Druckkopf stellt gesamte FDM- Zunft vor neuen Herausforderungen

Es ist anzunehmen und naheliegend, dass die ganze 3D-Druckerbranche daran arbeitet den Umweg über Filamente zu vermeiden. So dürfte die Druckerei mit Filamente nur eine Übergangslösung sein. Man muss sich die Frage stellen, wenn man schon in der Lage ist für die Filamentherstellung einen exakt kalibrierten Kunststoffdraht durch eine Düse zu ziehen,  warum man  nicht gleich den aus der Düse austretenden Kunststoff gleich zum Drucken verwendet. Bildhaft gesagt ist es gerade so wie wenn sich zwei Personen an einem Tisch gegenübersitzen und sich umständlich mit ihren Mobiltelefonen unterhalten.

Der falsche Ansatz der Konstrukteure:

Die 3D-Drucker- Konstrukteure gehen, so unsere Vermutung, für die Beförderung des Kunststoffes im Druckkopf von axialen Förderschnecken aus, Schnecken wie sie bei Spritzgussmaschinen üblich sind. Wo dabei der Haken liegt:  In Spritzgussmaschinen fungieren Schnecken auch als Kolben und pressen unter hohem Druck den flüssigen Kunststoff in vorgegebenen Mengen in das Formwerkzeug und fahren dann wieder zurück. 3 D Drucker benötigen hingegen einen exakt dosierten gleichmäßigen Ausstoß aus einer Düse. Und da fängt das Problem an.. Kunststoffe sind   im flüssigen Zustand elastisch und haben schon bei kleinsten Temperaturänderungen Unterschiede in der Viskosität. Es gilt also diese Elastizität in den  Griff zu bekommen und das gelingt durch eine Exakte Druckregulierung am Düsenausgang. Bei einer axialen Förderschnecke müsste man,  um einen geregelten Ausstoß aus der Düse zu bekommen,  an der Düsenöffnung die Viskosität messen und entsprechend die Drehgeschwindigkeit der Schnecke regulieren. Ein technischer Aufwand der nicht vertretbar ist. Später erklären wir warum uns ein exakter Ausstoß des flüssigen Kunststoffes gelingt. Wie eingangs gesagt, wird an alternativen zu den Filamentdruckern gearbeitet. Stand der Technik Anfang 2017. 3D Drucker, dessen Druckköpfe mittels Axialschnecke Granulate einschmelzen und extrudieren, werden mit einer zusätzlichen Fräse  ausgerüstet um die Druckergebnisse brauchbar zu formen. Das haben wir nicht notwendig.

Unser Druckkopf.

Rechts im Bild das Silo für die Granulate. Am unteren Ende des Silo sorgt eine Schläuse für die gleichmäßige Zufur der Granulate in den Schmelztiegel. Der Druckkopf ist ausgelegt für Temperaturen bis 410 Grad

 

 

Weitere verschwiegene Nachteile der Filamentdrucker

Je öfter ein Kunststoff geschmolzen wird, es gibt einzelne Ausnahmen, um so mehr verliert er an Qualität. So ergibt sich bei der Herstellung der Drähte für die FFF-3D-Drucker ein weiterer Schmelzvorgang. Ein Nachteil der bei der FFF Druckerei verschwiegen wird. Warum nur dünne Drähte im Handel  sind  und  dünn bedeutet sehr langsames Drucken. Für die 3D-Drucker und auch für den Spritzguss ist die Trockenheit des Kunststoffes extrem wichtig denn in den Extrudern bilden sich Dampfblasen. Weil aber trockener Kunststoff  sehr spröde ist, gibt es im Handel nur Drähte bis max. 3 mm Durchmesser, dies wenn die Spulengröße noch vertretbar sein soll. Weiterhin würden dickere Drähte eine längere Schmelzdauer erfordern damit die Aufheiztemperatur bis in die Filamentmitte vordringen kann. Aber dünne Drähte erlauben auch nur dünne Düsen und das bedeutet wiederum geringe Druckgeschwindigkeit. Wir halten uns zurück pauschal zu sagen unser Druckerprinzip ist so und soviel schneller als die Filamentdruckerei, zu viele Faktoren spielen da  mit.  Während  Düsen von  1 mm Durchmesser für FFF Drucker schon groß sind, erlaubt unsere Technik Düsen auch größer als 5 mm Durchmesser. Flächenmäßig ist eine 5 mm Düse 25 x so groß und entsprechend ist auch die Druckgeschwindigkeit. Die Strangbreite entspricht nicht immer dem Düsendurchmesser und kann je nach Viskosität des Schmelzgutes etwas breiter sein. Die Strangbreite hängt auch von der Stranghöhe ab. Ist der Kunststoff mit Fasern angereichert, dann verrinnen die aufgetragenen Stränge nicht in die Breite und erlauben so auch eine höhere Druckgeschwindigkeit und Stranghöhe. Mit Stolz geben wir bei den ausgedruckten Teilen neben der Kunststoffart auch die verwendete Düse,  die Stranghöhe und  die Strangbreite. Solche Offenheit ist ansonsten nicht üblich.

 

Nun der Unterschied zu den üblichen Drahtextrudern.

Der Schmelzraum unseres Druckkopf  hat Ähnlichkeit einem kleinen Küchentopf  und hat eine durch Federkraft  gegen den Topfboden drückende und rotierende RADIALE Schnecke, im Grunde eine Scheibe mit einem auf der unteren Seite eingearbeiteten schneckenförmigen Kanal, ähnlich dem @. Durch  Drehen befördert dieser Kanal das Schmelzgut in die Mitte zur Düsenöffnung. Eigenartiger Weise kann der Durchmesser der Scheibe merklich kleiner sein als der Innendurchmesser das Topfes. Zwischen dem weiten Spiel der Scheibe zum Schmelzraum rückt der geschmolzene Kunststoff nach. Schmelzgut wird durch die Drehung der Scheibe dauernd umgerührt und es verbleiben keine Rückstände in toten Winkeln. Beginnt sich die Scheibe zu drehen dann entsteht darunter ein Druck und hebt sie an. Hebt sich die Scheibe, dann fällt der Druck wieder zurück und so pendelt sich ein exaktes und gewolltes Gleichgewicht ein, auch wenn die Schnecke mit gleichbleibender Drehgeschwindigkeit dreht. Also eine einfache und effiziente Regelung. Nach unserem Patent kann so die Drehgeschwindigkeit der Schnecke in Eigenregulierung je nach gewünschtem Ausstoß des Kunststoffes und je nach Viskosität in fixer Drehbewegung verbleiben. Dies gilt auch für die Vorspannung der Druckfeder, die die Schneckenscheibe gegen den Boden presst. Für die Vorspannung der Druckfeder sorgt ein Schrittmotor. Ist der Druckkopf an das Ende der gelegten Spur angekommen, dann dreht sich die Scheibe in entgegengesetzter Richtung und saugt das überflüssige Schmelzgut ein. Damit dieses Ansaugen noch verstärkt wird, wird die Feder entspannt und zusätzlich zum Wechsel der Drehrichtung hebt sich die Schneckenscheibe. Gegenüber den Filamentdruckern, es kann Ausnehmen geben, geht so das Abheben von den Lagen spurloser und sauberer. Ein Nacharbeiten der ausgedruckten Teile von Hand zur Entfernung von Kunststofffäden ist nicht nötig. Video zum sauberen An-und Absetzen beim Spurwechsel: https://www.youtube.com/watch?v=SwrZ4OSddeI . Die Geräusche stammen vom Spannen und Entspannen der Druckfeder.  Es gibt Kunststoffe wie zum Beispiel PC die beim Schmelzen nicht mit Luft in Kontakt kommen dürfen. Wir füllen den Druckkopf mit Argon und Argon ist üblicherweise getrocknet im Handel und schützt so das Schmelzgut zusätzlich vor Feuchtigkeit.

Warum die Verschweißung bei uns so gut ist.

Bei dem üblichen FDM Verfahren wird der Strang oder werden die Tropfen auf die untere Schicht gelegt. Wir hingegen pressen den flüssigen Kunststoff auf den unteren Strang und regeln so auch die gewünschte Strangbreite. Je größer die Düse  um  so mehr Energie haben wir im System und das fördert enorm die Schweißqualität. Unsere Stärke liegt daher im Ausdrucken von größeren Teile und das mit verstärkten Kunststoffen in kurzer Zeit, und da kann keine anders FDM-Verfahren auch nur annähernd mithalten.

                                                                 Bruchlinie an einem ausgedruckten Teil sagt alles