BR112019007190B1

BR112019007190B1 - Método para formar objetos 3d

Info

Publication number: BR112019007190B1
Application number: BR112019007190-3A
Authority: BR
Inventors: Steven Camilleri; Byron Kennedy; Toby Jarret; Lyell Embery; Sylvain Laversanne
Original assignee: Effusiontech IP Pty Ltd
Priority date: 2016-10-11
Filing date: 2017-10-05
Publication date: 2022-11-01
Also published as: CN109843591B; EP3526044A1; JP2019537523A; RU2019113774A; AU2017342702B2; BR112019007190A2; JP7092756B2; AU2017342702A1; KR20190067814A; AU2023202406A1; EP3526044A4; CN109843591A; US20190316262A1; KR20220080200A; WO2018068082A1

Abstract

Um método para formar um objeto 3D, compreendendo executar meios de controle com referência a dados que definem parâmetros de forma 3D de um objeto de modo que o meio de controle: - usa os dados para controlar um aplicador para pulverizar material em um substrato para construir o objeto a partir de camadas aplicadas progressivamente, em que pelo menos algumas das camadas têm uma borda externa inicial afunilada para dentro; e - para pelo menos algumas dessas camadas, fazer com que o meio de controle use os dados para mover o aplicador para aplicar material de pulverização para preencher o afunilamento.

Description

CAMPO DA INVENÇÃO

[001] Esta invenção refere-se a um modo para formar objetos 3D a partir de um material de pulverização.

ANTECEDENTES

[002] Sabe-se que produz objetos 3D por pulverização a frio de pó metálico de um bocal sobre um substrato à maneira de uma impressão 3D. Isto é descrito, por exemplo, em J Pattison et al., International Journal of Machine Tools and Manufacture, Volume 47, /ssues 3-4, Março 2007, Páginas 627-634. Os documentos CN 104 985 813 A e JP 2013 142 176 A mostram outros métodos para operar aparelhos de fabricação de pulverização a frio. Com muitas técnicas conhecidas, o material de pulverização se deposita em um padrão geralmente cônico. Isso resulta nos lados do eventual objeto 3D com uma conicidade indesejada. Isso torna menos viável, por exemplo, pulverizar um objeto em camadas, porque o efeito de afunilamento deixa cada camada subsequente com menos área do que a anterior. Em outras palavras, o afunilamento é transportado de camada para camada. É um objetivo das concretizações preferidas da invenção endereçar, pelo menos de alguma forma, isto. Embora isto se aplique a concretizações preferidas, deve entender- se que o objetivo da invenção, por si só, é simplesmente fornecer uma alternativa útil. Por conseguinte, quaisquer vantagens ou limitações aplicáveis a concretizações preferidas não devem ser lidas como uma limitação ao escopo de quaisquer reivindicações expressas de forma mais ampla.

[003] O termo “compreendendo” quando usado neste documento em relação a uma combinação de características ou etapas não deve ser considerado como descartando a opção de haver recursos ou etapas adicionais. O termo não deve ser interpretado de forma limitativa.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[004] De acordo com um aspecto, a invenção refere-se a um método para formar um objeto 3D, compreendendo executar meios de controle com referência a dados que definem parâmtros de forma 3D de um objeto de tal modo que o meio de controle:

[005] utiliza os dados para controlar um aplicador e / ou suporte de substrato de modo que o material de pulverização é pulverizada no substrato, e em seguida, para o objeto, quando formado por partes, para construir o objeto a partir de camadas aplicadas progressivamente, em que pelo menos algumas das camadas têm uma superfície exterior afunilada para dentro inicial; e

[006] para pelo menos algumas dessas camadas, fazer com que o meio de controle utilize os dados para fazer com que o aplicador aplique material de pulverização para preencher o afunilamento.

[007] Opcionalmente o spray é um spray frio e compreende pó metálico.

[008] Opcionalmente, o preenchimento do afunilamento envolve que o meio de controle:

[009] calcular os parâmetros do afunilamento com base nas características da pulverização;

[0010] calcular um ângulo entre o aplicador e o afunilamento apropriado para preencher o afunilamento; e

[0011] fazer com que o aplicador e o afunilamento fiquem no ângulo e o aplicador aplique o material de pulverização no afunilamento.

[0012] Opcionalmente, os dados definem o objeto 3D em termos de uma série de camadas (por exemplo, fatias nocionais) e o meio de controle utiliza parâmetros pré-definidos para a próxima camada para controlar o ângulo entre o aplicador e o afunilamento para enchimento por pulverizador do afunilamento.

[0013] Opcionalmente, um scanner de superfície mede repetidamente o objeto conforme ele está sendo construído e o meio de controle usa as medidas para ajustar as posições relativas do objeto (quando parte é formada) e o aplicador, e / ou parâmetros de pulverização para o bico, para aumentar a precisão de correspondência entre os parâmetros de forma e o objeto quando concluído.

[0014] Um método para formar um objeto 3D, compreendendo executar um controlador computadorizado com referência a dados que definem parâmetros de forma 3D de um objeto em termos de fatias nocionais de modo que o controlador:

[0015] use os dados para controlar um aplicador para pulverizar material compreendendo pó metálico em um substrato em linhas adjacentes para construir o objeto a partir de camadas aplicadas progressivamente correspondentes às fatias, em que pelo menos algumas das camadas têm uma superfície exterior afunilada para dentro inicial; e

[0016] pelo menos algumas dessas camadas fazendo com que o controlador use os dados para fazer com que o aplicador pulverize perpendicularmente ao afunilamento para preencher o afunilamento, em que o preenchimento do afunilamento envolve o controlador para calcular os parâmetros do afunilamento com base nas características do spray.

[0017] Opcionalmente, o material pulverizado para cada linha intercala com material pulverizado para uma ou mais linhas vizinhas.

[0018] Opcionalmente, um scanner de superfície mede repetidamente o objeto à medida que ele é construído, e o controlador usa as medidas para ajustar os parâmetros do aplicador e/ou substrato e/ou pulverização para aumentar a precisão da correspondência entre os parâmetros de forma e o objeto quando concluído.

DESENHOS

[0019] Algumas concretizações preferidas da invenção serão agora descritas a título de exemplo e com referência aos desenhos anexos, dos quais:

[0020] A Figura 1 é uma vista isométrica de uma impressora de pulverização a frio 3D;

[0021] A Figura 2 é uma vista isométrica de uma primeira camada de cada um dos três objetos 3D parcialmente formados pela impressora;

[0022] A figura 3 é uma vista isométrica dos objetos parcialmente formados em um estágio mais avançado;

[0023] A Figura 4 é uma vista isométrica dos três objetos parcialmente formados, com duas camadas quase completas;

[0024] A Figura 5 é uma vista isométrica de um outro objeto 3D formado pela impressora em camadas;

[0025] A Figura 6 é uma vista esquemática em elevação lateral de um objeto parcialmente formado que ilustra a maneira pela qual as bordas afuniladas podem ser preenchidas;

[0026] A Figura 7 é uma ilustração esquemática em corte transversal que mostra a forma como uma camada pulverizada a frio pode ser construída por linhas de pulverização adjacentes umas às outras; e

[0027] A Figura 8 é uma ilustração esquemática em corte transversal que mostra a maneira como uma camada pulverizada a frio pode ser construída, entrelaçando linhas de pulverização para um bom ângulo de ataque de superfície, em vez de ser pulverizada de forma adjacente.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[0028] Fazendo referência à figura 1, uma impressora 3D de pulverização a frio 1 tem um aplicador compreendendo um bocal 2 para distribuir uma pulverização de pó metálico adequado a alta velocidade. Existem muitos pós conhecidos para pulverização a frio e os técnicos no assunto estarão familiarizados com estes. O pó metálico é pulverizado num substrato (não mostrado) mantido pelo suporte de substrato compreendendo um braço robótico 3 para criar um objeto 3D. Mais especificamente, o objeto é formado a partir de uma série de camadas paralelas pulverizadas uma após a outra.

[0029] O braço robótico 3 é preferencialmente tal que pode mover o substrato e, por conseguinte, o objeto 3D parcialmente formado em qualquer direção e em qualquer ângulo. O bocal 2 é estacionário na concretização da figura 1, mas noutras concretizações pode ser móvel para pulverizar em qualquer direção ou em qualquer ângulo.

[0030] A Figura 2 mostra a primeira camada 4, 5 e 6 de três objetos 3D parcialmente formados em um substrato tipo placa. Como as partículas de pulverização se deslocam do bocal 2 em uma forma cônica, elas ficam mais concentradas e se movem mais rápido no centro do que na periferia. Como consequência, a deposição de pó não é uniforme. Isto faz com que as camadas 4, 5 e 6 tenham bordas afuniladas para dentro 7, 8, 9. Os afunilamentos são menos que desejáveis se, por exemplo, se deseja fazer um objeto com bordas retas, como um cilindro, ou algum outro perfil. Os afunilamentos são preenchidos controlando apropriadamente o bocal 2 e/ou o braço 3, de modo que o substrato e o objeto 3D parcialmente formado sobre o mesmo estejam no ângulo e distância corretos em relação ao bocal. A Figura 3 mostra as três camadas 4, 5 e 6 com seus afunilamentos parcialmente preenchidos com material de pulverização.

[0031] A Figura 4 mostra as primeiras camadas 4, 5 e 6 com os seus afunilamentos completamente preenchidos mais uma segunda camada superior empilhada 10, 11 e 12 que também foi formada por pulverização pelo bocal 2. Em cada caso a segunda camada é paralela à primeira e tem uma borda afunilada que ainda precisa ser preenchida. Os afunilamentos são então preenchidos da mesma maneira que as primeiras camadas. O processo é repetido para camadas paralelas subsequentes até que um cilindro 3D seja formado em cada caso.

[0032] A Figura 5 ilustra um objeto 3D completo 13 com uma secção transversal hexagonal. Neste contexto, o bocal 2 e/ou o braço robótico 3 / substrato pode ser apropriadamente controlado para criar artigos com paredes retas 14 e protuberâncias 15.

[0033] Referindo novamente a Figura 1, a impressora inclui ou está afunilamentoctada a um controlador computadorizado 16. Isto dá instruções para ajustar progressivamente a distância e o ângulo entre o bocal 2 e/ou o braço robótico 3 / substrato para permitir que o objeto 3D seja impresso. Isso pode incluir garantir que o bico seja ortogonal à superfície em que está trabalhando. Nesse sentido, o controlador 16 executa o software que interage com um arquivo de dados (por exemplo, no formulário .STL) definindo a forma do objeto 3D. Em outras palavras, os dados fornecem um conjunto de instruções para o software.

[0034] Os dados definem a forma do objeto 3D em termos de uma série de fatias, cada uma correspondendo a uma das camadas mencionadas anteriormente. Ao controlar o bocal 2 e ou braço robótico 3 / substrato para preencher um afunilamento com traços transversais de deposição, o controlador 16 calcula e determina o melhor ângulo de ataque do bico e a distância para o afunilamento com base nos parâmetros para a próxima fatia ou seção transversal na pilha nocional. A base da próxima fatia pode ser usada para demarcar um limite imaginário para preencher o afunilamento abaixo. O controlador 16 também calcula os parâmetros de pulverização necessários em termos de duração de pulverização, taxa de alimentação de pó, velocidade de pulverização, temperatura do pó/pulverização e tipo de material de pulverização a ser utilizado.

[0035] O movimento do bocal 2 e/ou do braço robotizado 3/ substrato pode ser feito diretamente pelo controlador, por exemplo, num caso em que o controlador e/ou o bocal 2 e/ou o braço robotizado 3 incorporar partes mecânicas capazes de mover o substrato e/ou bocal em qualquer uma das três dimensões. No entanto, noutras concretizações, o controlador 16 pode causar movimento indireto do bocal e do braço robótico 3 substrato, por exemplo, manipulando um dispositivo de posicionamento de eixo múltiplo para produzir o mesmo movimento tridimensional.

[0036] De preferência, o enchimento para cada camada é feito para obter uma superfície superior plana paralela ao substrato. No entanto, isso não é essencial e, em alguns casos, abordagens alternativas podem ser adotadas.

[0037]Em algumas concretizações da invenção, a precisão pode ser melhorada incluindo meios para medir a periferia de cada camada à medida que se forma, por exemplo, com um scanner de linha de laser, um digitalizador estereoscópico ou uma câmara de luz estruturada. As medições são comunicadas ao controlador 16 em tempo real e usadas para calcular e realizar ajustes na operação dos parâmetros do bico, substrato ou pulverização.

[0038] A figura 6 ilustra uma maneira preferida de encher as bordas afuniladas. Nesse sentido, o controlador 16 faz com que o bico 2 pulverize em torno da circunferência de cada porção afunilada num "trajeto de ferramenta" para proporcionar o enchimento necessário. À medida que o braço robótico 3 substrato se move, o controlador faz com que a borda afunilada do objeto 3D formado por partes seja, e permaneça substancialmente, perpendicular ao eixo principal de pulverização do bocal 2. A natureza perpendicular do ângulo está indicado em 17 O movimento é tal que o eixo longitudinal nocional 18 do bocal passa através do ponto 19 onde um canto do objeto será quando o afunilamento é preenchido.

[0039] Nas formas preferidas da invenção, as varridas do braço robótico 3 / substrato após o bocal de pulverização 2 são reguladas pelo controlador 16 para depositar linhas intercaladas de material de pulverização. Em algumas aplicações, isso pode melhorar a taxa de deposição.

[0040] A Figura 7 é uma representação esquemática em corte transversal de como uma camada pode ser construída opcionalmente através de uma série de linhas de material pulverizado a frio em que cada linha é pulverizada de forma adjacente. O eixo 'x' representa uma distância linear ao longo do substrato em milímetros, e o eixo 'y' representa o espaçamento de altura linear entre o bico e o substrato em milímetros. Os triângulos ao longo do eixo 'x' mostram onde as linhas individuais são colocadas, e dão uma indicação da seção transversal ou propagação do material depositado. As curvas suaves mais altas representam a quantidade integrada de material que realmente se forma quando as linhas são pulverizadas. Como as linhas são aplicadas de forma adjacente, com uma distância fixa entre elas, o ângulo em que a pulverização atinge a superfície é oblíquo, de modo a minimizar a relação de deposição.

[0041] A Figura 8 é uma representação da seção transversal de como as linhas de material pulverizadas a frio podem ser construídas quando pulverizadas de maneira adjacente. O eixo 'x' representa uma distância linear ao longo do substrato em milímetros, e o eixo 'y' representa a altura linear do substrato em milímetros. Os triângulos ao longo do eixo 'x' mostram onde as linhas individuais são colocadas e dão uma indicação da seção transversal do material depositado. As curvas mais altas ilustram a quantidade integrada de material que se forma quando as linhas são pulverizadas. À medida que as linhas são pulverizadas de uma forma intercalada, em vez de adjacentes, o volume integrado é construído de uma maneira mais plana.

[0042] Embora algumas concretizações preferidas tenham sido descritas a título de exemplo, deve entender-se que modificações e melhorias podem ocorrer sem se afastar do escopo da invenção.

Claims

1. Método para formar um objeto 3D caracterizado pelo fato de que compreende executar um meio de controle com referência a dados que definem parâmetros de forma 3D de um objeto de modo que os meios de controle: • usa os dados para controlar um aplicador e / ou suporte de substrato de modo que o material de pulverização seja pulverizado no substrato e, em seguida, no objeto quando parcialmente formado, para construir o objeto a partir de camadas aplicadas progressivamente, em que pelo menos algumas das camadas ter uma superfície externa inicial afunilada para dentro; e • para pelo menos algumas dessas camadas, fazendo com que os meios de controle usem os dados para fazer com que o aplicador aplique o material em spray para preencher o afunilamento, • em que o spray é um spray frio compreendendo pó metálico, e • em que o preenchimento do afunilamento envolve os meios de controle: • calcula os parâmetros da conicidade com base nas características do spray; • calcula um ângulo entre o aplicador e o afunilamento apropriado para preencher o afunilamento; e • faz com que o aplicador e o afunilamento fiquem em ângulo e o aplicador aplique o material em spray no afunilamento.

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os dados definem o objeto 3D em termos de uma série das camadas e o meio de controle utiliza parâmetros predefinidos para a próxima camada para controlar o ângulo entre o aplicador e o afunilamento para preenchendo por pulverização do afunilamento.

3. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que um scanner de superfície mede repetidamente o objeto quando está sendo construído, e o meio de controle utiliza as medições para ajustar as posições relativas do objeto (quando parcialmente formado) e do bocal, e/ou parâmetros de pulverização para o bocal, para aumentar a precisão da correspondência entre os parâmetros de forma e o objeto quando concluído.

4. Método para formar um objeto 3D caracterizado pelo fato de que compreende executar um controlador computadorizado com referência a dados que definem parâmetros de forma 3D de um objeto em termos de fatias nocionais de modo que o controlador: • use os dados para controlar um aplicador para pulverizar material compreendendo pó metálico em um substrato, e depois no objeto quando parcialmente formado, em linhas adjacentes para construir o objeto a partir de camadas aplicadas progressivamente correspondentes às fatias, em que pelo menos algumas das camadas têm uma superfície exterior inicial afunilada para dentro; e • para pelo menos algumas dessas camadas, fazer com que o controlador use os dados para fazer com que o aplicador pulverize perpendicularmente ao afunilamento para preencher o afunilamento, em que o preenchimento do afunilamento envolve o controlador para calcular os parâmetros do afunilamento com base nas características do spray.

5. Método, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que o material pulverizado para cada linha intercala com o material pulverizado para uma ou mais linhas vizinhas.

6. Método, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que um scanner de superfície mede repetidamente o objeto enquanto está sendo construído, e o controlador utiliza as medições para ajustar os parâmetros do aplicador e/ou do substrato e/ou da pulverização para melhorar a precisão da correspondência entre os parâmetros da forma e objeto quando concluído.