Proceso para fabricar un material compuesto.

Un proceso de fusión selectiva con haz de energía para fabricar un sustrato/cuerpo funcional compuesto que comprende:

una pluralidad de etapas secuenciales de localización de una estructura de un material susceptible de fusión por medio de un haz de energía dirigido sobre un sustrato;

una pluralidad de etapas secuenciales de fusión electiva de la estructura de material con el haz de energía dirigido en el que las etapas secuenciales de localización de una estructura de material se alternan con las etapas secuenciales de fusión selectiva de la estructura de material con el haz de energía dirigido; y

permitir que el material fundido forme el cuerpo del sustrato/cuerpo funcional compuesto

, caracterizado por que el material es una aleación de níquel-titanio.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/GB2006/002055.

Solicitante: RENISHAW PLC.

Nacionalidad solicitante: Reino Unido.

Dirección: NEW MILLS WOTTON-UNDER-EDGE GLOUCESTERSHIRE GL12 8JR REINO UNIDO.

Inventor/es: SUTCLIFFE,CHRISTOPHER, CHALKER,PAUL RAYMOND.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION B — TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES > TRABAJO DE LAS MATERIAS PLASTICAS; TRABAJO DE SUSTANCIAS... > CONFORMACION O UNION DE LAS MATERIAS PLASTICAS; CONFORMACION... > B29C67/00 (Técnicas de conformación no cubiertas por los grupos B29C 39/00 - B29C 65/00, B29C 70/00 o B29C 73/00)
  • SECCION B — TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES > PULVERIZACION O ATOMIZACION EN GENERAL; APLICACION... > PROCEDIMIENTOS PARA APLICAR LIQUIDOS U OTRAS MATERIAS... > B05D1/00 (Procedimientos para aplicar líquidos u otras materias fluidas a las superficies (B05D 5/00, B05D 7/00 tienen prioridad))
  • SECCION B — TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES > FUNDICION; METALURGIA DE POLVOS METALICOS > TRABAJO DE POLVOS METALICOS; FABRICACION DE OBJETOS... > Fabricación de piezas a partir de polvos metálicos,... > B22F3/105 (utilizando una corriente eléctrica, radiación láser o plasma (B22F 3/11 tiene prioridad))
  • SECCION H — ELECTRICIDAD > ELEMENTOS ELECTRICOS BASICOS > DISPOSITIVOS SEMICONDUCTORES; DISPOSITIVOS ELECTRICOS... > Dispositivos piezoeléctricos en general; Dispositivos... > H01L41/083 (que tienen estructura apilada o multicapa)
  • SECCION B — TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES > FUNDICION; METALURGIA DE POLVOS METALICOS > TRABAJO DE POLVOS METALICOS; FABRICACION DE OBJETOS... > Fabricación de capas compuestas, de piezas u objetos... > B22F7/04 (con una o varias capas no realizadas a partir de polvos, p. ej. a partir de chapas)
  • SECCION H — ELECTRICIDAD > ELEMENTOS ELECTRICOS BASICOS > DISPOSITIVOS SEMICONDUCTORES; DISPOSITIVOS ELECTRICOS... > Dispositivos piezoeléctricos en general; Dispositivos... > H01L41/33 (Conformación o mecanizado de cuerpos piezoeléctricos o electroestrictivos)
  • SECCION H — ELECTRICIDAD > ELEMENTOS ELECTRICOS BASICOS > DISPOSITIVOS SEMICONDUCTORES; DISPOSITIVOS ELECTRICOS... > Dispositivos piezoeléctricos en general; Dispositivos... > H01L41/45 (Materiales orgánicos)

PDF original: ES-2477866_T3.pdf

 

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Ilustración 1 de Proceso para fabricar un material compuesto.
Ilustración 2 de Proceso para fabricar un material compuesto.
Ilustración 3 de Proceso para fabricar un material compuesto.
Ilustración 4 de Proceso para fabricar un material compuesto.
Ilustración 5 de Proceso para fabricar un material compuesto.
Ilustración 6 de Proceso para fabricar un material compuesto.
Proceso para fabricar un material compuesto.

Fragmento de la descripción:

Proceso para fabricar un material compuesto La presente invención se refiere a un proceso para fabricar un sustrato/cuerpo funcional compuesto.

El advenimiento de los sistemas micro-electromecánicos basados en silicio (MEMS) fue confirmado en gran medida por los procesos desarrollados para la fabricación de circuitos integrados esencialmente bi-dimensionales (2D) . Con el fin de ampliar las tecnologías MEM a aplicaciones tri-dimensionales tales como válvulas microfluidas, boquillas para chorro de tinta, micro-espejos proyectores, se desarrollaron técnicas de patronaje de elevada relación de aspecto tales como "LIGA" o procesado fotoresistente de rayos-x [véase por ejemplo M.J. Madou, Capítulo 6 en "Fundamentals of Microfabrication", CRC Press, Boca Raton, FL, 1967].

La fusión de láser selectiva (SLM) es un proceso convencionalmente utilizado para la fabricación de componentes complejos tri-dimensionales a partir de materias primas poliméricas en forma de polvo. Se ha usado el proceso para fabricar componentes complejos que exhiben una elevada densidad y homogeneidad tal como troqueles para herramientas e implantes médicos (véase por ejemplo el documento EP-A-1418013) .

La presente invención está basada en el reconocimiento de que se puede emplear la fusión selectiva para la fabricación de materiales compuestos heterogéneos. Más particularmente, la presente invención se refiere a un proceso mejorado para fabricar un cuerpo/sustrato funcional compuesto por medio de fusión selectiva usando un haz de energía.

"Stereolitography of lead zirconate titanate ceramics for MEMs applications", Olivier, Dufraud, Hervé L Gall, Serge Corbel, PROC SPIE INT SOC OPT ENG, Proceedings of SPIE - The International Society for Optical Engineergin 2003, Vol. 5116I, páginas 28-37, describe la estereolitografía de películas de PZT depositadas sobre sustratos metálicos y obleas de silicio.

El documento US 2004/184700 A1 describe la deposición láser tal como revestimiento, colada y soldadura de una estructura metálica formada por acero inoxidable, níquel, hierro o titanio.

El documento WO 98/2457A describe la realización de una fusión con láser selectiva sobre acero, titanio o aluminio.

El documento EP 1 419 836 describe un método de detección para el uso en estereolitografía o sinterización en forma de polvo.

El documento 2004/108398 A describe un aparato para la fabricación capa-sobre-capa de objetos conformados tridimensionales.

El documento EP 1 418 013 A1 describe un método de conformación de una parte porosa que adopta una forma de capa a capa. Los materiales que se pueden usar son titanio, aleaciones de titanio, acero inoxidable, aleaciones de cromo y cobalto, tántalo y niobio.

La presente invención proporciona una fusión selectiva con haz de energía de acuerdo con la reivindicación 1.

De manera ventajosa, el proceso de la invención abre nuevas vías para la fabricación de micro-máquinas "inteligentes" y mecanismos para el uso de micro-sistemas y tecnologías de laboratorio sobre chip.

El haz de energía dirigido puede ser un haz de láser o un haz de electrones. Se prefiere un haz de láser y la etapa de fusión selectiva es una etapa de fusión selectiva con láser (SLM) .

El sustrato puede ser una capa de sustrato. El cuerpo funcional puede ser una capa funcional. Alternativamente, el cuerpo funcional puede ser tri-dimensional (por ejemplo una estructura o construcción 3D compleja o de tipo pilar o columnar) . La construcción del material funcional puede ser una capa de material funcional.

Preferentemente, el cuerpo/sustrato funcional compuesto es un material compuesto tridimensional, de forma particularmente preferida un material compuesto tri-dimensional con elevada relación de aspecto. Una relación de aspecto típica (anchura del material compuesto o dimensión del material compuesto en X-Y dividido entre la altura desde la base) es superior a 1000, lo que no se encuentra disponible por medio de procesos convencionales que están basados en proyección y generan materiales compuestos de 2, 5D.

El sustrato puede ser un dieléctrico. El sustrato puede ser un semiconductor. El sustrato puede ser un sustrato electrónico. El sustrato electrónico puede comprender una o más partes electrónicas, dispositivos o estructura. Por ejemplo, el sustrato electrónico puede ser un circuito impreso con conexiones sobre el cual se montan componentes electrónicos o un troquel de semiconductor sobre el cual se fabrican dispositivos electrónicos.

En el proceso de la invención, el sustrato puede ser o contener silicio y/o dióxido de silicio. Normalmente, el sustrato es o contiene silicio. El sustrato puede incluir una capa aislante (por ejemplo, una capa aislante de dióxido de silicio) . Por ejemplo, en el proceso de la invención se puede someter una capa de silicio a oxidación (por ejemplo oxidación

térmica) para producir una capa aislante de dióxido de silicio. El sustrato puede ser agua.

Preferentemente, el sustrato se metaliza con una capa de contacto metálica (por ejemplo, con una capa de contacto de níquel, titanio o aluminio tal como una capa de contacto de película fina de aluminio) . Por ejemplo, el proceso de la invención puede comprender además metalizar el sustrato con una capa de contacto de aluminio (por ejemplo con una capa de contacto de película fina de aluminio) . El proceso además puede comprender el patronaje de la capa de contacto de aluminio. El patronaje se puede llevar a cabo por medio de un proceso de ataque químico en húmedo.

El cuerpo funcional exhibe memoria de forma. El cuerpo funcional está formado por una aleación con memoria de forma de níquel-titanio. La aleación con memoria de forma puede ser una aleación de Ti:Ni 50:50 tal como NITINOL.

En el proceso de la invención, la localización del material funcional sobre el sustrato puede colocarlo en estrecha proximidad o en contacto. Por ejemplo, se puede aplicar el material funcional (por ejemplo, se puede revestir o dispersar) a la superficie del sustrato.

Preferentemente, el sustrato está provisto (por ejemplo revestido) de un material de interfaz. Preferentemente, el proceso además comprende:

aplicar un material de interfaz al sustrato antes de localizar el sustrato con el material funcional.

Normalmente, un material de interfaz puede favorecer la adhesión del cuerpo funcional. Normalmente, un material de interfaz puede evitar el daño al sustrato. De manera ventajosa, el material de interfaz puede favorecer la transferencia de calor que, de forma particularmente útil, se explota cuando el cuerpo funcional es susceptible de gestión térmica y el sustrato es un sustrato electrónico.

Preferentemente, el material de interfaz es un material que contiene un metal. Por ejemplo, el material de interfaz puede ser una capa que contiene un metal tal como una película que contiene un metal (por ejemplo, una película metálica) . El material de interfaz que contiene un metal puede contener una o más especies metálicas (por ejemplo, un metal elemental, compuestos metálicos, materiales compuestos metálicos, aleaciones metálicas, cerámicas metálicas o sustancias organometálicas) . Preferentemente, las especies metálicas son especies de metal de transición.

Preferentemente, el material de interfaz que contiene metal es capaz de adherirse al sustrato y al cuerpo funcional. Preferentemente, el material de interfaz que contiene metal tiene una baja resistencia térmica. Preferentemente, el material de interfaz que contiene metal es susceptible de pasivación para minimizar la reflexión del haz de energía dirigido (por ejemplo láser) .

Materiales de interfaz que contienen metal preferidos... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Un proceso de fusión selectiva con haz de energía para fabricar un sustrato/cuerpo funcional compuesto que comprende:

una pluralidad de etapas secuenciales de localización de una estructura de un material susceptible de fusión 5 por medio de un haz de energía dirigido sobre un sustrato;

una pluralidad de etapas secuenciales de fusión electiva de la estructura de material con el haz de energía dirigido en el que las etapas secuenciales de localización de una estructura de material se alternan con las etapas secuenciales de fusión selectiva de la estructura de material con el haz de energía dirigido; y permitir que el material fundido forme el cuerpo del sustrato/cuerpo funcional compuesto, caracterizado por 10 que el material es una aleación de níquel-titanio.

2. Un proceso como el de la reivindicación 1, en el que el haz de energía dirigido está seleccionado entre el grupo que consiste en un haz de láser y un haz de electrones.

3. Un proceso como el de la reivindicación 1 ó 2, en el que el sustrato/cuerpo funcional compuesto es un material compuesto tri-dimensional de elevada relación de aspecto.

4. Un proceso como el de cualquier reivindicación anterior que además comprende la etapa de: metalizar el sustrato con una capa de contacto metálica.

5. Un proceso como el de cualquier reivindicación anterior, en el que la aleación de níquel-titanio se localiza sobre el sustrato como sólido en forma de partículas.

6. Un proceso como el de cualquier reivindicación anterior en el que, durante la etapa de fusión selectiva de la 20 estructura de níquel-titanio con el haz de energía dirigido, bien el sustrato y la estructura de níquel-titano o bien el haz de energía dirigido se encuentran en movimiento.

7. Un proceso como el de cualquier reivindicación anterior en el que la etapa de fusión selectiva de la estructura de aleación de níquel-titanio se lleva a cabo fuera del eje.

8. Un proceso como el de cualquier reivindicación anterior en el que la etapa de permitir que la aleación de níquel25 titanio fundida forme el cuerpo funcional del sustrato/cuerpo funcional compuesto comprende enfriar la aleación fundida de níquel-titanio.