IT201700007447A1 - Sistema e metodo di stampa per oggetti tridimensionali - Google Patents

Description

“Sistema e metodo di stampa per oggetti tridimensionali”

DESCRIZIONE

La presente invenzione ha per oggetto un sistema ed un metodo di stampa per oggetti tridimensionali.

In particolare la presente invenzione si riferisce alla stampa del tipo a polimerizzazione di una resina liquida attraverso una sorgente di luce. Allo stato attuale esistono diverse tipologie di stampanti per oggetti tridimensionali utilizzanti la polimerizzazione di una resina liquida.

A seconda del tipo di sorgente di luce utilizzata si parla di:

- stereolitografia (SLA) la quale utilizza un processo di fotopolimerizzazione per solidificare una resina liquida contenuta in un apposito contenitore o vasca. Nella stereolitografia la sorgente di luce utilizzata è un laser oppure - digitai light processing (DLP) analoga alla stereolitografia ma utilizzante proiettori LED o LCD come sorgente di luce per polimerizzare uno strato di una resina liquida contenuta in una vasca.

In entrambe le tipologie la resina liquida, essendo sensibile alla luce ed essendo esposta alla stessa, si indurisce.

Successivamente un supporto dell’oggetto in stampa si muove in alto ed il polimero liquido rimanente nella vasca è di nuovo esposto alla luce per la stampa della successiva porzione del prodotto.

Il processo si ripete fino a quando l’oggetto è stato completamente stampato.

Generalmente le stampanti di tipo noto comprendono un corpo di contenimento principale all’interno del quale trovano alloggiamento sia la vasca contenente la resina liquida, che il supporto dell’oggetto, il quale è mobile verticalmente che, altresì, la sorgente luminosa, generalmente disposta inferiormente alla resina liquida.

Successivamente alla fase di vera e propria stampa, è necessario al fine di ottenere un prodotto finito, sottoporre lo stesso ad alcune fasi di rifinitura. Ad esempio, per rimuovere eventuali sbavature oppure elementi costruttivi dal prodotto appena uscita dalla stazione di stampa è necessario prevedere una fase di lavaggio, generalmente attraverso getti di acqua, alcol oppure spazzole semi-rigide.

Ancora successivamente alla fase di lavaggio, per ottenere un completo indurimento del prodotto è necessaria una fase di indurimento completo, detta anche di curatura, solitamente utilizzante la medesima tipologie di sorgente di luce utilizzata nella stazione di stampa.

Inoltre, a seconda dell’utilizzo finale del prodotto in produzione, ad esempio nel caso di protesi dentali, è necessario prevedere una stazione di sterilizzazione del prodotto stesso.

Infine, anche questo in funzione dell’utilizzo finale del prodotto è necessario prevedere una fase di confezionamento del prodotto.

Tutte le tipologie di stampanti sopradette e note nel settore presentano tuttavia importanti inconvenienti.

Un primo importante inconveniente, causato dalla natura tossica della resina quando si trova in forma liquida o comunque non completamente asciutta, è quello che successivamente alla fase di stampa sono necessarie ulteriori fasi di lavorazione che, essendo svolte da macchinari indipendenti alla stampante necessitano di una manipolazione manuale da parte di un operatore.

Questa manipolazione provoca problemi di contaminazione, sia del prodotto in stampa daH’ambiente esterno, sia dell’utente da parte del prodotto stesso non ancora indurito e quindi con residua tossicità.

Un altro importante inconveniente è insito nel fatto che essendo necessaria una serie di operazioni manuali da parte di uno o più operatori, è chiaro che il processo di stampa nella sua completezza risulta costoso e lungo nei tempi, ovvero difficilmente industrializzabile.

Un primo scopo della presente invenzione è quindi, quello di risolvere i problemi della tecnica nota e proporre un sistema di stampa per oggetti tridimensionali che risolva i problemi della tecnica nota e sia in grado di ottimizzare i tempi ed i costi di produzione di oggetto tridimensionale.

Un ulteriore scopo è quello di fornire un sistema di stampa per oggetti tridimensionali che permetta di completare l’intero processo di produzione di un prodotto, partendo dalla polimerizzazione di una resina liquida, in modo sicuro per l’operatore.

Un ulteriore scopo è quello di fornire un metodo di stampa per oggetti tridimensionali che permetta di completare l’intero processo di produzione di un prodotto, partendo dalla polimerizzazione di una resina liquida, in modo sicuro per l’operatore.

Per raggiungere questi scopi la presente invenzione mette a disposizione un sistema di stampa per oggetti tridimensionali comprendente: un corpo principale di contenimento definente un ambiente chiuso ad atmosfera controllata, almeno una unità di stampa a polimerizzazione di una resina liquida disposta all’interno del corpo principale di contenimento, almeno una unità di lavaggio disposta anch’essa all’interno del corpo principale di contenimento e mezzi di movimentazione di un supporto dell’oggetto tridimensionale per muoverlo almeno fra la unità di stampa e la unità di lavaggio.

Vantaggiosamente il sistema di stampa secondo la presente invenzione comprendente inoltre una unità di indurimento, disposta all’interno del corpo di contenimento principale e raggiungibile dai mezzi di movimentazione. Vantaggiosamente il sistema di stampa secondo la presente invenzione comprendente inoltre una unità di sterilizzazione dell’oggetto tridimensionale disposta all’interno del corpo di contenimento principale e raggiungibile dai mezzi di movimentazione.

Vantaggiosamente il sistema di stampa secondo la presente invenzione comprendente inoltre una unità di confezionamento disposta all’interno di del corpo di contenimento principale e raggiungibile dai mezzi di movimentazione .

Vantaggiosamente inoltre, nel sistema di stampa secondo la presente invenzione il corpo principale di contenimento comprende uno sportello per il prelievo dell’oggetto tridimensionale finito.

Vantaggiosamente inoltre, nel sistema di stampa secondo la presente invenzione i mezzi di movimentazione del supporto comprendono almeno elementi di guida orizzontali, per muovere il supporto lungo una direzione orizzontale ed almeno elementi di guida verticali per muoverlo lungo una direzione verticale.

Vantaggiosamente inoltre, nel sistema di stampa secondo la presente invenzione gli elementi di guida orizzontali sottendono un’area maggiore rispetto a quella sottesa dalle unità lavorazione disposte all’interno del corpo principale di contenimento.

Vantaggiosamente inoltre, nel sistema di stampa secondo la presente invenzione gli elementi di guida verticali sono azionabili fra una prima posizione superiore nella quale il supporto è disposto al di sopra delle unità di lavorazione ed una seconda posizione inferiore nella quale il supporto è posizionato in modo da inserire l’oggetto tridimensionale all’interno delle unità di lavorazione disposte all’interno del corpo principale di contenimento.

Vantaggiosamente inoltre, nel sistema di stampa secondo la presente invenzione l’unità di stampa comprende una sorgente luminosa attiva sulla resina liquida.

Vantaggiosamente inoltre, nel sistema di stampa secondo la presente invenzione l’unità di lavaggio comprende mezzi di asportazione meccanica di materiale dall’oggetto tridimensionale.

E’ oggetto del presente trovato anche un metodo di stampa mediante un sistema di stampa come descritto sopra comprendente le seguenti fasi operative:

- stampare mediante una unità di stampa del tipo a polimerizzazione di una resina liquida un oggetto tridimensionale su un rispettivo supporto che è vincolato a mezzi di movimentazione,

- lavare mediante una unità di lavaggio l’oggetto appena stampato e sempre vincolato al supporto e

- prelevare l’oggetto tridimensionale completato dal corpo di contenimento principale.

Vantaggiosamente il metodo di stampa comprende inoltre una fase di indurire completamente l’oggetto tridimensionale mediante una unità di indurimento, successivamente alla fase di lavaggio.

Vantaggiosamente inoltre il metodo di stampa comprende inoltre una fase di sterilizzare l’oggetto tridimensionale successivamente a detta fase di lavaggio, o successivamente a detta fase di indurimento.

Vantaggiosamente il metodo di stampa comprende inoltre una fase di confezionare l’oggetto tridimensionale successivamente alla fase di lavaggio, o successivamente alla fase di indurimento, o successivamente alla fase di sterilizzazione.

Gli scopi sopra esposti sono raggiunti da un sistema ed un metodo di stampa per oggetti tridimensionali comprendente le caratteristiche tecniche descritte in una o più delle allegate rivendicazioni.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi della presente invenzione appariranno maggiormente chiari dalla descrizione indicativa, e pertanto non limitativa, di una forma di realizzazione preferita ma non esclusiva, come illustrato nel disegno allegato il quale mostra una vista schematica di un sistema di stampa per oggetti tridimensionali secondo la presente invenzione.

Con riferimento alle figure allegate, con 10 è stato complessivamente indicato un sistema di stampa per oggetti tridimensionali 9.

Nella sua forma essenziale il sistema di stampa 10 secondo la presente invenzione comprende un corpo principale di contenimento 20 definente un ambiente “A” chiuso ad atmosfera controllata.

A solo titolo di esempio il corpo principale può comprendere una struttura almeno parzialmente trasparente, completamente chiudibile rispetto aN’ambiente esterno e all’interno della quale sia possibile controllare e comandare almeno i valori di temperatura.

All’interno del corpo 20 è disposta almeno una unità di stampa 1 a polimerizzazione di una resina liquida 11.

L’unità di stampa può essere indifferentemente di una qualsiasi tipologia di stampa basata sulla polimerizzazione di una resina liquida 11 (quindi ad esempio SLA o DLP).

Il sistema 10 comprende inoltre almeno una unità di lavaggio disposta anch’essa all’interno del corpo principale di contenimento 20 e atta sostanzialmente a lavare e rifinire superficialmente l’oggetto tridimensionale 9 in uscita dalla precedente unità di stampa 1.

Solitamente in uscita dalla unità di stampa 1 l’oggetto necessita di una pulizia più o meno approfondita in funzione della risoluzione di stampa utilizzata e dal materiale polimerizzato.

Questa fase di pulizia può essere svolta da getti d’aria, da getti acqua, getti di alcol oppure da utensili di rimozione meccanica di materiale come ad esempio spazzole.

Il sistema di stampa 10, ancora nella sua forma essenziale, comprende inoltre mezzi di movimentazione 6, 7 di un supporto 8 dell’oggetto tridimensionale 9.

L’oggetto 9 in lavorazione non necessità di alcun sistema o collante per aderire al supporto in quanto viene creato direttamente sullo stesso nell’unità di stampa 1.

Tali mezzi di movimentazione 6, 7 servono per muovere lo stesso oggetto 9 nelle varie unità di lavorazione senza l’ausilio di alcun operazione da parte di un utente,

I mezzi di movimentazione 6, 7 sono automatici e controllati da una unità di controllo e comprendono almeno elementi di guida orizzontali 6 per muovere il supporto 8 lungo una direzione orizzontale F ed almeno elementi di guida verticali 7 per muovere il supporto 8 lungo una direzione verticale V.

Nel dettaglio gli elementi di guida orizzontali 6 sottendono un’area maggiore rispetto a quella sottesa dalle unità 1, 2, 3, 4, 5 di lavorazione disposte all’interno del corpo principale di contenimento 20, in modo tale da garantire il corretto posizionamento dell’oggetto 9 in ogni singola unità di lavorazione. Inoltre gli elementi di guida verticali 7 sono azionabili fa una prima posizione superiore, nella quale il supporto 8 (e quindi l’oggetto 9 supportato) è disposto al di sopra delle unità 1, 2, 3, 4, 5 di lavorazione ed una seconda posizione inferiore nella quale il supporto 8 (e quindi l’oggetto 9 supportato) è posizionato in modo da inserire l’oggetto tridimensionale 9 all’interno delle unità 1, 2, 3, 4, 5 disposte all’interno del corpo principale di contenimento 20.

Vantaggiosamente, il sistema di stampa 10 comprende inoltre una unità di indurimento 3, detta anche di curatura, disposta anch’essa all’interno del corpo di contenimento principale 20 e raggiungibile dai mezzi di movimentazione 6, 7.

La suddetta stazione di indurimento, o curatura, serve per completare la fase di polimerizzazione dell’oggetto 9 a seguito della operazioni di lavaggio.

Questa operazione di indurimento può essere svolta posizionando all’interno dell’unità 3 una o più sorgenti luminose dello stesso tipo utilizzate nella rispettiva unità di stampa 1 (laser nel caso della SLA oppure un proiettore LCD o LED nel caso della DLP).

Vantaggiosamente, il sistema di stampa 10 secondo la presente invenzione, può inoltre comprendere, sempre disposta all’interno del corpo principale di contenimento 20 una unità di sterilizzazione 4. Anche questa unità 4 è disposta in modo tale da poter essere raggiunta dai mezzi di movimentazione 6, 7.

La presenza di questa unità è di particolare importanza in funzione deN’utilizzo finale dell’oggetto tridimensionale 9 in produzione, a solo titolo di esempio nella produzione di protesi dentali.

La fase di sterilizzazione può essere svolta mediante l’ausilio di temperature elevate oppure mediante l’immissione di vapore controllato a contatto con l’oggetto tridimensionale 9 in lavorazione.

Infine, il sistema di stampa 20 può comprendere inoltre una unità di confezionamento 5 dell’oggetto 9 prima di essere prelevato da parte di un utente.

Anche questa unità di confezionamento 5 è disposta all’interno del volume chiuso A del corpo principale 20 e posizionata in modo tale da essere raggiungibile da parte dei mezzi di movimentazione 6, 7.

Un esempio di posizionamento reciproco delle varie unità di lavorazione 1, 2, 3, 4, 5, può essere un posizionamento lineare successivo come mostrato schematicamente in figura 1.

Vantaggiosamente il corpo principale di contenimento 20 comprende uno sportello per il prelievo dell’oggetto tridimensionale 9 finito e, in caso di presenza della unità di confezionamento, confezionato all’interno del rispettivo contenitore.

Nel funzionamento un sistema di stampa secondo il presente trovato comprende le seguenti fasi, tutte svolte all’interno del volume A chiuso e controllato del corpo di contenimento principale 20:

- stampare mediante polimerizzazione di una resina liquida 11 attraverso una sorgente luminosa su un supporto 8 un oggetto tridimensionale 9, il supporto 8 e l’oggetto 9 supportato essendo vincolati a dei mezzi di movimentazione orizzontale 6 e verticale 7,

- lavare l’oggetto 9 appena stampato e vincolato al supporto 8, posizionando 10 stesso all’interno di una unità di lavaggio 2.

- prelevare l’oggetto 9 completato dal corpo principale 20.

11 metodo di realizzazione può comprendere, come descritto sopra, anche le fasi di:

- indurire completamente l’oggetto 9 successivamente alla fase di lavaggio - sterilizzare l’oggetto 9 successivamente alla fase di lavaggio, o se necessaria e presente alla fase di indurimento e

- confezionare l’oggetto 9 successivamente alla fase di lavaggio, o, se necessaria e presente, alla fase di indurimento, o se

anche alla fase di sterilizzazione.

L’invenzione consegue importanti vantaggi.

In particolare un importante vantaggio sta nell’automatizzazione dell’intero processo di stampa di un oggetto tridimensionale tramite polimerizzazione di una resina liquida 11.

Infatti mediante la presente invenzione è possibile rendere automatiche e senza l’intervento dell’utente tutte le fasi di produzione, rifinitura successiva, sterilizzazione e confezionamento di un oggetto tridimensionale 9.

In questo modo è inoltre possibile evitare il contatto con l’oggetto 9 in produzione da parte di un utente, riducendo ai minimi il rischio di contaminazione dello stesso.

Allo stesso modo, essendo tutte le fasi svolte all’interno di un corpo di contenimento chiuso e controllato, è possibile ridurre al minimo il rischio di contaminazione dello stesso oggetto tridimensionale 9 in produzione rispetto ad esempio ad agenti batterici che potrebbero trovarsi nell’ambiente esterno.

Questo aspetto è di fondamentale importanza in particolare quando l’oggetto 9 in produzione è destinato ad usi sanitari, come ad esempio la produzione di protesi dentali.

Claims (11)

1. RIVENDICAZIONI 1. Sistema di stampa (10) per oggetti tridimensionali (9) comprendente: un corpo principale di contenimento (20) definente un ambiente (A) chiuso ad atmosfera controllata, almeno una unità di stampa (1) a polimerizzazione di una resina liquida (11), detta unità di stampa (1) essendo disposta all’interno di detto corpo principale di contenimento (20), almeno una unità di lavaggio (2) disposta all’interno di detto corpo principale di contenimento (20) e mezzi di movimentazione (6, 7) di un supporto (8) di detto oggetto tridimensionale (9) per muovere lo stesso almeno fra detta unità di stampa (1) e detta unità di lavaggio (2).
2. 2. Sistema di stampa (10) secondo la rivendicazione 1 comprendente inoltre una unità di indurimento (3), disposta all’interno di detto corpo di contenimento principale (20) e raggiungibile da detti mezzi di movimentazione (6, 7).
3. 3. Sistema di stampa (10) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti comprendente inoltre una unità di sterilizzazione (4) di detto oggetto tridimensionale (9) disposta all’interno di detto corpo di contenimento principale (20) e raggiungibile da detti mezzi di movimentazione (6, 7).
4. 4. Sistema di stampa (10) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti comprendente inoltre una unità di confezionamento (5) disposta all’interno di detto corpo di contenimento principale (20) e raggiungibile da detti mezzi di movimentazione (6, 7).
5. 5. Sistema di stampa (10) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti in cui detti mezzi di movimentazione (6, 7) di detto supporto (8) comprendono almeno elementi di guida orizzontali (6) per muovere detto supporto (8) lungo una direzione orizzontale (F) ed almeno elementi di guida verticali (7) per muovere detto supporto (8) lungo una direzione verticale (V).
6. 6. Sistema di stampa (10) secondo la rivendicazione 5 in cui detti elementi di guida orizzontali (6) sottendono un’area maggiore rispetto a quella sottesa dalle unità (1, 2, 3, 4, 5) di lavorazione disposte all’interno di detto corpo principale di contenimento (20).
7. 7. Sistema di stampa (10) secondo la rivendicazione 5 in cui detti elementi di guida verticali (7) sono azionabili fra una prima posizione superiore nella quale il supporto (8) è disposto al di sopra di dette unità (1, 2, 3, 4, 5) di lavorazione ed una seconda posizione inferiore nella quale detto supporto (8) è posizionato in modo da inserire detto oggetto tridimensionale (9) all’interno di dette unità (1, 2, 3, 4, 5) disposte all’interno di detto corpo principale di contenimento (20).
8. 8. Metodo di stampa mediante un sistema di stampa (10) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti 1-7 comprendenti le seguenti fasi operative: - stampare mediante una unità di stampa (1) del tipo a polimerizzazione di una resina liquida (11) un oggetto tridimensionale (9) su un rispettivo supporto (8), detto supporto essendo vincolato a detti mezzi di movimentazione (6, 7), - lavare mediante una unità di lavaggio (2) detto oggetto (9) appena stampato e sempre vincolato a detto supporto (8) e - prelevare detto oggetto tridimensionale (9) completato da detto corpo di contenimento principale 20.
9. 9. Metodo di stampa secondo la rivendicazione 8 comprendente inoltre una fase di indurire completamente detto oggetto tridimensionale (9) mediante una unità di indurimento (3), successivamente a detta fase di lavaggio.
10. 10. Metodo di stampa secondo la rivendicazione 8 o 9 comprendente inoltre una fase di sterilizzare detto oggetto tridimensionale (9) successivamente a detta fase di lavaggio, o se dipendente dalla rivendicazione 9 , successivamente a detta fase di indurimento.
11. 11. Metodo di stampa secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti 8-10 comprendente inoltre una fase di confezionare detto oggetto tridimensionale (9) successivamente a detta fase di lavaggio, o, se dipendente dalla rivendicazione 9, successivamente a detta fase di indurimento, o se dipendente dalla rivendicazione 10, successivamente alla detta fase di sterilizzazione.