POLVO DE MATERIAL COMPUESTO, UTILIZACIÓN EN UN PROCEDIMIENTO DE CONFORMACIÓN Y CUERPO MOLDEADO, PRODUCIDO A PARTIR DE ESTE POLVO.

Polvo de material compuesto para la utilización en un procedimiento que trabaja capa por capa,

en el que se funden selectivamente algunas zonas de la respectiva capa de polvo mediante la incorporación de energía electromagnética, caracterizado porque el polvo de material compuesto contiene por lo menos un polvo de polímero y partículas de vidrio hinchado, que se componen de partículas de vidrio redondas con superficie irregular, que tienen en su interior unas estructuras de poros muy finos, estando la relación referida al peso de las partículas de vidrio hinchado al del polvo de polímero situada entre 1:10 y 20:10.

Polvo de material compuesto, utilización en un procedimiento de conformación y cuerpo moldeado, producido a partir de este polvo La puesta a disposición rápida de prototipos es una misión establecida frecuentemente en los últimos tiempos. Son especialmente apropiados unos procedimientos, que trabajan sobre la base de materiales pulverulentos, y en los cuales las estructuras deseadas se producen capa por capa mediante fusión selectiva y consolidación. En tal caso se puede prescindir de construcciones de sustentación en el caso de voladizos y destalonados, puesto que el lecho de polvo que rodea a las zonas fundidas ofrece un suficiente efecto de sustentación. Asimismo desaparece el trabajo de repaso para eliminar los soportes. Los procedimientos son también apropiados para la producción de pequeñas series.

El invento se refiere a un polvo de material compuesto constituido sobre la base de un polímero pulverulento con esferas de vidrio, que presenta ventajas en lo que se refiere a la estabilidad del proceso de producción y a la densidad, a la utilización de este polvo de material compuesto en procedimientos de conformación, así como a cuerpos moldeados, producidos por un procedimiento que trabaja capa por capa, con el que se pueden fundir selectivamente algunas zonas de una capa de polvo, mediando utilización de este polvo. Después de un enfriamiento y una consolidación de las zonas previamente fundidas capa por capa, el cuerpo moldeado se puede sacar desde el lecho de polvo. Las piezas moldeadas conformes al invento muestran además menos tendencia a la deformación que las piezas moldeadas habituales.

La selectividad de los procedimientos que trabajan capa por capa se puede establecer en tal caso por medio de la aplicación de susceptores, absorbentes, inhibidores o mediante máscaras o a través de una incorporación enfocada de la energía, tal como por ejemplo mediante un rayo láser, o través de fibras de vidrio. La incorporación de energía se consigue a través de una radiación electromagnética.

En lo sucesivo se van a describir algunos procedimientos, con los cuales se pueden producir piezas moldeadas conformes al invento a partir del polvo de material compuesto conforme al invento, sin que el invento tenga que estar restringido a ellos.

Un procedimiento que es especialmente bien apropiado para la finalidad de la producción rápida de prototipos (en inglés “Rapid prototyping”) es la sinterización selectiva con un láser. En el caso de este procedimiento, unos polvos de un material sintético se iluminan en una cámara de manera selectiva brevemente con un rayo láser, con lo cual se funden las partículas de polvo, que son afectadas por el rayo láser. Las partículas fundidas se fusionan unas dentro de otras y se solidifican rápidamente de nuevo para formar una masa sólida. Por iluminación repetida de capas que se van aplicando siempre de nuevas, con este procedimiento se pueden producir cuerpos tridimensionales de una manera sencilla y rápida.

El procedimiento de sinterización con láser (de producción rápida de prototipos) para la producción de cuerpos moldeados a partir de polímeros pulverulentos se describe detalladamente en los documentos de patente de los EE. UU. 6 136 948 y de solicitud de patente internacional WO 96/06881 (ambos de DTM Corporation) . Se reivindican para este uso un gran número de polímeros y copolímeros, tales como p.ej. los de poliacetato, polipropileno, polietileno, ionómeros y poliamida.

Otros procedimientos bien apropiados son el procedimiento SIV, tal como se describe en el documento WO 01/38061, o un procedimiento tal como se describe en el documento de patente europea EP 1 015 214. Ambos procedimientos trabajan con un calentamiento superficial por infrarrojos para la fusión del polvo. La selectividad de la fusión es conseguida en el caso del primero de los procedimientos mediante la aplicación de un inhibidor y en el caso del segundo procedimiento mediante una máscara. Otro procedimiento se describe en el documento de patente alemana DE 103 11 438. En el caso de éste, la energía necesaria para efectuar la fusión se incorpora mediante un generador de microondas, y la selectividad se consigue mediante la aplicación de un susceptor.

Otros procedimientos apropiados son los que trabajan con un absorbente, que o bien está contenido en el polvo, o bien es aplicado mediante un procedimiento de impresión con chorros de tinta (en inglés Inkjet) tal como se describe en los documentos de solicitudes de patentes alemanas DE 10 2004 012 682.8, DE 10 2004 012 683.6 y DE 10 2004 020 452.7.

Para los mencionados procedimientos de formación rápida de prototipos o respectivamente de fabricación rápida (procedimientos RP o RM) se pueden emplear unos substratos pulverulentos, en particular unos polímeros, seleccionados preferentemente a partir de los de poliéster, poli (cloruro de vinilo) , poliacetal, polipropileno, polietileno, poliestireno, policarbonato, poli- (N-metil-metacrilimida) (PMMI) , poli (metacrilato de metilo) (PMMA) , ionómero, poliamida, o mezclas de ellos.

En el documento WO 95/11006 se describe un polvo de polímero apropiado para la sinterización por láser, que al realizar la determinación del comportamiento de fusión mediante una calorimetría por barrido diferencial DSC (en inglés Differential Scanning Calorimetr y ) en el caso de una velocidad de barrido (en inglés “scanning rate”) de 10 hasta 20 º C/min no muestra ningún solapamiento de los picos de fusión y de recristalización, presenta un grado de cristalinidad de 10 a 90 % determinado asimismo por DSC, tiene un valor de la media numérica del peso molecular Mn de 30.000 a 500.000 y cuyo cociente de Mw/Mn (media ponderada/media numérica) está situado en el intervalo de 1 a 5.

El documento DE 197 47 309 describe la utilización de un polvo de poliamida 12 con una elevada temperatura de fusión y una elevada entalpía de fusión, que se obtiene mediante reprecipitación de una poliamida previamente producida mediante apertura del anillo y subsiguiente policondensación de la laurolactama. Se trata en tal caso de una poliamida 12.

El documento DE102004003485 describe la utilización de partículas con por lo menos una cavidad para la utilización en procedimientos que construyen por capas. En tal caso, todas las partículas contienen por lo menos una cavidad, y las partículas que contienen la cavidad son fundidas mediante la incorporación de energía electromagnética.

Los polvos más arribas descritos son provistos algunas veces de bolas de vidrio para el refuerzo. Puesto que en tal caso se tienen que utilizar considerables proporciones de un material de refuerzo, con el fin de conseguir un efecto, aumenta manifiestamente la densidad de la pieza constructiva así como de la mezcla de polvos. Por lo demás, al realizar la manipulación (en inglés “handling” de tales mezclas de polímeros se llega con frecuencia a fenómenos de segregación (= desmezcladura) , de manera tal que no siempre se presenta una constancia de las propiedades mecánicas, que se deben de conseguir mediante el material de refuerzo. Las zonas, en las cuales la proporción de bolas de vidrio es demasiado alta, se vuelven muy frágiles y por consiguiente inútiles, y las zonas, en las cuales están contenidas demasiadas pocas bolas de vidrio, son más blandas que lo planeado. La segregación se basa en la diferente densidad de las partículas de polímero y de las bolas de vidrio y es más o menos evidente tendencialmente en el caso de cualquier transporte y manipulación de la mezcla de polvos. En particular cuando la manipulación del polvo se automatiza según el procedimiento de fabricación rápida, resultan unas propiedades distintas, difícilmente controlables, en las piezas constructivas producidas.

Fue una misión del presente invento, por lo tanto, poner a disposición un polvo de un material compuesto, que haga posible la producción de cuerpos moldeados lo más ligeros que sean posibles, que al mismo tiempo tengan un módulo de elasticidad más alto, con un procedimiento de elaboración que sea lo mejor reproducible que sea posible. Las demás propiedades mecánicas no deben resultar peores que las de un comparable polvo de polímero con bolas de vidrio de acuerdo con el estado de la técnica. El procedimiento de elaboración es en este caso un procedimiento que trabaja capa por capa, en el cual algunas zonas de la respectiva capa de polvo se han fundido selectivamente mediante energía electromagnética y después del enfriamiento se han unido para formar el deseado cuerpo moldeado.... [Seguir leyendo]

1. Polvo de material compuesto para la utilización en un procedimiento que trabaja capa por capa, en el que se funden selectivamente algunas zonas de la respectiva capa de polvo mediante la incorporación de energía electromagnética, caracterizado porque el polvo de material compuesto contiene por lo menos un polvo de polímero y partículas de vidrio hinchado, que se componen de partículas de vidrio redondas con superficie irregular, que tienen en su interior unas estructuras de poros muy finos, estando la relación referida al peso de las partículas de vidrio hinchado al del polvo de polímero situada entre 1:10 y 20:10.

2. Polvo de material compuesto de acuerdo con la reivindicación 1, en el que se funden selectivamente algunas zonas de la respectiva capa de polvo mediante la incorporación de energía electromagnética, caracterizado porque el polvo de material compuesto contiene por lo menos un polvo de poliamida y partículas de vidrio hinchado.

3. Polvo de material compuesto de acuerdo con una de las precedentes reivindicaciones, en el que se funden selectivamente algunas zonas de la respectiva capa de polvo mediante la incorporación de energía electromagnética, caracterizado porque el polvo de material compuesto contiene por lo menos un polvo de poliamida 11 y/o poliamida 12 y partículas de vidrio hinchado.

4. Polvo de material compuesto de acuerdo con una de las precedentes reivindicaciones, en el que se funden selectivamente algunas zonas de la respectiva capa de polvo mediante la incorporación de energía electromagnética, caracterizado porque el polvo de material compuesto contiene por lo menos un polvo de polímero y partículas de vidrio hinchado, mostrando el polvo de polímero un diámetro medio de granos comprendido entre 30 y 120 μm.

5. Polvo de material compuesto de acuerdo con una de las precedentes reivindicaciones, en el que se funden selectivamente algunas zonas de la respectiva capa de polvo mediante la incorporación de energía electromagnética, caracterizado porque el polvo de material compuesto contiene por lo menos un polvo de polímero y partículas de vidrio hinchado, mostrando el polvo de polímero un diámetro medio de granos comprendido entre 40 y 100 μm.

6. Polvo de material compuesto de acuerdo con una de las precedentes reivindicaciones, en el que se funden selectivamente algunas zonas de la respectiva capa de polvo mediante la incorporación de energía electromagnética, caracterizado porque el polvo de material compuesto contiene por lo menos un polvo de polímero y partículas de vidrio hinchado, mostrando el polvo de polímero un diámetro medio de granos comprendido entre 45 y 70 μm.

7. Polvo de material compuesto de acuerdo con una de las precedentes reivindicaciones, en el que se funden selectivamente algunas zonas de la respectiva capa de polvo mediante la incorporación de energía electromagnética, caracterizado porque el polvo de material compuesto contiene por lo menos un polvo de polímero y partículas de vidrio hinchado, estando situada la relación del diámetro medio de granos del polvo de polímero al de las partículas de vidrio hinchado entre 1, 5:1 y 10:1.

8. Polvo de material compuesto de acuerdo con una de las precedentes reivindicaciones, en el que se funden selectivamente algunas zonas de la respectiva capa de polvo mediante la incorporación de energía electromagnética, caracterizado porque el polvo de material compuesto contiene por lo menos un polvo de polímero y partículas de vidrio hinchado, estando situada la relación del diámetro medio de granos del polvo de polímero al de las partículas de vidrio hinchado entre 1, 7:1 y 5:1.

9. Polvo de material compuesto de acuerdo con una de las precedentes reivindicaciones, en el que se funden selectivamente algunas zonas de la respectiva capa de polvo mediante la incorporación de energía electromagnética, caracterizado porque

el polvo de material compuesto contiene por lo menos un polvo de polímero y partículas de vidrio hinchado, estando situada la relación del diámetro medio de granos del polvo de polímero al de las partículas de vidrio hinchado entre 2:1 y 3:1.

10. Polvo de material compuesto de acuerdo con una de las precedentes reivindicaciones, en el que se funden selectivamente algunas zonas de la respectiva capa de polvo mediante la incorporación de energía electromagnética, caracterizado porque el polvo de material compuesto contiene por lo menos un polvo de polímero y partículas de vidrio hinchado, estando situada la relación referida al peso de las partículas de vidrio hinchado al del polvo de polímero entre 2:10 y 15:10.

11. Polvo de material compuesto de acuerdo con una de las precedentes reivindicaciones, en el que se funden selectivamente algunas zonas de la respectiva capa de polvo mediante la incorporación de energía electromagnética, caracterizado porque el polvo de material compuesto contiene por lo menos un polvo de polímero y partículas de vidrio hinchado, estando situada la relación referida al peso de las partículas de vidrio hinchado al del polvo de polímero entre 5:10 y 12:10.

12. Procedimiento para la producción de cuerpos moldeados mediante un procedimiento que trabaja capa por capa, en el que se funden selectivamente algunas zonas de la respectiva capa de polvo mediante la incorporación de energía electromagnética, siendo conseguida la selectividad mediante la aplicación de susceptores, inhibidores, absorbentes o mediante máscaras, caracterizado porque se utiliza por lo menos un polvo de material compuesto de acuerdo con una de las precedentes reivindicaciones, que contiene un polvo de polímero y partículas de vidrio hinchado.

13. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 12, caracterizado porque se utiliza por lo menos un polvo de material compuesto, que contiene un polvo de poliamida y partículas de vidrio hinchado.

14. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 12, caracterizado porque se utiliza por lo menos un polvo de material compuesto, que contiene un polvo de poliamida 11 y/o poliamida 12, y partículas de vidrio hinchado.

15. Cuerpo moldeado, producido mediante uno de los procedimientos de las reivindicaciones 12 hasta 14, caracterizado porque se utiliza por lo menos un polvo de material compuesto, que contiene un polvo de polímero y partículas de vidrio hinchado.

16. Cuerpo moldeado producido mediante uno de los procedimientos de las reivindicaciones 12 hasta 14, caracterizado porque se utiliza por lo menos un polvo de material compuesto que contiene un polvo de poliamida y partículas de vidrio hinchado.

17. Cuerpo moldeado producido mediante uno de los procedimientos de las reivindicaciones 12 hasta 14, caracterizado porque se utiliza por lo menos un polvo de material compuesto que contiene un polvo de poliamida 11 y/o poliamida 12 y partículas de vidrio hinchado.