PROCEDIMIENTO Y DISPOSITIVO PARA LA FABRICACIÓN DE OBJETOS TRIDIMENSIONALES MEDIANTE RADIACIÓN DE MICROONDAS Y CUERPOS MOLDEADOS ASÍ OBTENIDOS.

Procedimiento para la fabricación de un objeto tridimensional,

el cual comprende una provisión de a) proporcionar una capa de un sustrato en forma de polvo, caracterizado por las etapas b) aplicar selectivamente al menos un susceptor que absorbe microondas sobre zonas a tratar de la capa de a), eligiéndose las zonas sobre las que se dispone el susceptor de acuerdo con la sección transversal del objeto tridimensional, a saber de manera que solamente se dispone el susceptor sobre las zonas que constituyen la sección transversal del objeto tridimensional, c) tratar al menos una vez la capa con radiación de microondas, de modo que las zonas de la capa provistas con el susceptor así como eventualmente con zonas de la capa situada por debajo provistas del susceptor son unidas entre sí mediante fusión o sinterización

La invención se refiere a un procedimiento para la fabricación de objetos tridimensionales a partir de un sustrato en forma de polvo mediante unión p. ej. mediante fusión o sinterización de partes del sustrato, en donde la energía calorífica necesaria para la unión del sustrato es generada mediante radiación de microondas a través de un susceptor y es entregada a las zonas parciales del sustrato a través de éste.

La provisión fluida de prototipos es una misión establecida a menudo en los últimos tiempos. En el estado conocido de la técnica se describen, por una parte, el método de la estereolitografía, teniendo éste el inconveniente de que durante la fabricación de los prototipos a partir de un líquido (resina) son necesarias complejas estructuras de apoyo, y los prototipos obtenidos presentan propiedades mecánicas relativamente malas, que han de atribuirse al número limitado de materias primas.

El otro procedimiento mencionado a menudo en el estado conocido de la técnica, que es bien adecuado para la finalidad del prototipado rápido, es la sinterización selectiva por láser (SSL) que ya ha encontrado una amplia difusión. En el caso de este procedimiento, polvos de material sintético son iluminados en una cámara brevemente de forma selectiva con un rayo láser, con lo que funden las partículas de polvo que son alcanzadas por el rayo láser. Las partículas fundidas se mezclan entre sí y se consolidan de forma relativamente rápida de nuevo para formar una masa sólida. Mediante la iluminación repetida de capas aplicadas cada vez de nuevo, pueden fabricarse con este procedimiento, de forma sencilla y rápida, cuerpos tridimensionales complejos.

El procedimiento de la sinterización por láser (prototipado rápido) para la fabricación de cuerpos moldeados a partir de polímeros en forma de polvo se describe ampliamente en los documentos de patente US 6.136.948 y WO 96/06881 (ambos de DTM Corporation). Los procedimientos SSL descritos en el estado conocido de la técnica tienen el inconveniente de que para este procedimiento se requiere una técnica láser costosa. Tanto el láser que actúa como fuente de energía como los dispositivos ópticos necesarios para la preparación y la guía del rayo láser, tales como lentes, ensanchadores y espejos reflectores, son extremadamente caros y sensibles. Se han desarrollado otros procedimientos para el prototipado rápido, los cuales, sin embargo, (todavía) no han adquirido una comercialización. En el documento WO 01/38061 se describe un procedimiento para la fabricación de prototipos, el cual se basa en que se emplean inhibidores de sinterización que impiden una sinterización, desencadenada mediante el aporte de energía, de sustrato en forma de polvo en las zonas seleccionadas. En el caso de este procedimiento se puede renunciar a una compleja técnica de láser. No obstante, con este procedimiento no es posible un aporte específico de calor. Lo desventajoso de este procedimiento es, p. ej., que el polvo circundante que no fue fundido, contiene el inhibidor y, por lo tanto, no puede ser reciclado. Además, para este procedimiento se ha desarrollar un nuevo software, dado que precisamente no se imprime como es habitual la sección transversal de la pieza, sino el entorno. En el caso de despullas y variaciones en la sección transversal es necesaria una aplicación en gran superficie de inhibidores. Además, existe el riesgo de la formación de retenciones de calor.

En el documento US 5 338 611 se describe el empleo de radiación de microondas para la fusión de polímeros, empleándose polímeros en forma de polvo y negro de carbono de escala nanométrica. No se describe la fabricación de prototipos. En el documento DE 197 27 677 se generan prototipos mediante la acción de un rayo de microondas enfocado sobre zonas elegidas de capas en forma de polvo. Mediante la acción del rayo de microondas predeterminado, los sustratos en forma de polvo se unen mediante pegado, sinterización o fusión en la capa así como con los sustratos en forma de polvo en la capa situada por debajo. También, en el caso de este procedimiento se requiere una técnica compleja con el fin de permitir que la radiación de microondas acceda solamente a las zonas seleccionadas.

El documento EP 888868 da a conocer las características de las cláusulas precaracterizantes de las reivindicaciones 1 y 20.

Los procedimientos para la fabricación de prototipos, conocidos por el estado de la técnica, son todos relativamente complejos en relación con la técnica utilizada. En particular, el empleo de lásers o radiación enfocada de microondas requiere una elevada precisión y, con ello, equipos costosos y propensos a las averías. Para la fabricación de prototipos son ciertamente adecuados los procedimientos conocidos, pero estos procedimientos son inadecuados para la aplicación en la fabricación rápida o como aplicación en el hogar.

Por lo tanto, era misión de la presente invención proporcionar un procedimiento para la fabricación de objetos tridimensionales que pudiera llevarse a cabo con un equipo sencillo, con ello económico y no propenso a las averías. Las piezas constructivas deberían realizarse preferiblemente de forma robusta, pudiéndose recurrir a piezas constructivas de equipos de las necesidades cotidianas.

Sorprendentemente, se encontró que es relativamente sencillo fabricar objetos tridimensionales a partir de sustratos en forma de polvo mediante radiación de microondas, p. ej. también mediante aparatos de cocina de microondas, al aplicar sobre una capa a base de un sustrato en forma de polvo, que no absorbe la radiación de microondas o sólo lo hace defectuosamente, un susceptor sobre las zonas a unir de la capa, que puede absorber la radiación de microondas y que emite la energía absorbida en forma de calor al sustrato que le rodea, con lo que el sustrato de la capa o bien eventualmente una capa situada por debajo o por encima puede ser unida en las zonas mencionadas mediante fusión o sinterización. La aplicación del susceptor puede tener lugar con un cabezal de impresión, de manera similar al de una impresora de chorro de tinta.

Por lo tanto, es objeto de la presente invención un procedimiento para la fabricación de un objeto tridimensional, el

cual se caracteriza porque comprende las etapas de a) proporcionar una capa de un sustrato en forma de polvo, b) aplicar selectivamente al menos un susceptor que absorbe microondas sobre zonas a tratar de la

capa de a), eligiéndose las zonas sobre las que se dispone el susceptor de acuerdo con la sección transversal del objeto tridimensional, a saber de manera que solamente se dispone el susceptor sobre las zonas que constituyen la sección transversal del objeto tridimensional,

c) tratar, al menos una vez, la capa con radiación de microondas de modo que las zonas de la capa provistas del susceptor así como eventualmente con zonas de la capa situada por debajo provistas del susceptor son unidas entre sí mediante fusión,

así como cuerpos moldeados producidos según este procedimiento.

Es asimismo objeto de la presente invención un dispositivo para la fabricación en capas de objetos tridimensionales, el cual se caracteriza porque el dispositivo presenta

- un dispositivo móvil para la aplicación en forma de capas de un sustrato en forma de polvo sobre una plataforma de trabajo o de una capa eventualmente ya presente sobre la plataforma de trabajo de un sustrato (2) en forma de polvo tratado o no tratado,

- un dispositivo (3), móvil en el plano x,y, para la aplicación de un susceptor (4) sobre zonas seleccionadas de la capa a base del sustrato en forma de polvo y -un generador de microondas (5) adecuado para crear radiación de microondas en el intervalo de 300 MHz a 300 GHz.

El procedimiento de acuerdo con la invención tiene la ventaja de que no emplea ninguna radiación dirigida compleja tal como, por ejemplo, radiación láser o radiación de microondas estrechamente enfocada. La incidencia deliberada de energía en determinadas zonas de la capa o de una matriz constituida por varias capas se consigue mediante el susceptor excitado por rayos de microondas, el cual es aplicado sobre las zonas deseadas de la capa

o de las capas de la matriz.

Mediante el procedimiento de acuerdo con la invención es sencillamente posible una constitución automatizada en capas de un objeto tridimensional mediante el uso de radicación de microondas en combinación con un susceptor adecuado. Polvo no tratado con el susceptor... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento para la fabricación de un objeto tridimensional, el cual comprende una provisión de

a) proporcionar una capa de un sustrato en forma de polvo, caracterizado por las etapas

b) aplicar selectivamente al menos un susceptor que absorbe microondas sobre zonas a tratar de la

capa de a), eligiéndose las zonas sobre las que se dispone el susceptor de acuerdo con la

sección transversal del objeto tridimensional, a saber de manera que solamente se dispone el

susceptor sobre las zonas que constituyen la sección transversal del objeto tridimensional,

c) tratar al menos una vez la capa con radiación de microondas, de modo que las zonas de la capa

provistas con el susceptor así como eventualmente con zonas de la capa situada por debajo

provistas del susceptor son unidas entre sí mediante fusión o sinterización.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque la etapa c) se lleva a cabo después de haber ejecutado en cada caso x veces la etapa a) y la etapa b), con x igual a 1 hasta un número de etapas a) y b) realizadas.

3. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque al comienzo se lleva a cabo una vez la etapa c), después de haber llevado a cabo una vez la etapa a), a continuación la etapa b) y, seguidamente, la etapa a), y, a continuación, se llevan a cabo las otras etapas en la secuencia b), a) y c).

4. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque las etapas a) y b) se repiten tantas veces hasta que en una matriz estén presentes todas las superficies en sección transversal de las que está constituido el objeto tridimensional, y las delimitaciones externas del objeto se forman por el límite entre el material en polvo con el susceptor aplicado y el material en polvo no tratado y, a continuación, se lleva a cabo la etapa c).

5. Procedimiento según la reivindicación 4, caracterizado porque la etapa c) se lleva a cabo en el espacio constructivo inferior del dispositivo.

6. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque la etapa c) se lleva a cabo en otro equipo que el equipo para llevar a cabo las etapas a) y b).

7. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque la etapa c) se lleva a cabo en un microondas usual en el comercio para la preparación de alimentos.

8. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque el sustrato en forma de polvo empleado presenta un tamaño medio de grano de 10 a 150μm.

9. Procedimiento según al menos una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque la radiación de microondas se emplea en el intervalo de frecuencias de 430 a 6800 MHz.

10. Procedimiento según al menos una de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque en calidad de susceptor se emplea polvo de metales o compuestos metálicos, polvo de material cerámico, grafito o carbón activo, o líquidos próticos, elegidos del grupo de alcoholes alifáticos saturados, monovalentes o polivalentes, lineales, ramificados o cíclicos por sí solos o en mezcla con agua o agua sola.

11. Procedimiento según la reivindicación 10, caracterizado porque en calidad de líquido prótico se emplea glicerol, trimetilolpropano, etilenglicol, dietilenglicol o butanodiol, o mezclas de los mismos por sí solos o en mezcla con agua.

12. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 11, caracterizado porque en calidad de sustrato en forma de polvo se emplean polímeros.

13. Procedimiento según la reivindicación 12, caracterizado porque en calidad de sustrato en forma de polvo se emplean polímeros o copolímeros, preferiblemente elegidos de poliésteres, poli(cloruro de vinilo), poliacetal, polipropileno, polietileno, poliestireno, policarbonato, PMMI, PMMA, ionómero, poliamidas, copoliésteres, copoliamidas, terpolímeros, ABS o mezclas de los mismos.

14. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 13, caracterizado porque se emplea un sustrato en forma de polvo que presenta de 0,05 a 5% en peso de un agente anti-apelmazamiento.

15. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 14, caracterizado porque se emplea un sustrato en forma de polvo que presenta cuerpos de relleno inorgánicos.

16. Procedimiento según la reivindicación 15, caracterizado porque en calidad de cuerpos de relleno se emplean esferas de vidrio.

17. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 16, caracterizado porque se emplea un sustrato en forma de polvo que presenta pigmentos inorgánicos u orgánicos.

18. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 17, caracterizado porque se emplea sustrato en forma de polvo que presenta aditivos activables por láser.

19. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 11, caracterizado porque en calidad de sustrato en forma de polvo, que se puede sinterizar o fundir mediante la acción de calor, se emplean granos revestidos a base de arena, material cerámico, metal y/o aleaciones o polvo de metales.

20. Dispositivo para la fabricación en capas de objetos tridimensionales, en el que el dispositivo presenta

- un dispositivo móvil para la aplicación en capas de un sustrato en forma de polvo sobre una

plataforma de trabajo o una capa eventualmente ya presente sobre la plataforma de trabajo de un

sustrato en forma de polvo tratado o no tratado, y

- un generador de microondas, adecuado para la generación de radiación de microondas en el intervalo

de 300 MHz a 300 GHz, caracterizado por un dispositivo móvil en el plano x,y para la aplicación de un susceptor sobre zonas elegidas de la capa a base de sustrato en forma de polvo.

21. Cuerpo moldeado, fabricado según un procedimiento conforme a una de las reivindicaciones 1 a 19.

22. Cuerpo moldeado según la reivindicación 21, caracterizado porque el cuerpo moldeado presenta cuerpos de relleno elegidos de esferas de vidrio, ácidos silícicos, partículas metálicas o partículas de aluminio.