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特表2024-512429３Ｄプリンタ用プリントヘッドを作動させるために印刷可能な溶融物を提供する方法およびこの方法を実施するための３Ｄプリンタ用プリントヘッド
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2024-03-19
(54)【発明の名称】３Ｄプリンタ用プリントヘッドを作動させるために印刷可能な溶融物を提供する方法およびこの方法を実施するための３Ｄプリンタ用プリントヘッド
(51)【国際特許分類】
B22F 12/50 20210101AFI20240312BHJP
B22F 10/22 20210101ALI20240312BHJP
B22F 12/90 20210101ALI20240312BHJP
B22F 10/85 20210101ALI20240312BHJP
B29C 64/106 20170101ALI20240312BHJP
B29C 64/209 20170101ALI20240312BHJP
B29C 64/393 20170101ALI20240312BHJP
B33Y 10/00 20150101ALI20240312BHJP
B33Y 30/00 20150101ALI20240312BHJP
B33Y 50/02 20150101ALI20240312BHJP
【ＦＩ】
B22F12/50
B22F10/22
B22F12/90
B22F10/85
B29C64/106
B29C64/209
B29C64/393
B33Y10/00
B33Y30/00
B33Y50/02
【審査請求】有
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2023555683
(86)(22)【出願日】2022-03-17
(85)【翻訳文提出日】2023-11-03
(86)【国際出願番号】 EP2022057027
(87)【国際公開番号】W WO2022195027
(87)【国際公開日】2022-09-22
(31)【優先権主張番号】102021202649.4
(32)【優先日】2021-03-18
(33)【優先権主張国・地域又は機関】DE
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】591245473
【氏名又は名称】ロベルト・ボッシュ・ゲゼルシャフト・ミト・ベシュレンクテル・ハフツング
【氏名又は名称原語表記】ＲＯＢＥＲＴ ＢＯＳＣＨ ＧＭＢＨ
(74)【代理人】
【識別番号】100177839
【弁理士】
【氏名又は名称】大場 玲児
(74)【代理人】
【識別番号】100172340
【弁理士】
【氏名又は名称】高橋 始
(74)【代理人】
【識別番号】100182626
【弁理士】
【氏名又は名称】八島 剛
(72)【発明者】
【氏名】ヤーンル，ヘンドリック
【テーマコード（参考）】
4F213
4K018
【Ｆターム（参考）】
4F213AP05
4F213AP16
4F213AP17
4F213AQ03
4F213AR14
4F213WA25
4F213WB01
4F213WL02
4F213WL32
4F213WL52
4F213WL74
4F213WL85
4K018CA44
4K018EA51
4K018EA60
(57)【要約】
３Ｄプリンタ用プリントヘッド（１００）を作動させるために印刷可能な溶融物（１２）を提供する方法（２００）。本発明によれば、この方法（２００）は以下のステップを含み、すなわち供給機構（２）により中空空間（４０）を印刷可能な材料（１０）で充填するステップ（２１０）と、ピストン（３）をスタート位置（３ａ）から前記プリントヘッド（１００）のノズル（８）の方向に送ることによってピストンブシュ（４）の開口横断面部（２１）を閉じるステップ（２２０）と、前記材料を固相（１０）から塑性相（１１）を経て液相（１２）へ転移させるステップ（２３０）と、前記材料（１０，１１，１２）を圧縮するステップ（２４０）と、前記液相（１２）の弾性定数を検出するステップ（２５０）と、前記液相（１２）の印刷準備を行うステップ（２６０）とを含んでいる。本発明による方法（２００）を実施するための３Ｄプリンタ用プリントヘッド（１００）。
【選択図】 図５
【選択図】 図５
【特許請求の範囲】
【請求項1】
３Ｄプリンタ用プリントヘッド（１００）を作動させるために印刷可能な溶融物（１２）を提供する方法（２００）において、前記方法（２００）が以下のステップを含み、すなわち
－供給機構（２）により中空空間（４０）を印刷可能な材料（１０）で充填するステップ（２１０）と、
－ピストン（３）をスタート位置（３ａ）から前記プリントヘッド（１００）のノズル（８）の方向に送ることによってピストンブシュ（４）の開口横断面部（２１）を閉じるステップ（２２０）と、
－前記材料を固相（１０）から塑性相（１１）を経て液相（１２）へ転移させるステップ（２３０）と、
－前記材料（１０，１１，１２）を圧縮するステップ（２４０）と、
－前記液相（１２）の弾性定数を検出するステップ（２５０）と、
－前記液相（１２）の印刷準備を行うステップ（２６０）と、
を含んでいることを特徴とする方法（２００）。
【請求項2】
少なくとも前記閉じるステップ（２２０）と、前記転移させるステップ（２３０）と、前記圧縮するステップ（２４０）と、前記弾性定数を検出するステップ（２５０）と、前記印刷準備を行うステップ（２６０）とを、制御・調整ユニット（１１３）によるアクチュエータ装置（１１０）のアクティブな制御によって実施し、この場合センサ（３６，８２，８３，１１１，１１２）の測定値に基づく評価ユニット（１１４）の結果を前記制御・調整ユニット（１１３）へ転送することを特徴とする、請求項２に記載の方法（２００）。
【請求項3】
前記供給機構（２）により前記中空空間（４０）を印刷可能な材料（１０）で充填する前記充填するステップ（２１０）が、少なくとも以下のステップを含み、すなわち－前記材料（１０）を前記供給機構（２）の開口部（２３）を介して前記プリントヘッド（１００）内へ充填するステップ（３１０）と、
－前記材料（１０）を、特に複数の顆粒塊（１０）を互いに解離するためにエアインパルス（２６）を発生させるステップ（３２０）と、
を含んでいることを特徴とする、請求項１または２に記載の方法（２００）。
【請求項4】
前記顆粒塊（１０）を充填する前記充填するステップ（３１０）を手動または自動で実施し、この場合前記顆粒塊（１０）を重力の影響によって前記供給機構（２）の下部領域（２４）内へ滑り込ませることを特徴とする、請求項３に記載の方法（２００）。
【請求項5】
前記エアインパルス（２６）を発生させるステップ（３２０）を間欠的に実施し、前記顆粒塊（１０）を前記エアインパルス（２６）の領域で次のように投げ上げ、すなわち前記顆粒塊が落下する際にその下にある顆粒塊（１０）に対しインパルスを作用させて、それを前記プリントヘッド（１００）の加熱される前記中空空間（４０）内へ順次滑り込ませるように投げ上げることを特徴とする、請求項４に記載の方法（２００）。
【請求項6】
前記ピストン（３）により前記ピストンブシュ（４）の前記開口横断面部（２１）を閉じるステップ（２２０）が以下のステップを含み、すなわち－前記ピストン（３）を、前記ピストン（３）のピストン底部（３５）のスタート位置（３ａ）から前記ノズル（８）の方向に前記ピストンブシュ（４）の切欠き（４４）の下方の位置（３ｂ）に到達するまで送るステップ（４１０）と、この場合に、
－前記ピストン底部（３５）をして前記切欠き（４４）のそばを滑動させることによって前記顆粒（１０）を剪断するステップ（４２０）と、
を含んでいることを特徴とする、請求項１または２に記載の方法（２００）。
【請求項7】
前記材料を固相（１０）から塑性相（１１）を経て液相（１２）へ転移させるステップ（２３０）が以下のステップを含み、すなわち－前記プリントヘッド（１００）の状態ゾーン（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ）にわたってノズルヘッド（６）の加熱要素（６１，６３）によって前記材料（１０，１１，１２）を加熱するステップ（５１０）であって、この場合前記状態ゾーン（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ）は前記材料（１０）の温度（ＴＳ）に依存する前記材料の凝集状態を表し、前記材料（１０，１１，１２）の前記凝集状態を、前記加熱要素（６１，６３）の加熱エネルギーを投入することにより前記状態ゾーン（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ）にわたって固相（１０）から塑性相（１１）を経て液相（１２）へ変化させる前記加熱するステップ（５１０）と、
－前記圧縮するステップ（２４０）の間に前記材料（１１，１２）を混合するステップ（５２０）と、
を含んでいることを特徴とする、請求項１または２に記載の方法（２００）。
【請求項8】
前記材料（１０，１１，１２）を圧縮するステップ（２４０）が、特に前記圧縮プロセス（２４０）が、以下のステップを含み、すなわち－前記ピストン（３）を送ることによって前記材料（１０，１１，１２）を予圧縮するステップ（６１０）と、
－前記ノズル（８）を閉じるステップ（６２０）と、
－前記ピストン（３）を送ることによって前記材料（１０，１１，１２）を圧縮するステップ（６３０）と、
－前記ピストン（３）を保持位置（３ｄ）に保持するステップ（６４０）と、
を含んでいる請求項１または２または７に記載の方法（２００）。
【請求項9】
前記材料（１０，１１，１２）を予圧縮するステップ（６１０）を、前記ピストン（３）の送りによって圧力および／または力を制御しながら実施し、この場合力曲線および／または圧力曲線の材料に依存した勾配および／または材料に依存した勾配角に到達するときに、および／または、これを越えるときに到達している位置（３ｃ）まで予圧縮を行うことを特徴とする、請求項８に記載の方法（２００）。
【請求項10】
前記材料（１０，１１，１２）を圧縮するステップ（６３０）を、前記ノズル（８）を閉じた状態で前記ピストン（３）を送ることによって圧力を制御しながら実施し、その際ピーク圧力（ｐｄ）に達するまで保持位置（３ｄ）を目指すことを特徴とする、請求項８に記載の方法（２００）。
【請求項11】
前記圧縮するステップ（６３０）の間、前記ノズル（８）が閉じており、且つピストンニードル（３２）が次のように前記ノズルヘッド（６）の溶融物空間（８１）内に沈んでおり、すなわちこれによって前記液相（１２）の一部が前記溶融物空間（８１）の上部領域から腎臓形部材（７）の開口部（７１）を通って溶融ゾーン（Ｄ）から混合ゾーン（Ｃ）へ戻り排除されるように前記ノズルヘッド（６）の溶融物空間（８１）内に沈んでおり、これによって前記液相（１２）の前記一部が塑性化ゾーン（Ｂ）から来る前記塑性相（１１）と前記混合ゾーン（Ｃ）で混合することを特徴とする、請求項８または１０に記載の方法（２００）。
【請求項12】
前記ピストン（３）を前記保持位置（３ｄ）で保持し、その際前記保持過程（６４０）の間に、前記液相（１２）の圧力（ｐＬ）と温度（ＴＬ）とを測定し、その測定値を前記評価ユニット（１１４）によってチェックして、前記圧縮プロセス（２４０）の機能管理を行うことを特徴とする、請求項８または１０に記載の方法（２００）。
【請求項13】
前記ピストン（３）を前記保持位置（３ｄ）で保持するステップ（６４０）の間、前記ノズル（８）が閉じており、且つ前記ピストンニードル（３２）が次のように前記溶融物空間（８１）内に沈んでおり、すなわちこれによって前記液相（１２）の一部が前記溶融物空間（８１）の上部領域から前記腎臓形部材（７）の前記開口部（７１）を通って前記溶融ゾーン（Ｄ）から前記混合ゾーン（Ｃ）へ戻し排除されるように前記溶融物空間（８１）内に沈んでおり、これによって前記液相（１２）の前記一部が前記塑性化ゾーン（Ｂ）から来る前記塑性相（１１）と前記混合ゾーン（Ｃ）で混合することを特徴とする、請求項８または１２に記載の方法（２００）。
【請求項14】
前記液相（１２）の弾性定数を検出するステップ（２５０）が以下のステップを含み、すなわち－前記保持するステップ（６４０）の終了後、前記保持位置（３ｄ）から、前記溶融物圧力（ｐＬ）が目標圧力（ｐｅ）に達したときに達成される目標位置（３ｅ）へ圧力制御しながら戻し走行させるステップ（７１０）と、
－前記ピーク圧力（ｐｄ）と前記目標圧力（ｐｅ）との間の圧力差を検出するステップ（７２０）と、
－前記保持位置（３ｄ）と前記目標位置（３ｅ）との間の距離を検出するステップ（７３０）と、
－前記液相（１２）の弾性定数を算出するステップ（７４０）と、
を含んでいることを特徴とする、請求項１または２に記載の方法（２００）。
【請求項15】
前記液相（１２）の印刷準備を行うステップ（２６０）が以下のステップを含み、すなわち－前記弾性定数に依存して前記ピストン（３）を引き戻すことによって前記液相（１２）の減圧をアクティブに行うステップ（８１０）と、
－前記ノズル（８）を開くステップ（８２０）と、
を含んでいることを特徴とする、請求項１または２に記載の方法（２００）。
【請求項16】
請求項１～１５のいずれか一項に記載の方法（２００）を実施するための３Ｄプリンタ用プリントヘッド（１００）であって、前記プリントヘッド（１００）のハウジング（１）内に配置されている、前記ピストン（３）を制御するための前記アクチュエータ装置（１１０）と、印刷可能な前記材料（１０）のための前記供給機構（２）と、前記ハウジング（１）および前記供給機構（２）に配置され、冷却装置（５０）を備えているフランジ（５）と、前記材料（１０）を固相（１０）から塑性相（１１）を経て液相（１２）へ転移させるための加熱要素（６１，６３）を備えた前記ノズルヘッド（６）と、前記材料（１０）の前記液相（１２）を前記ノズルヘッド（６）から放出するための前記ノズル（８）とを含んでいる前記３Ｄプリンタ用プリントヘッド（１００）において、
前記制御・調整ユニット（１１３）は、充填および印刷のために実施すべき作動戦略に対応して前記ピストン（３）を走行させるための前記アクチュエータ装置（１１０）のアクティブな制御のために、および、前記加熱要素（６１，６３）のアクティブな制御のために設けられていることを特徴とするプリントヘッド（１００）。
【請求項17】
前記評価ユニット（１１４）は、前記プリントヘッド（１００）のセンサ（３６，８２，８３，１１１，１１２）の測定値を評価して、その結果を、前記アクチュエータ装置（１１０）のアクティブな制御のために、および、前記加熱要素（６１，６３）のアクティブな制御のために、前記制御・調整ユニット（１１３）へ転送するように設けられていることを特徴とする、請求項１６に記載のプリントヘッド（１００）。【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、３Ｄプリンタ用プリントヘッドを作動させるために印刷可能な溶融物を提供する方法およびこの方法を実施するための３Ｄプリンタ用プリントヘッドに関するものである。
【背景技術】
【0002】
粘度の点で変化しうる材料のための３Ｄプリンタは、この材料の固相を出発材料として含んでおり、それから液相を生じさせ、この液相を、生成すべきオブジェクトに属する個所へ選択的に塗布する。このような３Ｄプリンタは、出発材料を前処理して印刷準備をさせるプリントヘッドを含んでいる。さらに、プリントヘッドとオブジェクトが生じる作業面との間に相対運動を発生させるための手段が設けられている。その際、プリントヘッドのみを移動させるか、作業面のみを移動させるか、或いは、プリントヘッドと作業面の双方を移動させることができる。
【0003】
プリントヘッドは、液状材料がそれから流出する第１の作動状態と、液状材料がそれから流出しない第２の作動状態とを有する。第２の作動状態とは、たとえば、作業面上の別のポジションへ接近して、途中でそこに材料を堆積させるべきでない場合に占める状態である。プリントヘッドの両作動状態の間は、たとえば、固形出発材料の推力をオンオフすることで切換えることができる。
【0004】
最も普及しているのは“ｆｕｓｅｄ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ｍｏｄｅｌｉｎｇ”（ＦＤＭ；熱溶解積層法）である。この方法では、出発材料から成るフィラメントを、電気加熱される押出しノズル内で溶解して、プラットホーム上に層状に塗布する。この種のフィラメントの形状では、出発材料は非常に高価である。
【0005】
特許文献１では、出発材料を顆粒形状で供給し、コンベヤスクリューで加熱されたゾーンへ搬送し、そこから塑性化形状で流出することが提案される。一方では、顆粒のほうがより好ましいことは明らかであり、他方では、種々の熱可塑性材料から成る混合物をこのようにして簡単に製造できる。
【0006】
さらに、特許文献２からプリントヘッドが知られており、この場合プリントヘッド内で顆粒がピストンと加熱された区間とを介して塑性化される。ピストンが顆粒を押圧すると、顆粒が圧縮され、プリントヘッドの下部領域にある塑性化ゾーンへ搬送される。その際力が発生し、この力はピストンとプリントヘッドのシリンダ壁とに強い荷重を与え、プリントヘッドハウジングのシリンダ壁の摩耗を促進させることがある。さらに、熱伝導構造を備える複雑な溶解幾何学が開示されており、この場合熱伝導構造は加熱要素の加熱力を塑性化された材料に投入することで、それを材料の液相にもたらす。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
【特許文献1】米国特許出願公開第２０１６／０８２６２７Ａ１号明細書
【特許文献2】独国特許出願公開第１０２０１６２２２３０６Ａ１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
本発明の課題は、３Ｄプリンタ用プリントヘッドを作動させるために印刷可能な溶融物を提供する方法および３Ｄプリンタ用プリントヘッドを提供することであり、この場合前記方法およびプリントヘッドは、高価値の溶融物を再現可能な品質で提供する。
【課題を解決するための手段】
【0009】
本発明の範囲内で、３Ｄプリンタ用プリントヘッドを作動させるために印刷可能な溶融物を提供する方法が開発された。さらに、この方法を実施するための３Ｄプリンタ用プリントヘッドが開発された。
【0010】
前記方法は、本発明によれば、以下のステップを含んでいる。
－供給機構により中空空間を、特に加熱可能な中空空間を、印刷可能な材料で充填するステップ、
－ピストンをスタート位置からプリントヘッドのノズルの方向に送ることによってピストンブシュの開口横断面部を閉じるステップ、
－前記材料を固相から塑性相を経て液相へ転移させるステップ、
－前記材料を圧縮するステップ、
－前記液相の弾性定数を検出するステップ、
－前記液相の印刷準備を行うステップ。
－供給機構により中空空間を、特に加熱可能な中空空間を、印刷可能な材料で充填するステップ、
－ピストンをスタート位置からプリントヘッドのノズルの方向に送ることによってピストンブシュの開口横断面部を閉じるステップ、
－前記材料を固相から塑性相を経て液相へ転移させるステップ、
－前記材料を圧縮するステップ、
－前記液相の弾性定数を検出するステップ、
－前記液相の印刷準備を行うステップ。
【0011】
本発明の更なる構成では、少なくとも閉じるステップと、転移させるステップと、圧縮するステップと、弾性定数を検出するステップと、印刷準備を行うステップとを、制御・調整ユニットによるアクチュエータ装置のアクティブな制御によって実施し、この場合センサの測定値に基づく評価ユニットの結果を制御・調整ユニットへ転送する。
【0012】
印刷準備中に充填からプリントヘッドのノズルを開くまでのプロセスの経過全体は、再充填プロセスとも呼ばれる。というのは、このプロセスの経過全体は、部品を印刷している間に任意に繰り返される反復過程だからである。再充填プロセスは、３Ｄプリンタ用プリントヘッドを作動させるために印刷可能な溶融物を提供する方法である。
【0013】
さらに、本発明は本発明による方法を実施するための３Ｄプリンタ用プリントヘッドに関する。プリントヘッドは、プリントヘッドのハウジング内に配置されている、ピストンを制御するためのアクチュエータ装置と、印刷可能な材料のための供給機構と、前記ハウジングおよび前記供給機構に配置され、冷却装置を備えているフランジと、前記材料を固相から塑性相を経て液相へ転移させるための加熱要素を備えたノズルヘッドと、前記材料の前記液相を前記ノズルヘッドから放出するためのノズルとを含み、この場合本発明によれば、制御・調整ユニットは、充填および印刷のために実施すべき作動戦略に対応して前記ピストンを走行させるための前記アクチュエータ装置のアクティブな制御のために、および、前記加熱要素のアクティブな制御のために設けられている。
【0014】
プリントヘッドの更なる構成では、評価ユニットは、プリントヘッドのセンサの測定値を評価して、その結果を、アクチュエータ装置のアクティブな制御のために、および、加熱要素のアクティブな制御のために、制御・調整ユニットへ転送するように設けられている。
評価ユニットは、制御・調整ユニットとは別個に実施してもよいし、この中に統合されていてもよい。
評価ユニットは、制御・調整ユニットとは別個に実施してもよいし、この中に統合されていてもよい。
【0015】
その都度の作動状態に依存してセンサ値を検知、評価することにより、プリントヘッドの機能性をチェックすることができ、これによってプロセス内のエラーまたは狂いを早期に具現できて有利である。さらに、センサ値の検知によって、定義された目標値を制御することができる。補正係数を算出して、制御・調整ユニットに送ることも可能である。たとえば、補正係数を目標値に加算することで、所望の一定量の溶融物をノズルから放出するのを達成できて有利である。
加熱要素のアクティブな制御は温度の動的制御を可能にし、動的制御は加熱にも冷却にも有利に影響する。たとえば、第１加熱要素の加熱エネルギーを制御・調整ユニットによって低減させれば、フランジ内の冷却は引き続き進行し、この冷却は材料の塑性相からエネルギーを取り出し、これによって塑性相は急激に冷える。
さらに、アクチュエータ装置および加熱要素のアクティブな制御は、必要に応じて材料をノズルから放出できることを可能にし、この場合プリントヘッドの異なる軌道速度は、アクティブに制御される材料体積によって補償することができる。
加熱要素のアクティブな制御は温度の動的制御を可能にし、動的制御は加熱にも冷却にも有利に影響する。たとえば、第１加熱要素の加熱エネルギーを制御・調整ユニットによって低減させれば、フランジ内の冷却は引き続き進行し、この冷却は材料の塑性相からエネルギーを取り出し、これによって塑性相は急激に冷える。
さらに、アクチュエータ装置および加熱要素のアクティブな制御は、必要に応じて材料をノズルから放出できることを可能にし、この場合プリントヘッドの異なる軌道速度は、アクティブに制御される材料体積によって補償することができる。
【0016】
それ故、アクティブな制御は通常のＮＣシステムに対し利点を提供し、すなわちその軌道速度に関係なく常に同じ体積を放出し、或いは、この過程をアクティブに制御することなく、一定の送り速度で放出量を制御する通常のＮＣシステムに対し利点を提供する。
【0017】
ピストンを制御するためのアクチュエータ装置は、たとえば機械的な伝動装置を備えた電動機、または、液圧源を備えた液圧式駆動装置であってよい。
アクチュエータ装置としての電動機は、液圧式駆動装置に比べてより軽量であり、これによって、わずかな質量を加速させればよいので、プリンタ全体および印刷プロセスのハイダイナミックスを実現する用を成すので有利である。
液圧式駆動装置は、ピストンを制御する際に大きな力を達成するので有利である。
アクチュエータ装置としての電動機は、液圧式駆動装置に比べてより軽量であり、これによって、わずかな質量を加速させればよいので、プリンタ全体および印刷プロセスのハイダイナミックスを実現する用を成すので有利である。
液圧式駆動装置は、ピストンを制御する際に大きな力を達成するので有利である。
【0018】
印刷可能な材料のための供給機構は、特に、顆粒として存在する材料または出発材料のための供給部として設けられていてよい。出発材料は、特に熱可塑性材料であってよい。
出発材料として顆粒を使用することにより、熱可塑性材料から成るフィラメントを使用するプリントヘッドに比べて、特にプリンタの出発材料に対するコストにおいて特有の利点が得られることが認められた。
出発材料として顆粒を使用することにより、熱可塑性材料から成るフィラメントを使用するプリントヘッドに比べて、特にプリンタの出発材料に対するコストにおいて特有の利点が得られることが認められた。
【0019】
コンベヤスクリューを用いて顆粒を搬送するプリントヘッドに比べて、本発明によるプリントヘッドはよりコンパクトに構成できる。これも、プリントヘッドがより容易に、より簡単に移動可能であるという結果をもたらす。これは、特に、プリントヘッドを非常に高速で、特に１００ｍｍ／ｓまたはそれ以上の速度で移動させる必要がある場合に特に有利である。
【0020】
フランジは冷却装置を含んでおり、これによって供給装置の領域で最適化された熱管理が得られ、その結果ピストンでの材料または顆粒の固着が回避されるので有利である。さらに、ノズルヘッドは、固相の材料を、特に顆粒を、液相へ転移させるための加熱要素を有している。ノズルヘッド内の加熱要素は、加熱力を溶融すべき材料に合目的に取り込む用を成すので有利である。引き続き、液相または溶融物をピストン運動によりノズルヘッドのノズルを通じて放出可能である。
【0021】
ピストンブシュは、ピストンを案内するための別個のピストンブシュとして実施され、ピストンがダイレクトにピストンブシュ内で案内され、プリントヘッドのハウジング内やシリンダ内で案内されないことを可能にさせる。これにより、摩耗が直接ハウジングまたはシリンダの内壁に発生することはなく、ピストンブシュの内部に発生することが達成されるので有利である。別個の構成部材としてのピストンブシュは、必要な場合には交換可能であるという利点をもたらす。加えて、直径が異なっていても互いに適合しあっているピストンとピストンブシュとを、たとえばフランジおよびノズルヘッドにおいて更なる構造的変更なしに使用できるという可能性が与えられている。
【0022】
本方法の更なる構成では、供給機構により中空空間を、特に加熱可能な中空空間を印刷可能な材料で充填するステップは、少なくとも以下のステップを含み、すなわち
－材料を、または、顆粒塊を供給機構の開口部を介してプリントヘッド内へ充填するステップと、
－複数の顆粒塊を互いに解離するためにエアインパルスを発生させるステップと、
を含んでいる。
－材料を、または、顆粒塊を供給機構の開口部を介してプリントヘッド内へ充填するステップと、
－複数の顆粒塊を互いに解離するためにエアインパルスを発生させるステップと、
を含んでいる。
【0023】
更なる構成では、顆粒塊を充填するステップを手動または自動で実施し、この場合顆粒塊を重力の影響によって供給機構の下部領域内へ滑り込ませる。
【0024】
充填するステップの有利な更なる構成では、エアインパルスを発生させるステップを間欠的に実施し、顆粒塊をエアインパルスの領域で次のように投げ上げ、すなわち顆粒塊が再び落下する際にその下にある顆粒塊に対しインパルスを作用させて、それをプリントヘッドの加熱される中空空間内へ順次滑り込ませるように投げ上げる。
【0025】
効果的な再充填のプロセスは、顆粒のバックブローを必要とし、これによって顆粒の持ち上げ効果が生じ、その結果その後顆粒はプリントヘッド内へ滑り込む。投げ上げまたは巻き上げは自動チャージにとって必要であり、発生する重力インパルスまたは打撃により、顆粒が順次滑り込むので有利である。必要な場合には、エアインパルスによって固着した顆粒を解離させることができ、これによってプリントヘッドの停止時間が回避されるので有利である。
【0026】
本方法の更なる構成では、ピストンによりピストンブシュの開口横断面部を閉じるステップは以下のステップを含み、すなわち
－ピストンを、ピストンのピストン底部のスタート位置からノズルの方向にピストンブシュの切欠きの下方の位置に到達するまで送るステップと、この場合に、
－ピストン底部をして切欠きのそばを滑動させることによって顆粒を剪断するステップと、
を含んでいる。
－ピストンを、ピストンのピストン底部のスタート位置からノズルの方向にピストンブシュの切欠きの下方の位置に到達するまで送るステップと、この場合に、
－ピストン底部をして切欠きのそばを滑動させることによって顆粒を剪断するステップと、
を含んでいる。
【0027】
ピストンブシュは、フランジ内へ突出している上部部分領域と、ノズルヘッド内へ突出している下部部分領域とを有している。これにより、上部部分領域はフランジの冷却装置の冷却ゾーンの作用範囲内に配置され、下部部分領域はノズルヘッドの加熱ゾーンの作用範囲内に配置され、これによって、冷却ゾーン内部での材料からの効果的なエネルギー排出、または、加熱ゾーン内部での材料内への効果的なエネルギー供給が達成されるので有利である。ピストンブシュの上部部分領域には、供給装置からピストンブシュ内への材料の供給を可能にする開口部または開口横断面部が配置されている。開口部の下部領域には、ピストンブシュの内面に対し鈍角で形成されている切欠きが配置されている。切欠きの領域は硬化されており、或いは択一的に、硬化された別個の嵌め込み部材として実施されている。ピストンによって開口部が閉じると、材料または顆粒はピストンによって切欠きで剪断され、これによってピストンブシュのこの部分に強い機械的荷重が作用する。別個のピストンブシュと切欠きの硬化領域とにより、より長い寿命と欠陥部品のより迅速な交換とが達成されるので有利である。
【0028】
本方法の更なる構成では、材料を固相から塑性相を経て液相へ転移させるステップは以下のステップを含み、すなわち
－プリントヘッドの状態ゾーンにわたってノズルヘッドの加熱要素によって材料を加熱するステップであって、この場合状態ゾーンは材料の温度ＴＳに依存する当該材料の凝集状態を表し、材料の凝集状態を、加熱要素の加熱エネルギーを投入することにより状態ゾーンにわたって固相から塑性相を経て液相へ変化させる前記加熱するステップと、
－圧縮するステップの間に材料を混合するステップと、
を含んでいる。
－プリントヘッドの状態ゾーンにわたってノズルヘッドの加熱要素によって材料を加熱するステップであって、この場合状態ゾーンは材料の温度ＴＳに依存する当該材料の凝集状態を表し、材料の凝集状態を、加熱要素の加熱エネルギーを投入することにより状態ゾーンにわたって固相から塑性相を経て液相へ変化させる前記加熱するステップと、
－圧縮するステップの間に材料を混合するステップと、
を含んでいる。
【0029】
プリントヘッドは、ピストンブシュの上部部分領域から出発して腎臓形部材を経てノズルまで異なる状態ゾーンを有しており、この場合状態ゾーンは材料の温度ＴＳに依存する当該材料の凝集状態を表している。その際、材料の凝集状態は状態ゾーンにわたって固相から塑性相を経て液相へ変化可能である。
プリントヘッドの状態ゾーンが、固相の材料を含んでいる低温ゾーンと、塑性相の材料を含んでいる塑性化ゾーンと、それぞれ液相の材料を含んでいる溶融ゾーンおよびプロセスゾーンと、材料を塑性相および液相で含んでいる混合ゾーンとを含んでいるのが有利である。
さらに、フランジ内の冷却装置と、ピストン内に統合されているピストン冷却部とは、この場合でも、塑性化ゾーン内の材料の塑性相の温度ＴＳをガラス移行温度Ｔｇ（この温度から材料が塑性化されて、液相へ移行する）以下に保持するために設けられている。
プリントヘッドの状態ゾーンが、固相の材料を含んでいる低温ゾーンと、塑性相の材料を含んでいる塑性化ゾーンと、それぞれ液相の材料を含んでいる溶融ゾーンおよびプロセスゾーンと、材料を塑性相および液相で含んでいる混合ゾーンとを含んでいるのが有利である。
さらに、フランジ内の冷却装置と、ピストン内に統合されているピストン冷却部とは、この場合でも、塑性化ゾーン内の材料の塑性相の温度ＴＳをガラス移行温度Ｔｇ（この温度から材料が塑性化されて、液相へ移行する）以下に保持するために設けられている。
【0030】
これは、ピストン底部がもっぱら材料の固相とだけ接触し、完全に塑性化された相とは接触しないことと同義であるので有利である。完全に塑性化された相は、表面粘着性の傾向が強い、粘性の高い粘着性のある稠度を持っている。したがって、ピストンがこの相と接触すると、ピストンがこれに接着することがあり、これによって、たとえばピストンの引き戻しの際に新鮮な顆粒が順次流動するのが困難になる。この作用は回避されるので、有利である。
【0031】
本方法を実施するため、ノズルヘッドは２つの加熱ゾーンを含んでいる。第１の加熱ゾーン内には、塑性化ゾーンの部分領域と、混合ゾーンと、溶融ゾーンの部分領域とが配置され、この場合第１の加熱要素が上部ノズルヘッド内に次のように配置され、すなわち加熱エネルギーを第１の加熱要素からピストンブシュの下部部分領域と腎臓形部材と上部ノズルヘッドのセクションとを介して材料内へ投入できるように配置されている。
第２の加熱ゾーン内には、溶融ゾーンの部分領域とプロセスゾーンとが配置され、この場合第２の加熱要素が下部ノズルヘッド内に次のように配置され、すなわち加熱エネルギーを第２の加熱要素から下部ノズルヘッドを介して材料の液相内へ投入できるように配置されている。
第２の加熱ゾーン内には、溶融ゾーンの部分領域とプロセスゾーンとが配置され、この場合第２の加熱要素が下部ノズルヘッド内に次のように配置され、すなわち加熱エネルギーを第２の加熱要素から下部ノズルヘッドを介して材料の液相内へ投入できるように配置されている。
【0032】
ノズルヘッド内に両加熱ゾーンを配置することは、より効果的なプリントヘッドの熱管理の用を成す。というのは、第１の加熱ゾーンは、材料が液相へ移行することなく、材料の有利な予塑性化の用を成すからである。これにより、ピストンが圧縮の際に固着せず、プリントヘッドが申し分なく機能することが達成されるので有利である。この効果は、フランジ内の冷却装置との協働で最適化される。さらに、塑性相内の材料は、ピストンの送りの際にアクチュエータ装置がよりわずかな力の消費を必要とするように予塑性化され、これによって、ピストンの送りのためにより小型のアクチュエータを使用できるので有利である。これは設備コストを低減させ、プリントヘッドの重量が減少するので、プリントヘッドのダイナミックスが改善されることになる。これにより、いわゆる軌道制御の間、部品を生成させるためにプリントヘッドをより良好に加速、減速させることができる。
第２の加熱ゾーンでは、溶融物が生成され、投入される加熱エネルギーは、溶融物空間全体にわたって比較的一定の溶融物温度に対し配慮する。溶融物温度は、材料の加熱が強すぎないように第２の加熱ゾーン内部で制御することができる。これにより、過大な熱負荷によってたとえば分解産物が生じることを回避できるので有利であり、第１に、システム内で支配的な圧力によって材料の更なる分解を促進させ、直接的にもその品質に悪影響を及ぼすガスの発生を回避できる。
第２の加熱ゾーンでは、溶融物が生成され、投入される加熱エネルギーは、溶融物空間全体にわたって比較的一定の溶融物温度に対し配慮する。溶融物温度は、材料の加熱が強すぎないように第２の加熱ゾーン内部で制御することができる。これにより、過大な熱負荷によってたとえば分解産物が生じることを回避できるので有利であり、第１に、システム内で支配的な圧力によって材料の更なる分解を促進させ、直接的にもその品質に悪影響を及ぼすガスの発生を回避できる。
【0033】
圧縮するプロセスと転移させるプロセスとは、両プロセスの間に加熱エネルギーが両加熱ゾーンを介してプリントヘッド内へ投入されるので、大部分同時に行う。
【0034】
本発明の有利な更なる構成では、圧縮プロセスの間に材料を圧縮するステップは、以下のステップを含み、すなわち
－ピストンを送ることによって材料を予圧縮するステップと、
－ノズルを閉じるステップと、
－ピストンを送ることによって材料を圧縮するステップと、
－ピストンを保持位置で保持するステップと、
を含んでいる。
－ピストンを送ることによって材料を予圧縮するステップと、
－ノズルを閉じるステップと、
－ピストンを送ることによって材料を圧縮するステップと、
－ピストンを保持位置で保持するステップと、
を含んでいる。
【0035】
圧縮プロセスの更なる構成では、材料を予圧縮するステップを、ピストンの送りによって圧力および／または力を制御しながら実施し、この場合力曲線および／または圧力曲線の材料に依存した勾配および／または材料に依存した勾配角に達するときに、および／または、これを越えるときに到達している位置まで予圧縮を行う。
【0036】
次の方法ステップでは、材料を圧縮するステップを、ノズルを閉じた状態でピストンを送ることによって圧力を制御しながら実施し、その際ピーク圧力に達するまで保持位置を目指す。
【0037】
更なる構成では、圧縮するステップの間、ノズルは閉じており、且つピストンニードルは次のようにノズルヘッドの溶融物空間内に沈んでおり、すなわちこれによって液相の一部が溶融物空間の上部領域から腎臓形部材の開口部を通って溶融ゾーンから混合ゾーンへ戻り排除されるようにノズルヘッドの溶融物空間内に沈んでおり、これによって液相の前記一部は塑性化ゾーンから来る塑性相と混合ゾーンで混合する。
【0038】
更なる構成では、ピストンを保持位置で保持し、その際保持過程の間に、液相の圧力と温度とを測定し、その測定値を評価ユニットによってチェックして、圧縮プロセスの機能管理を行う。
【0039】
さらに、更なる構成では、ピストンを保持位置で保持するステップの間、ノズルは閉じており、且つピストンニードルは次のように溶融物空間内に沈んでおり、すなわちこれによって液相の一部が溶融物空間の上部領域から腎臓形部材の開口部を通って溶融ゾーンから混合ゾーンへ戻し排除されるように溶融物空間内に沈んでおり、これによって液相の前記一部は塑性化ゾーンから来る塑性相と混合ゾーンで混合する。
【0040】
予圧縮するステップは、力または圧力を制御しながらピストンをアクチュエータ装置により制御することによって実施し、この場合ピストン底部の目標位置は、低温ゾーンを起点として、塑性化ゾーンの最初の３分の１の位置にある。顆粒は、塑性化ゾーンでピストンの送りによって圧縮され、この場合同時に、溶融ゾーンには中空空間とノズルとの間に溶融物がある。これにより、塑性化された顆粒は混合ゾーン内で溶融物内へ圧入される。ピストンを下げ、対応的にピストンニードルをノズルの方向に下げることにより、すでに溶融物がノズルから出て、これによって、空気または閉じ込められた空気があればこれをノズルヘッドから排出させることができるので有利である。これによって、ノズルは自由になる。
【0041】
予圧縮するステップが目標位置に達した後、プリントヘッドのノズルを閉じる。
【0042】
材料を圧縮するため、所定のピーク圧力に達するまで、よってピーク圧力位置に到達するまで、ピストンをアクチュエータ装置によって圧力制御しながら前進させる。その際、本方法の更なる構成では、圧縮するステップの間にプリントヘッドを作動させるため、ノズルは閉じており、ピストンニードルは次のように溶融物空間内に沈んでおり、すなわちこれによって液相の一部が溶融物空間の上部領域から腎臓形部材の開口部を通って溶融ゾーンから混合ゾーンへ戻し排除されるように溶融物空間内に沈んでおり、これによって液相の前記一部は塑性化ゾーンから来る塑性相と混合ゾーンで混合する。
【0043】
引き続いて、材料に依存する予め定義した時間の間、いわゆるピーク圧力位置を保持し、それ故ピーク圧力位置はプリントヘッドの保持位置でもある。
本方法の更なる構成では、ピストンを保持位置で保持している間、ノズルは閉じており、ピストンニードルは次のように溶融物空間内に沈んでおり、すなわちこれによって液相の一部が溶融物空間の上部領域から腎臓形部材の開口部を通って溶融ゾーンから混合ゾーンへ戻し排除されるように溶融物空間内に沈んでおり、これによって液相の前記一部は塑性化ゾーンから来る塑性相と混合ゾーンで混合する。
本方法の更なる構成では、ピストンを保持位置で保持している間、ノズルは閉じており、ピストンニードルは次のように溶融物空間内に沈んでおり、すなわちこれによって液相の一部が溶融物空間の上部領域から腎臓形部材の開口部を通って溶融ゾーンから混合ゾーンへ戻し排除されるように溶融物空間内に沈んでおり、これによって液相の前記一部は塑性化ゾーンから来る塑性相と混合ゾーンで混合する。
【0044】
保持過程によって残留空気が排除され、混合ゾーンＣ内の溶融物が均質化される。これによって、より好適なエネルギー流れが達成され、均質な材料が生成されるので有利である。流れ戻る溶融物は塑性状になり、腎臓形部材内へ押し込まれる顆粒成分は溶融物状になる。これによって、材料の混合が生じる。
加えて、ここで説明している保持過程は、プリントヘッドの分析およびシステムチェックに用いられるので、有利である。というのは、圧力の圧力測定の際に次の作用が生じうるからである。溶融物内での圧力の圧力上昇は、たとえば溶融物の温度が高すぎるために溶融物がガスを出していることを意味していると考えられる。溶融物温度が高すぎるのは、エアプラズマが生じることがあって、これが化学的分解を引き起こすと考えられるので、望ましいものではない。
溶融物圧力の強い圧力降下は、たとえば、プリントヘッドのシステムが非密封状態にあるか、或いは、まだ過量の空気がシステム内にあったことを意味していると考えられる。この作用は、プリントヘッドの温度管理が最適に設定されていなかったために、たとえば過量の冷たい材料が中空空間内にあった場合に生じると考えられる。
加えて、ここで説明している保持過程は、プリントヘッドの分析およびシステムチェックに用いられるので、有利である。というのは、圧力の圧力測定の際に次の作用が生じうるからである。溶融物内での圧力の圧力上昇は、たとえば溶融物の温度が高すぎるために溶融物がガスを出していることを意味していると考えられる。溶融物温度が高すぎるのは、エアプラズマが生じることがあって、これが化学的分解を引き起こすと考えられるので、望ましいものではない。
溶融物圧力の強い圧力降下は、たとえば、プリントヘッドのシステムが非密封状態にあるか、或いは、まだ過量の空気がシステム内にあったことを意味していると考えられる。この作用は、プリントヘッドの温度管理が最適に設定されていなかったために、たとえば過量の冷たい材料が中空空間内にあった場合に生じると考えられる。
【0045】
更なる構成では、液相の弾性定数を検出するステップは以下のステップを含み、すなわち
－保持するステップの終了後、保持位置から、溶融物圧力が目標圧力に達したときに達成される目標位置へ圧力制御しながら戻し走行させるステップと、
－ピーク圧力と目標圧力との間の圧力差を検出するステップと、
－保持位置と目標位置との間の距離を検出するステップと、
－液相の弾性定数を算出するステップと、
を含んでいる。
－保持するステップの終了後、保持位置から、溶融物圧力が目標圧力に達したときに達成される目標位置へ圧力制御しながら戻し走行させるステップと、
－ピーク圧力と目標圧力との間の圧力差を検出するステップと、
－保持位置と目標位置との間の距離を検出するステップと、
－液相の弾性定数を算出するステップと、
を含んでいる。
【0046】
弾性定数は、溶融物の圧縮率から得られるもので、アクチュエータ装置によるピストンの正確な制御のために必要な補正係数または形状係数を導き出す。溶融物の圧縮率に基づけば、たとえばピストンが進んだ幾何学的なピストン距離の１．２体積単位は、溶融物の放出体積の１．０体積単位に相当する。圧縮率がなければ、比率１：１が考えられる。
【0047】
溶融物の弾性定数を検出することにより、アクチュエータ装置がピストンを調整しながら制御できることが達成されて有利であり、この場合弾性定数は、とりわけ、溶融物の実際の放出量が印刷時に移動するプリントヘッドの軌道速度に依存した溶融物の正確な算出体積流を達成することを可能にする。すなわち、プリントヘッドの軌道速度がどのような値であっても、各印刷位置にはそれぞれに必要な量の溶融物が部品に放出される。
【0048】
更なる構成では、液相の印刷準備を行うステップは以下のステップを含み、すなわち
－弾性定数に依存してピストンを引き戻すことによって液相の減圧をアクティブに行うステップと、
－ノズルを開くステップと、
を含んでいる。
－弾性定数に依存してピストンを引き戻すことによって液相の減圧をアクティブに行うステップと、
－ノズルを開くステップと、
を含んでいる。
【0049】
アクティブに減圧する際、ピストンを検出した弾性定数に依存してほぼ１ないし２ミリメートルだけ引き戻し、これによって、ノズルまたはノズル開口部が開いても、これらから溶融物が流出しないことが達成されて有利である。これは、位置を引き続き保持した場合、既存のシステムが開放系であるため、重力の影響による事例であると考えられる。同時に、溶融物はばねのように除荷される。
【0050】
次に、印刷準備をさらに継続することで、圧縮によって印刷プロセスが始まる。
プリントヘッドのシステム全体は、溶融物がたとえばほぼ２０％の圧縮を有することができるので、圧縮性のシステムである。それ故、ピストンの送りによって排除される体積は放出される材料の体積に対応しておらず、これによって、不正確で不規則な放出が生じることがある。
プリントヘッドのシステム全体は、溶融物がたとえばほぼ２０％の圧縮を有することができるので、圧縮性のシステムである。それ故、ピストンの送りによって排除される体積は放出される材料の体積に対応しておらず、これによって、不正確で不規則な放出が生じることがある。
【0051】
液相の放出、すなわち印刷は、圧力を制御しながら実施し、この場合、
－溶融物空間内の圧力を持続的に測定する、
－ピストンを制御・調整ユニットを介してアクティブに制御し、この場合ピストンの送りを圧力に依存して補正係数だけ適合させ、その際補正係数は材料の液相の算出弾性定数から得られる。
－溶融物空間内の圧力を持続的に測定する、
－ピストンを制御・調整ユニットを介してアクティブに制御し、この場合ピストンの送りを圧力に依存して補正係数だけ適合させ、その際補正係数は材料の液相の算出弾性定数から得られる。
【0052】
測定した圧力は、部品に対する液相の放出によって生じる圧力に対応し、補正係数は、液相の圧縮率を補償するために有利である。
【0053】
印刷開始時の溶融物空間内での溶融物の圧縮は、一部は溶融物を「押し出す」際のノズルのノズル開口部における摩擦を介して発生させ、一部は部品または基板担持体（その上で部品を組み立てる）に対して印刷を行う際の抵抗を介して発生させる。
溶融物の均一な放出は、プリントヘッドのインテリジェントコントロールによって達成され、この場合補正係数だけ適合されたピストンの非同期運動は、アクチュエータ装置で電子伝動装置を使用することによって行う。特に検出した溶融物の弾性定数から得られる補正係数は、いわば、システムにマージされる。それ故、本発明による方法には、通常のＮＣシステムのような同期運動に対する制限がないので有利である。
溶融物の均一な放出は、プリントヘッドのインテリジェントコントロールによって達成され、この場合補正係数だけ適合されたピストンの非同期運動は、アクチュエータ装置で電子伝動装置を使用することによって行う。特に検出した溶融物の弾性定数から得られる補正係数は、いわば、システムにマージされる。それ故、本発明による方法には、通常のＮＣシステムのような同期運動に対する制限がないので有利である。
【0054】
電気駆動されるアクチュエータ装置は、この事例に対しダイナミックで非常に効果的であることが明らかになっている。
【0055】
さらに、プリントヘッドの構成からいくつかの利点が得られ、この場合ピストンブシュは、上部部分領域と下部部分領域との間にストッパーを有していてよく、ストッパーによってフランジとノズルヘッドとは互いに切り離されている。したがってピストンブシュと特にストッパーとは、冷却されるフランジを加熱されるノズルヘッドから切り離すので有利であり、これによってこれらは互いに接触しない。
さらに、ピストンブシュの下部部分領域に腎臓形部材が配置されていてよく、この場合腎臓形部材は、同心に延びる、ピストンのピストンニードルを受容するための穿孔部を有している。
さらに、ピストンブシュの下部部分領域に腎臓形部材が配置されていてよく、この場合腎臓形部材は、同心に延びる、ピストンのピストンニードルを受容するための穿孔部を有している。
【0056】
プリントヘッドのピストンは、アクチュエータ装置に結合するための第１のピストン部分と、第１のピストン部分に結合し且つピストンニードルを受容するためのピストンヘッドとを含んでいる。第１のピストン部分は、有利にはアルミニウム中空ピストンとして形成され、これによって第１のピストン部分により冷媒を誘導でき、これによりピストン冷却が達成されるので有利である。ピストンヘッドはノズル側に下面を有し、この場合ピストンニードルはこの下面の中心から突出している。ピストンニードルの仮想の面を除くピストンヘッドの下面の面は、材料に対する圧力を生成させるためのピストン面を形成している。ピストンヘッドの下面はピストン冷却によって一緒に冷却され、これによってピストン底部における溶融物または塑性材料の粘度を局部的に減少させる。これにより、液状の溶融物が駆動装置の方向に流れ込みうることが阻止され、これによりピストンブシュ内でピストンが固着することも、溶融物が駆動装置内へ侵入することも阻止されるので有利である。加えて、材料は引き戻しの際にピストン底部から、または、ピストンヘッドの下面からより簡単に解離し、その結果ピストンのスタート点または出発点に到達したときに、残存材料がピストン底部に付着することなく、固相の材料または顆粒を簡単に再充填することが可能である。
ピストンヘッドの下面またはピストン底部には、有利には温度センサが装着されている。温度センサをこのように配置することにより、ピストンの位置に依存してプリントヘッドの温度管理が可能であり、これによって、溶融物がピストンヘッドの下面と接触することなく、材料のより迅速な加熱が達成される。これによって、プリントヘッドの充填過程の加速を達成できるので有利である。
ピストンヘッドは筒状の構成部材として実施されており、有利には熱に抵抗力がある材料から製造されている。第１のピストン部分がアルミニウムから実施され、ピストンヘッドがたとえば鋼から実施されているという組み合わせは、有利であることが実証されている。というのは、このように構成すると、ピストンが、機械的応力を吸収するための弾性のある上部領域と、加熱される材料の領域に設けられる熱に抵抗力のある領域とを有しているからである。
ピストンニードルは、ピストンの位置に応じて、腎臓形部材の穿孔部内へ一部のみが突出するか、或いは、全体が貫通し、これによってピストンニードルは腎臓形部材の中央の穿孔部内で案内されるので有利である。
ピストンヘッドの下面またはピストン底部には、有利には温度センサが装着されている。温度センサをこのように配置することにより、ピストンの位置に依存してプリントヘッドの温度管理が可能であり、これによって、溶融物がピストンヘッドの下面と接触することなく、材料のより迅速な加熱が達成される。これによって、プリントヘッドの充填過程の加速を達成できるので有利である。
ピストンヘッドは筒状の構成部材として実施されており、有利には熱に抵抗力がある材料から製造されている。第１のピストン部分がアルミニウムから実施され、ピストンヘッドがたとえば鋼から実施されているという組み合わせは、有利であることが実証されている。というのは、このように構成すると、ピストンが、機械的応力を吸収するための弾性のある上部領域と、加熱される材料の領域に設けられる熱に抵抗力のある領域とを有しているからである。
ピストンニードルは、ピストンの位置に応じて、腎臓形部材の穿孔部内へ一部のみが突出するか、或いは、全体が貫通し、これによってピストンニードルは腎臓形部材の中央の穿孔部内で案内されるので有利である。
【0057】
腎臓形部材は、同心に配置される複数の開口部を有し、この場合これら開口部は、ピストンブシュ内に配置されている中空空間と、ノズルヘッドの下部部分内に配置されている溶融物空間との間の流体結合部を形成している。
【0058】
中空空間は、ピストンブシュの内部に配置され、外面がピストンブシュの内面と、ピストンニードルの外面と、腎臓形部材の上面と、ピストンの下面とから形成されている容積部によって形成される。
中空空間の内部で、材料または顆粒は、ピストンの走行により、ピストンヘッドの下面またはピストン面を介して圧縮される。材料の圧縮の間、プリントヘッドの温度管理は次のように設定されており、すなわち中空空間の内部で材料の液相または溶融物は形成されずに、材料が塑性相として形成されるように設定されている。これにより、塑性化された材料がピストンの下面に付着しないことが達成されるので有利である。しかしながら、圧縮の間、溶融物空間内の液相または溶融物の一部が、溶融物空間内に侵入するピストンニードルにより、腎臓形部材の同心に配置されている複数の開口部を通じて溶融物空間からピストンブシュの中空空間内へ押される。その際、溶融物の一部が塑性相の一部と混合する。その際に溶融物が塑性相内にエネルギーを放出し、これによって均質な材料が生成されるので有利である。したがって、腎臓形部材は混合器または静的混合器を形成している。というのは、有利にも、ピストン運動以外に、塑性相を液相と混合させるための他の可動部分は必要ないからである。したがって、腎臓形部材の構成は、材料または溶融物を塑性化材料とより好適に混ぜ合わせるブレンド作用の用を成しているので有利である。
腎臓形部材は、ノズルヘッドからの加熱要素の加熱エネルギーを溶融物内とピストンニードル内との双方へ誘導し、このことは溶融物を加熱する際のエネルギー管理を改善させる用を成すので有利である。
中空空間の内部で、材料または顆粒は、ピストンの走行により、ピストンヘッドの下面またはピストン面を介して圧縮される。材料の圧縮の間、プリントヘッドの温度管理は次のように設定されており、すなわち中空空間の内部で材料の液相または溶融物は形成されずに、材料が塑性相として形成されるように設定されている。これにより、塑性化された材料がピストンの下面に付着しないことが達成されるので有利である。しかしながら、圧縮の間、溶融物空間内の液相または溶融物の一部が、溶融物空間内に侵入するピストンニードルにより、腎臓形部材の同心に配置されている複数の開口部を通じて溶融物空間からピストンブシュの中空空間内へ押される。その際、溶融物の一部が塑性相の一部と混合する。その際に溶融物が塑性相内にエネルギーを放出し、これによって均質な材料が生成されるので有利である。したがって、腎臓形部材は混合器または静的混合器を形成している。というのは、有利にも、ピストン運動以外に、塑性相を液相と混合させるための他の可動部分は必要ないからである。したがって、腎臓形部材の構成は、材料または溶融物を塑性化材料とより好適に混ぜ合わせるブレンド作用の用を成しているので有利である。
腎臓形部材は、ノズルヘッドからの加熱要素の加熱エネルギーを溶融物内とピストンニードル内との双方へ誘導し、このことは溶融物を加熱する際のエネルギー管理を改善させる用を成すので有利である。
【0059】
腎臓形部材は、さらに、別個の構成部材として形成されていてよく、または、ピストンブシュと一体に形成されていてよい。
【0060】
さらに、溶融物空間内には、液相の圧力ｐＬのための圧力センサおよび／または温度ＴＬのための温度センサが配置されている。圧力ｐＬの測定は、出口からの溶融物の吐出または放出または質量流に関しても決定する第１次パラメータである。温度ＴＬの補助的な測定は、質量流Ｑを決定する際に、材料の粘度の温度依存性を考慮することを可能にさせる。ピストン送りによって、配分すべき量を正確に調整することができる。しかも、製造される部品またはオブジェクトの品質に対しては、材料の熱劣化を回避するために、特に一定の正確な制御の形態での温度ＴＬのコントロールがより重要である。
加えて、アクチュエータ装置および／またはピストンには、ピストンの位置ｓのための距離測定システム、および／または、ピストンから材料に作用する力Ｆもしくはピストンに作用する液圧ｐＨのためのセンサが設けられている。
ピストンの送りは、放出すべき材料の量に対する基準である。この量は、とりわけ距離測定システムを介してコントロールすることができる。さらに、力Ｆは材料内の圧力と直接的に相関関係にある。
さらに、ピストンには、特にピストンのピストンヘッドの下面には、材料の塑性相の温度ＴＫのための温度センサが配置されている。
温度センサのこの配置により、プリントヘッドのピストン位置に依存した熱管理が可能であり、これにより、溶融物がピストンヘッドの下面と接触することなく、材料のより迅速な加熱が達成される。これによって、プリントヘッドの充填過程の加速、または、充填過程の必要時間の低減を達成できるので有利である。
加えて、アクチュエータ装置および／またはピストンには、ピストンの位置ｓのための距離測定システム、および／または、ピストンから材料に作用する力Ｆもしくはピストンに作用する液圧ｐＨのためのセンサが設けられている。
ピストンの送りは、放出すべき材料の量に対する基準である。この量は、とりわけ距離測定システムを介してコントロールすることができる。さらに、力Ｆは材料内の圧力と直接的に相関関係にある。
さらに、ピストンには、特にピストンのピストンヘッドの下面には、材料の塑性相の温度ＴＫのための温度センサが配置されている。
温度センサのこの配置により、プリントヘッドのピストン位置に依存した熱管理が可能であり、これにより、溶融物がピストンヘッドの下面と接触することなく、材料のより迅速な加熱が達成される。これによって、プリントヘッドの充填過程の加速、または、充填過程の必要時間の低減を達成できるので有利である。
【0061】
次に、本発明を改善する更なる処置を、図に基づく本発明の有利な実施形態の説明とともにより詳細に提示する。
【図面の簡単な説明】
【0062】
【図1】本発明によるプリントヘッドの図である。
【図2】本発明によるプリントヘッドの他の図である。
【図3】本発明によるプリントヘッドの１つのセクションの図である。
【図4】本発明によるプリントヘッドの概略図である。
【図5】印刷可能な溶融物を提供するための本発明による方法のフローチャートである。
【図6】本発明によるプリントヘッドの１つのセクションを圧力の経過とともに示した図である。
【図7】本発明によるプリントヘッドのピストンの異なる位置を示す図である。
【図8】プリントヘッドの中空空間を充填するための方法のフローチャートである。
【図9】プリントヘッドのピストンブシュの開口横断面部を閉じるための方法のフローチャートである。
【図10】材料を固相から塑性相を経て液相へ転移させるための方法のフローチャートである。
【図11】材料を圧縮するための方法のフローチャートである。
【図12】材料の液相の弾性定数を検出するための方法のフローチャートである。
【図13】材料の液相の印刷準備を行うための方法のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0063】
図１は３Ｄプリンタのためのプリントヘッド１００を示し、プリントヘッドは、プリントヘッド１００のハウジング１内に配置される、ピストン３を制御するためのアクチュエータ装置１１０と、印刷可能な材料１０のための供給機構２と、ハウジング１および供給機構２に配置され、冷却装置５０を備えたフランジ５と、材料１０を固相１０から塑性相１１を経て液相１２へ転移させるための加熱要素６１，６３を備えたノズルヘッド６と、材料１０の液相１２をノズルヘッド６から放出するためのノズル８とを含んでいる。プリントヘッド１００は、ピストン３を案内するために別個のピストンブシュ４を含んでいる。
【0064】
冷却装置５０によって内部冷却されるフランジ５は、プリントヘッド１００の下部加熱領域をアクチュエータ装置１１０に対して、または、ピストン３の駆動部に対して熱的に切り離す用を成している。
【0065】
ピストン３は、ピストン３をアクチュエータ装置１１０に取り付けるための第１のピストン部分３１と、第１のピストン部分３１に固定され、ノズル８の方向にピストンニードル３２を受容しているピストンヘッド３４とを含んでいる。ピストン３には、または、ピストンヘッド３４の下面３５には、材料の塑性相１１の温度ＴＫを測定するための温度センサ３６が配置されている。ピストンヘッド３４の下面３５は、ピストン底部３５を形成している。第１のピストン部分３１は、有利にはアルミニウム中空ピストンとして形成され、この場合アルミニウム中空ピストンは、内部に冷却通路として形成されている中空空間を有している。第１のピストン部分３１の下端には、冷媒システムを介して冷却されるピストン冷却部３３が配置されている。ピストン冷却部３３は、ピストン底部３５で材料１１，１２を硬化させる用を成し、これによってピストン３をアクチュエータ装置１１０の方向で密封し、または、これによってアクチュエータ装置１１０の方向への流動性溶融物１２の流れ込みを阻止している。冷媒として有利には冷却液が使用され、この場合冷却液は複数の接続部と可撓管とを介してハウジング１を通って第１のピストン部分３１の冷却接続部３７内へ搬送される。
フランジ５内の冷却装置５０には、同じ冷媒システムによって冷媒が供給される。
フランジ５内の冷却装置５０には、同じ冷媒システムによって冷媒が供給される。
【0066】
ピストン底部３５での材料１１，１２の冷却により、局部的に材料１１，１２の粘性が低下し、これによってピストン３の引き戻しの際に糸を引くことなく材料がピストンから解離する。その際、新たな材料１０のための空間が形成される。
【0067】
図１は、ピストン３を、供給機構２を介してプリントヘッド１００内へ供給される印刷可能な材料１０でプリントヘッド１００を充填するための出発位置で示している。
【0068】
供給機構２はホッパー状に形成されており、この場合、有利には顆粒である材料１０は上から供給機構２の開口部内へ充填される。材料１０は、重力によって、ピストンブシュ４に対する開口部２１または開口横断面部まで到達する。開口部２１上方の供給機構２の下部領域には、空気通路２０が配置されている。空気通路は、空気圧弁２２によってエアインパルスの作用を受ける。空気圧弁２２と空気通路２０とは吹込み装置を形成しており、すなわち吹込み装置は、顆粒１０が供給機構２のさらに上部にある領域の方向に投げ飛ばされ、これによって個々の顆粒塊１０が互いに解離するように、間欠的に顆粒にエアブラストを作用させる。空気流を切ると、供給機構２の下部領域にある顆粒１０が開口横断面部２１の開口の際にピストンブシュ４内へ落下する。
これにより、供給機構２の吹込み装置は顆粒塊１０の固着を阻止し、これによって供給装置２の詰まりが阻止されて、吹込み装置はピストンブシュ４を顆粒１０で確実に充填する用を成す。さらに、供給機構２の入口に小径部を使用してよい。
再充填のプロセスは顆粒１０のバックブローを必要とし、これによって顆粒の持ち上げ効果が生じ、その結果顆粒はその後プリントヘッド１００内へ滑り込む。巻き上げることは自動チャージのために必要であり、発生する重力インパルスまたは打撃によって顆粒１０は順次滑り込む。
これにより、供給機構２の吹込み装置は顆粒塊１０の固着を阻止し、これによって供給装置２の詰まりが阻止されて、吹込み装置はピストンブシュ４を顆粒１０で確実に充填する用を成す。さらに、供給機構２の入口に小径部を使用してよい。
再充填のプロセスは顆粒１０のバックブローを必要とし、これによって顆粒の持ち上げ効果が生じ、その結果顆粒はその後プリントヘッド１００内へ滑り込む。巻き上げることは自動チャージのために必要であり、発生する重力インパルスまたは打撃によって顆粒１０は順次滑り込む。
【0069】
ピストンブシュ４は、フランジ５内へ突出している上部部分領域４１と、ノズルヘッド６の上部部分領域６０内へ突出している下部部分領域４２とを有している。ピストンブシュ４の上部部分領域４１と下部部分領域４２との間にはストッパー４３が配置され、ストッパーによってフランジ５とノズルヘッド６とは互いに分離されている。開口部２１または開口横断面部は、ピストンブシュ４の上部部分領域４１内に配置され、ピストンブシュ４の内面に切欠き４４を有している。切欠き４４は、ピストン３によって開口横断面部２１が閉じる際に、ピストン底部３５が切欠き４４の下方の位置に到達するまで、顆粒１０が切欠き４４とピストン底部３５との間で剪断されることを生じさせる。
【0070】
ピストンブシュ４は切欠き４４に鈍角部を有し、この場合鈍角部はエッジが鋭く、硬化されている。その際、局部的に硬化するのが有利である。切欠き４４は、択一的実施形態では、スローアウェイチップのような別個のインサート部材によって形成されていてもよい。
切欠き４４の構造は、顆粒１０を剪断するために必要な力を低減させる用を成すので有利であり、これによってエネルギーを節減でき、ピストンブシュ４およびピストン３の材料が摩耗する可能性が少なくなる。なお、切欠き４４のエッジは極めて摩耗しやすい。
切欠き４４の構造は、顆粒１０を剪断するために必要な力を低減させる用を成すので有利であり、これによってエネルギーを節減でき、ピストンブシュ４およびピストン３の材料が摩耗する可能性が少なくなる。なお、切欠き４４のエッジは極めて摩耗しやすい。
【0071】
ピストンブシュ４の下部部分領域４２には腎臓形部材７が配置され、この場合腎臓形部材７は、ピストン３のピストンニードル３２を受容するために中央に延びる穿孔部７０を有している。
腎臓形部材７は、さらに、同心に配置される複数の開口部７１を有し、これら開口部は、ピストンブシュ４内に配置されている中空空間４０と、ノズルヘッド６の下部部分６２内に配置されている溶融物空間８１との間で流動結合部を形成している。中空空間４０は、ピストンブシュ４の内部に配置されており、ピストンブシュ４の内面と、ピストンニードル３２の外面と、腎臓形部材７の上面と、ピストン３の下面３５とで形成される。
腎臓形部材７は、さらに、同心に配置される複数の開口部７１を有し、これら開口部は、ピストンブシュ４内に配置されている中空空間４０と、ノズルヘッド６の下部部分６２内に配置されている溶融物空間８１との間で流動結合部を形成している。中空空間４０は、ピストンブシュ４の内部に配置されており、ピストンブシュ４の内面と、ピストンニードル３２の外面と、腎臓形部材７の上面と、ピストン３の下面３５とで形成される。
【0072】
腎臓形部材７の主な課題は、ノズルヘッド６の加熱要素６１，６３から材料または溶融物１２の液相１２への熱伝導またはエネルギー伝達である。これは、特に、中空空間４０に対する、したがって材料の塑性相１１に対する接触面積を増大することによって達成される。
更なる課題はピストンニードル３２の案内であり、この場合穿孔部７０内部でのピストンニードル３２の接触は、補助的にピストンニードル３２を必要なプロセス温度に加熱する用を成す。最終的なプロセス温度は、ノズル８へと向かうノズルヘッド６内で初めて達成される。
更なる課題はピストンニードル３２の案内であり、この場合穿孔部７０内部でのピストンニードル３２の接触は、補助的にピストンニードル３２を必要なプロセス温度に加熱する用を成す。最終的なプロセス温度は、ノズル８へと向かうノズルヘッド６内で初めて達成される。
【0073】
プリントヘッド１００の充填過程の間、ノズル８は必要な場合に閉じられ、アクチュエータ装置１１０によるピストン３の制御時には、中空空間４０および溶融物空間８１内に配置されている材料１０，１１，１２はピストン送りによって圧縮される。
【0074】
ノズルヘッド６は、プリントヘッド１００の加熱要素６１，６３を含み、この場合第１の加熱要素６１は上部ノズルヘッド６０内に配置され、第２の加熱要素６３は下部ノズルヘッド６２内に配置されている。上部ノズルヘッド６０はセクション６４を有し、このセクションは上部ノズルヘッド６０と下部ノズルヘッド６２との間に配置され、そしてこのセクションには腎臓形部材７が載置されている。ノズル８の領域には、冷却リング８４がノズルヘッド６に配置されている。冷却リングは印刷対象部品を冷却し、この部品をプリントヘッド１００から熱的に遮蔽する。
【0075】
ノズルヘッド６内の加熱要素６１，６３は、材料の液相１２がそのプロセス温度に達してノズル８から放出できるようになるまで、中空空間４０の内部、腎臓形部材７の内部、溶融物空間８２の内部にある材料１０，１１，１２を加熱する。溶融物空間８２は、上部ノズルヘッド６０のセクション６４からノズル８まで先細りになるように形成されている。溶融物空間８１の円錐状供給部は体積流の上昇を可能にするとともに、ノズルヘッド６の内壁での材料の沈積を阻止する。溶融物空間８１が筒状である場合に比べて、円錐状に延びている溶融物空間８１内には材料１２または体積が少ないことにより、混合プロセスがさらに最適化される。これにより、密封の際に溶融物１２の一部をして腎臓形部材７の開口部７１を通って溶融物空間８１から中空空間４０内へ戻し排除するためにピストンニードル３２が排除しなければならない体積は少なくなる。
【0076】
さらに、プリントヘッド１００は他のセンサを含んでおり、この場合溶融物空間８１内には材料の液相１２の圧力ｐＬ用の圧力センサ８３と、温度ＴＬ用の温度センサ８２とが配置されている。他のセンサはアクチュエータ装置１１０に配置され、この場合ピストン３の位置ｓ用の距離測定システム１１１と、ピストン３から材料１０，１１へ作用する力Ｆまたはピストン３に作用する液圧ＰＨ用のセンサ１１２とが設けられている。択一的実施形態では、センサ１１１，１１２はプリントヘッド１００のピストン３にも配置されていてよい。
【0077】
図２は、本発明によるプリントヘッド１００の他の図であり、この場合、本発明によれば、材料の固相１０は顆粒塊１０を含み、供給機構２は複数の顆粒塊１０を互いに解離させるための吹込み装置２５を有している。
吹込み装置２５は空気圧弁２２と空気通路２０とを含み、この場合空気通路２０は供給機構２のハウジング部分２７内に配置されて、供給機構２の下部領域２４においてフランジ５の開口横断面部２１の上方に開口している。
空気通路２０は、空気圧弁２２によってエアインパルス２６の作用を受けることができ、この場合エアインパルス２６は、複数の顆粒塊１０が互いに解離するように下部領域２４において顆粒塊に作用する。
供給機構２はホッパー状に形成されており、この場合顆粒塊１０は上から供給機構２の開口部２３内へ充填される。材料１０は重力によってフランジ５の開口横断面部２１まで、または、ピストンブシュ４まで、または、ピストンブシュ４の開口横断面部２１まで到達する。フランジ５の開口横断面部２１の上方の供給機構２の下部領域２４には、吹込み装置２５の空気通路２０が配置されている。空気通路２０は、空気圧弁２２によってエアインパルス２６の作用を受ける。吹込み装置２５は空気圧弁２２と空気通路２０とを含み、この場合顆粒１０は、さらに上にある供給機構２の領域の方向に投げ飛ばされ、これによって個々の顆粒塊１０が互いに解離するように、間欠的にエアブラストの作用を受ける。吹込み装置２５を切ると、供給機構２の下部領域２４内にある顆粒１０が開口横断面部２１の開口の際にピストンブシュ４の中空空間４０内へ落下する。これにより、供給機構２の吹込み装置２５は顆粒塊１０の固着を阻止し、これによって供給装置２の詰まりが阻止され、吹込み装置はピストンブシュ４を顆粒１０で確実に充填する用を成している。再充填のプロセスは顆粒１０のバックブローを必要とし、これによって顆粒の持ち上げ効果が生じ、その結果顆粒はその後プリントヘッド１００内へ滑り込む。巻き上げることは自動チャージのために必要であり、発生する重力インパルスまたは打撃によって顆粒１０は順次滑り込む。
吹込み装置２５は空気圧弁２２と空気通路２０とを含み、この場合空気通路２０は供給機構２のハウジング部分２７内に配置されて、供給機構２の下部領域２４においてフランジ５の開口横断面部２１の上方に開口している。
空気通路２０は、空気圧弁２２によってエアインパルス２６の作用を受けることができ、この場合エアインパルス２６は、複数の顆粒塊１０が互いに解離するように下部領域２４において顆粒塊に作用する。
供給機構２はホッパー状に形成されており、この場合顆粒塊１０は上から供給機構２の開口部２３内へ充填される。材料１０は重力によってフランジ５の開口横断面部２１まで、または、ピストンブシュ４まで、または、ピストンブシュ４の開口横断面部２１まで到達する。フランジ５の開口横断面部２１の上方の供給機構２の下部領域２４には、吹込み装置２５の空気通路２０が配置されている。空気通路２０は、空気圧弁２２によってエアインパルス２６の作用を受ける。吹込み装置２５は空気圧弁２２と空気通路２０とを含み、この場合顆粒１０は、さらに上にある供給機構２の領域の方向に投げ飛ばされ、これによって個々の顆粒塊１０が互いに解離するように、間欠的にエアブラストの作用を受ける。吹込み装置２５を切ると、供給機構２の下部領域２４内にある顆粒１０が開口横断面部２１の開口の際にピストンブシュ４の中空空間４０内へ落下する。これにより、供給機構２の吹込み装置２５は顆粒塊１０の固着を阻止し、これによって供給装置２の詰まりが阻止され、吹込み装置はピストンブシュ４を顆粒１０で確実に充填する用を成している。再充填のプロセスは顆粒１０のバックブローを必要とし、これによって顆粒の持ち上げ効果が生じ、その結果顆粒はその後プリントヘッド１００内へ滑り込む。巻き上げることは自動チャージのために必要であり、発生する重力インパルスまたは打撃によって顆粒１０は順次滑り込む。
【0078】
図３は、本発明によるプリントヘッド１００の１つのセクションを９０゜回転させて示した図であり、この場合ピストンブシュ４の上部部分領域４１から出発して腎臓形部材７を経てノズル８までの、作動中に材料１０，１１，１２で充填されるプリントヘッド１００の状態ゾーンＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅが図示されている。状態ゾーンＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅは、材料１０の温度ＴＳに依存するその凝集状態を表すもので、この場合状態ゾーンＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ全体における材料１０の凝集状態は、固相１０から塑性相１１を経て液相１２へ変化可能である。
【0079】
プリントヘッド１００内部での材料１０，１１，１２の温度ＴＳまたは温度経過は、プリントヘッド１００の上に図示したグラフで示されており、この場合温度ＴＳは距離ｓまたはプリントヘッド１００の作業範囲１２０の長さに関して図示されている。
【0080】
プリントヘッド１００の状態ゾーンＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅは、材料が固相１０の状態にある低温ゾーンＡと、材料が塑性相１１の状態にある塑性化ゾーンＢと、それぞれ材料が液相１２の状態にある溶融ゾーンＤおよびプロセスゾーンＥとを含んでいる。さらに、状態ゾーンは、材料が塑性相１１および液相１２の状態にある混合ゾーンＣを含んでいる。
【0081】
フランジ５内の冷却装置５０と、ピストン３内に統合されているピストン冷却部３３とは、塑性化ゾーンＢ内での材料の塑性相１１の温度ＴＳを、材料１１が塑性化して液相１２へ移行する起点となるガラス移行温度Ｔｇ以下に保持するために設けられている。材料が塑性相１１の状態にある塑性化ゾーンＢは、ここに示した実施形態では、顆粒の粘性がすでに変化し、これによって圧縮・混合プロセスが最適化されるような材料または顆粒の状態を記述するものであるが、しかしながら顆粒の塑性相１１はまだ液相１２へ移行していない。
【0082】
さらに、ノズルヘッド６は２つの加熱ゾーン６５，６６を含んでいる。
第１の加熱ゾーン６５内には、塑性化ゾーンＢの部分領域と、混合ゾーンＣと、溶融ゾーンＤの部分領域とが配置され、この場合第１の加熱要素６１が上部ノズルヘッド６０内に次のように配置されており、すなわち加熱エネルギーを第１の加熱要素６１からピストンブシュ４２の下部部分領域と腎臓形部材７と上部ノズルヘッドのセクション６４とを介して材料１０，１１，１２内へ投入できるように配置されている。
第２の加熱ゾーン６６内には、溶融ゾーンＤの部分領域とプロセスゾーンＥとが配置され、この場合第２の加熱要素６３が下部ノズルヘッド６２内に次のように配置され、すなわち加熱エネルギーを第２の加熱要素６３から下部ノズルヘッド６２を介して材料の液相１２内へ投入できるように配置されている。
第１の加熱ゾーン６５内には、塑性化ゾーンＢの部分領域と、混合ゾーンＣと、溶融ゾーンＤの部分領域とが配置され、この場合第１の加熱要素６１が上部ノズルヘッド６０内に次のように配置されており、すなわち加熱エネルギーを第１の加熱要素６１からピストンブシュ４２の下部部分領域と腎臓形部材７と上部ノズルヘッドのセクション６４とを介して材料１０，１１，１２内へ投入できるように配置されている。
第２の加熱ゾーン６６内には、溶融ゾーンＤの部分領域とプロセスゾーンＥとが配置され、この場合第２の加熱要素６３が下部ノズルヘッド６２内に次のように配置され、すなわち加熱エネルギーを第２の加熱要素６３から下部ノズルヘッド６２を介して材料の液相１２内へ投入できるように配置されている。
【0083】
グラフから読み取れるように、材料１０，１１，１２の温度ＴＳは、プリントヘッド１００の作業範囲１２０の距離ｓに関して連続的に上昇している。低温ゾーンＡでは、フランジ５の冷却装置５０の作用が支配的であり、これによって顆粒１０は距離ｓにわたってゆっくりとしか加熱されない。塑性化ゾーンＢから、第１の加熱要素６１による第１の加熱ゾーン６５の影響が大きくなり始め、この場合温度曲線はガラス移行温度Ｔｇに到達するまで強く上昇し、そこから混合ゾーンＣが始まる。温度ＴＳは、混合ゾーンＣでは、溶融ゾーンＤに到達するまでより小さな勾配でさらに上昇する。そこで、第２の加熱要素６３による第２の加熱ゾーン６６としての影響ゾーンが始まり、この場合第２の加熱要素は、プロセスゾーンＥで溶融物１２のプロセス温度が達成されて、印刷可能な溶融物１２が生じるまで、溶融物１２の温度ＴＳを強く上昇させることができる。
【0084】
温度ＴＳは次のように調整されていなければならず、すなわち顆粒１０が充填の際に中空空間４０内へ接着せずに流れ込むように、しかしセクション４４での材料１０，１１の剪断を可能な限り力消費を少なくして可能であるように予熱されるようにも調整されていなければならない。その際、プリントヘッド１００の温度管理は次のように調整されており、すなわちフランジ５内の冷却装置５０がピストンブシュ４内へ、これによって材料１０，１１内へほぼ４０℃の冷却温度調整をもたらし、第１の加熱ゾーン６５の第１の加熱要素６１が材料１０，１１，１２のガラス移行温度Ｔｇまたは溶融物温度以下のほぼ３０℃の加熱温度調整をもたらすように調整されている。
この効果は、ピストン冷却部３３によって支援される。ピストン底部３５での材料１１，１２の冷却により、局部的に材料１１，１２の粘度が減り、これによってピストン３の引き戻しの際に材料は糸を引くことなくピストンから解離する。その際、ピストン３が供給機構２に対し開口横断面部２１を開放すると、新たな材料１０のための空間が提供される。
この効果は、ピストン冷却部３３によって支援される。ピストン底部３５での材料１１，１２の冷却により、局部的に材料１１，１２の粘度が減り、これによってピストン３の引き戻しの際に材料は糸を引くことなくピストンから解離する。その際、ピストン３が供給機構２に対し開口横断面部２１を開放すると、新たな材料１０のための空間が提供される。
【0085】
ピストン底部３５に設けた温度センサ３６は、材料１０，１１に対するピストン３の接触個所で温度ＴＫを測定し、これによってプリントヘッド１００の冷却能力および加熱能力を算出でき、その結果材料１０のガラス移行温度Ｔｇを越えない。ピストン底部３５に温度センサ３６または温度検出器が配置されているため、ピストン位置に依存した加熱要素６１，６３の制御が可能であり、これによって温度ＴＳの調整が可能である。これにより、材料１１，１２のより高速な昇温が達成される。したがって、プリントヘッド１００の温度管理は、６０℃ないし８０℃以下の低い溶融温度によるプラスチックの処理も可能にする。
【0086】
プロセスゾーンＥで材料の液相１２を形成するために圧縮プロセスを行っている間、ノズル８は閉じられている。ノズル８は、たとえば、図示していない閉鎖弁によって閉じることができ、または、プリンタの造形室内でプレートに対しプリントヘッド１００を位置決めすることによって閉じることができる。さらに、部品９のすでに印刷した領域を接近させ、これによってノズル８を閉じることもできる。圧縮プロセスの間、ピストンニードル３２は溶融物空間８１内へ沈んでおり、この中へさらに進入し、これによって液相１２の複数の部分が溶融ゾーンＤから混合ゾーンＣ内へ戻し排除され、これによって混合ゾーンＣにおいて液相１２が塑性化ゾーンＢから来た塑性相１１と混合される。
【0087】
その際、溶融ゾーンＤから来る液相１２は溶融物空間８１の上部領域から腎臓形部材７の開口部７１を通ってピストンブシュ４の中空空間４０内へ、よって混合ゾーンＣ内へ戻し排除される。
【0088】
図４は、ピストン３を走行させるためにアクチュエータ装置１１０をアクティブに制御するための制御・調整ユニット１１３と、センサ３６，８２，８３，１１１，１１２の測定値を評価し、その結果を制御・調整ユニット１１３に転送してアクチュエータ装置１１０をアクティブに制御し且つ加熱要素６１，６３をアクティブに制御するために形成されている評価ユニット１１４とを備える本発明によるプリントヘッド１００の概略図である。
制御・調整ユニット１１３は、充填および印刷するために実施すべき作動戦略に対応してピストン３を走行させるためのアクチュエータ装置１１０をアクティブに制御するために設けられているとともに、第１の加熱要素６１と第２の加熱要素６３との温度をアクティブに制御するために設けられている。
アクチュエータ装置１１０をアクティブに制御するために決定的なのは、評価ユニット１１４によって受信されるセンサ信号、および、それぞれの値から算出される結果である。
液相１２の圧力ｐＬのための圧力センサ８３と、温度ＴＬのための温度センサ８２とは、溶融物空間８１内に配置されている。ピストン３の位置ｓのための距離測定システム１１１と、ピストン３から材料１０，１１に作用する力Ｆまたはピストン３に作用する液圧ｐＨのためのセンサ１１２とは、アクチュエータ装置１１０またはピストン３に配置されている。
さらに、ピストン３には、材料の塑性相１１の温度ＴＫのための温度センサ３６が配置されている。
制御・調整ユニット１１３は、充填および印刷するために実施すべき作動戦略に対応してピストン３を走行させるためのアクチュエータ装置１１０をアクティブに制御するために設けられているとともに、第１の加熱要素６１と第２の加熱要素６３との温度をアクティブに制御するために設けられている。
アクチュエータ装置１１０をアクティブに制御するために決定的なのは、評価ユニット１１４によって受信されるセンサ信号、および、それぞれの値から算出される結果である。
液相１２の圧力ｐＬのための圧力センサ８３と、温度ＴＬのための温度センサ８２とは、溶融物空間８１内に配置されている。ピストン３の位置ｓのための距離測定システム１１１と、ピストン３から材料１０，１１に作用する力Ｆまたはピストン３に作用する液圧ｐＨのためのセンサ１１２とは、アクチュエータ装置１１０またはピストン３に配置されている。
さらに、ピストン３には、材料の塑性相１１の温度ＴＫのための温度センサ３６が配置されている。
【0089】
破線の矢印で図示した、センサ１１１，１１２，３６，８２，８３の信号ｓ，Ｆ，ｐＨ，ＴＫ，ＴＬ，ｐＬは、評価ユニット１１４へ送られ、次にこの中でまたはクラウドで評価され、その結果が作動戦略に対応して制御量ｉとして制御・調整ユニット１１３へ送られ、アクチュエータ装置１１０と加熱要素６１，６３とが対応的に制御される。
【0090】
図５は、本発明によるプリントヘッド１００を作動させるための印刷可能な溶融物１２を提供するための本発明による方法２００のフローチャートであり、この場合方法２００は次のステップを含んでいる。
－供給機構２によって印刷可能な材料１０で中空空間４０を充填するステップ２１０、
－ピストン３をスタート位置３ａから出発してプリントヘッド１００のノズル８の方向に送ることによってピストンブシュ４の開口横断面部２１を閉じるステップ２２０、
－材料を固相１０から塑性相１１を経て液相１２へ転移させるステップ２３０、
－材料１０，１１，１２を圧縮するステップ２４０、
－液相１２の弾性定数を検出するステップ２５０、
－液相１２の印刷準備を行うステップ２６０。
－供給機構２によって印刷可能な材料１０で中空空間４０を充填するステップ２１０、
－ピストン３をスタート位置３ａから出発してプリントヘッド１００のノズル８の方向に送ることによってピストンブシュ４の開口横断面部２１を閉じるステップ２２０、
－材料を固相１０から塑性相１１を経て液相１２へ転移させるステップ２３０、
－材料１０，１１，１２を圧縮するステップ２４０、
－液相１２の弾性定数を検出するステップ２５０、
－液相１２の印刷準備を行うステップ２６０。
【0091】
方法２００の少なくとも閉じるステップ２２０と、転移させるステップ２３０と、圧縮するステップ２４０と、弾性定数を検出するステップ２５０と、印刷準備を行うステップ２６０とは、制御・調整ユニット１１３によるアクチュエータ装置１１０のアクティブな制御によって実施され、この場合センサ３６，８２，８３，１１１，１１２の測定値に基づく評価ユニット１１４の結果は、制御・調整ユニット１１３へ転送される。
次に、これらの方法ステップをさらに詳細に説明する。
次に、これらの方法ステップをさらに詳細に説明する。
【0092】
図６は、本発明によるプリントヘッド１００の１つのセクションと２つのグラフ６ａ，６ｂを示すもので、２つのグラフは、印刷可能な溶融物１２を提供している間の、または、印刷可能な溶融物を提供するための方法２００の種々の方法ステップを実施している間の、圧力経過または圧力、力の経過を表している。図７は、図６に示す種々の方法ステップまたは状態でのピストン３の異なる位置を、ピストン底部３５のスタート位置３ａから始まって最終位置３ｚまで示している。方法ステップを実施している間、フランジ５内の冷却装置５０，３３とピストン３および加熱要素６１，６３は作動しており、溶融物空間８１と腎臓形部材７とは溶融物１２で充填され、中空空間４０の下部部分領域にはまだ顆粒が塑性相１１の状態で存在している。
【0093】
図示したプリントヘッド１００の複数のセクションは、図１、図３、図４に図示した本発明によるプリントヘッド１００のそれに対応しており、その結果以前の図の参照符号を、図６および図７を説明するために援用し、この場合新たな構成要件および関連事項、たとえばピストン３のその都度の位置は、図６および図７においてピストン底部３５に関連して特徴づけられている。
【0094】
図６は、第１のグラフ６ａで２つの曲線形状を示し、これらの曲線形状はピストン３が進んだ距離ｓに関してプロットされている。距離ｓは、アクチュエータ装置１１０またはピストン３に設けた距離測定システム１１１または距離センサ１１１によって測定される。
上の曲線は、閉じるステップ２２０または圧縮するステップ２４０の際のアクチュエータ装置１１０によるピストン３の送りの間にピストン３から材料１０，１１に作用する力Ｆに対する、または、ピストン３に作用する液圧ｐＨに対する力の経過または圧力の経過を示しており、この場合力センサまたは圧力センサ１１２はアクチュエータ装置１１０またはピストン３に配置されている。
グラフ６ａの下の曲線は、圧縮するステップ２４０の間における溶融物空間８１内の溶融物圧力ｐＬの圧力経過とピストン３の距離ｓとの関係を表している。液相１２または溶融物１２の圧力ｐＬのための圧力センサ８３は、溶融物空間８１内に配置されている。
上の曲線は、閉じるステップ２２０または圧縮するステップ２４０の際のアクチュエータ装置１１０によるピストン３の送りの間にピストン３から材料１０，１１に作用する力Ｆに対する、または、ピストン３に作用する液圧ｐＨに対する力の経過または圧力の経過を示しており、この場合力センサまたは圧力センサ１１２はアクチュエータ装置１１０またはピストン３に配置されている。
グラフ６ａの下の曲線は、圧縮するステップ２４０の間における溶融物空間８１内の溶融物圧力ｐＬの圧力経過とピストン３の距離ｓとの関係を表している。液相１２または溶融物１２の圧力ｐＬのための圧力センサ８３は、溶融物空間８１内に配置されている。
【0095】
第２のグラフ６ｂには、第１のグラフ６ａの下の曲線の一部分が図示されており、その際ここでも圧縮するステップ２４０の間における溶融物空間８１内の溶融物圧力ｐＬの圧力経過とピストン３の距離ｓとの関係が図示されている（ｐｃからｐｄへの曲線形状）。
【0096】
図７ａは、プリントヘッド１００の充填プロセス２１０の間におけるピストン３のスタート位置３ａを示しており、この場合ピストン底部３５はピストンブシュ４の開口部２１の上面に位置決めされている。印刷準備を行うステップ２６０の間における充填するステップ２１０からノズルを開くステップ８２０までのプロセスの経過全体は、再充填プロセスとも呼ばれる。というのは、このプロセスは部品９を印刷する間に任意に繰り返される反復過程だからである。再充填プロセスは、３Ｄプリンタのためのプリントヘッド１００を作動させるために印刷可能な溶融物１２を提供するための方法である。図７ａに示されているピストン３の位置は、図１のピストン３の位置に相当している。ピストンブシュ４の開口部２１または開口横断面部２１は開いており、顆粒１０は供給機構２を介してピストンブシュ４の中空空間４０内へもたらすことができる。次に、ピストン３をアクチュエータ装置１１０によって図７ｂに示した位置３ｂへ制御する。その際、ピストン底部３５はピストンブシュ４の切欠き４４のそばを滑動し、開口部２１から中空空間４０内へ突き出している顆粒１０がピストン底部３５と切欠き４４との間で剪断される。それ故、この位置を剪断位置３ｂと呼ぶ。剪断するステップ４２０の後、開口横断面部２１は閉じられている２２０。
力の経過、圧力の経過Ｆ，ｐＨは、スタート位置３ａから剪断位置３ｂまで上昇し、この場合アクチュエータ装置１１０が顆粒１０を剪断するための力をもたらさねばならないので、切欠き４４または剪断位置３ｂでのアクチュエータ装置１１０の力の消費量は最大である。力の消費量は、ピストン底部３５の特性および顆粒１０の予加熱と関連して切欠きの幾何学的形状を最適化するなどして適当な処置により低減させることができる。これに対し、溶融物１２の圧力の経過ｐＬは変化がわずかであり、または、ほとんど上昇しない。これは、ノズル８がまだ開いており、溶融物空間８１内に増圧が生じないからである。
力の経過、圧力の経過Ｆ，ｐＨは、スタート位置３ａから剪断位置３ｂまで上昇し、この場合アクチュエータ装置１１０が顆粒１０を剪断するための力をもたらさねばならないので、切欠き４４または剪断位置３ｂでのアクチュエータ装置１１０の力の消費量は最大である。力の消費量は、ピストン底部３５の特性および顆粒１０の予加熱と関連して切欠きの幾何学的形状を最適化するなどして適当な処置により低減させることができる。これに対し、溶融物１２の圧力の経過ｐＬは変化がわずかであり、または、ほとんど上昇しない。これは、ノズル８がまだ開いており、溶融物空間８１内に増圧が生じないからである。
【0097】
次に、圧縮プロセス２４０が始まり、ピストン３はアクチュエータ装置１１０によって力または圧力を制御されて位置３ｃまで走行する。ピストン３が変位する際に、材料または顆粒１０，１１に作用する力Ｆまたはピストン３に作用する液圧ｐＨおよび溶融物１２内の圧力ｐＬを測定する。ピストン３が変位することにより、材料１０，１１，１２が予圧縮される。
【0098】
位置３ｃは力または圧力の上昇によって定義され、すなわち位置３ｃは制御され、この場合ダイレクトポイントが制御されるのではなく、グラフ６ａに図示した曲線のスロープが制御される。スロープは、小さな勾配または勾配のないそれぞれの直線（位置３ａから位置３ｃまでの範囲）から、予め定義された勾配または予め定義された勾配角に到達するおよび／またはこれを越える曲線の上昇（位置３ｃで）までの交替点ｐＬｃ，Ｆｃ，ｐＨｃに生じる。位置３ｃは、塑性化ゾーンＢの最初の３分の１の位置にある。顆粒１０，１１は塑性化ゾーンＢにおいてピストン３の送りによって圧縮され、この場合同時に溶融ゾーンＤにおいては中空空間４０とノズル８との間に溶融物１２がある。これにより、塑性化された顆粒１１は混合ゾーンＣ内で溶融物１２内へ圧入される。
ピストン３を下げ、対応的にピストンニードル３２をノズル８の方向に下げることにより、すでに溶融物１２がノズル８から出て、これによって、空気または閉じ込められた空気があればこれをノズルヘッド６から排出させることができる。これによってノズル８は自由になる。
ピストン３を下げ、対応的にピストンニードル３２をノズル８の方向に下げることにより、すでに溶融物１２がノズル８から出て、これによって、空気または閉じ込められた空気があればこれをノズルヘッド６から排出させることができる。これによってノズル８は自由になる。
【0099】
位置３ｃには、方法および材料に起因して公差が付与され、これによって、プリントヘッド１００の種々の再充填過程を順次実施する場合、ピストン３の位置３ｃがわずかに異なっていることがある。それ故、位置３ｃは固定点ではない。もし位置３ｃが所定の公差範囲内にあれば、充填するステップ２１０が成功したことが保証されており、すなわち顆粒１０が十分に中空空間４０内に充填されて、溶融物空間８１がすでに溶融物１２で充填されていることが保証されている。スロープがたとえば位置３ｃよりもはるか手前で始まれば、ピストン底部３５からノズル８までの領域には過量の高粘性または硬い材料１０，１１があり、場合によっては混合ゾーンＣで混合プロセスが成功しなかったことになる。スロープがたとえば位置３ｃのはるか後方で初めて始まれば、場合によっては材料１０の再充填が少なすぎたことになる。
【0100】
位置３ｃに到達後、予圧縮するステップ６１０が完了し、プリントヘッド１００のノズル８を閉じる６２０。
【0101】
圧縮するステップ６３０を行うため、事前に定義したピーク圧力ｐｄに到達してピストン底部３５が図７ｃに示した位置３ｄへ移動するまで、ピストン３を位置３ｃから圧力制御して変位させる。ピーク圧力ｐｄは、材料１０によっては且つ必要に応じてはほぼ１００バールと３００バールの間にあってよい。
【0102】
次に、いわゆるピーク圧力位置３ｄを、材料に依存する予め定義した時間の間保持する。その際、ピストン底部３５は第１の加熱ゾーン６５の中へ突出し、ピストンニードル３２は溶融物空間８１の中へ突出しており、保持している間、溶融物１２の一部はノズルヘッド６の溶融物空間８１から腎臓形部材７の開口部７１を通って混合ゾーンＣの中へ、よってそこにある可塑性の顆粒１０の中へ流れ戻る。これによって残留空気が排除されて、溶融物１２は混合ゾーンＣ内で均質化される。これによって、より優れたエネルギー流れが達成され、より均質な材料１１，１２が生成される。流れ戻る溶融物１２は塑性状態になり、腎臓形部材７内へ押し込まれる顆粒成分１１は溶融物状になる。これによって材料１１，１２の混合が生じる。
ここで説明している保持過程６４０は、プリントヘッド１００の分析およびシステムチェックにも用いられる。というのは、圧力ｐＬの圧力測定の際に次の作用が生じうるからである。溶融物１２内での圧力ｐＬの圧力上昇は、たとえば温度ＴＬが高すぎるために溶融物１２がガスを出していることを意味していると考えられる。溶融物温度ＴＬが高すぎるのは、エアプラズマが発生することがあって、これが化学的分解を引き起こすと考えられるので、望ましいものではない。
溶融物圧力ｐＬの強い圧力降下は、たとえば、プリントヘッド１００のシステムが非密封状態にあるか、或いは、まだ過量の空気がシステム内にあったことを意味していると考えられる。このような作用は、たとえばプリントヘッド１００の温度管理が最適に調整されていなかったために、過量の冷たい材料１０，１１が中空空間４０内にあった場合に生じると考えられる。
ここで説明している保持過程６４０は、プリントヘッド１００の分析およびシステムチェックにも用いられる。というのは、圧力ｐＬの圧力測定の際に次の作用が生じうるからである。溶融物１２内での圧力ｐＬの圧力上昇は、たとえば温度ＴＬが高すぎるために溶融物１２がガスを出していることを意味していると考えられる。溶融物温度ＴＬが高すぎるのは、エアプラズマが発生することがあって、これが化学的分解を引き起こすと考えられるので、望ましいものではない。
溶融物圧力ｐＬの強い圧力降下は、たとえば、プリントヘッド１００のシステムが非密封状態にあるか、或いは、まだ過量の空気がシステム内にあったことを意味していると考えられる。このような作用は、たとえばプリントヘッド１００の温度管理が最適に調整されていなかったために、過量の冷たい材料１０，１１が中空空間４０内にあった場合に生じると考えられる。
【0103】
前記予め定義した時間の満了後、ほぼ０バールの目標圧力ｐｅが達成されるまで、ピストン３をピーク圧力位置３ｄからアクチュエータ装置１１０によって圧力を制御しながら戻す７１０。システムはレリーズ状態になる。これによって、溶融物１２が圧縮解除されて脱気状態になることが達成され、これによって特にプロセスゾーンＥで純粋な溶融物１２が発生し、純粋な溶融物はこの時点で品質的に高価値であり、印刷可能である。目標圧力ｐｅに達すると、図７ｄに図示した目標圧力位置３ｅが達成され、この場合ピストン底部３５は第１の加熱ゾーン６５の外側にしてピストンブシュ４のストッパー４３の領域に位置決めされている。
この時点で測定される、ピーク圧力位置３ｄの圧力ｐｄと目標圧力位置３ｅの圧力ｐｅとの圧力差、および、両点３ｄ，３ｅの間で進んだ距離ｓは、材料の液相１２または溶融物１２の弾性定数７４０を明らかにする。
この時点で測定される、ピーク圧力位置３ｄの圧力ｐｄと目標圧力位置３ｅの圧力ｐｅとの圧力差、および、両点３ｄ，３ｅの間で進んだ距離ｓは、材料の液相１２または溶融物１２の弾性定数７４０を明らかにする。
【0104】
弾性定数は、溶融物１２の圧縮率から得られるもので、アクチュエータ装置１１０によるピストン３の正確な制御のために必要な補正係数または形状係数を導き出す。溶融物１２の圧縮率に基づけば、たとえばピストン３が進んだ幾何学的なピストン距離ｓの１．２体積単位は、溶融物１２の放出体積の１．０体積単位に相当する。圧縮率がなければ、比率１：１が考えられる。
【0105】
これによって、アクチュエータ装置１１０がピストン３を調整しながら制御できることが達成され、この場合弾性定数は、とりわけ、溶融物１２の実際の放出量が印刷時に移動するプリントヘッド１００の軌道速度ｖＢに依存した溶融物１２の正確な算出体積流を達成することを可能にする。すなわち、プリントヘッド１００の軌道速度ｖＢがどのような値であっても、各印刷位置にはそれぞれに必要な量の溶融物１２が部品９に放出される。
【0106】
次に、ピストン３を引き戻すことによりアクティブな減圧を行うステップ８１０を介して、溶融物１２を放出するプロセス２７０または印刷プロセス２７０を準備する２６０。
その際、ピストン３を検出した弾性定数に依存してほぼ１ないし２ミリメートルだけ引き戻し、これによって、その後ノズル８またはノズル開口部を開いたとき８２０にこれから溶融物１２が流出しないことが達成される。これは、位置３ｅを引き続き保持した場合、既存のシステムが開放系であるため、重力の影響による事例であると考えられる。同時に、溶融物１２はばねのように除荷される。
その際、ピストン３を検出した弾性定数に依存してほぼ１ないし２ミリメートルだけ引き戻し、これによって、その後ノズル８またはノズル開口部を開いたとき８２０にこれから溶融物１２が流出しないことが達成される。これは、位置３ｅを引き続き保持した場合、既存のシステムが開放系であるため、重力の影響による事例であると考えられる。同時に、溶融物１２はばねのように除荷される。
【0107】
次に、圧縮による印刷プロセスの更なる印刷準備が始まる。
プリントヘッド１００のシステム全体は、溶融物１２がたとえばほぼ２０％の圧縮を有することができるので、すでに述べたように圧縮性のシステムである。それ故、ピストン３の送りによって排除される体積は放出される材料１２の体積に対応しておらず、これによって、不正確で不規則な放出が生じることがある。印刷プロセスの送りのために可能な溶融物１２の体積は、目標位置３ｅと図７ｅに示した最終位置３ｚまでの距離とによって定義される。
上述した作用に基づいて、印刷開始の間、溶融物１２を圧縮する。印刷開始時の溶融物空間８１内での溶融物１２の圧縮は、一部は溶融物１２を「押し出す」際のノズル８のノズル開口部における摩擦を介して発生させ、一部は部品９または基板担持体（その上で部品９を組み立てる）に対して印刷を行う際の抵抗を介して発生させる。
溶融物１２の均一な放出は、プリントヘッド１００のインテリジェントな制御によって達成され、この場合補正係数だけ適合されたピストン３の非同期運動は、アクチュエータ装置１１０で電子伝動装置を使用することによって行う。特に検出した溶融物１２の弾性定数７４０から得られる補正係数は、いわば、システムにマージされる。それ故、本発明によるプリントヘッド１００には、通常のＮＣシステムのような同期運動に対する制限がない。
プリントヘッド１００のシステム全体は、溶融物１２がたとえばほぼ２０％の圧縮を有することができるので、すでに述べたように圧縮性のシステムである。それ故、ピストン３の送りによって排除される体積は放出される材料１２の体積に対応しておらず、これによって、不正確で不規則な放出が生じることがある。印刷プロセスの送りのために可能な溶融物１２の体積は、目標位置３ｅと図７ｅに示した最終位置３ｚまでの距離とによって定義される。
上述した作用に基づいて、印刷開始の間、溶融物１２を圧縮する。印刷開始時の溶融物空間８１内での溶融物１２の圧縮は、一部は溶融物１２を「押し出す」際のノズル８のノズル開口部における摩擦を介して発生させ、一部は部品９または基板担持体（その上で部品９を組み立てる）に対して印刷を行う際の抵抗を介して発生させる。
溶融物１２の均一な放出は、プリントヘッド１００のインテリジェントな制御によって達成され、この場合補正係数だけ適合されたピストン３の非同期運動は、アクチュエータ装置１１０で電子伝動装置を使用することによって行う。特に検出した溶融物１２の弾性定数７４０から得られる補正係数は、いわば、システムにマージされる。それ故、本発明によるプリントヘッド１００には、通常のＮＣシステムのような同期運動に対する制限がない。
【0108】
その際、印刷プロセスは圧力を制御して実施され、この場合溶融物１２の圧力ｐＬがノズルヘッド６内の圧力センサ８３を介して持続的に測定される。測定した圧力ｐＬは、溶融物１２を部品９または基板担持体（まだ部品がない場合）へ放出することによって生じる圧力である。オブジェクトに印刷を行うというこの作用がなければ、ノズル８には摩擦圧の対圧以外に対圧はないと考えられ、これによって過量の材料／溶融物１２がノズル８から放出されると考えられる。
印刷プロセスをスタートさせるため、ピストン３のインテリジェントなコントロールおよび制御により溶融物１２をアクティブに混入する。その際、溶融物１２の圧縮率を補償するため、「より多く」ストロークを実施する。その際、原理的には過量の溶融物１２がノズル８から押し出されるが、しかしながら溶融物１２の混入に並行して圧力センサ８３を読み取り、これによって対応的に圧力に依存して対応制御することができる。
アクチュエータ装置１１０が電気で駆動されるものであれば、この事例に対しダイナミックで非常に効果的であることが実証されている。
印刷プロセスをスタートさせるため、ピストン３のインテリジェントなコントロールおよび制御により溶融物１２をアクティブに混入する。その際、溶融物１２の圧縮率を補償するため、「より多く」ストロークを実施する。その際、原理的には過量の溶融物１２がノズル８から押し出されるが、しかしながら溶融物１２の混入に並行して圧力センサ８３を読み取り、これによって対応的に圧力に依存して対応制御することができる。
アクチュエータ装置１１０が電気で駆動されるものであれば、この事例に対しダイナミックで非常に効果的であることが実証されている。
【0109】
印刷プロセス２７０の間、溶融物温度ＴＳを連続的に測定し、加熱ゾーン２においては、溶融物１２をノズルヘッド６内の加熱要素６３を介して、プロセスゾーンＥの領域で必要な処理温度の目標値へ調整する。
【0110】
印刷スタート時に、ピストン３をプリントヘッド１００の軌道速度に対応してアクチュエータ装置１１０により制御し、これによって溶融物１２をノズル８から放出させる。
印刷プロセスの間、プリントヘッド１００の制御・調整ユニット１１３を作動させて、アクチュエータ装置１１０の制御にアクティブに介入することで、たとえば必要な場合に材料１２の付加目標値または付加量を添加する。たとえば、付加目標値を添加し、これによって、連続制御によるよりも多くの材料１２をノズル８から放出または押し出すと、結果としてノズルヘッド６での圧力ｐＬも上昇する。その際、付加目標値は混入値であり、或いは、弾性定数７４０から求められる補正値に対応して望ましい体積の溶融物１２を放出するために走破しなければならない付加的ピストン距離である。これによって定常状態が達成され、これにより部品９に対し放出される溶融物１２の量が一定に維持される。
印刷プロセスの間、プリントヘッド１００の制御・調整ユニット１１３を作動させて、アクチュエータ装置１１０の制御にアクティブに介入することで、たとえば必要な場合に材料１２の付加目標値または付加量を添加する。たとえば、付加目標値を添加し、これによって、連続制御によるよりも多くの材料１２をノズル８から放出または押し出すと、結果としてノズルヘッド６での圧力ｐＬも上昇する。その際、付加目標値は混入値であり、或いは、弾性定数７４０から求められる補正値に対応して望ましい体積の溶融物１２を放出するために走破しなければならない付加的ピストン距離である。これによって定常状態が達成され、これにより部品９に対し放出される溶融物１２の量が一定に維持される。
【0111】
その際、ピストンニードル３２の使用は、ピストンニードルによって溶融物空間８１内での溶融物１２内部のダイレクトな容積押し除けが可能であるという有利な効果をもたらし、これによってより小さな弾性定数が達成される。小さな弾性定数も、プリントヘッド１００の高いダイナミックスを可能にさせる。この効果は、ピストンニードル３２によって溶融物１２へのよりダイレクトな圧力伝達が行われることから結果的に得られる。したがって、ピストン３を送る際には、ピストン底部３５だけでなく、ノズル８により近く位置決めされているピストンニードル３２も、ノズル８から溶融物１２を放出するための圧力インパルスを伝達する。
【0112】
印刷プロセスは、ピストン底部３５が位置３ｚに到達するまでの間実施可能であり、この場合位置３ｚは、ピストン底部３５がまさに機械的なストッパーに到達するのではなく、図７ｅに図示したように、腎臓形部材７に到達する直前に停止するように設定されている。その後、材料１２はもはや放出されず、上述した本発明による再充填プロセスが新たにスタートする。
【0113】
【0114】
図８は、供給機構２により印刷可能な材料１０で中空空間４０を充填する方法２１０のフローチャートであり、この場合方法２１０は少なくとも以下のステップを含んでいる。
－供給機構２の開口部２３を介して材料１０をプリントヘッド１００内へ充填するステップ３１０、
－材料１０を、特に顆粒塊１０を互いに解離させるためのエアインパルス２６を発生させるステップ３２０。
－供給機構２の開口部２３を介して材料１０をプリントヘッド１００内へ充填するステップ３１０、
－材料１０を、特に顆粒塊１０を互いに解離させるためのエアインパルス２６を発生させるステップ３２０。
【0115】
顆粒塊１０を充填するステップ３１０は手動または自動で実施し、この場合顆粒塊１０は重力の影響によって供給機構２の下部領域２４内へ滑り込む。
【0116】
エアインパルス２６を発生させるステップ３２０は間欠的に実施し、顆粒塊１０は、エアインパルス２６の領域で次のように投げ上げられ、すなわち顆粒塊が落下の際にその下にある顆粒塊１０に対しインパルスを作用させて、それをプリントヘッド１００の加熱された中空空間４０内へ順次滑り込ませるように投げ上げられる。
【0117】
図９は、ピストン３によってピストンブシュ４の開口横断面部２１を閉じる方法２２０のフローチャートであり、この場合方法２２０は以下のステップを含んでいる。
－ピストン３のピストン底部３５のスタート位置３ａから出発して、ノズル８の方向に、ピストンブシュ４の切欠き４４の下方の位置３ｂに到達するまでピストン３を送るステップ４１０、その際に、
－ピストン底部３５をして切欠き４４のそばを滑動させることによって顆粒１０を剪断するステップ４２０。
－ピストン３のピストン底部３５のスタート位置３ａから出発して、ノズル８の方向に、ピストンブシュ４の切欠き４４の下方の位置３ｂに到達するまでピストン３を送るステップ４１０、その際に、
－ピストン底部３５をして切欠き４４のそばを滑動させることによって顆粒１０を剪断するステップ４２０。
【0118】
図１０は、材料を固相１０から塑性相１１を経て液相１２へ転移させる方法２３０のフローチャートであり、この場合方法２３０は以下のステップを含んでいる。
－プリントヘッド１００の状態ゾーンＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅにわたってノズルヘッド６の加熱要素６１，６３により材料１０，１１，１２を加熱するステップ５１０であって、この場合状態ゾーンＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅは、材料１０の温度ＴＳに依存した当該材料の凝集状態を表し、加熱要素６１，６３の加熱エネルギーを投入することによって材料１０，１１，１２の凝集状態を状態ゾーンＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅにわたって固相１０から塑性相１１を経て液相１２へ変化させる前記加熱するステップ５１０、
－圧縮するステップ２４０の間に材料１１，１２を混合するステップ５２０。
－プリントヘッド１００の状態ゾーンＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅにわたってノズルヘッド６の加熱要素６１，６３により材料１０，１１，１２を加熱するステップ５１０であって、この場合状態ゾーンＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅは、材料１０の温度ＴＳに依存した当該材料の凝集状態を表し、加熱要素６１，６３の加熱エネルギーを投入することによって材料１０，１１，１２の凝集状態を状態ゾーンＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅにわたって固相１０から塑性相１１を経て液相１２へ変化させる前記加熱するステップ５１０、
－圧縮するステップ２４０の間に材料１１，１２を混合するステップ５２０。
【0119】
図１１は、材料１０，１１，１２を圧縮する方法２４０のフローチャートである。圧縮プロセス２４０は以下のステップを含んでいる。
－ピストン３の送りによって材料１０，１１，１２を予圧縮するステップ６１０、
－ノズル８を閉じるステップ６２０、
－ピストン３の送りによって材料１０，１１，１２を圧縮するステップ６３０、
－ビストン３を保持位置３ｄに保持するステップ６４０。
－ピストン３の送りによって材料１０，１１，１２を予圧縮するステップ６１０、
－ノズル８を閉じるステップ６２０、
－ピストン３の送りによって材料１０，１１，１２を圧縮するステップ６３０、
－ビストン３を保持位置３ｄに保持するステップ６４０。
【0120】
材料１０，１１，１２を予圧縮するステップ６１０は、ピストン３の送りによって圧力および／または力を制御しながら実施し、この場合位置３ｃまで予圧縮を行い、そして力曲線および／または圧力曲線の材料に依存した勾配および／または材料に依存した勾配角に達すると、および／または、これを越えると、位置３ｃは到達されている。
【0121】
材料１０，１１，１２を圧縮するステップ６３０は、ノズル８を閉じた状態でピストン３を送ることによって圧力を制御しながら実施し、その際ピーク圧力ｐｄに達するまで保持位置３ｄを目指し、または、保持位置をピーク圧力ｐｄによって定義する。
【0122】
圧縮するステップ６３０の間、ノズル８は閉じており、且つピストンニードル３２は次のようにノズルヘッド６の溶融物空間８１内に沈んでおり、すなわちこれによって液相１２の一部が溶融物空間８１の上部領域から腎臓形部材７の開口部７１を通って溶融ゾーンＤから混合ゾーンＣへ戻り排除されるように沈んでおり、これによって液相１２の前記一部は塑性化ゾーンＢから来る塑性相１１と混合ゾーンＣで混合する。
【0123】
ピストン３は保持位置３ｄで保持され、この場合保持過程６４０の間、液相１２の圧力ｐＬと温度ＴＬとを測定し、測定値を評価ユニット１１４によってチェックして圧縮プロセス２４０の機能管理を行う。
【0124】
ピストン３を保持位置３ｄで保持するステップ６４０の間、ノズル８は閉じており、且つピストンニードル３２は次のように溶融物空間８１の内に沈んでおり、すなわちこれによって液相１２の一部が溶融物空間８１の上部領域から腎臓形部材７の開口部７１を通って溶融ゾーンＤから混合ゾーンＣへ戻し排除されるように沈んでおり、これによって液相１２の前記一部は塑性化ゾーンＢから来る塑性相１１と混合ゾーンＣで混合する。
【0125】
図１２は、液相１２の弾性定数を検出する方法２５０のフローチャートであり、この場合方法２５０は以下のステップを含んでいる。
－保持するステップ６４０の終了後、保持位置３ｄから、溶融物圧力ｐＬが目標圧力ｐｅに達したときに達成される目標位置３ｅへ圧力制御しながら戻し走行させるステップ７１０、
－ピーク圧力ｐｄと目標圧力ｐｅとの間の圧力差を検出するステップ７２０、
－保持位置３ｄと目標位置３ｅとの間の距離を検出するステップ７３０、
－液相１２の弾性定数を算出するステップ７４０。
－保持するステップ６４０の終了後、保持位置３ｄから、溶融物圧力ｐＬが目標圧力ｐｅに達したときに達成される目標位置３ｅへ圧力制御しながら戻し走行させるステップ７１０、
－ピーク圧力ｐｄと目標圧力ｐｅとの間の圧力差を検出するステップ７２０、
－保持位置３ｄと目標位置３ｅとの間の距離を検出するステップ７３０、
－液相１２の弾性定数を算出するステップ７４０。
【0126】
図１３は、液相１２の印刷準備を行う方法２６０のフローチャートであり、この場合方法２６０は以下のステップを含んでいる。
－弾性定数に依存してピストン３を引き戻すことによって液相１２の減圧をアクティブに行うステップ８１０、
－ノズル８を開くステップ８２０。
－弾性定数に依存してピストン３を引き戻すことによって液相１２の減圧をアクティブに行うステップ８１０、
－ノズル８を開くステップ８２０。
【符号の説明】
【0127】
１ プリントヘッドのハウジング
２ 供給機構
３ ピストン
３ａ ピストンのスタート位置
３ｂ ピストンブシュの切欠きの下方の位置、剪断位置
３ｃ ピストンの位置
３ｄ ピストンの保持位置
３ｅ ピストンの目標位置
４ ピストンブシュ
６ ノズルヘッド
７ 腎臓形部材
８ ノズル
１０ 材料（顆粒、顆粒塊、固相）
１１ 材料（塑性相）
１２ 溶融物（液相）
２１ ピストンブシュの開口横断面部
２３ 供給機構の開口部
２４ 供給機構の下部領域
２６ エアインパルス
３２ ピストンニードル
３５ ピストン底部
３６ 温度センサ
８２ 温度センサ
８３ 圧力センサ
４０ 中空空間
４４ 切欠き
５０ 冷却装置
６１，６３ 加熱要素
７１ 腎臓形部材の開口部
８１ 溶融物空間
１００ プリントヘッド
１１０ アクチュエータ装置
１１１ 距離センサ
１１２ 圧力センサ
１１３ 制御・調整ユニット
１１４ 評価ユニット
２００ 印刷可能な溶融物を提供する方法
２１０ 中空空間を充填するステップ
２２０ ピストンブシュの開口横断面部を閉じるステップ
２３０ 材料を転移させるステップ
２４０ 材料を圧縮するステップ
２５０ 液相の弾性定数を検出するステップ
２６０ 液相の印刷準備を行うステップ
３１０ 材料をプリントヘッド内へ充填するステップ
３２０ エアインパルスを発生させるステップ
４１０ ピストンを送るステップ
４２０ 顆粒を剪断するステップ
５１０ 材料を加熱するステップ
５２０ 材料を混合するステップ
６１０ 材料を予圧縮するステップ
６２０ ノズルを閉じるステップ
６３０ 材料を圧縮するステップ
６４０ ピストンを保持位置で保持するステップ
７１０ ピストンを戻し走行させるステップ
７２０ ピーク圧力と目標圧力との間の圧力差を検出するステップ
７３０ 保持位置と目標位置との間の距離を検出するステップ
７４０ 液相の弾性定数を算出するステップ
８１０ 減圧するステップ
８２０ ノズルを開くステップ
Ａ 低温ゾーン
Ｂ 塑性化ゾーン
Ｃ 混合ゾーン
Ｄ 溶融ゾーン
ｐＬ 溶融物（液相）の圧力
ｐｄ ピーク圧力
ｐｅ 目標圧力
ＴＬ 液相の温度
２ 供給機構
３ ピストン
３ａ ピストンのスタート位置
３ｂ ピストンブシュの切欠きの下方の位置、剪断位置
３ｃ ピストンの位置
３ｄ ピストンの保持位置
３ｅ ピストンの目標位置
４ ピストンブシュ
６ ノズルヘッド
７ 腎臓形部材
８ ノズル
１０ 材料（顆粒、顆粒塊、固相）
１１ 材料（塑性相）
１２ 溶融物（液相）
２１ ピストンブシュの開口横断面部
２３ 供給機構の開口部
２４ 供給機構の下部領域
２６ エアインパルス
３２ ピストンニードル
３５ ピストン底部
３６ 温度センサ
８２ 温度センサ
８３ 圧力センサ
４０ 中空空間
４４ 切欠き
５０ 冷却装置
６１，６３ 加熱要素
７１ 腎臓形部材の開口部
８１ 溶融物空間
１００ プリントヘッド
１１０ アクチュエータ装置
１１１ 距離センサ
１１２ 圧力センサ
１１３ 制御・調整ユニット
１１４ 評価ユニット
２００ 印刷可能な溶融物を提供する方法
２１０ 中空空間を充填するステップ
２２０ ピストンブシュの開口横断面部を閉じるステップ
２３０ 材料を転移させるステップ
２４０ 材料を圧縮するステップ
２５０ 液相の弾性定数を検出するステップ
２６０ 液相の印刷準備を行うステップ
３１０ 材料をプリントヘッド内へ充填するステップ
３２０ エアインパルスを発生させるステップ
４１０ ピストンを送るステップ
４２０ 顆粒を剪断するステップ
５１０ 材料を加熱するステップ
５２０ 材料を混合するステップ
６１０ 材料を予圧縮するステップ
６２０ ノズルを閉じるステップ
６３０ 材料を圧縮するステップ
６４０ ピストンを保持位置で保持するステップ
７１０ ピストンを戻し走行させるステップ
７２０ ピーク圧力と目標圧力との間の圧力差を検出するステップ
７３０ 保持位置と目標位置との間の距離を検出するステップ
７４０ 液相の弾性定数を算出するステップ
８１０ 減圧するステップ
８２０ ノズルを開くステップ
Ａ 低温ゾーン
Ｂ 塑性化ゾーン
Ｃ 混合ゾーン
Ｄ 溶融ゾーン
ｐＬ 溶融物（液相）の圧力
ｐｄ ピーク圧力
ｐｅ 目標圧力
ＴＬ 液相の温度
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【手続補正書】
【提出日】2023-11-03
【手続補正1】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
３Ｄプリンタ用プリントヘッド（１００）を作動させるために印刷可能な溶融物（１２）を提供する方法（２００）において、前記方法（２００）が以下のステップを含み、すなわち
－供給機構（２）により中空空間（４０）を印刷可能な材料（１０）で充填するステップ（２１０）と、
－ピストン（３）をスタート位置（３ａ）から前記プリントヘッド（１００）のノズル（８）の方向に送ることによってピストンブシュ（４）の開口横断面部（２１）を閉じるステップ（２２０）と、
－前記材料を固相（１０）から塑性相（１１）を経て液相（１２）へ転移させるステップ（２３０）と、
－前記材料（１０，１１，１２）を圧縮するステップ（２４０）と、
－前記液相（１２）の弾性定数を検出するステップ（２５０）と、
－前記液相（１２）の印刷準備を行うステップ（２６０）と、
を含んでいることを特徴とする方法（２００）。
【請求項2】
少なくとも前記閉じるステップ（２２０）と、前記転移させるステップ（２３０）と、前記圧縮するステップ（２４０）と、前記弾性定数を検出するステップ（２５０）と、前記印刷準備を行うステップ（２６０）とを、制御・調整ユニット（１１３）によるアクチュエータ装置（１１０）のアクティブな制御によって実施し、この場合センサ（３６，８２，８３，１１１，１１２）の測定値に基づく評価ユニット（１１４）の結果を前記制御・調整ユニット（１１３）へ転送することを特徴とする、請求項１に記載の方法（２００）。
【請求項3】
前記供給機構（２）により前記中空空間（４０）を印刷可能な材料（１０）で充填する前記充填するステップ（２１０）が、少なくとも以下のステップを含み、すなわち－前記材料（１０）を前記供給機構（２）の開口部（２３）を介して前記プリントヘッド（１００）内へ充填するステップ（３１０）と、
－前記材料（１０）を、特に複数の顆粒塊（１０）を互いに解離するためにエアインパルス（２６）を発生させるステップ（３２０）と、
を含んでいることを特徴とする、請求項１または２に記載の方法（２００）。
【請求項4】
前記顆粒塊（１０）を充填する前記充填するステップ（３１０）を手動または自動で実施し、この場合前記顆粒塊（１０）を重力の影響によって前記供給機構（２）の下部領域（２４）内へ滑り込ませることを特徴とする、請求項３に記載の方法（２００）。
【請求項5】
前記エアインパルス（２６）を発生させるステップ（３２０）を間欠的に実施し、前記顆粒塊（１０）を前記エアインパルス（２６）の領域で次のように投げ上げ、すなわち前記顆粒塊が落下する際にその下にある顆粒塊（１０）に対しインパルスを作用させて、それを前記プリントヘッド（１００）の加熱される前記中空空間（４０）内へ順次滑り込ませるように投げ上げることを特徴とする、請求項４に記載の方法（２００）。
【請求項6】
前記ピストン（３）により前記ピストンブシュ（４）の前記開口横断面部（２１）を閉じるステップ（２２０）が以下のステップを含み、すなわち－前記ピストン（３）を、前記ピストン（３）のピストン底部（３５）のスタート位置（３ａ）から前記ノズル（８）の方向に前記ピストンブシュ（４）の切欠き（４４）の下方の位置（３ｂ）に到達するまで送るステップ（４１０）と、この場合に、
－前記ピストン底部（３５）をして前記切欠き（４４）のそばを滑動させることによって前記顆粒（１０）を剪断するステップ（４２０）と、
を含んでいることを特徴とする、請求項１または２に記載の方法（２００）。
【請求項7】
前記材料を固相（１０）から塑性相（１１）を経て液相（１２）へ転移させるステップ（２３０）が以下のステップを含み、すなわち－前記プリントヘッド（１００）の状態ゾーン（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ）にわたってノズルヘッド（６）の加熱要素（６１，６３）によって前記材料（１０，１１，１２）を加熱するステップ（５１０）であって、この場合前記状態ゾーン（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ）は前記材料（１０）の温度（ＴＳ）に依存する前記材料の凝集状態を表し、前記材料（１０，１１，１２）の前記凝集状態を、前記加熱要素（６１，６３）の加熱エネルギーを投入することにより前記状態ゾーン（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ）にわたって固相（１０）から塑性相（１１）を経て液相（１２）へ変化させる前記加熱するステップ（５１０）と、
－前記圧縮するステップ（２４０）の間に前記材料（１１，１２）を混合するステップ（５２０）と、
を含んでいることを特徴とする、請求項１または２に記載の方法（２００）。
【請求項8】
前記材料（１０，１１，１２）を圧縮するステップ（２４０）が、特に前記圧縮プロセス（２４０）が、以下のステップを含み、すなわち－前記ピストン（３）を送ることによって前記材料（１０，１１，１２）を予圧縮するステップ（６１０）と、
－前記ノズル（８）を閉じるステップ（６２０）と、
－前記ピストン（３）を送ることによって前記材料（１０，１１，１２）を圧縮するステップ（６３０）と、
－前記ピストン（３）を保持位置（３ｄ）に保持するステップ（６４０）と、
を含んでいる請求項１または２または７に記載の方法（２００）。
【請求項9】
前記材料（１０，１１，１２）を予圧縮するステップ（６１０）を、前記ピストン（３）の送りによって圧力および／または力を制御しながら実施し、この場合力曲線および／または圧力曲線の材料に依存した勾配および／または材料に依存した勾配角に到達するときに、および／または、これを越えるときに到達している位置（３ｃ）まで予圧縮を行うことを特徴とする、請求項８に記載の方法（２００）。
【請求項10】
前記材料（１０，１１，１２）を圧縮するステップ（６３０）を、前記ノズル（８）を閉じた状態で前記ピストン（３）を送ることによって圧力を制御しながら実施し、その際ピーク圧力（ｐｄ）に達するまで保持位置（３ｄ）を目指すことを特徴とする、請求項８に記載の方法（２００）。
【請求項11】
前記圧縮するステップ（６３０）の間、前記ノズル（８）が閉じており、且つピストンニードル（３２）が次のようにノズルヘッド（６）の溶融物空間（８１）内に沈んでおり、すなわちこれによって前記液相（１２）の一部が前記溶融物空間（８１）の上部領域から腎臓形部材（７）の開口部（７１）を通って溶融ゾーン（Ｄ）から混合ゾーン（Ｃ）へ戻り排除されるように前記ノズルヘッド（６）の溶融物空間（８１）内に沈んでおり、これによって前記液相（１２）の前記一部が塑性化ゾーン（Ｂ）から来る前記塑性相（１１）と前記混合ゾーン（Ｃ）で混合することを特徴とする、請求項８または１０に記載の方法（２００）。
【請求項12】
前記ピストン（３）を前記保持位置（３ｄ）で保持し、その際前記保持過程（６４０）の間に、前記液相（１２）の圧力（ｐＬ）と温度（ＴＬ）とを測定し、その測定値を評価ユニット（１１４）によってチェックして、前記圧縮プロセス（２４０）の機能管理を行うことを特徴とする、請求項８または１０に記載の方法（２００）。
【請求項13】
前記ピストン（３）を前記保持位置（３ｄ）で保持するステップ（６４０）の間、前記ノズル（８）が閉じており、且つピストンニードル（３２）が次のように溶融物空間（８１）内に沈んでおり、すなわちこれによって前記液相（１２）の一部が前記溶融物空間（８１）の上部領域から腎臓形部材（７）の開口部（７１）を通って溶融ゾーン（Ｄ）から混合ゾーン（Ｃ）へ戻し排除されるように前記溶融物空間（８１）内に沈んでおり、これによって前記液相（１２）の前記一部が塑性化ゾーン（Ｂ）から来る前記塑性相（１１）と前記混合ゾーン（Ｃ）で混合することを特徴とする、請求項８または１２に記載の方法（２００）。
【請求項14】
前記液相（１２）の弾性定数を検出するステップ（２５０）が以下のステップを含み、すなわち－前記保持するステップ（６４０）の終了後、保持位置（３ｄ）から、溶融物圧力（ｐＬ）が目標圧力（ｐｅ）に達したときに達成される目標位置（３ｅ）へ圧力制御しながら戻し走行させるステップ（７１０）と、
－ピーク圧力（ｐｄ）と前記目標圧力（ｐｅ）との間の圧力差を検出するステップ（７２０）と、
－前記保持位置（３ｄ）と前記目標位置（３ｅ）との間の距離を検出するステップ（７３０）と、
－前記液相（１２）の弾性定数を算出するステップ（７４０）と、
を含んでいることを特徴とする、請求項１または２に記載の方法（２００）。
【請求項15】
前記液相（１２）の印刷準備を行うステップ（２６０）が以下のステップを含み、すなわち－前記弾性定数に依存して前記ピストン（３）を引き戻すことによって前記液相（１２）の減圧をアクティブに行うステップ（８１０）と、
－前記ノズル（８）を開くステップ（８２０）と、
を含んでいることを特徴とする、請求項１または２に記載の方法（２００）。
【請求項16】
請求項１～１５のいずれか一項に記載の方法（２００）を実施するための３Ｄプリンタ用プリントヘッド（１００）であって、前記プリントヘッド（１００）のハウジング（１）内に配置されている、前記ピストン（３）を制御するためのアクチュエータ装置（１１０）と、印刷可能な前記材料（１０）のための前記供給機構（２）と、前記ハウジング（１）および前記供給機構（２）に配置され、冷却装置（５０）を備えているフランジ（５）と、前記材料（１０）を固相（１０）から塑性相（１１）を経て液相（１２）へ転移させるための加熱要素（６１，６３）を備えたノズルヘッド（６）と、前記材料（１０）の前記液相（１２）を前記ノズルヘッド（６）から放出するための前記ノズル（８）とを含んでいる前記３Ｄプリンタ用プリントヘッド（１００）において、
前記制御・調整ユニット（１１３）は、充填および印刷のために実施すべき作動戦略に対応して前記ピストン（３）を走行させるための前記アクチュエータ装置（１１０）のアクティブな制御のために、および、前記加熱要素（６１，６３）のアクティブな制御のために設けられていることを特徴とするプリントヘッド（１００）。
【請求項17】
評価ユニット（１１４）は、前記プリントヘッド（１００）のセンサ（３６，８２，８３，１１１，１１２）の測定値を評価して、その結果を、前記アクチュエータ装置（１１０）のアクティブな制御のために、および、前記加熱要素（６１，６３）のアクティブな制御のために、前記制御・調整ユニット（１１３）へ転送するように設けられていることを特徴とする、請求項１６に記載のプリントヘッド（１００）。
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0075】
ノズルヘッド６内の加熱要素６１，６３は、材料の液相１２がそのプロセス温度に達してノズル８から放出できるようになるまで、中空空間４０の内部、腎臓形部材７の内部、溶融物空間８１の内部にある材料１０，１１，１２を加熱する。溶融物空間８１は、上部ノズルヘッド６０のセクション６４からノズル８まで先細りになるように形成されている。溶融物空間８１の円錐状供給部は体積流の上昇を可能にするとともに、ノズルヘッド６の内壁での材料の沈積を阻止する。溶融物空間８１が筒状である場合に比べて、円錐状に延びている溶融物空間８１内には材料１２または体積が少ないことにより、混合プロセスがさらに最適化される。これにより、密封の際に溶融物１２の一部をして腎臓形部材７の開口部７１を通って溶融物空間８１から中空空間４０内へ戻し排除するためにピストンニードル３２が排除しなければならない体積は少なくなる。
【国際調査報告】