ES2368079B1 - Método y aparato para la fabricación rápida de piezas funcionales de vidrios y cerámicas. - Google Patents

Método y aparato para la fabricación rápida de piezas funcionales de vidrios y cerámicas. Download PDF

Info

Publication number
ES2368079B1
ES2368079B1 ES200902063A ES200902063A ES2368079B1 ES 2368079 B1 ES2368079 B1 ES 2368079B1 ES 200902063 A ES200902063 A ES 200902063A ES 200902063 A ES200902063 A ES 200902063A ES 2368079 B1 ES2368079 B1 ES 2368079B1
Authority
ES
Spain
Prior art keywords
laser beam
page
line
main
art
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
ES200902063A
Other languages
English (en)
Other versions
ES2368079A1 (es
Inventor
Rafael Comesaña Piñeiro
Fernando Lusquiños Rodríguez
Juan María Pou Saracho
Félix Quintero Martínez
Jesús Del Val García
Antonio Riveiro Rodríguez
Mohamed Boutinguiza Larosi
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Universidade de Vigo
Original Assignee
Universidade de Vigo
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Universidade de Vigo filed Critical Universidade de Vigo
Priority to ES200902063A priority Critical patent/ES2368079B1/es
Publication of ES2368079A1 publication Critical patent/ES2368079A1/es
Application granted granted Critical
Publication of ES2368079B1 publication Critical patent/ES2368079B1/es
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/08Devices involving relative movement between laser beam and workpiece
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/653Processes involving a melting step
    • C04B35/657Processes involving a melting step for manufacturing refractories

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)

Abstract

Procedimiento y aparato para la fabricación de piezas funcionales de vidrios y cerámicas mediante prototipado rápido basado en plaqueado láser, comprendiendo: mezclar partículas de dos o más fases componentes del material precursor en proporción controlada y conocida; mezclar dichas partículas con gas de arrastre formando flujo bifásico (polvo/gas); focalizar un haz láser principal y otro secundario, con longitud de onda tal que la energía absorbida por las partículas de cada fase es la misma, sobre la pieza procesada; transportar e inyectar el flujo de partículas en zona de interacción entre haz láser y sustrato; movimiento relativo de pieza procesada respecto de zona de interacción entre chorro del material precursor y haz láser principal y secundario focalizado; controlar temperatura en zona de interacción ajustando la potencia óptica del haz láser primario y secundario así como del caudal másico de cada fase; controlar temperatura de la zona de procesamiento.

Description

final.
Método y aparato para la fabricación rápida de piezas funcionales de vidrios y cerámicas. Objeto de la invención
La presente invención se enmarca en el procesamiento de materiales cerámicos. Mediante el objeto de la presente invención es posible obtener piezas cerámicas de composición gradual y geometría compleja mediante la aplicación de radiación láser. Antecedentes de la invención
Los procesos habituales de fabricación de piezas cerámicas como colada en molde, moldeo por presión, moldeo por inyección, extrusión, colado en cinta, mecanizado en verde o sinterizado, normalmente requieren de la adición de aglutinantes o plastificantes de composición diferente a la del material cerámico, lo cual conlleva riesgo de contaminación de la pieza final. Las geometrías de las piezas obtenidas son limitadas para algunas de las técnicas, como en el caso de la extrusión o el mecanizado en verde, y en la mayoría de las técnicas es requerida la fabricación de un molde, lo cual incrementa el tiempo de fabricación y difícilmente resulta rentable para la producción de lotes de una o pocas piezas. Las técnicas que comprenden la compactación del material cerámico en polvo conllevan un paso final de sinterización en hornos, en el cual la pieza se somete a una temperatura homogénea en todo su volumen. Los elementos aislantes de los hornos están sometidos a la misma temperatura que la pieza cerámica procesada, lo cual limita las velocidades de calentamiento que es posible emplear.
La técnica del prototipado rápido basado en plaqueado láser es una técnica muy extendida para la generación de prototipos metálicos. El proceso consiste en la inyección de partículas de material precursor sobre un sustrato mediante un chorro de gas de arrastre. Un haz láser de alta potencia incide en la zona de inyección de material precursor creando una piscina de material fundido. El sustrato presenta un movimiento relativo respecto al chorro de material precursor y el haz láser, de manera que se forma una pista de material depositado. Superponiendo varias pistas de material depositado se obtiene la pieza deseada. La aplicación convencional de la técnica a la fabricación de piezas cerámicas se encuentra recogida en publicaciones y patentes previas (KM Jasim et al., Journal of Materials Science 28, 1993; NI Shieh, Journal of Materials Science 29, 1994; WO0240744; US5038014). Esta técnica aplicada de forma convencional presenta inconvenientes para el procesamiento de cerámicas, como elevados gradientes espaciales de temperatura y elevadas velocidades de enfriamiento que pueden provocar la fractura de la pieza procesada. Sin embargo, el procesamiento mediante radiación láser con la técnica de prototipado rápido basado en plaqueado láser presenta características con potencial para obtener piezas cerámicas con una microestructura diferenciada de las cerámicas procesadas con métodos convencionales. Descripción de la invención
La presente invención aplica la radiación láser para producir piezas de material cerámico y vitrocerámico bifásico o multifásico. El método está basado en los mismos principios físicos del plaqueado láser, pero incorpora una serie de diferencias esenciales que influyen en las transformaciones físico-químicas experimentadas por el material y permiten la obtención
Una de las ventajas del objeto de la presente patente es la inducción controlada de las reacciones en la interfaz de las diferentes fases presentes en el material precursor mediante la utilización de dos haces láser de diferente longitud de onda, presentando una de estas longitudes de onda una absorción notablemente diferenciada en función de la fase irradiada. Asimismo, es posible la producción de piezas de cerámicas bifásicas con una distribución variable de una de las fases, sin que la distribución modifique el grado de reactividad y la estructura obtenida en la interfase.
Otra ventaja de la invención es la producción de piezas cerámicas y vitrocerámicas de formas tridimensionales complejas directamente a partir del polvo precursor, sin necesidad de fabricar moldes o negativos de la geometría deseada.
El producto obtenido después del procesamiento es totalmente puro, ya que no se necesita la adición de productos secundarios como aglutinantes o inductores de sinterización. El enfriamiento de la pieza durante y después de la irradiación con láser es controlado mediante el confinamiento en un entorno aislante, de manera que se evita la aparición y crecimiento de grietas propio de elevadas velocidades de enfriamiento. Descripción de las figuras
Para complementar la descripción que, se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de la invención, de acuerdo con un ejemplo de realización práctica de la misma, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, una única figura en donde, con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado esquemáticamente y en alzado, un modelo de realización preferente de la invención. Realización preferente de la invención
El método de procesamiento de cerámicas bifásicas objeto de la presente invención, se lleva a cabo con un sistema adecuado representado en la Figura 1. Una fuente de haz láser, denominada fuente de haz láser principal (1), emite un haz láser principal (2) de una determinada longitud de onda y con una potencia ajustable. La longitud de onda del haz láser principal, denominada longitud de onda principal, debe presentar una absorción similar para todos los componentes
o fases que forman parte del material procesado. Un expansor de haz principal (5) modifica el diámetro y la divergencia del haz láser principal. Por lo tanto, dicho expansor de haz principal (5) debe presentar una relación de expansión ajustable y ajuste de colimación. Un elemento óptico plano paralelo (7) transmite el haz láser principal, produciendo un desplazamiento lateral de dicho haz láser principal, pero sin modificar la dirección del mismo. Simultáneamente, una fuente de haz láser secundaria (3) emite un haz láser secundario (4), dicho haz láser secundario presenta una potencia ajustable. La longitud de onda del haz láser secundario, denominada longitud de onda secundaria, presenta una absorción notablemente diferente en función de la fase o componente del material procesado. Un expansor de haz secundario (6) modifica el diámetro y la divergencia del haz láser secundario. Por lo tanto, dicho expansor de haz secundario (6) debe presentar una relación de expansión ajustable y ajuste de colimación. El haz láser secundario (4) es reflejado mediante un espejo (9) y dicho haz láser secundario es también reflejado por el elemento óptico plañó paralelo (7). Tanto el haz láser principal (2) como el haz láser secundario (4) inciden paralelamente entre sí sobre una lente de focalización (8), de manera que los dos haces láser son focalizados sobre el mismo eje óptico. El ajuste de colimación efectuado por el expansor de haz principal (5) y el expansor de haz secundario (6) permite focalizar el haz láser principal y el haz láser secundario sobre el mismo punto. En dicho punto se emplaza la zona de interacción (12) entre el haz láser principal (2), el haz láser secundario (4), el chorro de material precursor inyectado (22) y la pieza procesada (13).
El material que se va a procesar, denominado material precursor, está compuesto por dos o más fases
o componentes diferenciados, dichas fases o componentes se encuentran inicialmente separados. El depósito primario (15) contiene uno o más componentes, dichos componentes presentan una absorción baja cuando son irradiados por el haz láser secundario (4) y su conjunto se denomina componente primario. El citado valor de la absorción puede deberse bien a una alta reflectividad o bien a una alta transmitancia frente a la longitud de onda del haz láser secundario. La electroválvula de paso primaria (16) permite seleccionar el caudal másico que se desplaza desde el depósito primario (15) al depósito general (20). El depósito secundario (17) contiene las fases o componentes del material a procesar que presentan una absorción elevada para la longitud de onda del haz láser secundario
(4)
y su conjunto se denomina componente secundario. La electroválvula de paso secundaria (18) permite seleccionar el caudal másico que se desplaza desde el depósito secundario (17) al depósito general (20). En dicho depósito general, el componente primario y el componente secundario del material a procesar se mezclan homogéneamente mediante una hélice y posteriormente se inyectan mediante un inyector de polvo precursor (21) hacia la zona de interacción (12). El chorro de material precursor inyectado (22) alcanza la zona de interacción (12), donde interacciona con el haz láser principal (2) y el haz láser secundario (4). El material precursor se funde total o parcialmente, o bien es sinterizado, dando lugar a la pieza procesada
(13)
cuando se produce la solidificación del material precursor procesado sobre el sustrato (14).
La radiación electromagnética desprendida de la zona de interacción (12), correspondiente a bandas del espectro visible e infrarrojo, excepto las bandas correspondientes al haz láser principal (2) y al haz láser secundario (4), es colimada por la lente de focalización (8), reflejada total o parcialmente por el elemento óptico plano paralelo (7) y trasmitida total o parcialmente a través del espejo (9). Dicha radiación electromagnética incide sobre un elemento sensor óptico de temperatura (11), que puede ser un sensor de tipo pirómetro o una cámara CMOS o CCD con su correspondiente óptica. El elemento sensor óptico de temperatura (11) envía una señal eléctrica a un sistema de control electrónico (19). Dicho sistema de control electrónico (19) gobierna la electroválvula de paso primaria (16) y la electroválvula de paso secundaria (18), de forma que controla, en cada instante, tanto el caudal másico que fluye del depósito primario (15) al depósito general (20), como el caudal que fluye del depósito secundario (17) al depósito principal (20). Dicho sistema de control electrónico (19) gobierna, asimismo, la potencia óptica del haz láser principal (2) emitido por la fuente de haz láser principal (1), de forma que dicha potencia óptica del haz láser principal (2) es proporcional al flujo másico del componente primario que atraviesa la electroválvula de paso primaria (16), pudiéndose seleccionar el valor del factor de proporcionalidad dentro de un rango. Asimismo, la potencia óptica del haz láser principal
(2)
es inversamente proporcional al valor de absorción del componente primario contenido en el depósito primario (15) para la longitud de onda del haz láser principal (2). Dicho sistema de control electrónico (19) gobierna, asimismo, la potencia óptica del haz láser secundario (4) emitido por la fuente de haz láser secundario (3), de forma que dicha potencia óptica del haz láser secundario (4) es proporcional al flujo másico que atraviesa la electroválvula de paso secundaria (18), pudiéndose seleccionar el valor del factor de proporcionalidad dentro de un rango. Asimismo, la potencia óptica del haz láser secundario (4) es inversamente proporcional al valor de absorción del componente secundario contenido en el depósito secundario (17) para la longitud de onda del haz láser secundario (4). Asimismo, la potencia óptica del haz láser secundario (4) es inversamente proporcional al valor de absorción del componente secundario contenido en el depósito secundario (17) para la longitud de onda del haz láser principal (2). Asimismo, la potencia óptica del haz láser secundario (4) es inversamente proporcional al valor de de la potencia óptica del haz láser principal (2).
El sustrato (14), que soporta la pieza procesada (13), se sitúa encima de una plataforma aislante (28). Dichos tres elementos, pieza procesada (13), sustrato (14) y plataforma aislante (28), se mueven solidariamente en un plano normal al plano del dibujo que contiene la dirección indicada por la flecha horizontal (29). Dicho movimiento es producido por una estación de control numérico computerizado o calefactor
(25)
alojado en la cubierta aislante móvil (23). De esta manera, se mantiene una temperatura en la zona de procesamiento adecuada al material procesado, un gradiente de temperatura entre la zona de interacción
(12)
y la pieza procesada (13) reducido y una velocidad de enfriamiento controlada; siendo los valores de los anteriores parámetros adecuados para la obtención de la microestructura deseada en la pieza procesada (13).
Un ejemplo práctico de aplicación de la invención es el procesamiento de material cerámico consistente en una mezcla cuyos componentes son vidrio bioactivo e hidroxiapatita. El vidrio bioactivo es un vidrio de sílice como formador de red y puede contener otros elementos como calcio, sodio, potasio, fósforo, magnesio, estroncio, zinc o titanio. El vidrio bioactivo se corresponde con el componente primario y se deposita en el depósito primario (15) en forma de polvo, con tamaño de partícula comprendido entre 50 y 150 μm. La hidroxiapatita se corresponde con el componente secundario y se presenta en forma de polvo, con tamaño de partícula comprendido entre 50 y 150 μm, se encuentra en el depósito secundario (17). Ambos materiales se mezclan controladamente por las electroválvulas de paso primaria (16) y secundaria (18), dando lugar a una mezcla de proporciones conocidas y definidas. Esta proporción es variable en el tiempo y se encuentra en el rango 1:9 a 9:1 de hidroxiapatita:vidrio bioactivo. Este material precursor en forma de mezcla, es homogeneizado en términos de distribución de componentes mediante una hélice dentro del depósito general (20) y alimentado mediante una bomba de desplazamiento positivo de tornillo helicoidal hacia el inyector de polvo precursor (21). El inyector de polvo precursor es una boquilla metálica con forma cónica, con su eje formando un ángulo comprendido entre 15º y 35º respecto al eje del haz láser principal (2) en la zona de procesamiento. No se utiliza gas alguno durante la inyección del polvo precursor, con excepción del aire presente en el entorno de procesamiento.
La fuente de haz láser principal (1) es una fuente láser de CO2, con una potencia óptica ajustable entre 5 W y 100 W. El expansor de haz principal (5) es un expansor de relación de expansión variable comprendida entre 1x y 5x, de diseño galileano y formado por tres lentes de seleniuro de zinc. La fuente de haz láser secundario (3) es una fuente de láser de fibra dopada con iterbio, con una longitud de onda comprendida entre 1060 y 1100 nm y con una potencia óptica ajustable entre 10 W y 200 W. El expansor de haz secundario (6) es un expansor de haz de relación de expansión variable comprendida entre 1x y 10x, de diseño galileano y compuesta por más de dos lentes ópticas de sílice vítrea. El elemento óptico plano (7) es un sustrato plano paralelo de seleniuro de zinc con un recubrimiento antirreflectante para la longitud de onda del haz láser de CO2 en la cara superior, y un recubrimiento dieléctrico multicapa altamente reflectante en el rango 500 nm a 1250 nm en la cara inferior. El espejo (9) es un sustrato plano paralelo de sílice vítrea con un recubrimiento dieléctrico multicapa altamente reflectante en el rango 1060 a 1100 nm en la cara superior. La lente de focalización (8) es una lente cóncavo-convexa de sulfato de zinc multiespectral, con una longitud focal comprendida entre 120 mm y 260 mm. El sustrato (13) es una placa plana de aleación de titanio de espesor 6 mm. La plataforma aislante (28), la cubierta aislante móvil (23) y la cubierta aislante estática (26) están compuestos por mullita-alúmina y presentan un grosor de pared de 20 mm. El elemento sensor de temperatura (27) es un termopar de rango de medición 100 a 800ºC, mientras que el elemento calefactor (25) es una resistencia de carburo de silicio. La temperatura medida por el elemento sensor de temperatura (27) se mantiene entre 400 y 600ºC en función de la composición exacta del componente vidrio bioactivo empleado.

Claims (10)

  1. REIVINDICACIONES
    1. Método de procesamiento de cerámicas mediante láser caracterizado por las siguientes etapas:
    -
    Mezcla de los dos componentes primario y secundario de la cerámica manteniendo una proporción conocida en el tiempo entre ambos componentes.
    -
    Inyección de un chorro de material precursor
    (22) e irradiación de dicho material precursor con un haz láser principal (2) y un haz láser secundario (4) de diferente longitud de onda y focalizados sobre la zona de interacción (12). La longitud de onda del haz láser principal (2) es tal que la absorción de energía por parte del componente primario cuando se irradia con la longitud de onda principal es similar a la absorción de energía por parte del componente secundario cuando se irradia con la misma longitud de onda principal. La longitud de onda del haz láser secundario (4) es tal que la absorción de energía por parte del componente primario cuando se irradia con la longitud de onda secundaria es menor que la absorción de energía por parte del componente secundario cuando se irradia con la misma longitud de onda secundaria.
    -
    Movimiento relativo tridimensional de la pieza procesada (13) respecto a la zona de interacción (12) entre el chorro de material precursor (22), el haz láser principal (2) focalizado y el haz láser secundario (4) focalizado; para generar una pieza de geometría tridimensional.
  2. 2.
    Método de procesamiento de cerámicas de acuerdo con la reivindicación 1ª, en el cual la concentración del componente primario y la concentración del componente secundario en el chorro de material precursor (22) son variables en el tiempo. Además, la potencia óptica del haz láser principal (2) es: proporcional a la concentración del componente primario en el chorro de material precursor (22); inversamente proporcional al valor de absorción del componente primario para la longitud de onda del haz láser principal (2). Asimismo, la potencia óptica del haz láser secundario es: proporcional a la concentración del componente secundario en el chorro del material precursor (22); inversamente proporcional a: el valor de absorción del componente secundario para la longitud de onda del haz láser secundario (4); inversamente proporcional al valor de absorción del componente secundario para la longitud de onda del haz láser principal (2); inversamente proporcional al valor de de la potencia óptica del haz láser principal (2).
  3. 3.
    Método de procesamiento de cerámicas de acuerdo con las reivindicaciones 1ª a 2ª, en el cual el componente primario es vidrio bioactivo del sistema SiO2-CaO-Na2O-P2O5 y el componente secundario es hidroxiapatita. El haz láser principal procede de una fuente láser de CO2 y el haz láser secundario procede de una fuente láser de fibra dopada con iterbio.
  4. 4.
    Método de procesamiento de cerámicas de acuerdo con la reivindicación 1ª a 3ª donde la potencia óptica del haz láser principal está comprendida entre 5 y 100 W, y donde la potencia óptica del haz láser secundario está comprendida entre 10 y 200 W.
  5. 5.
    Método de procesamiento de cerámicas de acuerdo con la reivindicación 1ª a 4ª, donde la temperatura de la zona de procesamiento se mantiene constante entre 400 y 700ºC.
  6. 6.
    Un aparato para procesamiento de cerámicas que opera según el procedimiento de la reivindicación 1ª, el cual comprende los siguientes elementos:
    -
    Un expansor de haz principal (5) de relación de expansión variable para ajustar el tamaño y la colimación del haz láser principal (2).
    -
    Un expansor de haz secundario (6) de relación de expansión variable destinado a ajustar el tamaño y la colimación del haz láser secundario
    (4) en función de la posición del diámetro mínimo del haz láser principal (2) focalizado.
    -
    Un espejo (9) que refleja la longitud de onda del haz láser secundario (4) procedente del expansor de haz secundario (6).
    -
    Un elemento óptico plano (7) que transmite el haz láser principal (2) procedente del expansor de haz principal (5) y, al mismo tiempo, refleja el haz láser secundario (4) procedente del espejo (9) paralelamente al haz láser principal (2).
    -
    Una lente de focalización (8) situada después del elemento óptico plano (7) que focaliza el haz láser principal (2) y, al mismo tiempo, focaliza el haz láser secundario (4).
    -
    Un depósito primario (15) destinado a alojar el componente primario del material precursor.
    -
    Un depósito secundario (17) destinado a alojar el componente secundario del material precursor.
    -
    Una electroválvula de paso primaria (16) situada a la salida del depósito primario (15), destinada a ajustar el flujo de salida del componente primario.
    -
    Una electroválvula de paso secundaria (18) situada a la salida del depósito secundario (17), destinada a ajustar el flujo de salida del componente secundario.
    -
    Un depósito general (20) destinado a alojar y homogeneizar el material precursor mezcla de componente primario y componente secundario procedentes del depósito primario (15) y el depósito secundario (17).
    -
    Un inyector de polvo precursor (21) destinado a inyectar el material precursor procedente del depósito general (20) en el punto de focalización del haz láser principal (2) y el haz láser secundario (4).
    -
    Un substrato (14) que soporta la generación de la pieza procesada (13) mediante el enfriamiento de la mezcla de material precursor procedente de la zona de interacción (12).
  7. 7. Un aparato para procesamiento de cerámicas de acuerdo con la reivindicación 6ª, el cual, adicionalmente, comprende un elemento sensor óptico de temperatura (11) destinado a captar la radiación en el espectro visible e infrarrojo cercano procedente de la zona de interacción (12), siendo dicha radiación colimada por la lente de focalización (8), reflejada por el elemento óptico plano (7) y transmitida a través del espejo (9).
  8. 8.
    Un aparato para procesamiento de cerámicas según la reivindicación 7ª en el cual un sistema de control electrónico (19) gobierna la electroválvula de paso primaria, la electroválvula de paso secundaria (18), la potencia óptica del haz láser principal (2) y la potencia óptica del haz láser secundario (4), y dicho sistema de control electrónico (19) recibe información sobre la radiación captada por el sensor óptico de temperatura (11).
  9. 9.
    Un aparato para procesamiento de cerámicas según la reivindicación 8ª, el cual comprende, adicionalmente, los siguientes elementos:
    -
    Un sistema de confinamiento de la zona de procesamiento destinada a reducir las pérdidas de calor en dicha zona de procesamiento y que comprende: una cubierta aislante (23) solidaria a la lente de focalización (8); una plataforma aislante (28) que soporta y es solidaria al sustrato (14); una cubierta aislante estática (26) destinada a reducir las pérdidas de calor en la zona de procesamiento.
    -
    Un elemento calefactor (25), contenido dentro de la cubierta aislante (23), destinado a generar el calor necesario para mantener una determinada temperatura media de la zona de procesamiento.
    -
    Un elemento sensor de temperatura (27) destinado a medir la temperatura media de la zona de procesamiento.
    OFICINA ESPAÑOLA DE PATENTES Y MARCAS
    N.º solicitud: 200902063
    ESPAÑA
    Fecha de presentación de la solicitud: 24.10.2009
    Fecha de prioridad:
    INFORME SOBRE EL ESTADO DE LA TECNICA
    51 Int. Cl. : Ver Hoja Adicional
    DOCUMENTOS RELEVANTES
    Categoría
    Documentos citados Reivindicaciones afectadas
    Y
    Modificación superficial de materiales cerámicos por láser, P. PARDO, A. PUCHE, R. IBÁÑEZ, J. BASTIDA, V.PRIMO. Boletín de la Sociedad Española de Cerámica y Vidrio. Vol. 45, nº 6. 1,2
    Y
    ES 2306613 B1 (CONSEJO SUPERIOR DE INVESTIGACIONES CIENTÍFICAS. UNIVERSIDAD DE ZARAGOZA) 01.11.2008, página 2, líneas 3,27-45; página 3, líneas 1-7; página 3, línea 30 – página 4, línea 40; página 4, líneas 55-67; página 5, líneas 34-38,46-48. 1,2
    Y
    JP 60027490 A (NIPPON ELECTRIC CO) 12.02.1985, resumen; figura 1. 6-8
    Y
    JP 60239333 A (HITACHI CABLE) 28.11.1985, resumen; figura 1. 6-8
    A
    ES 2214956 A1 (UNIVERSIDAD DE SEVILLA. UNIVERSIDAD DE VIGO) 16.09.2004, página 2, líneas 3,11-15; página 4, línea 60 – página 5, línea 2. 1,3,6,9
    A
    ES 2325812 T3 (UNIVERSIDAD DE SEVILLA. UNIVERSIDAD DE VIGO) 18.09.2009, página 2, línea 3; página 4, línea 64 – página 5, línea 7; página 8, línea 20 – página 9, línea 8. 1,3,6
    A
    ES 2031298 T3 (EURATOM) 01.12.1992, columna 1, líneas 3-12; columna 2, línea 56 – columna 3, línea 7; columna 3, línea 49 – columna 4, línea 26; columna 4, líneas 46-50. 1,3,4,6,7,9
    A
    GB 1307263 A (AMERICAN OPTICAL CORP) 14.02.1973, columna 1, líneas 12-20; columna 2, línea 85 – columna 5, línea 2; figura 1. 1,3,4,6,9
    A
    US 5008890 A (MCFARLANE ROSS A) 16.04.1991, columna 1, líneas 12-15; columna 2, línea 54 – columna 3, línea 2; columna 6, líneas 58-68; columna 7, líneas 24-34. 1,3,6-8
    A
    WO 9621628 A1 (BRINK MARIA et al.) 18.07.1996, página 1, líneas 2-7; página 3, línea 28 – página 8, línea 7; página 12; página 13, líneas 1-4; página 18. 3,5
    Categoría de los documentos citados X: de particular relevancia Y: de particular relevancia combinado con otro/s de la misma categoría A: refleja el estado de la técnica O: referido a divulgación no escrita P: publicado entre la fecha de prioridad y la de presentación de la solicitud E: documento anterior, pero publicado después de la fecha de presentación de la solicitud
    El presente informe ha sido realizado • para todas las reivindicaciones • para las reivindicaciones nº:
    Fecha de realización del informe 21.10.2011
    Examinador M. C. Fernández Rodríguez Página 1/6
    OFICINA ESPAÑOLA DE PATENTES Y MARCAS
    N.º solicitud: 200902063
    ESPAÑA
    Fecha de presentación de la solicitud: 24.10.2009
    Fecha de prioridad:
    INFORME SOBRE EL ESTADO DE LA TECNICA
    51 Int. Cl. : Ver Hoja Adicional
    DOCUMENTOS RELEVANTES
    Categoría
    Documentos citados Reivindicaciones afectadas
    A
    WO 2011109753 A1 (TERADIODE INC et al.) 09.09.2011, párrafos [0005,0007,0009,0012,0020,0021,0025-0027],[0036-0039],[0052-0064],[0096-00141]; figuras 1-4,13. 3,6,8
    Categoría de los documentos citados X: de particular relevancia Y: de particular relevancia combinado con otro/s de la misma categoría A: refleja el estado de la técnica O: referido a divulgación no escrita P: publicado entre la fecha de prioridad y la de presentación de la solicitud E: documento anterior, pero publicado después de la fecha de presentación de la solicitud
    El presente informe ha sido realizado • para todas las reivindicaciones • para las reivindicaciones nº:
    Fecha de realización del informe 21.10.2011
    Examinador M. C. Fernández Rodríguez Página 2/6
    INFORME DEL ESTADO DE LA TÉCNICA
    CLASIFICACIÓN OBJETO DE LA SOLICITUD
    C04B35/657 (2006.01) B23K26/08 (2006.01) C04B35/14 (2006.01) H01S3/034 (2006.01) H01S3/067 (2006.01)
    Documentación mínima buscada (sistema de clasificación seguido de los símbolos de clasificación)
    C04B, B23K, H01S
    Bases de datos electrónicas consultadas durante la búsqueda (nombre de la base de datos y, si es posible, términos de búsqueda utilizados)
    INVENES, EPODOC
    OPINIÓN ESCRITA
    Fecha de Realización de la Opinión Escrita: 21.10.2011
    Declaración
    Novedad (Art. 6.1 LP 11/1986)
    Reivindicaciones Reivindicaciones 1-9 SI NO
    Actividad inventiva (Art. 8.1 LP11/1986)
    Reivindicaciones Reivindicaciones 3-5 1, 2, 6-9 SI NO
    Se considera que la solicitud cumple con el requisito de aplicación industrial. Este requisito fue evaluado durante la fase de examen formal y técnico de la solicitud (Artículo 31.2 Ley 11/1986).
    Base de la Opinión.-
    La presente opinión se ha realizado sobre la base de la solicitud de patente tal y como se publica.
    OPINIÓN ESCRITA
    1. Documentos considerados.-
    A continuación se relacionan los documentos pertenecientes al estado de la técnica tomados en consideración para la realización de esta opinión.
    Documento
    Número Publicación o Identificación Fecha Publicación
    D01
    Modificación superficial de materiales cerámicos por láser, P. PARDO, A. PUCHE, R. IBÁÑEZ, J. BASTIDA, V.PRIMO. Boletín de la Sociedad Española de Cerámica y Vidrio. Vol. 45, nº 6. Nov.-Dic. 2006
    D02
    ES 2306613 B1 (CONSEJO SUPERIOR DEINVESTIGACIONES CIENTÍFICAS. UNIVERSIDAD DE ZARAGOZA) 01.11.2008
    D03
    JP 60027490 A (NIPPON ELECTRIC CO) 12.02.1985
    D04
    JP 60239333 A (HITACHI CABLE) 28.11.1985
  10. 2. Declaración motivada según los artículos 29.6 y 29.7 del Reglamento de ejecución de la Ley 11/1986, de 20 de marzo, de Patentes sobre la novedad y la actividad inventiva; citas y explicaciones en apoyo de esta declaración
    El documento D01, se considera el más cercano del estado de la técnica, y divulga un método de procesamiento de cerámicas mediante láser, tal que: -Mezcla de componentes, manteniendo una proporción conocida en el tiempo: -Irradiación del material precursor con un haz láser principal, para la formación de un vidrio, y con un haz láser secundario, con diferente longitud de onda, para reducir la porosidad. Su onda principal es de 10,6 µm y presenta otra secundaria de 9,6 µm. Expone asimismo una tabla (ver D01, tabla III) de resultados de ensayos para determinar la absorción de energía, cuando se irradia sobre material. El documento D01 no divulga, a diferencia de la solicitud que exista un movimiento tridimensional de la pieza. El documento D02 (ver D02, página 2, línea 3; página 2, líneas 27 -45; página 3, líneas 1 -7; página 3, línea 30 -página 4, línea 40; página 4, líneas 55 -67; página 5, líneas 34 -38; página 5, líneas 46 -48) divulga un método de procesamiento de material cerámico mediante láser, tal que: -Mezcla de dos o más fases cristalinas, manteniendo una proporción conocida. -Obtención de la pieza cerámica precursora en la forma deseada, ya en forma de barra, cilíndrica, maciza o hueca, de placa de recubrimiento.. -Solidificación unidireccional del fundido obtenido mediante láser -Transformación del haz laser en anillo y rotación de la muestra.
    Resultaría evidente para un experto en la materia, combinar las características anticipadas por ambos documentos, para obtener el método objeto de la invención. Por tanto, la reivindicación independiente 1 no implica actividad inventiva (Art.8 L11/86).
    El documento D01 divulga una tabla (tabla III), a partir de la cual, las características de la reivindicación 2 se considera que representan opciones evidentes, para un experto en la materia Por tanto, la reivindicación 2 no implica actividad inventiva (Art.8 L11/86).
    Se considera que la reivindicación 3 presenta novedad y actividad inventiva, ya que no se ha encontrado ningún documento, ni ninguna combinación de documentos, que anticipe todas sus características. En consecuencia, las reivindicaciones 4 y 5, por ser dependientes de la 3ª, también tienen novedad y actividad inventiva (Art.6 y 8 L11/86).
    Respecto al otro objeto inventivo de la solicitud, el aparato para el procesamiento de cerámicas: El documento D03 (ver D03, resumen, fig.1), se considera el más cercano del estado de la técnica, y divulga un aparato de procesamiento mediante láser, que comprende: -Un expansor (21) de haz láser secundario (1) -Un espejo (22 ) que refleja la longitud de onda del haz láser secundario (1), procedente del expansor (21) de haz secundario (1), a un “splitter” (31). -Un elemento óptico plano (41) que transmite el haz láser principal (6), y al mismo tiempo refleja el haz láser secundario (1), procedente del “splitter” (31) paralelamente al haz laser principal (6). -Una lente de focalización (42) situada después del elemento óptico plano (41) que focaliza el haz láser principal (6), y al mismo tiempo focaliza el haz láser secundario (1). -Una electroválvula (32) -Un substrato (51) que soporta la generación de la pieza procesada, procedente de la zona de interacción. (Las referencias entre paréntesis corresponden al documento D03).
    OPINIÓN ESCRITA
    El documento D03 no divulga, a diferencia de la solicitud, que exista un expansor para el haz de láser principal, no divulga que el haz secundario se refleje directamente con un espejo a la lente de concentración, tampoco describe la existencia de depósitos ni de una segunda electroválvula, ni de un inyector de polvo precursor.
    El documento D04 describe un tubo de descarga mediante válvula de polvo precursor destinado a inyectar material precursor procedente de un depósito general en el punto de focalización de un haz laser principal y de un haz láser secundario.
    Resultaría evidente para un experto en la materia, la combinación de las características anticipadas por los documentos D03 y D04, para obtener el aparato objeto de la invención. Por tanto, se considera que la reivindicación independiente 6 no implica actividad inventiva (Art.8 L11/86)
    El documento D03 no divulga, a diferencia de la solicitud que el elemento óptico “splitter” (41) sea un elemento sensor óptico de temperatura, destinado a captar la radiación en el espectro visible e infrarrojo cercano, procedente de la zona de interacción, siendo dicha radiación colimada por la lente de focalización (42), reflejada por el elemento óptico plano y transmitida a través del espejo (22). No obstante, se considera que éstas son características obvias para un experto en la materia. Por tanto, se considera que la reivindicación 7 carece de actividad inventiva (Art.8 L11/86)
    El documento D03 divulga que el aparato para el procesamiento mediante láser, tiene un sistema de control óptico sobre el título de la potencia láser, y que gobierna la electroválvula (32) de paso, ya que dicho sistema de control recibe información sobre la radiación captada por el elemento óptico, “splitter” (31).
    El documento D03 no describe que el sistema de control sea electrónico, ni que gobierne dos electroválvulas.
    No obstante, se consideran estas características, opciones de diseño evidentes para un experto en la materia, a la vista del estado de la técnica. Por tanto, la reivindicación 8 no implica actividad inventiva (Art.8 L11/86).
    Se considera, que las reivindicación 9 presentan opciones de diseño evidentes para un experto en la materia, a la vista del estado de la técnica. Por tanto, las reivindicación 9 no tiene actividad inventiva. (Art.8 L11/86)
ES200902063A 2009-10-24 2009-10-24 Método y aparato para la fabricación rápida de piezas funcionales de vidrios y cerámicas. Active ES2368079B1 (es)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
ES200902063A ES2368079B1 (es) 2009-10-24 2009-10-24 Método y aparato para la fabricación rápida de piezas funcionales de vidrios y cerámicas.

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
ES200902063A ES2368079B1 (es) 2009-10-24 2009-10-24 Método y aparato para la fabricación rápida de piezas funcionales de vidrios y cerámicas.

Publications (2)

Publication Number Publication Date
ES2368079A1 ES2368079A1 (es) 2011-11-14
ES2368079B1 true ES2368079B1 (es) 2012-09-10

Family

ID=44838640

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
ES200902063A Active ES2368079B1 (es) 2009-10-24 2009-10-24 Método y aparato para la fabricación rápida de piezas funcionales de vidrios y cerámicas.

Country Status (1)

Country Link
ES (1) ES2368079B1 (es)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018002001A1 (en) * 2016-06-28 2018-01-04 Shell Internationale Research Maatschappij B.V. A method and apparatus for 3d printing of quartz glass

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2032577A1 (de) * 1969-10-20 1971-05-13 American Optical Corp Verfahren zum Sintern und Schmel zen feuerfester Materialien ohne An wenden eines Tiegels
JPS6027490A (ja) * 1983-07-25 1985-02-12 Nec Corp レ−ザ加工装置
JPS60239333A (ja) * 1984-03-16 1985-11-28 Hitachi Cable Ltd 光フアイバ母材の製造法および製造装置
LU87192A1 (de) * 1988-04-07 1989-11-14 Euratom Vorrichtung zum herstellen amorpher keramikstoffe oder metallegierungen
US5008890A (en) * 1990-05-01 1991-04-16 Hughes Aircraft Company Red, green, blue upconversion laser pumped by single wavelength infrared laser source
FI101129B (sv) * 1995-01-13 1998-04-30 Vivoxid Oy Nya bioaktiva glas och deras användning
ES2214956B1 (es) * 2002-12-20 2005-12-16 Universidad De Sevilla Material biocompatible.
ES2306613B1 (es) * 2007-04-30 2009-10-02 Consejo Superior De Investigaciones Cientificas Material ceramico con estructura eutectica crecido por fusion asistida con laser.
WO2011109753A1 (en) * 2010-03-05 2011-09-09 TeraDiode, Inc. Wavelength beam combining based pump / pulsed lasers

Also Published As

Publication number Publication date
ES2368079A1 (es) 2011-11-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9556525B2 (en) Ceramic or glass-ceramic article and methods for producing such article
US9599756B2 (en) Method for manufacturing a mirror comprising at least one cavity and optical mirror
US6391251B1 (en) Forming structures from CAD solid models
JP6214697B2 (ja) 熱による焦点ずれの補正による三次元ワークピースの製造方法及び装置
Pinkerton et al. The significance of deposition point standoff variations in multiple-layer coaxial laser cladding (coaxial cladding standoff effects)
Luo et al. Additive manufacturing of transparent fused quartz
CN109622954A (zh) 层叠造型装置和层叠造型物的制造方法
US20050133527A1 (en) Powder feeder for material deposition systems
CN105033250B (zh) 一种同轴双光束激光预热成形缓冷应力缓释装置及方法
Zhao et al. Toward little heat-affected area of fused silica materials using short pulse and high power CO2 laser
US10821670B2 (en) Method for additive manufacturing of a three-dimensional object
CN108161006B (zh) 3d打印方法、打印装置及应用该3d打印方法的微反应器
Tumkur et al. Metal Additive Manufacturing using complex beam shaping
US20180133964A1 (en) Apparatus for producing a three-dimensional work piece with process temperature control
ES2368079B1 (es) Método y aparato para la fabricación rápida de piezas funcionales de vidrios y cerámicas.
Florio et al. An innovative selective laser melting process for hematite‐doped aluminum oxide
JP2024525252A (ja) ガラス物体の付加製造のための方法および装置
DE102014210359A1 (de) Verfahren zum Herstellen eines Rohlings
RU159233U1 (ru) Устройство для лазерной обработки материалов
CN104773957A (zh) 掺杂金纳米颗粒的玻璃及其制备方法和飞秒激光辐照系统
WO2022118950A1 (ja) 保持部材、これを用いたガラス製造装置、及びガラスの製造方法
Peng et al. Effect of scanning tracks on the contour morphology and dimensional accuracy of the fine structure manufactured by laser powder bed fusion
CN106696263B (zh) 一种3d打印激光结烧器
RU2410196C1 (ru) Способ получения полупрозрачного материала
Keller et al. Absorption coefficient characterization in Ti-6Al-4V laser additive manufacturing

Legal Events

Date Code Title Description
FG2A Definitive protection

Ref document number: 2368079

Country of ref document: ES

Kind code of ref document: B1

Effective date: 20120910