BR112018010081B1

BR112018010081B1 - LOW DENSITY UNDERWATER BUOATABILITY AND INSULATION MATERIAL AND MANUFACTURING METHOD

Info

Publication number: BR112018010081B1
Application number: BR112018010081-1A
Authority: BR
Inventors: Timothy H. Cook; David A. Capotosto
Original assignee: Timothy H. Cook; David A. Capotosto
Priority date: 2015-11-17
Filing date: 2015-11-17
Publication date: 2022-11-22
Also published as: WO2017086923A8; WO2017086923A1; CA3005429A1; EP3377302A4; EP3377302A1; AU2015414725A1; CA3005429C; BR112018010081A2; AU2015414725B2

Abstract

FLUTUABILIDADE SUBMARINA DE BAIXA DENSIDADE E MATERIAL DE ISOLAMENTO E MÉTODO DE FABRICAÇÃO. A presente invenção se refere tanto a um método de construção quanto de fabricação de material que resulta em materiais de baixa densidade, especialmente para uso como flutuabilidade submarina e isolamento. os produtos são fabricados por um processo de fabricação aditiva, que imprime camadas finas de um material polimérico, enquanto deixa espaços vazios de formatos, tamanhos e distribuição precisamente predeterminados, com espessuras precisamente predeterminadas entre os espaços vazios. os produtos resultantes fornecem resistência, flutuabilidade e valor isolante otimizados com uso e densidade mínimos de material.LOW DENSITY UNDERWATER BUOATABILITY AND INSULATION MATERIAL AND MANUFACTURING METHOD. The present invention relates to both a method of construction and material fabrication that results in low density materials, especially for use as underwater buoyancy and insulation. the products are manufactured by an additive manufacturing process, which prints thin layers of a polymeric material, while leaving voids of precisely predetermined shapes, sizes and distribution, with precisely predetermined thicknesses between the voids. the resulting products provide optimized strength, buoyancy and insulating value with minimal material usage and density.

Description

BACKGROUND OF THE INVENTION

[0001] Materiais de resistência alta/baixa densidade são usados em industriais submarinas em uma ampla variedade de aplicações. O propósito primário dos materiais é conferir flutuabilidade e/ou isolamento térmico ao equipamento e às estruturas a fim de reduzir carga e/ou minimizar perda de calor. O material de escolha para esse propósito é epóxi e espuma sintática à base de microesfera de vidro. O epóxi fornece resistência para resistir às pressões extremas submarinas. As microesferas de vidro oco fornecem flutuabilidade e valor isolante.[0001] High strength/low density materials are used in subsea industries in a wide variety of applications. The primary purpose of the materials is to provide buoyancy and/or thermal insulation to equipment and structures in order to reduce load and/or minimize heat loss. The material of choice for this purpose is epoxy and syntactic foam based on glass microspheres. Epoxy provides strength to withstand extreme underwater pressures. Hollow glass microspheres provide buoyancy and insulating value.

[0002] O material e os processos usados para fabricar e converter esses materiais em objetos isolantes/flutuáveis tem permanecido essencialmente inalterado há mais de 50 anos. O processo mais comum consiste em maximizar resinas de epóxi com microesferas de vidro oco (também conhecidas como microbalões), distribuir essa mistura no interior de moldes ou alojamentos plásticos moldados de modo giratório e, em seguida, cura. Em alguns casos, para aumentar adicionalmente o valor isolante e/ou a flutuabilidade, esferas ocas grandes (algumas vezes denominadas como macroesferas) são adicionadas aos moldes ou alojamentos e a espuma sintática é despejada ao redor dos mesmos. Em quase todos os casos, processos de fabricação secundária são necessários para completar os objetivos.[0002] The material and processes used to manufacture and convert these materials into insulating/floating objects have remained essentially unchanged for over 50 years. The most common process is to maximize epoxy resins with hollow glass microspheres (also known as microballoons), dispense this mixture into rotary molded plastic molds or housings, and then cure. In some cases, to further increase insulating value and/or buoyancy, large hollow spheres (sometimes referred to as macrospheres) are added to molds or housings and syntactic foam is poured around them. In almost all cases, secondary manufacturing processes are required to complete objectives.

[0003] Uma vez que a aplicações desses materiais varia amplamente, inúmeras formas de tamanho e formato precisam ser criadas. Ferramentas personalizadas devem sempre ser produzidas para moldar as partes. Essa é uma despesa e também adiciona tempo para cada projeto.[0003] Since the applications of these materials vary widely, numerous shapes of size and shape need to be created. Custom tools must always be produced to shape the parts. This is an expense and also adds time to each project.

[0004] Há várias desvantagens em relação a esse material e metodologia existentes que ainda não foram superadas. Uma primeira desvantagem é que a metodologia de processamento a granel depende da disposição aleatória de microesferas e/ou macroesferas (sendo que ambas contêm uma distribuição de tamanhos) para criar espaços vazios dentro do epóxi. Sendo assim, o empacotamento máximo teórico de espaços vazios nunca é alcançado. Por exemplo, um objeto com esferas regularmente dimensionadas, empacotado cuidadosamente, pode alcançar uma densidade de vazio de 74%. A densidade de vazio máxima alcançada através de empacotamento aleatório das microesferas rende aproximadamente 64%. Com a adição de macroesferas à espuma sintática, a densidade de vazio pode ser adicionalmente aumentada, mas nunca resultará em empacotamento de esfera otimizado.[0004] There are several drawbacks to this existing material and methodology that have not yet been overcome. A first drawback is that the bulk processing methodology relies on the random arrangement of microspheres and/or macrospheres (both of which contain a size distribution) to create voids within the epoxy. Therefore, the theoretical maximum packing of empty spaces is never achieved. For example, an object with regularly sized spheres, carefully packed, can achieve a void density of 74%. The maximum void density achieved through random packing of the microspheres yields approximately 64%. With the addition of macrospheres to syntactic foam, the void density can be further increased, but it will never result in optimized sphere packing.

[0005] Uma segunda desvantagem é que permite-se que as esferas toquem uma na outra ou tenham apenas uma espessura mínima de epóxi entre as mesmas. Idealmente, haveria uma espessura de epóxi cuidadosamente calculada entre cada espaço vazio para maximizar resistência de compósito e valor isolante, e minimizar a densidade.[0005] A second disadvantage is that the spheres are allowed to touch each other or have only a minimal thickness of epoxy between them. Ideally, there would be a carefully calculated thickness of epoxy between each gap to maximize composite strength and insulating value, and minimize density.

[0006] Uma terceira desvantagem é que o empacotamento aleatório e a tecnologia de processamento por lotes permitem que áreas de fundição tenham espaços vazios de epóxi. Esses espaços têm microesferas ou macroesferas que não são corretamente encapsuladas em epóxi, resultando em seções fracas nos objetos.[0006] A third disadvantage is that random packing and batch processing technology allows foundry areas to have epoxy voids. These spaces have microbeads or macrobeads that are not properly encapsulated in epoxy, resulting in weak sections on objects.

[0007] Necessidades existem para processos e materiais de isolamento e flutuabilidade melhorados que obtenham as demandas desafiadoras de aplicações submarinas.[0007] Need exists for improved insulation and buoyancy processes and materials that meet the challenging demands of subsea applications.

SUMMARY OF THE INVENTION

[0008] A presente invenção se refere tanto a um método de construção quanto de fabricação de material que resulta em materiais de baixa densidade, especialmente para uso como flutuabilidade submarina e isolamento. Os produtos são fabricados por um processo de fabricação aditiva, que cria múltiplas camadas finas sequenciais de material enquanto deixa espaços vazios de tamanhos, formato e distribuição precisamente controlados e predeterminados, e com espessura de material precisamente predeterminada e controlada entre os espaços vazios. Cada camada sequencial é produzida como um líquido e, então, endurecida, curada parcialmente ou curada completamente. Os produtos resultantes fornecem resistência, flutuabilidade e valor isolante otimizados com uso e densidade mínimos de material.[0008] The present invention relates to both a method of construction and material fabrication that results in low-density materials, especially for use as underwater buoyancy and insulation. Products are manufactured by an additive manufacturing process, which creates multiple sequential thin layers of material while leaving voids of precisely controlled and predetermined size, shape and distribution, and with precisely predetermined and controlled material thickness between the voids. Each sequential layer is produced as a liquid and then hardened, partially cured, or fully cured. The resulting products provide optimized strength, buoyancy and insulating value with minimal material usage and density.

[0009] A presente invenção fornece material com espaços vazios otimizados criados através de fabricação aditiva, como impressão 3D. O resultado é um material de baixa densidade adequado para uso em aplicações de pressão/força elevadas com o uso de uma metodologia de espaços precisamente dispostos e controle preciso de espessuras de material ao redor e entre espaços vazios para minimizar densidade enquanto maximiza resistência.[0009] The present invention provides material with optimized void spaces created through additive manufacturing such as 3D printing. The result is a low density material suitable for use in high pressure/force applications using a precisely spaced gap methodology and precise control of material thicknesses around and between voids to minimize density while maximizing strength.

[0010] O material é selecionado e projetado através da inicialização com as restrições de aplicação geométrica, de pressão, densidade e/ou de isolamento. A solução é moldada em 3D CAD, e os espaços vazios são otimizados. A resistência do resultados pode ser verificada através de análise de elemento finito (FEA). Mediante conclusão do projeto, o modelo de 3D CAD é preparado para fabricação. No caso de impressão 3D, o material é impresso camada por camada com o uso do processo de fabricação aditiva. O material é uniforme ou varia dentro das camadas e/ou dentro das camadas adjacentes.[0010] The material is selected and designed by initializing it with geometric application, pressure, density and/or insulation constraints. The solution is molded in 3D CAD, and empty spaces are optimized. The strength of the results can be verified through finite element analysis (FEA). Upon completion of the design, the 3D CAD model is prepared for fabrication. In the case of 3D printing, the material is printed layer by layer using the additive manufacturing process. The material is uniform or varies within layers and/or within adjacent layers.

[0011] A otimização do espaço vazio é alcançada através da variação do tamanho e formato do vazio, colocação do vazio, espessura de parede entre os espaços vazios e espessuras de parede externa de acordo com os requisitos de uma aplicação específica.[0011] Void space optimization is achieved by varying void size and shape, void placement, wall thickness between voids, and external wall thicknesses according to the requirements of a specific application.

[0012] Em uma modalidade, os espaços vazios são esferas e as esferas são variadas em tamanhos escolhidos para empacotamento, resistência e/ou valor isolante otimizados. Em outra modalidade, os espaços vazios são esferoides achatados. Formatos vazios são ilimitados e têm como base os requisitos de projeto de densidade, resistência e/ou isolamento.[0012] In one embodiment, the voids are spheres and the spheres are varied in sizes chosen for optimized packing, strength and/or insulating value. In another embodiment, the voids are flattened spheroids. Empty shapes are unlimited and are based on density, strength and/or insulation design requirements.

[0013] Em uma modalidade, o material é impresso em pressão atmosférica. Em outras modalidades, o material que incorpora os volumes vazios é impresso em pressões ambientes aumentadas ou reduzidas, o último também se refere ao presente documento como vácuo. Em outra modalidade, os espaços vazios podem ser preenchidos com gases diferentes de ar que estão presentes através do preenchimento do invólucro da impressora com gases selecionados, geralmente inertes.[0013] In one embodiment, the material is printed at atmospheric pressure. In other embodiments, the material incorporating the voids is printed at increased or reduced ambient pressures, the latter also referred to herein as vacuum. In another embodiment, the voids can be filled with gases other than air that are present by filling the printer enclosure with selected, generally inert, gases.

[0014] Em uma modalidade, o material impresso é unitário. Em outra modalidade, os espaços vazios são encapsulados por materiais impressos específicos, e o restante do material impresso é um material diferente. Em outra modalidade, um outro material é impresso como uma carcaça externa. Em outra modalidade, materiais de reforço, impressos ou colocados, são adicionados para aumentar a resistência.[0014] In one embodiment, the printed material is unitary. In another embodiment, the voids are encapsulated by specific printed materials, and the rest of the printed material is a different material. In another embodiment, another material is printed as an outer shell. In another embodiment, reinforcing materials, printed or placed, are added to increase strength.

[0015] A invenção fornece o potencial para substituir todos os casos de uso de espuma sintática em material de flutuabilidade submarina e isolamento. Um valor inerente da invenção é a estrutura de material resultante de espaços vazios predeterminados e dispostos precisamente no material sólido. A estrutura de material pode ser fabricada de forma prática através do uso de processos de fabricação aditiva. Um material de baixa densidade adequado para uso em aplicações de pressão/força elevadas usa uma metodologia de espaços precisamente dispostos e controle preciso de espessuras de material ao redor e entre os espaços vazios para minimizar densidade enquanto maximiza resistência. Uma ampla lista de materiais para imprimir e materiais para adicionar incluem como exemplos epóxi, vinil ésteres, termoplásticos, poliuretano, espuma sintática, estirenos, nanopartículas, fibras de vidro, fibras de carbono, microesferas e fibras naturais. O processo de fabricação também pode ser realizado mediante pressão atmosférica, pressão aumentada ou reduzida para controlar pressões internas nos espaços vazios e controlar o teor de ar ou gás nos espaços vazios.[0015] The invention provides the potential to replace all use cases of syntactic foam in subsea buoyancy material and insulation. An inherent value of the invention is the material structure resulting from predetermined and precisely arranged voids in the solid material. The material structure can be practically manufactured through the use of additive manufacturing processes. A low density material suitable for use in high pressure/force applications uses a precisely spaced methodology and precise control of material thicknesses around and between the voids to minimize density while maximizing strength. An extensive list of materials to print and materials to add to include epoxy, vinyl esters, thermoplastics, polyurethane, syntactic foam, styrenes, nanoparticles, glass fibers, carbon fibers, microbeads and natural fibers. The manufacturing process can also be carried out under atmospheric pressure, increased or reduced pressure to control internal pressures in the voids and control the air or gas content in the voids.

[0016] A invenção fornece objetos fortes de densidade baixa com densidade minimizada com resistência maximizada para uso em aplicações de pressão/força elevadas. Os objetos têm espaços vazios precisamente controlados em locais predeterminados e espessura de material predeterminada precisamente controlada entre os espaços vazios precisamente controlados. O material é, de preferência, um polímero que contém fibras, nanopartículas, fibras de vidro, fibras de carbono, microesferas, fibras naturais, ou combinações do mesmo. O material polimérico é, de preferência, um polímero como: epóxi, vinil, ésteres, termoplásticos, poliuretano, espuma sintática, estirenos ou combinações do mesmo. Em uma modalidade, o polímero pode ser um polímero sólido. Os espaços vazios contêm um gás ou mistura de gases sob pressão atmosférica, pressão aumentada ou pressão reduzida (sendo que a última também é conhecida como vácuo).[0016] The invention provides strong low density objects with minimized density with maximized strength for use in high pressure/force applications. Objects have precisely controlled voids at predetermined locations and precisely controlled predetermined material thickness between the precisely controlled voids. The material is preferably a polymer containing fibers, nanoparticles, glass fibers, carbon fibers, microspheres, natural fibers, or combinations thereof. The polymeric material is preferably a polymer such as: epoxy, vinyl, esters, thermoplastics, polyurethane, syntactic foam, styrenes or combinations thereof. In one embodiment, the polymer can be a solid polymer. Void spaces contain a gas or mixture of gases under atmospheric pressure, increased pressure, or reduced pressure (the latter of which is also known as a vacuum).

[0017] O gás é ar, um gás inerte ou um gás de baixa densidade.[0017] The gas is air, an inert gas or a low density gas.

[0018] Em uma forma, o material é um primeiro material, e os espaços vazios predeterminados são circundados por um segundo material entre o primeiro material e os espaços vazios. O primeiro material e o segundo material são formados em múltiplas camadas finas sequenciais. As camadas sequenciais do primeiro material e do segundo material são camadas sequenciais depositadas através de um processo de fabricação aditiva. O material é formado em múltiplas camadas finas sequenciais que têm espessura de material predeterminada entre os locais predeterminados dos espaços vazios.[0018] In a shape, the material is a first material, and the predetermined voids are surrounded by a second material between the first material and the voids. The first material and second material are formed into multiple sequential thin layers. The sequential layers of the first material and the second material are sequential layers deposited through an additive manufacturing process. The material is formed into multiple sequential thin layers having predetermined material thickness between predetermined void space locations.

[0019] Uma carcaça é formada ao redor de um lado de fora do material.[0019] A shell is formed around one outside of the material.

[0020] Um novo método forma um objeto com flutuabilidade submarina tridimensional de alta pressão e baixa densidade resistente à força através da formação de um material em camadas aditivas ao redor de posições e tamanhos precisamente controlados e predeterminados dos espaços vazios, enquanto controla precisamente espessuras predeterminadas do material ao redor e entre os espaços vazios. O método usa um processo de fabricação aditiva, como impressão tridimensional. O método inclui imprimir o material em um invólucro que tem um vácuo ou um gás sob uma pressão controlada, em que os espaços vazios contêm o vácuo ou o gás sob pressão controlada.[0020] A new method forms a force-resistant, high-pressure, low-density, three-dimensional underwater buoyancy object by forming a material in additive layers around precisely controlled and predetermined positions and sizes of voids, while precisely controlling predetermined thicknesses of the material around and between the voids. The method uses an additive manufacturing process such as three-dimensional printing. The method includes printing the material into a housing having a vacuum or gas under controlled pressure, wherein the void spaces contain the vacuum or gas under controlled pressure.

[0021] Em um método, o material é um primeiro material e um segundo material é depositado nas múltiplas camadas finas sequenciais entre o primeiro material e os espaços vazios predeterminados, formando, assim, superfícies do segundo material que circundam os espaços vazios entre os espaços vazios e o primeiro material. Uma camada de material externa é formada no lado de fora do primeiro material ao redor do objeto.[0021] In one method, the material is a first material and a second material is deposited on the sequential multiple thin layers between the first material and the predetermined voids, thereby forming surfaces of the second material that surround the voids between the voids voids and the first material. An outer material layer is formed on the outside of the first material surrounding the object.

[0022] Esses e outros objetivos e recursos adicionais da invenção são evidentes na revelação, o que inclui o relatório descritivo presente e descrito acima, com as reivindicações e os desenhos.[0022] These and other objects and additional features of the invention are evident in the disclosure, which includes the present descriptive report and described above, with the claims and the drawings.

BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

[0023] A Figura 1 mostra um corte transversal de microesferas misturadas aleatoriamente em um epóxi.[0023] Figure 1 shows a cross section of microspheres mixed randomly in an epoxy.

[0024] A Figura 2 mostra microesferas e macroesferas juntas em uma fundição, bem como algumas macroesferas soltas.[0024] Figure 2 shows microspheres and macrospheres together in a foundry, as well as some loose macrospheres.

[0025] A Figura 3 mostra um recorte de uma carcaça plástica preenchida com espuma e um molde que contém espuma sintática.[0025] Figure 3 shows a cutout of a plastic housing filled with foam and a mold containing syntactic foam.

[0026] A Figura 4 mostra um exemplo da invenção em um recorte de uma parte impressa que mostra um material sólido com espaços vazios de tamanhos diferentes dentro.[0026] Figure 4 shows an example of the invention in a cutout of a printed part that shows a solid material with empty spaces of different sizes inside.

[0027] A Figura 5 mostra um exemplo da invenção com uma parte impressa que demostra espaços vazios descobertos e espaços vazios encapsulados por um material que é diferente do material sólido primário.[0027] Figure 5 shows an example of the invention with a printed part that demonstrates uncovered voids and voids encapsulated by a material that is different from the primary solid material.

[0028] A Figura 6 mostra um exemplo de um recorte de uma nova parte impressa que mostra um material sólido com espaços vazios de tamanhos diferentes dentro e uma carcaça externa impressa de um material secundário.[0028] Figure 6 shows an example of a cutout of a new printed part that shows a solid material with voids of different sizes inside and an outer shell printed from a secondary material.

[0029] A Figura 7 é um exemplo esquemático de uma parte que está sendo impressa.[0029] Figure 7 is a schematic example of a part being printed.

DETAILED DESCRIPTION

[0030] A Figura 1 é uma imagem microscópica de um corte transversal de microesferas 12 misturado aleatoriamente em epóxi 10. A imagem mostra tanto a variação em tamanho quanto em formato da microesferas 12, bem como o empacotamento aleatório dessas esferas no epóxi 10.[0030] Figure 1 is a microscopic image of a cross-section of microspheres 12 mixed randomly in epoxy 10. The image shows both the variation in size and shape of microspheres 12, as well as the random packing of these spheres in epoxy 10.

[0031] A Figura 2 mostra macroesferas 14 de tamanhos diferentes juntas com espuma preenchida com microesfera na fundição de espuma sintática da técnica anterior 10 bem como algumas macroesferas soltas 14. A imagem mostra tanto a variação em tamanho quanto em formato das macroesferas 14, bem como o empacotamento aleatório 16 dessas esferas.[0031] Figure 2 shows different sized macrospheres 14 together with microsphere-filled foam in prior art syntactic foam casting 10 as well as some loose macrospheres 14. The image shows both the variation in size and shape of the macrospheres 14 as well like randomly packing 16 of these spheres.

[0032] A Figura 3 mostra um recorte de uma carcaça 30 plástica preenchida com espuma 32 e um molde 34 que contém espuma sintática 32. Nessa imagem, os objetos são mostrados com espuma sintática 32 sem macroesferas. O alojamento plástico tem uma porta de preenchimento 31 através da qual o alojamento é preenchido. Uma vez despejado e curado, o objeto pode ser submetido às operações secundárias (como perfuração de orifícios de montagem) antes de estar pronto para remessa. O molde mostrado 34 é típico. Moldes são frequentemente produzidos a partir de madeira ou metal. A espuma seria despejada no interior de uma área aberta do molde e curada. Após cura, a espuma 32 seria removida do molde 34 e finalizada.[0032] Figure 3 shows a cutout of a plastic housing 30 filled with foam 32 and a mold 34 containing syntactic foam 32. In this image, objects are shown with syntactic foam 32 without macrospheres. The plastic housing has a filling port 31 through which the housing is filled. Once poured and cured, the object can be subjected to secondary operations (such as drilling mounting holes) before it is ready for shipment. The mold shown 34 is typical. Molds are often produced from wood or metal. The foam would be poured into an open area of the mold and cured. After curing, the foam 32 would be removed from the mold 34 and finished.

[0033] A Figura 4 mostra um recorte de uma parte impressa parte 40 de uma modalidade da invenção que mostra um material sólido 42 com espaços vazios diferentes 44 dentro. Os tamanhos, formatos e colocações vazios e a espessura do material sólido 46 entre os espaços vazios são determinados antes da fabricação aditiva e otimizados para produzir a melhor razão de densidade/resistência para a aplicação.[0033] Figure 4 shows a cutout of a printed part 40 of an embodiment of the invention showing a solid material 42 with different voids 44 inside. The void sizes, shapes and placements and the thickness of the solid material 46 between the voids are determined prior to additive manufacturing and optimized to produce the best density/strength ratio for the application.

[0034] A Figura 5 mostra uma parte impressa 50 da invenção que demostra espaços vazios descobertos 54 e espaços vazios 56 encapsulados por um material que é diferente do material sólido primário 52. Um material secundário pode ser usado para aumentar exatidão do tamanho e formato vazios ou para aumentar velocidades de processamento ao permitir que formatos vazios 56 sejam precisamente impressos e que o material sólido primário 52 seja impresso mais rapidamente.[0034] Figure 5 shows a printed part 50 of the invention that demonstrates uncovered voids 54 and voids 56 encapsulated by a material that is different from the primary solid material 52. A secondary material can be used to increase accuracy of void size and shape or to increase processing speeds by allowing blanks 56 to be accurately printed and solid primary material 52 to be printed more quickly.

[0035] A Figura 6 mostra um recorte de uma parte impressa 60 que mostra um material sólido 62 com espaços vazios de tamanhos diferentes 64 dentro e uma carcaça externa impressa 68 de um material secundário. A impressão de uma carcaça externa cria uma superfície externa decorativa e protetora e pode eliminar a necessidade de um segundo processo de finalização.[0035] Figure 6 shows a cutout of a printed part 60 showing a solid material 62 with voids of different sizes 64 inside and a printed outer shell 68 of a secondary material. Printing an outer casing creates a decorative and protective outer surface and can eliminate the need for a second finishing process.

[0036] A Figura 7 mostra uma parte 50 sendo impressa. A máquina 70 inclui componentes 72, 74 que permitem movimentos axiais múltiplos do equipamento de dispensação 76 e/ou da parte impressa 50. Os movimentos são controlados por computador.[0036] Figure 7 shows a part 50 being printed. Machine 70 includes components 72, 74 that permit multiple axial movements of dispensing equipment 76 and/or printed part 50. The movements are computer controlled.

[0037] Embora a invenção tenha sido descrita em referência às modalidades específicas, modificações e variações da invenção podem ser realizadas sem se afastar do escopo da invenção, que é definido nas seguintes reivindicações.[0037] Although the invention has been described with reference to specific embodiments, modifications and variations of the invention can be carried out without departing from the scope of the invention, which is defined in the following claims.

Claims

1. Device CHARACTERIZED by the fact that it comprises an object (40, 50, 60) with underwater buoyancy and formed by 3D printing, which has a material with multiple sequential layers (42, 52, 62), empty spaces (44, 54, 56, 64) within the material at predetermined locations in the multiple sequential layers and predetermined thickness of material between the predetermined locations of the voids, the sequential layers of material being additive layers that form the object (40, 50, 60) with density minimized and maximized resistance.

2. Device, according to claim 1, CHARACTERIZED by the fact that the material is a polymer comprising substances sectioned from the group consisting of fibers, nanoparticles, glass fibers, carbon fibers, microspheres, natural fibers and combinations the same.

3. Appliance, according to claim 1, CHARACTERIZED by the fact that the material is selected from the group consisting of polymer, epoxy, vinyl, esters, thermoplastics, polyurethanes, syntactic foam, styrenes and combinations thereof.

4. Appliance, according to claim 1, CHARACTERIZED by the fact that the empty spaces (44, 54, 56, 64) are filled with gas.

5. Appliance, according to claim 4, CHARACTERIZED by the fact that the gas is air.

6. Appliance, according to claim 4, CHARACTERIZED by the fact that the gas is an inert gas.

7. Appliance, according to claim 4, CHARACTERIZED by the fact that the gas is at atmospheric pressure.

8. Appliance, according to claim 4, CHARACTERIZED by the fact that the gas is at pressures above ambient pressure.

9. Apparatus, according to claim 1, CHARACTERIZED by the fact that the empty spaces (44, 54, 56, 64) are under vacuum.

10. Apparatus, according to claim 1, characterized by the fact that the material is a first material and the voids (44, 54, 56, 64) are surrounded by a second material between the first material and the voids ( 44, 54, 56, 64).

11. Apparatus, according to claim 10, CHARACTERIZED by the fact that the first material and the second material form the multiple sequential layers.

12. Apparatus according to claim 10, characterized by the fact that the sequential layers of the first material and the second material are multiple sequential additive layers deposited by a 3D printing additive manufacturing process.

13. Apparatus according to claim 1, characterized by the fact that the layers are printed layers of material comprising stacks of sequential printing layers.

14. Apparatus according to claim 1, characterized by the fact that it additionally comprises a shell comprising additive sequential shell layers around an outside of the material.

15. Method of forming an object with high-pressure and force-resistant three-dimensional underwater buoyancy, as defined in claim 1, CHARACTERIZED by the fact that it comprises forming a material sequentially in multiple sequential layers, forming voids (44, 54, 56 , 64) within the material at predetermined locations in the sequential multiple layers with predetermined thickness of material between the predetermined locations of the voids (44, 54, 56, 64), controlling sizes and positions of the voids (44, 54, 56, 64 ), form the sequential layers of material as additive layers and form the object with minimized density and with maximized strength, in a 3D printing manufacturing process.

16. Method, according to claim 15, CHARACTERIZED by the fact that the formation of the material comprises depositing the material in sequential layers by a 3D printing additive manufacturing process.

17. Method, according to claim 16, CHARACTERIZED by the fact that it additionally comprises printing the material in a casing that has a vacuum or a gas under a controlled pressure, in which the voids (44, 54, 56, 64) contain vacuum or gas under controlled pressure.

18. Method, according to claim 17, characterized by the fact that printing the material comprises printing a first material and further comprising printing a second material in thin layers between the first material and the voids (44, 54, 56 , 64) and thereby forming surfaces of the second material surrounding the voids (44, 54, 56, 64) between the voids (44, 54, 56, 64) and the first material.

19. Method, according to claim 18, CHARACTERIZED by the fact that it additionally comprises printing an outer material layer outside the first material around the object.

20. Method, according to claim 17, CHARACTERIZED by the fact that printing the material comprises 3D printing of sequential layers and empty spaces (44, 54, 56, 64).

21. Apparatus, according to claim 1, CHARACTERIZED by the fact that the empty spaces (44, 54, 56, 64) have formats sectioned from the group consisting of spherical, oblate spheroids and combinations thereof.

22. Apparatus, according to claim 1, characterized by the fact that the object (40, 50, 60) is an object with underwater buoyancy.

23. Appliance, according to claim 1, characterized by the fact that the object (40, 50, 60) is an insulating object.

24. Apparatus, according to claim 1, characterized by the fact that the object (40, 50, 60) is a 3D printed object.