ES2949385T3 - Generación de objetos tridimensionales - Google Patents

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Abstract

Se puede generar un objeto tridimensional. Se puede aplicar energía a una capa de material de construcción para provocar que una primera porción de la capa se fusione y solidifique en un primer patrón. Se puede administrar selectivamente un agente refrescante sobre una segunda porción de la capa del material de construcción para reducir la temperatura de la segunda porción en un segundo patrón, siendo los patrones primero y segundo independientes entre sí. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Generación de objetos tridimensionales
Antecedentes
Los sistemas de fabricación aditiva que generan objetos tridimensionales capa a capa se han propuesto como una manera potencialmente conveniente de producir objetos tridimensionales en pequeñas cantidades.
La calidad de los objetos producidos por tales sistemas puede variar ampliamente dependiendo del tipo de tecnología de fabricación aditiva utilizada. En general, pueden producirse objetos de baja calidad y baja resistencia utilizando sistemas de menor coste, mientras que pueden producirse objetos de alta calidad y alta resistencia utilizando sistemas de mayor coste. <page 1a>
Breve descripción
Algunos ejemplos se describen con respecto a las siguientes figuras:
la Fig. 1 es un diagrama de flujo que describe un método para generar un objeto tridimensional según algunos ejemplos;
la Fig. 2a es una ilustración isométrica simplificada de un sistema de fabricación aditiva según algunos ejemplos; la Fig. 2b es una ilustración isométrica simplificada de un calentador para un sistema de fabricación aditiva según algunos ejemplos;
la Fig. 3 es un diagrama de flujo que describe un método para generar un objeto tridimensional según algunos ejemplos;
las Figs. 4a-d muestran una serie de secciones transversales de una capa o capas de material de construcción según algunos ejemplos;
las Figs. 5a-d muestran una serie de vistas superiores de las capas de material de construcción de las Figs. 4a-d según algunos ejemplos; y
las Figs. 6a-d muestran una serie de vistas superiores esquemáticas de distribuciones de temperatura en las capas de material de construcción de las Figs. 4a-d según algunos ejemplos.
Descripción detallada
La invención se define por las reivindicaciones independientes. Se entiende que la terminología que sigue significa lo siguiente cuando se enumera en la memoria descriptiva o en las reivindicaciones. Las formas singulares “un” , “ una” y “el, la” significan “uno o más” . Los términos “que incluye” y “que tiene” pretenden tener el mismo significado inclusivo que el término “que comprende” .
US 7.537.722 B2 describe un dispositivo para fabricar un producto tridimensional, cuyo dispositivo comprende una mesa de trabajo sobre la que se va a construir dicho producto tridimensional, un dispensador en polvo que está dispuesto para depositar una capa delgada de polvo sobre la mesa de trabajo para la formación de un lecho de polvo, una pistola de rayos para dar energía al polvo mediante la cual tiene lugar la fusión del polvo, elementos para controlar el haz liberado por la pistola de rayos a través de dicho lecho de polvo para la formación de una sección transversal de dicho producto tridimensional mediante la fusión de las partes de dicho lecho de polvo, y un ordenador de control en el que se almacena la información sobre secciones transversales sucesivas del producto tridimensional, cuyas secciones transversales construyen el producto tridimensional, estando previsto el ordenador de control para controlar dichos elementos para guiar la pistola de rayos a través del lecho de polvo según un programa de ejecución, que forman una sección transversal de dicho cuerpo tridimensional, por lo que dicho producto tridimensional se forma mediante una fusión sucesiva de secciones transversales formadas sucesivamente a partir de capas de polvo sucesivamente depositadas por el dispensador de polvo.
Las técnicas de fabricación aditiva pueden generar un objeto tridimensional a través de la solidificación de partes de una o más capas sucesivas de un material de construcción. El material de construcción puede ser a base de polvo y las propiedades de los objetos generados dependen del tipo de material de construcción y del tipo de mecanismo de solidificación utilizados.
Las propiedades de los objetos pueden depender de la naturaleza de los materiales de construcción utilizados, de los procesos mediante los cuales se solidifica el material de construcción para formar un objeto tridimensional deseado, y de las temperaturas de los materiales de construcción durante tales procesos. Tales propiedades pueden incluir, por ejemplo, rugosidad superficial, precisión y resistencia.
Un agente de coalescencia es un material que, cuando se aplica una cantidad adecuada de energía a una combinación de material de construcción y agente de coalescencia, puede hacer que el material de construcción se fusione y solidifique. Sin embargo, en algunos ejemplos, la energía absorbida por el material de construcción en el que se ha administrado o ha penetrado el agente de coalescencia puede también propagarse al material de construcción circundante. La energía puede ser suficiente para hacer que el material de construcción circundante se caliente. Por ejemplo, la energía puede propagarse lateralmente a través del material de construcción, debajo de la capa actual, y/o a una capa futura una vez que se aplica sobre la capa más reciente. Este efecto puede exacerbarse cuando se utilizan materiales de construcción que puedan tener una conductividad térmica relativamente baja, ya que esto puede hacer que se forme un depósito de calor debajo de la superficie de cada capa recién creada a medida que se forma. El calor en el depósito puede propagarse a continuación lentamente a través del material de construcción, por debajo de la capa más reciente, y/o a una capa futura una vez que se aplica sobre la capa más reciente.
Por lo tanto, el material de construcción puede calentarse a una temperatura adecuada para provocar el ablandamiento y la unión del material de construcción. Esta temperatura podría estar por encima o por debajo del punto de fusión del material. Esto puede dar como resultado la posterior solidificación de partes del material de construcción que no estaban destinadas a solidificarse y este efecto se denomina en la presente memoria sangrado de coalescencia. El sangrado de coalescencia puede dar como resultado, por ejemplo, una reducción en la precisión general de los objetos tridimensionales generados. Por ejemplo, las deformaciones pueden incluir partes tridimensionales tales como una deformación que se extiende lateralmente desde los lados del objeto, y una deformación que se extiende por debajo de la parte inferior del objeto. Las formaciones también pueden incluir irregularidades más pequeñas en la solidificación debido a distribuciones de temperatura no deseadas o efectos de conducción de calor a través del material de construcción.
Por lo tanto, la presente descripción puede permitir que se creen objetos tridimensionales en los que los efectos del sangrado de coalescencia pueden reducirse proporcionando un agente de enfriamiento sobre las partes adecuadas de material de construcción. En algunos ejemplos, el agente de enfriamiento puede aplicarse a partes seleccionadas de una capa de material de construcción. Esto puede permitir que se disperse el exceso de calor haciendo que la capa de material de construcción tenga una distribución de temperatura que coincida con una distribución de temperatura objetivo predeterminada, por ejemplo, una distribución de temperatura uniforme o sustancialmente uniforme. Esto puede reducir el grado de coalescencia de una parte de material de construcción en la que se ha proporcionado el agente de enfriamiento.
La Fig. 1 es un diagrama de flujo que describe un método para generar un objeto tridimensional según algunos ejemplos. En el bloque 102, la energía puede aplicarse a una capa de material de construcción para hacer que una primera parte de la capa se fusione y solidifique en un primer patrón. En el bloque 104, un agente de enfriamiento puede suministrarse de forma selectiva en una segunda parte de la capa del material de construcción para reducir una temperatura de la segunda parte en un segundo patrón, siendo los patrones primero y segundo independientes entre sí. El agente de enfriamiento puede suministrarse antes o después de aplicar la energía, por ejemplo.
La Fig. 2a es una ilustración isométrica simplificada de un sistema 200 de fabricación aditiva según algunos ejemplos. El sistema 200 puede funcionar, como se describe más adelante con referencia al diagrama de flujo de la Fig. 3, para generar un objeto tridimensional.
En algunos ejemplos, el material de construcción es un material de construcción basado en polvo. Como se emplea en la presente memoria, el término materiales a base de polvo pretende abarcar tanto materiales a base de polvo secos como húmedos, materiales en partículas y materiales granulares. En algunos ejemplos, el material de construcción puede incluir una mezcla de aire y partículas de polímero sólido, por ejemplo en una relación de aproximadamente 40 % de aire y aproximadamente 60 % de partículas de polímero sólido. Un material adecuado puede ser Nylon 12, que comercializa, por ejemplo, Sigma-Aldrich Co. LLC. Otro material adecuado de Nylon 12 puede ser PA 2200, comercializado por Electro Optical Systems EOS GmbH. Otros ejemplos de materiales de construcción adecuados pueden incluir, por ejemplo, materiales metálicos en polvo, materiales compuestos en polvo, materiales cerámicos en polvo, materiales de vidrio en polvo, material de resina en polvo, materiales poliméricos en polvo y similares, y combinaciones de los mismos. Sin embargo, debe entenderse que los ejemplos descritos en la presente memoria no se limitan a materiales basados en polvo o a cualquiera de los materiales citados anteriormente. En otros ejemplos, el material de construcción puede ser una pasta o un gel. Según un ejemplo, un material de construcción adecuado puede ser un material termoplástico semicristalino en polvo. Algunos materiales pueden tener una baja conductividad térmica, dando lugar a un mayor riesgo de sangrado de coalescencia. Por ejemplo algunos nailones pueden tener una conductividad térmica de aproximadamente 0,1 W/m K a temperatura ambiente y de aproximadamente 0,2 W/m K en su punto de fusión.
El sistema 200 de fabricación aditiva puede incluir un controlador 210 del sistema. Cualquiera de las operaciones y métodos descritos en la presente memoria puede aplicarse y controlarse en el sistema 200 de fabricación aditiva y/o en el controlador 210.
El controlador 210 puede incluir un procesador 212 para ejecutar instrucciones tales como las descritas en los métodos de la presente memoria. El procesador 212 puede, por ejemplo, ser un microprocesador, un microcontrolador, una matriz de puertas programables, un circuito integrado de aplicación específica (ASIC), un procesador informático o similar. El procesador 212 puede incluir, por ejemplo, múltiples núcleos en un chip, múltiples núcleos en múltiples chips, múltiples núcleos en múltiples dispositivos, o combinaciones de los mismos. En algunos ejemplos, el procesador 212 puede incluir al menos un circuito integrado (IC), otro lógico de control, otros circuitos electrónicos o combinaciones de los mismos.
El controlador 210 puede soportar la interacción directa del usuario. Por ejemplo, el sistema 200 de fabricación aditiva puede incluir dispositivos 220 de entrada de usuario acoplados al procesador 212, tal como uno o más de un teclado, panel táctil, botones, teclado numérico, diales, ratón, bola de seguimiento, lector de tarjetas u otros dispositivos de entrada. Además, el sistema 200 de fabricación aditiva puede incluir dispositivos 222 de salida acoplados al procesador 212, tal como uno o más de una pantalla de cristal líquido (LCD), impresora, monitor de vídeo, pantalla táctil, diodo emisor de luz (LED) u otros dispositivos de salida. Los dispositivos 222 de salida pueden responder a instrucciones para mostrar información de texto o datos gráficos.
El procesador 212 puede estar en comunicación con un medio 216 de almacenamiento legible por ordenador a través de un bus 214 de comunicación. El medio 216 de almacenamiento legible por ordenador puede incluir un único medio o múltiples medios. Por ejemplo, el medio 216 de almacenamiento legible por ordenador puede incluir una o ambas de una memoria del ASIC, y una memoria separada en el controlador 210. El medio 216 de almacenamiento legible por ordenador puede ser cualquier dispositivo de almacenamiento físico electrónico, magnético, óptico, u otro. Por ejemplo, el medio 216 de almacenamiento legible por ordenador puede ser, por ejemplo, memoria de acceso aleatorio (RAM), memoria estática, memoria de solo lectura, una memoria de solo lectura programable borrable eléctricamente (EEPROM), un disco duro, una unidad óptica, una unidad de almacenamiento, un CD, un DVD y similares. Como tal, el medio 216 de almacenamiento legible por ordenador puede ser no transitorio. El medio 216 de almacenamiento legible por ordenador puede almacenar, codificar o transportar instrucciones 218 ejecutables por ordenador que, cuando son ejecutadas por el procesador 212, pueden hacer que el procesador 212 lleve a cabo uno cualquiera o más de los métodos u operaciones descritos en la presente memoria según varios ejemplos. Por ejemplo, las instrucciones pueden ser proporcionar una o más señales de control a los diversos componentes del sistema 200 para realizar los métodos descritos en la presente memoria.
El sistema 200 comprende además un distribuidor 202 de agente de coalescencia para proporcionar de forma selectiva agente de coalescencia a capas sucesivas de material de construcción proporcionadas sobre un elemento 204 de soporte. Según un ejemplo no limitativo, un agente coalescente adecuado puede ser una formulación de tipo tinta que comprenda negro de carbón, tal como, por ejemplo, la formulación de tinta conocida comercialmente como CM997A comercializada por Hewlett-Packard Company. En un ejemplo, una tinta tal puede comprender adicionalmente un absorbedor de luz infrarroja. En un ejemplo, dicha tinta puede comprender adicionalmente un absorbedor de luz infrarroja cercana. En un ejemplo, dicha tinta puede comprender adicionalmente un absorbedor de luz visible. En un ejemplo, dicha tinta puede comprender adicionalmente un absorbente de luz UV. Ejemplos de tintas que comprenden potenciadores de luz visible son la tinta coloreada a base de colorante y la tinta coloreada a base de pigmento, tales como las tintas comercialmente conocidas como CE039A y CE042A comercializadas por Hewlett-Packard Company.
El sistema 200 puede incluir además un distribuidor 206 de agente de enfriamiento para proporcionar de forma selectiva agente de enfriamiento a una capa de material de construcción proporcionada sobre el elemento 204 de soporte. Un agente de enfriamiento puede actuar para reducir la temperatura del material de construcción donde se suministra, como se explicará con mayor detalle. En algunos ejemplos, el agente de enfriamiento puede seleccionarse para que tenga un punto de ebullición por debajo del punto de fusión del material de construcción. La temperatura superficial del material de construcción puede depender de si se ha sometido a calentamiento desde el calentador 230 y/o desde la fuente 226 de energía. Por lo tanto, el agente de enfriamiento puede seleccionarse para que tenga una temperatura por debajo de la temperatura superficial del material de construcción en el momento en que va a suministrarse el agente de enfriamiento, de modo que pueda crearse un gradiente térmico para permitir que el calor se transfiera al agente de enfriamiento cuando se suministra al material de construcción. En algunos ejemplos, el agente de enfriamiento puede seleccionarse para que tenga una presión de vapor adecuada, una conductividad de calor adecuada y/o una entalpía de vaporización adecuada para provocar una rápida transferencia de calor desde el material de construcción y una posterior vaporización.
En algunos ejemplos, puede utilizarse un fluido, tal como un líquido, que muestra un efecto de enfriamiento adecuado, como agente de enfriamiento. En un ejemplo, un agente que comprenda un alto porcentaje de agua ha demostrado ser un agente de enfriamiento adecuado. En algunos ejemplos, el agente de enfriamiento puede ser una tinta de base acuosa sin colorante. En algunos ejemplos, puede utilizarse polietilenglicol como agente de enfriamiento. En otros ejemplos pueden utilizarse otros tipos de agente de enfriamiento.
En un ejemplo, el elemento 204 de soporte tiene dimensiones en el intervalo de aproximadamente 10 cm por 10 cm a 100 cm por 100 cm. En otros ejemplos, el elemento 204 de soporte puede tener dimensiones más grandes o más pequeñas. El elemento 204 de soporte puede ser una parte fija del sistema 200, o puede no ser una parte fija del sistema 200, siendo, por ejemplo, una parte de un módulo extraíble.
Los distribuidores 202 y 206 de agentes pueden ser cabezales de impresión, tales como cabezales de impresión térmicos o cabezales de impresión piezo de chorro de tinta. Los cabezales de impresión pueden tener matrices de boquillas. En un ejemplo, pueden utilizarse cabezales de impresión tales como aquellos comúnmente utilizados en impresoras de chorro de tinta comercializadas. En otros ejemplos, los agentes pueden administrarse a través de boquillas de pulverización en vez de a través de cabezales de impresión. También pueden utilizarse otros mecanismos de suministro.
Los distribuidores 202 y 206 de agentes pueden utilizarse para proporcionar, por ejemplo, mediante un depósito, agente de coalescencia y agente de refrigeración cuando están en forma de fluidos adecuados tales como líquidos. En algunos ejemplos, los distribuidores 202 y 206 de agentes pueden seleccionarse para suministrar gotas de agente a una resolución de entre 300 y 1200 puntos por pulgada (PPP), por ejemplo 600 PPP. En otros ejemplos, los distribuidores 202 y 206 de agentes pueden seleccionarse para poder suministrar gotas de agente a una resolución más alta o más baja. En algunos ejemplos, los distribuidores 202 y 206 de agentes pueden tener un conjunto de boquillas a través de las cuales los distribuidores 202 y 206 de agentes pueden expulsar de forma selectiva gotas de fluido. En algunos ejemplos, la boquilla puede eyectar múltiples gotas en una sucesión cercana en una o más localizaciones. En algunos ejemplos, cada gota puede ser del orden de aproximadamente 10 picolitros (μl) por gota, aunque en otros ejemplos pueden utilizarse distribuidores 202 y 206 de agentes que pueden suministrar un tamaño de gota mayor o menor. En algunos ejemplos, pueden utilizarse distribuidores 202 y 206 de agentes que pueden suministrar gotas de tamaño variable.
En diversos ejemplos, el distribuidor 202 de agente puede configurarse para suministrar gotas de agente de coalescencia que sean más grande, más pequeñas o del mismo tamaño que las gotas de agente de enfriamiento suministradas desde el distribuidor 206 de agente.
En algunos ejemplos, el agente de coalescencia puede comprender un vehículo líquido, tal como agua o cualquier otro disolvente o dispersante adecuado, para permitir que se suministren a través de un cabezal de impresión.
En algunos ejemplos, los cabezales de impresión pueden ser cabezales de impresión de goteo bajo demanda. En otros ejemplos, los cabezales de impresión pueden ser cabezales de impresión de goteo continuo.
En algunos ejemplos, los agentes distribuidores 202 y 206 pueden ser una parte integral del sistema 200. En algunos ejemplos, los distribuidores 202 y 206 de agente pueden ser sustituibles por el usuario, en cuyo caso pueden ser insertables de forma extraíble en un receptor de distribuidores de agente o módulo de interfaz adecuado del sistema 200.
En algunos ejemplos, puede utilizarse un solo distribuidor de agente, tal como un cabezal de impresión para suministrar de forma selectiva tanto el agente de coalescencia como el agente de enfriamiento. Por ejemplo, un primer conjunto de boquillas del distribuidor de agente puede configurarse para proporcionar agente de coalescencia, y un segundo conjunto de boquillas del distribuidor de agente puede configurarse para suministrar agente de enfriamiento.
En el ejemplo ilustrado en la Fig. 2a, los distribuidores 202 y 206 de agentes tienen una longitud que les permite abarcar toda la anchura del elemento 204 de soporte en una configuración denominada matriz de ancho de página. En un ejemplo, esto puede lograrse mediante una disposición adecuada de múltiples cabezales de impresión. En otros ejemplos, puede utilizarse un único cabezal de impresión que tenga un conjunto de boquillas con una longitud que les permita abarcar la anchura del elemento 204 de soporte. En otros ejemplos, los distribuidores 202 y 206 de agente pueden tener una longitud más corta que no les permita abarcar toda la anchura del elemento 204 de soporte.
Los distribuidores 202 y 206 de agente están montados en un carro movible para permitirles moverse de forma bidireccional a través de la longitud del soporte 204 a lo largo del eje y ilustrado. Esto permite el suministro selectivo de agente de coalescencia y de agente de enfriamiento en toda la anchura y longitud del soporte 204 en una sola pasada. En otros ejemplos, los distribuidores 202 y 206 de agente pueden estar fijos, y el elemento 204 de soporte puede moverse con respecto a los distribuidores 202 y 206 de agente.
Debe observarse que el término “ anchura” empleado en la presente memoria se utiliza para denotar de forma general la dimensión más corta en el plano paralelo a los ejes x e y que se ilustra en la Fig. 2a, mientras que el término “ longitud” empleado en la presente memoria se utiliza de forma general para denotar la dimensión más larga en este plano. Sin embargo, se entenderá que en otros ejemplos el término “anchura” puede ser intercambiable con el término “ longitud” . Por ejemplo, en otros ejemplos, los distribuidores de agentes pueden tener una longitud que les permita abarcar toda la longitud del elemento 204 de soporte, mientras que el carro movible puede moverse en los dos sentidos a través de la anchura del soporte 204.
En otro ejemplo, los distribuidores 202 y 206 de agentes no tienen una longitud que les permita abarcar toda la anchura del elemento de soporte pero son movibles adicionalmente en los dos sentidos a través de la anchura del soporte 204 en el eje x ilustrado. Esta configuración permite el suministro selectivo de agente de coalescencia y de agente de enfriamiento en toda la anchura y longitud del soporte 204 utilizando múltiples pasadas. Sin embargo, otras configuraciones, como una configuración de matriz del ancho de la página (page-wide array), pueden permitir que los objetos tridimensionales se creen más rápidamente.
El distribuidor 202 de agente de coalescencia puede incluir un suministro de agente de coalescencia o puede conectarse a un suministro separado de agente de coalescencia. El distribuidor 206 de agente de enfriamiento puede incluir un suministro de agente de enfriamiento o puede conectarse a un suministro separado de agente de enfriamiento.
El sistema 200 comprende además un distribuidor 224 de material de construcción para proporcionar, p. ej., suministrar y/o depositar, capas sucesivas de material de construcción sobre el soporte 204. Distribuidores 224 adecuados de material de construcción pueden incluir, por ejemplo, una escobilla y un rodillo. El material de construcción se puede suministrar al distribuidor 224 de material de construcción desde una tolva o depósito de material de construcción (no mostrado). En el ejemplo mostrado, el distribuidor 224 de material de construcción se mueve a través de la longitud (eje y) del soporte 204 para depositar una capa de material de construcción. Como se ha descrito anteriormente, una primera capa de material de construcción se depositará en el soporte 204, mientras que las capas posteriores de material de construcción se depositarán en una capa de material de construcción previamente depositada. El distribuidor 224 de material de construcción puede ser una parte fija del sistema 200, o puede no ser una parte fija del sistema 200, siendo, por ejemplo, una parte de un módulo extraíble.
En algunos ejemplos, puede haber distribuidores de agente de coalescencia adicionales, distribuidores de agentes de refrigeración y distribuidores de material de construcción en relación con los distribuidores mostrados en la Fig. 2a. En algunos ejemplos, los distribuidores del sistema 200 pueden estar situados en el mismo carro, ya sea adyacentes entre sí o separados por una corta distancia. En otros ejemplos, dos o más carros pueden contener uno o más distribuidores. Por ejemplo, cada distribuidor puede estar situado en su propio carro separado.
En el ejemplo que se muestra, el soporte 204 es movible en el eje z de modo que a medida que se depositan nuevas capas de material de construcción se mantiene un espacio predeterminado entre la superficie de la capa de material de construcción depositada más recientemente y la superficie inferior de los distribuidores 202 y 206 de agentes. Sin embargo, en otros ejemplos, el soporte 204 puede no ser movible en el eje z y los distribuidores 202 y 206 de agentes pueden ser movibles en el eje z.
El sistema 200 comprende adicionalmente una fuente 226 de energía para aplicar energía al material de construcción para provocar la solidificación de partes del material de construcción según el lugar donde se haya suministrado o haya penetrado el agente de coalescencia. En algunos ejemplos, la fuente 226 de energía es una fuente de radiación de infrarrojos (IR), una fuente de radiación infrarroja cercana, una fuente de radiación de halógeno o un diodo emisor de luz. En algunos ejemplos, la fuente 226 de energía puede ser una fuente de energía única que puede aplicar energía de modo uniforme al material de construcción depositado sobre el soporte 204. En algunos ejemplos, la fuente 226 de energía puede comprender un conjunto de fuentes de energía.
En algunos ejemplos, la fuente 226 de energía está configurada para aplicar energía de modo sustancialmente uniforme a toda la superficie de una capa de material de construcción. En estos ejemplos, puede decirse que la fuente 226 de energía es una fuente de energía desenfocada. En estos ejemplos, puede aplicarse energía a una capa completa simultáneamente, lo que puede ayudar a aumentar la velocidad a la que puede generarse un objeto tridimensional.
En otros ejemplos, la fuente 226 de energía está configurada para aplicar energía de modo sustancialmente uniforme a una parte de la superficie completa de una capa de material de construcción. Por ejemplo, la fuente 226 de energía puede estar configurada para aplicar energía a una tira de la superficie completa de una capa de material de construcción. En estos ejemplos, la fuente de energía puede moverse o escanear a través de la capa de material de construcción de tal manera que, en última instancia, se aplique una cantidad de energía sustancialmente igual en toda la superficie de una capa de material de construcción.
En algunos ejemplos, la fuente 226 de energía puede estar montada en el carro movible.
En otros ejemplos, la fuente 226 de energía puede aplicar una cantidad variable de energía a medida que se mueve a través de la capa de material de construcción. Por ejemplo, el controlador 210 puede controlar la fuente de energía solo para que aplique energía a las partes de material de construcción sobre las que se ha aplicado agente de coalescencia.
En otros ejemplos, la fuente 226 de energía puede ser una fuente de energía enfocada, tal como un rayo láser. En este ejemplo, el rayo láser se puede controlar para que escanee la totalidad o una parte de una capa de material de construcción. En estos ejemplos, el rayo láser se puede controlar para que escanee a través de una capa de material de construcción de acuerdo con los datos de control de administración de agentes. Por ejemplo, el rayo láser se puede controlar para que aplique energía a aquellas partes de una capa sobre las cuales se administra agente coalescente.
El sistema 200 puede incluir adicionalmente un calentador 230 para emitir calor para mantener el material de construcción depositado sobre el soporte 204 dentro de un intervalo de temperatura predeterminado. El calentador 230 puede tener cualquier configuración adecuada. En la Fig. 2b se muestra un ejemplo, que es una ilustración isométrica simplificada de un calentador 230 para un sistema de fabricación aditiva según algunos ejemplos. El calentador 230 puede tener una serie de elementos 232 de calefacción, como se muestra. Las unidades 232 de calentamiento pueden ser cada una cualquier unidad de calefacción adecuada, por ejemplo, una lámpara de calor tal como una lámpara de infrarrojos. Las unidades 232 de calefacción pueden tener formas o configuraciones adecuadas tales como rectangulares, como se muestra en la Fig. 2b. En otros ejemplos pueden ser circulares, con forma de varilla o de bombilla, por ejemplo. La configuración puede optimizarse para proporcionar una distribución de calor homogénea hacia el área abarcada por el material de construcción. Cada unidad 232 de calefacción, o grupos de unidades 232 de calefacción puede tener un suministro de corriente o tensión ajustable para controlar de forma variable la densidad local de energía aplicada a la superficie del material de construcción.
Cada unidad 232 de calefacción puede corresponder a su propia área respectiva de material de construcción, de modo que cada unidad 232 de calefacción puede emitir calor sustancialmente hacia su propia área en vez de a áreas cubiertas por otras unidades 232 de calefacción. Por ejemplo, cada una de las dieciséis unidades 232 de calefacción de la Fig. 2a puede calentar una de dieciséis áreas distintas del material de construcción, donde las dieciséis áreas cubren colectivamente toda el área del material de construcción. Sin embargo, en algunos ejemplos, cada unidad 232 de calefacción puede emitir también, en menor medida, cierto calor que influya en un área adyacente.
El uso de un precalentador 230 puede ayudar a reducir la cantidad de energía que debe ser aplicada por la fuente 226 de energía para provocar la coalescencia y la posterior solidificación del material de construcción en el que se ha suministrado, o ha penetrado, agente de coalescencia.
El sistema 200 puede incluir adicionalmente un sensor 228 de temperatura, por ejemplo, un sensor de temperatura sin contacto de punto tal como uno o más termopares o uno o más termopilas, o tal como una cámara termográfica. El sensor 228 de temperatura puede servir para capturar valores de temperatura o una imagen que represente una distribución de radiación emitida por cada punto del material de construcción a través del área abarcada por el material de construcción sobre el elemento 204 de soporte. El sensor 228 de temperatura puede proporcionar la distribución de radiación al controlador 210, que puede determinar una distribución de temperaturas a través del material de construcción basándose en relaciones conocidas, tales como una distribución de cuerpo negro, entre temperatura e intensidad de radiación para el material utilizado como material de construcción. Por ejemplo, las frecuencias de radiación de la distribución de radiación pueden tener sus intensidades más altas en valores particulares en el intervalo del infrarrojo (IR). Esto puede utilizarse para determinar la distribución de temperaturas que comprende una pluralidad de temperaturas a través del material de construcción.
Aunque en la Fig. 2a la fuente 226 de energía, el calentador 230 y la cámara termográfica 228 se muestran en localizaciones particulares por encima del elemento 204 de soporte, cada uno de ellos puede estar situado en cualquier lugar adecuado por encima o alrededor del elemento 214 de soporte.
El controlador 210 puede controlar el suministro de agentes según los datos 208 de suministro de control de agente. Por ejemplo, el controlador 210 puede controlar el suministro selectivo de agente de coalescencia a una capa de material de construcción proporcionado según instrucciones que comprenden datos de control de suministro de agente de coalescencia. Adicionalmente, el controlador 210 puede controlar el suministro selectivo de agente de enfriamiento a una capa de material de construcción proporcionado según instrucciones que comprenden datos de control de suministro de agente de enfriamiento. El controlador 210 también puede controlar la fuente 226 de energía, puede aplicar una cantidad variable de energía y se mueve a través de la capa de material de construcción, por ejemplo según los datos 208 de control de suministro de agente.
Los datos 208 de control de suministro de agente definen para cada corte del objeto tridimensional a generar, las partes o las localizaciones en el material de construcción, si las hay, en las que se suministrará al menos uno del agente de coalescencia y el agente de enfriamiento.
Los datos de control de suministro de agente de coalescencia pueden obtenerse, por ejemplo, mediante un sistema adecuado de procesamiento tridimensional de objetos. En algunos ejemplos, el sistema de procesamiento tridimensional de objetos puede estar comprendido dentro del sistema 200 de fabricación aditiva. Por ejemplo, las instrucciones 218 pueden incluir adicionalmente instrucciones que, cuando son ejecutadas por el procesador 212, hacen que el procesador 212 funcione como un sistema de procesamiento tridimensional de objetos como se describe en la presente memoria. En otros ejemplos, el sistema de procesamiento tridimensional de objetos puede ser externo al sistema 400 de fabricación aditiva. Por ejemplo, el sistema de procesamiento tridimensional de objetos puede ser una aplicación de software, o parte de una aplicación de software, ejecutable en un dispositivo informático separado del sistema 200.
En algunos ejemplos, los datos de control de suministro de agente de coalescencia pueden generarse basándose en datos de diseño de objetos que representan un modelo tridimensional de un objeto a generar, y/o a partir de datos de diseño de objetos que representan propiedades del objeto. El modelo puede definir las partes sólidas del objeto, y puede ser procesado por el sistema de procesamiento tridimensional de objetos para generar cortes de planos paralelos del modelo. Cada rebanada puede definir una parte de una capa respectiva de material de construcción que se debe solidificar mediante el sistema de fabricación aditiva. Los datos de propiedades de objetos pueden definir propiedades del objeto tales como densidad, rugosidad superficial, resistencia y similares.
Los datos de diseño de objetos y los datos de propiedad de objeto pueden recibirse, por ejemplo, desde un usuario a través de un dispositivo 220 de entrada, como entrada de un usuario, desde un controlador de software, desde una aplicación de software tal como una aplicación de diseño asistido por ordenador (CAD), o puede obtenerse de una memoria que almacena datos de diseño de objetos predeterminados o definidos por el usuario y datos de propiedades de objetos.
En algunos ejemplos, los datos de control de suministro de agente de enfriamiento pueden generarse, por ejemplo, basándose en la retroalimentación de temperatura, modelos de proceso térmico, como se discutirá en el bloque 308.
En algunos ejemplos, el sistema de procesamiento de objetos puede obtener datos relacionados con las características del sistema 200 de fabricación aditiva. Dichas características pueden incluir, por ejemplo, el espesor de la capa de material de construcción, las propiedades del agente de coalescencia, las propiedades del agente de enfriamiento, las propiedades del material de construcción y las propiedades de la fuente 226 de energía, las propiedades del calentador 230 y las propiedades del sensor 228 de temperatura.
Los datos 208 de control de suministro de agentes pueden describir, para cada capa de material de construcción que se procesará, localizaciones o partes en el material de construcción en el que deban administrarse al menos uno de agente de coalescencia y agente de enfriamiento. En un ejemplo, las localizaciones o partes del material de construcción a las que debe suministrarse el agente de coalescencia y el agente de enfriamiento se definen por medio de patrones respectivos. En algunos ejemplos, el sistema de procesamiento de objetos puede determinar un orden en el que va a suministrarse el agente de coalescencia y el agente de enfriamiento al material de construcción, por ejemplo junto con los datos de temporización correspondientes que pueden, por ejemplo, definir un retraso de tiempo para el suministro de agente de coalescencia y agente de enfriamiento.
Dependiendo de las características descritas anteriormente, puede variarse la densidad a la que deben suministrarse el agente de coalescencia y el agente de enfriamiento. Por ejemplo, cuando una parte de material de construcción en la que se ha administrado o ha penetrado el agente coalescente recibe energía aplicada, la energía absorbida por esas partes se propaga a otras áreas circundantes. En un ejemplo, las propiedades del agente de coalescencia y la cantidad de agente de coalescencia administrado pueden elegirse de modo que la energía irradie en una esfera en el intervalo de aproximadamente 1,5 veces el espesor de la capa. Esto puede ayudar a garantizar no solo una unión suficiente entre capas, sino también una unión suficiente entre partes lateralmente adyacentes del material de construcción. La densidad también puede variarse para regular la temperatura del material de construcción, como se explicará en referencia al bloque 310.
De esta manera, el sistema de procesamiento de objetos puede, por ejemplo, determinar que se puede aumentar la separación lateral entre gotas adyacentes de agente coalescente mientras se sigue garantizando una resistencia suficiente del objeto. Hacer eso reduce la densidad promedio a la que se puede administrar el agente coalescente a una capa de material de construcción y, por tanto, reduce el consumo de agente coalescente, pero sin afectar la resistencia del objeto.
En algunos ejemplos, los datos de control de administración de agentes pueden definir, para cualquier parte del material de construcción, que el agente de enfriamiento deba suministrarse uno, dos o todos de antes, durante y después del agente de coalescencia.
Al describir la Fig. 3, se hará referencia a las Figs. 2a-b, 4a-d, 5a-d y 6a-d. Las Figs.4a-d muestran una serie de vistas laterales en sección transversal de capas de material de construcción según algunos ejemplos. Las Figs. 5a-d muestran una serie de vistas superiores de las capas de material de construcción de las Figs. 4a-d según algunos ejemplos. Las Figs. 6a-d muestran una serie de vistas superiores esquemáticas de distribuciones de temperatura en las capas de material de construcción de las Figs. 4a-d según algunos ejemplos.
La Fig. 3 es un diagrama de flujo que describe un método 300 para generar un objeto tridimensional según algunos ejemplos. El método puede aplicarse por ordenador. En algunos ejemplos, los ordenamientos mostrados pueden variarse, de modo que algunas etapas pueden ocurrir simultáneamente, pueden añadirse algunas etapas, y pueden omitirse algunas etapas.
En 302, el controlador 210 puede obtener datos 208 de control de suministro de agente tales como los datos de control de suministro de agente de coalescencia.
En 304, puede proporcionarse una capa 402b de material de construcción, como se muestra en las Figs. 4a y 5a. Por ejemplo, el controlador 210 puede controlar el distribuidor 224 de material de construcción para proporcionar la capa 402b sobre una capa 402a previamente completada sobre el elemento 204 de soporte haciendo que el distribuidor 224 de material de construcción se mueva a lo largo del eje y como se ha explicado anteriormente. La capa 402a completa puede incluir una parte 408 solidificada. Aunque se muestra una capa 402a completa en las Figs. 4a-d con fines ilustrativos, se entiende que las etapas 304 a 310 pueden aplicarse inicialmente para generar la primera capa 402a.
En algunos ejemplos, el espesor de la capa 402b de material de construcción proporcionado puede tener un valor seleccionado del intervalo de entre aproximadamente 50 a aproximadamente 300 micrómetros, o aproximadamente 90 a aproximadamente 110 micrómetros, o aproximadamente 250 micrómetros, aunque en otros ejemplos pueden proporcionarse capas de material de construcción más delgadas o más gruesas. El espesor puede ser controlado por el controlador 210, por ejemplo, basándose en los datos 208 de control de suministro de agente.
En 306, el material de construcción puede ser calentado por el calentador 230 para calentar y/o mantener el material de construcción dentro de un intervalo de temperatura predeterminado. El intervalo de temperatura predeterminado puede, por ejemplo, estar por debajo de la temperatura a la que el material de construcción experimentaría una unión en presencia de agente 404 de coalescencia. Por ejemplo, el intervalo de temperatura predeterminado puede estar entre aproximadamente 155 y aproximadamente 160 grados Celsius, o el intervalo puede estar centrado a aproximadamente 160 grados Celsius. El uso de precalentamiento puede ayudar a reducir la cantidad de energía que debe ser aplicada por la fuente 226 de energía para provocar la coalescencia y la posterior solidificación del material de construcción sobre el que se ha suministrado, o ha penetrado, el agente de coalescencia. El calentamiento puede aplicarse de modo uniforme basándose en el supuesto de que el material de construcción pueda tener una temperatura de referencia uniforme, por ejemplo, de aproximadamente 90 a aproximadamente 100 grados Celsius. Por lo tanto, se proporcionará el grado de calentamiento para elevar la temperatura de referencia uniforme al intervalo de temperaturas predeterminado. Sin embargo, en algunos ejemplos, el material de construcción puede no tener realmente una temperatura uniforme en esta etapa. Por lo tanto, el material de construcción puede tener una distribución de temperatura desigual que puede estar fuera del intervalo de temperaturas predeterminado en uno o más puntos del material de construcción.
En 308 se determina una distribución de temperatura del material de construcción. Por ejemplo, un sensor de temperatura tal como la cámara termográfica 228 puede obtener retroalimentación de temperatura, por ejemplo, capturando una imagen que represente una distribución de radiación del material de construcción. La distribución de radiación puede ser utilizada por el controlador 210 para determinar una distribución 500a de temperatura del material de construcción, por ejemplo, basándose en los métodos analizados anteriormente. En el ejemplo de la Fig. 6a, la región 502 puede tener la temperatura de referencia, y las regiones 506 pueden tener temperaturas respectivas mayores que la temperatura de referencia. Estas no uniformidades pueden ser el resultado de la coalescencia y solidificación de partes de la capa depositada anterior, por ejemplo durante la aplicación de energía en el bloque 312. El área donde se había administrado el agente 406 de coalescencia durante la creación de la capa 402a anterior puede tener una temperatura de referencia sustancialmente mayor, como se muestra en la Fig. 6a.
En algunos ejemplos, en vez de obtener la retroalimentación de temperatura, el controlador 210 puede generar la distribución 500a de temperatura basándose en un modelo de proceso térmico que modeliza matemáticamente la difusión de calor basándose en datos de control de suministro de agente de coalescencia. El modelo puede implicar resolver la ecuación de calor utilizando análisis de elementos finitos, o puede implicar cualquier otro método adecuado. En algunos ejemplos, el controlador 210 puede tener tablas de consulta almacenadas que definen características de difusión de calor de diversos objetos tridimensionales. Por lo tanto, el controlador 210 puede emparejar los datos 208 de control de suministro de agente con una tabla de consulta adecuada para generar la distribución 500a de temperatura.
En algunos ejemplos puede utilizarse una combinación de retroalimentación de temperatura, modelos de proceso térmico y/o tablas de consulta.
Por lo tanto, el controlador 210 puede obtener datos de suministro de control de agente 208, tales como datos de control de suministro de agentes de refrigeración, basándose en la distribución 500a de temperatura determinada que se determinó basándose en la retroalimentación de temperatura, modelos de proceso térmico o tablas de consulta.
En 310, pueden suministrarse selectivamente un agente 404 de coalescencia y un agente 406 de enfriamiento a una o más partes de la superficie de la capa 402b del material de construcción, como se muestra en las Figs. 4b y 5b. Como se ha explicado anteriormente, los agentes 404 y 406 pueden ser suministrados por distribuidores 202 y 206 de agente, por ejemplo, en forma de fluidos tales como gotitas de líquido.
El suministro selectivo del agente 404 de coalescencia puede llevarse a cabo en un patrón sobre partes de la capa 402b que los datos 208 de control de suministro de agente, tales como los datos de control de suministro de agente de coalescencia, puedan definir que se vuelvan sólidos para formar parte del objeto tridimensional que se genera. El suministro selectivo del agente 404 de coalescencia puede llevarse a cabo en un patrón en partes de la capa 402b que los datos 208 de control de suministro de agentes, tales como los datos de control de suministro de agente de refrigeración, puedan definir como partes cuya temperatura deba reducirse utilizando el agente de enfriamiento.
“Suministro selectivo” significa que tanto el agente de coalescencia como el agente de enfriamiento pueden suministrarse a partes seleccionadas de la capa superficial del material de construcción en diversos patrones. Los patrones pueden ser definidos por los datos 208 de control de suministro de agente. Los patrones de los agentes 404 y 406 pueden ser independientes entre sí, lo que significa que los agentes 404 y 406 pueden no suministrarse, en cada punto del material de construcción, en una proporción fija entre los mismos.
En varios ejemplos, el controlador 210 controla el distribuidor 202 de agente de coalescencia para suministrar de forma selectiva el agente 404 de coalescencia uno o más de antes, después y durante el control del distribuidor 202 o 206 de agente de enfriamiento para suministrar de forma selectiva agente 406 de enfriamiento. En cualquiera de estos ejemplos, pueden utilizarse distintos distribuidores 202 y 206 de agente para suministrar los agentes 404 y 406 respectivos. Además, en cualquiera de estos ejemplos, únicamente puede utilizarse un único distribuidor 202 de agente, de modo que, por ejemplo, (1) algunas boquillas en un cabezal 202 de impresión puedan utilizarse para suministrar agente 404 de coalescencia, y otras boquillas en el mismo cabezal 202 de impresión pueden utilizarse para suministrar agente 406 de enfriamiento, (2) el agente 404 de coalescencia y el agente 406 de enfriamiento pueden prepararse en una mezcla o solución, de modo que al menos algunas boquillas en un cabezal 202 de impresión puedan suministrar la mezcla o solución, y/o (3) o las mismas boquillas puedan suministrar agentes 404 y 406 distintos en momentos distintos sin que los agentes 404 y 406 se mezclen.
El agente 406 de enfriamiento puede suministrarse de forma selectiva en partes de la capa 402b que la distribución 500a de temperatura indique que tiene temperaturas mayores que la temperatura de referencia. El agente 406 de enfriamiento puede tener, por ejemplo, una temperatura de aproximadamente 20 a aproximadamente 60 grados Celsius, o aproximadamente temperatura ambiente, o de aproximadamente 50 grados Celsius, antes del suministro. En algunos ejemplos, la temperatura puede estar por encima de la temperatura ambiente en el intervalo anterior, por ejemplo, entre aproximadamente 40 y aproximadamente 60 grados Celsius, por ejemplo, porque el proceso de eyección del agente 406 de enfriamiento puede causar cierto grado de calentamiento respecto a la temperatura ambiente. El agente 406 de enfriamiento puede reducir la temperatura del material de construcción en las partes donde se suministra. Por ejemplo, puede suministrarse de forma selectiva una cantidad y localización del agente 406 de enfriamiento para la transición a la distribución 500a de temperatura a una distribución de temperatura objetivo predeterminada, por ejemplo, de forma que las regiones 506 de la Fig. 6a puedan enfriarse para alcanzar la misma temperatura de la región 502. Esto puede dar lugar a la distribución 500b de temperatura objetivo de temperatura uniforme o sustancialmente uniforme de la Fig. 6b que tiene la región 502 uniforme o sustancialmente uniforme. En otros ejemplos, la distribución de temperatura objetivo puede ser sin embargo una distribución de temperatura no uniforme que puede lograr igualmente una reducción adecuada de deformaciones.
Si el agente de enfriamiento 406 se suministra a partes del material de construcción donde no se suministra el agente 404 de coalescencia, puede evitarse que el material de enfriamiento sobre el que se ha suministrado el agente 406 de enfriamiento alcance temperaturas en, o por encima del, punto de fusión del material de construcción. En algunos ejemplos, para ayudar a reducir los efectos del sangrado lateral de coalescencia cuando se aplica energía en el bloque 312, el agente 406 de enfriamiento puede suministrarse en regiones que sean (1) de alta temperatura y (2) adyacentes a donde se suministra el agente 404 de coalescencia. Esto se puede utilizar, por ejemplo, para mejorar la definición o precisión de los bordes o superficies del objeto, y/o para reducir la rugosidad superficial. Por lo tanto, el agente 406 de enfriamiento puede servir para reducir el grado de coalescencia de una parte de material de construcción sobre el que se ha suministrado, o ha penetrado, el agente 406 de enfriamiento.
Si el agente 406 de enfriamiento se suministra a partes del material de construcción donde se suministra agente 404 de coalescencia, el agente 406 de enfriamiento puede no estar necesariamente previsto para evitar la fusión, sino que puede reducir la acumulación no deseada de calor en el material de construcción.
En algunos ejemplos, el agente 406 de enfriamiento tiene un punto de ebullición menor que el punto de fusión del material de construcción, e inferior a la temperatura del material de construcción en el momento del suministro del agente 406 de enfriamiento. Por ejemplo, el agente 406 de enfriamiento puede ser agua con un punto de ebullición de 100 grados Celsius, y la temperatura del material de construcción puede ser de aproximadamente 160 grados Celsius. Por lo tanto, tras el suministro, el agente 406 de enfriamiento puede absorber calor de las partes del material de construcción sobre las que se suministra el agente 406 de enfriamiento, haciendo que el agente 406 de enfriamiento supere su punto de ebullición y se evapore. Esto puede hacer que se reduzca la temperatura en partes del material de construcción.
En algunos ejemplos, el agente 406 de enfriamiento tiene un punto de ebullición mayor que la temperatura actual del material de construcción. Por ejemplo, el material de construcción puede haberse sometido a un precalentamiento insuficiente, de modo que su temperatura actual esté por debajo del punto de ebullición del agente 406 de enfriamiento. Por lo tanto, el agente 406 de enfriamiento puede evaporarse absorbiendo energía aplicada al material de construcción en el bloque 312, lo que se explicará, enfriando de este modo el material de construcción.
En algunos ejemplos, el agente 406 de enfriamiento también puede aplicarse a propiedades mecánicas de control, tales como resistencia, por ejemplo, resistencia a la tracción, de las partes del material de construcción que va a solidificarse. Si hay un largo retardo temporal entre el suministro del agente 406 de enfriamiento y la aplicación de energía en el bloque 312, el agente 406 de enfriamiento puede no mostrar ningún efecto sobre las propiedades mecánicas, por ejemplo debido a que el agente 406 de enfriamiento pueda evaporarse demasiado rápidamente. Sin embargo, si se acorta el retardo temporal, partes del material de construcción donde se suministró el agente 404 de coalescencia junto con el agente 406 de enfriamiento pueden mostrar una mayor resistencia, por ejemplo, que partes en las que se suministró el agente 404 de coalescencia pero no se suministró agente de enfriamiento. Este efecto puede crearse debido a que gradientes térmicos más pequeños pueden dar lugar a una menor tensión mecánica en el material de construcción.
En algunos ejemplos, el agente 404 de coalescencia también puede suministrarse para elevar temperaturas, por ejemplo, si hay cualquier región de baja temperatura en la distribución 500a de temperatura, por ejemplo, si la temperatura está por debajo de la temperatura de referencia en la región 502. Se puede provocar calentamiento adicional porque la presencia de agente 404 de coalescencia en el material de construcción puede hacer que el material de construcción en regiones que tienen el agente 404 de coalescencia experimente un mayor calentamiento en respuesta a la aplicación de energía, tal como la aplicación de energía proporcionada en el bloque 312. Para lograr este efecto, puede controlarse la cantidad y densidad de agente 404 de coalescencia a suministrar.
En algunos ejemplos, puede suministrarse un agente 404 de coalescencia adicional para calentar a partes del material de construcción que ya iban a recibir el agente 404 de coalescencia para coalescencia y solidificación. En tales ejemplos, el agente 404 de coalescencia puede suministrarse a una mayor cantidad o densidad que si el suministro fue únicamente para el propósito de coalescencia.
En algunos ejemplos, el agente 404 de coalescencia puede suministrarse para calentar en regiones en las que no se desea la coalescencia y solidificación. En estos ejemplos, puede suministrarse una cantidad o densidad de agente 404 de coalescencia que esté por debajo de una cantidad umbral o densidad del agente 404 de coalescencia necesaria para provocar la coalescencia. Sin embargo, la cantidad o densidad suministrada puede ser todavía suficiente para provocar el calentamiento del material de construcción en regiones en las que se suministra el agente 404 de coalescencia
En algunos ejemplos, regular las temperaturas del material de construcción para alcanzar una distribución objetivo puede implicar combinaciones de (1) suministro, en regiones a enfriar, del agente 406 de enfriamiento y (2) el suministro, en regiones a calentar, de agente 404 de coalescencia adicional más allá de una cantidad o densidad deseada para la coalescencia.
Las Figs. 4c y 5c muestran el agente 404 de coalescencia que ha penetrado completamente de forma sustancial en la capa 402b de material de construcción, pero en otros ejemplos, el grado de penetración puede ser inferior al 100 %. El grado de penetración puede depender, por ejemplo, de la cantidad de agente suministrado, sobre la naturaleza del material de construcción, en la naturaleza del agente, etc. La Fig. 6c muestra que el material de construcción aún puede tener una distribución 500c de temperatura sustancialmente uniforme que tiene la región uniforme 502.
En 312, puede aplicarse temporalmente un nivel predeterminado de energía a la capa 402b de material de construcción. En diversos ejemplos, la energía aplicada puede ser de infrarrojos o de energía infrarroja cercana, energía de microondas, luz ultravioleta (UV), luz de halógeno, energía ultrasónica, o similares. El tiempo durante el que se aplica la energía, o el tiempo de exposición de energía, puede depender, por ejemplo, de una o más de: características de la fuente de energía; características del material de construcción; características del agente de coalescencia; y características del agente de enfriamiento. El tipo de fuente de energía utilizada puede depender de una o más de: características del material de construcción; características del agente de coalescencia; y características del agente de enfriamiento. En un ejemplo, la energía puede aplicarse durante un período de tiempo predeterminado.
La aplicación temporal de energía puede provocar que partes del material de construcción en las cuales se ha administrado o ha penetrado el agente de coalescencia se calienten por encima del punto de fusión del material de construcción y se fusionen. Por ejemplo, la temperatura de la capa 402b puede llegar a aproximadamente 220 grados Celsius. Al enfriarse, las partes que se han fusionado se vuelven sólidas y forman parte del objeto tridimensional que se genera. Como se ha explicado anteriormente, una de tales partes 408 puede haberse generado en una iteración previa. El calor absorbido durante la aplicación de energía puede propagarse a la parte 408 solidificada previamente para hacer que parte de la parte 408 se caliente por encima de su punto de fusión. Este efecto ayuda a crear una parte 410 que tiene una fuerte unión entre capas adyacentes de material de construcción solidificado, como se muestra en la Fig. 2g.
Adicionalmente, si el agente 406 de enfriamiento suministrado debe evaporarse antes de la aplicación de energía, por ejemplo, si ha habido un precalentamiento insuficiente o ningún precalentamiento, el agente 406 de enfriamiento puede evaporarse absorbiendo la energía aplicada para enfriar el material de construcción. Esto puede deberse a que la energía aplicada puede elevar la temperatura de la capa 402b hasta por encima del punto de ebullición del agente 406 de enfriamiento.
La energía absorbida por el material de construcción en el cual se ha administrado o ha penetrado el agente de coalescencia también puede propagarse al material de construcción circundante y puede ser suficiente para hacer que el material de construcción circundante se caliente. Esto puede provocar, por ejemplo, el calentamiento del material de construcción más allá de su punto de fusión, o puede provocar, por ejemplo, el calentamiento del material de construcción por debajo de su punto de fusión pero a una temperatura adecuada para causar el ablandamiento y la unión del material de construcción. Esto puede dar lugar a la posterior solidificación de partes del material de construcción que no estaban previstas para solidificarse y este efecto se denomina en la presente memoria sangrado de coalescencia. Sin embargo, como se ha explicado anteriormente, el suministro del agente 406 de enfriamiento puede servir para reducir el sangrado de coalescencia.
En algunos ejemplos, la aplicación de energía puede provocar que aparezcan nuevas no uniformidades de temperatura, como se muestra en la distribución 500d de temperatura de la Fig. 6d, incluyendo las regiones 502 y 506 similares a las de la Fig. 6a. Por lo tanto, durante el tratamiento de la capa posterior, las razones más calientes 506 pueden enfriarse.
En algunos ejemplos, en vez de suministrar el agente 406 de enfriamiento antes de la aplicación de energía como se ha explicado anteriormente, el agente 406 de enfriamiento puede suministrarse después de la aplicación de energía. Debido a que la aplicación de energía ya puede haberse aplicado, la temperatura de partes de material de construcción en la que se suministró el agente 404 de coalescencia puede estar a una temperatura alta como 220 grados Celsius, que puede ser mayor que el punto de ebullición del agente 406 de enfriamiento. Por lo tanto, tras el suministro, el agente 406 de enfriamiento puede absorber calor de las partes del material de construcción sobre las que se suministra el agente 406 de enfriamiento, haciendo que el agente 406 de enfriamiento supere su punto de ebullición y se evapore. Esto puede hacer que se reduzca la temperatura en partes del material de construcción.
La combinación de la energía suministrada, el material de construcción y el agente 404 de coalescencia y el agente 406 de enfriamiento pueden seleccionarse de modo que, excluyendo los efectos de cualquier coalescencia eliminada: i) partes del material de construcción en el que no se ha administrado agente 404 de coalescencia no se fusionen cuando se aplica temporalmente energía a los mismos; ii) partes del material de construcción en las que únicamente se ha suministrado, o ha penetrado, el agente 404 de coalescencia se fusiona cuando se aplica temporalmente energía a la misma, lo hacen el coalescente; y iii) partes del material de construcción en el que solo se ha administrado o ha penetrado el agente 406 de enfriamiento no se fusionan cuando se aplica temporalmente energía al mismo.
Las partes del material de construcción en las que se han suministrado, o han penetrado, tanto el agente 404 de coalescencia como el agente 406 de enfriamiento, pueden sufrir o no coalescencia, y pueden sufrir un grado modificado de coalescencia. El grado de modificación puede depender, por ejemplo, de una cualquiera o más de las proporciones del agente de coalescencia y del agente de enfriamiento en cualquier parte de material de construcción; los patrones en los que se proporciona el agente de coalescencia y/o el agente de enfriamiento al material de construcción; las propiedades químicas del agente de coalescencia, agente de enfriamiento y/o material de construcción, la interacción química entre el material de construcción y los agentes; las interacciones entre el material de construcción y los agentes mientras se aplica energía. En algunos ejemplos, el grado de modificación puede depender del orden en que el agente de coalescencia y el agente de enfriamiento se administran al material de construcción. En algunos ejemplos, el grado de modificación puede depender del momento en que se suministran el agente de coalescencia y el agente de enfriamiento al material de construcción.
Después de que se haya procesado una capa de material de construcción como se ha descrito anteriormente, se proporciona una nueva capa de material de construcción encima de la capa previamente procesada de material de construcción. De esta manera, la capa de material de construcción procesada previamente actúa como soporte para una capa posterior de material de construcción. El proceso de los bloques 304 y 306 de la Fig. 312 puede repetirse para generar un objeto tridimensional capa a capa.
Todas las características descritas en esta especificación (incluidas cualquiera de las reivindicaciones, resumen y dibujos adjuntos), y/o todas las etapas de cualquier método o proceso así descrito, pueden combinarse en cualquier combinación, excepto combinaciones donde al menos algunas de tales características y/o etapas sean mutuamente excluyentes.
En la descripción anterior, se exponen numerosos detalles para proporcionar una comprensión del tema descrito en la presente descripción. Sin embargo, las implementaciones pueden practicarse sin algunos de estos detalles. Otras implementaciones pueden incluir modificaciones y variaciones de los detalles discutidos anteriormente. Se pretende que las reivindicaciones anexas cubran dichas modificaciones y variaciones.

Claims (14)

REIVINDICACIONES
1. Un aparato para generar un objeto tridimensional, comprendiendo el aparato:
una fuente (226) de energía para aplicar energía a una capa de material de construcción para hacer que una primera parte de la capa se fusione y solidifique; y
un distribuidor (202, 206) de agente para administrar de forma selectiva un agente (406) de enfriamiento sobre una segunda parte de una capa de material de construcción; y un controlador (210) para:
controlar la fuente (226) de energía para aplicar energía a la capa para hacer que la primera parte se fusione y solidifique en un primer patrón; y
determinar una distribución de temperaturas del material de construcción; y,
controlar el distribuidor (202, 206) de agente para suministrar de forma selectiva el agente (406) de enfriamiento sobre la segunda parte de la capa en un segundo patrón basándose en la distribución de temperaturas, siendo el primer y segundo patrones independientes entre sí.
2. El aparato de la reivindicación 1 que comprende además un sensor de temperatura para obtener una retroalimentación de temperatura que representa una distribución de temperatura medida desde la capa de material de construcción antes de suministrar el agente (406) de enfriamiento, en donde el agente (406) de enfriamiento se suministra de forma selectiva basándose en la distribución de temperatura medida.
3. El aparato de la reivindicación 1 en donde el controlador (210) determina, antes de controlar al distribuidor (202, 206) de agente para suministrar el agente (406) de enfriamiento, una distribución de temperaturas de la capa de material de construcción basándose en un modelo de proceso térmico, en donde el controlador (210) controla al distribuidor (202, 206) de agente para suministrar de forma selectiva el agente (406) de enfriamiento basándose en la distribución de temperatura.
4. El aparato de la reivindicación 1 en donde el controlador (210) determina, basándose en una distribución de temperaturas del material de construcción antes del suministro selectivo del agente (406) de enfriamiento, una cantidad y localización del agente (406) de enfriamiento para un suministro selectivo para lograr una distribución de temperaturas objetivo.
5. El aparato según la reivindicación 1 que comprende además
un segundo distribuidor (202, 206) de agente para administrar de forma selectiva el agente (404) de coalescencia sobre la primera parte de la capa,
en donde el controlador (210) controla el segundo distribuidor (202, 206) de agente para suministrar de forma selectiva el agente (404) de coalescencia sobre la primera parte de la capa para hacer que la primera parte se fusione cuando se aplica la energía.
6. El aparato de la reivindicación 5 en donde
el segundo distribuidor (202, 206) de agente suministra de forma selectiva un agente (404) de coalescencia adicional sobre una tercera parte de la capa,
en donde el controlador (210) controla al distribuidor (202, 206) de agente o al segundo distribuidor (202, 206) de agente para suministrar de forma selectiva el agente (404) de coalescencia sobre la tercera parte de la capa para hacer que la tercera parte se caliente cuando se aplica la energía sin causar la coalescencia de la tercera parte debido a una combinación del agente (404) de coalescencia adicional y el material de construcción.
7. El aparato según la reivindicación 1 en donde el agente (406) de enfriamiento comprende agua.
8. El aparato de la reivindicación 1 en donde el controlador (210) controla al distribuidor (202, 206) de agente para suministrar de forma selectiva el agente (406) de enfriamiento antes de controlar la fuente (226) de energía para aplicar la energía.
9. El aparato de la reivindicación 1 en donde el controlador (210) controla al distribuidor (202, 206) de agente para suministrar de forma selectiva el agente (406) de enfriamiento después de controlar la fuente (226) de energía para aplicar la energía.
10. Un método para generar un objeto tridimensional, comprendiendo el método:
aplicar, mediante una fuente (226) de energía, energía a una capa de material de construcción para hacer que una primera parte de la capa se fusione y solidifique en un primer patrón; y
determinar una distribución de temperaturas del material de construcción; y,
suministrar de forma selectiva, mediante un distribuidor (202, 206) de agente, un agente (406) de enfriamiento sobre una segunda parte de la capa del material de construcción para reducir una temperatura de la segunda parte en un segundo patrón basándose en la distribución de temperatura, siendo el primer y segundo patrones independientes entre sí.
11. El método de la reivindicación 10 en donde el segundo patrón se deriva de datos que representan una distribución de temperaturas medida de la capa o que representa una distribución de temperaturas predicha por un modelo de proceso térmico.
12. El método de la reivindicación 11 que comprende además obtener retroalimentación de temperatura que representa la distribución de temperaturas medida desde la capa de material de construcción antes de suministrar el agente (406) de enfriamiento.
13. El método de la reivindicación 11 que comprende además determinar, antes de suministrar el agente (406) de enfriamiento, una distribución de temperaturas de la capa de material de construcción basándose en la distribución de temperaturas predicha por el modelo de proceso térmico.
14. El método de la reivindicación 10 que comprende además suministrar de forma selectiva el agente (404) de coalescencia a la primera parte del material de construcción para hacer que la primera parte se fusione cuando se aplica la energía.
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