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Dec 09, 2023

Omni3D erhält US-Patent für einzigartigen FFF-Extruder

Der polnische 3D-Druckerhersteller Omni3D hat eine Technologie namens „Omni3D Cooling System“ patentiert, die es Benutzern ermöglicht, die Extruder ihrer Fused Filament Fabrication (FFF)-Maschine stärker zu kühlen

Der polnische 3D-Druckerhersteller Omni3D hat eine Technologie namens „Omni3D Cooling System“ patentieren lassen, die es Benutzern ermöglicht, die Extruder ihrer Fused Filament Fabrication (FFF)-Maschine effektiver zu kühlen.

Durch die Stabilisierung der Filamenttemperatur während der Zuführung und Ablage liefert das kombinierte Extruder-, Druckkopf- und Montagesystem laut Omni3D Teile mit „deutlich besserer Qualität“. Nachdem das Unternehmen ein US-Patent für die Technologie erhalten hat, erwartet es nun, dass es in einem Markt mit einem bereits lukrativen FFF-3D-Drucksektor Fuß fassen wird.

„Bei Omni3D möchten wir die besten 3D-Drucklösungen liefern, die für die Herstellung von Drucken mit außergewöhnlicher Maßgenauigkeit und Stabilität erforderlich sind“, sagt Paweł Robak, CEO von Omni3D. „Ich bin stolz darauf, dass wir der 3D-Druck-Community einen Mehrwert bieten können und dass unser Patent nun auf dem US-Markt zugelassen ist. Wir glauben, dass unsere Lösung eine wichtige Verbesserung des Extrusionsprozesses darstellt.“

Das FFF-Druckportfolio von Omni3D

Seit seiner Gründung im Jahr 2013 hat Omni3D seine Reichweite dramatisch erweitert und sein Kundenstamm reicht mittlerweile von multinationalen Konzernen wie Siemens und MAHLE bis hin zu Verteidigungsunternehmen wie BAE Systems. Derzeit umfasst das Angebot des Unternehmens mehrere Versionen seiner Omni200-, Omni500 LITE-, OmniSTART- und Factory 2.0-Geräte sowie Filamente, die für die Anforderungen in Industrie, Automobil und Bildung konzipiert sind.

Mit seinen Maschinen der Omni3D-Serie hat das Unternehmen eine Reihe benutzerfreundlicher Systeme mit Skalierungsfunktionen und -kapazitäten auf den Markt gebracht, sodass Anwender das System auswählen können, das am besten zu ihrem Anwendungsfall passt. Während der OmniSTART der Einstiegsklasse über ein Bauvolumen von 200 x 200 x 150 mm und eine maximale Druckkopftemperatur von 260 °C verfügt, ist der leistungsfähigere Omni500 größer und seine Druckköpfe können sicher bei 360 °C betrieben werden.

Für Ingenieure, die einen FFF-3D-Drucker suchen, der anspruchsvollere Anwendungen bewältigen kann, sind die Factory 2.0-Maschinen von Omni3D sogar noch größer. Diese verfügen über ein Bauvolumen von 500 x 500 x 500 mm und sind mit geschlossenen Heizkammern ausgestattet. Dadurch ist die Factory 2.0 in der Lage, neben den industriellen Thermoplasten ABS und CPFA auch großformatige Drucke aus dem technischen Thermec Zed zu erstellen.

Zuvor wurde die Technologie des Unternehmens auf 3D-Druck-Prototypen für den Hussarya angewendet, einen polnischen Supersportwagen, der ständig weiterentwickelt wurde und innerhalb von acht Jahren von einem ersten Entwurf zu einem straßenzugelassenen GT3-Rennwagen überging. Für weitere Endanwendungen hat Omni3D auch mit der Technischen Universität Zypern zusammengearbeitet, um einen 3D-gedruckten Biokraftstoffreaktor zu entwickeln, der Kohlendioxid in alternative Kraftstoffe umwandeln kann.

Das Omni3D-Kühlsystem

Obwohl FFF die beliebteste Form des 3D-Drucks auf dem Markt ist, gibt es laut Omni3D noch viele Bereiche der Technologie, die weiterer Forschung bedürfen. Ein Bereich, den das Unternehmen insbesondere als störend für die Benutzer identifiziert hat, ist die Überhitzung des Extruders. Das Unternehmen weist darauf hin, dass sich Filamente bei fehlender Kühlung auf Erweichungstemperatur erwärmen und sich in der Einzugszone eines Extruders verformen können.

Dies wiederum könnte dazu führen, dass das Getriebesystem eines Extruders in Materialien „beißt“, was effektiv die zugeführte Menge verändert, was zu inkonsistenten Drucken führt. Um dieses Überhitzungsproblem zu umgehen, hat Omni3D eine Möglichkeit entwickelt, den Extruder an der Stelle zu kühlen, an der das Filament zwischen Drucklager und Zahnrad „gegriffen“ wird, was eine stabile und wiederholbare Kunststoffextrusion ermöglicht.

Dabei stellte das Unternehmen fest, dass der Schlüssel zur Stabilisierung der Extrusionstemperaturen in der Verbesserung der Arbeitsbedingungen der Rändel-Filament-Klemmsysteme der FFF-Maschinen liegt. Diese müssen kühl genug bleiben, um sicherzustellen, dass die Filamente mit der richtigen Kraft in die Druckköpfe gedrückt werden. Um dies zu ermöglichen, hat Omni3D ein Extruderdesign mit einem Körper entwickelt, der auch die Rolle eines Kühlkörpers übernimmt.

Tatsächlich funktioniert der Extruder des Unternehmens so, dass er Wärmeenergie über seinen Körper absorbiert, bevor er diese über die Kühlflüssigkeit an einen Kühler überträgt, der überschüssige Wärme an die Umgebung abgibt. Durch die Herstellung des Systems aus Titan und Aluminium und den Verzicht auf einen speziellen Kühlkörper ist es Omni3D gelungen, es sowohl leichter als auch kompakter zu machen – Vorteile, die auch den Durchsatz erhöht haben.

Gleichzeitig minimiert der Extruder das Risiko, dass Materialien im falschen Stadium erweichen, verringert so das Risiko einer Über- oder Unterextrusion und verbessert gleichzeitig den Betrieb der Motoren von FFF-Druckern. Im Vergleich zur bloßen Verwendung von G-Code-Materialeinstellungen soll das System den Benutzern außerdem eine bessere Kontrolle über die Filamentzufuhrmenge und die Druckgenauigkeit bieten.

„Die Grundidee des Systems bestand darin, die Temperatur des Filaments in der beheizten Kammer zu senken“, erklärt Krzysztof Kardach, Cheftechnologe von Omni3D. „Durch die Stabilisierung bei einer Temperatur, die weit davon entfernt ist, erweicht zu werden, wird das Filament stabiler vom Extruder zur Düse transportiert. Diese Funktionalität ermöglicht es unseren Druckern, mit einer Vielzahl von Filamenten zu arbeiten und ermöglicht eine bessere Kontrolle über den Vorschubdruck des plastifizierten Filaments.“

„Durch die Kühlung des Extruders an der Stelle, an der das Filament zwischen dem Drucklager und dem Extruderzahnrad „gefangen“ wird, erhalten wir eine sehr stabile und wiederholbare Menge an extrudiertem Material“, fügt er hinzu. „Ohne Kühlung kann sich das Filament im Extruder bis zum Erweichungspunkt erhitzen. Das erhitzte Filament kann sich nach der Kompression im Extruder von einem kreisförmigen Querschnitt zu einem elliptischen verformen, und das Zahnrad „beißt“ stärker; Dadurch verändert sich die effektive Menge des zugeführten Materials.“

Ein in den USA patentiertes Extruderdesign

Nachdem Omni3D dieses Extruder-Design in seine 3D-Drucker integriert hat, hat es es nun auch in den USA patentieren lassen. Das unter der Patentnummer „US 2019/0184633 A1“ erteilte erste Patent des Unternehmens im Land betrifft nicht nur das wärmeableitende Extruderdesign, sondern auch ein modulares Kopfmontagesystem, das einen weiteren Schutz vor möglichen Druckfehlern bietet.

In der Praxis erleichtert das Dual-Head-Layout des Geräts den Wechsel der Druckköpfe und ermöglicht es Benutzern gleichzeitig, die Erweichungstemperaturparameter von zwei Filamenten gleichzeitig zu steuern. Das System ermöglicht nicht nur die Verwendung verschiedener Arten von Materialien für die Basis und Stützen eines Teils, sondern trägt auch dazu bei, diese sowohl vor als auch während der Zuführung kühl zu halten, was zu einer besseren Prozessstabilität führt.

„Dank der Verwendung dieser patentierten Technologie ist das Omni3D-System nicht nur eines der vielseitigsten in seiner Anwendung, sondern durch seine Kühlelemente stabilisieren wir auch den Betrieb des gesamten Druckers“, schließt Tomasz Garniec, Global Sales Manager von Omni3D . „Dies, zusammen mit dem technologischen Aspekt, macht die ausgestatteten Omni3D-Drucker zu Geräten, die ein besseres Gefühl für den Prozess haben und Stabilität für viele Stunden Druck garantieren.“

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Das abgebildete Bild zeigt einen Druckkopf mit dem Omni3D-Kühlsystem. Foto über Omni3D.

Paul hat einen Abschluss in Geschichte und Journalismus und ist leidenschaftlich daran interessiert, die neuesten Nachrichten aus dem Technologiebereich zu finden.