ES1195984U - Impresora 3d - Google Patents

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ES1195984U ES201731213U ES201731213U ES1195984U ES 1195984 U ES1195984 U ES 1195984U ES 201731213 U ES201731213 U ES 201731213U ES 201731213 U ES201731213 U ES 201731213U ES 1195984 U ES1195984 U ES 1195984U
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Abstract

1. Impresora 3D, caracterizada porque está constituida a partir de una carcasa (1), en la que se define una zona de impresión 3D (2), en la que participa una plataforma móvil (4), dotada de medios de desplazamiento vertical controlado, zona sobre la que se establece un sistema de guiado horizontal (8), paralelo al plano de impresión, en el que es desplazable un tambor (9) de deposición de polímeros, alojados en distintos depósitos (10) o tóneres sistema de guiado horizontal (8) sobre el que es desplazable igualmente un sistema de inyección (11) del aglutinante adecuado con una mezcla de tintas sobre la capa de polímeros previamente depositada sobre la zona de impresión.

Description

OBJETO DE LA INVENCiÓN
La presente invención se refiere a una impresora 3D, de deposición de polímero en polvo y posterior inyección de aglutinante para producir su polimerización.
El objeto de la invención es proporcionar una impresora 30 versátil desde el punto de vista del empleo de materiales, que permita la creación de composiciones tridimensionales con distintos materiales y colores en una sola impresión.
De forma más concreta, el objetivo de la invención es conseguir; aplicando un sistema electrostático de distribución de polímeros combinado con un sistema de inyección de tinta y apoyado por un sistema laser de CO2, ofrecer una impresora 3d multimaterial totalmente polifacética que permite polimerización por: adición de reactivos, temperatura, exposición fotónica ... polímeros de todo tipo; metálicos, aglutinables, termo plásticos, fotoiniciables ... con infinitas posibilidades, todo ello incluido en una máquina que puede ser de muy pequeño tamaño y de un coste muy bajo, o en una maquina profesional muy económica y con unas increíbles prestaciones.
Es igualmente objeto de la invención incluir un novedoso sistema de tóner para almacenar los polímeros, lo que es muy interesante desde el punto de vista comercial.
ANTECEDENTES DE LA INVENCiÓN
En el ámbito de aplicación práctica de la invención, el de las impresoras 3D, existe una gran diversidad de máquinas que se pueden dividir en los siguientes grupos:
• Por extrusión: se trata de máquinas que a través de un extrusor de material, montado sobre un sistema guía X-Y-Z inyectan el polímero (generalmente un termoplástico) para crear la composición 3d. estas son las más comercializadas.
• Por deposición de polímero en polvo: estas máquinas utilizan un sistema de palas de
arrastre y una plataforma desplazable para ir depositando capa tras capa de
polímero en polvo y posteriormente polimerizarlo; hay dos sistemas principales para
esto; inyección de aglutinante y/o reactivos, o tratar el polimero (principalmente
metálicos) con un láser de CO2 o similar. Para conseguir la polimerización.
• Por sistema DLP: estas impresoras 3d emplean un fotopolimero el cual se introduce
en un recipiente con el fondo transparente al cual se aplica luz en las zonas a
polimerizar gracias a un proyector DLP, se ayuda con una plataforma desplazable que va sacando la composición tridimensional del depósito a medida que se va
endureciendo.
• Multimaterial: Muy recientemente han surgido algunas impresoras multimaterial pero con bastantes limitaciones con respecto al tipo de material y a las que hay que incluir
el color ya mezclado con los distintos materiales pues no tiene sistema
independiente de selección de materiales y color.
Existen básicamente 2 tipos:
•
Las de varios extrusores, que emplea distintos termoplásticos para hacer composiciones tridimensionales en varios plásticos.
•
Sistema "estratasysn que inyectan mediante un extrusor, polímero liquido el
cual luego es tratado con lámparas UV capa a capa. Se basa en un complejo
sistema para cambiar los materiales y el coste de una máquina supera los
100000 euros
Asi pues, las impresoras 3D actuales o bien resultan sumamente caras, o bien presentan serias limitaciones desde el punto de vista del empleo de materiales.
DESCRIPCiÓN DE LA INVENCiÓN
La impresora 3D que se preconiza resuelve de forma plenamente satisfactoria la problemática anteriormente expuesta, permitiendo la creación de composiciones tridimensionales con distintos materiales y colores en una sola impresión,
Para ello, la impresora de la invención consiste en una impresora 3d de deposición de polímero en polvo y posterior inyección de aglutinante para producir la polimerización.
Más concretamente, y de acuerdo con la esencia de la invención, la novedad de esta máquina radica en el sistema de deposición de polímeros, emulando el sistema de una impresora láser, pero en lugar de plasmar los polímeros en una hoja de papel, depositando los distintos polímeros sobre una superficie especifica gracias al desplazamiento del tambor de transmisión a través de un sistema guía.
Esto permite dejar una capa de polímeros muy precisa depositando con la resolución de una impresora láser, un polímero u otro en los lugares en los que debe de incluir un material u otro, permitiendo también emplear distintas cargas en algunos del tóner y mezclarlos con los distintos polimeros en las medidas deseadas dándole las propiedades escogidas en las zonas indicadas.
Esto permitirá dar distintas propiedades físicas a los materiales cambiar su conductibilidad, propiedades magnéticas... etc, permitiendo incluso imprimir circuitos y componentes eléctricos.
Uno de los diferentes tóneres debería incluir un material inerte no polimérico, ionizado, adecuado para rellenar las áreas en las que no se va a polimerizar, reduciendo así drásticamente el gasto de polímeros.
Tras cada capa depositada por la cinta de transmisión se adiciona en las distintas áreas a polimerizar el aglutinante adecuado con una mezcla de tintas para dar el color deseado por sistema de inyección de tinta, aprovechando las mismas guías de desplazamiento horizontal empleadas por el tambor de transmisión para desplazar el inyector por la capa a tratar.
La máquina incluye un láser de CO, de distinta potencia según necesidades de la
composición de la máquina, para polimerizar áreas metálicas en sustitución o apoyo del
sistema de inyección en estas áreas, permitiendo utilizar distintos metales y óxidos
metálicos en polvo a modo de polímeros metálicos y otros muchos materiales como
5 termo plásticos, fotopolímeros y muchos más.
También gracias a las características del modelo permitirá mezclar los distintos metales
empleados, para crear distintas aleaciones metálicas con las propiedades deseadas en las
zonas escogidas.
10 Dependiendo del tipo de polimero empleado se puede utilizar el láser como apoyo del
sistema inyector para secar más rápidamente los polímeros previamente aglutinados.
También permite el uso de tintas hornea bies que son tratadas por el láser capa a capa 15 dando acabados mucho más conseguidos.
Según el número de toners que se incluyan en el modelo tendremos una máquina mucho
más versátit pero aumentando mucho el tamaño de la misma, mucho más adecuada para
uso profesional.
Esto da las posibilidades de realizar modelos en 3d con gran variedad de materiales y totalmente a color en una sola impresión; modelos con partes de plástico rigido, partes de
goma, partes metálicas, así como distintas propiedades en zonas de esas partes gracias a
la adhesión de cargas.
El uso de materiales conductores y materiales con distintas propiedades fisicas, como por
ejemplo el silicio, o cobre da la posibilidad de hacer conexiones eléctricas e incluso
componentes, lo que abre un abanico muy amplio de posibilidades.
30 Dada la naturaleza de algunos materiales y reactivos y teniendo en cuenta, que la invención da la posibilidad de emplear materiales que requieran tratamiento por láser anexos a
materiales sensibles, podrían surgir problemas de compatibilidad de materiales. Para
superar los problemas de compatibilidad de los distintos materiales y aquellos que pudieran ser afectados por el sistema de polimerización del material anexo, el propio modelo proporciona los medios necesarios para incluir una fina capa de un material de transición adecuado, solucionando así prácticamente cualquier tipo de incompatibilidad.
En cuanto al sistema de descarga, se trata de un sistema de descarga por campo iónico el cual se puede confeccionar de distintas formas teniendo el mismo objetivo según necesidades de la composición.
El sistema de descarga incluye un hilo o rodillo conductor que emita un campo lo suficientemente potente para atravesar el material de la cinta de transmisión y repeler los polímeros adheridos a ella realizando así la descarga de la imagen, también puede incluir según necesidades de la invención un sistema de jaula de Faraday abierta en una fina ranura para evitar que el campo actúe en zonas indeseadas.
Como complemento o sustituto al sistema se puede incluir según necesidades de la composición, una plancha de un material conductor con potencia regulada electrónicamente dependiente de la distancia a la que se encuentre la bandeja en el momento de la descarga, como sistema para generar un campo opuesto en la bandeja desplazable en la que atraiga los polímeros adheridos a la cinta de transmisión.
También es posible emplear una cuchilla de descarga también fabricada con material conductor para apoyar al raspado físico de la cuchilla con un campo adecuado, situando la cuchilla contra la cinta de transmisión de los polímeros en la zona de descarga de polímeros
Estos sistemas se pueden combinar o emplear de manera independiente para confeccionar la máquina según la composición más adecuada a las necesidades.
En cuanto a los polímeros ionizados, se han de emplear polímeros ionizados de un tamaño muy específico. Estos se introducen en distintos depósitos de tóner de la misma forma que una impresora láser a color.
Un sistema de adición de polvo ionizado, por sistema electrostático emplea un tambor preionizado, y selectivamente des ionizado por laser que recoge los polímeros de los rodillos de los distintos tóner formando una imagen.
A diferencia de las impresoras laser convencionales que plasman esta imagen sobre un papel, este novedoso sistema deposita los distintos polímeros capa tras capa sobre una
superficie de trabajo en la que se forma el modelo 3D.
Al tambor fotosensible se le adhieren los distintos polímeros creando la imagen de cada una
de las capas empleando el sistema de impresión láser. Luego cada capa es adherida a la cinta de transmisión que está compuesta de un material ionizable cargado
electrostáticamente.
La transmisión se realiza gracias a un rodillo de transmisión, que gracias a una corriente eléctrica genera un campo de atracción.
Cuando la imagen está adherida en la cinta de transmisión, esta gracias al sistema guía se
desplaza sobre la superficie de trabajo depositando los polímeros capa a capa desplazando el tambor de transmisión por un sistema guía y usando un rodillo de descarga ionizado que
gracias a una corriente eléctrica, genera un campo que repele los polímeros permitiendo
desprenderlos a su paso por la superficie de trabajo, efectuando la descarga del tambor de
transmisión y dejando así la imagen previamente plasmada, como una fina capa de
polímeros muy precisa sobre la superficie de trabajo.
La máquina, con la resolución de una impresora láser, deposita un polímero u otro en los lugares en los que debe de incluir un material u otro y que tras ser tratadas adecuadamente
por el sistema inyector y/o el láser de CO" van siendo desplazadas por una plataforma
móvil, con desplazamiento vertical regulado por un motor paso a paso y un tornillo sin fin.
El tambor de transmisión se desplaza hacia abajo la medida exacta del grosor de una capa, permitiendo así que la siguiente capa sea depositada sobre la última tratada.
El modelo incluye para su correcto funcionamiento un sistema de inyección de tinta igual que los que se emplean comercialmente, pero con desplazamiento por 2 ejes X-Y igual al empleado por otras impresoras 3d de deposición de polvo.
Tras cada capa depositada por el tambor de transmisión, este sistema de inyección adiciona
en las distintas áreas a poli merizar el aglutinante adecuado con una mezcla de tintas para
dar el color deseado y añadir el agente reactivo, necesario para la polimerización.
La consecución de capas una tras otra da como resultado un modelo 3D sepultado por el polvo de las zonas no tratadas. Al retirar el polvo no polimerizado encontraremos la figura tridimensional compuesta por la unión de las distintas capas.
Tal y como se ha dicho con anterioridad, también se incluye un láser de CO2 de distinta potencia según necesidades de la composición de la máquina, guiado por un sistema de espejos.
El objetivo del láser es pOlimerizar ciertas áreas, en sustitución o apoyo del sistema de inyección, permitiendo utilizar distintos metales y óxidos metálicos en polvo a modo de polímeros metálicos y otros muchos materiales; como termoplásticos, fotopolímeros, etc.
Dependiendo del tipo de polímero y/o reactivo empleado se puede utilizar el láser como apoyo del sistema inyector para secar más rápidamente los polímeros previamente aglutinados o para excitar un fotoactivo. Este laser de CO2 no es necesario para la funcionalidad del modelo, pero amplia enormemente su utilidad.
A partir de esta estructuración, el sistema electrostático de deposición permite hacer mezclas muy precisas de los distintos materiales incluidos en los tóneres permitiendo además de mezclar los distintos polímeros entre si, emplear distintas cargas en algunos de los depósitos de tóner y mezclarlos con los distintos polímeros en las medidas deseadas para darles las propiedades deseadas en las zonas indicadas. Esto permitirá dar distintas propiedades físicas a los materiales cambiar su conductibilidad, propiedades magnéticas físicas... etc, permitiendo incluso imprimir circuitos y componentes eléctricos funcionales.
Uno de los diferentes tóner puede incluir un material inerte no polimérico, ionizado, adecuado para rellenar las áreas en las que no se va a polimerizar, reduciendo así drásticamente el gasto de polímeros.
Solo resta señalar por último que, para poder sustentar el sistema con un menor mantenimiento y ayudar en la construcción de pequeñas piezas que requieren mucho material inerte, el modelo incluye un sistema de tornillo sin fin para arrastrar material inerte a un depósito de tóner fijo, situado sobre los demás depósitos y sustentado principalmente por el sistema de tornillo sin fin y una bandeja de descarga y distribución, que asegura la correcta distribución del material por el depósito de tóner desde un cajón frontal donde se almacena el material inerte.
DESCRIPCiÓN DE LOS DIBUJOS
Para complementar la descripción que seguidamente se va a realizar y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características del invento, de acuerdo con un ejemplo preferente de realización práctica del mismo, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de planos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:
La figura 1.-Muestra una vista en perspectiva antero-superior de una impresora 3D realizada de acuerdo con el objeto de la invención.
La figura 2.-Muestra una vista en perspectiva posterior-superior de la impresora de la figura anterior.
La figura 3.-Muestra una vista en perspectiva antera-superior de la estructura interna principal de la impresora.
La figura 4.-Muestra, finalmente, una vista en perspectiva posterior-superior del conjunto de la figura anterior.
REALIZACiÓN PREFERENTE DE LA INVENCiÓN
A la vista de las figuras reseñadas, puede observarse como la impresora 3D de la invención está constituida, como es convencional, a partir de una carcasa (1), en la que se define una zona de impresión 3D (2), debidamente protegida mediante una puerta (3), en cuyo seno se establece una plataforma móvil (4), concretamente desplazable verticalmente a través de guias laterales (5) y por medio de un tornillo (6), de manera que el plano horizontal de impresión quede siempre a una altura constante siendo, el modelo 3D (7) el que se desplaza poco a poco hacia abajo según se va obteniendo.
De acuerdo ya con la esencia de la invención, la impresora cuenta con una pareja de guías
horizontales (8), paralelas al plano de impresión, sobre las que son desplazables un tambor
(9) de deposición de polímeros, que actúa de forma análoga a una impresora láser, solo que en lugar de plasmar los polímeros en una hoja de papel, deposita los distintos polímeros alojados en los distintos depósitos (10) o tóneres sobre la superficie de trabajo, ya sea inicialmente sobre la plataforma móvil (4) o sobre las distintas capas horizontales del modelo (7) que se va obteniendo, gracias al desplazamiento del tambor (9) por las guias (8), permitiendo también emplear distintas cargas mezclar los distintos polímeros de los depósitos (10) en las medidas deseadas dándole al modelo (7) las propiedades escogidas
en las zonas indicadas.
Adicionalmente, y de acuerdo con otra de las caracteristicas fundamentales de la invención, sobre dicho sistema de guiado es igualmente desplazable un sistema de inyección (11), encargado de adicionar en las distintas áreas a polimerizar el aglutinante adecuado con una mezcla de tintas para dar el color deseado, de manera que dicho sistema de inyección se desplace de forma precisa sobre la capa depositada previamente por el tambor (9).
Tal y como se ha dicho con anterioridad, uno de los diferentes depósitos (10) o tóneres
debería incluir un material inerte no polimérico, ionizado, adecuado para rellenar las áreas en las que no se va a polimerizar, reduciendo así drásticamente el gasto de polímeros.
Opcionalmente, la máquina incluye un láser (12) de CO, de distinta potencia según
necesidades de la composición de la máquina, para polimerizar áreas metálicas en
sustitución o apoyo del sistema de inyección (11) en estas áreas, permitiendo utilizar
distintos metales y óxidos metálicos en polvo a modo de polímeros metálicos y otros
muchos materiales como termoplásticos, fotopolimeros y muchos más.
Esto permitirá mezclar los distintos metales empleados, para crear distintas aleaciones metalicas con las propiedades deseadas en las zonas escogidas.
De igual manera, y dependiendo del tipo de polímero empleado se puede utilizar el láser
(12) como apoyo del sistema inyector para secar más rápidamente los polímeros previamente aglutinados.
El uso del láser (12) permite igualmente el empleo de tintas hornea bies que son tratadas por el láser capa a capa dando acabados mucho más conseguidos.
En cuanto al sistema de descarga, se trata de un sistema de descarga por campo iónico el cual se puede confeccionar de distintas formas teniendo el mismo objetivo según necesidades de la composición.
El sistema de descarga incluye un hilo o rodillo conductor que emita un campo lo suficientemente potente para atravesar el material de la cinta de transmisión y repeler los polímeros adheridos a ella realizando así la descarga de la imagen, también puede incluir según necesidades de la invención un sistema de jaula de Faraday abierta en una fina ranura para evitar que el campo actúe en zonas indeseadas.
Tal y como se ha dicho anteriormente, como complemento o sustituto al sistema se puede incluir según necesidades de la composición, una plancha de un material conductor con potencia regulada electrónicamente dependiente de la distancia a la que se encuentre la bandeja en el momento de la descarga, como sistema para generar un campo opuesto en la bandeja desplazable en la que atraiga los polímeros adheridos a la cinta de transmisión.
También es posible emplear una cuchilla de descarga también fabricada con material conductor para apoyar al raspado físico de la cuchilla con un campo adecuado, situando la cuchilla contra la cinta de transmisión de los polímeros en la zona de descarga de polímeros
Estos sistemas se pueden combinar o emplear de manera independiente para confeccionar la máquina según la composición más adecuada a las necesidades.
La consecución de capas una tras otra aplicadas alternada mente por el tambor de transición
(9) y el sistema de inyección (11) da como resultado un modelo 3D sepultado por el polvo de las zonas no tratadas.
Al retirar el polvo no polimerizado encontraremos la figura tridimensional compuesta por la
unión de las distintas capas.
Solo resta señalar por último que, para poder sustentar el sistema con un menor mantenimiento y ayudar en la construcción de pequeñas piezas que requieren mucho
5 material inerte, el modelo incluye un sistema de tornillo sin fin (13) para arrastrar material inerte a un depósito de tóner fijo (14), situado sobre los demás depósitos (10) y sustentado principalmente por el sistema de tornillo sin fin y una bandeja de descarga y distribución, que asegura la correcta distribución del material por el depósito de tóner desde un cajón frontal (15) donde se almacena el material inerte.

Claims (3)

  1. REIVINDICACIONES
    1',-Impresora 3D, caracterizada porque está constituida a partir de una carcasa (1), en la que se define una zona de impresión 3D (2), en la que participa una plataforma móvil (4), 5 dotada de medios de desplazamiento vertical controlado, zona sobre la que se establece un sistema de guiado horizontal (8), paralelo al plano de impresión, en el que es desplazable un tambor (9) de deposición de polimeros, alojados en distintos depósitos (10) o tóneres sistema de guiado horizontal (8) sobre el que es desplazable igualmente un sistema de inyección (11) del aglutinante adecuado con una mezcla de tintas sobre la capa de
    10 polimeros previamente depositada sobre la zona de impresión,
    2',-Impresora 3D, segun reivindicación 1', caracterizada porque el tambor (9) de deposición
    de polímeros incluye medios para el empleo de distintas cargas, así como de mezcla de los
    distintos polímeros provenientes de los depósitos (10) en las medidas deseadas,
    3',-Impresora 3D, segun reivindicaciones 1 y 2, caracterizada porque uno de los depósitos
    (10) o tóneres incluye un material inerte no polimérico, ionizado, para rellenar las áreas en
    las que no se va a polimerizar.
    20 4',-Impresora 3D, segun reivindicación 1' , caracterizada porque la máquina incluye un láser
    (12) de CO, de polimerización de áreas metálicas, creación de distintas aleaciones
    metálicas, secado de polímeros previamente aglutinados, así como de horneado de tintas.
  2. 58 ._ Impresora 3D, según reivindicación 18, caracterizada porque el tambor (9) de deposición
    25 de poli meros incluye un sistema de descarga por campo iónico,
    68 ,_ Impresora 3D, según reivindicaciones 18 y 58, caracterizada porque el tambor incluye una cinta de transmisión de los polímeros, asociada a un hilo o rodillo conductor de
    repulsión de los polímeros adheridos a dicha cinta,
  3. 78 ._ Impresora 3D, según reivindicaciones anteriores, caracterizada porque incluye un sistema de jaula de Faraday abierta como elemento de control del campo iónico.
    aa,_ Impresora 3D, según reivindicaciones 1a a 6a, caracterizada porque el tambor incluye
    una cuchilla de descarga de material conductor en oposición a la cinta de transmisión de los polímeros en la zona de descarga de dichos polímeros.
    ga._ Impresora 3D, según reivindicaciones anteriores, caracterizada porque incluye un sistema de tornillo sin fin (13) para arrastrar material inerte a un depósito de tóner fijo (14).
    5
    FIG.1
    FIG.2
    F\G.3
    ~o 14
    F\G.4
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