ES2834460T3 - Proceso de fabricación de piezas de material cerámico mediante la técnica de la fabricación aditiva - Google Patents

Abstract

Proceso para fabricar una pieza de material ceramico mediante la tecnica de la fabricacion aditiva o estereolitografia, donde dicha pieza se forma en estado bruto a partir de una composicion ceramica fotoendurecible que comprende un polvo ceramico y una parte organica susceptible de ser destruida por calentamiento durante el desaglomerado y que incluye al menos un monomero y/u oligomero fotoendurecible y al menos un fotoiniciador, y que luego se somete a operaciones de desaglomerado y sinterizacion, caracterizado por el hecho de que: - sobre una plataforma de trabajo (1) de una maquina de estereolitografia, se fabrica, mediante la tecnica de la fabricacion aditiva, simultaneamente pero por separado, a partir de una misma composicion ceramica pastosa fotoendurecible: - un conjunto en estado bruto formado por un soporte (2) de la pieza en bruto y por dicha pieza en bruto sobre dicho soporte (2), donde la superficie libre de este ultimo tiene la impronta (2a) de una primera cara de dicha pieza en bruto, donde dicha impronta (2a) realizada en dicho soporte tiene una superficie desplazada en XYZ pero equivalente a dicha primera cara de dicha pieza en bruto para permitir que sea recibida en dicho soporte (2) y el espacio entre ambos se rellena con el material en forma de pasta que se puede eliminar una vez que se ha formado dicho conjunto en bruto; y - un conformador (4) en bruto formado por una pieza de material ceramico cuya superficie libre lleva la impronta (4a) de una segunda cara de dicha pieza en bruto opuesta a dicha primera cara, donde dicha impronta (4a) realizada en dicho conformador (4) tiene una superficie desplazada en XYZ pero equivalente a dicha segunda cara de dicha pieza en bruto para permitir que sea recibida en dicho conformador (4); - en un horno, se coloca, sobre dicho conformador (4) en bruto obtenido de este modo con su impronta (4a) vuelta hacia arriba, dicho conjunto en bruto obtenido de este modo con su pieza en bruto vuelta hacia abajo para que sea recibida en la impronta (4a) de dicho conformador (4), y la pieza en bruto sujeta de este modo entre el conformador (4) y el soporte (2) se somete a desaglomerado y sinterizacion, donde las improntas del soporte (2) y del conformador (4) hacen que la pieza quede completamente encerrada entre ellos durante las operaciones de desaglomerado y sinterizacion.

Description

DESCRIPCIÓN

Proceso de fabricación de piezas de material cerámico mediante la técnica de la fabricación aditiva

[0001] La presente invención se refiere a un proceso de fabricación de piezas de material cerámico mediante la técnica de la fabricación aditiva, donde dichas piezas en bruto están destinadas a someterse a operaciones de desaglomerado y sinterización para obtener piezas de cerámica acabadas.

[0002] La técnica de la fabricación aditiva, también llamada estereolitografía, comprende habitualmente los pasos siguientes para la obtención de estas piezas en bruto:

- se construye, por diseño asistido por ordenador, un modelo informático de la pieza que se desea fabricar, modelo cuyas dimensiones son ligeramente mayores que las de la pieza que se desea fabricar con el fin de prever una retracción de la cerámica durante la cocción (desaglomerado y sinterización) de la pieza; y

- se fabrica la pieza mediante la técnica de la fabricación aditiva, técnica según la cual:

- se forma, sobre una plataforma de trabajo, una primera capa de una composición fotoendurecible que comprende habitualmente al menos un material cerámico, al menos un monómero y/u oligómero fotoendurecible, al menos un fotoiniciador y, según convenga, al menos un plastificante y/o al menos un disolvente y/o al menos un dispersante;

- se hace endurecer la primera capa de la composición fotoendurecible por irradiación (por barrido láser de la superficie libre de dicha capa o por sistema de proyección con diodos) según un motivo definido a partir del modelo para dicha capa, con lo que se forma un primer nivel;

- se forma, sobre el primer nivel, una segunda capa de la composición fotoendurecible;

- se hace endurecer la segunda capa de la composición fotoendurecible por irradiación según un motivo definido para dicha capa, con lo que se forma un segundo nivel, donde esta irradiación se efectúa igual que para la primera capa;

- opcionalmente, se repiten los pasos anteriores para obtener la pieza en estado bruto.

[0003] A continuación, como se ha indicado, para obtener la pieza acabada, se limpia la pieza en estado bruto para retirar la composición no endurecida; se desaglomera la pieza en estado bruto limpiada; y se sinteriza la pieza en estado bruto limpiada y desaglomerada para obtener la pieza acabada.

[0004] A continuación, se describe el estado de la técnica anterior para la construcción de piezas cerámicas con referencia a machos de fundición, que sólo representan un ejemplo de las piezas cerámicas que pueden fabricarse mediante el proceso según la invención.

Estado de la técnica en la fabricación de machos de fundición

[0005] Los machos de fundición se pueden fabricar en posición de pie o vertical sin soporte (1), en posición acostada u horizontal sin soporte (2) o en posición oblicua con un soporte (3).

(1) La construcción en posición vertical o alta permite construir muchos machos de fundición al mismo tiempo en la plataforma de trabajo de la máquina de estereolitografía. Para estabilizar los machos en su posición vertical, es necesario modificarlos para añadirles refuerzos constituidos por puntales que luego se deben quitar mediante corte después de la sinterización. Durante la construcción en vertical, el macho puede deformarse/dañarse fácilmente bajo la fuerza de raspado de la pasta en el caso del modo de fabricación con pasta. Este riesgo se ve acentuado por el fenómeno de alabeo, según el cual una superficie plana se curva bajo el efecto de una alta potencia de láser que provoca una reticulación excesiva durante la polimerización. Existe el riesgo de que la pieza en construcción se vuelque al pasar el rascador. El fenómeno de alabeo se ilustra en la Figura 3 del dibujo adjunto: En esta Figura 3, en la parte izquierda, se muestra esquemáticamente un rascador R de la máquina de estereolitografía, que extiende cada una de las capas de material cerámico fotoendurecible en forma de pasta, y el macho de fundición NF durante su construcción en posición vertical. La dirección de raspado se muestra con la flecha F y la pasta extendida se simboliza con la línea de puntos horizontal. El lugar de aplicación de la fuerza de raspado está rodeado por el círculo c1 y el de la aparición del fenómeno de alabeo está rodeado por el círculo c2. El resultado del alabeo ilustrado en la Figura 3, en la parte derecha, es una inclinación de la pieza en construcción durante el paso del rascador R. La construcción en posición vertical, que permite construir muchos machos de fundición a la vez, sin requerir ningún apoyo durante la construcción, es, por lo tanto, una fabricación larga y arriesgada debido a los motivos indicados anteriormente.

(2) La construcción en posición acostada u horizontal es, por definición, más baja que la construcción en vertical y, por lo tanto, requerirá menos tiempo. Además, la cantidad de refuerzos que hay que agregar a la pieza será menor, o incluso no será necesario ningún refuerzo. Sin embargo, la pequeña superficie de unión del macho de fundición en construcción con la plataforma de trabajo de la máquina de estereolitografía corre el riesgo de provocar el desenganche y deslizamiento del macho durante su fabricación. Esto se ilustra en la Figura 4 del dibujo adjunto: En esta Figura 4, en la parte izquierda, se muestra, como en la Figura 3, el macho de fundición NF pero esta vez en construcción en la posición acostada. Considerando la pequeña superficie de unión (simbolizada por los círculos c3 y c4), se observa (en la parte derecha de la Figura 4) un deslizamiento del macho NF en comparación con su posición inicial.

(3) En la construcción de un macho de fundición en posición oblicua sobre un soporte, este último, que tiene una cara superior inclinada con respecto a la plataforma de la máquina de estereolitografía, se construye al mismo tiempo que el macho de fundición. Debido a esta inclinación, el soporte absorbe las fuerzas de raspado, no se observa ni inclinación ni deslizamiento como en las construcciones en posición de pie y acostada, respectivamente, y el tiempo de fabricación se reduce en comparación con la construcción en posición de pie.

[0006] La superficie del soporte lleva la impronta de una cara del macho de fundición, de lo que resulta que haya poca deformación durante la fabricación y que no haya que añadir muchos refuerzos al macho de fundición.

[0007] La construcción se lleva a cabo con una potencia de láser baja, especialmente inferior a 150 mW, lo que da como resultado una baja rigidez de las piezas y la ausencia de alabeo.

[0008] Cuando se realiza el diseño asistido por ordenador, para la construcción del soporte:

- una de las caras del macho de fundición se transfiere a la superficie oblicua del soporte para crear una impronta;

- en esta superficie se realiza una operación de desplazamiento u operación de “offset” de A |_im en las direcciones XYZ, siendo “A”, por ejemplo, 400 |_im en XYZ; y

- el macho de fundición se coloca entonces a una distancia en Z de B |_im (posiblemente B sea 135 |_im, por ejemplo) más la profundidad de polimerización medida para la pasta y los parámetros en cuestión. La profundidad de polimerización es la profundidad de la pasta que se polimerizará con una pasada del láser. La profundidad de polimerización depende de la pasta utilizada, así como de los parámetros del láser utilizados: potencia, separación de los rayos, velocidad de barrido láser. Para la fabricación de machos de fundición de óxido de aluminio, la profundidad de polimerización “B” es de aproximadamente 125 |_im.

[0009] Las figuras 5 y 6 del dibujo adjunto ilustran la construcción de un macho de fundición NF en posición oblicua sobre un soporte S, donde la impronta está designada por la letra “E”.

[0010] El ángulo a de inclinación del soporte con respecto a la plataforma de trabajo es generalmente de entre 1 y 45 °, más preferiblemente de entre 15 y 25 ° y, de manera ideal, de 20 °.

Estado de la técnica para la cocción de machos de fundición

[0011] Los machos de fundición obtenidos sin soporte según los apartados (1) y (2) anteriores se cuecen en arena a una temperatura generalmente del orden de 1300 ° C, que:

- permite la homogeneización de la temperatura y de la presión alrededor del macho de fundición, a la vez que se mantiene la forma de la pieza a alta temperatura, con lo que se evitan deformaciones;

- permite que los elementos orgánicos sean succionados por capilaridad.

[0012] Sin embargo, es necesario que el macho de fundición en bruto sea rígido para evitar deformaciones en la arena a temperatura ambiente y a baja temperatura. Sin embargo, sólo se puede obtener una gran rigidez en bruto con una potencia láser fuerte, que puede provocar el fenómeno de "alabeo" mencionado antes.

[0013] Con esta técnica y un macho de fundición demasiado rígido, las desviaciones de las dimensiones son, por ejemplo, de ± 0,8 mm a 1,2 mm.

[0014] Para la cocción de un macho de fundición sobre un soporte, el macho de fundición en bruto se coloca sobre su impronta, lo que limita las deformaciones en su parte inferior gracias a que se controla la fluencia de la cocción en esta cara. Sin embargo, la cara superior del macho no está protegida contra la deformación que, por otro lado, puede sufrir una fluencia descontrolada, con lo que el macho podría doblarse, como se ilustra en la figura 7 del dibujo adjunto. Con esta técnica, las desviaciones de las dimensiones son, por ejemplo, de 0,4 mm a 0,6 mm.

[0015] El documento US 2010/028645 A1 representa un ejemplo de un método según la técnica anterior.

[0016] El objeto de la presente invención es resolver los problemas asociados a las técnicas que se acaban de describir para proporcionar un proceso que permita fabricar piezas de cerámica, en particular machos de fundición de cerámica, respetando las dimensiones y a la vez evitando cualquier deformación de las piezas durante la fabricación, limpieza y/o cocción.

[0017] Para ello, según la presente invención, se prevé construir el macho de fundición sobre su soporte y construir al mismo tiempo una pieza denominada conformador, que tiene en su cara superior, una vez construida, una impronta de la cara del macho opuesta a esta que coopera con la impronta formada en el soporte.

[0018] El soporte, el macho de fundición y el conformador son del mismo material.

[0019] Durante la cocción, se da la vuelta al conformador para poder colocar el macho de fundición sobre él, y luego se coloca el soporte sobre el macho, el cual, por lo tanto, queda sujeto entre el soporte y el conformador. El macho de fundición se mantiene en la posición correcta gracias a la presión aplicada por el soporte y el conformador. Los machos de fundición, al estar fabricados sobre un soporte, pueden tener una rigidez baja, por lo que pueden deformarse sin romperse. El macho conserva sus medidas después de la sinterización.

[0020] Por lo tanto, la presente invención tiene por objeto un proceso de fabricación de una pieza de material cerámico mediante la técnica de la fabricación aditiva o estereolitografía, donde dicha pieza se forma en estado bruto a partir de una composición cerámica fotoendurecible que comprende un polvo cerámico y una parte orgánica susceptible de ser destruida por calentamiento durante el desaglomerado y que incluye al menos un monómero y/u oligómero fotoendurecible y al menos un fotoiniciador, y que luego se somete a operaciones de desaglomerado y sinterización,

caracterizado por el hecho de que:

- sobre una plataforma de trabajo de una máquina de estereolitografía, utilizando la técnica de la fabricación aditiva de forma simultánea pero separada, a partir de la misma composición cerámica fotoendurecible de consistencia pastosa se construye:

- un conjunto en estado bruto constituido por un soporte para la pieza en bruto y por dicha pieza en bruto sobre dicho soporte, donde la superficie libre de este último lleva la impronta de una primera cara de dicha pieza en bruto, impronta realizada en dicho soporte que tiene una superficie desplazada en XYZ pero equivalente a dicha primera cara de dicha pieza en bruto para permitir la recepción de esta en dicho soporte, y donde el espacio entre los dos se llena con material en forma de pasta capaz de ser retirado después de la formación de dicho conjunto en estado en bruto; y

- un conformador en estado bruto que consiste en una pieza de cerámica cuya superficie libre lleva la impronta de una segunda cara de dicha pieza en bruto opuesta a dicha primera cara, donde dicha impronta realizada en dicho conformador tiene una superficie desplazada en XYZ pero equivalente a dicha segunda cara de dicha pieza en bruto para permitir la recepción de esta última en dicho conformador;

- en un horno de cocción, se coloca sobre dicho conformador en estado en bruto obtenido como se ha descrito, con su impronta hacia arriba, dicho conjunto en estado en bruto obtenido como se ha descrito con su pieza en bruto hacia abajo para ser recibida en el impronta de dicho conformador, y la parte en estado bruto sostenida de este modo entre el conformador y el soporte se somete a desaglomerado y sinterización, donde las improntas del soporte y del conformador son tales que la pieza está completamente encerrada entre las dos durante estas operaciones de desaglomerado y sinterización.

[0021] La composición cerámica fotoendurecible se fotoendurece mediante láser o por una fuente de rayos UV.

[0022] El material cerámico sinterizable se elige en particular de entre óxido de aluminio (A^Os), óxido de circonio (ZrO2), óxido de circonio reforzado con óxido de aluminio, óxido de aluminio reforzado con óxido de circonio, silicato de circonio (ZrSiO4), sílice (SO2), hidroxiapatita, silicato de circonio y sílice (ZrSiO4 SD2), nitruro de silicio, fosfato tricálcico (TCP), nitruro de aluminio, carburo de silicio, cordierita y mullita. Dicho material es resistente al choque térmico.

[0023] La impronta del soporte puede corresponder ventajosamente a una superficie desplazada de 100 a 600 |_im en XYZ de dicha primera cara de la pieza en bruto. La impronta del conformador puede corresponder ventajosamente a una superficie desplazada de 20 a 80 |_im en x Yz de dicha segunda cara de la pieza en bruto. En estas condiciones, el conformador tiene una superficie más cercana a la de la pieza. Al colocar la pieza sobre el conformador y el soporte encima, la pieza se comprime en la cara del conformador que es más "precisa" que la del soporte.

[0024] El soporte, la pieza y el conformador tienen la misma contracción durante la cocción (a una temperatura de unos 1300 °C), ya que están hechos del mismo material.

[0025] Con el proceso según la presente invención, la desviación de las dimensiones se puede reducir a 0,2 mm.

[0026] Ventajosamente, la pieza en bruto se construye en posición oblicua sobre el soporte, donde el ángulo de inclinación del soporte con respecto a la plataforma es de entre 1 y 45 °, preferiblemente de entre 15 y 25 ° y, de manera particularmente preferida, de 20 °.

[0027] El soporte puede formarse de modo que esté atravesado por al menos un orificio que desemboque en su impronta y que permita el paso de un disolvente con vistas a eliminar el material en forma de pasta no endurecido después de la formación del conjunto de soporte-pieza en bruto. Estos orificios pueden ser orificios de sección circular, por ejemplo con un diámetro comprendido entre 2 y 8 mm, por ejemplo de 4 mm.

[0028] Ventajosamente, hay varios orificios distribuidos ventajosamente por todo el soporte.

[0029] Al limpiar la pieza en estado bruto en su soporte con el fin de eliminar la pasta que queda entre la pieza y el soporte, el operador puede, por lo tanto, pasar disolvente de limpieza por estos orificios, con lo que la pasta que se desea retirar comienza a solubilizarse parcialmente, lo que facilita la separación de la pieza en estado bruto.

[0030] El soporte puede formarse de manera que incluya al menos una cavidad en su pared opuesta a la que lleva la impronta de la pieza en bruto, donde la cavidad o cavidades se pueden rellenar con un material de lastre, como arena o esferas, cuando el soporte está en la posición de cocción.

[0031] Este material de lastre permite, cuando se coloca en las cavidades del soporte que se encuentra en la pieza en bruto durante la cocción, asegurar una presión adicional sobre la pieza en bruto para controlar su fluencia. La forma y el número de cavidades pueden variar y las cavidades pueden llenarse de manera desigual si se desea controlar la fluencia solamente en ciertas áreas de la pieza en bruto.

[0032] En el caso de que se realicen orificios de limpieza en el soporte, huelga decir que estos orificios deben taponarse para la aplicación de la presión adicional o que, si se utilizan esferas como material de lastre, el diámetro de estas debe ser mayor que la sección de los orificios de limpieza.

[0033] En el caso de que las cavidades no se rellenen con material de lastre y se disponga de orificios de limpieza, estos sirven, durante la cocción, como chimenea para facilitar la evacuación de materia orgánica.

[0034] El soporte y la pieza en bruto y/o la plataforma y el soporte pueden estar conectados mediante pasadores antialabeo formados durante la construcción en áreas de la pieza en bruto propensas a curvarse, donde los pasadores pueden tener un diámetro de entre 50 y 800 |_im, más preferiblemente de entre 300 y 400 |_im. Estos pasadores que evitan la flexión de superficies planas se rompen cuando la pieza en bruto se desprende de su soporte.

[0035] Según una primera forma de realización del proceso según la invención, en el paso de construcción se forman capas sucesivas de composición cerámica fotoendurecible, que se endurecen cada vez por irradiación según el patrón definido previamente a partir del modelo para dicha capa y, después del paso de construcción, se somete el conjunto en estado bruto y el conformador en estado bruto a una etapa de limpieza para eliminar la composición fotoendurecible no fotoendurecida, lo que permite en particular desprender la pieza en bruto de su soporte.

[0036] Según una segunda forma de realización del proceso según la invención, en el paso de construcción se llevan a cabo las siguientes operaciones para formar las partes huecas del conjunto en el estado en bruto del soporte y la pieza, en particular para formar el espacio entre el soporte y la pieza y las partes huecas dentro de la pieza:

- formación por mecanizando de al menos un hueco en al menos una capa de composición cerámica fotoendurecible endurecida a partir de su superficie superior;

- depositar en dicho hueco o huecos, con el fin de rellenarlos, un material orgánico de sacrificio susceptible de ser endurecido y destruido por calentamiento durante el desaglomerado; y

- endurecer el material orgánico de sacrificio para obtener una superficie horizontal dura al mismo nivel que la capa de composición cerámica endurecida adyacente,

en cada formación de hueco(s), éste o estos se delimitan según el/los patrón(es) definido(s) de antemano a partir del modelo informático, y su(s) profundidad(es) se seleccionan de modo que se asegure la continuidad de la pieza que se desea fabricar, y

se obtiene, una vez realizado el apilamiento de las capas endurecidas, un conjunto de soporte-pieza en estado bruto que se puede someter a una limpieza para retirar la pieza o piezas sin endurecer,

donde la pieza en bruto se desprende de su soporte durante el desaglomerado.

[0037] El material orgánico de sacrificio consiste ventajosamente en la composición fotoendurecible utilizada para formar la pieza pero sin los materiales cerámicos.

[0038] Según una forma de realización particular del proceso según la presente invención, en el paso de construcción, se forma una pila de, por un lado, soporte/pieza en bruto/(soporte/pieza en bruto)n, donde n es un número entero como 1, 2, 3 y, por otro lado, un conformador y, en el paso de cocción, se forma la pila de conformador/pieza en bruto/soporte/(pieza en bruto/soporte)n, donde las caras opuestas de cada soporte están destinadas a cooperar con las piezas en bruto, una de las cuales lleva la impronta de una cara de dicha pieza en bruto y, la otra, la impronta de la cara opuesta de dicha pieza en bruto.

[0039] La pieza en bruto obtenida mediante el proceso según la presente invención es, por ejemplo, un macho de fundición.

[0040] Para ilustrar mejor el objeto de la presente invención, a continuación se describirán varias formas de realización particulares, a título indicativo y no limitativo, con referencia al dibujo adjunto.

[0041] En este dibujo:

- Las figuras 1 y 2 son representaciones simplificadas y esquemáticas, respectivamente, de un macho de fundición de forma compleja y precisa y superficie lisa, donde dicho macho de fundición se utiliza para fundir una pala de turbina;

- La figura 3 es un diagrama que ilustra el fenómeno de alabeo, un fenómeno que se puede observar en la fabricación conocida de machos de fundición en vertical;

- La figura 4 es un diagrama que ilustra el fenómeno de desenganche y deslizamiento del macho de fundición, fenómeno que se puede observar en algunos casos, por ejemplo, cuando la energía de irradiación se vuelve demasiado alta;

- La figura 5 es una vista esquemática en perspectiva despiezada de un soporte con una superficie superior oblicua y un macho de fundición destinado a colocarse en su impronta formada en la superficie superior oblicua;

- La figura 6 es una vista correspondiente a la figura 5 con el macho colocado sobre su soporte;

- La figura 7 muestra, de perfil, un soporte de superficie oblicua que forma una impronta que ha recibido el macho de fundición, que se dobla durante la cocción debido a la fluencia descontrolada en la cara superior de la pieza en bruto;

- La figura 8 muestra, en perspectiva, una plataforma de construcción de una máquina de estereolitografía sobre la que, según la invención, se han construido simultáneamente un conjunto de pieza de soporte y un conformador;

- La figura 9 es una vista en perspectiva despiezada que muestra la pieza y el conformador;

- Las figuras 10 y 11 son vistas en perspectiva despiezadas del soporte, la pieza y el conformador en posiciones invertidas;

- La figura 12 es una vista en sección en perfil de la pieza sobre su soporte;

- La figura 13 ilustra el posicionamiento del soporte, la pieza de trabajo y el conformador para la cocción; - La figura 14 muestra, en su parte izquierda, la cara posterior de un soporte realizado según una forma de realización particular de la presente invención, y, en su parte derecha, en perspectiva despiezada, dicho soporte visto en su parte frontal y la pieza;

- La figura 15 es una vista similar a la parte derecha de la figura 13, con el soporte de la figura 14;

- La figura 16A muestra el soporte sustancialmente como se muestra en el lado derecho de la figura 14 pero realizado según una variante; y

- La figura 16B es, a mayor escala, una vista detallada de la figura 16A que constituye la variante en cuestión.

[0042] Con respecto a la Figura 5, se puede ver que se muestra un soporte S y un macho de fundición NF en perspectiva despiezada. El soporte S tiene una superficie superior inclinada en un ángulo a con respecto al plano horizontal y en la que está formada una impronta E para la cara inferior del macho de fundición NF.

[0043] Para el diseño asistido por ordenador del soporte S, la superficie inferior del macho de fundición NF se transfiere a la cara inclinada del soporte S para crear una impronta E; en esta cara se lleva a cabo una operación de “offset” en XYZ, es decir, un desplazamiento en las direcciones X, Y, Z, por ejemplo de 400 pm; El macho de fundición se coloca a una distancia en Z o espacio entre el soporte S y la parte inferior del macho de fundición que puede ser 135 pm más la profundidad de polimerización, siendo la profundidad de polimerización la profundidad de la pasta que se polimerizará mediante una pasada del láser. La profundidad de polimerización depende de la pasta utilizada, así como de los parámetros del láser: potencia, separación de los rayos, velocidad de barrido láser. Para fabricar machos de fundición de óxido de aluminio, la profundidad de polimerización es generalmente de 125 pm o de alrededor de 125 pm.

[0044] La figura 6 muestra el macho de fundición NF colocado sobre su soporte S.

[0045] La Figura 7 ilustra que, durante la cocción, el macho de fundición NF se dobló debido a un deslizamiento descontrolado en su cara superior.

[0046] La figura 8 muestra una plataforma de construcción 1 de una máquina de estereolitografía sobre la que se han construido simultáneamente, según la invención:

- un conjunto de soporte 2 - macho de fundición 3; y

- un conformador 4.

[0047] De este modo, el conformador 4 según la invención se construye junto al soporte 2 y al macho de fundición 3. La combinación de macho de fundición 3 - soporte 2 solo se utiliza una vez, ya que no tienen ninguna función durante el proceso de construcción del macho de fundición 3. Permite la manipulación y cocción del macho de fundición 3 sin deformaciones ni roturas.

[0048] En la figura 9, se puede ver el conformador 4 que tiene la misma forma que el soporte 2 con una cara inclinada en la que está formada una impronta 4a para la cara superior del macho de fundición 3.

[0049] Para la construcción por diseño asistido por ordenador del conformador 4, la superficie superior del macho de fundición 3 se transfiere a la cara inclinada del conformador 4 para crear la impronta 4a; en esta cara se realiza una operación de "offset" en XYZ, es decir, un desplazamiento en las direcciones X, Y, Z, por ejemplo de 50 pm, siendo el desplazamiento menos importante que para la creación del soporte 2. El conformador 4 tiene, por lo tanto, una superficie más cercana a la superficie del macho de fundición 3.

[0050] Las figuras 10 y 11 se muestran en perspectiva explosionada y en dos orientaciones diferentes:

- el soporte 2 con su impronta 2a (que se puede ver en la figura 10) para el lado inferior del macho; - el macho de fundición 3;

- el conformador 4 con su impronta 4a (que se puede ver en la figura 11) para la cara superior del macho de fundición.

[0051] Puede observarse que esta configuración según la invención que comprende el conformador 4 de cocción permite que el macho de fundición 3 esté protegido tanto por el soporte 2 como por el conformador 4 durante la limpieza y la manipulación, con lo que se atenúan las deformaciones del macho de fundición 3 durante estos pasos.

[0052] La figura 12 muestra, a mayor escala, una vista en sección del macho de fundición 3 durante la construcción sobre su soporte 2, en la que se ha exagerado deliberadamente la distancia entre el soporte 2 y el lado inferior del macho de fundición 3. Esta distancia es como se describe con respecto a la Figura 5.

[0053] Como se ilustra en la Figura 13, para la cocción, el macho de fundición 3 se separa de su soporte 2 por desaglomerado y se sinteriza firmemente entre el conformador 4 y el soporte 2, donde el conformador 4 está en la parte inferior, el macho de fundición 3 está colocado sobre este y el soporte 2 está colocado sobre el macho de fundición 3, como se puede ver en la parte derecha de la Figura 13.

[0054] A continuación, el macho de fundición se mantiene con la forma correcta gracias a la presión aplicada por el soporte 2 y por el conformador 4.

[0055] Al colocar el macho de fundición 3 sobre el conformador 4 y el soporte 2 en la parte superior, el macho de fundición 3 es comprimido en la cara del conformador 4, que es más “precisa” que la del soporte 2.

[0056] El macho de fundición 3 conserva sus proporciones después de la sinterización, ya que las tres piezas 2, 3 y 4 tienen la misma contracción, al ser del mismo material.

[0057] Con esta técnica, la desviación de las dimensiones se reduce a más o menos 0,2 mm.

[0058] Además, con esta técnica, las partes de baja rigidez pueden deformarse sin romperse.

[0059] En referencia a la figura 14, se puede ver que el soporte 2 se ha realizado según una variante que comprende orificios 5 que lo atraviesan en varios lugares, y que desembocan en la impronta 2a. El diámetro de estos orificios 5 puede estar comprendido entre 2 y 8 mm, por ejemplo 4 mm.

[0060] Durante la limpieza, el operador puede pasar el disolvente de limpieza por estos orificios 5, con lo que la pasta comienza a solubilizarse parcialmente entre el macho de fundición 3 y el soporte 2, lo que facilita el desprendimiento del macho de fundición 3.

[0061] Como también se puede apreciar en la Figura 14 y también en la Figura 15, el soporte 2 se puede realizar según otra variante que comprende, en su superficie opuesta a la superficie inclinada y que está destinada a situarse por encima durante la cocción (Figura 15), cavidades 6, en este caso tres y de forma cuadrada, que están destinadas a recibir esferas o arena durante la cocción con el fin de proporcionar una presión adicional sobre el macho de fundición 3, y así controlar el flujo de este último durante la cocción.

[0062] El soporte 2 mostrado en las Figuras 14 y 15 también incluye orificios 5, que desembocan en la parte inferior de las cavidades 6.

[0063] Las esferas introducidas en las cavidades 6 deben tener un diámetro mayor que el de los orificios 5. Si se utiliza arena o esferas pequeñas, los orificios 5 deben taponarse.

[0064] La forma y el número de cavidades 6 pueden variar. Las cavidades 6 pueden llenarse de manera desigual si se desea controlar la fluencia del macho de fundición 3 solo en ciertas áreas de este.

[0065] Si los orificios de limpieza 5 quedan libres durante la cocción, servirán como chimenea para facilitar la evacuación de elementos orgánicos.

[0066] Si se observa las Figuras 16A y 16B, se puede ver que en ellas se muestra una variante del soporte 2 que comprende, en el fondo de la impronta 2a, una zona que comprende pasadores 7 antialabeo, donde estos pasadores constituyen la unión entre el macho de fundición en construcción 3 y el soporte 2 y están destinados a evitar la flexión de las superficies planas del macho de fundición 3. Su diámetro puede estar entre 50 y 800 |_im, en particular entre 300 y 400 |_im. Los pasadores 7 se rompen cuando el macho de fundición 3 se desprende del soporte 2.

[0067] En las Figuras 10 y 11, así como en la 13 (parte derecha), se puede observar que el conformador 4 tiene en su base cavidades del mismo tipo que las cavidades 6 del soporte 2. Estas cavidades representadas en el conformador 4 tienen únicamente la función de limitar los espesores de la cerámica para facilitar la cocción. En este caso son opcionales.

Claims (11)

REIVINDICACIONES

1. Proceso para fabricar una pieza de material cerámico mediante la técnica de la fabricación aditiva o estereolitografía, donde dicha pieza se forma en estado bruto a partir de una composición cerámica fotoendurecible que comprende un polvo cerámico y una parte orgánica susceptible de ser destruida por calentamiento durante el desaglomerado y que incluye al menos un monómero y/u oligómero fotoendurecible y al menos un fotoiniciador, y que luego se somete a operaciones de desaglomerado y sinterización, caracterizado por el hecho de que:

- sobre una plataforma de trabajo (1) de una máquina de estereolitografía, se fabrica, mediante la técnica de la fabricación aditiva, simultáneamente pero por separado, a partir de una misma composición cerámica pastosa fotoendurecible:

- un conjunto en estado bruto formado por un soporte (2) de la pieza en bruto y por dicha pieza en bruto sobre dicho soporte (2), donde la superficie libre de este último tiene la impronta (2a) de una primera cara de dicha pieza en bruto, donde dicha impronta (2a) realizada en dicho soporte tiene una superficie desplazada en XYZ pero equivalente a dicha primera cara de dicha pieza en bruto para permitir que sea recibida en dicho soporte (2) y el espacio entre ambos se rellena con el material en forma de pasta que se puede eliminar una vez que se ha formado dicho conjunto en bruto; y

- un conformador (4) en bruto formado por una pieza de material cerámico cuya superficie libre lleva la impronta (4a) de una segunda cara de dicha pieza en bruto opuesta a dicha primera cara, donde dicha impronta (4a) realizada en dicho conformador (4) tiene una superficie desplazada en XYZ pero equivalente a dicha segunda cara de dicha pieza en bruto para permitir que sea recibida en dicho conformador (4);

- en un horno, se coloca, sobre dicho conformador (4) en bruto obtenido de este modo con su impronta (4a) vuelta hacia arriba, dicho conjunto en bruto obtenido de este modo con su pieza en bruto vuelta hacia abajo para que sea recibida en la impronta (4a) de dicho conformador (4), y la pieza en bruto sujeta de este modo entre el conformador (4) y el soporte (2) se somete a desaglomerado y sinterización, donde las improntas del soporte (2) y del conformador (4) hacen que la pieza quede completamente encerrada entre ellos durante las operaciones de desaglomerado y sinterización.

2. Proceso según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que la impronta (2a) del soporte (2) corresponde a una superficie desplazada de 100 a 600 |_im en XYZ de dicha primera cara de la pieza en bruto.

3. Proceso según una de las reivindicaciones 1 y 2, caracterizado por el hecho de que la impronta (4a) del conformador (4) corresponde a una superficie desplazada de 20 a 80 |_im en XYZ de dicha segunda cara de la pieza en bruto.

4. Proceso según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por el hecho de que la pieza en bruto se fabrica en posición oblicua sobre el soporte (2), donde el ángulo de inclinación del soporte con respecto a la plataforma (1) es de entre 1 y 45 °, preferiblemente de entre 15 y 25 ° y, con especial preferencia, de 20 °.

5. Proceso según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado por el hecho de que el soporte (2) se forma de manera que esté atravesado por al menos un orificio (5) que desemboca en su impronta (2a) y deja pasar un disolvente con el fin de eliminar el material pastoso no endurecido después de la formación del conjunto de soportepieza en bruto, pudiendo los orificios ser orificios de sección circular, especialmente con un diámetro de entre 2 y 8 mm.

6. Proceso según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado por el hecho de que el soporte (2) está formado de manera que esté provisto de al menos una cavidad (6) en su pared opuesta a la que lleva la impronta (2a) de la pieza en bruto, siendo probable que la cavidad o cavidades (6) se llenen con material de lastre, como arena o esferas, cuando el soporte (2) está en la posición de cocción.

7. Proceso según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado por el hecho de que el soporte (2) y la pieza en bruto y/o la plataforma (1) y el soporte (2) están unidos por tacos anti-alabeo (7) formados durante la fabricación en las áreas de la pieza en bruto que tienden al alabeo, donde los tacos (7) pueden tener un diámetro de entre 50 y 800 |_im, más preferiblemente de entre 300 y 400 |_im.

8. Proceso según una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado por el hecho de que, en el paso de fabricación, se forman sucesivas capas de composición cerámica fotoendurecible, las cuales se hacen endurecer cada vez por irradiación de acuerdo con el patrón previamente definido a partir del modelo para dicha capa y, después del paso de fabricación, el ensamblaje en bruto y el conformador (4) en bruto se someten a un paso de limpieza para eliminar la composición fotoendurecible sin endurecer, lo que permite en concreto que la pieza en bruto se desprenda de su soporte (2).

9. Proceso según una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado por el hecho de que, en el paso de fabricación, se llevan a cabo los siguientes pasos para formar partes huecas del conjunto de la pieza de soporte en bruto, en particular para formar el espacio entre el soporte y la pieza y las partes huecas dentro de la pieza:

- formación, mediante mecanizado, de al menos una impronta en al menos una capa de composición cerámica fotoendurecible endurecida a partir de la superficie superior de la misma;

- depósito en dichos uno o más huecos, para rellenarlos, de un material orgánico de sacrificio capaz de endurecerse y destruirse por calentamiento durante el desaglomerado; y

- endurecimiento del material orgánico de sacrificio para obtener una superficie horizontal dura al mismo nivel que la capa de composición cerámica endurecida cercana,

cada vez que se forman uno o más huecos, delimitado(s) de acuerdo con uno o más patrones previamente definidos a partir del modelo informático, y su(s) profundidad(es) seleccionada(s) para asegurar la continuidad de la pieza que se desea fabricar, y

una vez apiladas las capas endurecidas, se obtiene un conjunto de soporte-pieza en bruto, que se puede someter a una operación de limpieza para retirar la parte o partes no endurecidas, desprendiéndose la pieza en bruto de su soporte durante el desaglomerado.

10. Proceso según una de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado por el hecho de que, en el paso de fabricación, se forman, por un lado, una pila de soporte/pieza en bruto/(soporte/pieza en bruto)n, donde n es un número entero como 1, 2, 3 y, por otro lado, un conformador y, en el paso de cocción, se forma la pila de conformador/pieza en bruto/soporte/(pieza en bruto/soporte)n, donde las caras opuestas de cada soporte están destinadas a cooperar con las piezas en bruto, una de las cuales lleva la impronta de una cara de dicha pieza en bruto y, la otra, la impronta de la cara opuesta de dicha pieza en bruto.

11. Proceso según una de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado por el hecho de que la pieza en bruto es un macho de fundición.