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Kurzfassung

Optimierte Kombi Düse für den isotroperen 3D- Druck. Kombination aus spezifisch geformter Düsenöffnung mit druckbasierter Anlegung an die bestehenden Stränge beim FDM.

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Hintergrund

Spezifisch gedruckte Anknüpfungsflächen ermöglichen einen optimierten Zusammenhalt der einzelnen Stränge beim additiven Materialextrusionsverfahren (bspw. FDM = Fused Deposition Modeling oder FFF = Fused Filament Fabrication) und führen somit  zu performanteren und weniger anisotropen Strukturen und Bauteilen.

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Bilder & Videos

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Lösung

Bei konventionellen Düsen wird durch den runden Düsenaustritt und der ebenen Düsenoberfläche ein eher ovaler Strangquerschnitt erreicht. Dies führt zu Lücken im Verbund und ruft erheblich anisotrope Bauteileigenschaften hervor. Durch Auslassöffnungen wird dem verformbaren Strang (bspw. Kunststoffschmelze) eine beliebige Form gegeben, wodurch lückenfreie Anknüpfungsflächen in horizontaler als auch vertikaler Orientierung erstellt werden.

Neben einer optimierten Geometrie zur Veränderung der vertikalen Anbindung ergänzt eine Führungseinheit das System, mit der das frisch extrudierte Material an das schon daneben oder darunter liegende gedrückt werden kann. Dadurch erhält man ein nahezu vollständig reduziertes Lückenvolumen zwischen den einzelnen Strängen. Das Prinzip ermöglicht auch den Druck mit alternierenden Lagen (siehe Abbildung 3).

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Vorteile

• Isotropere Bauteileigenschaften als herkömmlicher Extrusionsdruck
• Kombination aus Drucken & Drücken
• Modulweise nachrüstbar
• Verbesserte Produkteigenschaften.
• Erhöhung der Transparenz
• Individuell anpassbare Düsensysteme.
• Near-to-net-shaping
• Alternierende Lagen

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Anwendungsbereiche

Einige der neuartigen Düsengeometrien können in alle vorhandenen FDM-/ FFF-Drucker nachgerüstet werden. Sie bieten somit eine einfache und kostengünstige Möglichkeit, um die Stabilität der gedruckten Exponate in allen Lageorientierungen ohne Postprocessing (z.B. Erwärmung) zu erhöhen.

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Service

Die TU Dortmund hat auf die Erfindung im Mai 2023 eine Deutsche Patentanmeldung mit der Option internationaler Erweiterung eingereicht.

Erste funktionsfähige Prototypen wurden erstellt und erfolgreich getestet.