Composición de polvo termoplástico y objetos tridimensionales fabricados mediante sinterización de dicha composición.

Composición de polvo termoplástico con un D50 inferior a 100 μ

m, que comprende:

- al menos un copolímero de bloques con una temperatura de fusión inferior a 180 ºC;

- entre un 15 y un 50 % en peso de al menos una carga en forma de polvo con una dureza Mohs inferior a 6y con un D50 inferior a 20 μm; y

- entre un 0,1 y un 5 % de un agente de flujo en forma de polvo con un D50 inferior a 20 μm;

con respecto al peso total de la composición

Composición de polvo termoplástico y objetos tridimensionales fabricados mediante sinterización de dicha composición.

La presente invención se refiere a una composición de polvo termoplástico y a su uso en los procedimientos de aglomeración de polvo, capa por capa, mediante fusión o sinterización para fabricar objetos tridimensionales flexibles.

Por « objetos flexibles » en el sentido de la invención se entiende los objetos que presentan un módulo elástico inferior a 1.000 MPA (medido de acuerdo con la norma ISO 527-2: 93-1BA) .

La aglomeración de polvos por fusión (que se llama de aquí en adelante « sinterización ») está provocada por una radiación como, por ejemplo un haz láser (laser sintering) , una radiación infrarroja, una radicación UV o cualquier otra fuente de radiación electromagnética que permita fundir el polvo capa por capa para fabricar unos objetos. La tecnología de fabricación de objetos capa por capa se describe en particular en la solicitud de patente WO 2009138692 (páginas 1 a 3) . Esta tecnología también se utiliza para producir prototipos, modelos de piezas (« rapid prototyping ») o para producir unas piezas terminadas en pequeñas series (« rapid manufacturing ») , por ejemplo en los sectores: automovilísticos, náutico, aeronáutico, aeroespacial, médico (prótesis, sistemas auditivos, tejidos celulares...) , el textil, la vestimenta, la moda, la decoración, las cajas para electrónica, la telefonía, la domótica, la informática, la iluminación. La presente invención se interesa de manera más particular en el mercado del deporte, en el que los polímeros elastómeros termoplásticos (a continuación abreviados TPE) se seleccionan por lo general por su flexibilidad, sus propiedades dinámicas y su resistencia físico-química. Estos TPE son fáciles de utilizar mediante los procedimientos convencionales de inyección, extrusión, moldeo y/o montaje. Los procedimientos de sinterización capa por capa requieren una transformación previa de estos TPE en forma de polvo. Estos polvos deben adaptarse para aplicarse en los dispositivos de sinterización y permitir la fabricación de piezas flexibles con propiedades satisfactorias, en particular en términos de densidad. En efecto, algunos materiales elaborados mediante sinterización de polvos pueden contener una proporción residual de porosidad. La densidad real del material es por tanto inferior a su densidad teórica. La densidad superficial insuficiente del material también se traduce en un aspecto de superficie irregular y en unas aristas imprecisas del objeto. Numerosas propiedades (mecánicas, térmicas) del objeto final dependen de la proporción de porosidad del material. Es, por lo tanto, importante poder cuantificar estos parámetros midiendo la densidad real del material del objeto obtenido mediante sinterización.

En la presente invención, la densidad real de un objeto fabricado mediante sinterización de una composición de polvo se compara en porcentaje con la densidad teórica (que corresponde al 100 %) definida como la densidad de un objeto tridimensional con la misma forma fabricada mediante un procedimiento de inyección de la misma composición. La densidad se mide de acuerdo con la norma ISO 1183.

El documento US 6110411 describe unas composiciones de polvos termoplásticos que se pueden utilizar en los procedimientos de sinterización por láser. Las composiciones en polvo de este documento deben tener una temperatura de transición vidriosa (Tg) inferior a 50 ºC, un ratio en peso entre los bloques rígidos y los bloques flexibles que va de 0, 7 a 20 y un tamaño de partículas inferior a 200 µm. No obstante, las piezas que se obtienen mediante sinterización de estas composiciones tienen una resolución y una densidad insuficientes, como se expone en el documento WO 2005025839. En efecto, las piezas que se obtienen de acuerdo con el documento US6110411 presentan numerosos « vacío » y su densidad está tradicionalmente comprendida en la gama que va de un 60 a un 80 % de la densidad teórica, lo que resulta insuficiente paras las aplicaciones que considera la presente invención.

Para aumentar la densidad de las piezas mediante los procedimientos actuales de sinterización de polvos TPE, las piezas deben someterse a una etapa posterior de infiltración en los vacíos o huecos (porosidad residual) de la pieza, mediante un polímero en forma líquida, por ejemplo un oligómero poliuretano, seguido de una etapa de reticulación del polímero en la pieza. Estas etapas posteriores aumentan el tiempo y el coste de fabricación de las piezas. Para mejorar la densidad de los objetos tridimensionales obtenidos mediante sinterización de polvos TPE evitando al mismo tiempo estas etapas posteriores de infiltración, el documentos WO 2005025839 propone una composición de polvo a base de TPE con una temperatura de fusión (TF) superior a 180 ºC. Sin embargo, en la actualidad, no existe otra alternativa que la infiltración para aumentar la densidad de los objetos flexibles formado por sinterización de polvos a base de TPE con una temperatura de fusión inferior a 180 ºC.

La presente invención tiene, por lo tanto, como objetivo proporcionar una composición termoplástica en forma de polvo sinterizable con una Tf inferior a 180 ºC, que permite obtener mediante sinterización unos objetos tridimensionales que presenta:

-una densidad superior a un 80 % de la densidad teórica (densidad medida de acuerdo con la norma ISO 1183) que no precisa, por lo tanto, ninguna infiltración;

- una buena flexibilidad, es decir un módulo elástico inferior a 1.000 MPa (medido de acuerdo con la norma ISO

527-2: 93-1BA) ; y

- una buena definición, esto es un aspecto regular, liso y homogéneo de la superficie, y unas aristas precisas.

La presente invención también tiene como objetivo proporcionar un procedimiento de fabricación de objetos flexibles, densos y con una buena resolución, directamente mediante sinterización.

La presente invención tiene, por lo tanto, por objeto una composición de polvo termoplástico con un D50 inferior a 100 µm, que comprende:

-al menos un copolímero de bloques con una temperatura de fusión inferior a 180 ºC (a continuación abreviada Tf < 180 ºC) ;

-entre un 15 y un 50 % en peso de al menos una carga en forma de polvo con una dureza Mohs inferior a 6 y con un D50 inferior a 20 µm; y

-entre un 0, 1 y un 5 % de una agente de flujo en forma de polvo con un D50 inferior a 20 µm;

con respecto al peso total de la composición.

La presente invención también tiene por objeto un procedimiento de fabricación de una composición de polvo de acuerdo con la invención, que comprende las siguientes etapas:

a) mezcla mediante la combinación de dicho al menos un copolímero de bloques con una Tf < 180 ºC con dicha al menos una carga;

b) criotrituración de la mezcla obtenida en a) para obtener un polvo con un D50 inferior a 100 µm con un rendimiento superior a un 50 %; y a continuación c) adición del agente de flujo al polvo obtenido en b) .

La presente invención también tiene por objeto el uso de entre un 15 y un 50 % en peso de carga con una dureza Mohs inferior a 6 y con un D50 inferior a 20 µm en un polvo termoplástico con un D50 inferior a 100 µm que comprende al menos un copolímero de bloques, para fabricar mediante sinterización un objeto con una densidad superior al 80 % de la densidad teórica definida como la densidad de un objeto de la misma forma fabricado mediante la inyección de la misma composición.

El D50 corresponde al valor del tamaño de partícula que divide la población de partículas examinada exactamente en dos. Con otras palabras, en la composición de acuerdo con la invención, el 50 % de las partículas tienen un tamaño inferior a 100 µm. El D50 inferior a 100 µm de la composición de acuerdo con la invención es esencial para obtener un objeto con una definición precisa, con un aspecto liso y regular de la superficie. El D50 se mide de acuerdo con la norma ISO 9276, partes 1 a 6: « Representación de datos obtenidos por análisis granulométrico ». En la presente descripción se utiliza una granulómetro láser (Sympatec Helos) y un programa informático (Fraunhofer) para obtener la distribución granulométrica del polvo y deducir de esta el D50.

Por copolímero de bloques, de acuerdo con la invención, se entienden los polímeros termoplásticos elastómeros (TPE) , que comprenden, de forma alterna, unos bloques o segmentos llamados duros o rígidos (con un comportamiento más bien termoplástico) y unos bloques o segmentos llamados blandos o flexibles (con un comportamiento más bien elastómero) . Un bloque se llama « blando » si... [Seguir leyendo]

1. Composición de polvo termoplástico con un D50 inferior a 100 µm, que comprende:

-al menos un copolímero de bloques con una temperatura de fusión inferior a 180 ºC;

-entre un 15 y un 50 % en peso de al menos una carga en forma de polvo con una dureza Mohs inferior a 6 y con un D50 inferior a 20 µm; y

-entre un 0, 1 y un 5 % de un agente de flujo en forma de polvo con un D50 inferior a 20 µm;

con respecto al peso total de la composición.

2. Composición de acuerdo con la reivindicación 2, en la cual al menos un copolímero de bloques comprende al menos un bloque seleccionado entre: los bloques de poliéter, los bloques de poliéster, los bloques de poliamida, los bloques de poliuretano y sus mezclas.

3. Composición de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, en la cual dicho al menos un copolímero comprende un copolímero de bloques de poliamida y bloques de poliéter.

4. Composición de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en la cual el agente de flujo se selecciona entre: las sílices, las sílices hidratadas, la alúmina amoría, las sílices vidriosas, los fosfatos vidriosos, los boratos vidriosos, los óxidos vidriosos, el dióxido de titanio, el talco, la mica, las sílices ahumadas, las sílices pirogenadas, el caolín, la atapulgita, los silicatos de calcio, la alúmina y los silicatos de magnesio.

5. Composición de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en la cual dicha al menos una carga en forma de polvo se selecciona entre: las cargas minerales carbonatadas, el carbonato de calcio, el carbonato de magnesio, la dolomita, la calcita, el sulfato de bario, el sulfato de calcio, la dolomía, el caolín, el talco, la micromica, el hidrato de alúmina, la wollastonita, la montmorillonita, la zeolita, la perlita, las nano-cargas, las nano-arcillas, los nano-tubos de carbono, los pigmentos, como el dióxido de titanio, en particular de rutilo o de anatasa; los óxidos de metales de transición; el grafito, el negro de carbono, la sílice, la alúmina, el fosfato, el borato, el silicato, las cargas orgánicas, los polvos de polímero, los polvos de polímero con un módulo superior a 1.000 MPa.

6. Composición de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en la cual dicha al menos una carga en forma de polvo es una carga mineral con un D50 inferior a 10 µm.

7. Composición de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en la cual dicha al menos una carga en forma de polvo comprende carbonato de calcio y/o carbonato de magnesio.

8. Composición de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en la cual dicha al menos una carga representa entre un 15 y un 35 % en peso, de preferencia entre un 20 y un 30 % en peso, con respecto al peso total de la composición.

9. Composición de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en la cual dicho al menos un copolímero de bloques comprende unos bloques flexibles y unos bloques rígidos, siendo el ratio en peso entre los bloques rígidos y los bloques flexibles inferior a 0, 7.

10. Procedimiento de fabricación de una composición de polvo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, que comprende las siguientes etapas:

a) mezcla mediante la combinación de dicho al menos un copolímero de bloques con dicha al menos una carga;

b) criotrituración de la mezcla obtenida en a) para obtener un polvo con un D50 inferior a 100 µm con un rendimiento superior a un 50 %; y a continuación c) adición del agente de flujo al polvo obtenido en b) .

11. Uso de una composición de polvo termoplástico de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, en un procedimiento de sinterización para fabricar un objeto tridimensional con una densidad superior al 80 % de la densidad teórica definida como la densidad de un objeto de la misma forma fabricado mediante un procedimiento de inyección de dicha composición.

12. Uso de entre un 15 y un 50 % en peso de carga con una dureza Mohs inferior a 6 y con un D50 inferior a 20 µm en un polvo termoplástico con un D50 inferior a 100 µm que comprende al menos un copolímero de bloques, para fabricar, mediante la sinterización de la composición de polvo obtenida de este modo, un objeto tridimensional con una densidad superior al 80 % de la densidad teórica definida como la densidad de un objeto de la misma forma

fabricado mediante la inyección de la misma composición.

13. Procedimiento de fabricación de un objeto tridimensional con una densidad superior al 80 % de la densidad teórica, que comprende la sinterización capa por capa de un polvo con una composición de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, no comprendiendo dicho procedimiento ninguna etapa posterior de infiltración de material en dicho objeto fabricado mediante sinterización.

14. Objeto tridimensional flexible que se puede fabricar de acuerdo con el procedimiento de la reivindicación 13, presentando dicho objeto una densidad superior al 80 % de la densidad teórica.

15. Objeto de acuerdo con la reivindicación 14, caracterizado por que no comprende ningún material infiltrado en los eventuales huecos del objeto.

16. Objeto de acuerdo con la reivindicación 14 o 15, que presenta un módulo elástico inferior a 1.000 MPa medido de acuerdo con la norma IS.

52. 2.

9. 1BA. 20

17. Objeto de acuerdo con una de las reivindicaciones 14 a 16, siendo dicho objeto un componente de equipamiento deportivo, de calzado, de calzado deportivo, de suela de calzado, de decoración, de equipaje, de gafas, de mobiliario, de equipo audiovisual, informático, de equipamiento automóvil o aeronáutico y/o un componente de equipo médico.