Dispositivo para la producción capa por capa de objetos tridimensionales mediante aplicación rotatoria.

Un dispositivo para la producción capa por capa de objetos tridimensionales,

que comprende un recinto de construcción (10) con una plataforma de construcción (6) que es ajustable en la altura, un dispositivo (7') para la aplicación de una capa de un material compactable mediante la acción de una radiación electromagnética sobre la plataforma de construcción (6), una disposición de irradiación que comprende una fuente de radiación (1) que emite una radiación electromagnética, una unidad de regulación (3) y una lente (8) que se encuentra situada en el camino de los rayos de la radiación electromagnética, destinado a la irradiación de los lugares de la capa que corresponden al objeto (5), caracterizado por que, para la aplicación de una capa, el dispositivo (7') está estructurado en forma de un cilindro rotatorio, que está provisto de una guarnición de cepillo (15).

Dispositivo para la producción capa por capa de objetos tridimensionales mediante aplicación rotatoria El presente invento se refiere a un dispositivo para la producción capa por capa de objetos tridimensionales, a un procedimiento para la producción capa por capa así como a unos correspondientes cuerpos moldeados.

La puesta a disposición rápida de prototipos es un problema planteado frecuentemente en los últimos tiempos. Unos procedimientos que la hacen posible se denominan "producción rápida de prototipos" (en inglés "Rapid Prototyping")

o también "fabricación aditiva" (en inglés "Additive Fabrication") . Son especialmente apropiados unos procedimientos que trabajan sobre la base de unos materiales pulverulentos, y en los cuales las estructuras deseadas se producen capa por capa mediante fusión selectiva y compactación. En tal caso se puede prescindir de construcciones de sustentación en el caso de voladizos y destalonados, puesto que el plano del campo de construcción, que rodea a las zonas fundidas, ofrece un suficiente efecto de sustentación. Asimismo desaparece el trabajo de repaso para retirar los soportes. Los procedimientos son también apropiados para la producción de pequeñas series. La temperatura del recinto de construcción se escoge de tal manera que durante el proceso de construcción no se llegue a ninguna distorsión de las estructuras que han sido producidas capa por capa.

Un procedimiento, que es especialmente bien apropiado para la finalidad de la producción rápida de prototipos, es la sinterización selectiva con rayos láser (SLS) . En el caso de este procedimiento, unos polvos de un material sintético se irradian con rayos láser brevemente de una manera selectiva dentro de una cámara, 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 dar una masa sólida. Por medio de una irradiación repetida de unas 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 rayos láser (producción rápida de prototipos) para la producción de cuerpos moldeados a partir de unos polímeros pulverulentos se describe detalladamente en los documentos de patente de los EE. UU. US 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 poliacetatos, polipropilenos, polietilenos, ionómeros y las poliamidas. El documento WO 93/08928 describe asimismo un procedimiento de sinterización con rayos láser. El documento de patente europea EP 1234625 describe un procedimiento de fusión mediante rayos láser con una disposición de aplicación y una disposición de nivelación.

Otros procedimientos bien apropiados son el procedimiento SIV (del alemán Selektives Inhibierung des Verbindens = inhibición selectiva de la unión) tal como se describe en el documento WO 01/38061, o un procedimiento tal como se describe en el documento EP 1015214. Ambos procedimientos trabajan con un calentamiento superficial por rayos infrarrojos para la fusión del polvo. La selectividad de la fusión se consigue, en el caso del primero de los procedimientos, mediante la aplicación de un agente inhibidor, y, en el caso del segundo procedimiento, mediante una máscara. Otro procedimiento se ha descrito en el documento DE 10311438. En el caso de éste, la energía necesaria para efectuar la fusión se incorpora mediante un generador de microondas, consiguiéndose la selectividad mediante la aplicación de un material susceptor. Otro procedimiento se describe en el documento WO 2005/105412, en cuyo caso la energía necesaria para efectuar la fusión se introduce mediante una radiación electromagnética, consiguiéndose la selectividad asimismo de nuevo mediante la aplicación de un material absorbente.

Un problema que se plantea en el caso de los procedimientos conocidos a partir del estado de la técnica consiste en que los polvos empleados deben de ser capaces de fluir, para se pueda conseguir una aplicación irreprochable de las capas. Solamente en el caso de presentarse una irreprochable aplicación de capas, se pueden producir unos objetos tridimensionales con una alta calidad. En el caso de no presentarse una fluidez suficiente, algunas zonas del campo de construcción no son revestidas con el polvo o solamente lo son de un modo insuficiente. Además pueden presentarse estrías, ondulaciones o fisuras en el polvo del plano del campo de construcción. Esto conduce en el proceso a ciertos problemas, de tal manera que, al final del proceso, los objetos tridimensionales producidos presentan defectos. En particular, la aplicación de polvos mediante un rodillo rotatorio es problemática, puesto que, en el caso de unos polvos que no son capaces de fluir, éstos se adhieren al rodillo y obstaculizan la aplicación del polvo.

Así, p.ej. en el documento EP 1443073 se describe el recurso de mejorar la capacidad para fluir del polvo empleado mediante la adición de ciertos aditivos. Una desventaja de este modo de proceder reside en que los aditivos añadidos son entonces también una parte constituyente en los objetos tridimensionales producidos, lo que puede ser indeseado en algunos casos de uso de estos objetos. Además de esto, la adición de unos aditivos destinados a aumentar la capacidad para fluir eleva en la mayoría de los casos también la distorsión de los objetos tridimensionales producidos. Además de esto, unos polvos muy finos no pueden hacerse capaces de fluir tampoco con la adición de unos aditivos o se pueden hacerlo solamente de un modo condicionado.

Es una misión del presente invento, por lo tanto, la puesta a disposición de un dispositivo y de un procedimiento, que ya no presenten las desventajas del estado de la técnica, y que por consiguiente hagan posible el mejoramiento de la aplicación de unos polvos que sean malamente capaces de fluir, en el caso de la producción de objetos tridimensionales.

El problema mencionado se resuelve mediante un dispositivo, un procedimiento y unas utilizaciones de acuerdo con las presentes reivindicaciones.

Un objeto del presente invento es un dispositivo para la producción capa por capa de objetos tridimensionales (cuerpos moldeados) , que comprende un recinto de construcción (10) con una plataforma de construcción (6) que es ajustable en la altura, un dispositivo de aplicación (7') destinado a la aplicación de una capa de un material, que es compactable mediante la acción de una radiación electromagnética, sobre la plataforma de construcción (6) , una disposición de irradiación que comprende una fuente de radiación (1) que emite una radiación electromagnética, una unidad de regulación (3) y una lente (8) que se encuentra situada dentro del camino de los rayos de la radiación electromagnética, para la irradiación de unos lugares de la capa que corresponden al objeto (5) , estando estructurado el dispositivo de aplicación (7') destinado a la aplicación de una capa en forma de un cilindro rotatorio que está provisto de una guarnición de cepillo (15) . De este modo resulta una especie de cepillo redondo. La guarnición de cepillo (15) se escoge de manera preferida entre el conjunto de las fibras naturales, de las fibras sintéticas, de las cerdas artificiales que pueden estar entremezcladas con unos medios de amolado, de los alambres metálicos así como de unas mezclas de éstos, siendo preferidos los alambres metálicos. Unos dispositivos de aplicación (7) y (7') (con una superficie áspera y con una guarnición de cepillo) se pueden combinar entre sí.

Para un uso en un procedimiento de aplicación de capas, unos polvos con un período de tiempo de corrimiento situado por encima de 35 s o con una clasificación como incapaces de fluir (medido según la norma DIN EN ISO 6186, procedimiento A, diámetro de la abertura de paso 15 mm) , se han considerado hasta ahora como imposibles de aplicar. Con el presente invento se ha hecho posible, por fin, elaborar tales polvos.

El cilindro (rodillo) rotatorio usado como dispositivo de aplicación (7) o respectivamente (7') sirve por consiguiente para distribuir el polvo y aplicar en cada caso una capa más del polvo. En este caso, la aplicación no se efectúa mediante un desplazamiento (tal como se hace por ejemplo en el caso de una rasqueta o de una escoba) , sino mediante una rotación del cilindro. De manera preferida, la aplicación se efectúa solamente mediante el cilindro rotatorio y no mediante otro rodillo adicional, una rasqueta adicional o un dispositivo similar. Por consiguiente, después de la aplicación... [Seguir leyendo]

1. Un dispositivo para la producción capa por capa de objetos tridimensionales, que comprende un recinto de construcción (10) con una plataforma de construcción (6) que es ajustable en la altura, un dispositivo (7') para la aplicación de una capa de un material compactable mediante la acción de una radiación electromagnética sobre la plataforma de construcción (6) , una disposición de irradiación que comprende una fuente de radiación (1) que emite una radiación electromagnética, una unidad de regulación (3) y una lente (8) que se encuentra situada en el camino de los rayos de la radiación electromagnética, destinado a la irradiación de los lugares de la capa que corresponden al objeto (5) , caracterizado por que, para la aplicación de una capa, el dispositivo (7') está estructurado en forma de un cilindro rotatorio, que está provisto de una guarnición de cepillo (15) .

2. Un dispositivo de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por que la guarnición de cepillo (15) se escoge entre el conjunto que se compone de fibras naturales, fibras sintéticas, cerdas artificiales y alambres metálicos.

3. Un dispositivo de acuerdo con la reivindicación 2, caracterizado por que las fibras, las cerdas o los alambres tienen un diámetro de 0, 2 a 3 mm.

4. Un dispositivo de acuerdo con la reivindicación 2 ó 3, caracterizado por que las fibras, las cerdas o los alambres tienen una longitud de 0, 25 mm a 75 mm.

5. Un dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones 2 hasta 4, caracterizado por que las fibras, las cerdas o los alambres tienen una densidad de guarnecido de 5 / cm2 a 1.000 / cm2.

6. Un dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que la superficie de la camisa comprende o se compone de un metal o de una aleación metálica.

7. Un dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que el cilindro gira en contra de la dirección de aplicación.

8. Un dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que está comprendido además un elemento raspador (16) .

9. Un procedimiento para la producción capa por capa de objetos tridimensionales, siendo llevado a cabo el procedimiento en un dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 hasta 8.

10. Una utilización de unos polvos poliméricos con un período de tiempo de corrimiento situado por encima de 35 s o de unos polvos que no son capaces de fluir, medido con un diámetro de la abertura de paso de 15 mm de acuerdo con la norma DIN EN ISO 6186, procedimiento A, para la producción capa por capa de objetos tridimensionales según un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 9.

11. Una utilización de unos polvos poliméricos con un período de tiempo de corrimiento situado por encima de 35 s o de unos polvos que no son capaces de fluir, medido con un diámetro de la abertura de paso de 15 mm de acuerdo con la norma DIN EN ISO 6186, procedimiento A, para la producción capa por capa de unos objetos tridimensionales en un procedimiento, siendo llevado a cabo el procedimiento en un dispositivo que comprende un recinto de construcción (10) con una plataforma de construcción (6) que es ajustable en la altura, un dispositivo (7) para la aplicación de una capa de un material compactable mediante la acción de una radiación electromagnética sobre la plataforma de construcción (6) , una disposición de irradiación, que comprende una fuente de radiación (1) que emite una radiación electromagnética, una unidad de regulación (3) y una lente (8) que se encuentra situada en el camino de los rayos de la radiación electromagnética, para la irradiación de los lugares de la capa que corresponden al objeto (5) , estando estructurado el dispositivo (7) para la aplicación de una capa en forma de un cilindro rotatorio, cuya superficie de la camisa tiene por lo menos una aspereza Rz según la norma DIN EN ISO 4287:1998 de 100 µm.