BR112017015945B1 - Método de impressão tridimensional, sistema para impressão tridimensional e meio de armazenamento legível por máquina não transitório - Google Patents
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Abstract
impressão tridimensional (3d). em urna implantação exemplificativa, um método de impressão tridimensional (3d) inclui aplicar um material passível de sinterização, aplicar seletivamente um agente de fusão em uma porção do material passível de sinterização, aplicar uma primeira quantidade de energia de radiação à porção do material passível de sinterização e aplicar uma segunda quantidade de energia de radiação à porção do material passível de sinterização diferente da primeira quantidade de energia de radiação.
Description
[001] A impressão tridimensional (3D) é um processo de fabricação aditiva no qual camadas sucessivas de material são estabelecidas para formar objetos tridimensionais a partir de um modelo digital. Na fabricação aditiva, as camadas sucessivas de material são unidas entre si por meio de fusão, ligação ou solidificação através de processos incluindo sinterização, extrusão e irradiação. A qualidade, resistibilidade e funcionalidade de objetos produzidos por tais sistemas pode variar dependendo do tipo de tecnologia de fabricação aditiva usada. De modo típico, objetos de qualidade inferior e de resistibilidade inferior podem ser produzidos com o uso de sistemas de custo inferior, ao passo que objetos de qualidade superior e de resistibilidade inferior podem ser produzidos com o uso de sistemas de custo superior.
[002] Os exemplos serão descritos agora com referência aos desenhos anexos, nos quais: A Figura 1 mostra um exemplo de um sistema de impressão tridimensional (3D) para fabricar objetos 3D que incluem partes funcionais com cor que têm resistibilidade mecânica aprimorada e densidades comparáveis àquelas de partes pretas; A Figura 2 mostra um controlador exemplificativo de um sistema de impressão 3D que inclui motores para realizar funções do sistema de impressão 3D, tais como funções de imageamento e pré-fusão/fusão; As Figuras 3, 4 e 5 mostram fluxogramas que ilustram métodos exemplificativos em relação à produção de partes funcionais com cor 3D em um sistema de impressão 3D; As Figuras 6a a 6f mostram outro exemplo de um sistema de impressão 3D para fabricar objetos 3D.
[003] Ao longo dos desenhos, referências numéricas idênticas indicam elementos semelhantes, porém, não necessariamente idênticos.
[004] Em alguns exemplos de impressão tridimensional (3D), objetos 3D são formados com o uso de tecnologia de processamento de área leve. Durante o processamento de área leve, uma camada inteira de um material de aglomeração, tal como um material passível de sinterização, é exposta à radiação. Uma região selecionável do material de aglomeração passível de sinterização é fundida (isto é, coalescida) e, subsequentemente, solidificada ou endurecida para se tornar uma camada de um objeto 3D. Em alguns exemplos, um agente coalescente ou de fusão é depositado seletivamente em contato com a região selecionável do material passível de sinterização. O agente de fusão tem capacidade para penetrar na camada de material passível de sinterização e para se espalhar na superfície exterior do material passível de sinterização. O agente de fusão tem capacidade para absorver radiação e converter a radiação absorvida em energia térmica que, por sua vez, derrete ou sinteriza o material passível de sinterização que está em contato com o agente de fusão. Isso faz com que o material passível de sinterização se funda, se ligue, cure etc., para formar a camada do objeto 3D. A repetição desse processo com inúmeras camadas do material passível de sinterização faz com que as camadas sejam unidas entre si, o que resulta na formação do objeto 3D.
[005] Partes 3D de densidade superior que têm funcionalidade e resistibilidade mecânica aprimoradas podem ser produzidas quando uma quantidade maior de energia térmica é aplicada ao material passível de sinterização para sinterizar e fundir as camadas juntamente. No entanto, a quantidade de energia térmica disponível para sinterização depende parcialmente da intensidade com a qual o agente de fusão absorve a radiação, e a capacidade de absorção de radiação do agente de fusão depende parcialmente da cor do agente de fusão. Por exemplo, a intensidade de absorção de um agente de fusão à base de corante quase infravermelho com corante de cor ciano, magenta ou amarelo (C, M ou Y) é geralmente inferior àquela de um agente de fusão à base de negro de carbono. Portanto, o nível de fusão do material passível de sinterização para partes com cor impressas em 3D é inferior em relação a partes pretas impressas em 3D, o que pode resultar em partes com cor que têm densidades inferiores e menos funcionalidade e resistibilidade mecânica do que as partes pretas comparáveis. Em alguns exemplos, a resistibilidade mecânica de partes funcionais com cor produzidas com corantes quase infravermelhos e com cor é 60% a 80% menos semelhante que partes pretas funcionais.
[006] Os exemplos de impressão tridimensional (3D) revelados no presente documento possibilitam a produção de partes funcionais com cor 3D que têm densidades superiores e resistibilidade mecânica aprimorada que são comparáveis àquelas de partes pretas 3D. De modo geral, uma operação de pré-fusão é aplicada a uma camada de objeto 3D de material passível de sinterização (por exemplo, pó) que compreende uma área de imagem com cor (isto é, um corte transversal com cor do objeto 3D) na qual o agente de fusão colorido foi depositado seletivamente. A operação de pré-fusão inclui uma exposição encurtada à radiação da camada de objeto 3D. A absorção maior da radiação dentro da área de imagem com cor gera calor adicional que aumenta a temperatura do material passível de sinterização dentro da área de imagem com cor. Em seguida, a operação de pré-fusão é seguida por uma operação de fusão que fornece uma exposição à radiação mais longa à camada de objeto 3D que funde o material passível de sinterização dentro da área de imagem com cor e resulta em adesão aprimorada entre camadas.
[007] Em um exemplo, um método de impressão tridimensional (3D) inclui aplicar um material passível de sinterização, aplicar seletivamente um agente de fusão em uma porção do material passível de sinterização, aplicar uma primeira quantidade de energia de radiação à porção do material passível de sinterização e aplicar uma segunda quantidade de energia de radiação à porção do material passível de sinterização diferente da primeira quantidade de energia de radiação.
[008] Em outro exemplo, um sistema para impressão 3D inclui um suporte para material passível de sinterização. O sistema inclui um distribuidor de material passível de sinterização para fornecer uma camada de material passível de sinterização no suporte e um distribuidor de agente de fusão para entregar seletivamente um agente de fusão em uma porção da camada de material passível de sinterização. O sistema inclui uma fonte de radiação e um módulo de pré- fusão/fusão para controlar a fonte de radiação de modo a aplicar uma primeira quantidade de energia de radiação à camada de material passível de sinterização durante uma primeira operação de pré-fusão e aplicar uma segunda quantidade de energia de radiação à camada de material passível de sinterização durante um estágio de fusão.
[009] Em outro exemplo, um meio de armazenamento legível por máquina não transitório armazena instruções que, quando executadas por um processador de um dispositivo de impressão 3D, fazem com que o dispositivo de impressão 3D deposite um material passível de sinterização em um leito de fabricação para formar uma camada de objeto 3D, aqueça o material passível de sinterização a uma temperatura que está em uma faixa de cerca de 50 °C a cerca de 400 °C, deposite um agente de fusão em uma porção do material passível de sinterização de acordo com um padrão de imagem de um corte transversal da camada de objeto 3D, exponha o material passível de sinterização à radiação por uma primeira duração em um estágio de pré-fusão e exponha o material passível de sinterização à radiação por uma segunda duração em um estágio de fusão, em que a segunda duração é mais longa que a primeira duração.
[010] A Figura 1 ilustra um exemplo de um sistema de impressão 3D 100 para fabricar objetos 3D que incluem partes funcionais com cor que têm resistibilidade mecânica aprimorada e densidades que são compráveis àquelas de partes pretas. O sistema de impressão 3D da Figura 1 inclui um membro de suporte 102 que funciona como um leito de fabricação para receber e reter material passível de sinterização (não mostrado na Figura 1) para formar um objeto 3D. Em um exemplo, o membro de suporte 102 tem dimensões que estão em uma faixa de cerca de 10 cm por 10 cm até cerca de 100 cm por 100 cm, embora o membro de suporte 102 possa ter dimensões maiores ou menores dependendo do objeto 3D que deve ser formado.
[011] Um distribuidor de material passível de sinterização 104 fornece uma camada de material passível de sinterização no membro de suporte 102. Os exemplos de distribuidores de material passível de sinterização adequados incluem uma lâmina de limpeza, um rolo e combinações dos mesmos. Em alguns exemplos, um distribuidor de material passível de sinterização 104 pode compreender um leito de abastecimento e um pistão de fabricação para empurrar material passível de sinterização no membro de suporte 102, conforme descrito ainda a seguir no presente documento. O distribuidor de material 104 pode ser abastecido com material passível de sinterização de um alimentador ou de outro sistema de entrega adequado. No sistema exemplificativo 100 mostrado na Figura 1, o distribuidor de material passível de sinterização 104 se move por todo comprimento (eixo geométrico Y) do membro de suporte 102 para depositar uma camada do material passível de sinterização.
[012] Conforme descrito a seguir, uma primeira camada de material passível de sinterização é depositada no membro de suporte 102, seguida pela deposição de camadas subsequentes de material passível de sinterização em camadas depositadas (e solidificadas) anteriormente. Consequentemente, o membro de suporte 102 pode ser móvel ao longo do eixo geométrico Z de modo que, quando novas camadas de material passível de sinterização forem depositadas, um vão predeterminado seja mantido entre a superfície da camada formada mais recentemente e a superfície inferior de um distribuidor de agente 106, ilustrado como o distribuidor de agente de fusão 106a e o distribuidor de agente de detalhamento 106b. Em outros exemplos, o membro de suporte 102 pode ser fixo ao longo do eixo geométrico Z, e o distribuidor de agente 106 pode ser móvel ao longo do eixo geométrico Z a fim de manter tal vão predeterminado.
[013] Um distribuidor de agente 106 entrega um agente de fusão e/ou um agente de detalhamento por meio do distribuidor de agente de fusão 106a e do distribuidor de agente de detalhamento 106b, respectivamente, de maneira seletiva nas porções de uma camada de material passível de sinterização fornecidas no membro de suporte 102. Por exemplo, o distribuidor de agente de fusão 106a pode entregar um agente de fusão às porções seletivas de uma camada de material passível de sinterização ao mesmo tempo que o distribuidor de agente de detalhamento 106b pode entregar um agente de detalhamento às mesmas porções e/ou a outras porções da camada de material passível de sinterização fornecida no membro de suporte 102. Os distribuidores de agente 106a e 106b podem incluir, respectivamente, um abastecimento de agente de fusão e de agente de detalhamento ou podem ser conectados de maneira operacional, respectivamente, a um abastecimento separado do agente de fusão e do agente de detalhamento.
[014] Embora outros tipos de distribuidores de agente sejam possíveis e sejam contemplados no presente documento, o distribuidor de agente 106 (isto é, 106a, 106b) mostrado no sistema exemplificativo de impressão 3D 100 da Figura 1 compreende uma ou múltiplas cabeças de impressão, tais como cabeças de impressão por jato de tinta térmicas ou cabeças de impressão por jato de tinta piezoeléctricas. As cabeças de impressão 106a e 106b podem ser cabeças de impressão de gota sob demanda ou cabeças de impressão de gota contínua. As cabeças de impressão 106a e 106b podem ser usadas para entregar seletivamente um agente de fusão e um agente de detalhamento, respectivamente, quando tais agentes estão na forma de um fluido adequado. Em outros exemplos de um sistema de impressão 100, uma cabeça de impressão única 106 pode ser usada para entregar seletivamente tanto o agente de fusão quanto o agente de detalhamento. Em tal exemplo, um primeiro conjunto de bocais de cabeça de impressão na cabeça de impressão única 106 pode entregar o agente de fusão, e um segundo conjunto de bocais de cabeça de impressão na cabeça de impressão única 106 pode entregar o agente de detalhamento. Conforme descrito a seguir, cada um dentre o agente de fusão e o agente de detalhamento inclui um veículo aquoso, tal como água, cossolvente(s), tensoativo(s), etc., para possibilitar que o mesmo seja entregue por meio das cabeças de impressão 106a e 106b.
[015] Cada cabeça de impressão 106 pode incluir um arranjo de bocais através dos quais as mesmas podem ejetar seletivamente as gotas de fluido. Em um exemplo, cada gota pode estar na ordem de cerca de 10 picolitros (pi) por gota, embora seja contemplado que um tamanho de gota maior ou menor pode ser usado. Em alguns exemplos, as cabeças de impressão 106a e 106b podem entregar gotas variáveis. Em um exemplo, as cabeças de impressão 106a e 106b podem entregar gotas do agente de fusão e do agente de detalhamento em uma resolução que está em uma faixa de cerca de 118,1 pontos por centímetro (300 pontos por polegada (DPI)) a cerca de 472,4 pontos por centímetro (1.200 DPI). Em outros exemplos, as cabeças de impressão 106a e 106b podem entregar gotas do agente de fusão e do agente de detalhamento em uma resolução superior ou inferior. A velocidade de gota está em uma faixa de cerca de 5 m/s a cerca de 24 m/s e a frequência de disparo pode estar em uma faixa de cerca de 1 kHz a cerca de 100 kHz.
[016] As cabeças de impressão 106a e 106b podem ser uma parte integral do sistema de impressão 100 ou podem ser substituíveis. Quando as cabeças de impressão 106a e 106b são substituíveis por usuário, as mesmas podem ser inseríveis de maneira removível em um receptor de distribuidor adequado ou em um módulo de interface (não mostrado).
[017] Conforme mostrado na Figura 1, cada um dentre os distribuidores de agente 106a e 106b tem um comprimento que possibilita que os mesmos transponham a largura completa do membro de suporte 102 em uma configuração de arranjo no sentido da página. Em um exemplo, a configuração de arranjo no sentido da página é alcançada através de uma disposição adequada de múltiplas cabeças de impressão. Em outro exemplo, a configuração de arranjo no sentido da página é alcançada através de uma cabeça de impressão única com um arranjo de bocais que têm um comprimento para possibilitar que os mesmos transponham a largura do membro de suporte 102. Em ainda outros exemplos do sistema de impressão 100, os distribuidores de agente 106a e 106b podem ter um comprimento mais curto que não possibilita que os mesmos transponham a largura completa do membro de suporte 102.
[018] Em alguns exemplos, os distribuidores de agente 106a e 106b são montados em um carro móvel para possibilitar que os mesmos se movam de maneira bidirecional por todo o comprimento do membro de suporte 102 ao longo do eixo geométrico Y ilustrado. Isso possibilita a entrega seletiva do agente de fusão e do agente de detalhamento por toda a largura e comprimento do membro de suporte 102 em um único passe. Em outros exemplos, o membro de suporte 102 pode se mover em relação aos distribuidores de agente 106a e 106b visto que os mesmos permanecem em uma posição fixa.
[019] Conforme usado no presente documento, o termo 'largura' denota geralmente a dimensão mais curta no plano paralelo aos eixos geométricos X e Y mostrados na Figura 1, e o termo 'comprimento' denota a dimensão maior nesse plano. No entanto, em outros exemplos, o termo 'largura' pode ser intercambiável com o termo 'comprimento'. Como um exemplo, um distribuidor de agente 106 pode ter um comprimento que possibilita que o mesmo transponha o comprimento completo do membro de suporte 102 ao mesmo tempo que o carro móvel pode se mover de maneira bidirecional por toda a largura do membro de suporte 102.
[020] Nos exemplos em que os distribuidores de agente 106a e 106b têm um comprimento mais curto que não possibilita que os mesmos transponham a largura completa do membro de suporte 102, os distribuidores 106a e 106b podem ser móveis também de maneira bidirecional por toda a largura do membro de suporte 102 no eixo geométrico X ilustrado. Essa configuração possibilita a entrega seletiva do agente de fusão e do agente de detalhamento por toda a largura e o comprimento do membro de suporte 102 com o uso de múltiplos passes.
[021] Conforme mostrado na Figura 1, o sistema de impressão 3D 100 inclui uma fonte de radiação 108 para emitir a radiação R. A fonte de radiação 108 pode ser implantada de várias maneiras incluindo, por exemplo, como uma lâmpada de cura IR, quase IR, UV ou visível, diodos emissores de luz (LED) IR, quase IR ou visível ou lasers com comprimentos de onda específicos. A fonte de radiação 108 usada depende, pelo menos parcialmente, do tipo do agente de fusão que é usado. A fonte de radiação 108 pode ser fixada, por exemplo, a um carro (não mostrado) que também retém a cabeça (ou cabeças) de impressão 106. O carro pode mover a fonte de radiação 108 em uma partição que é adjacente ao membro de suporte 102. Em diferentes exemplos, a fonte de radiação 108 deve aplicar energia a uma camada depositada de material passível de sinterização, ao agente de fusão e ao agente de detalhamento, para causar a solidificação de porções do material passível de sinterização. Em um exemplo, a fonte de radiação 108 é uma única fonte de energia que pode aplicar energia de maneira uniforme aos materiais depositado no membro de suporte 102. Em outro exemplo, a fonte de radiação 108 inclui um arranjo de fonte de energias para aplicar energia de maneira uniforme aos materiais depositados.
[022] Em alguns exemplos, a fonte de radiação 108 pode aplicar energia de maneira substancialmente uniforme à superfície completa da camada de material passível de sinterização depositado no membro de suporte 102. Esse tipo de fonte de radiação 108 pode ser denominada de fonte de energia não focada. A exposição da camada inteira de material passível de sinterização à energia pode ajudar simultaneamente a aumentar a velocidade na qual um objeto tridimensional é gerado.
[023] Conforme mostrado na Figura 1, o sistema de impressão 3D 100 inclui um controlador 110. O controlador exemplificativo 110 mostrado na Figura 1 é adequado para controlar o sistema de impressão 100 de modo a implantar operações de pré-fusão e de fusão descritas no presente documento a fim de possibilitar a produção de partes funcionais com cor 3D que têm densidades superiores e resistibilidade mecânica aprimorada que são comparáveis àquelas de partes pretas 3D. O controlador 110 compreende geralmente um processador (CPU) 112 e uma memória 114 e pode incluir ainda firmware e outros componentes eletrônicos para se comunicarem com vários componentes do sistema de impressão 3D 100 para o controlar os mesmos.
[024] A memória 114 pode incluir componentes de memória tanto volátil quanto não volátil (isto é, RAM) (por exemplo, ROM, disco rígido, disco óptico, CD-ROM fita magnética, flash memória etc.). Os componentes de memória 114 compreendem mídias não transitórias, legíveis por máquina (por exemplo, legíveis por computador/por processador) que proporcionam o armazenamento de instruções de programa codificadas legíveis por máquina, estruturas de dados, módulos de instrução de programa, JDF (formato de definição de trabalho) e outros dados e/ou instruções executáveis por um processador 112 do sistema de impressão 3D 100. Um exemplo de instruções armazenadas na memória 114 inclui instruções associadas a módulos 116 e 118, ao passo que um exemplo de dados armazenados inclui dados de controle de entrega 120. Os módulos 116 e 118 podem incluir programar instruções executáveis por um processador 112 para fazer com que um sistema de impressão 3D 100 realize várias funções gerais e/ou específicas, tais como as operações dos métodos 300 e 400, conforme descrito a seguir em relação às Figuras 3 e 4, respectivamente.
[025] As instruções de programa, as estruturas de dados, os módulos etc., armazenados na memória 114 podem ser parte de um pacote de instalação que pode ser executado por um processador 112 para implantar vários exemplos, tais como os exemplos discutidos no presente documento. Desse modo, uma memória 114 pode ser um meio portátil, tal como um CD, DVD ou um pen drive ou uma memória mantida por um servidor do qual o pacote de instalação pode ser transferido por download e instalado. Em outro exemplo, as instruções de programa, estruturas de dados, módulos, etc., armazenadas na memória 114 podem ser parte de um aplicativo ou de aplicativos já instalados, nesse caso, a memória 114 pode incluir memória integrada, tal como um disco rígido.
[026] Conforme verificado acima, o controlador 110 controla o sistema de impressão 3D 100 de modo a implantar operações de pré-fusão e de fusão para possibilitar a produção de partes funcionais com cor 3D que têm densidades superiores e resistibilidade mecânica aprimorada comparáveis àquelas de partes pretas 3D. Em alguns exemplos, o controlador 110 usa dados de controle de entrega 120 e instruções de programação da memória 114 (por exemplo, instruções nos módulos 116, 118), para gerenciar o aplicativo de material passível de sinterização, agentes de fusão e de detalhamento e a radiação dentro do sistema de impressão 100 para facilitar a produção das partes 3D. De modo mais específico, o controlador 110 recebe dados de controle de entrega 120 de um sistema hospedeiro, tal como um computador, e armazena os dados 120 na memória 114. Os dados 120 representam, por exemplo, arquivos de objeto que definem objetos 3D a serem impressos, dados de entrega de agente associados para controlar a entrega seletiva de agentes de fusão e agentes de detalhamento em camadas de material passível de sinterização e dados de controle de fonte de radiação associados para controlar a quantidade de energia de radiação aplicada e a maneira em que a radiação é aplicada às camadas de material passível de sinterização pela fonte de radiação 108. Desse modo, os dados 120 formam um ou mais trabalhos de impressão 3D para o sistema de impressão 100 que incluem, cada um, comandos e/ou parâmetros de comando trabalho de impressão. Mediante o uso de um trabalho de impressão dos dados 120, o processador 112 no controlador 110 executa as instruções (por exemplo, dos módulos 116, 118) para controlar os componentes do sistema de impressão 100 (por exemplo, membro de suporte 102, distribuidor de material passível de sinterização 104, distribuidor de agente 106, fonte de radiação 108) a fim de formar objetos 3D, uma camada por vez, através de um processo de impressão 3D descrito mais detalhadamente a seguir no presente documento.
[027] O módulo de imageamento 116 compreende instruções de programação executáveis para controlar a aplicação de material passível de sinterização no membro de suporte 102 em conformidade com dados de controle de entrega 120. As instruções do módulo de imageamento 116 são executáveis ainda para controlar a aplicação do agente de fusão em porções seletivas das camadas de material passível de sinterização que definem cortes transversais do objeto 3D em conformidade com dados de controle de entrega 120. Por exemplo, mediante a execução das instruções do módulo de imageamento 116, o controlador 110 pode fazer com que uma cabeça de impressão 106a jateie o agente de fusão em uma forma líquida em porções selecionadas de uma camada de material passível de sinterização em conformidade com os dados de controle de entrega 120. Em alguns exemplos, as instruções do módulo de imageamento 116 são executadas ainda para controlar a aplicação de um agente de detalhamento nas camadas de material passível de sinterização. Por exemplo, mediante a execução das instruções do módulo de imageamento 116, o controlador 110 pode fazer com que uma cabeça de impressão 106b jateie (isto é, ejete) o agente de detalhamento em uma forma líquida em outras porções selecionadas e/ou as mesmas porções da camada de material passível de sinterização em conformidade com dados de controle de entrega 120.
[028] O módulo de pré-fusão/fusão 118 compreende instruções de programação executáveis para controlar a aplicação de energia de uma fonte de radiação 108 a cada camada de material passível de sinterização após o agente de fusão (e, em alguns casos, o agente de detalhamento) ter sido jateado no material passível de sinterização. Em uma primeira operação de pré-fusão, uma primeira quantidade de energia de radiação é aplicada à camada de material passível de sinterização. Em alguns exemplos, a energia de radiação é aplicada em uma primeira passagem da fonte de radiação 108 por toda a camada de material passível de sinterização a fim de elevar a temperatura da área "que acabou de ser submetida a imageamento" da camada (isto é, a área que acabou de receber o agente de fusão) até ou levemente superior àquela do material passível de sinterização circundante. Em uma segunda operação de fusão, uma segunda quantidade de energia de radiação é aplicada à camada de material passível de sinterização. Em alguns exemplos, isso inclui aplicar energia de radiação em uma passagem lenta da fonte de radiação 108 por toda a camada de material passível de sinterização para elevar a temperatura da área que acabou de ser submetida a imageamento até uma temperatura muito superior que funde profundamente a área que acabou de ser submetida a imageamento da camada.
[029] Em outros exemplos de um sistema de impressão 3D 100, as funcionalidades dos módulos 116 e 118 podem ser implantadas como motores respectivos (por exemplo, um motor de imageamento e um motor de pré-fusão/fusão) do sistema de impressão 3D 100, sendo que cada motor compreende qualquer combinação de hardware e programação para implantar as funcionalidades dos motores, conforme descrito a seguir. Desse modo, conforme mostrado na Figura 2, um controlador 110' de um sistema de impressão 3D 100 pode incluir o motor de imageamento 116' e o motor de pré-fusão/fusão 118'. Os motores 116' e 118' podem incluir, por exemplo, várias combinações de hardware e programação para realizar uma função designada, tal como as operações nos métodos 300 e 400, descritos abaixo em relação às Figuras 3 e 4, respectivamente. O hardware para cada motor 116' e 118' pode incluir, por exemplo, componentes eletrônicos distintos, um ASIC (circuito integrado de aplicação específica), um processador e uma memória, ao passo que as instruções de programação podem ser armazenadas na memória de motor e/ou em uma memória 114 e podem ser executáveis por um processador para realizar a função designada.
[030] As Figuras 3, 4 e 5 mostram fluxogramas que ilustram métodos exemplificativos 300, 400 e 500, respectivamente, em relação à produção de partes funcionais com cor 3D em um sistema de impressão 3D, tal como o sistema de impressão 3D 100. Os métodos 300 a 500 são associados aos exemplos discutidos no presente documento em relação às Figuras 1 a 2, e às Figuras 6a a 6f (discutidas abaixo), e os detalhes das operações mostradas nesses métodos podem ser constatados na discussão relacionada de tais exemplos. As operações dos métodos 300 a 500 podem ser incorporadas como instruções de programação armazenadas em um meio não transitório, legível por máquina (por exemplo legível por computador/processador), tal como a memória 114 mostrada na Figura 1. Em alguns exemplos, a implantação das operações dos métodos 300 a 500 pode ser alcançada por um processador, tal como um processador 112 mostrado na Figura 1, por meio de leitura e execução das instruções de programação, tais como instruções dos módulos 116 e 118 armazenadas na memória 114. Em alguns exemplos, a implantação das operações dos métodos 300 a 500 pode ser alcançada com o uso de motores de um sistema de impressão 3D que inclui combinações de hardware, tais como um ASIC (circuito integrado de aplicação específica) e/ou outros componentes de hardware, sozinho ou em combinação com instruções de programação executáveis por um processador.
[031] Em alguns exemplos, os métodos 300 a 500 podem incluir mais que uma implantação, e as implantações diferentes dos métodos 300 a 500 podem não empregar todas as operações apresentadas nos fluxogramas respectivos das Figuras 3 a 5. Portanto, embora as operações dos métodos 300 a 500 sejam apresentadas em uma ordem particular dentro dos fluxogramas, a ordem da apresentação das mesmas não está destinada a ser uma limitação quanto à ordem na qual as operações podem ser realmente implantadas ou quanto à possibilidade de todas as operações poderem ser implantadas. Por exemplo, uma implantação do método 400 pode não ser alcançada através da realização de várias operações iniciais, sem realizar uma ou mais operações subsequentes, ao passo que outra implantação do método 400 pode ser alcançada através da realização de todas as operações.
[032] Referindo-se agora ao fluxograma da Figura 3, um método exemplificativo 300 de impressão tridimensional (3D) começa no bloco 302, sem aplicação de um material de aglomeração, tal como o material passível de sinterização. A aplicação de um material de aglomeração passível de sinterização pode incluir, por exemplo, depositar, acumular, depor, aglomerar ou, de outro modo, colocar uma camada de material passível de sinterização em um membro de suporte ou leito de fabricação de um sistema de impressão 3D. Um exemplo de aplicação de material passível de sinterização inclui o uso de um distribuidor de material passível de sinterização, tal como um leito de abastecimento para empurrar o material passível de sinterização no membro de suporte, conforme discutido abaixo com referência às Figuras 6a a 6f.
[033] Conforme mostrado no bloco 304, o método 300 pode continuar com a aplicação seletiva de um agente de fusão a uma porção da camada de material passível de sinterização. A aplicação seletiva de um agente de fusão a uma porção do material passível de sinterização pode incluir dispensar o agente de fusão de um distribuidor de agente de fusão, tal como uma cabeça de impressão por jato de tinta no material passível de sinterização em um padrão que define um corte transversal de um objeto 3D em conformidade com dados de controle de entrega. Em alguns exemplos, o agente de fusão é um agente de fusão com cor que define uma área de imagem com corte transversal com cor do objeto 3D.
[034] Conforme mostrado no bloco 306, o método 300 pode continuar com a aplicação de uma primeira quantidade de energia de radiação à porção do material passível de sinterização. A aplicação de uma primeira quantidade de energia de radiação à porção do material passível de sinterização compreende uma operação de pré-fusão que gera calor e aumenta a temperatura do material passível de sinterização dentro da área de imagem com cor. Tal operação de pré-fusão pode ser, então, seguida por uma operação de fusão que inclui aplicar uma segunda quantidade de energia de radiação à porção do material passível de sinterização diferente da primeira quantidade de energia de radiação, conforme mostrado no bloco 308. A operação de fusão pode fornecer uma segunda quantidade de energia de radiação que é maior que a primeira quantidade de energia de radiação para fundir o material passível de sinterização dentro da área de imagem com cor.
[035] Referindo-se agora ao fluxograma da Figura 4, será discutido um método exemplificativo 400 de impressão 3D no qual estão incluídas as operações que são adicionais ou alternativas a algumas das operações do método 300. O método 400 começa no bloco 402, com a aplicação de um material passível de sinterização. Conforme discutido acima, a aplicação de um material passível de sinterização pode incluir várias maneiras de depositar uma camada de material passível de sinterização em um membro de suporte ou em um leito de fabricação de um sistema de impressão 3D, tal como com o uso de um distribuidor de material passível de sinterização para empurrar o material passível de sinterização no membro de suporte. O método 400 continua no bloco 404 com a aplicação seletiva de um agente de fusão a uma porção da camada de material passível de sinterização que pode incluir, por exemplo, dispensar o agente de fusão de um distribuidor de agente de fusão, tal como uma cabeça de impressão por jato de tinta no material passível de sinterização em um padrão que define um corte transversal de um objeto 3D em conformidade com dados de controle de entrega. Em alguns exemplos, o agente de fusão é um agente de fusão com cor que define uma área de imagem com corte transversal com cor do objeto 3D.
[036] Conforme mostrado no bloco 406, o método 400 pode continuar com a aplicação de uma primeira quantidade de energia de radiação à porção do material passível de sinterização em uma operação de pré-fusão que gera calor e aumenta a temperatura do material passível de sinterização dentro da área de imagem com cor. Em alguns exemplos, a aplicação de uma primeira quantidade de energia de radiação compreende passar uma lâmpada de aquecimento por toda a porção do material passível de sinterização em uma primeira velocidade. No método 400, a passagem da lâmpada de aquecimento por toda a porção do material passível de sinterização em uma primeira velocidade pode compreender passar a lâmpada de aquecimento por toda a porção do material passível de sinterização, por exemplo, em uma velocidade entre 38,1 centímetros (15 polegadas) por segundo e 50,8 centímetros (20 polegadas) por segundo.
[037] Em seguida, o método 400 pode continuar com a aplicação de uma segunda quantidade de energia de radiação à porção do material passível de sinterização diferente da primeira quantidade de energia de radiação, em uma operação de fusão conforme mostrado no bloco 408. Em alguns exemplos, a aplicação de uma segunda quantidade de energia de radiação compreende passar uma lâmpada de aquecimento por toda a porção do material passível de sinterização em uma segunda velocidade que é diferente da primeira velocidade. No método 400, passar a lâmpada de aquecimento por toda a porção do material passível de sinterização em uma segunda velocidade pode compreender passar a lâmpada de aquecimento por toda a porção do material passível de sinterização em uma velocidade mais lenta que a primeira velocidade. Em alguns exemplos, passar a lâmpada de aquecimento por toda uma porção do material passível de sinterização em uma segunda velocidade compreende passar a lâmpada de aquecimento por toda a porção do material passível de sinterização em uma velocidade entre 12,7 centímetros (5 polegadas) por segundo e 38,1 centímetros (15 polegadas) por segundo.
[038] Conforme mostrado no bloco 410, o método 400 pode incluir aplicar seletivamente um agente de detalhamento na mesma porção, em outra porção ou tanto na porção quanto na outra porção do material passível de sinterização. Em alguns exemplos, a aplicação seletiva de um agente de detalhamento compreende aplicar o agente de detalhamento que inclui um sal inorgânico, um tensoativo, um cossolvente, um umectante, um biocida e água.
[039] Conforme mostrado no bloco 412 do método 400, em alguns exemplos, antes da aplicação do agente de fusão, conforme mostrado no bloco 404, o material passível de sinterização pode ser aquecido. Em alguns exemplos, o aquecimento do material passível de sinterização pode incluir aquecer o material passível de sinterização a uma temperatura que está em uma faixa de cerca de 50 °C a cerca de 400 °C.
[040] Referindo-se agora ao fluxograma da Figura 5, um método exemplificativo 500 em relação à impressão 3D começa no bloco 502, com o depósito de um material passível de sinterização em um leito de fabricação para formar uma camada de objeto 3D. No bloco 504, o método continua com o aquecimento do material passível de sinterização a uma temperatura que está em uma faixa de cerca de 50 °C a cerca de 400 °C. Em seguida, um agente de fusão é depositado em uma porção do material passível de sinterização de acordo com um padrão de imagem de um corte transversal da camada de objeto 3D, conforme mostrado no bloco 506. O depósito do agente de fusão pode incluir depositar um agente de fusão colorido cuja cor é selecionada dentre o grupo que consiste em cores que incluem ciano, magenta, amarelo e combinações das mesmas.
[041] O método 500 continua no bloco 508 com a exposição do material passível de sinterização à radiação por uma primeira duração em um estágio de pré-fusão. No bloco 510, o material passível de sinterização é, em seguida, exposto à radiação por uma segunda duração em um estágio de fusão. A segunda duração é mais longa que a primeira duração. Em seguida, um agente de detalhamento é depositado na porção, em outra porção ou tanto na porção quanto na outra porção do material passível de sinterização, conforme mostrado no bloco 512. Em seguida, conforme mostrado no bloco 514, o método 500 continua com a repetição das operações de espalhamento de um material passível de sinterização em um leito de fabricação, de aquecimento do material passível de sinterização, de depósito de um agente de fusão, de exposição do material passível de sinterização à radiação por uma primeira duração e de exposição do material passível de sinterização à radiação por uma segunda duração, a fim de formar camadas de objeto subsequentes de um objeto 3D.
[042] Referindo-se agora à Figura 6 (Figuras 6a a 6f), outro exemplo do sistema de impressão 3D 100'é retratado. O sistema 100' inclui um leito de abastecimento 122, um pistão de entrega 126, um rolo 128, um leito de fabricação 130 (que tem uma superfície de contato 132) e um pistão de fabricação 134. O leito de abastecimento/entrega 122 inclui um abastecimento de material de aglomeração, tal como o material passível de sinterização 124. Cada um dentre os elementos físicos do sistema 100' pode ser conectado de maneira operacional a um controlador (não mostrado), tal como um controlador 110 de sistema de impressão 100 mostrado na Figura 1. Um processador que executa instruções de programação armazenadas em um meio de armazenamento legível por computador tangível não transitório manipula e transforma os dados representados como quantidades físicas (eletrônicas) dentro dos registros e das memórias da impressora a fim de controlar os elementos físicos para criar um objeto 3D. Os dados para a entrega seletiva do material passível de sinterização 124, o agente coalescente de fusão etc., podem ser entregues de um modelo do objeto 3D a ser formado.
[043] O pistão de entrega 126 e o pistão de fabricação 134 podem ser o mesmo tipo de pistão, porém, podem ser controlados de modo a se moverem em direções opostas (por exemplo, por um controlador 110, a Figura 1). Em um exemplo, quando uma primeira camada de um objeto 3D deve ser formada, o pistão de entrega 126 pode ser controlado para empurrar uma quantidade predeterminada do material passível de sinterização 124 para fora da abertura no leito de abastecimento 122, e o pistão de fabricação 134 pode ser controlado para se mover na direção oposta do pistão de entrega 126 a fim de aumentar a profundidade do leito de fabricação 130. O pistão de entrega 126 avançará o suficiente de modo que, quando o rolo 128 empurra o material passível de sinterização 124 no leito de fabricação 130 e na superfície de contato 132, a profundidade do leito de fabricação 130 seja suficiente de modo que uma camada 136 do material passível de sinterização 124 possa ser formada no leito 130. O rolo 128 tem capacidade para espalhar o material passível de sinterização 124 no leito de fabricação 130 a fim de formar a camada 136, que é relativamente uniforme em espessura. Em um exemplo, a espessura da camada 136 está em uma faixa de cerca de 90 μm a cerca de 110 μm, embora camadas mais finas e mais espessas também possam ser usadas. Ferramentas diferentes de um rolo 128 podem ser usadas para espalhar o material passível de sinterização 124, tal como uma lâmina que pode ser desejável para espalhar tipos diferentes de pós ou uma combinação de um rolo e uma lâmina.
[044] Após uma camada 136 do material passível de sinterização 124 ser depositada no leito de fabricação 130, a camada 136 pode ser exposta ao aquecimento, conforme mostrado na Figura 6b. O aquecimento pode ser realizado para pré-aquecer o material passível de sinterização 124 a uma temperatura abaixo do ponto de derretimento do material passível de sinterização 124. Desse modo, a temperatura selecionada dependerá do material passível de sinterização 124 que é usado. Como exemplos, a temperatura de aquecimento pode estar em uma faixa de 5 °C a cerca de 50 °C abaixo do ponto de derretimento do material passível de sinterização. Em um exemplo, a temperatura de aquecimento está em uma faixa de cerca de 50 °C a cerca de 400 °C. Em outro exemplo, a temperatura de aquecimento está em uma faixa de cerca de 150°C a cerca de 170°C. O pré-aquecimento da camada 136 do material passível de sinterização 124 pode ser realizado com o uso de qualquer fonte de calor adequada que expõe todo o material passível de sinterização 124 no leito de fabricação 130 ao calor. Os exemplos da fonte de calor incluem uma fonte de calor térmica ou uma fonte de radiação de luz.
[045] Após o pré-aquecimento da camada 136, um agente de fusão 138 é aplicado seletivamente em uma porção do material passível de sinterização 124 na camada 136, conforme mostrado na Figura 6c. Conforme ilustrado na Figura 6c, o agente de fusão 138 pode ser dispensado de uma cabeça de impressão por jato de tinta 106a. Embora uma cabeça de impressão única seja mostrada na Figura 6c, deve-se entender que podem ser usadas múltiplas cabeças de impressão que transpõem a largura do leito de fabricação 130. A cabeça de impressão 106a pode ser fixada a um estágio que se move em XY ou em um carro de translação (dentre os quais, nenhum é mostrado) que move a cabeça de impressão 106a adjacente ao leito de fabricação 130 a fim de depositar o agente de fusão 138 na área (ou áreas) desejável.
[046] A cabeça de impressão 106a pode ser controlada por um controlador 110 para depositar o agente de fusão 138 de acordo com um padrão de um corte transversal para a camada do objeto 3D que deve ser formada. Conforme usado no presente documento, o corte transversal da camada do objeto a ser formado se refere ao corte transversal que é paralelo à superfície de contato 132. A cabeça de impressão 106a aplica seletivamente o agente de fusão 138 nessa porção (ou porções) da camada 136 que deve ser fundida para se tornar a primeira camada do objeto 3D. Como um exemplo, caso a primeira camada deva ser conformada como um cubo ou cilindro, o agente de fusão 138 será depositado em um padrão quadrado ou em um padrão circular (a partir de uma vista superior), respectivamente, em pelo menos uma porção da camada 136 do material passível de sinterização 124. No exemplo mostrado na Figura 6c, o agente de fusão 138 é depositado em um padrão quadrado na porção 140 da camada 136 e não nas porções 142.
[047] Os exemplos de agentes de fusão adequados 138 são dispersões à base de água que incluem um agente ligante de absorção de radiação (isto é, um material ativo). O agente ativo pode ser um absorvedor de luz infravermelha, um absorvedor de luz quase infravermelha ou um absorvedor de luz visível. Como um exemplo, o agente de fusão 138 pode ser uma formulação do tipo tinta que inclui negro de carbono como o material ativo. Um exemplo dessa formulação do tipo tinta é comercialmente conhecido como CM997A disponível junto à Hewlett-Packard Company. Os exemplos de tintas que incluem intensificadores de luz visível como o agente ativo são tinta colorida à base de corante e tinta colorida à base de pigmento. Os exemplos de tintas à base de pigmento incluem as tintas CM993A e CE042A comercialmente disponíveis, disponíveis junto à Hewlett-Packard Company.
[048] A natureza aquosa do agente de fusão 138 possibilita que o agente de fusão 138 penetre, pelo menos parcialmente, na camada 136 do material passível de sinterização 124. O material passível de sinterização 124 pode ser hidrofóbico, e a presença de um cossolvente e/ou de um tensoativo no agente de fusão 138 pode auxiliar em adquirir um comportamento de molhamento desejável. Em alguns exemplos, um único agente de fusão 138 pode ser aplicado seletivamente para formar a camada de um objeto 3D, embora em outros exemplos múltiplos agentes de fusão 138 possam ser aplicados seletivamente para formar a camada do objeto 3D.
[049] Após o agente de fusão 138 ser/serem aplicado seletivamente na porção (ou porções) desejada 140, um agente de detalhamento 144 pode ser aplicado seletivamente na mesma porção e/ou em uma porção (ou porções) diferente do material passível de sinterização 124. Um exemplo da aplicação seletiva do agente de detalhamento 144 é mostrado esquematicamente na Figura 6d, em que a referência numérica 142 representa as porções do material passível de sinterização 124 aos quais o agente de detalhamento 144 é aplicado seletivamente.
[050] O agente de detalhamento 144 inclui um sal inorgânico, um tensoativo, um cossolvente, um umectante, um biocida e água. Em alguns exemplos, o agente de detalhamento 144 compreende esses componentes e nenhum outro componente. Constatou-se que essa combinação particular de componentes reduz ou impede com eficácia o vazamento de coalescência, em parte, devido à presença do sal inorgânico.
[051] O sal inorgânico usado no agente de detalhamento 144 tem uma capacidade de aquecimento relativamente alta, porém, uma emissividade de calor relativamente baixa. Essas características possibilitam que o agente de detalhamento 144 absorva a radiação aplicada (e a energia aplicada térmica do mesmo) e retenha a maior parte da energia térmica. Desse modo, muito pouco da energia térmica, caso haja, é transferido do agente de detalhamento 144 ao material passível de sinterização 124 com o qual o mesmo está em contato. Além disso, o sal inorgânico pode ter também uma condutividade térmica inferior e/ou um ponto de derretimento superior à condutividade térmica e/ou ao ponto de derretimento do material passível de sinterização 124 e, em algumas ocorrências, do material ativo no agente de fusão 138. Mediante a absorção de radiação e de energia térmica, o sal inorgânico não derrete e não transfere uma quantidade suficiente de calor ao material passível de sinterização circundante 124. Portanto, o agente de detalhamento 144 pode reduzir com eficácia a cura do material passível de sinterização 124 quando o material de sinterização 124 estiver em contato tanto com o agente de fusão 138 quanto com o agente de detalhamento 144 e pode impedir a cura do material passível de sinterização 124 quando o material de sinterização 124 estiver em contato apenas com o agente de detalhamento 144.
[052] O sal inorgânico é solúvel em água. Os exemplos de sais inorgânicos solúveis em água adequados incluem iodeto de sódio, cloreto de sódio, brometo de sódio, hidróxido de sódio, sulfato de sódio, carbonato de sódio, fosfato de sódio, iodeto de potássio, cloreto de potássio, brometo de potássio, hidróxido de potássio, sulfato de potássio, carbonato de potássio, fosfato de potássio, iodeto de magnésio, cloreto de magnésio, brometo de magnésio, fosfato de magnésio e combinações dos mesmos. O sal inorgânico pode estar presente em uma quantidade que está em uma faixa de cerca de 5,0% em peso a cerca de 50% em peso em relação a um peso total do agente de detalhamento 144.
[053] O agente de detalhamento 144 inclui também o tensoativo. O tipo e a quantidade de tensoativo podem ser selecionados de modo que um ângulo de contato θ com uma linha de contato do material passível de sinterização 124 seja menor que 45°. O ângulo de contato θ menor que 45° garante que o agente de detalhamento 144 molhará suficientemente o material passível de sinterização 124. Os componentes do agente de detalhamento 144 podem ser misturados juntos e, em seguida, a quantidade de tensoativo pode ser ajustada para alcançar o ângulo de contato desejável. Constatou-se que uma quantidade adequada de tensoativo para alcançar o ângulo de contato θ desejado pode estar em uma faixa de cerca de 0,1% em peso a cerca de 10% em peso em relação ao peso total do agente de detalhamento 144. Os exemplos de tensoativos adequados incluem tetraetileno glicol, etileno glicol lipônico 1 (LEG-1) um agente de molhamento não iônico autoemulsificável à base de química de diol acetilênico (por exemplo, SURFYNOL® SEF de Air Products and Chemicals, Inc.), um fluorotensoativo não iônico (por exemplo, CAPSTONE® fluorotensoativo de DuPont, conhecido anteriormente como ZONYL FSO) e combinações dos mesmos.
[054] Conforme verificado acima, o agente de detalhamento 144 inclui também o cossolvente, o umectante e o biocida. O cossolvente está presente em uma quantidade que está em uma faixa de cerca de 1,0% em peso a cerca de 20% em peso, o umectante está presente em uma quantidade que está em uma faixa de cerca de 0,1% em peso a cerca de 15% em peso, e o biocida está presente em uma quantidade que está em uma faixa de cerca de 0,01% em peso a cerca de 5% em peso, dentre os quais, cada um está relacionado ao peso total do agente de detalhamento 144. Os cossolventes adequados incluem 2- hidroxietil-2-pirollidinona, 2-pirollidinona, 1,6- hexanodiol e combinações dos mesmos. Os exemplos de umectantes adequados incluem Di—(2— hidroxietil)-5, 5- dimetilidantoina (por exemplo, DANTOCOL® DHF de Lonza, Inc.), propileno glicol, hexileno glicol, butileno glicol, triacetato de glicerila, álcool vinílico, neoagarobiose, glicerol, sorbitol, xilitol, maltitol, polidextrose, quillaia, glicerina, 2-metil-1,3-propanediol e combinações os mesmos. Os exemplos de biocidas adequados incluem solução aquosa de 1,2-benzisotiazolin-3-ona (por exemplo, PROXEL® GXL de Arch Chemicals, Inc.), compostos de amônio quaternário (por exemplo, BARDAC® 2250 e 2280, BARQUAT® 50-65B e CARBOQUAT® 250- T, todos de Lonza Ltd. Corp.) e uma solução aquosa de metilisotiazolona (por exemplo, KORDEK® MLX de The Dow Chemical Co.).
[055] O saldo do agente de detalhamento 144 é água. Desse modo, a quantidade de água pode variar dependendo das quantidades de sal inorgânico, tensoativo, cossolvente, umectante e biocida que são incluídas.
[056] O agente de detalhamento 144 pode ser aplicado seletivamente de maneira semelhante ao agente de fusão 138. Em um exemplo, o agente de detalhamento 144 pode ser aplicado ao mesmo tempo que o agente de fusão 138 é dispensado, com o uso de um único passe ou com o uso de múltiplos passes. Em outro exemplo, o agente de detalhamento 144 pode ser aplicado após o agente de fusão 138 ser dispensado. Conforme ilustrado na Figura 6d, o agente de detalhamento 144 pode ser dispensado de uma cabeça de impressão por jato de tinta 106b. Embora uma cabeça de impressão única seja mostrada na Figura 6d, deve-se entender que podem ser usadas múltiplas cabeças de impressão que transpõem a largura do leito de fabricação 130. A cabeça de impressão 106b pode ser fixada a um estágio que se move em XY ou em um carro de translação (dentre os quais, nenhum é mostrado) que move a cabeça de impressão 106b adjacente ao leito de fabricação 130 a fim de depositar o agente de detalhamento 144 na área (ou áreas) desejável. A cabeça de impressão 106b pode ser controlada de modo a depositar o agente de detalhamento 144 na porção (ou porções) desejada, tal como a porção (ou porções) 140 e/ou 142.
[057] Em um exemplo, pode ser desejável intensificar, refinar, suavizar etc. a borda (ou bordas) da camada do objeto 3D que está sendo formado. Nesse exemplo, o agente de fusão 138 pode ser aplicado seletivamente de acordo com o padrão do corte transversal (que é paralelo à superfície de contato 132) para a camada do objeto 3D, e o agente de detalhamento 144 pode ser aplicado seletivamente ao longo de pelo menos parte de uma delimitação de borda 146 do corte transversal, conforme mostrado na Figura 6d (vista de corte transversal lateral do sistema 100'). No exemplo mostrado, o formato da camada de objeto 3D a ser formado é um prisma retangular, e o padrão do corte transversal que é paralelo à superfície de contato 132 é um quadrado ou retângulo que tem a delimitação de borda 146. O material passível de sinterização 124 dentro da delimitação de borda 146 é a porção 140 sobre a qual o agente de fusão 138 é aplicado seletivamente. O material passível de sinterização 124 posicionado entre a delimitação de borda 146 e as bordas do leito de fabricação 130 está fora do padrão do corte transversal e, consequentemente, é a porção 142 sobre a qual o agente de detalhamento 144 é aplicado seletivamente.
[058] De modo geral, o agente de detalhamento 144 tem capacidade para impedir a cura (fusão, sinterização etc.) da porção 142 do material passível de sinterização 124, ao passo que o agente de fusão 138 tem capacidade para aprimorar a cura (fusão, sinterização etc.) da porção 140 do material passível de sinterização 124. Em alguns exemplos, pode ser desejável obter níveis diferentes de cura/fusão/sinterização dentro da camada do objeto 3D que está sendo formado. Os níveis diferentes de cura/fusão/sinterização podem ser desejáveis para controlar a distribuição de estresse interno, o empenamento, o desempenho de resistibilidade mecânica e/ou o desempenho de alongamento do objeto 3D. Em tais exemplos, o agente de fusão 138 pode ser aplicado seletivamente de acordo com o padrão do corte transversal (que é paralelo à superfície de contato 132) para a camada do objeto 3D, e o agente de detalhamento 144 pode ser aplicado seletivamente dentro de pelo menos uma porção desse corte transversal. Desse modo, o agente de detalhamento 144 é aplicado a toda ou a uma parte da porção 140 do material passível de sinterização 124 sobre a qual o agente de fusão 138 é aplicado. Como um exemplo, o agente de detalhamento 144 pode ser aplicado no centro da porção 140, ou próximo ao mesmo, do material passível de sinterização 124 e pode não ser aplicado próximo da delimitação de borda 146 da porção 140 do material passível de sinterização 124. Esse tipo de aplicação pode ser desejável quando as bordas da camada a serem formadas devem ser mecanicamente mais resistentes que o interior da camada. Nesse exemplo, o agente de detalhamento 144 tem capacidade para reduzir o nível de cura (fusão, sinterização etc.) no centro da porção 140 do material passível de sinterização 124. Visto que o agente de fusão 138 está presente na porção 140 com o agente de detalhamento 144, a cura não é impedida completamente. Deve-se entender que, quando o agente de detalhamento 144 é aplicado dentro da mesma porção 140 que o agente de fusão 138, o agente de detalhamento 144 pode ser aplicado em qualquer padrão desejável.
[059] Ainda em outro exemplo, pode ser desejável intensificar, refinar, suavizar etc. a borda (ou bordas) da camada do objeto 3D que está sendo formado e obter níveis diferentes de cura/fusão/sinterização dentro da camada do objeto 3D que está sendo formado. Nesse exemplo, o agente de fusão 138 pode ser aplicado seletivamente de acordo com o padrão do corte transversal (que é paralelo à superfície de contato 132) para a camada do objeto 3D, e o agente de detalhamento 144 pode ser aplicado seletivamente ao longo/fora de pelo menos parte de uma delimitação de borda 146 desse corte transversal (isto é, na porção 142) e pode ser aplicado seletivamente dentro de pelo menos uma porção desse corte transversal (isto é, na porção 140).
[060] À medida que as camadas do objeto 3D são aglomeradas na direção Z, a uniformidade ou as variações na cura/fusão/sinterização pode ser alcançada ao longo do plano XY e/ou ao longo do eixo geométrico Z. A cura/fusão/sinterização substancialmente uniforme podem ser alcançadas aplicando-se o agente de fusão 138 dentro do corte transversal do padrão para cada camada e aplicando-se o agente de detalhamento 144 fora da delimitação de borda 146 de cada camada na mesma densidade de voxel. Em um exemplo, as variações na cura/fusão/sinterização dentro do corte transversal das camadas podem ser alcançadas aplicando-se o agente de fusão 138 na mesma densidade de voxel em cada camada e também aplicando-se o agente de detalhamento 144 ao longo dos cortes transversais de cada uma dentre as camadas respectivas em densidades diferentes de voxel. Como um exemplo, caso seja desejável que o nível de cura/fusão/sinterização diminua de camada em camada ao longo do eixo geométrico Z, a densidade de voxel do agente de detalhamento 144 depositada dentro dos cortes transversais respectivos pode ser a mais baixa na primeira camada e pode ser aumentada em camadas formadas subsequentemente.
[061] Após o agente de fusão 138 e o agente de detalhamento 144 serem aplicados seletivamente nas porções desejadas 140 e/ou 142, a camada inteira 136 do material passível de sinterização 124 é exposta à radiação R emitida da fonte de radiação 108, conforme mostrado na Figura 6e. Em alguns exemplos, conforme verificado acima com referência às Figuras 1 a 5, a camada de material passível de sinterização 124 pode ser exposta à radiação R após o agente de fusão 138 ter sido aplicado, porém, sem ter aplicado o agente de detalhamento 144. Além disso, conforme verificado acima, a camada de material passível de sinterização pode ser exposta à radiação em uma operação de pré-fusão por uma primeira duração de tempo e, em seguida, novamente durante uma operação de fusão por uma segunda duração de tempo. Por exemplo, em uma operação de pré-fusão, a fonte de radiação 108 (por exemplo, a lâmpada de aquecimento) pode ser passada por todo o material passível de sinterização em uma primeira velocidade (por exemplo, para uma exposição rápida), seguida por uma operação de fusão em que a fonte de radiação 108 é passada por todo o material passível de sinterização em uma segunda velocidade (por exemplo, para uma exposição lenta).
[062] A fonte de radiação 108 pode emitir a radiação R, tal como lâmpada de cura IR, quase IR, UV ou visível, diodo emissor de luz (LED) IR, quase IR, UV ou visível ou lasers com comprimentos de onda específicos. A fonte de radiação 108 usada dependerá, pelo menos parcialmente, do tipo do agente de fusão 138 que é usada. A fonte de radiação 108 pode ser fixada, por exemplo, a um carro que também retém a cabeça (ou cabeças) de impressão 106a, 106b. O carro pode mover a fonte de radiação 108 para uma posição que é adjacente ao leito de fabricação 130. A fonte de radiação 108 pode ser controlada de modo a expor a camada 136, incluindo o agente de fusão 138 e o agente de detalhamento 144, à radiação R. A extensão de tempo em que a radiação R é aplicada, ou o tempo de exposição de energia, pode depender por exemplo, de um ou mais dentre: características da fonte de radiação 108; características do material passível de sinterização 124; e/ou características do agente de fusão 138.
[063] O agente de fusão 138 intensifica a absorção da radiação R, converte a radiação absorvida em energia térmica e promove a transferência do calor térmico ao material passível de sinterização 124 com o qual o mesmo está em contato (isto é, na porção 140). Em um exemplo, o agente de fusão 138 eleva suficientemente a temperatura do material passível de sinterização 124 na porção 140 acima do ponto (ou pontos) de derretimento, o que permite a cura (por exemplo, sinterização, ligação, fusão etc.) das partículas de material passível de sinterização 124.
[064] Quando o agente de detalhamento 144 é aplicado com o agente de fusão 138 em pelo menos parte da porção (ou porções) 140, os níveis de cura diferentes podem ser alcançados. Nesse exemplo, a presença do agente de detalhamento 144 pode fazer com que o agente de fusão 138 aqueça o material passível de sinterização 124 a uma temperatura que está abaixo do ponto de derretimento do mesmo, porém, que seja adequada causa amolecimento e ligação das partículas de material passível de sinterização 124. Além disso, as porções 142 do material passível de sinterização 124 que não têm o agente de fusão 138 aplicado às mesmas, mas que tem o agente de detalhamento 144 aplicado às mesmas absorvem, de fato, a energia. No entanto, a modificação de agente de detalhamento 144 não emite a energia absorvida ao material passível de sinterização adjacente 124. Portanto, nessas ocorrências, as partículas de material passível de sinterização 124 dentro da porção (ou porções) 142 não excedem, de modo geral, o ponto de derretimento e não se curam.
[065] A exposição à radiação R forma uma camada 148 do objeto 3D 156 a ser formado, conforme mostrado na Figura 6f. As operações descritas acima em relação às Figuras 6a a 6f podem ser repetidas para criar camadas subsequentes, tais como camadas 150, 152 e 154 (a Figura 6f) e, por fim, formar o objeto 3D 156. Durante a aplicação de energia de radiação, o calor absorvido de uma porção do material passível de sinterização 124 no qual o agente de fusão 138 foi entregue ou penetrou pode se propagar para uma camada solidificada anteriormente, tal como a camada 148, o que faz com que pelo menos parte dessa camada se aqueça além do ponto de derretimento da mesma. Esse efeito ajuda a criar uma ligação intercamada resistente entre as camadas do objeto 3D 156. A Figura 6f ilustra um exemplo do objeto 3D 156. No entanto, uma variedade infinita de objetos 3D é possível através de variações nos formatos, tamanhos e espessuras das camadas (por exemplo, camadas 148, 150, 152, 154) que formam o objeto 3D.
[066] Conforme ilustrado na Figura 6f, as camadas 148, 150, 152 e 154 são formadas, o pistão de entrega 126 é empurrado mais próximo à abertura do leito de entrega 122, e o abastecimento do material passível de sinterização 124 no leito de entregue é diminuído 122 (em comparação, por exemplo, ao abastecimento na Figura 6a). O pistão de fabricação 134 é empurrado mais distante na direção contrária à abertura do leito de fabricação 130 a fim de acomodar a camada (ou camadas) de material passível de sinterização 124, o agente de fusão 138 aplicado seletivamente e o agente de detalhamento aplicado seletivamente 144. Visto que pelo menos parte do material passível de sinterização 124 permanece não curada após cada camada 148, 150, 152 e 154 ser formada, o objeto 3D 156 é circundado pelo menos parcialmente pelo material passível de sinterização não curado 124 e pelo agente de detalhamento 144 no leito de fabricação 130. Quando o objeto 3D 156 estiver completo, o mesmo pode ser removido do leito de fabricação 130, e o material passível de sinterização não curado 124 e o agente de detalhamento 144 podem ser separados um do outro. Em um exemplo, um tratamento com água (por exemplo, dissolução do agente de detalhamento, filtração etc.) pode ser usado para remover o agente de detalhamento 144 do material passível de sinterização 124. O material passível de sinterização não curado 124 pode ser lavado e, então, reutilizado.
Claims (15)
1. Método de impressão (300) tridimensional, 3D, compreendendo: aplicar (302) um material passível de sinterização (124); aplicar seletivamente (304) um agente de fusão (138) em uma porção do material passível de sinterização (124); caracterizado por compreender ainda aplicar (306) uma primeira quantidade de energia de radiação à porção do material passível de sinterização (124) para pré-aquecer a porção de material passível de sinterização (124) a uma temperatura pelo menos tão alta quanto a temperatura do material passível de sinterização (124) circundante, mas abaixo de um ponto de derretimento; e aplicar (308) uma segunda quantidade de energia de radiação à porção do material passível de sinterização (124) para adicionalmente aquecer a porção do material passível de sinterização a uma temperatura que funde a porção do material passível de sinterização (124), a segunda quantidade de energia de radiação sendo mais alta do que a primeira quantidade de energia de radiação.
2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que: a aplicação (406) de uma primeira quantidade de energia de radiação compreende passar uma lâmpada de aquecimento (108) por toda a porção do material passível de sinterização (124) em uma primeira velocidade; e a aplicação (408) de uma segunda quantidade de energia de radiação compreende passar uma lâmpada de aquecimento (108) por toda a porção do material passível de sinterização (124) em uma segunda velocidade diferente da primeira velocidade.
3. Método, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que passar a lâmpada de aquecimento (108) por toda a porção do material passível de sinterização (124) em uma segunda velocidade compreende passar a lâmpada de aquecimento (108) por toda a porção do material passível de sinterização (124) em uma velocidade mais lenta que a primeira velocidade.
4. Método, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que passar a lâmpada de aquecimento (108) por toda a porção do material passível de sinterização (124) em uma primeira velocidade compreende passar a lâmpada de aquecimento (108) por toda a porção do material passível de sinterização (124) em uma velocidade entre 38,1 centímetros (15 polegadas) por segundo e 50,8 centímetros (20 polegadas) por segundo.
5. Método, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que passar a lâmpada de aquecimento (108) por toda uma porção do material passível de sinterização (124) em uma segunda velocidade compreende passar a lâmpada de aquecimento (108) por toda a porção do material passível de sinterização (124) em uma velocidade entre 12,7 centímetros (5 polegadas) por segundo e 38,1 centímetros (15 polegadas) por segundo.
6. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda aplicar seletivamente um agente de detalhamento (144) na porção (142), em outra porção (140), ou tanto na porção quanto (142) na outra porção (140) do material passível de sinterização (124).
7. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda aquecer o material passível de sinterização (124) antes da aplicação do agente de fusão (138).
8. Método, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que o aquecimento do material passível de sinterização (124) compreende aquecer o material passível de sinterização (124) a uma temperatura que está em uma faixa de 50 °C a 400 °C.
9. Sistema para impressão tridimensional (3D), compreendendo: um suporte (102) para material passível de sinterização (124); um distribuidor (104) de material passível de sinterização para fornecer uma camada de material passível de sinterização (124) no suporte (102); um distribuidor de agente de fusão (106a) para entregar seletivamente um agente de fusão (138) em uma porção da camada de material passível de sinterização (124); e caracterizado por compreender ainda um módulo de pré-fusão/fusão (118) para controlar uma fonte de radiação de modo a aplicar uma primeira quantidade de energia de radiação para pré-aquecer uma camada de material passível de sinterização (124) a uma temperatura que é abaixo de um ponto de derretimento do material passível de sinterização (124) durante uma primeira operação de pré- fusão e aplicar uma segunda quantidade de energia de radiação para adicionalmente aquecer a camada de material passível de sinterização (124) a uma temperatura que funde uma porção da camada de material passível de sinterização (124) durante um estágio de fusão, a segunda quantidade de energia de radiação sendo maior do que a primeira quantidade de energia.
10. Sistema, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que compreende ainda: um distribuidor de agente de detalhamento (106a) para entregar seletivamente um agente de detalhamento (144) na porção (142) da camada do material passível de sinterização (124); e um módulo de imageamento (116) para controlar o distribuidor de agente de fusão (106a) de modo a depositar o agente de fusão (138) de acordo com um padrão de imagem de um corte transversal de um objeto 3D para a camada de material passível de sinterização (124) e para controlar o distribuidor de agente de detalhamento (106b) de modo a depositar o agente de detalhamento (144) de acordo com um padrão de detalhe para a camada de material passível de sinterização (124).
11. Sistema, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que o distribuidor de agente de fusão (106a) compreende um primeiro arranjo de bocais de uma cabeça de impressão (106) e em que o distribuidor de agente de detalhamento (106b) compreende um segundo arranjo de bocais da cabeça de impressão (106).
12. Meio de armazenamento legível por máquina não transitório, armazenando instruções que, quando executadas por um processador de um dispositivo de impressão tridimensional (3D), induzem o dispositivo de impressão 3D a: depositar (502) um material passível de sinterização (124) em um leito de fabricação (130) para formar uma camada de objeto 3D; aquecer (504) o material passível de sinterização (124) a uma temperatura que está em uma faixa de 50 °C a 400 °C; depositar (506) um agente de fusão (138) em uma porção do material passível de sinterização (124) de acordo com um padrão de imagem de um corte transversal da camada de objeto 3D; caracterizado por induzir ainda o dispositivo de impressão 3D a: expor (508) o material passível de sinterização (124) à radiação por uma primeira duração em um pré-estágio de fusão para pré-aquecer o material passível de sinterização (124) a uma temperatura abaixo de um ponto de derretimento do material passível de sinterização (124); e expor (510) o material passível de sinterização (124) à radiação por uma segunda duração em um estágio de fusão, em que a segunda duração é mais longa que a primeira duração e a radiação a partir da exposição pela segunda duração é maior do que a radiação a partir da exposição pela primeira duração.
13. Meio, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que o depósito (506) do agente de fusão (138) compreende depositar um agente de fusão colorido cuja cor é selecionada dentre o grupo que consiste em ciano, magenta, amarelo ou combinações das mesmas.
14. Meio, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que as instruções fazem ainda com que o dispositivo de impressão 3D deposite um agente de detalhamento (144) na porção (142), em outra porção (140), ou tanto na porção quanto (142) na outra porção (140) do material passível de sinterização (124).
15. Meio, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que as instruções fazem ainda com que o dispositivo de impressão 3D repita (514) o espalhamento de um material passível de sinterização (124) em um leito de fabricação (130), o aquecimento do material passível de sinterização (124), o depósito de um agente de fusão (138), a exposição do material passível de sinterização (124) à radiação por uma primeira duração e a exposição do material passível de sinterização (124) à radiação por uma segunda duração, para formar camadas de objeto (148, 150, 152, 154) subsequentes de um objeto 3D (156).
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