BR112018072385B1 - Métodos de impressão de um objeto tridimensional e meio de armazenamento legível por máquina não transitório - Google Patents

Abstract

FORMAÇÃO DE MICROESTRUTURAS EM IMPRESSÃO 3D. Em uma implementação de exemplo, um método de impressão de um objeto tridimensional (3D) inclui aplicar uma camada de pó de construção em uma plataforma de impressão e depositar um micropadrão deliberado de agente líquido no pó dentro de um macropadrão que define uma seção transversal de um objeto 3D a ser impresso. O método inclui formar uma microestrutura a partir do micropadrão deliberado por aplicar energia de fusão ao pó, a microestrutura compreendendo áreas fundidas e áreas sinterizadas entre as áreas fundidas.

Description

FUNDAMENTOS

[001] Processos de fabricação aditiva podem produzir objetos tridimensionais (3D) fornecendo um acúmulo de camada por camada e a unificação do material padronizado a partir de um modelo digital. Na impressão 3D, por exemplo, porções padronizadas digitalmente de camadas de material sucessivas podem ser unidas em conjunto por fusão, ligação ou solidificação por meio de processos que incluem fusão, sinterização, extrusão e irradiação. A qualidade, resistência e funcionalidade dos objetos produzidos por tais sistemas podem variar dependendo do tipo de tecnologia de fabricação aditiva usada.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[002] Os exemplos serão agora descritos com referência aos desenhos anexos, nos quais: a Figura 1 mostra uma vista em perspectiva de um exemplo de sistema de impressão tridimensional (3D) adequado para a formação de microestruturas 3D ao imprimir objetos 3D; a Figura 2 mostra uma vista de cima para baixo de um exemplo de sistema de impressão tridimensional (3D) em que um objeto 3D está sendo impresso; a Figura 3 mostra um número de micropadrões de exemplo adequados para uso em um sistema de impressão 3D para criar microestruturas em um objeto 3D; a Figura 4 mostra um exemplo de uma microestrutura que pode resultar da aplicação de energia de fusão a um micropadrão tal como o micropadrão de linha 152a, da Figura 3; as Figuras 5, 6 e 7, são fluxogramas mostrando exemplos de métodos de impressão de um objeto tridimensional (3D).

[003] Ao longo dos desenhos, números de referência idênticos designam elementos semelhantes, mas não necessariamente idênticos.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[004] Em alguns exemplos de impressão tridimensional (3D), objetos 3D podem ser produzidos em um sistema de impressão 3D (ou seja, uma impressora 3D) por depositar e processar camadas de material de construção, como camadas de náilon em pó, ou poliamida. Cada camada de material de construção (ou seja, pó) pode ser depositada e processada em uma plataforma de impressão dentro de um espaço de trabalho de sistema. A plataforma de impressão pode ser movida verticalmente para baixo para aumentar a altura do espaço de trabalho à medida que camadas adicionais de pó são depositadas e processadas. O processamento pode incluir a aplicação seletiva de um agente de fusão sobre camadas do pó em áreas onde o pó deve ser fundido em conjunto. Por exemplo, o agente de fusão pode ser aplicado para cobrir uma área de seção transversal de um objeto 3D sendo impresso, de acordo com um modelo digital 3D. O agente de fusão pode revestir a superfície exterior do pó e penetrar em uma camada de pó. O processamento também pode incluir expor o pó a uma energia de fusão, tal como radiação de luz visível e/ou radiação infravermelha (IV). O agente de fusão depositado sobre o pó pode absorver a radiação e convertê-la em energia térmica. A energia térmica pode fundir (ou seja, derreter e coalescer) essas áreas do pó nas quais o agente de fusão foi aplicado. Esse processo pode ser repetido com cada camada de pó depositada no espaço de trabalho até que cada área de seção transversal seja fundida em conjunto para formar um objeto 3D.

[005] Em alguns exemplos, objetos coloridos podem ser gerados por tais processos de impressão 3D aditiva. A qualidade da cor produzida em objetos 3D, como o brilho da cor e a vivacidade, pode depender, em parte, do grau de brancura do objeto. Quanto mais branco um objeto puder ser feito, mais brilhantes e mais vibrantes as cores aplicadas ao objeto aparecerão para um observador. Por conseguinte, em alguns exemplos, a produção de objetos coloridos pode incluir a adição de agentes de branqueamento durante a impressão, que permitem que o objeto acabado difunda mais eficazmente a luz. Isto pode ser feito, por exemplo, por misturar um material de dispersão de luz, tal como TiO2 no pó, ou misturar o material de dispersão de luz com um agente de fusão ou uma tinta e jateando o mesmo sobre o pó. Embora os agentes de dispersão de luz possam ajudar a produzir objetos mais brancos, eles podem, às vezes, ter um impacto negativo nas propriedades mecânicas do objeto quando eles tiverem sido dispersos ao longo de todo o material dentro do objeto (por exemplo, material plástico). Além disso, dispensar o agente de dispersão de luz dentro de um agente de fusão ou tinta pode resultar em uma carga de água aumentada que inibe a fusão do objeto.

[006] Em alguns exemplos, produzir objetos 3D mais brancos pode envolver sinterizar os objetos em vez de fundir totalmente os objetos. Como aqui utilizado, a sinterização refere-se a um processo que liga em conjunto as partículas, tais como partículas de material de construção em pó, através da aplicação de calor e/ou pressão, sem fundir completamente as partículas. Em contraste, tal como aqui utilizado, fusão refere-se a um processo pelo qual tais partículas em pó são completamente fundidas e depois solidificadas. Em alguns exemplos, a sinterização pode ser obtida por depositar quantidades menores de agente de fusão ou de um agente de fusão diluído sobre o pó antes de aplicar uma energia de fusão reduzida. Uma região sinterizada pode ser um invólucro fino que envolve um núcleo fundido de um objeto, ou uma região sinterizada pode penetrar mais profundamente em um objeto, estendendo através de várias camadas dentro do objeto.

[007] Devido ao fato de as partículas sinterizadas (ou seja, não fundidas) terem um efeito de dispersão de luz melhorado, a sinterização de um objeto pode ajudar a criar uma aparência homogênea e esbranquiçada em todo o objeto. Embora a sinterização possa ajudar a criar objetos mais brancos, no entanto, variações no processo de sinterização, como variações na aplicação de energia de fusão e/ou agentes de fusão, podem algumas vezes levar a resultados inconsistentes que reduzem a qualidade dos objetos 3D. Por exemplo, em alguns casos, um aumento inadvertido na quantidade de energia de fusão durante a sinterização pode derreter completamente (isto é, fundir) partículas, fazendo com que o objeto resultante fique escuro em cor devido a uma degradação no efeito de dispersão de luz. Por outro lado, diminuições na quantidade de energia de fusão podem resultar em partículas mal conectadas que podem fazer com que a estrutura mecânica do objeto fique muito fraca para sobreviver ao manuseio ou uso esperado do objeto.

[008] Assim, em alguns exemplos aqui descritos, a impressão de um objeto 3D pode incluir a formação de microestruturas 3D deliberadas em toda a superfície do objeto para fornecer uma cor de superfície uniforme e aprimorada sem negociar a gama para fusão de partículas ou impacto significativo na resistência mecânica. Depositar um agente de fusão em material de construção em pó (por exemplo, polímero em pó) em micropadrões deliberados e fornecer um evento de fusão subsequente pode criar microestruturas consistentes, fortemente fundidas e deliberadas enquanto simultaneamente cria regiões deliberadas de partículas sinterizadas dentro das lacunas da microestrutura. As áreas de partículas sinterizadas dentro das lacunas da microestrutura fundida aumentam a luz dispersa de volta para um observador que faz com que os objetos pareçam mais brancos e mais brilhantes. As microestruturas fundidas ajudam a capturar e reter pó sinterizado e corantes dentro das lacunas de microestrutura, o que faz com que as cores dos objetos pareçam mais brilhantes e mais vibrantes contra o fundo branco das partículas sinterizadas.

[009] Em alguns exemplos, tais microestruturas 3D também podem ser formadas e distribuídas dentro de um objeto 3D à medida que o objeto é impresso, de modo que as microestruturas estejam presentes em múltiplas camadas internas do objeto. Além de melhorar o desempenho da cor de um objeto, as microestruturas formadas dentro do objeto fornecem resistência e desempenho mecânico robustos para o objeto. Por exemplo, a formação de microestruturas ao longo de várias camadas internas de um objeto pode fornecer melhoria significativa de cor dentro do objeto e nas superfícies externas do objeto, além de criar um alto grau de resistência mecânica no objeto. A formação de microestruturas em várias camadas externas de um objeto em conjunto com a formação de um núcleo de objeto totalmente fundido/derretido pode resultar em um objeto que tenha a resistência mecânica de um objeto totalmente fundido, bem como um desempenho de cor aprimorado.

[0010] Como usado aqui, o termo "micropadrão" é destinado a se referir a um pequeno padrão criado dentro de um macropadrão maior. O termo 'macropadrão'destina-se a referir-se a um padrão maior que define ou circunscreve uma fatia de seção transversal de um objeto 3D sendo impresso. Um micropadrão pode ser criado por depositar um agente de fusão líquido em material de construção em pó dentro do perímetro de um macropadrão. Os macropadrões, ou fatias de seção transversal de objetos 3D que estão sendo impressos, são derivados de dados de modelo de objeto 3D que representam os objetos 3D a serem impressos.

[0011] Em um exemplo particular, um método de impressão de um objeto tridimensional (3D) inclui a recepção de dados de objeto que representam um modelo de um objeto 3D, e a modificação dos dados de objeto para gerar dados de objetos padronizados. Os dados de objetos padronizados representam um modelo de objeto 3D que inclui um micropadrão. Usando os dados de objeto padronizados, os dados de impressão são gerados para controlar uma impressora 3D para depositar um agente de fusão líquido sobre uma camada de material de construção dentro de um macropadrão que compreende uma seção transversal de um objeto 3D sendo impresso. O depósito do agente de fusão líquido forma um micropadrão de áreas de agente que possuem agente de fusão líquido, e áreas de lacuna que não possuem agente de fusão líquido. O método inclui a formação de uma microestrutura 3D através da aplicação de radiação infravermelha para simultaneamente fundir as áreas de agente enquanto sinteriza as áreas de lacuna.

[0012] Em outro exemplo, um meio de armazenamento legível por máquina não transitório armazena instruções que, quando executadas por um processador de uma impressora tridimensional (3D), fazem com que a impressora 3D deposite uma camada de pó sobre uma plataforma de impressão, e para formar na camada de pó, um micropadrão compreendendo áreas fusíveis nas quais o agente de fusão é depositado separado por áreas sinterizáveis entre as áreas fusíveis nas quais o agente de fusão não é depositado. A impressora 3D expõe a camada de pó à radiação infravermelha para fundir simultaneamente as áreas fusíveis e sinterizar as áreas sinterizáveis em uma microestrutura.

[0013] Em outro exemplo, um método de impressão de um objeto 3D inclui aplicar uma camada de pó de impressão em uma plataforma de impressão, e depositar um micropadrão de agente líquido sobre o pó dentro de um macropadrão que define uma seção transversal de um objeto 3D a ser impresso. O método inclui a formação de uma microestrutura a partir do micropadrão por aplicar energia de fusão ao pó. A microestrutura inclui áreas fundidas e áreas sinterizadas entre as áreas fundidas.

[0014] A Figura 1 mostra uma vista em perspectiva de um exemplo de sistema de impressão tridimensional (3D) 100 adequado para a formação de microestruturas 3D ao imprimir objetos 3D de acordo com exemplos aqui descritos. O sistema de impressão de exemplo 100 inclui uma plataforma de impressão móvel 102, ou plataforma de construção 102 que pode servir como um piso para um espaço de trabalho 104 no qual um objeto 3D (não mostrado na Figura 1) pode ser impresso. O espaço de trabalho 104 pode incluir paredes fixas 105 (ilustradas como parede frontal 105a, parede lateral 105b, parede posterior 105c, parede lateral 105d) em torno da plataforma de impressão 102. As paredes fixas 105 e plataforma 102 podem conter um volume de material de construção em pó depositado camada por camada no espaço de trabalho 104 durante a impressão de um objeto 3D. Para fins desta descrição e para ajudar a ilustrar diferentes elementos e funções do sistema de impressão 3D 100, a parede frontal 105a do espaço de trabalho 104 é mostrada como sendo transparente. Durante a impressão, um volume de construção dentro do espaço de trabalho 104 pode incluir todo ou parte de um objeto 3D formado por pó processado com agente de fusão e energia de fusão (por exemplo, radiação) foi aplicado. O volume de construção também pode incluir pó não processado que envolve e suporta o objeto 3D dentro do espaço de trabalho 104.

[0015] A plataforma de impressão 102 é móvel dentro do espaço de trabalho 104 em uma direção para cima e para baixo, como indicado pela seta para cima 106 e seta para baixo 108, respectivamente. Quando se inicia a impressão de um objeto 3D, a plataforma de impressão 102 pode estar localizada em uma posição ascendente em direção ao topo do espaço de trabalho 104 à medida que uma primeira camada de material de construção em pó é depositada sobre a plataforma 102 e processada. Depois de uma primeira camada de pó ter sido processada, a plataforma 102 pode mover em uma direção descendente 108 à medida que camadas adicionais de material de construção em pó são depositadas na plataforma 102 e processadas.

[0016] O exemplo de sistema de impressão 3D 100 inclui um abastecimento de material de construção em pó 110, ou pó. O material de construção, alternativamente referido aqui como "pó", pode compreender material em pó feito de vários materiais que são adequados para produzir objetos 3D. Tais materiais em pó podem incluir, por exemplo, polímeros, vidro, cerâmica (por exemplo, alumina, Al2O3), hidroxiapatita, metais e assim por diante. O sistema de impressão 100 pode alimentar o pó a partir do abastecimento 110 para o espaço de trabalho 104 usando um espalhador 112 para espalhar de maneira controlada o pó em camadas sobre a plataforma de impressão 102, e/ou sobre outras camadas de pó previamente depositadas. Um espalhador 112 pode incluir, por exemplo, um rolo, uma lâmina ou outro tipo de dispositivo de espalhamento de material.

[0017] O exemplo de sistema de impressão 3D 100 também inclui um distribuidor de agente líquido 114. Enquanto outros tipos de distribuidores de líquidos são possíveis, o distribuidor de exemplo 114 mostrado e descrito aqui compreende uma cabeça de impressão 114 ou cabeças de impressão, tais como cabeças de impressão de jato de tinta térmicas ou piezoelétricas. O exemplo de cabeça de impressão 114 compreende uma cabeça de impressão de gota sob demanda tendo uma matriz de bicos de ejeção de líquido adequados para entregar seletivamente um agente de fusão ou outro líquido sobre uma camada de pó que foi espalhada na plataforma de impressão 102. Em alguns exemplos, a cabeça de impressão 114 tem uma dimensão de comprimento que permite abranger a profundidade 116 do espaço de trabalho 104. Assim, a cabeça de impressão 114 pode varrer sobre a largura 118 do espaço de trabalho 104 em uma configuração de matriz de página ampla conforme aplica gotículas de um agente de fusão, corante ou outro líquido sobre camadas de pó dentro do espaço de trabalho 104.

[0018] A Figura 1 mostra um exemplo de movimento de varredura (ilustrado pela seta de direção 120) da cabeça de impressão 114. A cabeça de impressão de varredura é ilustrada por uma representação de cabeça de impressão de linha tracejada 122 que é exibida através do espaço de trabalho 104 enquanto ejeta gotículas de líquido 124 sobre uma camada de pó (não mostrada) no espaço de trabalho 104. Embora não mostrado no exemplo da Figura 1, durante a impressão, uma porção de um objeto 3D estaria presente dentro do espaço de trabalho 104 à medida que a cabeça de impressão 114 varre o espaço de trabalho e ejeta as gotículas 124 de um agente de fusão ou outro líquido.

[0019] Exemplos de agentes de fusão adequados para ejeção a partir da cabeça de impressão 114 incluem dispersões à base de água compreendendo um agente de absorção de radiação. O agente de absorção de radiação pode ser um absorvedor de radiação infravermelha (IV), um absorvedor de radiação no infravermelho próximo ou um absorvedor de luz visível. Em alguns exemplos, um agente de fusão pode ser uma formulação tipo tinta incluindo negro de fumo como o agente de absorção de radiação. Em alguns exemplos, um agente de fusão pode ser uma tinta ou outro líquido que absorve energia no espectro IV, mas reflete energia no espectro de luz visível. Tintas coloridas à base de pigmento e corante são exemplos de tintas que incluem agente de absorção de luz visível.

[0020] Como mostrado na Figura 1, o exemplo de sistema de impressão 3D 100 também inclui uma fonte de energia de fusão tal como fonte de radiação 126. A fonte de radiação 126 pode ser implementada em uma variedade de maneiras incluindo, por exemplo, como uma lâmpada de cura ou como diodos emissores de luz (LEDs) para emitir raios IV, IV próximo, UV ou luz visível, ou como lasers com comprimentos de onda específicos. A fonte de radiação 126 pode depender em parte do tipo de agente de fusão e/ou pó utilizado no processo de impressão. A fonte de radiação 126 pode ser anexada a um carrinho (não mostrado) e pode ser estacionária ou varrida através do espaço de trabalho 104. A fonte de radiação 126 pode aplicar radiação R para camadas de pó no espaço de trabalho 104 para facilitar o aquecimento e fusão do pó. Em alguns exemplos, um agente de fusão 124 pode ser aplicado seletivamente pela cabeça de impressão 114 para uma camada de pó para melhorar a absorção da radiação R e ajudar a converter a radiação absorvida em energia térmica. Em áreas onde o agente de fusão foi aplicado ao pó, a radiação absorvida pode aquecer o pó suficientemente para causar fusão do pó. Como discutido em mais detalhe abaixo, em áreas onde o agente de fusão não foi aplicado ao pó, a dispersão de calor a partir de áreas fundidas pode fazer com que o pó sinterize.

[0021] O exemplo de sistema de impressão 3D 100 inclui adicionalmente um exemplo de controlador 128. O controlador 128 pode controlar várias operações do sistema de impressão 100 para facilitar a impressão de objetos 3D como geralmente descrito acima, tais como espalhar o pó no espaço de trabalho 104, aplicar seletivamente o agente de fusão 124 a porções do pó, e expor o pó à radiação R. Além disso, como descrito mais detalhadamente abaixo, o controlador 128 pode controlar o sistema de impressão 3D 100 para formar microestruturas em superfícies de objetos 3D e internamente dentro de objetos 3D, para fornecer melhor controle sobre a cor e o desempenho funcional dos objetos.

[0022] Como mostrado na Figura 1, um exemplo de controlador 128 pode incluir um processador (CPU) 130 e uma memória 132. O controlador 128 pode adicionalmente incluir outros componentes eletrônicos (não mostrados) para comunicar com e controlar vários componentes do sistema de impressão 3D 100. Esses outros componentes eletrônicos podem incluir, por exemplo, componentes eletrônicos discretos e/ou um ASIC (circuito integrado de aplicação específica). A memória 132 pode incluir componentes de memória voláteis (isto é, RAM) e não voláteis (por exemplo, ROM, disco rígido, disco ótico, CD-ROM, fita magnética, memória flash, etc.). Os componentes da memória 132 compreendem meios de comunicação não transitórios, legíveis por máquina (por exemplo, legíveis por computador/processador) que podem fornecer 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 130 do sistema de impressão 3D 100.

[0023] Um exemplo de instruções executáveis a serem armazenadas na memória 132 inclui instruções associadas a um módulo de construção 134 e um módulo de depósito de micropadrão 136, enquanto exemplos de dados armazenados podem incluir dados de objeto 138 e dados de objetos padronizados 140. Em geral, módulos 134 e 136 incluem instruções de programação executáveis pelo processador 130 para fazer o sistema de impressão 3D 100 realizar operações relacionadas com a impressão de objetos 3D dentro de um espaço de trabalho 104, incluindo impressão de objetos 3D compreendendo microestruturas 3D padronizadas variavelmente através das camadas superficiais de objetos e em camadas internas de objetos para ajudar a melhorar a cor e o desempenho mecânico. Tais operações podem incluir, por exemplo, as operações dos métodos 500, 600 e 700, descritos abaixo em relação às Figuras 5, 6 e 7, respectivamente.

[0024] Em alguns exemplos, o controlador 128 pode receber dados de objeto 138 a partir de um sistema de hospedeiro tal como um computador. Os dados de objeto 138 podem representar, por exemplo, arquivos de objeto definindo modelos de objeto 3D a serem produzidos no sistema de impressão 3D 100. Dados de objeto 138 podem incluir informações sobre características de resistência e cor de um objeto 3D que podem ser usadas para determinar quando e como incorporar microestruturas no objeto, como descrito abaixo. Executando instruções a partir do módulo de construção 134, o processador 130 pode gerar dados de impressão para cada fatia de seção transversal de um modelo de objeto 3D a partir dos dados de objeto 138. Os dados de impressão podem definir, por exemplo, cada fatia de seção transversal de um modelo de objeto 3D, os agentes líquidos a serem usados para cobrir o pó de construção dentro de cada fatia de seção transversal, e como a energia de fusão deve ser aplicada para fundir cada camada de pó. O processador 130 pode utilizar os dados de impressão para controlar componentes do sistema de impressão 100 para processar cada camada de pó. Assim, os dados de objeto podem ser usados para gerar comandos e/ou parâmetros de comando para controlar a distribuição do pó de construção a partir de um abastecimento 110 para a plataforma de impressão 102 por um espalhador 112, a aplicação de agentes de fusão por uma cabeça de impressão 114 sobre camadas do pó, a aplicação de radiação por uma fonte de radiação 126 para as camadas de pó, e assim por diante.

[0025] Um módulo de depósito de micropadrão 136 inclui instruções executáveis adicionais para permitir que um processador 130 do sistema de impressão 3D 100 modifique dados de objeto 138. As instruções podem fazer com que o processador faça determinações sobre como e se modificar dados de objeto 138 com micropadrões baseados em, por exemplo, características de cor e resistência que são definidas nos dados de objeto. Por exemplo, um objeto definido para ter maior resistência pode ser modificado com micropadrões em sua superfície externa, mas não em camadas internas, a fim de fornecer um desempenho de cor modesto, mas para garantir que o núcleo do objeto seja totalmente fundido. Um objeto definido para ter maior desempenho de cor pode ser modificado para que ambas as camadas externas e internas do objeto sejam modificadas com micropadrões. Da mesma forma, as características de cor e resistência que são definidas nos dados de objeto 138 podem causar determinações em relação aos tipos de micropadrões usados para modificar dados de objeto 138. Por exemplo, como observado abaixo, a densidade dos micropadrões e a espessura dos recursos de micropadrão podem ser usadas para controlar melhor a cor e a resistência dos objetos 3D. Dados de objeto 138 que pedem um objeto com maior resistência podem causar uma modificação que inclui micropadrões densos tendo recursos mais espessos embalados de perto juntos para fornecer maior desempenho de resistência. Da mesma forma, dados de objeto 138 que pedem um objeto com maior desempenho de cor podem causar uma modificação que inclui micropadrões menos densos tendo recursos finos que são mais espaçados entre si. Assim, instruções a partir do módulo 136 são executáveis para controlar a modificação de um modelo de objeto 3D a partir dos dados de objeto 138 para criar dados de objeto padronizados 140. Os dados de objeto padronizados 140 podem ainda definir um modelo de objeto 3D para incluir micropadrões a serem impressos dentro de macropadrões maiores que definem fatias de seção transversal do modelo de objeto 3D, conforme observado acima. O processador 130 pode utilizar dados de impressão gerados a partir dos dados de objeto padronizados 140 para controlar o sistema de impressão 100 para imprimir micropadrões e formar microestruturas em camadas de superfície e camadas internas de um objeto 3D.

[0026] A Figura 2 mostra uma vista de cima para baixo de um exemplo de sistema de impressão tridimensional (3D) 100, no qual um objeto 3D está sendo impresso. Como mostrado na Figura 2, uma camada de pó de construção 142 foi depositada na plataforma de impressão 102 dentro do espaço de trabalho 104 do sistema 100. A camada de pó 142 pode ser uma camada que é para formar uma camada de superfície externa de um objeto 3D ou uma camada interna do objeto 3D. Um macropadrão 144 formado na camada de pó 142 define uma fatia de seção transversal do objeto 3D sendo impresso. No exemplo da Figura 2, o macropadrão 144 parece ter a forma de uma roda dentada tendo um orifício circular 146 no seu centro. Dentro do macropadrão 144 e delineando o macropadrão 144, encontram-se dois micropadrões exemplares (ilustrados como um primeiro micropadrão 148 e um segundo micropadrão 150) que foram formados pela deposição de um agente líquido sobre a camada de pó 142. Em alguns exemplos, um único micropadrão pode ser formado dentro de um macropadrão 144, enquanto em outros exemplos múltiplos micropadrões podem ser formados dentro do macropadrão 144. Ao fundir, diferentes micropadrões podem resultar em microestruturas que fornecem características de cor e resistência mecânica variáveis dentro de um objeto 3D. Consequentemente, o uso de diferentes micropadrões dentro de macropadrões 144 (isto é, fatias de seção transversal) em camadas ao longo de um objeto 3D pode criar um objeto 3D com diversas características mecânicas e de cor. Com referência à Figura 2, por exemplo, um primeiro micropadrão 148 formado dentro do macropadrão 144 pode resultar em microestruturas que têm forte desempenho de cor e resistência moderada, enquanto um segundo micropadrão 150 resulta em microestruturas que têm desempenho de cor moderado e alta resistência.

[0027] A Figura 3 mostra um número de exemplos de micropadrões 152 (ilustrados como micropadrões 152a, 152b, 152c e 152d) que podem ser adequados para utilização em um sistema de impressão 3D 100 para criar microestruturas em um objeto 3D. Os micropadrões 152 mostrados na Figura 3 servem como exemplos, e não pretendem indicar quaisquer limitações quanto a outros micropadrões que podem ser adequados para uso em um sistema de impressão 3D 100. Os micropadrões adequados podem incluir uma variedade de padrões geométricos incluindo diferentes padrões tipo treliça baseados em linhas, pontos, quadrados, triângulos e outras geometrias. Em tais padrões de rede, os recursos geométricos, tais como as linhas ou pontos, devem ser regularmente espaçados ao longo do padrão. Em alguns exemplos, micropadrões podem ser entrelaçados entre camadas de um objeto para criar microestruturas que são entrelaçadas entre camadas do objeto, como mostrado na Figura 4.

[0028] Um micropadrão pode ser formado por depositar controladamente o agente de fusão líquido sobre uma camada de pó de construção. Em relação aos micropadrões 152 mostrados na Figura 3 e os micropadrões 148 e 150 mostrados na Figura 2, o agente de fusão líquido é representado como os recursos geométricos escurecidos, tais como as linhas 154 ou macropontos 156 (isto é, múltiplos pixels de agente líquido). Assim, micropadrões 152 compreendem áreas de agente 154 (ilustradas como áreas de agente 154a, 154b, 154c, 154d) que têm agente de fusão líquido depositado nas mesmas e áreas de lacuna 156 (ilustradas como áreas de lacuna 156a, 156b, 156c, 156d) que não possuem agente de fusão líquido. A aplicação de energia de fusão a um micropadrão pode formar uma microestrutura que inclui áreas de agente fundidas e áreas de lacunas sinterizadas. A Figura 4 mostra um exemplo de seção transversal de uma microestrutura 158 que pode resultar da aplicação de energia de fusão a um micropadrão tal como o micropadrão de linha 152a da Figura 3. A microestrutura 158 foi formada em várias camadas ilustradas como camada n, camada n + 1 e camada n + 2. Neste exemplo, a camada n + 2 pode representar a camada de superfície de um objeto, enquanto a camada n e a camada n + 1 podem representar camadas subjacentes à camada de superfície. Como notado acima, a microestrutura 158 compreende uma estrutura que é entrelaçada entre as camadas de um objeto. As regiões fundidas 160 da microestrutura 158 são formadas onde as áreas de agente geram calor suficiente para criar uma superfície solidamente fundida, enquanto as regiões sinterizadas 162 são formadas nas áreas de lacuna a partir do calor indireto que se dispersa para as áreas de lacuna a partir das áreas de agente. As regiões fundidas 160 da microestrutura ajudam a capturar e reter pó sinterizado e corantes 164 dentro das áreas de lacuna 162.

[0029] Em geral, a formação de micropadrões deliberados permite o controle sobre a criação de microestruturas que incluem regiões fundidas e regiões sinterizadas na superfície e/ou camadas internas de um objeto 3D. Controlar o tamanho e a distribuição de regiões fundidas e sinterizadas na superfície e outras camadas de um objeto 3D permite uma janela de processo mais ampla para controlar a cor e a resistência dos objetos. Por exemplo, a criação de micropadrões densos com recursos mais espessos, como linhas ou pontos mais espessos que são embalados de perto juntos podem fornecer maior desempenho de resistência com menor desempenho de cor, devido à maior área de região fundida resultante. Por outro lado, micropadrões menos densos tendo recursos finos que são espaçados podem proporcionar melhor desempenho de cor com menor desempenho de resistência devido à diminuição da área de regiões fundidas resultante. Com referência à Figura 3, o exemplo de micropadrão 152a compreende um padrão de linha no qual um agente de fusão é depositado em linhas que são separadas por lacunas que não possuem agente líquido. A espessura das linhas, a densidade do agente de fusão aplicada às linhas, e o tamanho das lacunas entre as linhas podem afetar se calor suficiente será gerado em um evento de fusão para criar áreas sólidas fundidas e áreas sinterizadas nas lacunas. Em alguns exemplos, as linhas podem ter uma espessura entre 1/1200" (0,0211667 mm) e 3/1200" (0,0635 mm), e ser separadas por lacunas que têm uma espessura entre 5/1200" (0,105833 mm) e 12/1200" (0,254 mm) em que o pó sinterizado é formado. Similarmente, em um micropadrão de pontos tal como o micropadrão 152b na Figura 3, macropontos podem ter um tamanho entre 5/1200" (0,105833 mm) e 8/1200" (0,169333 mm), e podem ser espaçados equilateralmente dentro de lacunas que podem variar de 8/1200" (0,169333 mm) a 16/1200" (0,338667 mm). Embora alguns exemplos de tamanhos para tamanhos de recurso de micropadrão (isto é, tamanhos para linhas e pontos) e lacunas entre os recursos tenham sido fornecidos, outros tamanhos e dimensões são possíveis e são contemplados aqui.

[0030] As Figuras 5, 6 e 7 são fluxogramas mostrando os métodos de exemplo 500, 600 e 700, de impressão de um objeto tridimensional (3D). Os métodos 500, 600 e 700 estão associados aos exemplos discutidos acima em relação às Figuras 1 a 4, e os detalhes das operações mostradas nos métodos 500, 600 e 700 podem ser encontrados na discussão relacionada de tais exemplos. As operações dos métodos 500, 600 e 700 podem ser concretizadas como instruções de programação armazenadas em um meio legível por máquina não transitório (por exemplo, legíveis por computador/processador), tal como a memória 132 mostrada na Figura 1. Em alguns exemplos, a implementação das operações dos métodos 500, 600 e 700 pode ser realizada por um processador, tal como um processador 130 da Figura 1, lendo e executando as instruções de programação armazenadas em uma memória 132. Em alguns exemplos, a implementação das operações dos métodos 500, 600 e 700 pode ser realizada usando um ASIC e/ou outros componentes de hardware sozinhos ou em combinação com instruções de programação executáveis por um processador 130.

[0031] Os métodos 500, 600 e 700 podem incluir mais do que uma implementação, e diferentes implementações dos métodos 500, 600 e 700 podem não empregar todas as operações apresentadas nos respectivos fluxogramas das Figuras 5, 6 e 7. Portanto, enquanto as operações dos métodos 500, 600 e 700 são apresentadas em uma ordem particular dentro de seus respectivos fluxogramas, a ordem de suas apresentações não se destina a ser uma limitação quanto à ordem na qual as operações podem realmente ser implementadas, ou se todas as operações podem ser implementadas. Por exemplo, uma implementação do método 500 pode ser obtida por meio do desempenho de várias operações iniciais, sem executar uma ou mais operações subsequentes, enquanto outra implementação do método 500 pode ser obtida por meio da realização de todas as operações.

[0032] Com referência agora ao fluxograma da Figura 5, um exemplo de método 500 de imprimir um objeto tridimensional (3D) começa com a recepção de dados de objeto que representam um modelo de um objeto 3D, como mostrado no bloco 502. Como mostrado no bloco 504, o método inclui modificar os dados de objeto para gerar dados de objeto padronizados. Modificar os dados de objeto pode incluir integrar um micropadrão deliberado com os dados de objeto. Como mostrado no bloco 506, a partir dos dados de objeto padronizados, dados de impressão são gerados para controlar uma impressora 3D para depositar um micropadrão deliberado do agente de fusão líquido sobre uma camada de material de construção dentro de um macropadrão que compreende uma seção transversal de um objeto 3D sendo impresso. O micropadrão deliberado compreende áreas de agente que possuem agente de fusão líquido e áreas de lacuna que não possuem agente de fusão líquido. Como mostrado no bloco 508, em alguns exemplos, o depósito de um micropadrão deliberado compreende depositar um agente de fusão de absorção de radiação infravermelha (IV). O depósito de um micropadrão deliberado também pode incluir depositar múltiplos micropadrões diferentes na camada de material de construção em diferentes áreas dentro do macropadrão, como mostrado no bloco 510. A aplicação de energia de fusão inclui aplicar radiação IV para fazer com que o agente de fusão aqueça o material de construção de acordo com o micropadrão deliberado enquanto não aquece o corante líquido, como mostrado no bloco 512.

[0033] Como mostrado no bloco 514, o método 500 inclui formar uma microestrutura deliberada que corresponde ao micropadrão deliberado por aplicar energia de fusão a fim de fundir simultaneamente as áreas de agente, enquanto sinterizando as áreas de lacuna. Em diferentes exemplos, a formação de uma microestrutura deliberada em uma camada do objeto 3D pode incluir formar a microestrutura em uma camada superficial do objeto 3D, uma camada interna do objeto 3D e/ou suas combinações. O método inclui ainda depositar um corante líquido sobre a camada de material de construção dentro do macropadrão, como mostrado no bloco 516. Como mostrado no bloco 518, o corante líquido pode ser capturado dentro das áreas de lacuna ao formar a microestrutura.

[0034] Com referência agora à Figura 6, outro exemplo de método 600 de imprimir um objeto tridimensional (3D) começa no bloco 602 com o depósito de uma camada de pó sobre uma plataforma de impressão. Como mostrado no bloco 604, o método inclui formar a camada de pó, um micropadrão deliberado compreendendo áreas fusíveis nas quais o agente de fusão é depositado, separadas por áreas sinterizáveis entre as áreas fusíveis nas quais o agente de fusão não é depositado. A camada de pó pode então ser exposta a radiação infravermelha para fundir simultaneamente as áreas fusíveis e sinterizar as áreas sinterizáveis em uma microestrutura deliberada que corresponde com o micropadrão deliberado, como mostrado no bloco 606. O método também inclui depositar um corante enquanto deposita-se o agente de fusão, e capturar o corante dentro das áreas sinterizáveis, como mostrado nos blocos 608 e 610, respectivamente.

[0035] Com referência à Figura 7, outro exemplo de método 700 de imprimir um objeto tridimensional (3D) começa no bloco 702 aplicando uma camada de pó de construção em uma plataforma de impressão. Como mostrado no bloco 704, o método inclui depositar um micropadrão deliberado de agente de fusão líquido sobre o pó dentro de um macropadrão que define uma seção transversal de um objeto 3D a ser impresso. Depositar o agente de fusão líquido inclui formar áreas de agente de fusão líquido nas quais o agente de fusão líquido é depositado, e formar entre as áreas de agente de fusão líquido, áreas de lacuna desprovidas de agente de fusão líquido, como mostrado nos blocos 706 e 708, respectivamente. O depósito do agente de fusão líquido também pode incluir depositar um agente de absorção de radiação infravermelha (IV), como mostrado no bloco 710.

[0036] O método 700 pode continuar como mostrado no bloco 712, com a formação de uma microestrutura deliberada a partir do micropadrão deliberado através da aplicação de energia de fusão para o pó. A microestrutura compreende áreas fundidas e áreas sinterizadas entre as áreas fundidas. A formação da microestrutura pode incluir formar uma estrutura de treliça na qual as áreas fundidas e as áreas sinterizadas estão uniformemente espaçadas umas das outras em um padrão regular, como mostrado no bloco 714. Como mostrado no bloco 716, aplicar energia de fusão pode compreender aplicar radiação IV.

[0037] O método 700 pode continuar como mostrado no bloco 718, depositando um corante líquido sobre o pó dentro da seção transversal, e capturando o corante dentro das áreas sinterizadas como mostrado no bloco 720. Como mostrado no bloco 722, depositar o agente de fusão líquido e corante líquido pode incluir varrer um distribuidor de agente líquido sobre a plataforma de impressão e depositar o agente de fusão líquido e o corante líquido a partir do distribuidor de agente líquido em um mesmo movimento de varredura.

Claims (15)

1. Método de impressão de um objeto tridimensional (3D) caracterizado pelo fato de que compreende: receber dados de objeto (138) que representam um modelo de um objeto 3D; modificar os dados de objeto (138) para gerar dados de objeto padronizados (140); a partir dos dados de objeto padronizados (140), gerar dados de impressão para controlar uma impressora 3D para depositar um micropadrão deliberado de agente de fusão líquido sobre uma camada de material de construção dentro de um macropadrão (144) que compreende uma seção transversal de um objeto 3D sendo impresso, o micropadrão deliberado compreendendo áreas de agente (154) que possuem agente de fusão líquido e áreas de lacuna (156) que não possuem agente de fusão líquido; e, formar uma microestrutura deliberada que corresponde ao micropadrão deliberado por aplicar energia de fusão para fundir simultaneamente as áreas de agente (154) enquanto sinteriza as áreas de lacuna (156).

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a modificação dos dados de objeto (138) compreende integrar o micropadrão deliberado com os dados de objeto.

3. Método, de acordo com a reivindicação 1 caracterizado pelo fato de que compreende ainda: depositar um corante líquido na camada de material de construção dentro do macropadrão (144); e, capturar o corante líquido dentro das áreas de lacuna ao formar a microestrutura.

4. Método, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que: depositar um micropadrão deliberado de agente de fusão líquido compreende depositar um agente de fusão de absorção de radiação infravermelha (IV); e, aplicar energia de fusão compreende aplicar radiação IV para aquecer o material de construção de acordo com o micropadrão deliberado enquanto não aquecendo o corante líquido.

5. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o depósito de um micropadrão deliberado compreende depositar múltiplos micropadrões diferentes na camada de material de construção em diferentes áreas dentro do macropadrão (144).

6. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a formação de uma microestrutura compreende formar uma microestrutura sobre uma camada do objeto 3D selecionado a partir do grupo consistindo de uma camada superficial do objeto 3D, uma camada interna do objeto 3D, e suas combinações.

7. Meio de armazenamento legível por máquina não transitório caracterizado pelo fato de que armazena instruções que, quando executadas por um processador de uma impressora tridimensional (3D), fazem a impressora 3D: depositar uma camada de pó (142) em uma plataforma de impressão (102); formar na camada de pó (142), um micropadrão deliberado compreendendo áreas fusíveis nas quais o agente de fusão é depositado separado por áreas sinterizáveis entre as áreas fusíveis nas quais o agente de fusão não é depositado; e, expor a camada de pó (142) à radiação infravermelha para simultaneamente fundir as áreas fusíveis e sinterizar as áreas sinterizáveis para uma microestrutura.

8. Meio de armazenamento, de acordo com a reivindicação 7,caracterizado pelo fato de que a formação de um micropadrão deliberado compreende depositar o agente de fusão, as instruções fazendo ainda com que a impressora 3D deposite um corante enquanto deposita o agente de fusão.

9. Meio de armazenamento, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que a exposição da camada de pó (142) à radiação infravermelha compreende capturar o corante dentro das áreas sinterizáveis.

10. Método de impressão de um objeto tridimensional (3D) caracterizado pelo fato de que compreende: aplicar uma camada de pó (142) de construção em uma plataforma de impressão (102); depositar um micropadrão deliberado de agente de fusão líquido no pó dentro de um macropadrão (144) que define uma seção transversal de um objeto 3D a ser impresso; e, formar uma microestrutura a partir do micropadrão deliberado por aplicar energia de fusão ao pó, a microestrutura compreendendo áreas fundidas e áreas sinterizadas entre as áreas fundidas.

11. Método, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que depositar um micropadrão deliberado de agente líquido compreende: formar áreas de agente líquido nas quais o agente de fusão líquido é depositado; e, formar entre as áreas de agente líquido (154), áreas de lacuna (156) que são desprovidas de agente de fusão líquido.

12. Método, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que: depositar agente de fusão líquido compreende depositar um agente de absorção de radiação infravermelha (IV); e, aplicar energia de fusão compreende aplicar radiação IV.

13. Método, de acordo com a reivindicação 10 caracterizado pelo fato de que compreende ainda: depositar um corante líquido no pó dentro da seção transversal; e, capturar o corante dentro das áreas sinterizadas.

14. Método, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que depósito de agente de fusão líquido e corante líquido compreende varrer um distribuidor de agente líquido (114) sobre a plataforma de impressão (102) e depositar o agente de fusão líquido e corante líquido a partir do distribuidor de agente líquido em um mesmo movimento de varredura.

15. Método, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que a formação de uma microestrutura compreende formar uma estrutura em treliça na qual as áreas fundidas e as áreas sinterizadas estão uniformemente espaçadas umas das outras em um padrão regular.

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