ES2657814T3 - Máquina estereolitográfica con alta productividad - Google Patents

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Abstract

Una máquina estereolitográfica de alta productividad para fabricar objetos tridimensionales (21), que comprende un recipiente (13) el cual contiene un fluido o polvo, dicho fluido o polvo que es capaz de solidificarse a través de la exposición a una radiación definida, medios para emitir dicha radiación y al menos un cabezal de modelado (20) que tiene dos o más superficies de trabajo (22), las cuales se encuentran en respectivos planos diferentes, caracterizada porque dicho cabezal de modelado (20) tiene la forma de un poliedro.

Description

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DESCRIPCION
Máquina estereolitográfica con alta productividad
La presente invención se refiere a una máquina estereolitográfica con alta productividad.
En particular, la presente invención se refiere a una máquina estereolitográfica para producir objetos tridimensionales, la cual es particularmente adecuada para fabricar prototipos industriales.
Por lo tanto, la invención se encuentra en el campo de las máquinas estereolitográficas.
Hoy en día, la técnica de estereolitografía permite realizar objetos tridimensionales mediante el solapamiento entre sí de una pluralidad de capas realizado por medio de una resina líquida la cual es capaz de solidificarse bajo la acción de una estimulación predeterminada.
Cada capa del objeto se obtiene estimulando selectivamente la resina para solidificarla en puntos prefijados que fabrican una sección correspondiente del objeto a fabricar.
Como se conoce, una máquina estereolitográfica comprende un recipiente para contener dicha resina líquida, proporcionada con una parte inferior transparente.
También tiene una fuente de luz, generalmente un emisor láser o un proyector, capaz de irradiar selectivamente la capa de la resina líquida la cual está cerca de la parte inferior del recipiente, para solidificar dicha capa.
La máquina comprende, además, un cabezal de modelado plano, adecuado para soportar las capas solidificadas del objeto tridimensional, el cual se acopla con medios de accionamiento para moverlo en una dirección la cual es perpendicular a la parte inferior del recipiente.
Un método de estereolitografía, que emplea la máquina conocida anterior, proporciona en primer lugar disponer el cabezal de modelado a una distancia de la parte inferior del recipiente la cual es igual al grosor de la capa a solidificar.
Por lo tanto, para fabricar la primera capa del objeto, el cabezal de modelado se lleva al nivel de la capa líquida a estimular, de manera que la primera capa se forma cerca del cabezal y se adhiere a dicho cabezal.
La capa de la resina líquida la cual está cerca de la parte inferior del recipiente se irradia selectivamente por medio de la fuente de luz para solidificarla.
El cabezal de modelado se configura de manera que la capa solidificada se adhiere a este mientras, por el contrario, la parte inferior del recipiente tiene un recubrimiento que reduce la adherencia.
Para fabricar cada capa posterior, el cabezal de modelado se aleja de la parte inferior del recipiente, para extraer la capa solidificada de la resina y así permitir la recuperación del grosor de la resina líquida requerida para procesar una próxima capa del objeto.
Posteriormente, el cabezal trae el objeto en una posición de manera que la última capa está cerca de la capa líquida de la resina y, por lo tanto, dicha última capa se solidifica y se adhiere a la capa anterior.
En los documentos DE102010020158 y DE102012021284, se muestran ejemplos de máquinas estereolitográficas de acuerdo con el estado de la técnica los cuales describen un aparato de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1.
Las máquinas estereolitográficas conocidas tienen el inconveniente de que el trabajo proporciona, después de fabricar cada objeto, el desprendimiento del objeto del cabezal de modelado. Dicho desprendimiento debe hacerse con precaución y, por lo tanto, requiere tiempo y atención.
Después de cada operación individual, para proceder con la fabricación de otros objetos tridimensionales, las máquinas conocidas proporcionan el desprendimiento del objeto acabado de la superficie del cabezal, la limpieza de dicho cabezal y la limpieza de la resina líquida, si es necesario.
Por lo tanto, después de fabricar cada objeto, es necesario interrumpir el procesamiento hasta que finalice la operación de separación de las partes terminadas de la superficie de trabajo del cabezal de modelado, lo cual se lleva a cabo manualmente por un operador.
Si están disponibles varias superficies de trabajo, es posible, después de fabricar un primer objeto, reemplazar una superficie con otra superficie, pero esta operación también es incómoda y provoca roturas de producción no deseadas, así como también la asistencia requerida de un operador para un reemplazo manual de dichas superficies.
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Los inconvenientes anteriores también aumentan el tiempo de mecanizado, con efectos obvios en los costos de cada producto.
La presente invención tiene como objetivo superar los inconvenientes anteriores de la técnica conocida.
Un objetivo de la presente invención es proporcionar una máquina estereolitográfica la cual permita optimizar la producción de objetos tridimensionales, con respecto a las máquinas estereolitográficas conocidas.
Dentro de este objetivo, es un objeto de la presente invención proponer una máquina estereolitográfica que permita una reducción de roturas de trabajo y que sea capaz de evitar la presencia de un usuario para cambiar la superficie de trabajo.
Otro objeto de la presente invención es proporcionar una máquina estereolitográfica que permita producir objetos tridimensionales, también de acuerdo con diferentes formas, con una sola máquina y continuamente, es decir sin tener que interrumpir el trabajo después de la producción de cada pieza.
Este objetivo, así como también los objetivos anteriores y otros los cuales se aclararán a continuación, se alcanzan mediante una máquina estereolitográfica de acuerdo con la reivindicación adjunta 1.
Otras características detalladas se incluyen en las reivindicaciones dependientes.
Ventajosamente, la máquina estereolitográfica de acuerdo con la invención tiene un cabezal de modelado con múltiples superficies de trabajo, la cual puede girar a 360°; esto permite optimizar la producción y reducir la mano de obra requerida para cada superficie de trabajo y, por lo tanto, los costos relacionados.
En particular y ventajosamente, se usa un cabezal de modelado en forma de triángulo, preferentemente conformado como un triángulo equilátero, que tiene tres superficies de trabajo; el cabezal que gira sobre un eje paralelo al plano del recipiente que contiene la resina, de manera que, tan pronto como se termina una superficie de trabajo y se han fabricado los productos correspondientes, la máquina no se detiene, sino que es capaz de continuar con la producción de objetos o modelos adicionales (los cuales pueden ponerse en espera) mediante el uso de las otras dos superficies de trabajo.
Además, la rotación del cabezal permite que cada superficie de trabajo donde los productos ya se han fabricado sean capaces de drenar de forma natural la resina hacia el recipiente, a través de las ranuras de la superficie, debido a que cada superficie, una vez completada la creación de prototipos de los productos, gira y se coloca en una posición inclinada con respecto a la superficie del recipiente donde se contiene la resina.
También se deduce que, después de la terminación de dicha fase de creación de prototipos en las tres superficies de trabajo, el operador tiene la opción de eliminar inmediatamente los productos de la superficie respectiva, sin tener que esperar por el drenaje final de la resina; esto permite aumentar aún más el proceso de producción de los productos.
Finalmente, si la máquina ya funciona, es posible planificar el mecanizado de otros productos en otras superficies de trabajo del cabezal de modelado, con la consecuencia de ser capaz de seguir disminuyendo el tiempo de procesamiento para el usuario.
Las características y ventajas adicionales de la invención quedarán claras a partir de la descripción de una modalidad preferida de la máquina estereolitográfica de acuerdo con la invención, la cual se muestra en los dibujos adjuntos, en los cuales:
la Figura 1 la Figura 2 la Figura 3 la Figura 4 la Figura 5 la Figura 6
muestra una vista en perspectiva de una máquina estereolitográfica de acuerdo con la invención;
muestra una vista frontal de la máquina de la Figura 1;
es un detalle ampliado del recipiente;
muestra un detalle ampliado de las superficies de trabajo;
muestra un detalle ampliado del cabezal de modelado;
muestra una vista lateral de la máquina de la Figura 1.
Con referencia a las figuras anteriores, una máquina estereolitográfica se indica globalmente con el número de referencia 10.
Aún con referencia a las figuras, dicha máquina estereolitográfica 10 comprende un marco de soporte 11 al cual se acopla una placa de soporte 12 y la placa 12 soporta un recipiente 13 el cual contiene un fluido, típicamente una resina, o un polvo.
Dicho recipiente 13 comprende una parte inferior 15 delimitada por paredes laterales 16 y una unidad de tope 17 para retener de manera estable el recipiente 13 en la placa de soporte 12 en una posición de reposo.
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También existen medios emisores, colocados superior, inferior o lateralmente al recipiente 13, los cuales son capaces de dirigir una radiación electromagnética hacia el recipiente 13 cuando dicho recipiente 13 se coloca en una posición estable, para producir la solidificación selectiva del fluido o polvo.
Preferentemente, pero no necesariamente, dicho fluido es una resina fotosensible capaz de polimerizar cuando se estimula por radiación de luz y la radiación electromagnética es un haz de luz láser.
Obviamente, las modalidades alternativas de la invención pueden proporcionar el uso de otros tipos de medios de emisión, los cuales son capaces de solidificar el fluido o el polvo.
La máquina estereolitográfica 10 comprende, además, un cabezal de modelado 20 el cual soporta un objeto tridimensional 21 a trabajar.
La máquina estereolitográfica 10 permite producir el objeto tridimensional 21 por medio de superposición de una pluralidad de capas de un grosor prefijado de dicha resina o polvo solidificado.
En particular, las primeras capas se adhieren a una superficie de trabajo 22 del cabezal de modelado 20, mientras que las capas posteriores se adhieren a las capas anteriores.
Preferentemente, pero no necesariamente, la máquina estereolitográfica 10 es capaz de estimular la capa resina colocada cerca de la parte inferior 15 del recipiente 13, para fabricar el objeto tridimensional 21 debajo del cabezal de modelado 20, como se muestra en la Figura 3.
En este caso, la parte inferior 15 del recipiente 13 es transparente a la radiación electromagnética y la placa de soporte 12 tiene una abertura pasante frente a la parte inferior 15, al menos cuando el recipiente 13 se coloca en dicha posición de observación estable, a través de la cual la radiación electromagnética puede llegar a la parte inferior 15.
Además, el cabezal de modelado 20 se acopla al marco 11 a través de medios de accionamiento 23, los cuales son capaces de mover el cabezal 20 en una dirección ortogonal al plano de la placa de soporte 12.
Para fabricar la primera capa del objeto 21, por lo tanto, el cabezal 20 se mueve con la superficie de trabajo 22 hasta el nivel del fluido a estimular, de manera que la primera capa se forma cerca de dicha superficie 22 y se adhiere a dicha superficie 22.
La resina líquida adyacente a la parte inferior 15 del recipiente 13 se irradia selectivamente por medio de la fuente de luz para solidificarla.
Para fabricar cada capa posterior, el cabezal de modelado 20 se aleja de la parte inferior 15 del recipiente 13, para extraer la capa solidificada de la resina y así permitir la restauración del grosor de la resina líquida la cual es necesaria para fabricar otra capa hasta la formación completa del objeto 21.
El cabezal de modelado 20, de acuerdo con la invención, tiene varias superficies de trabajo 22 y, en particular, tiene tres superficies 22, las cuales constituyen los lados de un triángulo, preferentemente un triángulo equilátero, como en la modalidad preferida mostrada en las figuras adjuntas.
Más generalmente y siempre de acuerdo con la invención, el cabezal de modelado 20 se constituye mediante un poliedro.
En particular, las superficies de trabajo 22 se encuentran en diferentes planos, que preferentemente se intersectan entre sí, y dichas superficies 22 son intercambiables, debido a que pueden extraerse mediante un marco acoplado respectivo y, por lo tanto, pueden reemplazarse cuando se necesita.
Dichas superficies de trabajo 22 se enfrentan alternativamente a los medios de emisión durante el procesamiento y, para este fin, el cabezal de modelado 20 tiene medios adecuados para su rotación alrededor de un eje horizontal 26, como se muestra en la Figura 6.
De acuerdo con la presente invención, por lo tanto, el cabezal de modelado 20 se compone mediante varias superficies trabajo 22, preferentemente tres superficies 22, para permitir el desarrollo de objetos tridimensionales 21 sobre todas las superficies de dicho cabezal de modelado 20, disminuyendo ventajosamente los tiempos de trabajo.
En una modalidad preferida, las superficies de trabajo 22 tienen una pluralidad de ranuras 25, las cuales se proporcionan a lo largo de direcciones correspondientes que son mutuamente paralelas y preferentemente rectilíneas, como se muestra en la Figura 4.
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Durante la formación de las primeras capas del objeto 21 las cuales están adyacentes a la superficie de trabajo 22 del cabezal 20, el fluido que fluye en las ranuras 25 no se consigue mediante la estimulación luminosa y, por lo tanto, es líquido, definiendo así una serie de canales interpuestos entre el objeto solidificado 21 y el cabezal de modelado 20.
Las ranuras 25 mencionadas anteriormente permiten facilitar el desprendimiento del objeto final 21 desde la superficie de trabajo 22; además, debido a que el objeto 21 se desprende en su totalidad, no deja residuos sólidos dentro de las ranuras 25, facilitando también la limpieza del cabezal 20.
De acuerdo con una modalidad de la presente invención, la máquina de estereolitografía 10 comprende, además, una espátula 24 la cual permite ventajosamente reducir aún más los tiempos de procesamiento, debido a que no es necesario que un operador limpie las paredes laterales 16 y la parte inferior del recipiente 13.
De hecho, la espátula 24, traduciendo de acuerdo con tiempos prefijados dentro del recipiente 13, puede limpiar el recipiente 13, entre una fase operativa y la otra de dichos objetos tridimensionales 21 a lo largo de diferentes superficies de trabajo 22.
El uso de dicha espátula 24 permite por lo tanto limpiar la superficie entre una fase operativa y la otra, para evitar que la resina se coloque en la parte inferior del recipiente 13, evitando así defectos en los objetos.
La invención concebida así es susceptible a otras modificaciones y variaciones.
Además, todos los detalles pueden reemplazarse con otros elementos técnicamente equivalentes. Los materiales, así como también las formas y dimensiones, pueden ser diferentes en dependencia de los requisitos y el estado de la técnica.
Donde las características y técnicas mencionadas en las reivindicaciones siguientes van seguidas por signos o números de referencia, tales signos y números de referencia se han mencionado con el único propósito de aumentar la inteligibilidad de las reivindicaciones y, por lo tanto, no constituyen de ninguna manera una limitante para la interpretación de cada elemento identificado, por medio puramente de ejemplo, por dichos signos y números de referencia.

Claims (10)

  1. 5
    10
    15
    20
    25
    30
    35
    40
    Reivindicaciones
    1. Una máquina estereolitográfica de alta productividad para fabricar objetos tridimensionales (21), que comprende un recipiente (13) el cual contiene un fluido o polvo, dicho fluido o polvo que es capaz de solidificarse a través de la exposición a una radiación definida, medios para emitir dicha radiación y al menos un cabezal de modelado (20) que tiene dos o más superficies de trabajo (22), las cuales se encuentran en respectivos planos diferentes, caracterizada porque dicho cabezal de modelado (20) tiene la forma de un poliedro.
  2. 2. Una máquina estereolitográfica de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada porque al menos dos de dichos planos se intersectan.
  3. 3. Una máquina estereolitográfica de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada porque dichas superficies de trabajo (22) son intercambiables y extraíbles de los marcos de soporte respectivos.
  4. 4. Una máquina estereolitográfica de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque dichas superficies de trabajo (22) son tres.
  5. 5. Una máquina estereolitográfica de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque al menos una de dichas superficies de trabajo (22) es paralela a la superficie de dicho recipiente (13).
  6. 6. Una máquina estereolitográfica de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque dicha máquina comprende medios móviles configurados para girar dicho cabezal de modelado (20) alrededor de un eje horizontal que es paralelo a dicho recipiente (13).
  7. 7. Una máquina estereolitográfica de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque dicha máquina comprende medios para mover dicho cabezal de modelado (20) de acuerdo con una dirección que es perpendicular con respecto a dicho recipiente (13).
  8. 8. Una máquina estereolitográfica de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque dicha máquina comprende una espátula (24), colocada en una dirección longitudinal con respecto a dicho recipiente (13) y configurada para moverse dentro del recipiente (13) para limpiar dicho recipiente (13).
  9. 9. Una máquina estereolitográfica de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque cada una de dichas superficies de trabajo (22) tiene una pluralidad de ranuras (25), que son rectilíneas y/o paralelas entre sí.
  10. 10. Una máquina estereolitográfica de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque dicho cabezal de modelado (22) tiene forma de triángulo, preferentemente un triángulo equilátero, y porque dichas superficies trabajo (22) se disponen en los lados respectivos de dicho triángulo.
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