ES2936607T3 - Aparatos para la fabricación de objetos tridimensionales - Google Patents

Abstract

Se proporciona un sistema de recirculación de polvo para un aparato para fabricar un objeto tridimensional (500) a partir de polvo. El sistema de recirculación de polvo comprende: un camino de entrega acoplado a una salida de un tanque de polvo (410), el tanque de polvo configurado para almacenar el polvo; un depósito de polvo (115) acoplado a una salida del camino de entrega, comprendiendo el camino de entrega un mecanismo de entrega para entregar el polvo desde el tanque de polvo al depósito de polvo; una ruta de recirculación de polvo acoplada a una salida (102) del depósito de polvo, donde la ruta de recirculación de polvo está configurada para devolver el primer exceso de polvo del depósito de polvo a la ruta de entrega en una ubicación (103, 104) aguas arriba de la salida del depósito de polvo tanque de polvo (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Aparatos para la fabricación de objetos tridimensionales

CAMPO DE LA INVENCIÓN

[0001] Las presentes técnicas se refieren a aparatos para la fabricación de objetos tridimensionales. Más particularmente, las técnicas se refieren a un dispositivo de suministro y recirculación de polvo para su uso en el aparato para la fabricación de objetos tridimensionales.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

[0002] Se conocen aparatos para la fabricación de objetos tridimensionales a partir de un material a base de polvo utilizando un procedimiento tal como inyección de aglutinante, sinterización láser (LS) o sinterización de alta velocidad (HSS). Estos procedimientos requieren la deposición de una capa de material a base de polvo. El aparato LS, que puede utilizar polvos poliméricos o metálicos, luego utiliza un láser para trazar la forma de una capa del objeto en el material en polvo, sinterizando el material en polvo. Luego se deposita otra capa de material en polvo y el láser traza la forma de la siguiente capa del objeto, y así sucesivamente, para fabricar un objeto tridimensional. Un procedimiento que utiliza un haz de electrones se puede usar además para fusionar polvo metálico.

[0003] En contraste con LS o haz de electrones donde se requiere la fuente de energía para trazar la forma del objeto en cada capa de material en polvo, se puede usar un procedimiento de sinterización de alta velocidad (HSS) o de impresión de aglutinantes. En hSs , un material absorbente de radiación (RAM - Radiation Absorbing Material) se imprime en la forma de cada capa del objeto sobre la capa de polvo, típicamente en una pasada de un cabezal de impresión o fila de cabezales de impresión. Luego, cada capa impresa se irradia con una fuente de radiación, por ejemplo, una luz infrarroja, a través de toda el área de construcción, de modo que solo el polvo al que se ha aplicado el RAM se fusiona. En un procedimiento de inyección de aglutinante, un aglutinante tal como un adhesivo se deposita en un patrón definido en la capa de polvo que puede basarse en polvo de polímero, cerámica o metal, utilizando un cabezal de impresión. El aglutinante actúa como un adhesivo entre las capas de polvo. La radiación se puede usar opcionalmente para curar el aglutinante.

[0004] Todos los procedimientos anteriores requieren un sistema de suministro y deposición de polvo.

[0005] Antecedentes de la técnica se proporciona en los documentos EP 3127636 A1, US 2002/090410 A1 y US 2016/361874 A1.

[0006] El documento EP 3127636 A1 describe un aparato de fabricación aditiva que incluye: una superficie de soporte configurada para soportar una plataforma de construcción sobre la misma; un dispensador de polvo dispuesto sobre la superficie de soporte, el dispensador de polvo configurado para dispensar polvo, y que se puede mover lateralmente sobre la superficie de soporte; un raspador que se puede mover sobre la plataforma de construcción y configurado para raspar el polvo dispensado en esta por el dispensador de polvo, para proporcionar un incremento de capa de polvo sobre la plataforma de construcción; y una fuente de energía dirigida configurada para fundir y fusionar el incremento de la capa de polvo en un patrón predeterminado para formar una pieza.

[0007] El documento US 2002/090410 A1 describe un aparato de eliminación para retirar el material en polvo no unido que permanece alrededor de un modelo tridimensional que es una estructura unida del material en polvo. El aparato de eliminación comprende: una cámara de procesamiento en la que se realiza el procesamiento para eliminar el material en polvo no unido del modelo tridimensional; y un soplador de aire para generar dentro de la cámara de procesamiento una pluralidad de corrientes de aire dirigidas al modelo tridimensional.

[0008] El documento US 2016/361874 A1 describe un aparato de fabricación tridimensional que incluye una cámara de fabricación, una cámara de suministro, una unidad de aplanamiento y un colector de polvo. El colector de polvo se dispone hacia adelante desde la unidad de aplanamiento en una dirección de transferencia de la unidad de aplanamiento. El colector de polvo se puede mover con el movimiento de la unidad de aplanamiento. El colector de polvo incluye un contenedor del cuerpo, un puerto de recolección y un puerto de descarga. Cuando la unidad de aplanamiento transfiere y suministra polvo, el colector de polvo recoge una porción del polvo del puerto de recolección y contiene la porción del polvo en el contenedor del cuerpo. Cuando la unidad de aplanamiento regresa a la cámara de suministro, el colector de polvo descarga y suministra el polvo desde el contenedor del cuerpo a la cámara de suministro a través del puerto de descarga.

RESUMEN DE LA INVENCIÓN

[0009] En las reivindicaciones independientes adjuntas se presentan aspectos de la invención, mientras que en las reivindicaciones dependientes adjuntas se presentan detalles de realizaciones particulares.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

[0010] A continuación se describirán las realizaciones con referencia a las Figuras adjuntas de las cuales:

La Figura 1 ilustra esquemáticamente un aparato para la fabricación de un objeto tridimensional;

La Figura 2 ilustra esquemáticamente un corte de los componentes del aparato;

La Figura 3 ilustra esquemáticamente otro corte de componentes del aparato;

La Figura 4 ilustra esquemáticamente un corte de los componentes del aparato;

La Figura 5 ilustra esquemáticamente otro corte de componentes del aparato;

La Figura 6 ilustra esquemáticamente otra realización de la invención;

La Figura 7 ilustra esquemáticamente una realización de un agitador;

Las Figuras 8 y 9 ilustran esquemáticamente disposiciones modificadas del aparato, para permitir la combinación de polvo virgen y polvo recirculado;

Las Figuras 10 y 11 ilustran esquemáticamente una configuración modificada de una ranura/tolva de retorno (como se aplica, a modo de ejemplo, al aparato de las Figuras 8 y 9);

Las Figuras 12 y 13 ilustran esquemáticamente las posibles ubicaciones de los sensores (como se aplica, a modo de ejemplo, al aparato de las Figuras 8 y 9);

Las Figuras 14 y 15 ilustran esquemáticamente posibles medios de enfriamiento dentro del aparato (como se aplica, a modo de ejemplo, al aparato de las Figuras 8 y 9);

La Figura 16 ilustra esquemáticamente las posibles ubicaciones de las aberturas de salida de polvo y las válvulas de derivación asociadas (como se aplica, a modo de ejemplo, al aparato de las Figuras 8 y 9);

La Figura 17 ilustra esquemáticamente un ejemplo del presente aparato en el que el exceso de polvo cae por una caída profunda y pronunciada durante la recirculación;

La Figura 18 ilustra esquemáticamente una versión modificada del aparato de la Figura 17, para reducir la profundidad de la caída a través de la cual cae el exceso de polvo durante la recirculación;

La Figura 19 indica (en relación con la Figura 18) un ángulo de inclinación poco profundo de una parte superior de un tubo de recirculación con respecto a la horizontal; y

Las Figuras 20 y 21 indican (en relación con la Figura 18) la mayor distancia a través de la cual el exceso de polvo cae en la parte superior del tubo de recirculación.

DESCRIPCIÓN DETALLADA

[0011] La siguiente descripción describe un sistema de recirculación de polvo para un aparato para fabricar un objeto tridimensional a partir de polvo, según la reivindicación 1. El sistema de recirculación de polvo comprende: una vía de suministro acoplada a una salida de un tanque de polvo, el tanque de polvo configurado para almacenar polvo; un depósito de polvo acoplado a una salida de la vía de suministro, donde la vía de suministro comprende un mecanismo de suministro para suministrar polvo al depósito de polvo; una cuchilla de dosificación para transferir polvo desde el depósito de polvo a una superficie de trabajo, donde la superficie de trabajo comprende un área de construcción, en donde la cuchilla de dosificación se proporciona en o cerca de la parte superior del depósito de polvo; y una vía de recirculación de polvo acoplada a una salida del depósito de polvo, donde el primer exceso de polvo es polvo que fluye, en uso, a través de la salida del depósito de polvo después de alcanzar un cierto nivel, y donde la vía de recirculación de polvo está configurada para devolver el primer exceso de polvo del depósito de polvo a la vía de suministro en una ubicación aguas arriba del flujo de polvo de la salida del tanque de polvo; donde el mecanismo de suministro está configurado para extraer polvo del tanque de polvo cuando ya no hay una cantidad suficiente del primer exceso de polvo de la vía de recirculación de polvo para llenar la vía de suministro.

[0012] La siguiente descripción describe adicionalmente un sistema de recirculación de polvo para un aparato para fabricar un objeto tridimensional a partir de polvo, según la reivindicación 12. El sistema de recirculación de polvo comprende: una vía de suministro acoplada a una salida de un tanque de polvo, el tanque de polvo configurado para almacenar polvo; un depósito de polvo acoplado a una salida de la vía de suministro, donde la vía de suministro comprende un mecanismo de suministro para suministrar polvo al depósito de polvo; una cuchilla de dosificación para transferir polvo desde el depósito de polvo a una superficie de trabajo, donde la superficie de trabajo comprende un área de construcción, y donde la cuchilla de dosificación se proporciona en o cerca de la parte superior del depósito de polvo; un dispositivo para distribuir polvo proporcionado a la superficie de trabajo a través del área de construcción; y una vía de retorno de polvo configurada para recibir el exceso de polvo después de la distribución del polvo a través del área de construcción, y acoplada además a la vía de suministro para devolver el exceso de polvo a la vía de suministro en una ubicación aguas arriba del flujo de polvo desde la salida del tanque de polvo; donde el mecanismo de suministro está configurado para extraer polvo del tanque de polvo cuando ya no hay una cantidad suficiente del exceso de polvo de la vía de retorno de polvo para llenar la vía de suministro.

[0013] La siguiente descripción describe adicionalmente un aparato para fabricar objetos tridimensionales a partir de polvo de construcción.

[0014] A continuación se hará referencia con detalle a las realizaciones, ejemplos de las cuales se ilustran en los dibujos adjuntos. En la siguiente descripción detallada se exponen numerosos detalles específicos a modo de ejemplos para proporcionar una comprensión completa de las enseñanzas relevantes. Sin embargo, será evidente para un experto en la materia que las presentes enseñanzas pueden practicarse sin estos detalles específicos.

[0015] La Figura 1 ilustra esquemáticamente un aparato 1 para la fabricación de objetos tridimensionales, que utiliza la sinterización de alta velocidad (HSS - High Speed Sintering) como un procedimiento para crear objetos tridimensionales a partir de un material a base de polvo. El aparato 1 fabrica objetos tridimensionales a partir de un polvo de construcción. El polvo de construcción puede ser, o puede comprender, un material polimérico termoplástico tal como PA11, PA12, PA6, polipropileno (PP), poliuretano u otros polímeros. Algunos metales o cerámicas también pueden ser compatibles con el aparato dependiendo de la temperatura de sinterización alcanzable por la fuente de radiación del aparato, y si el metal o el polvo cerámico no absorbe ciertas longitudes de onda.

[0016] El aparato 1 comprende un tanque de retención 410 para almacenar el polvo de construcción. El polvo de construcción se deposita en el tanque de retención 410 según sea necesario. Según una realización, el polvo "virgen" fresco se deposita en el tanque de retención 410. El polvo fresco se considera polvo que no se ha utilizado anteriormente en el aparato 1. Como se discute con más detalle más adelante, según otra realización, el exceso de polvo que no se sinteriza durante un ciclo del aparato 1 puede devolverse al tanque de retención 410 y mezclarse con el polvo virgen. Se considera que un ciclo del aparato 1 comienza cuando una capa de material en polvo se deposita en un área de construcción. A continuación se imprime un material absorbente de radiación (RAM) en la capa de material en polvo y se expone toda el área de construcción a una fuente de radiación para sinterizar el polvo. Después de la sinterización, se baja el área de construcción, esto se considera el final del ciclo. Cuando se deposita otra capa del material en polvo en el área de construcción, se considera que ha comenzado un siguiente ciclo del aparato.

[0017] El aparato 1 también comprende un carro de distribución de polvo 300 y un carro de impresión 350 dispuestos en cojinetes 480 sobre rieles 450. Los rieles 450 suspenden los carros 300, 350 por encima de una superficie de trabajo 170 del aparato 1. La superficie de trabajo 170 comprende un área de construcción 190 proporcionada en la parte superior de una cámara de construcción 200. Como se ilustra en la Figura 1, se proporciona un calentador elevado 460, tal como una lámpara de cerámica, por encima del área de construcción 190, y se proporciona una ranura de retorno 210 a un lado del área de construcción 190.

[0018] Tal como se conoce en la técnica, el polvo de construcción se puede compactar y, en consecuencia, inhibe el flujo del polvo desde el tanque de retención 410. Para evitar esto, el tanque de retención 410 puede estar provisto de un dispositivo de agitación 420 para mantener el polvo fluyendo libremente. Se puede usar cualquier mecanismo de agitación para mantener el polvo fluyendo libremente. Según una realización, el polvo puede agitarse continuamente, luego de la introducción al tanque de retención 410. Según otra realización, el polvo se puede agitar periódicamente, después de la introducción al tanque de retención 410

[0019] La Figura 2 ilustra esquemáticamente un corte de los componentes del aparato 1. El polvo entra en el tanque de retención 410 a través de la entrada 426 y sale del tanque de retención 410 a través de la salida 428. Después de salir del tanque de retención 410, a través de la salida 428, el polvo se desplaza hacia un tubo de suministro 430. La salida 428 puede estar ubicada en la parte inferior del tanque de retención 410, o puede estar ubicada en una pared del tanque de retención 410. La Figura 2 ilustra la salida 428 que se ubica en una pared del tanque de retención 410, por encima del piso del tanque de retención 410. Para esta ubicación, puede ser necesario utilizar un dispositivo de agitación dentro del tanque 410 para garantizar que se esté utilizando el polvo debajo de la salida 428.

[0020] El polvo fluye a través de la salida 428 hacia el tubo de suministro 430. El tubo de suministro 430 puede comprender un agitador dispuesto dentro del tubo de suministro 430, que ayuda al flujo libre del polvo a lo largo del tubo de suministro 430 a un tubo de entrega 440. El tubo de suministro 430 puede disponerse en un ángulo de modo que el polvo pueda fluir por una fuerza gravitacional. El agitador se describe con más detalle a continuación con referencia a la Figura 6. El polvo entra en el tubo de entrega 440 en la entrada 100.

[0021] El tubo de entrega 440 comprende un mecanismo de suministro dispuesto dentro del tubo de entrega 440, que ayuda al movimiento del polvo a lo largo del tubo de entrega 440 a una entrada 101 a un depósito de polvo 115. Según una realización, el mecanismo de suministro comprende un tornillo sin fin 445 proporcionado dentro del tubo de entrega 440, que se extiende al menos dentro de la mayor parte de la longitud del tubo de entrega 440. El diámetro del tornillo sin fin es ligeramente menor que el diámetro interno del tubo de entrega 440, de modo que el tornillo sin fin 445 es capaz de girar dentro del tubo de entrega 440. Tal como se conoce en la técnica, un tornillo sin fin 445 comprende una hoja helicoidal que, cuando se gira dentro del tubo de entrega 440, transporta el polvo a lo largo de la dirección del eje de rotación. El tornillo sin fin 445 puede disponerse para transportar el polvo desde la entrada 100 a lo largo del tubo de entrega 440 hacia la entrada 101 del depósito de polvo 115 al impartir una fuerza sobre el polvo a lo largo del eje de rotación. Según una realización, el tubo de entrega 440 puede disponerse en un ángulo con respecto a la dirección vertical, de modo que el tubo de entrega 440 esté inclinado hacia arriba con respecto a la dirección gravitacional.

[0022] Según una realización, como se ilustra en las Figuras 2 y 4, el tubo de suministro 430 está conectado al tubo de entrega 440 en la entrada 100, ubicado parcialmente a lo largo de la longitud del tubo de entrega 440 y el tomillo sin fin 445. Por ejemplo, el tubo de suministro 430 puede conectarse al tubo de entrega 440 en una ubicación más cercana a un extremo aguas abajo, con respecto a la dirección de suministro de polvo, del tornillo sin fin 445, que la mitad del tornillo sin fin 445. La disposición descrita anteriormente del tanque de retención 410, el tubo de suministro 430 y el tubo de entrega 440 permite que el tanque de retención 410 esté contenido por debajo de un nivel de mesa de trabajo 170 del aparato 1, minimizando la altura vertical que el polvo necesita transponer para alcanzar el nivel de mesa de trabajo 170, y proporcionando espacio por debajo del punto de conexión 100 del tubo de suministro 430 al tubo de entrega 440 donde otros tubos (vías de flujo de polvo) pueden conectarse al tubo de entrega 440.

[0023] Cuando el tanque de retención 410 no se calienta, el tubo de suministro 430 puede desacoplarse térmicamente del tubo de entrega 440 a través del aislamiento entre el tubo de suministro 430 y el tubo de entrega 440.

[0024] Como se ilustra en las Figuras 3 y 4, el tubo de entrega 440 está conectado a un depósito de polvo sustancialmente horizontal 115 en la entrada 101, que, por ejemplo, puede tomar la forma general de una ranura alargada. El tornillo sin fin 445 transporta el polvo a lo largo del tubo de entrega 440 al depósito 115 a través de la entrada 101. La entrada 101 actúa como un punto de alimentación, alimentando el polvo al depósito 115. Aunque las Figuras 3 y 4 ilustran el tubo de entrega 440 que se conecta a un extremo del depósito 115, el tubo de entrega 440 puede estar conectado en cualquier ubicación a lo largo del depósito 115, tal como, en o cerca de un extremo del depósito 115, o aproximadamente a la mitad a lo largo de la longitud del depósito 115. Según otra realización, puede proporcionarse más de un tubo de entrega 440 y entrada 101, de modo que el polvo se transporta hacia el interior del depósito 115 desde múltiples entradas 101.

[0025] Se puede proporcionar un agitador 110 dentro del depósito de polvo 115. El movimiento del agitador 110 dentro del depósito de polvo 115 mantiene el polvo en un estado de flujo libre o casi libre, de modo que evita que el polvo se aglomerara y permite que se extienda a lo largo de la longitud del agitador por la fuerza gravitacional. El agitador 110 no empuja el polvo a lo largo del depósito 115 al impartirle un componente de fuerza significativo a lo largo de la longitud del depósito 115 y, en consecuencia, el polvo no se compacta. Se ha descubierto que cuando se proporciona un tornillo sinfín en el depósito de polvo 115, el tornillo sinfín compacta el polvo debido a la impartición de un componente de fuerza significativo en él a lo largo del eje de rotación, que también mueve el polvo a lo largo del depósito 115, que está conectado al tubo de entrega 440, a un extremo del depósito 115. La compactación inhibe el flujo libre del polvo que no es deseable. Por lo tanto, puede proporcionarse un agitador 110 en el depósito de polvo, que está dispuesto muy cerca o como una parte combinada con el tubo de entrega 440 que comprende un tornillo sin fin 445. El agitador 110 agita el polvo en el depósito 115 y evita que se aglomeren antes de que se suministre en la superficie de trabajo 170.

[0026] La Figura 7 ilustra un agitador ejemplar 110. El agitador 110 puede abarcar la longitud del depósito de polvo 115 y tener un tamaño tal que pueda girar dentro del depósito 115 sin entrar en contacto con las paredes del depósito 115.

[0027] El agitador 110 de la Figura 7 comprende una pluralidad de proyecciones 122 montadas en un eje 135. Las proyecciones 122 se extienden hacia afuera desde el eje 135. Como se ilustra en la Figura 7, cada hoja 122 tiene una forma sustancialmente rectangular, sin embargo, las proyecciones 122 no se limitan a tener una forma sustancialmente rectangular. Cada proyección 122 tiene una cavidad 132 formada dentro de la proyección 122. Además, se crean cavidades 133 en los espacios entre las proyecciones adyacentes 122.

[0028] La pluralidad de proyecciones 122 se proyectan alternativamente en direcciones opuestas hacia afuera desde el eje 135, a lo largo del eje. Según la Figura 7, las múltiples proyecciones 122 están formadas como una sola pieza, que está acoplada al eje 135. La Figura 7 ilustra veintitrés proyecciones 122, sin embargo, puede proporcionarse cualquier cantidad de proyecciones 122 según sea necesario, dependiendo de la longitud del eje 135.

[0029] Las proyecciones 122 ilustradas en la Figura 7 no imparten una fuerza en la dirección axial (a lo largo del eje de rotación B) sobre el polvo dentro del depósito 115. El polvo se extiende a lo largo del depósito como resultado de la rotación del agitador. Además, el agitador 110 ilustrado en la Figura 7 comprende cavidades 132, 133 que permiten que el polvo fluya alrededor del agitador 110 cuando el agitador 110 gira total o parcialmente dentro del depósito 115.

[0030] Como se ilustra en las Figuras 2 a 5, el depósito 115 comprende una salida 102 de modo que cuando el polvo alcanza un cierto nivel dentro del depósito 115, el polvo fluye a través de la salida 102 y se reintroduce en el tubo de entrega 440. El polvo de la salida 102 se desplaza a lo largo de un tubo de recirculación 150. El tubo de recirculación 150 puede disponerse de manera que el polvo ingrese y se desplace a lo largo de él mediante fuerza gravitacional.

[0031] Según la realización ilustrada en la Figura 5, el tubo de recirculación 150 está conectado al tubo de entrega 440 en un punto aguas arriba del tubo de suministro 430, de modo que el polvo recirculado no utilizado entra en el tubo de entrega 440 en una entrada 103 y es transportado a lo largo del tubo de entrega 440 por el tomillo sin fin 445. El polvo del tubo de suministro 430 se mezcla con el polvo recirculado en el tubo de entrega 440 cuando el tornillo sin fin 445 tiene la capacidad de recibir más polvo del tubo de suministro 430.

[0032] Según una realización, como se ilustra en la Figura 2, el tubo de recirculación 150 puede comprender un agitador 110, por ejemplo, como se describió anteriormente con referencia a la Figura 7, dispuesto sobre parte o la totalidad de la longitud del tubo de recirculación 150 para asegurar el flujo libre del polvo a lo largo del tubo de recirculación 150 ayudado por la gravedad.

[0033] El tubo de recirculación 150 puede estar aislado térmicamente. De manera alternativa, cuando el tubo de entrega 440 se calienta, el tubo de recirculación 150 también puede calentarse, preferiblemente a la misma temperatura que el tubo de entrega 440, en los casos en que el material en polvo puede tolerar temperaturas elevadas sin degradarse.

[0034] Volviendo ahora a las Figuras 2 a 4, se describirá el suministro de polvo sobre la superficie de trabajo 170. El aparato comprende una cuchilla de dosificación 160 proporcionada en o cerca de la parte superior del depósito 115. La cuchilla de dosificación 160 es capaz de girar alrededor del eje de rotación, que es el eje que se extiende a lo largo de la dirección de longitud del depósito 115 y a través del eje pivotante que sobresale centralmente 165. La cuchilla de dosificación 160 se proporciona por encima del agitador 110.

[0035] Cuando la cuchilla de dosificación 160 gira en 180 grados, empuja el polvo que se ha acumulado cerca de la parte superior del depósito 115 hacia la superficie de trabajo 170 para formar una pila de polvo sobre la superficie de trabajo 170, a lo largo de la longitud de la superficie superior del depósito 115.

[0036] Luego, el polvo se extiende a través de la superficie de trabajo 170 mediante un rodillo 320, que está dispuesto en el carro de distribución de polvo 300 que se describe con más detalle a continuación. El rodillo 320 empuja el polvo a través de la superficie de trabajo 170, cubriendo el área de construcción 190 con una fina capa de polvo. El espesor de la capa de polvo está determinado por la distancia a la que se ha reducido el piso 205 de la cámara de construcción 200 con respecto a la superficie superior de la capa de polvo anterior.

[0037] El objeto tridimensional 500 que se fabricará se forma dentro del área de construcción 190 de la cámara de construcción 200. Una fina capa de polvo se extiende a través de la superficie de trabajo 170. El absorbente se imprime y sinteriza, como se analiza en detalle a continuación, después de lo cual el piso 205 de la cámara de construcción 200 se baja dentro de la cámara de construcción 200, y la siguiente capa de polvo se extiende sobre el lecho de polvo impreso. Las capas de polvo se acumulan mediante etapas de esparcimiento/impresión/sinterización sucesivas, ya que para cada etapa el piso 205 de la cámara de construcción 200 se baja dentro de la cámara de construcción 200 por el espesor de una capa de cada etapa.

[0038] Cualquier exceso de polvo al final del recorrido del rodillo 320 que no se haya utilizado para cubrir el área de construcción 190 se puede recuperar para su uso posterior. Las Figuras 2 y 4 ilustran una ranura de retorno 210 proporcionada a la superficie de trabajo 170 en un lado del área de construcción 190 opuesta a la cuchilla de dosificación 160. La ranura de retorno 210 está dispuesta para recibir el exceso de polvo, que es empujado hacia la ranura de retorno 210 por el rodillo 320. Según una realización, puede proporcionarse un filtro o malla 230, como se ilustra en la Figura 2, en la ranura de retorno 210 para evitar que objetos no deseados ingresen al aparato 1. Ejemplos de objetos no deseados son grandes aglomeraciones, partes rotas de modelos sinterizados/impresos u objetos no deseados similares. Si dicho objeto no deseado entra en el aparato 1, puede resultar en el bloqueo de los tubos de alimentación de polvo 440, 115, 220A o 220B, puede dañar la construcción actual y potencialmente dañar el aparato 1.

[0039] El aparato 1 puede o no medir la cantidad de polvo que se depositará mediante la cuchilla de dosificación en la superficie de trabajo para depositar una capa de polvo en el área de construcción 190.

[0040] En cambio, la cuchilla de dosificación proporciona aproximadamente la misma cantidad para cada etapa de deposición de capa, que es más polvo que el requerido para una nueva capa de polvo, y el exceso de polvo que no se requiere se empuja hacia la ranura de retorno 210. Al proporcionar exceso de polvo en la superficie de trabajo, se puede lograr una distribución uniforme del polvo a través del área de construcción.

[0041] La ranura de retorno 210 está acoplada a un tubo de retorno 220. El tubo de retorno 220 puede comprender dos tubos, a saber, un tubo de retorno superior 220A y un tubo de retorno inferior 220B. La ranura de retorno 210 puede contener un agitador 110 para mantener el polvo en un estado de flujo libre.

[0042] El exceso de polvo se desplaza a lo largo del tubo de retorno 220. El tubo de retorno 220 puede disponerse de manera que el exceso de polvo se desplace a lo largo de este mediante fuerza esencialmente gravitacional.

[0043] En la realización ilustrada en la Figura 5, el tubo de retorno 220 (el tubo de retorno inferior 220B) está conectado al tubo de entrega 440 en un punto aguas arriba del tubo de suministro 430, de modo que el exceso de polvo entra en el tubo de entrega 440 en la entrada 104 y es transportado a lo largo del tubo de entrega 440 mediante el tornillo sin fin 445. El polvo del tubo de suministro 430 se mezcla con el exceso de polvo en el tubo de entrega 440 cuando el tornillo sin fin 445 tiene capacidad para recibir más polvo del tubo de suministro 430. El exceso de polvo regresa al depósito 115. Por consiguiente, el exceso de polvo no utilizado se recircula a través del tubo de retorno 220 en el tubo de entrega 440. Según una realización, se puede proporcionar un agitador 110 en la totalidad o parte de la longitud del tubo de retorno 220, para asegurar el flujo libre de polvo a lo largo del tubo 220.

[0044] El tubo de retorno 220 puede estar aislado térmicamente. Cuando el tubo de entrega 440 se calienta, el tubo de retorno 220 también se puede calentar, preferentemente a la misma temperatura que el tubo de entrega 440, en el caso donde el material en polvo se puede mantener a temperaturas elevadas sin degradarse significativamente.

[0045] En la realización ilustrada en la Figura 2, el tubo de retorno 220 está conectado al tubo de recirculación 150, de modo que el exceso de polvo y el polvo recirculado se combinan y entran en el tubo de entrega 440 en la misma entrada. Puede ser beneficioso conectar el tubo de retorno 220 y el tubo de recirculación 150 para minimizar los puntos de entrada en el tubo de entrega 440. Adicionalmente, al combinar el exceso de polvo y el polvo recirculado antes de la entrada al tubo de entrega 440, al exceso de polvo y al polvo recirculado se les da la misma prioridad de ser reintroducidos en el tubo de entrega 440.

[0046] En una realización alternativa como se ilustra en la Figura 6, el tubo de retorno 220 está conectado al tubo de entrega 440 en una entrada 104 aguas arriba de la entrada 100 desde el tubo de suministro 430, y también aguas arriba de la entrada 103 del tubo de recirculación 150. Esto prioriza el uso de polvo del tubo de retorno 220 sobre el del tubo de recirculación 150, y prioriza el uso de polvo del tubo de recirculación 150. Sin embargo, el orden de priorización no se limita a la disposición ilustrada en la Figura 6 y existen diferentes combinaciones que alteran el orden de priorización.

[0047] Se apreciará que las referencias al tubo de suministro 430, el tubo de recirculación 150 y el tubo de retorno 220 no limitan dichos tubos a tener una sección transversal cilíndrica. En cambio, los tubos pueden tener cualquier sección transversal adecuada, por ejemplo, una sección transversal semicircular, oblonga o rectangular, etc.

[0048] Además, el depósito de polvo 115, el tubo de suministro 430, el tubo de recirculación 150 y el tubo de retorno 220 se consideran vías de flujo para el polvo. Además, el depósito de polvo 115, el tubo de suministro 430, el tubo de recirculación 150 y/o el tubo de retorno 220 pueden comprender un agitador para mantener el polvo en un estado de flujo libre mientras se desplaza a lo largo de estas vías de flujo de polvo. Alternativamente, el tubo de suministro 430, el tubo de recirculación 150 y el tubo de retorno 220 pueden no comprender agitadores.

[0049] Para ilustrar el funcionamiento del aparato 1 de la Figura 1 que tiene una ranura de retorno de polvo 210, como un ejemplo útil para comprender la presente invención, la Figura 1 ilustra dos carros 300, 350 operables independientemente proporcionados por encima de la superficie de trabajo 170 del aparato 1. El carro de distribución de polvo 300 comprende un rodillo 320, y el carro de impresión 350 comprende una fuente de sinterización 360, tal como una lámpara de sinterización, y cabezales de impresión 370. El carro de distribución de polvo 300 también puede comprender una fuente de precalentamiento 310.

[0050] La fuente de precalentamiento 310 y la fuente de sinterización 360 son fuentes de radiación infrarroja que pueden comprender lámparas halógenas, ya sea en forma de fuentes modulares o una bombilla única de ancho completo; conjuntos de diodos emisores de luz (LED) de radiación infrarroja (IR); lámparas de cerámica; lámparas de argón; o cualquier otro emisor de radiación infrarroja adecuado.

[0051] El uno o más cabezales de impresión 370, utilizados para depositar el RAM, pueden ser un cabezal de impresión estándar a pedido adecuado para su uso en un aparato HSS, tal como un cabezal de impresión Xaar 1003. El cabezal de impresión Xaar 1003, por ejemplo, es capaz de depositar RAM suspendido o soluble en una variedad de líquidos, y tolera bien el entorno caliente y en partículas desafiante de una impresora HSS debido a su tecnología de recirculación de tinta altamente eficaz.

[0052] Volviendo a la Figura 1, los carros 300, 350 se pueden mover a través de la superficie de trabajo 170 del aparato 1 a través de motores proporcionados en cada carro 300, 350 que pueden utilizar la misma correa de transmisión o diferentes correas de transmisión, aunque se pueden utilizar otros procedimientos para mover los carros, como se conoce en la técnica. Según una realización, los dos carros 300, 350 se pueden mover en el mismo conjunto de rieles. Según otra realización, los dos carros 300, 350 se pueden mover sobre rieles separados.

[0053] Luego de la rotación de la cuchilla de dosificación 160 para depositar una pila de polvo en la superficie de trabajo 170, el carro de distribución de polvo 300 se desplaza a través de la cuchilla de dosificación 160, y el rodillo 320 empuja el polvo a través de la superficie de trabajo 170 del aparato. La pila de polvo se extiende a través de la superficie de trabajo 170 mediante el rodillo 320, de modo que una capa de polvo cubre el área de construcción 190 y cualquier exceso de polvo se empuja hacia abajo por la ranura de retorno 210. Cuando el carro de distribución de polvo 300 también comprende una fuente de precalentamiento 310, la capa de polvo se calienta mediante la lámpara de precalentamiento 310 a medida que se extiende a través del área de construcción 190 mediante el rodillo 320. Sin embargo, cuando el carro de distribución de polvo 300 no comprende una fuente de precalentamiento 310, se puede proporcionar una fuente de calor aérea por encima del área de construcción 190. De manera alternativa, la fuente de sinterización proporcionada en el carro de impresión 350 puede funcionar como una fuente de precalentamiento si es necesario.

[0054] Luego, el carro de impresión 350 se mueve a través de la superficie de trabajo 170 del aparato, y un absorbente, tal como un material absorbente de radiación (RAM - Radiation Absorbent Material), se imprime en la capa de polvo dentro del área de construcción 190 de acuerdo con los datos de imagen que definen el patrón de cada capa del objeto final que se construye por los cabezales de impresión 370. La porción impresa de la capa de polvo en el área de construcción 190 luego se sinteriza a medida que la lámpara de sinterización 360 se mueve a través de toda el área de construcción 190, con el efecto de que solo el polvo que recibió el absorbente se calienta lo suficiente para fusionarse.

[0055] El piso 205 de la cámara de construcción 200 se baja dentro de la cámara de construcción 200, y la siguiente capa de polvo se extiende a través de la superficie de trabajo 170 por el rodillo 320, y el procedimiento comienza de nuevo. El piso de la cámara de construcción 205 se baja por el espesor de una capa de la construcción, esto podría estar en la región de 0,1 mm.

[0056] Con el fin de proporcionar facilidad de acceso al área de construcción 190, los rieles 450 pueden desplazarse entre sí verticalmente. Por ejemplo, el riel en la parte delantera de la máquina puede estar por debajo del nivel de la mesa de trabajo 170 para permitir un fácil acceso a la cámara de construcción 200 mientras que el riel trasero puede estar por encima de la altura de la mesa de trabajo para permitir el acceso para mantener o limpiar el riel.

[0057] La posición de los carros 300, 350 con respecto al área de construcción 190 puede monitorearse mediante un sensor de posición proporcionado en cada carro 300, 350. Los sensores de posición pueden ser sensores magnéticos con escala montada en una parte estática de la máquina, un codificador giratorio, un sensor óptico con escala montada en una parte estática de la máquina, posicionamiento láser, etc.

[0058] Como se conoce en la técnica, las máquinas de sinterización de alta velocidad funcionan a altas temperaturas, en particular en la proximidad del área de construcción 190. Por ejemplo, la temperatura cerca del área de construcción puede ser de alrededor de 185 °C. En consecuencia, los elementos sensibles a la temperatura de la máquina, tales como los cabezales de impresión 370, pueden requerir estar protegidos del calor. Se puede proporcionar un alojamiento aislado alrededor de los cabezales de impresión para proporcionar dicho blindaje.

[0059] Se puede proporcionar un calentador elevado 460 por encima del área de construcción para proporcionar una temperatura uniforme en la superficie del área de construcción 190. El calentador elevado 460 puede ser cualquier fuente de radiación infrarroja fija, tal como lámparas IR de cerámica o cualquier otra fuente de radiación adecuada.

[0060] Según una realización, pueden proporcionarse rodamientos en un lado de cada carro 300, 350, donde los rodamientos pueden moverse ortogonales a la dirección de movimiento de los carros 300, 350 para permitir que los carros 300, 350 se expandan o contraigan con los cambios de temperatura.

[0061] Se sabe que para lograr una temperatura de área de construcción uniforme es beneficioso depositar varias capas de amortiguador de polvo en el piso de la cámara de construcción 205, antes de comenzar la construcción, para ayudar a mitigar los efectos de la desigualdad en la distribución de temperatura a través de la superficie del área de construcción 190. Esto se puede hacer además de calentar la base del piso de la cámara de construcción 205.

[0062] Las capas de amortiguador pueden o no tener el mismo espesor que las capas de una construcción. Cuando las capas de amortiguador no tienen el mismo espesor que las capas de una construcción, entonces una o más de las capas de amortiguador finales se pueden colocar a un espesor de las capas de una construcción. Por ejemplo, un espesor de las capas de una construcción puede ser de 0,1 mm. Este espesor se puede lograr bajando el piso 205 de la cámara de construcción en 0,1 mm.

[0063] Se puede proporcionar una estación de limpieza del cabezal de impresión. La estación de limpieza del cabezal de impresión puede estar ubicada en el extremo opuesto de la mesa de trabajo a la cuchilla de dosificación 160. Una vez que el carro de impresión 350 ha llegado al final de la carrera, los cabezales de impresión 370 se pueden limpiar antes de la siguiente carrera. Los cabezales de impresión 370 se pueden limpiar después de cada carrera, cada número establecido de carreras o en respuesta a un sistema de monitoreo de las boquillas del cabezal de impresión.

[0064] Se apreciará que aunque se han descrito un aparato y procedimiento de impresora de sinterización de alta velocidad con el fin de ilustrar cómo la invención descrita se puede poner en uso en aparatos para la formación de objetos tridimensionales, la presente invención se puede utilizar igualmente junto con un aparato y procedimiento diferentes de fabricación de objetos tridimensionales que requiere el suministro de polvo a una superficie de trabajo. Esto puede incluir, por ejemplo, sinterización láser, impresión y aglutinante o aparatos y procedimientos de haz de electrones que utilizan una variedad de materiales en polvo.

Posibles modificaciones y realizaciones alternativas

[0065] Las realizaciones detalladas se han descrito anteriormente, junto con algunas posibles modificaciones y alternativas. Será claro para un experto en la materia que se pueden realizar muchas mejoras y modificaciones y alternativas adicionales a las realizaciones ejemplares anteriores sin apartarse del alcance de las presentes técnicas. A continuación se describirán algunas modificaciones particulares, de la siguiente manera:

Modificación de alimentación virgen (Figuras 8 y 9)

[0066] En la realización ilustrada en las Figuras 8 y 9, el tubo de suministro 430 está conectado al tubo de recirculación 150, de modo que el polvo virgen y el polvo recirculado se combinan y entran en el tubo de entrega 440 en la misma entrada. Esto puede ser beneficioso para minimizar los puntos de entrada en el tubo de entrega 440.

[0067] Además, esta configuración minimiza la alimentación de polvo en el sistema si el sistema no está vacío y no necesita que se agregue polvo. En configuraciones anteriores en las que el tubo de suministro 430 se alimenta directamente en el tubo de entrega 440, se descubrió que el tubo de suministro 430 podría continuar añadiendo polvo al sistema, a pesar de que el sistema estaba tan lleno como podría estar, lo que resulta en una sobreacumulación de polvo y se produce una falla operativa. Se cree que esto se debió a que el polvo se alimenta en pequeños vacíos (cavidades de aire) en la parte posterior de las cuchillas del tornillo sin fin 445 cuando este estaba girando, sobrecargando así un sistema ya lleno. Sin embargo, al alimentar el tubo de suministro 430 en el tubo de recirculación 150, el agitador de tubo de suministro puede funcionar en diferentes momentos desde el agitador de recirculación, o el agitador de recirculación puede funcionar muy lentamente, asegurándose de este modo de que no haya cavidades. Es posible hacer funcionar el agitador de recirculación lentamente orientando el tubo de recirculación 150 cerca de la vertical, de modo que necesite muy poca agitación para empujar el polvo. En consecuencia, esta configuración solo toma polvo virgen del tubo de suministro 430 cuando el sistema lo necesita, lo que hace que el sistema se autorregule.

[0068] El tubo de suministro 430 puede tener una caída de 15°. Esto permite que el polvo se alimente mejor desde el tubo de suministro 430 hacia el tubo de recirculación 150.

[0069] En la realización ilustrada, el tubo de retorno 220 (el tubo de retorno inferior 220B) está conectado al tubo de entrega 440 en un punto aguas arriba del tubo de recirculación 150. Esto prioriza el uso de polvo del tubo de retorno 220 sobre el del tubo de recirculación 150 y sobre el del tubo de suministro 430. Esta disposición es ventajosa ya que el polvo reciclado en el tubo de retorno 220 se ha expuesto a temperaturas más altas que el polvo virgen o recirculado (el polvo recirculado se ha expuesto a temperaturas más altas que el polvo virgen) y, por lo tanto, el polvo reciclado en el tubo de retorno 220 se utiliza primero, en lugar del polvo virgen o el polvo recirculado. De tal manera, se puede mejorar la reciclabilidad del polvo.

Ranura de retorno en forma de tolva (Figuras 10 y 11)

[0070] Como se ilustra en las Figuras 10 y 11, la ranura de retorno 210 puede tener una abertura ensanchada de modo que el exceso de polvo no se deposite en el lado lejano de la superficie de trabajo 170. Además, la ranura de retorno 210 puede tener uno o más lados inclinados 211 (es decir, conformados como una tolva) de modo que el exceso de polvo pueda recogerse fácilmente en la ranura de retorno 210 a una velocidad controlada que reduzca o impida la creación de partículas en el aire. El polvo se puede alimentar al tubo de retorno 220 simplemente por la fuerza gravitacional. Además, se puede evitar ventajosamente la compactación o obstrucción de polvo en la entrada del tubo de retorno 220A.

[0071] Además, podría existir la posibilidad de que las partículas de polvo se adhieran a la superficie de la ranura de retorno 210. Por lo tanto, la ranura de retorno 210 puede disponerse para tener una superficie vibratoria o una malla vibratoria, o un medio alternativo para proporcionar vibraciones a la ranura de retorno 210. Dicha superficie vibrante puede, por ejemplo, ocupar el lugar de uno de los lados inclinados 211 de la forma de tolva. Los medios para proporcionar vibraciones pueden incluir un transductor ultrasónico o transductor piezoeléctrico, o un motor giratorio, pero no se limita a estos.

Sensores (Figuras 12 y 13)

[0072] Se pueden medir o detectar diferentes parámetros del polvo utilizando uno o más sensores. Por ejemplo, los parámetros pueden incluir el nivel del polvo, la temperatura del polvo, etc. Es importante controlar los parámetros en el aparato para la fabricación de objetos tridimensionales, ya que los parámetros pueden variar en diferentes ubicaciones o puntos. Por lo tanto, la medición de parámetros en diferentes puntos en el sistema de recirculación de polvo puede ser beneficiosa para detectar fallas y también para controlar el sistema de manera eficiente.

[0073] Dado que el tubo de recirculación 150 comprende el polvo de diferentes fuentes, puede ser ventajoso proporcionar uno o más sensores en diferentes puntos en el tubo de recirculación 150. Al menos un sensor (no se muestra) puede disponerse aguas abajo o cerca de la salida del tubo de recirculación 150 y el parámetro de polvo puede medirse en ese punto. De manera alternativa o adicional, como se muestra en la Figura 12, al menos un sensor S1 puede disponerse en el tubo de recirculación 150 cerca del punto donde se conecta el tubo de suministro 430. Con este sensor, el parámetro del polvo, por ejemplo, se puede detectar la temperatura en el punto de conexión. Además, se puede proporcionar al menos un sensor (no mostrado) cerca de la entrada del tubo de recirculación 150 para medir los parámetros del polvo que ingresa al tubo de recirculación 150 desde el depósito de polvo 115.

[0074] También se pueden proporcionar uno o más sensores S2 en el tubo de retorno 220. Además, la ranura/tolva de retorno 210 puede tener uno o más sensores S3 para medir los parámetros allí, por ejemplo, el nivel de polvo y/o la temperatura del exceso de polvo recibido.

[0075] De manera similar, como se muestra en la Figura 13, el depósito de polvo 115 puede tener uno o más sensores S3, S4 para detectar el nivel de polvo y/o la temperatura del polvo en el depósito 115.

[0076] El tipo de sensor o sensores utilizados en las ubicaciones anteriores no tienen por qué ser todos iguales, y se pueden utilizar diferentes tipos de sensores en diferentes ubicaciones. La Figura 12 ilustra varias ubicaciones de los sensores en el sistema de recirculación de polvo. Sin embargo, la invención no se limita a estas ubicaciones y los diferentes tipos de uno o más sensores se pueden colocar en las ubicaciones requeridas de modo que detecten de manera confiable los parámetros requeridos.

[0077] Cada sensor puede ser un sensor binario, digital o analógico. El tipo de sensor no está limitado. Se puede utilizar cualquier tipo de sensor generalmente conocido en la técnica para detectar parámetros del polvo, tal como un sensor óptico, sensor capacitivo, sensor de respuesta térmica, sensor giratorio, sensor conductor/inductivo, etc.

[0078] El sistema de recirculación de polvo puede comprender además un controlador. La salida de los diversos sensores se puede alimentar al controlador y el controlador puede controlar el funcionamiento del sistema en función de la retroalimentación recibida de los diversos sensores. Por ejemplo, si el nivel de polvo medido en el depósito de polvo 115 está por encima del nivel umbral predeterminado, el controlador puede detener el funcionamiento del tornillo sinfín 445 o dependiendo del nivel de polvo puede reducir la velocidad del tornillo sinfín 445. Alternativamente, el controlador puede alertar al usuario enviando las señales o mostrando la advertencia en el panel de visualización y, en consecuencia, el usuario puede tomar las medidas apropiadas.

[0079] De manera similar, si el nivel de polvo medido en la ranura/tolva de retorno 210 está por encima del umbral predeterminado, el controlador puede detener el sistema completamente o puede controlar la cuchilla de dosificación 160 para suministrar menos polvo. Alternativamente, el controlador puede alertar al usuario para que el usuario pueda sacar el exceso de polvo.

[0080] Con base en la retroalimentación sobre la temperatura, y después de compararla con los niveles umbral predeterminados, el controlador puede desactivar el sistema total o parcialmente o puede controlar el funcionamiento del sistema ralentizándolo. El controlador también puede activar sistemas de enfriamiento (por ejemplo, como se describe a continuación en relación con las Figuras 14 y 15).

[0081] Los valores de los niveles umbral pueden almacenarse previamente en la memoria del controlador, o pueden ser introducidos por el usuario y luego almacenados en la memoria del controlador.

Bucle de enfriamiento (Figuras 14 y 15)

[0082] Como se muestra en las Figuras 14 y 15, el tubo de retorno 220 (el tubo de retorno inferior 220B) puede estar provisto de medios de enfriamiento C1, C2 para mantener la temperatura del polvo en el tubo de retorno 220 dentro de un nivel umbral predeterminado. El enfriamiento puede ser activo o pasivo. Se puede usar cualquier tipo de medio de enfriamiento. Por ejemplo, las aletas de enfriamiento C1 pueden proporcionarse en la periferia del tubo de retorno 220 como se muestra en la Figura 14, o una camisa de enfriamiento ^c2 puede envolverse alrededor del tubo de retorno 220 como se muestra en la Figura 15. Sin embargo, el tipo de medio de enfriamiento no se limita a estos. Los medios de enfriamiento pueden ser controlados por un controlador que recibe la o las entradas de uno o más sensores de temperatura. El controlador puede configurarse para activar el medio de enfriamiento solo cuando la temperatura detectada excede un nivel de temperatura predeterminado.

Salidas para la eliminación de polvo (Figura 16)

[0083] Una vez que se ha formado un objeto tridimensional (o una parte del mismo), el usuario puede querer usar un tipo diferente del polvo para el siguiente objeto; o puede querer usar diferentes tipos de polvos para formar diferentes partes del objeto tridimensional. En tales escenarios, puede ser necesario eliminar el polvo existente del sistema. Por lo tanto, como se muestra en la Figura 16, es ventajoso proporcionar una abertura de salida (por ejemplo, una ranura u otra abertura) para retirar el polvo, y un medio V1, V2 para descubrir la abertura (tal como una válvula o un interruptor accionado por accionador, o un mecanismo deslizante) en el punto más bajo en el sistema de recirculación de polvo, o aguas arriba del tornillo sin fin 445. El polvo puede fluir debido a la fuerza gravitacional, o se puede usar succión para eliminar el polvo. De esta manera, la mayor parte del polvo puede retirarse del sistema y puede recogerse en un recipiente fuera del sistema.

[0084] Además, la calidad del polvo en el tubo de retorno puede haberse degradado con el tiempo, debido a múltiples usos, y puede que ya no sea adecuado para un uso posterior. Por lo tanto, para retirar el polvo degradado del sistema, es beneficioso tener una abertura de salida (por ejemplo, una ranura u otra abertura) en el tubo de retorno 220, a través del cual el polvo degradado puede retirarse del sistema, y un medio para exponer la abertura. El medio puede ser una válvula de derivación B2, un interruptor accionado por un accionador o un mecanismo deslizante. Reducción de polvo en el tubo de recirculación (Figuras 17-21)

[0085] Con referencia inicialmente a la Figura 17, durante el desarrollo del presente aparato se descubrió que, a medida que el exceso de polvo cae en el tubo de recirculación 150, se puede crear polvillo pulverulento. Esto se debe al ángulo pronunciado del tubo 150 que hace que parte del polvo recirculado caiga una distancia significativa al ingresar al tubo 150. Esta caída significativa se ilustra por la flecha hacia abajo D1 en la Figura 17. El polvillo pulverulento producido de este modo se puede liberar en el espacio/entorno por encima de la superficie de trabajo 170 de la máquina cuando se hace girar la cuchilla de dosificación 160. El polvillo en la superficie de trabajo 170 es susceptible de asentarse en partes móviles y sensores, lo que dificulta el control preciso de las operaciones. Además, el polvillo en el aire puede representar un riesgo para la salud y la seguridad de los operadores de máquinas.

[0086] Para abordar el problema anterior, la Figura 18 ilustra un diseño modificado del sistema de recirculación de polvo, en el que el tubo de recirculación 150 se ha dividido en dos secciones, a saber, una sección poco profunda 150^a y una sección empinada 150B. Esto da una caída de polvo inicial menos profunda, como lo ilustran las flechas hacia abajo D2, lo que resulta en la generación significativamente de menos polvillo pulverulento. Esta geometría de los tubos también permite que la cuchilla de dosificación 160 gire en la otra dirección, con el desbordamiento ubicado en el otro lado del depósito de polvo 115, en comparación con el que se muestra en la Figura 3.

[0087] Cabe señalar que el depósito de polvo 115 y el tubo de recirculación 150 han cambiado de posición entre las Figuras 17 y 18. Con dicha configuración, cuando la cuchilla de dosificación 160 gira, cualquier polvillo producido en el tubo de recirculación 150 no va a la superficie de trabajo 170.

[0088] Más detalladamente, la sección de ángulo poco profundo 150A está dispuesta para recibir polvo de desbordamiento desde las proximidades de la cuchilla de dosificación 160 (por ejemplo, a través de la salida 102 discutida anteriormente). El ángulo de inclinación poco profundo de la sección 150A se denota por X en la Figura 19, con respecto a la horizontal H. La poca profundidad de este ángulo X significa que no hay una caída larga en ningún punto para que el polvo ingrese al tubo de recirculación. La sección de ángulo pronunciado 150B luego devuelve el polvo al tubo de entrega 440. La sección de ángulo pronunciado 150B está lo suficientemente alejada de la región de la cuchilla de dosificación 160 que cualquier polvillo producido no entra en la superficie de trabajo 170 cuando la cuchilla de dosificación 160 se hace girar.

[0089] Las secciones del tubo de recirculación 150A y 150B pueden contener ambos agitadores para asegurar el flujo libre de polvo a lo largo de ellos.

[0090] La mayor distancia a través de la cual el exceso de polvo cae desde la salida 102 del depósito de polvo 115 hacia el tubo de recirculación 150A se denota por "h" en las Figuras 20 y 21.

[0091] Más particularmente, como se ilustra en la Figura 20, "h" es la mayor caída entre la salida 102 del depósito de polvo 115 y la base 150A' de la sección de ángulo poco profundo 150A del tubo de recirculación, es decir, la mayor caída a través de la cual cae el exceso de polvo. Al diseñar la disposición del tubo de recirculación de dos secciones, el ángulo de la sección superficial 150A (X en la Figura 19) debe ser tal que minimice la distancia h, al tiempo que todavía permite que el polvo fluya a lo largo del tubo.

[0092] La Figura 21 muestra con más detalle dónde se mide la caída "h". Tal como se ilustra, la caída "h" se mide desde el borde superior de la salida 102 sobre el cual fluye el exceso de polvo.

[0093] Las modificaciones descritas anteriormente al tubo de recirculación 150 también se pueden aplicar al tubo de retorno 220. Tal como se analizó anteriormente, el tubo de retorno 220 puede comprender un tubo de retorno superior 220A que tiene un ángulo poco profundo, y un tubo de retorno inferior 220B que tiene un ángulo más pronunciado. El ángulo poco profundo del tubo de retorno superior 220A es tal que minimiza la generación de polvillo pulverulento a medida que el polvo cae a través de la ranura de retorno 210, al reducir la altura de la caída a través de la cual el polvo cae.

Claims (15)

REIVINDICACIONES

1. Un sistema de recirculación de polvo para un aparato (1) para fabricar un objeto tridimensional a partir de polvo, comprendiendo el sistema de recirculación de polvo:

una vía de suministro (440) acoplada a una salida (428) de un tanque de polvo (410), el tanque de polvo (410) configurado para almacenar polvo;

un depósito de polvo (115) acoplado a una salida de la vía de suministro (440), donde la vía de suministro (440) comprende un mecanismo de suministro para suministrar polvo al depósito de polvo (115);

una cuchilla de dosificación (160) para transferir polvo desde el depósito de polvo (115) a una superficie de trabajo (170), donde la superficie de trabajo (170) comprende un área de construcción (190), donde la cuchilla de dosificación (160) se proporciona en o cerca de la parte superior del depósito de polvo (115), y la cuchilla de dosificación (160) es capaz de girar alrededor de un eje de rotación que se extiende a lo largo de una dirección de la longitud del depósito de polvo (115); y

una vía de recirculación de polvo (150) acoplada a una salida (102) del depósito de polvo (115), donde el primer exceso de polvo es polvo que fluye, en uso, a través de la salida (102) del depósito de polvo (115) después de alcanzar un cierto nivel dentro del depósito de polvo (115);

donde la vía de recirculación de polvo (150) está configurada para devolver el primer exceso de polvo desde el depósito de polvo (115) a la vía de suministro (440) en una ubicación aguas arriba de la salida (428) del tanque de polvo (410); y

donde el mecanismo de suministro está configurado para extraer polvo del tanque de polvo (410) cuando ya no hay una cantidad suficiente del primer exceso de polvo de la vía de recirculación de polvo (150) para llenar la vía de suministro (440).

2. El sistema de recirculación de polvo de la reivindicación 1, donde el mecanismo de suministro está configurado para suministrar el primer exceso de polvo desde la vía de recirculación de polvo (150) al depósito de polvo (115).

3. El sistema de recirculación de polvo según la reivindicación 1 o la reivindicación 2, donde la vía de recirculación de polvo (150) está acoplada a la vía de suministro (440).

4. El sistema de recirculación de polvo de la reivindicación 3, donde el tanque de polvo (410) comprende un tubo de suministro (430) acoplado a la vía de suministro (440), donde el tubo de suministro (430) está conectado primero a la vía de recirculación (150) de modo que el primer exceso de polvo y el polvo del tanque de polvo (410) se combinan y entran en la vía de suministro (440) en la misma entrada.

5. El sistema de recirculación de polvo de la reivindicación 3, donde la vía de recirculación de polvo (150) se acopla a la vía de suministro (440) en una ubicación aguas arriba de la salida (428) del tanque de polvo (410) para devolver el primer exceso de polvo desde el depósito de polvo (115) a la vía de suministro (440) en una primera ubicación aguas arriba de la salida (428) del tanque de polvo (410).

6. El sistema de recirculación de polvo de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, que comprende además:

un dispositivo (300; 320) para distribuir el polvo proporcionado a la superficie de trabajo (170) a través del área de construcción (190); y

una vía de retorno de polvo (220) configurada para recibir el segundo exceso de polvo después de la distribución del polvo a través del área de construcción (190), y donde la vía de retorno de polvo (220) está configurada además para devolver el segundo exceso de polvo a la vía de suministro (440) en una ubicación aguas arriba de la salida (428) del tanque de polvo (410); donde el mecanismo de suministro está configurado para extraer el polvo del tanque de polvo (410) cuando ya no hay una cantidad suficiente del primer exceso de polvo de la vía de recirculación de polvo (150) o el segundo exceso de polvo de la vía de retorno de polvo (220) para llenar la vía de suministro (440).

7. El sistema de recirculación de polvo de la reivindicación 6 cuando depende de cualquiera de las reivindicaciones 3 a 5, donde el tanque de polvo (410) comprende el o un tubo de suministro (430) acoplado a la vía de suministro (440); y donde la vía de retorno de polvo (220) está acoplada a la vía de suministro (440) en una ubicación aguas arriba de la vía de recirculación (150) de modo que, durante el uso, el segundo exceso de polvo de la vía de retorno (220) se prioriza sobre el primer exceso de polvo de la vía de recirculación (150), y el primer exceso de polvo de la vía de recirculación (150) se prioriza sobre el del tubo de suministro (430).

8. El sistema de recirculación de polvo según la reivindicación 6, cuando depende de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, donde la vía de recirculación (150) está acoplada a la vía de retorno (220); y

donde la vía de retorno (220) está acoplada a la vía de suministro (440) en una ubicación aguas arriba de la salida (428) del tanque de polvo (410), de modo que, en uso, el primer exceso de polvo y el segundo exceso de polvo se combinan antes de ser devueltos a la vía de suministro (440) y entran en la vía de suministro (440) en una misma entrada combinada.

9. El sistema de recirculación de polvo de cualquiera de las reivindicaciones 6 a 8, donde el mecanismo de suministro está configurado para suministrar el segundo exceso de polvo desde la vía de retorno de polvo (220) al depósito de polvo (115).

10. El sistema de recirculación de polvo de cualquiera de las reivindicaciones 6 a 9, donde el mecanismo de suministro está configurado para extraer el polvo del tanque de polvo (410) cuando el primer exceso de polvo de la vía de recirculación de polvo (150) y el segundo exceso de polvo de la vía de retorno de polvo (220) caen por debajo de un nivel predefinido.

11. El sistema de recirculación de polvo de cualquiera de las reivindicaciones 6 a 10, donde la vía de retorno de polvo (220) está configurada para devolver el segundo exceso de polvo a la vía de suministro (440) en una ubicación aguas arriba de donde el primer exceso de polvo de la vía de recirculación de polvo (150) se devuelve a la vía de suministro (440).

12. Un sistema de recirculación de polvo para un aparato (1) para fabricar un objeto tridimensional a partir de polvo, comprendiendo el sistema de recirculación de polvo:

una vía de suministro (440) acoplada a una salida (428) de un tanque de polvo (410), el tanque de polvo (410) configurado para almacenar polvo;

un depósito de polvo (115) acoplado a una salida de la vía de suministro (440), donde la vía de suministro (440) comprende un mecanismo de suministro para suministrar polvo al depósito de polvo (115);

una cuchilla de dosificación (160) para transferir polvo desde el depósito de polvo (115) a una superficie de trabajo (170), donde la superficie de trabajo (170) comprende un área de construcción (190), donde la cuchilla de dosificación (160) se proporciona en o cerca de la parte superior del depósito de polvo (115), y la cuchilla de dosificación (160) es capaz de girar alrededor de un eje de rotación que se extiende a lo largo de una dirección de la longitud del depósito de polvo (115);

un dispositivo para distribuir polvo proporcionado a la superficie de trabajo (170) a través del área de construcción (190); y

una vía de retorno de polvo (220) configurada para recibir el exceso de polvo después de la distribución del polvo a través del área de construcción (190), y acoplada además a la vía de suministro (440) para devolver el exceso de polvo a la vía de suministro (440) en una ubicación aguas arriba de la salida (428) del tanque de polvo (410); donde el mecanismo de suministro está configurado para extraer polvo del tanque de polvo (410) cuando ya no hay una cantidad suficiente del exceso de polvo de la vía de retorno de polvo (220) para llenar la vía de suministro (440).

13. El sistema de recirculación de polvo de la reivindicación 12, donde el mecanismo de suministro está configurado para mezclar el exceso de polvo de la vía de retorno de polvo (150) con el polvo del tanque de polvo (410).

14. El sistema de recirculación de polvo de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13, donde la vía de suministro (440) está configurada para calentarse a una temperatura predeterminada.

15. Un aparato (1) para fabricar objetos tridimensionales a partir de polvo de construcción que comprende el sistema de recirculación de polvo de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14.