ES2354185T3 - Método y sistema para la producción de un objeto tangible por capas. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento para la producción de un objeto tangible (5; 205; 305) por capas, cuyo procedimiento comprende: disponer un recipiente de líquido (2) que contiene un líquido (3; 203; 303); disponer una estructura constructiva (6; 206; 306) que tiene un lado (11; 211; 311) para el contacto con el líquido para establecer contacto con el líquido en el recipiente de líquido; y llevando a cabo repetidamente ciclos del método, comprendiendo cada ciclo del método, las siguientes etapas sucesivas: - solidificar partes predeterminadas del líquido, teniendo lugar la solidificación, como mínimo, cuando dichas partes se encuentran en contacto con la cara, en contacto con el líquido de dicha estructura constructiva, a efectos de obtener una capa sólida (14, 114; 214; 314) del objeto tangible, teniendo, por lo tanto la capa sólida una forma predeterminada, y teniendo la capa sólida una cara de la capa sólida (70; 170; 270; 370) que comprende la totalidad de partes de la superficie (170a, 170b, 170c) de la capa sólida que se encuentran o se han encontrado en contacto con la cara (11) de contacto con el líquido de la estructura constructiva; - separar dicha capa sólida de dicha estructura constructiva; y - desplazar, una con respecto a otra, la capa sólida separada y la estructura constructiva hasta una posición predeterminada entre sí a efectos de obtener, de manera similar, por solidificación similar de partes predeterminadas del líquido, una capa sólida sucesiva adherida a la capa sólida y adjunta a dicha cara de la capa sólida de la capa sólida; caracterizado porque durante, como mínimo, uno de dichos ciclos de procedimiento, dicha solidificación es llevada a cabo de manera tal que la capa sólida (14; 114; 214; 314) y la estructura constructiva (6; 206; 306) tienen formas que no se acoplan en el sentido de que todas las partes superficiales de dicha cara (70; 170; 270; 370) de la capa sólida no pueden ser llevadas simultáneamente a establecer contacto completo con la cara (11; 211; 311) de contacto con el líquido de la estructura constructiva (6; 206; 306).
Description
Método y sistema para la producción de un objeto
tangible por capas.
La presente invención se refiere a un método
para la producción de un objeto tangible por capas, de acuerdo con
el preámbulo de la reivindicación 1. La invención se refiere también
a un sistema para la producción por capas de un objeto
tangible.
Es conocido un método de este tipo. Por ejemplo,
es conocido por el documento DE10256672A1 que el recipiente de
líquido tiene una placa de fondo transparente cuya cara superior
tiene una capa de separación. En el espacio situado por encima de
la placa inferior se encuentra una placa portadora que puede ser
desplazada hacia arriba y hacia abajo. Durante el movimiento, la
placa portadora puede alcanzar posiciones comprendidas desde debajo
del nivel del líquido a una posición por encima del mismo. Una
primera capa formada de forma sólida del objeto tangible es
adherida a la cara inferior de la placa portadora. Las capas sólidas
formadas de manera consecutiva son adheridas cada una de ellas a
una capa sólida previamente formada, respectivamente.
Cada vez después de la solidificación de una
nueva capa, la placa portadora junto con las capas previamente
solidificadas adheridas a la misma son desplazadas hacia arriba a
efectos de separar la última capa sólida formada con respecto a la
capa de separación de la placa de fondo. Cada vez después de dicha
separación, la capa sólida separada es desplazada a una posición
predeterminada a una distancia con respecto a la capa de separación
de la placa de fondo para dejar que entre el líquido entre la capa
sólida separada y la capa de separación de la placa de fondo. Al
solidificar un área predeterminada de una capa que contiene el
líquido entrante se obtiene una capa sólida sucesiva del objeto
tangible.
El movimiento de separación hacia arriba de la
placa portadora requiere ejercer una fuerza externa sobre la placa
portadora. Esta fuerza externa tiene como resultado un incremento de
los esfuerzos internos en el objeto tangible que está siendo
producido. En especial, los esfuerzos de tracción verticales en
objetos con secciones transversales variables pueden resultar
localmente muy elevados. Si estos esfuerzos se hacen demasiado
elevados, el objeto se puede deformar, deteriorar o romper. Dado
que, con el método conocido, una separación rápida requiere que la
fuerza externa sea elevada, los esfuerzos internos en el objeto
tangible durante dicha separación rápida son también elevados. Por
lo tanto, un inconveniente del método conocido es que se pueden
formar con rapidez solamente tipos limitados de objetos. Otros
tipos de objetos, especialmente los que tienen mucha variación de
secciones transversales, no pueden ser formados rápidamente con los
métodos actualmente conocidos. El documento
DE-A-102 56672 da a conocer las
características de los preámbulos de las reivindicaciones 1 y
11.
Es un objetivo de la invención posibilitar una
producción más rápida de un objeto tangible.
Por lo tanto, de acuerdo con un primer aspecto
de la presente invención se da a conocer un método según la
reivindicación 1.
En este método, de acuerdo con el primer aspecto
de la invención, durante, como mínimo, uno de dichos ciclos del
método, dicha solidificación es llevada a cabo de manera tal que la
capa sólida y la forma de construcción tienen estructuras que no se
acoplan en el sentido de que todas las partes superficiales
mencionadas de dicha capa sólida no pueden ser llevadas
simultáneamente a establecer contacto completo con el líquido que
establece contacto con la cara o lado de la forma constructiva. Los
efectos favorables de la aplicación de dichas estructuras que no se
corresponden, se explican a continuación.
Durante la separación rápida de la última capa
sólida formada a partir de la estructura constructiva, existe un
periodo de tiempo durante el cual el líquido (resina) no se
encuentra en equilibrio con las fuerzas/presiones en el espacio
intermedio entre la capa sólida y la estructura constructiva.
Entonces se crea una presión reducida (del vacío o líquido gaseoso)
en dicho espacio intermedio, resultando en una fuerza que permite el
flujo de líquido en el espacio intermedio en expansión. Por lo
tanto, existe entonces una diferencia de impresión entre la presión
(baja) en dicho espacio intermedio y la presión (alta) ejercida
sobre las capas del objeto que se está produciendo y que no se han
solidificado previamente a la última capa sólida formada (se debe
observar que, para el método conocido, la presión en un espacio por
encima del nivel de líquido y adyacente al mismo es la presión
ambiental habitual, es decir, la presión atmosférica). La presencia
de dicha diferencia de presión es responsable para una cantidad
importante de la fuerza externa requerida necesaria para separar la
capa sólida con respecto a la estructura constructiva, en especial
para objetos con secciones transversales que varían (fuertemente).
El ejercer esta elevada fuerza externa es responsable por su parte
de un incremento de esfuerzos internos en el objeto durante dicha
separación.
Mediante la aplicación de dichas estructuras no
adaptadas, el líquido llenará el espacio intermedio en expansión
entre la capa sólida y la estructura constructiva, de manera mucho
más rápida. Es decir, la imposibilidad del acoplamiento de contacto
simultáneo que se ha mencionado hace que al inicio de la etapa de
separación el espacio intermedio ya ha sido parcialmente llenado
por el líquido. Por lo tanto, por la aplicación de dichas formas no
adaptadas, dicha diferencia de presión disminuye. Por lo tanto, la
parte de la fuerza externa requerida que es necesaria para superar
dicha diferencia de presión disminuye, como resultado de lo cual la
parte de fuerza externa requerida contribuye en menor medida a
dicho incremento de los esfuerzos internos en el objeto. Esto
permite que, dado un nivel máximo permisible de esfuerzos internos,
se disponga de una mayor parte de la fuerza externa para superar
otros tipos de resistencias que se presentan durante la separación.
En otras palabras, la aplicación de las formas no adaptadas tiene
como resultado que una menor proporción de la fuerza externa se
pierda para superar dicha diferencia de presión y, por lo tanto,
resulta también en que una mayor proporción de la fuerza externa
disponible se aproveche para conseguir aceleración de separación.
Por lo tanto, las etapas de separación en el método de producción
del objeto tangible se pueden acelerar incluso (y de hecho en
especial) para objetos con secciones transversales que varían
fuertemente.
Durante la separación, también se deben superar
las fuerzas de adherencia entre la última capa sólida formada y la
estructura constructiva. (Se debe observar que esta adherencia es
reducida normalmente en la mayor medida posible utilizando una capa
antiadherencia o recubrimiento sobre la estructura constructiva).
Las fuerzas de adherencia son proporcionales al área de contacto
entre la capa sólida y la estructura constructiva. Dado que esta
área es reducida por la aplicación de las formas no adaptadas, estas
fuerzas de adherencia también se reducen. Esto acelera
adicionalmente las etapas de separación.
Además, la aplicación de las formas no adaptadas
tiene otro efecto favorable que se explica a continuación. De
acuerdo con el método, la etapa de separación es seguida de una
etapa de posicionado en la que la capa sólida separada y la
estructura constructiva se desplazan una con respecto a otra para
alcanzar una posición predeterminada de una con respecto a otra.
Normalmente, tiene lugar directamente después de completar la
separación lo que se llama "salto" ("overshoot") en este
movimiento relativo. Es decir, en una fase inicial de la etapa de
posicionado, la capa sólida separada y la estructura constructiva se
desplazan entre sí más de lo deseado. Este "salto" tiene que
ser compensado por el desplazamiento, durante una etapa posterior de
la fase de posicionado, de la capa sólida separada y la estructura
constructiva llegando nuevamente a una posición más próxima entre
sí. Durante este movimiento de compensación, el exceso de líquido
que, mientras tanto, ha entrado en el espacio intermedio entre la
capa sólida separada y la estructura constructiva, tiene que ser
expulsado nuevamente de este espacio intermedio. Esta expulsión
requiere tiempo, especialmente cuando la estructura constructiva es
flexible.
Mediante la aplicación de formas no adaptadas,
como mínimo, se obtiene la ventaja adicional siguiente. Las
reducciones conseguidas en diferencia de presión y también en
fuerzas de adherencia que se tienen que superar durante la etapa
inicial de la fase de separación, tienen como resultado una magnitud
reducida del llamado "salto". Este "salto" menor acelera
la fase de posicionado, dado que hay menos salto al compensar en
dicha etapa de posicionado.
Por lo tanto, no solamente se pueden acelerar
las etapas de separación, sino también las etapas de posicionado en
el método de producción del objeto tangible.
Además, de acuerdo con un segundo aspecto de la
invención se da a conocer un sistema de acuerdo con la
reivindicación 11.
Se dan a conocer realizaciones específicas de la
invención en las reivindicaciones dependientes.
Estos y otros aspectos de la invención quedarán
evidentes y serán explicados haciendo referencia a las realizaciones
que se describen a continuación.
Otros detalles, aspectos y realizaciones de la
invención se describirán, solamente a título de ejemplo, haciendo
referencia a los dibujos.
La figura 1 muestra esquemáticamente una vista
lateral en sección de un ejemplo de realización de un sistema según
la invención.
La figura 2 muestra esquemáticamente una vista
parcial del sistema de la figura 1 durante una fase de un método de
acuerdo con la invención.
La figura 3 muestra esquemáticamente un ejemplo
de una etapa sólida de un objeto que se puede obtener por un
método, según la invención.
Las figuras 4A y 4B muestran esquemáticamente
una vista lateral en sección, parcial, de un ejemplo de otra
realización de un sistema según la invención.
Las figuras 5A y 5B muestran esquemáticamente
una vista lateral en sección, parcial, de un ejemplo de otra
realización de un sistema, según la invención.
Se hace referencia en primer lugar a las figuras
1 y 2 que muestran un ejemplo de un sistema (1) para la producción
por capas de un objeto tangible (5). El sistema (1) puede llevar a
cabo un ejemplo de un método para la producción por capas de un
objeto tangible. El objeto tangible (5) se ha mostrado durante su
producción. Puede ser, por ejemplo, un prototipo o modelo de un
artículo a fabricar u otro tipo de objeto adecuado.
El sistema (1) comprende un recipiente de
líquido (2) que, en el ejemplo que se ha mostrado, está lleno de un
líquido (3) hasta el nivel del líquido (4). El sistema (1)
comprende, además, una estructura constructiva (6) que está
dispuesta por debajo del nivel de líquido (4) del recipiente de
líquido (2). En el ejemplo que se ha mostrado la estructura
constructiva (6) comprende una plataforma de fondos (7) del
recipiente (2), así como, encima de la plataforma (7), un
recubrimiento antiadhesivo (8). La estructura constructiva (6) tiene
un lado (11) de contacto con el líquido que se encuentra en
contacto con el líquido (3) del recipiente de líquido. Muchos otros
tipos y formas constructivas se pueden aplicar de forma
sustitutiva.
El sistema (1) comprende además medios de
solidificación (9) para solidificar partes predeterminadas del
líquido (3), teniendo lugar la solidificación, como mínimo, cuando
dichas partes se encuentran en contacto con la cara (11) de
contacto con el líquido de la estructura constructiva (6), a efectos
de obtener una capa sólida (14) del objeto tangible (5). La capa
sólida tiene, por lo tanto, una forma predeterminada. En el ejemplo
que se ha mostrado, un área predeterminada de una capa de líquido
(10), adyacente a la cara (11) de contacto con el líquido, está
solidificada.
La capa sólida (14) tiene una cara (70) de la
misma (ver figura 2), que comprende todas las partes de superficie
de la capa sólida (14) que están o han estado en contacto con la
cara (11) de contacto con el líquido de la estructura constructiva
(6). En la situación mostrada del ejemplo de las figura 1 y 2, dicho
contacto existe realmente entre la cara (70) de la capa sólida y la
cara (11) de contacto con el líquido en la mayor parte de las zonas
de la cara (70) de la capa sólida mostrada. Para estas partes de la
cara (70) de la capa sólida para las que dicho contacto no existe
realmente, dicho contacto existió en una etapa anterior del método,
tal como se explicará más adelante.
Se observará que en el ejemplo mostrado en las
figuras 1 y 2 todas las partes superficiales de la capa sólida (14)
que están o han estado en contacto con la cara (11) de contacto con
el líquido de la estructura constructiva (6) forman conjuntamente
una cara (70) continua de la capa sólida. No obstante, dado que los
medios de solidificación (9) son capaces de solidificar de varias
maneras diferentes partes predeterminadas del líquido (3), son
posibles varios tipos de capas sólidas, por ejemplo, capas sólidas
que contienen intersticios. Un ejemplo de una capa sólida, tal como
se ha indicado en último lugar, es la mostrada en la figura 3. Se
aprecia que la cara (170) de la capa sólida, de la capa sólida
(114), comprende partes superficiales (170a), (170b) y (170c) de la
capa sólida (114) que están o han estado en contacto con una cara
de la estructura constructiva en contacto con un líquido. En este
ejemplo, las partes de superficie (170a), (170b) y (170c) forman
conjuntamente una capa lateral sólida (170).
Los medios de solidificación (9) pueden utilizar
cualquier proceso adecuado químico o físico para solidificar las
partes predeterminadas del líquido. Los medios de solidificación (9)
pueden iniciar, por ejemplo, una reacción química de un componente
en el líquido que tiene como resultado un producto de reacción
sólido. Por ejemplo, el líquido (3) puede ser una resina líquida
que puede ser curada por radiación electromagnética, por ejemplo,
un fotopolímero cuya polimerización puede ser activada proyectando
luz de una longitud de onda determinada. El líquido puede ser
transformado en un sólido por un tipo adecuado de energía y los
medios de solidificación (9) pueden comprender una fuente de
energía que puede proporcionar selectivamente la energía al área
predeterminada. La fuente de energía puede incluir, por ejemplo, una
fuente de radiación electro-magnética. Los medios
de solidificación (9) pueden incluir una fuente luminosa que puede
emitir luz (15) que es proyectada sobre el área predeterminada de
la capa de líquido (10) con intermedio de una unidad de proyección
de los medios de solidificación (9) en una disposición que
corresponde a la forma deseada y dimensiones de la capa sólida
(14). Para posibilitar que la luz u otra radiación (15) entre en el
recipiente de líquido (2), la estructura constructiva (6) puede
incluir una ventana que es transparente a la radiación (15).
El sistema (1) comprende, además, medios de
separación para separar dicha capa sólida (14) con respecto a dicha
estructura constructiva (6). En el ejemplo que se ha mostrado, los
medios de separación comprenden una placa portadora (20) situada
por encima de la estructura constructiva (6). Tal como se ha
indicado por la flecha doble (25) de la figura 1, la placa
portadora (20) es desplazable hacia arriba y hacia abajo con
respecto a la estructura constructiva (6) por la acción del
accionador (21) de la placa portadora. Durante su movimiento, la
placa portadora (20) puede alcanzar posiciones comprendidas desde
debajo del nivel de líquido (4) a encima del mismo. Una primera
capa sólida formada (24) del objeto tangible (5) es adherida a la
cara inferior de la placa portadora (20). Las capas sólidas
formadas sucesivamente (34) se adhieren cada una de ellas a una
capa sólida previamente formada, respectivamente. Después de la
solidificación de la nueva capa, la placa portadora junto con las
capas solidificadas adherida sobre la misma son desplazadas hacia
arriba, como resultado de lo cual la última capa sólida formada es
separada con respecto a la estructura constructiva (6).
Cada vez que tiene lugar dicha separación, la
capa sólida separada (14) es desplazada, además, a una posición
predeterminada a una cierta distancia con respecto a la estructura
constructiva (6) para dejar que el líquido fluya entre la capa
sólida separada (14) y la estructura constructiva (6). A
continuación, por solidificación similar de un área predeterminada
de una capa de líquido similar que contiene el líquido que ha
entrado, se obtiene una capa sólida sucesiva del objeto tangible
(5). Los medios de desplazamiento para este movimiento de
posicionado comprenden la placa portadora (20) desplazable por el
accionador (21) de la placa portadora.
Será evidente que el método para la producción
capa a capa de un objeto tangible es un método cíclico, en el que
las etapas cronológicas que se han descrito de solidificación,
separación y posicionamiento conjuntos están comprendidas en un
ciclo único del método.
En el ejemplo mostrado en la figura 1, el
sistema (1) comprende, además, un controlador (60). En el ejemplo
que se ha mostrado, el controlador (60) está conectado en
comunicación, mediante la conexión (62), al accionador (21) de la
placa portadora para controlar el funcionamiento de dicho accionador
(21) de la placa portadora. Además, el controlador (60) está
conectado en comunicación con intermedio de la conexión (63), con
los medios de solidificación (9) para controlar el funcionamiento
de dichos medios de solidificación (9).
El controlador (60) puede ser implementado de
cualquier manera adecuada. Por medio del controlador (60), se puede
llevar a cabo el control del funcionamiento del accionador (21) de
la placa portadora y los medios de solidificación (9) uno con
respecto a otro, para controlar la producción de objetos.
La estructura constructiva (6) y la capa sólida
(14), obtenidas durante dicho método de ciclo, tienen formas que no
se acoplan en el sentido de que todas las partes superficiales de
dicha capa sólida (70) no pueden ser llevadas simultáneamente a
contacto completo con la cara (11) de contacto con el líquido de la
estructura constructiva (6).
En el ejemplo mostrado en las figuras 1 y 2,
dichas formas que no se acoplan están realizadas de la forma
siguiente. La estructura constructiva (6) comprende una serie de
rebajes (71) (ver figura 2) formados por la estructura de su cara
(70) de contacto con el líquido. Dichos rebajes pueden ser, por
ejemplo, canales rectos o curvados. Asimismo, solamente se puede
aplicar un rebaje, por ejemplo, un rebaje en forma de un canal que
en una vista en planta sobre la estructura constructiva (6) tiene
forma espiral. Durante la etapa de solidificación de un ciclo del
método, partes del líquido (3) contenidas en los rebajes (71) no se
pueden solidificar. Por lo tanto, en este caso, la capa sólida (70)
no tiene partes salientes que se acoplen en los rebajes (71). Por
lo tanto, la capa sólida (70) no puede ser llevada a establecer
contacto completo con la cara (11) de contacto con el líquido de la
estructura constructiva (6). Esto significa que la capa sólida
obtenida (14) tiene, en el sentido antes mencionado, una forma no
acoplada con la estructura constructiva (6).
Como consecuencia, al inicio de la etapa de
separación, los rebajes (71) son llenados con el líquido (3).
Gracias a estos rebajes llenos, el líquido, durante la separación,
llenará con rapidez el espacio intermedio en expansión entre la
capa sólida (14) y la estructura constructiva (6). Esto se cumple
incluso en mayor medida cuando los rebajes (71) se encuentran en
conexión de fluido con el volumen del líquido (3) en el recipiente
de líquido (2), dado que entonces se tendrá un suministro rápido de
líquido al espacio intermedio en expansión a través de los rebajes
(71).
Esta aplicación de dichos rebajes, tal como se
ha explicado en lo anterior, proporciona la ventaja de que se puede
realizar fácilmente para diferentes tipos de estructuras
constructivas.
En los ejemplos que se han mostrado, durante la
etapa de solidificación de, como mínimo, uno de dichos ciclos del
método, la solidificación es realizada por medio de emisión de
radiación (15) a partes predeterminadas del líquido (3). La
estructura constructiva comprende medios de bloqueo de la radiación
para bloquear parcialmente la radiación emitida. Los medios de
bloqueo de la radiación están dispuestos para impedir que la
radiación (15) alcance las partes del líquido contenido en los
rebajes (71) para impedir que estas partes se solidifiquen. En el
ejemplo, los medios de bloqueo de la radiación comprenden máscaras
de radiación (72) aplicadas en los límites de los rebajes (71)
enmascarando, por lo tanto, el contenido de líquido de los rebajes
(71) evitando la radiación. No obstante, se pueden aplicar otras
formas de bloqueo de la radiación, por ejemplo, bloqueando la
radiación más arriba de la fuente de radiación, por ejemplo,
mediante una unidad saliente de los medios de solidificación. Estas
soluciones de bloqueo de la radiación se pueden conseguir fácilmente
para diferentes tipos de estructuras constructivas.
En cualquier momento, durante la realización del
método, se puede llevar a cabo un movimiento relativo entre la
estructura constructiva (6) y el objeto (5) que se está
construyendo, teniendo lugar el movimiento relativo en una
dirección que tiene, como mínimo, una componente tangente a un área
de la cara (11) de contacto con el líquido de la estructura
constructiva (6).
Por ejemplo, es posible que, durante la etapa de
solidificación de, como mínimo, uno de los ciclos de dicho método,
la estructura constructiva (6) sea desplazada con respecto al objeto
(5) que se está construyendo, en una dirección que tiene, como
mínimo, una componente tangente a un área de contacto de la cara
(11) de contacto con el líquido, de manera que el área de contacto
se encuentra en contacto con una de las partes predeterminadas del
líquido (3) que se encuentra en solidificación. En el ejemplo de las
figuras 1 y 2, ello es realizado por el desplazamiento de la
estructura constructiva con respecto al objeto (5), horizontalmente,
tal como se ha indicado por la doble flecha (73) de la figura 1.
Este movimiento relativo puede ser llevado a cabo, por ejemplo,
desplazando la placa portadora (20) por la acción del accionador
(21) de dicha placa portadora. No obstante, este movimiento
relativo puede ser llevado a cabo asimismo, de manera más general,
desplazando la estructura constructiva (6) por medio de un
accionador adecuado de dicha estructura constructiva.
De esta manera, también las partes de la capa
(10) de líquido que de otro modo no podían ser alcanzadas por la
radiación (15) a causa de la presencia de las máscaras (72), pueden
ser objeto de radiación. El movimiento relativo puede ser, por
ejemplo, un movimiento oscilante. No obstante, también se pueden
aplicar otros tipos de movimiento relativo. Por ejemplo, es posible
dotar a la estructura constructiva (6) de una mesa rotativa que
tiene una estructura en forma de rebaje espiral, tal como se ha
mencionado anteriormente.
También es posible que una etapa de
solidificación del método comprenda una o varias etapas de
solidificación sucesivas, de manera que las partes de la capa de
líquido que no se habían solidificado en dicha etapa de
solidificación (dado que no habían sido alcanzadas por la radiación
debido a las máscaras) se solidifican en una etapa sucesiva a dicha
solidificación. El mencionado movimiento relativo en una dirección
que tiene dicho componente tangente puede ser llevado a cabo a
continuación, por ejemplo, de manera intermedia entre las
diferentes etapas de solidificación. De forma opcional, dicho
movimiento relativo intermedio entre las diferentes etapas de
solidificación puede incluir un movimiento temporal (separación) en
una dirección transversal a un área de la cara (11) de contacto con
el líquido de la estructura constructiva (6).
Además, se observará que también es posible que
las partes de la capa de líquido que no se habían solidificado
durante la etapa de solidificación de un ciclo del método (porque no
habían sido alcanzadas por la radiación debido a las máscaras) se
pueden solidificar en la etapa de solidificación de un ciclo
sucesivo del método, es decir, conjuntamente con la solidificación
de una capa de líquido sucesiva. Esto puede mejorar también la
interconexión mecánica entre las capas del objeto tangible.
También se pueden aplicar movimientos relativos
similares durante una etapa de separación del método. Es decir,
durante la etapa de separación de, como mínimo, uno de dichos ciclos
del método, se desplaza la estructura constructiva (6) con respecto
al objeto en construcción (5), en una dirección que tiene, como
mínimo, una componente tangente a un área de contacto entre la cara
(11) de contacto con el líquido de la estructura constructiva (6) y
la cara (70) de la capa sólida de la capa sólida (14). Esto estimula
que el líquido, durante la separación, llene con rapidez el espacio
intermedio en expansión entre la capa sólida (14) y la estructura
constructiva (6). Esto tiene una influencia favorable en la
velocidad de realización de las etapas de separación. Se observará
que el último movimiento relativo mencionado de la estructura
constructiva durante una etapa de separación del método es
favorable no solamente cuando se aplique en combinación con las
características descritas de "formas no acopladas", sino
también cuando se aplica sin dichas características de "formas no
acopladas".
Además, es favorable inyectar, como mínimo,
durante una parte de la etapa de separación y/o una parte de la
etapa de posicionado de los ciclos del método, un fluido tal como el
líquido (3) entre la cara (11) en contacto con el líquido de la
estructura constructiva (6) y la cara (70) de la capa sólida de
dicha capa sólida (14). El espacio intermedio en expansión entre la
capa sólida (14) y la estructura constructiva (6) se llenará, por
ejemplo, más rápidamente si la inyección es llevada a cabo con el
líquido (3). Preferentemente, el líquido (3) es inyectado en los
rebajes (71), esto tiene como resultado un suministro efectivo del
líquido al espacio intermedio en expansión.
A continuación se hace referencia a las figuras
4A y 4B. Estas figuras muestran un fragmento de un sistema (201)
para la producción por capas del objeto tangible (205). El sistema
(201), comprende, de manera similar a las figuras 1 y 2: una
estructura constructiva (206) que tiene una cara (211) de contacto
con el líquido, encontrándose en contacto con el líquido (203) en
un recipiente de líquido del sistema (201), así como medios de
solidificación (209) para emitir radiación (215). El numeral de
referencia (214) indica, de manera similar al ejemplo de las
figuras 1 y 2, la última capa sólida formada del objeto (205), de
manera que la cara (270) de la capa sólida comprende todas las
partes superficiales de la capa sólida (214) que se encuentran o se
han encontrado en contacto con la cara (211) de contacto con el
líquido de la estructura constructiva (206). La estructura
constructiva (206) y la capa sólida (214) tienen formas no acopladas
en el sentido de que la totalidad de las partes superficiales de
dicha capa sólida (270) no pueden ser llevadas a establecer contacto
completo simultáneamente con la cara (211) de contacto con el
líquido de la estructura constructiva (206). En la realización que
se ha mostrado en las figuras 4A y 4B dichas formas no acopladas
están realizadas por el hecho de que la capa sólida (214) tiene una
forma que no es plana.
La solidificación que ha sufrido la capa sólida
(214) ha sido llevada a cabo desplazando el objeto (205) con
respecto a la estructura constructiva (206) en un tipo de movimiento
rotativo indicado por la flecha doble (275). Como ilustración
adicional, la figura 4B muestra una situación durante dicho
movimiento rotativo, en cuya situación el objeto (205) tiene una
orientación con respecto a la estructura constructiva (206), cuya
orientación difiere de la de la figura 4A. A lo largo del tiempo
durante dicha rotación, diferentes partes del líquido (203) entre
la cara (270) de la capa sólida y la cara de contacto (211) se
solidifican al exponer estas partes a la radiación (215). De esta
manera, la capa sólida (214) se forma a lo largo del tiempo.
Asimismo, también para esta realización, la
aplicación de formas no acopladas tienen como resultado una mejor
separación, dado que el líquido (203) llenará el espacio intermedio
en expansión entre la capa sólida (214) y la estructura
constructiva (206) de manera mucho más rápida. En realidad, este es
otro ejemplo de llevar la masa de líquido (203) del recipiente de
líquido más próxima al espacio intermedio en expansión.
A continuación, se hará referencia a las figuras
5A y 5B. Estas figuras muestran un fragmento de un sistema (301)
para la producción por capas de un objeto tangible (305). El sistema
(301) comprende, de manera similar a los ejemplos anteriores: una
forma constructiva (306) que tiene una cara (311) de contacto con el
líquido para su contacto con el líquido (303) en un recipiente de
líquido del sistema (301), así como medios de solidificación (309)
para emitir radiación (315). El numeral de referencia (314) indica,
de manera similar a los ejemplos anteriores, la última capa sólida
formada del objeto (305), de manera que la cara (370) de la capa
sólida comprende todas las partes superficiales de la capa sólida
(314) que se encuentran o se han encontrado en contacto con la cara
(311) de contacto con el líquido de la estructura constructiva
(306). La estructura constructiva (306) y la capa sólida (314)
tienen formas no acopladas, en el sentido de que todas las partes de
superficie de dicha cara (370) de la capa sólida no pueden ser
llevadas a establecer contacto pleno simultáneamente con la cara
(311) de contacto con el líquido de la estructura constructiva
(306). En la realización mostrada en las figuras 5A y 5B, dichas
formas no acopladas son realizadas por el hecho de que la cara (311)
de contacto con el líquido tiene una forma que no es plana en zonas
distintas que cualesquiera zonas posibles que forman uno o varios
rebajes de la estructura constructiva (306) que se ha dispuesto. (Se
debe observar, que los rebajes, tales como los aplicados en los
ejemplos de las figuras 1 y 2, pueden ser incorporados opcionalmente
tanto en la estructura constructiva -306- de esta realización como
en la estructura constructiva -206- de la realización de las
figuras 4A y 4B).
La solidificación que ha soportado la capa
sólida de (314), ha sido llevada a cabo por desplazamiento de la
estructura constructiva (306) con respecto al objeto (305) en un
tipo de movimiento rotativo, tal como se ha mostrado por la doble
flecha (375). Para mayor ilustración, la figura 5B muestra una
situación durante dicho movimiento rotativo en la cual el objeto
(305) tiene una orientación con respecto a la estructura
constructiva (306), que difiere de la orientación de la figura 5A.
En el curso del tiempo durante dicha rotación, diferentes partes
del líquido (303) entre la cara (370) de la capa sólida y la cara de
contacto (311) se solidifican exponiendo estas partes a la
radiación (315). De esta manera, la capa sólida (314) se ha formado
debidamente a lo largo del tiempo.
También para esta realización, la aplicación de
dichas formas no acopladas, tienen como resultado una separación
mejorada, dado que el líquido (303) llenará el espacio intermedio en
expansión entre la capa sólida (314) y la estructura constructiva
(306) de forma mucho más rápida. En realidad, este es otro ejemplo
de llevar la masa del líquido (303) del recipiente de líquido más
próxima al espacio intermedio en expansión.
En la descripción anterior, la invención ha sido
descrita con referencia a ejemplos específicos de realizaciones de
la invención. No obstante, será evidente que se pueden introducir
diferentes modificaciones y cambios sin salir del ámbito de la
invención, tal como queda definida en las reivindicaciones adjuntas.
Por ejemplo, el recipiente de líquido puede estar dispuesto más
alto o más bajo que lo mostrado en la figura 1. Además, el objeto
puede tener cualquier dimensión y forma apropiadas.
Asimismo, el método y sistema pueden ser
dispuestos de forma tal que una capa superior, en vez de una capa
inferior, de un objeto en producción se solidifica durante cada
ciclo del método. Entonces, la placa portadora puede ser situada
por debajo del objeto en producción en vez de encima del mismo,
mientras que por ejemplo, se puede colocar por encima del objeto en
producción una fuente de luz de los medios de solidificación, en
vez de situarla por debajo. En realidad, la presente invención es
aplicable a un método o sistema para la producción por capas que
funciona según cualquier orientación con respecto a la gravedad.
Asimismo, la invención no está limitada a
dispositivos físicos o a unidades físicas implementadas en un
dispositivo no programable, sino que se pueden aplicar en
dispositivos programables o unidades capaces de llevar a cabo unas
funciones deseadas del dispositivo funcionando de acuerdo con un
código de programa adecuado. Además, los dispositivos se pueden
distribuir físicamente en una serie de aparatos operando, no
obstante funcionalmente en forma de dispositivo único. Por ejemplo,
el controlador (60) puede incluir un aparato separado que controla
el funcionamiento del accionador (21) de la placa portadora y otro
aparato que controla el funcionamiento de los medios de
solidificación (9).
Asimismo, se pueden integrar en un solo
dispositivo físico dispositivos que forman funcionalmente
dispositivos separados. Por ejemplo, el controlador (60) puede ser
implementado en forma de circuito integrado único.
No obstante, otras modificaciones, variaciones y
alternativas son también posibles. Las especificaciones y dibujos
se tienen que considerar, de manera correspondiente, en sentido
ilustrativo pero no limitativo.
En las reivindicaciones, cualesquiera signos de
referencia situados entre paréntesis no serán considerados como
limitativos de la reivindicación. La palabra "comprendiendo" no
excluye la presencia de otros elementos o etapas que los indicados
en una reivindicación. Además, las palabras "un" y
"análogos" no se interpretarán con limitación a "solamente
uno", sino que en vez de ello, se utilizan para significar
"como mínimo uno", y no excluyen una pluralidad. El mero hecho
de que algunas medidas técnicas son descritas en reivindicaciones
distintas no indica que una combinación de las mismas no pueda ser
utilizada de modo ventajoso.
Claims (13)
1. Procedimiento para la producción de un objeto
tangible (5; 205; 305) por capas, cuyo procedimiento comprende:
- disponer un recipiente de líquido (2) que contiene un líquido (3; 203; 303);
- disponer una estructura constructiva (6; 206; 306) que tiene un lado (11; 211; 311) para el contacto con el líquido para establecer contacto con el líquido en el recipiente de líquido; y
- llevando a cabo repetidamente ciclos del método, comprendiendo cada ciclo del método, las siguientes etapas sucesivas:
- -
- solidificar partes predeterminadas del líquido, teniendo lugar la solidificación, como mínimo, cuando dichas partes se encuentran en contacto con la cara, en contacto con el líquido de dicha estructura constructiva, a efectos de obtener una capa sólida (14, 114; 214; 314) del objeto tangible, teniendo, por lo tanto la capa sólida una forma predeterminada, y teniendo la capa sólida una cara de la capa sólida (70; 170; 270; 370) que comprende la totalidad de partes de la superficie (170a, 170b, 170c) de la capa sólida que se encuentran o se han encontrado en contacto con la cara (11) de contacto con el líquido de la estructura constructiva;
- -
- separar dicha capa sólida de dicha estructura constructiva; y
- -
- desplazar, una con respecto a otra, la capa sólida separada y la estructura constructiva hasta una posición predeterminada entre sí a efectos de obtener, de manera similar, por solidificación similar de partes predeterminadas del líquido, una capa sólida sucesiva adherida a la capa sólida y adjunta a dicha cara de la capa sólida de la capa sólida;
- caracterizado porque
- durante, como mínimo, uno de dichos ciclos de procedimiento, dicha solidificación es llevada a cabo de manera tal que la capa sólida (14; 114; 214; 314) y la estructura constructiva (6; 206; 306) tienen formas que no se acoplan en el sentido de que todas las partes superficiales de dicha cara (70; 170; 270; 370) de la capa sólida no pueden ser llevadas simultáneamente a establecer contacto completo con la cara (11; 211; 311) de contacto con el líquido de la estructura constructiva (6; 206; 306).
2. Procedimiento, según la reivindicación 1, en
el que dichas formas no acopladas son realizadas por el hecho de
que la estructura constructiva prevista (6) comprende, como mínimo,
un rebaje (71) formado por la estructura de su cara (11) de
contacto con el líquido, y en el que, durante la etapa de
solidificación de, como mínimo, uno de dichos ciclos de método, se
impide la solidificación de partes del líquido contenido en dicho,
como mínimo, un rebaje.
3. Procedimiento, según la reivindicación 2, en
el que, durante la etapa de solidificación de, como mínimo, uno de
dichos ciclos del procedimiento, la solidificación es realizada por
medio de la emisión de radiación (15) sobre dichas partes
predeterminadas de líquido (3) y dicha radiación se impide que
alcance las mencionadas partes del líquido contenido en dicho, por
lo menos, un rebaje (71).
4. Procedimiento, según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que durante la etapa de
solidificación de, como mínimo, uno de dichos ciclos de
procedimiento, la estructura constructiva (6) es desplazada con
respecto al objeto en construcción, en una dirección que tiene,
como mínimo, una componente (73) tangente a un área de contacto de
la cara (11) de contacto con el líquido, encontrándose dicha área de
contacto estableciendo contacto con una de las partes
predeterminadas del líquido (3) en solidificación.
5. Procedimiento, según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que durante la etapa de
separación de, como mínimo, uno de dichos ciclos del procedimiento,
la estructura constructiva es desplazada con respecto al objeto en
construcción en una dirección que tiene, como mínimo, una componente
(73) tangente a un área de contacto entre la cara (11) de contacto
con el líquido de la estructura constructiva y la cara (70) de la
capa sólida de dicha capa sólida (14).
6. Procedimiento, según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que, como mínimo, durante una
parte de la etapa de separación y/o una parte de la etapa de
posicionado de, como mínimo, uno de dichos ciclos de procedimiento,
un fluido, tal como el líquido, es inyectado entre la cara de
contacto con el líquido de la estructura constructiva y el lado de
la capa sólida de dicha capa sólida.
7. Procedimiento, según la reivindicación 6, en
lo que depende de la reivindicación 2, en el que dicho fluido es
inyectado en el, como mínimo, un rebaje (71).
8. Procedimiento, según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que dichas formas no acopladas
son realizadas por el hecho de que la cara (270) de la capa sólida
tiene una forma que no es plana.
9. Procedimiento, según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que dichas formas no acopladas
son realizadas por el hecho de que la cara (311) de contacto con el
líquido tiene forma no plana en zonas distintas de cualesquiera
posibles zonas que forman uno o varios rebajes de la estructura
constructiva dispuesta.
10. Procedimiento, según las reivindicaciones 8
ó 9, en el que durante la etapa de solidificación de, como mínimo,
uno de dichos ciclos del procedimiento, se lleva a cabo un
movimiento rotativo relativo entre la estructura constructiva (206;
306) y el objeto en construcción (205; 305).
11. Sistema para la producción por capas de un
objeto tangible (5; 205; 305), que comprende:
- un recipiente de líquido (2) destinado a contener un líquido (3; 203; 303) en su interior;
- una estructura constructiva (6; 206; 306) que tiene una cara (11; 211; 311) de contacto con el líquido para establecer contacto con el líquido del recipiente de líquido;
- medios de solidificación (9; 209; 309) para solidificar partes predeterminadas del líquido, teniendo lugar la solidificación, como mínimo, cuando dichas partes se encuentran en contacto con la cara en contacto con el líquido de la estructura constructiva, a efectos de obtener una capa sólida (14; 214; 314) del objeto tangible, teniendo por lo tanto la capa sólida una forma predeterminada y teniendo la capa sólida una cara (70; 170; 270; 370) que comprende la totalidad de las partes superficiales (170a, 170b, 170c) de la capa sólida que se encuentran o se han encontrado en dicho contacto con la cara de contacto con el líquido de la estructura constructiva;
- medios de separación (21) para separar dicha capa sólida con respecto a dicha estructura constructiva; y
- medios de desplazamiento (21) para desplazar, una con respecto a otra, la capa sólida separada y la estructura constructiva hasta una posición relativa predeterminada entre sí para obtener de manera similar, solidificando de forma similar partes predeterminadas del líquido, una capa sólida sucesiva mencionada adherida a la capa sólida y adjunta a la cara de dicha capa sólida de la capa sólida;
- caracterizado porque
- la estructura constructiva (6; 206; 306) y la capa sólida (14; 114; 214; 314), obtenidas durante, como mínimo, uno de dichos ciclos del procedimiento, tienen formas no acopladas en el sentido de que la totalidad de dichas partes superficiales de dicha cara (70; 170; 270; 370) de la capa sólida no pueden ser llevadas simultáneamente a establecer contacto completo con la cara (11; 211; 311) de contacto con el líquido de la estructura constructiva (6; 206; 306).
12. Sistema, según la reivindicación 11, en el
que dichas formas no acopladas son realizadas por el hecho de que
la estructura constructiva (6) comprende, como mínimo, un rebaje
(71) formado por la forma de su cara en contacto con el
líquido.
13. Sistema, según la reivindicación 12, en el
que la estructura constructiva comprende medios de bloqueo de
radiación (72) para bloquear la radiación (15) que es emitida sobre
dichas partes predeterminadas del líquido (3) para dicha
solidificación, estando dispuestos dichos medios de bloqueo de
radiación para impedir que dicha radiación alcance partes del
líquido contenido en el, como mínimo, un rebaje (71) para impedir
que estas partes se solidifiquen.
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