsweise durch Adhäsion ist es sinnvoll, wenn die 3D-Druckvorrichtung die Materiallinien des Infills zumindest im Bereich der Einlegung der Funktionsfaser (ff) so dicht platziert, dass sie bevorzugt bereits vor dem Einlegen der Funktionsfaser (ff) in diesen Einlegebereichen der Funktionsfaser (ff) eine geschlossene Fläche bilden. Bevorzugt erstreckt sich diese Geschlossenheit dieser Fläche bis zu einem Minimalabstand links und rechts der geplanten Einlegelinie für die Einlegung der Funktionsfaser (ff) in die temporäre Oberfläche des Werkstücks (wst). In dem Beispiel der Figur 71 ist diese temporäre Oberfläche (of) des Werkstücks (wst) vor der Einlegung der Funktionsfaser (ff) die temporäre Oberfläche der sechsten Schicht (vi). In dem Beispiel der Figur 71 ist die sechste Schicht (vi) zur Vereinfachung nicht nur bis zu dem Mindestabstand links und rechts der geplanten Einlegelinie der Funktinsfaser (ff) so dicht ausgeführt, dass sie eine geschlossene Fläche bildet. In dem Beispiel der Figur 71 ist die sechste Schicht (vi) beispielhaft alternativ ganzflächig so dicht ausgeführt, dass sie eine ganzflächige geschlossene Fläche bildet. Mit Hilfe der Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft) legt die vorschlagsgemäße Vorrichtung die Funktionsfaser (ff) in die sechste Schicht (vi) ein. Bevorzugt berechnet der Slicer die vorgesehene Einlegelinie auf Basis einer oder mehrerer Finite-Elemente-Simulationen des Werkstücks auf Basis eines oder mehrerer anwendungsrelevanter mechanischer Lastfälle. Bevorzugt entspricht dabei eine vorgesehene Einlegelinie einer Funktionsfaser (ff) im Wesentlichen dem Verlauf eines mechanischen Spannungsfeldes innerhalb der Ebene der Schicht, hier beispielhaft der sechsten Schicht (vi). Bevorzugt deckt die 3D-Druckvorrichtung diese modifizierte sechste Schicht (vi) nach dem Einlegen der Funktionsfaser (ff) bzw. nach dem Einlegen der Funtionsfaser (ff) mit einer siebten Schicht (vii) ab. Für eine gute Abdeckung der Funktionsfaser (ff) mit Filamantmaterial und für eine gute mechanische Verbindung zwischen Funktionsfaser (ff) und dem Infill der siebten Schicht (vii) am Ort der Einlegung der Funktionsfaser (ff) in die sechste Schicht (vi) beispielsweise durch Adhäsion ist es sinnvoll, wenn die 3D-Druckvorrichtung auch die Materiallinien des Infills der siebten Schicht (vii) zumindest im Bereich der Einlegung der Funktionsfaser (ff) so dicht platziert, dass sie bevorzugt in diesen Einlegebereichen der Funktionsfaser (ff) eine geschlossene Fläche oberhalb der Funktionsfaser (ff) bilden. Bevorzugt erstreckt sich diese Geschlossenheit dieser Fläche bis zu einem Minimalabstand links und rechts der Einlegelinie für die Einlegung der Funktionsfaser (ff) in die sechste Schicht (vi) des Werkstücks (wst). In dem Beispiel der Figur 71 ist auch die siebte Schicht (vii) zur Vereinfachung nicht nur bis zu dem Mindestabstand links und rechts der Einlegelinie der Funktinsfaser (ff) in die sechste Schicht (vi) so dicht ausgeführt, dass sie eine geschlossene Fläche bildet. In dem Beispiel der Figur 71 ist auch die siebte Schicht (vii) beispielhaft alternativ ganzflächig so dicht ausgeführt, dass sie eine ganzflächige geschlossene Fläche bildet.

In dem Beispiel der Figur 71 weisen die beispielhaft Schichten (viii bis x), die nach der siebte Schicht (vii) gedruckt werden, zwar auch einen Infill (infi) auf. Die 3D-Druckvorrichtung führt in dem Beispiel der Figur 71 jedoch den Infill der achten Schicht (viii) und den Infill der neunten Schicht (ix) und den Infill (infi) der zehnten Schicht (x) nicht so dicht aus, wie den Infill (infi) der siebten Schicht (vii). Dies spart wieder Filamentaterial. Darüber hinaus mindert dieser weniger dichte Infill (ini) in der achten Schicht (viii), der neuenten Schicht (ix) und der zehnten Schicht (x) auch die Störungen, die die Funktionsfaser (ff) und das Einlegen der Funktionsfaser (ff) in der sechsten Schicht (vi) hervorrufen. Dies ermöglicht es, dass in dem Beispiel des Probekörpers der Figur 71 die oberste zwölfte Schicht (xii) normalerweise ohne Weiteres keinen Rückschluss auf die Einbettung der Funktionsfaser (ff) in den Probekörper zulässt. Nach dem Drucken der zehnten Schicht (x), druckt die 3D-Druckvorrichtung mit Hilfe des Extruders (extr) die elfte Schicht (xi) und die zwölfte Schicht (xii). Da die zwölfte Schicht (xii) wieder eine Außenschicht des Probekörpers sein soll, sieht der Slicer in dem Datensatz für den 3D-Drucker einen dichten Druck der Materiallinien vor, sodass vorzugsweise sowohl die zwölfte Schicht (xii) als auch die elfte Schicht (xi) eine geschlossene Fälle bilden. Die Pfeilkette in Figur 71 soll die Abarbeitungsreihenfolge verdeutlichen.

Figur 72

Figur 72 zeigt mögliche günstige Einlegelinien für den Probekörper der Figur 71 für zwei verschiedene Lastfälle. Figur 72a zeigt beispielhafte Einlegelinien für Kohlefasern als Funktionsfasern (ff) für einen beispielhaften bestimmungsgemäßen Lastfall, der von einer beispielhaften Einspannung des Probekörpers an der linken Außenkante des Probekörpers und an der rechten Ausßenkante des Probekörpers ausgeht und eine beispielhafte Zugbelastung mit diesen Einspannungen unterstellt. Figur 72b zeigt beispielhafte Einlegelinien für Kohlefasern als Funktionsfasern (ff) für einen beispielhaften bestimmungsgemäßen Lastfall, der von einer beispielhaften Einspannung des

Probekörpers an der linken Außenkante des Probekörpers und einer beispielhaften Bolzenbelastung in der runden Öffnung in der Mitte des Probekörpers ausgeht. Auch der Fall der Figur 72b unterstellt eine beispielhafte Zugbelastung mit der linksseitigen Einspannung und einer nach rechts gerichteten Bolzenbelastung im Loch des beispielhaften Probekörpers.

Bezugszeichenliste

1 Start des Gesamtprozesses;

2 Drucker mit genügend Pulver befüllen;

2b Drucker mit genügend Filament befüllen;

3 Arbeitsbereitschaft des Druckers prüfen;

4 Arbeitet die Maschine?;

5 Troubleshooting durchführen;

6 Bauteil in Baukammer platzieren;

7 Druckparameter einstellen;

8 Bauauftrag an Drucker übertragen;

9 Aufheizung Bauraum, Vorbereitung Pulverbett;

9b Aufheizung Bauraum, Vorbereitung Heizbett;

10 Sintern des Bauteils; 10b Extrudieren bzw. additives Fertigen des Bauteils; 10.1 Start des Unterprozesses „Sintern des Bauteils"; 10b.1 Start des Unterprozesses „Extrudieren bzw. additives Fertigen des Bauteils"; 10.2 Soll die 3D-Druckvorrichtung eine Funktionsfaser (ff) einbringen?;

10.3 Funktionsfaser (ff) abwickeln;

10.4 Funktionsfaser (ff) relativ bewegen;

10.5 Freiheitsgrade der Funktionsfaser (ff) einschränken;

10.6 Funktionsfaser (ff) trennen;

10.7 Letzte Funktionsfaser (ff)?;

10.8 Keine herausragenden Funktionsfasern (ff)?,

Funktionsfasereinbettvorrichtung (ft) und Baukammer in Ausgangsposition;

10.9 Pulverauftrag + Aufheizung + Sintern; 10b.9 Extrudieren bzw. additives Fertigen einer Schicht;

10.10 Letzte Schicht gesintert?; 10b.10 Letzte Schicht gefertigt?; 10.11 Absenkung Bauplattform; 10b.11 Absenkung Bauplattform oder Erhöhung des typischerweise vertikalen

Abstands; 10.12 Ende des Unterprozesses „Sintern des Bauteils";

10b.12 Ende des Unterprozesses „Extrudieren bzw. additives Fertigen des Bauteils";

11 Abkühlvorgang;

12 Bauteil aus Baukammer entfernen;

13 Sandstrahlen, Faserüberhänge;

14 Ende des Gesamtprozesses; a Aufwärmbereich; al erste Achse des Roboters; a2 zweite Achse des Roboters; a3 dritte Achse des Roboters; a4 vierte Achse des Roboters; a5 fünfte Achse des Roboters; a6 sechste Achse des Roboters;

Al erster Anschluss des Widerstands (R);

A2 zweiter Anschluss des Widerstands (R); ab aufgeschmolzener Bereich; abl erster aufgeschmolzener Bereich; ab2 zweiter aufgeschmolzener Bereich; ach Achse; al optionale Aluminium Folie; aof alte Oberfläche der Schicht (pw) gehalten, die zuvor die neue Oberfläche (ofn) war; ar Antriebsrolle der Funktionsfaservorschubeinrichtung; av Abschneid- und Trennvorrichtung; b Aufschmelzbereich (ist Teil des Aufwärmbereichs);

B Befestigungsmittel;

Bk L-förmiger Balken der Funktionsfaservorschubeinrichtung, mit dem die Feder (fed) die Andruckrolle (pr) gegen die Antriebsrolle (ar) der Funktionsfaservorschubeinrichtung drückt. Der Kanal (kn) führt typischerweise die Funktionsfaser (ff) im Betrieb zwischen Andruckrolle (pr) und Antriebsrolle (ar). Dreht der Motor (mar) der Funktionsfaservorschubeinrichtung die Antriebsrolle (ar), so transportiert die Antriebsrolle bei Drehung derselben die Funktionsfaser (ff); btv Betätigungsvorrichtung für die Spannvorrichtung. Die beispielhafte

Betätigungsvorrichtung kann beispielsweise über in den Figuren nicht gezeichneten Bowdenzüge und mittels der Drehscheibe (ds) den Verriegelungsstift (vst) in seiner Position um seine Achse drehen, so dass der Querbolzen des Verriegelungsstifts (vst) nicht mehr so positioniert ist, dass er den Schlitz (vrs) in der Verriegelungsplatte (vp) passieren kann. Die beispielhafte Betätigungsvorrichtung kann beispielsweise über in den Figuren nicht gezeichnete Bowdenzüge und mittels der Drehscheibe (ds) den Verriegelungsstift (vst) in seiner Position um seine Achse dann in die entgegengesetzte Richtung so drehen, dass der Querbolzen des Verriegelungsstifts (vst) so positioniert ist, dass er den Schlitz (vrs) in der Verriegelungsplatte (vp) nicht passieren kann und die Werkzeugwechselvorrichtung (wwv) (Figur 68) beispielsweise mit der Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft) (Figur 64 und 65) fest zusammengespannt ist; c Erstarrungsbereich; d Verfestigungsbereich; dl erster Draht; dhk Fleizkörper (hk) beispielsweise aus Diamant; ds Drehscheibe. Die Betätigungsvorrichtung für die Spannvorrichtung (btv) kann beispielsweise über in den Figuren nicht gezeichnete Bowdenzüge und die Position der Drehscheibe (ds) durch deren Drehung um die Drehachse des Verriegelungsstifts (vst), der vorzugsweise die Drehachse der Drehscheibe darstellt, ändern. Flierdurch ändert sich die Ausrichtung des Querbolzens des Verriegelungsstifts (vst), so dass der Querbolzen des Verriegelungsstifts (vst) in einer ersten Positionierung nicht mehr so positioniert ist, dass er den Schlitz in der Verriegelungsplatte (vp) passieren kann, und in einer zweiten Positionierung den besagten Schlitz der Verriegelungsplatte (vp) passieren kann; e Tiefe des Aufschmelzens des Materials der Schicht (pw) von der neuen Oberfläche (ofn) ausgemessen; eb Bereich der Erstarrung; ep Einlegepunkt; extr Extruder; f erster Abstand des Heizkörpers (hk) zur neuen Oberfläche (ofn) des Wärmeverteilers (wv);

F Anpresskraft der Andruckrolle für den Vorschub der Funktionsfaser (ff) gegen die typischerweise relativ zum Heizkörper (hk) ortsfeste Antriebsrolle (ar) als Gegenlager. fl erster Abstand des ersten Heizkörpers (hkl) zur neuen Oberfläche (ofn) des Wärmeverteilers (wv); f2 erster Abstand des zweiten Heizkörpers (hk2) zur neuen Oberfläche (ofn) des Wärmeverteilers (wv); ff Funktionsfaser; fed Feder, die mittels des L-förmigen Balkens (Bk) die Andruckrolle (pr) gegen die Antriebsrolle (ar) drückt. fm Füllmaterial; ft Funktionsfasereinlegevorrichtung; g zweiter Abstand (g) der Unterkante (uk) der Rakel (rk) zur alten Oberfläche (aof) der Schicht (pw) gehalten, die zuvor die neue Oberfläche (ofn) war. Der zweite Abstand ist dabei die Dicke der neuen Schicht (npw); hav Hebel der Abschneide- und Trennvorrichtung (av); hk Heizkörper; hkl erster Heizkörper; hk2 zweiter Heizkörper; hk4 vierter Heizkörper; hzl erste Heizvorrichtung; hz2 zweite Heizvorrichtung; hz21 zweite Heizvorrichtung des ersten Heizkörpers (hzl); hz22 zweite Heizvorrichtung des zweiten Heizkörpers (hz2); hz4 vierte Heizvorrichtung des vierten Heizkörpers (hk4); infi Infill; jb Justierbolzen; jk Justierkugelsegment;

Kl erster Kontakt;

K2 zweiter Kontakt;

K3 dritter Kontakt;

K4 vierter Kontakt;

K5 fünfter Kontakt;

K6 sechster Kontakt;

K7 siebter Kontakt;

K8 achter Kontakt; kl zweite Kühlvorrichtung; kll zweite Kühlvorrichtung des ersten Heizkörpers (hzl); kl2 zweite Kühlvorrichtung des zweiten Heizkörpers (hz2); kn Kanal für die Funktionsfaser (ff); kt Kante des Kanals (kn); kv erste Kühlvorrichtung; kzl erstes Kegelzahnrad; kwl erste Keilwelle; kw2 zweite Keilwelle; kw3 dritte Keilwelle; kzl erstes Kegelzahnrad; kz2 zweites Kegelzahnrad; kz3 drittes Kegelzahnrad; kz4 viertes Kegelzahnrad;

11 erste Gleitlagerhülse;

12 zweites Lager der zweiten Keilwelle (kw2); 13 drittes Lager der dritten Keilwelle (kw3);

LB1 erster Laser-Strahl;

LB2 zweiter Laser-Strahl; lk elektrisch isolierender Lack oder funktionsäquivalente Schicht;

Isp Spiegel;

M Motor;

Mi Meniskus der Benetzung; mar Motor der Funktionsfaservorschubeinrichtung (mar, ar, pr); mav Motor der Trenn- Abschneidevorrichtung (av); msav Trennvorrichtungsmesser der Trenn- Abschneidevorrichtung (av); npw neue Schicht; ol erste Öffnung; o2 zweite Öffnung; of erste Oberfläche des Wärmeverteilers (wv); of2 zweite Oberfläche des Wärmeverteilers (wv); ofn neue Oberfläche des Wärmeverteilers (wv) durch Aufträgen einer Schicht (pw) des Materials; peri Perimeter; pk Prozesskammer; ppl erster Werkzeugabsetzpunkt für die Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft) (fiber tool); pr Andruckrolle für den Vorschub der Funktionsfaser (ff); pv erstarrte Pulverschicht; pw Schicht (pw) aus einem Material auf die Oberfläche (of) mit Bildung einer neuen Oberfläche (ofn) parallel zu der Oberfläche; pwv vorauslaufender Materialvorrat aus frischem Pulver für den Sinterprozess;

R elektrischer Widerstand; rk die Rakel; sav Kupplungsstange zwischen Messer (msav) und Hebel (hav) der Abschneide- und Trennvorrichtung (av); sl Schlauch;

SL Schlichte;

SP Spindel; qi erste Prozesstemperatur. Dies ist die Soll-Prozesstemperatur des

Wärmeverteilers (wv); $2 zweite Prozesstemperatur. Dies ist die Soll-Prozesstemperatur des Heizkörpers (hk); s _2a Prozesstemperatur des ersten Teilheizkörpers des Heizkörpers (hk);

&2b Prozesstemperatur des zweiten Teilheizkörpers des Heizkörpers (hk);

&21 zweite Prozesstemperatur des ersten Heizkörpers (hkl);

&21 zweite Prozesstemperatur des zweiten Heizkörpers (hk2); s ₃ dritte Prozesstemperatur. Dies ist die Soll Prozesstemperatur der Funktionsfaser (ff) vor dem Einlegen in die Schmelze;

$ ₄ vierte Prozesstemperatur. Dies ist die Prozesstemperatur der Prozesskammer (pk) oder die Prozesskammertemperatur;

&hk Ist-Heizkörpertemperatur des Heizkörpers (hk); Ist-Wärmeverteilertemperatur des Wärmeverteilers (wv); ts Temperatursensor; uk Unterkante der Rakel (rk); vrs Schlitz in der Verriegelungsplatte (vp); vl erste Geschwindigkeit der Bewegung des Heizkörpers (hk) relativ zum Wärmeverteiler (wv); v2 zweite Geschwindigkeit, mit der die Funktionsfaservorschubeinrichtung die Funktionsfaser (ff) dem Werkstück (wst) (in Figur 13 in Form der neuen Schicht (npw)) zuführt; v3 dritte Geschwindigkeit, mit der die Rakelvorschubvorrichtung die Rakel (rk) über die alte Oberfläche (aof) bewegt; vb verfestigter Bereich; vbl erster verfestigter Bereich; vb2 zweiter verfestigter Bereich; vp Verriegelungsplatte; vr Vorratsrolle für die Funktionsfaser (ff)

VSM Motor für den Vorschub der Funktionsfaser (ff) in Richtung auf die Oberfläche (OF) der Schicht (pw); wavl erste Werkzeugabsetzvorrichtung; wav2 zweite Werkzeugabsetzvorrichtung; wkl Werkzeugklemme; wst Werkstück. Das Werkstück ist bevorzugt ein durch ein additives

Herstellungsverfahren hergestelltes Objekt. Bevorzugt handelt es sich um einen Zwischenstand des Druckvorgangs des additiven Fertigungsprozesses. Im Sinne dieses Vorschlags ist aber auch die Verwendung anderer Werkstücke für den Einlegeprozess losgelöst vom Fertigungsprozess denkbar. Beispielsweise kann das Werkstück in einem solchen Fall ein Spritzgussteil oder ein Teil aus einem spanenden Fertigungsprozess sein, in dessen Oberfläche dann eine Vorrichtung mit Hilfe eines Verfahrens, wie es hier vorgestellt wurde, und/oder mit Hilfe einer vorschlagsgemäßen Funktionsfasereinlegevorrichtung (ft) Funktionsfasern (ff) einlegt; wtr Werkzeugtragbolzen; wv Wärmeverteiler; wwv Werkzeugwechselvorrichtung; wzt Werkzeugträger;

X Kontaktwinkel;

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