DE102015206813A1 - Apparatus and method for applying a fluid to a workpiece carrier for producing a workpiece and system for producing a workpiece - Google Patents

Apparatus and method for applying a fluid to a workpiece carrier for producing a workpiece and system for producing a workpiece Download PDF

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Malte Bickelhaupt
Tobias Hans
Jens Ackermann
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Abstract

Die vorliegende Erfindung schafft eine Vorrichtung (10; 110; 210) und ein Verfahren zum Ausgeben eines Fluids (F) sowie ein System zum Erzeugen eines Werkstücks. Die Vorrichtung ist ausgebildet mit: einem Reservoir (12), in welches das Fluid (F) einbringbar ist; einer Auslasseinrichtung (14; 114), mittels welcher das Fluid (F) aus der Vorrichtung (10; 110; 210) ausgebbar ist; einer Aktoreinrichtung (20; 120), mittels welcher ein Volumen des Reservoirs (12) zum Erzeugen einer Druckwelle in dem in das Reservoir (12) eingebrachten Fluid (F) verkleinerbar ist; und einer Steuereinrichtung (30), mittels welcher die Aktoreinrichtung (20; 120) dazu steuerbar ist, das Volumen des Reservoirs (12) derart zu verkleinern, dass das in das Reservoir (12) eingebrachte Fluid (F) aufgrund der erzeugten Druckwelle über die Auslasseinrichtung (14; 114) zumindest teilweise aus der Vorrichtung (10; 110; 210) ausgegeben wird.The present invention provides a device (10; 110; 210) and a method for dispensing a fluid (F) and a system for producing a workpiece. The device is formed with: a reservoir (12) into which the fluid (F) can be introduced; an outlet device (14; 114), by means of which the fluid (F) can be dispensed from the device (10; 110; 210); an actuator device (20; 120), by means of which a volume of the reservoir (12) for generating a pressure wave in the fluid (F) introduced into the reservoir (12) can be reduced in size; and a control device (30), by means of which the actuator device (20; 120) is controllable to reduce the volume of the reservoir (12) such that the fluid (F) introduced into the reservoir (12) flows over the pressure wave Outlet means (14; 114) at least partially from the device (10; 110; 210) is output.

Figure DE102015206813A1_0001
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Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Auftragen eines Fluids, insbesondere einer Flüssigkeit, beispielsweise einer Kunststoffschmelze, einer Metallschmelze oder eines Lebensmittels, auf einen Werkstückträger zum Erzeugen eines Werkstücks. Weiterhin betrifft die Erfindung ein System zum Erzeugen eines Werkstücks mittels des aufgetragenen Fluids, insbesondere einen 3D-Drucker.The present invention relates to an apparatus and a method for applying a fluid, in particular a liquid, for example a plastic melt, a molten metal or a food, to a workpiece carrier for producing a workpiece. Furthermore, the invention relates to a system for producing a workpiece by means of the applied fluid, in particular a 3D printer.

Stand der TechnikState of the art

Vorrichtungen zum präzisen Dosieren und gezielten Auftragen von Fluiden werden in einer Vielzahl von Anwendungen benötigt. Insbesondere bei 3D-Druckern werden Vorrichtungen zum präzisen und dosierten Ausgeben einer Kunststoffschmelze, sogenannte Dosiereinheiten, verwendet, welche eine aufbereitete Kunststoffschmelze in Tropfenform bringen. Der geschmolzene Kunststoff wird mittels Überdruck aus der Dosiereinheit gedrückt. Ein schnellschaltender Düsenverschluss mit hochfrequenter Piezotechnik ermöglicht schnelle Öffnungs- und Schließbewegungen und erzeugt so Kunststofftröpfchen aus der Kunststoffschmelze. Durch Zusammenfügen von aushärtenden Kunststofftröpfen sind Werkstücke erzeugbar.Devices for precise dosing and targeted application of fluids are needed in a variety of applications. Particularly in the case of 3D printers, devices are used for the precise and metered dispensing of a plastic melt, so-called metering units, which bring a processed plastic melt in the form of drops. The molten plastic is forced out of the dosing unit by means of overpressure. A fast-switching nozzle closure with high-frequency piezo technology enables fast opening and closing movements and thus generates plastic droplets from the plastic melt. By assembling of hardening plastic droplets workpieces can be produced.

In der US 2012/156319 A1 ist eine Vorrichtung zur Herstellung eines dreidimensionalen Objekts aus einem aushärtbaren Material beschrieben, welche mindestens eine Verarbeitungseinheit zur Verarbeitung des aushärtbaren Materials in einer flüssigen Phase aufweist, um das Material von einem Materialreservoir über eine Abgabeeinheit in Form von diskreten Tropfen in Richtung eines Konstruktionsraums abzugeben. Der Verschlussmechanismus umfasst ein elastisch verformbares Festkörpergelenk.In the US 2012/156319 A1 [0006] There is described an apparatus for producing a three-dimensional object from a curable material, comprising at least one processing unit for processing the curable material in a liquid phase to deliver the material from a material reservoir via a dispensing unit in the form of discrete drops towards a design space. The locking mechanism comprises an elastically deformable solid-body joint.

Bei den bisher bekannten Konzepten zum Ausgeben einzelner Tropfen für 3D-Druck-Anwendungen muss die Kunststoffschmelze unter Druck mittels einer schnellschaltenden Piezoaktorik aus der Dosiereinheit ausgetragen werden. Eine minimal erreichbare Tröpfchengröße ist aufgrund des zu erreichenden Druckes und der Piezodynamik limitiert. So muss das Schließelement des Düsenverschlusses (die Düsennadel) in der hochviskosen Kunststoffschmelze bewegt werden, was wiederum die Bewegung stark bremsen kann. Zusätzlich ist die Nadel einem sehr hohen Verschleiß ausgesetzt, da viele Polymerschmelzen korrosiv wirken können.In the previously known concepts for dispensing individual drops for 3D printing applications, the plastic melt must be discharged under pressure by means of a fast-switching piezoelectric actuator from the metering unit. A minimum achievable droplet size is limited due to the pressure to be achieved and the piezo-dynamics. Thus, the closing element of the nozzle closure (the nozzle needle) must be moved in the high-viscosity plastic melt, which in turn can greatly slow the movement. In addition, the needle is exposed to very high levels of wear, as many polymer melts can be corrosive.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Die vorliegende Erfindung offenbart eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 8 und ein System mit den Merkmalen des Patentanspruchs 12.The present invention discloses a device having the features of claim 1, a method having the features of claim 8 and a system having the features of claim 12.

Dementsprechend ist eine Vorrichtung zum Auftragen eines Fluids auf einen Werkstückträger zum Erzeugen eines Werkstücks vorgesehen, mit: einem Reservoir, in welches das Fluid einbringbar ist; einer Auslasseinrichtung, mittels welcher das Fluid aus der Vorrichtung ausgebbar ist; einer Aktoreinrichtung, mittels welcher ein Volumen des Reservoirs zum Erzeugen einer Druckwelle in dem in das Reservoir eingebrachten Fluid verkleinerbar ist; und einer Steuereinrichtung, mittels welcher die Aktoreinrichtung dazu steuerbar ist, das Volumen des Reservoirs derart zu verkleinern, dass das in das Reservoir eingebrachte Fluid aufgrund der erzeugten Druckwelle über die Auslasseinrichtung zumindest teilweise aus der Vorrichtung ausgegeben und auf den Werkstückträger aufgetragen wird.Accordingly, there is provided an apparatus for applying a fluid to a workpiece carrier for producing a workpiece, comprising: a reservoir into which the fluid is insertable; an outlet device, by means of which the fluid can be dispensed from the device; an actuator device, by means of which a volume of the reservoir for generating a pressure wave in the introduced into the reservoir fluid is reduced in size; and a control device, by means of which the actuator device is controllable to reduce the volume of the reservoir such that the introduced into the reservoir fluid due to the generated pressure wave through the outlet device is at least partially output from the device and applied to the workpiece carrier.

Die Druckwelle ist bevorzugt eine Stoßwelle (engl. „shock wave”, auch Schockwelle oder Knallwelle oder Schockfront genannt) und/oder ein Druckpuls. Unter dem Ausgeben eines Fluids aus der Vorrichtung ist insbesondere zu verstehen, dass das als Tropfen ausgegebene Fluid das in dem Reservoir der Vorrichtung zurückgebliebene Fluid sowie die restliche Vorrichtung nicht länger berührt.The pressure wave is preferably a shock wave (also called shock wave or shock wave or shock wave or shock front) and / or a pressure pulse. By discharging a fluid from the device, it is to be understood, in particular, that the fluid dispensed as a drop no longer touches the fluid left in the reservoir of the device and the rest of the device.

Weiterhin ist ein Verfahren zum Auftragen eines Fluids auf einen Werkstückträger zum Erzeugen eines Werkstücks vorgesehen, mit den Schritten: Einbringen eines Fluids in ein Reservoir mit einer Auslasseinrichtung, mittels welcher das Fluid ausgebbar ist; Verkleinern eines Volumens des Reservoirs derart, dass in dem in das Reservoir eingebrachten Fluid eine Druckwelle derart erzeugt wird, dass das in das Reservoir eingebrachte Fluid über die Auslasseinrichtung zumindest teilweise aus dem Reservoir ausgegeben und auf den Werkstückträger zum Erzeugen des Werkstücks aufgetragen wird.Furthermore, a method for applying a fluid to a workpiece carrier for producing a workpiece is provided, comprising the steps of: introducing a fluid into a reservoir with an outlet device, by means of which the fluid can be dispensed; Reducing a volume of the reservoir such that in the fluid introduced into the reservoir, a pressure wave is generated such that the introduced into the reservoir fluid via the outlet device at least partially discharged from the reservoir and applied to the workpiece carrier for producing the workpiece.

Weiterhin ist ein System zum Erzeugen eines Werkstücks vorgesehen, mit: einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Ausgeben eines Fluids; und einen Werkstückträger, auf welchen das Fluid mittels der Vorrichtung zum Erzeugen des Werkstücks auftragbar ist; wobei die Auslasseinrichtung der Vorrichtung und der Werkstückträger relativ zueinander bewegbar sind.Furthermore, a system for producing a workpiece is provided, comprising: a device according to the invention for dispensing a fluid; and a workpiece carrier on which the fluid can be applied by means of the device for producing the workpiece; wherein the outlet device of the device and the workpiece carrier are movable relative to each other.

Das zu erzeugende Werkstück kann vorzugsweise ein Kunststoffbauteil, eine Leiterbahnenstruktur oder ein Stück Gebäck oder Konfekt sein. Das zu erzeugende Werkstück kann insbesondere ein zwei- oder dreidimensionales Werkstück sein. Der Werkstückträger kann insbesondere ein-, zwei- oder dreidimensional bewegbar sein.The workpiece to be produced may preferably be a plastic component, a strip conductor structure or a piece of pastry or confectionery. The workpiece to be produced may in particular be a two- or three-dimensional workpiece. The workpiece carrier can in particular be movable in one, two or three dimensions.

Vorteile der Erfindung Advantages of the invention

Die Erfindung beschreibt eine Möglichkeit, ein Fluid, insbesondere eine Kunststoffschmelze, ohne den Einsatz eines Düsenverschlusses quasi drucklos tropfenförmig aus einer Vorrichtung zum Ausgeben eines Fluids auszugeben bzw. auszutragen. Somit kann auch eine globale Verdichtung der Kunststoffschmelze sowie auf eine Piezoaktorik und auf ein Schließelement verzichtet werden. Dadurch wird der nötige technische Aufwand zum Herstellen der Vorrichtung vermindert. Zusätzlich sind aufgrund der Vermeidung eines sich in der Kunststoffschmelze bewegenden Schließelements keinerlei minimale Tropfendurchmesser realisierbar, was zu einer verbesserten Oberflächengüte von durch Ausgeben des Fluids zu „druckenden” Aufformen führen kann. Beispielsweise kann mittels eines 3D-Druckers eine Kunststoffschmelze zum Drucken von Bauformen aus Kunststoff verwendet werden, wird als Fluid aber beispielsweise Schokolade oder eine Zuckermasse verwendet, können auch zum Beispiel Dekorationen von Süßwaren gezielt ausgegeben, das heißt „gedruckt” werden. Wird eine Metallschmelze durch die Vorrichtung ausgegeben, können beispielsweise Leistungsbahnen „druckbar” sein.The invention describes a possibility of discharging or discharging a fluid, in particular a plastic melt, without quenching pressure from a device for dispensing a fluid, without the use of a nozzle closure. Thus, a global compression of the plastic melt and a piezoelectric actuator and a closing element can be dispensed with. As a result, the necessary technical effort for producing the device is reduced. In addition, due to the avoidance of a moving in the plastic melt closing element no minimum drop diameter can be realized, which can lead to an improved surface quality of by outputting the fluid to "printing" Aufformen. For example, by means of a 3D printer, a plastic melt can be used to print plastic designs, but if, for example, chocolate or a sugar mass is used as the fluid, confectionery decorations, for example, can be "printed" in a targeted manner. If a molten metal is discharged through the device, for example, power tracks can be "printable".

Weiterhin bietet das vorliegende erfinderische Prinzip das Potential, auch faserverstärkte Kunststoffe zu verarbeiten, welche mit bisher bekannten Verfahren nur begrenzt verarbeitbar sind.Furthermore, the present inventive principle has the potential to process fiber-reinforced plastics, which are only limited processable with previously known methods.

Die vorliegende Erfindung beruht zum Teil auf dem Prinzip eines Tintenstrahldruckers. Aufgeschmolzener Kunststoff, als beispielhaftes Fluid, wird in das Reservoir gefördert, welches als einen Auslass ein kleines Loch aufweist. Durch die, verhältnismäßig schnelle, Verkleinerung und anschließende optionale Vergrößerung des Volumens des Reservoirs wird eine definierte Kunststoffmenge ausgetragen, das heißt ausgegeben. Zeitparameter des Verkleinerns, und optional des Vergrößerns, des Volumens des Reservoirs sowie eine Geometrie des Reservoirs und/oder eine Querschnittsfläche der Auslasseinrichtung können dazu dienen, die ausgegebene Menge des Fluids einzustellen oder anzupassen. Eine Oberflächenspannung, insbesondere bei einer geeigneten Flugdauer, kann für die Ausbildung eines einzelnen Tropfens ursächlich sein. Das Fluid füllt vorzugsweise das gesamte Reservoir der Vorrichtung aus.The present invention is based in part on the principle of an inkjet printer. Molten plastic, as an exemplary fluid, is delivered to the reservoir, which has a small hole as an outlet. By the, relatively fast, reduction and subsequent optional increase in the volume of the reservoir, a defined amount of plastic is discharged, that is spent. Time parameters of reducing, and optionally enlarging, the volume of the reservoir and a geometry of the reservoir and / or a cross-sectional area of the outlet means may serve to adjust or adjust the amount of fluid dispensed. A surface tension, especially at a suitable duration of flight, may be responsible for the formation of a single drop. The fluid preferably fills the entire reservoir of the device.

Bevorzugt erfolgt das Verkleinern des Volumens des innerhalb eines Zeitraums von zwischen zehn und zweihundert Mikrosekunden.Preferably, the volume is reduced in size within a period of between ten and two hundred microseconds.

Die Aktoreinrichtung kann derart ausgebildet sein, dass die Druckwelle mit derartigen Parametern, beispielsweise Taktfrequenz, Amplitude, etc., erzeugt wird, dass das Fluid in der gewünschten Menge ausgetragen wird. Dazu kann die Aktoreinrichtung vorzugsweise als ein Wirbelstromaktor ausgebildet sein.The actuator device can be designed such that the pressure wave is generated with such parameters, for example clock frequency, amplitude, etc., that the fluid is discharged in the desired amount. For this purpose, the actuator device may preferably be designed as an eddy current actuator.

Besonders vorteilhaft kann die Vorrichtung oder das Verfahren zum Ausgeben eines Fluids mit einer Viskosität von bis zu fünf Pascalsekunden (Pascal mal Sekunde) und/oder bis hin zum Auftreten von strukturviskosen, d. h. scherverdünnenden, Eigenschaften verwendet werden.Particularly advantageously, the device or method for dispensing a fluid having a viscosity of up to five Pascal seconds (Pascal times second) and / or up to the occurrence of pseudoplastic, d. H. shear thinning properties are used.

Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren.Advantageous embodiments and further developments emerge from the dependent claims and from the description with reference to the figures.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Aktoreinrichtung eine in einer oder als eine Außenwand des Reservoirs ausgebildete Membran auf, welche die Aktoreinrichtung für das Fluid dicht verschließt und welche zum Verkleinern des Volumens des Reservoirs verformbar, insbesondere elastisch verformbar, ist. Unter einem Verformen der Membran soll insbesondere ein Verändern einer gegenwärtigen Form der Membran verstanden werden, das heißt, dass darunter auch ein Zurückbringen der Membran aus einer ausgebeulten Form in die Form der Membran im Ruhezustand zu verstehen sein soll. Das Zurückbringen der Membran kann aktiv über die Aktorik oder passiv über eine vorgespannte Feder erfolgen.According to a further embodiment, the actuator device has a membrane formed in or as an outer wall of the reservoir, which tightly seals the actuator device for the fluid and which is deformable, in particular elastically deformable, for reducing the volume of the reservoir. A deformation of the membrane is to be understood as meaning, in particular, a modification of a present form of the membrane, that is to say that it should also be understood as meaning a return of the membrane from a bulged shape to the shape of the membrane at rest. The return of the membrane can be done actively via the actuators or passively via a preloaded spring.

Die Membran kann auch zum Vergrößern des Volumens des Reservoirs verformbar sein, insbesondere zum Vergrößern des verkleinerten Volumens des Reservoirs. Die Aktoreinrichtung kann dazu ausgebildet sein, die Membran zum Vergrößern des Volumens des Reservoirs zu verformen. Darunter soll auch verstanden werden, dass die Aktoreinrichtung bewirkt, dass die Membran in eine Ruhelage zurückkehren kann.The membrane may also be deformable to increase the volume of the reservoir, in particular to increase the reduced volume of the reservoir. The actuator means may be configured to deform the membrane to increase the volume of the reservoir. This should also be understood that the actuator device causes the membrane can return to a rest position.

Die Membran der Vorrichtung verhindert, dass andere Elemente der Aktoreinrichtung als die Membran mit dem Fluid in Berührung kommen. Dadurch kann sich eine Lebensdauer der Aktoreinrichtung und somit der erfindungsgemäßen Vorrichtung verbessern. Die Membran ist vorzugsweise metallisch, und weist besonders bevorzugt Chrom auf, besteht aus Chrom oder ist mit Chrom beschichtet.The membrane of the device prevents other elements of the actuator device than the membrane from coming into contact with the fluid. This can improve a lifetime of the actuator device and thus of the device according to the invention. The membrane is preferably metallic, and more preferably has chromium, is chromium or is chromium-plated.

Die Aktoreinrichtung kann insbesondere dazu ausgebildet sein, die Membran derart zu verformen, dass aus dem Verformen der Membran eine Druckwelle, insbesondere eine Stoßwelle oder ein Druckpuls, in dem Fluid, welches sich in dem Reservoir befindet, erzeugt wird, welche für das Austragen des Fluids aus der Vorrichtung in einer gewünschten Menge ursächlich ist.The actuator device may in particular be designed to deform the membrane such that from the deformation of the membrane a pressure wave, in particular a shock wave or a pressure pulse, is generated in the fluid which is located in the reservoir, which is responsible for the discharge of the fluid from the device in a desired amount is the cause.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung weist die Aktoreinrichtung einen Kolben auf, mittels welchem die Membran zum Verkleinern, und optional auch zum Vergrößern, des Volumens des Reservoirs verformbar ist. Beispielsweise kann das Volumen des Reservoirs verkleinerbar sein, indem der Kolben die Membran in das Reservoir hinein ausbeult. Vorzugsweise ist der Kolben separat von der Membran ausgebildet. Alternativ kann der Kolben auch fest mit der Membran verbunden ausgebildet sein. Der Kolben kann zum Erzeugen einer Druckwelle in dem Fluid in dem Reservoir durch entsprechendes Verformen der Membran ausgebildet sein. According to a further preferred development, the actuator device has a piston, by means of which the membrane for reducing, and optionally also for enlarging, the volume of the reservoir is deformable. For example, the volume of the reservoir can be made smaller by the piston bulging the membrane into the reservoir. Preferably, the piston is formed separately from the membrane. Alternatively, the piston may be formed fixedly connected to the membrane. The piston may be configured to generate a pressure wave in the fluid in the reservoir by appropriately deforming the membrane.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung weist die Aktoreinrichtung einen mittels der Steuereinrichtung steuerbaren Wirbelstromaktor auf. Der Wirbelstromaktor umfasst eine Spule, welche mit elektrischem Strom derart bestrombar ist, dass, durch Aufgrund des Bestromens der Spule entstehende elektromagnetische Wirbelströme, der Kolben zum Verformen der Membran von der Spule abgestoßen wird. Somit wird eine besonders schnelle Bewegung des Kolbens mit besonders hoher Kraft ermöglicht. Dementsprechend kann eine minimal erreichbare Tröpfchengröße vorteilhaft verkleinert werden. Die Tröpfchengröße kann, abhängig von den konkreten Geometrien und einem Strompulsverlauf, beispielsweise umso kleiner werden, mit je stärkerem Strom die Spule zum Erzeugen der Wirbelströme bestromt wird. Mit je stärkerem Strom die Spule bestromt wird, desto höher ist die Amplitude der Druckwelle. Eine Erhöhung der Amplitude der Druckwelle kann zu einer Erhöhung der Austrittsgeschwindigkeit des Fluids führen.According to a further preferred development, the actuator device has an eddy current actuator which can be controlled by means of the control device. The eddy current actuator comprises a coil which can be supplied with electric current in such a way that, due to the current flowing through the coil, the electromagnetic eddy currents, the piston for deforming the membrane is repelled by the coil. Thus, a particularly fast movement of the piston is made possible with a particularly high force. Accordingly, a minimum achievable droplet size can be advantageously reduced. The droplet size can, depending on the specific geometries and a current pulse course, for example, become smaller, the more current is supplied to the coil for generating the eddy currents. With ever stronger current the coil is energized, the higher the amplitude of the pressure wave. An increase in the amplitude of the pressure wave can lead to an increase in the exit velocity of the fluid.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist die Membran eine elastisch verformbare Membran, welche dazu ausgebildet ist, eine einer Verformung der Membran durch den Kolben entgegenwirkende Kraft auszuüben. Somit kann beispielsweise das Verkleinern des Volumens des Reservoirs durch ein Bewegen oder Drücken des Kolbens gegen die Membran derart erfolgen, dass die Membran in Richtung des Inneren des Reservoirs, insbesondere stoßartig, ausgebeult wird. Das optionale anschließende Vergrößern des Volumens des Reservoirs kann dadurch erfolgen, dass die den Kolben bewegende Kraft erlischt und die Rückstellkraft, welche die verformte Membran aufgrund ihrer Elastizität ausübt, die Ausbeulung der Membran unter Zurückschieben des Kolbens rückgängig macht. Mit anderen Worten kann die Membran einerseits zum Übersetzen eines Kraftimpulses des Kolbens in eine Volumenverkleinerung des Reservoirs und andererseits in eine Rückstellung des Kolbens für eine darauffolgende, optionale Volumenvergrößerung des Reservoirs verwendet werden.According to a further preferred development, the membrane is an elastically deformable membrane which is designed to exert a force which counteracts deformation of the membrane by the piston. Thus, for example, the reduction of the volume of the reservoir by moving or pushing the piston against the membrane can be done such that the membrane is bulged toward the interior of the reservoir, in particular jerky. The optional subsequent enlargement of the volume of the reservoir can take place in that the force moving the piston extinguishes and the restoring force, which exerts the deformed membrane due to its elasticity, reverses the bulging of the membrane while pushing back the piston. In other words, the diaphragm can be used, on the one hand, to translate a force pulse of the piston into a volume reduction of the reservoir and, on the other hand, into a return of the piston for a subsequent, optional volume increase of the reservoir.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung weist die Aktoreinrichtung einen mittels der Steuereinrichtung steuerbaren Magnetaktor auf, mittels welchem Kolben zum Verformen der Membran bewegbar ist. Dazu kann der Kolben magnetisch, insbesondere ferromagnetisch oder paramagnetisch ausgebildet sein. Mittels des Magnetaktors kann der Kolben, beispielsweise wie oben beschrieben, derart bewegt werden, dass er die Membran in Richtung des Inneren des Reservoirs ausbeult und/oder die Membran durch Drücken oder Ziehen in Richtung der Außenseite des Reservoirs ausbeult.According to a further preferred development, the actuator device has a magnetic actuator which can be controlled by means of the control device, by means of which piston for deforming the membrane can be moved. For this purpose, the piston may be magnetic, in particular ferromagnetic or paramagnetic. By means of the magnetic actuator, the piston, for example, as described above, be moved in such a way that it bulges the membrane towards the interior of the reservoir and / or bulges the membrane by pushing or pulling towards the outside of the reservoir.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung weist die Auslasseinrichtung eine Drossel auf, welche mittels der Steuereinrichtung dazu steuerbar ist, eine Querschnittsfläche eines Auslasses aus dem Reservoir zu verkleinern oder zu vergrößern. Somit kann die Drossel der gewünschten Tropfengröße, in welcher das Fluid abzugeben ist, angepasst werden.According to a further preferred development, the outlet device has a throttle which can be controlled by means of the control device to reduce or enlarge a cross-sectional area of an outlet from the reservoir. Thus, the throttle can be adjusted to the desired drop size in which the fluid is to be dispensed.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst das Verkleinern und/oder ein Vergrößern des Volumens des Reservoirs das Bewegen eines Kolbens zum Verformen einer Membran, welche in einer oder als eine Außenwand des Reservoirs ausgebildet ist, insbesondere zum Erzeugen einer Druckwelle in dem Fluid in dem Reservoir.According to a preferred embodiment of the method according to the invention, reducing and / or increasing the volume of the reservoir comprises moving a piston for deforming a membrane which is formed in or as an outer wall of the reservoir, in particular for generating a pressure wave in the fluid in the reservoir Reservoir.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst das Bewegen des Kolbens ein Bestromen einer Spule derart, dass der Kolben durch, aufgrund des Bestromens der Spule entstehende, elektromagnetische Wirbelströme von der Spule abgestoßen wird. Insbesondere kann der Kolben derart abgestoßen werden, dass er dadurch die Membran in Richtung der Innenseite des Reservoirs zum Verkleinern des Volumens des Reservoirs ausbeult, insbesondere zum Erzeugen einer Druckwelle in dem Fluid in dem Reservoir.According to a further preferred development of the method according to the invention, moving the piston comprises energizing a coil such that the piston is expelled from the coil by electromagnetic eddy currents resulting from energizing the coil. In particular, the piston can be repelled such that it thereby bulges the membrane towards the inside of the reservoir for reducing the volume of the reservoir, in particular for generating a pressure wave in the fluid in the reservoir.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung erfolgt das Einbringen des Fluids in das Reservoir kontinuierlich oder regelmäßig und/oder nach Maßgabe einer Steuereinrichtung. Dazu kann die erfindungsgemäße Vorrichtung als eine Fördereinrichtung eine Förderschnecke, insbesondere eine beheizbare Förderschnecke, aufweisen und/oder für das erfindungsgemäße Verfahren eine Förderschnecke, insbesondere eine beheizbare Förderschnecke, verwendet werden. Alternativ kann das Einbringen über einen Strang, d. h. ein Filament erfolgen. Das Filament wird durch eine Fördereinrichtung in das Reservoir gedruckt. Der Wärmeeintrag im Zulauf vor dem Reservoir infolge des FDM Druckprinzips führt zur Aufschmelzung des Filaments.According to a further preferred development, the introduction of the fluid into the reservoir takes place continuously or regularly and / or in accordance with a control device. For this purpose, the device according to the invention as a conveyor a screw conveyor, in particular a heated screw conveyor, and / or for the inventive method, a screw conveyor, in particular a heatable screw conveyor, can be used. Alternatively, the introduction over a strand, d. H. a filament take place. The filament is printed by a conveyor into the reservoir. The heat input in the inlet in front of the reservoir due to the FDM printing principle leads to the melting of the filament.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen Brief description of the drawings

Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren der Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:The present invention will be explained in more detail with reference to the embodiments illustrated in the schematic figures of the drawings. Show it:

1 ein schematisches Blockschaltdiagramm einer Vorrichtung 10 zum Auftragen eines Fluids F auf einen Werkstückträger zum Erzeugen eines Werkstücks gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; 1 a schematic block diagram of a device 10 for applying a fluid F to a workpiece carrier for producing a workpiece according to an embodiment of the present invention;

2 ein schematisches Blockschaltbild einer Vorrichtung 110 zum Auftragen eines Fluids F auf einen Werkstückträger zum Erzeugen eines Werkstücks gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; 2 a schematic block diagram of a device 110 for applying a fluid F to a workpiece carrier for producing a workpiece according to another embodiment of the present invention;

3 eine schematische Explosionsdarstellung der Vorrichtung 110 aus 2; 3 a schematic exploded view of the device 110 out 2 ;

4 ein schematisches Blockschaltbild einer Vorrichtung 210 zum Auftragen eines Fluids F auf einen Werkstückträger 240 zum Erzeugen eines Werkstücks gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sowie ein System 300 zum Erzeugen eines Werkstücks gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und 4 a schematic block diagram of a device 210 for applying a fluid F to a workpiece carrier 240 for producing a workpiece according to another embodiment of the present invention and a system 300 for producing a workpiece according to still another embodiment of the present invention; and

5 ein schematisches Flussdiagramm zur Erläuterung eines Verfahrens zum Auftragen eines Fluids F auf einen Werkstückträger zum Erzeugen eines Werkstücks gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 5 a schematic flow diagram for explaining a method for applying a fluid F to a workpiece carrier for producing a workpiece according to an embodiment of the present invention.

In allen Figuren sind gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente und Vorrichtungen – sofern nichts anderes angegeben ist – mit denselben Bezugszeichen versehen. Die Nummerierung von Verfahrensschritten dient der Übersichtlichkeit und soll insbesondere nicht, sofern nichts anderes angegeben ist, eine bestimmte zeitliche Reihenfolge implizieren. Insbesondere können auch mehrere Verfahrensschritte gleichzeitig durchgeführt werden.In all figures, the same or functionally identical elements and devices - unless otherwise stated - provided with the same reference numerals. The numbering of method steps is for the sake of clarity and, in particular, should not, unless otherwise indicated, imply a particular chronological order. In particular, several method steps can be carried out simultaneously.

Beschreibung der AusführungsbeispieleDescription of the embodiments

1 zeigt ein schematisches Blockschaltdiagramm einer Vorrichtung 10 zum Auftragen eines Fluids F auf einen Werkstückträger zum Erzeugen eines Werkstücks gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Vorrichtung 10 weist ein Reservoir 12 auf, in welches das Fluid F einbringbar ist. Gemäß einigen Weiterbildungen kann das Fluid aus einer Heizeinrichtung in das Reservoir 12 eingebracht werden, insbesondere, wenn das Fluid F gegenüber einer Umgebungstemperatur erhitzt werden muss, um flüssig zu werden oder eine für das Ausgeben durch die Vorrichtung günstige Betriebstemperatur und/oder Viskosität zu erlangen. 1 shows a schematic block diagram of a device 10 for applying a fluid F to a workpiece carrier for producing a workpiece according to an embodiment of the present invention. The device 10 has a reservoir 12 in, in which the fluid F can be introduced. According to some developments, the fluid from a heater in the reservoir 12 in particular, when the fluid F must be heated to an ambient temperature in order to become liquid or to obtain a favorable operating temperature and / or viscosity for dispensing through the device.

Die Vorrichtung 10 weist außerdem eine Aktoreinrichtung 20 auf, mittels welcher das Volumen des Reservoirs 12 zum Erzeugen einer Druckwelle in dem in das Reservoir 12 eingebrachten Fluid F verkleinerbar und, optional insbesondere nachdem es verkleinert wurde, vergrößerbar ist. Insbesondere kann das Volumen des Reservoirs 12 gegenüber einem Standardvolumen des Reservoirs 12, welches das Reservoir 12 im Normalzustand, das heißt beispielsweise bei deaktivierter Aktoreinrichtung 20 aufweist, verkleinerbar und danach wieder vergrößerbar sein. Das nach dem Verkleinern wiederum vergrößerte Volumen des Reservoirs kann dem Standardvolumen oder einem größeren Volumen als das Standardvolumen entsprechen.The device 10 also has an actuator device 20 on, by means of which the volume of the reservoir 12 for generating a pressure wave in the reservoir 12 introduced fluid F reducible and, optionally in particular after it has been reduced, can be enlarged. In particular, the volume of the reservoir 12 against a standard volume of the reservoir 12 which is the reservoir 12 in the normal state, that is to say, for example, when the actuator device is deactivated 20 has, reducible and then be resized. The enlarged volume of the reservoir, in turn, after scaling down, may correspond to the standard volume or to a larger volume than the standard volume.

Weiterhin weist die Vorrichtung 10 eine Auslasseinrichtung 14 auf, mittels welcher das Fluid F aus dem Reservoir 12, insbesondere damit auch aus der Vorrichtung 10, ausgebbar ist. Die Aktoreinrichtung 20 ist mittels einer Steuereinrichtung 30 über ein von der Steuereinrichtung 30 erzeugtes erstes Steuersignal 51 dazu steuerbar, das Volumen des Reservoirs 12 derart zu verkleinern, dass das in das Reservoir 12 eingebrachte Fluid F über die Auslasseinrichtung 14 zumindest teilweise aus dem Reservoir 12 und somit, im vorliegenden Fall, auch aus der Vorrichtung 10, austritt und auf einen Werkstückträger auftragbar ist.Furthermore, the device 10 an outlet 14 on, by means of which the fluid F from the reservoir 12 , in particular so that from the device 10 , is dispensable. The actuator device 20 is by means of a control device 30 via one of the control device 30 generated first control signal 51 controllable to the volume of the reservoir 12 to shrink so that that into the reservoir 12 introduced fluid F through the outlet 14 at least partially from the reservoir 12 and thus, in the present case, also from the device 10 , emerges and can be applied to a workpiece carrier.

Dazu erzeugt die Aktoreinrichtung 20 bei dem Verkleinern des Volumens des Reservoirs 12 eine Druckwelle in dem Fluid F in dem Reservoir 12. Weiterhin kann die Aktoreinrichtung 20 mittels der Steuereinrichtung 30 dazu steuerbar sein, nach dem Austreten des Fluids F aus dem Reservoir 12 das veränderte Volumen des Reservoirs 12 derart zu vergrößern, dass ein Zustand vor dem Verkleinern des Volumens des Reservoirs 12 wiederhergestellt ist. Somit ist der Vorgang des Ausgebens des Fluids F aus dem Reservoir 12, etwa zum „Drucken” eines Objekts mittels eines sich verhärtenden Fluids, wiederholbar.For this purpose, the actuator device generates 20 in reducing the volume of the reservoir 12 a pressure wave in the fluid F in the reservoir 12 , Furthermore, the actuator device 20 by means of the control device 30 be controllable, after the escape of the fluid F from the reservoir 12 the changed volume of the reservoir 12 to enlarge so that a state before reducing the volume of the reservoir 12 is restored. Thus, the process of discharging the fluid F from the reservoir is 12 For example, for "printing" an object by means of a hardening fluid, repeatable.

2 zeigt ein schematisches Blockschaltbild einer Vorrichtung 110 zum Auftragen eines Fluids F auf einen Werkstückträger zum Erzeugen eines Werkstücks gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Vorrichtung 110 ist eine Variante der Vorrichtung 10 und weist im Vergleich zu dieser weitere Merkmale auf:
Die Aktoreinrichtung 120 der Vorrichtung 110 weist eine Membran 22 auf, welche vorzugsweise in einer oder als eine Außenwand des Reservoirs 12 ausgebildet ist. Die Membran 22 verschließt die Aktoreinrichtung 120 für das Fluid F, das heißt das Fluid F kann außer der Membran 22 keinen Teil der Aktoreinrichtung 120 berühren oder benetzen. Durch Ausbeulen der Membran 22 in Richtung eines Inneren 13 des Reservoirs 12 ist das Volumen des Reservoirs 12 verkleinerbar. Durch Ausbeulen der Membran 22 in eine Richtung, welche aus dem Inneren 13 des Reservoirs 12 nach außen zeigt, ist das Volumen des Reservoirs 12 vergrößerbar.
2 shows a schematic block diagram of a device 110 for applying a fluid F to a workpiece carrier for producing a workpiece according to another embodiment of the present invention. The device 110 is a variant of the device 10 and has further features compared to this:
The actuator device 120 the device 110 has a membrane 22 which is preferably in or as an outer wall of the reservoir 12 is trained. The membrane 22 closes the actuator device 120 for the fluid F, that is, the fluid F can except the membrane 22 no part of the actuator device 120 touch or wet. By Bulging of the membrane 22 towards a heart 13 of the reservoir 12 is the volume of the reservoir 12 shrinkable. By bulging the membrane 22 in a direction, which from the inside 13 of the reservoir 12 pointing outward, is the volume of the reservoir 12 enlargeable.

Die Aktoreinrichtung 120 weist weiterhin einen Kolben 24 auf, mittels welchem die Membran 22 in der beschriebenen Weise zum Verkleinern, und optional zum Vergrößern, des Volumens des Reservoirs 12 verformbar, insbesondere ausbeulbar ist. Der Kolben 24 kann mit der Membran 22 fest verbunden sein oder nur lose an die Membran 22 anlegbar sein. Insbesondere im letzteren Fall kann die Aktoreinrichtung 120 eine Kolbenführung 23 aufweisen, innerhalb welcher der Kolben 24 bewegbar und auf die Membran 22 hin oder von der Membran 22 weg führbar ist.The actuator device 120 also has a piston 24 on, by means of which the membrane 22 in the manner described for reducing, and optionally increasing, the volume of the reservoir 12 deformable, in particular auszubulbar. The piston 24 can with the membrane 22 be firmly connected or only loosely to the membrane 22 be applied. In particular, in the latter case, the actuator device 120 a piston guide 23 within which the piston 24 movable and on the membrane 22 towards or from the membrane 22 away is feasible.

Die Aktoreinrichtung 120 weist weiterhin eine Spule 27 auf, welche in Bezug auf den Kolben 24 derart angeordnet und ausgebildet ist, dass bei Bestromen der Spule 27 mit einem entsprechenden elektromagnetischen Strom sich in dem Kolben 24 elektromagnetische Wirbelströme aufbauen, durch welche der Kolben 24 und die Spule 27 sich gegenseitig abstoßen. Die Spule 27 ist relativ zu der Aktoreinrichtung 120 und dem Reservoir 12 fixiert, während der Kolben 24 innerhalb der Kolbenführung 23 beweglich ist. Der von der Spule 27 abgestoßene Kolben wird durch die Kolbenführung 23 derart geführt, dass der von der Spule 27 abgestoßene Kolben 24 die Membran 22 in Richtung des Inneren 13 des Reservoirs 12 ausbeult, wie oben beschrieben. Durch die kurzfristige Druckerhöhung innerhalb des Reservoirs 12 wird ein Tropfen aus der Vorrichtung ausgegeben bzw. ausgetragen, wie im Folgenden näher erläutert.The actuator device 120 also has a coil 27 on which in relation to the piston 24 is arranged and designed such that during energizing the coil 27 with a corresponding electromagnetic current in the piston 24 build up electromagnetic eddy currents through which the piston 24 and the coil 27 repel each other. The sink 27 is relative to the actuator device 120 and the reservoir 12 fixed while the piston 24 inside the piston guide 23 is mobile. The one from the coil 27 rejected piston is through the piston guide 23 so guided that of the coil 27 repelled pistons 24 the membrane 22 towards the interior 13 of the reservoir 12 dented as described above. Due to the short-term pressure increase within the reservoir 12 a drop is discharged from the device or discharged, as explained in more detail below.

Die Aktoreinrichtung 120 kann zum Bestromen der Spule 27 eine Strom- und/oder Spannungsquelle aufweisen oder an eine solche Strom- und/oder Spannungsquelle anschließbar sein.The actuator device 120 can be used to power up the coil 27 have a current and / or voltage source or be connected to such a current and / or voltage source.

Die Membran 22 kann als elastisch verformbare Membran 22 ausgebildet sein, so dass eine der Membran 22 inhärente elastische Rückstellkraft eine Verformung der Membran 22 durch den Kolben 24 entgegenwirkt. Somit kann die Membran 22 eine Rückstellung des Kolbens 24 und somit eine Vergrößerung des Volumens des Reservoirs 12, beispielsweise auf das Standardvolumen des Reservoirs 12, bewirken, so dass ein Ausgangszustand vor dem vorbeschriebenen Verkleinern des Volumens des Reservoirs 12 wiederhergestellt ist.The membrane 22 can be used as an elastically deformable membrane 22 be formed, so that one of the membrane 22 inherent elastic restoring force a deformation of the membrane 22 through the piston 24 counteracts. Thus, the membrane 22 a provision of the piston 24 and thus an increase in the volume of the reservoir 12 For example, on the standard volume of the reservoir 12 , cause, so that an initial state before the above-described reduction of the volume of the reservoir 12 is restored.

Die Auslasseinrichtung 114 der Vorrichtung 120 weist eine Drossel 16 auf, welche einen Auslass 15 umfasst, durch welchen das Fluid F aus dem Reservoir 12 und somit aus der Vorrichtung 110 heraus abgebbar und auf den Werkstückträger auftragbar ist. Eine Querschnittsfläche des Auslasses 15 kann entsprechend einer gewünschten Tröpfchengröße des ausgegebenen Fluids F ausgebildet sein. Die Drossel 16 ist als Teil einer Drosselplatte 17 ausgebildet, welche bei der Vorrichtung 110 eine Außenseite des Reservoirs 12 bildet.The outlet device 114 the device 120 has a throttle 16 on which an outlet 15 includes, through which the fluid F from the reservoir 12 and thus from the device 110 herausgebbar and can be applied to the workpiece carrier. A cross-sectional area of the outlet 15 may be formed according to a desired droplet size of the dispensed fluid F. The throttle 16 is as part of a throttle plate 17 formed, which in the device 110 an outside of the reservoir 12 forms.

Die Vorrichtung 110 weist außerdem eine Heizeinrichtung 32 auf, mittels welcher das Fluid F oder ein Ausgangsstoff des Fluids F auf eine Betriebstemperatur des Fluids F bringbar, insbesondere heizbar ist. Beispielsweise kann ein der Heizeinrichtung 32 zuleitbares Granulat oder Filament mittels der Heizeinrichtung 32 geschmolzen und/oder erhitzt werden, um ein flüssiges Fluid F, insbesondere mit einer für einen gewünschten Verwendungszweck ausreichend niedrigen Viskosität, zu erhalten. Das Fluid F ist mittels einer Leitung 34 von der Heizeinrichtung 32 in das Reservoir 12 einbringbar. Alternativ kann die Heizeinrichtung der Vorrichtung 110 auch als eine entlang der Leitung 34 ausgebildete Heizspule ausgebildet sein. Die Leitung 34 kann eine Förderschnecke aufweisen.The device 110 also has a heater 32 on, by means of which the fluid F or a starting material of the fluid F can be brought to an operating temperature of the fluid F, in particular heated. For example, one of the heater 32 feedable granules or filaments by means of the heater 32 melted and / or heated to obtain a liquid fluid F, in particular having a sufficiently low viscosity for a desired use. The fluid F is by means of a conduit 34 from the heater 32 in the reservoir 12 recoverable. Alternatively, the heater of the device 110 also as one along the line 34 trained heating coil be formed. The administration 34 may have a screw conveyor.

3 zeigt eine schematische Explosionsdarstellung der Vorrichtung 110. Zusätzlich zu den in 2 dargestellten Merkmalen sind in 3 weiterhin ein optionales Gehäuse 42 und eine Deckplatte 44 dargestellt, zwischen welchen eine Leistungselektronik 40 als Steuereinrichtung 30 eingehaust ist. Wie in 3 angedeutet, können die Spule 27, der Kolben 24, die Kolbenführung 23, die Membran 22, das Reservoir 12 und/oder der Auslass 15 rotationssymmetrisch um eine gemeinsame Rotationssymmetrieachse A ausgebildet sein. Dadurch kann eine Gleichförmigkeit des Fluids F in dem Reservoir 12 sowie bei der Ausgabe aus der Vorrichtung 110 verbessert sein. 3 shows a schematic exploded view of the device 110 , In addition to the in 2 shown features are in 3 furthermore an optional housing 42 and a cover plate 44 represented, between which a power electronics 40 as a control device 30 is housed. As in 3 implied, the coil can 27 , The piston 24 , the piston guide 23 , the membrane 22 , the reservoir 12 and / or the outlet 15 be formed rotationally symmetrical about a common rotational symmetry axis A. As a result, a uniformity of the fluid F in the reservoir 12 as well as at the output from the device 110 be improved.

4 zeigt ein schematisches Blockschaltbild einer Vorrichtung 210 zum Auftragen eines Fluids F auf einen Werkstückträger zum Erzeugen eines Werkstücks 240 gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sowie ein System 300 zum Erzeugen eines Werkstücks gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Vorrichtung 210 ist eine Variante der Vorrichtung 110 und unterscheidet sich von dieser darin, dass die Drossel 216 mittels der Steuereinrichtung 30 über ein von der Steuereinrichtung 30 erzeugtes zweites Steuersignal 52 steuerbar ist, eine Querschnittsfläche des Auslasses 15 zum Anpassen einer gewünschten Tröpfchengröße des ausgegebenen Fluids F anzupassen. 4 shows a schematic block diagram of a device 210 for applying a fluid F to a workpiece carrier for producing a workpiece 240 according to another embodiment of the present invention as well as a system 300 for producing a workpiece according to yet another embodiment of the present invention. The device 210 is a variant of the device 110 and differs from this in that the throttle 216 by means of the control device 30 via one of the control device 30 generated second control signal 52 is controllable, a cross-sectional area of the outlet 15 to adjust a desired droplet size of the dispensed fluid F.

Gemäß 4 ist das System 300 als die Vorrichtung 210 umfassend dargestellt. Das System 300 kann alternativ anstelle der Vorrichtung 210 auch die Vorrichtung 10, die Vorrichtung 110, oder jegliche beschriebene oder implizierte Ausführungsform oder Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung umfassen.According to 4 is the system 300 as the device 210 shown comprehensively. The system 300 may alternatively instead of the device 210 also the device 10 , the device 110 , or any embodiment described or implied or further development of the device according to the invention comprise.

Neben der Vorrichtung 210 umfasst das System 300 einen ein-, zwei-, oder dreidimensional bewegbaren Werkstückträger 240. Eine Bewegung des Werkstückträgers 240 kann mittels eines Aktors 242 des Werkstückträgers 240 bewirkt werden. Der Aktor 242 kann mittels der Steuereinrichtung 30 der Vorrichtung 210 mittels eines von der Steuereinrichtung 30 erzeugten dritten Datensignals 53 steuerbar sein, sodass das zu erzeugende Werkstück durch Zusammenwirken des Ausgebens des Fluids F durch die Vorrichtung 210 mit der Bewegung des Werkstückträgers 240 erzeugt wird.Next to the device 210 includes the system 300 a one-, two- or three-dimensionally movable workpiece carrier 240 , A movement of the workpiece carrier 240 can by means of an actuator 242 of the workpiece carrier 240 be effected. The actor 242 can by means of the control device 30 the device 210 by means of one of the control device 30 generated third data signal 53 be controllable, so that the workpiece to be generated by cooperation of the discharge of the fluid F through the device 210 with the movement of the workpiece carrier 240 is produced.

Alternativ kann der Aktor 242 des Werkstückträgers 240 mittels einer von der Vorrichtung 210 separaten System-Steuereinrichtung steuerbar sein. Die System-Steuereinrichtung kann auch zum Steuern der Steuereinrichtung 30 der Vorrichtung 210 ausgebildet sein. Das System 300 kann auch als eine Variante der erfindungsgemäßen Vorrichtung angesehen werden, insbesondere können die Vorrichtung 210 und der Werkstückträger 240 in einer einzigen Vorrichtung als einem System 300 integriert sein.Alternatively, the actuator 242 of the workpiece carrier 240 by means of one of the device 210 be controlled separate system control device. The system controller may also be used to control the controller 30 the device 210 be educated. The system 300 can also be considered as a variant of the device according to the invention, in particular, the device 210 and the workpiece carrier 240 in a single device as a system 300 be integrated.

5 zeigt ein schematisches Flussdiagramm zum Erläutern eines Verfahrens zum Auftragen eines Fluids F auf einen Werkstückträger zum Erzeugen eines Werkstücks gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das Verfahren kann vorzugsweise mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung oder einem erfindungsgemäßen System durchgeführt und/oder entsprechend Weiterbildungen der Vorrichtung oder des Systems angepasst werden, und umgekehrt. 5 FIG. 12 is a schematic flowchart for explaining a method of applying a fluid F to a workpiece carrier for producing a workpiece according to an embodiment of the present invention. The method can preferably be carried out with a device according to the invention or a system according to the invention and / or adapted according to developments of the device or the system, and vice versa.

In einem Schritt S01 wird ein Fluid F in ein Reservoir 12 mit einer Auslasseinrichtung 14, aus welcher das Fluid F ausgebbar ist, eingebracht.In a step S01, a fluid F becomes a reservoir 12 with an outlet 14 from which the fluid F can be dispensed introduced.

In einem Schritt S02 wird ein Volumen des Reservoirs 12 derart verkleinert, dass das in das Reservoir 12 eingebrachte Fluid 12 über die Auslasseinrichtung 14; 114 zumindest teilweise aus dem Reservoir 12 ausgegeben und auf einen Werkstückträger aufgetragen wird. In einem optionalen Schritt wird das verkleinerte Volumen des Reservoirs 12 wieder vergrößert, vorzugsweise auf die Größe des Volumens des Reservoirs 12 vor dem Verkleinern S02 des Volumens des Reservoirs 12. Das Vergrößern S02, und das optionale Verkleinern, erfolgt vorzugsweise durch ein Verformen einer, in einer oder als eine Außenwand des Reservoirs 12 ausgebildeten, Membran 22.In a step S02 becomes a volume of the reservoir 12 reduced so that that into the reservoir 12 introduced fluid 12 over the outlet 14 ; 114 at least partially from the reservoir 12 output and applied to a workpiece carrier. In an optional step, the reduced volume of the reservoir 12 again increased, preferably to the size of the volume of the reservoir 12 before shrinking S02 of the volume of the reservoir 12 , The enlargement S02, and the optional reduction, is preferably done by deforming one, in or as an outer wall of the reservoir 12 trained, membrane 22 ,

Weiter vorzugsweise umfasst das Verkleinern S02 und/oder das optionale Vergrößern des Volumens des Reservoirs 12 ein Bewegen eines Kolbens 24 zum Verformen der Membran 22. Vorzugsweise umfasst das Bewegen des Kolbens 24 ein Bestromen einer Spule 27 derart, dass der Kolben 24 durch, aufgrund des Bestromens der Spule 27 entstehende, elektromagnetische Kräfte, insbesondere durch elektromagnetische Wirbelströme hervorgerufene elektromagnetische Kräfte, von der Spule 27 abgestoßen wird.More preferably, the contracting includes S02 and / or optionally increasing the volume of the reservoir 12 a moving a piston 24 for deforming the membrane 22 , Preferably, the movement of the piston comprises 24 an energizing a coil 27 such that the piston 24 through, due to the energizing of the coil 27 arising, electromagnetic forces, in particular caused by electromagnetic eddy currents electromagnetic forces from the coil 27 is repelled.

Das Einbringen S01 des Fluids F in das Reservoir 12 kann kontinuierlich oder regelmäßig und/oder nach Maßgabe einer Steuereinrichtung 30 erfolgen.The introduction S01 of the fluid F into the reservoir 12 may be continuous or regular and / or in accordance with a control device 30 respectively.

Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele vorstehend beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Art und Weise modifizierbar. Insbesondere lässt sich die Erfindung in mannigfaltiger Weise verändern oder modifizieren, ohne vom Kern der Erfindung abzuweichen.Although the present invention has been described above with reference to preferred embodiments, it is not limited thereto, but modifiable in a variety of ways. In particular, the invention can be varied or modified in many ways without deviating from the gist of the invention.

Die beschriebene erfindungsgemäße Vorrichtung kann für alle schmelzbaren oder flüssigen Materialien geeignet oder anpassbar sein oder verwendet werden. Zum Zwecke des Erzeugens bzw. „Druckens”, insbesondere „3D-Druckens”, von Werkstücken eignen sich insbesondere Materialien, welche im Laufe der Zeit aushärten. Ein limitierender Faktor für die Materialauswahl kann eine dem entsprechenden Material innewohnende Oberflächenspannung sein. Bei einer zu kleinen Oberflächenspannung kann es der Fall sein, dass es nicht zu einer genügenden Tropfenbildung kommt. Zudem kann es bei einer besonders geringen Oberflächenspannung bei einer ungewollten Leckage aus der Vorrichtung kommen, falls das Reservoir 12 lediglich über die Oberflächenspannung des abzugebenden und aufzutragenden Fluids F gedichtet wird.The described device according to the invention may be suitable or adaptable or used for all fusible or liquid materials. For the purpose of producing or "printing", in particular "3D printing" of workpieces are in particular materials that cure over time. A limiting factor for the choice of material may be a surface tension inherent in the respective material. If the surface tension is too small, it may be the case that sufficient drop formation does not occur. In addition, it may come from the device at a particularly low surface tension at an unwanted leakage, if the reservoir 12 is sealed only on the surface tension of the dispensed and applied fluid F.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann ein passives Schließelement umfassen, um eine ungewollte Leckage zu verhindern und zur Tropfenbildung des abzugebenden Fluids F beizutragen.The device according to the invention may comprise a passive closing element in order to prevent unwanted leakage and to contribute to the drop formation of the fluid F to be delivered.

Denkbare Einsatzgebiete der erfindungsgemäßen Vorrichtung, des Systems oder des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich beispielsweise auch für Metallschmelzen, beispielsweise zum Drucken von dreidimensionalen Leiterbahnen oder in der Lebensmittelverarbeitung, zum Beispiel zum „Drucken” von Schokolade zu Dekorationszwecken. Bei einer Verwendung der Vorrichtung oder des System zum Erzeugen eines Werkstücks aus oder an einem Lebensmittel können vorteilhafterweise einige oder alle Elemente der Vorrichtung bzw. des Systems aus Edelstahl ausgebildet sein.Conceivable areas of application of the device according to the invention, of the system or of the method according to the invention also arise, for example, for molten metals, for example for printing three-dimensional strip conductors or in food processing, for example for "printing" chocolate for decoration purposes. When using the device or the system for producing a workpiece from or on a food, advantageously some or all elements of the device or the system may be made of stainless steel.

Zum Einbringen S01 des Fluids F in das Reservoir 12 kann beispielsweise auch eine Förderschnecke verwendet werden, welche etwa zwischen der Heizeinrichtung 32 und dem Reservoir 12 in der Leitung 34 angeordnet ist. Alternativ kann die Heizeinrichtung auch an, in oder um die Förderschnecke herum angeordnet sein. Die Heizeinrichtung kann auch Teil des Reservoirs 12 sein, sodass das Fluid F in dem Reservoir 12 auf eine vorbestimmte Temperatur heizbar oder bei einer vorbestimmten Temperatur haltbar ist.For introducing S01 of the fluid F into the reservoir 12 can, for example, a Auger be used, which is approximately between the heater 32 and the reservoir 12 in the pipe 34 is arranged. Alternatively, the heating device can also be arranged on, in or around the screw conveyor. The heater can also be part of the reservoir 12 so that the fluid F in the reservoir 12 can be heated to a predetermined temperature or durable at a predetermined temperature.

Abhängig von einer dem auszugebenden Fluid F inhärenten Oberflächenspannung kann die Querschnittsfläche des Auslasses 15 derart klein gewählt werden, dass es zu keinem ungewollten Austritt des Fluids F aus dem Reservoir 12 kommt. Somit kann beispielsweise auf ein aktives Schließelement wie zum Beispiel eine Düsennadel verzichtet werden.Depending on a surface tension inherent to the fluid F to be dispensed, the cross-sectional area of the outlet 15 are chosen so small that there is no unwanted escape of the fluid F from the reservoir 12 comes. Thus, for example, can be dispensed with an active closing element such as a nozzle needle.

Die Drossel 16; 216 kann auf unterschiedliche Weise ausgeführt werden. Sie kann beispielsweise konisch, zentrisch, gestuft etc. ausgeführt werden und den jeweiligen Anforderungen bzw. Betriebsbedingungen angepasst werden.The throttle 16 ; 216 can be done in different ways. It can be performed, for example, conical, centric, stepped, etc. and adapted to the respective requirements or operating conditions.

Weitere Variationsmöglichkeiten beziehen sich auf die Form des Reservoirs 12 und die Form des Kolbens 24. Diese Formen können hinsichtlich einer Reproduzierbarkeit einer Tröpfchengröße, einer Tröpfchenfrequenz und eines Wirkungsgrades der erfindungsgemäßen Vorrichtung optimiert werden.Further variations relate to the shape of the reservoir 12 and the shape of the piston 24 , These shapes can be optimized for reproducibility of droplet size, droplet frequency, and efficiency of the device of the present invention.

Die relative Bewegung der Auslasseinrichtung zu dem Werkstückträger kann durch ein alleiniges Bewegen des Werkstückträgers, durch ein alleiniges Bewegen der Auslasseinrichtung oder durch ein kombiniertes Bewegen sowohl der Auslasseinrichtung als auch des Werkstückträgers bewirkt werden. Beispielsweise kann die Auslasseinrichtung in zwei ersten Dimensionen bewegbar sein, während der Werkstückträger in einer dritten Dimension bewegbar ist, welche senkrecht auf den beiden ersten Dimensionen steht, oder andersherum.The relative movement of the outlet means to the workpiece carrier may be effected by solely moving the workpiece carrier, by solely moving the outlet means, or by moving both the outlet means and the workpiece carrier in combination. For example, the outlet device may be movable in two first dimensions, while the workpiece carrier is movable in a third dimension, which is perpendicular to the first two dimensions, or vice versa.

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Claims (12)

Vorrichtung (10; 110; 210) zum Auftragen eines Fluids (F) auf einen Werkstückträger (240) zum Erzeugen eines Werkstücks, mit: einem Reservoir (12), in welches das Fluid (F) einbringbar ist; einer Auslasseinrichtung (14; 114), mittels welcher das Fluid (F) aus der Vorrichtung (10; 110; 210) ausgebbar ist; einer Aktoreinrichtung (20; 120), mittels welcher ein Volumen des Reservoirs (12) zum Erzeugen einer Druckwelle in dem in das Reservoir (12) eingebrachten Fluid (F) verkleinerbar ist; und einer Steuereinrichtung (30), mittels welcher die Aktoreinrichtung (20; 120) dazu steuerbar ist, das Volumen des Reservoirs (12) derart zu verkleinern, dass das in das Reservoir (12) eingebrachte Fluid (F) aufgrund der erzeugten Druckwelle über die Auslasseinrichtung (14; 114) zumindest teilweise aus der Vorrichtung (10; 110; 210) ausgegeben und auf den Werkstückträger (240) aufgetragen wird.Contraption ( 10 ; 110 ; 210 ) for applying a fluid (F) to a workpiece carrier ( 240 ) for producing a workpiece, comprising: a reservoir ( 12 ), in which the fluid (F) can be introduced; an outlet device ( 14 ; 114 ), by means of which the fluid (F) from the device ( 10 ; 110 ; 210 ) is dispensable; an actuator device ( 20 ; 120 ), by means of which a volume of the reservoir ( 12 ) for generating a pressure wave in the reservoir ( 12 ) is reducible introduced fluid (F); and a control device ( 30 ), by means of which the actuator device ( 20 ; 120 ) is controllable, the volume of the reservoir ( 12 ) in such a way that the in the reservoir ( 12 ) introduced fluid (F) due to the pressure wave generated via the outlet device ( 14 ; 114 ) at least partially from the device ( 10 ; 110 ; 210 ) and onto the workpiece carrier ( 240 ) is applied. Vorrichtung (110; 210) nach Anspruch 1, wobei die Aktoreinrichtung (120) eine in einer oder als eine Außenwand des Reservoirs (12) ausgebildete Membran (22) aufweist, welche die Aktoreinrichtung (120) für das Fluid (F) dicht verschließt und welche zum Verkleinern des Volumens des Reservoirs (12) verformbar ist.Contraption ( 110 ; 210 ) according to claim 1, wherein the actuator device ( 120 ) one in or as an outer wall of the reservoir ( 12 ) formed membrane ( 22 ), which the actuator device ( 120 ) for the fluid (F) tightly and which for reducing the volume of the reservoir ( 12 ) is deformable. Vorrichtung (110; 210) nach Anspruch 2, wobei die Aktoreinrichtung (120) aufweist: einen Kolben (24), mittels welchem die Membran (22) zum Verkleinern des Volumens des Reservoirs (12) verformbar ist.Contraption ( 110 ; 210 ) according to claim 2, wherein the actuator device ( 120 ) comprises: a piston ( 24 ), by means of which the membrane ( 22 ) for reducing the volume of the reservoir ( 12 ) is deformable. Vorrichtung (110; 210) nach Anspruch 3, wobei die Aktoreinrichtung (20; 120) einen mittels der Steuereinrichtung (30) steuerbaren Wirbelstromaktor (26) aufweist; wobei der Wirbelstromaktor (26) eine Spule (27) umfasst, welche derart bestrombar ist, dass, durch aufgrund des Bestromens der Spule (27) entstehende elektromagnetische Wirbelströme, der Kolben (24) zum Verformen der Membran (24) von der Spule (27) abgestoßen wird.Contraption ( 110 ; 210 ) according to claim 3, wherein the actuator device ( 20 ; 120 ) one by means of the control device ( 30 ) controllable eddy current actuator ( 26 ) having; the eddy current actuator ( 26 ) a coil ( 27 ), which is energized such that, due to the energizing of the coil ( 27 ) generated electromagnetic eddy currents, the piston ( 24 ) for deforming the membrane ( 24 ) from the coil ( 27 ) is repelled. Vorrichtung (110; 210) nach Anspruch 3 oder 4, wobei die Membran (22) eine elastisch verformbare Membran (22) ist, welche dazu ausgebildet ist, eine einer Verformung der Membran (22) durch den Kolben (24) entgegenwirkende Kraft auszuüben.Contraption ( 110 ; 210 ) according to claim 3 or 4, wherein the membrane ( 22 ) an elastically deformable membrane ( 22 ), which is adapted to a deformation of the membrane ( 22 ) through the piston ( 24 ) to exert counteracting force. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei die Aktoreinrichtung aufweist: einen mittels der Steuereinrichtung (30) steuerbaren Magnetaktor, mittels welchem der Kolben (24) zum Verformen der Membran (22) bewegbar ist.Device according to one of claims 3 to 5, wherein the actuator device comprises: a means of the control device ( 30 ) controllable magnetic actuator, by means of which the piston ( 24 ) for deforming the membrane ( 22 ) is movable. Vorrichtung (210) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Auslasseinrichtung (114) eine Drossel (216) aufweist, welche mittels der Steuereinrichtung (30) dazu steuerbar ist, eine Querschnittsfläche eines Auslasses (15) aus dem Reservoir (12) zu verkleinern oder zu vergrößern.Contraption ( 210 ) according to one of claims 1 to 6, wherein the outlet device ( 114 ) a throttle ( 216 ), which by means of the control device ( 30 ) is controllable, a cross-sectional area of an outlet ( 15 ) from the reservoir ( 12 ) to reduce or enlarge. Verfahren zum Auftragen eines Fluids (F) auf einen Werkstückträger (240) zum Erzeugen eines Werkstücks, mit den Schritten: Einbringen (S01) eines Fluids (F) in ein Reservoir (12) mit einer Auslasseinrichtung (14; 114), aus welcher das Fluid (F) ausgebbar ist; Verkleinern (S02) eines Volumens des Reservoirs (12) derart, dass in dem in das Reservoir (12) eingebrachten Fluid (F) eine Druckwelle derart erzeugt wird, dass das in das Reservoir (12) eingebrachte Fluid (12) über die Auslasseinrichtung (14; 114) zumindest teilweise aus dem Reservoir (12) ausgegeben und auf den Werkstückträger (240) zum Erzeugen des Werkstücks aufgetragen wird.Method for applying a fluid (F) to a workpiece carrier ( 240 ) for producing a workpiece, comprising the steps of: introducing (S01) a fluid (F) into a reservoir ( 12 ) with an outlet device ( 14 ; 114 ) from which the fluid (F) can be dispensed; Shrinking (S02) a volume of the reservoir (S02) 12 ) such that in the reservoir ( 12 ) introduced fluid (F) a pressure wave is generated such that in the reservoir ( 12 ) introduced fluid ( 12 ) via the outlet device ( 14 ; 114 ) at least partially from the reservoir ( 12 ) and onto the workpiece carrier ( 240 ) is applied to produce the workpiece. Verfahren nach Anspruch 8, wobei das Verkleinern (S02) des Volumens des Reservoirs (12) ein Bewegen eines Kolbens (24) zum Verformen einer Membran, welche in einer oder als eine Außenwand des Reservoirs ausgebildet ist, umfasst.Method according to claim 8, wherein reducing (S02) the volume of the reservoir (S02) 12 ) moving a piston ( 24 ) for deforming a membrane formed in or as an outer wall of the reservoir. Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Bewegen des Kolbens (24) ein Bestromen einer Spule (27) derart umfasst, dass der Kolben (24) durch, aufgrund des Bestromens der Spule (27) entstehende, elektromagnetische Kräfte von der Spule (27) abgestoßen wird.Method according to claim 9, wherein the movement of the piston ( 24 ) energizing a coil ( 27 ) such that the piston ( 24 ), due to the energizing of the coil ( 27 ), electromagnetic forces from the coil ( 27 ) is repelled. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, wobei das Einbringen (S01) des Fluids (F) in das Reservoir (12) kontinuierlich oder regelmäßig und/oder nach Maßgabe einer Steuereinrichtung (30) erfolgt.Method according to claim 9 or 10, wherein the introduction (S01) of the fluid (F) into the reservoir ( 12 ) continuously or regularly and / or in accordance with a control device ( 30 ) he follows. System (300) zum Erzeugen eines Werkstücks mit: einer Vorrichtung (10; 110; 210) zum Ausgeben eines Fluids nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 6; und einem Werkstückträger (240), auf welchen das Fluid (F) mittels der Vorrichtung (10; 110; 210) zum Erzeugen des Werkstücks auftragbar ist; wobei die Auslasseinrichtung (114) der Vorrichtung (10; 110; 210) und der Werkstückträger (240) relativ zueinander bewegbar sind.System ( 300 ) for producing a workpiece comprising: a device ( 10 ; 110 ; 210 ) for dispensing a fluid according to any one of the preceding claims 1 to 6; and a workpiece carrier ( 240 ), on which the fluid (F) by means of the device ( 10 ; 110 ; 210 ) is applicable for producing the workpiece; the outlet device ( 114 ) of the device ( 10 ; 110 ; 210 ) and the workpiece carrier ( 240 ) are movable relative to each other.
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