BR112020012407A2 - dispositivo de sinterização a laser para produzir peças compostas por materiais em pó, método para produção de um objeto tridimensional, e, objeto tridimensional - Google Patents

dispositivo de sinterização a laser para produzir peças compostas por materiais em pó, método para produção de um objeto tridimensional, e, objeto tridimensional Download PDF

Info

Publication number
BR112020012407A2
BR112020012407A2 BR112020012407-9A BR112020012407A BR112020012407A2 BR 112020012407 A2 BR112020012407 A2 BR 112020012407A2 BR 112020012407 A BR112020012407 A BR 112020012407A BR 112020012407 A2 BR112020012407 A2 BR 112020012407A2
Authority
BR
Brazil
Prior art keywords
fact
dimensional object
pressure
bulkhead
molecular weight
Prior art date
Application number
BR112020012407-9A
Other languages
English (en)
Inventor
Alessandro Bernardi
Marcos Roberto Paulino Bueno
Original Assignee
Braskem America, Inc.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Braskem America, Inc. filed Critical Braskem America, Inc.
Publication of BR112020012407A2 publication Critical patent/BR112020012407A2/pt

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F12/00Apparatus or devices specially adapted for additive manufacturing; Auxiliary means for additive manufacturing; Combinations of additive manufacturing apparatus or devices with other processing apparatus or devices
    • B22F12/60Planarisation devices; Compression devices
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/10Processes of additive manufacturing
    • B29C64/141Processes of additive manufacturing using only solid materials
    • B29C64/153Processes of additive manufacturing using only solid materials using layers of powder being selectively joined, e.g. by selective laser sintering or melting
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/20Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • B29C64/255Enclosures for the building material, e.g. powder containers
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/20Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • B29C64/264Arrangements for irradiation
    • B29C64/268Arrangements for irradiation using laser beams; using electron beams [EB]
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33YADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y10/00Processes of additive manufacturing
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33YADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y30/00Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33YADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y40/00Auxiliary operations or equipment, e.g. for material handling
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33YADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y70/00Materials specially adapted for additive manufacturing
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03BMANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B19/00Other methods of shaping glass
    • C03B19/14Other methods of shaping glass by gas- or vapour- phase reaction processes
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/20Direct sintering or melting
    • B22F10/28Powder bed fusion, e.g. selective laser melting [SLM] or electron beam melting [EBM]
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29KINDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
    • B29K2023/00Use of polyalkenes or derivatives thereof as moulding material
    • B29K2023/04Polymers of ethylene
    • B29K2023/06PE, i.e. polyethylene
    • B29K2023/0658PE, i.e. polyethylene characterised by its molecular weight
    • B29K2023/0683UHMWPE, i.e. ultra high molecular weight polyethylene
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03BMANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B19/00Other methods of shaping glass
    • C03B19/06Other methods of shaping glass by sintering, e.g. by cold isostatic pressing of powders and subsequent sintering, by hot pressing of powders, by sintering slurries or dispersions not undergoing a liquid phase reaction
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25Process efficiency

Abstract

Um dispositivo para sinterização a laser para produzir peças compostas por materiais em pó, o dispositivo incluindo um mecanismo que permite um controle de porosidade durante a produção das peças feitas com os materiais. Um método para produzir um objeto tridimensional é provido também, o qual inclui as etapas de dispor uma camada de um material em pó em uma superfície alvo, aplicar pressão a uma camada de material em pó e direcionar um feixe de energia sobre uma área selecionada da camada de material em pó, em que o pó é sinterizado ou fundido, e repetir as etapas para formar o objeto tridimensional. Os objetos tridimensionais resultantes feitos de material em pó são descritos também.

Description

1 / 12
DISPOSITIVO DE SINTERIZAÇÃO A LASER PARA PRODUZIR PEÇAS COMPOSTAS POR MATERIAIS EM PÓ, MÉTODO PARA PRODUÇÃO DE UM OBJETO TRIDIMENSIONAL, E, OBJETO TRIDIMENSIONAL REFERÊNCIA CRUZADA AOS PEDIDOS DE PATENTE RELACIONADOS
[001] O presente pedido reivindica o benefício do Pedido de Patente Provisório Estadunidense No. 62/608.957, depositado em 21 de dezembro de 2017, cuja totalidade é incorporada aqui para referência.
CAMPO DA INVENÇÃO
[002] A presente invenção refere-se a um dispositivo para adicionar pressão em um processo de sinterização a laser. A presente invenção refere-se adicionalmente ao processo de produção de uma peça feita de, por exemplo, polietileno de ultra-alto peso molecular com um índice de porosidade diferente e a peça produzida a partir do mesmo.
FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO
[003] Peças feitas de polietileno de ultra-alto peso molecular (UHMWPE) têm um valor comercial alto devido às suas propriedades especiais, tais como baixa densidade, resistência química, tenacidade muito alta, resistência a impacto, excelente resistência a desgaste e um baixo coeficiente de fricção, além de um preço relativamente baixo. Por outro lado, os custos envolvidos no processamento de UHMWPE são ainda altos, já que este polímero não flui. A fim de superar essa característica, métodos de sinterização foram usados, tais como processos de termocompressão e processamento de extrusão por aríete. Entretanto, estes processos resultam em um bloco enorme ou, em conceito, cavilhas e perfis infinitos. Ainda assim, quando uma peça mais complexa é necessária, uma etapa de pós-usinagem será necessária. Nestes processos, uma peça sólida e não porosa é obtida devido à presença de calor e pressão.
[004] UHMWPE não flui devido ao seu peso molecular muito alto.
2 / 12 No estado fundido, as moléculas de UHMWPE têm um nível muito alto de emaranhamento, resultando em uma alta viscosidade, prejudicando a processabilidade nos métodos de processamento comuns usados amplamente nos termoplásticos. Entretanto, quando um método de sinterização é usado, calor, pressão e tempo são necessários para produzir uma peça sólida com boas propriedades mecânicas.
[005] Em geral, UHMWPE é vendida na forma de pó. Partículas de UHMWPE são altamente porosas e, assim, necessitam de calor e pressão para alcançar uma mobilidade molecular suficiente e contato interfacial, de modo que o processo de reptação possa acontecer. O modelo de reptação foi originalmente desenvolvido por P. G. de Gennes (1971), e explica que uma molécula polimérica no estado fundido se difunde em um tubo imaginário até que um estado termodinamicamente emaranhado seja alcançado. A teoria da reptação é usada para compreender o comportamento de sinterização das partículas de UHMWPE em temperaturas maiores que a do ponto de fusão e em uma alta pressão. Neste processo, uma alta pressão é necessária para garantir que nenhum espaço vazio da porosidade permaneça na peça final, permitindo um contato altamente interfacial, de modo que o processo de reptação possa ocorrer. Neste processo, moléculas de partículas diferentes passam pela superfície interfacial, criando uma interface bem ligada.
[006] UHMWPE é um polímero semicristalino que funde de modo semelhante ao polietileno comum. Em um experimento DSC (a calorimetria de varredura diferencial), pó de UHMWPE nascente tem um primeiro ponto de fusão em uma faixa de temperatura de entre a partir de 140°C s 146°C, ao passo que na segunda fusão, a faixa de ponto de fusão é de a partir de 132°C a 135°C. Essa diminuição que foi observada no ponto de fusão no segundo evento, se comparado ao primeiro evento de fusão, pode ser explicada por um nível de emaranhamento menor de moléculas de UHMWPE quando cristalizadas em sítios de catalisadores durante a síntese. Em um processo de
3 / 12 sinterização, o mecanismo de difusão entre paredes da interface é possível somente acima do ponto de fusão, porque os cristais atuam como sítios de ancoragem, prejudicando o fenômeno de reptação.
[007] O UHMWPE nascente é uma partícula muito porosa. Mesmo em um estado fundido, faz-se necessário pressão para colapsar a partícula porosa, e, portanto, permitir contato de dose entre interfaces. Assim, uma temperatura maior que a do ponto de fusão e pressão são necessárias para reduzir a porosidade na peça final. A pressão mínima necessária para produzir peças aceitáveis depende do peso molecular. A faixa de pressão típica usada para produzir peças aceitáveis varia de a partir de 5 a 30 MPA. O padrão ISO recomenda uma pressão de 10 MPa em uma etapa de pressão total, de modo que os espécimes possam ser obtidos repetidamente.
[008] Além do aquecimento e pressão, tempo é o terceiro aspecto chave na moldagem UHMWPE. Quanto maior for o peso molecular, menor será a velocidade da difusão molecular em um processo de sinterização. O tempo é, portanto, um componente de custo importante na operação de moldagem de UHMWPE.
[009] O conhecimento técnico nesta indústria é alcançado ao masterizar esses três parâmetros de processamento: temperatura, pressão e tempo.
[0010] Há dois processos principais para sinterizar UHMWPE, e assim produzir peças aceitáveis. O primeiro é compressão térmica, onde em geral um enorme bloco é produzido. As peças finais com diferentes geometrias são obtidas usando os métodos de usinagem gerais comumente usados em metais. Esse processamento pode ser considerado como processamento em lotes, e é intensivo em trabalho e em tempo. O tempo gasto é, em parte devido, a um processo de reptação muito lento, e em parte devido a uma condutividade de aquecimento muito baixa de UHMWPE. O tempo necessário para que um núcleo de chapa alcance a temperatura desejada,
4 / 12 passando por um trajeto muito espesso, é um tanto alto.
[0011] O segundo processo de sinterização comumente usado é extrusão por aríete. Nesse método, obtém-se um perfil conceitualmente infinito com geometrias transversais diferentes. Alimenta-se pó em uma cavidade de pistão. Extrusores de aríetes ou êmbolos têm projetos simples, com um deslocamento essencialmente positivo, sendo capazes de gerar pressões muito altas. Na sua operação intermitente, o polímero é compactado na direção da matriz enquanto é moldado. Devido à contrapressão gerada pela alta viscosidade polimérica, a pressão alcançada por chegar a 300 MPa neste tipo de extrusor. A extrusão por aríete pode ser considerada como um processo semicontínuo para sinterizar UHMWPE.
[0012] A fabricação aditiva é o termo oficial usado para descrever o processo para produzir peças camada por camada usando um conceito semelhante ao usado em impressoras. Entretanto, na fabricação aditiva, um elemento de volume é adicionado. Neste processo, essas unidades de volume são comumente chamadas de voxels.
[0013] Na fabricação aditiva, os voxels são adicionados camada por camada para formar uma peça tridimensional (3D) final, e por este motivo o termo impressão 3D se tornou comum. Uma vantagem deste processo é a possibilidade de se obter geometrias muito complexas que são difíceis de serem feitas por meio do processo de moldagem comum.
[0014] A impressão 3D foi inventada quase 50 anos atrás, e o primeiro sistema comercial foi comercialmente disponibilizado no final dos anos 1980. Nesse processo, sete categorias de processo foram desenvolvidas:
1. Extrusão do Material, 2. Jateamento do Material, 3. Jateamento do Ligante,
4. Laminação da Folha, 5. Fotopolimerização VAT, 6. Fusão em Leito de Pó e
7. Deposição de Energia Direcionada.
[0015] Devido às características da UHMWPE, a Fusão em Leito de Pó é bem promissora, porque nenhum fluxo é necessário nesse processo. A
5 / 12 Fusão em Leito de Pó, onde a sinterização a laser 3D é de longe o método mais popular, usa um feixe altamente energético para fundir uma região específica na superfície do pó polimérico. Neste método, há quatro componentes chave: um sistema de varredura a laser, um sistema de entrega de pó, um rolete ou ancinho e pistão fabricado, conforme mostrado na Figura
1. Os identificadores a seguir são associados a essa figura: 1 - Leito de pó.
[0016] 2 - Reservatório de pó.
[0017] 3 - Pistão de entrega de pó.
[0018] 4 - Pistão de fabricação.
[0019] 5 - Scanner
[0020] 6 - Feixe de laser.
[0021] 7 - Fonte de laser.
[0022] 8 - Rolete, ancinho.
[0023] 9 - Peça 3D.
[0024] 10 - Recipiente coletor de pó.
[0025] Na primeira etapa, o reservatório de pó (2) está cheio enquanto o leito de pó (1) está vazio. O pistão de entrega de pó (3) é movido para uma camada acima e então o rolete (8) passa, puxando o pó para encher a primeira camada no leito de pó (1). Nesse momento, a fonte de laser (7) é ligada e o scanner (5) começa a fundir a superfície 2D no leito de pó (9), movendo o feixe de laser (6) e um trajeto predefinido. No final desta etapa, uma nova etapa começa com um movimento concomitante da camada oposta, com um pistão de entrega de pó (3) e um pistão de fabricação (4). Uma nova camada de pó fresco é carregada sobre o leito de pó e o processo começa novamente. A peça é feita, camada por camada, até o reservatório de pó ficar vazio. A peça pode ser finalizada. O pó em excesso acumula-se no reservatório (10).
[0026] Os processos de fabricação aditiva abriram uma nova gama de possibilidades na geração de peças com geometrias muito complexas usando
6 / 12 UHMWPE, anteriormente não possíveis usando-se métodos de processamento clássicos. A fabricação aditiva permite produzir novas geometrias de peças com propriedades únicas de UHMWPE, o que pode ser muito valioso para muitas aplicações diferentes.
[0027] O processo comum de fabricação de aditivos, mais especificamente o processo de sinterização a laser, pode ser usado para produzir peças usando UHMWPE. No entanto, devido ao fato de o UHMWPE não fluir sob condições de aquecimento, as peças finais produzidas são altamente porosas. Essa porosidade diminui as propriedades mecânicas do UHMWPE, resultando em uma peça final ruim. Assim, a produção de peças feitas de UHMWPE usando um método de fabricação aditiva continua sendo um desafio.
SUMÁRIO DA INVENÇÃO
[0028] A presente invenção refere-se a um dispositivo capaz de aplicar pressão durante a sinterização a laser.
[0029] A presente invenção refere-se adicionalmente ao processo para produzir esta peça com um grau diferente de porosidade, e, portanto, diferentes níveis de propriedades mecânicas.
[0030] A presente invenção refere-se adicionalmente a peças feitas de, por exemplo, UHMWPE usando sinterização a laser com níveis de pressão controláveis, desta maneira sendo capazes de produzir peças com níveis de porosidade diferentes, não obteníveis pelo uso de um método de sinterização a laser comum.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS
[0031] A presente invenção é melhor compreendida a partir da descrição detalhada a seguir, quando lida em conjunto com os desenhos em anexo. É enfatizado que, de acordo com uma prática comum, os vários recursos dos desenhos não estão necessariamente em escala. Pelo contrário, as dimensões dos vários recursos estão arbitrariamente expandidas ou reduzidas
7 / 12 para clareza. Números de referência iguais denotam recursos iguais ao longo do relatório descritivo e desenhos.
[0032] A Figura 1 ilustra quatro componentes chave da Fusão em Leito de Pó, isto é, um sistema de varredura a laser, um sistema de entrega de pó, um rolete ou ancinho e um pistão fabricado.
[0033] A Figura 2 ilustra um dispositivo de exemplo compreendendo uma tampa móvel para fechamento (11) que atua como um anteparo (bulkhead, em inglês).
[0034] A Figura 3 ilustra um anteparo de exemplo que pode ser composto por um material não transparente.
DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO
[0035] A presente invenção refere-se a um dispositivo capaz de aplicar pressão durante o processo de sinterização a laser. O dispositivo introduz pressão em um processo de sinterização comum, permitindo um controle de porosidade durante a produção das peças feitas com UHMWPE.
[0036] Diferentemente da temperatura e do tempo, a pressão é o único parâmetro chave importante na produção das peças sólidas de UHMWPE, que não está presente em um processo de sinterização a laser comum. Pressão é necessária para colapsar espaços vazios e permitir contato suficiente entre interfaces de porosidade, considerações importantes para conseguir a reptação.
[0037] A Figura 2 ilustra o dispositivo compreendendo uma tampa móvel para fechamento (11) que atua como um anteparo (bulkhead, em inglês). O anteparo é composto por qualquer material mecanicamente resistente capaz de aguentar pressão e também ser transparente a um feixe de laser (6). O anteparo é movido por qualquer dispositivo motorizado capaz de posicioná-lo em posições para cima (U) e para baixo (D).
[0038] Em uma modalidade da presente invenção, o anteparo é composto por qualquer material transparente a um feixe de laser, tais como,
8 / 12 mas não limitados a, germânio (Ge), selenita de zinco (ZnSe), arsenieto de gálio (GaAs), ou qualquer material transparente a feixe de laser de CO2.
[0039] Em modalidades adicionais da presente invenção, outros materiais podem ser usados dependendo do tipo de laser usado. Em uma modalidade adicional da presente invenção, o anteparo pode ser composto por um material não transparente conforme mostrado na Figura 3. Os identificadores a seguir são associados a essa figura: 12 - Tampa do anteparo não transparente (vista lateral).
[0040] 13 - Tampa do anteparo não transparente (vista superior).
[0041] 14 - Feixe de laser.
[0042] 15 - Material isolante.
[0043] 16 - Condutor térmico orientado.
[0044] Nesta modalidade, o anteparo é composto por um material isolante e mecanicamente resistente (15), contendo um condutor de aquecimento isotrópico (16). Nesse dispositivo de exemplo, o laser ilumina cada ponto condutor (14) na superfície do topo do anteparo (12). Desta maneira, o aquecimento propagará ao longo do condutor isotrópico (16) à superfície do fundo do anteparo, aquecendo uma região muito restrita do pó sob pressão. O dispositivo foi desenvolvido como uma opção a um anteparo transparente. Os materiais transparentes a CO2 são, em geral, frágeis e/ou caros.
[0045] Em uma modalidade adicional da presente invenção, o condutor de aquecimento isotrópico (16) pode ser qualquer material orientado com uma alta condutividade térmica em sua direção de eixo principal. Exemplos de materiais orientados incluem, mas não são limitados a, fibra de carbono, filamento de metal, fibra de grafite, etc.
[0046] Em uma modalidade adicional da presente invenção, o material isolante (15) pode ser qualquer material isolante e mecanicamente resistente, tal como, mas não limitado a, resina epóxi.
9 / 12
[0047] A fim de aplicar pressão sobre o topo do leito de pó (1), o anteparo (11) é fixado na posição D por meio de uma prensa (não mostrada) para aguentar a pressão imposta pelo pistão de fabricação (4). O pistão de fabricação (4) é movido por qualquer acionador adequado, tal como um sistema servo-hidráulico, sistema de eletrofuso, etc. A pressão é ajustada de acordo com a Equação 1 a seguir.
Onde: P é a pressão, em MPa.
[0048] F (Figura 2) é a força, em N.
[0049] S (Figura 2) é a superfície em m2.
[0050] Em uma modalidade adicional da presente invenção, o processo para produzir peças feitas de UHMWPE é descrito pelas seguintes etapas: 1) na primeira etapa, o reservatório de pó (2) está completamente preenchido com pó de UHMWPE e o leito de pó (1) está vazio. O pistão de fabricação está na posição superior e o anteparo está na posição U; b) então, o pistão de entrega de pó é movido uma camada para cima enquanto o pistão de fabricação é abaixado em uma camada; c) o rolete (8) empurra a camada de pó do reservatório de pó (2), espalhando-a sobre o leito de pó (1); d) o anteparo vai para a posição D e é fixado nessa posição por meio de uma prensa; e) o pistão de fabricação aplica uma força F predefinida na camada de pó; f) um tempo específico é alocado para a força compressora produzir uma sinterização a frio;
10 / 12 g) o laser (7) é ligado e o scanner direciona o feixe de laser na superfície predefinida do leito de pó pressurizado; h) um tempo específico é alocado para a força compressora produzir uma sinterização a quente; i) o laser é desligado e um tempo específico é definido, de modo que a camada possa ser resfriada; j) o anteparo é movido para a posição U; k) o rolete (8) vai para a posição inicial; e l) as etapas de b a k são repetidas até que a peça (9) seja finalizada.
[0051] A presente invenção descreve uma peça produzida a partir de qualquer pó que pode ser sinterizado, tal como metais, cerâmicas, materiais vítreos, materiais poliméricos e combinações dos mesmos.
[0052] Em uma modalidade preferida, qualquer pó polimérico pode ser usado, tal como poliolefinas, cloreto de polivinila (PVC), politetrafluoretileno (PTFE), UHMWPE e combinações dos mesmos.
[0053] Em uma modalidade particularmente preferida, um UHMWPE é usado.
[0054] A presente invenção refere-se adicionalmente a uma peça feita de UHMWPE que é produzida por uma sinterização a laser sob diferentes níveis de pressão. A pressão definirá a quantidade de porosidade da peça final.
[0055] Em uma modalidade adicional da presente invenção, uma faixa de pressão de a partir de 0 a 300 MPa é desejável, com uma faixa de 5 a 80 Mpa preferida, e uma faixa de 5 a 30 MPa particularmente preferida.
[0056] Uma modalidade adicional da presente invenção, o Índice de Porosidade (PI), de acordo com a Equação 2 a seguir, define os níveis da porosidade da peça:
11 / 12 Onde: PI é o índice de porosidade.
[0057] ρpart é a densidade de uma peça produzida pelo processo descrito na presente invenção, em kg/m3em temperatura ambiente (23°C).
[0058] ρpol é a densidade do polímero, em kg/m3 em temperatura ambiente (23°C).
[0059] O efeito da pressão nas propriedades mecânicas e tribológicas de UHMWPE foi previamente estudado. As propriedades mecânicas e tribológicas aumenta assintomaticamente com pressão aplicada. A pressão é necessária para manter a parede porosa em contato, permitindo que o processo de reptação ocorra.
[0060] Em uma modalidade adicional da presente invenção, uma peça feita de UHMWPE tem um índice de porosidade (PI) de 0 a 1, com um índice de porosidade de 0,3 a 1 preferido, e um índice de porosidade de 0,6 a 1 particularmente preferido.
[0061] A presente invenção refere-se a um método para produzir um objeto tridimensional compreendendo as etapas de: (a) dispor uma camada de um material em pó em uma superfície alvo; (b) aplicar pressão à camada de material em pó; (c) direcionar um feixe de energia sobre uma área selecionada da camada de material em pó, em que o pó é sinterizado ou fundido, e (d) repetir as etapas de (a) a (c) para formar o objeto tridimensional. Esse método pode compreender adicionalmente a etapa de dispor um anteparo sobre o material em pó depois da disposição da camada do material em pó em uma superfície alvo. A etapa (c) pode ocorrer sob pressão, as etapas (b) e (c) podem ocorrer sequencialmente, e o anteparo pode ser transparente ao feixe de energia.
[0062] O antecedente é provido para propósitos de ilustração,
12 / 12 explicação e descrição das modalidades dessa invenção. Modificações e adaptações a essas modalidades ficarão aparentes aos versados na técnica e podem ser feitas sem se afastar do escopo ou espírito dessa invenção.
[0063] Embora a matéria tenha sido descrita em termos de modalidades de exemplo, ela não é limitada às mesmas. Em vez disso, as reivindicações em anexo devem ser compreendidas amplamente, para incluir outras variantes e modalidades, que podem ser feitas pelos versados na técnica.

Claims (40)

REIVINDICAÇÕES
1. Dispositivo de sinterização a laser para produzir peças compostas por materiais em pó, caracterizado pelo fato de que compreende um mecanismo que permite um controle de porosidade durante a produção das peças feitas com ditos materiais.
2. Dispositivo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os ditos materiais são selecionados a partir do grupo que consiste em metais, cerâmicas, materiais vítreos, materiais poliméricos e combinações dos mesmos.
3. Dispositivo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os ditos materiais são selecionados a partir do grupo que consiste em poliolefinas, cloreto de polivinila, politetrafluoretileno, polietileno com peso molecular ultra-alto e combinações dos mesmos.
4. Dispositivo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o material em pó compreende polietileno de ultra-alto peso molecular.
5. Dispositivo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o dito dispositivo inclui uma tampa móvel para fechamento que atua como anteparo.
6. Dispositivo de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que dito anteparo é composto por um material mecanicamente resistente, capaz de aguentar pressão.
7. Dispositivo de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que o dito anteparo é transparente para um feixe de laser.
8. Dispositivo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o dito mecanismo aplica pressão durante a sinterização a laser.
9. Dispositivo de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que a pressão é de cerca de 0 a 300 MPa.
10. Dispositivo de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que a pressão é de cerca de 5 a 80 MPa.
11. Dispositivo de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que a pressão é de cerca de 5 a 30 MPa.
12. Dispositivo de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que o dito anteparo é composto por um material transparente para um feixe de laser.
13. Dispositivo de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que o dito anteparo é composto por um material selecionado a partir de um grupo que consiste em germânio, selenita de zinco e arsenieto de gálio.
14. Dispositivo de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que as peças feitas de polietileno de ultra-alto peso molecular têm um índice de porosidade de cerca de 0 a 1.
15. Dispositivo de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que as peças feitas de polietileno de ultra-alto peso molecular têm um índice de porosidade de cerca de 0,3 a 1.
16. Dispositivo de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que as peças feitas de polietileno de ultra-alto peso molecular têm um índice de porosidade de cerca de 0,6 a 1.
17. Dispositivo de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que o anteparo compreende um material isolante que contém um condutor de aquecimento isotrópico.
18. Dispositivo de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que o dito material isolante é uma resina epóxi.
19. Método para produção de um objeto tridimensional, caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de: dispor uma camada de um material em pó em uma superfície alvo;
aplicar pressão à camada de material em pó; direcionar um feixe de energia sobre uma área selecionada da camada de material em pó, em que o pó é sinterizado ou fundido; e repetir as ditas etapas (a) a (c) para formar o objeto tridimensional.
20. Método de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente a etapa de dispor um anteparo sobre o material em pó depois da disposição da camada do material em pó na superfície alvo.
21. Método de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pelo fato de que a etapa (c) ocorre sob pressão.
22. Método de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pelo fato de que as etapas (b) e (c) ocorrem sequencialmente.
23. Método de acordo com a reivindicação 20, caracterizado pelo fato de que o dito anteparo é transparente para o feixe de energia.
24. Método de acordo com a reivindicação 20, caracterizado pelo fato de que o dito anteparo é composto por um material transparente para um feixe de laser.
25. Método de acordo com a reivindicação 20, caracterizado pelo fato de que o dito anteparo é composto por um material selecionado a partir de um grupo que consiste em germânio, selenita de zinco e arsenieto de gálio.
26. Método de acordo com a reivindicação 20, caracterizado pelo fato de que o anteparo compreende um material isolante que contém um condutor de aquecimento isotrópico.
27. Método de acordo com a reivindicação 26, caracterizado pelo fato de que o dito material isolante é uma resina epóxi.
28. Método de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pelo fato de que o material em pó é selecionado a partir do grupo que consiste em metais, cerâmicas, materiais vítreos, materiais poliméricos e combinações dos mesmos.
29. Método de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pelo fato de que o material em pó é um material polimérico selecionado a partir do grupo que consiste em poliolefinas, cloreto de polivinila, politetrafluoretileno, polietileno com peso molecular ultra-alto e combinações dos mesmos.
30. Método de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pelo fato de que o dito material em pó compreende polietileno de ultra-alto peso molecular.
31. Método de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pelo fato de que a pressão é de cerca de 0 a 300 MPa.
32. Método de acordo com a reivindicação 31, caracterizado pelo fato de que a pressão é de cerca de 5 a 80 MPa.
33. Método de acordo com a reivindicação 32, caracterizado pelo fato de que a pressão é de cerca de 0 a 30 MPa.
34. Objeto tridimensional, caracterizado pelo fato de ser composto por um material em pó com um índice de porosidade de cerca de 0 a 1.
35. Objeto tridimensional de acordo com a reivindicação 34, caracterizado pelo fato de que o objeto tem um índice de porosidade de a partir de cerca de 0,3 a 1.
36. Objeto tridimensional de acordo com a reivindicação 35, caracterizado pelo fato de que o objeto tem um índice de porosidade de a partir de cerca de 0,6 a 1.
37. Objeto tridimensional de acordo com a reivindicação 34, caracterizado pelo fato de que o material em pó é selecionado a partir do grupo que consiste em metais, cerâmicas, materiais vítreos, materiais poliméricos e combinações dos mesmos.
38. Objeto tridimensional de acordo com a reivindicação 34, caracterizado pelo fato de que o material em pó é um material polimérico selecionado a partir do grupo que consiste em poliolefinas, cloreto de polivinila, politetrafluoretileno, polietileno com peso molecular ultra-alto e combinações dos mesmos.
39. Objeto tridimensional de acordo com a reivindicação 34, caracterizado pelo fato de que o dito material em pó compreende polietileno de ultra-alto peso molecular.
40. Objeto tridimensional de acordo com a reivindicação 34, caracterizado pelo fato de ser preparado por um processo de sinterização a laser seletivo.
BR112020012407-9A 2017-12-21 2018-12-19 dispositivo de sinterização a laser para produzir peças compostas por materiais em pó, método para produção de um objeto tridimensional, e, objeto tridimensional BR112020012407A2 (pt)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201762608957P 2017-12-21 2017-12-21
US62/608,957 2017-12-21
PCT/US2018/066503 WO2019126324A2 (en) 2017-12-21 2018-12-19 Additive manufacturing pressure device, process and obtained parts thereof

Publications (1)

Publication Number Publication Date
BR112020012407A2 true BR112020012407A2 (pt) 2020-11-24

Family

ID=66995162

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
BR112020012407-9A BR112020012407A2 (pt) 2017-12-21 2018-12-19 dispositivo de sinterização a laser para produzir peças compostas por materiais em pó, método para produção de um objeto tridimensional, e, objeto tridimensional

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20210094225A1 (pt)
EP (1) EP3728144A2 (pt)
BR (1) BR112020012407A2 (pt)
WO (1) WO2019126324A2 (pt)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20230073429A1 (en) * 2020-02-28 2023-03-09 University Of Pittsburgh - Of The Commonwealth System Of Higher Education Methods to create structures with engineered internal features, pores, and/or connected channels utilizing cold spray particle deposition

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5527877A (en) * 1992-11-23 1996-06-18 Dtm Corporation Sinterable semi-crystalline powder and near-fully dense article formed therewith
US5342919A (en) * 1992-11-23 1994-08-30 Dtm Corporation Sinterable semi-crystalline powder and near-fully dense article formed therewith
US5817206A (en) * 1996-02-07 1998-10-06 Dtm Corporation Selective laser sintering of polymer powder of controlled particle size distribution
US6387317B1 (en) * 2000-01-20 2002-05-14 Aristech Chemical Corporation Process for manufacturing clear shaped articles from polyolefin compositions
CN1970504A (zh) * 2006-12-01 2007-05-30 华中科技大学 金属/陶瓷激光烧结制件的热等静压处理方法
US8803088B1 (en) * 2011-03-02 2014-08-12 Texas Biochemicals, Inc. Polycrystalline sintered nano-gran zinc sulfide ceramics for optical windows
CN106488820B (zh) * 2014-05-08 2019-03-29 斯特拉塔西斯公司 通过选择性烧结的三维打印的方法及设备
US10449692B2 (en) * 2014-12-08 2019-10-22 Tethon Corporation Three-dimensional (3D) printing
CN104785780B (zh) * 2015-04-30 2017-07-14 北京化工大学 一种提高选择性激光烧结3d打印零件强度的装置及方法
DE102016110500B4 (de) * 2016-06-07 2019-03-14 Karl Leibinger Medizintechnik Gmbh & Co. Kg Implantatherstellverfahren mittels additivem selektivem Lasersintern und Implantat
WO2018063969A1 (en) * 2016-09-27 2018-04-05 The Curators Of The University Of Missouri Confining material during additive manufacturing processes
US10446639B2 (en) * 2017-03-29 2019-10-15 Globalfoundries Singapore Pte. Ltd. 3-dimensional printing process for integrated magnetics

Also Published As

Publication number Publication date
US20210094225A1 (en) 2021-04-01
EP3728144A2 (en) 2020-10-28
WO2019126324A2 (en) 2019-06-27
WO2019126324A3 (en) 2019-07-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Li et al. Bonding quality and fracture analysis of polyamide 12 parts fabricated by fused deposition modeling
Monzón et al. 4D printing: processability and measurement of recovery force in shape memory polymers
AU2014354930B2 (en) Method for printing three-dimensional parts wtih crystallization kinetics control
Tan et al. Comparative study on the selective laser sintering of polypropylene homopolymer and copolymer: Processability, crystallization kinetics, crystal phases and mechanical properties
CN107107470A (zh) 用于在真空条件下形成聚合物部件的方法
CN106029344A (zh) 聚合材料
Volpe et al. Effect of mold opening on the properties of PLA samples obtained by foam injection molding
JPH11509485A (ja) 選択的レーザー焼結用複合プラスチック材料
CN107257818B (zh) 导热复合材料
CN105778484B (zh) 一种应用于fdm技术的3d打印的改性尼龙材料及其打印方法
BR112020012407A2 (pt) dispositivo de sinterização a laser para produzir peças compostas por materiais em pó, método para produção de um objeto tridimensional, e, objeto tridimensional
Hamidi et al. Modelling of sintering during rotational moulding of the thermoplastic polymers
Koo et al. Polymer nanocomposites for laser additive manufacturing
Ajinjeru et al. The influence of rheology on melt processing conditions of carbon fiber reinforced polyetherimide for big area additive manufacturing
Maidin et al. Effect of vacuum assisted fused deposition modeling on 3D printed ABS microstructure
US20220242072A1 (en) Apparatus and process for sealing of gaps in parts manufactured via 3d printing techniques
Ramesh et al. A non-isothermal model to study the influence of blowing agent concentration on polymer viscosity and gas diffusivity in thermoplastic foam extrusion
Zhou et al. Injection‐molded porous hydroxyapatite/polyamide‐66 scaffold for bone repair and investigations on the experimental conditions
CN110315785A (zh) 一种双峰聚乙烯制品的退火处理方法
CN112166024A (zh) 使聚合物物体成形的方法
Reber III et al. Polyetherketoneketone (PEKK), a versatile ultra-polymer for additive manufacturing
RU2361733C2 (ru) Способ формования термопластов
EP4255973A1 (en) Nanocellular expanded polymer beads, method of manufacture and uses
Ermolai et al. Characterisation of the shape memory effect of PET polymer by FFF 3D printing
EP4132791A1 (en) Filament for additive manufacturing and process for making the same

Legal Events

Date Code Title Description
B350 Update of information on the portal [chapter 15.35 patent gazette]
B06W Patent application suspended after preliminary examination (for patents with searches from other patent authorities) chapter 6.23 patent gazette]
B11B Dismissal acc. art. 36, par 1 of ipl - no reply within 90 days to fullfil the necessary requirements