Dispositivo y aparato para deposición selectiva de materia plástica fundida y método de fabricación por deposición selectiva.

El dispositivo y el aparato comprenden una cámara de fusión (10) comunicada con:

- una porción (11) de un sonotrodo (12) de un transductor ultrasónico;

- un pasaje para alimentación (13) de materia plástica; y

- al menos una abertura de salida (14) para suministro de materia plástica fundida gota a gota o en forma continua habiéndose previsto una alimentación de materia plástica a dicha cámara de fusión (10).

El método comprende alimentar materia plástica a la cámara de fusión (10) configurada en un dispositivo para deposición selectiva instalado en un cabezal de un equipo de fabricación industrial, que se desplaza de acuerdo con una estrategia de su trayectoria definida por control numérico, sobre un área de deposición y verter materia plástica fundida por ultrasonidos por la abertura de salida (14)

Dispositivo y aparato para deposición selectiva de materia plástica fundida y método de fabricación por deposición selectiva.

Campo de la invención

La presente invención se refiere en general a un dispositivo para deposición selectiva de materia plástica fundida y a un aparato para realizar piezas que pueden constituir prototipos, al que se integra dicho dispositivo para deposición.

La invención concierne igualmente a un método para la fabricación de piezas que pueden constituir prototipos mediante una técnica de deposición selectiva de materia plástica fundida, que utiliza la vibración ultrasónica como fuente de energía para una fusión controlada de dicha materia plástica a depositar para formación de un objeto tridimensional resultado de la superposición de una pluralidad de capas. Dicha materia plástica es cualquier material polimérico y puede ser suministrada en cualquier morfología, como granza, polvo, filamentos, plancha, gel, etc.

Antecedentes de la invención

En el estado de la técnica se conoce un método para fabricar piezas prototipo tridimensionales mediante la extrusión de un material termoplástico en estado de semifusión a través de una boquilla que deposita capa a capa el modelo pretendido. La patente EP-B1-0426363 describe un aparato y un método para crear objetos tridimensionales mediante tecnología FDM (Fused Deposition Modeling) comprendiendo un cabezal de dispensación móvil (con al menos tres grados de libertad), con un orificio para descarga de materia plástica en estado fluido que se alcanza mediante unos medios de calefacción por resistencia eléctrica próximos al orificio de dispensación y que incluye unos medios para suministro de material plástico a un recinto de plastificación.

Debido al incremento de innovación requerida en la tecnología actual, la fabricación de un prototipo con similares características al producto final es esencial. La obtención de dichos prototipos se realizaba hasta ahora con maquinaria, como la citada en la patente EP-B1-0426363, que dada su complejidad estructural y exigencias de mantenimiento requería una inversión muy elevada, así como el uso de unos materiales adecuados (garantizados por el fabricante) para dicha maquinaria de considerable coste, repercutiendo todo ello en el precio del producto final.

En W. Michaeli, A. Spennemann, R. Gartner (2002) New plastification concepts for micro injection moulding, Microsystem Technologies 8, 55-57, Springer-Verlag 2002 se describe una propuesta acerca de la plastificación de micropiezas por ultrasonidos y se describe una unidad de ensayo. Se indica en esta referencia que mediante esta unidad se midieron diferentes parámetros de la máquina tales como rendimiento del generador ultrasónico, amplitud y recorrido del sonotrodo, potencia de activación, etc.

En la solicitud de patente ES-A-200702245 se describe un dispositivo ultrasónico para moldeo de micropiezas de plástico en donde se dispone un elemento de vibración ultrasónica junto a una cámara adyacente a una cavidad de moldeo de un molde, teniendo dicha cámara una entrada para alimentación de materia plástica y habiéndose previsto unos medios para que un extremo del elemento de vibración ultrasónica, que es un sonotrodo, interfiera con la materia plástica alimentada y ejerza sobre la misma una presión determinada.

Las patentes US-B1-6814823 y US-B1-6519500 describen un método de fabricación de piezas por deposición controlada de capas en donde se ha previsto la utilización de los ultrasonidos como una forma de energía para unir las capas previamente formadas mediante una tecnología de deposición en sí conocida.

La presente invención propone una nueva tecnología que se concreta en un dispositivo ultrasónico que está integrado en un conjunto para plastificación y suministro de materia plástica fundida, un aparato donde se integra dicho dispositivo y un método para suministrar materia plástica en estado fundido gota a gota o de forma continua sobre una superficie para la formación de una pieza, en general tridimensional, mediante capas sucesivas.

Con la utilización de la presente invención es posible fabricar piezas ahorrando considerablemente costes iniciales, ya que el dispositivo ultrasónico propuesto puede unirse a cualquier equipo industrial (tal como una máquina de mecanizado o un dispositivo robótico, etc.) con al menos tres grados de libertad, lo que implica una considerable disminución de la inversión inicial.

Además la presente invención permite utilizar cualquier tipo de materia plástica a granel sin las limitaciones de superar unas exigencias por parte de los fabricantes de maquinaria, e incluso ser formulada y aditivada por el propio usuario del equipo en cuestión.

Breve exposición de la invención

La presente invención concierne en general a un dispositivo para deposición selectiva de materia plástica fundida que comprende una cámara de fusión por energía ultrasónica de dicha materia plástica, dotada de una abertura de salida para un suministro o vertido controlado de materia plástica, que en un ejemplo de realización puede ser suministrada fundida gota a gota, mientras que en otro ejemplo puede ser suministrada en forma continua.

Conforme a los principios de la invención la citada cámara de fusión está comunicada con:

La citada cámara de fusión, de volumen regulable (desplazando de manera precisa el sonotrodo) está integrada así en un conjunto para plastificación de dicha materia plástica por energía ultrasónica e incluye un mecanismo de alimentación configurado para transportar un volumen controlado de dicha materia plástica hasta la cámara.

La invención prevé un aparato que integra el sonotrodo del transductor ultrasónico, según una disposición vertical, con vertido de la materia plástica a través de una punta de una carcasa alargada envolvente del dispositivo, u otras disposiciones alternativas, entre las cuales cabe citar una disposición del sonotrodo, horizontal, con vertido de la materia plástica al exterior, a través de una salida lateral de una carcasa envolvente, abierta por un extremo para alimentación a través del mismo, por empuje, de materia plástica.

La invención también se caracteriza por un método para deposición selectiva de materia plástica fundida, el cual comprende:

Se comprende las ventajas que puede aportar el dispositivo, aparato y método propuestos derivados de la simplicidad constructiva y elevada versatilidad de uso.

Breve descripción de los dibujos

Las anteriores y otras ventajas y características se comprenderán más plenamente a partir de la siguiente descripción detallada de unos ejemplos de realización con referencia a los dibujos adjuntos, que deben tomarse a título ilustrativo y no limitativo, en los que:

la Fig. 1 es un dispositivo para deposición selectiva de materia plástica fundida que para un ejemplo de realización preferido integra un sonotrodo en posición vertical,

la Fig. 2 es un dispositivo para deposición selectiva de materia plástica fundida que en otro ejemplo de realización integra un sonotrodo en posición horizontal,

la Fig. 3 muestra un aparato para realización de piezas que comprende un cabezal con tres grados de libertad habilitado al cual está...

1. Dispositivo para deposición selectiva de materia plástica fundida caracterizado porque comprende una cámara de fusión (10) comunicada con:

2. Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado porque dicha cámara de fusión (10) está integrada en un conjunto para plastificación de dicha materia plástica e incluye un mecanismo de alimentación configurado para transportar dicha materia plástica hasta la cámara (10).

3. Dispositivo según la reivindicación 2, caracterizado porque dicha cámara de fusión (10) está situada en una porción extrema de una carcasa (15) alargada, envolvente de dicho sonotrodo (12), el cual vibra en sentido longitudinal respecto a dicha carcasa (15), quedando la cámara de fusión (10) enfrentada a la punta del sonotrodo (12) y porque dicho mecanismo de alimentación está configurado coaxialmente al eje longitudinal de dicho sonotrodo (12), comprendiendo un husillo (16) gobernado de forma controlada, localizado en una cavidad anular (21).

4. Dispositivo según la reivindicación 3, caracterizado porque dicha cavidad anular (21) está delimitada entre una pared cilíndrica exterior proporcionada por la cara interior de la carcasa (15), el sonotrodo (12), y unos cojinetes (18, 19), todos coaxiales al eje longitudinal del sonotrodo.

5. Dispositivo, según la reivindicación 3, caracterizado porque incluye medios para proporcionar un desplazamiento de carrera limitada en sentido longitudinal de todo el dispositivo, regulando de este modo el volumen de materia plástica de dicha cámara de fusión (10) delimitado por la punta del sonotrodo (12).

6. Dispositivo según la reivindicación 3, caracterizado porque dicho transductor ultrasónico está asociado al citado husillo (16) a través de unos cojinetes (18).

7. Dispositivo según la reivindicación 3, caracterizado porque dicha alimentación de materia plástica comprende al menos una boca de alimentación lateral (20) de la carcasa (15) que comunica con una zona de dicha cavidad anular (21) distal de la cámara de fusión (10).

8. Dispositivo, según la reivindicación 2, caracterizado porque dicha cámara de fusión (10) está situada en una porción extrema de una carcasa (15) envolvente de dicho sonotrodo (12), enfrentada a un extremo abierto (22) de dicha carcasa (15) envolvente, para acceso del material en una dirección sustancialmente alineada con el sonotrodo (12), y dicha abertura de salida (14) es una abertura lateral de la carcasa (15).

9. Dispositivo, según la reivindicación 8, caracterizado porque incluye una unidad de alimentación por empuje de materia plástica, controlada, al interior de la cámara de fusión (10) a través del citado extremo abierto (22) de la carcasa (15).

10. Dispositivo, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque dicho sonotrodo (12) está controlado para aportar, en función de la materia plástica a fundir, una cantidad de energía de ultrasonidos suficiente para fundir la materia plástica alimentada a la cámara de fusión (10) de forma casi instantánea.

11. Dispositivo, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque dicha materia plástica es cualquier material polimérico y puede ser suministrada en cualquier morfología que comprende al menos granza, polvo, filamentos, plancha y gel.

12. Dispositivo, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque dicha abertura de salida (14) de la cámara de fusión (10), que es al menos una, está asociada a un cuerpo dispensador que dispone de una o más boquillas orientadas.

13. Dispositivo según la reivindicación 2 ó 8, caracterizado porque dicha cámara de fusión (10) está situada en una porción extrema de una carcasa (15) alargada, envolvente de dicho sonotrodo (12), el cual vibra en sentido longitudinal respecto a dicha carcasa (15), quedando la cámara de fusión (10) enfrentada a la punta del sonotrodo (12) y porque dispone de un sistema de control (23) de la deposición del material, asegurando un goteo o 12 funcionamiento correcto de la deposición así como el ancho de la capa en cuestión.

14. Dispositivo, según la reivindicación 13, caracterizado porque dicho sistema de control (23) se encuentra integrado en la abertura de salida (14) y porque tiene como función controlar la cantidad de material depositado de acuerdo con el volumen fundido en la cámara (10) en cuestión.

15. Aparato para deposición selectiva de materia plástica fundida caracterizado porque comprende un cabezal (24) de un equipo de fabricación industrial con al menos tres grados de libertad al cual está unido operativamente, de manera amovible, un dispositivo para deposición selectiva, ultrasónico, según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14.

16. Aparato, según la reivindicación 15, caracterizado porque dicho cabezal (24) pertenece a un equipo industrial escogido del grupo que comprende al menos equipos CMM (Control Measurement Machine), equipos de fabricación por capas o equipos de mecanizado.

17. Aparato, según la reivindicación 16, caracterizado porque dicho equipo industrial es una máquina fresadora.

18. Método de fabricación por deposición selectiva de materia plástica fundida caracterizado porque comprende:

- alimentar materia plástica de forma controlada a una cámara de fusión (10), estando dicha cámara (10) configurada en un dispositivo para deposición selectiva instalado en un cabezal (24) de un equipo de fabricación industrial móvil, sobre un área de deposición y estando comunicada dicha cámara con una porción susceptible de vibración de un sonotrodo (12) de un transductor ultrasónico, un pasaje para alimentación (13) de materia plástica y al menos una abertura de salida (14); y

- activar el sonotrodo (12) un tiempo predeterminado mientras se está moviendo controladamente el cabezal (24) de acuerdo con una estrategia de su trayectoria definida por control numérico a partir de la información proporcionada por un software adecuado que ha tratado el sólido en tres dimensiones de la pieza (9) a reproducir y suministrar al mismo tiempo materia plástica fundida gota a gota o en forma continua de manera controlada a través de dicha abertura (14) que es al menos una, sobre una superficie hasta formar una capa.

19. Método para deposición selectiva de materia plástica fundida según la reivindicación 18, caracterizado porque dicha alimentación de materia plástica a la cámara (10) se realiza bajo un control del caudal de alimentación.

20. Método para deposición selectiva de materia plástica fundida según la reivindicación 18, caracterizado porque se realiza una regulación del volumen de la cámara (10) mediante un desplazamiento relativo entre el sonotrodo (12) y dicha cámara (10).

21. Método para deposición selectiva de materia plástica fundida según la reivindicación 18, caracterizado porque se utilizan condiciones de deposición diferenciadas en la fabricación de una única pieza (9).

22. Método para deposición selectiva de materia plástica fundida según la reivindicación 18, caracterizado porque se utilizan dos o más materiales en la fabricación de una única pieza (9).

23. Método para deposición selectiva de materia plástica fundida según la reivindicación 22, caracterizado porque se utilizan condiciones de deposición diferenciadas en la fabricación de una única pieza (9).

24. Método para deposición selectiva de materia plástica fundida según una cualquiera de las reivindicaciones 18 a 23, caracterizada por llevar a cabo un control de la energía aplicada a un generador de dicho transductor ultrasónico en combinación con las características de la alimentación y/o tipo de materia plástica empleado.

25. Método para deposición selectiva de materia plástica fundida según la reivindicación 20, caracterizada por llevar a cabo un control de la energía aplicada a un generador de dicho transductor ultrasónico en función del volumen de la cámara de fusión (10).