DE102014009390A1 - Device for spatially assisted guidance of a flexurally elastic strand material and its use in an arrangement for producing a three-dimensional object by way of a generative manufacturing process - Google Patents

Abstract

Translated fromGerman

Beschrieben wird eine Vorrichtung zur räumlich unterstützten Führung eines biegeelastischen Stranggutes mit einer das Stranggut längs eines Stranggutabschnittes zumindest teilweise umfassenden Stützstruktur. Ferner wird eine Anordnung zum Herstellen eines dreidimensionalen Objektes im Wege eines generativen schichtförmigen Herstellverfahrens, mittels einer thermisch erweichtes Thermoplastmaterial austragenden Ausbringeinheit. Die Erfindung zeichnet sich durch eine als Stützstruktur ausgebildete Zuführkettenanordnung aus, die wenigstens zwei miteinander verbundene Rollenpaare aufweist, ein erstes Rollenpaar und ein zweites Rollenpaar, wobei die Rollen jedes Rollenpaars jeweils um parallel zueinander orientierte Drehachsen drehbar gelagert sind und einen gegenseitigen Abstand zueinander aufweisen, so dass die Rollen jedes Rollenpaares einen lichten Zwischenraum begrenzen, der ein Hindurchführen des Stranggutes durch jedes Rollenpaar ermöglicht. Die Drehachsen des ersten und zweiten Rollenpaares sind jeweils orthogonal zueinander orientiert, während die zwei miteinander verbundenen Rollenpaare gegenseitig um eine erste Schwenkachse schwenkbar gelagert sind, die parallel zu den Drehachsen des ersten Rollenpaars orientiert ist.Described is a device for spatially assisted guidance of a flexurally elastic strand material with a strand along a Stranggutabschnittes at least partially comprehensive support structure. Furthermore, an arrangement for producing a three-dimensional object by means of a generative layer-shaped manufacturing method, by means of a thermally softened thermoplastic material auszustenden dispensing unit. The invention is characterized by a feed chain arrangement designed as a support structure, which has at least two pairs of rollers connected to one another, a first pair of rollers and a second pair of rollers, wherein the rollers of each pair of rollers are rotatably mounted in each case about axes of rotation oriented parallel to one another and have a mutual distance from one another in that the rollers of each pair of rollers define a clearance which allows passage of the stock through each pair of rollers. The axes of rotation of the first and second roller pair are each oriented orthogonal to each other, while the two interconnected pairs of rollers are mutually pivotally mounted about a first pivot axis, which is oriented parallel to the axes of rotation of the first pair of rollers.

Description

Translated fromGerman

Technisches GebietTechnical area

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur räumlich unterstützten Führung eines biegeelastischen Stranggutes mit einer das Stranggut längs eines Stranggutabschnittes zumindest teilweise umfassenden Stützstruktur. Ferner wird eine Anordnung zum Herstellen eines dreidimensionalen Objektes im Wege eines generativen schichtförmigen Herstellverfahrens beschrieben, die eine thermisch erweichtes Thermoplastmaterial austragende Ausbringeinheit aufweist.The invention relates to a device for spatially assisted guidance of a flexurally elastic strand material with a strand material along a Stranggutabschnittes at least partially comprehensive support structure. Furthermore, an arrangement for producing a three-dimensional object by means of a generative layer-shaped manufacturing method is described which comprises a thermally softened thermoplastic material discharging application unit.

Stand der TechnikState of the art

Die Herstellung dreidimensionaler Objekte mittels eines generativen Herstellungsverfahrens, das sich der Schmelzschicht-Technik bedient und u. a. als Fused-Deposition-Modeling, kurz FDM, als Fused-Filament-Fabrication, kurz FFF, Fused-Layer_Modeling, kurz FLM, oder als 3D Drucktechnik, bekannt ist, bedient sich dem schichtförmigen Auftrag eines in pastös fließfähiger Form vorliegenden Kunststoffes, der mit Hilfe einer zumeist düsenartig ausgebildeten Ausbringeinheit längs einer Arbeitsebene, je nach Ausbildung der Ausbringeinheit, ortsselektiv oder flächig ausgetragen wird. Die Bereitstellung des Baumaterials, aus dem das zu erstellende dreidimensionale Objekt gefertigt wird, sowie auch dessen Zuführung zur Ausbringeinheit erfolgt in Form eines aus thermoplastischem Material bestehenden festen Stranggutes, zu dessen Erweichung das thermoplastische Material im Bereich der Ausbringeinheit zur Umwandlung in einen pastös fließfähigen Zustand erwärmt wird. Typischerweise wird bei klassischen sogenannten Portal-3D-Druckmaschinen Stranggut aus nicht elastischem, d. h. nicht nachgiebigem thermoplastischem Material verwendet, beispielsweise Acrylnitril-Butadien-Styrol, kurz ABS, oder Polycarbonate, kurz PC, deren Zuführungsstrecke des Stranggutes maximal 1 m beträgt. Auch aufgrund der nur begrenzten Bauraumgröße von gängigen Dreiachsportal-Druckanordnungen erfolgt die Zuführung des thermoplastischen Stranggutesnicht dynamisch und benötigt daher keine gesonderten Vorkehrungen.The production of three-dimensional objects by means of a generative manufacturing process, which uses the melt-layer technique and u. a. Fused Deposition Modeling, FDM for short, fused filament fabrication, FFF for short, Fused Layer_Modeling, FLM for short, or 3D printing technology, uses the layered application of a plastic that is present in a pasty flowable form Help a mostly nozzle-like discharge unit along a working plane, depending on the design of the application unit, location-selective or area is discharged. The provision of the building material from which the three-dimensional object to be produced is made, as well as its supply to the application unit in the form of a solid material consisting of thermoplastic material, to soften the thermoplastic material heated in the dispensing unit for conversion to a pasty flowable state becomes. Typically, in classic so-called portal 3D printing machines extruded material from non-elastic, d. H. non-compliant thermoplastic material used, for example, acrylonitrile-butadiene-styrene, short ABS, or polycarbonates, PC short, the feed of the strand material is a maximum of 1 m. Also, due to the limited space of conventional triaxial gantry pressure arrangements, the supply of thermoplastic extruded material is not dynamic and therefore does not require any special provisions.

Demgegenüber sind 3D-Drucksysteme für die Realisierung von großvolumigen Bauteilen bekannt, bei denen die Ausbringeinheit an einem Manipulatorarm eines Industrieroboters angebracht ist. Hierdurch wird ein Bauraum in Abhängigkeit vom Aktionsradius des Industrieroboters zugänglich, der einige Meter betragen kann. Vor allem wegen der Größe der herzustellenden Objekte bedarf es einer kontinuierlichen Zuführung entsprechend großer Mengen an thermoplastischem Material zur Ausbringeinheit, wodurch sich die Zuführungsstrecke erheblich über im erhöht. Zudem bedarf es wegen der Größe des Aktionsradius bzw. des Bewegungsraumes und der dreidimensionalen Beweglichkeit des Industrieroboters der Zuführung eines Baumaterials zur Ausbringeinheit in Form eines biegeelastischen, thermoplastischen Stranggutes, das zur unterstützten Führung zwischen einer das Stranggut als Meterware bevorratenden Reservoireinheit und der räumlich frei positionierbaren Ausbringeinheit durch einen, u. U. mehrere Meter messenden Zuführkanal, bspw. in Form eines flexiblen Kunststoffschlauches, zu führen ist.In contrast, 3D printing systems for the realization of large-volume components are known in which the application unit is attached to a manipulator arm of an industrial robot. As a result, a space is available depending on the operating radius of the industrial robot, which can be several meters. Mainly because of the size of the objects to be produced, it requires a continuous supply of correspondingly large amounts of thermoplastic material to the application unit, which increases the supply path considerably over. In addition, because of the size of the action radius or the movement space and the three-dimensional mobility of the industrial robot, the supply of a building material to the application unit in the form of a flexurally elastic, thermoplastic material to be supported, the supported leadership between the strand as a stockpile stocking reservoir unit and the spatially freely positionable application unit through one, u. U. several meters measuring feed, for example. In the form of a flexible plastic tube to lead.

Insbesondere der Einsatz von biegeelastischen Thermoplastmaterialien, wie z. B. thermoplastische Elastomere, kurz TPE, oder Thermoplastische Polyurethane, kurz TPU, die Kunststoffe darstellen, die sich bei Raumtemperatur vergleichbar klassischen Elastomeren verhalten, sich jedoch unter Wärmezufuhr plastisch verformen und in einen fließfähigen und für einen Extrusionsvorgang geeigneten Zustand übergehen, lassen sich nicht zuverlässig hemmungsfrei durch flexible und innen beschichtete Kunststoffschläuche über mehrere Meter führen.In particular, the use of flexurally elastic thermoplastic materials, such. As thermoplastic elastomers, short TPE, or thermoplastic polyurethanes, short TPU, which are plastics that behave at room temperature comparable to conventional elastomers, but deform plastically under heat and pass into a flowable and suitable for an extrusion process, can not be reliable Restrict free through flexible and internally coated plastic hoses over several meters lead.

So ist der entsprechende Zuführschlauch einseitig statisch mit der am Roboterendmanipulatorarm angebrachten Ausbringeinheit verbunden, durch deren hohe Bewegungsdynamik, die der Zuführschlauch zu folgen hat, zum Teil längs des Zuführschlauches eng bemessene Krümmungsradien auftreten können, durch die eine frei gleitende Zuführung des biegeelastischen Thermoplaststranges gehemmt werden kann, was zu einer Unterbrechung bis hin zu einem vollständigen Abriss des an der Ausbringeinheit auftretenden Materialaustrages führen kann.Thus, the corresponding feed hose is unilaterally statically connected to the applicator unit attached to the robot end manipulator, through the high dynamics of movement, which has to follow the feed hose, sometimes along the feed tube tightly dimensioned radii of curvature can occur, can be inhibited by a freely sliding supply of the flexurally elastic thermoplastic strand , which can lead to a break up to a complete demolition of the material discharge occurring at the application unit.

In der DruckschriftDE 10 2012 016 248 A1 ist eine Aufbringeinheit für thermisch erweichtes, fließfähiges thermoplastisches Material beschrieben, die zum Zweck einer räumlich freien Positionierung an einem Manipulatorarm eines Roboters anbringbar ist. Die düsenartig ausgebildete Ausbringeinheit verfügt über wenigstens einen beheizbaren Zuführkanal, in dem starres, thermoplastisches Stranggut als Meterware eingeführt, aufgeschmolzen und letztlich durch einen anschließenden Düsenkanal in Form eines plastisch erweichten Thermoplaststrang zum schichtweisen Aufbau eines dreidimensionalen Objektes ausgetragen wird.In thepublication DE 10 2012 016 248 A1 there is described an application unit for thermally softened, flowable thermoplastic material which is attachable to a manipulator arm of a robot for location-free positioning. The nozzle-like dispensing unit has at least one heatable feed channel in which rigid, thermoplastic extrudates are introduced by the meter, melted and finally discharged through a subsequent nozzle channel in the form of a plastically softened thermoplastic strand for the layered construction of a three-dimensional object.

Darstellung der ErfindungPresentation of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Vorrichtung zur räumlich unterstützten Führung eines biegeelastischen Stranggutes mit einer das Stranggut zumindest längs eines Stranggutabschnittes zumindest teilweise umfassenden Stützstruktur derart auszubilden, dass eine ungehemmte Zu- bzw. Durchführung des Stranggutes durch die Stützstruktur möglichst reibungsminimiert und zudem räumlich flexibel verformbar möglich wird. Die das Stranggut zumindest teilweise umfassende Stützstruktur soll insbesondere eine geschützte Zuförderung des Stranggutes über mehrere Meter von einem Stranggutreservoir zu einer räumlich frei positionierbaren Manipulatoreinheit ermöglichen. Die Herstellung der lösungsgemäßen Stützstruktur soll möglichst kostengünstig unter Verwendung moderner Fertigungsverfahren möglich sein.The invention has the object of providing a device for spatially assisted guidance of a flexurally elastic strand material with the strand at least along a Stranggutabschnittes at least partially comprehensive support structure such that an unrestrained supply or carrying the strand through the support structure minimizes friction and also spatially flexible deformable becomes possible. The the Stranggut at least partially comprehensive support structure is to allow in particular a protected delivery of the continuous material over several meters from a Stranggutreservoir to a spatially freely positionable manipulator unit. The production of the support structure according to the invention should be possible as inexpensively as possible using modern production methods.

Die Lösung der der Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe ist im Anspruch 1 angegeben. Gegenstand der Ansprüche 10 und 11 sind bevorzugte Verwendungen der Vorrichtung zum räumlich unterstützten Führen eines biegeelastischen Stranggutes. Gegenstand des Anspruches 12 ist eine Anordnung zum Herstellen eines dreidimensionalen Objektes, bei der die lösungsgemäße Vorrichtung zum Einsatz kommt.The solution of the problem underlying the invention is specified inclaim 1. The subject matter ofclaims 10 and 11 are preferred uses of the device for spatially assisted guiding of a flexurally elastic strand material. Subject matter ofclaim 12 is an arrangement for producing a three-dimensional object, in which the device according to the solution is used.

Den Erfindungsgedanken in vorteilhafter Weise ausbildende Merkmale sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der weiteren Beschreibung, insbesondere unter Bezugnahme auf die Ausführungsbeispiele zu entnehmen.The features of the invention advantageously forming features are the subject of the dependent claims and the further description, in particular with reference to the exemplary embodiments.

Die lösungsgemäße Vorrichtung zur räumlich unterstützten Führung eines biegeelastischen Stranggutes mit einer das Stranggut zumindest längs eines Stranggutabschnittes zumindest teilweise umfassenden Stützstruktur zeichnet sich dadurch aus, dass die Stützstruktur wenigstens zwei miteinander verbundene Rollenpaare aufweist, einem so genannten ersten Rollenpaar und einem zweiten Rollenpaar, wobei die Rollen jedes Rollenpaares jeweils um parallel zueinander orientierte Drehachsen drehbar gelagert sind. Die Rollen jedes Rollenpaares begrenzen zudem einen lichten Zwischenraum, so dass ein Hindurchführen des biegeelastischen Stranggutes möglich ist. Vorzugsweise entspricht der lichte Zwischenraum zumindest dem Außendurchmesser des über seine gesamte Länge einen kreisrunden Querschnitt aufweisenden Stranggutes. Zur räumlich sicheren und vor mechanischen äußeren Einwirkungen geschützten Führung des biegeelastischen Stranggutes durch die Stützstruktur sind die Drehachsen des jeweils ersten und zweiten Rollenpaares orthogonal zueinander orientiert, wobei die zwei miteinander verbundenen Rollenpaare gegenseitig um wenigstens eine Schwenkachse schwenkbar gelagert sind, die vorzugsweise parallel zu den Drehachsen eines der beiden Rollenpaare orientiert ist.The solution according to the device for spatially assisted guidance of a flexurally elastic strand material with a strand at least along a Stranggutabschnittes at least partially comprehensive support structure is characterized in that the support structure has at least two interconnected pairs of rollers, a so-called first pair of rollers and a second pair of rollers, wherein the rollers each pair of rollers are rotatably mounted in each case about mutually parallel axes of rotation. The rollers of each pair of rollers also limit a clear gap, so that a passage of the flexurally elastic strand material is possible. The clear intermediate space preferably corresponds at least to the outer diameter of the continuous material having a circular cross-section over its entire length. For spatially safe and protected from mechanical external influences guiding the flexurally elastic strand material through the support structure, the axes of rotation of each first and second pair of rollers are oriented orthogonal to each other, wherein the two interconnected pairs of rollers are mutually pivotable about at least one pivot axis, preferably parallel to the axes of rotation one of the two pairs of roles is oriented.

Die beiden vorstehend beschriebenen ersten und zweiten Rollenpaare sind vergleichbar einem Kettenglied einer Kette, die aus einer Vielzahl seriell miteinander verbundener Kettenglieder besteht. Je nach gewünschter Länge der das biegeelastische Stranggut umfassenden und räumlich führenden bzw. unterstützenden Stützstruktur weist die Stützstruktur somit eine Vielzahl in serieller Abfolge miteinander verbundene erste und zweite Rollenpaare auf, deren zugeordnete Rollen um Drehachsen drehbar gelagert sind, die in serieller Abfolge jeweils orthogonal zueinander orientiert sind.The two above-described first and second roller pairs are comparable to a chain link of a chain, which consists of a plurality of serially connected chain links. Depending on the desired length of the flexurally elastic Stranggut comprehensive and spatially leading or supporting support structure, the support structure thus has a plurality in series connected to one another first and second pairs of rollers whose associated rollers are rotatably mounted about axes of rotation, each oriented in a serial sequence orthogonal to each other are.

In einer ersten Ausführungsform der lösungsgemäßen Vorrichtung zur räumlich unterstützten Führung eines biegeelastischen Stranggutes besteht die Stützstruktur aus einer Vielzahl in serieller Abfolge miteinander verbundener erster und zweiter Rollenpaare, deren jeweils zugeordnete Drehachsen in serieller Abfolge jeweils orthogonal zueinander orientiert sind, wobei die in serieller Abfolge jeweils paarweise miteinander verbundenen Rollenpaare jeweils um eine Schwenkachse schwenkbar verbunden sind, die jeweils parallel zueinander orientiert sind. Durch die einheitlich orientierten Schwenkachsen, über die jeweils zwei in serieller Abfolge unmittelbar benachbarte Rollenpaare miteinander verbunden sind, ist die Stützstruktur innerhalb einer Ebene, d. h. zweidimensional, biegeelastisch verformbar. Eine derartige, zur räumlich unterstützten Führung eines biegeelastischen Stranggutes ausgebildete Stützstruktur eignet sich für die Zuführung von Stranggut zu einer an einem Manipulatorarm angebrachten Ausbringeinheit, die lediglich in einer Ebene, bspw. mittels eines x-y-Stellmanipulators, ausgelenkt wird.In a first embodiment of the device according to the invention for the spatially assisted guidance of a flexurally elastic strand material, the support structure consists of a multiplicity of first and second pairs of rollers connected in serial succession whose respective associated axes of rotation are oriented orthogonal to one another in serial sequence, the pairs being connected in series interconnected pairs of rollers are pivotally connected in each case about a pivot axis, which are each oriented parallel to each other. Due to the uniformly oriented pivot axes, via which in each case two pairs of rollers immediately adjacent in series are connected to one another, the support structure is within a plane, i. H. two-dimensional, bendable deformable. Such, for spatially supported guidance of a flexible elastic strand formed support structure is suitable for the supply of extruded material to a mounted on a manipulator dispensing unit, which is only in one plane, for example. By means of an x-y manipulator manipulated.

Gilt es hingegen eine räumlich beliebig verformbare Stützstruktur zur Umfassung und Führung eines biegeelastischen Stranggutes zu schaffen, so ist lösungsgemäß vorgeschlagen, die Stützstruktur mit wenigstens drei in serieller Abfolge miteinander verbundene Rollenpaare auszubilden, wobei die Rollen jedes einzelnen Rollenpaares jeweils um parallel zueinander orientierte Drehachsen drehbar gelagert sind und jeweils einen gegenseitigen Rollenabstand aufweisen, so dass die Rollen jedes Rollenpaares einen lichten Zwischenraum begrenzen, der ein Hindurchführen des Stranggutes ermöglicht. Der lichte Zwischenraum zwischen jeweils zwei Rollen eines Rollenpaares ist in der gleichen Weise bemessen wie im vorstehend erläuterten Ausführungsbeispiel, so dass das biegeelastische Stranggut möglichst reibungsreduziert mit wenigstens einer, vorzugsweise beiden Rollen jedes Rollenpaares in Berührung tritt. In gleicher Weise wie im vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel sind die Drehachsen von jeweils zwei in serieller Abfolge unmittelbar miteinander verbundenen Rollenpaaren orthogonal zueinander orientiert, wobei jeweils zwei in serieller Abfolge unmittelbar miteinander verbundene Rollenpaare gegenseitig um wenigstens eine Schwenkachse schwenkbar gelagert sind, die vorzugsweise parallel zu einer der Drehachsen beider Rollenpaare orientiert ist und die Schwenkachsen von jeweils zwei in serieller Abfolge unmittelbar miteinander verbundenen Rollenpaar-Paaren orthogonal zueinander orientiert sind. Durch die jeweils orthogonale Orientierung der Schwenkachsen zweier in serieller Abfolge miteinander verbundener Rollenpaar-Paare, die in einer kürzest- bzw. kleinst-möglichen Ausführungsform einer Stützstruktur eine so genannte Rollenpaar-Dreiergruppe bilden, gewinnt die Stützstruktur an dreidimensionaler Flexibilität bzw. Verformbarkeit. Auf der Grundlage einer derart ausgebildeten Rollenpaar-Dreiergruppe lässt sich eine beliebig lang ausgebildete Stützstruktur ausbilden, indem eine Vielzahl von in serieller Abfolge miteinander verbundene Rollenpaar-Dreiergruppen derart miteinander verbunden sind, so dass die Schwenkachsen um die jeweils zwei in serieller Abfolge miteinander verbundene Rollenpaar-Paare jeweils orthogonal zueinander orientiert sind. Die vorstehend bezeichneten Rollenpaar-Dreiergruppen bilden im Bild einer Kette ein flexibles Kettenglied, das aufgrund der jeweils orthogonal zueinander orientierten Schwenkachsen, ähnlich einem Kugelgelenk, über drei Bewegungsfreiheitsgrade verfügt. Eine derartige aus einer Vielzahl miteinander verbundener Rollenpaar-Dreierguppen zusammen gesetzte Stützstruktur eignet sich für eine räumlich unterstützte Zuführung eines biegeelastischen Stranggutes über eine Wegstrecke von mehreren Metern zu einer Ausbringeinheit, die an einem dreidimensional auslenkbaren Manipulatorarm, beispielsweise einer Robotereinheit, angebracht ist.If, on the other hand, a spatially arbitrarily deformable support structure is provided for enclosing and guiding a flexurally elastic strand material, it is proposed according to the invention to design the support structure with at least three pairs of rollers interconnected in series, the rollers of each individual pair of rollers being rotatably mounted about axes of rotation oriented parallel to each other are and each having a mutual role distance, so that the roles of each pair of rollers limit a clearance, which allows passage of the material to be stranded. The clearance between each pair of rollers of a pair of rollers is dimensioned in the same manner as in the above-described embodiment, so that the flexurally elastic Stranggut as reduced friction with at least one, preferably two roles of each pair of rollers comes into contact. In the same way as in the embodiment described above, the axes of rotation of each two directly interconnected pairs of rollers are oriented orthogonal to each other, each two in serial succession directly interconnected pairs of rollers are mutually pivotally mounted about at least one pivot axis, preferably parallel to one of Rotary axes of the two pairs of rollers is oriented and the pivot axes of each two in direct succession directly interconnected pair of roller pairs are oriented orthogonal to each other. Due to the respective orthogonal orientation of the pivot axes of two in serial sequence of interconnected pairs of roller pairs, which form a so-called pair of rollers triple in a shortest or smallest possible embodiment of a support structure, wins the support structure to three-dimensional flexibility or deformability. On the basis of a pair of rollers formed in this way, an arbitrarily long support structure can be formed by connecting a multiplicity of pairs of rollers connected in series to one another in such a way that the pivot axes are connected about the two pairs of rollers connected in series. Pairs are each oriented orthogonal to each other. The above-mentioned roller pair triples form in the image of a chain a flexible chain link, which has three degrees of freedom of movement due to the respective orthogonally oriented pivot axes, similar to a ball joint. Such a support structure composed of a multiplicity of interconnected pairs of roller pairs is suitable for spatially assisted feeding of a flexible elastic material over a distance of several meters to an application unit which is attached to a manipulator arm which can be deflected in three dimensions, for example a robot unit.

In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Rollenpaare längs der Stützstruktur jeweils von einer einstückigen Einhausung umfasst, die über zwei Öffnungsfenster verfügt, die jeweils dem unmittelbar verbundenen Rollenpaar zu- oder abgewandt sind. Die Einhausungen jedes einzelnen Rollenpaares dienen zum einen zum Schutz gegenüber äußeren mechanischen Einwirkungen, beispielsweise in Form von Kontakten mit Objekten in der Umgebung, zum anderen für die Anbringung und Ausbildung eines für die schwenkbare Anordnung zweier benachbarter Rollenpaare dienenden Schwenkmechanismus, der, wie im Weiteren noch beschrieben wird, vorzugsweise in Form einer Filmscharniergelenkeinheit oder einer faltenbalgartig ausgebildeten Verbindungsstruktur ausgebildet ist.In a preferred embodiment, the pairs of rollers along the support structure are each comprised of a one-piece housing, which has two opening windows, which are respectively facing or away from the directly connected pair of rollers. The housings of each pair of rollers serve on the one hand to protect against external mechanical effects, for example in the form of contacts with objects in the environment, on the other hand for the attachment and training of serving for the pivotal arrangement of two adjacent pairs of rollers pivoting mechanism, which, as further below is described, preferably in the form of a film hinge joint unit or a bellows-shaped connecting structure is formed.

Sämtliche Rollenpaare sowie deren jeweils zugeordneten Einhausungen, innerhalb der die Rollen der Rollenpaare drehbar um Drehachsen gelagert sind, sind vorzugsweise in Form und Größe identisch ausgebildet und vermögen aufgrund der jeweils gleichen Dimensionierung des lichten Abstandes zwischen den Rollen jeweils eines Rollenpaares sowie dem jeweils gleichen Abstand zwischen zwei in serieller Abfolge unmittelbar miteinander verbundener Rollenpaare, einen an die Außenkontur des biegeelastischen Stranggutes angepasst inneren Führungskanal zu umschließen. Der von Seiten der Stützstruktur umfasste Führungskanal ist gleichsam, wie das biegeelastische Stranggut, aufgrund der schwenkbar miteinander verbundenen Rollenpaare flexibel dreidimensional auslenkbar und vermag somit das innen geführte biegeelastische Stranggut vor äußeren mechanischen Einflüssen zu schützen und zugleich räumlich zu stabilisieren. Durch die Drehbeweglichkeit sämtlicher längs der Stützstruktur angeordneter Rollen, mit denen das biegeelastische Stranggut in gleitendem Reibkontakt gerät, während das biegeelastische Stranggut durch die Stützstruktur hindurch gezogen bzw. gefördert wird, ist die Reibwirkung auf das durch die Stützstruktur hindurch geförderte biegeelastische Stranggut minimal bzw. minimiert, selbst in Fällen, in denen die Stützstruktur auslenkungsbedingt eine Krümmung erfährt, mit zum Teil klein dimensionierten Biegeradien von wenigen Zentimetern und darunter. Trotz größter Krümmungen, die die Stützstruktur ausgesetzt ist, ist gewährleistet, dass die während des Transportes des biegeelastischen Stranggutes durch die Stützstruktur auf diese einwirkende Reibung keine oder nur eine unwesentliche Erhöhung erfährt im Vergleich zu einer ungekrümmten, d. h. geradlinig ausgebildeten Stützstruktur.All pairs of rollers and their respective associated housings within which the rollers of the pairs of rollers are rotatably mounted about axes of rotation are preferably identical in shape and size and assets due to the same dimensions of the clear distance between the rollers of each pair of rollers and the same distance between each two pairs of rollers directly connected in a serial sequence to enclose an inner guide channel adapted to the outer contour of the elastically bendable strand material. The guide channel encompassed on the side of the support structure is, like the flexible elastic strand material, flexibly three-dimensionally deflectable due to the pivotally interconnected pairs of rollers and thus able to protect the internally guided flexurally elastic extruded material from external mechanical influences and at the same time stabilize it spatially. Due to the rotational mobility of all along the support structure arranged rollers, with which the flexurally elastic strand in sliding frictional contact device, while the flexurally elastic strand is pulled or conveyed through the support structure, the friction effect on the conveyed through the support structure through flexurally elastic strand material is minimized or minimized , even in cases where the support structure undergoes a curvature due to deflection, with partially small-sized bending radii of a few centimeters and below. Despite the greatest curvatures, which is exposed to the support structure, it is ensured that during the transport of the flexurally elastic strand material by the support structure to this acting friction undergoes no or only an insignificant increase compared to an un-curved, d. H. rectilinear support structure.

Ein weiterer besonderer Aspekt der lösungsgemäß ausgebildeten Vorrichtung zur räumlich unterstützten Führung eines biegeelastischen Stranggutes betrifft die bevorzugte Herstellung der gesamten Stützstruktur, d. h. sämtliche Rollen, Rollenpaare sowie deren Einhausungen nebst die Rollenpaare miteinander verbindenden Schwenkmechanismen im Wege eines generativen Herstellverfahren. Als besonders bevorzugtes generatives Herstellungsverfahren eignet sich hierzu das selektive Lasersintern, kurz SLS, mit dem auf Basis vorgegebener Konstruktionsdaten, die die räumliche Ausbildung der lösungsgemäßen Vorrichtung definieren, beispielsweise in Form von CAD-Daten, die Stützstruktur in einstückiger Bauform, beispielsweise in Polyamid 12 herstellbar ist. Darüber hinaus bietet das generative Herstellverfahren in Abstimmung und Anpassung an die jeweiligen Einsatzbedingungen, denen die Stützstruktur letztlich unterliegt, eine beliebige Skalierung der die Stützstruktur zusammensetzenden, jeweils eingehausten Rollenpaare. Insbesondere ermöglicht das generative Herstellungsverfahren die monolithische Ausbildung der Einhausungen sowie der Filmscharniergelenke, während die Rollen der Rollenpaare jeweils lose innerhalb der Einhausungen drehbar um jeweils die Drehachsen gelagert bzw. gefasst sind.Another particular aspect of the solution designed according to the device for spatially assisted guidance of a flexible elastic strand material relates to the preferred production of the entire support structure, d. H. All roles, pairs of rollers and their housings together with the pairs of rollers interconnecting pivot mechanisms by way of a generative manufacturing process. As a particularly preferred generative manufacturing method for this purpose is the selective laser sintering, short SLS, based on predetermined design data that define the spatial formation of the device according to the solution, for example in the form of CAD data, the support structure in one-piece design, for example inpolyamide 12 produced is. In addition, the generative manufacturing process in coordination and adaptation to the particular conditions of use, to which the support structure is ultimately subject, any scaling of the support structure composed, each housed pairs of rollers. In particular, the generative manufacturing method allows the monolithic formation of the housings and the film hinged joints, while the roles of the pairs of rollers are each loosely mounted within the housings rotatable about each of the axes of rotation and taken.

Je nach Wahl des Materials, aus dem das biegeelastische Stranggut besteht, ist es vorteilhaft, die Stützstruktur mit einer gasdichten, biegeelastischen, schlauchförmig ausgebildeten Umhüllung zu umfassen, die gegebenenfalls ebenso im Rahmen des generativen Herstellungsverfahrens herstellbar ist. Zum einen dient eine derartige Umhüllung vor einer Verschmutzung der einzelnen Rolle, zum anderen ermöglicht die Umhüllung die Erzeugung eines gegenüber der Umgebung abgeschlossenen Lumens, innerhalb dem bestimmte atmosphärische Bedingungen künstlich hergestellt werden können. Insbesondere bei Verwendung von hygroskopischen Thermoplasten, die bei längerer Exposition in Räumen hoher Luftfeuchtigkeit durch Wasseraufnahme einer unerwünschten Materialdegradation unterliegen, verhilft die Umhüllung um die Stützstruktur eine gegenüber der Umgebung trockenen Lagerung bzw. Führung. Hierzu kann eine Trocknungseinheit mit dem von der Umhüllung umfassten Lumen lokal verbunden werden. So zeigt sich vor allem bei der Verwendung der lösungsgemäßen Vorrichtung zum räumlich unterstützten Führen eines biegeelastischen Stranggutes aus thermoplastischem Material für die Zuführung an eine räumlich frei positionierbare Ausbringeinheit, in der das thermoplastische Stranggut thermisch in einen fließfähigen Zustand überführt und über die Ausbringeinheit zum Zwecke eines generativen Aufbaus eines dreidimensionalen Objektes ausgetragen wird, dass die Verweilzeit des Stranggutes längs der Stützstruktur in Abhängigkeit von deren Länge einige Minuten bis Stunden betragen kann. Während dieser Verweilzeit gilt es vor allem, hygroskopisches Thermoplastmaterial gegenüber der Umgebungsfeuchtigkeit mit Hilfe der vorstehend, die Stützstruktur umfassenden Umhüllung zu schützen.Depending on the choice of the material of which the flexurally elastic strand material consists, it is advantageous to comprise the support structure with a gas-tight, flexurally elastic, hose-shaped sheath, which optionally can also be produced within the scope of the additive manufacturing process. On the one hand, such an envelope serves to contaminate the individual roll, on the other hand, the envelope allows the generation of a lumen closed off from the environment, within which certain atmospheric conditions can be artificially produced. In particular, when using hygroscopic thermoplastics, which are subject to undesired material degradation by prolonged exposure in rooms of high humidity by water absorption, the sheath around the support structure helps against the environment dry storage or leadership. For this purpose, a drying unit can be locally connected to the lumen encompassed by the envelope. Thus, especially in the use of the device according to the invention for spatially assisted guiding a flexible elastic material from thermoplastic material for supply to a spatially freely positionable application unit, in which the thermoplastic extruded material thermally converted into a flowable state and the dispensing unit for the purpose of a generative Structure of a three-dimensional object is discharged, that the residence time of the strand material along the support structure depending on their length may be several minutes to hours. During this residence time, it is above all important to protect hygroscopic thermoplastic material from the ambient moisture with the aid of the covering which comprises the support structure.

Alternativ zur Ausbildung des Schwenkmechanismus, der zwei in serieller Abfolge angeordnete eingehauste Rollenpaare um wenigstens eine Schwenkachse zu schwenken vermag, in Form einer Filmgelenkscharniereinheit, sieht eine alternative Ausführungsform eine faltenbalgartig ausgebildete Verbindungsstruktur vor, die die Einhausungen zweier unmittelbar benachbarter Rollenpaare schwenkbeweglich zu verbinden vermag. Die faltenbalgartig ausgebildete Verbindungsstruktur ist vorzugsweise als faltenbalgartig ausgebildeter Schlauchabschnitt ausgebildet, der die Einhausungen jeweils zweier unmittelbar benachbarter Rollenpaare fluiddicht umhüllt. Durch die faltenbalgartige Ausbildung des Schlauchabschnittes, der über biegeelastische Eigenschaften verfügt, lassen sich die benachbarten Einhausungen samt Rollenpaare kugelgelenkartig gegeneinander verschwenken. Durch die Vielzahl der jeweils zwischen zwei benachbarten Rollenpaare angeordneten, faltenbalgartig ausgebildeten Schlauchabschnitte, die letztlich die Stützstruktur in ihrer gesamten Länge gasdicht umhüllen, wird ein innen liegendes Lumen eingegranzt, das gegenüber äußeren Einflüssen, wie beispielsweise Verschmutzungen, geschützt ist. Darüber hinaus bietet sich die Möglichkeit der vorstehend erwähnten, inneren Trocknung, indem beispielsweise eine Trocknungseinheit fluiddicht mit dem Lumen der Stützstruktur verbunden wird.As an alternative to the embodiment of the pivot mechanism, which is capable of pivoting two clasped pairs of rollers arranged in a serial sequence around at least one pivot axis, in the form of a film joint hinge unit, an alternative embodiment provides a bellows-type connecting structure which is capable of pivotally connecting the enclosures of two immediately adjacent pairs of rollers. The bellows-shaped connecting structure is preferably designed as a bellows-shaped hose section, which encloses the housings of two adjacent pairs of rollers in a fluid-tight manner. Due to the bellows-like design of the hose section, which has flexurally elastic properties, the adjacent housings together with roller pairs can be pivoted against one another like a ball joint. By the plurality of each arranged between two adjacent pairs of rollers, bellows-shaped tube sections, which ultimately envelop the support structure in its entire length gas-tight, an internal lumen is eingranzt that is protected against external influences, such as dirt. In addition, there is the possibility of the above-mentioned inner drying, for example, by a drying unit is fluid-tightly connected to the lumen of the support structure.

Kurze Beschreibung der ErfindungBrief description of the invention

Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen exemplarisch beschrieben. Es zeigen:The invention will now be described by way of example without limitation of the general inventive idea by means of embodiments with reference to the drawings. Show it:

1a, b Draufsicht auf eine dreidimensional auslenkbare Stützstruktur sowie perspektivische Detaildarstellung, 1a , b top view of a three-dimensional deflectable support structure and perspective detail view,

2 Darstellung der Stützstruktur in dessen Längsrichtung, 2 Representation of the support structure in its longitudinal direction,

3 perspektivische Darstellung einer Stützstruktur, auslenkbar lediglich in einer Ebene, 3 perspective view of a support structure, deflectable only in one plane,

4a, b alternatives Ausführungsbeispiel einer räumlich beliebig auslenkbaren Stützstruktur mit einer faltenbalgartig ausgebildeten Umhüllung, sowie 4a , B alternative embodiment of a spatially arbitrarily deflectable support structure with a bellows-shaped envelope, and

5 schematisierte Darstellung der lösungsgemäßen Stützstruktur in Verbindung mit einem generativen Herstellungsverfahren. 5 Schematic representation of the solution according support structure in conjunction with a generative manufacturing process.

Wege zur Ausführung der Erfindung, gewerbliche VerwendbarkeitWays to carry out the invention, industrial usability

1a zeigt die Draufsicht einer lösungsgemäß ausgebildeten Stützstruktur ST, zu deren weiteren Erläuterung ebenso eine in1b perspektivische Detail-Teilansicht der Stützstruktur ST dienen soll. Ferner ist in2 eine Ansicht der Stützstruktur ST gezeigt, die die Stützstruktur in Längsrichtung zeigt. 1a shows the top view of a support structure formed in accordance ST, for further explanation thereof also in 1b perspective detail view of the support structure ST is intended to serve. Furthermore, in 2 a view of the support structure ST shown, showing the support structure in the longitudinal direction.

Die kettenartig ausgebildete Stützstruktur ST weist in serieller Abfolge eine Vielzahl einzelner, so genannte Rollenpaare R1, R2, R3, ... auf, die jeweils zwei Rollen1,2 besitzen, deren zugeordnete Drehachsen D_R1,1, D_R1,2, D_R2,1, D_R2,2, D_R3,1, D_R3,2 jeweils parallel zueinander orientiert sind (siehe1b). Die Drehachsen von jeweils zwei in serieller Abfolge unmittelbar miteinander verbundenen Rollenpaaren, beispielsweise R1 und R2 bzw. R2 und R3 sind jeweils orthogonal zueinander orientiert. Die Rollen1,2 jedes einzelnen Rollenpaares R1, R2, R3 ... sind jeweils von Einhausungen3 umfasst, die jeweils über zwei Öffnungsfenster3.1,3.2 verfügen, die dem unmittelbar benachbarten Rollenpaar zu- oder abgewandt sind. Die Rollen1,2 jedes einzelnen Rollenpaares sind innerhalb der Einhausungen3 drehbar um die jeweiligen Drehachsen gelagert, wobei die den Rollenpaaren zugeordneten Drehachsen jeweils einen gegenseitigen Abstand a besitzen (siehe1a), der in Abstimmung mit der Geometrie der einzelnen Rollen1,2 zu einem lichten Zwischenraum z zwischen den beiden Rollen1,2 jedes einzelnen Rollenpaares führt (siehe2). Der lichte Zwischenraum z bemisst sich nach dem Durchmesser des im Querschnitt kreisförmig ausgebildeten biegeelastischen Stranggutes, das längs des durch jeweils die Rollenpaare begrenzten Zwischenraumes z hindurch geführt wird.The chain-like support structure ST has a plurality of individual, so-called roller pairs R1, R2, R3,..., Which each have tworollers 1 . 2 possess their associated axes of rotation D_R1,1,R1,2 D, D_R2,1,R2,2 D, D_{r 3,1,} D are_R3,2 oriented parallel to each other (see 1b ). The axes of rotation of in each case two pairs of rollers directly connected to one another in a serial sequence, for example R1 and R2 or R2 and R3, are each oriented orthogonally to one another. Theroles 1 . 2 each pair of wheels R1, R2, R3 ... are each ofhousings 3 includes, each with two opening windows 3.1 . 3.2 feature facing the immediately adjacent pair of rollers or facing away. Theroles 1 . 2 every single pair of roles are within theenclosures 3 mounted rotatably about the respective axes of rotation, wherein the roller pairs associated with the axes of rotation each have a mutual distance a (see 1a ), in coordination with the geometry of eachroll 1 . 2 to a clearance z between the tworollers 1 . 2 each single pair of rollers leads (see 2 ). The clear gap z is measured according to the diameter of the circular elastic cross-section formed elastic strip material, which is guided along the limited by each pair of rollers gap z.

Die Einhausungen3 der Rollenpaare R1, R2, R3 ... sind jeweils um wenigstens eine Schwenkachse schwenkbar bzw. gelenkig miteinander verbunden. Im Falle der in1a, b illustrierten Ausführungsform dienen so genannte Filmgelenkscharniereinheiten4.1 sowie4.2 für eine gelenkige Verbindung zweier benachbarter Einhausungen3 und den darin enthaltenen Rollenpaaren. Im Falle der in1b illustrierten Situation sind die Einhausungen3 der Rollenpaare R1 und R2 über eine Filmscharniergelenkeinheit4.1 miteinander verbunden, die ein Verschwenken beider Rollenpaare R1, R2 um die Schwenkachse51 ermöglicht, die parallel zu den Drehachsen der Rollen1,2 des ersten Rollenpaares R1, d. h. parallel zu den Drehachsen D_R1,1 sowie D_R1,2 orientiert ist. Hingegen ist die Filmscharniergelenkeinheit4.2, die die Einhausungen3 des zweiten und dritten Rollenpaares R2, R3 miteinander verbindet derart ausgebildet und angeordnet, so dass das zweite und dritte Rollenpaar R2, R3 um die Schwenkachse S2 schwenkbar gelagert sind, die zur ersten Schwenkachse S1 orthogonal orientiert ist.Theenclosures 3 The pairs of rollers R1, R2, R3 ... are each pivotable about at least one pivot axis or hinged together. In the case of in 1a , B illustrated embodiment serve so-called Filmgelenkscharniereinheiten 4.1 such as 4.2 for a hinged connection of twoadjacent enclosures 3 and the pairs of roles contained therein. In the case of in 1b illustrated situation are theenclosures 3 the roller pairs R1 and R2 via a film hinge joint unit 4.1 connected to each other, the pivoting of both pairs of rollers R1, R2 about the pivot axis 51 allows parallel to the axes of rotation of therollers 1 . 2 of the first pair of rollers R1, that is oriented parallel to the axes of rotation D_R1,1 and D_R1,2 . On the other hand, the film hinge joint unit 4.2 that theenclosures 3 of the second and third roller pair R2, R3 connected to each other and configured so that the second and third roller pair R2, R3 are pivotally mounted about the pivot axis S2, which is oriented orthogonally to the first pivot axis S1.

Durch das kinematische Zusammenspiel des Verschwenkens des ersten und zweiten Rollenpaares R1, R2 um die erste Schwenkachse S1 sowie des zweiten und dritten Rollenpaares R2, R3 um die orthogonal zur ersten Schwenkachse S1 orientierte zweite Schwenkachse S2 ist die kinematische Voraussetzung geschaffen, dass die zumindest aus der Rollenpaar-Dreiergruppe5 bestehende Stützstruktur ST räumlich beliebig auslenkbar ist.By the kinematic interaction of the pivoting of the first and second roller pair R1, R2 about the first pivot axis S1 and the second and third roller pair R2, R3 about the orthogonal to the first pivot axis S1 oriented second pivot axis S2, the kinematic condition is created that at least from theroller pair triplet 5 existing support structure ST spatially arbitrarily deflected.

Auf der Grundlage der in1b dargestellten Rollenpaar-Dreiergruppe5 lässt sich durch beliebig oft wiederholte serielle Aneinanderordnung von einer Vielzahl derartiger Rollenpaar-Dreiergruppen eine beliebig lang ausgebildete Stützstruktur ausbilden. Hierbei gilt es lediglich dafür zu sorgen, dass das jeweils dritte Rollenpaar R3 einer Rollenpaar-Dreiergruppe5 mit dem ersten Rollenpaar R1 der seriell folgenden Rollenpaar-Dreiergruppe5 um eine dritte Schwenkachse S3 schwenkbar verbunden ist, die parallel zur ersten Schwenkachse S1 orientiert ist. Auf der Grundlage dieses Anordnungsprinzips lässt sich die Länge der Stützstruktur durch beliebig periodische Wiederkehr der Rollenpaar-Anordnungen frei wählen.On the basis of in 1b illustrated role-pair tripartite 5 can be formed by any number of repeated serial juxtaposition of a plurality of such pair of roller triples an arbitrarily long trained support structure. It is only necessary to ensure that the respective third pair of rollers R3 of a pair ofrollers triples 5 with the first pair of wheels R1 of the series following pair ofrollers 5 is pivotally connected about a third pivot axis S3, which is oriented parallel to the first pivot axis S1. On the basis of this arrangement principle, the length of the support structure can be freely selected by any periodic recurrence of the roller pair arrangements.

Die Einhausungen3, die jeweils die Rollenpaare R1, R2, R3 umgeben, vermögen die Rollenpaare jeweils größtmöglichst zu umkapseln, so dass sie vor äußeren Berührungen oder sonstigen äußeren mechanischen Einflüssen geschützt sind. Dies ist sowohl aus den1a, b sowie auch aus2 zu entnehmen.Theenclosures 3 , which respectively surround the pairs of rollers R1, R2, R3, are capable of encapsulating the pairs of rollers as much as possible, so that they are protected against external contact or other external mechanical influences. This is both from the 1a , b as well as out 2 refer to.

In3 ist eine abgewandelte Bauform zur Ausbildung der lösungsgemäßen Stützstruktur ST illustriert, die im Gegensatz zu der räumlich beliebig auslenkbaren Stützstruktur ST, die in den1a, b erläutert ist, lediglich zweidimensional, d. h. längs einer Ebene auslenkbar ist. So sind die Einhausungen3 der die einzelnen Rollenpaare R1, R2, R3 ... einheitlich über Filmgelenkscharniereinheiten4.1' verbunden, deren zuordenbaren Schwenkachsen S1' allesamt parallel zueinander orientiert sind. Hierdurch können die einzelnen über die Filmscharniergelenkeinheiten4.1' verbundenen Rollenpaare R1, R2, R3 ... lediglich längs der in3 eingezeichneten xy-Ebene verschwenkt werden.In 3 a modified design for the formation of the inventive support structure ST is illustrated, which in contrast to the spatially arbitrarily deflectable support structure ST, which in the 1a , b, is only two-dimensional, that is deflectable along a plane. So are theenclosures 3 the individual roller pairs R1, R2, R3 ... uniformly over Filmgelenkscharniereinheiten 4.1 ' connected, the assignable pivot axes S1 'are all oriented parallel to each other. This allows the individual on the film hinge hinge units 4.1 ' connected roller pairs R1, R2, R3 ... only along the in 3 drawn xy plane are pivoted.

Eine derartige Stützstruktur ST ist in bevorzugter Weise einsetzbar in Fällen, in denen die Stützstruktur ST wenigstens einseitig an einer Manipulatoreinheit angebracht ist, die lediglich in einer Bewegungsebene translatorisch auslenkbar ist.Such a support structure ST can be used in a preferred manner in cases in which the support structure ST is attached at least on one side to a manipulator unit, which is translationally deflectable only in a plane of movement.

4 zeigt eine alternative Ausführungsform zu der in1 illustrierten Stützanordnung, die gleichsam räumlich beliebig verschwenkbar ist. So sei angenommen, dass die einzelnen in serieller Abfolge angeordneten Rollenpaare R1, R2, R3 ... eine räumliche Relativanordnung zueinander besitzen, wie im Falle der vorstehend erläuterten Ausführungsformen, jedoch sind die Einhausungen3 der Rollenpaare nicht über die in1a, b beschriebenen Filmgelenkscharniereinheiten4.1,4.2 miteinander verbunden, vielmehr dient eine sämtliche Einhausungen radial umfassende, faltenbalgartig ausgebildete Verbindungsstruktur6, bspw. in Form eines Wellrohres, das in4b dargestellt, als Trag- und Verbindungseinheit für die Rollenpaare. 4 shows an alternative embodiment to that in 1 illustrated support arrangement, which is spatially arbitrarily pivoted. Thus, it is assumed that the individual pairs of rollers R1, R2, R3 arranged in serial sequence have a relative spatial arrangement with one another, as in the case of the above-described embodiments, but the housings are 3 the role pairs do not have the in 1a , b described Filmgelenkscharniereinheiten 4.1 . 4.2 connected to each other, but a housing enclosures radially comprehensive, bellows-shaped connecting structure is used 6 , For example, in the form of a corrugated pipe, the in 4b shown as a support and connection unit for the pairs of rollers.

Die faltenbalgartig ausgebildete Verbindungsstruktur vermag aufgrund ihrer Eigenelastizität für eine freie räumliche Auslenkung der sich daraus ergebenden Stützstruktur sorgen und dient zugleich als räumliche Verbindung zwischen den Einhausungen3 der in serieller Abfolge angeordneten Rollenpaare R1, R2, R3 ....Due to its inherent elasticity, the bellows-shaped connecting structure can provide a free spatial deflection of the resulting support structure and at the same time serves as a spatial connection between theenclosures 3 the series of rollers R1, R2, R3 ....

Zur Herstellung aller vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele für eine lösungsgemäß ausgebildete Stützstruktur dient in bevorzugter Weise ein generatives Herstellungsverfahren, vorzugsweise selektives Lasersintern, wodurch es möglich ist, die Stützstruktur auf der Grundlage eines vorgegebenen CAD-Datensatzes geometrisch beliebig auszubilden aber insbesondere beliebig zu skalieren. Durch die generative Herstellungsweise sind zumindest die Einhausungen3 sowie die Filmgelenkscharniereinheiten bzw. die in4b dargestellte faltenbalgartig ausgebildete Verbindungsstruktur6 monolithisch ausgebildet. Die Rollen1,2 sind hingegen drehbar innerhalb der jeweiligen Einhausungen3 gelagert, bestehen üblicherweise jedoch aus dem gleichen Baumaterial wie die übrigen Komponenten der Stützstruktur.For the production of all embodiments described above for a support structure designed in accordance with the invention, a generative production method, preferably selective laser sintering, is preferably used, whereby it is possible to design the support structure geometrically as desired based on a given CAD data set, but in particular to scale it as desired. Due to the generative method of production, at least theenclosures 3 as well as the film joint hinge units or in 4b illustrated bellows-shaped connectingstructure 6 monolithic trained. Theroles 1 . 2 are, however, rotatable within therespective housings 3 stored, but usually consist of the same building material as the other components of the support structure.

5 zeigt ein bevorzugtes Anwendungsbeispiel für die lösungsgemäß ausgebildete Stützstruktur ST in Verbindung mit einer Anordnung zum Herstellen eines dreidimensionalen Objektes7 im Wege eines generativen schichtförmigen Herstellens mittels einer thermisch erweichtes Thermoplastmaterial austragenden Ausbringeinheit8, die an einem Manipulatorarm9 einer Robotereinheit10 angebracht ist. Es sei angenommen, dass die am Manipulatorarm9 angebrachte Ausbringeinheit8 räumlich frei positionierbar ist. Die Zuführung des strangartig ausgebildeten Thermoplastmaterials12, das innerhalb der Ausbringeinheit8 erweicht und zum Aufbau des Objektes7 unter Ausbildung eines pastösen Stranges ausgebracht wird, erfolgt mit Hilfe der lösungsgemäß ausgebildeten Stützstruktur ST, die je nach Anordnungsgröße mehrere Meter messen kann. Die Stützstruktur ST ist hierbei einseitig statisch bzw. fest an der Ausbringeinheit8 angebracht und wird daher mit der Ausbringeinheit8 dynamisch mit bewegt. Um die Bewegungsdynamik der Robotereinheit10 möglichst wenig zu beeinträchtigen, ist die Stützstruktur ST leichtgewichtig und mit einer größtmöglichen Flexibilität auszubilden. Um dieser Forderung zu entsprechen, eignet sich für die Ausbildung der Stützstruktur leichtgewichtiges Baumaterial, vorzugsweise Polyamid, das im Wege des selektiven Lasersinterns verarbeitbar ist. Das der Ausbringeinheit8 gegenüber liegende Ende der Stützstruktur ST ist mit einer Reservoireinheit11 verbunden, in der das biegeelastische, thermoplastische Stranggut12 als Meterware bevorratet ist, aus dem eine kontinuierliche Zuförderung des Stranggutes12 durch die Stützstruktur ST zur Ausbringeinheit8 gewährleistet wird. Durch den ausschließlichen Kontakt des Stranggutes12 über die drehbar gelagerten Rollen längs der Stützstruktur ST ist zum einen gewährleistet, dass trotz langer Förderstrecken die Zuförderung des Stranggutes12 durch die Stützstruktur ST signifikant kraftreduziert erfolgt, zum anderen können statische Aufladungseffekte vermieden werden, die beispielsweise durch einen Gleitkontakt zwischen einem Stranggut und einer schlauchförmigen Umhüllung entstehen. 5 shows a preferred application example of the solution according formed support structure ST in connection with an arrangement for producing a three-dimensional object 7 by way of a generative layer-shaped production by means of a thermally softened thermoplastic material discharging application unit 8th attached to a manipulator arm 9 arobot unit 10 is appropriate. It is believed that on themanipulator arm 9 attached application unit 8th spatially freely positionable. The supply of the strand-likethermoplastic material 12 within the application unit 8th softens and to build the object 7 is applied with the formation of a pasty strand, carried out with the help of the solution according trained support structure ST, which can measure several meters depending on the arrangement size. The support structure ST is in this case on one side static or fixed to the application unit 8th attached and is therefore with the application unit 8th dynamic with moves. To the movement dynamics of therobot unit 10 As little as possible to impair the support structure ST is lightweight and form with the greatest possible flexibility. In order to meet this requirement, lightweight construction material, preferably polyamide, which can be processed by means of selective laser sintering, is suitable for the formation of the support structure. The application unit 8th opposite end of the support structure ST is with areservoir unit 11 connected in which the flexurally elastic, thermoplasticextruded material 12 stocked by the meter, from which a continuous feed of the material 12 through the support structure ST to the application unit 8th is guaranteed. Due to the exclusive contact of the material to be extruded 12 on the rotatably mounted rollers along the support structure ST is on the one hand ensures that despite long conveyor lines, the feed of the material to be stranded 12 On the other hand, static charging effects can be avoided, which arise, for example, by a sliding contact between a strand material and a tubular sheath.

In vorteilhafter Weise ist die Stützstruktur ST von einer gasdichten Umhüllung13 umgeben, so dass zum einen gewährleistet ist, dass mögliche Verunreinigungen in Form von Staubablagerungen längs der Stützstruktur aus der Umgebung vermieden wird, zum anderen eröffnet sich die Möglichkeit, innerhalb der Umhüllung13 längs der Stützstruktur ST für eine Feuchte-reduzierte Atmosphäre zu schaffen, die das zum Teil stark hygroskopische Thermoplastmaterial des Stranggutes12 vor unnötiger Luftfeuchtigkeitskontamination während der Zuförderung zur Ausbringeinheit8 schützt. In einer vorteilhaften Ausführungsform kann innerhalb der Reservoireinheit12 eine zusätzliche Trocknungseinheit14 vorgesehen sein, die für die erforderliche Lufttrocknung sorgt.Advantageously, the support structure ST of a gas-tight enclosure 13 so that on the one hand it is ensured that possible impurities in the form of dust deposits along the support structure from the environment is avoided, on the other hand, the possibility arises within theenclosure 13 along the support structure ST for a moisture-reduced atmosphere to create, which is the sometimes highly hygroscopic thermoplastic material of the material 12 from unnecessary humidity contamination during delivery to the application unit 8th protects. In an advantageous embodiment, within thereservoir unit 12 anadditional drying unit 14 be provided, which ensures the required air drying.

Die vorstehend erwähnte Umhüllung13 kann in Form eines konventionellen hochflexiblen Schlauches ausgeführt sein, der die Stützstruktur ST radial außen liegend umfasst. Alternativ kann die gasdichte Umhüllung13 als eine faltenbalgartig ausgebildete Verbindungsstruktur6 ausgebildet sein, die in Verbindung mit4a und b erläutert ist. Eine derartige faltenbalgartig ausgebildete Verbindungsstruktur kann beispielsweise als hochflexibles, gasdichtes Wellrohr ausgebildet sein.The above-mentionedcladding 13 can be designed in the form of a conventional highly flexible hose, which comprises the support structure ST radially outward lying. Alternatively, the gas-tight enclosure 13 as a bellows-shaped connectingstructure 6 be trained in conjunction with 4a and b is explained. Such a bellows-shaped connecting structure can be formed, for example, as a highly flexible, gas-tight corrugated pipe.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1, 21, 2

Rollenroll

33

Einhausunghousing

3.1, 3.23.1, 3.2

Öffnungsfensteropening windows

4.1, 4.24.1, 4.2

FilmscharniergelenkeinheitHinge joint unit

55

Rollenpaar-DreiergruppeRoller pair Triplet

66

faltenbalgartig ausgebildete Verbindungsstrukturbellows-shaped connecting structure

77

Objektobject

88th

Ausbringeinheitdischarge unit

99

Manipulatorarmmanipulator

1010

Roboterarmrobot arm

1111

Reservoirreservoir

1212

biegeelastisches Stranggutflexurally elastic strand material

1313

Umhüllungwrapping

1414

Trocknungseinheitdrying unit

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

• DE 102012016248 A1[0006]DE 102012016248 A1[0006]

Claims (16)

Translated fromGerman

Vorrichtung zur räumlich unterstützten Führung eines biegeelastischen Stranggutes (12) mit einer das Stranggut (12) zumindest längs eines Stranggutabschnittes zumindest teilweise umfassenden Stützstruktur (ST),dadurch gekennzeichnet, dass die Stützstruktur (S) wenigstens zwei miteinander verbundene Rollenpaare (R1, R2) aufweist, ein erstes Rollenpaar (R1) und ein zweites Rollenpaar (R2), dass die Rollen (1,2) jedes Rollenpaars (R1, R2) jeweils um parallel zueinander orientierte Drehachsen (D_R1,1, D_R1,2, D_R2,1, D_R2,2) drehbar gelagert sind, die einen gegenseitigen Abstand (a) aufweisen, so dass die Rollen (1,2) jedes Rollenpaares (R1, R2) einen lichten Zwischenraum (z) begrenzen, der ein Hindurchführen des Stranggutes ermöglicht, dass die Drehachsen (D_R1,1, D_R1,2, D_R2,1, D_R2,2) des ersten und zweiten Rollenpaares (R1, R2) orthogonal zueinander orientiert sind, und dass die zwei miteinander verbundenen Rollenpaare (R1, R2) gegenseitig um wenigstens eine Schwenkachse (S1) schwenkbar gelagert sind, die parallel zu den Drehachsen (D_R1,1, D_R1,2) des ersten Rollenpaars (R1) orientiert ist.Device for spatially assisted guidance of a flexurally elastic strand material ( 12 ) with one the stranded material ( 12 ) at least along a Stranggutabschnittes at least partially comprehensive support structure (ST),characterized in that the support structure (S) at least two interconnected pairs of rollers (R1, R2), a first pair of rollers (R1) and a second pair of rollers (R2) that the Roll ( 1 . 2 ) of each pair of rollers (R1, R2) are each_{mounted for} rotation about mutually parallel axes of rotation (D_R1,1 , D_R1,2 , D_R2,1 , D_R2,2 ), which have a mutual distance (a), so that the roles ( 1 . 2 ) of each pair of rollers (R1, R2) delimit a clearance (z)_{permitting passage of the material to be stranded} so that the axes of rotation (D_R1,1 , D_R1,2 , D_R2,1 , D_R2,2 ) of the first and second second pair of rollers (R1, R2) orthogonal to each other are oriented, and that the two interconnected pairs of rollers (R1, R2) are mutually pivotally mounted about at least one pivot axis (S1) parallel to the axes of rotation (D_R1,1 , D_{R1, 2} ) of the first pair of rollers (R1) is oriented.Vorrichtung nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, dass die Stützstruktur (ST) eine Vielzahl in serieller Abfolge miteinander verbundene erste und zweite Rollenpaare (R1, R2) aufweist, deren zugeordnete Drehachsen (D_R1,1, D_R1,2, D_R2,1, D_R2,2) in serieller Abfolge jeweils orthogonal zueinander orientiert sind, dass die in serieller Abfolge jeweils paarweise verbundenen Rollenpaare (R1, R2) jeweils um eine Schwenkachse (S1) schwenkbar verbunden sind, und dass alle Schwenkachsen parallel orientiert sind.Device according to Claim 1,characterized in that the support structure (ST) has a multiplicity of first and second pairs of rollers (R1, R2) connected in series, the associated axes of rotation (D_R1,1 , D_R1,2 , D_R2,1 , D_R2,2 ) are each oriented orthogonally to one another in serial sequence, that the pairs of rollers (R1, R2) connected in pairs in series are each pivotably connected about a pivot axis (S1), and that all pivot axes are oriented in parallel.Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1,dadurch gekennzeichnet, dass die Stützstruktur (ST) wenigstens drei in serieller Abfolge miteinander verbundene Rollenpaare (R1, R2, R3), die einer sogenannten Rollenpaar-Dreiergruppe (5) entspricht, aufweist, dass die Rollen (1,2) jedes Rollenpaars (R1, R2, R3) jeweils um parallel zueinander orientierte Drehachsen (D_R1,1, D_R1,2, D_R2,1, D_R2,2, D_R3,1, D_R3,2) drehbar gelagert sind und jeweils einen gegenseitigen Abstand (a) aufweisen, so dass die Rollen (1,2) jedes Rollenpaares (R1, R2, R3) einen lichten Zwischenraum (z) begrenzen, der ein Hindurchführen des Stranggutes (12) ermöglicht, dass die Drehachsen (D_R1,1, D_R1,2, D_R2,1, D_R2,2, D_R3,1, D_R3,2) von jeweils zwei in serieller Abfolge unmittelbar miteinander verbundenen Rollenpaaren (R1, R2, R3) orthogonal zueinander orientiert sind, und dass jeweils zwei in serieller Abfolge miteinander verbundene Rollenpaare [(R1, R2), (R2, R3)] gegenseitig um jeweils wenigstens eine Schwenkachse (S1, S2) schwenkbar gelagert sind, und dass die wenigstens zwei Schwenkachsen (S1, S2) von jeweils zwei in serieller Abfolge unmittelbar miteinander verbundenen Rollenpaar-Paaren [(R1 + R2), (R2 + R3)] orthogonal zueinander orientiert sind.Device according to the preamble of claim 1,characterized in that the support structure (ST) at least three pairs of rollers (R1, R2, R3) which are connected to one another in serial sequence, that of a so-called pair of rollers (3). 5 ), that the roles ( 1 . 2 ) of each pair of rollers (R1, R2, R3) in each case about mutually parallel axes of rotation (D_R1.1 , D_R1,2 , D_R2,1 , D_R2,2 , D_R3,1 , D_R3,2 ) are rotatably mounted and each have a mutual distance (a), so that the rollers ( 1 . 2 ) of each pair of rollers (R1, R2, R3) delimit a clearance (z), which allows passage of the product ( 12 ) allows the axes of rotation (D_R1,1 , D_R1,2 , D_R2,1 , D_R2,2 , D_R3,1 , D_R3,2 ) of two respective_pairs of rollers (R1, R2, R3) are oriented orthogonally to one another, and that in each case two pairs of rollers [(R1, R2), (R2, R3)] interconnected in series are pivotably mounted mutually about at least one pivot axis (S1, S2), and that the at least two pivot axes (S1, S2) of in each case two pairs of roller pairs [(R1 + R2), (R2 + R3)] which are directly connected to one another in a serial sequence are oriented orthogonal to one another.Vorrichtung nach Anspruch 3,dadurch gekennzeichnet, dass die Stützstruktur eine Vielzahl von in serieller Abfolge miteinander verbundene Rollenpaar-Dreiergruppen vorsieht, von denen jeweils das dritte Rollenpaar (R3) einer Rollenpaar-Dreiergruppe mit dem ersten Rollenpaar der seriell folgenden Rollenpaar-Dreiergruppe um wenigstens eine dritte Schwenkachse (S3), die parallel zu der wenigstens ersten Schwenkachse (S1) orientiert ist, schwenkbar verbunden ist.Apparatus according to claim 3,characterized in that the support structure provides a plurality of interconnected in serial succession roller pair threes, of which in each case the third pair of rollers (R3) of a pair of rollers triplex with the first pair of rollers of the series following roller pair triple by at least one third pivot axis (S3), which is parallel to the at least first pivot axis (S1) is pivotally connected.Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Schwenkachse (S1) parallel zu einer der Drehachsen (D_R1,1, D_R1,2, D_R2,1, D_R2,2, D_R3,1, D_R3,2) wenigstens eines Rollenpaars (R1, R2, R3) orientiert istDevice according to one of claims 1 to 4,characterized in that at least one pivot axis (S1) parallel to one of the axes of rotation (D_R1,1,1 , D_R1,2 , D_R2,1 , D_R2,2 , D_R3,1 , D_R3,2 ) of at least one pair of rollers (R1, R2, R3) is orientedVorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5,dadurch gekennzeichnet, dass die Rollenpaare jeweils von einer einstückigen Einhausung (3) umfasst sind, die über zwei Öffnungsfenster (3.1,3.2) verfügt, die jeweils dem unmittelbar verbundenen Rollenpaar zu- oder abgewandt sind.Device according to one of claims 1 to 5,characterized in that the pairs of rollers each of a one-piece housing ( 3 ), which have two opening windows ( 3.1 . 3.2 ), which are each facing the directly connected pair of rollers or facing away.Vorrichtung nach Anspruch 6,dadurch gekennzeichnet, dass die Einhausungen (3) sämtlicher Rollenpaare identisch ausgebildet sind, und dass die Einhausungen (3) jeweils zweier in serieller Abfolge miteinander verbundener Rollenpaare mit einer Filmscharniergelenkeinheit (4.1,4.2) oder über eine faltenbalgartig ausgebildete Verbindungsstruktur (6) verbunden sind.Device according to claim 6,characterized in that the housings ( 3 ) of all pairs of rollers are identically formed, and that the housings ( 3 ) in each case two pairs of rollers connected in series with a film hinge joint unit ( 4.1 . 4.2 ) or via a bellows-shaped connecting structure ( 6 ) are connected.Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7,dadurch gekennzeichnet, dass die Stützstruktur (ST) im Wege eines generativen Herstellverfahrens hergestellt ist.Device according to one of claims 1 to 7,characterized in that the support structure (ST) is produced by way of a generative manufacturing process.Vorrichtung nach Anspruch 7 und 8,dadurch gekennzeichnet, dass die Einhausungen (3) und die Filmscharniergelenke (4.1,4.2) oder die faltenbalgartig ausgebildete Verbindungsstruktur (6) monolithisch verbunden sind und die Rollen (1,2) der Rollenpaare (R1, R2, R3) jeweils lose innerhalb der Einhausungen (3), drehbar um die Drehachsen, gefasst sind.Apparatus according to claim 7 and 8,characterized in that the housings ( 3 ) and the hinge hinges ( 4.1 . 4.2 ) or the bellows-shaped connecting structure ( 6 ) are monolithically connected and the roles ( 1 . 2 ) of the pairs of rollers (R1, R2, R3) each loose within the housings ( 3 ), rotatable about the axes of rotation, are taken.Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9,dadurch gekennzeichnet, dass die Stützstruktur (ST) von einer gasdichten, biegeelastischen, schlauchförmigen Umhüllung (13) umfasst ist oder die biegeelastische, schlauchförmige Umhüllung (13) Teil der Stützstruktur (ST) ist.Device according to one of claims 1 to 9,characterized in that the support structure (ST) of a gas-tight, flexurally elastic, tubular casing ( 13 ) or the flexurally elastic, tubular casing ( 13 ) Is part of the support structure (ST).Vorrichtung nach Anspruch 7 und 10,dadurch gekennzeichnet, dass die faltenbalgartig ausgebildete Verbindungsstruktur (6) Teil der schlauchförmigen Umhüllung (13) ist und in Form zumindest eines jeweils zwei benachbarte Einhausungen gasdicht verbindenden, faltenbalgartig ausgebildeten Schlauchabschnittes ausgebildet ist. Apparatus according to claim 7 and 10,characterized in that the bellows-shaped connecting structure ( 6 ) Part of the tubular casing ( 13 ) and in the form of at least one adjacent two housings gas-tight connecting, bellows-shaped tube section is formed.Verwendung der Vorrichtung zum räumlich unterstützten Führen eines biegeelastischen Stranggutes (12) mit einer das Stranggut zumindest längs eines Stranggutabschnittes zumindest teilweise umfassenden Stützstruktur (ST) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, für eine Zuführung eines aus thermoplastischen Material bestehenden Stranggutes (12) an eine räumlich frei positionierbare Ausbringeinheit (8), in der das thermoplastische Stranggut (12) thermisch in einen fließfähigen Zustand überführt und kontrolliert austragbar ist.Use of the device for spatially assisted guiding of a flexurally elastic strand material ( 12 ) with a continuous material at least along a Stranggutabschnittes at least partially comprehensive support structure (ST) according to one of claims 1 to 11, for feeding a material consisting of thermoplastic material strand ( 12 ) to a spatially freely positionable dispensing unit ( 8th ), in which the thermoplastic extrudate ( 12 ) thermally converted into a flowable state and is controllable austragbar.Verwendung nach Anspruch 12,dadurch gekennzeichnet, dass die Ausbringeinheit (8) Teil einer Vorrichtung zum schichtförmigen Aufbau eines Objektes (7) ist, das aus dem thermisch erweichten thermoplastischen Stranggutmaterials herstellbar ist.Use according to claim 12,characterized in that the application unit ( 8th ) Part of a device for the layered structure of an object ( 7 ) which is producible from the thermally softened thermoplastic rod material.Anordnung zum Herstellen eines dreidimensionalen Objektes (7) im Wege eines generativen schichtförmigen Herstellverfahrens, mittels einer thermisch erweichtes Thermoplastmaterial austragenden Ausbringeinheit (8),dadurch gekennzeichnet, dass der Ausbringeinheit (8) das Thermoplastmaterial in Form eines biegeelastischen Stranggutes (12) durch eine Stützstruktur (ST) nach einem der Ansprüche 1 bis 15 zuführbar ist.Arrangement for producing a three-dimensional object ( 7 ) by way of a generative layered manufacturing process, by means of a thermally softened thermoplastic material discharging application unit ( 8th ),characterized in that the application unit ( 8th ) the thermoplastic material in the form of a flexurally elastic strand material ( 12 ) by a support structure (ST) according to one of claims 1 to 15 can be supplied.Anordnung nach Anspruch 14,dadurch gekennzeichnet, dass die Stützstruktur (ST) einseitig mittel- oder unmittelbar mit der Ausbringeinheit (8) und andererseits mit einem das Stranggut (12) bevorratenden Reservoir (11) mittel- oder unmittelbar verbunden ist, und dass das Stranggut (12) in seiner Längserstreckung zwischen Ausbringeinheit (8) und dem Reservoir (11) vollständig von der Stützstruktur (ST) umfasst ist.Arrangement according to claim 14,characterized in that the support structure (ST) on one side medium or directly with the Ausbringeinheit ( 8th ) and on the other hand, with one the strand ( 12 ) storing reservoir ( 11 ) is directly or indirectly connected, and that the extruded material ( 12 ) in its longitudinal extent between application unit ( 8th ) and the reservoir ( 11 ) is completely covered by the support structure (ST).Anordnung nach Anspruch 15,dadurch gekennzeichnet, dass die Stützstruktur (ST) von einer gasdichten, biegeelastischen Umhüllung (13) umgeben ist, und dass mittel- oder unmittelbar an die Umhüllung (13) eine Trocknungseinheit (14) fluiddicht angeschlossen ist, die das von der Umhüllung (13) umschlossene Lumen entfeuchtet.Arrangement according to claim 15,characterized in that the support structure (ST) of a gas-tight, flexurally elastic sheath ( 13 ) and that directly or indirectly to the envelope ( 13 ) a drying unit ( 14 ) is connected in a fluid-tight manner, that of the envelope ( 13 ) enclosed lumens dehumidifies.

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