Es wird ein Verfahren zur additiven Fertigung von Bauteilen angegeben.

Im Stand der Technik sind zahlreiche generative Fertigungsverfahren - auch als additive Fertigung (englisch: additive manufacturing) oder 3D-Druck- Verfahren - bekannt. Hierbei handelt es sich um computergesteuerte Verfahren, bei denen Bauteile aus flüssigen oder festen Werkstoffen nach vorgegebenen Massen und Formen mithilfe chemischer und/oder physikalischer Prozesse, insbesondere mithilfe von Schmelz- und/oder Aushärtungsprozessen, hergestellt werden. Generative Fertigungsverfahren eignen sich u.a. zur wirtschaftlichen Herstellung von Prototypen, Unikaten oder Bauteilen mit komplexer Geometrie.

Bei derzeit im Stand der Technik bekannten schmelzebasierten Druckverfahren, z. B. „Fused Deposition Modeling“ (FDM), „Fused Filament Fabrication“ (FFF) oder „Fused Granular Fabrication“ (FGF), wird zum Drucken von Bauteilen ein individueller Druckkopf (Düse) verwendet. Weiterhin kommen, beispielsweise in Portalanlagen (z. B. Desktopdruckern), auch parallel laufende Druckköpfe zum Einsatz.

Die Druckschrift DE 10 2019 124 311 A1 zeigt eine Düsenanordnung für einen Extruderkopf, der in einem additiven Fertigungssystem verwendet wird. Der Extruderkopf weist eine Anordnung von mehreren Düsen in einer Frontplatte auf. Die Düsen sind in einem gemeinsamen Kopf integriert, wobei durch ein Drehen um die Achse und Zuschalten der jeweiligen Düsen diese für den bauteilbildenden Prozess genutzt werden können. Dies ermöglicht einen effizienteren Druck bzw. den Druck unterschiedlicher Materialien.

Es ist eine zu lösende Aufgabe zumindest einiger Ausführungsformen, ein Verfahren zur additiven Fertigung von Bauteilen anzugeben, durch welches die Bauzeit pro Bauteil und somit die Herstellungskosten von Bauteilen deutlich reduziert werden können.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß dem unabhängigen Patentanspruch gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen gehen weiterhin aus den abhängigen Patentansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung und aus den Zeichnungen hervor.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird bei dem hier beschriebenen Verfahren eine Druckeinrichtung zum additiven Fertigen von Bauteilen bereitgestellt. Die Druckeinrichtung weist eine Extrudervorrichtung, eine mit der Extrudervorrichtung verbundene Verteilervorrichtung, und eine Vielzahl von zueinander beabstandeten Düsen auf. Bei der Extrudervorrichtung handelt es sich vorzugsweise um einen zentralen Extruder zum Aufschmelzen des zu druckenden Materials. Die Extrudervorrichtung, die sich vorzugsweise statisch in der Produktionsumgebung befindet, dient somit der zentralen Material- bzw. Schmelzeversorgung. Die Verteilervorrichtung ist vorzugsweise ein Verteilersystem zur Schmelzeführung bzw. zur Führung des Extrusionsmaterials. Beispielsweise kann das Verteilersystem ein aus Spritzgusswerkzeugen gefertigtes Heißkanalsystem sein. Über die Verteilervorrichtung bzw. das Verteilersystem kann die Schmelze bzw. das Extrusionsmaterial an die direkt mit der Verteilervorrichtung verbundenen Düsen gefördert werden. Die Düsen können z.B. im gleichmäßigen Abstand voneinander beabstandet sein, d.h. alle direkt zueinander benachbarten Düsen können jeweils denselben Abstand aufweisen. Weiterhin ist der Abstand zwischen zwei benachbarten Düsen vorzugsweise jeweils größer als eine laterale Ausdehnung der zu fertigenden bzw. gefertigten Bauteile bzw. größer als die Einzelbauteilabmessung der Bauteile in x-Richtung und/oder y-Richtung (die z-Richtung, welche senkrecht zur x-Richtung und y- Richtung verläuft, bezeichnet hierbei diejenige Richtung, in welche die Bauteile aufgebaut werden beim Drucken bzw. in welche eine Bauteilplattform, auf die die Bauteile bei dem Verfahren gedruckt werden, bewegt bzw. abgesenkt werden kann).

Weiterhin wird bei dem Verfahren mittels der Druckeinrichtung eine Vielzahl von Bauteilen gefertigt, wobei Extrusionsmaterial von der Extrudervorrichtung über die Verteilervorrichtung zu den Düsen geführt wird, und wobei die Bauteile gleichzeitig bzw. simultan gefertigt werden. Vorzugsweise wird bei dem Verfahren durch jede der Düsen ein separates Bauteil gefertigt. Die durch das Verfahren zu fertigenden bzw. gefertigten Bauteile können insbesondere jeweils identisch sein. Vorzugsweise werden die Bauteile bei dem Verfahren derart gefertigt, dass der Aufbau bzw. Druck identischer Bauteilabschnitte bezüglich aller Bauteile simultan erfolgt.

Vorzugsweise handelt es sich bei der Fertigung der Bauteile bzw. einen additiven Fertigungsverfahren um ein schmelzebasiertes Druckverfahren. Beispielsweise kann das Fertigungsverfahren ein sogenanntes Fused Deposition Modeling Verfahren (FDM), ein Fused Filament Fabrication Verfahren (FFF) oder ein Fused Granular Fabrication Verfahren (FGF) sein.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Druckeinrichtung eine bewegbare Bauplattform bzw. Bauteilplattform auf, auf die bei dem hier beschriebenen Verfahren bzw. beim Fertigen der Bauteile von den Düsen emittiertes Extrusionsmaterial gedruckt wird. Weiterhin kann die Druckeinrichtung einen Aktuator zum Bewegen der Bauteilplattform, insbesondere zum Bewegen der Bauteilplattform in z-Richtung, aufweisen. Bei dem Aktuator kann es sich z.B. um einen Manipulator oder Roboter handeln.

Die Düsen der Druckeinrichtung können bezüglich der Bauteilplattform vorzugsweise derart angeordnet sein, dass jeweils einen gleich großen Abstand zur Bauteilplattform aufweisen. Dies ermöglicht auf besonders einfache Art und Weise, durch das hier beschriebene Verfahren simultan bzw. gleichzeitig eine Mehrzahl von Bauteilen zu drucken bzw. zu fertigen, wobei die durch das Verfahren gefertigten Bauteile vorzugsweise jeweils identisch ausgebildet sind.

Typischerweise ist die Bauzeit ist bei der Herstellung von 3D-Bauteilen ein sehr zeitintensiver und somit wichtiger Faktor bei den Herstellungkosten von gedruckten Bauteilen. Das hier beschriebene Verfahren ermöglicht vorteilhafterweise eine deutliche Reduzierung der Bauzeiten und somit eine deutliche Reduzierung der Herstellungs- und/oder Investionskosten.

Weitere Vorteile des hier beschriebenen Verfahrens zur additiven Fertigung von Bauteilen ergeben sich aus der im Folgenden in Verbindung mit der Figur 1 beschriebenen Ausführungsform.

Die in der Figur dargestellten Elemente und deren Größenverhältnisse untereinander sind grundsätzlich nicht als maßstabsgerecht anzusehen. Vielmehr können einzelne Elemente zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben dick oder groß dimensioniert dargestellt sein.

Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung eines hier beschriebenen Verfahrens zur additiven Fertigung von Bauteilen 2. Bei dem Verfahren wird eine Druckeinrichtung 1 zum additiven Fertigen von Bauteilen 2 bereitgestellt. Die Druckeinrichtung 1 weist eine zentrale Extrudervorrichtung 3 zum Aufschmelzen des zu druckenden Materials sowie eine mit der Extrudervorrichtung 3 verbundene Verteilervorrichtung 4 auf. Die Verteilervorrichtung 4 kann z.B. als Schmelzeverteilerkanal ausgebildet sein und kann beispielsweise ein aus Spritzgusswerkzeugen hergestelltes Heißkanalsystem sein. Weiterhin weist die Druckeinrichtung 1 eine Vielzahl von zueinander beabstandeten Düsen 5 auf, welche über die Verteilervorrichtung 4 miteinander verbunden sind. Darüber hinaus weist die Druckeinrichtung 1 eine durch einen Aktuator bzw. Roboter (nicht dargestellt) bewegbare Bauteilplattform 6 auf. Bei dem Verfahren wird eine Vielzahl von Bauteilen 2 mittels der Druckeinrichtung 1 simultan gefertigt, wobei Extrusionsmaterial von der Extrudervorrichtung 3 über die Verteilervorrichtung 4 zu den einzelnen Düsen 5 geführt wird und das Extrusionsmaterial mittels der Düsen 5 auf die Ebene Bauteilplattform 6 gedruckt wird. Mit Hilfe des Aktuators bzw. Roboters kann unter dem Austritt der Düsen 5 die ebene Bauplattform 6 bewegt werden, auf welcher die Druckteile bzw. Bauteile 2 aufgebaut werden. Somit können die Bauteile 2 mittels der Vielzahl von Düsen 5, welchen über die gemeinsame Extrudervorrichtung 3 und die Verteilervorrichtung 4 Extrusionsmaterial zugeführt wird, gleichzeitig gedruckt bzw. gefertigt werden. Insbesondere kann bei dem Verfahren durch jede der Düsen 5 ein separates Bauteil 2 gefertigt werden. Die einzelnen durch das Verfahren gefertigten Bauteile nach dem abgeschlossenen Druckvorgang vorzugsweise jeweils identisch ausgebildet. Bei dem Druckverfahren kann sich insbesondere um ein schmelzebasiertes Druckverfahren handeln.

Durch den Einsatz des hier beschriebenen Verfahrens kann insbesondere bei schmelzebasierten Druckverfahren, und im Speziellen bei einem Einsatz von Extrudertechnik (z.B. Direktdruck aus Granulat, Pellet-Printing) bei der Herstellung von zwei oder mehr Bauteilen 2 die Bauzeit deutlich reduziert werden. Beispielsweise kann bei der Verwendung von zwei Düsen die Bauzeit halbiert werden, oder der Invest in eine zusätzliche Anlage (abhängig von der Stückzahl) verhindert werden.

Alternativ oder zusätzlich kann das in der Figur gezeigte Ausführungsbeispiel weitere Merkmale gemäß den Ausführungsformen der allgemeinen Beschreibung aufweisen. Bezugszeichenliste

1 Druckeinrichtung

2 Bauteil

3 Extrudervorrichtung

4 Verteilervorrichtung

5 Düse

6 Bauplattform