(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの印刷ヘッドユニット（１２）と、
少なくとも一運転状態で、前記少なくとも１つの印刷ヘッドユニット（１２）に印刷材料（１６）を供給するように設けられた少なくとも１つの供給装置（１４）と、
を備える３Ｄ印刷装置であって、
前記印刷ヘッドユニット（１２）は、少なくとも一運転状態で、少なくとも部分的に高性能プラスチックから形成される印刷材料（１６）を溶融させるように設けられており、かつ
前記３Ｄ印刷装置は、加熱可能な少なくとも１つの印刷ベースプレート（２２）を有するベースユニット（２０）を備え、前記印刷ベースプレート（２２）上で、印刷工程中、プリントが行われる、
３Ｄ印刷装置において、
前記印刷ベースプレート（２２）に相対して配置される少なくとも１つの面加熱ユニット（２６，２６’）が設けられており、前記面加熱ユニット（２６，２６’）は、前記印刷ベースプレート（２２）上に配置される印刷対象物（２８）を、前記印刷ベースプレート（２２）とは異なる方向から少なくとも部分的に加熱するように設けられており、前記少なくとも１つの印刷ベースプレート（２２）と、前記少なくとも１つの面加熱ユニット（２６，２６’）とは、互いに相対的に移動可能に構成されており、
局所加熱ユニット（３２）がさらに設けられており、前記局所加熱ユニット（３２）は、運転状態で、前記少なくとも１つの印刷ヘッドユニット（１２）により後続の層をプリントする前に、印刷対象物（２８）を部分的に加熱するように設けられている、
ことを特徴とする３Ｄ印刷装置。
【請求項２】
前記少なくとも１つの供給装置（１４）は、前記印刷材料（１６）をフィラメントの形態で前記少なくとも１つの印刷ヘッドユニット（１２）に供給するように設けられていることを特徴とする、請求項１記載の３Ｄ印刷装置。
【請求項３】
前記少なくとも１つの供給装置（１４）は、少なくとも１つの搬送要素（１８）を有し、前記搬送要素（１８）は、少なくとも一運転状態で前記印刷材料（１６）を所定の送り速度で移動させるように設けられていることを特徴とする、請求項２記載の３Ｄ印刷装置。
【請求項４】
前記ベースユニット（２０）は、少なくとも１つの冷却装置（２４）を有し、前記冷却装置（２４）は、前記少なくとも１つの印刷ベースプレート（２２）を能動的に冷却するように設けられていることを特徴とする、請求項１から３までのいずれか１項または複数項記載の３Ｄ印刷装置。
【請求項５】
前記少なくとも１つの面加熱ユニット（２６，２６’）は、複数の加熱素子（３０）を有し、前記複数の加熱素子（３０）は、互いに別々に制御可能に形成されていることを特徴とする、請求項１から４までのいずれか１項または複数項記載の３Ｄ印刷装置。
【請求項６】
温度に関してクリティカルな少なくとも１つの構成部材を能動的に冷却するように設けられた能動型の冷却ユニット（３４）を特徴とする、請求項１から５までのいずれか１項記載の３Ｄ印刷装置。
【請求項７】
前記能動型の冷却ユニット（３４）は、前記少なくとも１つの印刷ヘッドユニット（１２）に配置される少なくとも１つのセンサユニット（３６）を能動的に冷却するように設けられていることを特徴とする、請求項６記載の３Ｄ印刷装置。
【請求項８】
前記少なくとも１つの印刷ヘッドユニット（１２）内の前記印刷材料（１６）の圧力を直接測定するように設けられたセンサユニット（３８）を特徴とする、請求項１から７までのいずれか１項記載の３Ｄ印刷装置。
【請求項９】
前記センサユニット（３８）は、少なくとも１つのセンサ素子（４０）を有し、前記センサ素子（４０）は、前記少なくとも１つの印刷ヘッドユニット（１２）のノズル（４２，４２’，４２”）内に配置されていることを特徴とする、請求項８記載の３Ｄ印刷装置。
【請求項１０】
少なくとも１つの印刷パラメータを開ループおよび／または閉ループ制御するように設けられた開ループおよび／または閉ループ制御ユニット（４４）を特徴とする、請求項１から９までのいずれか１項記載の３Ｄ印刷装置。
【請求項１１】
前記少なくとも１つの印刷ヘッドユニット（１２）は、少なくとも２つのノズル（４２，４２’，４２”）を有する少なくとも１つのノズル切り換えユニット（４５）を有し、前記ノズル切り換えユニット（４５）は、取り外しを行うことなく、前記少なくとも２つのノズル（４２，４２’，４２”）間の切り換えが行われるように設けられていることを特徴とする、請求項１から１０までのいずれか１項記載の３Ｄ印刷装置。
【請求項１２】
前記少なくとも１つの印刷ヘッドユニット（１２）は、少なくとも１つの基体（４６）と、少なくとも１つのノズル（４２，４２’，４２”）とを有し、前記ノズル（４２，４２’，４２”）は、前記基体（４６）から分離されて取り外し可能に形成されていることを特徴とする、請求項１から１１までのいずれか１項記載の３Ｄ印刷装置。
【請求項１３】
前記少なくとも１つの印刷ヘッドユニット（１２）は、少なくとも１つの基体（４６）と、少なくとも１つのホットエンド（４８）とを有し、前記ホットエンド（４８）は、前記基体（４６）から分離されて取り外し可能に形成されていることを特徴とする、請求項１から１２までのいずれか１項記載の３Ｄ印刷装置。
【請求項１４】
印刷材料（１６）を前記印刷ヘッドユニット（１２）への供給前に乾燥させるように設けられた乾燥ユニット（５０）を特徴とする、請求項１から１３までのいずれか１項記載の３Ｄ印刷装置。
【請求項１５】
種々異なる印刷材料（１６）を収容するマガジン（５１）を特徴とする、請求項１から１４までのいずれか１項記載の３Ｄ印刷装置。
【請求項１６】
請求項１から１５までのいずれか１項記載の３Ｄ印刷装置（１０）を備える３Ｄプリンタ。
【請求項１７】
請求項１から１５までのいずれか１項記載の３Ｄ印刷装置（１０）を、少なくとも部分的に高性能プラスチックから形成される印刷材料（１６）を用いて運転する方法。
【請求項１８】
印刷工程を前記３Ｄ印刷装置（１０）の開ループおよび／または閉ループ制御ユニット（４４）により開ループおよび／または閉ループ制御することを特徴とする、請求項１７記載の方法。
【請求項１９】
少なくとも１つの特性値に応じて前記面加熱ユニット（２６）の異なる加熱素子（３０）を制御することを特徴とする、請求項１７または１８記載の方法。
【請求項２０】
前記面加熱ユニット（２６）の異なる加熱素子（３０）を制御することで、対象を絞って前記印刷対象物（２８）の部分領域を加熱することを特徴とする、請求項１９記載の方法。
【請求項２１】
前記印刷対象物（２８）を、後続の層をプリントする前に、部分的に前記局所加熱ユニット（３２）により先行加熱することを特徴とする、請求項１７から２０までのいずれか１項記載の方法。
【請求項２２】
前記少なくとも１つの印刷ヘッドユニット（１２）内の前記印刷材料（１６）の圧力に応じて印刷速度を調整することを特徴とする、請求項１７から２１までのいずれか１項記載の方法。
【請求項２３】
印刷工程後の冷却時の前記印刷対象物（２８）の収縮プロセスを、前記印刷工程前および／または前記印刷工程中、計算するかつ／または考慮することを特徴とする、請求項１７から２２までのいずれか１項記載の方法。
【請求項２４】
印刷対象物（２８）を、前記印刷工程中、少なくとも部分的に計測することを特徴とする、請求項１７から２３までのいずれか１項記載の方法。
【請求項２５】
印刷工程の印刷パラメータを計測結果に応じて少なくとも部分的に適合させることを特徴とする、請求項２４記載の方法。
【請求項２６】
少なくとも１つの印刷パラメータの適合により、印刷すべき印刷対象物（２８）の色に影響を及ぼすことを特徴とする、請求項１７から２５までのいずれか１項記載の方法。
【請求項２７】
印刷材料（１６）を前記少なくとも１つの印刷ヘッドユニット（１２）への供給前に乾燥させることを特徴とする、請求項１７から２６までのいずれか１項記載の方法。
【請求項２８】
印刷対象物（２８）の印刷前に、前記印刷対象物（２８）の第１層の底面より大きい底面を有する安定化層（５２）を、前記印刷ベースプレート（２２）上にプリントすることを特徴とする、請求項１７から２７までのいずれか１項記載の方法。
【請求項２９】
印刷作業後、前記印刷対象物（２８）を剥離させるべく、前記印刷ベースプレート（２２）を能動的に冷却することを特徴とする、請求項１７から２８までのいずれか１項記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、３Ｄ印刷装置に関する。
【０００２】
従来技術
米国特許出願公開第２０１５／００２８５２３号明細書において、少なくとも１つの印刷ヘッドユニットと、少なくとも一運転状態で、少なくとも１つの印刷ヘッドユニットに印刷材料を供給するように設けられた少なくとも１つの供給装置と、を備える３Ｄ印刷装置、特にＦＦＦ印刷装置が既に公知である。この公知の印刷装置との関連で、種々異なる高性能プラスチックが構造材料として提案される。その他の点では、この３Ｄ印刷装置は、印刷材料をフィラメントの形態で印刷ヘッドユニットに供給する供給装置を備える。さらにこの供給装置には、印刷材料を所定の送り速度で移動させるべく、搬送要素が設けられている。さらにこの印刷装置には、加熱可能な印刷ベースプレートが設けられている。
【０００３】
米国特許出願公開第２０１３／０３２７９１７号明細書において、同様に３Ｄ印刷装置が公知であり、この３Ｄ印刷装置の場合、印刷ベースプレートに冷却装置が配設されている。
【０００４】
欧州特許出願公開第２３２９９３５号明細書からも、３Ｄ印刷装置が公知である。この３Ｄ印刷装置は、サブストレートキャリアを収容するチャンバと、印刷材料用のフィードモジュールと、モデリング物質を放出する放出ノズルとを備えており、ゆえに、印刷工程中、３次元の印刷形状をサブストレートキャリア上に被着する３Ｄプリンタである。この３Ｄ印刷装置の場合、サブストレートキャリアに放射加熱装置が配設されており、放射加熱装置は、複数の温度センサを装備し、別々に制御可能な複数の放射ヒータを有する。
【０００５】
本発明の課題は、特に、エンジニアリングプラスチックの処理性に関して改善された特性を備えるこの種の装置を提供することである。上記課題は、本発明において請求項１の特徴により解決される。これに対し、本発明の有利な形態および発展形は、従属請求項に看取可能である。
【０００６】
発明の利点
本発明は、少なくとも１つの印刷ヘッドユニットと、少なくとも一運転状態で、少なくとも１つの印刷ヘッドユニットに印刷材料を供給するように設けられた少なくとも１つの供給装置とを備える３Ｄ印刷装置、特にＦＦＦ印刷装置から出発する。
【０００７】
提案する事項は、印刷ヘッドユニットが、少なくとも一運転状態で、少なくとも部分的に高性能プラスチック、特に高性能熱可塑性樹脂から形成される印刷材料を溶融させるように設けられていることである。好ましくは、印刷ヘッドユニットは、少なくとも一運転状態で、少なくとも部分的にＰＡＥＫ、特に好ましくはＰＥＥＫおよび／またはＰＥＫＫから形成される印刷材料を溶融させるように設けられている。「３Ｄ印刷装置」とは、この関連で特に、ワークの３次元の造形用に設けられた装置と解すべきである。好ましくは、３Ｄ印刷装置とは、特に、ワークを素材から特に層状に造形するように設けられた装置と解すべきである。その際、ワークの造形は、特に加法的に実施される。特に好ましくは、３Ｄ印刷装置とは、特に個別のワークを特にＣＡＤテンプレートにしたがって製造するように設けられたコンピュータ制御式の装置と解すべきである。その際、ワークは、特に素材を溶融させて造形される。さらに、この関連でＦＦＦ印刷装置とは、特に、ワークを「Ｆｕｓｅｄ  Ｆｉｌａｍｅｎｔ  Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ：熱溶解フィラメント製造法」、特に「Ｆｕｓｅｄ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ  Ｍｏｄｅｌｉｎｇ：熱溶解積層法」により造形する３Ｄ印刷装置と解すべきである。その際、「Ｆｕｓｅｄ  Ｆｉｌａｍｅｎｔ  Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ」は、特に、ワークを層状に素材、特にプラスチック、特に好ましくはフィラメントから造形するラピッドプロトタイピング（Ｒａｐｉｄ  Ｐｒｏｔｏｔｙｐｉｎｇ）の分野に属する製造方法をいう。
【０００８】
さらに、この関連で「印刷ヘッドユニット」とは、特に、運転中、印刷材料を印刷面に直接被着する３Ｄ印刷装置の好ましくは移動可能なユニットと解すべきである。好ましくは、印刷ヘッドユニットは、印刷材料を出す、特に押し出す少なくとも１つのノズルを有する。「供給装置」とは、この関連で特に、運転中、印刷ヘッドユニットに印刷材料を供給するように設けられた装置と解すべきである。好ましくは、供給装置は、印刷材料を印刷ヘッドユニットに提供するように設けられている。好ましくは、供給装置とは、特に、印刷材料を貯蔵部から印刷ヘッドユニットに搬送するように設けられた装置と解すべきである。その際、搬送は、特に所定の量および／または所定の送り速度で実施される。「設けられる」とは、特に、特別にプログラミング、設計かつ／または装備されると解すべきである。対象物がある特定の機能のために設けられているとは、特に、この対象物がこの特定の機能を少なくとも一使用状態および／または運転状態で充足かつ／または実行することと解すべきである。「高性能プラスチック」とは、この関連で特に、１５０℃を上回る熱形状安定性を有するプラスチック、好ましくは熱可塑性樹脂と解すべきである。当業者に有意義に思える種々異なる高性能プラスチック、例えばポリアリール、ポリアリーレート、ポリアラミド、複素環ポリマー、液晶ポリマーおよび／またはポリアリールエーテルケトンが可能である。さらに「ＰＡＥＫ」とは、特にポリアリールエーテルケトンの群と解すべきである。ＰＡＥＫには、例えばＰＥＥＫ、ＰＥＫ、ＰＥＫＥＫＫおよびＰＥＫＫが属する。
【０００９】
３Ｄ印刷装置を本発明のように構成したことで、特に、少なくとも高性能プラスチック、特に高性能熱可塑性樹脂を処理することが可能な印刷装置を提供することができる。これにより特に、技術的な構成部材や、高い熱負荷に曝されている構成部材も、３Ｄ印刷装置により製造され得ることが達成可能である。
【００１０】
さらに提案する事項は、３Ｄ印刷装置が歯科３Ｄ印刷装置として形成されていることである。好ましくは、３Ｄ印刷装置は、歯科対象物、特に歯科インプラント、仮補綴装置、インレーおよび／または義歯を製造するために使用可能である。「歯科３Ｄ印刷装置」とは、この関連で特に、歯科分野の要素、特に歯科対象物、例えば半製品、中間製品および／または最終製品を製造するように設けられた３Ｄ印刷装置と解すべきである。これにより、３Ｄ印刷装置の有利な形態が提供され得る。しかし、原則、当業者に有意義に思える３Ｄ印刷装置の別の用途も可能である。これにより特に、歯科対象物、特に個別の歯科対象物が、有利には迅速かつ簡単に製造され得ることが達成可能である。
【００１１】
この場合、さらに加えて、歯科対象物、特に歯科インプラント、仮補綴装置、インレーおよび／または義歯を製造する３Ｄ印刷装置は、個別に３次元に成形された印刷面上に印刷材料を被着するように設けられていることが可能である。この場合、好ましくは、印刷面は、正の歯型モデルにより形成されている。これにより、歯科対象物は、特に患者の歯のコピー上に直接印刷され得る。これにより、印刷時、特に支持材料の使用は回避可能である。さらにこれにより、印刷は、特に有利には迅速に実現可能である。相応の可能な実現は、独国特許出願公開第１０２０１３１１１３８７号明細書から看取可能である。
【００１２】
さらに提案する事項は、３Ｄ印刷装置が、加熱可能、特に制御可能に加熱可能な少なくとも１つの印刷ベースプレートを有するベースユニットを備え、印刷ベースプレート上で、印刷工程中、プリントが行われることである。好ましくは、印刷ベースプレートは、セグメント毎に制御可能に加熱可能である。好ましくは、印刷ベースプレートのセグメントは、個別に制御可能に形成されている。特に好ましくは、印刷ベースプレートのセグメントは、開ループおよび／または閉ループ制御ユニットを介して個別に制御可能である。好ましくは、印刷ベースプレートは、而して開ループおよび／または閉ループ制御ユニットを介して多様な強さに加熱され得る。これにより特に、対象を絞った加熱が達成可能である。さらに、これにより有利には、効率的な印刷ベースプレートが達成可能である。「印刷ベースプレート」とは、この関連で特に、少なくとも部分的に印刷用の土台を形成する要素またはユニットと解すべきである。好ましくは、印刷ベースプレートとは、特に、印刷すべき対象物がその上で造形される要素またはユニットと解すべきである。好ましくは、印刷対象物の第１層は、印刷ベースプレート上に直接造形される。好ましくは、印刷ベースプレートは、印刷中、プリントがその上で行われる長方形の特に平らなプレートにより形成されている。しかし、原則、平らでないプレート、例えば湾曲形状のプレートも可能である。好ましくは、印刷ベースプレートの温度は、少なくとも開ループ制御可能、特に好ましくは、閉ループ制御可能である。これにより有利には、印刷すべき対象物は、ベースから加温可能である。これにより、印刷すべき対象物が過度に急速に冷えてしまうことは、回避可能である。
【００１３】
さらに提案する事項は、３Ｄ印刷装置が、印刷ベースプレートに相対して配置される少なくとも１つの面加熱ユニットを備え、面加熱ユニットは、印刷ベースプレート上に配置される印刷対象物を、印刷ベースプレートとは異なる方向から少なくとも部分的に加熱するように設けられていることである。好ましくは、面加熱ユニットは、印刷対象物を、一方の側および／または特に好ましくは上から少なくとも部分的に加熱するように設けられている。「面加熱ユニットが印刷ベースプレートに相対して配置されている」とは、この関連で特に、印刷ベースプレートと面加熱ユニットとの間に少なくとも部分的に印刷領域が配置されており、この印刷領域内で印刷対象物が３Ｄ印刷装置の運転中造形されることと解すべきである。好ましくは、面加熱ユニットが印刷ベースプレートに相対して配置されているとは、特に、面加熱ユニットが少なくとも部分的に、印刷ベースプレートの印刷面に対して垂直方向上向きに延在する領域内に配置されていることと解すべきである。さらに、この関連で「面加熱ユニット」とは、特に、少なくとも部分的に加熱出力を面状に発生させるように設けられたユニットと解すべきである。好ましくは、加熱出力は、少なくとも１０ｃｍ２、好ましくは少なくとも５０ｃｍ２、特に好ましくは少なくとも１００ｃｍ２の面に発生される。好ましくは、面加熱ユニットとは、面状の熱放射を発生させるように設けられたユニットと解すべきである。特に好ましくは、熱放射は、その際、面加熱ユニットの面に対して少なくとも略垂直に方向付けられている。しかし、原則、当業者に有意義に思える面加熱ユニットの別の構成も可能である。原則、面加熱ユニットは、対象を絞ってマイクロ波を送り、印刷対象物を部分的に加熱するように設けられたマイクロ波加熱ユニットとして形成されていてもよい。「面加熱ユニットが、印刷対象物を部分的に加熱するように設けられている」とは、この関連で特に、面加熱ユニットが、印刷対象物の既に印刷された部分の少なくとも部分領域を加熱するように設けられていることと解すべきである。好ましくは、面加熱ユニットは、印刷対象物の特定部分領域に対象を絞って、他の部分領域に対して加熱するように設けられている。その際、「加熱する」とは、しかし、当該部分領域の温度を維持するだけかつ／または当該部分領域の温度の急速な低下を防止するだけと解してもよい。これにより有利には、対象を絞って印刷対象物の温度に影響を及ぼすことができる。好ましくは、これにより有利には、印刷対象物の温度を印刷プロセスに適合させることができる。これにより特に、対象を絞って印刷対象物の個々の部分領域の温度を制御することができる。これにより特に、印刷対象物の有利には均等な熱分布も、印刷チャンバ内で達成可能である。好ましくは、これにより、印刷対象物の変形に至らしめる温度差が生じることは防止可能である。さらに、硬化プロセスが好適に制御されることで、印刷対象物の巨視的な変形は抑制可能である。加えて、印刷対象物の均質な色、特に印刷材料の初期色に類似の、印刷対象物の均質な色が達成可能である。特に印刷対象物の有利な機械的な特性が達成可能である。
【００１４】
さらに提案する事項は、少なくとも１つの印刷ベースプレートと、少なくとも１つの面加熱ユニットとが、互いに相対的に移動可能に構成されていることである。好ましくは、面加熱ユニットは、印刷ベースプレートに対して相対的に移動可能に構成されている。特に好ましくは、面加熱ユニットは、印刷ベースプレートに対して相対的に移動可能に構成されており、かつ印刷ベースプレートは、面加熱ユニットに対して相対的に移動可能に構成されている。好ましくは、面加熱ユニットは、印刷ヘッドユニットに対して相対的に位置固定に配置されている。しかし、面加熱ユニットは、印刷ヘッドユニットとは独立的に移動可能に構成されていてもよい。特に好ましくは、面加熱ユニットは、しかし、印刷ヘッドユニットに堅固に結合されている。これにより、印刷対象物を面加熱ユニットにより加熱することは、特に印刷ベースプレートの位置とは無関係に実施可能である。面加熱ユニットを印刷ヘッドユニットに対して相対的に位置固定に配置した場合、特に、印刷ヘッドユニットの運動が、面加熱ユニットの加熱作用に対して、特に遮蔽することで負の影響を及ぼすことは、回避可能である。特に、これにより有利には、面状の面加熱ユニットが実現され得る。
【００１５】
さらに提案する事項は、供給装置が、印刷材料をフィラメントの形態で印刷ヘッドユニットに供給するように設けられていることである。「フィラメント」とは、この関連で特に、糸状および／または棒状に存在する素材と解すべきである。好ましくは、フィラメントとは、特に、糸に類似の形態で存在し、それゆえ、特に、中心線に沿った長手方向延在より何倍も小さい横方向延在を有する素材、特にプラスチックと解すべきである。好ましくは、横方向延在は、１．５ｃｍ未満、好ましくは１ｃｍ未満、特に好ましくは０．５ｃｍ未満である。好ましくは、フィラメントは、少なくとも略円形の横断面を有する。特に好ましくは、フィラメントは、リールに巻き取られた形態で存在する。ここで、「何倍も小さい」とは、特に少なくとも１０倍、好ましくは少なくとも５０倍、特に好ましくは少なくとも１００倍小さいと解すべきである。しかし、原則、中心線に沿ったフィラメントの長手方向延在が、好ましくは３Ｄ印刷装置の運転中、減少することを考慮しなければならないので、長手方向延在に対する横方向延在の比は、好ましくは元の状態に関する。これにより特に、特別有利な供給が達成可能である。好ましくは、これにより有利には、構造的に簡単に供給量および／または供給速度が制御可能である。さらに、これにより有利には、迅速に印刷材料の溶融が達成可能である。
【００１６】
さらに提案する事項は、供給装置が、少なくとも１つの搬送要素を有し、搬送要素は、少なくとも一運転状態で印刷材料を所定の送り速度で移動させるように設けられていることである。好ましくは、搬送要素は、少なくとも部分的に搬送ローラとして形成されている。特に好ましくは、供給装置の送り速度を介して、印刷材料の供給量が調整可能である。「搬送要素」とは、この関連で特に、印刷材料を直接搬送するように設けられた供給装置の要素と解すべきである。好ましくは、搬送要素とは、印刷ヘッドユニットに向かう印刷材料の送りを提供するように設けられた要素と解すべきである。特に好ましくは、搬送要素は、印刷材料を特にフィラメントの形態で貯蔵部、特にリールから引き出し、印刷ヘッドユニットへフィードするように設けられている。好ましくは、搬送要素は、印刷材料を印刷ヘッドユニットに提供するように設けられている。これにより、確実に印刷材料の供給を保証することができる。さらに、これにより特に、供給される印刷材料の量に影響を及ぼすことができる。確実な印刷プロセスを保証することができる。
【００１７】
加えて提案する事項は、ベースユニットが、少なくとも１つの冷却装置を有し、冷却装置は、印刷ベースプレートを能動的に冷却するように設けられていることである。好ましくは、冷却装置は、印刷ベースプレートを急激（ショック状）に冷却するように設けられている。好ましくは、冷却装置を介して印刷ベースプレートの冷却過程に少なくとも影響を及ぼすことができる。特に好ましくは、冷却装置を介して印刷ベースプレートの冷却過程を制御することができる。「冷却装置」とは、この関連で特に、印刷ベースプレートを能動的に冷却するように設けられた装置と解すべきである。好ましくは、冷却装置とは、特に印刷ベースプレートの加熱停止後、印刷ベースプレートの温度を能動的に低下させるように設けられた装置と解すべきである。その際、冷却は、特に周囲への純然たる放熱を上回る。その際、当業者に有意義に思える種々異なる冷却方法、特に液体を用いた冷却、例えば水もしくはオイルを用いた冷却および／またはガスを用いた冷却、例えば空気もしくは炭素を用いた冷却が可能である。これにより有利には、印刷ベースプレートの急冷が達成可能である。これにより特に、能動的に冷却装置の冷却過程に影響を及ぼすことができる。特に、能動的に冷却装置の冷却過程を制御することができる。これにより特に、例えば、印刷対象物の剥離を達成することができる。さらに、これにより、例えば誤った冷却による印刷対象物の「ワーピング」は、回避可能である。冷却過程は、有利には印刷対象物に適合され得る。ここで、「ワーピング」とは、特に印刷後の印刷対象物の歪みと解すべきである。ワーピングは、特に、個々の層の異なる冷却速度および冷却温度の結果としてフィラメント内に非一様に分布する内部応力に基づいて発生する。特にワーピングは、冷却工程中のプラスチックの収縮により引き起こされる。
【００１８】
さらに提案する事項は、少なくとも１つの面加熱ユニットが、複数の加熱素子を有し、複数の加熱素子は、互いに別々に制御可能に形成されていることである。好ましくは、加熱素子は、開ループおよび／または閉ループ制御ユニットにより個別に制御可能に形成されている。好ましくは、面加熱ユニットの加熱素子は、少なくとも部分的に一平面内、好ましくは印刷ベースプレートに対して平行な一平面内に配置されている。「加熱素子」とは、この関連で特に、加熱出力を直接発生させるように設けられた面加熱ユニットの要素と解すべきである。好ましくは、加熱素子とは、特に、熱放射を直接発生させるように設けられた面加熱ユニットの要素と解すべきである。好ましくは、加熱素子は、面加熱ユニットのセグメントを形成する。特に好ましくは、複数の加熱素子は、少なくとも部分的に電気的に互いに切り離されて形成されている。好ましくは、加熱素子の各々は、別個の加熱手段を有する。しかし、原則、複数の加熱素子は、面加熱ユニット全体を好適に制御することで互いに別々に制御されてもよい。これにより面加熱ユニットは、有利には可変に利用可能である。これにより特に、印刷対象物の極めて精緻な加熱が達成可能である。これにより、さらに加えて、有利には効率的な面加熱ユニットを提供することができる。特に面加熱ユニットを印刷ベースプレートに対して相対的に移動させる場合、それにもかかわらず、対象を絞って印刷対象物を加熱することが達成可能である。周囲を不都合に加熱してしまうことは、回避可能である。
【００１９】
さらに提案する事項は、３Ｄ印刷装置が、少なくとも１つの局所加熱ユニットを備え、局所加熱ユニットは、運転状態で、印刷ヘッドユニットにより後続の層をプリントする前に、印刷対象物を部分的に加熱するように設けられていることである。好ましくは、局所加熱ユニットは、運転状態で、個々の印刷層間の接着を改善すべく、印刷対象物の最上位の印刷層を、印刷ヘッドユニットにより後続の層をプリントする前に、部分的に加熱するように設けられている。加えて、この場合、対象を絞って局所加熱ユニットによる加熱を部分的に省略し、これにより、対象を絞って接着を回避することが特に可能である。これにより特に、層同士が互いに融合することなくあるいは融合されていることなく、層同士を直接重ねて印刷し得ることが達成可能である。「局所加熱ユニット」とは、この関連で特に、少なくとも部分的に加熱出力を点状に発生させるように設けられたユニットと解すべきである。ここで点状とは、特に、１０ｃｍ２未満、好ましくは５ｃｍ２未満、特に好ましくは１ｃｍ２未満の面と解すべきである。好ましくは、局所加熱ユニットとは、点状の熱放射を発生させるように設けられたユニットと解すべきである。特に好ましくは、その際、熱放射は、少なくとも実質的に所定の方向に方向付けられている。原則、局所加熱ユニットは、対象を絞ってマイクロ波を送り、印刷対象物を部分的に加熱するように設けられた局所マイクロ波加熱ユニットとして形成されていることも可能である。これにより、印刷対象物の極めて精緻な加熱が達成可能である。これにより、さらに加えて、有利には効率的な加熱ユニットが提供され得る。特に印刷対象物は、これにより有利には、部分的に加熱され得る。加えて、これにより有利には、確実に層の結合が達成可能である。特に高性能プラスチックの高い溶融温度に基づいて、層が溶け合うことを保証するには、極めて高い温度が最上位の層に提供されねばならない。
【００２０】
好ましくは、少なくとも１つの局所加熱ユニットが印刷ヘッドユニットに配置されていることを提案する。特に好ましくは、局所加熱ユニットは、印刷ヘッドユニット周りに回転可能に配置されている。局所加熱ユニットを印刷ヘッドユニットに配置したことで、特に、局所加熱ユニットを印刷ヘッドユニットに先行させることができるようになる。局所加熱ユニットが先行することで、他方、印刷対象物の最上位の層が、後続の層の被着直前に加熱され、特に好ましくは軽く溶かされることが達成可能である。特に、これにより極めて精緻に層の温度が調整可能である。局所加熱ユニットが印刷ヘッドユニット周りに回転可能に配置されている場合、局所加熱ユニットの位置は、有利には印刷方向に適合され得る。これにより特に、確実に、局所加熱ユニットを印刷ヘッドユニットに先行させることが達成可能である。さらに、これにより特に、対象を絞った加熱を達成すべく、対象を絞って局所加熱ユニットを最上位の層の上方で回転させることが達成可能である。局所加熱ユニットは、原則、面加熱ユニットとともに使用されても、面加熱ユニットなしに使用されてもよい。
【００２１】
さらに提案する事項は、印刷ヘッドユニットが少なくとも１つのノズルを有することである。好ましくは、ノズルは、内面に少なくとも部分的に、少なくとも２００ＨＶ１０、好ましくは少なくとも６００ＨＶ１０、好ましくは少なくとも１２００ＨＶ１０、特に好ましくは少なくとも２０００ＨＶ１０の硬さを有する。好ましくは、印刷ヘッドユニットのノズルは、内面に少なくとも２００ＨＶ１０、好ましくは少なくとも６００ＨＶ１０、好ましくは少なくとも１２００ＨＶ１０、特に好ましくは少なくとも２０００ＨＶ１０の硬さのコーティングを有する。特に好ましくは、印刷ヘッドユニットの少なくとも１つのノズルは、内面に、少なくとも部分的にセラミック、例えばタングステンカーバイドからなるコーティングを有する。しかし、原則、当業者に有意義に思える別の材料も可能である。少なくとも２００ＨＶ１０の硬さとは、この関連で特に、ビッカース硬さ試験が、１０ｋｐ、ゆえに約９８．０７Ｎの試験力で実施されたときの、ノズルの内面の硬さ値が少なくとも２００であると解すべきである。これにより特に、印刷ヘッドユニット、特に印刷ヘッドユニットのノズルの有利には少ない摩耗が達成可能である。好ましくは、これにより特に、印刷ヘッドユニットのノズルの吐出開口のサイズおよび／または形状が、運転期間にわたって少なくとも略一定にとどまることが達成可能である。特に印刷材料に添加物、例えば繊維、特に炭素繊維を使用した際に、印刷ヘッドユニットの有利には長い耐用時間が達成可能である。
【００２２】
さらに提案する事項は、３Ｄ印刷装置が、温度に関してクリティカルな少なくとも１つの構成部材を能動的に冷却するように設けられた能動型の冷却ユニットを備えることである。好ましくは、能動型の冷却ユニットは、能動型の水冷式冷却ユニットとして形成されている。好ましくは、能動型の冷却ユニットは、印刷ヘッドユニットの周囲、特に直接的な周囲に存在する温度に関してクリティカルな構成部材を冷却するように設けられている。「能動型の冷却ユニット」とは、この関連で特に、少なくとも１つの構成部材を能動的に冷却するように設けられたユニットと解すべきである。好ましくは、能動型の冷却ユニットとは、冷却したい構成部材から能動的に熱を逃すように設けられたユニットと解すべきである。特に好ましくは、このユニットは、能動的に構成部材の温度を下げるように設けられている。その際、冷却は、特に、周囲への純然たる放熱を上回る。その際、当業者に有意義に思える種々異なる冷却方法、特に液体を用いた冷却、例えば水もしくはオイルを用いた冷却および／またはガスを用いた冷却、例えば空気もしくは炭素を用いた冷却が可能である。これにより有利には、温度に関してクリティカルな構成部材が過度に強く加熱されてしまうことは、防止可能である。これにより特に、構成部材が高温に基づいて損傷されるかつ／または３Ｄ印刷装置の精度が熱膨張に基づいて損なわれることは、防止可能である。
【００２３】
さらに提案する事項は、能動型の冷却ユニットが、印刷ヘッドユニットに配置される少なくとも１つのセンサユニットを能動的に冷却するように設けられていることである。好ましくは、能動型の冷却ユニットは、印刷ヘッドユニットに配置される計測センサを冷却するように設けられている。好ましくは、能動型の冷却ユニットは、印刷ヘッドユニットに配置され校正センサとして形成されているセンサユニットを冷却するように設けられている。特に好ましくは、校正センサは、校正用に設けられている。このために校正センサは、特に、良好な印刷品質を保証するには、印刷ベッド、特に印刷ベースプレートの平たん性が保証されていなければならないため、印刷ベースプレートおよび／または印刷対象物を計測するように設けられている。「センサユニット」とは、この関連で特に、少なくとも１つの特性値および／または物理的な特性を検出するように設けられたユニットと解すべきであり、検出は、能動的に、特に電気的な測定信号を発生させ、送信することで、かつ／または受動的に、特にセンサ構成部材の特性変化を捉えることで実施可能である。当業者に有意義に思える種々異なるセンサユニットが可能である。これにより有利には、センサユニット、特に温度に関してクリティカルなセンサユニットが、有利には印刷ヘッドユニットに配置され得ることが達成可能である。これにより特に、有利な測定位置が提供可能である。さらに、これにより、センサユニットが最適な温度範囲内で運転されることが達成可能である。これにより有利には、正確な測定結果が達成可能である。
【００２４】
しかし、これに加えてまたはこれとは異なり、３Ｄ印刷装置は、高温領域と低温領域との間に遮断層を少なくとも一運転状態で提供すべく、高温領域と低温領域との間に所定のガス流を発生させるように設けられた冷却ユニットを備えていてもよい。好ましくは、冷却ユニットは、高温領域と低温領域との間に所定の空気流を発生させるように設けられている。好ましくは、冷却ユニットは、低温領域を少なくとも部分的に高温領域に対して断熱するように設けられている。その際、特に、温度に関してクリティカルな構成部材は、別途冷却することを回避するために、少なくとも部分的に低温領域に配置されてもよい。ここで、「高温領域」とは、特に、３Ｄ印刷装置の、印刷対象物を取り巻く領域と解すべきである。好ましくは、高温領域とは、特に、３Ｄ印刷装置の、高温が必要とされる領域と解すべきである。特に好ましくは、高温領域とは、印刷ベースプレートと、印刷ヘッドユニットおよび／または面加熱ユニットとの間の領域と解すべきである。これにより特に、好適に高温領域を低温領域から切り離すことが可能である。特に、これにより有利には、高温領域における高い熱損失は回避可能である。
【００２５】
さらに提案する事項は、３Ｄ印刷装置が、少なくとも１つの印刷ヘッドユニット内の印刷材料の圧力を直接測定するように設けられたセンサユニットを備えることである。好ましくは、センサユニットは、周囲圧力に対する少なくとも１つの印刷ヘッドユニット内の印刷材料の相対圧力を直接測定するように設けられている。好ましくは、センサユニットは、圧力センサとして形成されている。「圧力」とは、この関連で、物理的な圧力と解すべきである。好ましくは、圧力とは、特に、面積Ａを有する面に対して垂直に作用する大きさＦの力の値と解すべきであり、圧力は、商から形成されている。さらに、この関連で「圧力センサ」とは、特に、物理的な圧力の少なくとも１つの特性値を検出するように設けられたセンサユニットと解すべきであり、検出は、能動的に、特に電気的な測定信号を発生させ、送信することで、かつ／または受動的に、特にセンサ構成部材の特性変化を捉えることで実施可能である。その際、種々異なる技術的な形態、例えばパッシブ型圧力センサ、相対圧力センサ、絶対圧力センサおよび／または差圧センサとしての形態が可能である。さらに、当業者に有意義に思える種々異なる圧力センサ、例えば圧電抵抗式の圧力センサおよび／または圧電式の圧力センサが可能である。これにより有利には、印刷ヘッドユニット内の圧力が検出可能である。好ましくは、これにより、印刷材料の圧力が検出可能である。好ましくは、これにより有利には、印刷材料の圧力に応じて印刷プロセスを適合させることができる。加えて、これにより有利には、圧力を適合させる、開ループ制御するかつ／または閉ループ制御することも可能である。
【００２６】
さらに提案する事項は、センサユニットが、少なくとも１つのセンサ素子を有し、センサ素子は、印刷ヘッドユニットのノズル内に配置されていることである。好ましくは、センサユニットの測定手段は、印刷ヘッドユニットのノズル内に配置されている。これにより有利には、印刷材料の圧力は、ノズル内で直接測定可能である。これにより特に、特別確実な測定結果が達成可能である。特に、圧力を計算するのに比べて改善された測定結果が達成可能である。
【００２７】
さらに提案する事項は、３Ｄ印刷装置が、少なくとも１つの印刷パラメータを開ループおよび／または閉ループ制御するように設けられた開ループおよび／または閉ループ制御ユニットを備えることである。好ましくは、開ループおよび／または閉ループ制御ユニットは、少なくとも１つの印刷パラメータをリアルタイムに開ループおよび／または閉ループ制御するように設けられている。開ループおよび／または閉ループ制御ユニットは、特に印刷プロセスへの印刷パラメータの最適な適合に用いられる。このために開ループおよび／または閉ループ制御ユニットは、特にプロセス品質に関する方程式を計算するように設けられている。好ましくは、開ループおよび／または閉ループ制御ユニットは、印刷対象物の所望の品質および／または所望の印刷速度に応じて、印刷速度、印刷ヘッドユニットの温度、印刷ベースプレートの温度、印刷対象物もしくはその周囲の温度および／またはノズル内の印刷材料の圧力を適合させるように設けられている。３Ｄ印刷装置用のプロセス制御ツールを開発するために、この場合、特に、印刷プロセス自体と、印刷材料の材料特性との間の関係を考慮した数値的アプローチを提案する。その際、これらの関係は、好ましくは、そのパラメータが、印刷される印刷材料の材料特性に如何に影響を及ぼすかを示す複数の方程式で記載される。続いてこれらの方程式は、好ましくは、複数の回帰法を用いて単一の方程式にまとめられる。これにより、この方程式を介して、プロセスコントロールと品質保証とが達成可能である。「開ループおよび／または閉ループ制御ユニット」とは、特に、少なくとも１つの制御電子回路を有するユニットと解すべきである。「制御電子回路」とは、特に、プロセッサユニットと、メモリユニットと、メモリユニット内に記憶された作動プログラムとを有するユニットと解すべきである。これにより特に、少なくとも１つの印刷パラメータの有利な開ループおよび／または閉ループ制御が達成可能である。好ましくは、これにより特に、印刷プロセスのコントロールが達成可能である。これにより特に、印刷プロセスを好適に制御することができる。
【００２８】
加えて提案する事項は、印刷ヘッドユニットが、少なくとも１つの構造要素を有する少なくとも１つのノズルを有し、構造要素は、少なくとも部分的に乱流をノズル内に発生させるように設けられていることである。好ましくは、構造要素は、ノズルの内室内に配置されている。好ましくは、構造要素は、ノズルの内面に配置されている。特に好ましくは、構造要素は、螺旋構造により形成されており、螺旋構造は、印刷材料を螺線形にノズルを通して案内するあるいは印刷材料の螺線運動をノズル内に引き起こす。「構造要素」とは、この関連で特に、印刷材料の少なくとも部分的な乱流をノズル内に発生させるように設けられた要素と解すべきである。好ましくは、構造要素は、少なくともノズルの内面に少なくとも１つの巨視的な構造を形成するかつ／または少なくとも１０μｍ、好ましくは少なくとも１００μｍ、特に好ましくは少なくとも１０００μｍの平均粗さＲａを有する表面を形成する。ここで、「巨視的な構造」とは、この関連で特に、少なくとも１つの点において、ノズルの主延在方向に対して垂直に見て、ノズルの内面の特に円筒状の基本形状に対して、少なくとも０．１ｍｍ、好ましくは少なくとも０．５ｍｍ、特に好ましくは少なくとも１ｍｍ、ノズルの内室内に突入している構造と解すべきである。これにより特に、ノズル内の印刷材料の乱流が達成可能である。これにより、他方、ノズルの詰まりは回避可能である。特に印刷材料に添加物、例えば繊維、特に炭素繊維を使用した際に、有利には、繊維によるノズルの詰まりは、回避可能である。繊維がある場合の問題は、ノズルが、固体である繊維の搬送用には設けられていないため、繊維が、通常、ノズルの吐出開口を閉塞してしまうことである。その際、閉塞は、偶然方向付けられた固体の繊維を含む溶融物の流動挙動に基づいて行われる。ノズル内の乱流により、繊維を流動路に沿って方向付ける流動が発生される。こうして繊維は、ノズルの吐出開口を詰まらせることなく、吐出開口を通過する。
【００２９】
さらに提案する事項は、印刷ヘッドユニットが、少なくとも２つのノズルを有する少なくとも１つのノズル切り換えユニットを有し、ノズル切り換えユニットは、取り外しを行うことなく、少なくとも２つのノズル間の切り換えが行われるように設けられていることである。好ましくは、ノズル切り換えユニットは、ノズルタレットとして形成されている。その際、特に好ましくは、ノズルは、それぞれ異なる直径および／または形状の吐出開口を有する。「ノズル切り換えユニット」とは、この関連で特に、印刷ヘッドユニットの、複数のノズルを有し、取り外しを行うことなくこれらのノズル間の切り換えが可能なユニットと解すべきである。好ましくは、種々異なるノズル間で利用のために切り換えが可能である。この場合、ノズルは、特に常時、印刷ヘッドユニットに配置されており、どのノズルが現下利用されるべきかに応じて切り換えられるだけである。その際、どのノズルが利用されるべきかは、原則、オペレータおよび／または開ループおよび／または閉ループ制御ユニットにより決定され得る。相応の決定が開ループおよび／または閉ループ制御ユニットにより下される場合、例えばノズルは、現下の印刷対象物に基づいて選択され得る。当業者に有意義に思える種々異なる機構が、ノズル切り換えユニットを実現するのに可能である。しかし、特にノズル切り換えユニットは、ノズルタレットとして形成されている。この場合、ノズルタレットは、顕微鏡の対物レンズタレットに応じて形成されている。これにより有利には、現下のノズルを取り外し、新しいノズルを取り付ける必要なく、ノズルの切り換えが達成可能である。これにより好ましくは、現下の印刷対象物に基づいてノズルを自動的に選択することが、有利には可能であり得る。
【００３０】
さらに提案する事項は、印刷ヘッドユニットが、少なくとも１つの基体と、少なくとも１つのノズルとを有し、ノズルは、基体から分離されて取り外し可能に形成されていることである。好ましくは、ノズルは、印刷ヘッドユニットの基体とは独立して取り外し可能である。印刷ヘッドユニットの「基体」とは、この関連で特に、印刷ヘッドユニットの構成部材であって、印刷ヘッドユニットの構成要素の少なくとも主要部分を除いた構成部材および／または印刷ヘッドユニットの構成要素の少なくとも主要部分が取り付けられた構成部材と解すべきである。好ましくは、基体は、少なくとも部分的に印刷ヘッドユニットのハウジングを形成する。その際、「少なくとも主要部分」とは、特に、印刷ヘッドユニットの構成要素の少なくとも５０％、好ましくは少なくとも６０％、特に好ましくは少なくとも８０％と解すべきである。「ノズルが、基体から分離されて取り外し可能に形成されている」とは、この関連で特に、印刷ヘッドユニットの基体全体または好ましくは基体の少なくとも個別部分を取り除く必要なしに、ノズルが取り外し可能であることと解すべきである。これにより有利には、ノズルの簡単な交換が達成可能である。
【００３１】
さらに提案する事項は、印刷ヘッドユニットが、少なくとも１つの基体と、少なくとも１つのホットエンドとを有し、ホットエンドは、基体から特に工具なしに分離されて取り外し可能に形成されていることである。「ホットエンド」とは、この関連で特に、印刷ヘッドユニットの、印刷材料を溶融させるべく直接加熱される構成部材および／または印刷材料を直接溶融させるように設けられた構成部材と解すべきである。好ましくは、ホットエンドとは、特に印刷ヘッドユニットの加熱可能なノズルと解すべきである。さらに、この関連で「工具なしに」とは、特に、付加的な補助手段、特に付加的な工具、例えばドライバ等なしにと解すべきである。これにより特に、印刷ヘッドユニットのホットエンドの迅速な交換が達成可能である。特にホットエンドの摩耗率が高いときおよび／または汚れが速いとき、保守時間を有利には短く維持することができる。
【００３２】
さらに提案する事項は、３Ｄ印刷装置が、印刷材料を印刷ヘッドユニットへの供給前に乾燥させるように設けられた乾燥ユニットを備えることである。好ましくは、乾燥ユニットは、印刷材料に沿って見て印刷ヘッドユニットの上流に配置されている。その際、乾燥ユニットは、完全に３Ｄ印刷装置内に組み込まれている。「乾燥ユニット」とは、この関連で特に、印刷材料を乾燥させるように設けられたユニットと解すべきである。好ましくは、乾燥ユニットは、印刷材料に含まれる水分の少なくとも主要部分を印刷材料から抜くように設けられている。乾燥ユニットによる印刷材料の乾燥は、好ましくは熱により実施される。しかし、原則、当業者に有意義に思える、印刷材料を乾燥させる別の方法も可能である。これにより有利には、印刷材料の一定の乾燥度を保証することができる。これにより、他方、印刷プロセスは、有利には正確に制御され、コントロールされ得る。さらに、乾燥により印刷材料の印刷性は改善可能である。
【００３３】
加えて提案する事項は、３Ｄ印刷装置が、種々異なる印刷材料を収容するマガジンを備えることである。好ましくは、マガジン内に、種々異なる印刷材料が収容されており、マガジンを介して異なる印刷材料間で切り換えが可能である。好ましくは、マガジンは、フィラメントリール用の複数のホルダおよび／または種々異なる印刷材料用の複数の容器を有する。特に好ましくは、３Ｄ印刷装置は、特に開ループおよび／または閉ループ制御ユニットにより制御され、印刷すべき印刷対象物の達成したい色および／または強度に応じて異なる印刷材料を使用する。マガジンを介して、特に自動的に印刷材料間で切り換えが可能である。その際、原則、特に印刷対象物毎に１つの印刷材料しか使用しない。しかし、原則、印刷材料を印刷対象物の印刷中に切り換えるかつ／または混合することも可能である。印刷材料は、特にその色で区別される。これにより印刷対象物は、特に自動的にそれぞれ異なる印刷材料から製造可能である。これにより３Ｄ印刷装置により、特に印刷対象物の異なる色が実現可能である。
【００３４】
さらに本発明は、３Ｄ印刷装置用の印刷材料から出発する。提案する事項は、３Ｄ印刷装置が、ＰＡＥＫからなる少なくとも１つの成分と、ＰＡＥＫとは異なる材料からなる少なくとも１つの別の成分とを含む。好ましくは、少なくとも１つの成分は、ＰＥＫＫおよび／またはＰＥＥＫからなり、少なくとも１つの成分は、ＰＥＫＫおよび／またはＰＥＥＫとは異なる材料、好ましくはＰＥＡＫとは異なる材料からなる。これにより印刷材料は、有利には、個別の要求に適合され得る。
【００３５】
さらに本発明は、３Ｄ印刷装置を、少なくとも部分的に高性能プラスチックから形成される印刷材料を用いて運転する方法から出発する。提案する事項は、印刷工程を３Ｄ印刷装置の開ループおよび／または閉ループ制御ユニットにより開ループおよび／または閉ループ制御することである。これにより特に、少なくとも１つの印刷パラメータの有利な開ループおよび／または閉ループ制御が達成可能である。好ましくは、これにより特に、印刷プロセスのコントロールが達成可能である。これにより特に、印刷プロセスを好適に制御することができる。
【００３６】
さらに提案する事項は、少なくとも１つの特性値に応じて面加熱ユニットの異なる加熱素子を制御することである。好ましくは、面加熱ユニットの加熱素子は、印刷対象物の少なくとも１つの特性値および／または印刷工程の少なくとも１つの特性値に応じて制御される。特に好ましくは、面加熱ユニットの加熱素子は、印刷対象物の形状および／または性状、印刷の進捗および／または印刷対象物の既に印刷された部分の温度特性値に応じて制御される。これにより面加熱ユニットは、有利には可変に利用可能である。これにより特に、印刷対象物の極めて精緻な加熱が達成可能である。これにより、さらに加えて、有利には効率的な加熱が提供可能である。特に面加熱ユニットを印刷ベースプレートに対して相対的に移動させる場合、それにもかかわらず、対象を絞って印刷対象物を加熱することが達成可能である。周囲を不都合に加熱してしまうことは、回避可能である。これにより好ましくは、面加熱ユニットの加熱面が、リアルタイムで印刷対象物の形状に適合され得る。
【００３７】
さらに提案する事項は、面加熱ユニットの異なる加熱素子を制御することで、対象を絞って印刷対象物の部分領域を加熱することである。その際、特に、対象を絞って印刷対象物の既に印刷された部分の部分領域が加熱される。その際、対象を絞った加熱は、ワーピングを回避するために利用可能である。これにより、印刷対象物の極めて精緻な加熱が達成可能である。これにより、さらに加えて、有利には効率的な加熱が提供可能である。周囲を不都合に加熱してしまうことは、回避可能である。加えて、印刷対象物の、特に印刷プロセスの所定の時点で加熱されるべきでない部分領域が加熱されてしまうことも、回避可能である。これにより好ましくは、面加熱ユニットの加熱面が、リアルタイムで印刷対象物の形状に適合され得る。好ましくは、これにより特に、印刷プロセスのコントロールが達成可能である。これにより特に、印刷プロセスを好適に制御することができる。
【００３８】
加えて提案する事項は、印刷対象物を、後続の層をプリントする前に、部分的に局所加熱ユニットにより先行加熱することである。好ましくは、局所加熱ユニットを介して、個々の印刷層間の接着は、印刷対象物の最上位の印刷層を、印刷ヘッドユニットにより後続の層をプリントする前に、部分的に加熱することで改善される。加えて、この場合、対象を絞って局所加熱ユニットによる加熱を部分的に省略し、これにより、対象を絞って接着を回避することができる。これにより特に、層同士が互いに融合されることなく、層同士を直接重ねて印刷し得ることが達成可能である。これにより、印刷対象物の極めて精緻な加熱が達成可能である。これにより、さらに加えて、有利には効率的な加熱ユニットが提供可能である。特に印刷対象物は、これにより有利には、部分的に加熱され得る。加えて、これにより有利には、確実に層の結合が達成可能である。特に高性能プラスチックの高い溶融温度に基づいて、層が溶け合うことを保証するには、極めて高い温度が最上位の層に提供されねばならない。
【００３９】
さらに提案する事項は、印刷ヘッドユニット内の印刷材料の圧力に応じて印刷速度を調整することである。好ましくは、印刷速度を、印刷ヘッドユニット内の印刷材料の圧力に応じて開ループおよび／または閉ループ制御する。その際、特に好ましくは、印刷速度を特にリアルタイムで制御する。これにより有利には、印刷速度を印刷プロセスに適合させることができる。これにより特に、印刷速度の可変の調整が達成可能である。好ましくは、これにより特に、印刷プロセスのコントロールが達成可能である。これにより特に、印刷プロセスを好適に制御することができる。
【００４０】
さらに提案する事項は、印刷工程後の冷却時の印刷対象物の収縮プロセスを、印刷工程前および／または印刷工程中、計算するかつ／または考慮することである。好ましくは、最大の印刷精度を達成すべく、印刷材料の収縮挙動を、印刷工程前および／または印刷工程中、計算するかつ／または考慮する。その際、特に、印刷対象物が、冷却により引き起こされる収縮後、所望の寸法に収縮し、それゆえ、印刷作業中、収縮を保証すべく、狙ってより多くの材料が被着されるように、収縮挙動を計算するかつ／または考慮する。その際、「収縮」とは、この関連で特に、温度変化時のプラスチックの意図したまたは意図しない寸法変化と解すべきである。これにより特に、有利には高い印刷精度が達成可能である。これにより特に、最終的な印刷対象物の有利には高い精度が達成可能である。好ましくは、これにより特に、印刷プロセスのコントロールが達成可能である。これにより特に、印刷プロセスを好適に制御することができる。
【００４１】
さらに提案する事項は、印刷対象物を、印刷工程中、少なくとも部分的に計測することである。好ましくは、印刷対象物を、印刷工程中、カメラおよび／または校正センサを用いて計測する。好ましくは、印刷対象物と、開ループおよび／または閉ループ制御ユニットに格納されたデジタルテンプレートとの間で生じ得る偏差を確認すべく、印刷対象物を、印刷工程中、少なくとも部分的に計測する。これにより有利には、印刷工程の精度を監視することができる。これにより好ましくは、印刷対象物と、開ループおよび／または閉ループ制御ユニットに格納されたデジタルテンプレートとの間で生じ得る偏差を確認することができる。好ましくは、これにより特に、印刷プロセスのコントロールが達成可能である。これにより特に、印刷プロセスを好適に制御することができる。しかし、原則、印刷対象物の計測を印刷工程後にのみ実施することも可能である。これにより有利には、計算の手間を軽減することができる。
【００４２】
さらに提案する事項は、印刷工程の印刷パラメータを計測結果に応じて少なくとも部分的に適合させることである。好ましくは、印刷工程の印刷パラメータを、印刷対象物と、開ループおよび／または閉ループ制御ユニットに格納されたデジタルテンプレートとの間の偏差に応じて少なくとも部分的に適合させる。これにより特に、起こり得る印刷不正確性を、特に印刷工程中、改善し得ることが達成可能である。加えて、３Ｄ印刷装置が計測結果に応じて自動的に修正を印刷対象物において実施することも可能である。その際、特に、例えば大きな偏差が印刷対象物と、開ループおよび／または閉ループ制御ユニットに格納されたデジタルテンプレートとの間で生じても、偏差を改善すべく、好適に修正を実施することができる。これにより有利には、正確な３Ｄ印刷装置が提供可能である。有利には正確な印刷プロセスが実現可能である。
【００４３】
加えて提案する事項は、少なくとも１つの印刷パラメータの適合により、印刷すべき印刷対象物の色に影響を及ぼすことである。好ましくは、特に印刷温度および／または印刷ヘッドユニット内の印刷材料の圧力を適合させることで、印刷すべき印刷対象物の色に影響を及ぼす。
【００４４】
特に好ましくは、開ループおよび／または閉ループ制御ユニットは、印刷対象物の所望の色に応じて印刷温度および／または印刷材料の圧力を適合させる。しかし、当業者に有意義に思える、印刷すべき印刷対象物の色を適合させる別の印刷パラメータも可能である。これにより有利には、印刷材料が同じであるとき、印刷対象物の色の適合を行うことができる。これにより好ましくは、少なくとも色のニュアンスに影響を及ぼすことができる。これにより、加えてグラデーションも実現可能である。
【００４５】
さらに提案する事項は、印刷材料を印刷ヘッドユニットへの供給前に乾燥させることである。その際、印刷材料の乾燥は、３Ｄ印刷装置内で直接実施されても、別体の装置内で実施されてもよい。乾燥ユニットによる印刷材料の乾燥は、好ましくは熱により実施される。しかし、原則、当業者に有意義に思える、印刷材料を乾燥させる別の方法も可能である。これにより有利には、印刷材料の一定の乾燥度を保証することができる。これにより、他方、印刷プロセスを有利には正確に制御し、コントロールすることができる。さらに、乾燥により印刷材料の印刷性を改善することができる。好ましくは、これにより特に、印刷プロセスの高度なコントロールが達成可能である。
【００４６】
さらに提案する事項は、印刷対象物の印刷前に、印刷対象物の第１層の底面より大きい底面を有する安定化層を、印刷ベースプレート上にプリントすることである。好ましくは、安定化層は、少なくとも部分的にまるみをもたせた角隅を有する。特に好ましくは、安定化層は、少なくとも部分的に楕円の底面を有する。「安定化層」とは、この関連で特に、印刷された層であって、印刷工程中、その上に印刷対象物がプリントされる層と解すべきである。その際、この層は、好ましくは少なくとも印刷工程中、印刷対象物に結合されている。特に好ましくは、安定化層とは、特に、印刷対象物内の応力を吸収し、外部に逃すように設けられた層と解すべきである。安定化層は、特に、ワーピングを引き起こす応力を安定化層に逃すことで、印刷対象物自体のワーピングを回避するために用いられる。安定化層は、好ましくは印刷プロセス後、印刷対象物から取り除かれる。これにより有利には、確実に印刷対象物のワーピングが回避可能である。加えて、これにより特に、印刷プロセスの高度なコントロールが達成可能である。
【００４７】
さらに提案する事項は、印刷作業後、印刷対象物を剥離させるべく、印刷ベースプレートを能動的に冷却することである。好ましくは、印刷ベースプレートを、印刷作業後、急激に冷却する。その際、冷却は、特に冷却装置により実施される。これにより特に、印刷対象物の確実な剥離が達成可能である。特に、印刷対象物が手で印刷ベースプレートから取り除かれねばならない事態は、回避可能である。加えて、これにより、印刷作業自体の最中は印刷対象物が印刷ベースプレートに強く接着されていても、印刷対象物の自動的な剥離が達成可能である。
【００４８】
なお、本発明に係る３Ｄ印刷装置、３Ｄプリンタ、印刷材料および方法は、上述の用途および実施の形態に限定されるものではない。特に本発明に係る３Ｄ印刷装置、３Ｄプリンタ、印刷材料および方法は、本明細書で説明する機能を充足するために、本明細書に挙げる数とは異なる数の個々の要素、構成部材およびユニットを備えていてもよい。
【００４９】
別の利点は、以下の図面の説明から看取可能である。図面には、本発明の一実施例を示している。図面、明細書および特許請求の範囲は、多数の特徴の組み合わせを含む。当業者は、これらの特徴を合目的に個別に観察し、有意義な別の組み合わせにまとめることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明に係る３Ｄ印刷装置を備える３Ｄプリンタを前から見た概略図である。
【図２】本発明に係る３Ｄ印刷装置を備える３Ｄプリンタを後から見た概略図である。
【図３】本発明に係る３Ｄ印刷装置の印刷ヘッドユニットおよび能動型の冷却ユニットの概略図である。
【図４Ａ】本発明に係る３Ｄ印刷装置の印刷ヘッドユニット、能動型の冷却ユニットおよびセンサユニットの概略断面図である。
【図４Ｂ】本発明に係る３Ｄ印刷装置の、ノズル切り換えユニットを有する印刷ヘッドユニット、能動型の冷却ユニットおよびセンサユニットの概略断面図である。
【図５Ａ】本発明に係る３Ｄ印刷装置の印刷ヘッドユニットのノズルの概略部分断面図である。
【図５Ｂ】本発明に係る３Ｄ印刷装置の印刷ヘッドユニットの代替的なノズルの概略部分断面図である。
【図５Ｃ】本発明に係る３Ｄ印刷装置の印刷ヘッドユニットの別の代替的なノズルの概略断面図である。
【図６Ａ】本発明に係る３Ｄ印刷装置の、印刷ベースプレートを有するベースユニット、印刷ヘッドユニットおよび面加熱ユニットの概略図である。
【図６Ｂ】本発明に係る３Ｄ印刷装置の、印刷ベースプレートを有するベースユニット、印刷ヘッドユニットおよび代替的な面加熱ユニットの概略図である。
【図７】運転状態にある本発明に係る３Ｄ印刷装置の印刷ヘッドユニットおよび面加熱ユニットの概略図である。
【図８Ａ】３Ｄ印刷装置の印刷材料および印刷材料収容ユニットの概略図である。
【図８Ｂ】３Ｄ印刷装置の印刷材料および代替的な印刷材料収容ユニットの概略図である。
【図９】本発明に係る３Ｄ印刷装置の印刷パラメータの関係を概略的に示すグラフである。
【図１０】本発明に係る３Ｄ印刷装置の、印刷ベースプレートを有するベースユニットと、安定化層を有する印刷対象物との概略部分図である。
【００５１】
実施例の説明
図１および２は、３Ｄ印刷装置１０を備える３Ｄプリンタを示している。３Ｄ印刷装置１０は、３Ｄプリンタを形成している。しかし、原則、３Ｄ印刷装置１０は、既に公知の３Ｄプリンタの装備拡張用に設けられたキットとしてのみ形成されていることも可能である。それゆえ、原則、３Ｄ印刷装置１０の部分が３Ｄプリンタに配設されていることも可能である。
【００５２】
３Ｄ印刷装置１０は、ＦＦＦ（すなわち、Ｆｕｓｅｄ−Ｆｉｌａｍｅｎｔ−Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ）印刷装置として形成されている。特に３Ｄ印刷装置１０は、ＦＤＭ（すなわち、Ｆｕｓｅｄ−Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ−Ｍｏｄｅｌｉｎｇ）印刷装置として形成されている。３Ｄ印刷装置１０は、高性能プラスチックの印刷用に設けられている。３Ｄ印刷装置１０は、ＰＡＥＫプラスチックの印刷用に設けられている。３Ｄ印刷装置１０により、ＰＥＥＫおよび／またはＰＥＫＫが印刷される。
【００５３】
本実施例では、印刷材料１６は、フィラメントとして形成されている。さらに印刷材料１６は、ＰＥＥＫおよび／またはＰＥＫＫからなる成分を含む。さらに印刷材料１６は、ＰＥＥＫおよびＰＥＫＫとは異なる材料からなる別の成分を含む。しかし、原則、印刷材料１６は、完全にＰＥＥＫおよび／またはＰＥＫＫからなることも可能である。
【００５４】
３Ｄ印刷装置１０は、フレーム５３を備える。フレーム５３は、アルミニウムフレームとして形成されている。フレーム５３は、例えば長さ３５０ｍｍ、高さ５６０ｍｍおよび幅３５０ｍｍの寸法を有する。しかし、原則、当業者に有意義に思える別の寸法も可能である。さらに３Ｄ印刷装置１０は、ハウジング５４を備える。ハウジング５４は、複数のプレートを有し、プレートは、外装としてフレーム５３に取り付けられている。プレートは、陽極酸化処理されたアルミニウムからなる。しかし、原則、当業者に有意義に思える別の材料も可能である。ハウジング５４は、正面に開口５６を有し、開口５６を介して３Ｄ印刷装置１０の構造空間にアクセス可能である。開口５６は、詳細は不可視の扉を介して閉鎖可能である。扉は、合わせ安全ガラスからなる。構造空間は、３Ｄ印刷装置１０の下側の平面を形成する（図１）。
【００５５】
構造空間の下面には、ベースユニット２０が存在する。３Ｄ印刷装置１０は、ベースユニット２０を備える。ベースユニット２０は、印刷ベースプレート２２を有し、印刷ベースプレート２２上では、印刷工程中、プリントが行われる。印刷ベースプレート２２は、加熱可能である。印刷ベースプレート２２は、制御可能に加熱可能である。印刷ベースプレート２２は、詳細は不可視であるものの、セグメント毎に制御可能に加熱可能に形成されている。印刷ベースプレート２２の温度は、３Ｄ印刷装置１０の開ループ兼閉ループ制御ユニット４４を介して制御可能である。印刷ベースプレート２２のセグメントは、個別に制御可能に形成されている。印刷ベースプレート２２のセグメントは、３Ｄ印刷装置１０の開ループ兼閉ループ制御ユニット４４を介して個別に異なる強さに加熱可能である。印刷ベースプレート２２は、運転中、通常、一様に１００℃に加熱される。しかし、原則、これとは異なる印刷ベースプレート２２の温度制御も可能である。さらに印刷ベースプレート２２は、上面にガラスプレート５８を有する。ガラスプレート５８上では、印刷工程中、プリントが行われる。ガラスプレート５８は、印刷材料１６、特にＰＥＥＫを、印刷工程中、付着させておくのに必要とされる。印刷ベースプレート２２は、Ｚ方向に移動可能に形成されている。印刷ベースプレート２２は、詳細は不可視の駆動ユニットを介してＺ方向に移動可能に形成されている。印刷ベースプレート２２の、詳細は不可視の駆動ユニットは、３Ｄ印刷装置１０の開ループ兼閉ループ制御ユニット４４により制御される。さらにベースユニット２０は、冷却装置２４を有する。冷却装置２４は、印刷ベースプレート２２を能動的に冷却するように設けられている。冷却装置２４は、印刷ベースプレート２２を急激に冷却するように設けられている。冷却装置２４を介して印刷ベースプレート２２の冷却過程は、制御可能である。冷却装置２４は、印刷ベースプレート２２の下方に配置されている。冷却装置２４は、水冷式冷却装置として形成されている。印刷ベースプレート２２を冷却すべく、冷却装置２４内では、水が循環される。水は、別の場所で詳細は不可視の放熱用の冷却リブを通して案内される。しかし、原則、当業者に有意義に思える冷却装置２４の別の構成も可能である。
【００５６】
３Ｄ印刷装置１０の印刷ボリュームは、本実施例では、例えば１５５ｍｍ×１５５ｍｍ×１５５ｍｍである。しかし、原則、当業者に有意義に思える別の印刷ボリュームも可能である。
【００５７】
さらに３Ｄ印刷装置１０は、印刷ヘッドユニット１２を備える。印刷ヘッドユニット１２は、運転状態で、高性能プラスチックから形成される印刷材料１６を溶融させるように設けられている。印刷ヘッドユニット１２は、運転中、ＰＥＥＫおよび／またはＰＥＫＫから形成される印刷材料１６を溶融させるように設けられている。印刷ヘッドユニット１２は、基体４６を有する。印刷ヘッドユニット１２の基体４６は、アルミニウムブロックからなる。さらに基体４６には、Ｘ方向ポジショニングロッド６４およびＹ方向ポジショニングロッド６６の取り付け用の軸受６０，６２が配置されている。印刷ヘッドユニット１２は、Ｘ方向ポジショニングロッド６４およびＹ方向ポジショニングロッド６６を介して、詳細は不可視であるものの、３Ｄ印刷装置１０のフレーム５３に結合されている。印刷ヘッドユニット１２のＸ／Ｙ方向ポジショニングは、詳細は不可視のステッピングモータにより実現される。詳細は不可視のステッピングモータは、印刷ヘッドユニット１２のＸ方向ポジショニングロッド６４およびＹ方向ポジショニングロッド６６を作動する。ステッピングモータは、それぞれ、詳細は不可視の歯付きベルトを介してＸ方向ポジショニングロッド６４およびＹ方向ポジショニングロッド６６に結合されている。ステッピングモータは、３Ｄ印刷装置１０の開ループ兼閉ループ制御ユニット４４により制御可能である。ステッピングモータを介して印刷ヘッドユニット１２は、開ループ兼閉ループ制御ユニット４４により作動可能である。
【００５８】
さらに印刷ヘッドユニット１２は、ホットエンド４８を有する。ホットエンド４８は、印刷ヘッドユニット１２の基体４６に配置されている。ホットエンド４８は、基体４６から分離されて取り外し可能に形成されている。ホットエンド４８は、工具なしに取り外し可能に形成されている。ホットエンド４８は、ノズル４２およびノズル加熱部６８を有する。印刷ヘッドユニット１２のノズル４２は、印刷ヘッドユニット１２の基体４６に結合されている。ノズル４２は、基体４６から分離されて取り外し可能に形成されている。ノズル４２は、下向きに基体４６から引き抜き可能である。その際、ノズル４２は、詳細は不可視のリテーニング手段を介してのみ、意図せず抜け落ちないように留められている。ノズル加熱部６８は、運転中、ノズル４２を加熱するように設けられている。ノズル加熱部６８は、２０ｍｍの長さのアルミニウムブロックを有し、このアルミニウムブロックは、２つの抵抗加熱素子により約３４０℃ないし４００℃に昇温される。温度は、詳細は不可視の熱電素子により検出され、監視される。このアルミニウムブロックは、ノズル４２を包囲している。しかし、原則、ノズル加熱部６８の下流に漸くノズル４２を配置し、印刷材料１６をノズル加熱部６８内で直接溶融させることも可能である。しかし、原則、当業者に有意義に思えるノズル加熱部６８の別の構成も可能である。印刷材料１６は、運転中、印刷ヘッドユニット１２内を、基体４６内に設けられた通路７０を通してノズル４２に導入される。ノズル４２内で印刷材料１６は、ノズル４２から押し出すために、ノズル加熱部６８を介して溶融される。その際、印刷材料１６は、ノズル加熱部６８の領域で溶融され、ノズル４２の吐出開口７２を介して押し出される。
【００５９】
印刷ヘッドユニット１２のノズル４２は、内面７４に少なくとも２００ＨＶ１０の硬さを有する。ノズル４２は、内面７４に２０００ＨＶ１０より高い硬さを有する。印刷ヘッドユニット１２のノズル４２は、内面７４に少なくとも２００ＨＶ１０の硬さのコーティングを有する。印刷ヘッドユニット１２のノズル４２は、内面７４にセラミックからなるコーティングを有する。コーティングは、タングステンカーバイドからなる。しかし、原則、印刷ヘッドユニット１２のノズル４２用に、当業者に有意義に思える別の材料および／またはコーティングも可能である。ノズル４２の残りは、黄銅からなる。
【００６０】
さらに印刷ヘッドユニット１２のノズル４２の種々異なる形状付与が可能である。以下に、３つの可能な形状付与について説明する。その際、異なるノズル４２，４２’，４２”の符号は、それぞれアポストロフィにより区別する。ノズル４２，４２’，４２”はすべて、それぞれ印刷ヘッドユニット１２の基体４６に装着可能である。
【００６１】
第１の形態では、ノズル４２は、短い案内領域７６と長い開口領域７８とを有する。本形態では、開口領域７８は、２つの部分領域８０，８２に分けられている。開口領域７８の、吐出開口７２とは反対側の第１の部分領域８０では、ノズル４２の内側直径が、案内領域７６からノズル４２の主延在方向８４に沿って吐出開口７２に向かって減少する。この内側直径の減少は、第２の部分領域８２に向かって少なくともほぼゼロに減少する。開口領域７８の、吐出開口７２側の第２の部分領域８２では、ノズル４２の内側直径は、ノズル４２の主延在方向８４に沿って吐出開口７２に向かって再度減少する。吐出開口７２手前の領域で、ノズル４２の内面７４は、吐出開口７２に向かって円錐形に狭窄する内側輪郭を有する。ノズル４２の吐出開口７２の内側輪郭は、円筒状である。吐出開口７２のサイズは大きい。これにより、高い印刷速度が実現可能である。加えて、開口領域７８の複数の部分領域８０，８２により、ノズル４２内での材料堆積は、回避可能である（図５Ａ）。
【００６２】
第２の形態では、ノズル４２’は、長い案内領域７６’と短い開口領域７８’とを有する。本形態では、案内領域７６’は、一定の内側直径を有する。案内領域７６’におけるノズル４２’の内面７４’には、細い溝が凹設されている。溝は、ノズル４２’の主延在方向８４’に対して平行に延在する。これにより特に、有利には高い表面品質が達成可能である。加えて、繊維が添加された印刷材料１６を使用したとき、印刷材料１６の表面において繊維の方向付けが達成可能である。これにより、他方、印刷材料１６内で繊維を使用しても、高い表面品質が達成可能である。開口領域７８’では、ノズル４２’の内側直径が、案内領域７６’からノズル４２’の主延在方向８４’に沿って吐出開口７２’に向かって減少する。開口領域７８’にノズル４２’の内面７４’は、吐出開口７２’向かって円錐形に狭窄する内側輪郭を有する。ノズル４２’の吐出開口７２’の内側輪郭は、円筒状である。吐出開口７２’のサイズは小さい。吐出開口７２’は、０．４ｍｍの直径を有する。しかし、原則、当業者に有意義に思える別の直径も可能である。これにより、高い印刷精度が実現可能である（図５Ｂ）。
【００６３】
第３の形態では、ノズル４２”は、長い案内領域７６”および短い開口領域７８”を有する。さらにノズル４２”は、構造要素８６”を有する。構造要素８６”は、乱流をノズル４２”内に発生させるように設けられている。構造要素８６”は、ノズル４２”の内面７４”に配置されている。構造要素８６”は、螺旋構造により形成されており、螺旋構造は、印刷材料１６を螺線形にノズル４２”を通して案内するあるいは印刷材料１６の螺線運動をノズル４２”内に引き起こす。しかし、原則、当業者に有意義に思える構造要素８６”の別の構成も可能である。構造要素８６”により、特にノズル４２”内の乱流が達成可能である。これにより特に、吐出開口７２”が小さくても、吐出開口７２”の詰まりは回避可能である。これにより特に、印刷材料１６内で繊維を使用しても、吐出開口７２”の詰まりは回避可能である（図５Ｃ）。
【００６４】
これに加えてまたはこれとは異なり、ノズル４２，４２’，４２”の少なくとも１つまたは別のノズルが、調節可能な吐出開口７２，７２’，７２”を有していてもよい。この場合、特に、ノズル４２，４２’，４２”において吐出開口７２，７２’，７２”の形状および／または直径が変更可能であってもよい。これにより特に、吐出開口７２，７２’，７２”の形状および／または直径を現下の印刷プロセスに適合させることができる。特にノズル４２，４２’，４２”の吐出開口７２，７２’，７２”を現下の要求、特に印刷したい層の厚さおよび／または形状に適合させることができる。
【００６５】
運転中、異なるノズル４２，４２’，４２”間で切り換えが可能である。その際、ノズル４２，４２’，４２”の切り換えは、手動で実施される。しかし、これに対して、個々のノズル４２，４２’，４２”の代わりに、ノズル切り換えユニット４５を印刷ヘッドユニット１２の基体４６に装着してもよい。この場合、ノズル切り換えユニット４５は、特にノズル４２，４２’，４２”の代わりに装着可能である。印刷ヘッドユニット１２は、ノズル切り換えユニット４５を有する。ノズル切り換えユニット４５は、ノズルタレットとして形成されている。ノズル切り換えユニット４５は、他方、３つのノズル４２，４２’，４２”を有する。しかし、原則、当業者に有意義に思えるノズル４２，４２’，４２”の別の数も可能である。ノズル切り換えユニット４５は、本実施例では、例えば既に説明した３つのノズル４２，４２’，４２”を有する。しかし、原則、ノズル切り換えユニット４５は、別の異なるノズルを有していてもよい。ノズル切り換えユニット４５は、通常、特に吐出開口７２，７２’，７２”の直径および／または形状が異なるノズル４２，４２’，４２”を有する。さらにノズル切り換えユニット４５は、印刷ヘッドユニット１２の基体４６に相対して配置される回転盤８８を有する。回転盤８８の、基体４６とは反対側に、ノズル４２，４２’，４２”が配置されている。回転盤８８を回転させることで、基体４６内に設けられた通路７０にどのノズル４２，４２’，４２”を接続させるか、手動で選択可能である。しかし、原則、ノズル切り換えユニット４５を３Ｄ印刷装置１０の開ループ兼閉ループ制御ユニット４４により直接制御できるようにしてもよい。これにより、開ループ兼閉ループ制御ユニット４４が、印刷プロセスに応じて最適なノズル４２，４２’，４２”を自動的に選択することが達成可能である。しかし、原則、開ループ兼閉ループ制御ユニット４４が、詳細は不可視の表示ユニットを介してオペレータに、どのノズル４２，４２’，４２”が現下の印刷プロセスに必要か、表示するようになっていてもよい。
【００６６】
さらに３Ｄ印刷装置１０は、センサユニット３８を備え、センサユニット３８は、印刷ヘッドユニット１２内の印刷材料１６の圧力を直接測定するように設けられている。センサユニット３８は、周囲圧力に対する印刷ヘッドユニット１２内の印刷材料１６の相対圧力を直接測定するように設けられている。センサユニット３８は、圧力センサとして形成されている。センサユニット３８は、少なくとも１つのセンサ素子４０を有し、センサ素子４０は、印刷ヘッドユニット１２のノズル４２内に配置されている。センサ先端として形成され、圧力を検出するように設けられたセンサ素子４０は、基体４６内に設けられた開口と、印刷ヘッドユニット１２のノズル４２内に設けられた開口とを通して、ノズル４２の内室に突入している。ノズル切り換えユニット４５を使用した場合は、圧力を検出するように設けられたセンサ素子４０は、基体４６内に設けられた開口と、印刷ヘッドユニット１２のノズル切り換えユニット４５のホルダ内に設けられた開口とを通して、ノズル切り換えユニット４５の内室に突入している。
【００６７】
さらに３Ｄ印刷装置１０は、能動型の冷却ユニット３４を備える。能動型の冷却ユニット３４は、能動型の水冷式冷却ユニットとして形成されている。能動型の冷却ユニット３４は、温度に関してクリティカルな構成部材を能動的に冷却するように設けられている。能動型の冷却ユニット３４は、印刷ヘッドユニット１２の直接的な周囲に存在する、温度に関してクリティカルな構成部材を冷却するように設けられている。能動型の冷却ユニット３４は、とりわけ、印刷ヘッドユニット１２に配置されるセンサユニット３６を能動的に冷却するように設けられている。能動型の冷却ユニット３４は、印刷ヘッドユニット１２に配置され計測センサとして形成されるセンサユニット３６を冷却するように設けられている。センサユニット３６は、校正センサとして形成されており、校正センサは、校正のために、しかし印刷対象物２８のリアルタイム計測のためにも、印刷ベースプレート２２および／または印刷対象物２８を計測するように設けられている。センサユニット３６は、印刷ヘッドユニット１２に配置されており、これにより、追加のアクチュエータなしにセンサユニット３６の移動を実現できる。センサユニット３６は、印刷ヘッドユニット１２の基体４６に直接配置されている。さらに冷却ユニット３４は、Ｘ方向ポジショニングロッド６４およびＹ方向ポジショニングロッド６６の軸受６０，６２を冷却するように設けられている。このために能動型の冷却ユニット３４は、印刷ヘッドユニット１２内に組み込まれている。能動型の冷却ユニット３４は、中空室９０を印刷ヘッドユニット１２の基体４６の内部に有する。中空室９０内では、基体４６外に配置される詳細は不可視のポンプを介して、軸受６０，６２およびセンサユニット３６の冷却用の蒸留水が圧送される。ポンプは、シリコーンチューブを介して中空室９０に接続されている。その際、水は、最初に中空室９０を通して圧送され、続いて詳細は不可視の冷却リブを通して圧送される。冷却リブは、ベンチレータにより冷却される。加えて、印刷ヘッドユニット１２の基体４６の冷却は、フィラメントの早期の溶融、ひいては通路７０の壁への固着を防止する。
【００６８】
これに加えてまたはこれとは異なり、３Ｄ印刷装置１０は、高温領域と低温領域との間に遮断層を少なくとも一運転状態で提供すべく、高温領域と低温領域との間に所定のガス流、特に空気流を発生させるように設けられた冷却ユニットを備えていてもよい。
【００６９】
さらに３Ｄ印刷装置１０は、供給装置１４を備える。供給装置１４は、少なくとも一運転中、印刷ヘッドユニット１２に印刷材料１６を供給するように設けられている。供給装置１４は、フィラメントの形態の印刷材料１６を印刷ヘッドユニット１２に供給するように設けられている。供給装置１４は、３Ｄ印刷装置１０のハウジング５４の背面に配置されている。供給装置１４は、ボーデンエクストルーダとして形成されている。しかし、原則、当業者に有意義に思える供給装置１４の別の形成も可能である。供給装置１４は、搬送要素１８を有する。搬送要素１８は、搬送ローラとして形成されている。搬送要素１８は、供給装置１４の駆動ユニットにより駆動される。駆動ユニットは、電気モータとして形成されている。搬送要素１８は、少なくとも一運転状態で印刷材料１６を所定の送り速度で移動させるように設けられている。供給装置１４を介して、ＰＥＥＫフィラメントとして形成される印刷材料１６が、所定の通りフィードされる。このために供給装置１４は、印刷材料１６を３Ｄ印刷装置１０の印刷材料収容ユニット９２から引き出す。
【００７０】
印刷材料収容ユニット９２は、同じく３Ｄ印刷装置１０のハウジング５４の背面に配置されている。印刷材料収容ユニット９２は、ハウジング５４の背面にねじ止めされている。印刷材料収容ユニット９２は、円筒状の基本形状を有する。印刷材料収容ユニット９２は、フィラメントリール９４を回転可能に収容するために用いられる。このために印刷材料収容ユニット９２は、円筒状の外壁９６を有し、外壁９６は、印刷材料１６を装入した状態で印刷材料１６の外側の境界を定めている。これにより、特にフィラメントの場合、印刷材料１６が自らの内部応力に基づいて自動的にほどけてしまうことは、防止可能である。特に、高い曲げ弾性率を有するポリマーの印刷材料１６である場合、印刷材料１６をフィラメントリール９４上で使用することは、困難である。この理由は、材料が、弾性領域で変形されると直ちに、再び初期形状に戻ろうとする傾向を示すほど、材料内に蓄えられる弾性エネルギが高いことにある。しかし、印刷材料１６は、３Ｄ印刷装置１０内で使用するには、繰り出されねばならないので、印刷材料収容ユニット９２によって、印刷材料１６が無統制にほどけ、場合によってはそれどころか絡まってしまうことを防止することができる。印刷材料収容ユニット９２は、２００ｍｍまたは１００ｍｍの外側直径と、４３ｍｍ以上の内側直径とを有するフィラメントリール９４用に設計されている。しかし、原則、当業者に有意義に思える別の寸法も可能である。印刷材料収容ユニット９２の外壁９６内には、スリット９８が配置されている。スリット９８は、例えば約３５ｍｍの幅を有する。スリット９８を介して印刷材料１６は、供給装置１４により印刷材料収容ユニット９２から引き出し可能である。供給装置１４と印刷材料収容ユニット９２とは、互いに距離を置いて配置されている。これにより特に、フィラメントとして形成される印刷材料１６の部分的な応力緩和が達成可能である。これにより処理は、有利には改善可能である。
【００７１】
図８Ｂは、印刷材料収容ユニット９２’の代替的な形態を示している。この代替的な印刷材料収容ユニット９２’は、同様に円筒状の基本形状を有する。この代替的な印刷材料収容ユニット９２’は、外壁９６’につめ状に形成されている。この場合、印刷材料収容ユニット９２’は、印刷材料１６を直接収容するように設けられている。この場合、印刷材料１６は、印刷材料収容ユニット９２’内に直接支持される。このために印刷材料収容ユニット９２’は、印刷材料１６を取り囲み、フィラメントとして形成される印刷材料１６’は、自らの内部応力に基づいて外向きに、印刷材料収容ユニット９２’の、取り囲んでいる外壁９６’に圧接する。これにより、付加的なフィラメントリール９４は、省略可能である。代替的な印刷材料収容ユニット９２’は、印刷材料収容ユニット９２に対して代替的に使用可能である。
【００７２】
加えて３Ｄ印刷装置１０は、種々異なる印刷材料１６を収容する任意選択的なマガジン５１を備える。マガジン５１は、図２に破線で略示した。マガジン５１内には、特にそれぞれ異なる印刷材料１６を有する複数の印刷材料収容ユニット９２が収容されている。その際、マガジン５１を介して、特に詳細は不可視であるものの、手動で、異なるフィラメントを供給装置１４内に継ぐことで、異なる印刷材料１６間で切り換え可能である。しかし、原則、切り換えを自動的に行うことも可能である。この場合、３Ｄ印刷装置１０により、印刷すべき印刷対象物２８の達成したい色および／または強度に応じて様々な印刷材料１６が使用される。
【００７３】
供給装置１４を介して、運転中、印刷材料１６は、印刷材料収容ユニット９２から印刷ヘッドユニット１２にフィードされる。印刷ヘッドユニット１２内の圧力は、フィード時、フィラメントとして形成され供給装置１４によりフィードされる印刷材料１６自身により生じる。それゆえ、印刷ヘッドユニット１２内の圧力は、供給装置１４を介して制御される。供給装置１４は、３Ｄ印刷装置１０の開ループ兼閉ループ制御ユニット４４により制御される。供給装置１４の駆動ユニットの、調整された出力に応じて、印刷ヘッドユニット１２内の印刷材料１６の圧力は、加減できる。印刷材料１６は、印刷ヘッドユニット１２の上方に存在する上側の平面を介して３Ｄ印刷装置１０のハウジング５４の内室に導入され、内室内で、詳細は不可視であるものの、印刷ヘッドユニット１２に供給される。
【００７４】
印刷材料１６に沿って見て、供給装置１４と印刷ヘッドユニット１２との間には、乾燥ユニット５０が配置されている。３Ｄ印刷装置１０は、乾燥ユニット５０を備える。乾燥ユニット５０は、印刷材料１６を印刷ヘッドユニット１２への供給前に乾燥させるように設けられている。乾燥ユニット５０は、溶融前に印刷材料１６から水分を抜くように設けられている。乾燥は、本実施例では、詳細は不可視であるものの、加熱素子を介して行われる。印刷材料１６の乾燥プロセスは、本実施例では、３Ｄ印刷装置１０内に統合されている。しかし、原則、印刷材料１６は、使用前に別途乾燥されてもよい。
【００７５】
さらに３Ｄ印刷装置１０は、印刷ベースプレート２２に相対して配置される少なくとも１つの面加熱ユニット２６を備える。面加熱ユニット２６は、印刷ベースプレート２２上に配置される印刷対象物２８を、印刷ベースプレート２２とは異なる方向から部分的に加熱するように設けられている。面加熱ユニット２６は、印刷対象物２８を上方から部分的に加熱するように設けられている。面加熱ユニット２６は、印刷材料１６の、個々に被着される層の層付着を顕著に高めるように設けられている。印刷ベースプレート２２と面加熱ユニット２６とは、互いに相対的に移動可能に構成されている。印刷ベースプレート２２は、Ｚ方向に移動可能に構成されているのに対し、面加熱ユニット２６は、Ｘ方向およびＹ方向に移動可能に構成されている。このために面加熱ユニット２６は、印刷ヘッドユニット１２に対して相対的に位置固定に配置されている。面加熱ユニット２６は、少なくとも１つの印刷ヘッドユニット１２に堅固に結合されている。この場合、面加熱ユニット２６は、印刷ヘッドユニット１２と連動する。面加熱ユニット２６は、印刷ヘッドユニット１２のノズル４２の印刷平面の３ｍｍ上方の、印刷平面に対して平行な一平面内に配置されている。面加熱ユニット２６には、詳細は不可視の電流供給ユニットによりエネルギが供給される。面加熱ユニット２６は、複数の加熱素子３０を有する。加熱素子３０は、電熱線を有する。しかし、原則、当業者に有意義に思える加熱素子３０の別の構成も可能である。加熱素子３０は、マイカプレート１００に配置されている。マイカプレート１００は、加熱素子３０の上方に配置されている。加熱素子３０は、印刷ヘッドユニット１２と印刷対象物２８との間の空気層を温めるように設けられている。その際、熱は、空気層を介して印刷対象物２８に伝達される。これにより、印刷対象物２８の既に印刷された層の表面は、次の層との有利な付着を保証すべく、活性化される。加えて、付加的な熱により、印刷対象物２８の熱分布は、改善可能である。この空気層の温度は、詳細は不可視の温度センサを介して検出され、制御される。しかし、原則、印刷対象物２８の温度を、熱画像カメラを介して監視することも可能である。このとき、制御は、開ループ兼閉ループ制御ユニット４４により実施される。マイカプレート１００を介して、上向きの部分断熱が達成可能である。
【００７６】
その際、面加熱ユニット２６は、特に種々異なる幾何学形状を有していてもよい。第１の形態では、面加熱ユニット２６は、一平面内に配置されており、その結果、熱の集中１０２が面加熱ユニット２６の直下で起こる（図６Ａ）。第２の形態では、面加熱ユニット２６’の熱の集中１０２’は、面加熱ユニット２６’の端部領域が中央領域に対して屈曲されていることにより拡大される（図６Ｂ）。
【００７７】
面加熱ユニット２６の複数の加熱素子３０は、互いに別々に制御可能に形成されている。加熱素子３０の各々は、詳細は不可視のそれぞれ１つの可変抵抗に接続されており、可変抵抗を介して加熱素子３０の加熱出力は、制御可能である。加熱素子３０は、開ループ兼閉ループ制御ユニット４４により制御される。
【００７８】
さらに３Ｄ印刷装置１０は、局所加熱ユニット３２を備え、局所加熱ユニット３２は、運転状態で、印刷ヘッドユニット１２により後続の層をプリントする前に、印刷対象物２８を部分的に加熱するように設けられている。局所加熱ユニット３２は、個々の印刷層間の接着を改善すべく、印刷ヘッドユニット１２により後続の層をプリントする前に、印刷対象物２８の最上位の印刷層を部分的に加熱するように設けられている。加えて、この場合、対象を絞って局所加熱ユニット３２による加熱を部分的に省略し、これにより、対象を絞った接着を回避することが特に可能である。局所加熱ユニット３２は、放射ヒータ、特に赤外線放射ヒータとして形成されている。局所加熱ユニット３２は、印刷ヘッドユニット１２に配置されている。局所加熱ユニット３２は、印刷ヘッドユニット１２周りに回転可能に配置されている。局所加熱ユニット３２は、ガイドシステム１０４を介して印刷ヘッドユニット１２の基体４６に配置されている。局所加熱ユニット３２は、詳細は不可視の駆動ユニットによりガイドシステム１０４を介して印刷ヘッドユニット１２に対して相対的に回転可能である。その際、回転は、特に印刷平面内で実施される。その際、局所加熱ユニット３２は、印刷ヘッドユニット１２の周りを公転する。開ループ兼閉ループ制御ユニット４４は、局所加熱ユニット３２の回転位置を制御する。加えて開ループ兼閉ループ制御ユニット４４は、局所加熱ユニット３２の加熱出力を制御する。その際、開ループ兼閉ループ制御ユニット４４は、局所加熱ユニット３２が印刷作業中印刷ヘッドユニット１２に先行するように、局所加熱ユニット３２を制御する。局所加熱ユニット３２が先行することで、他方、印刷対象物２８の最上位の層が後続の層の被着直前に軽く溶かされることが達成され得る。
【００７９】
３Ｄ印刷装置１０は、開ループ兼閉ループ制御ユニット４４を備える。開ループ兼閉ループ制御ユニット４４は、３Ｄ印刷装置１０のハウジング５４の上側の平面内に配置されている。開ループ兼閉ループ制御ユニット４４は、計算ユニットとして形成されている。開ループ兼閉ループ制御ユニット４４は、内蔵型のコンピュータシステムとして形成されている。開ループ兼閉ループ制御ユニット４４は、詳細は不可視のタッチＬＣＤディスプレイ、ネットワーク端子およびＵＳＢ端子を有する。さらに開ループ兼閉ループ制御ユニット４４は、印刷パラメータを開ループおよび閉ループ制御するように設けられている。開ループ兼閉ループ制御ユニット４４は、印刷パラメータをリアルタイムに開ループおよび閉ループ制御するように設けられている。開ループ兼閉ループ制御ユニット４４は、印刷パラメータを印刷プロセスに最適に適合させるために用いられる。開ループ兼閉ループ制御ユニット４４は、プロセス品質に関する方程式を計算するように設けられている。開ループ兼閉ループ制御ユニット４４は、印刷対象物２８の所望の品質および／または所望の印刷速度に応じて印刷速度、印刷ヘッドユニット１２の温度、印刷ベースプレート２２の温度、印刷対象物２８もしくはその周囲の温度および／またはノズル４２内の印刷材料１６の圧力を適合させるように設けられている。
【００８０】
運転中、印刷工程は、３Ｄ印刷装置１０の開ループ兼閉ループ制御ユニット４４により開ループおよび閉ループ制御される。
【００８１】
本来の印刷プロセス前、印刷すべき対象物の対象物データは、３Ｄ印刷装置１０に伝送される。対象物は、ＣＡＤソフトウェアにより作成されたファイルフォーマット、例えば．ｓｔｌ、．ｏｂｊまたは．ａｍｆ等のファイルフォーマットで、３Ｄ印刷装置１０に伝送される。しかし、好ましくは、印刷すべき対象物の対象物データは、３Ｄ印刷装置１０用に特別に開発されたＣＡＤファイルフォーマットで３Ｄ印刷装置１０に伝送される。この特別なＣＡＤファイルフォーマットは、純然たる形状を超え、付加的な情報、例えば公差、膨張、強度特性等を含む。続いてＣＡＤデータは、スライサソフトウェアにより個々の層に分割される。その際、スライサソフトウェアは、ＣＡＤソフトウェアの３Ｄモデルを３Ｄ印刷装置１０のＧコードに変換する。その際、層への分割は、３Ｄ印刷装置１０の外部で実施されても、それ自体の内部で実施されてもよい。これにより、３Ｄモデルの分解能を３Ｄ印刷装置１０の印刷分解能に適合させることができるので、有利には高い印刷品質が達成可能である。加えて印刷工程前に、印刷工程後の冷却時の印刷対象物２８の収縮プロセスが計算される。このために開ループ兼閉ループ制御ユニット４４は、印刷対象物２８の幾何学形状に応じて、印刷対象物２８の収縮挙動を計算し、印刷対象物２８の層の寸法設定をこの収縮挙動に適合させる。その際、層は、特に、印刷対象物２８が印刷工程後に収縮するため、３Ｄモデルより大きく印刷される。個々の層の印刷ルーチンは、マシンコードに翻訳され、開ループ兼閉ループ制御ユニット４４のマイクロコントローラに送信される。開ループ兼閉ループ制御ユニット４４のソフトウェアは、ウェブベースのアプリケーションである。続いて印刷プロセスが開始可能である。印刷プロセス中、モータ、面加熱ユニット２６、印刷ベースプレート２２、能動型の冷却ユニット３４、局所加熱ユニット３２等が、プログラミング可能なマイクロコントローラにより制御される。モータの位置情報は、マイクロコントローラによりマシンコードから読み出される。さらに印刷工程中のプロセスパラメータ、例えば印刷対象物２８の温度が表示される。
【００８２】
印刷工程のために、供給装置１４により印刷材料１６が印刷材料収容ユニット９２から引き出される。供給装置１４は、印刷材料１６を印刷ヘッドユニット１２にフィードする。印刷材料１６は、印刷ヘッドユニット１２に供給される前に乾燥ユニット５０により乾燥される。しかし、原則、印刷材料１６を印刷プロセスとは別途乾燥させることも可能である。続いて、フィラメントにより形成される印刷材料１６は、印刷ヘッドユニット１２の基体４６の通路７０を通してフィードされる。ここでは、フィラメントにより形成される印刷材料１６は、溶融前に冷却ユニット３４により能動的に冷却される。続いて印刷材料１６は、印刷ヘッドユニット１２のノズル４２内にフィードされ、ノズル４２内で印刷材料１６は、ノズル加熱部６８により溶融される。溶融後、印刷材料１６は、ノズル４２の吐出開口７２を介して押し出し可能である。
【００８３】
印刷対象物２８の印刷前、安定化層５２が、印刷ベースプレート２２上にプリントされる。安定化層５２は、印刷対象物２８の第１層の底面より大きい底面を有する。安定化層５２は、周囲にまるみをもたされ、材料で完全に満たされている。安定化層５２は、楕円の底面を有する。その際、層は、印刷対象物２８の印刷工程中、印刷対象物２８に結合されている。これにより、印刷対象物２８におけるワーピングは、確実に回避可能である。安定化層５２は、全印刷プロセス後、印刷対象物２８から取り除かれる。安定化層５２は、印刷工程中のみ必要とされる。安定化層５２の印刷後、印刷対象物２８は、安定化層５２上に直接プリントされる（図１０）。
【００８４】
印刷プロセス中、特性値に応じて面加熱ユニット２６の異なる加熱素子３０が制御される。面加熱ユニット２６の加熱素子３０は、印刷対象物２８の特性値および印刷工程の特性値に応じて制御される。面加熱ユニット２６の加熱素子３０は、印刷対象物２８の最上位の層の形状および性状に応じて制御される。その際、加熱素子３０は、面加熱ユニット２６の、まさに印刷対象物２８の最上位の層の直上に存在する加熱素子３０が作動されるように制御される。これにより、最上位の層が冷えることを防止することができる。図７には、印刷対象物２８の最上位の層の形状を線１０６で例示しているのに対し、面加熱ユニット２６の作動される加熱素子３０は、波線のハッチングで示してある。さらに、面加熱ユニット２６の異なる加熱素子３０を制御することで、対象を絞って印刷対象物２８の部分領域が加熱される。詳細は不可視の温度センサにより、印刷対象物２８の既に印刷された部分領域の或る領域が過度に強く冷えていることが確認されると、さらなる温度低下を回避すべく、対象を絞ってこの領域の上方にある加熱素子３０を強める制御をする。
【００８５】
面加熱ユニット２６に加えて、印刷対象物２８は、後続の層をプリントする前に、部分的に局所加熱ユニット３２により先行加熱される。加熱時、印刷対象物２８の既に印刷された最上位の層は、溶融される。このために局所加熱ユニット３２は、開ループ兼閉ループ制御ユニット４４により印刷プロセス中、常時、印刷ヘッドユニット１２の移動方向で印刷ヘッドユニット１２の前方に配置される。これにより、層の好適な融合が達成可能である。
【００８６】
さらに印刷対象物２８は、印刷工程中、部分的に計測される。印刷対象物２８は、印刷工程中、校正センサとして形成されたセンサユニット３６により計測される。印刷対象物２８は、印刷工程中、印刷対象物２８と、開ループ兼閉ループ制御ユニット４４に格納された３Ｄモデルとの間で生じ得る偏差を確認すべく計測される。計測結果に応じて印刷工程の印刷パラメータは、部分的に適合される。印刷工程の印刷パラメータは、印刷対象物２８と、開ループ兼閉ループ制御ユニット４４に格納された３Ｄモデルとの間の偏差に応じて適合される。これにより、起こり得る印刷不正確性は、印刷工程中、改善され得る。このために３Ｄ印刷装置１０は、計測結果に応じて自動的に修正を印刷対象物２８において実施することができる。計測結果に、大きな偏差が印刷対象物２８と、開ループ兼閉ループ制御ユニット４４に格納された３Ｄモデルとの間で生じても、偏差を改善すべく、好適に修正を実施することができる。
【００８７】
付加的に、３Ｄ印刷装置１０は、組み込まれた材料検査システムを備え、その結果、印刷工程中または印刷工程後、印刷対象物２８の強度特性を検査することができるようになっていてもよい。
【００８８】
さらに、印刷工程中、常時、印刷パラメータの適合が開ループ兼閉ループ制御ユニット４４により実施される。開ループ兼閉ループ制御ユニット４４は、印刷パラメータを最適に印刷プロセスに合わせる。このために開ループ兼閉ループ制御ユニット４４は、プロセス品質に関する方程式を計算する。方程式を介して、印刷対象物２８の所望の品質および所望の印刷速度に応じて、必要とされる印刷速度、印刷ヘッドユニット１２の温度、印刷ベースプレート２２の温度、印刷対象物２８またはその周囲の温度およびノズル４２内の印刷材料１６の必要とされる圧力が計算される。計算された印刷速度、印刷ヘッドユニット１２の温度、印刷ベースプレート２２の温度、印刷対象物２８またはその周囲の温度およびノズル４２内の印刷材料１６の計算された圧力は、続いて開ループ兼閉ループ制御ユニット４４により調整される。これらの印刷パラメータは、最適な印刷結果を得るために、開ループ兼閉ループ制御ユニット４４により監視され、制御される。而して、印刷ヘッドユニット１２内の印刷材料１６の圧力に応じて、印刷速度が調整される。図９に示したグラフは、３Ｄ印刷装置１０の印刷パラメータの関係を略示している。このグラフは、ノズル温度ＴＤと、印刷対象物２８の品質Ｑｐと、印刷速度ｖｐとの間の関係を示している。さらにこのグラフは、ノズル温度ＴＤと印刷対象物２８の品質Ｑｐとの間の直接的な関係を示す第１の曲線１０８と、印刷速度ｖｐと印刷対象物２８の品質Ｑｐとの間の直接的な関係を示す第２の曲線１１０とを示している。
【００８９】
さらに加えて、印刷パラメータの適合は、印刷すべき印刷対象物２８の色に影響を及ぼす。印刷温度および印刷ヘッドユニット１２内の印刷材料１６の圧力の適合は、印刷すべき印刷対象物２８の色に影響を及ぼす。それゆえ、開ループ兼閉ループ制御ユニット４４は、印刷対象物２８の所望の色に応じて印刷温度および印刷材料１６の圧力を適合させる。しかし、当業者に有意義に思える、印刷すべき印刷対象物２８の色を適合させる別の印刷パラメータも可能である。
【００９０】
印刷作業後、印刷ベースプレート２２は、印刷対象物２８を剥離させるべく、能動的に冷却される。このとき印刷ベースプレート２２は、冷却装置２４を介して冷却される。印刷ベースプレート２２の熱膨張係数と、印刷対象物２８の熱膨張係数とが異なることで、印刷ベースプレート２２と印刷対象物２８との間の付着は、解消する。続いて印刷対象物２８は、ハウジング５４に設けられた開口５６を介して３Ｄ印刷装置１０から取り出すことができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９】
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【図１０】
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