APARATO Y METODO PARA IMPRIMIR CON UN MATERIAL FLUIDO, MEDIANTE UNA TECNICA DE IMPRESION POR CHORRO CONTINUO.

Aparato para imprimir con un material fluido mediante una técnica de impresión por chorro continuo,

que comprende un depósito (8) para almacenar el material, un canal (10) conectado con el depósito, que está dotado, como mínimo, de una abertura (14) de descarga desde la que, durante la utilización, fluye un chorro del material que se descompone en gotas, y un mecanismo (36.1, 36.2) de regulación de la presión para variar la presión del material más arriba de la abertura (14) de descarga con el fin de obtener el chorro descompuesto en gotas, estando dotado además el aparato con medios de generación de presión para hacer pasar el material a una presión predeterminada a través del canal (10) en la dirección de la abertura de descarga, en el que los medios de generación de la presión están dispuestos para aplicar la presión predeterminada al material en el canal, de manera hidráulica y/o neumática, en el que el mecanismo (36.1, 36.2) de regulación de presión comprende una clavija móvil de control, clavija de control que puede ser desplazada en una dirección longitudinal hacia la abertura de descarga o alejándose de la misma, caracterizado porque un extremo de la clavija (36.2) de control está situado a una distancia predeterminada de 15 a 500 micras de la abertura de descarga para variar la presión junto a la abertura (14) de descarga mediante la vibración de la clavija de control, y porque los medios de generación de la presión están dispuestos para generar la presión predeterminada, como mínimo, en una parte del canal (10), más arriba de la abertura (14) de descarga en el intervalo de 15 a 600 barias

Aparato y método para imprimir con un material fluido, mediante una técnica de impresión por chorro continuo.

La invención se refiere a un aparato para la impresión con un material fluido por medio de una técnica de impresión por chorro continuo.

A este respecto, mediante una técnica de impresión por chorro continuo se hace referencia a la generación continua de gotas que pueden ser utilizadas selectivamente con la finalidad de un proceso de impresión predeterminado. El suministro de gotas tiene lugar de manera continua, por contraste con la denominada técnica de gota bajo demanda mediante la cual las gotas se generan en función del proceso de impresión predeterminado.

Se describe un aparato conocido, por ejemplo, en la descripción de la patente USA 5.969.733. Este documento da a conocer una impresora denominada de chorro continuo para imprimir materiales que se componen de fluidos viscosos. Con esta impresora pueden imprimirse fluidos viscosos. A ese respecto, utilizando medios de generación de presión, el fluido viscoso es ajustado a una presión de trabajo de hasta 8 barias y pasa, a través del canal, hasta la abertura de descarga. A continuación, el fluido viscoso sale a través de la abertura de descarga. Durante la salida del fluido viscoso, el mecanismo de regulación de presión proporciona, con una regularidad predeterminada, variaciones en la presión del fluido viscoso adyacente a la abertura de descarga. Esto conduce a la aparición de perturbaciones en el chorro de fluido que fluye desde la abertura de descarga. Esta perturbación conduce a un estrechamiento del chorro que, a su vez, conduce a la descomposición del chorro en gotas. Esto conduce a un flujo continuo de gotas salientes con una distribución uniforme de propiedades tales como las dimensiones de las gotas. A modo de indicación muy burda, puede especificarse que la presión que regula el mecanismo debe tener una gama de regulación de la presión de aproximadamente el diez por ciento de la presión media de trabajo que predomina en el canal. La presión de trabajo de como mucho 8 barias, se genera típicamente con la ayuda de una bomba de émbolo o una bomba centrífuga.

Una desventaja del aparato conocido es que, a una presión de trabajo elevada, la presión de trabajo se ejerce de manera no uniforme, introduciendo ya de ese modo una variación en la presión de trabajo. Esto conduce a la formación de gotas desiguales en el chorro que se descompone en gotas.

Es un objetivo de la invención enfrentarse a la desventaja mencionada. A ese respecto, la invención da a conocer un aparato que está caracterizado según las características de la reivindicación 1. Se entiende que hidráulicamente significa: utilizando líquido; y se entiende que neumáticamente significa: utilizando un gas. A través de la capacidad de aplicar la presión definida al material fluido en el canal utilizando un gas y/o un líquido, se puede hacer pasar un material fluido a través del canal en la dirección de la abertura de descarga, de manera estable a una presión muy elevada, muy superior a 8 barias.

La uniformidad de las gotas en el chorro que se descompone en gotas, también a presiones de trabajo elevadas, depende solamente del mecanismo de regulación de presión en vez de depender tanto de la variación en la presión de trabajo como de la variación que resulta del mecanismo de regulación de presión. El aparato según la invención permite la impresión continua no solo con fluidos viscosos, sino también con otros materiales fluidos, o que pueden hacerse fluidos, por contraste con los aparatos conocidos que solo pueden imprimir con fluidos viscosos de forma continua cuando se pueden hacer pasar estos fluidos viscosos a través del canal a una presión de 8 barias, como máximo. La utilización de un aparato según la invención, también permite nuevas aplicaciones tales como la creación rápida de prototipos.

Una realización de un aparato según la invención, se caracteriza porque los medios de generación de presión comprenden una fuente de gas acoplada al depósito y/o al canal a través de una conexión de gas. Con la fuente de gas, el fluido viscoso en el canal puede ser ajustado al mismo tiempo a una presión elevada y a una presión constante de por ejemplo 200 barias (= 200•10⁵ Pa). Es importante que la presión sea tan constante como sea posible, debido a que en el caso de fluctuaciones irregulares de la presión el fluido viscoso no puede pasar a través del canal y a través de la abertura de descarga de una manera suficientemente gradual. Tales fluctuaciones irregulares de presión tienen la consecuencia de que la calidad del resultado impreso es insuficiente.

En virtud de la elevada presión, es posible imprimir con fluidos que tienen una viscosidad particularmente elevada tales como, por ejemplo, fluidos viscosos que tienen una viscosidad de 300•10^-3 Pa•s cuando están siendo procesados. Posibles nuevas sustancias son, por ejemplo, polímeros viscosos tales como termoplásticos que pueden o no estar dotados de cargas tales como cerámica y pigmentos concretos. Con el aparato según la invención, dichas sustancias viscosas pueden ser utilizadas, por ejemplo, para imprimir objetos tridimensionales según un esquema de creación rápida de prototipos. Con semejante realización también pueden imprimirse de forma continua dispersiones y polímeros emisores de luz (agua que contiene partículas; suspensiones acuosas, etcétera.). Actualmente también es posible imprimir de forma continua dispersiones con un grado de carga del 20-30 por ciento en peso.

Una realización del aparato según la invención, se caracteriza porque la fuente de gas comprende una botella de gas.

Una realización preferente del aparato según la invención, se caracteriza porque el aparato está dotado de más de una bomba de émbolo conectada con la botella de gas a través de una conexión con una llave, para presurizar la botella de gas, y porque la botella de gas está conectada a través de una llave con el depósito y/o el canal. Aquí la botella de gas funciona tal como un regulador. La botella de gas sirve para acumular en el canal la presión mencionada anteriormente, mientras que el caudal del gas que fluye fuera de la botella de gas puede ser relativamente bajo. Esto significa, entre otras cosas, que la botella de gas puede estar fabricada con un diseño relativamente pequeño. Después de que la presión en la botella de gas haya caído con la utilización, la botella de gas puede ser ajustada de nuevo a la presión deseada con la ayuda de la bomba de émbolo. Para este propósito, se abre la llave en la conexión entre la bomba de émbolo y la botella de gas, mientras que puede cerrarse la conexión entre la botella de gas y el depósito/canal. Puesto que la botella de gas puede ser relativamente pequeña, es posible conseguir una realización práctica compacta del aparato.

Una realización preferente del aparato según la invención se caracteriza porque la fuente de gas comprende una segunda botella de gas acoplada al depósito y/o al canal a través de una conexión de gas con una llave. La segunda botella de gas puede estar acoplada a la bomba de émbolo o a una segunda bomba de émbolo. Según esta realización, una de las botellas de gas puede ser utilizada para ajustar el canal a una presión requerida y mantenerlo en la misma, mientras que la otra botella de gas, ajustada a una presión deseada, está dispuesta para asumir esta tarea. De este modo, el aparato puede funcionar sin interrupción. Opcionalmente, las llaves pueden ser manejadas por un sistema de control automático.

En concreto, la presión predeterminada es una presión comprendida entre 15 y 600 barias.

Una realización del aparato según la invención, se caracteriza porque el mecanismo de regulación de presión comprende una clavija móvil de control, cuya clavija móvil de control puede moverse en una dirección longitudinal acercándose a la abertura de descarga o alejándose de ésta, de manera que un extremo de la clavija de control puede estar situado a una distancia predeterminada, por ejemplo en el intervalo de distancias de 15-500 µm, de la abertura de descarga, para variar la presión junto a la abertura de descarga. Durante la utilización, la clavija de control vibra con la frecuencia de goteo deseada para variar la presión junto a la abertura de descarga. La clavija de control está situada, por ejemplo, en el canal, estando la dirección longitudinal dirigida preferentemente de modo sustancialmente perpendicular al plano de la abertura de descarga. Debido a que las distancias en el intervalo de distancias...

1. Aparato para imprimir con un material fluido mediante una técnica de impresión por chorro continuo, que comprende un depósito (8) para almacenar el material, un canal (10) conectado con el depósito, que está dotado, como mínimo, de una abertura (14) de descarga desde la que, durante la utilización, fluye un chorro del material que se descompone en gotas, y un mecanismo (36.1, 36.2) de regulación de la presión para variar la presión del material más arriba de la abertura (14) de descarga con el fin de obtener el chorro descompuesto en gotas, estando dotado además el aparato con medios de generación de presión para hacer pasar el material a una presión predeterminada a través del canal (10) en la dirección de la abertura de descarga, en el que los medios de generación de la presión están dispuestos para aplicar la presión predeterminada al material en el canal, de manera hidráulica y/o neumática, en el que el mecanismo (36.1, 36.2) de regulación de presión comprende una clavija móvil de control, clavija de control que puede ser desplazada en una dirección longitudinal hacia la abertura de descarga o alejándose de la misma, caracterizado porque un extremo de la clavija (36.2) de control está situado a una distancia predeterminada de 15 a 500 micras de la abertura de descarga para variar la presión junto a la abertura (14) de descarga mediante la vibración de la clavija de control, y porque los medios de generación de la presión están dispuestos para generar la presión predeterminada, como mínimo, en una parte del canal (10), más arriba de la abertura (14) de descarga en el intervalo de 15 a 600 barias.

2. Aparato, según la reivindicación 1, caracterizado porque los medios de generación de presión comprenden una fuente de gas acoplada al depósito (8) y/o al canal (10) a través de una conexión de gas.

3. Aparato, según la reivindicación 2, caracterizado porque la fuente de gas comprende una botella de gas (20.1, 20.2).

4. Aparato, según la reivindicación 3, caracterizado porque el aparato está dotado además de una bomba (26) de émbolo conectada a la botella de gas a través de una conexión de gas con una llave, para presurizar la botella de gas, y porque la botella de gas está conectada al depósito (8) y/o al canal (10) por medio de una llave.

5. Aparato, según la reivindicación 4, caracterizado porque la fuente de gas comprende una segunda botella de gas (20.2) acoplada al depósito (8) y/o al canal (10) por medio de una conexión de gas con una llave.

6. Aparato, según la reivindicación 1, caracterizado porque la presión predeterminada es una presión comprendida entre 100 y 600 barias.

7. Aparato, según la reivindicación 6, caracterizado porque la presión predeterminada es una presión comprendida entre 200 y 600 barias.

8. Aparato, según la reivindicación 7, caracterizado porque la presión predeterminada es una presión comprendida entre 300 y 600 barias.

9. Aparato, según la reivindicación 8, caracterizado porque la presión predeterminada es una presión comprendida entre 400 y 600 barias.

10. Aparato, según la reivindicación 1, caracterizado porque la clavija móvil (36.2) de control está situada en el canal, mientras que la dirección longitudinal de la clavija de control está dirigida de modo sustancialmente perpendicular al plano de la abertura de descarga, y la clavija (36.2) de control está soportada lateralmente por un soporte, tal como por juntas tóricas.

11. Aparato, según las reivindicaciones 1 ó 10, caracterizado porque el mecanismo (36.1, 36.2) de regulación de la presión comprende un elemento piezoeléctrico (36.1) para accionar la clavija de control.

12. Aparato, según la reivindicación 11, caracterizado porque el aparato está dotado de un elemento de apantallamiento térmico para apantallar térmicamente el mencionado elemento piezoeléctrico (36.1) respecto al material en el canal.

13. Aparato, según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el diámetro de la abertura (14) de descarga está comprendido en el intervalo de 20 a 100 µm.

14. Aparato, según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el aparato está dotado de un elemento calefactor (34), que puede ser regulable o no serlo, para calentar el material en el canal.

15. Aparato, según la reivindicación 14, caracterizado porque el elemento calefactor (34) está dispuesto para llevar el material a una temperatura que está comprendida en el intervalo de 15 a 700ºC.

16. Aparato, según la reivindicación 15, caracterizado porque el elemento calefactor (34) está dispuesto para llevar el material a una temperatura que está comprendida en el intervalo de 150 a 300ºC.

17. Método para imprimir con un material fluido utilizando una técnica de impresión por chorro continuo, que comprende:

18. Método, según la reivindicación 17, caracterizado porque el material tiene, en el momento de fluir saliendo a través de la abertura (14) de descarga, una viscosidad que está comprendida en el intervalo de 150•10^-3 a 400•10^-3 Pa•s.

19. Método para imprimir con un material fluido con un aparato, según cualquiera de las reivindicaciones 1-16.