ES2973771T3 - Dispositivo y procedimiento con control de procedimiento acelerado para procedimientos de impresión 3D - Google Patents

Abstract

La invención se refiere a un dispositivo y método para métodos de impresión 3D, con una ejecución acelerada del método. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Dispositivo y procedimiento con control de procedimiento acelerado para procedimientos de impresión 3D [0001] La invención se refiere a un procedimiento y un dispositivo para hacer modelos tridimensionales con una velocidad más elevada del proceso.

[0002] En la patente europea EP 0431 924 B1 se describe un procedimiento para hacer objetos tridimensionales a partir de datos de ordenador. A este respecto se aplica un material particulado en una capa fina en una plataforma y se imprime en esta selectivamente mediante un cabezal de impresión con un material aglutinante. La zona particulado impresa con el aglutinante se aglutina y se solidifica bajo la influencia del aglutinante y dado el caso un endurecedor adicional. A continuación, la plataforma se baja lo que corresponde al espesor de una capa en un cilindro para hacer la construcción y es provista de una capa nueva de material particulado, en la que también se imprime de la forma anteriormente descrita. Estas etapas se repiten hasta que se haya alcanzado una altura determinada deseada del objeto. Así se obtiene un objeto tridimensional a partir de las zonas impresas y solidificadas.

[0003] Este objeto hecho de material particulado solidificada queda empotrado tras su acabado en material particulado suelto y a continuación se libera del mismo. Esto se realiza por ejemplo mediante un aspirador. A continuación se obtienen los objetos deseados, que se liberan de adherencias de polvo, por ejemplo mediante un cepillado manual. Copia de confirmación

[0004] La impresión 3D basada en materiales en polvo y la alimentación de aglutinantes líquidos es el procedimiento más rápido entre las técnicas de construcción por capas.

[0005] Con este procedimiento pueden procesarse diferentes materiales particulados, entre ellas se encuentran materias primas biológicas naturales, plásticos polímeros, metales, cerámicas y arenas, sin que sea una lista exhaustiva.

[0006] El procedimiento de impresión oblicua descrito en el documento DE 10 2010 015 451 se describe como procedimiento especialmente económico. En este documento, el material particulado se construye en forma de una "torta de polvo" en una cinta transportadora. Se crea una zona de imprimir y una zona de desempaquetar. El dispositivo trabaja de forma continua y no se produce ninguna interrupción por procesos de desempaquetar.

[0007] Otro procedimiento, así como otro dispositivo para hacer modelos tridimensionales se conocen por el documento US 2001/050448 A1.

[0008] Los procedimientos de fabricación aditiva ya no se usan exclusivamente para la construcción de prototipos. Por el contrario, los números de piezas límite a partir de los cuales los métodos de fabricación convencionales, basados en herramientas son más económicos son cada vez más elevados.

[0009] A pesar de ello, hasta ahora la fabricación aditiva no empieza a ser interesante para una producción en serie en el ámbito de series pequeñas de hasta aproximadamente 10000 piezas idénticas. Un factor de coste importante son los tiempos de producción en las máquinas de impresión 3D, que también se denominan volumen de impresión. Las máquinas de impresión 3D hasta ahora conocidas y disponibles en el mercado presentan un volumen de impresión demasiado bajo para la fabricación de series grandes para poder competir en cuanto a la rentabilidad con otras tecnologías y procedimientos de fabricación conocidos.

[0010] Si bien las máquinas de impresión 3D y procedimientos conocidos por el estado de la técnica han mejorado mucho a lo largo de los años con respecto a los materiales que pueden usarse y las características de calidad, pero hasta ahora no se han podido encontrar soluciones satisfactorias para aumentar el volumen de impresión manteniendo un estándar de calidad constante. Tampoco las propuestas que se han hecho hasta ahora para aumentar la velocidad del procedimiento han podido cumplir las exigencias de una producción en series más grandes hasta una fabricación a gran escala, puesto que deben coordinarse y adaptarse entre sí muchos parámetros diferentes, lo cual ha resultado ser difícil. Si bien se está trabajando desde hace varias décadas con procedimientos de impresión 3D, hasta ahora no se ha podido resolver este problema.

[0011] Por lo tanto, hace ya bastante tiempo que existe la necesidad de disponer de un procedimiento de impresión 3D y máquinas de impresión correspondientes para poder aprovechar las ventajas de la impresión 3D, cumpliéndose al mismo tiempo las exigencias de volumen y calidad de series más grandes.

[0012] Un objetivo en el que se basa la presente solicitud era proporcionar con la misma un procedimiento y un dispositivo con los que puede aumentarse significantemente el rendimiento productivo de las impresoras 3D basadas en lecho de polvo y de los procedimientos de impresión 3D.

[0013] Otro objetivo era conseguir un aumento del volumen de las máquinas y de los procedimientos de impresión 3D, manteniéndose al mismo tiempo un alto estándar de calidad.

[0014] Finalmente, un objetivo era atenuar las desventajas del estado de la técnica o eliminarlas esencialmente o superarlas del todo.

[0015] Por el estado de la técnica se conocen algunos intentos de resolver los problemas arriba representados, aunque hasta ahora no han podido ofrecer una solución realmente satisfactoria.

[0016] En comparación con los procedimientos que compiten con este, como por ejemplo el sinterizado selectivo por láser o el procedimiento FDM, la impresión 3D basada en lecho de polvo es mejor en cuanto a la velocidad. Esto se debe por un lado a la técnica de recubrimiento, con la que se aplica una parte esencial de la masa del elemento de construcción rápidamente como polvo. En segundo lugar se debe al uso de cabezales de impresión de chorro de tinta con miles de boquillas que pueden controlarse individualmente.

[0017] Un enfoque para una aceleración del sistema es aumentar las velocidades de desplazamiento de los diferentes componentes. En el caso del recubridor, esto significa aumentar la capacidad productiva mediante el sistema. No obstante, proceder de esta forma está limitado por ciertas propiedades del material particulado. Si se aumenta la velocidad más allá de una medida determinada, el recubridor deteriora las capas dispuestas por debajo.

[0018] El mismo enfoque se sigue al aumentarse la velocidad de impresión. Aunque también para ello hay factores limitantes. Por ejemplo no son habituales velocidades muy por encima de 0,5 m/s en los cabezales de impresión de chorro de tinta piezoeléctricos, porque la nitidez de contornos de la imagen de impresión empeora significantemente.

[0019] El tamaño del cabezal de impresión también es un factor que influye sensiblemente en la velocidad del sistema. En caso de un cabezal de impresión pequeño en relación con el campo de construcción, este puede ser guiado en forma de meandros por el campo de construcción para cubrir todas las zonas. Esto significa por regla general un tiempo de aplicación de capa considerable. Al duplicarse la anchura de impresión, según la estructura del sistema el tiempo de impresión puede reducirse casi a la mitad. Según el estado de la técnica son bastantes habituales unos cabezales de impresión que pueden imprimir en todo el campo de construcción en un desplazamiento en línea recta.

[0020] No obstante, el volumen de impresión que puede conseguirse de esta manera sigue siendo insuficiente para una auténtica producción en serie.

[0021] A continuación, algunos términos de la invención se explicarán más detalladamente.

[0022] En el sentido de la invención, los "procedimientos de impresión 3D" son todos los procedimientos conocidos por el estado de la técnica, que permitan construir elementos de construcción en formas tridimensionales y que sean compatibles con los componentes del procedimiento y con los dispositivos descritos. En particular, son procedimientos basados en polvo, como por ejemplo SLS, sinterizado selectivo por láser (en inglés: Selective Laser Sintering).

[0023] La "aplicación selectiva de aglutinante" o la "aplicación selectiva de un sistema aglutinante" o la "aplicación selectiva de líquido aglutinante" puede realizarse en el sentido de la invención durante cada aplicación de material particulado o, según los requisitos del cuerpo moldeado, y para la optimización de la fabricación del cuerpo moldeado también de forma irregular, es decir, no de forma lineal y paralela después de cada aplicación de material particulado. Por lo tanto, la “aplicación selectiva de aglutinante" o la "aplicación selectiva de un sistema aglutinante" puede ajustarse de forma individual y en el transcurso de la fabricación del cuerpo moldeado.

[0024] El "cuerpo moldeado" o "elemento de construcción" o "la pieza moldeada 3D" o el "modelo" en el sentido de la invención son objetos tridimensionales fabricados mediante el procedimiento según la invención y/o el dispositivo según la invención que presentan una estabilidad de forma.

[0025] Como "dispositivo" para realizar el procedimiento según la invención puede usarse cualquier dispositivo de impresión 3D conocido que contenga los elementos de construcción necesarios. Los componentes habituales comprenden recubridores, el campo de construcción, medios para desplazar el campo de construcción u otros elementos de construcción, un dispositivo de dosificación y medios de calor y otros elementos de construcción conocidos para el experto, que por este motivo no se describen detalladamente en este documento.

[0026] Como "materiales particulados" pueden usarse todos los materiales conocidos para la impresión 3D basados en polvo, en particular arenas, polvos cerámicos, polvos metálicos, plásticos, partículas de madera, materiales de fibras, celulosas y/o polvo de lactosa. El material particulado es preferentemente un polvo seco de flujo libre, aunque también puede usarse un polvo cohesivo resistente al corte.

[0027] El "espacio constructivo" es el lugar geométrico en el que crece el lecho de material particulado durante el proceso de construcción por recubrimientos repetidos con material particulado. Generalmente, el espacio constructivo está delimitado por un fondo, la plataforma de construcción, por paredes y una superficie de cubierta abierta, el plano de construcción.

[0028] Los "medios del dispositivo" en el sentido de la invención son todos los medios contenidos en un dispositivo según la invención para realizar el procedimiento según la invención, como recubridores (recoater), cabezales de impresión, la plataforma de construcción, unidades de control, recipientes intercambiables, carriles guía, medios de accionamiento etc.

[0029] Por "unidad de proceso" en el sentido de la invención pueden entenderse combinaciones de medios del dispositivo, como por ejemplo recubridores y cabezales de impresión, que están dispuestos preferentemente juntos o de forma acoplada y que se desplazan preferentemente juntos a una velocidad y disposición o dirección igual o coordinada.

[0030] Un "recipiente de construcción" en el sentido de la invención realiza un espacio constructivo. Presenta, por lo tanto, un fondo, paredes y una superficie de acceso abierta, el plano de construcción. El recipiente de construcción presenta siempre piezas que no se mueven en relación al bastidor del dispositivo de impresión 3D. Unos recipientes de construcción intercambiables permiten hacer funcionar la máquina casi de forma continua. Mientras se desempaquetan las piezas de un primer proceso de construcción, ya pueden imprimirse nuevas piezas en el interior de la máquina en un segundo recipiente de construcción.

[0031] En este documento, el "recubridor" se refiere a un grupo técnico en el que está almacenado material particulado, que lo puede dosificar y al mismo tiempo nivelar y alisar. Según la invención, un dispositivo de impresión 3D puede presentar varios recubridores. A este respecto, varios recubridores pueden compartir ciertas unidades funcionales. Las partes del dispositivo de este tipo también se denominan "medios de recubrimiento".

[0032] El "dispositivo de dosificación", el "cabezal de impresión" o el "cabezal de impresión de chorro de tinta" se usa en este documento como sinónimo con el término equipo de solidificación selectiva. En primer lugar, se refiere a un sistema que es capaz de aplicar con ayuda de señales de control digitales datos a modo de matriz como microgotas de un líquido aglutinante en el campo de construcción. No obstante, también unos procedimientos basados en láser pueden representar un equipo de solidificación de este tipo. Las partes del dispositivo de este tipo también se denominan "medios de impresión".

[0033] "Linehead" se refiere a un cabezal de impresión que presenta al menos toda la anchura del campo de construcción y que puede depositar correspondientemente líquido o "información" en la misma según la resolución.

[0034] "Información" es una abstracción. En el procedimiento según la invención, "información" puede significar una aglutinación local. Esta puede producirse por líquido o aplicación de energía. Se usa el término información, puesto que en una posición se modifican solo propiedades. Frecuentemente, esta propiedad es la estabilidad. Pero esto no es imprescindible.

[0035] El "plano de impresión y recubrimiento" es la abstracción del lugar del proceso de construcción que se está realizando en este momento. Puesto que desde el punto de vista constructivo, la unidad de dosificación y el recubridor se mueven en una unidad de desplazamiento con componentes comunes casi a una sola altura en el dispositivo, en esta descripción el "plano de impresión y recubrimiento " se considera dispuesto en el borde superior de una capa nuevamente aplicada.

[0036] La "plataforma de construcción" en el sentido de la invención se mueve en relación al plano de impresión y recubrimiento. Este movimiento relativo tiene lugar durante el proceso de construcción en movimientos interrumpidos en múltiplos del espesor de la capa. Define el espesor de capa propiamente dicho. En el procedimiento de impresión oblicua anteriormente descrito, la plataforma de construcción es una cinta transportadora. En este caso, el avance no es igual al espesor de capa.

[0037] Una "impresora oblicua" es un dispositivo de impresión 3D en el que se recubre e imprime en un plano inclinado con respecto a la horizontal. Debido a ello, se forma una torta de polvo que se retira capa por capa con un transportador paso a paso de la zona de impresión. La barra de material termina en este caso en una zona de desempaquetado. Aquí se retiran los elementos de construcción, mientras sigue funcionando la impresión. Esta descripción también se refiere de forma análoga al término "procedimiento de impresión oblicua".

[0038] El "desplazamiento capa por capa" en el sentido de la invención se refiere en un recipiente intercambiable o en otro plano de construcción horizontal al proceso de que el campo de construcción baja lo que corresponde a un espesor de capa o de que la o las parte(s) del dispositivo que se encuentran por encima del campo de construcción suben lo que corresponde a un espesor de capa. En el procedimiento continuo, "el desplazamiento capa por capa" se refiere al desplazamiento del material de construcción aplicado (del bloque de material de construcción en la máquina de impresión) lo que corresponde a un espesor de capa, de modo que puede aplicarse una nueva capa de material particulado, pudiendo realizarse así continuamente una aplicación de capa y una aplicación selectiva de líquido aglutinante. Esto puede realizarse en un ángulo con respecto a la plataforma de construcción.

[0039] Ahora los inventores han podido encontrar una solución que permite aumentar significantemente el volumen de impresión con un nivel de calidad satisfactorio.

[0040] Los inventores han conseguido superar las limitaciones conocidas por los enfoques para encontrar soluciones del estado de la técnica, realizándose según la invención una paralelización de los procesos de recubrimiento e impresión. Si estos procesos se realizan esencialmente de forma simultánea, es posible disponer varios recubridores y unidades de impresión unos tras otros y depositar en una pasada varias capas y solidificarlas de forma selectiva. Para ello no es necesario aumentar las velocidades de desplazamiento u otras medidas que influyan negativamente en la calidad de los productos producidos.

[0041] A continuación, se representarán formas de realización preferentes.

[0042] En un aspecto, la invención se refiere a un procedimiento para hacer modelos tridimensionales mediante la técnica de construcción de capas, aplicándose material de construcción particulado en una capa definida en un campo de construcción y depositándose de forma selectiva un líquido aglutinante en el material de construcción, realizándose un desplazamiento de una medida determinada y repitiéndose estas etapas hasta que se haya creado el objeto deseado, realizándose las etapas de la aplicación y deposición esencialmente de forma simultánea.

[0043] Gracias a este control del procedimiento según la invención se ha podido alcanzar de forma ventajosa una mayor velocidad de volumen manteniéndose una calidad aceptable de las piezas moldeadas.

[0044] Para aplicar y depositar los diferentes materiales se usan medios adecuados del dispositivo que son compatibles con los otros medios del dispositivo.

[0045] El material de construcción particulado se aplica con un recubridor y/o el líquido aglutinante se deposita con un cabezal de impresión.

[0046] En el procedimiento según la invención se disponen el recubridor y el cabezal de impresión y preferentemente el medio del dispositivo cabezal de impresión seguirá al medio del dispositivo recubridor a una distancia definida, preferentemente a una distancia de 300 mm - 1000 mm, de forma más preferente de 50 mm - 300 mm, y de manera aún más preferente le seguirá inmediatamente.

[0047] En el procedimiento según la invención, están previstos preferentemente medios de accionamiento que accionan y desplazan los medios del dispositivo con una velocidad de 0,02 m/s a 1 m/s, desplazándose los diferentes medios del dispositivo a las mismas velocidades.

[0048] El procedimiento según la invención puede realizarse de diferentes maneras con respecto al desplazamiento de los medios del dispositivo recubridor y cabezal de impresión.

[0049] Según la invención se trabaja en avance y retroceso. A este respecto, el retroceso y la marcha hacia atrás de los medios del dispositivo se realiza en marcha rápida, preferentemente a una velocidad de 0,5 m/s a 5 m/s.

[0050] Según la invención se usan varios medios del dispositivo en forma de recubridores y unidades de dosificación, con preferencia respectivamente 2 a 20, de forma más preferente 4 a 15, por lo que pueden construirse varias capas en una pasada.

[0051] Preferentemente, varios medios del dispositivo forman varias capas en una pasada, tanto en avance como en retroceso.

[0052] El procedimiento según la invención construye preferentemente con varios medios del dispositivo o varias unidades del proceso varias capas en una unidad transportadora que trabaja de forma continua.

[0053] El procedimiento según la invención como procedimiento base puede estar realizado como un procedimiento de impresión oblicua, un procedimiento por lotes y/o un procedimiento continuo.

[0054] Además, un aspecto de la invención es un dispositivo para hacer modelos tridimensionales mediante una técnica de construcción por capas, que presenta al menos dos, preferentemente 3 - 20 medios de impresión y al menos dos, preferentemente 2 - 20 medios de recubrimiento.

[0055] Estos aspectos del dispositivo también pueden estar realizados de forma combinada.

[0056] El medio de impresión puede estar configurado en cualquier forma adecuada y se adapta a los otros medios del dispositivo. Preferentemente está realizado como linehead. Preferentemente, el/los medio(s) de impresión y el/los medio(s) de recubrimiento se desplazan a una velocidad de 0,02 m/s a 1 m/s.

[0057] En un dispositivo según la invención, los medios de impresión y los medios de recubrimiento están dispuestos de tal manera que trabajan tanto en avance como en retroceso. A este respecto, el/los medio(s) de impresión y el/los medio(s) de recubrimiento son ajustables en diferentes planos, preferentemente en su altura, preferentemente en el eje Z.

[0058] En el dispositivo según la invención, el/los medio(s) de impresión y el/los medio(s) de recubrimiento están dispuestos de forma desplazada, estando dispuestos preferentemente de tal modo que pueden aplicar y depositar varias capas una encima de la otra.

[0059] El dispositivo según la invención puede estar realizado como impresora oblicua, impresora por lotes o impresora que trabaja de forma continua. Además, puede presentar una unidad transportadora que trabaja de forma continua. Preferentemente, el dispositivo según la invención está realizado como impresora oblicua y/o los medios del dispositivo están dispuestos en un carrusel vertical o a modo de rueda.

[0060] A continuación están representadas otras formas de realización.

[0061] Generalmente se usa un sistema para la construcción capa por capa de modelos con una técnica de impresión de chorro de tinta. A este respecto, la secuencia según el estado de la técnica está estructurada de la siguiente manera: se aplica y nivela una capa de polvo en una plataforma de construcción. A continuación, se imprime un fluido en la capa según los datos de las capas del modelo 3D. Los puntos impresos modifican a este respecto una o varias propiedades (estabilidad, solubilidad en agua, etc.). En muchos casos, el material se solidifica por un componente compuesto en el aglutinante líquido (por ejemplo un adhesivo). También son habituales aglutinantes como componentes del polvo. Después del proceso de impresión se baja la plataforma de construcción y el proceso vuelve a empezar de nuevo.

[0062] Estas etapas se repiten hasta que el elemento de construcción se presente completo en la torta de polvo que también se ha construido.

[0063] El procedimiento según la invención se distingue de ello porque mientras se aplica la capa de material particulado se imprime simultáneamente ya en la capa que se está formando. A este respecto, naturalmente existen fases en las que solo se recubre y solo se imprime. No obstante, según la invención siempre hay una fase de acción simultánea.

[0064] Este modo de proceder debe adaptarse a la tecnología de recubrimiento usada. Si se aplican por ejemplo vibraciones, lo que se hace en muchos casos en dispositivos según el estado de la técnica, debe impedirse mediante medidas constructivas que estas se transmitan al cabezal de impresión.

[0065] Esta paralelización hace que el tiempo invertido para el proceso de impresión, por así decirlo, es absorbido por el tiempo invertido para el proceso de recubrimiento.

[0066] Un dispositivo según la invención que permite usar esta paralelización presenta ventajosamente un llamado linehead. Este es capaz de imprimir en una pasada en todo el campo de construcción. Por lo tanto, el cabezal de impresión puede ir directamente detrás del recubridor y acabar la capa. A diferencia de los dispositivos del estado de la técnica, el retroceso se realiza en vacío, es decir, sin recubrir o imprimir. Durante el mismo pueden usarse velocidades de desplazamiento máximas.

[0067] Además, para poder aprovechar mejor la aceleración del proceso que puede conseguirse, puede montarse un segundo recubridor. En este dispositivo, el cabezal de impresión está, por así decirlo, envuelto por dos recubridores. Gracias a ello puede tener lugar un recubrimiento con impresión simultánea tanto en el avance como en el retroceso del dispositivo.

[0068] Los tiempos de deposición de capa de un dispositivo de este tipo, en la mayoría de los casos solo están limitados por la velocidad de recubrimiento en dirección hacia tiempos cortos. A este respecto pueden alcanzarse según el sistema del material por ejemplo hasta 0,333 m/s. Para un metro de campo de construcción resultaría una velocidad de construcción de 1 capa / 3 s. Con un espesor de capa de 300 mm y una anchura de recubrimiento de 1 m, resulta un volumen de impresión de aproximadamente 0,1 l/s. Esto corresponde a 360 l/h. En los dispositivos del estado de la técnica, para una capa de este tamaño son habituales aproximadamente 40 s. Por lo tanto, el volumen de impresión es 10 veces menor.

[0069] La mayor ventaja de la paralelización del recubrimiento y de la impresión está en la posibilidad de escalonar las unidades de impresión y recubrimiento. El dispositivo anteriormente descrito con 2 recubridores y 1 cabezal de impresión también puede estar realizado con 4 recubridores y 3 cabezales de impresión. A este respecto, los recubridores y los cabezales de impresión están desplazados en altura y construyen como un grupo respectivamente una capa.

[0070] Una impresora de este tipo deposita dos capas en una pasada. Gracias a ello, según el cálculo anteriormente indicado el tiempo de deposición de capa se reduce a 1,5 segundos. El volumen de impresión aumenta a 720 l/h.

[0071] En principio no está limitado el número de unidades. Así, una impresora también puede estar equipada con más de 8 recubridores y 7 cabezales de impresión. El tiempo de deposición de capa se reduce ahora a menos de 1 s. El volumen de impresión es superior a 1 m3/h.

[0072] Al usarse un número muy elevado de cabezales de impresión y unidades de recubrimiento, también puede crearse un aparato de impresión que trabaja de forma continua. Este aparato ya no llenaría un recipiente de construcción sino que trabajaría en una cinta transportadora. El principio de producción sería similar al que se describe en el documento DE 102010015451. En caso de un dispositivo con una anchura de 1 m y aproximadamente 1500 recubridores y unidades de impresión, el volumen de impresión sería de 540000 l/h.

[0073] Un dispositivo de este tipo podría competir sin problemas con procedimientos de fabricación convencionales en cuanto a los tiempos de ciclo.

[0074] Los costes de inversión elevados de un dispositivo de este tipo pueden reducirse a su vez gracias al uso de unidades de desplazamiento para las unidades del proceso. A este respecto, las unidades del proceso son guiadas sin fin y el mantenimiento puede realizarse en el exterior de la zona en la que se forman las capas. Para una disposición de este tipo es adecuada una transmisión por cadena o una rueda equipada con las unidades del proceso.

[0075] Breve descripción de las figuras que representan formas de realización preferentes.

La figura 1: Representación esquemática de los componentes de una impresora 3D basada en polvo como proyección oblicua en corte.

La figura 2: Esquema de la secuencia de un proceso de impresión 3D convencional.

La figura 3: Ilustración de un proceso de impresión con recubrimiento e impresión que tiene lugar en paralelo, no realizado según la invención.

La figura 4: Dispositivo al imprimir en avance y en retroceso, no realizado según la invención.

La figura 5: Dispositivo con recubridores y cabezales de impresión escalonados según la invención.

La figura 6: Dispositivo con 7 cabezales de impresión y 8 recubridores según la invención.

La figura 7: Dispositivo con unidades desplazables, no realizado según la invención.

La figura 8: Dispositivo que trabaja en una cinta transportadora, no realizado según la invención.

La figura 9: Dispositivo no realizado según la invención.

La figura 10: Dispositivo no realizado según la invención.

Ejemplos de realización

[0076] En la reivindicación 1 está definido un procedimiento según la invención y en la reivindicación 7 un dispositivo según la invención.

[0077] Un dispositivo según el estado de la técnica presenta un recubridor de polvo (101) (figura 2). Con este se deposita y alisa material particulado en una plataforma de construcción (102) (figura 3(a)). El material particulado depositado puede estar hecho de los materiales más diversos. Pueden usarse por ejemplo arenas, polvos cerámicos, polvos metálicos, plásticos, partículas de madera, material de fibras, celulosas, polvo de lactosa etc. Las propiedades de flujo de estos materiales pueden ser muy diferentes. Diferentes técnicas de recubrimiento permiten la formación de capas de polvos secos de flujo libre, de polvo cohesivo resistente al corte hasta dispersiones basadas en líquidos. La altura de las capas de polvo (107) es determinada por la plataforma de construcción (102). Esta se baja después de depositar una capa. En el siguiente proceso de recubrimiento, se llena el volumen generado y se alisa lo que sobresale.

[0078] Después de un proceso de recubrimiento, se imprime mediante un cabezal de impresión de chorro de tinta (100) un líquido en la capa (figura 2(b)). La imagen de impresión corresponde al corte del elemento de construcción a la altura de construcción actual del dispositivo. El líquido incide en el material particulado y se difunde lentamente en este.

[0079] A continuación, la capa puede calentarse opcionalmente (figura 2(c)). Para ello puede guiarse por ejemplo un radiador infrarrojo (200) por encima del campo de construcción. Este puede estar acoplado con el eje del sistema de recubrimiento. Durante el calentamiento se evapora una parte del aglutinante líquido. En caso de líquidos inflamables, el material que se evapora se aspira inmediatamente.

[0080] A continuación de este proceso de calentamiento opcional, la plataforma de construcción (102) se baja lo que corresponde a la altura de la capa proporcionada. Las etapas formación de capa, impresión, calentamiento y bajada se repiten ahora hasta que el elemento de construcción (10) deseado esté completamente hecho.

[0081] La figura 3 muestra la idea esencial de un procedimiento según la invención. El cabezal de impresión (100) sigue directamente al recubridor (101). Dicho cabezal de impresión solidifica el elemento de construcción que se está formando como en un dispositivo del estado de la técnica.

[0082] Un dispositivo según la invención tiene en cuenta el hecho de que el recubridor puede transmitir vibraciones al cabezal de impresión. Para ello están previstas medidas constructivas, que o bien reducen las vibraciones o evitan su propagación por los componentes de la máquina.

[0083] En esta forma de realización, el retroceso se realiza en marcha rápida. A este respecto pueden conseguirse velocidades esencialmente más elevadas que en el proceso de recubrimiento. Si en el proceso de recubrimiento son como máximo 0,3 m/s, en el retroceso es posible un desplazamiento con más de 1 m/s con componentes del estado de la técnica.

[0084] Puesto que en suma el tiempo de deposición de capa está formado por el tiempo para el desplazamiento del recubridor y el tiempo para el retroceso, el tiempo de deposición de capa se reduce claramente. La diferencia es el tiempo para un desplazamiento de impresión menos el tiempo para el retroceso.

[0085] Según la invención en este sentido son preferentes unos dispositivos que además reducen los tiempos improductivos. Esto son por un lado procesos de relleno para material particulado y fluido. Estos se alimentan a las unidades mediante tubos flexibles, tubos o un sistema de acanaladuras. De esta manera pueden sustituirse los materiales que falten durante el proceso en curso.

[0086] También ha de adaptarse la limpieza del cabezal de impresión. Para tener en cuenta el aumento del rendimiento gracias a la invención, este debería permitir una limpieza en una pasada en dirección al campo de construcción.

[0087] Después de haberse realizado el proceso de impresión y recubrimiento se baja la plataforma de construcción lo que corresponde a un espesor de capa y el proceso comienza de nuevo. La invención también puede estar realizada como llamada impresora oblicua. En este caso se recubre e imprime en un plano inclinado con respecto a la horizontal, como está descrito en el documento DE 102010015451. También en este caso puede realizarse una paralelización. La bajada lo que corresponde a un espesor de capa ha de realizarse en este caso como un desplazamiento de la cinta transportadora.

[0088] En el sentido de la velocidad del proceso, el retroceso representa un lapso de tiempo no aprovechado. Por lo tanto, el dispositivo según la invención se amplía con una unidad de recubrimiento.

[0089] Los recubridores están dispuestos ahora delante y detrás del cabezal de impresión. Antes del retroceso, la plataforma de construcción se baja lo que corresponde a un espesor de capa. También después de haberse realizado el desplazamiento antes del avance.

[0090] Con este dispositivo se recubre e imprime simultáneamente en el avance y en el retroceso.

[0091] La consecuencia es otra reducción del tiempo por capa. En este sentido ya solo ha de fijarse el tiempo para una pasada a la velocidad de recubrimiento.

[0092] En el sentido de la invención, las unidades cabezal de impresión (100) y recubridor (101) se han reunido para formar una unidad del proceso.

[0093] Como muestra la figura 5, las unidades del proceso están dispuestas de forma desplazada lo que corresponde a un espesor de capa. De esta manera es posible construir en una pasada simultáneamente dos capas. Esto es posible en el avance y en el retroceso. El tiempo de deposición de capa se reduce a la mitad por unidad del proceso para el avance y el retroceso.

[0094] En el borde del recipiente de construcción se presenta una particularidad en comparación con las impresoras del estado de la técnica. En este punto se depositan capas que en el retroceso están dispuestas a mayor altura que el cabezal de impresión más bajo. Por lo tanto, la disposición debe estar configurada siempre de tal modo que delante del cabezal de impresión más bajo está dispuesto un recubridor que puede mantener el material particulado alejado del cabezal de impresión, desplazando el polvo a una caja dispuesta más en el exterior.

[0095] Un dispositivo de este tipo puede ampliarse casi a libre elección. La figura 6 muestra una disposición de 4 unidades de proceso para el avance y el retroceso. Este dispositivo está formado por 7 cabezales de impresión y 8 recubridores.

[0096] La relación entre el número de capas n por desplazamiento y de recubridores b o de cabezales de impresión d es la siguiente:

d = n*2 -1

b = n-2.

[0097] Esta relación muestra que para un dispositivo de este tipo son necesarias altas inversiones. Hay componentes caros que se quedan sin usar en una pasada. Así, los cabezales de impresión (100) y los recubridores (101) contados desde el centro en la dirección de marcha no trabajan. El tiempo de uso está situado por consiguiente alrededor del 50%.

[0098] Puede tenerse en cuenta esta circunstancia, realizándose de forma desplazable los distintos componentes -recubridores (101) y cabezales de impresión (100). A este respecto basta con definir dos capas límite para cada elemento. Un dispositivo de desplazamiento de este tipo puede estar realizado de forma económica en comparación con el uso de recubridores (101) y cabezales de impresión (100) no completamente aprovechados. Como otro efecto se reduce la anchura del sistema del proceso y el dispositivo puede montarse en conjunto de manera que ocupa menos espacio.

[0099] El uso de un número muy elevado de unidades de proceso (100, 101) permite otra configuración de la invención (figura 8). Si se disponen tantas unidades como lo predetermina la altura necesaria del espacio constructivo, puede imprimirse de forma similar al principio anteriormente descrito de la impresora oblicua en una cinta transportadora (800).

[0100] En este principio ya no hay tiempo improductivo. El volumen de impresión VPunkt puede calcularse fácilmente con ayuda de la velocidad de desplazamiento v, la anchura de impresión b y la altura del espacio constructivo h:

VPunkt = b'h'V

[0101] En un dispositivo de este tipo, el sistema del proceso formado por las unidades del proceso debe girarse alejándose de la cinta transportadora (800) para realizar el mantenimiento. Mientras tanto puede girarse hacia dentro un segundo sistema del proceso, para que no se produzca una parada significante.

[0102] Como ya se ha descrito anteriormente, este problema y los costes de inversión elevados no pueden atenuarse según la invención mediante la disposición de unidades del proceso en un sistema sin fin (figura 9). A este respecto se usa como base el principio de la impresión oblicua, pudiendo servir como base también dispositivos convencionales. A diferencia de las descripciones anteriormente expuestas, el principio que trabaja de forma paralela no se realiza mediante unidades del proceso que se desplazan en avance y en retroceso. Después del avance de una unidad, esta se levanta hacia arriba y se hace retroceder por encima de la zona de la formación de capa. En esta zona pueden estar fijadas estaciones de limpieza de cabezales de impresión y recubridores. El accionamiento (900) puede estar realizado en forma de una cadena o una correa. En la zona de la formación de capa se usan guías de precisión.

[0103] El espesor de capa en este dispositivo puede ajustarse por separado para cada unidad del proceso. Por lo tanto, todas las unidades pueden desplazarse en paralelo al ángulo de construcción del dispositivo.

[0104] Además, las unidades del proceso pueden disponerse en una rueda (1000), de forma no realizada según la invención. En este sentido, las unidades pueden realizar un giro relativo al girar la rueda. En este caso, siempre están dispuestas verticalmente en el espacio. También es posible una unión rígida. En este sentido han de usarse, no obstante, unidades del proceso con tolerancia de la posición. Es decir, los cabezales de impresión deben funcionar en cualquier posición en el espacio y los recubridores de polvo deben estar llenos de material particulado al menos en la zona en la que se genera la capa. En comparación con la disposición con una cadena, estos dispositivos pueden estar realizados de forma más sencilla. Para tener en cuenta el ángulo de talud del material particulado, por regla general la rueda tiene que estar realizada con dimensiones grandes.

Lista de referencias

[0105]

100 Cabezal de impresión

101 Recubridor

102 Plataforma de construcción

103 Elemento de construcción

104 Recipiente de construcción

105 Trayectoria del cabezal de impresión

106 Trayectoria del recubridor

107 Capas de polvo

108 Dirección del movimiento de la plataforma de construcción

109 Gotas dosificadas

110 Rodillo de polvo

111 Borde del campo de construcción

112 Rendija del recubridor

113 Reserva del recubridor

200 Radiador infrarrojo

800 Cinta transportadora

900 Unidad de desplazamiento sin fin

1000 Rueda con unidades del proceso

Claims (15)

REIVINDICACIONES

1. Procedimiento para hacer objetos tridimensionales mediante una técnica de construcción por capas, aplicándose material particulado en una capa definida en un campo de construcción y depositándose selectivamente un líquido aglutinante en el material de construcción, realizándose un desplazamiento de una medida determinada y repitiéndose estas etapas hasta que se haya creado el objeto deseado, realizándose las etapas de la aplicación y deposición esencialmente de forma simultánea y

aplicándose el material de construcción con un recubridor (101) y depositándose el líquido aglutinante con un cabezal de impresión (100), estando dispuesto el recubridor (101) a continuación del cabezal de impresión (100) y siguiéndole a una distancia definida y desplazándose el cabezal de impresión (100) y el recubridor (101) a velocidades esencialmente iguales y realizándose la aplicación y la deposición tanto en avance como en retroceso, estando previstos varios recubridores (101) y cabezales de impresión (100), siendo la relación entre el número b de los recubridores (101) y el número d de los cabezales de impresión (100) el siguiente: d = b -1, depositándose después de la aplicación del material de construcción particulado en avance mediante los recubridores (101) el líquido aglutinante mediante el cabezal de impresión (100) en el retroceso selectivamente en el material de construcción y moviéndose el cabezal de impresión (100) y los recubridores (101) en una unidad de desplazamiento con componentes comunes esencialmente a una sola altura en el dispositivo, estando dispuestos los medios de impresión y los medios de recubrimiento de tal forma que trabajan tanto en avance como en retroceso, estando reunidas las unidades cabezal de impresión (100) y recubridores (101) respectivamente para formar una unidad del proceso, estando dispuestas las unidades del proceso de forma desplazada lo que corresponde a un espesor de capa, depositándose capas que en el retroceso están dispuestas a mayor altura que el cabezal de impresión (100) más bajo, estando dispuesto delante del cabezal de impresión (100) más bajo un recubridor (101) que durante el desplazamiento mantiene el material particulado alejado del cabezal de impresión (100).

2. Procedimiento según la reivindicación 1 o 2, caracterizado porque el medio del dispositivo cabezal de impresión (100) sigue al medio del dispositivo recubridor a una distancia definida de de 1000 mm - 300 mm, preferentemente de 300 mm - 50 mm, de forma más preferente le sigue inmediatamente.

3. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los medios del dispositivo se desplazan a una velocidad de 0,02 m/s a 1 m/s.

4. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque varios medios del dispositivo en forma de recubridores (101) y unidades de dosificación, con preferencia respectivamente 2 a 20, de forma más preferente 4 a 15, forman varias capas en una pasada.

5. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque varios medios del dispositivo forman varias capas en una pasada, tanto en avance como en retroceso, preferentemente caracterizado porque varios medios del dispositivo construyen varias capas en una unidad transportadora que trabaja de forma continua.

6. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque como procedimiento base se usa un procedimiento de impresión oblicua, un procedimiento por lotes y/o un procedimiento continuo.

7. Dispositivo para hacer modelos tridimensionales mediante una técnica de construcción por capas según un procedimiento según una de las reivindicaciones 1 - 6, estando previstos varios recubridores (101) y cabezales de impresión (100), siendo la relación entre el número b de los recubridores (101) y el número d de los cabezales de impresión (100) el siguiente: d = b -1, estando posicionado los recubridores (101) a continuación del cabezal de impresión (100) visto en la dirección de desplazamiento y estando dispuestos el cabezal de impresión (100) y los recubridores (101) en una unidad de desplazamiento con componentes comunes esencialmente a una sola altura en el dispositivo, estando dispuestos los medios de impresión y los medios de recubrimiento de tal forma que trabajan tanto en avance como en retroceso, estando reunidas las unidades cabezal de impresión (100) y recubridores (101) respectivamente para formar una unidad del proceso, estando dispuestas las unidades del proceso de forma desplazada lo que corresponde a un espesor de capa, depositándose capas que en el retroceso están dispuestas a mayor altura que el cabezal de impresión (100) más bajo, estando dispuesto delante del cabezal de impresión (100) más bajo un recubridor (101) que durante el desplazamiento mantiene el material particulado alejado del cabezal de impresión (100).

8. Dispositivo según la reivindicación 7, presentando el dispositivo dos, preferentemente 3 - 20, medios de impresión, y preferentemente 2 - 20 medios de recubrimiento.

9. Dispositivo según la reivindicación 7 o 8, caracterizado porque el medio de impresión y los medios de recubrimiento están dispuestos en el mismo eje, preferentemente caracterizado porque el/los medio(s) de impresión y los medios de recubrimiento pueden desplazarse a una velocidad de 0,02 m/s a 5 m/s.

10. Dispositivo según la reivindicación 7, 8 o 9, caracterizado porque el/los medio(s) de impresión y los medios de recubrimiento están dispuestos y realizados de tal manera que pueden trabajar tanto en avance como en retroceso.

11. Dispositivo según la reivindicación 7, 8, 9 o 10, caracterizado porque el/los medio(s) de impresión y los medios de recubrimiento son ajustables en diferentes planos, preferentemente en su altura, preferentemente en el eje Z.

12. Dispositivo según la reivindicación 7, 8, 9, 10 o 11, caracterizado porque el/los medio(s) de impresión y los medios de recubrimiento están dispuestos de forma desplazada, preferentemente están dispuestos de tal manera que pueden aplicar y depositar varias capas una encima de la otra.

13. Dispositivo según la reivindicación 7, 8, 9, 10, 11 o 12, caracterizado porque presenta una unidad transportadora que trabaja de forma continua.

14. Dispositivo según la reivindicación 7, 8, 9, 10, 11, 12 o 13, caracterizado porque está realizado como impresora oblicua, impresora por lotes o impresora que trabaja de forma continua.

15. Dispositivo según la reivindicación 14, caracterizado porque está realizado como impresora oblicua y/o los medios del dispositivo están dispuestos en un carrusel vertical o a modo de rueda.