Impresora tridimensional y método para crear un modelo tridimensional.

Una impresora (100) para construir un modelo tridimensional por deposición secuencial de una pluralidad de capas transversales,

comprendiendo la impresora:

un lecho de material (102);

un mecanismo de deposición de capas para depositar una capa en el lecho de material (102); y

un cabezal térmico (1) que se puede mover con respecto al lecho de material (102) sobre la capa depositada (7), en donde el cabezal térmico (1) comprende un conjunto de elementos térmicos activables de manera selectiva dispuesto para transferir energía térmica por conducción para tratar térmicamente una zona seleccionable de material verde en la capa depositada, y

caracterizada por que:

el mecanismo de deposición de capas incluye un elemento de extensión (4, 35, 36) que se puede mover con respecto al lecho de material para extender una capa de material verde (6) capaz de fluir en el lecho de material.

Impresora tridimensional y mïtodo para crear un modelo tridimensional

Campo de la invenciïn La invenciïn se refiere a una impresora tridimensional, por ejemplo, adecuada para su uso como aparato de creaciïn rïpida de prototipos, en la que se construye un modelo tridimensional por deposiciïn sucesiva de una pluralidad de capas.

Antecedentes de la invenciïn Hay muchas tecnologïas diferentes que se usan actualmente para construir modelos tridimensionales fïsicos usando una tecnologïa de fabricaciïn aditiva, por ejemplo, la construcciïn de un modelo capa por capa. Normalmente, un diseïo virtual del modelo tridimensional, por ejemplo, representado a travïs del software de diseïo asistido por ordenador (CAD) o similares, se transforma en una pluralidad de (cuasi bidimensionales) capas transversales delgadas que se construyen una sobre otra en sucesiïn.

Hay varias maneras conocidas en las que pueden formarse las capas transversales. Por ejemplo, se sabe sinterizar una subregiïn seleccionada de una zona depositada de material verde, por ejemplo, guiando un rayo lïser sobre la subregiïn. Tal disposiciïn se divulga en el documento WO 2004/056512. Otro ejemplo implica el uso de una fuente de calor o de luz bidimensional dispuesta para fundir o curar la totalidad de una subregiïn seleccionada al mismo tiempo, ocultando las zonas que no se han fundido. Tal disposiciïn se divulga en el documento US 2002/0149137.

Otras tïcnicas pueden implicar la extrusiïn o de otro modo la deposiciïn del material verde ya en la forma correcta de la capa transversal (por ejemplo, por referencia a una tabla de x-y-z construida a partir de los datos de diseïo virtuales) . A continuaciïn, el material depositado puede endurecerse de forma natural o curarse (por ejemplo, mediante una fuente de luz potente) para formar la capa transversal deseada.

En un ejemplo adicional mïs, cada capa transversal deseada puede recortarse de un material de lïmina, en el que el modelo se construye pegando las capas recortadas.

El documento US 2005/208168 divulga una tïcnica en la que se forma una secciïn transversal deseada en la superficie de un tambor calentado y posteriormente transferida desde el tambor sobre y fusionado junto con las capas depositadas anteriormente.

El documento US 2004/0224173 divulga una herramienta de fabricaciïn de forma libre sïlida en la que se construye un modelo tridimensional a partir de pelïculas sucesivas calentadas formadas de una mezcla de partïculas termoplïsticas y una matriz de polïmeros solubles en agua que usa un cabezal tïrmico.

Sumario de la invenciïn En su forma mïs general, la presente invenciïn propone el uso de un cabezal tïrmico como un medio de tratar tïrmicamente de manera selectiva capas sucesivas de un material verde para crear una pluralidad de capas transversales formando un modelo tridimensional.

En el presente documento “material verde” significa cualquier material capaz de fluir o extruirse en una capa que puede posteriormente solidificarse de manera selectiva a travïs de un tratamiento tïrmico. Por ejemplo, el material verde puede ser un medio capaz de fluir, tal como polvo o similares, o un medio extruible, tal como cerïmica sinterizada, pasta o similares. La solidificaciïn a travïs del tratamiento tïrmico estï dispuesta para fijar la forma de la regiïn tratada tïrmicamente, por ejemplo, a travïs de uno cualquiera de entre la fusiïn, la sinterizaciïn, el curado o el endurecimiento. En el presente documento “curar” puede referirse a uno cualquiera o mïs de entre el endurecimiento quïmico, el endurecimiento tïrmico y el endurecimiento por vaporizaciïn. Por lo tanto, el tïrmino “tratamiento tïrmico” puede referirse a uno cualquiera o mïs de entre la fusiïn, la sinterizaciïn, el curado o el endurecimiento.

En esta divulgaciïn, el tïrmino “cabezal tïrmico” puede usarse en general para referirse a un dispositivo que tiene una pluralidad de elementos tïrmicos activables de manera selectiva que estïn dispuestos para emitir energïa calorïfica del mismo. El cabezal tïrmico puede tener una regiïn de emisiïn de calor, por ejemplo, un borde o una superficie, dispuesta para ponerse en contacto con una zona, por ejemplo, barriendo a travïs de ella. Una subregiïn seleccionable de la zona puede calentarse activando y desactivando adecuadamente los elementos tïrmicos cuando se barre la regiïn de emisiïn de calor a travïs de la zona. Se conocen algunos ejemplos de cabezales tïrmicos en el campo de las impresoras tïrmicas, en los que puede formarse una imagen impresa calentando de manera selectiva un papel termocrïmico. La presente invenciïn puede adaptar esta tecnologïa para su uso en una impresora tridimensional. De acuerdo con la presente invenciïn, se proporciona una impresora para construir un modelo tridimensional por

deposiciïn secuencial de una pluralidad de capas transversales de acuerdo con la reivindicaciïn 1.

La impresora puede funcionar de acuerdo con un mïtodo de acuerdo con la reivindicaciïn 11. La etapa (iv) de tratamiento tïrmico en la reivindicaciïn 11 puede incluir fijar (por ejemplo, fusionando) la zona deseada de la capa sucesiva a la zona de tratamiento tïrmico de la capa anterior.

En el presente documento “capaz de fluir” puede incluir un material en polvo, lïquidos y un material extruible, por ejemplo, pastas o similares. Puede preferirse un material en polvo.

De este modo, el cabezal tïrmico puede moverse con respecto al lecho de material para ponerlo en comunicaciïn tïrmica con la capa depositada. El conjunto de elementos tïrmicos activable de manera selectiva puede comprender una disposiciïn (por ejemplo, un patrïn) de los elementos tïrmicos, por ejemplo, resistencias tïrmicas o similares, que barren sobre la capa depositada durante el funcionamiento, estando la zona barrida en una regiïn activa en la que puede tener lugar el tratamiento tïrmico. La disposiciïn puede comprender una o mïs filas (por ejemplo, una o mïs filas rectas) de elementos tïrmicos o un patrïn de elementos tïrmicos en el que los elementos tïrmicos adyacentes estïn desplazados entre sï en la direcciïn de impresiïn. Cada punto de la capa depositada en la regiïn activa puede dirigirse ïnicamente por la coordenada (n, t) , donde n es un identificador de un elemento tïrmico y t es un tiempo durante el funcionamiento de barrido. La zona seleccionable de material verde puede representarse usando tales coordenadas, por ejemplo, transformadas a partir de los datos transversales extraïdos a partir de los datos de diseïo virtual, que pueden estar representados por un archivo STL, IGES, STEP o similares convertido a partir de un modelo CAD. Los mïtodos y el software para identificar las zonas transversales sucesivas y proporcionar las instrucciones apropiadas a los elementos tïrmicos individuales corresponden a mïtodos equivalentes conocidos en la impresiïn tridimensional convencional y en la impresiïn tïrmica directa, respectivamente, y por lo tanto, no se discuten en detalle en el presente documento.

Cada capa puede estar colocada en una superficie plana en el lecho de material. El cabezal tïrmico y el lecho de material pueden ser mïviles entre sï en una direcciïn normal al plano de cada capa depositada. En una realizaciïn, el lecho de material puede reducirse una distancia predeterminada despuïs de cada pasada del cabezal tïrmico. Esto puede permitir al dispositivo dar cabida a un mayor nïmero de capas. El cabezal tïrmico puede ser un tipo de “borde de esquina”, “borde verdadero” o “borde cercano” convencional usado para imprimir en medios planos.

La impresora puede incluir un mecanismo de movimiento (por ejemplo, un motor de corriente continua, tal como un motor de etapa a etapa, un servomotor o similar) para mover el cabezal tïrmico en una trayectoria fija con respecto al lecho de material. El conjunto de elementos tïrmicos activable de manera selectiva puede extenderse en una lïnea, en el plano del lecho de material, es decir, en un ïngulo con respecto a (por ejemplo, ortogonal a) la direcciïn de la trayectoria fija, por lo que los elementos tïrmicos barren una zona cuando el cabezal tïrmico se mueve en la trayectoria fija. Los elementos tïrmicos pueden estar en una lïnea que es ortogonal a la trayectoria fija. La trayectoria fija puede ser lineal, por ejemplo, a lo largo de una dimensiïn longitudinal del lecho de material paralelo al plano de la capa depositada. La lïnea de elementos tïrmicos puede extenderse a travïs de todo el ancho del lecho de material. El lecho de material puede ser rectangular en una vista en planta, por ejemplo, con una base rectangular que tiene... [Seguir leyendo]

1. Una impresora (100) para construir un modelo tridimensional por deposiciïn secuencial de una pluralidad de capas transversales, comprendiendo la impresora:

un lecho de material (102) ; un mecanismo de deposiciïn de capas para depositar una capa en el lecho de material (102) ; y un cabezal tïrmico (1) que se puede mover con respecto al lecho de material (102) sobre la capa depositada (7) , en donde el cabezal tïrmico (1) comprende un conjunto de elementos tïrmicos activables de manera selectiva dispuesto para transferir energïa tïrmica por conducciïn para tratar tïrmicamente una zona seleccionable de material verde en la capa depositada, y

caracterizada por que:

el mecanismo de deposiciïn de capas incluye un elemento de extensiïn (4, 35, 36) que se puede mover con respecto al lecho de material para extender una capa de material verde (6) capaz de fluir en el lecho de material.

2. Una impresora de acuerdo con la reivindicaciïn 1, que incluye un mecanismo de movimiento para mover el cabezal tïrmico (1) en una trayectoria fija con respecto al lecho de material, en la que el conjunto de elementos tïrmicos activables de manera selectiva se extiende en una direcciïn que estï en ïngulo con respecto a la direcciïn de la trayectoria fija.

3. Una impresora de acuerdo con la reivindicaciïn 2, en la que el elemento de extensiïn (4, 35, 36) se puede mover con el cabezal tïrmico (1) sobre el lecho de material (102) en la parte delantera del cabezal tïrmico en su trayectoria sobre el lecho de material.

4. Una impresora de acuerdo con cualquier reivindicaciïn anterior, que incluye una unidad de precalentamiento (10) localizado antes del cabezal tïrmico (1) y dispuesto para moverse con el mismo en su trayectoria sobre la capa depositada (7) para precalentar el material verde (6) .

5. Una impresora de acuerdo con cualquier reivindicaciïn anterior, que comprende una lïmina de protecciïn (3) dispuesta entre el conjunto de elementos tïrmicos y la capa depositada (7) durante el tratamiento tïrmico.

6. Una impresora de acuerdo con la reivindicaciïn 5, que incluye un mecanismo de alimentaciïn de la lïmina de protecciïn dispuesto para alimentar la lïmina de protecciïn (3) en contacto con la capa depositada (7) por debajo del conjunto de elementos tïrmicos activables de manera selectiva .

7. Una impresora de acuerdo con las reivindicaciones 5 o 6 que incluye un mecanismo de separaciïn de lïminas de protecciïn (22, 24, 26) dispuesto para separar la lïmina de protecciïn (3) de la zona seleccionable tratada tïrmicamente despuïs del tratamiento tïrmico.

8. Una impresora de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 5 a 7, en la que el cabezal tïrmico (1) estï dispuesto para moverse con respecto a la lïmina de protecciïn (3) durante el tratamiento tïrmico, manteniïndose la lïmina de protecciïn sustancialmente estacionaria con respecto al lecho de material (102) .

9. Una impresora de acuerdo con la reivindicaciïn 4, que comprende:

una parte de contacto (104) dispuesta para moverse sobre el lecho de material (102) , estando la parte de contacto formada por el aparato de deposiciïn de capas, la unidad de precalentamiento (10) y el cabezal tïrmico (1) dispuestos en orden a lo largo de la trayectoria de desplazamiento sobre el lecho de material (102) ; y una lïmina de protecciïn (3) para colocarse entre el conjunto de elementos tïrmicos y la capa depositada (7) durante el tratamiento tïrmico, en la que la parte de contacto (104) incluye:

una parte de recepciïn de lïmina para recibir la lïmina de protecciïn y alimentarla entre la unidad de precalentamiento y la capa depositada, y una parte de separaciïn de lïminas para separar la lïmina de protecciïn de la capa depositada despuïs del tratamiento tïrmico.

10. Una impresora de acuerdo con cualquier reivindicaciïn anterior, que incluye un elemento de refrigeraciïn (11) localizado despuïs del cabezal tïrmico (1) a lo largo de su trayectoria de desplazamiento sobre el lecho de material (102) .

11. Un mïtodo de creaciïn rïpida de prototipos para crear un modelo tridimensional, comprendiendo el mïtodo:

(i) extender una capa de material verde que puede fluir sobre un lecho de material;

(ii) provocar un movimiento relativo entre un cabezal tïrmico y el lecho de material para mover el cabezal tïrmico sobre la capa depositada;

(iii) aplicar de manera selectiva calor por conducciïn a travïs del cabezal tïrmico durante el movimiento relativo para tratar tïrmicamente una zona predeterminada de la capa depositada para formar una capa transversal del 5 modelo;

(iv) extender una capa sucesiva de material verde que puede fluir en la parte superior de la capa anterior;

(v) provocar un movimiento relativo entre el cabezal tïrmico y el lecho de material para mover el cabezal tïrmico sobre la capa sucesiva;

(vi) aplicar de manera selectiva calor por conducciïn a travïs del cabezal tïrmico durante el movimiento relativo 10 para tratar tïrmicamente una zona predeterminada de la capa sucesiva para formar la siguiente capa transversal;

(vii) repetir las etapas (iv) a (vi) hasta que se construya el modelo tridimensional; y

(viii) eliminar el material verde sin tratar del lecho de material para poner al descubierto el modelo tridimensional,

en el que las etapas de extensiïn se realizan usando un elemento (4, 35, 36) de extensiïn que es que se puede 15 mover con respecto al lecho de material para extender una capa de material (6) verde capaz de fluir en el lecho de material.