ES2823975T3

ES2823975T3 - Proceso y aparato para la fabricación de objetos tridimensionales

Info

Publication number: ES2823975T3
Application number: ES11781918T
Authority: ES
Inventors: Eugene Giller
Original assignee: Rize Inc
Current assignee: Rize Inc
Priority date: 2010-10-27
Filing date: 2011-10-26
Publication date: 2021-05-11
Anticipated expiration: 2031-10-26
Also published as: PL2632696T3; US10357918B2; KR20130079539A; JP2013540629A; EP2632696B1; US20140162033A1; CN107089004A; WO2012058278A3; US11148354B2; CN107089004B; US20180272596A1; US9227366B2; EP3747632A1; CN103180125B; US10265910B2; US20160096324A1; JP2017226214A; EP2632696A2; KR101446091B1; CN103180125A

Abstract

Un método de fabricación tridimensional que comprende: (a) depositar una primera capa de polímero; (b) imprimir una primera capa de tinta sobre la primera capa de polímero; (c) depositar una segunda capa de polímero sobre la primera capa de tinta; (d) imprimir una segunda capa de tinta sobre la segunda capa de polímero; y (e) repetir las etapas (a)-(d) para formar un objeto tridimensional, caracterizado por que al menos una de las capas de tinta primera y segunda incluye una tinta que comprende catalizadores de metalización químicos.

Description

DESCRIPCIÓN

Proceso y aparato para la fabricación de objetos tridimensionales

Campo de la invención

La presente descripción se refiere a un método y a un aparato para la fabricación de objetos tridimensionales a partir de material a base de polímero. En particular, la presente invención se refiere a un aparato de fabricación tridimensional que tiene un sistema de cabezal de impresión y suministro de tinta.

Antecedentes de la invención

Con el incremento del uso de sistemas para modelado de sólidos de diseño asistido por ordenador (CAD), ha surgido una nueva frontera de tecnología de fabricación que permite traducir datos de salida CAD en un objeto físico tridimensional. Esta tecnología se denomina comúnmente fabricación de forma libre sólida o fabricación de capa, lo cual entraña construir un objeto a base de capa por capa o punto por punto. Entre los ejemplos de sistemas de fabricación de forma libre sólida disponibles en el mercado se incluyen estereolitografía, sinterizado por láser selectivo, fabricación de objetos laminados y modelado por deposición fundida. Otros ejemplos de sistemas de fabricación de forma libre sólida son conocidos entre los expertos en la técnica.

El conformado de objetos automáticamente en tres dimensiones es útil en verificación de bases de datos CAD, valoración de estética, comprobación de la ergonomía del diseño, asistencia en el diseño de herramientas y accesorios, creación de modelos conceptuales y herramientas de venta/comercialización, generación de modelos para fundición de precisión, reducción o eliminación de cambios de ingeniería en la producción y provisión de ciclos de producción pequeños.

El documento US 6 165406 A describe un proceso de fabricación de forma libre y un aparato para fabricar un objeto a todo color en 3-D. El proceso incluye (1) funcionamiento de un dispositivo de deposición de gotas de múltiples canales para suministrar y, según se pida, expulsar gotas de múltiples composiciones líquidas que contienen un material de construcción del cuerpo de partida solidificable y diferentes colorantes; (2) proporcionar a una plataforma de soporte una distancia desde dicho dispositivo de deposición para recibir las gotas desde ella; y (3) durante el proceso de expulsión de las gotas, desplazar el dispositivo de deposición y la plataforma uno en relación con otro en un plano X-Y y en una dirección Z ortogonal al plano X-Y de modo que se depositan las gotas para formar múltiples capas para construir un objeto en 3-D a todo color. El documento US 2010/195122 A1 describe un método para imprimir un objeto tridimensional pintado. Se imprime cada una de las capas del objeto de modo que solamente la circunferencia externa de la capa contiene material con color. El material de construcción utilizado puede ser transparente y se puede utilizar un material coloreado blanco como barrera entre el material de construcción y el material coloreado.

El documento US 2004/251574 A1 describe un método para producir un objeto formado a través de la fabricación de una forma libre sólida, incluye dispensar un ligante sobre sucesivas capas de material de construcción con un solo primer miembro de dispensación; y colorear las sucesivas capas con al menos un segundo miembro de dispensación, donde el segundo miembro de dispensación dispensa encima del primer miembro de dispensación.

El documento US 2007/108664 A1 describe un proceso para grabar químicamente una resina de estereolitografía, implica el grabado químico de un objeto conformado de la resina a una temperatura en el intervalo de aproximadamente 20°C a aproximadamente 30°C durante un período de tiempo de aproximadamente 30 segundos a aproximadamente 60 segundos con una solución acuosa saturada de permanganato.

El documento EP 1 925 428 A1 describe un método y un sistema para fabricar un producto parcialmente revestido que tiene al menos un área revestida y al menos un área sin revestir.

El documento WO 98/09798 describe las características del preámbulo de la reivindicación 1.

Compendio

Aspectos de la invención están dirigidos a la fabricación de objetos tridimensionales. Los objetos tridimensionales pueden tener color de alta resolución.

La presente invención proporciona un método de fabricación tridimensional que comprende: (a) depositar una primera capa de polímero; (b) imprimir una primera capa de tinta sobre la primera capa de polímero; (c) depositar una segunda capa de polímero sobre la primera capa de tinta; (d) imprimir una segunda capa de tinta sobre la segunda capa de polímero; y (e) repetir las etapas (a)-(d) para formar un objeto tridimensional, en donde al menos una de las capas de tinta primera y segunda incluye una tinta que comprende catalizador de metalización químico.

En ciertas realizaciones cada una de las capas de tinta primera y segunda puede incluir una pluralidad de capas de tinta. En ciertas realizaciones, cada una de las capas de polímero primera y segunda incluye una pluralidad de capas de polímero. En ciertas realizaciones, la formación de al menos una de las capas de tinta primera y segunda puede incluir la utilización de una tinta que comprende además al menos uno de entre pigmentos, colorantes y catalizadores.

En algunas realizaciones, los catalizadores de metalización químicos pueden seleccionarse del grupo que incluye paladio, rutenio, platino, plata, osmio, iridio y cobalto. En ciertas realizaciones, el catalizador de metalización químico es paladio o plata. En ciertas realizaciones la formación de al menos una de las capas de tinta primera y segunda incluye la utilización de una tinta de color. En ciertas realizaciones, se deposita al menos una de las capas de tinta primera y segunda a lo largo de un borde circunferencial de al menos una de las capas de polímero primera y segunda. En ciertas realizaciones, la formación de al menos una de las capas de tinta primera y segunda puede incluir la utilización de una tinta que se selecciona sobre la base de su parámetro de solubilidad en relación con un parámetro de solubilidad del polímero.

En ciertas realizaciones, la formación de al menos una de las capas de polímero primera y segunda incluye la utilización de un material polímero seleccionado de entre acrilonitrilo butadieno estireno, poliacrilatos, poliolefinas, polímeros y copolímeros de olefina cíclica, policarbonatos, poliamidas, poliimidas, polietileno y politeraftalato de butileno, resinas de polímero de cristales líquidos, poliéter éter cetona, elastómeros termoplásticos, poliestirenos, policloruro de vinilo, polisulfonas, poliuretano, poliamidas, poliésteres, resinas epoxídicas, resina de silicio, una resina de ftalato de dialilo, un plástico celulósico, una resina de ácido maleico modificado con colofonia, copolímeros de los mismos, colágeno, elastina, hidrogeles, xerogeles, policaprolactona, poli(D,L-lactida-co-glicolida), polilactida, poli(lactida-co-caprolactona) o combinaciones de los mismos. En ciertos ejemplos de realización, la formación de al menos una de las capas de polímero primera y segunda incluye la utilización de acrilonitrilo butadieno estireno (“ABS”).

En algunas realizaciones, se forma una estructura de soporte adyacente al objeto tridimensional durante el proceso de fabricación. En ciertas realizaciones, puede extraerse la estructura de soporte del objeto tridimensional. En algunas realizaciones, puede imprimirse una capa de tinta liberable entre el objeto tridimensional y la estructura de soporte. En ciertas realizaciones, la formación de la estructura de soporte puede incluir la utilización de un material polimérico que es similar a un material polimérico utilizado para formar el objeto tridimensional. En algunas realizaciones, el material polimérico puede ser un polímero hidrosoluble, soluble en disolvente o soluble en álcali. En algunas realizaciones, la estructura de soporte tiene una capa de tinta externa que incluye al menos un ingrediente que es soluble en un material polímero incluido en la estructura de soporte. En ciertas realizaciones, el al menos un ingrediente acelera la disolución del material polimérico de la estructura de soporte o, en realizaciones alternativas, el al menos un ingrediente hace que se disuelva la capa de tinta externa antes de la disolución del material polimérico de la estructura de soporte.

En ciertas realizaciones, se aplica una capa de revestimiento a al menos una de las capas de tinta primera y segunda. En algunas realizaciones, la capa de revestimiento es una laca, en algunas realizaciones, se aplica la capa de revestimiento en el objeto tridimensional. En algunas realizaciones, la capa de revestimiento es un material polimérico translúcido o transparente. En ciertas realizaciones, se trata al menos una de las capas de tinta primera y segunda con una fuente de calor, una fuente de energía o combinaciones de las mismas. En algunas realizaciones, la fuente de calor se selecciona del grupo que tiene convencional, conducción, radiante y combinaciones de los mismos. En algunas realizaciones, la fuente de energía puede ser una fuente de energía electromagnética. En algunas realizaciones, se puede seleccionar la fuente de energía electromagnética del grupo que tiene infrarrojo cercano, visible, ultravioleta, radiofrecuencia, microonda o combinaciones de los mismos. En algunas realizaciones, la impresión de al menos una de las capas de tinta primera o segunda forma un diseño objetivo que se puede utilizar para alinear ópticamente un aparato de impresión tridimensional.

En ciertas realizaciones, al menos una de las capas de tinta primera y segunda incluye una tinta liberable o una tinta plastificante. En ciertas realizaciones, la formación de una primera porción de al menos una de las capas de tinta primera y segunda incluye la utilización de una primera tinta y una segunda porción de al menos una de las capas de tinta primera y segunda se forma utilizando una segunda tinta. En algunas realizaciones, la primera tinta es una tinta plastificante y la segunda tinta es una tinta plastificante con una mayor concentración de plastificante que la primera tinta. En algunas realizaciones, la primera tinta y la segunda tinta proporcionan diferentes propiedades superficiales entre la primera porción y la segunda porción de la capa de tinta. En algunas realizaciones, la formación de al menos una de las capas de tinta primera y segunda incluye la utilización de una tinta plastificante que crea una superficie lisa sobre el objeto tridimensional. En ciertas realizaciones, la formación de al menos una de las capas de tinta primera y segunda incluye la utilización de una tinta que comprende al menos un ingrediente que es soluble en la capa de polímero primera y segunda. En ciertas realizaciones, la formación de al menos una de las capas de tinta primera y segunda incluye la utilización de una tinta que comprende un principio activo. En algunas realizaciones, el principio activo puede ser un ingrediente farmacéutico incluyendo un ingrediente antiinflamatorio, un ingrediente inhibidor del crecimiento neointimal, un anticoagulante, un anticuerpo, un ingrediente inmunosupresor, fármacos quimioterapéuticos o combinaciones de los mismos. En realizaciones alternativas, el principio activo puede ser un cultivo de células incluyendo células madre, células de cartílago, células óseas, células del músculo, células de la piel, células pancreáticas, células renales, células hepáticas, neuronas y combinaciones de las mismas.

En un aspecto no reivindicado en la presente patente, se proporciona un aparato de fabricación tridimensional que incluye: (a) un aparato de deposición de polímero; y (b) un aparato de impresión que incluye un sistema de cabezal de impresión y suministro de tinta. En ciertos ejemplos, el aparato de impresión puede estar fijado al aparato de deposición de polímero. En ciertos ejemplos, el aparato de deposición de polímero incluye una extrusora y el sistema de cabezal de impresión y suministro de tinta está fijado a la extrusora. En ejemplos alternativos, el aparato de deposición de polímero incluye una extrusora y el sistema de cabezal de impresión y suministro de tinta está fijado al aparato de deposición de polímero separado de la extrusora.

En ciertos ejemplos, el aparato de deposición de polímero se selecciona del grupo que tiene un aparato de modelado por deposición fundida, un aparato de fabricación de objeto laminado y un aparato de deposición tridimensional de fotopolímero. En ciertos ejemplos, el sistema de cabezal de impresión y suministro de tinta incluye un cabezal de impresión seleccionado del grupo que incluye un cabezal de impresión térmico, un piezo cabezal de impresión, un cabezal de impresión MEMS y un cabezal de impresión electrostático. En ciertas realizaciones, el sistema de cabezal de impresión y suministro de tinta incluye un cabezal de impresión seleccionado del grupo que tiene una unidad de boquilla simple estilo plóter (trazador gráfico), un chorro de tinta continuo y un sistema de gota bajo demanda.

En un aspecto no reivindicado en la presente patente, se proporciona un método para seleccionar una tinta para la fabricación tridimensional de un objeto tridimensional que incluye: (a) seleccionar un polímero; (b) calcular el parámetro de solubilidad de Hansen del polímero; (c) seleccionar una tinta; (d) calcular el parámetro de solubilidad de Hansen de la tinta, (e) comparar el parámetro de solubilidad de Hansen del polímero con el parámetro de solubilidad de Hansen de la tinta para determinar si la tinta es una tinta liberable o una tinta plastificante; y (f) utilizar el polímero y la tinta para formar un objeto tridimensional mediante fabricación tridimensional.

En un aspecto no reivindicado en la presente patente, se proporciona un método que incluye (a) depositar una primera capa de polímero para formar un objeto tridimensional; (b) imprimir una capa de tinta sobre el objeto tridimensional para formar una cubierta. En ciertos ejemplos, el método de fabricación tridimensional incluye además depositar al menos una segunda capa de polímero sobre la cubierta. En ciertos ejemplos, se forma la segunda capa de polímero utilizando un material polimérico translúcido o transparente.

Éstos y otros aspectos, junto con las ventajas y características de la presente invención descritos en la presente memoria resultarán evidentes haciendo referencia a la siguiente descripción detallada. Asimismo, debe entenderse que las características de las diversas realizaciones descritas en la presente memoria no son exclusivas unas con respecto a otras y pueden existir varias combinaciones y permutaciones.

Breve descripción de los dibujos

En los dibujos, los mismos símbolos de referencia se refieren por lo general a las mismas partes a lo largo de las diferentes vistas. Asimismo, los dibujos no son necesariamente a escala, sino que se pone el énfasis generalmente en ilustrar los principios de la invención. En la siguiente descripción, se describen varias realizaciones de la presente invención haciendo referencia a los siguientes dibujos, en los que:

La figura 1 representa una configuración esquemática de un aparato de modelado por deposición de filamento de la técnica anterior.

La figura 2 representa una configuración esquemática de un aparato de fabricación de acuerdo con un aspecto de la presente invención.

La figura 3 representa una configuración esquemática de un proceso de fabricación de acuerdo con un aspecto de la presente invención.

La figura 4 representa una representación esquemática de una tinta plastificante entre dos capas de polímero.

La figura 5 representa una representación esquemática de una tinta liberable entre dos capas de polímero.

La figura 6 representa una representación gráfica de la interacción de una tinta y un polímero tal como se define en la ecuación.

D(ⁱ-^p) = [4(0di - 5dp)2 (Spi - Spp)2 (5hi - 5hp)2]05

Descripción detallada de la invención

Sería deseable proporcionar un método de fabricación tridimensional capaz de producir diversos objetos tridimensionales. Al menos ciertas realizaciones del nuevo método pueden producir capacidades de manipulación del color de alta resolución. Al menos ciertas realizaciones del nuevo método y el aparato pueden proporcionar objetos tridimensionales funcionales. Otras características y ventajas adicionales de algunos o todos los métodos de fabricación tridimensional descritos en la presente memoria serán evidentes para las personas expertas en la fabricación tridimensional dado el beneficio del siguiente compendio y la descripción de ejemplos ilustrativos no exhaustivos.

La presente invención proporciona un método para la fabricación de un objeto tridimensional.

Tal como se utiliza en la presente memoria, “fabricación tridimensional” se utiliza para referirse a un método de construcción de un objeto tridimensional capa por capa. Fabricación tridimensional se refiere a la combinación de deposición de al menos una capa de un polímero e impresión de al menos una capa de una tinta para formar un objeto tridimensional. Tal como se utiliza en la presente memoria, se forma una “capa” por único paso de un aparato de deposición o un aparato de impresión. En algunas realizaciones, se puede depositar e imprimir la al menos una capa de polímero y la al menos una capa de tinta en orden. Por ejemplo, en ciertas realizaciones, se pueden depositar múltiples capas de polímero antes de imprimir la capa de tinta. En realizaciones alternativas, las capas de polímero y tinta pueden alternarse con capas individuales o múltiples. Se conocen varios métodos de deposición en la técnica, incluyendo, pero sin limitarse a modelado por deposición fundida, fabricación de objeto laminado, estereolitografía y sinterización por láser selectiva.

Por ejemplo, la invención se puede realizar con un aparato de deposición tridimensional, como pueda ser el utilizado para modelado por deposición fundida, incluyendo un conjunto de extrusora que dispersa un polímero. En algunas realizaciones, el polímero forma un objeto tridimensional en un proceso de capa por capa sobre una base de impresión. En algunas realizaciones, una vez completada la construcción del objeto tridimensional, se puede extraer el objeto de la base de impresión y puede comenzar un nuevo proyecto. En ciertas realizaciones, el conjunto de extrusora puede ser estacionario o puede permitir el movimiento en los ejes XY, solamente el movimiento en el eje X o el eje Y, y/o movimientos de rotación y angular. En ciertas realizaciones, la base de impresión tiene generalmente opciones indexadas de movimiento en el eje Z. En realizaciones alternativas, pueden proporcionarse también otros movimientos. En ciertas realizaciones, cada movimiento en el eje Z puede corresponder a un grosor de capa específico para la fabricación de un objeto tridimensional. Además, en ciertas realizaciones, la base de impresión puede permitir un movimiento opcional en los ejes XY, solamente para el movimiento del eje X o el eje Y, y/o movimientos de rotación o angular.

En la figura 1 se muestra un aparato de modelado por deposición fundida conocido. El conjunto 12 de extrusora dispensa el polímero 14 sobre la base 18 de impresión, en un proceso de capa por capa, para formar el objeto 16 tridimensional. Una vez completado el objeto tridimensional 16, se puede extraer de la base de impresión 18 y puede comenzar un nuevo proyecto.

En ciertos ejemplos, un aparato de fabricación tridimensional incluye un aparato de deposición y un aparato de impresión. En algunas realizaciones, el aparato de deposición puede ser similar al utilizado para los ejemplos de deposición fundida. En algunos ejemplos, el aparato de deposición incluye un conjunto de extrusora que dispensa un polímero. En ciertos ejemplos, el polímero forma un objeto tridimensional en un proceso capa por capa sobre una base de impresión. En ciertos ejemplos, el aparato de impresión incluye un sistema de cabezal de impresión y suministro de tinta para depositar varias tintas durante la producción de cualquier objeto tridimensional utilizando el aparato de fabricación tridimensional. En algunos ejemplos, el cabezal de extrusora puede ser estacionario o puede permitir el movimiento en los ejes XY, solamente el movimiento del eje X o el eje Y, y/o movimientos de rotación o angular. En ciertos ejemplos, la base de impresión tiene generalmente opciones indexadas de movimiento en el eje Z. Adicionalmente, en ciertos ejemplos, la base de impresión puede permitir un movimiento opcional en los ejes XY, solamente el movimiento del eje X o el eje Y, y/o movimientos de rotación o angular.

En algunas realizaciones, cuando se fabrica el objeto tridimensional, el sistema de cabezal de impresión y suministro de tinta puede depositar tintas a la manera de capa por capa. En ciertas realizaciones, las tintas pueden ser tintas de color y/o tintas funcionales. En ciertas realizaciones, el sistema de cabezal de impresión y suministro de tinta puede ser estacionario o, en realizaciones alternativas, puede permitir el movimiento en los ejes XY, solamente el movimiento del eje X o el eje Y, y/o movimientos de rotación o angular. En ciertas realizaciones, la impresión de las tintas puede desencadenarse mediante un conmutador de límite óptico o un codificador lineal.

En la figura 2 se proporciona un esquema de un aparato de fabricación tridimensional, que incluye un aparato de deposición similar al utilizado para modelado por deposición fundida y un aparato de impresión que tiene un sistema de cabezal de impresión y suministro de tinta. Un aparato de fabricación tridimensional incluye un conjunto 32 de extrusora que dispensa el polímero 34, en un proceso de capa por capa, para formar un objeto tridimensional 36 sobre la base 38 de impresión. Además, el aparato de fabricación incluye un sistema 40 de cabezal de impresión y suministro de tinta, que dispensa tinta sobre el objeto 36 tridimensional en un proceso de capa por capa durante el proceso de construcción.

En ciertos ejemplos, el aparato de impresión que tiene un sistema de cabezal de impresión y suministro de tinta está fijado al mismo mecanismo que el aparato de deposición que tiene la extrusora, de modo que se desplaza con el aparato de deposición. En ejemplos alternativos, el aparato de impresión está fijado a un mecanismo de movimiento independiente o estacionario que está fijado al aparato de fabricación tridimensional. En ejemplos alternativos, el aparato de impresión está alineado con el aparato de deposición, pero no está fijado al aparato de deposición. En ciertos ejemplos, el aparato de impresión incluye un cabezal(es) de impresión que pueden ser por ejemplo un cabezal de impresión piezoeléctrico, un cabezal de impresión térmico, un cabezal de impresión MEMS, un cabezal de impresión electrostático, o combinaciones de los mismos. En ejemplos alternativos, el aparato de impresión incluye un cabezal de impresión que puede ser una unidad de boquilla simple de tipo plóter, un chorro de tinta continuo o un sistema de gota bajo demanda. En ciertos ejemplos, el cabezal de impresión del aparato de impresión puede colocarse en cualquier ángulo dentro del intervalo de 45 a -45 grados en relación con la extrusora del aparato de deposición.

En ejemplos alternativos, el aparato de impresión está apareado con cualquier aparato de fabricación de forma libre sólida que construye objetos de polímero tridimensionales utilizando un proceso de construcción capa a capa. Entre los ejemplos no exhaustivos de dichos aparatos se incluyen un aparato de fabricación de objeto laminado o un aparato de fotopolímero tridimensional.

La invención proporciona un método de fabricación tridimensional que incluye la deposición de una primera capa de polímero, la impresión de una primera capa de tinta sobre la primera capa de polímero, la deposición de una segunda capa de polímero sobre la primera capa de tinta y la impresión de una segunda capa de tinta sobre la segunda capa de polímero. En algunas realizaciones, el proceso de fabricación se puede repetir hasta formar un objeto tridimensional completo. En ciertas realizaciones, cada una de las capas de polímero primera y segunda puede incluir una pluralidad de capas de polímero. La pluralidad de capas de polímero que forman una primera (o segunda) capa de polímero no tiene por qué estar formada de polímeros iguales, sino que pueden incluir uno o más polímeros distintos. En ciertas realizaciones, cada una de las capas de tinta primera y segunda puede incluir una pluralidad de capas de tinta. La pluralidad de capas de tinta que forman una primera (o segunda) capa de tinta no tiene por qué estar formada de tintas iguales, sino que puede incluir una o más tintas distintas. En ciertas realizaciones, las capas de polímero o capas de tinta pueden depositarse en diverso número y en diverso orden cuando se fabrica un objeto tridimensional. Asimismo, no se necesita extender completamente las capas de polímero y/o capas de tinta sobre la capa previamente depositada. En algunos casos, se puede depositar una capa de tinta solamente sobre una porción de la capa de polímero (o tinta) depositada previamente. Por ejemplo, se puede encapsular una capa de tinta entre dos capas de polímero circundantes. En ciertas realizaciones, la impresión o deposición de una capa sobre otra puede hacer que las dos capas se unan una a otra. En algunas realizaciones, la unión de una capa a otra significa que las capas no se separan una de otra durante el proceso de construcción. En algunas realizaciones, una capa de tinta impresa entre dos capas de polímero puede tener al menos un ingrediente que es soluble en el material polimérico de las dos capas de polímero y hace que se forme una unión entre las dos capas de polímero al unirse una con otra. En ciertas realizaciones, se puede imprimir una capa de tinta sobre un objeto tridimensional completo para formar un revestimiento. En ciertas realizaciones, el revestimiento puede actuar como cubierta que tiene un grosor de 0,01 a 5 mm, por ejemplo. En ciertas realizaciones, se puede aplicar la capa de revestimiento sobre una capa de tinta. En algunas realizaciones, la capa de revestimiento puede ser una laca y, en realizaciones alternativas, puede ser un polímero translúcido o transparente.

En ciertas realizaciones, se puede imprimir una capa de tinta a lo largo del borde perimetral de la capa de polímero. En algunas realizaciones, la capa de tinta incluye una tinta que se difunde hacia el borde perimetral de la capa de polímero. En ciertas realizaciones, puede imprimirse la capa de tinta perimetral sobre un polímero, incluyendo el polímero un material polimérico transparente o translúcido. En algunas realizaciones, la capa de tinta perimetral impresa sobre el polímero transparente o translúcido puede crear una ilusión óptica, de modo que parece que la capa de tinta se extiende hacia la capa de polímero. En ciertas realizaciones, puede aplicarse una capa polimérica adicional al perímetro de la capa de tinta, proporcionando así protección contra la deslaminación o el rayado, incluyendo el material polimérico un material polimérico transparente o translúcido.

El método de fabricación tridimensional puede utilizarse en ciertas realizaciones para alinear ópticamente el aparato de fabricación tridimensional. En ciertas realizaciones, se imprime un diseño de capa de tinta, como pueda ser por ejemplo un diseño objetivo, sobre una o varias capas de un objeto tridimensional sacrificial o se imprime de forma inocua sobre cualquier objeto tridimensional. En algunas realizaciones, se escanea el diseño de capa de tinta con un sensor óptico y se utilizan los resultados del análisis de alineamiento óptico para posicionar el sistema de cabezal de impresión y suministro de chorro de tinta, así como la extrusora en relación con el objeto tridimensional.

En ciertas realizaciones, se puede depositar una capa de polímero completamente antes de imprimir una capa de tinta sobre la capa de polímero. En realizaciones alternativas, mientras el polímero se encuentra en el proceso de ser depositado, se puede imprimir una capa de tinta sobre la misma capa de polímero. En algunas realizaciones, una primera porción de al menos una capa de tinta puede incluir una primera tinta y una segunda porción de al menos una capa de tinta puede incluir una segunda tinta. En ciertas realizaciones, una primera porción de al menos una capa de polímero puede incluir un primer material polimérico y una segunda porción de al menos una capa polimérica puede incluir un segundo material polimérico.

En la figura 3 se proporciona un esquema de un proceso de fabricación tridimensional. Se forma una capa de tinta sobre una capa de polímero haciendo que un sistema 54 de cabezal de impresión y suministro de tinta deposite gotas 52 de tinta, que incluyen opcionalmente colorantes o pigmentos, sobre el polímero 56. Las gotas 52 de tinta forman un área 58 de interacción en donde la tinta entra en contacto con el polímero 56.

En ciertas realizaciones, se forma une estructura de soporte adyacente o fijada a un objeto tridimensional durante el proceso de fabricación tridimensional. En ciertas realizaciones el aparato tridimensional está formado de un material polimérico. En algunas realizaciones, el aparato de deposición se utiliza para formar la estructura de soporte. En realizaciones alternativas, se utiliza un segundo aparato de deposición para formar la estructura de soporte. En ciertas realizaciones, la estructura de soporte se puede extraer del objeto tridimensional. En ciertas realizaciones, se imprime una capa de tinta liberable entre el objeto tridimensional y la estructura de soporte, en algunas realizaciones, la capa de tinta liberable puede imprimirse sobre el objeto tridimensional únicamente en la localización en la que está fijada la estructura de soporte. En ciertas realizaciones, la estructura de soporte puede romperse en pizas más pequeñas para la extracción.

En ciertas realizaciones, el material polimérico de la estructura de soporte es similar o, en algunas realizaciones, es igual al material polimérico utilizado para formar el objeto tridimensional. La estructura de soporte y/o el objeto tridimensional pueden estar conformados de uno o más materiales poliméricos. En algunas realizaciones, la estructura de soporte puede incluir un material polimérico que es un polímero hidrosoluble, soluble en disolvente o soluble en álcali, como pueda ser por ejemplo una cera soluble en agua, polióxido de etileno y polímeros a base de glicol, polímeros a base de polivinil pirrolidona, éter metil vinílico o polímeros a base de ácido maleico.

En algunas realizaciones, la estructura de soporte puede tener una capa de tinta externa. En ciertas realizaciones, la capa de tinta externa tiene al menos un ingrediente que es soluble en un material polimérico incluido en la estructura de soporte. En algunas realizaciones, el al menos un ingrediente en el material polimérico puede acelerar la disolución del material polimérico. En ciertas realizaciones, el al menos un ingrediente puede consistir por ejemplo en compuestos de bajo peso molecular, como puedan ser polietilen glicoles, polipropilen glicoles, polialquilen glicoles o polióxido de etileno. En realizaciones alternativas, el al menos un ingrediente en el material polimérico hace que se disuelva la capa de tinta externa entes de la disolución del material polimérico de la estructura de soporte. En algunas realizaciones, el al menos un ingrediente puede consistir por ejemplo en sales como cloruro de potasio, oxalato de potasio o citrato de sodio, polímeros hidrosolubles de bajo peso molecular, como puedan ser polialcoholes vinílicos o polióxidos de etileno compuestos orgánicos hidrosolubles, como puedan ser dimetil urea o propilen glicol.

En ciertas realizaciones, la al menos una de las capas de polímero puede incluir un material polimérico como pueda ser por ejemplo acrilonitrilo butadieno estireno (“ABS”), poliacrilatos, poliolefinas, polímeros y copolímeros de olefina cíclica, policarbonatos, poliamidas, poliimidas, polietieno y politereftalato de butileno, resinas de polímero de cristales líquidos (“LCP”), poliéter cetona (“PEEK”), elastómeros termoplásticos (“TPE”), poliestirenos, policloruro de vinilo, polisulfonas, poliacrilatos, poliuretanos, poliamidas, poliésteres, poliolefinas, resinas epoxídicas, resina de silicio, una resina de ftalato de dialilo, un plástico celulósico, una resina de ácido maleico modificada con colofonia, copolímeros de los mismos, cualquier otra estructura macromolecular y combinaciones de los mismos. En ciertas realizaciones, el polímero es acrilonitrilo butadieno estireno. En ciertas realizaciones, la capa de polímero puede incluir un material polimérico biocompatible o biodegradable, como pueda ser por ejemplo colágeno, elastina, hidrogeles, xerogeles, proteínas, péptidos o una combinación de cualquiera de ellos. En algunas realizaciones, la capa de polímero puede incluir un polímero sintético como pueda ser por ejemplo policaprolactona (“PCL”), poli(D,L-lactida-co-glicolida) (“PLGA”), polilactida (“PLA”), poli(lactida-co-caprolactona) (“PLCL”) o una combinación de cualquiera de ellos.

En ciertas realizaciones, se humedece la primera capa de polímero mediante la aplicación de una primera capa de tinta. En ciertas realizaciones, la tinta de la primera capa de tinta es una tinta plastificante o soluble que puede difundirse en la(s) primera(s) capa(s) de polímero. En ciertas realizaciones, para obtener mejores características de humectación, se puede tratar el polímero y la tinta con plasma o descarga de corona, en algunas realizaciones, se pueden tratar las capas pasando la fuente de la descarga por encima de la superficie de las capas a una distancia de 1-5 mm por ejemplo.

En ciertas realizaciones, el sistema de cabezal de impresión y suministro de tinta del aparato de impresión imprime una capa de tinta. En ciertas realizaciones, al menos una de las capas de tinta incluye una tinta que tiene por ejemplo, colorantes, pigmentos y/o catalizadores. En algunas realizaciones, la tinta es una tinta de color. En ciertas realizaciones, el catalizador puede ser un catalizador de metalización químico. En ciertas realizaciones, la metalización química puede ser por ejemplo una sal o un complejo organometálico de paladio, rutenio, platino, plata, osmio, iridio o cobalto. En algunas realizaciones, entran dentro del alcance de la presente invención otros metales de los Grupos 8, 9, 10 y 11 de la Tabla Periódica de elementos químicos. En ciertas realizaciones, la tinta puede incluir un catalizador de metalización química que es plata o paladio.

En algunas realizaciones, la tinta, el material polimérico, o tanto la tinta como el material polimérico, pueden incluir un principio activo. En algunas realizaciones, el principio activo puede ser por ejemplo un principio activo farmacéutico o un cultivo de células. En ciertas realizaciones, el principio activo farmacéutico puede ser por ejemplo un ingrediente anti-inflamatorio, como pueda ser por ejemplo corticosteroides, diclofenaco sódico, aspirina, ibuprofeno o acetaminofeno; un ingrediente que inhibe el crecimiento neointimal, como pueda ser por ejemplo everolimus, paclitaxel o zotarolimus; un anticoagulante, como pueda ser warfarina, heparina, fondaparinux, ximelagatran o batroxobina; un ingrediente inmunosupresor, como pueda ser por ejemplo ciclosporina, tacrolimus, sirolimus o ácido micofenólico; un anticuerpo, como pueda ser por ejemplo anticuerpos de receptor anti-IL-2Ra monoclonales, anticuerpos anti-linfocitos T policlonales, glubulina anti-timocito (“ATG”) o glubulina anti-linfocitos (“ALG”); o fármacos quimioterapéuticos como puedan ser por ejemplo agentes alquilantes, antimetabolitos, alcaloides vegetales o inhibidores de topoisomerasa; o una combinación de cualquiera de ellos. En algunas realizaciones, un cultivo de células puede incluir por ejemplo células madre, células de cartílago, células óseas, células de músculo, células de la piel, células pancreáticas, células renales, células hepáticas, neuronas o una combinación de cualquiera de ellas. En algunas realizaciones, un cultivo de células puede ser un cultivo de células vivas.

En algunas realizaciones, se puede imprimir/depositar una única capa de tinta o polímero que tiene un principio activo. En realizaciones alternativas, se puede imprimir en fila una serie de capas de tinta o polímero. Se entiende actualmente que al variar el número de capas de tinta o polímero que tienen un principio activo, se puede variar la concentración y/o cantidad del principio activo sobre el objeto tridimensional. En ciertas realizaciones, se forma la capa de tinta utilizando una tinta que incluye un cultivo de células sobre una capa de polímero formada utilizando un polímero biocompatible o biodegradable. En algunas realizaciones, una capa de tinta formada utilizando una tinta que incluye un cultivo de células puede formar tejido vivo sobre un polímero biocompatible o biodegradable. En ciertas realizaciones, el tejido vivo corresponderá al tipo de células en el cultivo de células.

En ciertas realizaciones, la tinta puede tener una viscosidad dentro del intervalo a de 10-3 Pas a 2x10'1 Pas (1 a 150 cps), dentro del intervalo de 10-3 Pas a 5x10-2 Pas (1 a 50 cps), o dentro del intervalo de 10-3 Pas a 2x10-2 Pas (1 a 22 cps), a una temperatura de 25°C. En ciertas realizaciones, la tinta puede tener una tensión superficial dentro del intervalo de 0,018 - 0,072 N/m (18 a 72 dinas/cm), dentro del intervalo de 0,02 - 0,04 N/m (20 a 40 dinas/cm) o dentro del intervalo de 0,022 - 0,033 N/m (22 a 33 dinas/cm), a una temperatura de 25°C.

En ciertas realizaciones, la tinta puede seleccionarse individualmente sobre la base del parámetro de solubilidad de la tinta y el parámetro de solubilidad del polímero del objeto tridimensional. Debe entenderse que los parámetros de solubilidad, también conocidos como parámetros de solubilidad de Hildebrand (5) y parámetros de solubilidad de Hansen, son un resultado de varias fuerzas intermoleculares, incluyendo la energía de enlaces de dispersión (5d), fuerza intermolecular de dipolo-dipolo (5p) y enlaces de hidrógeno (5h). Los parámetros de solubilidad de Hildebrand específicos pueden calcularse utilizando la ecuación:

(Ecuación I)

5=( 5d2 5p2 5h2)05

Si dos materiales tienen parámetros de solubilidad de Hildebrand similares, es probable que sean capaces de interactuar entre sí. En algunas realizaciones, pueden utilizarse los parámetros de solubilidad de Hansen de los dos materiales para determinar si un material se disuelve en el otro, como pueda ser un polímero en un disolvente o una tinta. Se da un valor denominado radio de interacción (Ro) al material que se va a disolver. El radio de interacción del material que se va a disolver, como pueda ser un polímero, puede definir una esfera en espacio de Hansen. Si el segundo material, como pueda ser una tinta, se encuentra dentro de la esfera definida por el radio de interacción, entonces se puede considerar que el polímero se disuelve en la tinta. La esfera se define mediante la ecuación:

(Ecuación 2)

D(ⁱ-^p) = [4(5d i - 5dp)2 (5pi - 5pp)2 (5hi - 5 hp)2]05

en donde: D(I-P) es la distancia entre la tinta y el centro de la esfera de solubilidad de polímero 5xi es el componente de Hansen (tal se ha definido anteriormente) para una tinta; 5xp es el componente de Hansen (tal como se ha definido anteriormente) para el polímero.

En ciertas realizaciones, se puede seleccionar una tinta específica sobre la base de su interacción de solubilidad con el polímero específico utilizado para el objeto tridimensional. En algunas realizaciones, la solubilidad de la tinta en el polímero puede potenciarse utilizando fuentes de calor o energía. En ciertas realizaciones, una mejor solubilidad de la tinta proporciona beneficios adicionales, incluyendo, por ejemplo, una mejora de las características de secado de la tinta. En ciertas realizaciones, la fuente de calor puede ser por ejemplo calor convencional, conducción, radiante o combinaciones de las mismas. En ciertas realizaciones, se aplica la fuente de calor o energía después de fabricar el objeto tridimensional. En realizaciones alternativas, se aplica la fuente de calor o energía durante la fabricación del objeto tridimensional. En realizaciones alternativas, por ejemplo, la fuente de energía puede ser una fuente de energía electromagnética. En ciertas realizaciones, la fuente de energía electromagnética puede ser por ejemplo, infrarrojo, infrarrojo cercano, visible, radiofrecuencia, microonda o combinaciones de los mismos. Muchos polímeros y tintas son trasparentes en el intervalo visible a infrarrojo, pero en ciertas realizaciones el polímero puede suplementarse con pigmentos, colorantes o catalizadores de metalización químicos, que pueden absorber energía en el mismo intervalo, aumentando así la eficiencia del proceso. Adicionalmente, en ciertas realizaciones, se pueden utilizar varios absorbentes de infrarrojo, infrarrojo cercano, energía visible, microondas o radiofrecuencia para suplementar la tinta.

En ciertas realizaciones, la tinta puede tener un parámetro de solubilidad que entra dentro del radio de interacción, tal como se define según la Ecuación 2. En la presente memoria, se hace referencia a las tintas que tienen un parámetro de solubilidad que entra dentro del radio de interacción como tintas plastificantes. En ciertas realizaciones, se puede utilizar una tinta plastificante para proporcionar un revestimiento o cubierta de color, para suministrar un revestimiento funcional o para mejorar la calidad superficial de un objeto polimérico tridimensional. En ciertas realizaciones, la tinta plastificante incluye además aditivos funcionales que incluyen por ejemplo catalizadores de metalización químicos u otros catalizadores, agentes antimicrobianos o aditivos de liberación. En ciertas realizaciones, la tinta plastificante proporciona un revestimiento a un objeto de polímero tridimensional que puede curarse. En ciertas realizaciones, el revestimiento es un revestimiento curable por UV. En algunas realizaciones, el revestimiento curable puede crear una superficie más lisa sobre el objeto de polímero tridimensional rellenando los intersticios en una superficie sin tratar del objeto.

En ciertas realizaciones, los objetos de polímero tridimensionales formados con un polímero y una tinta plastificante mediante el método según la invención pueden utilizarse para producir modelos para vaciado de precisión, también conocido como vaciado a cera perdida. Se entiende actualmente que en ciertas realizaciones, la tinta plastificante permite un proceso de quemado más limpio durante el vaciado.

En ciertas realizaciones, una primera porción de al menos una de las capas de tinta se forma utilizando una tinta plastificante y una segunda porción de la capa de tinta se forma utilizando una segunda tinta plastificante que tiene una mayor concentración de plastificante que la primera tinta. En algunas realizaciones, una diferencia en la cantidad de plastificante en dos tintas diferentes puede causar una diferencia en las propiedades superficiales o de material de la capa de tinta. En algunas realizaciones, un objeto tridimensional formado mediante el uso de una tinta plastificante que tiene una mayor concentración de plastificante puede presentar una mayor flexibilidad en comparación con un objeto tridimensional formado utilizando una tinta que no es una tinta plastificante. En ciertas realizaciones, una tinta plastificante crea una superficie lisa sobre un objeto tridimensional. Se entiende actualmente que la tinta plastificante disuelve una porción de la superficie de una capa de polímero, creando así una superficie más lisa.

En ejemplos alternativos, el sistema de cabezal de impresión y suministro de tinta incluye una tinta que tiene un parámetro de solubilidad que se sale del radio de interacción, tal como se define según la Ecuación 2. En la presente memoria se hace referencia a las tintas que tienen un parámetro de solubilidad que se sale del radio de interacción como tintas de liberación. En ciertas realizaciones, las tintas de liberación pueden utilizarse para favorecer la liberación de una estructura de soporte desde el objeto de polímero tridimensional. En realizaciones alternativas, las tintas de liberación pueden proporcionar una cubierta sobre un objeto tridimensional. En algunas realizaciones, las tintas de liberación pueden incluir además, por ejemplo, colorantes, pigmentos o catalizadores para su utilización en la formación de la cubierta. En ciertas realizaciones, la cubierta puede ser una cubierta de color. En ciertas realizaciones, los objetos tridimensionales con una cubierta de color de tinta de liberación pueden tratarse con un líquido fijador, en ciertas realizaciones, un líquido fijador puede ser cualquier líquido o solución con un parámetro de solubilidad dentro del radio de interacción, tal como se define en la Ecuación 2. En ciertas realizaciones, el proceso de fijación de la cubierta de color sobre el objeto tridimensional puede acelerarse por aplicación de calor, luz o energía electromagnética, por ejemplo. En ciertas realizaciones, se pueden evaporar los componentes volátiles con o sin vacío.

En realizaciones alternativas, una tinta utilizada en el método de fabricación tridimensional puede tener una baja afinidad de unión con el polímero específico que se está utilizando para formar un objeto tridimensional resultando en virtud de ello una baja adherencia de la tinta al polímero. En ciertas realizaciones, si se imprime la tinta sobre el polímero para formar una cubierta de color, se puede depositar al menos una capa de polímero final sobre la cubierta de color para ayudar a retener la tinta sobre el objeto tridimensional. En dichas realizaciones, el polímero para la capa final puede ser por ejemplo transparente o translúcido y se puede seleccionar del grupo que tiene acrilatos, metacrilatos, policarbonatos, poli(acrilonitrilo butadieno estireno), poliésteres, poliamidas transparentes, polímeros y copolímeros de olefinas cicloalifáticas, polímero de estireno acrilonitrilo, policloruro de vinilo, epóxidos. En ciertas realizaciones, se puede imprimir una capa de tinta reflectante u opaca sobre el polímero antes de imprimir la cubierta de color.

En realizaciones alternativas, se pueden imprimir las tintas de baja adherencia sobre el polímero del objeto tridimensional para formar una cubierta de color exterior y, a continuación, se puede pulverizar la cubierta de color con una laca transparente permanente para formar un revestimiento de laca sobre la cubierta de color. En ciertas realizaciones, la laca puede proteger la cubierta de color exterior del objeto tridimensional, por ejemplo. En ciertas realizaciones, la laca puede ser por ejemplo una solución un polímero de secado rápido, como pueda ser un polímero translúcido o transparente. En ciertas realizaciones, la laca puede ser por ejemplo una solución de nitrocelulosa en acetato de butilo. En ciertas realizaciones alternativas, la laca puede ser por ejemplo una resina de curado rápido, termoestable, o curable por UV o IR.

Ejemplos

Ejemplo 1 - Examen de tintas disolventes y plastificantes

Se equipó una impresora de chorro de tinta Lexmark 22420® con cabezales de impresión térmicos para proporcionar una buena cobertura de color sobre placas planas de acrilonitrilo butadieno estireno (“ABS”), se obtuvieron las placas de ABS de McMaster Can-. Se imprimió una capa de color sobre placas de ABS y se analizó la adherencia del color utilizando la prueba de la norma ASTM D3359 para medir la adherencia a través de la prueba de cinta adhesiva. El resultado demostró que la adherencia de la capa de color a las placas de ABS era baja.

Para mejorar la adherencia del color, se sumergieron placas de ABS revestidas con color en tetrahidrofurano, un disolvente volátil. A continuación, se colocaron las placas en un horno a 602C durante 10 minutos. Se extrajeron las placas del horno y se repitió la prueba de la norma ASTM D3359. Los resultados presentaron una adherencia de color mejorada para las placas de ABS.

Se repitió la aplicación de una capa de color a placas de ABS, pero se sumergieron las placas revestidas con color en carbonato de propileno, un disolvente no volátil, en lugar de tetrahidrofurano volátil. A continuación, se colocaron las placas de ABS en un horno a 60°C durante 10 minutos y se analizó la adherencia de color siguiendo la prueba de la norma ASTM D3359. Los resultados fueron similares a los resultados obtenidos con las placas de tetrahidrofurano.

Ejemplo 2 - Examen de composición de tinta a color

Se depositaron tinta que contenía 99,8 % de adipato de diisopropilo y 0,2 % de tensioactivo zonyl FSO (DuPont) y cantidades traza de colorante negro extraído de un Sharpie® con la punta de un bolígrafo sobre placas ABS y objetos 3-D de ABS producidos a partir de ABS sobre una impresora Dimension 1200 ES®. Se analizó la adherencia de los patrones a color con los métodos de prueba de la norma ASTM D3359 para medir la adherencia a través de la prueba de cinta adhesiva, y la pasaron.

Ejemplo 3 - Examen de tinta plastificante

Se depositó tinta que contenía 99,8 % de carbonato de propileno y 0,2 % de tensioactivo Zonlyl FSO (Dupont) con la punta de un bolígrafo sobre una placa de politereftalato de butileno (“PBT”). Se colocó una segunda placa de PBT sobre la placa de PBT revestida con color y se colocó en un horno a 105°C. Al cabo de 30 minutos se adhirieron las dos placas de PBT. La adherencia de las dos placas se produjo a una temperatura bastante por debajo de la temperatura de fusión de PBT de 223°C. Se repitió la prueba con dos placas de PBT sin revestir colocadas en el horno a 105°C. Las placas no se adhirieron una a otra.

Ejemplo 4 - Examen de tinta de liberación

Se depositó dodecametilpentasiloxano directamente sobre una placa de ABS utilizando la punta de un bolígrafo. A continuación, se cubrió la placa de ABS revestida con una segunda placa de ABS limpia y se sujetaron con abrazaderas. Se colocaron las dos placas en un horno a 150°C durante 35 minutos. Después de extraer las placas del horno, se separaron las dos placas de ABS fácilmente. Se repitió la prueba con dos placas de ABS limpias sujetadas con abrazaderas y se colocaron en el horno a 150°C durante 35 minutos. Aparentemente, las dos placas se sinterizaron una con otra.

Ejemplo 5 - Examen de tintas que contienen catalizador químico a base de paladio

Se depositó una tinta que contenía 1,5 % en peso de acetato de paladio en N-metilpirrolidona con la punta de un bolígrafo en un diseño predeterminado sobre una placa de PBT. Se colocó la placa revestida en un horno a 70°C durante 10 minutos. Después de extraer la placa de PBT revestida del horno, se trató la superficie diseñada con solución acuosa de complejo dimetilamina borano (DMAB) al 2 % durante 2 minutos y después se lavó con agua destilada. A continuación, se sumergieron las placas de PBT revestidas tratadas en solución de niquelado químico (Caswell) a una temperatura de 90°C durante 25 minutos. Las placas de PBT revelaron depósitos de metal eléctricamente conductores brillantes en el área diseñada.

Ejemplo 6 - Examen de tintas que contienen catalizador químico a base de plata

Se preparó una tinta catalítica disolviendo 1,0 g de nitrato de plata en 99 ml de solución acuosa de tetrahidrofurano al 40 % p/p. Se depositó la tinta catalítica en un diseño predeterminado utilizando la punta de un bolígrafo sobre la superficie de las placas de ABS. A continuación, se colocaron las placas de ABS diseñadas en un horno a 70°C durante 15 minutos. Después de extraer las placas de ABS del horno, se trató la superficie diseñada con solución acuosa de complejo de dimetilamina borano (DMAB) al 2 % durante 2 minutos a 45°C y después se lavó con agua destilada. A continuación, se sumergieron las placas de ABS revestidas tratadas en solución de metalizado de cobre química A (Tabla 1) a una temperatura de 60°C durante 15 minutos. Las placas de ABS revelaron depósitos de metal eléctricamente conductores brillantes en el área diseñada.

Ejemplo 7 - Examen de adherencia de color-diseño

Se equipó una impresora Cannon Pixma IP 2702® con cabezales de impresión de chorro de tinta térmicos. Se imprimió una capa de color-diseño sobre placas de ABS que tenían 0,12 mm (5 mils) de grosor, y se analizó la adherencia del color utilizando la prueba de la norma ASTM D3359 para medir la adherencia mediante prueba con cinta adhesiva. El resultado demostró que la adherencia de la capa de color-diseño a las placas de ABS era baja.

Para mejorar la adherencia de color de la capa de color-diseño, se imprimió una capa de color-diseño sobre placas de ABS de 0,12 mm (5 mils) de grosor y se colocó una segunda capa de ABS sobre la capa de color imprimida y se fundieron las dos capas utilizando una plancha eléctrica caliente. La calidad de la imagen fue buena aparentemente en ambos lados de las placas de ABS. Se sometieron las placas de ABS fusionadas a una prueba de flexión excesiva y adherencia utilizando la prueba de la norma ASTM D3359 para medir la adherencia a través de una prueba con cinta adhesiva. La imagen no se distorsionó durante la flexión excesiva y presentó una buena adherencia.

Ejemplo 8 - Examen de adherencia con color-diseño

Se revistió por pulverizado una placa de ABS de 0,12 mm (5 mils) de grosor con pintura de pulverizado Krylon Flat® y después se secó. A continuación, se utilizó la impresora Cannon Pixma IP 2702® del ejemplo 7 para imprimir una capa con color-diseño sobre una placa de ABS sin tratar de 5 mm de grosor. A continuación, se colocó la placa de ABS de color-diseño con la cara vista de color-diseño para hacia abajo sobre la placa de ABS revestida por pulverizada y se sinterizó con una plancha eléctrica caliente. La calidad de imagen de la capa con color-diseño fue aparentemente más prominente y nítida que la imagen producida en el ejemplo 7.

Ejemplo 9 - Examen de adherencia de color-diseño

Se utilizó la impresora Cannon Pixma IP 2702® del ejemplo 7 para imprimir una capa de color-diseño sobre una placa de ABS de 0,12 mm (5 mils) de grosor. La calidad de imagen fue buena. A continuación, se revistió por pulverizado la cara de color-diseño de la placa de ABS con acrílico Krylon Crystal Clear® y se secó durante una hora. Una vez secadas las chapas de ABS tratadas, se sometieron a una prueba de flexión excesiva y adherencia utilizando una cinta adhesiva Scotch. La imagen no se distorsionó durante la flexión excesiva y presentó una buena adherencia a la placa de ABS.

Ejemplo 10 Examen de impresión a color multicapa sobre un polímero transparente

Se ensambló una máquina de modelado por deposición fundida para formar un objeto tridimensional a partir de la versión 3 del equipo Rap Man USA® disponible en el mercado. La máquina se equipó después con un equipo de evaluación de marca registrada, que permite la impresión con un cabezal de impresión por inyección térmica (“TO”). Se modificó el hardware y el firmware de la máquina de modo que pudiera utilizarse el cabezal de impresión TIJ para las capas de tinta de impresión durante la construcción capa por capa del objeto tridimensional. Se desencadenó la impresión TIJ mediante un conmutador de límite óptico fijado al eje de las X de la máquina.

Se formó un objeto tridimensional de polímero PLA, obtenido de Ultimachine, South Pittsburg, TN, utilizando la máquina modificada. El objeto tridimensional era de 20 x 20 x 6 mm y el grosor de cada capa individual fue 0,25 mm (24 capas).

Ejemplo 10a- Adherencia insuficiente con impresión tradicional

Se imprimió una imagen de una cruz sobre la capa superior (capa no. 24) de la tinta negra del objeto de polímero PLA tridimensional de marca registrada. Se eliminó fácilmente la imagen del objeto tridimensional con una toallita de papel. Ejemplo 10b - Impresión por debajo de la superficie de una parte

Se imprimió una imagen de una cruz sobre una capa por debajo de la capa superior (capa no. 23) del objeto de polímero PLA tridimensional utilizando tinta HP 45®. La imagen fue nítida, tenía un buen contraste y la integridad de la máquina no cambió cuando se frotó la superficie del objeto con una toallita de papel. La imagen no pasó la prueba de la norma ASTM D3359.

Ejemplo 10c- Impresión a lo largo del eje Z

Se imprimió una imagen de una cruz sobre múltiples capas (capas no. 3-23) del objeto de polímero PLA tridimensional utilizando tinta HP 45®. Se colocó la imagen a 0,25 mm del borde perimetral del objeto tridimensional. La imagen era nítida, tenía un buen contraste e integridad en los dos ejes XY y Z que no cambió cuando se frotó la superficie del objeto con una toallita de papel. La imagen también pasó la prueba de la norma de ASTM D3359.

Ejemplo 11- Examen de impresión de color multicapa sobre un polímero transparente

Se ensambló una máquina de modelado por deposición fundida para formar un objeto tridimensional a partir de la versión 3.1.0 del equipo Rap Man USA® disponible en el mercado. A continuación, se equipó la máquina con un equipo de evaluación HP 2,5® que permite la impresión con un cabezal de impresión de inyección térmica (“TIJ”). Se modificó el hardware y el firmware de la máquina de modo que se pudiera utilizar el cabezal de impresión TIJ para imprimir capas de tinta durante la construcción capa por capa de un objeto tridimensional. Se desencadenó la impresión TIF mediante un codificador lineal fijado al eje de las X de la máquina.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un método de fabricación tridimensional que comprende:

(a) depositar una primera capa de polímero;

(b) imprimir una primera capa de tinta sobre la primera capa de polímero;

(c) depositar una segunda capa de polímero sobre la primera capa de tinta;

(d) imprimir una segunda capa de tinta sobre la segunda capa de polímero; y

(e) repetir las etapas (a)-(d) para formar un objeto tridimensional,

caracterizado por que

al menos una de las capas de tinta primera y segunda incluye una tinta que comprende catalizadores de metalización químicos.

2. El método de fabricación tridimensional de la reivindicación 1, en donde al menos una de las capas de tinta primera y segunda incluye una tinta que comprende además al menos uno de entre pigmentos, colorantes o principios activos.

3. El método de fabricación tridimensional de la reivindicación 1, en donde los catalizadores de metalización químicos se seleccionan del grupo que consiste en paladio, rutenio, platino, plata, osmio, iridio y cobalto.

4. El método de fabricación tridimensional de la reivindicación 1, en donde al menos una de las capas de tinta primera y segunda incluye una tinta de color.

5. El método de fabricación tridimensional de la reivindicación 1, en donde al menos una de las capas de tinta primera y de tinta segunda se trata con una fuente de calor, una fuente de energía o una combinación de una fuente de calor y una fuente de energía.

6. El método de fabricación tridimensional de la reivindicación 5, donde la fuente de calor se selecciona del grupo que consiste en convencional, conducción, radiación y combinaciones de las mismas.

7. El método de fabricación tridimensional de la reivindicación 5, en donde la fuente de energía es una fuente de energía electromagnética y se selecciona del grupo que consiste en infrarrojo, infrarrojo cercano, visible, radiofrecuencia, microonda y combinaciones de las mismas.

8. El método de fabricación tridimensional de la reivindicación 1, en donde se forma una estructura de soporte adyacente al objeto tridimensional durante el proceso de fabricación tridimensional.

9. El método de fabricación tridimensional de la reivindicación 8, en donde la estructura de soporte incluye un material polimérico que es similar al material polimérico utilizado para formar el objeto tridimensional.

10. El método de fabricación tridimensional de la reivindicación 1, en donde se deposita al menos una de las capas de tinta primera y segunda a lo largo del borde perimetral de al menos una de las capas de polímero primera y segunda.