BR112014002836B1

BR112014002836B1 - método e aparelho para seletivamente combinar material particulado

Info

Publication number: BR112014002836B1
Application number: BR112014002836-2A
Authority: BR
Inventors: Neil Hopkinson; Helen Rhiannon Thomas
Original assignee: Loughborough University
Priority date: 2011-08-05
Filing date: 2012-08-01
Publication date: 2020-11-10
Also published as: KR101695300B1; GB2493398B; US20210162658A1; KR20170007525A; AU2012293491B2; JP2014527481A; WO2013021173A1; AU2012293491A1; EP2739457A1; CN103842157A; CA2843188A1; BR112014002836A2; US20140314613A1; GB201113612D0; EP2739457B1; JP6062940B2; CA2843188C; JP6784730B2; KR101861531B1; ZA201400857B

Abstract

MÉTODOS E APARELHOS PARA SELETIVAMENTE COMBINAR MATERIAL PARTICULADO. Um método e urn aparelho para seletivamente combinar material particulado, incluindo: (i) facultar uma camada de material particulado a uma plataforma de construção; (ii) facultar radiação para sinterizar uma porção do material da camada; (Hi) facultar uma outra camada de material particulado sobreposta à camada anterior de material particulado incluindo a porção anteriormente sinterizada do material; (iv) facultar radiação para sinterizar uma outra porção do material dentro da outra camada sobreposta e para sinterizar a referida porção com a porção anteriormente sinterizada do material na camada anterior; (v) repetindo sucessivamente blocos (ill) e (iv) para formar um objeto tridimensional; e em que, pelo menos algumas das camadas do material particulado sejam pré aquecidas com um aquecedor (51) antes de sinterizar uma porção do material da respectiva camada, sendo o aquecedor configurado para se mover em relação ao e próximo do material particulado.

Description

CAMPO TÉCNICO

[001] Realizações da presente invenção referem-se a métodos e aparelhos para seletivamente combinar material particulado.

ANTECEDENTES

[002] O protótipo rápido é muito utilizado para formar componentes protótipo e um número de aparelhos e métodos encontra-se atualmente disponível para realizar protótipos rápidos. Num método, um modelo de três dimensões gerado por um computador do componente é inicialmente produzido utilizando um software de desenho assistido por computador (CAD). O modelo tridimensional é depois cortado num número de camadas virtuais e é utilizado um dispositivo para formar as camadas a partir de material particulado e sinteriza as camadas para criar o objeto tridimensional.

[003] Quando se forma um objeto tridimensional, o material particulado precisa normalmente de se encontrar num estado relativamente frio de modo a fluir suavemente e ser segura e uniformemente depositado na superfície de construção. Se o material particulado estiver demasiado quente quando está a ser depositado, este irá fluir de forma fraca e poderá causar uma falha na construção ou parte de fraca qualidade. Contudo, uma vez depositado, o pó, se estiver demasiado frio, pode fazer com que o material sobreposto sinterizado na camada anterior arrefeça abaixo em uma temperatura, mediante a qual irá enrolar para cima e assim prevenir o progresso da construção.

[004] Será, por conseguinte, desejável facultar um método alternativo e aparelhos para seletivamente combinar o material particulado.

BREVE RESUMO

[005] De acordo com várias, mas não necessariamente todas as realizações da invenção, é apresentado um método para seletivamente combinar material particulado, o qual inclui: (i) facultar uma camada de material particulado a uma plataforma de construção; (ii) facultar radiação para sinterizar uma porção do material da camada; (iii) facultar uma outra camada de material particulado sobreposta à camada anterior de material particulado incluindo a porção anteriormente sinterizada do material; (iv) facultar radiação para sinterizar uma outra porção do material dentro da outra camada sobreposta e para sinterizar a referida porção com a porção anteriormente sinterizada do material na camada anterior; (v) repetir sucessivamente blocos (iii) e (iv) para formar um objeto tridimensional; e em que pelo menos algumas das camadas do material particulado são pré aquecidas com um aquecedor antes de sinterizar uma porção do material da respectiva camada, sendo o aquecedor configurado para se mover em relação ao e próximo do material particulado.

[006] O aquecedor pode ser configurado de modo a se mover dentro de 10mm do material particulado.

[007] O aquecedor pode ser parametrizado para aquecer pelo menos algumas das camadas do material particulado de modo a evitar pelo menos que uma camada sobreposta do material particulado arrefeça para uma temperatura sob a qual encaracole.

[008] Uma fonte de radiação que proporciona a radiação pode incluir um dispositivo de reflexão que define uma configuração elíptica.

[009] O método pode ainda incluir medir uma temperatura do material particulado e controlar o pré-aquecimento das camadas de material particulado utilizando a temperatura medida.

[010] O aquecedor poderá emitir uma série de comprimentos de onda com um pico de comprimento de onda, o qual é diferente do da fonte de radiação para proporcionar a radiação que inicia a sinterização.

[011] As camadas de material particulado poderão ser substancialmente pré-aquecidas simplesmente pelo aquecedor.

[012] O método poderá ainda incluir determinar a temperatura em uma porção sinterizada do material e controlar a energia facultada à porção sinterizada utilizando a temperatura estabelecida.

[013] Se a temperatura estabelecida for inferior a uma temperatura limiar, a energia facultada à porção sinterizada pode ser aumentada.

[014] Se a temperatura estabelecida for superior a uma temperatura limiar, a energia facultada à porção sinterizada pode ser reduzida.

[015] Pode ser utilizado um sensor para determinar a temperatura da porção sinterizada.

[016] O sensor pode ser uma câmara de infravermelhos, um pirómetro simples ou uma série de pirómetros.

[017] O método pode ainda incluir determinar a saída de energia em uma fonte de radiação para facultar a radiação e controlar a saída de energia da fonte de radiação em resposta à saída de energia determinada.

[018] Uma fonte de radiação para que a radiação facultada seja diferente do aquecedor.

[019] O aquecedor que pré-aquece as camadas de material particulado pode incluir uma fonte de radiação para proporcionar a radiação.

[020] Pode ser configurada uma pluralidade de fontes de radiação para proporcionar radiação.

[021] Pelo menos alguma da pluralidade de fontes de radiação pode proporcionar radiação com diferentes picos de comprimento de ondas.

[022] Um ou mais filtros podem ser configurados para filtrar a radiação proporcionada por, pelo menos, alguma da pluralidade de fontes de radiação.

[023] Pelo menos alguma da pluralidade de fontes de radiação pode ser controlável individualmente para proporcionar radiação ao material particulado.

[024] Pelo menos alguma da pluralidade de fontes de radiação pode formar o aquecedor.

[025] Pode ser configurado um suporte para receber o material particulado, sendo que o suporte inclui uma pluralidade de paredes, móveis em relação ao suporte.

[026] Pelo menos alguma da pluralidade das paredes poderá incluir um aquecedor para aquecer o material particulado.

[027] O método pode ainda incluir proporcionar um material para o material particulado a ser sinterizado para mudar as propriedades do material particulado a ser sinterizado.

[028] O método pode ainda incluir: variar a absorção da radiação proporcionada em bloco (ii) numa porção de superfície selecionada da camada para sinterizar uma porção do material da camada; e variar a absorção da radiação proporcionada em bloco (iv) numa porção de superfície selecionada da camada adicional para sinterizar uma porção adicional do material dentro da outra camada sobreposta e para sinterizar a referida porção adicional com a porção anteriormente sinterizada de material na camada anterior

[029] A variação de absorção de radiação poderá ser obtida ao se facultar uma quantidade de material absorvente de radiação sobre a porção da superfície da camada e da camada adicional, respectivamente.

[030] As camadas de material particulado poderão ser pré-aquecidas substancialmente imediatamente após a camada do material particulado ser facultada e substancialmente antes do material absorvente de radiação ser colocado sobre a porção de superfície selecionada da camada.

[031] As camadas de material particulado poderão ser pré aquecidas, pelo menos, duas vezes pelo aquecedor antes do material absorvente de radiação ser colocado sobre a porção de superfície selecionada da camada.

[032] O material de radiação de absorção poderá ser facultado por um cabeçote de impressão, sendo que este inclui um dispositivo de controle térmico para controlar a temperatura do material de radiação de absorção.

[033] Pigmentos absorventes de infravermelhos ou tintas poderão ser facultados com o material absorvente de radiação.

[034] O material absorvente de radiação poderá ter uma cor que não preta.

[035] Um dispositivo poderá incluir um depósito, um cabeçote de impressão para facultar um primeiro material absorvente de radiação, um rolo e uma primeira fonte de radiação.

[036] O primeiro cabeçote de impressão poderá ser posicionada entre o rolo e a primeira fonte de radiação.

[037] O dispositivo poderá ainda incluir uma segunda fonte de radiação numa posição adjacente ao rolo.

[038] O dispositivo poderá ainda incluir um segundo cabeçote de impressão para facultar um segundo material absorvente de radiação.

[039] O método pode ainda incluir a medição da saída de energia do material absorvente de radiação para uma área pré-determinada e determinar até que ponto a energia medida se enquadra numa variação pré-determinada.

[040] O material particulado poderá incluir, pelo menos, uma partícula de um polímero, de uma cerâmica e de um metal.

[041] De acordo com várias, mas não necessariamente todas, as realizações da invenção, é apresentada um meio de armazenamento de dados de suporte eletrônico codificados com instruções que, quando realizados por um processador, geram o desempenho do método tal como descrito em qualquer dos parágrafos anteriores.

[042] De acordo com várias, mas não necessariamente todas, as realizações da invenção, é apresentado um programa eletrônico que, quando corre no computador, desempenha o método de qualquer dos parágrafos anteriores.

[043] De acordo com várias, mas não necessariamente todas as realizações da invenção, é apresentado um aparelho para seletivamente combinar material particulado, o qual inclui um controlador configurado para: (i) controlar a provisão em uma camada de material particulado a uma plataforma de construção; (ii) controlar a provisão de radiação para sinterizar uma porção do material da camada; (iii) controlar a provisão de uma outra camada de material particulado sobreposta à camada anterior de material particulado incluindo a porção anteriormente sinterizada do material; (iv) controlar a provisão de radiação para sinterizar uma outra porção do material dentro da outra camada sobreposta e para sinterizar a referida porção com a porção anteriormente sinterizada do material na camada anterior; (v) controlar a repetição sucessiva de blocos (iii) e (iv) para formar um objeto tridimensional; e em que pelo menos algumas das camadas de material particulado são pré aquecidas com um aquecedor antes de sinterizar uma porção do material da respectiva camada, sendo o aquecedor configurado para se mover em relação ao e próximo do material particulado.

[044] O aquecedor pode ser configurado de modo a se mover dentro de 10mm do material particulado.

[045] O aquecedor pode ser parametrizado para aquecer pelo menos algumas das camadas do material particulado de modo a evitar pelo menos que uma camada sobreposta do material particulado arrefeça para uma temperatura sob a qual encaracole.

[046] O aparelho pode ainda incluir uma fonte de radiação para proporcionar a radiação, incluindo um dispositivo de reflexão que define uma configuração elíptica.

[047] O aparelho pode ainda incluir um sensor configurado para medir uma temperatura do material particulado e o controlador poderá ser configurado para controlar o pré-aquecimento das camadas de material particulado utilizando a temperatura medida.

[048] O aquecedor poderá ser configurado para emitir uma série de comprimentos de onda com um pico de comprimento de onda, o qual é diferente do da fonte de radiação para proporcionar a radiação que inicia a sinterização.

[049] As camadas de material particulado poderão ser substancialmente pré-aquecidas simplesmente pelo aquecedor.

[050] O aparelho pode ainda incluir um sensor configurado para determinar uma temperatura de uma porção sinterizada do material e um controlador poderá ser configurado para controlar a energia proporcionada à porção sinterizada utilizando a temperatura determinada

[051] Se a temperatura estabelecida for menor que uma temperatura limiar, a energia facultada à porção sinterizada pode ser aumentada.

[052] Se a temperatura estabelecida for superior a uma temperatura limiar, a energia facultada à porção sinterizada pode ser reduzida.

[053] O sensor pode ser uma câmara de infravermelhos, um pirómetro simples ou uma série de pirómetros.

[054] O aparelho pode ainda incluir um sensor configurado para determinar a saída de energia de uma fonte de radiação para emitir a radiação e o controlador pode ser configurado para controlar a saída de energia da fonte de radiação em resposta à saída de energia determinada.

[055] O aparelho poderá ainda incluir uma fonte de radiação configurada para emitir a radiação, sendo a fonte de radiação diferente do aquecedor.

[056] O aquecedor que pré-aquece as camadas de material particulado pode incluir uma fonte de radiação para proporcionar a radiação.

[057] O aparelho poderá ainda incluir uma pluralidade de fontes de radiação configuradas para emitir radiação.

[058] Pelo menos alguma da pluralidade de fontes de radiação pode proporcionar radiação com diferentes picos de comprimento de ondas.

[059] O aparelho poderá ainda incluir um ou mais filtros configurados para filtrar a radiação proporcionada por, pelo menos, alguma da pluralidade de fontes de radiação.

[060] Pelo menos alguma da pluralidade de fontes de radiação pode ser controlável individualmente para proporcionar radiação ao material particulado.

[061] Pelo menos alguma da pluralidade de fontes de radiação pode formar o aquecedor.

[062] O aparelho poderá ainda incluir um suporte configurado para receber o material particulado, sendo que o suporte inclui uma pluralidade de paredes, móveis em relação ao suporte.

[063] Pelo menos alguma da pluralidade das paredes poderá incluir um aquecedor para aquecer o material particulado.

[064] O controlador poderá ainda ser configurado para controlar a provisão de um material para o material particulado a ser sinterizado para mudar as propriedades do material particulado a ser sinterizado.

[065] O controlador poderá ser configurado de forma a controlar: variar a absorção da radiação proporcionada em bloco (ii) numa porção de superfície selecionada da camada para sinterizar uma porção do material da camada; e variar a absorção da radiação proporcionada em bloco (iv) numa porção de superfície selecionada da camada adicional para sinterizar uma porção adicional do material dentro da outra camada sobreposta e para sinterizar a referida porção adicional com a porção anteriormente sinterizada de material na camada anterior

[066] A variação de absorção de radiação poderá ser obtida ao se facultar uma quantidade de material absorvente de radiação sobre a porção da superfície selecionada da camada e da camada adicional respectivamente.

[067] As camadas do material particulado poderão ser pré-aquecidas substancialmente imediatamente após a camada do material particulado ser facultada e substancialmente antes do material absorvente de radiação ser colocado sobre a porção de superfície selecionada da camada.

[068] As camadas de material particulado poderão ser pré aquecidas, pelo menos, duas vezes pelo aquecedor antes do material absorvente de radiação ser colocado sobre a porção de superfície selecionada da camada.

[069] O aparelho poderá ainda incluir um cabeçote de impressão configurada para facultar o material absorvente de radiação, sendo que esta inclui um dispositivo de controle térmico associado para controlar a temperatura do material de radiação de absorção.

[070] Pigmentos absorventes de infravermelhos ou tintas poderão ser facultados com o material absorvente de radiação.

[071] O material absorvente de radiação poderá ter uma cor que não preta.

[072] O aparelho poderá ainda incluir um dispositivo que inclua um depósito, um primeiro cabeçote de impressão para facultar um primeiro material absorvente de radiação, um rolo e uma primeira fonte de radiação.

[073] O primeiro cabeçote de impressão poderá ser posicionada entre o rolo e a primeira fonte de radiação.

[074] O dispositivo poderá ainda incluir uma segunda fonte de radiação numa posição adjacente ao rolo.

[075] O dispositivo poderá ainda incluir um segundo cabeçote de impressão para facultar um segundo material absorvente de radiação.

[076] O aparelho poderá ainda incluir um sensor configurado para medir a saída do material absorvente de radiação para uma área pré-determinada e o controlador poderá ser configurado para determinar até que ponto a saída medida se enquadra numa variação pré-determinada.

[077] O material particulado poderá incluir, pelo menos, uma partícula de um polímero, de uma cerâmica e de um metal.

BREVE DESCRIÇÃO

[078] Para melhor compreensão de vários exemplos de realizações da presente invenção, será agora feita referência, a título exemplificativo, apenas aos desenhos que acompanham esta invenção:

[079] Fig. 1 ilustra um diagrama esquemático de um aparelho de acordo com várias realizações da invenção;

[080] Fig. 2 ilustra uma visão plana de uma porção de superfície de uma camada de material particulado;

[081] Fig. 3 ilustra um diagrama esquemático de outro aparelho de acordo com várias realizações da invenção;

[082] Fig. 4 ilustra um diagrama esquemático de um outro aparelho de acordo com várias realizações da invenção;

[083] Fig. 5 ilustra um diagrama esquemático de outro aparelho de acordo com várias realizações da invenção;

[084] Fig. 6a ilustra uma visão plana de uma porção de superfície de uma camada de material particulado;

[085] Fig. 6b é uma visão lateral da camada de material particulado da Fig. 6a;

[086] Fig- 7 ilustra um diagrama esquemático para combinar material particulado que θ utilizado para formar um objeto tridimensional; e

[087] Fig- 8 ilustra o aparelho da Fig. 1 que é utilizado para combinar diferentes tipos de material particulado;

[088] Fig. 9 ilustra um fluxograma de um método para seletivamente combinar material particulado de acordo com várias realizações da invenção;

[089] Fig. 10 ilustra um fluxograma de um método para controlar a temperatura de material particulado de acordo com várias realizações da invenção;

[090] Fig. 11 ilustra um fluxograma de um método para controlar a temperatura de uma porção sinterizada doe material particulado de acordo com várias realizações da invenção;

[091] Fig. 12 ilustra um fluxograma de um método para controlar a saída de energia de uma fonte de radiação de acordo com várias realizações da invenção;

[092] Fig. 13 ilustra um fluxograma de um método para medir a saída de material absorvente de radiação de acordo com várias realizações da invenção;

[093] Fig. 14 ilustra um diagrama esquemático de um suporte para receber material particulado de acordo com várias realizações da invenção;

[094] Figs. 15A, 15B, 15C e 15D ilustram diagramas esquemáticos lateral de dispositivos para proporcionar material absorvente de radiação de acordo com várias realizações da invenção;

[095] Figs. 16A, 16B, 16C ilustram diagramas esquemáticos em planta de dispositivos para proporcionar material absorvente de radiação de acordo com várias realizações da invenção; e

[096] Figs. 17A e 17B ilustram diagramas esquemáticos em planta de fontes de radiação de acordo com várias realizações da invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[097] Fazendo referência às figuras, são normalmente apresentados aparelhos 11 para combinar material particulado, por exemplo, por sinterização. O aparelho 11 inclui um controlador 13 que é configurado para permitir a exposição de uma porção de superfície de uma camada 10 de material particulado a radiação, por exemplo, radiação de infravermelhos facultada por uma fonte de radiação 12. O controlador 13 é igualmente preparado para controlar a variação de absorção de radiação na porção da superfície.

[098] A implementação do controlador 13 pode ser hardware sozinho (por exemplo, um circuito, um processador etc), ter determinados aspectos no software incluindo firmware sozinho ou pode ser uma combinação de hardware e software (incluindo firmware). O controlador 13 poderá ser implementado utilizando instruções que permitem a funcionalidade do hardware, por exemplo, utilizando instruções de programa de computador executáveis 13s num processador com um propósito geral ou com propósito especial 13i que pode ser armazenado num meio de armazenamento de dados de suporte eletrônico 132 (disco, memória etc) para ser executado por um processador 13i.

[099] O processador 13i é configurado para ler e escrever para a memória 132. O processador 13i poderá igualmente incluir um interface de saída através do qual os dados e/ou comandos são exibidos pelo processador 13i e um interface de entrada através do qual os dados e/ou comandos entram no processador 13i.

[100] A memória 132 armazena um programa de computador 13s que inclui as instruções do programa de computador que controla a operação do aparelho 11 quando carregado no processador 13i. O programa de computador 13s estabelece a lógica e rotinas que permite ao aparelho 11 executar os métodos descritos nos parágrafos que se seguem e também aqueles ilustrados nas Figs. 9, 10, 11, 12 e 13. O processador 13i ao ler a memória 132 é capaz de carregar e executar o programa de computador.

[101] O programa de computador 13s pode chegar ao aparelho 11 através de qualquer mecanismo de distribuição adequado 15. O mecanismo de distribuição 15 poderá ser, por exemplo, um meio de armazenamento de dados de suporte eletrônico, um produto de programa de computador, um dispositivo de memória, um meio de registo tal como um disco compacto exclusivamente de leitura (CD-ROM) ou disco versátil digital (DVD), um artigo de produção que concretamente incorpora o programa de computador 13s. O mecanismo de distribuição poderá ser um sinal configurado para transferir, de forma segura, o programa de computador 13s. O aparelho 11 poderá propagar ou transmitir o programa de computador 13s como um sinal de dados de suporte eletrônico.

[102] Embora seja ilustrada com um único componente, a memória 132 poderá ser implementada como um ou mais componentes separados, sendo que todos ou alguns desses componentes podem ser integrados/removíveis e/ou podem proporcionar armazenamento permanente/semipermanente/dinâmico/cache.

[103] Referências a “meio de armazenamento de dados de suporte eletrônico”, “produto de programa de computador”, “programa de computador concretamente incorporado” etc. ou um “controlador”, “computador”, “processador”, etc. deverão ser compreendidas de modo a abranger não apenas computadores com diferentes arquiteturas, tais como arquiteturas de processador único ou multiprocessador e arquiteturas sequenciais (Von Neumann)/paralelas mas também circuitos especializados, tais como matrizes de portas de campo programáveis (FPGA), circuitos de aplicação específica (ASIC), dispositivos de processamento de sinal e outros circuitos de processamento. Referências a programa de computador, instruções, código, etc. deverão ser compreendidas de modo a abranger software para um processador programável ou firmware, tal como, por exemplo, o conteúdo programável de um dispositivo hardware, sejam instruções para um processador ou definições de configuração para um dispositivo de função fixa, matriz de porta ou dispositivo lógico programável, etc.

[104] Tal como utilizado nesta aplicação, o termo “circuito” refere-se a todos os seguintes: (a) implementações de circuito de hardware sozinho (tais como implementações em apenas circuito análogo e/ou digital) e (b) para uma combinação de circuitos e software (e/ou firmware), tais como (como aplicável): (i) para uma combinação de processador(es) ou (ii) para partes de processador(es)/software (incluindo processador(es) de sinal digital), software, e memória(s) que funcionem juntamente para se criar um aparelho, tal como um celular ou servidor, para desempenhar várias funções) e (c) para circuitos, tais como um microprocessador(es) ou uma parte de um microprocessador(es), que necessite de software ou firmware para funcionar, mesmo se o software ou firmware não se encontre fisicamente presente.

[105] Esta definição de “circuito” aplica-se a todas as utilizações deste termo nesta aplicação, incluindo em qualquer das reivindicações. Como um exemplo adicional, tal como utilizado nesta aplicação, o termo "circuito” cobriria igualmente uma implementação de apenas um processador (ou processadores múltiplos) ou parte de um processador e seu (ou seus) software e/ou firmware. O termo "circuito" cobriria igualmente, por exemplo e se aplicável ao elemento particular da reivindicação, um circuito integrado de banda base ou um circuito integrado de processador de aplicações para um celular ou um circuito integrado semelhante no servidor, um dispositivo de rede celular ou outro dispositivo de rede.

[106] Fig. 1 ilustra uma primeira realização de aparelhos para sinterizar material particulado no qual é exibido um mais obscuro 14 (i.e. uma máscara) para seletivamente ocultar a radiação proporcionada pela fonte 12 na porção da superfície da camada 10 para, deste modo variar a intensidade do incidente da radiação na porção da superfície da camada 10. O mais obscuro 14 inclui um substrato de radiação transmissivo 16, tal como, um prato de vidro, o qual transporta uma quantidade variada de material de radiação refletor 18, tal como óxido de alumínio. A quantidade e modelo do material 18 depositado no substrato poderá ser variada para seletivamente variar a intensidade do incidente de radiação na porção da superfície da camada 10, tal como abaixo descrito.

[107] Com referência ainda à Fig. 2, a porção da superfície da camada 10 é logicamente dividida pelo mais obscuro 14 num número de áreas incluindo uma porção de combinação 20, a qual é exposta a radiação para combinar o material particulado e uma porção de não combinação 22, a qual será protegida ou, pelo menos, substancialmente protegida, da radiação de modo a prevenir a combinação do material particulado por sinterização. A proteção total da porção de não combinação 22 não é essencial, considerando que a intensidade de radiação transmitida para a porção de não combinação 22 é de tal forma que o material particulado não é aquecido para a sua temperatura de sinterização. Em algumas circunstâncias, a transmissão de radiação de baixa intensidade na porção de não combinação 22 para aquecer o material pode ser desejada e pode resultar numa precisão melhorada do componente final. Isto porque o aquecer o material na porção de não combinação 22 reduz o gradiente térmico entre o material na porção de combinação 20 e a porção de não combinação 22.

[108] A porção de combinação 20 é logicamente dividida pelo mais obscuro 14 numa porção central 24 e uma porção da margem 26 e o material refletor 18 é depositado no substrato 16 de forma a que seja facultada uma quantidade maior do material 18 na porção central 24 comparativamente à porção da margem 26 onde pode não ser facultado qualquer material refletor 18. Consequentemente, a intensidade de radiação facultada na superfície da porção de combinação 20 aumenta de um valor mínimo na porção central 24 para um valor máximo na porção da margem 26, onde a superfície da camada 10 do material particulado está completamente exposta a radiação transmitida pela fonte de radiação 12.

[109] A camada do material refletor é ilustrada de forma esquemática na Fig. 1. A variação de espessura da camada na figura não ilustra a variação de espessura da camada na prática mas ilustra a variação na quantidade do material. Onde a camada é espessa na figura, na prática existirá uma grande quantidade de material.

[110] Embora a porção de combinação 20 tenha demonstrado ter apenas uma porção de margem 26, de forma a que a porção central 24 se localize no centro da porção de combinação 20, é importante referir que a porção de combinação 20 poderá, por exemplo, ser de configuração anular de modo a que a posição central 24 seja ligada nos dois lados por porções de margem 26. Mais ainda, não é essencial que a porção central 24 se localize no centro da porção da superfície da camada 10 do material particulado.

[111] O controlador 13 é preparado para controlar um motor 28 para mover o substrato 16 de uma posição oculta, na qual na qual sobrepõe a camada 10, tal como mostrado na Fig. 1, para uma posição não oculta, na qual não sobrepõe a camada 10. O controlador 13 é também preparado para controlar um dispositivo de deposição, tal como um cabeçote de impressão 30, para depositar o material refletor 18 no substrato 16. O controlador 13 controla a quantidade de material 18 depositado pelo cabeçote 30 em cada parte do substrato 16. Na realização mostrada na Fig. 1, o cabeçote 30 mantém-se estacionário e deposita material refletor 18 no substrato 16 ao mesmo tempo que o motor 28 move o substrato 16 atrás do cabeçote 30. Numa realização alternativa (não mostrada), o substrato 16 poderá manter-se estacionário, sobreposto à camada 10 e o motor poderá mover o cabeçote de impressão 30 sobre o substrato 16 para aí depositar material refletor 18.

[112] Na realização ilustrada, o material refletor 18 é simultaneamente impresso no substrato 16 com o aparelho em funcionamento. A quantidade de material 18 impressa no substrato 16 pelo cabeçote 30 poderá ser variada pelo controlador 13 de acordo com a temperatura da superfície da camada 10. O aparelho 11 inclui um ou mais sensores 31 para medir uma ou mais características do aparelho 11. A temperatura da superfície da camada 10 poderá ser medida por um sensor 31, tal como um dispositivo de medição de temperatura (por exemplo, um pirómetro ou uma câmera de imagem térmica), e as medições da temperatura da superfície são comunicadas em tempo real para o controlador 13. Poderá ser facultado um esquema de limpeza (não mostrado) para remover material refletor 18 do substrato 16, de modo a que possa ser reutilizado. Podem ser depositadas quantidades diferentes de material 18 no substrato 16, dependendo do perfil de intensidade de radiação desejado na superfície do substrato.

[113] Alternativamente, o material refletor 18 poderá ser pré-impresso no substrato 16 antes do aparelho estar em funcionamento e o mesmo substrato pré-impresso 16 ou um número de substratos pré-impressos 16, poderão ser utilizados, um para cada camada 10 de material particulado. Neste caso, pode não ser necessária a medição da temperatura da superfície com um pirómetro. A utilização de substratos pré-impressos 16 é particularmente vantajosa quando existe a necessidade de produzir uma grande quantidade do mesmo componente uma vez que reduz o tempo despendido para sinterizar cada camada do material e assim produz o componente protótipo, aumenta a repetição e origina uma redução no custo de produção de componentes

[114] Deverá igualmente considerar-se que é no contexto da presente invenção utilizar uma pluralidade de substratos pré-impressos 16 ou simultaneamente imprimir quantidades diferentes de material refletor 18 no mesmo substrato 16 e utilizar estes para expor a mesma camada 10 de material a perfis de intensidade de radiação diferentes em fases de exposição múltiplas.

[115] Fig. 3 ilustra uma segunda realização do aparelho para combinar material particulado, no qual aos elementos correspondentes são atribuídos os respectivos números de referência. O aparelho da Fig. 3 é semelhante ao apresentado na Fig. 1, exceto que em vez do material refletor 18 ser depositado no substrato, o material refletor 18 é depositado, utilizando um cabeçote de impressão, diretamente na porção da superfície da camada 10 do material particulado.

[116] No aparelho desta realização, o cabeçote de impressão 30 é uma vez mais controlada pelo controlador 13, o qual controla tanto o movimento do cabeçote 30 ao longo da superfície da camada 10 como a razão de deposição do material refletor 18 na camada 10. Uma vez mais, a medição do tempo real da temperatura da superfície da camada 10 poderá ser conduzida utilizando um dispositivo para medir a temperatura 31, por exemplo, um pirómetro P ou câmera de imagem térmica; a medição da temperatura é utilizada pelo controlador 13 para determinar a quantidade de material refletor 18 para ser impressa pelo cabeçote 30 na porção da superfície da camada 10.

[117] A camada do material refletor é ilustrada de forma esquemática na Fig. 3. A variação de espessura da camada na figura não ilustra a variação de espessura da camada na prática mas ilustra a variação na quantidade do material. Onde a camada é espessa na figura, na prática existirá uma grande quantidade de material.

[118] Fig. 4 ilustra uma terceira realização de um aparelho para combinar material particulado, o qual é semelhante à primeira e segunda realizações e no qual aos elementos correspondentes são atribuídos os respectivos números de referência. Nesta realização, o controlador 13 é preparado para seletivamente redirecionar a radiação proporcionada pela fonte 12 e deste modo variar o incidente de intensidade de radiação ao longo da porção da superfície da camada 10. O redirecionamento seletivo da radiação é obtido por meio de controle, utilizando o controlador 13, uma pluralidade de espelhos 34, os quais formam um Dispositivo Digital de Espelhos (DMD) 36. Cada espelho 34 é ajustável pelo controlador a uma posição operativa, na qual a radiação é totalmente direcionada para a porção da superfície da camada 10 ou para uma posição inoperativa, na qual a radiação é totalmente redirecionada para longe da porção da superfície. Ao existir uma série de espelhos 34, a porção da superfície da camada 10 pode ser dividida de forma eficaz numa série de segmentos, tal como abaixo discutido e a intensidade do incidente da radiação em cada segmento pode variar de acordo com uma imagem de bitmap, ao se variar seletivamente as frequências nas quais os espelhos individuais 34 são movimentados entre as posições operativas e inoperativas.

[119] A utilização de um dispositivo para medir a temperatura, tal como, um pirómetro, embora opcional é particularmente vantajoso com o aparelho desta realização uma vez que cada espelho 34 pode ser controlado de modo instantâneo, em tempo real, pelo controlador 13 em resposta a variações instantâneas de temperatura na porção da superfície da camada 10.

[120] Fig. 5 ilustra uma quarta realização de um aparelho para combinar material particulado, o qual é semelhante às realizações acima descritas e no qual aos elementos correspondentes são atribuídos os respectivos números de referência.

[121] O aparelho da Fig. 5 é o mais parecido ao aparelho da Fig. 3, o qual o material é diretamente depositado na porção da superfície da camada 10 do material particulado. No entanto, de acordo com a quarta realização, o material é um material absorvente de radiação 50, por exemplo, um material que inclui negro de carbono em forma de pó. Em utilização, a radiação facultada pela fonte de radiação 12 é absorvida pelo material absorvente de radiação 50, onde este se encontra presente na superfície, fazendo com que o material absorvente de radiação 50 aqueça. O calor do material absorvente de radiação 50 é transferido para o material particulado subjacente aumentado a temperatura de partículas individuais do material particulado. À medida que as partículas são aquecidas para uma temperatura próxima da temperatura de fusão, as partículas neck e unem-se com as partículas aquecidas adjacentes. À medida que a temperatura diminui subsequentemente, as partículas formam uma massa coerente de material particulado combinado.

[122] A deposição de um material de absorção de radiação 50 diretamente na porção da superfície da camada 10 permite que as propriedade absorventes da radiação do material particulado seja variado e controlado cuidadosamente, como desejado. Em várias realizações, é facultada uma quantidade constante de material absorvente de radiação 50 na superfície do material particulado 10, o que poderá ser repetido para algumas ou todas as camadas 10 de material particulado para formar um objeto tridimensional. Noutras realizações, a variação da quantidade de material absorvente de radiação 50 na superfície permite a variação das propriedades de absorção de radiação da porção da superfície da camada 10 subjacente do material particulado. Em áreas onde se verifica uma quantidade maior de material absorvente de radiação 50, é absorvida uma quantidade maior da radiação facultada pela fonte de radiação 12. Isto faz com que haja uma maior quantidade de transferência de calor para o material particulado adjacente, deste modo aquecendo o referido material para uma temperatura mais elevada e fazendo com que este se combine mais rapidamente. Em áreas onde se verifica uma quantidade menor de material absorvente de radiação 50, existe uma absorção de radiação menor e por conseguinte menor transferência de calor para o material particulado adjacente, fazendo com que este se combine a uma velocidade menor.

[123] E m áreas onde não existe material absorvente de radiação 50 e em que o material particulado puro é exposto à radiação facultada pela fonte de radiação 12, não existirá absorção suficiente de radiação para aquecer o material particulado para a sua temperatura de fusão. Deste modo, não existirá qualquer combinação do material particulado em áreas onde não é facultado material absorvente de radiação 50.

[124] A camada do material absorvente de radiação 50 é ilustrada de forma esquemática na Fig. 5. A variação de espessura da camada na figura não ilustra a variação de espessura da camada na prática mas ilustra a variação na quantidade do material. Onde a camada é espessa na figura, na prática existirá uma grande quantidade de material.

[125] Tal como com as realizações das Figs. 1 e 3, poderá ser desejável proporcionar uma quantidade maior de absorção de radiação na porção da margem 26 da porção da combinação 20 do que na porção central 24. Consequentemente, a quantidade de material absorvente de radiação 50 diminui de um valor máximo na porção da margem 26 para um valor mínimo na porção central 24.

[126] Tal como ilustrado, não é facultado qualquer material absorvente de radiação 50 na porção da superfície da camada 10 do material particulado na porção de não combinação 22. Pelas razões acima expostas, não existirá combinação do material particulado na porção de não combinação 22 quando a camada 10 se encontrar exposta a radiação. Poderá, no entanto, verificar-se algum aquecimento do material particulado na porção de não combinação 22, o que pode ser vantajoso para minimizar o gradiente térmico entre o material particulado na porção de combinação 20 e a porção de não combinação 22, tal como já discutido.

[127] Tal como com a realização da Fig. 3, o cabeçote de impressão 30 é operável para depositar quantidades desejadas do material absorvente de radiação 50 na porção da superfície da camada 10 e o movimento do cabeçote de impressão 30 e a quantidade do material 50 depositado pelo cabeçote 30 é controlado pelo controlador 13. Uma vez mais o pirómetro ou uma câmera de imagem térmica poderá ser utilizado para medir a temperatura da superfície da camada 10, a quantidade de material absorvente de radiação 50 depositado que é variado pelo controlador 13 de acordo com as medições de temperatura.

[128] O requerente compreendeu que quando o material particulado é combinado ao se sinterizar a um ritmo lento, o material combinado possui boas propriedades materiais, por exemplo, alta resistência, mas com pouca definição na porção da margem 26. A definição fraca da margem aumenta porque à medida que o material particulado é combinado, existe uma certa contração que causa movimentos indesejados do material particulado não combinado da porção de não combinação 22 em relação à porção de combinação 20. Por outro lado, quando o material particulado é combinado pela sinterização a um ritmo acelerado, o material combinado possui propriedades inferiores, mas com boa definição da margem considerando que o material particulado na porção de margem 26 é rapidamente combinado e trancado na posição, deste modo minimizando movimentos indesejados do material particulado não combinado circundante.

[129] De modo a se criar uma camada 10 de material particulado combinado com boas propriedades de material e boa definição na porção de margem 26, é então desejável fazer com que o material particulado na porção de combinação 20 seja combinado a um ritmo lento para se obter boas propriedades do material e fazer com que o material particulado na porção de margem 26 se combine rapidamente para se obter uma boa definição de margem.

[130] Um método para obter este resultado é utilizar um aparelho de acordo com as diferentes realizações da invenção acima descritas para se conseguir uma absorção de radiação maior na porção da margem 26 do que no remanescente da porção de combinação 20. Pode obter-se este resultado ao variar a intensidade do incidente de radiação na porção da superfície selecionada da camada 10 utilizando o aparelho de acordo com a primeira, segunda e terceira realizações ou ao variar a absorção da radiação na porção da superfície selecionada ao se facultar uma quantidade variável de material absorvente de radiação 50 na porção da superfície. Em todos os casos acima mencionados é facultada radiação na camada 10 numa fase de exposição única.

[131] Utilizando o aparelho de acordo com a quarta realização da invenção, poderão obter-se resultados semelhantes ao se facultar radiação na camada 10 do material particulado em fases de exposição múltipla, tal como iremos agora discutir.

[132] De acordo com um primeiro método, é facultada uma primeira quantidade constante de material absorvente de radiação 50 sobre a porção de combinação 20, e a radiação é depois facultada na camada 10, utilizando a fonte de radiação 12 para criar material particulado subjacente na porção de combinação 20 para efeitos de combinação. A primeira quantidade de material absorvente de radiação 50 é selecionada de modo a ser uma quantidade relativamente baixa para que o material particulado subjacente combine a um ritmo lento e tenha boas propriedades de material.

[133] Após o material particulado ter sido combinado, é adicionado material particulado adicional à camada 10 na porção da margem 26, onde se terá registado uma contração. Uma segunda quantidade do mesmo material absorvente de radiação 50, que é maior que a primeira quantidade, é depois facultada na porção de margem 26 e a radiação é de novo facultada utilizando a fonte de radiação 12. A segunda quantidade de material é selecionada de modo a ser uma quantidade relativamente grande de modo a que o material particulado subjacente combine a um ritmo rápido. Devido à grande quantidade de material absorvente de radiação 50 presente na porção de margem 26 e consequente combinação rápida do material particulado subjacente, a redução do material é minimizada, proporcionando, deste modo, à camada resultante 10 do material combinado uma boa definição na porção de margem 26.

[134] De acordo com um segundo método, é facultada uma quantidade constante de um primeiro material absorvente de radiação 50 com uma primeira absorção de radiação natural sobre a porção de combinação 20, e a radiação é depois facultada na camada 10, utilizando a fonte de radiação 12 para criar material particulado subjacente na porção de combinação 20 para efeitos de combinação. O primeiro material absorvente de radiação 50 é selecionado para ter uma absorção de radiação natural baixa para que uma quantidade relativamente baixa seja absorvida e para que o material particulado subjacente combine a um ritmo lento e possua boas propriedades materiais.

[135] Após o material particulado ter sido combinado, é adicionado material particulado adicional à camada 10 na porção da margem 26, onde se terá registado uma contração. Um segundo material absorvente de radiação diferente 50, com uma segunda absorção de radiação natural é, depois facultada na porção de margem 26 e a radiação é uma vez mais facultada à camada 10 utilizando a fonte de radiação 12. Segundo material absorvente de radiação 50 é selecionados para ter uma absorção de radiação natural alta, a qual é superior a absorção do primeiro material absorvente de radiação 50 para que uma quantidade alta de radiação seja absorvida e para que o material particulado subjacente na porção de margem 26 combine a um ritmo rápido.

[136] De acordo com um terceiro método, é facultado um primeiro material absorvente de radiação 50 com capacidade de absorver um primeiro comprimento de onda ou variedade espectral de radiação é facultado sobre a porção de combinação 20, e radiação de um primeiro comprimento de onda ou variedade espectral é depois facultada na camada 10, utilizando a fonte de radiação 12 para criar material particulado subjacente na porção de combinação 20 para efeitos de combinação.

[137] Após o material particulado ter sido combinado, é adicionado material particulado adicional à camada 10 na porção da margem 26, onde se terá registado uma contração. Um Segundo material absorvente de radiação 50, com capacidade de absorver um segundo comprimento de onda ou variedade espectral de radiação é depois facultado sobre a porção de margem 26, e radiação de um segundo comprimento de onda ou variedade espectral é depois facultada na camada 10, utilizando a fonte de radiação 12.

[138] De modo a se facultar as propriedades materiais desejadas na porção de combinação 20, a radiação no primeiro comprimento de onda ou variedade espectral pode ser selecionada para obter uma intensidade relativamente baixa de modo a que o primeiro material absorvente de radiação 50 seja aquecido a um ritmo lento, fazendo assim com que o material particulado subjacente combine a um ritmo lento. De modo a se proporcionar boa definição na porção de margem 26, a radiação no segundo comprimento da onda ou variedade espectral poderão ser selecionados por ter de uma intensidade relativamente alta de forma a que o segundo material absorvente de radiação 50 seja aquecido rapidamente, deste modo, fazendo com que o material particulado subjacente combine a um ritmo rápido.

[139] Alternativamente, poderá ser facultada uma quantidade do segundo material absorvente de radiação 50 maior do que a quantidade do primeiro material absorvente de radiação 50, tal como descrito acima com referência ao primeiro método, e a radiação do primeiro e segundo comprimentos de onda ou variedade espectral é proporcionada pela fonte de radiação 12 selecionada para ter a mesma intensidade.

[140] Como alternativa adicional, o Segundo material absorvente de radiação 50, poderá ser selecionados para ter uma absorção natural superior à do primeiro material absorvente de radiação 50, tal como descrito acima com referência ao Segundo método e a radiação do primeiro e segundo comprimentos de onda ou variedade espectral é proporcionada pela fonte de radiação 12 selecionada para ter a mesma intensidade.

[141] Se desejado, o terceiro método poderia ser adaptado de modo a que o primeiro e segundo material absorvente de radiação 50 fossem simultaneamente aplicados na superfície da camada do material particulado e a radiação do primeiro e segundo comprimento de onda facultados em fases separadas.

[142] É possível que o primeiro, segundo e terceiro métodos acima descritos pudessem ser modificados para fazer com que o material particulado na porção de margem 26 da camada 10 fosse inicialmente combinado a um ritmo rápido para trancar a porção de margem 26 e para fazer com que o material particulado no remanescente da porção de combinação 20 fosse subsequentemente combinado a um ritmo lento para se obter as propriedades materiais desejadas.

[143] Com referência às Figs. 6a e 6b, o aparelho de acordo com a invenção permite que a porção de superfície da camada 10 do material particulado fosse logicamente dividido numa série de segmentos 32. O controlador 13 pode controlar a quantidade de absorção de radiação em cada segmento 32 independentemente e pode ser utilizada uma imagem bitmap para especificar a quantidade que deveria ser absorvida na porção de superfície. A escala de cinzentos de cada segmento 32 da imagem bitmap é individualmente ajustável e no caso da primeira e segunda realizações do aparelho, a quantidade de material refletor 18 depositado em cada segmento do substrato 16 ou porção de superfície da camada 10 é individualmente ajustável, de acordo com a imagem de bitmap, para proporcionar qualquer perfil de intensidade de radiação desejado na porção de superfície da camada 10. Quando o aparelho da terceira realização é empregue, os espelhos 34 são ajustados para variar a intensidade do incidente de radiação em cada segmento 32 da série. Quando é utilizado o aparelho da quarta realização, a quantidade de material absorvente de radiação 50 depositada em cada segmento da porção de superfície da camada 10 é individualmente ajustável, de acordo com a imagem de bitmap para proporcionar qualquer perfil de absorção de radiação desejado na porção de superfície da camada 10.

[144] Nas Figs. 6a e 6b, uma primeira quantidade de material refletor 18 foi depositada por cabeça impressora 30 nos segmentos 32 definindo a porção central 24 da porção de combinação 20. Consequentemente, uma primeira intensidade de radiação, a qual é inferior à intensidade máxima, é incidente na porção de superfície da camada 10 localizada sob estes segmentos 32. A primeira intensidade de radiação é suficientemente alta para aumentar a temperatura do material particulado para efeitos de combinação.

[145] Não foi facultado qualquer material refletor 18 nos segmentos 32, os quais definem a porção de margem 26 da porção de combinação 20, deste modo permitindo uma intensidade máxima de radiação para alcançar a porção de superfície da camada 10 localizada sob estes segmentos 32. A intensidade máxima de radiação faz com que o material particulado localizado sob os segmentos 32 que definem a porção de margem 26 combine mais rapidamente do que o material particulado na porção central 24.

[146] Uma segunda quantidade de material refletor 18, a qual é superior à primeira quantidade, é depositada por cabeça impressora 30 nos segmentos 32 que define a porção de não combinação 22. Poderá ser facultada uma quantidade suficiente de material 18 para prevenir a transmissão de qualquer radiação para a porção de superfície da camada 10 localizada abaixo destes segmentos. Consequentemente, o material particulado localizado sob estes segmentos 32 não combina.

[147] Enquanto a variação de intensidade de radiação em cada segmento 32 individual foi descrita com respeito à segunda realização do aparelho, deverá entender-se que o mesmo efeito pode ser obtido utilizando um aparelho de acordo com a primeira realização, na qual o material refletor 18 é impresso num substrato 16, de acordo com a terceira realização, na qual os espelhos 34 são utilizados para variar a intensidade do incidente de radiação em cada segmento 32, ou de acordo com a quarta realização, na qual o material absorvente de radiação 50 é impresso na porção de superfície da camada 10 do material particulado.

[148] A camada de material refletor é ilustrada de forma esquemática na Fig. 6b. A variação da espessura da camada na figura não ilustra uma variação de espessura da camada na prática mas ilustra uma variação na quantidade do material. Onde a camada é espessa na figura, na prática existirá uma grande quantidade de material.

[149] Relativamente à Fig. 7, é apresentada um diagrama do aparelho da Fig. 3 em utilização para formar um objeto tridimensional 38. Uma vez mais, os elementos do aparelho que já foram designados anteriormente são identificados com os números de referência correspondentes.

[150] O aparelho é utilizado para formar um objeto tridimensional 38 através da combinação de camadas 10a a 10e de material particulado. Um lote de material particulado, por exemplo Nylon em pó, é colocado num tanque de alimentação 40 e o controlador 13 é disposto de forma a controlar um motor M, que pode deslocar o material particulado do tanque 40 para um dispositivo de construção 42, que inclui uma plataforma com deslocação vertical 44.

[151] O movimento da plataforma 44 é controlado pelo controlador 13, de forma que a plataforma 44 se desloca na vertical em sentido descendente por etapas discretas após a formação de cada camada 10.

[152] Inicialmente, com a plataforma 44 na posição mais elevada, o controlador 13 aciona o motor M de forma a proporcionar uma primeira camada 10a de material particulado na plataforma 44. O controlador 13 aciona depois o cabeçote de impressão 30 para depositar um padrão desejado de material refletor 18 sobre a porção de superfície da camada 10 do material. Em alternativa, o material refletor 18 pode ser depositado pelo cabeçote de impressão 30 sobre um substrato 16 como anteriormente discutido, ou a densidade incidente à superfície pode ser controlado com espelhos digitais.

[153] O controlador 13 ativa então a fonte de radiação 12 para proporcionar radiação na porção de superfície selecionada da camada 10, como definido pelo material refletor 18. Como se mostra na fig. 7, a radiação é fornecida com intensidade variável pela porção combinação 20 e o material nesta porção é combinado. O material refletor 18 impede, ou pelo menos impede substancialmente, a transmissão de radiação para a porção de superfície do material na porção n-combinação 22, onde o material não é combinado e permanece sob forma de partículas. A quantidade variável de material refletor 18 proporciona assim radiação de intensidade variável em toda a porção de combinação 20 da camada 10.

[154] Após combinação do material na porção de combinação 20 da primeira camada 10a ter sido executada, o controlador 13 desativa a fonte de radiação 12 e baixa a plataforma 44 um espaço aproximadamente equivalente à espessura da camada desejada. O controlador 13 aciona então o motor M para proporcionar uma segunda camada 10b de material particulado sobreposta à primeira camada 10a, incluindo uma porção previamente combinada de material. O controlador 13 aciona depois o cabeçote de impressão 30 para depositar o material refletor 18 sobre a porção de superfície da segunda camada 10b. A quantidade e padrão de material refletor 18 depositado sobre à porção de superfície da segunda camada 10b pode ser a mesma que a indicada na primeira camada 10a ou pode ser diferente, por exemplo em resposta ao desenho ou medições da temperatura superficial executadas utilizando o pirómetro.

[155] O controlador 13 ativa depois a fonte de radiação 12 para fornecer radiação pela porção de superfície da segunda camada 10b, proporcionando o material refletor 18 radiação de intensidade variável pela porção de superfície. O material na porção de combinação 20 da segunda camada 10b é assim obrigado a combinar e ainda a combinar com a porção previamente combinada do material na primeira camada 10a. As camadas adjacentes 10a, 10b são assim combinadas para formar parte de um objeto coerente 38.

[156] O controlador 13 continua a funcionar desta maneira para proporcionar mais camadas 10c a 10e de material particulado e combiná-las até estar concluída a formação do objeto 38. Assim que o objeto coerente 38 tiver sido formado, a plataforma 44 é erguida pelo controlador 13 para ejetar o objeto combinado 38 e qualquer material particulado ainda por combinar restante em torno do objeto 38 do dispositivo 42.

[157] Uma vez mais deverá ser apreciado que o aparelho de acordo com qualquer uma das realizações da invenção pode ser para formar um objeto tridimensional 38.

[158] A Fig. 8 ilustra a utilização do aparelho da Fig. 1 para combinar diferentes materiais particulados P1 e P2, que estão localizados adjacentes um ao outro numa camada 10. A título de ilustração, o material P1, por exemplo cobre, pode possuir um ponto de fusão inferior ao do material P2, por exemplo aço e pode assim combinar por sinterização a uma temperatura inferior. A concentração de material P2 diminui da direita para a esquerda em toda a região de gradiente de transição 19. A concentração de material P1 diminui da direita para a esquerda em toda a região de gradiente de transição 19.

[159] A fim de assegurar características óptimas do material e minimizar a tensão térmica em toda a região gradiente 19, entre os materiais P1 e P2, o substrato 18 pode ser proporcionado com uma elevada quantidade de material refletor 18 na porção sobre o material P1 da camada 10, uma baixa quantidade de material refletor na porção sobre o material P2 e uma quantidade de material refletor sobre a região gradiente 19 que diminui da esquerda para a direita na figura.

[160] Fazendo variar a intensidade de radiação deste modo, os materiais P1 e P2 são aquecidos a temperaturas diferentes utilizando uma fonte de radiação de intensidade fixa 12 e são simultaneamente combinados para formar uma camada coerente.

[161] A camada de material refletor 18 encontra-se esquematicamente ilustrada na Fig. 8. A variação da espessura da camada na figura não ilustra uma variação da espessura da camada na prática mas ilustra uma variação na quantidade do material. Onde a camada é espessa na figura, na prática existirá uma grande quantidade de material.

[162] Enquanto a primeira realização do aparelho foi descrita para uso na combinação dos materiais particulados dissimilares P1 e P2, será rapidamente apreciado que pode ser utilizado em alternativa a segunda realização do aparelho em que é diretamente impresso material refletor 18 na porção de superfície da camada 10, a terceira realização do aparelho que utiliza espelhos 34 para redirecionar seletivamente radiação, ou a quarta realização do aparelho em que o material absorvente de radiação 50 é diretamente impresso na porção de superfície da camada 10.

[163] Se qualquer uma das realizações descritas anteriormente, poderá ser desejável adicionar material absorvente de radiação ao material particulado para aumentar a absorção da radiação. Por exemplo, um material tal como negro de carbono pode ser utilizado para este fim.

[164] Outros materiais particulados, tais como pós de carga cerâmicos, podem ser adicionados ao material particulado para melhorar as propriedades do material do componente resultante.

[165] Quando são empregues diferentes materiais absorventes de radiação, por exemplo como descrito anteriormente relativamente à Fig. 5, estes podem apresentar cores diferentes para produzir o componente resultante com as propriedades estéticas desejadas. Por exemplo, os materiais absorventes de radiação podem apresentar uma outra cor para além de preto.

[166] Fig. 9 ilustra um fluxograma de um método para seletivamente combinar material particulado de acordo com várias realizações da invenção; O método ilustrado na figura 9 pode ser implementado por qualquer aparelho que seja configurado para combinar seletivamente material particulado através de sinterização. Por exemplo, o método pode ser implementado através de um aparelho de sinterização laser seletiva, um aparelho de inibição seletivo, um aparelho de máscara seletivo, um aparelho de sinterização que utilize material absorvente de radiação e através de vários aparelhos 11 ilustrados nas figuras 1 a 8.

[167] No bloco 52, o método inclui a apresentação de uma camada de material particulado num suporte (que pode também ser designado como plataforma de construção). Em seguida, no bloco 54, o método inclui a apresentação de radiação de uma fonte de radiação para sinterizar uma porção do material na camada. A fonte de radiação pode ser qualquer fonte adequada que seja configurada para emitir ondas eletromagnéticas a qualquer comprimento(s) de onda adequado(s). Por exemplo, a fonte de radiação pode ser um laser.

[168] No bloco 56, o método inclui apresentar mais uma camada de material particulado sobre a camada anterior de material particulado, incluindo a porção previamente sinterizada de material. Depois, no bloco 58, o método inclui apresentar a radiação para sinterizar uma porção adicional do material dentro da outra camada sobreposta e para sinterizar a referida porção adicional com a porção anteriormente sinterizada de material na camada anterior O método depois repete sucessivamente os blocos 56 e 58 para formar um objeto tridimensional no bloco 60.

[169] Deve-se ter em conta que nos blocos 52 e 54, o método pode ainda incluir o fornecimento de um material absorvente de radiação, um material refletor ou uma máscara refletora depois de terem sido apresentadas as camadas de material particulado.

[170] E m que pelo menos algumas das camadas do material particulado um aquecedor (tal como o aquecedor 51 ilustrado na figura 5) pré aquece o material particulado antes de o aparelho sinterizar uma porção do material da respectiva camada. Por exemplo, no bloco 52 e/ou bloco 54, o método pode ainda incluir o controle do aquecedor para pré-aquecer a camada já apresentada do material particulado.

[171] Deve-se ter em conta que as camadas do material particulado poderão ser substancialmente pré-aquecidas, imediatamente após a camada do material particulado ser facultada e antes da radiação para iniciar a sinterização do material particulado ser aplicada sobre a porção de superfície selecionada da camada. Nalgumas realizações as camadas de material particulado poderão ser pré aquecidas, pelo menos, duas vezes pelo aquecedor antes de ser aplicada a radiação para iniciar a sinterização do material particulado sobre a porção de superfície selecionada da camada.

[172] O aquecedor pode ser qualquer fonte de radiação e pode ser configurado para se deslocar relativamente ao material particulado e na proximidade do material particulado. O aquecedor pode ser considerado como estando próximo do material particulado caso se encontrar a uma distância inferior a 100 mm do material particulado. Este pode envolver uma lâmpada de aquecimento que atravessa a superfície da plataforma de construção seguindo o dispositivo de deposição de material particulado a uma altura de 100 mm ou inferior acima da superfície da plataforma de construção. O aquecedor pode ser o mesmo dispositivo da fonte de radiação ou pode ser um dispositivo diferente. Sempre que o aparelho incluir um dispositivo para facultar o material particulado e/ou material refletor ou material absorvente de radiação, o aquecedor pode estar alojado dentro da caixa do dispositivo e pode assim deslocar-se com o dispositivo.

[173] E m várias realizações, o aquecedor pode estar configurado para emitir uma série de comprimentos de onda com um pico de comprimento de onda diferente do da fonte de radiação para proporcionar a radiação (por exemplo, a fonte de radiação 12 ilustrada na figura 1) e as camadas de material particulado podem ser substancialmente pré-aquecidas por apenas um aquecedor (isto é, pode não ser pré-aquecido pela fonte de radiação).

[174] O método ilustrado na fig. 9 pode facultar várias vantagens. Por exemplo, o calor do aquecedor próximo pode ser rapidamente transferido para o material particulado depositado de forma que o material sinterizado subjacente tem menos probabilidade de arrefecer a uma temperatura que provoque o enrolamento deste. Além disso, o calor do aquecedor próximo pode ser eficientemente transferido para o pó recém-depositado e pode não aquecer outras partes da máquina. Além disso, o aquecedor próximo irá permitir que o pó depositado atinja uma temperatura a que fique pronto a ser sinterizado rapidamente, podendo assim conduzir a um processo de produção mais globalmente rápido.

[175] A fig. 10 ilustra um fluxograma de um método de controle da temperatura do material particulado de acordo com várias realizações da invenção. O método ilustrado na fig. 10 pode ser executado com o método ilustrado na fig. 9. No bloco 62, o método inclui a medição de uma temperatura do material particulado. Por exemplo, um o mais dos sensores 31 podem incluir uma câmara de infravermelhos, um pirómetro simples ou uma série de pirómetros para medição da temperatura do material particulado. No bloco 64, o método inclui controlar o pré-aquecimento das camadas de material particulado utilizando a temperatura medida. Por exemplo, o controlador 13 pode controlar o aquecedor para aumentar ou diminuir a energia térmica fornecida pelo aquecedor. O método pode então retornar ao bloco 62 e ser repetido.

[176] O método ilustrado na fig. 10 pode vantajosamente ajudar a prevenir o arrefecimento do material sinterizado subjacente a uma temperatura que provoque o enrolamento deste.

[177] A fig. 11 ilustra um fluxograma de um método de controle da temperatura da porção sinterizada do material particulado de acordo com várias realizações da invenção. O método ilustrado na figura 11 pode ser implementado por qualquer aparelho que seja configurado para combinar seletivamente material particulado através de sinterização. Por exemplo, o método pode ser implementado através de um aparelho de sinterização laser seletiva, um aparelho de inibição seletivo, um aparelho de máscara seletivo, um aparelho de sinterização que utilize material absorvente de radiação e através de vários aparelhos 11 ilustrados nas figuras 1 a 8. O método ilustrado na fig. 11 pode ser executado com os métodos ilustrados nas figs. 9 e 10 e pode ser executado independentemente dos métodos ilustrados nas figs. 9 e 10.

[178] No bloco 66, o método inclui a determinação da temperatura de uma porção sinterizada do material particulado. Por exemplo, um o mais dos sensores 31 (por ex. uma câmara de infravermelhos, um pirómetro individual ou uma série de pirómetros) podem medir e determinar a temperatura da porção sinterizada do material particulado.

[179] No bloco 68, o método inclui o controle da energia aplicada à porção sinterizada utilizando a temperatura estabelecida. Por exemplo, se a temperatura estabelecida for inferior a uma temperatura limiar, o controlador 13 controla a fonte de radiação de forma que a energia facultada à porção sinterizada é aumentada. Outro exemplo, se a temperatura estabelecida for superior a uma temperatura limiar, o controlador 13 controla a fonte de radiação de forma que a energia facultada à porção sinterizada é diminuída. O método pode então retornar ao bloco 66 e ser repetido.

[180] A câmara térmica pode registar as temperaturas geradas em localizações específicas em que a sinterização ocorre (isto é, onde um laser passou em sinterização laser ou onde o material absorvente de radiação foi impresso e foi aplicada a energia da lâmpada). Utilizando a informação do perfil 2D de uma dada camada será possível registar a temperatura nas regiões sinterizadas apenas de uma superfície de trabalho.

[181] Se as temperaturas de pico registadas nestas regiões forem demasiado baixas pode ser emitido um aviso (por ex. um alarme sonoro) indicador de uma eventual fraqueza nas peças devido a aquecimento insuficiente. Além disso, o aparelho pode adicionar mais energia, por exemplo aumentando a temperatura definida para a plataforma de construção ou a energia de sinterização aplicada. De modo similar, se a temperatura de pico registada nestas regiões for demasiado elevada, pode ser emitido um aviso indicador de eventual fraqueza das peças devido a degradação provocada por demasiada energia térmica. Além disso, o aparelho pode reduzir a energia, por exemplo reduzindo a temperatura definida para a plataforma de construção ou a energia de sinterização aplicada.

[182] O controle térmico de uma área sinterizada permite a determinação das propriedades da peça (em que a pesquisa determina a temperatura mínima necessária na área sinterizada para atingir as propriedades necessárias ou desejadas da peça). Esta operação pode ser executada mediante comparação do perfil 2D (por ex. imagem em bitmap) da camada em questão com o resultado registado pela câmara de infravermelhos na mesma região. Este processo assegura assim que a peça atingiu a temperatura mínima e que as peças terão as propriedades mecânicas desejadas. Se uma área da imagem impressa tiver uma temperatura demasiado baixa, aquecedores super-aquecidos podem aumentar as temperaturas nessa área ou a(s) fonte(s) de energia de sinterização (por ex. lâmpada ou laser) pode(m) aplicar mais energia ou pode ser impressa nessa área mais tinta incluindo material absorvente de radiação.

[183] O método ilustrado na fig. 11 pode facultar uma vantagem na medida em que pode permitir a redução da energia facultada na plataforma de construção. A redução da energia facultada na plataforma de construção pode ter várias vantagens. Por exemplo, pode ajudar a garantir que o pó que não foi sinterizado não agregue com demasiada firmeza, sendo assim fácil de separar do material sinterizado (isto é, na peça ou peças) depois de concluída a construção. Se a temperatura da área sinterizada for demasiado elevada (uma vez mais, verificado através de investigação), a energia aplicada (fonte de energia de sinterização, aquecedores superiores, lâmpada de aquecimento, volume do material absorvente de radiação) pode ser reduzida para reduzir a dureza da plataforma do pó e/ou a potência aplicada. Correspondendo às temperaturas medidas através do aumento ou diminuição da energia de sinterização (por ex. a energia fornecida pelo laser em sinterização a laser ou através do aumento do volume de material absorvente de radiação) é possível aumentar a energia aplicada nalguns pontos e reduzindo simultaneamente a energia aplicada noutros pontos da mesma camada.

[184] O custo do aparelho 11 pode ser vantajosamente reduzido se for utilizado um pirómetro individual ou uma série de pirómetros em vez de uma câmara de infravermelhos. Os pirómetros podem ser calibrados para diferentes materiais contidos na plataforma de construção.

[185] A fig. 12 ilustra um fluxograma de um método de controle da energia aplicada a partir da fonte de radiação de acordo com várias realizações da invenção. O método ilustrado na figura 12 pode ser implementado por qualquer aparelho que seja configurado para combinar seletivamente material particulado através de sinterização. Por exemplo, o método pode ser implementado através de um aparelho de sinterização laser seletiva, um aparelho de inibição seletivo, um aparelho de máscara seletivo, um aparelho de sinterização que utilize material absorvente de radiação e através de vários aparelhos 11 ilustrados nas figuras 1 a 8. O método ilustrado na fig. 12 pode ser executado com os métodos ilustrados nas figs. 9 e 10 e/ou 11 ou pode ser executado independentemente dos métodos ilustrados nas figs. 9, 10 e 11.

[186] No bloco 70, o método inclui a determinação da energia aplicada de uma fonte de radiação. Por exemplo, um ou mais sensores 31 podem incluir um sensor de medição de infravermelhos que é posicionado dentro da câmara de construção para medir os registos de um emissor de infravermelhos 12 durante a construção. O sensor 31 encontra-se configurado para medir a degradação ou outras alterações no registo do emissor de infravermelhos 12. No bloco 72, o método inclui controlar a aplicação de energia da fonte de radiação 12 em resposta à aplicação de energia determinada. Consequentemente, a aplicação da fonte de radiação pode ser ajustada ao nível necessário para a construção em curso. Podem ser empregues vários sensores 31 para o caso de ocorrer uma queda da energia aplicada em qualquer ponto ao longo da fonte de radiação 12.

[187] O método pode então retornar ao bloco 70 e ser repetido.

[188] A fig. 13 ilustra um fluxograma de um método de medição do débito de material absorvente de radiação de acordo com várias realizações da invenção. O método ilustrado na fig. 13 pode ser utilizado em qualquer aparelho que sinterize o material particulado utilizando material absorvente de radiação. O método ilustrado na fig. 13 pode ser executado com os métodos ilustrados nas figs. 9 e 10 e/ou 11 e/ou 12 ou pode ser executado independentemente dos métodos ilustrados nas figs. 9, 10, 11 e 12.

[189] No bloco 74, o método inclui a medição do débito do material absorvente de radiação numa área pré-determinada. Por exemplo, o controlador 13 pode medir o débito de material absorvente de radiação medindo uma mudança no volume do material absorvente de radiação guardado (detectado por um dos sensores 31).

[190] No bloco 76, o método inclui determinar se o débito do material absorvente de radiação medido desce dentro de um intervalo pré-determinado. Por exemplo, o aparelho 11 pode facultar material absorvente de radiação (em estado estacionário) para uma imagem com um número conhecido de pixéis e por conseguinte uma quantidade conhecida de tinta (por exemplo:, em que 1 pixel = 80 picolitros, por conseguinte, 1.25.109 pixeis = 0,1 litros de tinta). O controlador 13 pode então determinar se a quantidade de material absorvente de radiação utilizado está dentro do intervalo pré-determinado da quantidade calculada. Se a quantidade de material absorvente de radiação utilizado estiver fora do intervalo pré-determinado, o controlador 13 pode controlar um alarme para alertar o utilizador. Além disso, se a quantidade de material absorvente de radiação utilizado estiver fora do intervalo pré-determinado, o controlador 13 pode alterar a quantidade de material absorvente de radiação aplicada posteriormente, de forma a que uma quantidade de material absorvente de radiação facultada posteriormente se situe dentro do intervalo pré-determinado.

[191] O método ilustrado na fig. 13 tem a vantagem de poder permitir a aplicação de um volume relativamente consistente de material absorvente de radiação dado que um utilizador é informado se o aparelho 11 for inconsistente ao facultar material absorvente de radiação.

[192] A fig. 14 ilustra uma perspectiva de um esquema de um suporte 78 para recepção do material particulado de acordo com várias realizações da invenção. O suporte 78 que pode ainda ser designado plataforma de construção, define um contentor para receber material particulado destinado a sinterização (por ex. que pode ser depositado a partir de um funil pendente ou pode ser arrastado para o suporte 78 através de um contentor de material particulado). O suporte 78 compreende várias paredes 80 que são deslocáveis relativamente ao suporte 78 e dentro do suporte 78. Algumas ou todas as paredes 80 include um ou mais aquecedores 82 destinados ao aquecimento do material particulado sobre o suporte 78. Os aquecedores 82 podem ser controlados pelo controlador 3 em resposta a vários sensores que medem a temperatura do material particulado no suporte 78.

[193] De destacar que, enquanto na fig. 14 as várias paredes 80 estão na vertical, as várias paredes 80 podem encontrar-se em diferentes orientações noutras realizações.

[194] O suporte 78 tem a vantagem de as várias paredes 80 permitirem a segmentação de uma plataforma de construção grande numa série de plataformas de construção mais pequenas e de temperatura mais controlável. As paredes internas da plataforma de construção 80 podem ser deslocadas para diferentes pontos a fim de criar plataformas de construção de diferentes tamanhos. Quando deslocadas, as paredes internas da plataforma de construção 80 encaixam em tomadas (não representadas) a fim de permitir a utilização dos aquecedores 82 dentro das paredes. O suporte 78 pode ainda ter a vantagem de poder permitir o processamento de diferentes materiais particulados simultaneamente, em diferentes segmentos do suporte 78. Além disso, o uso do suporte 78 pode aumentar o débito do aparelho 11 sem o sujeitar a pressões térmicas derivadas do controle de um suporte relativamente grande.

[195] As figs. 15A, 15B, 15C e 15D ilustram diagramas esquemáticos laterais de dispositivos 84 para proporcionar material de radiação absorvente de acordo com várias realizações da invenção; Os dispositivos 84 podem ser utilizados em qualquer aparelho que utilize material absorvente de radiação para sinterizar o material particulado.

[196] Relativamente à fig. 15A, o dispositivo 84 inclui um primeiro rolo 86, um primeiro cabeçote de impressão 88, uma primeira fonte de radiação 90 e uma caixa 92 na qual estão pelo menos parcialmente alojados e/ou ligados o primeiro rolo 86, o primeiro cabeçote de impressão 88 e a primeira fonte de radiação 90. O primeiro cabeçote de impressão 88 é posicionado entre o primeiro rolo 86 e a primeira fonte de radiação 90. O controlador 13 é configurado para controlar a posição e movimento do dispositivo 84 relativamente ao material particulado depositado na plataforma de construção através de um ou mais motores.

[197] O primeiro rolo 86 encontra-se disposto de forma a distribuir material particulado numa plataforma de construção, de forma a que o material particulado forme uma superfície substancialmente nivelada. O primeiro cabeçote de impressão 88 é configurado para facultar o primeiro material de radiação absorvente, e pode incluir um dispositivo de controle térmico associado para controlar a temperatura do material de radiação de absorção. A primeira fonte de radiação 90 pode ser qualquer fonte de radiação adequada e pode ser configurada para funcionar como o aquecedor descrito anteriormente em relação às figuras 9 e 10 e ainda a fonte da radiação que fornece radiação para sinterização do material particulado. Em várias realizações, a primeira fonte de radiação 90 pode incluir um dispositivo refletor 93 que define uma configuração elíptica e é configurado para refletir radiação a partir da primeira fonte de radiação 90 com um padrão desejado.

[198] Relativamente àfig. 15B, o dispositivo 842 é similar ao dispositivo 84i ilustrado na fig. 15A e sempre que as características são similares são utilizados os mesmos números de referência. O dispositivo 842 difere do dispositivo 84i, sendo que compreende ainda uma segunda fonte de radiação 94 posicionada adjacente ao primeiro rolo 86, do lado oposto do cabeçote de impressão 88.

[199] Nalgumas realizações, a primeira fonte de radiação 90 é configurada para fornecer radiação para sinterização e a segunda fonte de radiação 94 é configurada para funcionar como um aquecedor e aquecer o material particulado. Noutras formas de realização, a segunda fonte de radiação 94 pode ainda ser configurada para proporcionar radiação destinada a sinterização para além do pré-aquecimento. Noutras realizações adicionais, a primeira e segunda fontes de radiação 90, 94 podem ambas ser configuradas para funcionar como um aquecedores e pré-aquecer o material particulado. O aparelho 11 pode assim ter um maior controle da temperatura do material particulado na plataforma de construção.

[200] Relativamente à fig. 15C, o dispositivo 84s é similar ao dispositivo 842 ilustrado na fig. 15B e sempre que as características são similares são utilizados os mesmos números de referência. O dispositivo 84s difere do dispositivo 842, sendo que compreende ainda um segundo cabeçote de impressão 96, posicionado entre a segunda fonte de radiação 94 e o primeiro rolo 86. O segundo cabeçote de impressão 96 pode ser configurado para aplicar um segundo material absorvente de radiação, que difere do primeiro material absorvente de radiação ou pode ser configurado para aplicar também o primeiro material absorvente de radiação.

[201] Relativamente à fig. 15D, o dispositivo 844 é similar ao dispositivo 842 ilustrado na fig. 15B e sempre que as características são similares são utilizados os mesmos números de referência. O dispositivo 844 difere do dispositivo 842, sendo que compreende ainda um segundo rolo 98, posicionado entre a primeira fonte de radiação 90 e o primeiro cabeçote de impressão 88.

[202] Os dispositivos 84a e 844 podem ter a vantagem de poder permitir a aplicação de material absorvente de radiação na camada do material particulado quando os dispositivos se deslocam ao longo dos cursos interior-exterior (isto é, podem aplicar material absorvente de radiação durante a deslocação entre a direita e a esquerda). Em particular, o dispositivo 84 pode ser vantajoso na medida que que pode permitir a deposição de material particulado seguido de imediata impressão seguida de imediata sinterização da esquerda para a direita e da direita para a esquerda com apenas um cabeçote de impressão.

[203] Dado que os cabeçotes de impressão são relativamente caros, o dispositivo 844 pode ser relativamente barato dado que compreende um único cabeçote de impressão.

[204] O dispositivo 84 pode também ter a vantagem de a caixa 92 permitir ao utilizador trocar peças (por ex. o primeiro rolo 86, o primeiro cabeçote de impressão 88, a primeira fonte de radiação 90, a segunda fonte de radiação 94, o segundo cabeçote de impressão 96 e o segundo rolo 98) sendo que a sequência de fases de processamento pode também ser alterada. Os utilizadores usufruem assim de flexibilidade graças ao ajuste do processo de acordo com as necessidade diferentes, tal como o uso de materiais particulados diferentes. A troca de peças pode ser alcançada incorporando encaixes ou outros meios de fixação de componentes numa variedade de disposições dentro da caixa 92.

[205] As figs. 16A, 16B, 16C ilustram diagramas esquemáticos lateral dos dispositivos 84 para proporcionar material de radiação absorvente de acordo com várias realizações da invenção;

[206] Relativamente à fig. 16A, o dispositivo 845 é similar ao dispositivo 84s e sempre que as características são similares são utilizados os mesmos números de referência. O dispositivo 84s difere do dispositivo 84i, sendo que o primeiro cabeçote de impressão 88 compreende vários cabeçotes de impressão dispostos paralelamente ao primeiro rolo 86. Os vários cabeçotes de impressão são dispostos em duas colunas verticais e existe um espaço entre pelo menos alguns dos cabeçotes de impressão em cada coluna. A primeira fonte de radiação 90 compreende uma única lâmpada alongada, que está orientada paralelamente ao primeiro rolo 86.

[207] Relativamente à fig. 16B, o dispositivo 84e é similar ao dispositivo 84s e sempre que as características são similares são utilizados os mesmos números de referência. O dispositivo 84ε difere do dispositivo 84s na medida em que a primeira fonte de radiação 90 compreende duas lâmpadas alongadas, que estão dispostas em duas colunas verticais e com um desfasamento uma em relação à outra de forma a se sobreporem em apenas uma porção dos respectivos comprimentos. As lâmpadas podem estar dispostas de forma que se sobrepõem numa região no final de cada lâmpada onde o pó emitido é reduzido, de forma que combinadas as duas lâmpadas proporcionam uma emissão mais uniforme de energia do que com uma única lâmpada com uma redução da potência próximo da extremidade.

[208] Relativamente à fig. 16C, o dispositivo 84? é similar aos dispositivos 84s e 84Θ e sempre que as características são similares são utilizados os mesmos números de referência. O dispositivo 84? difere dos dispositivos 84s e 84Θ na medida em que a primeira fonte de radiação 90 compreende várias lâmpadas alongadas dispostas em duas colunas verticais e existe um espaço entre pelo menos algumas das lâmpadas alongadas em cada coluna.

[209] As figs. 17A e 17B ilustram diagramas esquemáticos em planta de fontes de radiação 12, 90, 94 de acordo com várias realizações da invenção. As fontes de radiação podem ser utilizadas em qualquer aparelho de sinterização e podem também ser utilizadas em qualquer um dos dispositivos 84, ilustrados nas figs. 15A, 15B, 15C, 15D, 16A, 16Be16C.

[210] Relativamente à fig. 17A, a fonte de radiação compreende vários emissores de radiação eletromagnética alongados 100 que estão dispostos de forma a estarem orientados paralelamente entre si e se sobreporem entre si substancialmente em todo o seu comprimento. Alguns ou todos os emissores de radiação eletromagnética alongados 100 podem ser controlados individualmente pelo controlador 13 e podem ser utilizados para pré-aquecer material particulado e/ou aplicar radiação para sinterizar material particulado.

[211] Relativamente à fig. 17B, a fonte de radiação compreende vários emissores de radiação eletromagnética 102, que estão dispostos numa matriz com sete colunas e três filas (deve-se ter em conta que a fonte de radiação pode apresentar qualquer número de colunas e filas noutras formas de realização). Alguns ou todos os emissores de radiação eletromagnética 102 podem ser controlados individualmente pelo controlador 13 e podem ser utilizados para pré- aquecer material particulado e/ou aplicar radiação para sinterizar material particulado.

[212] As fontes de radiação ilustradas nas figs. 17A e 17B podem ter a vantagem de permitir um controle individual da energia de sinterização aplicada em diferentes áreas da plataforma de construção se forem controladas através das medições térmicas de um sensor (tal como uma câmara térmica ou vários dispositivos de medição térmica, tais como pirómetros ou termopares).

[213] E m várias realizações, podem ser utilizados vários dispositivos emissores de radiação eletromagnética (EMR) sem ser laser na fonte de radiação. Cada dispositivo EMR pode possuir uma emissão espectral de pico similar ou significativamente diferente (isto é, podem ter um comprimento de onda de pico similar ou significativamente diferente). Com base na emissão espectral, cada dispositivo emissor EMR pode ser selecionado ou para sinterizar (direta ou indiretamente) diferentes materiais particulados na plataforma de construção ou aquecer qualquer material/materiais particulado(s) depositado(s) com a(s) alimentação/alimentações e plataforma(s) de construção. Podem ser utilizados múltiplos dispositivos emissores EMR no mesmo aparelho. A seleção de mais do que um dispositivo permite assim a sinterização e/ou aquecimento de mais do que um tipo de material particulado/material absorvente de radiação/material depositado.

[214] E m várias realizações a fonte de radiação pode incluir um ou mais filtros para reduzir e concentrar a energia EMR numa emissão espectral/densidade de energia desejada. Pode ser utilizada uma gama de emissores EMR para criar uma série de emissores (linha única ou múltiplas) que sejam controlados individualmente para sinterizar ou aquecer regiões específicas ou materiais na plataforma de pó.

[215] A utilização de dispositivos de impressão dentro de um aparelho de sinterização permite a deposição seletiva e precisa de um material absorvente de radiação numa plataforma de construção. A presença destes dispositivos de impressão no âmbito do processo permite ainda a deposição de outros materiais absorventes de radiação ou, em alternativa, o depósito de outros materiais na região de impressão. A utilização destes dispositivos de impressão permite assim a deposição seletiva, precisa de materiais secundários.

[216] Por exemplo, um cabeçote de impressão secundário (como na fig. 15C) pode ser configurado de forma a depositar um material absorvente de radiação secundário para sinterizar diferentes áreas na plataforma de construção.

[217] Como exemplo adicional, um cabeçote de impressão secundário pode ser configurado para depositar um material secundário que não intensifique significativamente a sinterização com a camada da peça, mas altera as propriedades locais na região impressa. Estes materiais podem proporcionar propriedades adicionais às peças sinterizadas, tais como ignifuguicidade, proteção UV, uma alteração da cor visível das peças ou melhoramento das propriedades mecânicas através da adição de cargas. No que se refere à ignifuguicidade, a adição de agentes ignífugos incluem compostos de cloro, bromo e fósforo, tri-hidrato de alumina, magnésio hidratado, sulfatos e boro. Para proteção UV, os materiais incluem negro de carbono, óxidos metálicos. Quanto a cargas, os materiais incluem serradura, farinha de sílica, argila, mica em pó, fibras curtas de celulose, erva, negro de carbono, grafite, talco, óxidos metálicos e amianto. Quanto a corantes, os materiais incluem corantes orgânicos (colorantes) ou inorgânicos (pigmentos). A vantagem desta abordagem reside em ser apenas o material que forma a peça que irá conter o material adicionado desejável, assim pode-se poupar dinheiro em comparação com a adição deste(s) aditivo(s) à totalidade do material na máquina. Significa também que o material alimentado particulado padrão pode ser modificado com toda a flexibilidade, de construção para construção ou mesmo de peça para peça ou até localmente em subseções de uma peça.

[218] E m certas realizações em que é utilizado um cabeçote de impressão, estes materiais adicionais podem ter de ser à escala nanométrica para permitir a projeção a partir dos orifícios do cabeçote de impressão. Nestas realizações, podem ser combinados materiais fluidos adicionais (solventes, resinas, pigmentos, colorantes, frações de petróleo (hidrocarbonetos), álcoois, óleos, plastificantes, ceras, fotoiniciadores) com os aditivos para produzir um fluido projetável. Estes fluidos/materiais de suporte podem ser concebidos ou para permanecer dentro da peça 3D depois de impressa ou evaporar, deixando apenas o aditivo desejado na posição selecionada.

[219] A evaporação tanto pode ocorrer naturalmente devido a calor localizado ou forçada através de exposição a um dispositivo de aquecimento.

[220] Em várias realizações, podem ser adicionados materiais adicionais utilizando um dispositivo de deposição alternativo, tal como um funil que pode ser controlado pelo controlador 13 para que se desloque pela plataforma de construção, depositando material nas regiões determinadas de uma peça. O uso de um funil pode permitir a deposição de materiais de maior tamanho (superior à escala nanométrica) e ainda negar a necessidade de quaisquer suportes líquidos adicionais.

[221] Os inventores do presente pedido de patente determinaram que a cor visual de material absorvente de radiação não é significativo para as propriedades mecânicas resultantes da peça tridimensional produzida. Consequentemente, os materiais absorventes de radiação que não sejam negro de carbono podem ser utilizados no processo de sinterização e é assim possível produzir peças brancas no aparelho 11. Podem ser produzidas peças de cores (vermelho, verde, azul) no aparelho 11 através da combinação de pigmentos absorventes de infravermelhos com pigmentos e colorantes de cor (por ex. vermelho, verde e azul). Os pigmentos podem ser facultados em diferentes materiais absorventes de radiação, podem ser combinados no mesmo material absorvente de radiação ou podem não se encontrar no material absorvente de radiação.

[222] Uma peça tridimensional de cor pode ainda ser produzida utilizando uma série de materiais particulados de cor (dado que a cor visível do material particulado não aumenta necessariamente de forma significativa a absorção de energia de infravermelhos pelo material particulado).

[223] Os blocos ilustrados nas figs. 9 a 13 pode representar fases num método e/ou seções de código no software informático 133. A ilustração de uma ordem particular dos blocos não implica necessariamente que existe uma ordem obrigatória ou preferencial dos blocos e a ordem e disposição do bloco pode variar. Além disso é possível a omissão de alguns blocos.

[224] Embora as realizações da presente invenção tenham sido descritos nos parágrafos anteriores com referência a vários exemplos, deve-se ter em conta que podem ser introduzidas modificações nos exemplos sem sair do âmbito da invenção de acordo com as reivindicações. Por exemplo, embora o uso de radiação infravermelhos seja descrito, pode ser empregue outra radiação diferente dos infravermelhos, desde que tenha capacidade para elevar a temperatura do material particulado a um nível que permita a combinação por sinterização. A fonte de radiação pode ser de qualquer tipo, por exemplo, LED, um laser ou uma fonte de halogéneo. O material particulado que é combinado através das realizações acima descritas pode ser qualquer material adequado, tal como um metal, cerâmica, etc. Outro dispositivo que não seja o motor M pode ser utilizado para mover o material particulado desde o tanque de abastecimento 40 até ao dispositivo de combinação 42. O dispositivo de combinação 42 pode apresentar uma configuração diferente da apresentada. A camada 10 pode incluir qualquer número de diferentes tipos de material particulado. Em alternativa, as camadas adjacentes podem incluir diferentes tipos de material particulado. O material refletor 18 pode ser depositado numa superfície inferior do substrato 16 em vez de numa superfície superior, como ilustrado. Podem ser utilizados materiais diferentes para o material refletor 18 e o substrato 16. Pode ser utilizado qualquer material adequado para o material absorvente de radiação 50. Por exemplo, uma suspensão líquida e/ou um gás, por exemplo, dióxido de carbono, podem ser empregues em vez de um material em pó. O espelho digital descrito relativamente à fig. 4 pode ser substituído por uma série de dispositivos ópticos difrativos, um por cada camada.

[225] Sempre que utilizado o termo “sinterização” deve-se ter em conta que este inclui a fusão total do material particulado.

[226] As características descritas na descrição precedente podem ser utilizadas em combinações diferentes das combinações explicitamente descritas.

[227] Embora tenham sido descritas funções com referência a determinadas características, estas funções podem ser executadas por outras funcionalidades, descritas ou não.

[228] Embora tenham sido descritas funcionalidades com referência a determinadas realizações, estas funcionalidades podem também estar presentes noutras realizações, descritas ou não.

[229] Embora se tente chamar a atenção, na especificação precedente, para estas funcionalidades da invenção que se pensa serem de importância fundamental, deve-se ter a consciência que o requerente reivindica proteção no que respeita a qualquer funcionalidade ou combinação de funcionalidades patenteáveis referidas anteriormente e/ou representadas nas figuras, tenha ou não sido dado ênfase particular nestas.

Claims

1. Método para seletivamente combinar material particulado, caracterizado por incluir: (i) usar um dispositivo de deposição de material particulado para fornecer uma camada de material particulado a uma plataforma de construção; (ii) fornecer radiação para sinterizar uma porção do material da camada; (iii) usar um dispositivo de deposição de material particulado para fornecer uma outra camada sobreposta de material particulado sobrepondo a camada anterior de material particulado, incluindo a porção previamente sinterizada de material; (iv) fornecer radiação para sinterizar uma outra porção do material dentro da outra camada sobreposta e para sinterizar a referida outra porção com a porção anteriormente sinterizada de material na camada anterior; (v) repetir sucessivamente blocos (iii) e (iv) para formar um objeto tridimensional; e em que pelo menos algumas das camadas do material particulado são pré aquecidas com um aquecedor radiante antes de e independentemente de sinterizar uma porção do material da respectiva camada, sendo o aquecedor radiante separado do dispositivo de deposição de material particulado e configurado para se mover em relação ao material particulado atravessando sobre a superfície da plataforma de construção, seguindo o dispositivo de deposição de material particulado para transferir calor, por radiação, para o material particulado depositado.

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o aquecedor radiante estar configurado de modo a se mover dentro de 100 mm do material particulado.

3. Método, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado por o pré-aquecedor das pelo menos algumas das camadas do material particulado com o aquecedor radiante ser controlado de modo a evitar que material particulado subjacente arrefeça para uma temperatura sob a qual encaracole.

4. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado por compreender ainda medir uma temperatura do material particulado; e controlar o pré-aquecimento das camadas de material particulado usando a temperatura medida.

5. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado por o aquecedor radiante emitir uma gama de comprimentos de onda com um pico de comprimento de onda que é diferente daquele de uma fonte de radiação para proporcionar a radiação do bloco (ii) e do bloco (iv).

6. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado por compreender ainda: a variação da absorção da radiação fornecida no bloco (ii) através de uma parte da superfície selecionada da camada para sinterizar uma parte do material da camada; e a variação da absorção da radiação fornecida no bloco (iv) através de uma parte da superfície selecionada de outra camada para sinterizar uma outra parte do material dentro da outra camada sobreposta e para sinterizar a referida outra parte com a parte previamente sinterizada do material na camada anterior.

7. Método, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado por a variação da absorção da radiação ser obtida pelo fornecimento de uma quantidade de material absorvente de radiação sobre a parte da superfície selecionada da camada e da outra camada sobreposta respetivamente.

8. Método, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado por um dispositivo compreender um alojamento que aloja: uma primeira cabeça de impressão para fornecer um primeiro material absorvente de radiação, um rolo configurado como o dispositivo de deposição de material particulado, e uma primeira fonte de radiação configurada para fornecer a radiação do bloco (ii) e do bloco (iv).

9. Método, de acordo a reivindicação 8, caracterizado por o dispositivo compreender ainda uma segunda fonte de radiação posicionada adjacente ao rolo, e configurado como o aquecedor radiante, em que a segunda fonte de radiação está alojada dentro do alojamento.

10. Aparelho para seletivamente combinar o material particulado, caracterizado por compreender (i) dispositivo de deposição de material particulado; uma fonte de radiação para sinterizar material particulado; um aquecedor radiante para pré-aquecimento de material particulado, em que o aquecedor radiante é separado do dispositivo de deposição de material particulado e está configurado para se mover em relação ao material particulado atravessando sobre uma superfície de uma plataforma de construção, seguindo o dispositivo de deposição de material particulado para transferir calor, via radiação, para material particulado depositado; e um controlador configurado para: (ii) controlar o fornecimento de uma camada de material particulado para a plataforma de construção usando o dispositivo de deposição do material particulado; (iii) controlar o fornecimento da radiação para sinterizar uma parte do material da camada; (iv) ) controlar o fornecimento, à plataforma de construção, de uma outra camada sobreposta de material particulado sobrepondo-se à camada anterior do material particulado incluindo a parte previamente sinterizada do material usando o dispositivo de deposição do material particulado; (v) ) controlar o fornecimento de radiação para sinterizar uma outra porção do material dentro da outra camada sobreposta e para sinterizar a referida outra porção com a porção de material previamente sinterizada na camada anterior; (vi) controlar a repetição sucessiva de blocos (iii) e (iv) para formar um objeto tridimensional; e controlar o aquecedor radiante para pré-aquecer pelo menos algumas das camadas do material particulado antes e independentemente de sinterizar uma parte do material da respectiva camada.

11. Aparelho, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado por o controlador estar configurado para controlar: a variação da absorção da radiação fornecida no bloco (ii) através de uma parte da superfície selecionada da camada para sinterizar uma parte do material da camada; e a variação da absorção da radiação fornecida no bloco (iv) através de uma parte da superfície selecionada de outra camada sobreposta para sinterizar uma outra parte do material dentro da sobreposição de outra camada e para sinterizar a referida parte com a parte previamente sinterizada do material da camada anterior.

12. Aparelho, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado por a variação da absorção da radiação ser obtida fornecendo uma quantidade de material absorvente de radiação sobre a parte da superfície selecionada da camada e da outra camada sobreposta respectivamente.

13. Aparelho, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado por compreender ainda um dispositivo que inclui um alojamento que aloja: uma primeira cabeça de impressão para fornecer um primeiro material absorvente de radiação, um rolo configurado como o dispositivo de deposição de material particulado, e a fonte de radiação para sinterização, e uma segunda fonte de radiação posicionada adjacente ao rolo e configurada como o aquecedor radiante.

14. Aparelho, de acordo com qualquer uma das reivindicações 10 a 13, caracterizado por um componente comum fornecer ambos a fonte de radiação para sinterização e o aquecedor radiante, ou em que componentes diferentes fornecem, respectivamente, a fonte de radiação para sinterização e o aquecedor radiante.