ES2988627T3

ES2988627T3 - Método y sistema para impresión 3D rotacional

Info

Publication number: ES2988627T3
Application number: ES22217392T
Authority: ES
Inventors: Guy Menchik; Andrew James Carlson; Jonathan Bennhard Hedlund; Kevin Ready Campion; Robert Earl Simon; Nathaniel Michael Peterson; Scott Wayne Beaver; Evgeni Levin; Alexander Libinson; Yoav Bressler
Original assignee: Stratasys Ltd
Current assignee: Stratasys Ltd
Priority date: 2014-07-13
Filing date: 2015-07-13
Publication date: 2024-11-21
Anticipated expiration: 2035-07-13
Also published as: IL313945A; US20240092012A1; IL282005B2; CN112549529A; IL250096B; US20200230938A1; EP4194177A1; JP6594948B2; US20250153424A1; US20170173886A1; US11897186B2; JP2024138406A; CN107980022B; EP3848180A1; ES2733085T3; EP3166774B1; HK1248184A1; EP3166774A4; IL313945B2; EP4177041A1

Abstract

Se describe un sistema para impresión tridimensional. El sistema comprende: una bandeja giratoria configurada para girar alrededor de un eje vertical; un cabezal de impresión, cada uno de los cuales tiene una pluralidad de boquillas separadas; y un controlador configurado para controlar el cabezal de impresión por inyección de tinta para dispensar, durante la rotación, gotitas de material de construcción en capas, de modo que se imprima un objeto tridimensional en la bandeja. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Método y sistema para impresión 3D rotacional

Aplicaciones relacionadas

La presente solicitud reivindica el beneficio de prioridad frente a la solicitud de patente provisional de EE. UU. n.° 62/023.897 presentada el 13 de julio de 2014.

Esta solicitud se presenta conjuntamente con la solicitud de patente provisional de EE. UU. titulada "Waste Disposal for 3D Printing', expediente del apoderado 63080, la solicitud de patente provisional de EE. UU. titulada "METHOD AND SYSTEM FOR 3D PRINTING', expediente del apoderado 63081, la solicitud de patente provisional de EE. UU. titulada "Operation of Printing Nozzles in Additive Manufacture", expediente del apoderado 63083, la solicitud de patente provisional de EE. UU. titulada "LEVELING APPARATUS f Or A 3D PRINTER", expediente del apoderado 63084.

Campo y antecedentes de la invención

La presente invención, en algunas realizaciones de la misma, se refiere a la impresión tridimensional y, más en concreto, aunque no exclusivamente, a la impresión tridimensional rotacional.

La fabricación aditiva (AM, por sus siglas en inglés) es, por lo general, un proceso mediante el que se fabrica un objeto tridimensional (3D) utilizando un modelo informático de los objetos. Dicho proceso se utiliza en varios campos, tales como campos relacionados con el diseño para fines de visualización, demostración y prototipado mecánico, así como para la fabricación rápida.

El funcionamiento básico de un sistema de fabricación aditiva consiste en el corte de un modelo informático tridimensional en secciones transversales finas, traducir el resultado en datos de posición bidimensionales e introducir los datos en el equipo de control que fabrica una estructura tridimensional por capas.

La fabricación aditiva implica muchos enfoques diferentes para el método de fabricación, incluida la impresión tridimensional, por ejemplo, la impresión por inyección de tinta tridimensional, la fabricación de objetos laminados, el modelado por deposición fundida, y demás.

En los procesos de impresión tridimensional, por ejemplo, se dispensa un material de construcción desde un cabezal dispensador que tiene un conjunto de boquillas para depositar capas en una estructura de soporte. Dependiendo del material de construcción, las capas se pueden curar o solidificar utilizando un dispositivo adecuado. El material de construcción puede incluir el material de modelado, que forma el objeto y material de soporte, que soporta el objeto mientras se está construyendo. Existen diversas técnicas de impresión tridimensional que se divulgan, por ejemplo, en los números de patente de EE. UU. 6.259.962, 6.569.373, 6.658.314, 6.850.334, 7.183.335, 7.209.797, 7.225.045, 7.300.619, 7.364.686, 7.500.846, 7.658.976, 7.962.237 y 9.031.680 y en la solicitud de EE. UU. publicada n.° US 20130040091.

Por ejemplo, la patente de EE. UU. n.° 9.031.680 divulga un sistema que comprende un aparato de fabricación aditiva que tiene una pluralidad de cabezales de dispensación, un aparato de suministro de material de construcción, configurado para proveer de una pluralidad de materiales de construcción al aparato de fabricación, y un controlador, configurado para controlar el aparato de fabricación y suministro. El sistema tiene varios modos de operación. En un modo, todos los cabezales dispensadores funcionan durante un solo ciclo de barrido de construcción del aparato de fabricación. En otro modo, uno o más de los cabezales dispensadores no funcionan durante un solo ciclo de barrido de construcción o parte del mismo.

La patente de EE. UU. n.° 7.291.002 divulga un aparato para fabricar un objeto tridimensional. Un tambor de construcción anular giratorio recibe capas sucesivas de un material de construcción en polvo, y un cabezal de impresión está dispuesto por encima del tambor de construcción anular y está configurado para dispensar selectivamente gotas de un aglutinante líquido sobre el polvo.

La patente de EE. UU. n.° 8.172.562 divulga un aparato para fabricar un objeto tridimensional. Este aparato incluye un contenedor de construcción, un soporte en el contenedor de construcción y un dispositivo de aplicación de material estacionario que aplica capas de un material de construcción sobre el soporte. Un motor genera un movimiento del recipiente alrededor de un eje de rotación, y un motor vertical genera un movimiento vertical del soporte.

La solicitud publicada de los EE. UU. n.° 20080109102 divulga un aparato para fabricar artículos tridimensionales. El aparato de esta divulgación incluye un controlador informático, una plataforma de construcción para transportar un artículo en fabricación, y una estación de construcción para formar sobre el artículo una capa de material. Cualquiera de la estación de construcción y la plataforma de construcción está montada y accionada para girar alrededor de un eje, de modo que la superficie del artículo en fabricación se presente repetidamente en la estación de construcción. El documento US 2008/0042321 divulga un aparato y los métodos para producir objetos tridimensionales. El aparato y los métodos conllevan imprimir de forma continua, radialmente, alrededor de una mesa de construcción circular y/o giratoria usando múltiples cabezales de impresión.

Sumario de la invención

La invención define un sistema de acuerdo con la reivindicación 1 y un método de acuerdo con la reivindicación 9. Según un aspecto de algunas realizaciones de la presente invención, se proporciona un sistema para impresión tridimensional. El sistema comprende: una bandeja giratoria configurada para girar alrededor de un eje vertical; un cabezal de impresión, que tienen, cada uno, una pluralidad de boquillas separadas; y un controlador, configurado para controlar los cabezales de impresión por inyección de tinta para dispensar, durante la rotación, las gotas del material de construcción en capas, por ejemplo, para imprimir un objeto tridimensional en la bandeja.

Según algunas realizaciones de la presente invención, las diferentes boquillas de al menos un cabezal están a diferentes distancias del eje y dispensan el material de construcción a diferentes índices de dispensación.

Según algunas realizaciones de la presente invención, al menos uno de la bandeja y los cabezales de impresión por inyección de tinta está configurado para moverse a lo largo de una dirección vertical paralela al eje vertical, con el fin de variar la distancia vertical entre la bandeja y los cabezales de impresión por inyección de tinta, y en donde el controlador está configurado para continuar la dispensación durante el movimiento a lo largo de la dirección vertical. Según la invención, el cabezal de impresión por inyección de tinta está configurado para realizar un movimiento alternativo con respecto a la bandeja a lo largo de una dirección radial.

Según algunas realizaciones de la invención, el sistema en donde el movimiento es a lo largo de la dirección radial es mediante un tornillo.

Según algunas realizaciones de la invención, el controlador está configurado para compensar los errores de una ubicación radial del cabezal de acuerdo con una función de compensación.

Según algunas realizaciones de la invención, el tornillo es un tornillo soportado dual y la función es una función lineal. Según algunas realizaciones de la invención, el tornillo es un tornillo en voladizo y la función es una función no lineal. Según algunas realizaciones de la invención para al menos dos de los cabezales de impresión por inyección de tinta, el movimiento alternativo a lo largo de la dirección radial es independiente y se da en un ángulo acimutal diferente. Según la invención, el controlador está configurado para detener la dispensación durante el movimiento alternativo. Según algunas realizaciones de la invención, el controlador está configurado para reanudar la dispensación, siguiendo el movimiento alternativo, en una coordenada acimutal que está desplazada con respecto a la coordenada acimutal en la que se detuvo la dispensación.

Según algunas realizaciones de la invención, el controlador está configurado para reanudar la dispensación, siguiendo el movimiento alternativo, en la misma coordenada acimutal en la que se detuvo la dispensación.

Según un aspecto de algunas realizaciones de la presente invención, se proporciona un sistema para impresión tridimensional. El sistema comprende: una bandeja giratoria configurada para rotar alrededor de un eje vertical a una velocidad de rotación; un cabezal de impresión, que tienen, cada uno, una pluralidad de boquillas separadas; y un controlador, configurado para controlar los cabezales de impresión por inyección de tinta para dispensar, durante la rotación, las gotas del material de construcción en capas, por ejemplo, para imprimir un objeto tridimensional en la bandeja, y para controlar los cabezales de impresión por inyección de tinta para que se muevan alternativamente con respecto a la bandeja a lo largo de una dirección radial.

Según algunas realizaciones de la presente invención, el controlador está configurado para variar la velocidad de rotación en respuesta al movimiento radial.

Según algunas realizaciones de la presente invención, el controlador está configurado para detener la dispensación durante el movimiento alternativo; y para reanudar la dispensación, siguiendo el movimiento alternativo, en una coordenada acimutal que está desplazada con respecto a la coordenada acimutal en la que se detuvo la dispensación. Según algunas realizaciones de la presente invención, el controlador está configurado para continuar la dispensación durante el movimiento alternativo mientras ajusta los datos de impresión en respuesta al movimiento alternativo. Según algunas realizaciones de la presente invención, el controlador está configurado para controlar los cabezales de impresión por inyección de tinta para dispensar, durante la rotación, las gotas del material de construcción en capas, de modo que la distancia acimutal entre las gotas dispensadas secuencialmente varíe en función de la posición de los cabezales de impresión por inyección de tinta a lo largo de la dirección radial.

Según algunas realizaciones de la presente invención, la variación de la distancia acimutal se basa en una función probabilística de dicha posición a lo largo de dicha dirección radial.

Según un aspecto de algunas realizaciones de la presente invención, se proporciona un sistema para impresión tridimensional. El sistema comprende: una bandeja giratoria configurada para girar alrededor de un eje vertical; un cabezal de impresión, que tienen, cada uno, una pluralidad de boquillas separadas; y un controlador, configurado para determinar automáticamente una pluralidad de ubicaciones en la bandeja y para controlar los cabezales de impresión por inyección de tinta para dispensar, durante la rotación, las capas de gotas de material de construcción, por ejemplo, para imprimir tridimensionalmente una pluralidad de objetos en la bandeja, respectivamente, en la pluralidad de ubicaciones; en donde la determinación automática se realiza de acuerdo con un criterio predeterminado o conjunto de criterios seleccionados del grupo que consiste en: un primer criterio según el cual los objetos se disponen para equilibrar la bandeja, y un segundo criterio según el cual se imprimen más objetos lejos del eje que cerca del eje.

Según un aspecto de algunas realizaciones de la presente invención, se proporciona un sistema para impresión tridimensional, que comprende: una bandeja giratoria configurada para rotar alrededor de un eje vertical; un cabezal de impresión, que tienen, cada uno, una pluralidad de boquillas separadas; un controlador configurado para controlar el cabezal de impresión por inyección de tinta para dispensar, durante la rotación, las gotas del material de construcción en capas, por ejemplo, para imprimir un objeto tridimensional en la bandeja; y un elemento precalentador para calentar el material de construcción antes de entrar en el cabezal de impresión, estando el elemento precalentador separado del cabezal y en comunicación de fluidos con el cabezal a través de un conducto.

Según un aspecto de algunas realizaciones de la presente invención, se proporciona un sistema para impresión tridimensional, que comprende: una bandeja giratoria configurada para rotar alrededor de un eje vertical; un cabezal de impresión, que tienen, cada uno, una pluralidad de boquillas separadas; un controlador configurado para controlar el cabezal de impresión por inyección de tinta para dispensar, durante la rotación, las gotas del material de construcción en capas, por ejemplo, para imprimir un objeto tridimensional en la bandeja; y una fuente de radiación configurada para moverse alternativamente con respecto a la bandeja a lo largo de una dirección radial, en donde el cabezal de impresión también está configurado para moverse alternativamente con respecto a la bandeja a lo largo de la dirección radial, de manera no simultánea con la fuente de radiación.

Según un aspecto de algunas realizaciones de la presente invención, se proporciona un sistema para impresión tridimensional, que comprende: una bandeja giratoria configurada para rotar alrededor de un eje vertical; un cabezal de impresión, que tienen, cada uno, una pluralidad de boquillas separadas; un controlador configurado para controlar el cabezal de impresión por inyección de tinta para dispensar, durante la rotación, las gotas del material de construcción en capas, por ejemplo, para imprimir un objeto tridimensional en la bandeja; y una fuente de radiación, configurada para irradiar las capas de manera que la energía a diferentes velocidades se envíe a ubicaciones que están a diferentes distancias de un centro de la bandeja.

Según un aspecto de algunas realizaciones de la presente invención, se proporciona un sistema para impresión tridimensional, que comprende: una bandeja giratoria configurada para rotar alrededor de un eje vertical; un cabezal de impresión, que tienen, cada uno, una pluralidad de boquillas separadas; un controlador configurado para controlar el cabezal de impresión por inyección de tinta para dispensar, durante la rotación, las gotas del material de construcción en capas, por ejemplo, para imprimir un objeto tridimensional en la bandeja; y una fuente de radiación, en donde la separación acimutal entre la fuente de radiación y el cabezal es de aproximadamente 0,3u> radianes y aproximadamente 0,75u> radianes, siendo u> una velocidad angular promedio de la bandeja en relación con el cabezal y la fuente de radiación.

Según un aspecto de algunas realizaciones de la presente invención, se proporciona un sistema para impresión tridimensional, que comprende: una bandeja giratoria configurada para rotar alrededor de un eje vertical; un cabezal de impresión, que tienen, cada uno, una pluralidad de boquillas separadas; y un controlador, configurado para controlar el cabezal de impresión por inyección de tinta para dispensar, durante la rotación, las gotas del material de construcción en capas, por ejemplo, para imprimir un objeto tridimensional en la bandeja; en donde el controlador está configurado además para terminar cualquier dispensación del material de construcción cuando el cabezal está por encima de una región predeterminada de la bandeja, y para indicar al cabezal que se mueva con respecto a la bandeja a lo largo de una dirección radial mientras el cabezal está por encima de la región predeterminada.

Según algunas realizaciones de la invención, el sistema es uno en donde el controlador está configurado para indicar a al menos uno de la bandeja y el cabezal de impresión por inyección de tinta que se mueva a lo largo de una dirección vertical paralela al eje vertical, con el fin de variar la distancia vertical entre la bandeja y el cabezal de impresión por inyección de tinta mientras la cabeza está por encima de la región predeterminada.

Según algunas realizaciones de la invención, el controlador está configurado para controlar al menos uno de los cabezales de impresión por inyección de tinta para dispensar las gotas, de tal manera que la distancia acimutal entre las gotas dispensadas secuencialmente varía en función de una posición del cabezal de impresión a lo largo de la dirección radial.

De acuerdo con algunas realizaciones de la invención, el controlador está configurado para ejecutar la dispensación entrelazada de las gotas durante al menos una rotación de la bandeja.

Según algunas realizaciones de la invención, el nivel de entrelazado de la dispensación entrelazada varía en función de la posición del cabezal de impresión a lo largo de la dirección radial.

De acuerdo con algunas realizaciones de la invención, el nivel de entrelazado de la dispensación entrelazada varía en función de la posición del cabezal de impresión a lo largo de la dirección radial.

Según algunas realizaciones de la invención, el controlador accede a un medio legible por ordenador que almacena una máscara de mapa de bits para obtener los datos de impresión que pertenecen a la forma del objeto solo para las ubicaciones de la bandeja que no estén tapadas por la máscara de mapa de bits.

De acuerdo con algunas realizaciones de la invención, el sistema comprende un rodillo cónico para enderezar el material de construcción dispensado.

Según algunas realizaciones de la invención, la bandeja rota continuamente en la misma dirección a lo largo de la formación del objeto.

De acuerdo con algunas realizaciones de la invención, al menos uno de la bandeja y los cabezales de impresión por inyección de tinta está configurado para moverse a lo largo de una dirección vertical paralela al eje vertical para variar la distancia vertical entre la bandeja y los cabezales de impresión por inyección de tinta, y en donde el controlador está configurado para continuar la dispensación durante el movimiento a lo largo de la dirección vertical.

Según algunas realizaciones de la invención, el movimiento a lo largo de la dirección vertical se ejecuta de tal manera que la bandeja y los cabezales de impresión por inyección de tinta experimentan al menos dos distancias verticales diferentes entre ellos durante una única rotación de la bandeja.

De acuerdo con algunas realizaciones de la invención, el movimiento a lo largo de la dirección vertical se ejecuta de tal manera que, durante una única rotación de la bandeja, la distancia vertical aumenta en una cantidad que equivale aproximadamente a un espesor característico de una sola capa del material de construcción.

Según algunas realizaciones de la invención, el movimiento a lo largo de la dirección vertical se ejecuta, por lo general, de manera continua.

De acuerdo con algunas realizaciones de la invención, la pluralidad de cabezales de impresión por inyección de tinta comprende al menos un cabezal de material de soporte para dispensar el material de soporte, y al menos dos cabezales de material de modelado para dispensar respectivamente al menos dos materiales de modelado diferentes. Según algunas realizaciones de la invención, el sistema comprende una estructura de soporte colocada debajo de los cabezales de impresión por inyección de tinta, de manera que la bandeja queda entre la estructura de soporte y los cabezales, estando la estructura de soporte en contacto con la bandeja para evitar o reducir las vibraciones de la bandeja.

De acuerdo con algunas realizaciones de la invención, la bandeja es reemplazable.

Según algunas realizaciones de la invención, el sistema comprende un dispositivo de sustitución de bandeja, configurado para reemplazar automáticamente la bandeja.

De acuerdo con algunas realizaciones de la invención, el cabezal está configurado para mantener un nivel de vacío dentro de un intervalo predeterminado de niveles de vacío.

Según algunas realizaciones de la invención, el sistema comprende un elemento precalentador para calentar el material de construcción antes de entrar en el cabezal de impresión.

De acuerdo con algunas realizaciones de la invención, el elemento precalentador está separado del cabezal y está en comunicación de fluidos con el cabezal a través de un conducto.

Según algunas realizaciones de la invención, el sistema comprende una bomba para retraer el material de construcción del conducto de vuelta hacia el elemento precalentador.

De acuerdo con algunas realizaciones de la invención, el sistema comprende al menos un dispositivo de nivel de burbuja montado en una o más ubicaciones sobre un espacio cerrado de un armazón del sistema, que indica si el armazón se desvía de la horizontalidad.

Según algunas realizaciones de la invención, el controlador está configurado para calcular la cantidad de material de construcción requerida para imprimir el objeto, comparar la cantidad con una cantidad disponible de material de construcción y emitir una alerta cuando la cantidad requerida para imprimir el objeto sea mayor que la cantidad disponible.

De acuerdo con algunas realizaciones de la invención, el sistema comprende una fuente de radiación configurada para moverse recíprocamente con respecto a la bandeja a lo largo de una dirección radial, en donde el cabezal de impresión también está configurado para moverse alternativamente con respecto a la bandeja a lo largo de la dirección radial, de manera no simultánea con la fuente de radiación.

Según algunas realizaciones, la fuente de radiación está configurada para irradiar las capas de tal manera que la energía a diferentes índices se suministre en las ubicaciones que están a diferentes distancias del centro de la bandeja.

De acuerdo con algunas realizaciones de la invención, una separación acimutal entre la fuente de radiación y el cabezal es de aproximadamente 0,3w radianes y aproximadamente 0,75w radianes, siendo w una velocidad angular promedio de la bandeja en relación con el cabezal y la fuente de radiación.

Según algunas realizaciones de la invención, el controlador está configurado para calcular un tiempo de impresión total excluido de una pluralidad de objetos cuando se impriman simultáneamente, y para visualizar el tiempo calculado en un dispositivo de visualización.

De acuerdo con algunas realizaciones de la invención, el controlador está configurado para calcular el tiempo de impresión total por objeto y para visualizar el tiempo de impresión total por objeto.

Según algunas realizaciones de la invención, el controlador está configurado para terminar cualquier dispensación del material de construcción cuando el cabezal está por encima de una región predeterminada de la bandeja. De acuerdo con algunas realizaciones de la invención, la región predeterminada tiene la forma de un sector circular.

Según algunas realizaciones de la invención, el controlador está configurado para indicar al cabezal que se mueva con respecto a la bandeja a lo largo de una dirección radial, mientras que la cabeza está por encima de la región predeterminada.

De acuerdo con algunas realizaciones de la invención, el controlador está configurado para indicar a al menos uno de la bandeja y el cabezal de impresión por inyección de tinta que se mueva a lo largo de una dirección vertical paralela al eje vertical, con el fin de variar la distancia vertical entre la bandeja y el cabezal de impresión por inyección de tinta, mientras que la cabeza está por encima de la región predeterminada.

De acuerdo con algunas realizaciones de la invención, el controlador está configurado para indicar a al menos uno de la bandeja y el cabezal de impresión por inyección de tinta que se mueva a lo largo de una dirección vertical paralela al eje vertical, con el fin de variar la distancia vertical entre la bandeja y el cabezal de impresión por inyección de tinta, inmediatamente cuando el material de construcción dispensado llega por primera vez al rodillo.

De acuerdo con algunas realizaciones de la invención, el controlador está configurado para indicar a al menos uno de la bandeja y el cabezal de impresión por inyección de tinta que se mueva a lo largo de una dirección vertical paralela al eje vertical, con el fin de variar la distancia vertical entre la bandeja y el cabezal de impresión por inyección de tinta, de modo que el movimiento vertical se completa inmediatamente cuando el material de construcción dispensado llega por primera vez al rodillo.

Según algunas realizaciones de la invención, el controlador está configurado para seleccionar un primer modo de impresión en el que se emplea un barrido acimutal, y un segundo modo de impresión en el que se emplea un barrido vectorial, en donde dicho barrido vectorial se realiza a lo largo de una ruta seleccionada para formar al menos una estructura seleccionada del grupo que consiste en (i) una estructura alargada, (ii) una estructura de límite que rodea al menos parcialmente un área rellenada con dicho primer material de construcción y (iii) una estructura de conexión entre capas.

De acuerdo con algunas realizaciones de la invención, comprende una fuente de radiación configurada para irradiar las capas, en donde el controlador está configurado para controlar la fuente de radiación para garantizar que, para al menos una capa, la irradiación se inicie al menos t segundos después del comienzo del curado de una capa inmediatamente anterior a la al menos una capa, siendo t más largo que el tiempo total requerido para la formación.

Según algunas realizaciones de la invención de acuerdo con un aspecto de algunas realizaciones de la presente invención, se proporciona un aparato que comprende: un cartucho configurado para contener el material de construcción para dispensarlo selectivamente mediante un sistema de fabricación aditiva, incluyendo el cartucho un extremo frontal y un extremo posterior, en donde el extremo posterior incluye una conexión fluídica para conectar el cartucho a una unidad de dispensación del sistema de AM; y un nido de cartuchos para almacenar el cartucho, en donde el cartucho está configurado para montarse en el nido en un ángulo tal que el extremo frontal del cartucho se eleve con respecto al extremo posterior.

Según algunas realizaciones de la invención, el aparato es en donde el cartucho incluye un resorte de bloqueo y en donde el resorte de bloqueo está configurado para bloquearse en el nido de cartuchos en el ángulo.

De acuerdo con algunas realizaciones de la invención, el cartucho incluye un pozo en las proximidades de la conexión fluídica configurado para acumular una porción del material de construcción contenido en el cartucho.

Según algunas realizaciones de la invención, el ángulo es de 2-5 grados.

De acuerdo con algunas realizaciones de la invención, el nido de cartuchos está configurado para almacenar una pluralidad de cartuchos.

Según un aspecto de algunas realizaciones de la presente invención, se proporciona un sistema para impresión tridimensional, que comprende, como se definió con anterioridad y, opcionalmente, como se detalla continuación.

De acuerdo con un aspecto de algunas realizaciones de la presente invención, se proporciona un método de fabricación de un objeto. El método comprende recibir los datos de impresión tridimensionales correspondientes a la forma del objeto, enviar los datos a un sistema para impresión tridimensional, y hacer funcionar el sistema para imprimir el objeto en función de los datos, en donde el sistema es como se ha descrito anteriormente y, opcionalmente, como se detalla a continuación.

A menos que se defina lo contrario, todos los términos técnicos y/o científicos utilizados en el presente documento tienen el mismo significado que entiende comúnmente una persona experta en la materia a la que pertenece la presente invención. Aunque en la práctica o la comprobación de realizaciones de la invención pueden usarse métodos y materiales similares o equivalentes a los descritos en el presente documento, a continuación se describen métodos y/o materiales a modo de ejemplo. En caso de conflicto, la memoria descriptiva de la patente, incluidas las definiciones, será la que rija. Adicionalmente, los materiales, métodos y ejemplos son meramente ilustrativos y no se pretende que sean necesariamente limitativos.

Puede que la implementación del método y/o sistema de las realizaciones de la invención implique realizar o completar tareas seleccionadas manualmente, automáticamente, o una combinación de las mismas. Además, de acuerdo con la instrumentación real y el equipo de realizaciones del método y/o sistema de la invención, las diversas tareas seleccionadas podrían ponerse en marcha mediante hardware, mediante software o mediante firmware o mediante una combinación de los mismos utilizando un sistema operativo.

Por ejemplo, el hardware para realizar las tareas seleccionadas de acuerdo con las realizaciones de la invención podría implementarse como un chip o un circuito. Como software, las tareas seleccionadas según las realizaciones de la invención podrían implementarse como una pluralidad de instrucciones de software que ejecute un ordenador que emplee cualquier sistema operativo adecuado. En una realización ilustrativa de la divulgación, una o más tareas de acuerdo con las realizaciones ilustrativas del método y/o sistema descrito en el presente documento son realizadas por un procesador de datos, tal como una plataforma informática para ejecutar una pluralidad de instrucciones. Opcionalmente, el procesador de datos incluye una memoria volátil para almacenar instrucciones y/o datos y/o un almacenamiento no volátil, por ejemplo, un disco duro magnético y/o medios extraíbles para almacenar instrucciones y/o datos. Opcionalmente, también se proporciona una conexión de red. También se proporcionan opcionalmente una pantalla y/o un dispositivo de entrada de usuario, tal como un teclado o ratón.

Breve descripción de las diversas vistas de los dibujos

Algunas realizaciones de la invención se describen en el presente documento, únicamente a modo de ejemplo, con referencia a los dibujos adjuntos. Ahora, haciendo referencia específica en detalle a los dibujos, se insiste en que los detalles mostrados son a modo de ejemplo y con el fin de explicar ilustrativamente las realizaciones de la invención. En este sentido, la descripción interpretada junto con los dibujos pone de manifiesto para las personas expertas en la materia cómo pueden ponerse en práctica las realizaciones de la invención.

En los dibujos:

las figuras 1A-1D son ilustraciones esquemáticas de una vista superior (figuras 1A y 1D), una vista lateral (figura 1B) y una vista isométrica (figura 1C) de un sistema para impresión tridimensional según algunas realizaciones de la presente invención;

las figuras 2A-2C son ilustraciones esquemáticas de cabezales de impresión según algunas realizaciones de la presente invención;

las figuras 3A-3F son ilustraciones esquemáticas que demuestran las transformaciones de las coordenadas según algunas realizaciones de la presente invención;

las figuras 4A y 4B son ilustraciones esquemáticas que describen las realizaciones de la invención según las cuales una distancia a lo largo de una dirección acimutal entre las gotas dispensadas secuencialmente varía en función de una posición del cabezal de impresión a lo largo de una dirección radial;

las figuras 5A-H son ilustraciones esquemáticas que describen el movimiento radial del cabezal o cabezales de impresión de acuerdo con algunas realizaciones de la presente invención;

la figura 6 es una ilustración esquemática que muestra los cabezales de impresión montados en diferentes ejes radiales dispuestos de tal manera que haya un ángulo de separación acimutal entre ejes adyacentes;

la figura 7 es una ilustración esquemática que describe el entrelazado a lo largo de la dirección radial según algunas realizaciones de la presente invención;

las figuras 8A y 8B son ilustraciones esquemáticas de los objetos dispuestos en una bandeja de un sistema para impresión tridimensional (figura 8A), y el tiempo de impresión esperado en función del número de objetos (figura 8B), de acuerdo con algunas realizaciones de la presente invención;

las figuras 9A-C son ilustraciones esquemáticas que demuestran una técnica adecuada para reducir o eliminar variaciones en la resolución a lo largo de una dirección acimutal en función de la coordenada radial, de acuerdo con algunas realizaciones de la presente invención;

la figura 10 es una ilustración esquemática de una pletina que tiene un tornillo útil para realizar el movimiento alternativo de un cabezal de impresión, de acuerdo con algunas realizaciones de la presente invención;

las figuras 11A-C muestran los errores en la posición radial de un cabezal de impresión obtenidos a partir de los cálculos y experimentos realizados según algunas realizaciones de la presente invención;

la figura 12 es una ilustración esquemática de un elemento precalentador colocado en una trayectoria de fluido entre un suministro de material y un cabezal de impresión, de acuerdo con algunas realizaciones de la presente invención;

la figura 13 muestra una configuración experimental utilizada en los experimentos realizados según algunas realizaciones de la presente invención;

las figuras 14A-I muestran los resultados experimentales obtenidos durante los experimentos realizados según algunas realizaciones de la presente invención;

las figuras 15A-D son ilustraciones esquemáticas de las estructuras formadas en una capa mediante barridos vectoriales de acuerdo con algunas realizaciones de la presente invención;

la figura 16 es un cartucho ilustrativo según algunas realizaciones de la presente invención;

la figura 17 es un sistema de impresión 3D rotacional ilustrativo que incluye cartuchos de acuerdo con algunas realizaciones de la presente invención; y

la figura 18 es un nido de cartuchos ilustrativo con cartuchos de acuerdo con algunas realizaciones de la presente invención.

Descripción de las realizaciones específicas de la invención

Antes de explicar al menos una realización de la invención en detalle, debe entenderse que la aplicación de la invención no está necesariamente limitada a los detalles de construcción ni a la disposición de los componentes y/o métodos expuestos en la siguiente descripción y/o ilustrados en los dibujos y/o los ejemplos. La invención puede adoptar otras realizaciones o ponerse en práctica o llevarse a cabo de diversas maneras.

A continuación, con referencia a los dibujos, las figuras 1A-D ilustran una vista superior (figuras 1A y 1D), una vista lateral (figura 1B) y una vista isométrica (figura 1C) de un sistema 10 para impresión tridimensional según algunas realizaciones de la presente invención. El sistema 10 comprende una bandeja 12 y una pluralidad de cabezales de impresión por inyección de tinta 16, que tienen, cada uno, una pluralidad de boquillas separadas. El material utilizado para la impresión tridimensional se suministra a los cabezales 16 a través de un sistema de suministro de material de construcción 42. Normalmente, una boquilla dispensa una gota de material de construcción en respuesta a un pulso de activación con suficiente energía de activación. Una boquilla que recibe un pulso de activación de energía insuficiente para dispensar una gota se denomina "defectuosa". La bandeja 12 puede tener la forma de un disco o puede ser anular. También se contemplan formas no redondas siempre que puedan rotar alrededor de un eje vertical.

La bandeja 12 y los cabezales 16 se montan para permitir un movimiento giratorio relativo entre la bandeja 12 y los cabezales 16. Esto se puede lograr (i) configurando la bandeja 12 para que rote alrededor de un eje vertical 14 con respecto a los cabezales 16, (ii) configurar los cabezales 16 para que roten alrededor del eje vertical 14 con respecto a la bandeja 12, o (iii) configurar tanto la bandeja 12 como los cabezales 16 para que roten alrededor del eje vertical 14 pero a diferentes velocidades de rotación (por ejemplo, rotación en dirección opuesta). Si bien las realizaciones a continuación se describen con un énfasis específico en la configuración (i) en donde la bandeja es una bandeja giratoria que está configurada para rotar alrededor del eje vertical 14 con respecto a los cabezales 16, debe entenderse que la presente solicitud contempla también las configuraciones (ii) y (iii). Una cualquiera de las realizaciones descritas en el presente documento puede modificarse para aplicarse en cualquiera de las configuraciones (ii) y (iii), y una de las personas expertas en la materia, provista de los detalles descritos en el presente documento, sabría cómo hacer dicha modificación.

En la siguiente descripción, una dirección paralela a la bandeja 12 y que apunta hacia fuera desde el eje 14 se denomina dirección radial r, una dirección paralela a la bandeja 12 y perpendicular a la dirección radial r se denomina en el presente documento "dirección acimutal 9", y una dirección perpendicular a la bandeja 12 se denomina en el presente documento "dirección vertical z".

El término "posición radial", tal como se usa en el presente documento, se refiere a una posición sobre o por encima de la bandeja 12 a una distancia específica del eje 14. Cuando el término se usa junto a un cabezal de impresión, el término se refiere a una posición del cabezal que está a una distancia específica del eje 14. Cuando el término se usa junto a un punto en la bandeja 12, el término corresponde a cualquier punto que pertenezca a un lugar geométrico de puntos que sea un círculo cuyo radio es la distancia específica desde el eje 14 y cuyo centro está en el eje 14.

El término "posición acimutal", tal como se usa en el presente documento, se refiere a una posición sobre o por encima de la bandeja 12 en un ángulo acimutal específico con respecto a un punto de referencia predeterminado. Por lo tanto, la posición radial se refiere a cualquier punto que pertenezca a un lugar geométrico de puntos que sea una línea recta que forme el ángulo acimutal específico con respecto al punto de referencia.

El término "posición vertical", tal como se usa en el presente documento, se refiere a una posición sobre un plano que interseca el eje vertical 14 en un punto específico.

La bandeja 12 sirve como estructura de soporte para la impresión tridimensional. El área de trabajo en la que se imprimen uno o varios objetos es normalmente, aunque no de forma necesaria, menor que el área total de la bandeja 12. En algunas realizaciones de la presente invención, el área de trabajo es anular. El área de trabajo se muestra con el número 26. En algunas realizaciones de la presente invención, la bandeja 12 gira continuamente en la misma dirección a lo largo de la formación del objeto y, en algunas realizaciones de la presente invención, la bandeja invierte la dirección de rotación al menos una vez (por ejemplo, de manera oscilatoria) durante la formación del objeto. La bandeja 12 es opcional y preferentemente extraíble. La extracción de la bandeja 12 puede realizarse para el mantenimiento del sistema 10 o, si se desea, para sustituir la bandeja antes de imprimir un nuevo objeto. En algunas realizaciones de la presente invención, el sistema 10 está provisto de una o más bandejas de sustitución diferentes (por ejemplo, un kit de bandejas de sustitución), en donde dos o más bandejas están designadas para diferentes tipos de objetos (por ejemplo, diferentes pesos), diferentes modos de funcionamiento (por ejemplo, diferentes velocidades de rotación), etc. La sustitución de la bandeja 12 puede ser manual o automática, según se desee. Cuando se emplea la sustitución automática, el sistema 10 comprende un dispositivo de sustitución de bandeja 36 configurado para extraer la bandeja 12 de su posición debajo de los cabezales 16 y reemplazarla por una bandeja de sustitución (no mostrada). En la ilustración representativa de la figura 1A, se ilustra un dispositivo de sustitución de bandeja 36 como un motor 38 con un brazo móvil 40 configurado para tirar de la bandeja 12, pero también se contemplan otros tipos de dispositivos de sustitución de bandeja.

Los cabezales 16 están configurados para moverse de forma alternativa con respecto a la bandeja a lo largo de la dirección radial r. Esto es útil cuando las longitudes de los conjuntos de boquillas de los cabezales 16 son más cortas que el ancho lo largo de la dirección radial del área de trabajo 26 sobre la bandeja 12. El controlador 20 controla el movimiento de los cabezales 16 a lo largo de la dirección radial. En la figura 1D, se ilustra una ilustración representativa de un mecanismo adecuado para mover los cabezales 16 a lo largo de la dirección radial. Como se muestra en la figura 1D, es un cabezal 16 montado en una pletina 52 (figura 10) dispuesto para realizar un movimiento alternativo del cabezal 16 a lo largo de la dirección radial. El cabezal 16 puede comunicarse con el suministro 42 y el controlador 20 (no mostrado en la figura 1D) a través de una línea de comunicación flexible mostrada en 54.

Las realizaciones ilustradas para el cabezal de impresión 16 se ilustran en las figuras 2A y 2C, que muestran un cabezal de impresión 16 con uno (figura 2A) y dos (figura 2B) conjuntos de boquillas 22. Las boquillas del conjunto están preferentemente alineadas de forma lineal, a lo largo de una línea recta. En realizaciones en las que un cabezal de impresión específico tiene dos o más conjuntos de boquillas lineales, los conjuntos de boquillas son opcionales y preferentemente pueden ser paralelos entre sí.

Normalmente, aunque no de forma necesaria, todos los cabezales de impresión 16 están orientados radialmente (paralelos a la dirección radial) con sus posiciones acimutales desplazadas entre sí. Por lo tanto, en estas realizaciones, los conjuntos de boquillas de diferentes cabezales de impresión no son paralelos entre sí, sino que están en ángulo entre sí, ángulo que es aproximadamente igual al desplazamiento acimutal entre los respectivos cabezales. Por ejemplo, un cabezal puede orientarse radialmente y colocarse en la posición acimutal 91, y otro cabezal puede orientarse radialmente y colocarse en la posición acimutal 92. En este ejemplo, el desplazamiento acimutal entre los dos cabezales es 91-92 y el ángulo entre las matrices de boquillas lineales de los dos cabezales también es 91-92.

En algunas realizaciones, se pueden ensamblar dos o más cabezales de impresión en un bloque de cabezales de impresión, en cuyo caso los cabezales de impresión del bloque normalmente son paralelos entre sí. En la figura 2C se ilustra un bloque que incluye varios cabezales de impresión por inyección de tinta 16a, 16b, 16c.

En algunas realizaciones de la presente invención, se mantiene una presión subatmosférica predeterminada del aire por encima del nivel de líquido en el cabezal 16. Para evitar fugas gravitacionales de las boquillas, dentro del cabezal 16 puede mantenerse de forma continua un cierto nivel de vacío respecto a la atmósfera circundante, por ejemplo -60 mm de presión de agua. En la práctica, los mecanismos para el mantenimiento de la diferencia de presión pueden permitir una tolerancia de, por ejemplo, ±5 %. En otro ejemplo, los mecanismos para el mantenimiento de la diferencia de presión pueden permitir una tolerancia de ±5 mm de presión de agua.

Para mantener el nivel de vacío requerido, se puede colocar una bomba bidireccional (no mostrada) entre la cámara de material del cabezal 16 y la atmósfera. La bomba puede mover aire desde la cámara del cabezal 16 a la atmósfera, aumentando así el vacío dentro del cabezal. Por el contrario, la bomba bidireccional puede mover aire de la atmósfera al cabezal 16, aumentando así la presión dentro del cabezal, es decir, reduciendo el vacío en su interior. Preferiblemente, el cabezal 16 comprende un sensor de presión (no mostrado) que mide la diferencia de presión entre el interior del cabezal 16 y la atmósfera exterior. El controlador 20 recibe los datos de presión del momento desde el sensor de presión y puede accionar la bomba para mantener un nivel predeterminado de vacío dentro del cabezal.

Durante el funcionamiento, se mide la diferencia de presión entre la presión dentro del cabezal y la presión ambiental de referencia de la atmósfera. La diferencia de presión se compara opcional y preferentemente con una presión relativa o intervalo de presión deseado. La comparación puede llevarla a cabo, por ejemplo, el controlador 20. Si la diferencia de presión medida es menor que la presión relativa deseada o un intervalo de diferencia de presión deseado, la bomba se activa preferentemente para añadir aire a la cámara. Si la diferencia de presión medida es mayor que la presión relativa deseada o un intervalo de diferencia de presión deseado, entonces la bomba puede activarse para eliminar el aire de la cámara. Si se descubre que la diferencia de presión medida es igual o suficientemente cercana (dentro de un intervalo de diferencia de presión predeterminado) a la presión relativa deseada, entonces la bomba se mantiene opcional y preferentemente inoperativa, haciendo así que la bomba actúe eficazmente como una válvula que bloquea el paso de aire entre la atmósfera ambiente y el interior del cabezal.

En algunas realizaciones de la presente invención, el material de construcción se precalienta antes de ser introducido en el cabezal de impresión a una temperatura de trabajo adecuada tanto para el material de construcción como para el cabezal de impresión. El precalentamiento es, preferentemente, adicional al calentamiento efectuado dentro de los cabezales de impresión, como ya se sabe en la técnica. El precalentamiento se puede lograr mediante un elemento de precalentamiento 160 colocado en la trayectoria de fluido entre el suministro de material 42 y el cabezal 16, como se ilustra en la figura 12. El elemento precalentador 160 está preferentemente separado del cabezal 16 y está en comunicación de fluidos con el suministro 42 a través del conducto 162 y con el cabezal 16 a través del conducto 164. Esto es distinto a los sistemas de impresión 3D convencionales, en los que el precalentador está montado sobre el cabezal de impresión. El conducto 162 está opcional y preferentemente provisto de una bomba 170 configurada para generar un flujo de material de construcción desde el suministro 42 hacia el precalentador 160 y también desde el precalentador 160 hacia el cabezal 16. La bomba 170 está controlada preferentemente por el controlador 20.

En diversas realizaciones ilustrativas de la invención, el elemento precalentador 160 es estático, es decir, no está permitido que se mueva, por ejemplo, junto con el cabezal 16. El elemento precalentador 160 puede emplear cualquier tipo de técnica de calentamiento, incluyendo, sin limitación, calentamiento resistivo, calentamiento por irradiación y calentamiento por convección. Preferentemente, el sistema 10 comprende un bucle de retracción de fluido 166 para permitir de manera controlable que el material de construcción se retraiga del conducto 164 y opcional y preferentemente también del cabezal 16 de vuelta al elemento precalentador 160 o suministro 42. El bucle de retracción de fluido 166 puede comprender una bomba 168 para controlar el flujo dentro del bucle 166. La bomba 168 está controlada preferentemente por el controlador 20. Como alternativa, la bomba 170 puede ser una bomba bidireccional, en cuyo caso la retracción del material de construcción de vuelta al elemento precalentador 160 puede efectuarse invirtiendo el funcionamiento de la bomba 170. En estas realizaciones no es necesario que el sistema 10 incluya la bomba 168.

La figura 12 ilustra el bucle de retracción de fluido 166 que tiene un conducto que está separado del conducto 164. En estas realizaciones, cuando el material de construcción fluye de vuelta en el bucle 166, se evita preferentemente la entrada de material de construcción en el elemento precalentador 160, por ejemplo, mediante una válvula controlable (no mostrada), que se puede montar sobre el conducto 164, por ejemplo, en el puerto de salida 172 del precalentador 160. Sin embargo, en algunas realizaciones, puede que no sea necesario que el material de construcción se retraiga en un conducto separado. Por ejemplo, cuando la bomba 170 es bidireccional, el bucle 166 se puede materializar como un flujo inverso en el conducto 164. En esta realización, no es necesario disponer de un conducto separado para la retracción y no es necesario que haya una válvula montada en el conducto 164.

Cuando el cabezal 16 está operativo, la bomba 170 (o bomba 168, si se emplea) normalmente no permite que el material de construcción se retraiga del conducto 164. Cuando la bomba 170 no está operativa, por ejemplo, cuando el operador o controlador 20 interrumpe temporalmente el proceso de impresión (por ejemplo, con el fin de sustituir el cartucho de material), el cabezal 16 está inactivo. Si el intervalo de tiempo de inactividad es suficientemente largo, el material de construcción que ya está en el conducto 164 puede perder calor hacia el entorno exterior, lo que resulta en una disminución de la temperatura del material de construcción por debajo de la temperatura de trabajo mencionada anteriormente. Al final del intervalo de tiempo de inactividad, y antes de la reactivación del cabezal 16, el controlador 20 activa preferentemente la bomba 168 o invierte la dirección de funcionamiento de la bomba 170 para retraer el material de construcción del conducto 164 al precalentador 160. El material de construcción retraído se recalienta en el precalentador 160. El proceso de retracción continúa preferentemente hasta que no queda material de construcción en el conducto 164. Después, el controlador 20 puede invertir de nuevo la dirección de funcionamiento de la bomba 170 (o reanudar su funcionamiento y terminar con el funcionamiento de la bomba 168, si la retracción se realiza mediante la bomba 168) y el material de construcción recalentado se envía al cabezal 16 a través del conducto 164.

En algunas realizaciones, el sistema 10 comprende una estructura de soporte 30 colocada debajo de los cabezales 16, de manera que la bandeja 12 esté entre la estructura de soporte 30 y los cabezales 16. La estructura de soporte 30 puede servir para evitar o reducir las vibraciones de la bandeja 12 que pueden producirse mientras funcionan los cabezales de impresión por inyección de tinta 16. En configuraciones en las que los cabezales de impresión 16 rotan alrededor del eje 14, la estructura de soporte 30 también rota preferentemente de tal manera que la estructura de soporte 30 está siempre directamente debajo de los cabezales 16 (con la bandeja 12 entre los cabezales 16 y la bandeja 12).

Durante el funcionamiento, el sistema 10 se coloca preferentemente sobre una superficie, de tal manera que la bandeja 12 esté sustancialmente horizontal (por ejemplo, con una desviación de menos de 10°, o menos de 5°, o menos de 4°, o menos de 3°, o menos de 2°, o menos de 1°, o menos de 0,5°, o menos, desde la dirección horizontal). En algunas realizaciones, el sistema 10 comprende uno o más dispositivos de nivel de burbuja 44 montados en una o más ubicaciones sobre el espacio cerrado del armazón 46 del sistema 10. Opcional y preferentemente, el dispositivo o dispositivos de nivel de burbuja 44 son dispositivos electrónicos que se comunican con el controlador 20. En estas realizaciones, el controlador 20 puede emitir una señal de alerta cuando la desviación del espacio cerrado o armazón 46 desde la dirección horizontal está por encima de un umbral predeterminado. También se contemplan realizaciones en las que el controlador 20 transmite señales a un motor 48 como respuesta a las señales recibidas desde el dispositivo o dispositivos de nivel de burbuja 44, para así nivelar automáticamente el espacio cerrado o armazón 46 cuando se detecte una desviación de la dirección horizontal.

El funcionamiento de los cabezales de impresión por inyección de tinta 16 y, opcional y preferentemente, también de uno o más componentes del sistema 10, por ejemplo, el movimiento de la bandeja 12, los controla un controlador 20. El controlador tiene un circuito electrónico y un medio de memoria no volátil legible por el circuito, en donde el medio de memoria almacena instrucciones de programa que, cuando las lee el circuito, hacen que el circuito realice operaciones de control tal y como se detalla más adelante.

El controlador 20 también puede comunicarse con un ordenador anfitrión 24 que transmite los datos digitales que pertenecen a las instrucciones de fabricación en función de los datos de objeto informático, por ejemplo, en forma de un lenguaje de teselación estándar (STL) o un formato de contorno de estereolitografía (SLC), lenguaje de modelado de realidad virtual (VRML), formato de archivo de fabricación aditiva (AMF), formato de intercambio de dibujos (DXF), formato de archivo poligonal (PLY) o cualquier otro formato adecuado para el diseño asistido por ordenador (CAD). Los formatos de datos de objeto se estructuran normalmente de acuerdo con un sistema cartesiano de coordenadas. En estos casos, el ordenador 24 ejecuta preferentemente un procedimiento para transformar las coordenadas de cada corte en los datos de objeto informático de un sistema de coordenadas cartesianas en un sistema de coordenadas polares. El ordenador 24 transmite opcional y preferentemente las instrucciones de fabricación en términos del sistema de coordenadas transformado. Como alternativa, el ordenador 24 puede transmitir las instrucciones de fabricación en términos del sistema original de coordenadas proporcionado por los datos de objeto informáticos, en cuyo caso la transformación de coordenadas la realiza el circuito del controlador 20.

Cuando el sistema 10 imprime dos o más objetos (o dos o más partes separadas del mismo objeto) sobre la bandeja 12, el ordenador 24 o el circuito del controlador 20, en algunas realizaciones de la invención, pueden determinar automáticamente una pluralidad de ubicaciones en la bandeja 12. El controlador 20 puede indicar entonces a los cabezales de impresión 16 que impriman los objetos en las ubicaciones determinadas. Las ubicaciones de la bandeja 12 en las que se imprimen los objetos pueden determinarse ejecutando un procedimiento de optimización que simula diferentes disposiciones de los objetos en la bandeja 12 y elige una de las disposiciones (normalmente la mejor disposición posible), según un criterio predeterminado o conjunto de criterios.

Por ejemplo, de acuerdo con un criterio, los objetos se disponen en la bandeja 12 para equilibrar la bandeja. Este criterio es particularmente aplicable cuando los objetos que deben imprimirse son relativamente pesados y su peso puede afectar al equilibrio de la bandeja 12. Como ejemplos representativos, cuando el sistema 10 imprime dos objetos que son relativamente pesados y tienen pesos similares, el controlador 20 o el ordenador 24 pueden determinar que sus ubicaciones son generalmente opuestas con respecto al centro de la bandeja y, por lo general, que están en las mismas posiciones radiales (es decir, a distancias similares del eje 14) preferentemente cerca de la periferia del área de trabajo; y cuando el sistema 10 imprime tres objetos que son relativamente pesados y tienen pesos similares, el controlador 20 o el ordenador 24 pueden determinar que sus ubicaciones están en tres posiciones acimutales que están separadas aproximadamente 120° entre sí, y generalmente en las mismas posiciones radiales, preferentemente cerca de la periferia del área de trabajo.

De acuerdo con otro criterio, se imprimen más objetos lejos del eje 14 que cerca del eje 14. Este criterio se puede aplicar específicamente cuando el número de objetos que va a imprimirse es mayor que dos, pero también se puede aplicar en el caso de dos objetos. Como ejemplos representativos, cuando el sistema 10 imprime n objetos, el controlador u ordenador primero intenta disponer todos los objetos en la periferia del área de trabajo sin superposiciones y con suficiente distancia entre objetos adyacentes. Si no todos los objetos pueden ocupar la periferia del área de trabajo con suficiente distancia entre los objetos adyacentes, el controlador o el ordenador intenta disponer n-1 objetos en la periferia del área de trabajo (de nuevo, sin superposiciones y con suficiente distancia entre objetos adyacentes) y 1 objeto más cerca del eje 14, y así sucesivamente.

El procedimiento de optimización puede asignar opcional y preferentemente uno o más pesos de optimización (que no deben confundirse con los pesos físicos debido a la gravedad) a cada objeto, simular diferentes disposiciones de los objetos, calcular una puntuación de optimización total para cada disposición simulada, y selecciona una disposición en función de su puntuación de optimización. Normalmente, aunque no de forma necesaria, los pesos tienen valores numéricos que cuantifican la preferencia de que se imprima un objeto específico en la periferia del área de trabajo. Para cada disposición particular, se puede calcular una puntuación de optimización de objeto para cada objeto y, a continuación, se pueden combinar todas las puntuaciones de optimización de objeto (por ejemplo, sumarse, multiplicarse). Se puede calcular una puntuación de optimización para la disposición específica en función, al menos en parte, de las puntuaciones de optimización de objetos combinadas y, opcionalmente, también según otro criterio (por ejemplo, las relaciones espaciales entre ubicaciones de diferentes objetos).

La puntuación de optimización de objeto se puede calcular combinando (por ejemplo, sumando, multiplicando) el peso numérico del objeto respectivo con un parámetro que representa la distancia del objeto desde el eje 14 para la disposición específica. Por lo tanto, cuando, en alguna disposición simulada, un objeto que tiene un peso elevado (lo que indica que se desea imprimir el objeto en la periferia del área de trabajo) se coloca en la periferia del área de trabajo, la puntuación de optimización de objeto para este objeto es alta. Por otro lado, cuando en alguna disposición simulada, un objeto que tiene un peso alto no se coloca en la periferia del área de trabajo, la puntuación de optimización de objeto para este objeto es baja.

El ordenador 24 o el circuito del controlador 20, en algunas realizaciones de la invención, también pueden ejecutan un procedimiento de optimización que recibe los datos pertenecientes al material de construcción general que existe en el sistema (por ejemplo, en el suministro 42), y calcula la cantidad de material que se requiere para imprimir el objeto. Cuando la cantidad de material que se requiere para imprimir el objeto es mayor que la cantidad de material que existe en el suministro 42, el controlador 20 de las presentes realizaciones emite una alerta.

La transformación de coordenadas permite la impresión tridimensional sobre una bandeja giratoria. En la impresión tridimensional convencional, los cabezales de impresión se mueven recíprocamente por encima de una bandeja estacionaria a lo largo de líneas rectas. En tales sistemas convencionales, la resolución de impresión es la misma en cualquier punto sobre la bandeja siempre que los índices de dispensación de los cabezales sean uniformes. A diferencia de la impresión tridimensional convencional, no todas las boquillas de los puntos de cabezal cubren la misma distancia sobre la bandeja 12 al mismo tiempo. La transformación de coordenadas se ejecuta opcional y preferentemente para garantizar cantidades iguales de material en exceso en diferentes posiciones radiales. Se proporcionan ejemplos representativos de transformaciones de coordenadas según algunas realizaciones de la presente invención en las figuras 3A-F, que muestra tres cortes de un objeto (cada corte corresponde a instrucciones de fabricación de una capa diferente de los objetos), donde las figuras 3A, 3C y 3E ilustran cortes en un sistema cartesiano de coordenadas y las figuras 3B, 3D y 3F ilustran los mismos cortes después de la aplicación de un procedimiento de transformación de coordenadas en el corte respectivo.

Normalmente, el controlador 20 controla la tensión aplicada en el componente respectivo del sistema 10 en función de las instrucciones de fabricación y en función de las instrucciones de programa almacenadas, como se describe a continuación.

En general, el controlador 20 controla los cabezales de impresión 16 para dispensar, durante la rotación de la bandeja 12, las gotas del material de construcción en capas, por ejemplo, para imprimir un objeto tridimensional en la bandeja 12.

Los cabezales de impresión por inyección de tinta dispensan capas de material de construcción mediante tecnología de inyección de tinta. Cada uno de los cabezales de impresión puede configurarse para dispensar un material de construcción diferente. Cuando un cabezal de impresión específico comprende dos o más conjuntos de boquillas, cada conjunto de boquilla se puede configurar para dispensar un material de construcción diferente. Por lo tanto, las diferentes ubicaciones de destino pueden ser ocupadas por diferentes materiales de construcción. Los tipos de materiales de construcción se pueden clasificar en dos categorías principales: material de modelado y material de soporte.

El material de soporte sirve como una matriz de soporte o construcción para soportar el objeto o partes del objeto durante el proceso de fabricación y/o con otros fines, por ejemplo, proporcionar objetos huecos o porosos. El material de soporte es preferentemente dispersable en agua para facilitar su eliminación una vez que se completa la acumulación del objeto. El material de soporte se dispensa preferentemente en forma líquida y se puede curar por radiación, tal como, pero sin limitación, radiación electromagnética (por ejemplo, radiación ultravioleta, radiación de luz visible, radiación infrarroja) y radiación de haz de electrones. También se contemplan materiales de soporte que comprenden un componente de cera y, opcionalmente, también un componente modificador de la viscosidad. Estos tipos de materiales de soporte están en forma líquida a las temperaturas de impresión por inyección de tinta del sistema 10, se solidifican una vez enfriados después de ser dispensados y no requieren curado por radiación.

El material de modelado, normalmente, es una composición que se formula para su uso en tecnología de inyección de tinta y que es capaz de formar un objeto tridimensional por sí mismo, es decir, sin tener que mezclarse o combinarse con ninguna otra sustancia. El material de modelado se dispensa preferentemente en forma líquida y se puede curar por radiación, tal como, pero sin limitación, radiación electromagnética (por ejemplo, radiación ultravioleta, radiación de luz visible, radiación infrarroja) y radiación de haz de electrones.

En algunas realizaciones de la invención, tanto el soporte como los materiales de modelado son curables utilizando el mismo tipo de radiación.

El objeto tridimensional final que fabrica el sistema 10 está hecho del material de modelado o una combinación de material de modelado y de soporte o modificación del mismo (por ejemplo, después del curado).

Preferiblemente, pero no obligatoriamente, el número total de boquillas o conjuntos de boquillas dispensadoras se selecciona de modo que aproximadamente la mitad de las boquillas dispensadoras estén designadas para dispensar material de soporte y aproximadamente la mitad de las boquillas dispensadoras estén designadas para dispensar material de modelado. En el ejemplo representativo de la figura 2C, cada uno de los cabezales 16a y 16b tiene un conjunto de boquillas, mientras que el cabezal 16c tiene dos conjuntos de boquillas. En este ejemplo, los cabezales 16a y 16b pueden designarse para material de modelado y el cabezal 16c puede designarse para material de soporte. Por lo tanto, el cabezal 16a puede dispensar un primer material de modelado, el cabezal 16b puede dispensar un segundo material de modelado y el cabezal 16c puede dispensar material de soporte. En una realización alternativa, el cabezal 16c, por ejemplo, puede comprender 2 estructuras físicamente separadas, teniendo cada una un único conjunto de boquillas. En esta realización, cada una de las dos estructuras puede ser físicamente similar a los cabezales 16a y 16b.

En general, el número de cabezales de modelado, el número de cabezales de soporte y el número de boquillas en cada cabezal se seleccionan para proporcionar un cociente predeterminado, a, entre el índice de dispensación máxima del material de soporte y el índice de dispensación máxima del material de modelado. El valor del cociente predeterminado, a, se selecciona preferentemente para garantizar que, en cada capa fabricada, la altura del material de modelado sea igual a la altura del material de soporte. Los valores habituales de a son de aproximadamente 0,6 a aproximadamente 1,5.

Por ejemplo, para a =1, el índice de dispensación total del material de soporte, por lo general, es el mismo que el índice de dispensación total del material de modelado cuando funcionan todos los cabezales de modelado y los cabezales de soporte.

En una realización preferida, hay M cabezales de modelado, cada uno con m conjuntos de p boquillas, y S cabezales de soporte, cada uno con s conjuntos de q boquillas, de manera que M * m x p = S * s x q . Cada uno de los conjuntos de modelado de M x m y los conjuntos de soporte de S * s se puede fabricar como una unidad física separada, pudiendo ensamblarse y desensamblarse del grupo de conjuntos. En esta realización, cada conjunto de este tipo comprende opcional y preferentemente un controlador de temperatura y un sensor de nivel de material propio, y recibe una tensión controlada individualmente para su funcionamiento.

El tipo de material que se transporta a cada conjunto de boquillas de cada cabezal de impresión para su dispensación lo controla opcional y preferentemente el controlador 20. Por ejemplo, el controlador 20 puede indicar a un sistema de suministro de material de construcción 42 que suministre un primer material de modelado a un conjunto de boquillas de un primer cabezal y un material de soporte a otro conjunto de boquillas del primer cabezal. El controlador 20 también puede indicar al sistema 42 que suministre el primer material de modelado a un conjunto de boquillas del primer cabezal, el material de soporte a otro conjunto de boquillas del primer cabezal, y un segundo material de modelado a un conjunto de boquillas de un segundo cabezal. Como alternativa, el controlador 20 puede indicar al sistema 42 que suministre el material de soporte a una conjunto de boquillas de otro cabezal. El controlador 20 también puede indicar al sistema 42 que suministre el primer material de modelado a un conjunto de boquillas del primer cabezal, el material de soporte a otro conjunto de boquillas del primer cabezal, el segundo material de modelado a un conjunto de boquillas del segundo cabezal, y un tercer material de modelado a otro conjunto de boquillas del segundo cabezal, y así sucesivamente.

La bandeja 12 y/o los cabezales de impresión 16 están configurados para moverse a lo largo de la dirección vertical z, paralelos al eje vertical 14, con el fin de modificar la distancia vertical entre la bandeja 12 y los cabezales de impresión 16. En configuraciones en las que la distancia vertical se modifica moviendo la bandeja 12 a lo largo de la dirección vertical, la estructura de soporte 30 también se mueve preferentemente en vertical junto con la bandeja 12. En configuraciones en las que la distancia vertical se modifica mediante los cabezales 16 a lo largo de la dirección vertical, mientras se mantiene fija la posición vertical de la bandeja 12, la estructura de soporte 30 también se mantiene en una posición vertical fija.

El movimiento vertical puede generarse gracias a un motor vertical 28. Una vez que se completa una capa, se puede aumentar la distancia vertical entre la bandeja 12 y los cabezales 16 (por ejemplo, la bandeja 12 se baja con respecto a los cabezales 16) mediante un escalón vertical predeterminado, de acuerdo con el grosor deseado de la capa que se vaya a imprimir posteriormente. El procedimiento se repite para formar el objeto tridimensional capa a capa.

El sistema de las presentes realizaciones permite seleccionar los materiales de modelado de un número determinado de materiales de modelado y/o materiales destinados a comprender parte del objeto que se fabrica, para así definir las combinaciones deseadas de los materiales seleccionados y definir la "ubicación espacial" de su deposición (combinada o separada) dentro de la capa, permitiendo así la formación de una amplia gama de materiales (es decir, combinaciones de materiales), que tengan un gran abanico de atributos o propiedades de material, y lo que permite la fabricación de un objeto que puede consistir en múltiples combinaciones diferentes de materiales de modelado, en diferentes partes del objeto, de acuerdo con las propiedades deseadas para caracterizar cada parte del objeto.

Se puede crear un objeto tridimensional usando un software adecuado, por ejemplo, software de CAD, que exporta el objeto virtual al sistema 10 a través de un formato de archivo portátil, adecuado para CAD, como se ha detallado anteriormente en el presente documento. El usuario puede dividir o partir el objeto virtual que vaya a fabricarse en un número de partes o regiones separadas. Una región en el objeto es, por lo tanto, un subvolumen del objeto confinado en una o más superficies cercanas que no se intersecan entre sí.

La división del objeto virtual se realiza para posibilitar la asignación de diferentes materiales de modelado o combinaciones o estructuras de materiales de modelado en las diferentes regiones. En algunas realizaciones, las diferentes regiones se guardan como diferentes archivos de datos o diferentes partes de un archivo de datos, refiriéndose todos los archivos o partes de los archivos al mismo sistema de ejes y origen. El proceso de división en regiones separadas y su conversión a archivos de datos puede llevarse a cabo, en general, como se conoce en la técnica, por ejemplo, como se describe en la patente de EE. UU. n.° 5.768.134, asignada a Materialise N.V. Por lo tanto, un grupo de regiones o archivos de datos puede constituir un objeto completo o una parte completa del mismo.

En algunas realizaciones de la presente invención, la deposición del material o materiales de modelado se determina según las regiones así definidas, por ejemplo, los materiales de modelado específicos que se utilizarán y su combinación y/o deposición espacial dentro de la región están definidos en el software, así como la definición espacial de las propias regiones dentro de la capa de objeto, todo de acuerdo con las propiedades predefinidas deseadas para cada parte del objeto final. Normalmente, la definición de los atributos de región, por ejemplo, los tipos de material de modelado y su combinación en una región determinada, pueden realizarla el software en o después del momento de la división del objeto virtual en regiones. En una realización preferida, para cualquier región determinada, un usuario u operario del sistema 10 puede introducir definiciones, por ejemplo, a través de una interfaz de usuario. Por ejemplo, el operario puede seleccionar una región específica y seleccionar los materiales de modelado y/o las combinaciones de materiales para la región así definida según las propiedades deseadas para cada región respectiva. Un ejemplo de esto es definir un material de modelado o combinación de materiales para la periferia o límite de la región y un material o combinación de materiales diferente para el resto. Un ejemplo útil de esto es la impresión de objetos con material duro en la masa pero con material blando sobre la superficie.

Se pueden seleccionar combinaciones de diferentes materiales de modelado que tienen diferentes propiedades para depositarlas en diferentes regiones, de modo que se cree un material compuesto que tenga propiedades diferentes a las del material dispensado, o que muestre una combinación de sus propiedades. Las propiedades resultantes pueden diferir de acuerdo con la combinación y/o cantidades relativas de los materiales dispensados. Los materiales que van a utilizarse en diferentes combinaciones, así como la estructura, por ejemplo, la deposición espacial/relativa de sus combinaciones están predeterminadas según las propiedades que se desea lograr en el material compuesto final que forma el objeto o partes del objeto.

Por lo tanto, un objeto resultante según algunas realizaciones de la presente invención puede tener propiedades que sean distintas dentro del propio objeto, por ejemplo, una propiedad que aumenta o disminuye de un lado del objeto a otro, o propiedades alternas dentro del objeto. Por ejemplo, seleccionar un material de modelado que sea rígido después del curado y otro que sea flexible o elástico después del curado puede dar como resultado un objeto de material compuesto en el que algunas partes del objeto sean más rígidas que otras, algunas más flexibles que otras, o el objeto puede ser rígido, por ejemplo, en el exterior y en el centro, pero flexible en cualquier otra parte. Si, por ejemplo, se dispensa una mayor cantidad de material rígido que la cantidad de material flexible, el material del objeto fabricado es menos rígido que el material rígido seleccionado, pero no tan flexible como el material flexible seleccionado. Por lo tanto, las diferentes regiones del objeto fabricado pueden tener diferentes propiedades de material, donde una región puede ser una capa, parte de una capa o varias capas, por ejemplo, un bloque horizontal de capas u otras disposiciones estructurales y, por lo tanto, las propiedades del material pueden variar dentro de una capa o entre diferentes bloques de capas. Un material compuesto también puede tener colores que sean distintos en todo el material compuesto, dependiendo de las cantidades relativas y la dispensación espacial de un número de materiales de diferentes colores.

Los diferentes tipos de materiales de modelado pueden permanecer separados y distintos dentro del objeto fabricado o pueden mezclarse durante el proceso de fabricación. En el modo de material único, si, por ejemplo, se utilizan dos materiales de modelado, los propios materiales pueden combinarse en un solo material o pueden depositarse de tal manera que cada material permanezca distinto, sin embargo, su deposición uniforme en gotas de material una al lado de la otra forma una mezcla homogénea uniforme. En modos de múltiples materiales, se pueden seleccionar dos o más materiales de modelado para dispensarlos individualmente en partes o regiones, y/o combinarse en otras, donde la combinación puede hacerse dispensando cantidades relativas de cada material en diferentes ubicaciones objetivo especificadas o grupos de ubicaciones objetivo, o dispensando dos o más tipos de materiales de modelado dentro del mismo grupo de ubicaciones objetivo.

Las cantidades relativas de diferentes materiales de modelado que se dispensan por capa o una porción de la misma pueden ser modificadas dinámicamente por el controlador 20 durante la fabricación del objeto, en concreto, cuando se desee fabricar un objeto que tenga propiedades no uniformes o anisotrópicas. El controlador 20 recibe preferentemente del ordenador 24 los datos digitales que describen las cantidades relativas y controla el índice de dispensación del índice de dispensación individual según los datos. La variación de las cantidades relativas se puede realizar de manera continua o discreta.

La capacidad del sistema de las presentes realizaciones de utilizar dos o más materiales de modelado diferentes hace que sea posible emplear muchos más materiales y más variados en la fabricación libre de sólidos de lo que ha sido posible hasta la fecha con las técnicas convencionales de fabricación de forma libre sólida, y además, facilita muchas posibilidades diferentes para combinar múltiples materiales según el objeto final y/o las propiedades del objeto que se desea obtener.

Por ejemplo, los materiales de construcción que tienen una mayor tendencia a encogerse como resultado del proceso de polimerización no suelen ser adecuados para su uso en aparatos de fabricación de forma libre sólidos tradicionales. El sistema de las presentes realizaciones proporciona de manera útil una solución a este problema. Por ejemplo, el sistema de las presentes realizaciones puede fabricar piezas u objetos en los que las superficies exteriores de la pieza u objeto están hechas de un material, mientras que el resto de la pieza u objeto comprende un material diferente. En este ejemplo, las regiones internas pueden fabricarse de un material que carece de resistencia mecánica, tal como un gel o líquido, pero que tiene otras propiedades deseables, como ser fácilmente extraíble, por ejemplo, para crear un objeto hueco o quemarse fácilmente sin dejar cenizas u otros restos.

En algunas realizaciones de la invención, se pueden dispensar dos o más materiales de modelado, donde uno o ambos materiales pueden no tener las propiedades requeridas para permitir la construcción del objeto deseado. La combinación de los dos materiales puede proporcionar un material de modelado funcional. Por ejemplo, uno de los materiales puede no solidificarse durante el proceso de fabricación, sino permanecer en forma líquida, gel, pasta u otra forma no sólida o semisólida, mientras que el otro material se solidifica durante el proceso de fabricación. El material solidificado puede "contener" el material no solidificado o, como alternativa, el material no solidificado se puede vaciar, quemar o eliminar de otra manera cuando se complete el proceso para proporcionar un modelo que sea hueco o poroso.

En algunas realizaciones de la invención, se pueden dispensar dos o más materiales de modelado, donde un material puede tener una reactividad demasiado baja para usarse como material de modelado en un sistema específico, ya que si se usara solo produciría un objeto con mala definición y baja calidad de impresión, mientras que el otro material tiene la reactividad apropiada. En este ejemplo, cabe señalar que una de las propiedades básicas de una formulación curable por UV es su reactividad a la radiación UV. La reactividad se obtiene, por lo general, mediante una combinación adecuada de monómeros, oligómeros, fotoiniciador y concentración de fotoiniciador. Los monómeros y oligómeros acrílicos (a diferencia de los metacrílicos) son especialmente apropiados debido a su reactividad intrínseca relativamente alta, lo que significa que las formulaciones acrílicas pueden usar concentraciones relativamente bajas de fotoiniciador. Debido a la reactividad intrínseca relativamente baja de los componentes metacrílicos, es bastante difícil usarlos en la preparación de formulaciones. La falta de reactividad de una formulación afecta directamente a su calidad de impresión. El uso de una formulación con baja reactividad produciría un objeto con bordes y/o superficies indefinidos e inexactos.

Los componentes metacrílicos, por lo general, tienen propiedades valiosas, como un cociente de contracción más bajo y una Tg (temperatura de transición vítrea) más alta que los componentes acrílicos, sin embargo, tienen menor reactividad que los componentes acrílicos. Este problema puede resolverse empleando el sistema de la presente invención, en donde se utiliza un material de modelado que tiene alta reactividad, por ejemplo, una formulación acrílica, y otro material de modelado que tiene baja reactividad, por ejemplo, formulación metacrílica. La formulación de alta reactividad puede usarse para rodear la formulación de baja reactividad en cada capa y, por lo tanto, las superficies del objeto consistirían en la formulación reactiva y el núcleo del objeto de la formulación de baja reactividad. Como consecuencia, se asegura la calidad de la periferia del objeto; ya que esta característica requiere una alta reactividad (la calidad de la periferia comprende la suavidad de la pared y la agudeza del borde). La precisión del objeto también está asegurada ya que se minimiza la deformación del volumen que se produce por la contracción. De esta manera, se pueden aprovechar las valiosas propiedades de los componentes de baja reactividad. Se pueden emplear otros tipos de formulaciones de baja reactividad, incluyendo, por ejemplo, formulaciones polimerizables catiónicamente iniciadas por UV.

En algunas realizaciones de la presente invención, el conjunto de boquillas de uno o más de los cabezales de impresión está configurado de tal manera que las boquillas que están a diferentes distancias del eje 14 dispensan el material de construcción a diferentes índices de dispensación. Preferiblemente, las boquillas que están más cerca del eje 14 (o del centro de la bandeja 12) dispensan el material de construcción a un índice de dispensación más reducido que las boquillas que están más alejadas del eje 14. Esta configuración resulta ventajosa ya que reduce o elimina el efecto de las diferentes velocidades lineales a diferentes distancias del eje 14.

Los distintos índices de dispensación pueden garantizarse de más de una manera.

En algunas realizaciones de la presente invención, los diámetros de las aberturas de las boquillas son distintos entre las diferentes boquillas del mismo conjunto de boquillas. Por ejemplo, el diámetro de la abertura de la boquilla puede ser una función creciente de la distancia de la boquilla desde el eje 14, de modo que, para cualquier par de boquillas del mismo conjunto, la abertura de la boquilla que está más cerca del eje 14 es menor que la de la boquilla que está más alejada del eje 14.

En algunas realizaciones de la presente invención, los diámetros de las aberturas de las boquillas son los mismos para todas las boquillas del mismo conjunto de boquillas, pero las boquillas están controladas individualmente por el controlador 20. En estas realizaciones, el controlador 20 aplica diferentes niveles de tensión a diferentes boquillas del mismo conjunto para garantizar los diferentes índices de dispensación para las distintas boquillas del mismo conjunto. Preferiblemente, el controlador 20 selecciona la tensión aplicada de modo que las boquillas que están más cerca del eje 14 dispensan el material de construcción a un índice de dispensación más bajo que las boquillas que están más alejadas del eje 14.

En algunas realizaciones de la presente invención, los diámetros de las aberturas de las boquillas son distintos entre las diferentes boquillas del mismo conjunto de boquillas, y las boquillas son controladas individualmente por el controlador 20. En estas realizaciones, los distintos índices de dispensación están garantizados por los diferentes tamaños de las aberturas y, además, por la selección cuidadosa de la tensión aplicada por el controlador 20.

Los presentes inventores también han ideado una técnica que resuelve problemas asociados con el índice de dispensación constante cuando el movimiento relativo entre el cabezal de cebado y la bandeja no se da a lo largo de líneas rectas. La técnica descrita a continuación se puede emplear cuando todas las boquillas de los cabezales 16 dispensan el material de construcción al mismo índice de dispensación, aunque también puede emplearse cuando los índices de impresión varíen. La técnica se puede emplear en cualquier situación de impresión en la que las boquillas sigan trayectorias que no discurran a lo largo de una línea recta, particularmente en situaciones en las que hacer funcionar todas las boquillas de un cabezal de impresión a la misma frecuencia de como resultado una resolución no uniforme. La técnica incluye enmascaramiento de datos como se explicará ahora con mayor detalle.

Cada corte en los datos de objeto informático suele estar, aunque no de forma necesaria, en forma de un mapa de bits binario. Como alternativa, los datos de corte se pueden calcular sobre la marcha a partir de una representación informática tridimensional del objeto (por ejemplo, una malla 3D).

Si bien las realizaciones a continuación se describen con atención especial al uso de un mapa de bits, debe entenderse que la operación de lectura de información de un mapa de bits puede sustituirse por una operación de cálculo de un valor en una determinada ubicación dentro de una representación informática tridimensional del objeto, y que ambas se contemplan de acuerdo con diversas realizaciones ilustrativas de la invención.

A partir del mapa de bits de los datos de objeto informático, normalmente se calcula un mapa de bits de activación de boquillas. Cada elemento de mapa de bits (por ejemplo, píxel) en el mapa de bits de activación de boquillas corresponde a una ubicación objetivo en la capa respectiva en donde el valor del elemento de mapa de bits determina si se activa o no una boquilla respectiva que llega a la ubicación física respectiva. Por ejemplo, los "1" representan ubicaciones que van a ser ocupadas por material de construcción en la capa final y los "0" representan huecos en la capa final.

De acuerdo con las presentes realizaciones, el mapa de bits operativo se enmascara de modo que la resolución a lo largo de la dirección acimutal de todas las boquillas sea la misma independientemente de su posición en el cabezal y la trayectoria del cabezal. Un ejemplo representativo de tal enmascaramiento se muestra en la figura 9A, que ilustra el conjunto de boquillas 22 del cabezal 16. La primera boquilla (más alejada del eje 14) se indica como boquilla 104 y la última boquilla (más cercana al eje 14) se indica como boquilla 106. La figura 9A también ilustra dos trayectorias curvas 102 y 108 ilustradas seguidas respectivamente por las boquillas 104 y 106 durante los movimientos relativos del cabezal 16 y la bandeja 12. Se ilustran seis boquillas en el conjunto 22, aunque dicho conjunto 22 puede tener cualquier número de boquillas. Las ubicaciones mostradas de las boquillas 104 y 106 sobre las trayectorias 102 y 108 corresponden a una instancia de tiempo denominada T1. En una instancia de tiempo adicional T-i+dT, la boquilla 104 llega a la posición 110 a lo largo de la trayectoria 102 y la boquilla 106 llega a la posición 112 a lo largo de la trayectoria 108. En una instancia de tiempo adicional Ti+2dT, la boquilla 104 llega a la posición 114 a lo largo de la trayectoria 102 y la boquilla 106 llega a la posición 116 a lo largo de la trayectoria 108.

Las boquillas 104 y 106 cubren diferentes longitudes de arco sobre las trayectorias 102 y 108 durante el mismo intervalo de tiempo. Específicamente, las tres ubicaciones visitadas por la boquilla 104 en las instancias de tiempo T1, Ti+dT y T-i+2dT están más separadas que las tres ubicaciones visitadas por la boquilla 106 en estas instancias de tiempo. En el ejemplo ilustrado en la figura 9A, la longitud de arco cubierta por la boquilla 106 entre las instancias de tiempo T1 y T-i+2dT es aproximadamente la misma que la longitud de arco cubierta por la boquilla 106 entre las instancias de tiempo T1 y T-i+dT o entre las instancias de tiempo Ti+dT y T-i+2dT. De acuerdo con algunas realizaciones de la presente invención, la boquilla 106 se activa en la instancia de tiempo T1 y en la instancia de tiempo T-i+2dT, pero no en la instancia de tiempo T-i+dT. Dicho de otra forma, el mapa de bits de activación de la boquilla que corresponde a la capa respectiva está enmascarado de modo que no se dispensa material en la ubicación 112, independientemente de si el mapa de bits de activación de la boquilla o el mapa de bits de los datos de objeto informáticos de entrada designan la ubicación 112 como una ubicación en la que se va a dispensar una gota de material de construcción.

La ilustración en la figura 9A representa un ejemplo de un cociente de enmascaramiento del 50 %, en donde el 50 % de las ubicaciones a lo largo de la trayectoria 108 están enmascaradas para la boquilla 106, de modo que la boquilla 106 no dispensa material al llegar a esta ubicación. Se aprecia que para otros pares de trayectorias el cociente de enmascaramiento puede ser diferente del 50 %. El cociente de enmascaramiento se puede calcular para cada trayectoria de cada boquilla en función del cociente entre las longitudes de arco cubiertas por diferentes boquillas durante el mismo intervalo de tiempo dT, o en función del cociente entre las velocidades lineales de diferentes boquillas. En función del cociente de enmascaramiento, el controlador 20 puede opcional y preferentemente decidir si activar o no una boquilla respectiva en una ubicación respectiva. De acuerdo con algunas realizaciones de la presente invención, cuando una boquilla está enmascarada en una instancia de tiempo, no se leen los datos de impresión del mapa de bits de entrada del mapa de bits de activación de boquillas de esa boquilla. Como alternativa, dicha entrada no se calcula. Estas realizaciones pueden verse como dilución de datos ya que reducen la cantidad de datos que se procesan a nivel del mapa de bits. La ventaja de esta realización es que ahorra tiempo de cálculo y recursos.

Se puede lograr un ahorro adicional en el tiempo de cálculo y recursos teniendo en cuenta la longitud de arco de la trayectoria cubierta por una boquilla que pertenece a un grupo de boquillas, por ejemplo, un conjunto de boquillas. De acuerdo con algunas realizaciones de la presente invención, se identifica una boquilla que cubre el segmento de trayectoria más largo del grupo durante un intervalo de tiempo. A continuación, se calcula un valor de enmascaramiento binario para esta boquilla (por ejemplo, "0" para enmascaramiento y "1" en caso contrario) en una instancia de tiempo dentro del intervalo de tiempo. Cuando esta boquilla está enmascarada, todas las demás boquillas del grupo se enmascaran sin calcular por separado un valor de enmascaramiento para cada una de estas boquillas. Opcional y preferentemente, no se accede al mapa de bits de activación de boquillas de un grupo de boquillas enmascaradas.

La figura 9B muestra esquemáticamente conjuntos de boquillas 22a y 22b de dos cabezales 16a y 16b, respectivamente. Las notaciones correspondientes al cabezal 16a son las mismas que para el cabezal 16 de la figura 9A anterior. La última boquilla del cabezal 16b se indica con 122 y la trayectoria seguida por esa boquilla se indica con 120.

Las ubicaciones de las boquillas 104, 106 y 122 sobre las trayectorias 102, 108 y 120 corresponden a una instancia de tiempo denominada T1. En el caso de que la boquilla Ti+dT 104 llegue a la posición 110 a lo largo de la trayectoria 102, la boquilla 106 llega a la posición 112 a lo largo de la trayectoria 108, y la boquilla 122 llega a la posición 124 a lo largo de la trayectoria 120. Para un intervalo de tiempo determinado (por ejemplo, entre las instancias de tiempo T1 y Ti+dT), la longitud de arco cubierta por la boquilla 104 es la más larga entre las longitudes de arco cubiertas por cualquier otra boquilla del conjunto 22a.

En el ejemplo ilustrado en la figura 9B, la longitud de arco cubierta por la boquilla 122 entre las instancias de tiempo T1 y Ti+dT es aproximadamente la misma que la longitud de arco cubierta por la boquilla 104 entre las instancias de tiempo T1 y T-i+2dT. De acuerdo con algunas realizaciones de la presente invención, la boquilla 104 se activa en la instancia de tiempo T1 y en la instancia de tiempo Ti+2dT, pero no en la instancia de tiempo T-i+dT, y la boquilla 106 se activa en la instancia de tiempo T1, pero no en las instancias de tiempo Ti+dT y Ti+2dT. Así mismo, dado que cualquier boquilla del conjunto 22a distinta de la boquilla 104 cubre una longitud de arco que es más corta que la longitud de arco cubierta por la boquilla 104 durante el mismo intervalo de tiempo, no es necesario activar ninguna de las boquillas del conjunto 22a en la instancia de tiempo T-i+dT. Dicho de otra forma, el mapa de bits de activación de boquillas que corresponde a la capa respectiva se enmascara de tal manera que no se dispensa material desde ninguna boquilla del conjunto 22a al menos hasta que la primera boquilla 104 llega a la ubicación 114 a lo largo de la trayectoria 102. Esto corresponde, como se ha manifestado, a una operación de dilución de datos, ya que reduce la cantidad de datos que se procesan a nivel de mapa de bits.

Los presentes inventores descubrieron que dicho procedimiento reduce significativamente el tiempo de procesamiento y los recursos de cálculo requeridos porque no hay necesidad de acceder al mapa de bits de activación de boquillas (o de calcular su valor) hasta que la primera boquilla 104 llegue a la ubicación 114. Este ahorro puede entenderse mejor a partir de la ilustración proporcionada en la figura 9C.

La figura 9C ilustra el conjunto de boquillas 22 superpuesto en un mapa de bits de entrada que, en este ejemplo, se define sobre una cuadrícula rectangular. Cada ubicación en la cuadrícula representa un elemento de mapa de bits de entrada (por ejemplo, un píxel). Mostrados en la figura 9B están los elementos de mapa de bits 130 y 132. El conjunto 22 se ilustra en la instancia de tiempo T1 en la que la primera 104 y la última 106 boquillas del conjunto 22 se superponen aproximadamente sobre los elementos 130 y 132 del mapa de bits de entrada. Por lo tanto, los valores almacenados en los elementos 130 y 132 pueden dar como resultado la activación o no activación de las boquillas 104 y 106 en la instancia de tiempo T1.

Los sistemas de impresión convencionales buscan la ubicación de las boquillas relevantes en un momento específico (Ti, en el presente ejemplo), buscan los elementos de mapa de bits que se sitúen en el mismo lugar que las boquillas en la instancia de tiempo específica, obtienen la información contenida en los elementos de mapa de bits respectivos, y deciden si activar o no las boquillas respectivas. Los presentes inventores descubrieron que al menos algunas de estas etapas son superfluas y pueden omitirse mediante la técnica de enmascaramiento de las presentes realizaciones, Es decir, en ubicaciones en las que las boquillas están enmascaradas, no es necesario procesar el mapa de bits para ahorrar tiempo de procesamiento.

En diversas realizaciones ilustrativas de la invención, el controlador 20 o el procesador de datos 24 accede a un medio legible por ordenador que almacena una máscara precalculada y aplica la máscara al mapa de bits de entrada o mapa de bits de activación de boquillas. La máscara precalculada puede tener la forma de una matriz booleana rectangular, que indica las ubicaciones en las que se enmascara la activación de las boquillas (es decir, las ubicaciones de boquillas en las que las boquillas no dispensan material independientemente del valor en el respectivo elemento de mapa de bits). La dimensión de la máscara es opcional y preferentemente igual a la multiplicación del número de boquillas de un cabezal por el número de gotas dispensables en la trayectoria más larga sobre el área de trabajo 26 (por ejemplo, el perímetro más exterior del área de trabajo 26, o el perímetro más exterior de la región ocupada 90).

El cálculo de los elementos de la máscara precalculada se basa opcional y preferentemente en el cociente de enmascaramiento anteriormente mencionado. Opcional y preferentemente, el cálculo comprende aplicar un generador de números pseudoaleatorios usando el cociente de enmascaramiento como probabilidad de entrada. Específicamente, la ubicación de cada boquilla a lo largo de una trayectoria se enmascara con una probabilidad que es igual al cociente de enmascaramiento asociado a esa ubicación. Los presentes inventores descubrieron que tal aplicación del generador de números pseudoaleatorios mejora significativamente la calidad del objeto impreso. Sin vinculación a ninguna teoría específica, se supone que la calidad mejorada al utilizar el generador de números pseudoaleatorios se debe a una cantidad reducida de eventos de interferencia en el cabezal 16 y, opcionalmente, otros componentes del sistema 10.

Cuando se identifica una boquilla que cubre la longitud de arco más larga entre un grupo de boquillas (por ejemplo, un conjunto de boquillas) durante un intervalo de tiempo, entonces el generador de números pseudoaleatorios se aplica preferentemente solo en la trayectoria de esa boquilla, en donde todas las demás boquillas del grupo están enmascaradas durante todo el intervalo de tiempo. Haciendo referencia nuevamente a la figura 9B, de acuerdo con las presentes realizaciones, el generador de números pseudoaleatorios se aplica solo en la trayectoria 102 y todas las demás boquillas del conjunto 22a se enmascaran durante todo el intervalo de tiempo entre las instancias de tiempo T1 y T-i+dT. Este procedimiento puede verse matemáticamente como el enmascaramiento de una boquilla (boquilla 104, en el presente ejemplo) con una probabilidad menor que 1, y el enmascaramiento de todas las demás boquillas del grupo (conjunto 22a en el presente ejemplo) con probabilidad 1 cuando ocurra que la boquilla está enmascarada.

Los presentes inventores también contemplan calcular valores de enmascaramiento binarios para cada una de al menos algunas de las ubicaciones de la boquilla durante el proceso de impresión tridimensional. Esto puede hacerse, por ejemplo, dependiendo de una función de enmascaramiento predeterminada de la longitud de arco de la ubicación respectiva desde el eje 14. En diversas realizaciones ilustrativas de la invención, la función de enmascaramiento se selecciona de tal manera que las ubicaciones de la boquilla que están más cerca del eje 14 se enmascaran con más frecuencia que las ubicaciones de la boquilla que están lejos del eje 14. Por ejemplo, la función de enmascaramiento puede calcular un cociente de enmascaramiento que sea igual al cociente entre las velocidades lineales de diferentes boquillas a lo largo de distintas trayectorias. Una vez que se calcula el cociente de enmascaramiento, la decisión con respecto al enmascaramiento de una ubicación de boquilla específica a lo largo de la trayectoria se realiza opcional y preferentemente de manera probabilística, como se ha detallado anteriormente en el presente documento. Cuando se identifica una boquilla que cubre la longitud de arco más larga entre un grupo de boquillas (por ejemplo, un conjunto de boquillas) durante un intervalo de tiempo, la decisión se toma (opcional y preferentemente de manera probabilística) solo en la trayectoria de esa boquilla, como se ha detallado anteriormente en el presente documento.

Los presentes inventores también contemplan calcular valores de enmascaramiento binarios en situaciones en las que la impresión no se de a lo largo de segmentos circulares. En estas realizaciones, se reciben datos que pertenecen a la trayectoria de las boquillas durante la impresión, y el cociente de enmascaramiento se calcula en función de las trayectorias recibidas (por ejemplo, en función de los cocientes de longitud de arco, como se ha detallado anteriormente en el presente documento). La ubicación de cada boquilla se enmascara a continuación en función del cociente de enmascaramiento calculado, opcional y preferentemente de una manera probabilística, como se detalló adicionalmente con anterioridad. Cuando se identifica una boquilla que cubre la longitud de arco más larga entre un grupo de boquillas (por ejemplo, un conjunto de boquillas) durante un intervalo de tiempo, la decisión se toma (opcional y preferentemente de manera probabilística) solo en la trayectoria de esa boquilla, como se ha detallado anteriormente en el presente documento.

En cualquiera de las realizaciones anteriores, se accede al mapa de bits de activación de boquillas, opcional y preferentemente solo en las ubicaciones de boquilla que no están enmascaradas, para determinar si activar o no las boquillas en estas ubicaciones desenmascaradas.

En cualquiera de las realizaciones anteriores, las boquillas que no están activadas (por ejemplo, las boquillas que están enmascaradas) se dice opcional y preferentemente que están defectuosas, es decir, reciben una energía de activación que es menor que la energía requerida para activar las boquillas y dispensar el material de construcción.

Los presentes inventores descubrieron que poner en funcionamiento las boquillas a ciertas frecuencias, en algunos casos, puede ser perjudicial para la salud a largo plazo de las boquillas, ya que puede hacer que una boquilla deje de funcionar o cambie sus características de funcionamiento, como el peso o la elevación de la gota emitida. Por lo tanto, en algunas realizaciones de la presente invención, ciertas frecuencias se eliminan de la máscara pseudoaleatoria. Por ejemplo, las frecuencias más altas se pueden eliminar de la máscara, de modo que nunca aparezca una secuencia de apagado-encendido-apagado, pero sí aparezca una secuencia de apagado-encendido-encendido-apagado.

El sistema 10 comprende opcional y preferentemente una o más fuentes de radiación 18 que pueden ser, por ejemplo, una lámpara ultravioleta o visible o infrarroja, u otras fuentes de radiación electromagnética, o fuente de haz de electrones, dependiendo del material de modelado utilizado. La fuente de radiación 18 puede incluir cualquier tipo de dispositivo emisor de radiación, incluyendo, sin limitación, un diodo emisor de luz (LED), un sistema de procesamiento de luz digital (DLP), una lámpara resistiva y otros similares. La fuente de radiación 18 sirve para curar o solidificar el material de modelado. En diversas realizaciones ilustrativas de la invención, el funcionamiento de la fuente de radiación 18 está controlado por el controlador 20, que puede activar y desactivar la fuente de radiación 18 y puede opcionalmente también controlar la cantidad de radiación generada por la fuente de radiación 18.

En algunas realizaciones de la presente invención, la fuente de radiación 18 está configurada para moverse de forma alternativa con respecto a la bandeja a lo largo de la dirección radial r. Estas realizaciones son útiles cuando la longitud de la fuente de radiación 18 es más corta que el ancho a lo largo de la dirección radial del área de trabajo 26 de la bandeja 12. El movimiento de la fuente de radiación 18 a lo largo de la dirección radial se controla opcional y preferentemente con el controlador 20. En la figura 1D se ilustra una ilustración representativa de un mecanismo adecuado para mover la fuente de radiación 18 a lo largo de la dirección radial. Como se muestra en la figura 1D, es una fuente de radiación 18 montada en una pletina 56 dispuesta para generar un movimiento alternativo de la fuente de radiación 18 a lo largo de la dirección radial. Por lo tanto, las presentes realizaciones contemplan una fuente de radiación y un cabezal de impresión, siendo cada una controlable independientemente para moverse en la dirección radial a lo largo de una etapa de movimiento separada. Esto se diferencia de los sistemas de impresión tridimensionales convencionales, en los que el cabezal de impresión y la fuente de radiación están montados en el mismo bloque de impresión y, por lo tanto, se ven obligados a moverse simultáneamente. En algunas realizaciones de la invención, el controlador 20 está configurado para mover la fuente de radiación 18 y el o los cabezales 18 de manera no simultánea a lo largo de la dirección radial durante el funcionamiento del sistema 10. En algunas realizaciones de la invención, el controlador 20 está configurado para mover la fuente de radiación 18 y el o los cabezales 18 de manera no simultánea e independiente a lo largo de la dirección radial durante el funcionamiento del sistema 10. Estas realizaciones son particularmente útiles cuando se desea seleccionar el momento en el que se inicia el curado, por ejemplo, para retrasar el curado, como se detalla más adelante en el presente documento.

La fuente de radiación 18 y/o el controlador 20 están opcional y preferentemente configurados para garantizar que el índice de curado del material de construcción dispensado sea generalmente (por ejemplo, un 20 % o un 10 % o un 5 % o un 1 %) el mismo en las gotas dispensadas en diferentes posiciones radiales. Normalmente, esto se consigue configurando o controlando la fuente de radiación 18 para suministrar energía a diferentes índices en las ubicaciones que están a diferentes distancias del eje 14. Preferiblemente, el índice al que la fuente 18 suministra energía disminuye linealmente con la distancia desde el eje 14. Específicamente, indica el índice de energía suministrado a una ubicación a una distancia n desde el eje 14 con el símbolo P1 y el índice de energía suministrado a una ubicación a una distancia r2 desde el eje 14 con el símbolo P2, cumpliendo los índices P1 y P2 preferentemente la relación P1/P2 “ n/r2.

El suministro de diferentes dosis de energía a ubicaciones que están a diferentes distancias del eje 14 se puede hacer de más de una manera. En algunas realizaciones de la presente invención, la fuente de radiación 18 tiene una forma ahusada, de modo que su ancho generalmente a lo largo de la dirección acimutal es estrecho en su extremo interior (más cerca del eje 14) que en su extremo que apunta hacia fuera (más lejos del eje 14). En algunas realizaciones de la presente invención, los elementos emisores de radiación dentro de la fuente de radiación 18 (por ejemplo, LED o similares) no se caracterizan todos por la misma potencia de emisión. En estas realizaciones, los elementos emisores se distribuyen preferentemente en sentido radial a lo largo de la fuente de radiación 18, de manera que los elementos con menor potencia de emisión estén más cerca del extremo interior y que los elementos con mayor potencia de emisión estén más cerca del extremo exterior. Preferiblemente, los elementos emisores se distribuyen de manera que la potencia de emisión se reduce linealmente con la distancia desde el extremo interior. En algunas realizaciones de la presente invención, los elementos emisores de radiación dentro de la fuente de radiación 18 (por ejemplo, LED o similares) se caracterizan todos por la misma potencia de emisión, pero el controlador 20 controla individualmente cada elemento emisor de radiación o cada grupo de elementos emisores de radiación para emitir radiación a una potencia diferente. Esto se puede hacer generando diferentes campos eléctricos dentro de diferentes elementos emisores de radiación o diferentes grupos de elementos emisores de radiación. También se contempla la combinación de las realizaciones anteriores (por ejemplo, la fuente ahusada con elementos emisores de radiación que no emiten todos a la misma potencia de emisión).

Los presentes inventores aprecian que el intervalo de tiempo entre el evento en el que se dispensa el material de construcción y el evento en el que el material recién dispensado se expone a la radiación de la fuente 18 puede afectar a la precisión, al acabado superficial y a la calidad de impresión general del objeto impreso. En general, los intervalos de tiempo más cortos entre estos eventos dan como resultado una menor ganancia de punto y una mejor calidad del objeto impreso. Por otro lado, los presentes inventores descubrieron que colocar la fuente 18 muy cerca del cabezal o cabezales 16 puede tener efectos adversos en los chorros dispensados desde el cabezal o cabezales 16. Sin vinculación con ninguna teoría específica, se cree que estos efectos se deben a la radiación que se refleja desde la bandeja 12 o desde el material de construcción en la bandeja 12 en la dirección de las boquillas del cabezal o cabezales 16.

Los presentes inventores han realizado experimentos para determinar una disposición geométrica preferida de la fuente 18 y el cabezal o cabezales 16, de tal manera que se logre una calidad de impresión adecuada mientras se reduce o minimiza el daño en las boquillas. Los experimentos se describen en la sección de ejemplos de a continuación. En función de los datos experimentales obtenidos de acuerdo con algunas realizaciones de la presente invención, se logró una calidad de impresión adecuada cuando el tiempo de curado fue de aproximadamente 0,5 segundos, y preferentemente no más de 0,75 segundos. Por lo tanto, la separación acimutal entre la fuente 18 y el cabezal o cabezales 16 está preferentemente entre 0,3u> radianes y 0,75u> radianes, donde u> es la velocidad angular promedio de la bandeja 12 respecto al o los cabezales 16 y la fuente 18. Normalmente, aunque no de forma necesaria, la separación acimutal entre el o los cabezales 16 y la fuente 18 es de aproximadamente 30° a aproximadamente 120°, más preferentemente de aproximadamente 40° a aproximadamente 110°, más preferentemente de aproximadamente 45° a aproximadamente 100°, más preferentemente de aproximadamente 45° a aproximadamente 90°, más preferentemente de aproximadamente 55° a aproximadamente 90°.

En algunas realizaciones de la invención, el sistema 10 comprende además uno o más dispositivos de nivelación 32 que pueden fabricarse como un rodillo o una cuchilla. El dispositivo de nivelación 32 sirve para enderezar la capa recién formada antes de la formación de la capa sucesiva sobre la misma. En algunas realizaciones, el dispositivo de nivelación 32 tiene la forma de un rodillo cónico colocado de tal manera que su eje de simetría 34 esté inclinado con respecto a la superficie de la bandeja 12 y su superficie sea paralela a la superficie de la bandeja. Esta realización se ilustra en la vista lateral del sistema 10 (figura 1B).

El rodillo cónico puede tener la forma de un cono o un cono truncado.

El ángulo de apertura del rodillo cónico se selecciona preferentemente de modo que sea un cociente constante entre el radio del cono en cualquier ubicación a lo largo de su eje 34 y la distancia entre esa ubicación y el eje 14. Esta realización permite que el rodillo 32 nivele eficientemente las capas, ya que mientras el rodillo gira, cualquier punto p en la superficie del rodillo tiene una velocidad lineal que es proporcional (por ejemplo, la misma) a la velocidad lineal de la bandeja en un punto verticalmente debajo del punto p. En algunas realizaciones, el rodillo tiene la forma de un cono truncado que tiene una altura h, un radio R1 en su distancia más cercana desde el eje 14, y un radio R2 en su distancia más lejana desde el eje 14, en donde los parámetros h, R1 y R2 satisfacen la relación R1/R2= (Rh)/h y en donde R es la distancia más lejana del rodillo desde el eje 14 (por ejemplo, R puede ser el radio de la bandeja 12).

El funcionamiento del dispositivo de nivelación 32 se controla opcional y preferentemente con el controlador 20, que puede activar y desactivar el dispositivo de nivelación 32 y, opcionalmente, también puede controlar su posición a lo largo de una dirección vertical (paralela al eje 14) y/o una dirección radial (paralela a la bandeja 12 y apuntando hacia o lejos del eje 14).

Como se ha manifestado, los cabezales 16 pueden moverse recíprocamente con respecto a la bandeja a lo largo de la dirección radial. En algunas realizaciones de la invención, el controlador 20 controla el movimiento de los cabezales 16 a lo largo de la dirección radial independientemente para cada uno de los cabezales de impresión. Preferiblemente, cada movimiento independiente de este tipo tiene un ángulo acimutal diferente. Por ejemplo, dos o más de los cabezales pueden montarse en diferentes ejes radiales dispuestos de tal manera que haya un ángulo de separación acimutal entre ejes adyacentes. Esta realización se ilustra en la figura 6, que muestra tres cabezales 16a, 16b y 16c montados respectivamente en tres ejes radiales 62a, 62b y 62c. Como se muestra, el ángulo de separación acimutal entre el eje 62a y el eje 62b es A92 y el ángulo de separación acimutal entre el eje 62b y el eje 62c es A91. Se puede emplear cualquier número de cabezales y cualquier número de ejes.

Los presentes inventores descubrieron que cuando la bandeja 12 rota continuamente en la misma dirección, el tiempo de impresión total esperado aumenta con el número de pasadas de los cabezales 16 a lo largo de la dirección radial, y no aumenta necesariamente con el número de objetos que se están imprimiendo.

Supongamos, por ejemplo, que se pueden imprimir N objetos a distancias similares desde el eje 14 de modo que los cabezales 16 puedan formar todos estos objetos sin moverse a lo largo de la dirección radial, por ejemplo, todos los N objetos se imprimen en la región más externa de la bandeja 12. Supongamos además que también se pueden imprimir M objetos adicionales a distancias similares desde el eje 14, pero las distancias de los M objetos son distintas a las distancias de los N objetos. Esta situación se ilustra en la figura 8A, donde los N objetos están representados por cuadrados, y los M objetos adicionales están representados por triángulos. El tiempo de impresión total esperado, en función del número de objetos en esta situación se ilustra en la figura 8B. Para cualquier número de objetos que sea N o menos, el tiempo de impresión total, por lo general, es el mismo, ya que se imprimen sin mover el cabezal a lo largo de la dirección radial. Para cualquier número de objetos de N+1 a M, el tiempo de impresión total también suele ser el mismo, aunque es más largo que el tiempo requerido para imprimir N objetos.

En algunas realizaciones, el ordenador 24 o el circuito del controlador 20 calcula el tiempo de impresión total esperado de todos los objetos y muestra el tiempo calculado en un dispositivo de visualización. En diversas realizaciones ilustrativas de la invención, el ordenador 24 o el circuito del controlador 20 ejecuta un procedimiento de optimización que calcula el número de objetos que pueden imprimirse sin aumentar significativamente el tiempo de impresión total. El número calculado de objetos puede visualizarse y el sistema 10 puede imprimir el número calculado de objetos en función del procedimiento de optimización. En algunas realizaciones de la presente invención, el ordenador 24 o el circuito del controlador 20 calcula el tiempo de impresión total por objeto para varias situaciones de impresión y muestra el resultado del cálculo. El número de objetos que se imprimen se puede seleccionar en función del resultado del cálculo (por ejemplo, seleccionando el número para el que el tiempo de impresión total por objeto es el más corto). Como ejemplo representativo, supongamos que el tiempo de impresión general esperado para N1 objetos en una cierta disposición es T1, de modo que el tiempo de impresión total por objeto es T1/N1. Supongamos además que para N2<N1 el tiempo de impresión total esperado es T2. Cuando T1/N1 < T2/N2, el sistema 10 se usa para una impresión simultánea de N1 objetos y, cuando T1/N1 > T2/N2, el sistema 10 se utiliza para una impresión simultánea de N2 objetos.

El procedimiento de optimización que calcula el número de objetos que deben imprimirse también puede recibir los datos que pertenecen al material de construcción general que hay en el sistema (por ejemplo, en el suministro 42). Cuando la cantidad de material que se requiere para imprimir los objetos es mayor que la cantidad de material que existe en el suministro 42, el controlador 20 puede emitir una alerta. Como alternativa o adicionalmente, el controlador 20 puede generar una salida con respecto a un número reducido de objetos que se pueden imprimir usando el material que está disponible en el suministro 42, en cuyo caso, el sistema 10 puede usarse para imprimir el número reducido de objetos, incluso si ese número no es óptimo desde el punto de vista del gráfico ilustrado mostrado en la figura 8B.

Los presentes inventores descubrieron que la reubicación del cabezal de impresión a lo largo de la dirección radial puede afectar a la resolución de impresión, ya que una reubicación de la impresión a lo largo de la dirección radial da como resultado un cambio de las distancias entre el eje de rotación y cada una de las boquillas del conjunto de boquillas del cabezal.

Los inventores de la presente invención hallaron más de una solución a este problema.

En algunas realizaciones, el controlador 20 varía la velocidad de rotación de la bandeja 12 en respuesta a la posición radial del cabezal de impresión 16. Preferiblemente, cuando el cabezal de impresión 16 se reubica para estar más cerca del eje 14, el controlador 20 aumenta la velocidad de rotación de la bandeja 12 y, cuando el cabezal de impresión 16 se reubica para estar más lejos del eje 14, el controlador 20 reduce la velocidad de rotación de la bandeja 12. La cantidad de cambio en la velocidad de rotación se selecciona preferentemente de tal manera que, cuando el cabezal de impresión 16 funciona al mismo índice de dispensación, la resolución de impresión del cabezal 16 antes de la reubicación a lo largo de la dirección radial es la misma que la resolución de impresión del cabezal 16 después de la reubicación a lo largo de la dirección radial. Como ejemplo representativo, considérese un cabezal de impresión que dispensa inicialmente material de construcción a una distancia n desde el eje 14, mientras que la velocidad de rotación de la bandeja 12 es w-i. Posteriormente, el cabezal de impresión se reubica a lo largo de la dirección radial para dispensar material de construcción a una distancia r2desde el eje 14, y el controlador cambia la velocidad de rotación de la bandeja 12 a W21 w-i. En diversas realizaciones ilustrativas de la invención, W2 se selecciona para cumplir con la relación W1/W2 = r2/ri.

En algunas realizaciones, el controlador 20 varía el índice de dispensación del cabezal de impresión 16 en respuesta a la posición radial del cabezal de impresión 16. Preferiblemente, cuando el cabezal de impresión 16 se reubica para estar más cerca del eje 14, el controlador 20 reduce el índice de dispensación y, cuando el cabezal de impresión 16 se reubica para quedar más lejos del eje 14, el controlador 20 aumenta el índice de dispensación. La cantidad de cambio en el índice de dispensación se selecciona preferentemente de tal manera que, la resolución de impresión del cabezal 16 antes de la reubicación a lo largo de la dirección radial es la misma que la resolución de impresión del cabezal 16 después de la reubicación a lo largo de la dirección radial.

En algunas realizaciones, el controlador 20 controla uno o más de los cabezales de impresión 16 para dispensar gotas de manera que la distancia acimutal entre las gotas dispensadas secuencialmente varíe en función de una posición del cabezal de impresión a lo largo de la dirección radial. Estas realizaciones se ilustran en las figuras 4A y 4B. Mostradas en la figura 4A hay varias gotas (círculos rellenos) dispensadas sobre la bandeja 12 mientras el cabezal de impresión (no mostrado) está a tres distancias diferentes Ar-i, Ar2 y Ar3 del eje de rotación 14. Se ilustran cuatro gotas para cada distancia. En la distancia más corta Ari desde el eje 14, las gotas están a una distancia cercana entre sí a lo largo de la dirección acimutal, en la distancia siguiente a la más corta Ar2, las gotas están más separadas entre sí a lo largo de la dirección acimutal, y en la distancia más larga Ar3, las gotas están mucho más separadas entre sí a lo largo de la dirección acimutal. Un protocolo de dispensación de este tipo puede garantizarse indicando a los cabezales de impresión que dejen una o más ubicaciones vacías entre deposiciones sucesivas de gotas durante la rotación de la bandeja 12.

El protocolo de dispensación anterior puede ejecutarse en dispensación entrelazada. Esta realización se ilustra en la figura 4B. Mostradas en la figura 4B hay unas gotas adicionales dispensadas durante pases adicionales de la bandeja para las ubicaciones respectivas de los cabezales de impresión. Las gotas se muestran como círculos rellenos, círculos abiertos y círculos cruzados. Algunas de las gotas están entrelazadas a lo largo de la dirección acimutal.

Específicamente, la figura 4B muestra gotas adicionales (círculos abiertos) siendo dispensadas mientras el cabezal de impresión está a las distancias Ar2 y Ar3, y otras gotas adicionales (círculos cruzados) siendo dispensadas mientras el cabezal de impresión está a la distancia Ar3. Cuando el cabezal de impresión está a la distancia Ar-i, dispensa todas las gotas (círculos rellenos) durante una sola pasada de la bandeja. Cuando el cabezal de impresión está a la distancia Ar2, dispensa las primeras gotas (círculos rellenos) durante el primer paso de la bandeja y las segundas gotas (círculos abiertos) durante el segundo paso de la bandeja. Cuando el cabezal de impresión está a la distancia Ar3, dispensa las primeras gotas (círculos rellenos) durante el primer paso de la bandeja, las segundas gotas (círculos abiertos) durante el segundo paso de la bandeja y las terceras gotas (círculos cruzados) durante el tercer paso de la bandeja. Por lo tanto, en estas realizaciones, el controlador 20 controla el cabezal de impresión para ejecutar la dispensación entrelazada, en donde al menos una gota se dispensa entre dos gotas dispensadas previamente y en la misma posición vertical con las mismas.

La dispensación entrelazada se caracteriza normalmente por un nivel de entrelazado que indica cuántas pasadas se requieren para llenar un contorno. En la realización ejemplificada ilustrada en la figura 4B, que no debe considerarse limitante, se imprimen tres contornos, cada uno con forma de arco de círculo. El contorno a la distancia An se dispensa sin entrelazar. El contorno a la distancia Ar2 se dice que se dispensa a un nivel de entrelazado de 2 pasadas (para indicar que se requieren dos pasadas de la bandeja para llenar el contorno) o, de forma equivalente, a un nivel de entrelazado del 50 % (para indicar que, en cada pasada, se rellena el 50 % del contorno). El contorno a la distancia Ar3 se dice que se dispensa a un nivel de entrelazado de 3 pasadas (para indicar que se requieren tres pasadas de la bandeja para llenar el contorno) o, de forma equivalente, a un nivel de entrelazado del 33,33 % (para indicar que, en cada pasada, se rellena el 33,33 % del contorno). A menudo, la expresión "dispensación entrelazada" se generaliza para abarcar también la situación en la que el contorno se llena durante una sola pasada. Con tal generalización del término, el contorno a la distancia An se dice que se dispensa a un nivel de entrelazado de 1 pasada o, de forma equivalente, al 100 % del nivel de entrelazado.

Por lo tanto, las presentes realizaciones contemplan un nivel de entrelazado que varía en función de una posición del cabezal de impresión a lo largo de la dirección radial.

Las presentes realizaciones también contemplan la dispensación entrelazada, en donde las gotas dispensadas se entrelazan a lo largo de la dirección radial. En estas realizaciones, el cabezal dispensa gotas de tal manera que haya un espacio entre las gotas dispensadas simultáneamente, en donde la longitud del espacio a lo largo de la dirección radial (denominado, en el presente documento, espacio radial) es de al menos el diámetro de una gota dispensada, y es preferentemente una multiplicación de números enteros del diámetro de una gota dispensada. Después, el cabezal se desplaza a lo largo de la dirección radial para que, en un paso posterior de la bandeja, el cabezal dispense gotas para llenar total o parcialmente los espacios radiales. La ventaja de la dispensación entrelazada a lo largo de la dirección radial es que permite aumentar la resolución a lo largo de la dirección radial más allá de la resolución dictada por la separación entre las boquillas en el conjunto de boquillas del cabezal.

Cuando el sistema 10 comprende dos o más cabezales de impresión de material de modelado, el entrelazado a lo largo de la dirección radial también se puede conseguir mediante una alineación cuidadosa de los cabezales de impresión. En estas realizaciones, dos o más cabezales de impresión de material de modelado están alineados de tal manera que sus conjuntos de boquillas están dispuestos de manera entrelazada. Un ejemplo representativo de estas realizaciones se ilustra en la figura 7, que ilustra la dispensación entrelazada de dos círculos 72 y 74 sobre la bandeja 12, usando dos conjuntos de boquillas, correspondiendo, cada uno, a un cabezal de impresión por inyección de tinta diferente (no mostrado), en donde la distancia entre los círculos 72 y 74 a lo largo de la dirección radial es menor que la distancia entre las boquillas vecinas más cercanas de cada conjunto.

De acuerdo con la presente invención, el controlador 20 detiene la dispensación durante el movimiento alternativo de los cabezales de impresión a lo largo de la dirección radial. Después de que el cabezal de impresión se vuelva estacionario en una nueva posición radial, el controlador 20 controla el cabezal de impresión para reanudar la dispensación. Esto se puede hacer de más de una manera.

En algunas realizaciones, el controlador 20 reanuda la dispensación en la misma coordenada acimutal en la que cesó la dispensación. En estas realizaciones, el período de tiempo durante el que se detiene la dispensación es igual al período de rotación de la bandeja 12 o a una multiplicación de números enteros del mismo. Por lo tanto, el protocolo de dispensación es tal que, después de que el cabezal de impresión se vuelva estacionario en una nueva posición radial, el controlador 20 espera hasta que la misma ubicación acimutal esté directamente debajo de los cabezales de impresión y, a continuación, reanuda la impresión.

En algunas realizaciones, el controlador 20 reanuda la dispensación en una coordenada acimutal que está desplazada con respecto a una coordenada acimutal en la que se detuvo la dispensación. Esto se puede hacer de más de una manera, como se explicará ahora con referencia a las figuras 5A-F.

La figura 5A ilustra una situación en la que el cabezal de impresión 16 (mostrado por simplicidad como una barra negra) se mueve alternativamente entre una primera posición radial n y una segunda posición radial r2. Durante el movimiento alternativo a lo largo de la dirección radial, la bandeja 12 continúa rotando, de modo que la bandeja 12 adopta diferentes orientaciones acimutales. En la ilustración representativa, el cabezal 16 está en la primera posición radial n cuando la bandeja 12 adopta la orientación acimutal indicada como 90 y 92, y en la segunda posición radial rz cuando la bandeja 12 adopta las orientaciones acimutales indicadas como 9 1 y 93. Cada orientación acimutal corresponde a una posición acimutal de la bandeja debajo del cabezal 16. De acuerdo con las presentes realizaciones, cuando la cabeza 16 llega a r2 la primera vez que reanuda la dispensación en la posición acimutal 91 que está desplazada con respecto a 90, cuando la cabeza 16 vuelve a r-i , reanuda la dispensación en la posición acimutal 92 que está desplazada con respecto a 91 , y cuando el cabezal 16 llega a r2 la segunda vez, reanuda la dispensación en la posición acimutal 93 que está desplazada con respecto a 92.

La figura 5B ilustra una realización preferida en la que los objetos se imprimen para ocupar un intervalo predeterminado de ángulos acimutales sobre la bandeja 12. El intervalo predeterminado es preferentemente de al menos 5° pero de menos de 350° o menos de 340° o menos de 330° o menos de 320° o menos de 310° o menos de 300° o menos de 290° o menos de 280°, por ejemplo, 270°. Mostrada en la figura 5B hay una primera región 90 y una segunda región 92 en la bandeja 12, donde la región 90 representa el intervalo predeterminado de ángulos acimutales en los que se imprimen los objetos. Cada una de las regiones 90 y 92 tiene la forma de un sector circular. Preferiblemente, la longitud de arco de la región 92 es más corta que la longitud de arco de la región 90. Por lo tanto, uno o más objetos se imprimen en la región 90 de la bandeja 12 y la región 92 permanece desprovista de objetos impresos sobre la misma, preferentemente en todo momento. La región 90 se denomina región ocupada y la región 92 se denomina región desocupada. El uso de una región ocupada y una región desocupada es útil para sincronizar el movimiento de los cabezales 16 a lo largo de la dirección radial. En estas realizaciones, el controlador 20 indica a los cabezales 16 que se muevan a lo largo de la dirección radial solo cuando están por encima de la región desocupada, por ejemplo, la región 92.

Las figuras 5C-F ilustran un protocolo de dispensación en el que los cabezales 16 se mueven radialmente solo cuando están por encima de la región desocupada. En las figuras 5C-F, las flechas arqueadas continuas representan trayectorias a lo largo de las que los cabezales 16 pueden dispensar material de construcción, mientras que no hay movimiento relativo de los cabezales 16 con respecto a la bandeja 12 a lo largo de la dirección radial. Los círculos rellenos marcan diferentes franjas de trayectorias. Los movimientos del cabezal 16 a lo largo de la posición radial, mientras la bandeja 12 rota, se ilustran con flechas discontinuas. Las coordenadas acimutales correspondientes a la región 92 (y, en consecuencia, también a la región 90) se indican como 91 y 92.

Mostradas en las figuras 5C-F hay 6 trayectorias, indicadas como 94a-98b. Cada trayectoria dentro de la misma franja puede corresponder a una boquilla diferente del cabezal 16, o a la misma boquilla, pero desplazada a lo largo de la dirección radial para efectuar la dispensación entrelazada a lo largo de la dirección radial, como se ha detallado anteriormente en el presente documento. Por lo tanto, cuando se emplea la dispensación entrelazada a lo largo de la dirección radial, la diferencia entre las posiciones radiales de trayectorias adyacentes dentro de la misma franja (las trayectorias 94a y 94b, las trayectorias 96a y 96b y las trayectorias 98a y 98b, en el presente ejemplo) puede ser el diámetro de una gota dispensada, y cuando no se emplea la dispensación entrelazada a lo largo de la dirección radial, la diferencia entre las posiciones radiales de las trayectorias adyacentes dentro de la misma franja puede ser la distancia entre las boquillas adyacentes del conjunto.

Las diferentes franjas de trayectorias normalmente corresponden a desplazamientos radiales del cabezal 16 una cantidad que es una multiplicación de números enteros de la longitud del conjunto de boquillas. Por lo tanto, la diferencia entre las posiciones radiales de las trayectorias correspondientes en dos franjas adyacentes (por ejemplo, entre las trayectorias 94a y 96a, las trayectorias 96a y 98a, las trayectorias 94b y 96b, las trayectorias 96b y 98b, en el presente ejemplo) puede ser, aunque no necesariamente, la longitud del conjunto de boquillas del cabezal 16.

Debe entenderse que el número de trayectorias se ha reducido en las figuras 5C-F y que no se pretende limitar el alcance de la presente invención a 6 trayectorias. En general, el número de franjas de trayectorias es como máximo W/L, donde W es el ancho a lo largo de la dirección radial del área de trabajo 26 en la bandeja 12, y L es la longitud del conjunto de boquillas del cabezal 16. Cuando se emplea la dispensación entrelazada a lo largo de la dirección radial, el número total de trayectorias es preferentemente como máximo W/D, y el número de trayectorias en cada franja es preferentemente de aproximadamente L/D, donde D es el diámetro característico de una gota dispensada. Cuando no se emplea la dispensación entrelazada a lo largo de la dirección radial, el número de trayectorias en cada franja es preferentemente igual, como máximo, al número de boquillas del conjunto. Preferiblemente, hay al menos dos o al menos tres franjas de trayectorias, y al menos dos o al menos tres o al menos cuatro trayectorias en cada franja.

Las figuras 5C y 5D describen un protocolo de dispensación en el que se emplea una dispensación entrelazada a lo largo de la dirección radial. Haciendo referencia a la figura 5C, el cabezal 16 dispensa material de construcción en una posición radial correspondiente a la trayectoria 94a. Cuando la bandeja llega a la posición acimutal 91, el cabezal 16 está por encima de la región 92 y la dispensación cesa temporalmente. Mientras el cabezal 16 está todavía por encima de la región 92, el cabezal 16 se mueve hacia fuera hasta una posición radial correspondiente a la trayectoria 94b. El cabezal 16 no reanuda la dispensación al menos hasta que la bandeja llega a la posición acimutal 92, es decir, cuando el cabezal 16 está por encima de la región 90. El proceso continúa hasta que los cabezales visitan todas o algunas de las trayectorias de la franja 94. El movimiento radial de una franja a la otra también se ejecuta durante el período de tiempo en el que el cabezal 16 está por encima de la región 92, como se ilustra, por ejemplo, con las flechas de puntos que representan el movimiento radial del cabezal 16 desde la posición radial correspondiente a la trayectoria 94b hasta la posición radial correspondiente a la trayectoria 96a, y el movimiento radial del cabezal 16 desde la posición radial correspondiente a la trayectoria 96b hasta la posición radial correspondiente a la trayectoria 98a.

Cuando no se emplea la dispensación entrelazada a lo largo de la dirección radial, el protocolo de dispensación no incluye desplazamientos radiales en una cantidad que es igual a la diferencia entre las posiciones radiales de trayectorias adyacentes dentro de la misma franja. En estas realizaciones, los desplazamientos radiales en una cantidad que es igual a la longitud del conjunto de boquillas del cabezal 16. Estas realizaciones se ilustran en las figuras 5E y 5F. Haciendo referencia a la figura 5E, el cabezal 16 dispensa material de construcción en una posición radial correspondiente a las trayectorias 94a y 94b desde dos boquillas diferentes. Cuando la bandeja llega a la posición acimutal 91, el cabezal 16 está por encima de la región 92 y la dispensación cesa temporalmente. Mientras el cabezal 16 está todavía por encima de la región 92, el cabezal 16 se mueve hacia fuera hasta una posición radial correspondiente a la trayectoria 96a. El cabezal 16 no reanuda la dispensación al menos hasta que la bandeja llega a la posición acimutal 92, es decir, cuando el cabezal 16 está por encima de la región 90. El proceso continúa hasta la franja 96 y la franja 98.

Las figuras 5D y 5F describen protocolos de dispensación que son similares a las figuras 5C y 5E, respectivamente, excepto porque el cabezal se mueve hacia dentro sobre la región 92. También se contemplan las combinaciones de los protocolos descritos en las figuras 5C y 5D o los protocolos descritos en las figuras 5E y 5F. Por ejemplo, estos protocolos se pueden ejecutar alternativamente.

También se contemplan realizaciones en las que el controlador 20 reanuda la dispensación en una coordenada acimutal que es sustancialmente la misma (por ejemplo, de menos de 1° o menos de 0,1° o menos de 0,01°) que la coordenada acimutal en la que se detuvo la dispensación.

Las figuras 5G y 5H ilustran protocolos de dispensación en los que la dispensación se reanuda en la misma coordenada acimutal en la que se detuvo la dispensación, como se ha detallado anteriormente en el presente documento. la figura 5G describe un protocolo de dispensación en el que el cabezal se mueve hacia fuera, y la figura 5H describe un protocolo de dispensación en el que el cabezal se mueve hacia dentro. También se contemplan las combinaciones de los protocolos descritos en las figuras 5G y 5H. Por ejemplo, estos protocolos se pueden ejecutar alternativamente. Las anotaciones de las figuras 5G y 5H son iguales que en las figuras 5C-E anteriores.

En las realizaciones en las que el controlador 20 reanuda la dispensación en una coordenada acimutal desplazada, los datos de impresión se ajustan de tal manera que las correspondientes coordenadas polares de diferentes porciones del objeto que corresponden a diferentes posiciones radiales también están desplazadas. Esta disposición de los datos puede realizarse a través del controlador 20 o el ordenador 24.

Un protocolo de dispensación según las enseñanzas mostradas en la figura 5A se prefiere a los protocolos de dispensación de acuerdo con las enseñanzas mostradas en las figuras 5B-H desde el punto de vista del rendimiento de la impresión. Un protocolo de dispensación según las enseñanzas mostradas en las figuras 5B-F se prefiere a los protocolos de dispensación de acuerdo con las enseñanzas mostradas en la figura 5A desde el punto de vista de la simplicidad de manipulación de datos. Un protocolo de dispensación según las enseñanzas mostradas en las figuras 5G-H se prefiere a los protocolos de dispensación de acuerdo con las enseñanzas mostradas en las figuras 5A-F desde el punto de vista de la simplicidad de manipulación de datos.

Como se ha manifestado, la distancia vertical entre la bandeja 12 y los cabezales 16 puede variar para permitir la formación de un objeto tridimensional por capas. En algunas realizaciones, el controlador 20 detiene la dispensación de material de construcción durante el movimiento vertical. Estas realizaciones se prefieren desde el punto de vista de la simplicidad del protocolo de dispensación.

Los inventores descubrieron que la temporización del movimiento vertical tiene un efecto sobre la calidad del objeto impreso. Por lo tanto, los presentes inventores han ideado un protocolo de impresión tridimensional que mejora la calidad del objeto impreso. En general, hay varias operaciones que las ejecuta el sistema 10 durante la fabricación de una capa. Estas incluyen, por ejemplo, la dispensación de materiales de construcción a través de los cabezales 16, la nivelación de la capa recién impresa mediante el dispositivo de nivelación 32 y el curado de la capa mediante las fuentes de radiación 18. Estas operaciones se ejecutan normalmente en diferentes ubicaciones acimutales sobre la bandeja 12 y, por lo tanto, son consecutivas para un objeto determinado. En algunas realizaciones de la presente invención, la temporización del movimiento vertical se sincroniza con las temporizaciones de estas operaciones secuenciales. Por ejemplo, el movimiento vertical puede iniciarse después de la última operación aplicada en la capa recién formada (por ejemplo, después del curado de la capa con las fuentes de radiación 18) y antes de dispensar la capa posterior.

En algunas realizaciones de la presente invención, el movimiento vertical se inicia inmediatamente (por ejemplo, en menos de 1 segundo) cuando una capa recién formada llega al dispositivo de nivelación 32. Como alternativa, el movimiento vertical puede iniciarse de manera que el movimiento vertical se complete inmediatamente (por ejemplo, en menos de 1 segundo) cuando una capa recién formada llega al dispositivo de nivelación 32. Estas realizaciones son particularmente útiles en escenarios de impresión en los que no se desee reservar una región desocupada sobre la bandeja 12 (por ejemplo, cuando el área de las capas de un objeto que deba imprimirse sea mayor que el área de la región 90 de la figura 5B).

En realizaciones en las que los objetos se imprimen para ocupar un intervalo predeterminado de ángulos acimutales sobre la bandeja 12, en donde se definen las regiones ocupadas y desocupadas predeterminadas de la bandeja 12 (véase la figura 5B), el movimiento vertical se ejecuta opcional y preferentemente mientras la región 90 está debajo del dispositivo de nivelación 32 o debajo de los cabezales 16 o debajo de la fuente de radiación 18, más preferentemente debajo del dispositivo de nivelación 32.

En algunas realizaciones de la presente invención, el controlador 20 continúa dispensando el material de construcción también durante el movimiento de los cabezales 16 y/o la bandeja 12 a lo largo de la dirección vertical. Los cabezales continúan dispensando material de construcción durante el movimiento vertical. La ventaja de estas realizaciones es que reduce el tiempo de impresión total porque hay menos tiempo durante el que el sistema no dispensa material. En realizaciones en las que continúa la dispensación, la transformación de coordenadas incluye preferentemente transformar las coordenadas de al menos una porción de los datos de objeto informáticos en un sistema de coordenadas helicoidales.

El movimiento a lo largo de la dirección vertical se ejecuta opcional y preferentemente de tal manera que, mientras los cabezales de impresión 16 dispensan los materiales de construcción, la bandeja 12 y los cabezales de impresión 16 experimentan al menos dos distancias verticales diferentes entre ellos durante una única rotación de la bandeja. En algunas realizaciones de la presente invención, el movimiento a lo largo de la dirección vertical se ejecuta durante una única rotación de la bandeja 12, aumentando la distancia vertical en una cantidad que equivale aproximadamente al grosor característico de una sola capa de material de construcción. Por ejemplo, cuando el grosor de una sola capa es t micrómetros y la velocidad angular de rotación de la bandeja 12 es w radianes por segundo, la distancia vertical se puede aumentar a un índice de t*w /2n micrómetros por segundo, que es equivalente a t/360 micrómetros por grado de rotación de la bandeja 12. El movimiento a lo largo de la dirección vertical puede ser continuo o intermitente, según se desee.

Cuando el sistema 10 comprende dos o más cabezales de impresión 16 para dispensar materiales de modelado, estos cabezales pueden disponerse sobre la bandeja 12 de acuerdo con el modo de impresión. Por ejemplo, cuando se dispensa el mismo material de modelado desde dos o más cabezales de material de modelado, estos cabezales pueden disponerse en diferentes posiciones radiales, por ejemplo, las posiciones radiales r-i, r2y r3, como se ilustra en la figura 6 en el caso de tres cabezales de impresión de material de modelado 16a, 16b y 16c, reduciendo así la necesidad de mover estos cabezales a lo largo de la dirección radial. El número de cabezales de material de modelado se puede seleccionar de modo que cuando se desplieguen en diferentes posiciones radiales, cubran todo el ancho del área de trabajo 26 a lo largo de la dirección radial.

Cuando los dos o más cabezales de material de modelado diferentes dispensan dos o más materiales de modelado distintas, las posiciones radiales de estos cabezales son controladas independientemente por el controlador 20, dependiendo de las ubicaciones de la bandeja en las que se dispensen los diferentes materiales de modelado.

Como se ha indicado anteriormente, en algunas realizaciones, los cabezales 16 se mueven alternativamente con respecto a la bandeja a lo largo de la dirección radial r por medio de una pletina dispuesta para crear el movimiento alternativo de los cabezales 16 a lo largo de la dirección radial. Un ejemplo representativo de la pletina 52 adecuada para la presente realización se ilustra en la figura 10. En el presente ejemplo, el movimiento radial de los cabezales 16 se efectúa mediante un tornillo 130 que se pone en movimiento rotacional gracias a un motor 132. El motor 132 está opcional y preferentemente montado en un extremo de la pletina 52 que está más cerca del eje 14 (no mostrado, véase, por ejemplo, la figura 1D). Un extremo 134 del tomillo 130 está conectado al motor 132. El otro extremo 136 puede no estar soportado, en cuyo caso el tornillo 130 sirve como un tornillo en voladizo, o puede estar soportado por una estructura de soporte de tornillo 138.

Los presentes inventores descubrieron que, cuando el cabezal 16 se mueve a lo largo de la pletina 52, en concreto, por medio de un tornillo giratorio, la posición radial del cabezal es susceptible de imprecisiones que variarán en función de la posición radial. Las imprecisiones se denominan indistintamente en el presente documento "errores".

De acuerdo con algunas realizaciones de la presente invención, se aplica una función de compensación para compensar al menos parcialmente la variación de las imprecisiones en función de la posición radial. Preferiblemente, la función de compensación se selecciona para compensar al menos parcialmente las variaciones no oscilatorias de la imprecisión. La función de compensación puede ser aplicada por el controlador 20, en donde, para cualquier desplazamiento del cabezal 16 desde una posición radial a la otra, el controlador 20 calcula, basándose en la función de compensación, la imprecisión que se espera en el punto de destino y recalcula la posición radial del punto de destino para compensar la imprecisión calculada. El controlador 20 mueve entonces el cabezal 16 a la posición radial recalculada. Por ejemplo, cuando el cabezal 16 debe moverse desde la posición radial n a la posición radial r2, el controlador 20 emplea la función de compensación para calcular la imprecisión Ar2 que se espera en r2 y mueve el cabezal 16 a la posición radial r2-Ar2, en donde Ar2 puede ser positivo, cero o negativo.

La función de compensación depende normalmente de las propiedades mecánicas del tornillo 130 y de la rigidez de la conexión entre el tornillo 130 y la pletina 52.

La figura 11A muestra las imprecisiones esperadas en función de la distancia desde el extremo 134 cuando el extremo 136 del tornillo 130 está soportado por la estructura de soporte. En la figura 11A, el gráfico 140 describe la variación del error en la posición radial en función de la distancia desde el extremo 134. Como se muestra, el error presenta un comportamiento oscilatorio con un promedio que aumenta con la distancia desde el extremo 134. El cambio del promedio es aproximadamente lineal. Por lo tanto, en estas realizaciones, el controlador 20 emplea una función de compensación generalmente lineal (por ejemplo, con una desviación de la linealidad de menos del 20 % o menos del 10 % o menos del 5 % o menos del 1 %). La pendiente y la intersección de la función lineal se pueden calcular en función de las propiedades mecánicas del tornillo 130, por ejemplo, su módulo de elasticidad y su segundo momento de área. Como alternativa, la pendiente y la intersección se pueden calcular midiendo el error en función de la posición radial para obtener experimentalmente la línea 140, y ajustando el promedio de la línea obtenida experimentalmente a una función lineal. Un ejemplo representativo de una función de compensación adecuada para las presentes realizaciones se muestra con el número 142, y el resultado de la compensación se muestra en 144 (figura 11A). Como se muestra, el error sigue siendo oscilatorio pero el error promedio es sustancialmente cero.

La figura 11B muestra las imprecisiones esperadas 146 en función de la distancia desde el extremo 134 cuando el tornillo 130 es un tornillo en voladizo, es decir, cuando el extremo 136 no está soportado. También se muestran, por comparación, las imprecisiones esperadas 140 cuando se soporta el extremo 136. Como se muestra, el promedio de imprecisiones 146 aumenta de forma no lineal en función de la distancia desde el extremo 134, y es significativamente mayor en comparación con el promedio de imprecisiones 140 cerca del extremo 136. En estas realizaciones, el controlador 20 emplea preferentemente una función de compensación no lineal. La función de compensación no lineal puede comprender una función polinómica de n grados, donde n >1. Los coeficientes de la función polinómica se pueden calcular midiendo el error en función de la posición radial para obtener experimentalmente la línea 146, y ajustando el promedio de la línea obtenida experimentalmente a una función polinómica de n grados.

Teóricamente, cuando un haz unidimensional a lo largo de la dirección x está soportado en x = 0 y se somete a una carga concentrada P en su extremo libre en x = L, el haz presenta una forma curva que se puede aproximar como un polinomio de tercer grado dado por y = Px2(3L-x)/(6IE), donde E e I son el módulo de elasticidad del haz y el segundo momento de área, respectivamente, e y se mide perpendicularmente a x. Por lo tanto, la función de compensación no lineal comprende preferentemente un polinomio de tercer grado.

En la figura 11C, en 148, se muestra un ejemplo representativo de una función de compensación polinómica de tercer grado adecuada para las presentes realizaciones. El resultado de la compensación se muestra en 150. Como se muestra, el error sigue siendo oscilatorio pero el error promedio es cercano a cero. En experimentos realizados por los presentes inventores, el error máximo en ausencia de compensación (línea 146) fue de aproximadamente 119 pm y el error máximo después de la compensación (línea 150) fue de aproximadamente 30 pm.

Normalmente, el material de construcción se suministra a un sistema de AM, tal como, pero sin limitación, el sistema 10, con cartuchos que están precargados. Los cartuchos se instalan en el sistema de AM y se conectan a un sistema de suministro a través del que se deposita el material de construcción para su impresión. Los cartuchos se reemplazan una vez que el suministro de material de construcción se esté casi agotando. Se desea que la extracción e instalación de los cartuchos se pueda realizar fácilmente y sin herramientas adicionales.

Normalmente, los cartuchos son desechables, pero es necesario vaciarlos antes de desecharlos para su eliminación segura. Por lo general, resulta un desafío agotar todo el contenido de los cartuchos durante el funcionamiento sin obstaculizar el proceso de fabricación. Sin embargo, es deseable el agotamiento total o casi total de los cartuchos porque maximiza la capacidad de impresión del cartucho y minimiza el desperdicio de material de construcción tan costoso.

De acuerdo con algunas realizaciones de la presente invención, se instalan varios cartuchos en un nido de cartuchos en un ángulo que permite promover el flujo del contenido hacia una conexión fluídica utilizada para suministrar el material de construcción durante la fabricación aditiva, por ejemplo, la impresión. En algunas realizaciones ilustrativas, el cartucho está formado con un pocillo o un rebaje en una pared del cartucho en o cerca del área más baja del cartucho, de modo que la salida del material de construcción sea proximal al área más baja, por ejemplo, más baja con respecto a la gravedad. Opcionalmente, un ángulo de 2-10 grados o 2-5 grados es suficiente para favorecer el flujo hacia el pocillo. Opcionalmente, el nido aloja 4-10, por ejemplo, 6 cartuchos, y está construido de modo que pueda extraerse fácilmente de la impresora para permitir el acceso para realizar el mantenimiento del sistema de suministro de material de construcción que, de lo contrario, está conectado a los cartuchos durante la operación del sistema de AM, por ejemplo, el sistema 10. De acuerdo con algunas realizaciones de la presente invención, cada uno de los cartuchos se instala con un cierre por resorte que mantiene el cartucho en su sitio después de la instalación, y que se libera fácilmente cuando es necesario reemplazar el cartucho.

A continuación, se hace referencia a la figura 16, que muestra un cartucho ilustrativo de acuerdo con algunas realizaciones de la presente invención. De acuerdo con algunas realizaciones de la presente invención, un cartucho 300 para un sistema de AM, tal como, pero sin limitación, el sistema 10, incluye una carcasa 305 para almacenar el material de construcción, por ejemplo, el material de construcción, una conexión fluídica 340 para conectar el cartucho 300 a una unidad de suministro del sistema de AM, uno o más sensores 350 para detectar la presencia de contenido en el cartucho 300 y/o para identificar el contenido, y un respiradero 360 que se abre hacia el entorno exterior. De acuerdo con algunas realizaciones de la presente invención, el cartucho 300 incluye adicionalmente un resorte de bloqueo con un tirador 330 para bloquear el cartucho en el sistema de AM, de modo que se pueda establecer una conexión estable entre el cartucho y una unidad de dispensación del sistema de AM. De acuerdo con algunas realizaciones de la presente invención, el cartucho 300 está inclinado en un ángulo "a'" cuando se instala en el sistema de AM. El cartucho de inclinación 300 promueve el flujo del contenido hacia la conexión fluídica 340. Opcionalmente, el ángulo "a" está entre 2-10 grados, por ejemplo, 2 grados. De acuerdo con algunas realizaciones de la presente invención, la carcasa 305 está formada con un pocillo o rebaje 320 en el punto más bajo del cartucho y una salida a través de la conexión fluídica 340 está alineada proximal al pocillo 320 para que el contenido pueda acumularse cerca de la salida.

Ahora se hace referencia a la figura 17, que muestra un sistema de impresión 3D giratorio ilustrativo con cartuchos, y a la figura 18, que muestra un nido de cartucho ilustrativo de acuerdo con algunas realizaciones de la presente invención. En algunas realizaciones ilustrativas, los cartuchos 300 se instalan en un sistema de AM giratorio 400. Los principios y operaciones del sistema 400 pueden ser similares a los principios y operaciones del sistema 10, con la adición del cartucho y el nido de cartuchos como se desea a continuación. Como alternativa, el cartucho 300 se puede emplear en otros sistemas de AM, por ejemplo, en sistemas de AM lineales. Normalmente, el sistema de AM giratorio 400 incluye una cámara de impresión 420 en la que se fabrica un objeto dispensando material sobre la bandeja de construcción 12 en forma de capas y una cámara de cartucho 455 para alojar uno o más cartuchos 300.

Normalmente, los cartuchos 300 están conectados a una unidad de dispensación para dispensar selectivamente material sobre la bandeja 12, mientras la bandeja 12 rota. De acuerdo con algunas realizaciones de la presente invención, una pluralidad de cartuchos, por ejemplo, 4-10 cartuchos, se alojan en un nido de cartuchos 420 y se bloquean en su sitio gracias a un resorte de bloqueo 410. Volviendo a la figura 16, el resorte de bloqueo 410 es empujado hacia abajo por el cuerpo del cartucho a medida que se instala en el nido 420. Cuando el cartucho está completamente instalado, el bloqueo salta detrás del cartucho para dejarlo bloqueado en su sitio. Esto permite la instalación con una sola mano del cartucho en la impresora. Para liberar el bloqueo, el resorte de bloqueo se puede presionar hacia abajo del cartucho extraído del nido 420. Cada uno de los cartuchos se puede sustituir independientemente de los demás. El bloqueo de un cartucho 300 en su sitio crea una conexión de fluidos entre el cartucho 300 y los cabezales de dispensación del sistema AM (por ejemplo, los cabezales 16).

A continuación, se contemplan varios modos de impresión en cualquiera de las realizaciones anteriores.

Como se utiliza en el presente documento, "barrido acimutal" se refiere a un modo de impresión en el que el movimiento relativo entre el cabezal 16 y la bandeja 12 es siempre paralelo a la dirección acimutal. En este modo de barrido, el material de construcción se dispensa preferentemente solo durante el movimiento relativo a lo largo de una trayectoria que es equidistante del eje 14. Esta trayectoria se denomina en el presente documento arco circular.

Un ejemplo representativo de un barrido acimutal es el siguiente. Mientras que el cabezal está estático y la bandeja rota. Mientras la bandeja está rotando, cada boquilla visita una pluralidad de ubicaciones objetivo que hay en una capa previamente formada o en la superficie de la bandeja a lo largo de un arco circular. El controlador decide, para cada ubicación objetivo o un grupo de ubicaciones objetivo, si la ubicación objetivo o el grupo de ubicaciones objetivo será ocupado/a o no con material de construcción, y qué tipo de material de construcción se suministrará en la misma o el mismo. La decisión se toma de acuerdo con una imagen digital de la superficie. El cabezal de dispensación se mueve entonces en la dirección radial sin dispensar material de construcción.

Tal y como se usa en el presente documento, "barrido vectorial" se refiere a un modo de barrido en el que el movimiento relativo entre el o los cabezales 16 y la bandeja se realiza a lo largo de una trayectoria que se selecciona dinámicamente con un controlador según la imagen informática de la capa. Opcionalmente, la trayectoria es distinta a un arco circular. Opcionalmente, al menos parte de la trayectoria no es paralela a los límites de la superficie de trabajo sobre la cual se produce la dispensación.

Por lo tanto, a diferencia del barrido acimutal, en el que cualquier movimiento del cabezal es paralelo a las direcciones r o 9, el movimiento en el barrido vectorial puede darse a lo largo de cualquier trayectoria, no necesariamente en paralelo a las direcciones r o 9.

En algunas realizaciones de la presente invención, el controlador selecciona el modo de barrido en función de los datos de posición bidimensional correspondientes a la capa que se está construyendo. Durante el barrido vectorial, el rendimiento de una capa determinada se rige por el tamaño del área que se cubrirá con materiales de construcción o de soporte y, por lo tanto, los objetos no voluminosos se construyen más rápido que los voluminosos. En el barrido acimutal, por otro lado, el rendimiento no se rige necesariamente por el área donde se debe depositar el material, sino que se rige por la cantidad de pasadas de barrido que el cabezal debe realizar para depositar esos materiales. Como un ejemplo, construir una barra con eje paralelo al eje Z lleva el mismo tiempo que construir una tubería de la misma longitud y diámetro, si se imprime utilizando el modo de barrido acimutal; mientras que construir la misma barra lleva mucho más tiempo que construir la misma tubería si se usa un modo de barrido vectorial.

De este modo, en algunas realizaciones, el barrido acimutal se emplea cuando el rendimiento obtenido es similar o mayor que el rendimiento obtenido como alternativa por barrido vectorial. Esto depende de las características del sistema, como la velocidad de rotación, la velocidad de movimiento radial, el grosor de la capa, etc.

En algunas realizaciones, la deposición acimutal se emplea para depositar uno o más materiales y la deposición vectorial se emplea para la deposición de uno o más materiales diferentes, de acuerdo con las propiedades o atributos de los materiales que se depositan y/o de las propiedades o atributos que se desean manifestar en el objeto final, mediante el uso y/o la ubicación específica de los materiales específicos seleccionados para la deposición.

El barrido vectorial es ventajoso para imprimir "pistas" conductoras, tales como estructuras alargadas continuas, ya que el cabezal de deposición vectorial puede depositar continuamente material conductor durante su movimiento paralelo a la bandeja. El barrido vectorial se realiza opcional y preferentemente a lo largo de una trayectoria seleccionada para formar al menos una estructura en la capa. La estructura puede ser, por ejemplo, una estructura alargada.

El término "estructura alargada" se refiere a un cuerpo tridimensional en el que una de sus dimensiones es al menos 2 veces, más preferiblemente al menos 10 veces, más preferiblemente al menos 100 veces, por ejemplo, al menos 500 veces más grande que cualquiera de las otras dos dimensiones. La dimensión más grande de la estructura sólida alargada se denomina en el presente documento dimensión longitudinal, y las dimensiones se denominan en el presente documento dimensiones transversales.

Un ejemplo representativo de una pluralidad de estructuras alargadas 262 formadas en una capa 260 por barridos vectoriales se ilustra en la figura 15A. La estructura también puede ser una estructura de límite que rodea al menos parcialmente un área rellenada con el primer material de construcción. Un ejemplo representativo de una estructura de límite 266 formada en la capa 260 por barridos vectoriales se ilustra en la figura 15B. La estructura también puede ser una estructura de conexión entre capas. En estas realizaciones, la estructura es preferiblemente pequeña (por ejemplo, menos del 1 %) en relación con el tamaño total de la capa. Un ejemplo representativo de la estructura entre capas 268 que conecta dos capas 260 y 270 se ilustra en la figura 15C. La estructura también se puede integrar dentro de un área formada por el barrido acimutal. Por ejemplo, haciendo referencia de nuevo a la figura 15A, el área principal 272 de la capa 260 puede formarse mediante barrido acimutal, en donde las estructuras 262 pueden integrarse dentro del área 272. La estructura también puede ser periférica con respecto a una capa. Esta realización se ilustra en la figura 15D, que muestra la capa 260 y la estructura 274 en su periferia.

La combinación de barridos acimutales y vectoriales puede estar en cualquiera de las capas que forman el objeto. Específicamente, en algunas realizaciones, la combinación de barridos acimutales y vectoriales se realiza en una capa interior dentro de una pluralidad de capas, en algunas realizaciones, la combinación de barridos acimutales y vectoriales se realiza en una capa superior y, en algunas realizaciones, la combinación de barridos acimutales y vectoriales se realiza en la capa más inferior. La combinación de barridos acimutales y vectoriales también se puede realizar en una pluralidad de capas, según se desee.

El presente inventor descubrió que resulta problemático exponer disolventes de baja viscosidad a altas temperaturas debido a la evaporación prematura del disolvente mientras el material de construcción todavía está en los cabezales dispensadores. Los presentes inventores también descubrieron que las altas temperaturas también pueden dañar el sustrato sobre el que se construye el objeto, por ejemplo, cuando el sustrato es un polímero.

Por lo tanto, el presente inventor se ha dado cuenta de que resulta problemático dispensar a la misma temperatura tanto materiales curables por UV que son demasiado viscosos a bajas temperaturas como materiales de construcción que incluyen disolventes volátiles.

El problema anterior se ha resuelto de manera inventiva mediante una técnica en la que se dispensa un material de construcción a alta temperatura (por ejemplo, por encima de 60 °C o por encima de 65 °C o por encima de 70 °C o por encima de 75 °C o al menos a 80 °C) y el otro material de construcción se dispensa a baja temperatura (por ejemplo, por debajo de 40 °C o por debajo de 35 °C o por debajo de 30 °C).

Esto se puede hacer controlando individualmente la temperatura de cada material de construcción mientras se carga en el cabezal dispensador respectivo. Por lo tanto, en varias realizaciones ilustrativas de la invención, el controlador mantiene al menos dos cabezales dispensadores a diferentes temperaturas. Opcional y preferentemente, el controlador realiza barridos acimutales para la dispensación de materiales de construcción a temperaturas más altas, y barridos vectoriales para la dispensación de materiales de construcción a temperaturas más bajas.

Los presentes inventores descubrieron que algunos materiales de modelado, particularmente materiales polimerizables por UV, presentan una deformación no deseada, tal como ondulación durante la fabricación del objeto. Se descubrió que esta tendencia a la ondulación era el resultado de la contracción del material durante la transición de fase de líquido a sólido.

La magnitud de la ondulación es una cantidad medible. Un proceso adecuado para medir la extensión de la ondulación puede incluir la fabricación de un objeto de una forma predeterminada, por ejemplo, una barra alargada que tiene una sección transversal rectangular o cuadrada, sobre una superficie plana y horizontal, aplicar una carga predeterminada en un extremo del objeto y medir la elevación del extremo opuesto por encima de la superficie.

En una búsqueda realizada por los inventores de la presente invención de una solución al problema de la ondulación, se descubrió que la magnitud de la ondulación es proporcional a la magnitud de la contracción volumétrica que sufre el material durante el proceso de polimerización y la diferencia de temperatura entre la temperatura de distorsión térmica (HDT) del material y la temperatura dentro del sistema durante la fabricación. Los presentes inventores descubrieron que la ondulación es particularmente notable en materiales con una contracción volumétrica relativamente alta y una HDT relativamente alta (por ejemplo, dentro del intervalo de la temperatura de polimerización). Los presentes inventores descubrieron además que existe una relación monótona entre la HDT y la tendencia a la ondulación. Sin vinculación con ninguna teoría, se postula que los materiales que se desarrollan durante el curado HDT que está cerca de la temperatura dentro del sistema durante la fabricación pueden sufrir relajación de tensión o deformación plástica durante el proceso de AM, más fácilmente, que los materiales con una contracción similar pero que desarrollan una HDT más alta.

Como se utiliza en el presente documento, la expresión "temperatura de distorsión térmica" (HDT) se refiere a una temperatura a la que el material respectivo o combinación de materiales se deforma bajo una carga predeterminada a cierta temperatura. Los procedimientos de prueba adecuados para determinar la HDT de un material o combinación de materiales son la serie ASTM D-648, específicamente, los métodos ASTM D-648-06 y ASTM D-648-07.

Por ejemplo, en los sistemas PolyJet™, comercializados por Stratasys Ltd., Israel, se utilizan formulaciones que tras la irradiación UV producen un material polimérico reticulado. Los objetos fabricados con estos materiales tienen una rigidez relativamente alta con una HDT superior a la temperatura ambiente, por ejemplo, aproximadamente 50 °C o más. Se descubrió que tales valores de HDT elevados proporcionan una precisión dimensional baja (efecto de ondulación elevado). Por lo tanto, se descubrió que una HDT alta y una ondulación baja son propiedades conflictivas. Los presentes inventores han llevado a cabo una investigación experimental, entre otras, con el fin de proporcionar una técnica para la fabricación aditiva de un objeto tridimensional que disfruta tanto de alta precisión dimensional (bajo efecto de ondulación) como de alta HDT inmediatamente después de que se complete la fabricación.

Los presentes inventores descubrieron que la existencia del efecto de ondulación o la falta del mismo depende del tiempo transcurrido entre el curado de capas sucesivas. Específicamente, se descubrió que el efecto de rizado del objeto final puede reducirse o eliminarse estableciendo un intervalo de tiempo suficientemente prolongado entre las iniciaciones de curado de capas sucesivas.

En diversas realizaciones ilustrativas de la invención, el controlador 20 está configurado para operar el cabezal o cabezales 16 y la fuente de radiación 18, de tal manera que para al menos una, o al menos dos, o al menos tres de las capas que forman el objeto, por ejemplo, la mayoría o todas las capas, el curado de la capa respectiva se inicia al menos t segundos después del comienzo del curado de una capa inmediatamente anterior a esa capa respectiva. Normalmente, aunque no de forma necesaria, la capa respectiva tiene un grosor de aproximadamente 15 micrómetros. En algunas realizaciones, la capa piezoeléctrica puede tener un grosor de al menos 5 micrómetros, por ejemplo, aproximadamente 5 micrómetros, o aproximadamente 10 micrómetros, o aproximadamente 15 micrómetros o aproximadamente 30 micrómetros. Hay otros grosores que no se excluyen del alcance de la presente invención.

En diversas realizaciones ilustrativas de la invención, t es más largo que el tiempo total en el que se forma una única capa, incluyendo los tiempos de dispensación y curado estudiados en conjunto. Por ejemplo, cuando el tiempo de formación general de una capa dada es de 5 segundos, t es más largo que 5. La diferencia entre el tiempo de formación total y t se define como el "retardo". Por lo tanto, a diferencia de los sistemas convencionales en los que cada capa se deposita y cura inmediatamente después del curado de la capa anterior, el controlador 20 retarda la deposición y/o curado de la capa hasta que el tiempo transcurrido desde el inicio del curado de la capa inmediatamente anterior es de t o más segundos.

Los valores habituales de t incluyen, sin limitación, al menos 6, o al menos 7, o al menos 8, o al menos 9, o al menos 10. En algunas realizaciones de la presente invención, t es como máximo 25. En algunas realizaciones de la invención, t es menor que 6.

El valor de t también puede depender de las propiedades de los respectivos materiales usados para fabricar el objeto y, opcionalmente, también de la temperatura a la que se está fabricando el objeto.

En algunas realizaciones de la presente invención, el controlador 20 recibe los datos de HDT que caracterizan el material de construcción que se está utilizando. Los datos de HDT normalmente corresponden a la HDT que adquiere el material una vez curado. Tales datos, por ejemplo, los puede proporcionar el operario a través del procesador de datos 24. Debe entenderse que no es necesario que el operario introduzca literalmente los datos de HDT (aunque esto también se contempla). En algunas realizaciones de la presente invención, el controlador o procesador de datos accede a una base de datos de valores de HDT que pueden almacenarse en un medio de memoria (no mostrado) y seleccionar el valor de HDT en función de otros tipos de entrada realizados por el operario. Por ejemplo, una base de datos de este tipo puede incluir una pluralidad de entradas, presentando cada una un tipo de material de construcción y un valor de HDT correspondiente. En estas realizaciones, el operario puede introducir el tipo de material de construcción o seleccionarlo de una lista de opciones, y el controlador o procesador de datos obtiene el valor de HDT respectivo de la base de datos. También se contemplan realizaciones en las que el controlador o procesador de datos obtiene el respectivo valor de HDT de la base de datos en función del tipo o tipos de materiales de construcción cargados en el sistema de suministro 42.

Una vez que el controlador recibe los datos de HDT, selecciona opcionalmente el valor de t en respuesta a la HDT. Esto se puede hacer de más de una manera. En algunas realizaciones, se utiliza una tabla de búsqueda. Una tabla de búsqueda de este tipo puede almacenarse en un medio de memoria al que puede acceder el controlador. La tabla de búsqueda puede incluir una pluralidad de entradas, cada una de las cuales tiene un valor de HDT y un correspondiente valor t. El controlador puede buscar en la tabla una entrada que coincida mejor con el valor de HDT recibido y seleccionar el respectivo valor t o aproximar el valor t en función de la entrada o entradas mejor coincidentes. En algunas realizaciones, el controlador puede emplear una función preprogramada t(HDT) para determinar el valor de t para un valor de HDT determinado. Dicha función es preferentemente una función monótonamente creciente (por ejemplo, una función lineal que tiene una pendiente positiva) de HDT. Preferiblemente, el valor devuelto de la función para HDT = 50 °C es al menos 6.

Debe entenderse que no es necesario que el controlador 20 seleccione el valor de t en función del valor de HDT. En algunas realizaciones de la presente invención, el controlador 20 selecciona el valor de t directamente del tipo de material de construcción que se utiliza para fabricar el objeto. Esto se realiza normalmente con una tabla de búsqueda que, en algunas realizaciones de la presente invención, se almacena en un medio de memoria accesible por el controlador 20. Una tabla de búsqueda de este tipo puede incluir una pluralidad de entradas, cada una de las cuales tiene un tipo de material de construcción o un tipo de familia de materiales de construcción y un correspondiente valor t. El controlador 20 puede buscar en la tabla una entrada que coincida mejor con el tipo de material de construcción o el tipo de familia del material de construcción, y seleccionar el respectivo valor t.

También se contemplan realizaciones en las que el valor de t también se basa en la temperatura operativa del proceso de fabricación, preferentemente, aunque no de forma necesaria, en la diferencia entre el valor de HDT y la temperatura operativa.

El valor de t puede basarse opcional y preferentemente, al menos en parte, en la dosis de energía suministrada a la capa formada más recientemente. La dosis de energía por unidad de volumen depende, en principio, de la intensidad de la radiación emitida por la fuente de radiación 18 y de la velocidad a la que se dispensa el material. El índice de dispensación, a su vez, depende de la velocidad de rotación relativa de la bandeja 12 y del flujo de material de construcción que sale de las boquillas del cabezal 16. Por ejemplo, para un material de modelado, un flujo de material de construcción fuera de las boquillas y una intensidad de radiación determinados, la velocidad de rotación da como resultado una menor magnitud de polimerización por capa en el proceso de formación, continuando las capas polimerizándose durante el curado de las capas posteriores por encima de ellas. Los presentes inventores descubrieron que dicha polimerización de capas previamente formadas aumenta el efecto de la ondulación.

Por lo tanto, en diversas realizaciones ilustrativas de la invención, el valor de t se calcula en función de uno o más de los siguientes parámetros: (i) grosor de la capa, (ii) índice de dispensación, (iii) intensidad de radiación, (iv) índice de polimerización por dosis de energía unitaria, y (v) la HDT del material que se está curando. En algunas realizaciones, el valor de t se calcula en función de al menos dos de los parámetros anteriores, en algunas realizaciones de la presente invención, el valor de t se calcula en función de al menos tres de los parámetros anteriores, y en algunas realizaciones de la presente invención, el valor de t se calcula en función de todos los parámetros anteriores.

El método y el sistema de las presentes realizaciones pueden utilizar muchos tipos de materiales de construcción. Los ejemplos representativos incluyen, sin limitación, materiales de construcción para los que la HDT poscurado a una presión de aproximadamente 0,45 MPa, medida por uno o más de la serie de procedimientos ASTM D-648, particularmente los métodos ASTM D-648-06 y ASTM D-648-07, y opcionalmente tanto los métodos ASTM D-648-06 como ASTM D-648-07, es más alta que la temperatura de las capas mientras se están formando, preferentemente la HDT es de aproximadamente 50 °C o superior.

Los materiales de construcción adecuados pueden incluir composiciones que comprenden funcionalidades acrílicas o metacrílicas, que son polimerizables por UV mediante mecanismo de radicales, por ejemplo, la reacción de adición de grupos funcionales acrílicos. Los ejemplos adicionales incluyen, sin limitación, composiciones polimerizables por UV que comprenden al menos un 30 % en peso de un monómero funcional mono acrílico o mono metacrílico, en donde el polímero respectivo del monómero tiene una temperatura de transición vítrea (Tg) superior a aproximadamente 50 °C. En alguna realización, Tg es superior a 60 °C o superior a 70 °C.

En el presente documento, "Tg" se refiere a la temperatura de transición vítrea definida como la ubicación del máximo local de la curva E", donde E" es el módulo de pérdida del material en función de la temperatura.

Algunos tipos representativos de materiales adecuados para las presentes realizaciones incluyen Objet® VeroBlue RGD840, Objet® VeroGrey RGD850, Objet® VeroBlack RGD870 y Objet® RGD525, que son materiales de modelado disponibles en el mercado gracias a Stratasys Ltd.

Como se usa en el presente documento, el término "aproximadamente" se refiere a ± 10 % y el símbolo " - ' indica igualdad con una tolerancia de como máximo el 10 %.

La palabra "ilustrativo" se utiliza en el presente documento para hacer referencia a "que sirve como un ejemplo, caso o ilustración". Cualquier realización descrita como "ilustrativa" no debe interpretarse necesariamente como preferida o ventajosa frente a otras realizaciones y/o para excluir la incorporación de características de otras realizaciones.

La palabra "opcionalmente" se usa en el presente documento para decir que "se proporciona en algunas realizaciones y no se proporciona en otras realizaciones". Cualquier realización específica de la invención puede incluir una pluralidad de características "opcionales" a menos que tales características entren en conflicto.

Los términos "comprende", "que comprende", "incluye", "que incluye", "que tiene" y sus formas conjugadas significan "que incluye, pero sin limitación".

El término "que consiste en" significa "que incluye y limitado a".

El término "que consiste esencialmente en" significa que la composición, método o estructura puede incluir ingredientes, etapas y/o partes adicionales, pero solo si los ingredientes, etapas y/o partes adicionales no alteran materialmente las características básicas y novedosas de la composición, método o estructura reivindicados.

Como se utiliza en el presente documento, la forma singular "un", "una" y "el/la" incluyen referencias en plural a no ser que el contexto indique claramente lo contrario. Por ejemplo, el término "un compuesto" o "al menos un compuesto" puede incluir una pluralidad de compuestos, incluyendo mezclas de los mismos.

A lo largo de esta solicitud, pueden presentarse diversas realizaciones de esta invención en un formato de intervalo. Debe entenderse que la descripción en formato de intervalo es meramente por comodidad y brevedad y no debe interpretarse como una limitación inflexible en el alcance de la invención. En consecuencia, debe considerarse que la descripción de un intervalo ha desvelado específicamente todos los subintervalos posibles, así como los valores numéricos individuales dentro de ese intervalo. Por ejemplo, se debe considerar que la descripción de un intervalo como de 1 a 6 divulga específicamente subintervalos tales como de 1 a 3, de 1 a 4, de 1 a 5, de 2 a 4, de 2 a 6, de 3 a 6, etc., así como números individuales dentro de ese intervalo, por ejemplo, 1, 2, 3, 4, 5 y 6. Esto aplica independientemente de la amplitud del intervalo.

Siempre que se indique un intervalo numérico en el presente documento, se pretende incluir cualquier número citado (fraccionario o entero) dentro del intervalo indicado. Las expresiones "variando/varía entre" un primer número indicado y un segundo número indicado y "variando/varía desde" un primer número indicado "hasta" un segundo número indicado se emplean en el presente documento indistintamente y pretenden incluir el primer y segundo números indicados y todos los números fraccionarios y enteros entre los mismos.

Se aprecia que ciertas características de la invención que, para mayor claridad, se describen en el contexto de realizaciones separadas, también pueden proporcionarse en combinación en una sola realización. Por el contrario, varias características de la invención que, para mayor brevedad, se describen en el contexto de una sola realización, también se pueden proporcionar por separado o en cualquier combinación secundaria adecuada o como sea conveniente en cualquier otra realización descrita de la invención. Ciertas características descritas en el contexto de diversas realizaciones no deben considerarse características esenciales de esas realizaciones, a menos que la realización no funcione sin esos elementos.

Diversas realizaciones y aspectos de la presente invención tal y como se delimitan anteriormente y de acuerdo con la sección de reivindicaciones de más adelante encuentran apoyo experimental en los siguientes ejemplos.

Ejemplos

A continuación, se hace referencia a los siguientes ejemplos, que junto con las descripciones anteriores, ilustran algunas realizaciones de la invención de manera no limitativa.

Se realizaron algunos experimentos para determinar la disposición geométrica preferida de la fuente de radiación y el cabezal o cabezales de impresión. La configuración experimental se ilustra en la figura 13, que muestra el cabezal 16 y la fuente de radiación 18 montados en un bastidor 180. La fuente de radiación era una lámpara UV.

Se ejecutó un proceso de impresión a un diámetro de 352,8 mm, lo que permitió una velocidad angular de aproximadamente 100 grados/s. La separación angular entre la fuente de radiación y el cabezal fue de aproximadamente 52°, y el intervalo de tiempo correspondiente desde la dispensación del material hasta el curado fue de aproximadamente 0,52 segundos.

La prueba de referencia se realizó a diferentes niveles de potencia. Se empleó un radiómetro UV para medir la potencia de salida de la lámpara respecto al balasto a diferentes entradas de tensión. La potencia de la lámpara en función de la tensión aplicada se muestra en la figura 14A y las imágenes del patrón impreso resultante para tensiones de entrada de 2,2 V, 3,2 V y 4,5 V se muestran en las figuras 14B, 14C y 14D, respectivamente. El radiómetro confirmó el aumento de la potencia de salida. El efecto de la potencia sobre el nivel de llenado del patrón impreso no fue significativo.

Se ejecutó otro proceso de impresión a un diámetro de 497,8 mm, lo que permitió una velocidad angular de aproximadamente 80 grados/s. La separación angular entre la fuente de radiación y el cabezal fue de aproximadamente 180°, y el intervalo de tiempo correspondiente desde la dispensación del material hasta el curado fue de aproximadamente 2,25 segundos. El nivel de llenado del patrón impreso obtenido fue significativamente mayor en comparación con las líneas de referencia mostradas en las figuras 14B-D. El acabado superficial del modelo se vio afectado significativamente. Los bordes y las esquinas no eran afilados y producían un acabado ondulado. La precisión dimensional también se redujo con aproximadamente un 2 % de error en la dimensión nominal. Las imágenes del patrón impreso resultante en estos experimentos se muestran en las figuras 14E y 14F.

Para confirmar que la calidad de impresión no se vio afectada al moverse al diámetro más grande, la lámpara se movió a ubicaciones alternativas alrededor de la bandeja. Las figuras 14G y 14H muestran imágenes del patrón impreso resultante para una separación angular entre la fuente de radiación y el cabezal de aproximadamente 80° y aproximadamente 60°. Como se muestra, a medida que la lámpara se acercaba al cabezal de impresión, el nivel de llenado disminuía.

En otro proceso de impresión, se aumentó la ganancia de punto. Se mejoró el acabado superficial y la precisión dimensional. El error dimensional se redujo a menos del 0,5 % de la dimensión nominal. En la figura 14l se muestra una imagen representativa del patrón impreso resultante para una separación angular de 80°. Esta calidad de impresión fue consecuente con la impresión de menor diámetro realizada para la referencia.

Para confirmar que el nivel de llenado se vio menos afectado por la potencia de la lámpara, se realizaron experimentos adicionales a diferentes niveles de potencia en diámetros de impresión más grandes. No se observaron variaciones significativas del nivel de llenado y la precisión dimensional (datos no mostrados).

La Tabla 1 resume los parámetros y resultados de los experimentos.

Tabla 1

Aunque la invención se ha descrito junto con las realizaciones específicas de la misma, es evidente que los expertos en la materia conocerán muchas alternativas, modificaciones y variaciones. En consecuencia, se pretende abarcar todas esas alternativas, modificaciones y variaciones que se encuentren dentro del alcance de las reivindicaciones adjuntas.

Adicionalmente, la cita o identificación de cualquier referencia en la presente solicitud no se interpretará como una admisión de que dicha referencia está disponible como técnica anterior de la presente invención. En la medida en que se usen títulos de sección, no deben interpretarse como necesariamente limitantes.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un sistema para impresión tridimensional, que comprende:

una bandeja giratoria (12) configurada para rotar alrededor de un eje vertical;

un cabezal de impresión (16),

que tiene una pluralidad de boquillas y que está configurado para moverse alternativamente con respecto a dicha bandeja a lo largo de una dirección radial; y

un controlador configurado para: (i) controlar dicho cabezal de impresión para dispensar, durante dicha rotación, las gotas del material de construcción en capas, tal como para imprimir un objeto tridimensional sobre dicha bandeja, y caracterizado por (ii) terminar dicha dispensación siempre que dicho cabezal de impresión se mueva radialmente.

2. El sistema según la reivindicación 1, en donde dicho controlador está configurado para reanudar dicha dispensación, después de dicho movimiento alternativo, en la misma coordenada acimutal en la que se detuvo dicha dispensación.

3. El sistema según la reivindicación 1, en donde dicho controlador está configurado para reanudar dicha dispensación, después de dicho movimiento alternativo, en una coordenada acimutal que está desplazada con respecto a una coordenada acimutal en la que se detuvo dicha dispensación.

4. Un sistema según cualquiera de las reivindicaciones 1-3, en donde dicho controlador está configurado para modificar la velocidad de rotación de dicha bandeja en respuesta a una posición radial de dicho cabezal.

5. Un sistema según cualquiera de las reivindicaciones 1-4, en donde dicho controlador está configurado para controlar dicho cabezal para dispensar dichas gotas de tal manera que una distancia acimutal entre gotas dispensadas secuencialmente varíe en función de una posición de dicho cabezal a lo largo de dicha dirección radial.

6. El sistema de la reivindicación 5, en donde dicha variación de la distancia acimutal se basa en una función probabilística de dicha posición a lo largo de dicha dirección radial.

7. Un sistema según cualquiera de las reivindicaciones 5 y 6, en donde dicho controlador está configurado para ejecutar la dispensación entrelazada de dichas gotas durante al menos una rotación de dicha bandeja.

8. El sistema según la reivindicación 7, en donde un nivel de entrelazado de dicha dispensación entrelazada varía en función de una posición de dicho cabezal a lo largo de dicha dirección radial.

9. Un método de impresión tridimensional de un objeto mediante un sistema que tiene un controlador, una bandeja giratoria (12) configurada para rotar alrededor de un eje vertical, y un cabezal de impresión (16) que tiene una pluralidad de boquillas y que está configurado para moverse alternativamente con respecto a dicha bandeja a lo largo de una dirección radial, comprendiendo el método, a través del controlador del sistema:

recibir los datos de impresión tridimensionales correspondientes a la forma del objeto;

controlar el cabezal de impresión para dispensar sobre la bandeja giratoria gotas de material de construcción en función de dichos datos de impresión;

controlar dicho cabezal de impresión para que se mueva alternativamente con respecto a dicha bandeja a lo largo de dicha dirección radial; y caracterizado por que

siempre que dicho cabezal de impresión se mueva a lo largo de dicha dirección radial, controlar dicho cabezal de impresión para detener dicha dispensación.

10. El método según la reivindicación 9, que comprende reanudar dicha dispensación, después de dicho movimiento alternativo, en la misma coordenada acimutal en la que se detuvo dicha dispensación.

11. El método según la reivindicación 10, que comprende reanudar dicha dispensación, después de dicho movimiento alternativo, en una coordenada acimutal que está desplazada con respecto a una coordenada acimutal en la que se detuvo dicha dispensación.

12. El método según cualquiera de las reivindicaciones 9-11, que comprende modificar la velocidad de rotación de dicha bandeja en respuesta a la posición radial de dicho cabezal.

13. El método según cualquiera de las reivindicaciones 9-12, en donde dicho control de dicho cabezal comprende garantizar que una distancia acimutal entre las gotas dispensadas secuencialmente varíe en función de una posición de dicho cabezal a lo largo de dicha dirección radial.

14. El método según la reivindicación 13, que comprende controlar dicho cabezal para ejecutar la dispensación entrelazada de dichas gotas durante al menos una rotación de dicha bandeja.

15. El método según la reivindicación 14, en donde un nivel de entrelazado de dicha dispensación entrelazada varía en función de una posición de dicho cabezal a lo largo de dicha dirección radial.