ES2711981B2 - Aparato y procedimiento para la eliminacion del soporte - Google Patents

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Description

DESCRIPCIÓN
Aparato y procedimiento para la eliminación del soporte
Referencia cruzada de solicitudes relacionadas
La presente solicitud reivindica los beneficios de la solicitud provisional de los EE.UU. n062/344.122, presentada el 1 de junio 2016 y de título APARATO DE ELIMINACIÓN DE SOPORTE, una solicitud provisional que se incorpora como referencia en su totalidad en la presente memoria.
CAMPO TÉCNICO
La presente descripción se refiere en general a un aparato y un procedimiento para retirar material de soporte de una pieza formada por impresión tridimensional.
ANTECEDENTES
Existen varios sistemas para retirar material de soporte de una pieza impresa en 3D. Estos sistemas se refieren a menudo a procedimientos para agitar una pieza impresa en 3D en un medio líquido diseñado para erosionar el material de soporte asociado con la pieza. Los procedimientos conocidos adicionales de eliminación del soporte para objetos tridimensionales incluyen elevación y disminución de la temperatura en una eliminación de depósito de soporte para fundir el material de soporte, en el que el material de soporte tiene un punto de fusión menor que la pieza. Los sistemas conocidos pueden usar un solo depósito en el que se sumerge la pieza en bruto, o pueden incluir múltiples depósitos que proporcionan diferentes entornos que tienen diferentes propiedades, lo que incluye diferente temperatura o líquidos.
La patente de Estados Unidos n08.636.850 para Narovlyansky describe un procedimiento para la eliminación de las estructuras de soporte de objetos 3D usando un chorro líquido. El procedimiento '850 implica generalmente la inserción de dos o más objetos realizados por fabricación en forma libre sólida en una célula que tiene una entrada para recibir un chorro líquido a alta presión situado en un lado superior de la célula y una pluralidad de perforaciones de drenaje en la pared circunferencial de la célula.
La patente de Estados Unidos n08.459.280 para Swanson describe un sistema de eliminación de una estructura de soporte que comprende un depósito de reservorio y una base unitaria. El recipiente comprende un cuerpo de recipiente, un suelo poroso configurado para retener una pieza en 3D y un impulsor montado de forma rotatoria por debajo del suelo poroso. El impulsor se hace girar con fuerza magnética para agitar la solución alrededor de la pieza. Además, el depósito puede tener un medio para ajustar el pH y la temperatura con el fin de promover la eliminación del material de soporte no deseado.
La patente de Estados Unidos n07.546.841 para Tafoya describe un dispositivo para la eliminación del soporte usando agitación líquida y calor en un depósito. La comunicación entre un termopar en el depósito y un microprocesador se usa para vigilar la temperatura en el depósito y ajustar las condiciones de forma consiguiente. Los sistemas anteriores requieren a menudo un ajuste manual durante el proceso para ajustar diferencias entre las piezas. Los sistemas de eliminación de soporte de la técnica anterior, incluidos los mencionados anteriormente, pueden diseñarse de manera óptima para ciertos tipos de piezas, y pueden funcionar bien para piezas de tamaños, formas y materiales conocidos y probados. Sin embargo, cuando se introducen nuevos tipos de piezas en el sistema, se requiere un gran ajuste en el establecimiento de parámetros como el calor, el pH y el tiempo por el operador para optimizar el uso eficiente de la energía y el tiempo.
Por tanto, los inconvenientes de los sistemas actuales de eliminación del soporte incluyen la falta de eficiencia cuando se usa para una amplia variedad de piezas. Además, el movimiento de la pieza en todo el depósito aumenta la ineficiencia y da ocasión para que las piezas delicadas choquen con las paredes del depósito o los componentes de la máquina. Dichas colisiones pueden provocar la fractura de la pieza, y también aumentar la ineficiencia a través del movimiento incontrolado dentro del depósito.
La eliminación del soporte eficiente para una amplia variedad de materiales y formas y tamaños de piezas requiere un sistema que responda a los cambios en la pieza y al entorno que rodea a la pieza. Además, se desea un sistema que pueda medir los parámetros de la pieza, directa o indirectamente, y ajustar automáticamente las propiedades singulares de cada pieza. Por tanto, existe la necesidad de una máquina de eliminación de soporte que pueda manejar con eficiencia la diversidad amplia y en expansión de tipos de piezas que se encuentran en el campo en rápido crecimiento de la impresión en tres dimensiones.
RESUMEN
La presente descripción describe una máquina que mejora la eficiencia energética para la eliminación del material de soporte. La presente descripción describe una máquina de eliminación de soporte que responde automáticamente a las condiciones cambiantes dentro de un depósito y a los cambios estructurales en la pieza a la vez que mantiene la pieza en una posición óptima dentro del depósito. La regulación del movimiento de la pieza y de los parámetros del depósito, a través de una nueva combinación de flujo líquido, calor, radiación ultrasónica y capacidades de medida debería reducir el uso de energía y minimizar el riesgo de daños en la pieza.
La presión hidráulica hace circular y suspende una pieza impresa en 3D mientras la analiza con frecuencias ultrasónicas. Una característica de la presente invención puede ser la capacidad de mantener la posición de la pieza en una posición generalmente central en el depósito. Esto puede conseguirse a través del uso de distribuidores que tienen una pluralidad de orificios colocados en posiciones específicas en el depósito para crear un flujo líquido rotacional que crea una corriente líquida que sumerge las piezas que de otra forma flotarían y hace flotar las piezas que de otro modo se hundirían. En estas condiciones de flujo rotacional, las piezas pueden colocarse en posición central sumergidas en el depósito y giran junto con el flujo del líquido. En una realización, uno o más distribuidores pueden estar situados en el fondo del depósito junto con una de la pared del rebosadero. Las posiciones de la bomba conectada con los distribuidores permiten el uso de bombas disponibles comercialmente, en lugar de bombas de fabricación a medida, ya que los distribuidores se diseñaron alrededor de las bombas.
De forma más concreta cada diámetro de orificio de los distribuidores está dimensionado adecuadamente y puede diferir en su tamaño de otro diámetro de orificio para producir un flujo óptimo de masa líquida con el fin de mantener la pieza en la posición deseada dentro del depósito que contiene la pieza
Los distribuidores se pueden agrupar en sección de manera que cada sección esté dotada de una boquilla que en el depósito dirige el flujo generalmente dentro de un mismo plano.
La rotación de la pieza dentro de la masa líquida crea rozamiento entre los materiales de la masa líquida y la pieza, provocando así la eliminación de material de soporte. La eliminación del soporte puede potenciarse mediante transductores ultrasónicos colocados tangencialmente en el depósito con el objeto en rotación. Los generadores ultrasónicos crean calor dentro de la masa líquida designada dentro del depósito, lo que potencia la eliminación del soporte, a la vez que provoca también cavitación a través de la interacción directa con la pieza en rotación. La pieza circula generalmente alrededor de un punto central en un depósito, y la pieza en sí gira. El movimiento de la pieza en el depósito crea una agitación controlada. A medida que la pieza gira y circula dentro de la masa, las caras de la pieza están expuestas a las ondas ultrasónicas, creando así un efecto sinérgico en la eliminación del soporte a través de los efectos de circulación y rotación del movimiento de la pieza y a la intensificación ultrasónica de la destrucción del soporte.
El análisis ultrasónico de la pieza puede crear calor y cavitación de una forma generalmente uniforme a través de la pieza. Sin embargo, también puede usarse una unidad de calentamiento en el depósito para generar calor para la eliminación del soporte. La unidad de calentamiento y el generador ultrasónico pueden operar en armonía, de manera que cuando deba reducirse la potencia del generador ultrasónico, el calentador pueda compensar manteniendo el calor de la masa líquida en un nivel óptimo. Una ventaja de usar radiación ultrasónica para generar calor es que también produce cavitación de la masa líquida, que un calentador y una bomba no crearán. El exceso de uso de un dispositivo ultrasónico puede degradar la masa líquida, por ejemplo, haciendo que los ingredientes en el líquido se calienten en forma de gas y escapen del líquido, de manera que se agote el fluido. El material de la pieza puede ser sensible a la deformación o a la deslaminación por lo que es importante el uso frecuente de optimización de energía en relación con el componente ultrasónico.
El transductor ultrasónico puede tener también la capacidad de mezclar la masa de fluido. Si bien calentar con un transductor ultrasónico puede requerir más energía que el uso de una unidad de calentamiento estándar, el transductor ultrasónico puede tener múltiples efectos debido al efecto particular de la radiación ultrasónica en las piezas. A la vez que regula el trabajo que hace el transductor ultrasónico encendiéndolo o apagándolo, la máquina regula tanto el trabajo del transductor como la cantidad de flujo a través de los distribuidores. La radiación ultrasónica afecta a la superficie de la pieza microscópicamente al provocar una vibración, con lo que el trabajo que realiza el generador ultrasónico va más allá de simplemente calentar, y crea un efecto sinérgico en la eliminación del soporte, provocando la eliminación del material de soporte en menos tiempo.
La máquina de eliminación de soporte de la presente invención puede tener dos depósitos vinculados, un depósito de salida, o depósito que contiene la pieza, y un depósito de entrada. La masa líquida, que puede ser un detergente, fluye desde el fondo del depósito de entrada a través de un distribuidor al depósito de salida, generando una presión y un flujo rotacional dentro del depósito de salida. En dicha configuración, no existe un medio de aspiración que extraiga el fluido del depósito de salida durante el funcionamiento. El fluido desde el depósito de salida fluye continuamente desde el depósito de salida de nuevo al depósito de entrada sobre un rebosadero dispuesto en la parte superior del depósito de salida.
En dicha realización de la invención, el nivel de líquido del depósito de entrada puede estar por debajo del nivel del depósito de salida, permitiendo así descargar la masa líquida desde el depósito de salida sobre la barrera (a veces referida en la presente memoria como “rebosadero”) entre el depósito de salida y el depósito de entrada, formando así un rebosadero. El rebosadero proporciona oxigenación y refrigeración a la masa líquida, funciones esenciales para mantener condiciones óptimas para la eliminación del soporte. El flujo de líquido sobre el rebosadero y en el depósito de entrada puede ser importante porque puede permitir reducciones de la temperatura y oxigenación simultáneas en la masa líquida, sin la inclusión de características adicionales costosas o de alto consumo de energía para regular estos parámetros. Puede ser necesario ajustar el rebosadero para mantener un equilibrio deseado entre oxigenación, pH y evaporación.
A través del uso de la máquina, la masa líquida se consume y finalmente debe ser repuesta. Sin embargo, durante el uso, el nivel de masa líquida en el depósito de salida puede conservarse o mantenerse lleno. A medida que la masa líquida se consume, el nivel de líquido en el depósito de entrada disminuye. Cuando el nivel desciende a un cierto punto, puede activarse un sensor del nivel de líquido en el depósito de entrada, que indica al operador que es necesario reponer la masa líquida. A diferencia de otras máquinas y sistemas de eliminación de soportes, una máquina de eliminación de soporte según la presente invención puede no requerir que el usuario vacíe y rellene el depósito, sino que las formulaciones de la masa líquida están calibradas para reducir al mínimo su consumo por calor y otras condiciones de manera que basta con rellenar el depósito de entrada cuando el nivel se reduce hasta el punto de ajuste para mantener el funcionamiento del sistema prácticamente de forma indefinida.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
A continuación, se describirán realizaciones preferidas de la presente invención, a modo sólo de ejemplo, con referencia a las Figuras adjuntas, en las que:
La FIG. 1 muestra una vista en perspectiva de la máquina de eliminación de soporte de acuerdo con una realización de la presente invención.
La FIG. 2 muestra una vista lateral en sección transversal de la máquina de eliminación de soporte de acuerdo con una realización de la presente invención.
Las FIG. 3A-C muestran una vista en perspectiva lateral, ampliada y en sección transversal, respectivamente, del distribuidor y el orificio de boquilla dentro de la máquina de eliminación de soporte de acuerdo con una realización de la presente invención.
Las FIG. 4A y 4B muestran vistas en perspectiva lateral de los distribuidores y los orificios de boquilla de acuerdo con una realización de la presente invención.
La FIG. 5 muestra una vista en perspectiva de los drenajes del depósito y los orificios de purga de acuerdo con una realización de la presente invención.
La FIG. 6 muestra una vista en perspectiva lateral de la bomba y las tuberías de acuerdo con una realización de la presente invención.
La FIG. 7 muestra una vista posterior en sección transversal de una máquina de eliminación de soporte de acuerdo con una realización de la presente invención.
La FIG. 8 muestra una vista lateral en sección transversal de una pieza mientras gira dentro de una cámara de acuerdo con una realización de la presente invención.
DESCRIPCIÓN DETALLADA
En la siguiente descripción se describirán en detalle diversas realizaciones de la presente invención. No obstante, dichos detalles se incluyen para facilitar la comprensión de la invención y para describir realizaciones de ejemplo para implementar la invención. Dichos detalles no deben usarse para limitar la invención a las realizaciones en particular descritas ya que son posibles otras variaciones y realizaciones manteniéndose dentro del alcance de la invención.
Además, aunque se exponen detalles para proporcionar una minuciosa comprensión de la presente invención, debería ser evidente para un experto en la materia que estos detalles específicos pueden no ser necesarios para poner en práctica la presente invención. En otros casos detalles como métodos, tipos de datos, protocolos, procedimientos, componentes, equipos interconectados en red, procesos, interfaces, estructuras eléctricas, circuitos, etc., bien conocidos no se describen en detalle, o se muestran en forma de diagrama de bloques, para no entorpecer la presente invención.
Los términos "soporte", "material de soporte" y "estructura de soporte" tal como se usan a lo largo de la memoria descriptiva y las reivindicaciones deben entenderse en su interpretación más amplia para incluir cualquier material o materiales usados como soporte provisional durante la fabricación de un objeto 3D y que no una forma parte deseada del objeto terminado. El soporte puede incluir materiales que son diferentes que los materiales de modelización usados para fabricar el objeto 3D o una combinación de materiales de modelización y materiales que son diferentes de los materiales de modelización usados para fabricar el objeto 3D.
En referencia a continuación a la FIG. 1, se muestra una realización de una máquina de eliminación de soporte de acuerdo con la presente invención. Esta máquina de eliminación de soporte tiene una cubierta 10, que un operador puede abrir para permitir la colocación de una pieza impresa en 3D 40 (mostrada en la FIG. 8) que tiene un material de soporte. El panel de control 12 puede estar configurado para permitir a un usuario introducir los parámetros predeterminados iniciales tales como temperatura y tiempo. El panel delantero 8 puede abrirse para permitir el acceso a los depósitos, la bomba y otros componentes internos de la máquina de eliminación de soporte 100.
En referencia a continuación a la FIG. 2, una vista lateral en sección transversal muestra varios componentes que pueden incluirse en la máquina de eliminación de soporte 100. Cuando la cubierta 10 está en posición abierta, la pieza 40 puede colocarse en el depósito de salida 16, al que puede hacerse referencia alternativamente como el depósito que contiene la pieza 16, en el que la pieza 40 puede estar contenida en la cesta de piezas 24. El depósito de salida 16 se llena con una masa líquida 28 que fluye de forma circular desde el depósito de entrada 18 en respuesta a la activación de una bomba 30 (mostrada en la FIG. 3A), que hace que la masa líquida 28 fluya a presión a través del distribuidor 14. En tal sentido cabe destacar el hecho de cada una de las tres secciones del distribuidor (14) podría considerarse un distribuidor, secciones que a su vez cada una de ellas tiene una pluralidad de aberturas de boquilla y cierta orientación dentro del depósito. En algunas realizaciones de la invención, sólo puede existir un depósito individual, al que puede hacerse referencia como depósito que contiene la pieza 16. El PC 13 se muestra en posición central en el panel de control 12. El generador ultrasónico 70 se muestra debajo del depósito de salida 16.
Puede existir un rebosadero 20 entre el depósito de salida 16 y el depósito de entrada 18. El rebosadero 20 puede estar formado por una pared 36, o pared de atenuación por su efecto en los ultrasonidos, entre el depósito de salida 16 y el depósito de entrada 18. El flujo de masa líquida 28 desde el depósito de salida 16 hasta un punto más bajo en el depósito de entrada 18 sobre la pared 36 crea un sistema pasivo para alcanzar los estados apropiados de temperatura y oxigenación en la masa líquida. Una presión positiva en el depósito de salida 16 creada por el flujo en el depósito de salida 16 desde la bomba 30 genera un exceso de flujo a través de la pared 36 sin necesidad de una aspiración activa desde el depósito de salida 16, creando así un sistema que elimina el posible daño en la pieza 40 causado por aspiración desde el depósito de salida 16. Debido a la “cascada” de fluido desde el depósito de salida al depósito de entrada, se crea una presión de “aspiración” o “tracción”, del mismo modo que se produce con una cascada real. Existe una presión negativa en el depósito de entrada 18 que se corresponde con la presión positiva en el depósito de salida 16. Durante el funcionamiento de la máquina de eliminación de soporte 100 la masa líquida se evaporará naturalmente. El sensor de nivel de líquido 26 que en algunas realizaciones puede ser continuo, avisa al usuario cuando el nivel de la masa líquida 28 necesita atención. Una realización alternativa puede comprender un depósito o múltiples depósitos.
En una realización, una característica de la máquina de eliminación de soporte 100 es la inclusión de dos depósitos relacionados, un depósito de salida 16 y un depósito de entrada 18, en los que el depósito de salida 16 contiene la pieza 40 y el depósito de entrada 18 puede contener una masa líquida 28 formulada. En la realización preferida, la masa líquida 28, que puede ser un detergente, es bombeada a través de una bomba 30 desde una zona inferior del depósito de entrada 18 a través de múltiples aberturas de boquilla 34 de distribuidores 14 en el depósito de salida 16, generando una presión hidráulica y un flujo rotacional dentro del depósito de salida 16. En una realización preferida, la bomba 30 está colocada debajo del depósito de entrada 18. La posición de la bomba 30 puede ser importante porque, en una realización, la bomba 30 no es de autocebado, y por tanto, requiere que se bombee la masa líquida 28 para alimentar la bomba 30 por encima de la entrada de la bomba. Las aberturas de boquilla de distribuidores 14 están colocadas de manera que puedan dirigir un flujo de masa líquida 28 para crear un flujo circularizado, o vórtice, en el depósito de salida 16. Este flujo permite una exposición uniforme de todas las caras de la pieza 40 los medios de eliminación del soporte, que incluyen, pero no se limitan a, ultrasonidos, calor y tratamiento químico. En una realización, no existen medios de aspiración para extraer la masa líquida 28 desde el depósito de salida 16 al depósito de entrada 18 durante el funcionamiento. En su lugar, la masa líquida 28 fluye sobre el rebosadero 20 cuando la masa líquida 28 es bombeada desde el depósito de entrada 14 al depósito de salida 16. En una realización, la bomba 30 es una bomba centrífuga de acoplamiento magnético. La bomba 30 puede colocarse en una posición por debajo del nivel del depósito de entrada 18 o el depósito de salida 16. En una realización, la bomba 30 tiene un motor que funciona de 50 a60 Hzy se mantiene en este intervalo.
En la realización preferida, el nivel de líquido del depósito de entrada 19 es inferior al del depósito de salida 16, lo que permite descargar la masa líquida 28 desde el depósito de salida 16 sobre una pared 36 entre el depósito de salida 16 y el depósito de entrada 18, formando así un rebosadero 20. El rebosadero 20 tiene una pared 36 para separar la masa líquida 28 entre el depósito de salida 16 y el depósito de entrada 18. El rebosadero 20 debería estar situado justo encima de la parte superior del distribuidor 14, permitiendo que continúe el flujo rotacional dentro del depósito de salida 16, a la vez que permite que la masa líquida 28 fluya sobre el rebosadero 20 de una forma laminar. En una realización preferida, la distancia entre el nivel de la masa líquida 28 en el depósito de salida 16 y el nivel de líquido en el depósito de entrada 18 puede estar entre 5 cm (2 pulgadas) y 30 cm (12 pulgadas).
El rebosadero 20 proporciona oxigenación y refrigeración a la masa líquida 28, que son funciones esenciales para mantener condiciones óptimas para la eliminación del soporte. El efecto de refrigeración conseguido cuando la masa líquida 28 fluye sobre el rebosadero 20 hasta el depósito de entrada 18 permite controlar la temperatura de la masa líquida 28 con tolerancias mucho más estrictas, incluso en ajustes de baja temperatura. Por tanto, el rebosadero 20 permite al usuario procesar piezas 40 delicadas que normalmente estarían en peligro de resultar dañadas o alteradas debido a una sobreestimulación de temperatura. La pared 36, que separa el depósito de salida 16 y el depósito de entrada 18 para formar el rebosadero 20 permite simultáneamente la oxigenación, o aireación, y las reducciones de temperatura para regular estos parámetros sin la inclusión de características adicionales costosas o que consumen mucha energía. La masa líquida 28 y el rebosadero 20 crean una cascada que puede usarse para regular la oxigenación, el pH y la evaporación. Los parámetros del rebosadero 20 se han optimizado para mejorar la eficiencia de eliminación del soporte.
Por tanto, el nivel de masa líquida 28 en el depósito de salida 16 y el depósito de entrada 18 es supervisado y mantenido. A medida que se consume la masa líquida 28 o se agota por evaporación, medios mecánicos (al retirar la pieza) o químicos u otros medios, puede requerirse la sustitución de la porción consumida. A medida que se consume la masa líquida 28, el nivel de líquido del depósito de entrada 18 disminuye. Cuando el nivel de la masa líquida 28 en el depósito de entrada 18 disminuye hasta un cierto punto, puede activarse un sensor de nivel de líquido 26, que puede ser un sensor de nivel de líquido continuo, en el depósito de entrada 18, que indica al operador que rellene o restaure masa líquida 28. A diferencia de las máquinas y sistemas de eliminación de soportes, la máquina de eliminación de soporte 100 de la presente invención puede no necesitar que el usuario vacíe y rellene el sistema completamente, sino que las formulaciones de la masa líquida 28 se calibran de manera que el relleno del sistema cuando el nivel de masa líquida 28 disminuye hasta un punto determinado puede ser suficiente para mantener el funcionamiento del sistema indefinidamente.
La máquina de eliminación de soporte 100 puede responder automáticamente a las condiciones cambiantes dentro del depósito de salida 16 y el depósito de entrada 18, y a cambios estructurales en la pieza 40, a la vez que mantiene la pieza 40 en una posición óptima dentro del depósito de salida 40 para la eliminación del soporte. La regulación frecuente de la posición, circulación y rotación de la pieza 40 puede tener lugar en respuesta a los parámetros del depósito de salida 16, sujeto a una combinación de parámetros que incluyen el flujo de masa líquida 28, el calor, los ultrasonidos y las capacidades de medición, de manera que el uso eficiente de energía en la máquina de eliminación de soporte 100 se optimiza y se minimizan los daños en la pieza 40.
El flujo de masa líquida 28 en el depósito de salida, que se genera por bombeo como una masa líquida 28 a través de un conjunto de aberturas de boquillas en los distribuidores 14 y en el depósito de salida, es generalmente rotacional dentro del depósito de salida de manera que la masa líquida 28 es un vórtice y que la pieza 40, debido al flujo rotacional de la masa líquida 28, en general no entra en contacto con la superficie de masa líquida 28. La posición de las aberturas de boquilla en los distribuidores 14 y la dirección del flujo de masa líquida 28 generado desde las aberturas de boquilla 34 en los distribuidores 14 crea un vórtice que suspende la pieza 40 entre una superficie de la masa líquida 28 y el fondo y los laterales del depósito de salida 16. En una realización alternativa de la invención, una única bomba puede generar un flujo suficiente para hacer girar efectivamente la pieza 40 en un solo depósito.
En referencia a continuación a las FIG. 3A-C, se muestran los distribuidores 14 y los orificios de boquilla 34. La posición de las aberturas de boquilla 34 en los distribuidores 14 dentro del depósito de salida 16 es importante para crear un flujo circular de masa líquida 28. La FIG. 3C muestra un sensor de nivel continuo 39, que flota para transmitir información sobre el nivel de masa líquida al depósito de entrada 18. En la FIG. 3C se muestra la placa de sedimentación 37. Esta placa de sedimentación 37 se materializa en un filtro que captura el material de soporte en suspensión en el líquido (desde que se desprendió de las piezas en el depósito de salida) y así ayuda a prevenir que entre en recirculación desde el depósito de entrada de nuevo al depósito de salida.
Tal como se muestra en las FIG. 3A-C y 4A y 4B, en una realización preferida, se colocan tres secciones de distribuidores 14 en el depósito de salida, de manera que cada sección de distribuidor 14 está colocada a lo largo de una superficie de depósito de salida 14 diferente en una unión entre dos lados del depósito de salida 16. Pueden colocarse dos secciones de distribuidor 14 en lados opuestos, un primer y un segundo lado, del depósito de salida 14 (tal como se muestra en la FIG. 4A en la que los orificios de boquilla 34 están colocados a 90 grados entre sí en lados opuestos de las secciones de distribuidor adyacentes del depósito de salida 16). Las secciones de distribuidor adyacentes 14 tienen una serie de orificios de boquilla 34 en línea, en los que los orificios de boquilla 34 están desplazados 90 grados en cada sección de distribuidor adyacente 14, de manera que los orificios de boquilla 34 proyectan masa líquida 28 paralela a lados adyacentes, con lo que se consigue un flujo rotacional de masa líquida 28 en tres direcciones generalmente en ángulos de 90 grados a lo largo de tres lados del depósito de salida 90. Esta configuración de secciones de distribuidor 14 y boquillas de orificios 34 induce un flujo circular rotacional de masa líquida 28 y crea un vórtice dentro del depósito de salida 16. Cada sección de distribuidor 14 puede extenderse a toda la anchura del depósito de salida 16 y puede contener un número diverso de orificios de boquilla 34 a lo largo de dicha sección de distribuidor 14, aunque las realizaciones pueden variar. En una realización preferida, el número de orificios de boquilla 34, cada uno alineado en línea a lo largo de cada sección de distribuidor 14, es de cinco. El número de secciones de distribuidor 14 puede ser importante para crear una presión apropiada en la masa líquida 28 con el fin de producir un flujo rotacional apropiado para mantener la pieza 40 en una posición central en el depósito de salida 16. En una realización de la invención, a cada sección de distribuidor 14 se le suministra masa líquida 28 desde la bomba 30 con presión de la bomba 30 aproximadamente igual a través de la entrada del distribuidor 42. El aparato y el procedimiento de la presente invención pueden no estar limitados a un número concreto de depósitos. Las secciones de distribuidor 14 pueden extenderse lateralmente a lo largo de la unión entre los lados del depósito de salida 16.
En referencia a continuación a las FIG. 4A y 4B, se muestran el distribuidor y sus secciones. El distribuidor 14 tiene orificios de boquilla 34. El diámetro de los orificios de boquilla 34 puede variar dependiendo de las condiciones deseadas para optimizar la presión de la masa líquida 28 para la eliminación del soporte. Las secciones de distribuidor 14 y los orificios de boquilla 34 están colocados en general alrededor del depósito de salida 16 (tal como se muestra en la FIG. 2) y aproximadamente a lo largo de los lados o las uniones laterales del depósito de salida 16 con el fin de impulsar la masa líquida 28 en un plano con los lados del depósito de salida 16 de manera que se genera un vórtice para mantener la posición de la pieza 40 centralmente dentro del depósito de salida 16 (véase la FIG. 8). La Tabla 1 muestra cómo el tamaño del orificio puede influir en el flujo de masa líquida 28.
Tabla 1 Velocidad de chorro máxima m/s ft/s
Figure imgf000008_0001
Figure imgf000009_0001
En referencia a continuación a la FIG. 5, se muestra el drenaje de rebosamiento 52. Se muestra el drenaje de sedimentos 54. Se muestran los orificios de purga 56. El número de salidas para cada finalidad no es limitante.
En referencia a continuación a la FIG. 6, se muestra la bomba 30 y una porción del distribuidor 14.
En referencia a continuación a la FIG. 7, una vista posterior en sección transversal muestra los mecanismos para el bombeo y el filtrado de la masa líquida 28. El filtro 32 elimina el material en partículas generado durante la eliminación del soporte. La bomba 30 genera presión que fuerza al líquido a través de los distribuidores 14. La bomba 30 puede ser una bomba disponible comercialmente, cuando se usa con la máquina de eliminación de soporte 100 de la presente invención, y no requeriría una fabricación a medida. La presente invención no se limita a bombas disponibles comercialmente. La bomba 30 genera suficiente presión, sin necesidad de aspiración dentro del depósito de salida 16, para proporcionar un flujo rotacional de manera que la pieza se mantiene en una posición central dentro del depósito de salida 16. El generador ultrasónico 70, o motor ultrasónico, suministra energía a los transductores ultrasónicos 22, cuyo número puede estar entre 16 y24 sin limitación.
La presión hidráulica hace girar y suspende una pieza impresa en 3D durante el análisis con energía ultrasónica. Una característica funcional clave de la presente invención es la capacidad de mantener la posición de la pieza 40 en una posición generalmente central en el depósito de salida 16. El mantenimiento de la posición de la pieza 40 puede conseguirse a través del uso de distribuidores 14 que tienen secciones colocadas en posiciones en todo el depósito 40 para crear un flujo líquido rotacional, o vórtice, que crea una corriente líquida para hundir una pieza 40 que en caso contrario flotaría y hacer flotar una pieza 40 que en caso contrario se hundiría. En las condiciones de flujo rotacional generadas por el aparato y el procedimiento de la presente invención, una pieza 40 puede estar en posición central, sumergida en un depósito y circulando alrededor de un eje central del depósito, a la vez que gira alrededor de un eje de la pieza 40. En una realización, puede colocarse uno o más distribuidores o secciones de distribuidores en las paredes del depósito en ciertas posiciones a lo largo del depósito de salida 16 incluida una posición inmediatamente adyacente al rebosadero 20 en la pared 36. La posición de la bomba 30, conectada con los distribuidores 14, incluso en un lugar en el que está protegida de las condiciones del depósito (incluyendo no estar sumergida en el depósito) permite el uso de bombas disponibles comercialmente, en lugar de bombas fabricadas a medida, dado que los distribuidores se diseñaron en torno al rendimiento, o capacidades operativas, de las bombas. Sin embargo, las bombas de fabricación a medida están contempladas dentro de la presente invención.
La rotación de pieza 40 dentro de la masa líquida 28 crea un rozamiento entre los materiales en la masa líquida 28 y la pieza 40, lo que produce la eliminación del soporte. En una realización, la eliminación del soporte se potencia mediante transductores ultrasónicos 22 colocados tangencialmente en el depósito de salida 16 con respecto a la pieza 40 en rotación. El generador ultrasónico 42 crea calor en la masa líquida 28 dentro del depósito de salida 16, que provoca la eliminación del soporte a través de múltiples medios directos e indirectos, a la vez que induce también cavitación a través de la interacción directa con la pieza 40 en rotación. A medida que la pieza 40 gira dentro de la masa líquida 28, todas las caras de la pieza 40 pueden estar expuestas a los ultrasonidos, lo que crea un efecto sinérgico en la eliminación del soporte a través de efectos rotacionales en la masa líquida 28 y de la potenciación ultrasónica de la eliminación del soporte.
En referencia a continuación a la FIG. 8, una vista lateral en sección transversal muestra el flujo de masa líquida 28 durante el bombeo por la bomba 30, tal como se indica mediante las flechas curvas en el depósito de salida 16, junto con la rotación concomitante de la pieza impresa en 3D 40. La FIG. 8 ilustra que, a medida que la pieza impresa en 3D 40 gira en el centro del depósito de salida 16, diferentes superficies de la pieza 3D 40 quedan expuestas a la radiación tangencial desde el transductor ultrasónico 22. El transductor ultrasónico 22 analiza la pieza 40 a medida que la pieza 40 gira en el depósito de salida 16. La pieza 40 puede ser tangencial al transductor ultrasónico 22, y la rotación de la pieza 40 permite que todas las caras de la pieza 40 estén expuestas a ultrasonidos. La pieza 40 circula en general alrededor de un punto central en el depósito de salida 16, y la pieza 40 gira. El movimiento de la pieza 40 en el depósito de salida 16 crea una agitación controlada. La acción de la pieza 40 durante este proceso produce por tanto la eliminación del soporte a través de rozamiento por movimiento rotacional continuo de la pieza impresa en 3D 40 dentro del detergente, junto con un análisis uniforme desde el transductor ultrasónico 22, con lo que se genera una sinergia en la eliminación del soporte entre la acción de la bomba, el calentador, la química y el transductorultrasónico.
El análisis ultrasónico de pieza 40 crea calor y cavitación de una forma generalmente uniforme en toda la pieza a medida que gira y circula a través del depósito de salida 16, dejando expuesta cada superficie de la pieza 40 a los ultrasonidos. Además, puede usarse también una unidad de calentamiento para generar calor con el fin de potenciar la eliminación del soporte. La unidad de calentamiento y el generador ultrasónico 70 pueden funcionar en armonía, de manera que cuando la frecuencia del generador ultrasónico 70 debe reducirse, la unidad de calentamiento puede compensarlo manteniendo el calor de la masa en un nivel óptimo. Puede colocarse una unidad de calentamiento en la que dicho medio de calentamiento comprenda un elemento de calentamiento que tiene un extremo interno colocado internamente en la cámara de salida 16 para acoplar la masa líquida y un extremo externo acoplado en comunicación con dicho microprocesador para controlar la entrada de calor a la masa líquida contenida dentro de la cámara de salida 16. Una ventaja proporcionada por el uso de ultrasonidos es la creación de cavitación de la masa líquida 28, lo que no puede hacer un calentador y una bomba 30. El exceso de uso del transductor ultrasónico 22 puede degradar la masa líquida 28, por ejemplo haciendo que los ingredientes en el líquido se calienten para convertirse en gases y escapen del líquido, de manera que la masa líquida 28 se agote. El material de la pieza 40 puede ser sensible energéticamente a la deformación o deslaminación de manera que es importante la optimización de energía dentro del sistema.
El uso de un transductor ultrasónico 22 tiene un doble efecto, de manera que el transductor ultrasónico 22 puede considerarse un componente de mezclado de la masa líquida 28 y no simplemente un calentador. Si bien el calentamiento con un transductor ultrasónico 22 puede requerir más energía que el uso de una unidad de calentamiento estándar, el transductor ultrasónico 22 tiene múltiples efectos. Los ultrasonidos afectan a la superficie de la pieza 40 microscópicamente induciendo una vibración, con lo que el trabajo realizado por el transductor ultrasónico 22 va más allá simplemente del calentamiento, con lo que se consiguen múltiples beneficios simultáneamente para la eliminación del soporte, y se aumenta la eficiencia del proceso.
Es evidente que los componentes que comprenden el aparato de eliminación de soporte pueden estar hechos de diversos materiales, siempre que dicha selección o uso de materiales posea la capacidad de resistir la corrosión prematura dada la presencia y el uso de una solución de limpieza acuosa alcalina, que se sitúa claramente dentro de una diversidad de intervalos de pH. El depósito puede estar hecho de acero inoxidable 304 y/o 316 o cualquier aleación de acero con mejor resistencia a la corrosión que el acero inoxidable 316. En consecuencia, lo más conveniente, y por tanto lo preferido, es construir la superficie de trabajo del depósito de salida y el depósito de entrada, las cabezas superiores y de boquillas de acero inoxidable; las tuberías y empalmes de un material polimérico tal como poliamida (PA) o acrilonitrilo-butadieno-estireno (ABS); y la caja y la caja de almacenamiento de un acero inoxidable de calidad inferior. Debe observarse en la presente memoria que el depósito de retención, la cabeza de boquilla, la superficie de trabajo y la plataforma de trabajo integral pueden fabricarse alternativamente con materiales que reduzcan el peso global del aparato de eliminación de soporte a la vez que se mantiene una resistencia suficiente a la corrosión, como polipropileno, polioximetileno, polifenileno, ABS o PA. De forma similar, la bomba, el termopar, el elemento de calentamiento 38 y el indicador de nivel, especialmente los componentes operativos expuestos de cada uno de ellos están hechos de un acero inoxidable de alta calidad o recubiertos con un material impermeable resistente a la corrosión tal como epóxido.
Aunque la invención se ha descrito con referencia a ciertas realizaciones preferidas, los expertos en la materia apreciarán que pueden realizarse modificaciones y variaciones sin apartarse del espíritu y el alcance de la invención. Debe entenderse que el solicitante no pretende limitarse a los detalles concretos descritos anteriormente e ilustrados por los dibujos adjuntos.

Claims (18)

REIVINDICACIONES
1. Un procedimiento de eliminación de material de estructura de soporte, que comprende:
a) suministro de un depósito para procesar piezas;
b) llenado del depósito con una masa liquida;
c) generación de un vórtice en la masa liquida por medio de una pluralidad de distribuidores;
d) colocación de una pieza que comprende el material de estructura de soporte en el depósito; en el que las fuerzas del vórtice suspenden la pieza en la masa liquida dentro del vórtice; depósito que tiene un primer lado, un segundo lado y una superficie inferior; en el que el primer lado es opuesto al segundo lado; en el que se coloca una primera sección de distribuidor en una porción superior del primer lado y está configurado para dirigir un flujo descendente de masa liquida a lo largo del primer lado; en el que una segunda sección de distribuidor es proximal a una unión entre el primer lado y la superficie inferior y está configurado para dirigir un flujo lateral de masa liquida a lo largo de la superficie inferior hacia el segundo lado.
e) y eliminación del material de soporte de la pieza.
2. El procedimiento según la reivindicación 1, en el que el depósito que contiene la pieza tiene un tercer distribuidor proximal a una unión entre el segundo lado y la superficie inferior y está configurado para dirigir un flujo ascendente de masa liquida a lo largo del segundo lado.
3. El procedimiento según la reivindicación 2, en el que cada distribuidor dirige un flujo de masa liquida bajo una presión sustancialmente igual.
4. El procedimiento según la reivindicación 2, en el que cada distribuidor tiene un orificio; en el que cada orificio tiene un diámetro de orificio; en el que cada diámetro de orificio esta dimensionado adecuadamente y puede diferir en su tamaño de otro diámetro de orificio para producir un flujo óptimo de masa liquida con el fin de mantener una pieza en la posición deseada dentro del depósito que contiene la pieza.
5. El procedimiento según la reivindicación 1, que comprende además el suministro de un depósito que contiene una pieza en comunicación fluida con un depósito de entrada mientras deja un material de construcción sin perturbaciones.
6. El procedimiento según la reivindicación 5, que comprende además el llenado del depósito de entrada y el depósito que contiene la pieza con una masa liquida, en el que el nivel de masa liquida en el depósito de entrada es inferior al nivel de masa liquida en el depósito que contiene la pieza.
7. El procedimiento según la reivindicación 6, que comprende además el bombeo de la masa liquida desde el depósito de entrada al depósito que contiene la pieza a través de una pluralidad de distribuidores.
8. El procedimiento según la reivindicación 7, que comprende además la descarga de la masa liquida desde el depósito que contiene la pieza al depósito de entrada en una porción superior del depósito que contiene la pieza.
9. El procedimiento según la reivindicación 5, que comprende además el flujo de la masa liquida desde el depósito que contiene la pieza al depósito de entrada sobre una pared situada entre el depósito que contiene la pieza y el depósito de entrada.
10. El procedimiento según la reivindicación 1, en el que cada sección de una boquilla en el depósito dirige el flujo generalmente dentro de un mismo plano.
11. Un procedimiento de eliminación de material de estructura de soporte, que comprende:
a) suministro de un depósito de salida en comunicación fluida con un depósito de entrada;
b) llenado del depósito de entrada hasta un primer nivel y llenado del depósito de salida hasta un segundo nivel con una masa liquida, en el que el primer nivel de masa liquida en el depósito de entrada es menor que el segundo nivel de masa liquida en el depósito de salida;
c) bombeo de la masa liquida desde el depósito de entrada al depósito de salida a través de al menos un distribuidor; formación de un vórtice en la masa liquida contenida en el depósito de salida;
d) flujo de la masa liquida desde el depósito de salida al depósito de entrada por encima de una pared situada entre los dos depósitos a una velocidad preferentemente que es sustancialmente similar a la velocidad a la que se bombea la masa liquida desde el depósito de entrada al depósito de salida;
e) colocación de una pieza en el depósito de salida;
f) suspensión de la pieza en el depósito de salida por debajo de la superficie de la masa liquida y dentro del vórtice; rotación de la pieza en el depósito de salida con presión hidráulica;
g) y eliminación del material de soporte de la pieza.
12. El procedimiento según la reivindicación 11, que comprende además el análisis de la pieza con ultrasonidos.
13. El procedimiento según la reivindicación 11, que comprende además la oxigenación de la masa liquida durante el flujo desde el depósito de salida al depósito de entrada.
14. El procedimiento según la reivindicación 11, que comprende además el enfriamiento de la masa liquida durante el flujo desde el depósito de salida al depósito de entrada.
15. Un aparato de eliminación del material de la estructura de soporte, que comprende:
• un depósito de salida que tiene paredes y una base que forman conjuntamente una cámara de depósito de salida para contener una porción de masa liquida y una pieza que comprende material de estructura de soporte;
• un depósito de entrada que tiene paredes y una base que forman conjuntamente una cámara de depósito de entrada para contener una porción de una masa liquida; en el que la cámara de depósito de salida y la cámara de depósito de entrada están en comunicación liquida;
• una bomba para hacer que la masa liquida fluya desde el depósito de entrada al depósito de salida;
• distribuidores para producir flujo rotacional de masa liquida en el depósito de salida; donde los distribuidores comprenden una pluralidad de boquillas y
• un rebosadero entre el depósito de salida y el depósito de entrada, en el que la masa liquida en el depósito de salida es capaz de fluir al depósito de entrada, en donde la primera de la pluralidad de boquillas está ubicada en una base de la pared que forma el rebosadero, orientado para producir un flujo a través de la zona inferior del depósito de salida, lejos de la pared que forma el rebosadero, y una segunda de la pluralidad de boquillas ubicada en la base de una pared directamente opuesta a la pared que forma el rebosadero y orientada para producir un flujo ascendente a lo largo de la pared directamente opuesta a la pared que forma el rebosadero.
16. El aparato de eliminación de material de la estructura de soporte según la reivindicación 15, que comprende además uno o más transductores ultrasónicos en o adyacentes al depósito de salida para proporcionar radiación ultrasónica tangencial a la pieza.
17. El aparato de eliminación de material de la estructura de soporte según la reivindicación 15, que comprende además un indicador de nivel colocado internamente en dicha cámara del depósito de entrada para transmitir medidas del nivel de la masa liquida presente en dicha cámara del depósito de entrada a un microprocesador.
18. El aparato de eliminación de material de la estructura de soporte según la reivindicación 15, en el que la bomba está unida a las tuberías de admisión y salida que pasan a través de las aberturas de admisión y salida en el que la abertura de admisión está en una pared del depósito de entrada, y la abertura de salida está en una pared del depósito de salida, en el que la tubería de entrada tiene un extremo unido a un lado de salida de una bomba y otro extremo unido a un distribuidor.
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