ES2236215T3 - Dispositivo y disposicion para producir un objeto tridimensional. - Google Patents
Dispositivo y disposicion para producir un objeto tridimensional.Info
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Abstract
Un dispositivo para la fabricación de un producto tridimensional, cuyo dispositivo comprende una plataforma de trabajo sobre la que se forma dicho producto tridimensional; un distribuidor de polvo dispuesto para extender una capa delgada de dicho polvo sobre la plataforma de trabajo, para la formación de un lecho de polvo; un cañón de un rayo para proporcionar energía al polvo, con lo que se produce la fusión de dicho polvo; miembros para controlar el haz liberado pro dicho cañón del rayo a través del citado lecho de polvo, para la formación de una sección transversal de dicho producto tridimensional mediante la fusión de partes del lecho de polvo; y un ordenador de control en el que se almacena la información sobre las secciones transversales sucesivas del producto tridimensional, cuyas secciones transversales forman el citado producto; y cuyo ordenador de control está destinado a controlar dichos miembros y guiar el cañón del rayo a través del lecho de polvo de acuerdo con un programa deejecución que forma una sección transversal de dicho cuerpo tridimensional, con lo que el citado producto tridimensional es formado mediante la fusión sucesiva de secciones transversales formadas sucesivamente de capas de polvo extendidas también sucesivamente por el distribuidor de polvo; caracterizado porque: el dispositivo comprende además medios para detectar la distribución de la temperatura de una capa superficial en el lecho de polvo, y porque la capa superficial de dicho lecho de polvo está dividida en tres categorías: - áreas en las que la fusión tiene lugar mediante la mecanización con el cañón del rayo donde ha sido medida una temperatura de fusión; - áreas ya fundidas y que están así enfriadas, donde es medida una temperatura de enfriamiento; - y áreas no mecanizadas por el cañón del rayo, donde es medida la temperatura del lecho.
Description
Dispositivo y disposición para producir un objeto
tridimensional.
La invención se refiere a un dispositivo y un
método para fabricar un producto tridimensional mediante la fusión
sucesiva de partes elegidas de capas de polvo situadas sobre una
plataforma de trabajo.
Se conoce un dispositivo anterior, por ejemplo,
por la patente de EE.UU. nº 4.863.538, para fabricar un producto
tridimensional mediante la fusión sucesiva de partes elegidas de
capas de polvo aplicadas a una plataforma de trabajo. El
dispositivo comprende una plataforma de trabajo sobre la que es
formado dicho producto tridimensional; un distribuidor de polvo
dispuesto para extender una capa delgada de polvo sobre dicha
plataforma de trabajo y formar un lecho de polvo; y un cañón
lanzador de un rayo para la entrega de energía a dicho polvo, con
lo que se produce la fusión del citado polvo; elementos para el
control del rayo proporcionado por dicho cañón sobre el lecho de
polvo para la formación de una sección transversal de dicho
producto tridimensional mediante la fusión de partes del citado
lecho de polvo; y un ordenador de control en el que es almacenada
información relativa a las secciones transversales consecutivas del
producto tridimensional. Dicho producto tridimensional es formado
mediante la fusión de partes elegidas de capas de polvo añadidas
consecutivamente. El ordenador de control está destinado a
controlar los elementos de deflexión para el rayo generado por el
cañón del mismo sobre el lecho de polvo, de acuerdo con un programa
en ejecución que muestra una configuración predeterminada. Cuando el
programa en ejecución ha fundido el área deseada de la capa de
polvo, ha sido formada una sección transversal de dicho cuerpo
tridimensional. Un producto tridimensional es formado mediante las
fusiones consecutivas de secciones transversales de capas de polvo
formadas consecutivamente, extendidas sucesivamente por el
distribuidor de polvo.
El documento US 5427733 describe un sistema de
sinterización por láser de temperatura controlada, que incluye un
sensor para medir la temperatura local del punto de fusión.
Cuando un dispositivo de acuerdo con el estado de
la técnica es utilizado para la fabricación de productos
tridimensionales, se ha comprobado que se producen desviaciones a
partir de la forma, tamaño, y resistencia deseados.
Un objeto de la invención es proporcionar un
dispositivo para la fabricación de cuerpos tridimensionales mediante
la fusión sucesiva de partes elegidas de capas de polvo extendidas
sobre una plataforma de trabajo, en el que se hace posible la
reducción de la desviación a partir de la forma, tamaño, y
resistencia deseados de un cuerpo tridimensional.
Este objeto se logra mediante un dispositivo de
acuerdo con la reivindicación 1 de la patente. Mediante la
disposición de un elemento para la detección de la distribución de
la temperatura de una capa superficial situada en el lecho de
polvo, se hacen posibles la medición y la corrección de las
características de la superficie, con lo que se logra así un
producto con una desviación reducida con respecto a las dimensiones
deseadas e irregularidades de la superficie. La invención hace así
posible asegurarse de que la fusión tiene lugar dentro de un margen
de temperatura definido, lo que reduce así el riesgo de la aparición
de defectos, por ejemplo, por vaporización o ebullición del
material. La vaporización y ebullición del material pueden originar
chispas de soldadura u otras irregularidades superficiales. Este
elemento permite también la medición de la temperatura de
enfriamiento de partes fundidas específicas en una capa de polvo,
con lo que puede reducirse así el riesgo de la aparición, y el
tamaño por cualquier tensión superficial en la parte fundida, con
lo que se reducen así los cambios indeseados en la forma. Además,
se hace posible la medición de las dimensiones de la sección
transversal, con lo que puede ser efectuada así una comparación de
las dimensiones de la sección transversal formada con la sección
transversal prevista del objeto, para calibrar los elementos de
control del cañón del rayo. El elemento permite también la medición
de la temperatura del lecho de polvo sin fundir, con lo que puede
ser comprobado así el mantenimiento de una temperatura ventajosa
desde el punto de vista del procedimiento.
De acuerdo con la invención, la información sobre
la distribución de la temperatura en la capa superficial del lecho
de polvo es enviada al ordenador de control para el ajuste del
programa en ejecución sobre la superficie de la capa del lecho de
polvo.
En otra realización preferida de la invención, la
información concerniente a la distribución de la temperatura en la
superficie de la capa del lecho de polvo es utilizada para aumentar
la entrega de energía dentro de áreas de dicha superficie, en las
que la citada temperatura sea demasiado baja, y disminuir la
entrega de energía a las áreas en las que la temperatura sea
demasiado alta, con lo que obtiene una menor fluctuación de la
temperatura de trabajo en las secciones transversales. Mediante la
adaptación de la entrega de energía a partes específicas, se
obtiene una más correcta distribución de la temperatura, con lo que
puede ser mejorada la calidad del producto.
En otra realización preferida de la invención, el
dispositivo está dispuesto para controlar la energía entregada
desde el cañón del rayo a las áreas fundidas, dentro de la capa de
polvo en ese momento más superior, de tal modo que la temperatura
máxima después de la fusión en dichas áreas esté dentro de un
margen limitado. Mediante el control de la entrega de energía, de
modo que se eviten temperaturas demasiado altas, se reduce el
riesgo de ebullición y vaporización del material con los defectos
subsiguientes.
En otra realización más de la invención, dicha
información sobre la distribución de la temperatura es utilizada
para controlar la entrega de energía desde un cañón de un rayo, que
es parte del dispositivo, al lecho de polvo, en áreas que están
siendo fundidas dentro de la capa de polvo en ese momento más
superior, y que han de ser unidas a áreas dentro de una capa
subsiguiente, de modo que la temperatura mínima en estas áreas no
descienda por debajo de un límite predeterminado. Mediante la
certeza de que la temperatura no desciende por debajo de dicho
límite, puede ser reducido el riesgo de la aparición de tensión
superficial, lo que trae consigo la deformación del producto.
En otra realización más de la invención, dicha
información sobre la distribución de la temperatura es utilizada
para controlar la energía entregada desde el cañón del rayo al
lecho de polvo en las zonas sin fundir dentro de la capa
superficial del lecho de polvo, de modo que la temperatura dentro de
estas áreas no descienda por debajo de un segundo límite
predeterminado. Mediante el mantenimiento de una cierta temperatura
en el lecho de polvo no destinado a ser fundido, el procedimiento
de enfriamiento en las áreas ya fundidas o que han de fundirse
puede, por una parte, ser controlado con más precisión, y por otra,
pueden ser reducidas las dificultades que surjan en la transferencia
del haz a través de las áreas no destinadas a ser fundidas, con
objeto de alcanzar áreas diferentes programadas para la fusión.
En otra realización preferida más, la
irregularidad superficial se mide preferiblemente mediante una
cámara que registra la formación de sombras sobre la superficie,
con lo que puede ser leída la estructura superficial. Al
registrarse la aparición de irregularidades superficiales, por
ejemplo, como consecuencia de chispas de soldadura o de algún otro
modo, el cañón del rayo puede ser dirigido hacia unas coordenadas
determinadas, con objeto de fundir dichas irregularidades
identificadas.
En una realización preferida de la invención, el
lecho de polvo y el cañón del rayo están encerrados en una cámara
dotada de una ventana transparente y protegida por una película
dispuesta para ser avanzada a lo largo de dicha ventana, con lo que
es suministrada película nueva. Mediante el avance de la película
recubierta, puede ser mantenida la transparencia a través de la
película y de la ventana.
Mediante la disposición de un elemento para la
detección de las características superficiales de una capa
superficial situada sobre el lecho de polvo, es posible la medición
y corrección de las características de dicha superficie, con lo que
puede conseguirse un producto con una desviación reducida con
respecto a las dimensiones e irregularidad superficial deseadas. En
una realización preferida es registrada la distribución de la
temperatura en una capa superficial del lecho de polvo, que permite
el control de la temperatura durante la fusión de las partículas de
polvo. Esto hace posible asegurar que la fusión se produce dentro de
un margen de temperatura definido, con lo que puede reducirse el
riesgo de que se produzcan defectos, por ejemplo, por ebullición o
vaporización del material. Este elemento permite también la medición
de la temperatura de enfriamiento de partes específicas fundidas en
una capa de polvo, con lo que puede reducirse el riesgo de que
aparezca cualquier tensión superficial en la parte fundida, lo que
a su vez reduce el riesgo de que se produzcan cambios indeseados en
la forma. Además, se hace posible la medición de las dimensiones de
la sección transversal formada, con lo que puede hacerse una
comparación de dichas dimensiones con las de la sección transversal
prevista del objeto, para calibrar los elementos de control del
cañón del rayo. El elemento permite también la medición de la
temperatura del lecho de polvo sin fundir, con lo que puede ser
comprobado el mantenimiento de una temperatura ventajosa desde el
punto de vista del procedimiento.
En otra realización preferida más, es medida la
irregularidad de la superficie, preferiblemente mediante una cámara
que registra la formación de sombras sobre dicha superficie, con lo
que puede ser leída la estructura superficial. Al registrarse la
aparición de irregularidades superficiales, por ejemplo, que se
producen por una chispa de soldadura o de algún otro modo, el cañón
del rayo puede ser dirigido hacia un punto de coordenadas
determinadas, con objeto de fundir dicha irregularidad
identificada.
Otras realizaciones preferidas se exponen en las
reivindicaciones dependientes que se adjuntan.
Seguidamente se describirá la invención con más
detalle, en conjunción con los dibujos que se adjuntan, en los
que:
- la fig. 1 muestra una sección transversal de la
invención;
- la fig. 2 es una vista lateral de la cámara,
dotada de una ventana transparente;
- la fig. 3 es un dispositivo para hacer avanzar
y fijar una película protectora para el mantenimiento de la
transparencia de la ventana;
- la fig. 4 es una tabla de flujo de acciones
para generar los programas de ejecución primarios;
- la fig. 5 es una tabla de flujo de acciones
para un programa de ejecución del dispositivo;
- la fig. 6 es una tabla de acciones para la
corrección de dicho programa de ejecución;
- la fig. 7 muestra esquemáticamente la
construcción de un objeto tridimensional; y
- la fig. 8 muestra un cierto número de secciones
transversales a partir de la fig. 7.
En la fig. 1 se muestra un dispositivo para la
fabricación de un producto tridimensional, designado en general con
1. Dicho dispositivo comprende una plataforma de trabajo 2 sobre la
cual se forma un producto tridimensional 3; uno o más
distribuidores 4 de polvo, y unos miembros 28 dispuestos para
extender una capa delgada de polvo sobre la plataforma de trabajo 2
para la formación de un lecho 5 de polvo; un cañón 6 de un rayo
para liberar energía hacia el lecho de polvo, con lo que se produce
la fusión de ciertas partes de dicho lecho de polvo; medios 7 para
control del haz liberado por el cañón 6 del rayo sobre dicha
plataforma de trabajo, para formar una sección transversal de dicho
producto tridimensional mediante la fusión del citado polvo; y un
ordenador de control 8 en el que es almacenada la información sobre
las secciones transversales secuenciales del producto
tridimensional, cuyas secciones transversales constituyen dicho
producto tridimensional. Durante un ciclo de trabajo, la plataforma
será descendida sucesivamente en relación con el cañón del rayo
después de la adición de cada capa de polvo. Con objeto de hacer
posible este movimiento, en una realización preferida de la
invención, dicha plataforma de trabajo está dispuesta de modo
desplazable verticalmente, es decir, en la dirección indicada por
la flecha P. Esto significa que dicha plataforma de trabajo parte
de una posición inicial 2', en la que una capa de polvo del grosor
necesario ha sido extendida sobre ella. Con objeto de no dañar la
plataforma de trabajo subyacente, y para proporcionar una calidad
suficiente a esta capa, se hace más gruesa que las otras capas
aplicadas, con lo que se evita así la fusión a través de esta
primera capa. La plataforma de trabajo es así descendida en
relación con la extensión de una nueva capa de polvo para la
formación de una nueva sección transversal del producto
tridimensional. A tal fin, en una realización de la invención la
plataforma de trabajo está sostenida por un soporte 9, que
comprende al menos una cremallera 10 dotada de los dientes 11. Un
servo motor o motor progresivo 12 dotado de un engranaje 13 sitúa la
plataforma de trabajo en la posición vertical deseada. Pueden ser
utilizados también otros dispositivos para ajustar la altura de la
plataforma de trabajo, conocidos por los expertos en la técnica.
Por ejemplo, en lugar de la cremallera pueden ser utilizados
tornillos de ajuste.
El miembro 28 está dispuesto para cooperar con
dichos distribuidores de polvo, para el relleno del material.
Además, el desplazamiento o barrido del miembro 28 a través de la
superficie de trabajo es accionado de manera conocida por medio de
un servomotor (no mostrado), que desplaza dicho miembro 28 a lo
largo de un carril de guía 29 para discurrir a lo largo del lecho
de polvo.
Al extender una nueva capa de polvo, el grosor de
ella vendrá impuesto por la cuantía que la plataforma de trabajo
haya sido descendida en relación con la capa anterior. Esto
significa que el grosor de la capa puede ser variado como se desee.
Por tanto, es posible hacer que las capas sean más delgadas cuando
una sección transversal presente un mayor cambio en la forma entre
capas adyacentes, con lo que se logra una mayor finura de la
superficie, y se hacen a las capas iguales a la profundidad de
penetración máxima del haz cuando se producen cambios pequeños o
ninguno en la forma.
En una realización preferida de la invención, el
cañón 6 del rayo está constituido por un cañón electrónico, por lo
que los miembros de control 7 del haz del cañón del rayo consisten
en bobinas de deflexión. Dichas bobinas de deflexión generan un
campo magnético que controla el haz generado por el cañón
electrónico, con lo que se logra la fusión de la capa superficial
del lecho de polvo en una posición deseada. Además, los cañones de
rayos comprenden un circuito 20 de alta tensión, destinado a
suministrar de manera conocida al cañón del rayo una tensión de
aceleración para un electrodo emisor 21 dispuesto en el cañón del
rayo. Dicho electrodo emisor está conectado a una fuente de
alimentación 22 de manera conocida, cuya fuente es utilizada para el
caldeo del electrodo emisor 21, con lo que se liberan así los
electrones. La función y composición de cañón del rayo son bien
conocidas por los expertos en la técnica.
La bobina de deflexión es controlada por el
ordenador de control 8, de acuerdo con un programa de ejecución de
extendido para cada capa que ha de ser fundida, con lo que se puede
lograr así el control del haz de acuerdo con el programa de
ejecución deseado.
Seguidamente se expone una descripción detallada
de la generación y corrección de los programas de ejecución, en
relación con la descripción de las figs. 4 a 6.
Además, hay al menos una bobina de enfoque 7' que
está dispuesta para enfocar el haz sobre la superficie del lecho de
polvo de la plataforma de trabajo.
Las bobinas de deflexión y las bobinas de enfoque
pueden estar dispuestas de acuerdo con una multitud de alternativas,
bien conocidas por los expertos en esta técnica.
El aparato está contenido en un alojamiento 15
que rodea el cañón 6 del rayo y el lecho de polvo 2. La envuelta
del alojamiento comprende una primera cámara 23 que rodea el lecho
de polvo, y una segunda cámara 24 que rodea el cañón 6 del rayo.
Las cámaras primera y segunda 23 y 24 se comunican a través de un
canal 25, que permite que los electrones emitidos, que han sido
acelerados en el campo de alta tensión de la segunda cámara, sigan
hacia la primera cámara, para chocar después sobre el lecho de
polvo de la plataforma de trabajo 2.
En una realización preferida, la primera cámara
está conectada a una bomba de vacío 26, que desciende la presión en
la primera cámara 23 hasta un valor aproximado de 10^{-3} a
10^{-5} mbar. La segunda cámara 24 está conectada preferiblemente
a una bomba de vacío 27, que desciende la presión en dicha segunda
cámara hasta un valor aproximado de 10^{-4} a 10^{-6} mbar. En
una realización alternativa, las cámaras primera y segunda pueden
estar conectadas ambas a la misma bomba de vacío.
El ordenador de control 8 está conectado también
preferiblemente al cañón 6 del rayo, para regular la potencia
emitida por dicho cañón, y está conectado al motor progresivo 12
para el ajuste de la posición vertical 2 de la plataforma de
trabajo entre cada extensión consecutiva de capa de polvo, con lo
que puede ser variado así el grosor individual de dichas capas de
polvo.
Además, el ordenador de control está conectado a
dicho miembro 28 para extender las capas de polvo sobre la
superficie de trabajo. Este miembro está dispuesto para efectuar el
barrido a través de la superficie de trabajo, con lo que se
extiende así una capa de polvo. El miembro 28 es accionado por un
servo motor (no mostrado) que es controlado por dicho ordenador de
control 8. El ordenador de control controla la duración del
barrido, y asegura el relleno con polvo cuando sea necesario. A tal
fin, en el miembro 28 pueden ser dispuestos unos indicadores de
carga, con lo que el ordenador de control puede ser informado de que
el miembro citado está vacío.
De acuerdo con lo mostrado en la fig. 2, el
dispositivo comprende además unos miembros 14 para detectar las
características de la superficie de una capa en el lecho de polvo.
Este miembro 14, para detectar la distribución de la temperatura de
una superficie de la capa en el lecho de polvo 5 está constituido
preferiblemente por una cámara. En una realización preferida de la
invención, la cámara es utilizada parcialmente para medir la
distribución de la temperatura sobre la capa superficial, y
parcialmente para medir la producción de irregularidades
superficiales, por la formación de sombras causadas por dichas
irregularidades sobre una superficie. La información sobre la
distribución de la temperatura es utilizada parcialmente para
conseguir una distribución de dicha temperatura tan uniformemente
como sea posible a través de las partes de la capa superficial que
han de ser fundidas, y parcialmente dicha información puede ser
utilizada para el control de cualquier desviación de las mediciones
entre las del producto tridimensional generado y el original, ya que
la distribución de la temperatura refleja la forma de dicho
producto. En una realización preferida de la invención, la vídeo
cámara está montada sobre el exterior de la envuelta 15 que
contiene el lecho de polvo 5 y el cañón 6 del rayo. Para hacer
posible la medición de la temperatura, la envuelta está dotada de
una ventana transparente 16. El lecho de polvo 5 es visible por la
cámara a través de la citada ventana. En una realización preferida
de la invención que se muestra en la fig. 3, la ventana 16 está
cubierta por una película protectora 17. Dicha película protectora
es avanzada desde una unidad de suministro 18 hacia una unidad de
recogida 19, con lo que la película es reemplazada sucesivamente,
con lo que se logra el efecto de mantener la transparencia. Dicha
película protectora es necesaria, ya que se producen depósitos como
consecuencia del procedimiento de fusión.
En la fig. 4 se muestra esquemáticamente el
procedimiento para generar programas de ejecución primarios. En una
primera operación 40 se genera un modelo en 3D, por ejemplo en un
programa CAD (diseño asistido por ordenador) del producto que ha de
ser fabricado, y alternativamente un modelo en 3D pregenerado del
producto que se ha de fabricar es enviado al ordenador de control
8. Después, en una segunda operación 41 se genera una matriz que
contiene información sobre el aspecto de las secciones
transversales del producto. En la fig. 7 se muestra un modelo de
martillo, junto con ejemplos de él que corresponden a las secciones
transversales 31 a 33. Estas secciones transversales se muestran
también en las figs. 8a a 8c. Las secciones transversales son
extendidas con una densidad que corresponde al grosor de las capas
separadas que han de ser fundidas, con objeto de formar el producto
completo. Ventajosamente, el grosor puede ser variado entre las
capas diferentes. Por ejemplo, es ventajoso hacer las capas más
delgadas en áreas que tengan una mayor variación en el aspecto de la
sección transversal entre capas adyacentes. Así pues, durante la
generación de las secciones transversales se crea una matriz que
contiene la información sobre el aspecto de todas las secciones
transversales, que juntas forman el producto tridimensional.
Cuando se ha generado la sección transversal en
la tercera operación 42, por cada sección transversal es generado
un programa de ejecución primario. La generación de los programas
de ejecución primarios está basada principalmente en el
reconocimiento de la forma de las partes que constituyen una sección
transversal, y parcialmente en cómo el programa de ejecución afecta
a la temperatura de enfriamiento de las partes locales de una
sección transversal. El objeto es crear un programa de ejecución
que haga que la temperatura de enfriamiento sea tan igual como
resulte posible en las partes que han sido fundidas antes de
extender la capa siguiente, mientras que al mismo tiempo se
mantiene dicha temperatura de enfriamiento dentro del margen
deseado, con objeto de reducir el riesgo de que se produzcan
tensiones de contracción en el producto, o que se reduzcan dichas
tensiones de contracción, que producen la deformación de dicho
producto.
Principalmente, es generado un programa de
ejecución primario de la invención, basado en la forma de partes
separadas incluidas en la sección transversal.
Por tanto, en una realización preferida de la
invención son trazados los programas de ejecución primarios, sobre
la base de la experiencia de aquellos programas de ejecución que
proporcionan una buena distribución de la temperatura de
enfriamiento de la sección transversal, con lo que puede reducirse
así el riesgo de tensiones de contracción en el producto, que
conducen a su deformación. A tal fin, un juego de programas de
ejecución para áreas de formas diferentes, es almacenado en una
memoria. En una realización preferida, esta memoria es actualizada
durante el curso de la evaluación de los resultados, a partir de la
corrección del programa de ejecución, con lo que se obtiene un
sistema de autoeducación.
En una realización alternativa de la invención,
las secciones transversales preformadas, que han sido generadas por
medio de un ordenador separado, son enviadas a la memoria de un
ordenador de control, donde son generados los programas de
ejecución primarios. En este caso, la información es obtenida
directamente en la tercera operación 42 procedente de una fuente
externa 40a.
En la fig. 5 se muestra esquemáticamente un
procedimiento en el que el haz procedente del cañón del rayo es
controlado sobre el lecho de polvo, con objeto de generar una
sección transversal del producto. En una primera operación 50 se
inicia el control del haz sobre el lecho de polvo, de acuerdo con el
programa de ejecución primario definido en la operación 42. En la
siguiente operación 51, la distribución de la temperatura de la
capa superficial del lecho de polvo es medida por la cámara.
Después, es generada una matriz de distribución de la temperatura,
T_{ij-medida}, a partir de la distribución de la
temperatura medida, en la que es almacenada la temperatura de
pequeñas subáreas de la capa superficial del lecho de polvo. Cuando
es generada la matriz, cada valor de temperatura T_{ij} medido de
la matriz es comparado con el valor deseado en una matriz del valor
deseado, T_{ij-deseada}. De manera aproximada, la
capa superficial del lecho de polvo puede ser dividida en tres
categorías. La primera corresponde a las áreas en las que la fusión
tiene lugar mediante mecanización con el cañón del rayo. En estas
áreas es de interés una temperatura de fusión máxima
T_{ij-máxima}. La segunda corresponde a las áreas
ya fundidas, y que están en enfriamiento. En estas áreas es de
interés una temperatura de enfriamiento mínima permitida
T_{\text{ij-enfria-mín}}, ya que
una temperatura de enfriamiento demasiado baja da lugar a
tensiones y a la deformación de la capa superficial. La tercera
corresponde a las áreas no mecanizadas por el cañón del rayo. En
estas áreas es de interés la temperatura del lecho,
T_{ij-lecho}. Es posible también comparar la
temperatura sólo de las áreas mecanizadas, con lo que
T_{ij-lecho} no es almacenada y/o controlada.
En una tercera operación 52 se comprueba si
T_{ij-medida} se aparta del valor deseado
T_{ij-deseada}, y si la desviación es superior a
los límites permitidos. Los límites,
\DeltaT_{ij-máx}.
\DeltaT_{ij-enfria}, y
\DeltaT_{ij-lecho}, que pertenecen a las tres
categorías diferentes, son almacenados en el ordenador de control
8. Es posible también no controlar la temperatura del lecho. En
este caso, el valor correspondiente al límite no es almacenado. En
una cuarta operación 53, se investiga si la mecanización de la capa
superficial se ha completado, siempre que la desviación entre
T_{ij-medida} y T_{ij-deseada}
no excedan al límite. Si no es este el caso, la ejecución continua
de acuerdo con el programa efectivo, con lo que las operaciones 50
a 53 del método se llevan a cabo en otro momento.
Si la desviación entre
T_{ij-medida} y T_{ij-deseada}
excede a cualquiera de dicho límites, se lleva a cabo una
corrección del programa en ejecución 42 en una quinta operación.
Dicha corrección tiene lugar en una realización preferida de
acuerdo con el esquema mostrado en la fig. 6. En una realización
preferida de la invención, una nueva capa de polvo no es extendida
hasta que se completa cada una de ellas, con lo que el producto se
forma mediante las fusiones sucesivas hasta completarlo. En este
caso, una nueva capa se comienza después de la sexta operación 55,
siempre que el producto no se haya terminado en su totalidad, y que
en la cuarta operación 53 se detecte que el programa en ejecución
para una capa se ha completado.
En una realización preferida, el programa de
ejecución comprende las siguientes operaciones del método: en una
primera operación 56, T_{ij-máx} es comparada con
T_{ij-máx-deseada}. Si
T_{ij-máx} se aparta de
T_{ij-máx-deseada} y excede a
\Delta_{ij-máx}, el suministro de potencia a la
capa de polvo es calibrado en la operación 56a, ya sea por cambio
de la potencia del haz o por cambio de la velocidad de barrido de
dicho haz. En una primera operación 58,
T_{ij-enfriamiento} es comparada con
T_{ij-enfriamiento-deseada}. Si
T_{ij-enfri} se aparta de
T_{ij-enfriam-deseada} y excede a
\DeltaT_{ij-enfriam}, el programa en ejecución
para el haz es cambiado en la operación 58a. Hay varios modos para
modificar el programa en ejecución para un haz. Uno de ellos es
permitir que dicho haz recaliente las áreas antes de que éstas se
hayan enfriado mucho. El cañón del rayo puede entonces barrer a
través de las áreas ya fundidas con una intensidad de la energía
inferior y/o una velocidad de barrido más alta.
En una tercera operación 60 se investiga si
t_{ij-lecho} se aparta de
T_{ij-lecho-deseada}. Si la
desviación es superior a \DeltaT_{ij-lecho}, la
temperatura del lecho puede ser corregida en una realización de la
invención en la operación 60a, por ejemplo, haciendo que el haz
barra a través del lecho para la entrega de energía. Es posible
también unir otro equipo para separar el caldeo del lecho hacia el
dispositivo.
Es posible también que tenga lugar un control del
tamaño del objeto que se ha de fabricar mediante la cámara de caldeo
instalada en el dispositivo. De acuerdo con lo descrito
anteriormente, se miden el lecho y las partes que han sido
fundidas. La distribución del calor registrada refleja totalmente la
forma del objeto en una sección del cuerpo tridimensional a crear.
En la operación 62 puede ser llevado a cabo un control de las
dimensiones del objeto, y puede ser efectuado un reajuste de la
deflexión X-Y del haz del cañón del rayo. En una
realización preferida de la invención, este control es efectuado en
la operación 62a, en la que es determinada la desviación entre las
mediciones de la sección transversal, y si dicha desviación es
superior a la permitida, se corrige la deflexión
X-Y del cañón del rayo.
Además, las señales de entrada procedentes de la
cámara pueden ser utilizadas para identificar la producción de
irregularidades superficiales, por ejemplo, en la forma de una
chispa de soldadura. Cuando las coordenadas de las irregularidades
superficiales han sido identificadas, el programa en ejecución
puede ser actualizado para dichas coordenadas identificadas, con
objeto de fundir la citada irregularidad superficial.
La invención no se limita a la realización antes
descrita; por ejemplo, el cañón del rayo puede estar constituido
por un láser, con lo que los miembros de deflexión están
constituidos por espejos y/o lentes controlables.
La invención puede ser utilizada también en un
dispositivo para la fabricación de un producto tridimensional
mediante la transferencia de energía desde una fuente de ésta a un
material en bruto del producto, cuyo dispositivo comprende una
plataforma de trabajo sobre la que dicho producto tridimensional ha
de ser formado, un distribuidor dispuesto para extender una capa
delgada del material en bruto del producto sobre la plataforma de
trabajo y formar así un lecho de dicho producto, un miembro para
proporcionar la energía a áreas seleccionadas de la superficie del
lecho del producto, con lo que se permite una fase de transición
del material en bruto del producto para la formación de una sección
transversal sólida dentro de dicha área, y un ordenador de control
que maneja una memoria en la que está almacenada la información
sobre las secciones transversales sucesivas del producto
tridimensional, las cuales constituyen el citado producto, y cuyo
ordenador de control está destinado a controlar dicho miembro para
liberar energía, de modo que dicha energía sea suministrada a
dichas áreas seleccionadas, y el producto tridimensional se forma a
través de la unión sucesiva de secciones transversales formadas a
partir de capas de polvo extendidas por el citado distribuidor de
polvo.
En este caso, la realización no se limita a la
fusión del polvo mediante la radiación de la superficie del lecho
de polvo con un cañón de un rayo. El miembro de liberación de
energía puede estar constituido por un cañón de electrones, un
láser, controlado a través de la superficie de trabajo, o
alternativamente por un miembro liberador de energía con capacidad
para proyectar una sección transversal directamente sobre el lecho
del producto.
Por otra parte, esta realización puede estar
dotada de todas las características que se han descrito en relación
con la realización antes expuesta.
Claims (19)
1. Un dispositivo para la fabricación de un
producto tridimensional, cuyo dispositivo comprende una plataforma
de trabajo sobre la que se forma dicho producto tridimensional; un
distribuidor de polvo dispuesto para extender una capa delgada de
dicho polvo sobre la plataforma de trabajo, para la formación de un
lecho de polvo; un cañón de un rayo para proporcionar energía al
polvo, con lo que se produce la fusión de dicho polvo; miembros
para controlar el haz liberado pro dicho cañón del rayo a través
del citado lecho de polvo, para la formación de una sección
transversal de dicho producto tridimensional mediante la fusión de
partes del lecho de polvo; y un ordenador de control en el que se
almacena la información sobre las secciones transversales sucesivas
del producto tridimensional, cuyas secciones transversales forman
el citado producto; y cuyo ordenador de control está destinado a
controlar dichos miembros y guiar el cañón del rayo a través del
lecho de polvo de acuerdo con un programa de ejecución que forma
una sección transversal de dicho cuerpo tridimensional, con lo que
el citado producto tridimensional es formado mediante la fusión
sucesiva de secciones transversales formadas sucesivamente de capas
de polvo extendidas también sucesivamente por el distribuidor de
polvo;
caracterizado porque:
el dispositivo comprende además medios para
detectar la distribución de la temperatura de una capa superficial
en el lecho de polvo, y porque la capa superficial de dicho lecho
de polvo está dividida en tres categorías:
- -
- áreas en las que la fusión tiene lugar mediante la mecanización con el cañón del rayo donde ha sido medida una temperatura de fusión;
- -
- áreas ya fundidas y que están así enfriadas, donde es medida una temperatura de enfriamiento;
- -
- y áreas no mecanizadas por el cañón del rayo, donde es medida la temperatura del lecho.
2. Un dispositivo de acuerdo con la
reivindicación 1, caracterizado porque dicho ordenador de
control está dispuesto para dirigir dicho programa de ejecución del
cañón del rayo, en base a la información sobre la distribución de
la temperatura de la capa superficial del lecho de polvo, que
procede de dicho miembro para detectar la distribución de la citada
temperatura.
3. Un dispositivo de acuerdo con la
reivindicación 2, caracterizado porque dicho ordenador de
control está dispuesto para dirigir dicho programa de ejecución del
cañón del rayo, de modo que la energía entregada dentro de las
áreas de la capa superficial del lecho de polvo con temperatura
demasiado baja sea aumentada, y la energía entregada dentro de las
áreas con temperatura demasiado alta sea disminuida, con lo que se
obtiene así una temperatura de trabajo de las secciones
transversales más uniforme.
4. Un dispositivo de acuerdo con las
reivindicaciones 2 ó 3, caracterizado porque dicho ordenador
de control está dispuesto para controlar, en base a dicha
información sobre la distribución de la temperatura, la energía
entregada desde el cañón del rayo al lecho de polvo, de modo que la
temperatura máxima después de la fusión en las áreas dentro de la
capa de polvo en ese momento más superior, esté dentro de un margen
limitado.
5. Un dispositivo de acuerdo con cualquiera de
las reivindicaciones 2 a 4, caracterizado porque dicho
ordenador de control está dispuesto para controlar, en base a la
información sobre la distribución de la temperatura, la energía
entregada desde el cañón del rayo al lecho de polvo en áreas dentro
de la capa de polvo en ese momento más superior que son fundidas, y
que han de ser unidas a áreas de una capa subsiguiente, de modo que
la temperatura mínima después de la fusión en dichas áreas no
descienda por debajo de un límite predeterminado.
6. Un dispositivo de acuerdo con cualquiera de
las reivindicaciones 2 a 5, caracterizado porque dicho
ordenador de control está dispuesto para controlar, en base a dicha
información sobre la distribución de la temperatura, la energía
entregada desde el cañón del rayo al lecho de polvo en áreas que son
fundidas dentro de la capa de polvo en ese momento más superior, de
modo que la temperatura mínima después de la fusión en esas áreas
no descienda por debajo de un límite predeterminado.
7. Un dispositivo de acuerdo con cualquiera de
las reivindicaciones 2 a 6, caracterizado porque dicho
ordenador de control está dispuesto para controlar, en base a dicha
información sobre la distribución de la temperatura, la energía
entregada desde el cañón del rayo al lecho de polvo en áreas dentro
de la capa más superior del lecho de polvo que no están fundidas, de
modo que la temperatura dentro de estas áreas no descienda por
debajo de un segundo límite predeterminado.
8. Un dispositivo de acuerdo con cualquiera de
las reivindicaciones 2 a 7, caracterizado porque dichos
medios para el control del cañón del rayo están dispuestos para ser
calibrados con el uso de dicha información sobre la distribución de
la temperatura.
9. Un dispositivo de acuerdo con cualquiera de
las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque dicho
miembro para detectar la distribución de la temperatura de una capa
superficial en el lecho de polvo está constituido por una
cámara.
10. Un dispositivo de acuerdo con la
reivindicación 9, caracterizado porque el lecho del producto
está situado en una cámara cerrada, porque la cámara cerrada cuenta
con una ventana transparente, y porque la cámara está dispuesta
para registrar dichas características superficiales del lecho de
polvo a través de esta ventana.
11. Un dispositivo de acuerdo con la
reivindicación 10, caracterizado porque la ventana
transparente está protegida por una película dispuesta para ser
desplazada a lo largo de dicha ventana, con lo que es avanzada
película nueva y se mantiene así la transparencia a través de la
película y de la ventana.
12. Un dispositivo de acuerdo con cualquiera de
las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el
cañón del rayo está formado por un cañón electrónico, y porque el
lecho de polvo y el cañón electrónico están alojados dentro de una
cámara de vacío.
13. Un método para la fabricación de cuerpos
tridimensionales mediante la fusión sucesiva de partes de un lecho
de polvo, cuyas partes corresponden a secciones transversales
sucesivas del cuerpo tridimensional, cuyo método comprende las
operaciones siguientes:
- extender una capa de polvo sobre una superficie
de trabajo;
- suministrar energía desde un cañón de un rayo
de acuerdo con un programa de ejecución predeterminado para la capa
de polvo;
- fundir el área de la capa de polvo seleccionada
de acuerdo con dicho programa de ejecución para la formación de una
sección transversal de dicho cuerpo tridimensional; y
- formar un cuerpo tridimensional mediante la
fusión sucesiva de secciones transversales formadas sucesivamente de
capas de polvo extendidas también sucesivamente;
caracterizado porque el método comprende
también la medición de la distribución de la temperatura de una
capa superficial situada en el lecho de polvo, y porque la capa
superficial de dicho lecho de polvo está dividida en tres
categorías:
- -
- áreas en las que la fusión tiene lugar por medio de la mecanización con el cañón del rayo donde es medida una temperatura de fusión;
- -
- áreas ya fundidas, que están así enfriadas, donde es medida una temperatura de enfriamiento; y
- -
- áreas no mecanizadas por el cañón del rayo, donde es medida la temperatura del lecho.
14. Un método de acuerdo con la reivindicación
13, caracterizado porque la energía suministrada por el cañón
del rayo es calibrada con el uso de la distribución de temperatura
detectada, con lo que se logra una temperatura de fusión
corregida.
15. Un método de acuerdo con las
reivindicaciones 13 ó 14, caracterizado porque dicho
programa de ejecución es modificado en base a la distribución de la
temperatura detectada, con lo que se logra una temperatura de
enfriamiento corregida mediante la modificación de dicho programa
de ejecución.
16. Un método de acuerdo con la reivindicación
15, caracterizado porque las áreas con una temperatura de
enfriamiento demasiado baja son recalen-
tadas.
tadas.
17. Un método de acuerdo con las
reivindicaciones 15 ó 16, caracterizado porque al detectarse
un área con una temperatura de enfriamiento demasiado alta, el
programa de ejecución es modificado de modo que el valor de la
acumulación dentro de dicha área sea disminuido.
18. Un método de acuerdo con cualquiera de las
reivindicaciones 13 a 17, caracterizado porque es detectada
la temperatura del lecho, y dicho lecho es calentado si la
temperatura detectada desciende por debajo de un límite
predeterminado.
19. Un método de acuerdo con cualquiera de las
reivindicaciones 13 a 18, caracterizado porque los miembros
dispuestos en el cañón del rayo para la deflexión
X-Y del haz, son calibrados con el uso de la
distribución de la temperatura detectada.
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