ES2833358T3 - Método para producir simultáneamente múltiples objetos tridimensionales a partir de múltiples materiales solidificables - Google Patents

Abstract

Un método para producir simultáneamente una pluralidad de objetos tridimensionales sobre una plataforma de construcción (31), cada objeto comprende una sección de soporte (25a, 27a, 42, 44, 46, 71, 81) formada a partir de un primer material de objeto solidificable (28), una primera sección de objeto (36, 38, 40, 80, 82) formada a partir de un primer material de objeto solidificable (28) y una segunda sección de objeto (56, 58, 60) formada a partir del segundo material de objeto solidificable (24), en donde la primera sección de objeto (36, 38, 40, 80, 82) y la segunda sección de objeto (56, 58, 60) de cada objeto (50, 52, 54) tienen alturas respectivas a lo largo de un eje de construcción y se encuentran en una interfaz, el método comprende: determinar una altura de la primera sección de objeto (36, 38, 40, 80, 82) de cada objeto (50, 52, 54) a lo largo del eje de construcción; determinar una distancia de interfaz deseada entre cada interfaz de objeto y una plataforma de construcción (31) a lo largo del eje de construcción, en donde la distancia de interfaz deseada es la misma para cada objeto (50, 52, 54); determinar una altura de sección de soporte a lo largo del eje de construcción para cada objeto (50, 52, 54), en donde la altura de sección de soporte de cada objeto es igual a la diferencia entre la distancia de interfaz deseada y la altura de la primera sección de objeto a lo largo del eje de construcción; solidificar cada sección de soporte del objeto (25a, 27a, 42, 44, 46, 71, 81) al solidificar una pluralidad de capas de soporte del primer material de objeto solidificable (28) hasta que se alcance la altura de sección de soporte del objeto, en donde cada pluralidad de capas de soporte se adhiera de manera extraíble a la plataforma de construcción (31); solidificar cada primera sección de objeto del objeto (36, 38, 40, 80, 82) al solidificar una pluralidad de capas de primera sección de objeto del primer material de objeto solidificable (28) hasta que se alcance la altura de la primera sección del objeto, en donde al menos algunos de los objetos (50, 52, 54) en la pluralidad de objetos tridimensionales tienen diferentes alturas de primera sección de objeto; solidificar cada segunda sección de objeto del objeto (56, 58, 60) al solidificar una pluralidad de capas de segunda sección de objeto del segundo material de objeto solidificable (24) hasta que se alcance la altura de la segunda sección.

Description

DESCRIPCIÓN

Método para producir simultáneamente múltiples objetos tridimensionales a partir de múltiples materiales solidificables

La descripción se refiere a un sistema y método para producir simultáneamente múltiples objetos tridimensionales a partir de múltiples materiales solidificables. La invención se define mediante el método de la reivindicación 1.

Descripción de la técnica relacionada

El desarrollo de prototipos y la fabricación tridimensionales con rapidez posibilitan una producción rápida y precisa de componentes con elevada precisión. Se pueden reducir o eliminar etapas de maquinado al usar dichas técnicas y ciertos componentes pueden ser funcionalmente equivalentes a sus contrapartes de producción regular dependiendo de los materiales usados para la producción.

Los componentes producidos pueden variar en tamaño de partes pequeñas a grandes. La fabricación de partes se puede basar en diversas tecnologías que incluyen endurecimiento de fotopolímero al usar métodos de curado con luz o láser. El curado secundario se puede producir con exposición a, por ejemplo, luz ultravioleta (UV). Un proceso para convertir datos de diseño con asistencia del ordenador (CAD, por sus siglas en inglés) a un modelo de datos adecuado para fabricación rápida se puede usar para producir datos adecuados para construir el componente. A continuación, se puede usar un generador de patrón para construir la parte. Un ejemplo de un generador de patrón puede incluir el uso de DLP® (tecnología de procesamiento de luz digital) de Texas Instruments®, SXRD™ (pantalla reflectiva de silicio X-tal), LCD (pantalla de cristal líquido), cabezales de impresión LED (diodo emisor de luz), LCOS (cristal líquido sobre silicio), DMD (dispositivo de espejo digital), J-ILA de JVC, SLM (modulador espacial de luz) o cualquier tipo de sistema de modulación de luz selectivo. Los generadores de patrón pueden comprender dispositivos de solidificación lineal que proyectan energía en un patrón unidimensional o dispositivos de solidificación bidimensional que proyectan la energía en dos dimensiones, como en el caso de una matriz de espejos bidimensional usada en un DLP®.

En ciertos procesos de fabricación de objetos tridimensionales, es deseable usar múltiples materiales solidificables. Esto típicamente requiere el uso de diferentes contenedores, cartuchos u otras fuentes de materiales solidificables, y los materiales se colocan selectivamente en alineación con una plataforma de construcción y fuente de energía de solidificación en diferentes momentos para crear las diferentes secciones del objeto a partir de diferentes materiales.

La patente estadounidense núm. US 2012/195994 A1 describe un método y aparato para producir un objeto tridimensional sobre una plataforma de construcción, en donde el objeto comprende una sección de soporte y una sección de objeto producidas a partir de materiales de soporte y objeto respectivos.

Sin embargo, al mismo tiempo, a menudo es beneficioso fabricar simultáneamente múltiples unidades de un objeto tridimensional para maximizar el uso de un aparato de fabricación de objeto tridimensional. Si los objetos son idénticos, esto no plantea ningún problema. Sin embargo, en ciertos casos, objetos similares pueden diferir en cuanto a las alturas relativas (a lo largo del eje de construcción) de secciones producidas a partir de un material particular. Esto puede requerir poner selectivamente en alineación las fuentes de material solidificable con la plataforma de construcción y una fuente de energía de solidificación, lo que extiende los tiempos de construcción de objeto. Por lo tanto, ha surgido la necesidad de un método para producir simultáneamente múltiples objetos tridimensionales a partir de múltiples materiales que resuelve los problemas indicados anteriormente.

Breve descripción de los dibujos

La descripción se describirá a continuación, a modo de ejemplo, en referencia a los dibujos adjuntos, en lo que:

La Figura 1A es una vista en perspectiva de seis (6) audífonos construidos simultáneamente mediante la solidificación de múltiples materiales solidificables;

La Figura 1B es una vista esquemática de un aparato para producir múltiples objetos tridimensionales a partir de múltiples materiales sin usar una distancia de interfaz de primer material de objeto común;

La Figura 2A es una vista esquemática de un primer aparato para producir simultáneamente múltiples objetos tridimensionales en una primera configuración según la presente descripción;

La Figura 2B es una vista esquemática del aparato de la Figura 2A en una segunda configuración;

La Figura 3A es una vista esquemática de un segundo aparato para producir simultáneamente múltiples unidades de un objeto tridimensional en una primera configuración según la presente descripción;

La Figura 3B es una vista esquemática del aparato de la Figura 3A en una segunda configuración;

La Figura 4 es un diagrama de flujo que representa un método para producir simultáneamente múltiples objetos tridimensionales según la presente descripción;

y la Figura 5 representa dos objetos similares con alturas de soporte variables usados para ilustrar el cálculo de una distancia de interfaz común deseada a lo largo del eje de construcción para un conjunto de objetos tridimensionales.

Descripción detallada

Las Figuras ilustran ejemplos de un sistema y método de fabricación. En función de los anterior, se entenderá generalmente que la nomenclatura en la presente memoria se usa simplemente por motivos de conveniencia y un experto en la técnica debe dar a los términos usados para describir la invención el significado más amplio. A menos que se especifique de cualquier otra manera, los numerales similares hacen referencia a componentes similares en la presente memoria.

El sistema y métodos descritos en la presente memoria se aplican generalmente a la fabricación aditiva de objetos tridimensionales, tales como componentes o partes (descritos en la presente memoria generalmente como objetos), pero se pueden usar más allá de dicho alcance para aplicaciones alternativas. Los sistemas y métodos generalmente se pueden aplicar a la fabricación simultánea de múltiples objetos mediante la solidificación de múltiples materiales solidificables al someterlos a patrones de energía de solidificación. Como se describe en la presente memoria, un material solidificable es un material que, cuando se somete a una densidad de energía suficiente, se endurece total o parcialmente. Esta reacción para la solidificación o solidificación parcial se puede usar como la base para construir el objeto tridimensional. Los ejemplos de un material solidificable pueden incluir un material polimerizable o reticulable, un fotopolímero, un polvo fotosensible, una pasta fotosensible o un material compuesto fotosensible que contiene cualquier tipo de polvo basado en cerámica tal como óxido de aluminio o óxido de circonio u óxido de circonio estabilizado con iteria, una composición de silicona curable, nanopartículas o nanomateriales compuestos basados en sílice. El material solidificable puede incluir, además, cargas. Además, el material solidificable puede tomar una forma final (p. ej., después de la exposición a radiación electromagnética) que puede variar de semisólidos, sólidos, ceras y sólidos cristalinos.

Cuando se describe un material fotopolimerizable, fotocurable o solidificable, se hace referencia a cualquier material que comprende posiblemente una resina y, opcionalmente, componentes adicionales, que es solidificable por medio de un suministro de energía estimulante tal como radiación electromagnética. De manera adecuada, se puede usar un material que es polimerizable y/o reticulable (es decir, curable) mediante radiación electromagnética (las longitudes de onda comunes en uso hoy en día incluyen radiación UV y/o luz visible) como dicho material. En un ejemplo, se puede usar un material que comprende una resina formada a partir de al menos un compuesto etilénicamente insaturado (que incluye, pero no se limita a, monómeros y polímeros de (met)acrilato) y/o al menos un compuesto que contiene un grupo epoxi. Otros componentes adecuados del material solidificable incluyen, por ejemplo, cargas inorgánicas y/u orgánicas, sustancias colorantes, agentes de control de viscosa, etc., pero no se limitan a estos.

Cuando se usan fotopolímeros como el material solidificable, típicamente se proporciona un fotoiniciador. El fotoiniciador absorbe luz y genera radicales libres que inician el proceso de polimerización y/o reticulación. Los fotoiniciadores tendrán un espectro de absorción basado en su concentración en el fotopolímero. Dicho espectro corresponde a las longitudes de onda que debe absorber el fotoiniciador para iniciar la solidificación.

Los tipos de fotoiniciadores adecuados incluyen metalocenos, 1,2 di-cetonas, óxidos de acilfosfina, bencildimetilcetales, a-amino cetonas y a-hidroxi cetonas. Los ejemplos de metalocenos adecuados incluyen Bis (eta 5-2, 4-ciclopenadien-1-il) Bis[2,6-difluoro-3-(1 H-pirrol-1 -il)fenil]titanio, tales como Irgacure 784, suministrado por Ciba Specialty chemicals. Los ejemplos de 1,2 di-cetonas adecuadas incluyen quinonas, tales como canforquinona. Los ejemplos de óxidos de acilfosfina adecuados incluyen óxido de bis acil fosfina (BAPO, por sus siglas en inglés), que se suministra con el nombre Irgacure 819 y óxido de mono acil fosfina (MAPO, por sus siglas en el inglés) que se suministra con el nombre Darocur® TPO. Tanto Irgacure 819 como Darocur® TPO son suministrados por Ciba Specialty Chemicals. Los ejemplos de bencildimetil cetales adecuados incluyen alfa, alfa-dimetoxi-alfafenilacetofenona, que se suministra con el nombre Irgacure 651. Las a-amino cetonas adecuadas incluyen 2-bencil-2-(dimetilamino)-1-[4-(4-morfolinil)fenil]-1-butanona, que se suministra con el nombre Irgacure 369. La a-hidroxi cetonas adecuadas incluyen 1 -hidroxi-ciclohexil-fenil- cetona, que se suministra con el nombre Irgacure 184 y una mezcla 50­ 50 (en peso) de 1- hidroxi-ciclohexil-fenil-cetona y benzofenona, que se suministra con el nombre Irgacure 500.

Un ejemplo de un conjunto de 10 de tales objetos se proporciona en la Figura 1A. El conjunto 10 comprende seis (6) audífonos 12, 14, 16, 17, 18 y 19 y se prepara al solidificar el primer y el segundo materiales solidificables. El primer material solidificable se solidifica para formar la primera sección de objeto A de cada audífono 12, 14, 16, 17, 18 y 19, y el segundo material solidificable se solidifica para formar la segunda sección de objeto B de cada audífono 12, 14, 16, 17, 18 y 19. En ciertos ejemplos, la primera sección A es relativamente más dura que la segunda sección B. Cada audífono 12, 14, 16, 17, 18 y 19 tiene una interfaz entre la primera sección A y la segunda sección B. Si las alturas del eje de construcción de la primera sección A son diferentes como entre los diversos audífonos 12, 14, 16, 17, 18 y 19 (es decir, si los valores de ZA difieren como entre los audífonos), la fuente de materiales solidificables deberá cambiarse repetidamente a medida que se construye cada capa. Esto se ilustra mejor en referencia a la Figura 1B.

La Figura 1B muestra un sistema 20 para producir simultáneamente múltiples objetos tridimensionales 21 y 23 a partir de múltiples materiales solidificables 28 y 24. El primer material de objeto solidificable 28 se proporciona en un contenedor 26. El segundo material de objeto solidificable 24 se proporciona en un contenedor 22. Se construyen dos objetos tridimensionales 21 y 23 sobre la plataforma de construcción 31. La plataforma de construcción 31 es generalmente una superficie rígida y plana sobre la cual se construyen los objetos 21 y 23 progresivamente durante un proceso de construcción de objeto. Según se indica en la Figura 1B, la plataforma de construcción 31 se puede mover a lo largo del eje de construcción (z) durante un proceso de construcción de objeto. La plataforma de construcción 31 se puede mover a través de un elevador 29 a lo largo del eje de construcción (z). En la Figura 1B, los objetos 21 y 23 se muestran después de la finalización de un proceso de construcción de objeto. Sin embargo, en general, los objetos 21 y 23 se construyen al solidificar capas de material solidificable 28 o 24 para construir progresivamente cada objeto 21 y 23 a lo largo del eje de construcción (z). A medida que se construye un objeto, su superficie expuesta (orientada hacia abajo) está separada de la parte inferior de uno de los contenedores 22 o 26 mediante un espesor de capa del material solidificable correspondiente 24 o 28 y se somete selectivamente a energía de solidificación a partir de un dispositivo de energía de solidificación que proporciona patrones de energía de solidificación que corresponden a un patrón deseado de solidificación. En la Figura 1B, el dispositivo de energía de solidificación es un dispositivo de solidificación lineal 48 que barre patrones lineales de energía de solidificación a lo largo de un eje de barrido (y) (no se muestra, pero se proyecta en la página en la Figura 1B) a medida que el dispositivo de solidificación lineal 48 se mueve a lo largo de un eje de desplazamiento (x). Los ejemplos de dichos dispositivos de solidificación lineales se proporcionan en la patente estadounidense núm. 9.079.355. En particular, las Figuras 5A-5D de la patente estadounidense núm. 9.079.355 ilustran ejemplos de dispositivos de solidificación lineales. En la Figura 1B, el contenedor de material solidificable 26 está ubicado en la región de solidificación 47 para recibir energía de solidificación desde el dispositivo de solidificación lineal 48. Según se usa en la presente memoria, el término "región de solidificación" se refiere a un área ortogonal del eje de construcción (z) en la que la energía proyectada desde el dispositivo de solidificación lineal 48 puede entrar en contacto con la superficie expuesta de un material solidificable. Cuando se usa un generador de patrón bidimensional 49 tal como un DLP® (Figuras 3A y 3B), la región de solidificación 47 será el área de la superficie expuesta del material solidificable que recibe energía electromagnética cuando se activan todos los espejos DLP®. En cualquier etapa dada de un proceso de solidificación, puede suceder que no todas las áreas dentro de la región de solidificación 47 recibirán energía de solidificación debido a que algunos de los espejos pueden estar desviados o fijados de manera que no proyectan suficiente energía para provocar la solidificación. Con respecto al dispositivo de solidificación lineal 48, el área máxima sobre la cual se puede proporcionar energía de solidificación (es decir, la extensión del área de solidificación que corresponde al área trasversal y de barrido total del dispositivo de solidificación lineal 48) será la región de solidificación 47.

Como se muestra en la Figuras 5A-5D de la patente estadounidense núm. 9.079.355, el dispositivo de solidificación lineal 48 incluye una fuente de energía de solidificación, tal como un diodo láser, que se puede activar y desactivar a medida que un espejo poligonal rotativo rota en el plano x-y. A medida que la energía de solidificación atraviesa la longitud de cada cara del espejo poligonal rotativo, forma una línea de barrido a lo largo de una superficie expuesta del material solidificable 28 (es decir, la superficie orientada hacia la parte inferior del material solidificable 28 en contacto con la parte inferior transparente y/o translúcida del contenedor 26). Un modulador de diodo láser conmuta el estado de energía del diodo láser (ACTIVADO o DESACTIVADO) en función de datos de imagen que representan los objetos tridimensionales deseados 21 y 23. En ciertos ejemplos preferidos, los datos de imagen están en forma de cadenas de datos que comprenden un número de valores de tiempo, cada uno define un tiempo en el que cambia el estado de energización de la fuente de energía de solidificación (es decir, de ACTIVADO a DESACTIVADO o viceversa). Las cadenas de datos ilustrativas se muestran en las Figuras 16(d), 16(f) y 16(g) de la patente estadounidense núm. 9.079.355.

Los objetos 21 y 23 en la Figura 1B comprenden el primer material de objeto 28 y el segundo material de objeto 24. Para solidificar secciones que comprenden diferentes materiales, los contenedores de material solidificable 22 y 26 deben ponerse selectivamente en alineación o no con la plataforma de construcción 31 de manera que la superficie expuesta de los objetos 21 y 23 pueda entrar en contacto con el material solidificable deseado 28 o 24, que después se expone a energía de solidificación y se solidifica. En la Figura 1B, el contenedor de material solidificable 26 está alineado con la plataforma de construcción 31. En otras palabras, el área de la plataforma de construcción 31 sobre la cual se pueden construir los objetos 21 y 23 (un área denominada "envolvente de construcción") se superpone y, preferiblemente, se extiende dentro del área x-y del contenedor de material solidificable 26 cuando la plataforma de construcción se observa desde arriba a lo largo del eje de construcción (z). Se proporciona un ensamblaje de carro (no se muestra) para mover los contenedores 22 y 26 a lo largo del eje de desplazamiento (x) en alineación y no con la plataforma de construcción 31. En otros ejemplos, los contenedores 22 y 26 pueden permanecer fijos y el ensamblaje de plataforma de construcción que comprende el elevador de plataforma de construcción 29 y la plataforma de construcción 31 pueden moverse a lo largo del eje de desplazamiento (x) para la alineación selectiva con uno o el otro de los contenedores de material solidificable 22 y 26. En ambos casos, la plataforma de construcción 31 y los contenedores de material solidificable 22 y 26 se mueve uno con respecto al otro. En la Figura 1B, el contenedor 22 no está alineado con la plataforma de construcción 31.

En la Figura 1B, el primer objeto 21 tiene una sección de soporte extraíble 25a, una primera sección de objeto 25b, y una segunda sección de objeto 25c. El primer objeto 21 se muestra al final del proceso de solidificación antes de extraer el objeto 21 de la plataforma de construcción 31. El segundo objeto 23 tiene una sección de soporte extraíble 27a, una primera sección de objeto 27b y una segunda sección de objeto 27c y también se muestra al final del proceso de solidificación del objeto.

Los soportes extraíbles en la sección de soporte extraíble 25a están dimensionados para que se puedan separar fácilmente de la primera sección de objeto 25b para proporcionar el objeto terminado. Los soportes extraíbles en la sección de soporte 27a están dimensionados de manera similar para que se puedan separar fácilmente de la primera sección de objeto 27b para proporcionar el objeto terminado.

La sección de soporte extraíble 25a y la primera sección de objeto 25b se producen al solidificar un primer material solidificable 28 proporcionado en un primer contenedor de material solidificable 26. El contenedor 26 preferiblemente incluye una parte inferior rígida o semirrígida que es transparente y/o translúcida. El dispositivo de solidificación lineal 48 se desplaza a lo largo del eje de desplazamiento (x) y barre energía de solidificación a través de la parte inferior transparente y/o translúcida del primer contenedor de material solidificable 26 en una serie de patrones lineales que comprende lineales de barrido que tienen longitudes a lo largo del eje (y). Las líneas de barrido corresponden a la sección de soporte 25a y la primera sección de objeto 25b. Diferentes regiones (en el plano x-y) de capas sucesivas del primer material de objeto solidificable 28 se solidifican en patrones definidos por un conjunto de cadenas de datos para formar cada capa de los objetos 21 y 23. Por lo tanto, cada posición del eje de construcción (z) (con respecto a la plataforma de construcción 31) de cada objeto parcialmente completado 30, 32 y 34 se define mediante un conjunto de cadenas de datos. Cada cadena de datos define una línea de barrido (que puede ser continua o discontinua) a lo largo del eje de barrido (y). Las cadenas de datos definen tiempos en los que una fuente de energía de solidificación (p. ej., un diodo láser) en el dispositivo de solidificación lineal 48 se activa y desactiva a medida que el espejo poligonal rotativo contenido en el dispositivo de solidificación lineal 48 rota en el plano y-z. Se muestran ejemplos de cadenas de datos en las Figuras 16(d), 16(f) y 16(g) de la patente estadounidense núm. 9.079.355.

El primer objeto 21 tiene una distancia de interfaz a lo largo del eje de construcción (z) con respecto a la plataforma de construcción que es z'la. La interfaz es donde se encuentran la primera sección de objeto 25b (formada a partir del primer material de objeto solidificable 28) y la segunda sección de objeto 25c (formada a partir del segundo material de objeto solidificable 24). El segundo objeto 23 tiene una distancia de interfaz a lo largo del eje de construcción (z) que es z' ib. Sin embargo, z' ib es mayor que z'la. Como resultado, cuando los objetos 21 y 23 están en un punto en el proceso de construcción de objeto en el que sus superficies expuestas (orientadas hacia abajo) están entre las líneas punteadas, sus capas correspondientes se forman a partir de diferentes entre el primer material de objeto solidificable 28 y segundo material de objeto solidificable 24. En la región entre las líneas punteadas, se forma el primer objeto 21 a partir del segundo material de objeto solidificable 24 y se forma el segundo objeto 23 a partir del primer material de objeto 28. Para formar capas del objeto que están ubicadas en la misma posición en el eje de construcción (z) (con respecto a la plataforma de construcción 31) a partir de diferentes materiales 28, 24, una capa de objeto para un objeto 21, 23 se debe formar a partir de uno de los materiales 28, 24 y después los contenedores 22 y 26 y/o la plataforma de construcción 31 deben moverse de manera que la otra capa del objeto 21,23 se pueda formar a partir de otro del primer y segundo materiales de objeto solidificables 28 y 24. Por lo tanto, por ejemplo, cuando se está construyendo la región entre las líneas punteadas en la Figura 1B, el objeto 21 debe bajarse en el contenedor 22 de manera que su superficie expuesta (orientada hacia abajo) quede separada de la parte inferior del contenedor 22 por un espesor de capa. Dicho espesor de capa después se solidifica mediante el dispositivo de solidificación lineal 48 (u otro si cada contenedor 22 y 26 tiene su propio dispositivo). Después, el elevador 29 sube la plataforma de construcción 31 fuera del contenedor 22, a continuación, el primer contenedor 26 y la plataforma de construcción 31 se mueven uno con respecto al otro a lo largo del eje de desplazamiento (x) para alinear la plataforma de construcción 31 con el primer contenedor 26. El elevador 29 después desciende hasta que la superficie expuesta del segundo objeto 23 está a un espesor de capa de la parte inferior del contenedor 26, y la capa de material 28 se solidifica en un patrón deseado para formar la siguiente capa de objeto 23. Por lo tanto, cada capa construida entre las líneas punteadas de la Figura 1B requiere mover y alinear los contenedores 22 y 26 con la plataforma de construcción 31. En la región arriba de la línea punteada superior (es decir, hacia la plataforma de construcción 31), ambos objetos 21 y 23 se producen a partir del primer material de objeto solidificable 28. Por lo tanto, la plataforma de construcción 31 puede permanecer alineada con el contenedor del primer material de objeto solidificable 26 hasta que se alcanza la línea punteada superior. En la región debajo de la línea punteada inferior, cada objeto 21 y 23 se produce a partir del segundo material de objeto solidificable 24. Por lo tanto, la plataforma de construcción 31 puede permanecer alineada con el contenedor del segundo material de objeto solidificable 22.

El cambio repetido de los contenedores de material solidificable 22 y 26 en la región entre las líneas punteadas es necesario porque la interfaz de cada objeto entre el primer material de objeto solidificable 28 solidificado y el segundo material de objeto solidificable 24 solidificado está a una altura de eje de construcción diferente (es decir, Z'la* Z' ib) con respecto a la plataforma de construcción 31. Se ha descubierto que al ajustar las alturas de la sección de soporte extraíble 25a y 27a a lo largo del eje de construcción (z), las posiciones de interfaz Z' ia y Z' ib pueden igualarse entre sí, lo que requiere solo una operación de cambio de contenedor de material.

En referencia a la Figura 2A, se representan objetos diseñados según la presente descripción en uso con el sistema 20. El sistema 20 es el mismo que el sistema 20 de la Figura 1B. Sin embargo, los objetos se diseñan para reducir el número de eventos de cambio de material solidificable. Se muestran objetos parcialmente completados 30, 32 y 34 después de la solidificación de las secciones de soporte extraíbles 42, 44 y 36 y las primeras secciones de objeto 36, 38 y 40. Como se muestra en la figura, cada uno de los objetos parcialmente completados 30, 32 y 34 tiene primeras secciones de objetos 36, 38 y 40 con diferentes alturas de eje de construcción, Zia, Zib y Zic, respectivamente. Sin embargo, cada objeto parcialmente completado 30, 33 y 34 tiene la misma distancia de interfaz ZINT a lo largo del eje de construcción (z) con respecto a la plataforma de construcción 31. La igualación de las distancias de interfaz se logra al ajustar las alturas del eje de construcción (z) Zsa, Zsb y Zsc de cada sección de soporte extraíble de objeto parcialmente completado 42, 44 y 46 de manera que la suma de las alturas de soporte y las alturas de la primera sección de objeto sea la misma para cada objeto parcialmente completado 30, 32 y 34. En otras palabras, lo siguiente es verdadero:

Debido a que las distancias de interfaz de cada objeto parcialmente completado 30, 32, 34 son iguales, la plataforma de construcción 31 permanece en alineación con el contenedor del primer material de objeto solidificable 26 durante todo el tiempo en que cada uno de los tres objetos parcialmente completados 30, 32 y 34 se construyen simultáneamente hasta que se alcanza la interfaz entre el primer y segundo material de objeto solidificable. Se solidifican diferentes regiones (en el plano x-y) de capas sucesivas del primer material de objeto solidificable 28 en patrones definidos por un conjunto de cadenas de datos para formar cada capa de las secciones de soporte de objeto extraíbles 42, 44 y 46 y las primeras secciones de objeto 36, 38 y 40 del objeto parcialmente completado 30, 32 y 34. Por lo tanto, cada posición del eje de construcción (z) (con respecto a la plataforma de construcción 31) de cada objeto parcialmente completado 30, 32 y 34 se define mediante un conjunto de cadenas de datos. Cada cadena de datos define una línea de barrido (que puede ser continua o discontinua) a lo largo del eje de barrido (y). Las porciones de cada objeto parcialmente completado 30, 32, 34 a una altura de eje de construcción (z) dada desde la plataforma de construcción 31 se solidificarán en la misma operación de solidificación de capa. En una capa dada de primer material de objeto solidificable 28, se puede solidificar la primera sección de objeto 36, 38, 40 de algunos objetos mientras se puede solidificar la sección de soporte 42, 44 y 46 de otros objetos. Por ejemplo, una vez que se alcanza la altura Zscis, los soportes 46 del objeto parcialmente completado 34 están completas y las siguientes capas diversas del primer material solidificable 28 se usarán para formar la primera región de objeto 40. Sin embargo, se usarán las mismas capas del primer material solidificable 28 para formar las secciones de soporte 42 y 44 del primer y segundo objetos parcialmente completados 30 y 32.

Después de que se forman los objetos parcialmente completados 30, 32 y 34 de las Figuras 2A, la plataforma de construcción 31 y el contenedor del segundo material de objeto solidificable 22 se mueven uno con respecto al otro a lo largo del eje de desplazamiento (x) para alinear la plataforma de construcción 31 con el contenedor del segundo material de objeto solidificable 22. Las segundas secciones de objeto 56, 58 y 60 (Figura 2B) se construyen, a continuación, al bajar las primeras secciones de objeto 36, 38 y 40 en el contenedor de segundo material solidificable 22 y solidificar las capas del segundo material solidificable 24 para formar las segundas secciones de objeto 56, 58 y 60 para proporcionar los objetos completados 50, 52 y 54 (Figura 2B). Las segundas secciones de objeto 56, 58 y 60 no necesitan tener las mismas alturas de eje de construcción (z) (Z2a, Z3/4 y Z2c) porque solo se usa el segundo material de objeto solidificable 24 para el resto del proceso de construcción. Las secciones de soporte 42, 44 y 46 se pueden extraer para proporcionar objetos terminados, donde cada uno comprende la primera y segunda secciones de objeto 36/56, 38/58 y 40/60 respectivas. Como se muestran en la Figura 2B, las alturas de eje de construcción (z) totales de cada objeto 50, 52, 54 difieren entre sí como sus respectivas primeras secciones de objeto 36, 38 y 40 y segundas secciones de objeto 56, 58 y 60.

Los ejemplos de diferentes aparatos para producir objetos tridimensionales se muestran en la patente estadounidense núm. 8.801.418. Como se muestra en ella, en ciertas configuraciones, la plataforma de construcción 31 pueden ponerse en alineación selectiva con diferentes contenedores de material solidificable al rotar la plataforma de construcción alrededor del eje de construcción (z) (ver las Figuras 37-39 de la patente estadounidense núm.

8.801.418 y párrafos relacionados) en lugar de la translación relativa de la plataforma de construcción 31 y los contenedores 26 y 22.

En referencia a la Figuras 3A y 3B, el sistema 20 está configurado de manera similar al sistema 20 en las Figuras 2A y 2B. Sin embargo, en lugar de usar un dispositivo de solidificación lineal 48, el sistema 20 de las Figuras 3A y 3B usa un generador de patrón bidimensional fijo 49. El término "generador de patrón bidimensional" se refiere al hecho de que el generador de patrón 49 puede suministrar un patrón de energía bidimensional en una única exposición. El generador patrón bidimensional 49 se puede configurar de varias maneras. Puede proporcionar radiación electromagnética controlada para proporcionar un patrón bidimensional deseado. La radiación electromagnética puede incluir luz actínica, luz visible o invisible, radiación UV, radiación IR, radiación de haz de electrones, radiación de rayos X, radiación láser o similares. Además, aunque se puede describir cada tipo de radiación electromagnética en el espectro electromagnético generalmente, la descripción no se limita a los ejemplos específicos proporcionados. Los expertos en la técnica saben que se pueden determinar variaciones del tipo de radiación electromagnética y los métodos para generar la radiación electromagnética en función de las necesidades de la aplicación. En un ejemplo en donde el generador de patrón 49 es un proyector de luz digital, el patrón de energía generado corresponde a píxeles volumétricos o "vóxeles". Cada vóxel define una ubicación en el plano x, y (ortogonal al eje de construcción (z)) y tiene una densidad de energía proyectada asociada a este. La densidad de energía proyectada es una función del tiempo e intensidad de potencia (p. ej., en J/m<2>/seg de la energía). La densidad de energía también se puede denominar "exposición total" para una ubicación x, y dada.

Una unidad de control (no se muestra) suministra datos de imagen al generador de patrón 49 para impulsar el proceso de generación de patrón y crear el patrón particular definido por el patrón de energía proyectado. Los datos de imagen suministrados pueden incluir datos de vóxel que incluyen una intensidad de cada píxel en el plano x, y, ficheros de datos de segmento o mapas de bits que se derivan de los ficheros de datos de segmento. Los tipos de ficheros típicos usados para generar mapas de bits incluyen ficheros STL (litografía estéreo) u otros ficheros CAD (dibujo asistido por ordenador) traducidos comúnmente para sistemas de desarrollo rápido de prototipos en formatos tales como ficheros de datos de segmento SLC, CLI o ficheros de datos voxelizados que pueden incluir formatos de datos tales como BMP, PNG, etc. Sin embargo, se puede usar y convertir internamente cualquier tipo de entrada de datos para crear los datos de imagen usados por el generador de patrón 49. Los datos de imagen corresponden a un patrón de energía y se pueden generar mediante una unidad de control, mediante un generador de patrón 49 o mediante una fuente o dispositivo externo (p. ej., un red o dispositivo de almacenamiento). Los datos de imagen también se pueden modificar en un formato adecuado para el generador de patrón 49 (p. ej., modificación de un fichero comprimido, tal como un fichero TIFF al usar compresión CCIT tipo 4 en un mapa de bits estándar). En general, los datos de imagen se pueden definir como imágenes de mapa de bits bitonales (p. ej., "ACTIVADO/DESACTIVADO"), en "escala de gris" (p. ej., datos de píxeles con intensidades de energía y/o tiempos de exposición variables asociados a cada píxel), a color o a color con información de intensidad y/o tiempo de exposición. Pueden estar disponibles para su uso otros formatos de patrón tales como JPEG, DXF, BMP, PNG, SVG, etc., u otros ficheros de imagen definidos por vector o píxel (que se pueden basar en los estándares de la industria o tipos de fichero a medida).

En referencia a la Figura 3A, se solidifican regiones (en el plano x-y) de capas sucesivas del primer material de objeto solidificable 28 para formar simultáneamente capas de las secciones de soporte 42, 44 y 46 y/o primeras secciones de objeto 36, 38 y 40. Cada operación de solidificación de capa se define mediante un mapa de bits o una matriz de vóxeles que indica la intensidad de energía de solidificación transmitida desde el generador de patrón 49 al primer material de objeto solidificable 28. El generador de patrón 49 puede solidificar cada capa en una única exposición o múltiples exposiciones. Sin embargo, las porciones de cada objeto parcialmente completado 30, 32, 34 a una altura de eje de construcción (z) dada desde la plataforma de construcción 31 se solidificarán simultáneamente. En una capa dada de primer material de objeto solidificable 28, se puede solidificar la primera sección de objeto 36, 38, 40 de algunos objetos mientras se puede solidificar la sección de soporte 42, 44 y 46 de otros objetos. Por ejemplo, una vez que se alcanza la altura Zscis, los soportes 46 del objeto 54 están completos y las siguientes capas diversas del primer material solidificable 28 se usarán para formar la primera región de objeto 40. Sin embargo, se usarán las mismas capas del primer material solidificable 28 para formar las secciones de soporte 42 y 44. Cuando se cambian los materiales solidificables, el contenedor de material solidificable 22 o 26 con los materiales deseados 24 o 28 se mueve con respecto al generador de patrón 49 para colocar el contenedor 22 o 26 en alineación con el generador de patrón 49 y la plataforma de construcción.

En algunas implementaciones y como se muestra en la patente estadounidense núm. 8.801.418, se proporciona una estación de limpieza para facilitar la extracción de un material solidificable del objeto o los soportes de objeto extraíbles antes de la aplicación de otro material solidificable. En implementaciones adicionales, el sistema incluye una plataforma de construcción y un generador de patrón que permanecen en alineación fija entre sí en un plano perpendicular al eje (el "eje de construcción") a lo largo del cual se mueve la plataforma de construcción durante una operación de construcción de objeto. En otras implementaciones, la plataforma de construcción de objeto y uno o más generadores de patrón se mueven unos con respecto a otros.

Las estructuras adecuadas para contenedores de material solidificable 26 y 22 se describen en patente estadounidense núm. 8.801.418. En un ejemplo, el contenedor de primer material solidificable 26 y el contenedor de segundo material solidificable 22 comprende un sustrato de solidificación transparente rígido o semirrígido como una parte inferior del contenedor. Un ejemplo de un sustrato de solidificación rígido o semirrígido es un vidrio flotado transparente y/o translúcido. Otro ejemplo es un plástico transparente. Se puede usar una variedad de diferentes vidrios flotados y plásticos. Los plásticos ilustrativos que se pueden usar incluyen plásticos de acrílico transparente suministrados por Evonik con el nombre Acrylite®. El sustrato es, preferiblemente, lo suficiente rígido para proporcionar una superficie expuesta sustancialmente plana del material de objeto de solidificación 24 o 28 cuando se proyecta un patrón de energía sobre la superficie expuesta del material de objeto de solidificación 24 o 28. Con el término "transparente" se pretende indicar que el sustrato es capaz de transmitir las longitudes de onda de luz (incluida luz no visible tal como la luz UV) necesarias para solidificar el primer y segundo materiales de objeto solidificables 26, 24 y que la intensidad de dichas longitudes de onda no se altera significativamente a medida que la luz pasa a través del sustrato. Los contenedores de material solidificable 26, 22 pueden ser inclinables con respecto a la plataforma de construcción de objeto 31 y una sección de objeto formada sobre estos para facilitar el desprendimiento del material solidificado del sustrato de solidificación transparente y/o translúcido rígido o semirrígido que define la parte inferior del contenedor 26, 22.

Los sustratos de solidificación que definen las partes inferiores de los contenedores del primer y segundo material de objeto solidificable 22 y 26 son generalmente rígidos o semirrígidos y sustancialmente permeables a la energía suministrada por el dispositivo de solidificación lineal 48 o generador de patrón bidimensional 49. En ciertos ejemplos, se prefiere que la energía de solidificación pueda pasar a través de sustratos de solidificación sin una disminución significativa en la energía transmitida o una alteración significativa del espectro de energía transmitido al primer y segundo material de objeto solidificable 28 o 24 con respecto al espectro de la radiación que es incidente a las superficies del sustrato.

En ciertas realizaciones, el primer o segundo materiales de objeto solidificables 28, 24 se puede adherir fuertemente al sustrato de solidificación transparente rígido o semirrígido correspondiente que define la parte inferior de los contenedores de material de objeto solidificable 26, 22 correspondientes y provocar que el objeto se rompa o deforme cuando la plataforma de construcción 31 se aleja del dispositivo de solidificación lineal 48 o el generador de patrón 49 a lo largo del eje de construcción (z) durante un proceso de construcción. Por lo tanto, en ciertos ejemplos, se proporciona un ensamblaje de sustrato de solidificación que comprende un sustrato de solidificación transparente y/o translúcido rígido o semirrígido y una o más películas. Ver la Figura 8 de la patente estadounidense núm. 8.801.418. En algunos ejemplos, la película es flexible, mientras que en otros no se requiere una película flexible. Las películas flexibles adecuadas incluyen elastómeros de silicona. Un ejemplo particular de un elastómero de silicona adecuado es Elastosil® RT 601, suministrado por Wacker Silicones. Elastosil® RT 601 es una goma de silicona de curado de adición transparente que tiene más de 88 por ciento de transmisión de luz en el intervalo 325-700 nm (para una capa de 10 mm). El material tiene un alargamiento de ruptura de aproximadamente 100 por ciento (ISO 37) y una resistencia a la tracción de aproximadamente 7,0 N/mm2 (DIN ISO 37), una resistencia al desgarro (ASTm D 624B) de aproximadamente 3,0 N/mm<2>. Las películas no flexibles adecuadas incluyen homopolímeros o copolímeros formados a partir de monómeros halogenados, etilénicamente insaturados tales como Fluoropolímeros. Los ejemplos de películas no flexibles adecuadas incluyen fluoruro de polivinilideno (PVDF, por sus siglas en inglés), etilenclorotrifluoroetileno (ECTFE), etilenotetrafluoroetileno (ET-FE), politetrafluoroetileno (PTFE), perfluoroalcoxi (PFA) y fluoro-alcoxi modificado (un copolímero de tetrafluoroetileno y perfluorometilviniléter, también conocido como MFA). Otras películas adecuadas incluyen películas de PVDF comercializadas con el nombre Kynar® por Arkema, películas de ECTFE comercializadas con el nombre Halar® por SolvaySolexis, películas de ET-Fe comercializadas con el nombre Tefzel® por DuPont, películas de PFA comercializadas con el nombre Teflon®-PFA por DuPont y películas de MFA comercializadas con el nombre Nowofol.

Como alternativa, cualquiera o ambos contenedores de material solidificable 26, 22 pueden comprender un cuenco formado a partir de materiales poliméricos. En un ejemplo, se usa un cuenco que comprende una porción inferior flexible transparente y/o translúcida y paredes laterales flexibles. En ciertas implementaciones, tanto la parte inferior flexible transparente como las paredes laterales no flexibles se forman a partir de polímeros de silicona iguales o diferentes. En otra implementación, se usa un cuenco que comprende paredes laterales de acrílico no flexibles y una parte inferior de silicona flexible. En otro ejemplo, la parte inferior del cuenco se define mediante un sustrato de solidificación transparente y/o translúcido rígido o semirrígido que está conectado a paredes laterales formadas con un material polimérico flexible o plásticamente deformable. En un ejemplo adicional, el sustrato se puede recubrir con un material transparente flexible, tal como una silicona, que se extiende por solo una porción del trayecto hasta las paredes laterales y deja un espacio periférico alrededor del recubrimiento y entre el recubrimiento y las paredes laterales. En todavía otro ejemplo, el sustrato se puede recubrir con un material transparente flexible que se extiende por todo el trayecto hasta las paredes laterales. En ciertos ejemplos, se puede proporcionar un mecanismo de inclinación que inclina el cuenco con respecto a la plataforma de construcción 31 para desprender el material solidificable solidificado de la parte inferior del cuenco. También se puede proporcionar un material no flexible tal como una película no flexible transparente como una capa sobre la parte inferior flexible entre la parte inferior flexible y la plataforma de construcción.

En ciertos métodos para producir un objeto tridimensional a partir de un material solidificable, la superficie expuesta (orientada hacia abajo) del objeto parcialmente completado 30, 32, 34 (Figuras 2A y 3A) se sumergirá por debajo de la superficie orientada hacia arriba (es decir, la superficie orientada hacia arriba en la dirección del eje de construcción (z)) del material solidificable 28, 24 que están en uso en el momento. En ciertos ejemplos, la distancia entre la superficie expuesta del objeto 30, 32, 34 y la parte inferior del contenedor de material solidificable 26, 22 (es decir, el espesor de la capa de material solidificable AZ) varía de aproximadamente 20 micras a aproximadamente 80 micras, preferiblemente, de aproximadamente 40 micras a aproximadamente 60 micras y, más preferiblemente, de aproximadamente 45 micras a aproximadamente 55 micras. En algunos ejemplos, la distancia desde la superficie expuesta del objeto parcialmente completado 30, 32, 34 es la profundidad de solidificación máxima en cualquier punto en el plano x, y. En ciertos ejemplos, el nivel de material solidificable 28, 24 en su contenedor de material solidificable 26, 22 respectivo (es decir, la distancia desde la superficie orientada hacia arriba del material solidificable 28. 24 y la parte inferior del correspondiente contenedor de material solidificable 26, 22) varía de aproximadamente 0,5 mm a aproximadamente 4 mm, más preferiblemente, de aproximadamente 1 mm a aproximadamente 3 mm e, incluso más preferiblemente, de aproximadamente 1,5 mm a aproximadamente 2,5 mm. En aquellas implementaciones en las que el objeto parcialmente completado 30, 32, 34 se sumerge por debajo de la superficie superior del material solidificable 28, 24, el material solidificable 28, 24 se puede acumular alrededor del perímetro del objeto parcialmente completado 30, 32, 34. Puede ser deseable extraer el material solidificable acumulado 28, 24 antes de cambiar los materiales. Se describen técnicas de extracción adecuadas en la patente estadounidense núm. 8.801.418.

En ciertos ejemplos, las secciones de soporte 42, 44 y 46 se pueden disolver con un disolvente de base acuosa (p. ej., disoluciones de agua o álcali-agua) y/o un disolvente de base orgánica (p. ej., acetona, alcohol isopropílico, etc.). Los ejemplos de materiales de soporte que se pueden disolver con disolventes adecuados incluyen acrilatos y metacrilatos altamente etoxilados solubles en agua, acrilatos y metacrilatos de polietilenglicol solubles en agua, fotopolímeros basados en monómeros acrilados higroscópicos, fotopolímeros basados en monómeros acrilados con funcionalidad ácida y resinas acrílicas solubles en alqui.

Los ejemplos de acrilatos y metacrilatos altamente etoxilados solubles en agua adecuados incluyen dimetacrilatos de bisfenol A etoxilados solubles en agua, diacrilatos de bisfenol A etoxilados y triacrilatos de alquilo etoxilados. Un ejemplo de un metacrilato etoxilado adecuado es SR 9036A, un dimetacrilato de bisfenol A etoxilado suministrado por Sartomer y que incluye 30 moles de funcionalidad etoxi por mol de compuesto. Un ejemplo de un diacrilato etoxilado adecuado es CD 9038, un diacrilato de bisfenol A etoxilado suministrado por Sartomer y que incluye 30 moles de funcionalidad etoxi por mol de compuesto. Un ejemplo de un trialquilato de alquilo etoxilado adecuado es SR 415, un triacrilato de trimetilpropano etoxilado suministrado por Sartomer y que comprende 20 moles de funcionalidad etoxi por mol de compuesto. Otro ejemplo de un trialquilato de alquilo etoxilado adecuado es SR 9035, un triacrilato de trimetilpropano etoxilado con 15 moles de funcionalidad etoxi por mol de compuesto.

Los fotopolímeros solubles en agua adecuados basados en monómeros acrilados higroscópicos incluyen los basados en SR 256, un monómero de acrilato de 2(2-etoxietoxi) etilo suministrado por Sartomer o N,N-DMA (dimetilacrilamida). Los fotopolímeros solubles en agua adecuados basados en monómeros acrilados con funcionalidad ácida incluyen los basados en acrilato de p-carboxietilo. Los fotopolímeros solubles en agua adecuados basados en resinas acrílicas soluble en álcali incluyen las basadas en resinas acrílicas solubles en álcali suministradas por Inortech Chimie. Los acrilatos y metacrilatos de polietilenglicol adecuados incluyen SR 344, un diacrilato de polietilenglicol (400) suministrado por Sartomer, SR 610, un diacrilato de polietilenglicol (600) suministrado por Sartomer y SR 252, un dimetacrilato de polietilenglicol (600) suministrado por Sartomer.

En referencia a la Figura 4 se proporciona un diagrama de flujo que ilustra un método para producir simultáneamente una pluralidad de objetos tridimensionales a partir de múltiples materiales solidificables. La "altura de sección de soporte" de un objeto que tiene soportes de diferentes alturas es la altura del soporte más alto en la sección de soporte. En la etapa 1010 se determina una altura de sección de soporte deseada mínima (Zsmin) a lo largo de la dirección del eje de construcción (z). Cada objeto tendrá una altura de sección de soporte que es igual o mayor que Zsmin.

En las Figuras 2A y 2B, Z smin ES Zsc. Cada objeto se proporcionará con soportes extraíbles que tienen una altura de sección de soporte a lo largo del eje de construcción (z) que no es menor que la altura de soporte mínima Zsmin. En la etapa 1012 se leen los datos que definen cada uno de los objetos tridimensionales. Los datos pueden tomar una variedad de formas, tales como datos de segmento, datos de vóxel, datos de CAD, etc., pero definen, preferiblemente, la geometría de cada objeto y las ubicaciones en las que se cambiarán los materiales solidificables usados para formar el objeto, de manera que se pueda determinar la altura máxima de una primera sección de objeto entre los diversos objetos en la pluralidad de objetos. La "primera sección de objeto" (p. ej., las secciones 36, 38 y 40 en las Figuras 2A-3B) se refiere a la sección del objeto inmediatamente adyacente a la sección de soporte extraíble a lo largo del eje de construcción (z) y comprende parte del objeto terminado una vez que se extraen los soportes. En el método de la Figura 4, los soportes extraíbles y la primera sección de objeto se forman al solidificar el mismo material solidificable, que se denomina el "primer material de objeto solidificable", un ejemplo de este es el material 28 en las Figuras 2A-3B.

Al usar la lectura de datos de objeto en la etapa 1012, en la etapa 1014 se determina la altura máxima de primera sección de objeto Zimax a lo largo del eje de construcción (z) entre la pluralidad de objetos tridimensionales. Por ejemplo, en las Figuras 2A y 2B, la altura máxima de la primera sección de objeto Zimax es Zic. Algunos objetos pueden tener primeras secciones de objeto con diferentes subregiones, cada de estas tiene una altura de eje de construcción (z) diferente. Como se describe más adelante, Zimax es la altura máxima de la primera sección de objeto según se determina al medir la altura en la subregión de la primera región de objeto de cada objeto que está más lejos de la plataforma de construcción.

En la etapa 1016, se calcula la distancia de interfaz Zint. La distancia de interfaz Zint es igual a la suma de la altura mínima de sección de soporte Zsmin y la altura máxima de la primera sección de objeto Zimax. Por lo tanto, la distancia de interfaz nunca será menor que la altura máxima de la primera sección de objeto para todo el conjunto de objetos. En el método de la Figura 4, la interfaz entre el primer y segundo materiales de objeto solidificables preferiblemente es sustancialmente plana. De lo contrario, incluso dentro de un único objeto, serán necesarias operaciones de cambio de múltiples materiales. La línea de interfaz recta en las Figuras 2A y 2b indica que las interfaces del objeto 50, 52, 54 entre los materiales 28 y 24 son sustancialmente planas. Cada objeto se diseñará de manera que las distancias de interfaz de todos los objetos sean iguales a Zint.

Un valor de índice de capa kint en la interfaz se calcula al usar la distancia de interfaz ZINT y el espesor de capa de material solidificable AZ usado para formar cada capa según la siguiente ecuación (etapa 1018):

en donde, kint es un índice de capa adimensional;

Z ^int es la altura (mm) de la interfaz de construcción a lo largo del eje de construcción según se mide desde la plataforma de construcción; y

Az es el espesor (mm) de material solidificable usado para formar cada capa.

El índice de capa k es un número entero que identifica exclusivamente cada capa del objeto. Para los objetos construidos al usar generadores de patrón tales como DLP o moduladores espaciales de luz, el índice de capa k también corresponderá a un mapa de bits o fila de una matriz de vóxeles. Para los objetos construidos al usar un dispositivo de solidificación lineal, el índice de capa k corresponderá a un conjunto de cadenas de datos, en donde cada cadena de datos define una línea de barrido en la envolvente de construcción. El valor del índice de capa de interfaz kint se usa para determinar cuándo cambiar los materiales, tal como poner en alineación la plataforma de construcción 31 con un contenedor de segundo material de objeto solidificable 22.

En la etapa 1020, se establece el valor inicial del índice de objeto w para comenzar el proceso de calcular la altura máxima del soporte Zsmaxw para cada objeto. Si los soportes de un objeto tienen todos la misma altura, entonces cada soporte será igual a la altura máxima de sección de soporte Zsmaxw. De lo contrario, Zsmaxw será igual a la altura del soporte más alto en una sección de soporte de objeto dada. En la etapa 1022, el índice de objeto se incrementa en uno.

En el método de la Figura 4, debido a que los soportes extraíbles y la primera sección de objeto se producen a partir del mismo material solidificable, las alturas de soporte (Zsa, ZSb, Zsc) de varios objetos se pueden ajustar para que tengan todas la misma distancia de interfaz Zint, como se muestra en la Figura 2A-3B. En la etapa 1024, cada altura de sección de soporte de objeto se calcula al restar su altura de primera sección de objeto (es decir, la altura de la región de la primera sección de objeto que está más lejos de la plataforma de construcción 31) de la distancia de interfaz:

(3) Zsmaxw< = >Z¡nt<—>ZIW

en donde, Zsmaxw es la altura de sección de soporte, que es la altura máxima de cualquiera de los soportes del objeto w"<1> a lo largo del eje de construcción (z) desde la plataforma de construcción; Zint es la distancia de interfaz (mm) desde la plataforma de construcción para todos los objetos; Ziw es la altura de la primera sección de objeto del objeto w"<1 >.

La etapa 1026 evalúa si se ha calculado la altura máxima de soporte para el objeto final al determinar si el valor actual del índice del objeto w es igual al valor máximo Wmax. Si no se ha alcanzado el valor máximo, el control se transfiere a la etapa 1022 y se vuelve a incrementar el índice del objeto w. De lo contrario, el control se transfiere a la etapa 1030. En la etapa 1030, la fuente del primer material de objeto (p. ej., el contenedor 26 en las Figuras 2A-3B) se alinea con la plataforma de construcción 31 de manera que cuando se observa desde arriba a lo largo del eje de construcción (z), la plataforma de construcción está dentro del área x-y del contenedor 26. En la etapa 1032, se establece el valor inicial del índice de capa k. El índice de capa k después se incrementa en la etapa 1034. En la etapa 1036, la capa k se solidificará para los objetos w que se están construyendo. En otras palabras, se solidifican regiones x-y específicas del espesor de capa AZ del material solidificable actual (en uso) para formar la capa ka capa de cada objeto. La ka capa puede ser parte de un soporte o parte de la primera sección de objeto. En la etapa 1038, se determina si ya se ha alcanzado el valor de índice de interfaz kint. Si no se ha alcanzado, el control se transfiere a la etapa 1034 y se solidifica otra capa de cada objeto al usar el primer material de objeto solidificable 28 en el contenedor 26. De lo contrario, el control se transfiere a la etapa 1040. En la etapa 1040, se produce un evento de cambio de material en el que la plataforma de construcción 31 se pone en alineación con el contenedor del segundo material de objeto solidificable 22, de manera que cuando se observa desde arriba, la plataforma de construcción 31 está dentro de la misma región x-y que el contenedor de segundo material de objeto solidificable 22. En la etapa 1042, el índice de capa se incrementa nuevamente y la ka capa de cada objeto se solidifica en la etapa 1044. La ka capa en la etapa 1042 será parte de la segunda sección de objeto. Cabe señalar que algunos objetos pueden tener diferentes alturas de segunda sección de objeto (Z2a, Z2b y Z2c en las Figuras 2B y 3B) de manera que, en algún punto, se puede continuar construyendo ciertos objetos a partir del segundo material de objeto solidificable 24, mientras otros pueden ya estar completos. Además, en la etapa 1036, en ciertos puntos, algunos de los objetos pueden someterse a la formación de soporte extraíble, mientras otros pueden someterse a la formación de primera sección de objeto.

En la etapa 1046 se determina si se ha alcanzado el valor de índice de capa final kmax para todo el conjunto de objetos. Si se ha alcanzado, el conjunto de objetos se ha construido y el método finaliza. De lo contrario, el control se transfiere a la etapa 1042 y el índice de capa se incrementa nuevamente para que se pueda solidificar otra capa. Por lo tanto, al manipular sus longitudes de sección de soporte extraíble, el método de la Figura 4 posibilita que se fabriquen simultáneamente múltiples objetos a partir de dos materiales de objeto solidificables al usar un solo evento de cambio de material, aunque los objetos pueden tener diferentes alturas de primera sección de objeto a lo largo del eje de construcción.

La "altura mínima de sección de soporte" en la etapa 1010 no se determina necesariamente mediante un tipo cualquiera de criterios de soporte. Es simplemente la altura mínima de sección de soporte, según se determina mediante cualesquiera criterios adecuados, que se usarán entre los objetos en la pluralidad de objetos. Puede superar la altura mínima de sección de soporte requerida para proporcionar un soporte adecuado a cualquiera de los objetos. Además, dentro de un objeto, una sección de soporte puede incluir múltiples soportes de longitudes iguales o diferentes. La altura mínima de sección de soporte para un conjunto de objetos tridimensionales es la altura más baja entre el conjunto de alturas que comprende la altura de soporte más alta de cada objeto. El objeto con la altura de primera sección de objeto más alta (en dicha ubicación x, y de primera sección de objeto del objeto donde se requieren los soportes más altos) a lo largo del eje de construcción (z) se proporciona con una sección de soporte de altura mínima de sección de soporte. La altura mínima de sección de soporte y la altura máxima de la primera sección de objeto después fijan la posición de la interfaz entre el primer y segundo materiales de objeto solidificables (etapa 1016).

Por ejemplo, en referencia a la Figura 5, se muestran dos objetos parcialmente completados 68 y 70 formados a partir de un primer material de objeto solidificable suspendidos desde la plataforma de construcción 31. Los objetos se muestran antes de la solidificación de un segundo material de objeto solidificable para formar una segunda sección de objeto. El objeto 68 tiene una sección de soporte 71 que comprende soportes extraíbles 72, 74, 76 y 78, cada uno de los cuales está acoplado en un extremo a la plataforma de construcción 31 y en el otro extremo a la primera sección de objeto 81. Los soportes 72 y 74 son más altos (es decir, tienen mayor altura a lo largo del eje de construcción (z)) que los soportes 76 y 78. La primera sección de objeto 80 comprende una primera subregión 85 y una segunda subregión 87.

El objeto 70 tiene una sección de soporte 81 que comprende soportes 84, 86, 88 y 90, cada uno de los cuales está acoplado en un extremo a la plataforma de construcción 31 y en el otro extremo a la primera sección de objeto 82. La primera sección de objeto 82 comprende una primera subregión 93 y una segunda subregión 92.

A los efectos de llevar a cabo la etapa 1010, se selecciona una altura mínima de sección de soporte de ZSb mediante cualesquiera criterios adecuados. El objeto 70 requerirá una altura de sección de soporte menor que el objeto 68 debido a que la subregión de la primera sección de objeto 82 que está lo más separada de la plataforma de construcción 3 1 (es decir, subregión 93) es más cercana a la plataforma de construcción 31 que la subregión de la primera sección de objeto 80 que está lo más separada de la plataforma de construcción 31. Por lo tanto, el segundo objeto 70 usará soportes que tienen la altura mínima de sección de soporte Zsmin, que en este ejemplo es igual a ZSb. La subregión 93 del segundo objeto 70 es la región del segundo objeto 70 que requiere los soportes más cortos. Por lo tanto, la subregión 93 define la altura máxima de la primera sección de objeto Zib (etapa 1014). Dicho de otra manera, la altura máxima de la primera sección de objeto Zimax en la etapa 1014 es la altura más alta (entre la pluralidad de objetos) de la subregión de la primera sección de objeto que está más alejada de la plataforma de construcción 31. Por lo tanto, para los objetos 68 y 70, las subregiones 85 y 93 son las subregiones de las primeras secciones de objeto 80 y 82 que están más alejadas de la plataforma de construcción 31 a lo largo del eje de construcción (z). Sin embargo, la subregión 93 tiene la altura de la primera sección de objeto más alta Zib. Por lo tanto, Zib es la "altura máxima de primera sección" dentro del significado de la etapa 1014 de la Figura 4.

En la etapa 1016, la altura máxima de la primera sección de objeto Zib y la altura mínima de la sección de soporte Zsb se suman para obtener la distancia de interfaz deseada desde la plataforma de construcción ZINT. Después, se les da a las secciones de soporte de cada objeto la altura requerida para garantizar que todos los objetos en la construcción se construyan de tal manera que sus primeras secciones de objeto finalicen en la misma posición de interfaz a lo largo del eje de construcción (z). Esta determinación de altura requerida se lleva a cabo en la etapa 1024.

Para el objeto restante 68, la subregión de la primera sección de objeto 71 que requiere el soporte más alto determinará la altura de la sección de soporte. En el objeto 68, la subregión 85 requiere la altura de sección de soporte más alta y tiene una altura de primera sección de objeto de Zla. Por lo tanto, la altura de sección de soporte se calcula como se muestra en la etapa 1024 y define la altura de los soportes 72, 74, 76 y 78 que comprenden la primera sección de soporte 71.

Como un medio alternativo para llevar a cabo el método 4, cada objeto en la pluralidad de objetos se puede posicionar de manera que estén todos separados de la plataforma de construcción 31 al menos una distancia mínima especificada y de manera que sus interfaces de primer y segundo materiales de objeto solidificables estén en la misma posición en el eje de construcción (z) con respecto a la plataforma de construcción 31 (es decir, de manera que sus superficies más bajas estén todas separadas de la plataforma de construcción por una distancia de interfaz común Zint. Las longitudes de soporte para cada superficie orientada hacia la plataforma de construcción 31 después se fijarán y se pueden calcular. La primera y segunda secciones de objeto y los soportes después se forman como se describió anteriormente.

Claims (14)

REIVINDICACIONES

1. Un método para producir simultáneamente una pluralidad de objetos tridimensionales sobre una plataforma de construcción (31), cada objeto comprende una sección de soporte (25a, 27a, 42, 44, 46, 71, 81) formada a partir de un primer material de objeto solidificable (28), una primera sección de objeto (36, 38, 40, 80, 82) formada a partir de un primer material de objeto solidificable (28) y una segunda sección de objeto (56, 58, 60) formada a partir del segundo material de objeto solidificable (24), en donde la primera sección de objeto (36, 38, 40, 80, 82) y la segunda sección de objeto (56, 58, 60) de cada objeto (50, 52, 54) tienen alturas respectivas a lo largo de un eje de construcción y se encuentran en una interfaz, el método comprende:

determinar una altura de la primera sección de objeto (36, 38, 40, 80, 82) de cada objeto (50, 52, 54) a lo largo del eje de construcción;

determinar una distancia de interfaz deseada entre cada interfaz de objeto y una plataforma de construcción (31) a lo largo del eje de construcción, en donde la distancia de interfaz deseada es la misma para cada objeto (50, 52, 54);

determinar una altura de sección de soporte a lo largo del eje de construcción para cada objeto (50, 52, 54), en donde la altura de sección de soporte de cada objeto es igual a la diferencia entre la distancia de interfaz deseada y la altura de la primera sección de objeto a lo largo del eje de construcción;

solidificar cada sección de soporte del objeto (25a, 27a, 42, 44, 46, 71, 81) al solidificar una pluralidad de capas de soporte del primer material de objeto solidificable (28) hasta que se alcance la altura de sección de soporte del objeto, en donde cada pluralidad de capas de soporte se adhiera de manera extraíble a la plataforma de construcción (31);

solidificar cada primera sección de objeto del objeto (36, 38, 40, 80, 82) al solidificar una pluralidad de capas de primera sección de objeto del primer material de objeto solidificable (28) hasta que se alcance la altura de la primera sección del objeto, en donde al menos algunos de los objetos (50, 52, 54) en la pluralidad de objetos tridimensionales tienen diferentes alturas de primera sección de objeto;

solidificar cada segunda sección de objeto del objeto (56, 58, 60) al solidificar una pluralidad de capas de segunda sección de objeto del segundo material de objeto solidificable (24) hasta que se alcance la altura de la segunda sección.

2. El método de la reivindicación 1, en donde la etapa de solidificar cada sección de soporte del objeto (25a, 27a, 42, 44, 46, 71, 81) comprende poner en contacto la plataforma de construcción (31) con el primer material de objeto solidificable (28) y solidificar una pluralidad de primeras capas de sección de soporte sobre la plataforma de construcción (31), en donde cada primera capa de sección de soporte corresponde a uno de la pluralidad de objetos tridimensionales.

3. El método de la reivindicación 1 o reivindicación 2, en donde después de la etapa de solidificar cada primera sección de objeto, hay una pluralidad de objetos parcialmente formados presente sobre la plataforma de construcción (31), cada objeto parcialmente formado corresponde a uno de la pluralidad de objetos tridimensional objetos, tiene una superficie expuesta comprendida por el primer material de objeto solidificable (28) y tiene una altura general con respecto a la plataforma de construcción (31) igual a la distancia de interfaz, el método comprende, además, poner contacto cada superficie expuesta de cada objeto parcialmente formado con el segundo material de objeto solidificable (24) y solidificar una primera capa del segundo material de objeto solidificable (24) simultáneamente en contacto con la superficie expuesta de cada objeto parcialmente formado.

4. El método de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde las etapas de solidificar cada sección de soporte del objeto (25a, 27a, 42, 44, 46, 71,81) y solidificar cada primera sección de objeto del objeto (36, 38, 40, 80, 82) comprende colectivamente suministrar energía de solidificación a una pluralidad de capas del primer material de objeto solidificable (28) según una primera pluralidad de patrones de energía de solidificación, y cada patrón de energía de solidificación en la primera pluralidad de patrones de energía de solidificación corresponde a una de las capas del primer material de objeto solidificable (28) y corresponde a la sección de soporte (25a, 27a, 42, 44, 46, 71, 81) o la primera sección de objeto (36, 38, 40, 80, 82) de cada uno de la pluralidad de objetos tridimensionales.

5. El método de la reivindicación 4, en donde cada patrón de energía de solidificación se define mediante un mapa de bits.

6. El método de la reivindicación 4, en donde cada patrón de energía de solidificación se define mediante una fila de una matriz de vóxeles.

7. El método de la reivindicación 4, en donde cada patrón de energía de solidificación se define mediante un conjunto de cadenas de datos.

8. El método de la reivindicación 4, en donde la etapa de solidificar cada segunda sección del objeto comprende solidificar una segunda pluralidad de capas del segundo material de objeto solidificable (24) según una segunda pluralidad de patrones de energía de solidificación, y cada patrón de energía de solidificación en la segunda pluralidad de patrones de energía de solidificación corresponde a una de las capas del segundo material de objeto solidificable (24) y corresponde a la segunda sección de objeto (56, 58, 60) de al menos algunos de la pluralidad de objetos tridimensionales.

9. Un método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende, además, colocar una fuente del primer material de objeto solidificable (28) en alineación con un área de proyección de una fuente de energía de solidificación.

10. El método de la reivindicación 9, en donde la fuente de energía de solidificación es un proyector de luz digital.

11. El método de la reivindicación 9, que comprende, además, colocar una fuente del segundo material de objeto solidificable (24) en alineación con un área de proyección de una fuente de energía de solidificación después de la etapa de solidificar cada primera sección del objeto.

12. El método de la reivindicación 9, en donde la fuente de la energía de solidificación es un diodo láser, el diodo láser está en comunicación óptica con un espejo poligonal rotativo, y el diodo láser y el espejo poligonal rotativo definen un primer dispositivo de solidificación lineal (48).

13. El método de la reivindicación 1, que comprende, además, colocar la plataforma de construcción (31) en alineación con una fuente del primer material de objeto solidificable (28).

14. El método de la reivindicación 13, que comprende, además, colocar la plataforma de construcción (31) en alineación con una fuente de un segundo material de objeto solidificable (24) después de la etapa de solidificar cada primera sección de objeto del objeto (36, 38, 40, 80, 82).