Granulat-3D-Druck Technologie nun durch Patente geschützt

Rostock (Deutschland), 15.07.2024: AIM3D, Pionier des 3D-Drucks mit Granulaten auf Basis eines 3D-Extrusions-Druckers, wurden nun in den USA und Europa Patente erteilt. Die Erteilung von grundlegenden Patenten in den USA und Europa gewähren AIM3D weitrechenden Technologieschutz und sichern die Vorreiter- und Pionierrolle von AIM3D im Bereich kompakter dezentraler Granulat-Extruder und dem Material-Extrusionsdruck mit Hochtemperatur-Materialien. Die US-Patente beziehen sich grundsätzlich auch auf Filament-Extruder (FDM-Drucker) für Hochtemperatur- Anwendungen und High-Flow Hot Ends. AIM3D betont dazu, dass man generell offen ist für Lizenzierungen dieser Technologie.

 

Die Entwicklungsarbeit von NEW AIM3D an 3D-Pellet-Druck-Technologie schlug sich 2016 und 2018 in vier Patentanmeldungen nieder, die nun im Jahr 2023 erteilt wurden. Mit den Patenten werden, sowohl die Topologie der 3D-Druck-Extruder im Ganzen, als auch technische Detaillösungen im Bereich der Granulat-Verarbeitung geschützt.

Patente im Überblick

Die erteilten Patente sind als EP3463799B1, EP3648946B1, US11541593B2 und US11597118B2 veröffentlicht. EP3463799B1 (Anmeldung: 27. Mai 2016) trägt den Titel: „Anlage zur additiven Fertigung von Metallteilen“. EP3648946B1 (Anmeldung: 26. Juni 2018) bezieht sich auf: „ Vorrichtung und Verfahren zur Extrusion von thermo-mechanisch verformbaren Materialien in Schüttgutform und Schneckenextruder kompakter Bauform“. Patent US11541593B2 (Anmeldung: 27. Mai 2016) trägt den Titel: „ Extruder for a system for the additive manufacture of metal parts using the composite extrusion modeling (CEM) method”. Das US-Patent US11597118B2 (Anmeldung: 26. Juni 2018) definiert: „Device and method for the extrusion of thermo-mechanically deformable materials in bulk form, and compact screw extruder”. Die vier Patente greifen die Prioritäten zweier ursprünglich deutscher Patentanmeldungen auf und gehen teilweise noch auf die Zeit vor der Gründung von AIM3D zurück.

Bedeutung dieser Patente

Die thermische Trennung des Gehäuses und die Aufteilung in einen aktiv gekühlten und einen beheizten Bereich der CEM-Technologie von AIM3D schlagen sich in einer kurzen Schmelzzone und gleichmäßiger Extrusion mit hohen Bauraten (bezogen auf Düsengrößen von 0,3 mm – 0,6 mm) nieder. In diesem Markt-Segment platzierte AIM3D seine Technologie und unterscheidet sich damit grundlegend von Großraum-Granulat-Druckern die mit Düsendurchmessern >1 mm arbeiten. Sichtbar wird dies nicht zuletzt in der Verarbeitung von ULTEM 9085. Dieses Material, welches eine hohe Bedeutung im Luftfahrtbereich hat, kann durch die patentierten Granulat-Extruder von AIM3D materialschonend und prozesssicher bei gleichzeitig hohen Bauraten und einer sehr guten Oberflächenqualität verarbeitet werden. Die durch den Aufbau des Extruders garantierte kurze Schmelzzone verhindert eine Degradierung des Materials, welche unweigerlich zu Prozessschwankungen und Schwachstellen im Bauteil führen würde. In Kombination mit der aktiven Befüllung des Einzugsbereichs des Extruders sorgt dies für einen gleichmäßigen statischen und dynamischen Druck im Extruder, der wiederum zu gleichmäßigen Extrusionsbreiten und damit einer hohen Bauteilgüte führt. Über die Verarbeitung von metallgefüllten Composites hinaus (wie es in den Patenten namentlich erwähnt wird) erstrecken sich die anlagenspezifischen Patentansprüche auch auf die Verarbeitung von thermoplastischen Polymeren, solange die anlagenspezifischen Elemente sich in den Systemen wiederfinden und eine Verarbeitung von metallgefüllten Kompositen (z.B. MIM-Material) nicht technisch ausgeschlossen werden kann. Das US-Patent US 11,541,593,B2 “Extruder for a system for the additive manufacture of metal parts using the composite extrusion modeling (CEM) method”, beschreibt die Topologie der thermischen Trennung. Es schließt dabei zusätzlich zur Verwendung von Granulat, welches über eine Schnecke in die Schmelzeinheit eingebracht wird, ausdrücklich die Verwendung von Sticks oder Filament, die über Antriebsräder vorgeschoben werden, mit ein. Damit bezieht sich der Schutz des US-Patents grundsätzlich auch auf Hot-Ends und Extruder von Filament oder Stick-basierten Systemen, die z.B. für höhere Durchflussraten oder die Verarbeitung von Hochtemperaturmaterialien eine thermische Trennung in der Schmelzeinheit verwenden.

Ausgangsbasis der Entwicklungsleistung

Durch den Einsatz von additiven Fertigungsverfahren konnten verschiedene Bauweisen und Geometrien gegenübergestellt und der Einfluss auf die Homogenität der Extrusions-Technologie (CEM-Technologie) und Prozessstabilität untersucht werden. Die Erkenntnisse sind in das grundlegende Extruder-Design der CEM-Extruder mittels Düse und die Anmeldung der genannten Patente geflossen. Abgebildet wurde dies in den Industrie-3D-Druckern ExAM 255 (Markteinführung 2019) und ExAM 510 (Markteinführung 2023) von AIM3D. Diese 3D-Pellet-Drucker sind zudem als Multimaterial-Drucker ausgelegt, können also Polymere, Metalle und Keramik verarbeiten. Eine ExAM 510-Anlage von AIM3D arbeitet mit einer maximalen Baurate von aktuell 150 cm³/h. Perspektivisch peilt man nach Herstelleraussagen Bauraten von 300 bis 600 cm³/h an. Verarbeitungsmengen von 1.000 bis 4.000 kg pro Jahr will man so erreichen (alle Angaben beziehen sich auf Bauteile mit einer Qualität von max. 150µm Schichtstärke sowie dem Einsatz einer 0,4 mm Düse des 3D-Druckers und sind somit vergleichbar mit 3D-Bauteilen des Fused Deposition Modeling (FDM)). Ca. 40 3D-Industrie-Druck-Systeme konnte AIM3D bislang im Markt platzieren.

 

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