METODOS PARA FABRICAR FORMAS TRIDIMENSIONALES ESTRATIFICADAS.

Método para fabricar un molde tridimensional, que comprende las siguientes etapas sucesivas:

a) proporcionar una pluralidad de materiales en partículas que comprenden arena por lo menos parcialmente en contacto con un agente de activación en un mezclador antes de ser aplicados;

b) hacer entrar en contacto una parte preseleccionada de los materiales en partículas que tienen el agente de activación con un material aglutinante que es activable por el agente de activación;

c) endurecer por lo menos parcialmente el aglutinante para formar una capa del molde tridimensional; y

d) repetir las etapas (a) a (c) para formar el resto de la forma tridimensional, con lo que se usa menos del 2% en peso, en total, de un aglutinante en el molde

Métodos para fabricar formas tridimensionales estratificadas.

Campo técnico

La presente invención se refiere a la fabricación de una forma o modelo tridimensional mediante la acumulación sucesiva, capa a capa, de un compuesto que incluye partículas en un material aglutinante endurecido.

Antecedentes de la invención

La presente invención se fundamenta en el descubrimiento de mejoras para materiales y técnicas útiles para un proceso que ha ganado reconocimiento en la técnica como "impresión tridimensional". Hasta la fecha se han realizado varios esfuerzos en este campo, incluyendo, a título de ejemplo, los dados a conocer en las patentes U.S. n^os 6.147.138, 6.193.922, 6.423.255, 6.416.850, 6.375.874, 6.007.318, 5.204.055, 5.340.656, 5.387.380, 5.490.962, 5.518.680, 5.902.441 y en las solicitudes PCT n^os WO 02/26420 (PCT/DE01103661), WO 02/26478 (PCT/DE01/ 03662), WO 02/28568 (PCT/DE01/03834), WO 02/26419 (PCT/DE00/03324), y WO 02/083323 (PCT/DE02/01103), incorporándose todas ellas expresamente, por la presente, a título de referencia.

A título ilustrativo, la patente U.S. n.º 5.204.055 trata sobre un método que incluye la deposición, basada en capas, de material en partículas no tratado. Un material aglutinante se dosifica de forma líquida para aglutinar selectivamente las partículas. El aglutinante se endurece y la pieza no queda compactada. La patente está limitada en sus aspectos dados a conocer en relación con la secuenciación para hacer entrar en contacto partículas con agentes con el fin de aglutinar las partículas.

En el documento WO96/05038, se da a conocer un método para la producción de implantes óseos, que incluye mezclar un polvo con un aglutinante, realizar una deposición basada en capas, y sinterizar por láser selectivamente o pulverizar selectivamente un agente por encima de cada capa para aglutinar las partículas. El documento, de forma similar, está limitado en sus aspectos dados a conocer en relación con la secuenciación para hacer entrar en contacto partículas con agentes con el fin de aglutinar las partículas.

En la patente U.S. n.º 6.416.850, se describe un método por el que ciertos supuestos materiales no tóxicos caracterizados como adhesivos (por ejemplo, polímeros solubles en agua y carbohidratos) se mezclan con partículas y otros ingredientes y se agregan selectivamente depositando un disolvente en el que el adhesivo es altamente soluble. La patente está limitada en cuanto a sus aspectos dados a conocer en relación con la secuenciación para hacer entrar en contacto partículas con agentes con el fin de aglutinar las partículas. Adicionalmente, se cree que no posibilita un proceso en el que se reticulen agentes para ayudar en la formación de enlaces, particularmente para realizar una forma suficientemente fuerte y termo-resistente de modo que sirva como molde. El documento EP-A-968776 da a conocer características de fabricación de un molde tridimensional que comprende materiales en partículas de arena y el endurecimiento de un aglutinante en capas sucesivas.

De este modo, es un objetivo de la presente invención proporcionar alternativas mejoradas y eficaces para preparar una forma tridimensional con una técnica de acumulación capa a capa, particularmente a través del uso de un sistema de material aglutinante que es por lo menos dos componentes.

Sumario de la invención

Por consiguiente, la presente invención se fundamenta en el descubrimiento de un método nuevo para fabricar una forma tridimensional según se define en la reivindicación 1.

El material aglutinante se suministra selectivamente a los materiales en partículas (por ejemplo, usando una técnica de impresión por chorros de tinta, u otra técnica adecuada para la dispensación precisa de fluido), preferentemente según un modelo por ordenador de la pieza tridimensional que se esté formando, tal como a partir del uso de un archivo de Diseño Asistido por Ordenador (CAD) (por ejemplo, datos de archivos CAD que resultan de un análisis por elementos finitos). De esta manera, se pueden hacer variar subáreas predefinidas de cada capa con respecto a capas contiguas. El agente está adaptado para crear eficazmente un aglutinante con el fin de acoplar firmemente partículas contiguas, ya sea por fuerzas de Van der Waals, reticulación, otros enlaces covalentes, enlaces iónicos, enlaces metálicos, combinaciones de los mismos o por otro mecanismo.

Según la presente invención, cada capa de la forma que se está fabricando se dispone inicialmente como una capa que incluye una pluralidad de materiales en partículas en ausencia de un material aglutinante. Preferentemente, el material aglutinante se dosifica mediante un dispensador de fluido adecuado hacia las subáreas respectivas de una capa, tras lo cual entra en contacto con un agente de activación y es activado para endurecerse con el fin de formar una matriz que tiene las partículas retenidas firmemente dentro de ella.

De este modo, se observa que, usando los métodos de la presente invención, son posibles varias ventajas. A título de ejemplo, es posible gestionar mejor el uso del material y reducir los costes globales mejorando el control sobre la cantidad total de aglutinante que se usa (que, en muchos casos, es, de forma deseable, una resina termoestable o reticulable que puede requerir una manipulación o eliminación especial de residuos). Además, la ausencia de un aglutinante posibilita una recuperación y reutilización más eficaz de partículas en fabricaciones subsiguientes. Es decir, las partículas quedarán sustancialmente exentas de material aglutinante que podría impedir el uso posterior de las partículas.

De este modo, el método para realizar una forma tridimensional podría comprender la etapa de recuperar materiales en partículas no unidos, estando exentos de material aglutinante dichos materiales en partículas no unidos.

Adicionalmente, es posible reducir el potencial de obturación de los inyectores. Se ha observado también que es posible un buen control sobre la extensión del material aglutinante sin reaccionar para ayudar a minimizar una fuente potencial de formación de gases, que, en algunas aplicaciones, es potencialmente problemática (por ejemplo, cuando la forma tridimensional se usa como molde para colada de un material con un elevado punto de fusión y el molde es altamente complejo, tal como con un molde de una culata de cilindros para automoción u otra forma intrincada). La presente invención logra un buen control sobre la deposición del aglutinante y permite grados elevados de variaciones dentro de una capa y dentro de secciones transversales de la forma.

La presente invención logra además otras ventajas. Por ejemplo, en un aspecto particularmente preferido de la presente invención, grupos funcionales o componentes reactivos del material aglutinante son susceptibles de experimentar evaporación, especialmente a temperaturas superiores. La capacidad de controlar mejor, e incluso retardar, el momento en el que el material aglutinante va a entrar en contacto con partículas ayuda a garantizar que, con el tiempo, habrá presente una mayor cantidad eficaz de los grupos funcionales o componentes reactivos. De este modo, se puede reducir adicionalmente el consumo de cantidades globales del material aglutinante, en comparación con un proceso en el que el material aglutinante entra en contacto inicialmente con partículas, antes que el agente de activación. Para ilustrarlo, si se utiliza resina de furano como aglutinante para una arena, es más probable que, a temperaturas superiores, el alcohol furfurílico de la resina se evapore a temperaturas superiores. Eso significa que la arena se debe usar muy rápidamente (por ejemplo, en minutos) después de la mezcla con la resina de furano, o, si no, la arena debe sellarse para preservar la eficacia del material aglutinante. Por otro lado, si la arena entra en contacto en primer lugar con el agente de activación, el agente de activación (por ejemplo, un ácido tal como ácido sulfúrico, que es relativamente estable en condiciones de trabajo normales) en muchas ocasiones no será susceptible de experimentar efectos sustanciales de temperatura o atmósfera. De este modo, una estabilidad mejorada de las partículas permite retardos mayores entre etapas, así como la introducción de etapas de procesado intermedias adicionales. Son posibles además retardos entre etapas de 2 horas o mayores, o de hasta 12 horas, sin comprometer la reactividad o estabilidad de las partículas. En una realización preferida, partículas con las que ha entrado en contacto un agente de activación...

1. Método para fabricar un molde tridimensional, que comprende las siguientes etapas sucesivas: