ES2856205T3 - Sistema de fabricación por adición - Google Patents
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Abstract
Un sistema de fabricación por adición (1) adecuado para la fusión selectiva con láser para aplicar una capa de polvo a un sustrato (81), que comprende una unidad de fabricación rotatoria (20), en donde la unidad de fabricación rotatoria (20) comprende una primera cámara de fabricación (M) y una segunda cámara de fabricación (M), en donde la primera cámara de fabricación (M) comprende una primera cubierta que se puede abrir (30) y la segunda cámara de fabricación (M) comprende una segunda cubierta que se puede abrir (30), en donde la primera cámara de fabricación (M) comprende una primera cuchilla rascadora (93) configurada para aplicar una capa de polvo sobre un primer sustrato (81), en donde la segunda cámara de fabricación (M) comprende una segunda cuchilla rascadora (93) configurada para aplicar una capa de polvo sobre un segundo sustrato (81), en donde la unidad de fabricación rotatoria (20) está configurada para poder rotar a una primera posición en la que la primera cámara de fabricación (M) se sitúa para irradiar la capa de polvo sobre el primer sustrato (81) y la segunda cámara de fabricación (M) se sitúa para permitir una apertura de la segunda cubierta (30), y a una segunda posición en la que la segunda cámara de fabricación (M) se sitúa para irradiar la capa de polvo sobre el segundo sustrato (81) y la primera cámara de fabricación (M) se sitúa para permitir una apertura de la primera cubierta (30).
Description
DESCRIPCIÓN
Sistema de fabricación por adición
Campo de la invención
La invención se refiere a un sistema de fabricación por adición, para aplicar una capa de polvo a un sustrato, y a un método de fabricación que utiliza tal sistema de fabricación por adición.
Antecedentes de la invención
La fabricación por adición, por ejemplo, la fusión selectiva con láser, se puede entender en el sentido de que una capa delgada de, por ejemplo, polvo metálico, es esparcida sobre un sustrato y luego se fusiona o endurece mediante un rayo láser. El rayo láser efectúa una fusión y una soldadura de las partículas de polvo metálico para formar un metal casi sólido. Este proceso se puede repetir capa por capa hasta que el producto esté completo.
Los sistemas de fusión con láser a base de lecho de polvo convencionales para una construcción en capas no están diseñados para una alta productividad del sistema, sino que más bien están pensados conceptualmente para piezas individuales y prototipos. Así mismo, tales sistemas requieren una configuración y preparación que requieren mucho tiempo. Por ejemplo, un cambio de material en polvo requiere, en la mayoría de los casos, una limpieza que requiere mucho tiempo de todos los componentes y conjuntos contaminados con polvo antes de que el sistema pueda llenarse con un polvo metálico fresco. De manera adicional, el polvo se debe extraer manualmente de un área de construcción del sistema utilizando dispositivos protectores, tales como una mascarilla antipolvo o guantes y únicamente se permite su funcionamiento en un entorno libre de polvo. Durante este trabajo de mantenimiento, el sistema no es productivo y las unidades láser y ópticas son costosas y no están disponibles debido a la intervención manual y al trabajo. La productividad de los sistemas de fabricación por adición convencionales es, de este modo, limitada y no es adecuada para la producción industrial en masa de componentes.
El documento EP 2052845 A2 divulga un dispositivo para la producción de cuerpos moldeados metálicos o cerámicos. El dispositivo comprende soportes para una estructura de capa de cuerpos moldeados dispuestos en un alojamiento de cámara de proceso y una unidad de preparación de capa de polvo que tiene un depósito de polvo asignado a los soportes para preparar el polvo para cada proceso de construcción.
El documento EP 1882580 A1 divulga un recipiente intercambiable para una planta para la construcción de un cuerpo moldeado mediante la formación de capas a partir de materiales granulados que se encuentran horizontalmente unos sobre otros. El recipiente intercambiable comprende una estructura de suelo móvil en el interior de un recipiente en una dirección hacia las paredes laterales de recipiente y un accionamiento de husillo que tiene un vástago roscado que está incorporado de manera giratoria en un lado de recipiente y una tuerca de husillo en la que se apuntala la estructura de suelo, de manera que la estructura de suelo descienda gradualmente en el interior del recipiente mediante el accionamiento de husillo.
El documento EP 3124 140 A2 divulga un aparato de fabricación por adición que incluye un módulo de construcción que comprende una cámara de construcción y al menos uno de, pero menos que todos de, los siguientes elementos: (a) una fuente de energía dirigida, (b) un suministro de polvo, (c) un recipiente de recuperación de polvo, y (d) un aplicador de polvo, y una estación de trabajo que comprende el resto de los elementos (a)-(d) que no estén incluidos en el módulo de construcción. También se divulga un aparato de fabricación por adición con una mesa rotatoria.
Sumario de la invención
Puede ser necesario proporcionar un sistema y un método de fabricación por adición mejorados, que permitan una producción continua de productos en capas y, en consecuencia, una alta productividad del sistema de fabricación por adición.
El objetivo de la presente invención se resuelve con las materias objeto de las reivindicaciones independientes, en donde se incorporan realizaciones adicionales en las reivindicaciones dependientes. Cabe destacar que los aspectos de la invención que se describen a continuación se aplican también al sistema de fabricación por adición y al método de aplicación de un material en polvo a un sustrato.
De acuerdo con la presente invención, se presenta un sistema de fabricación por adición para aplicar un material en polvo a un sustrato. El sistema de fabricación por adición comprende una unidad de fabricación rotatoria.
La unidad de fabricación rotatoria comprende una primera cámara de fabricación y una segunda cámara de fabricación. La primera cámara de fabricación comprende una primera cubierta que se puede abrir y la segunda cámara de fabricación comprende una segunda cubierta que se puede abrir. La primera cámara de fabricación comprende una primera cuchilla rascadora configurada para aplicar una capa de polvo sobre un primer sustrato y la segunda cámara de fabricación comprende una segunda cuchilla rascadora configurada para aplicar una capa de polvo sobre un
segundo sustrato. La unidad de fabricación rotatoria está configurada para poder rotar a una primera posición en la que la primera cámara de fabricación se sitúa para irradiar la capa de polvo sobre el primer sustrato y la segunda cámara de fabricación se sitúa para permitir una apertura de la segunda cubierta. La unidad de fabricación rotatoria también está configurada para poder rotar a una segunda posición en la que la segunda cámara de fabricación se sitúa para irradiar la capa de polvo sobre el segundo sustrato y la primera cámara de fabricación se sitúa para permitir una apertura de la primera cubierta.
El sistema de fabricación por adición de acuerdo con la invención es adecuado para sistemas de fusión selectiva con láser. La fusión selectiva con láser (SLM) se puede entender en el sentido de que finas capas de polvo metálico fino son distribuidas de manera uniforme sobre un sustrato por medio de una cuchilla rascadora como mecanismo de revestimiento. Esto puede tener lugar dentro de una cámara que contenga una atmósfera estrictamente controlada utilizando gas inerte a niveles muy bajos de oxígeno. Una vez la capa ha sido distribuida, la capa o rebanada bidimensional de un producto se puede fusionar o endurecer fundiendo de manera selectiva el polvo. Esto se puede lograr por medio de un rayo láser de alta potencia. La energía láser se configurará para permitir la fusión y la soldadura de las partículas finas de polvo metálico para formar un metal casi sólido. Este proceso se repetirá capa tras capa hasta que el producto esté completo.
La unidad de fabricación rotatoria puede tener una forma tridimensional que tenga una parte inferior, paredes y un espacio interior donde se puede llevar a cabo la fusión selectiva del polvo metálico. El término "rotatorio" se puede entender en el sentido de que la unidad de fabricación puede ser hecha rotar alrededor de un centro de la unidad de fabricación, por ejemplo, por medio de un accionamiento rotatorio y un engranaje de anillo de cojinete de pivote, cada uno de los cuales puede ser hecho rotar 180 grados, preferentemente de manera continua en la misma dirección y sin alternar.
La unidad de fabricación rotatoria puede comprender al menos dos cámaras de fabricación estructuralmente idénticas. Sin embargo, el número de cámaras de fabricación dispuestas en la unidad de fabricación rotatoria no se limita a dos. Cada una de las cámaras de fabricación puede comprender una cubierta que se puede abrir, un sustrato y una cuchilla rascadora. La cubierta que se puede abrir se puede hacer funcionar manual o automáticamente. La cubierta que se puede abrir se puede configurar para prevenir la penetración de sustancias que interfieren en el proceso de SLM, tales como polvo, oxígeno o similares. Por consiguiente, las cubiertas que se pueden abrir pueden estar selladas herméticamente en una posición cerrada, de tal manera que se pueda proporcionar una atmósfera de protección en las cámaras de fabricación.
La cuchilla rascadora se puede configurar para que sea móvil con respecto al sustrato y para esparcir el material en polvo sobre el sustrato. El término "cuchilla rascadora" se puede entender como rasqueta, cuchilla de esparcimiento, barredora de caucho, raspador, escobilla, revestidor, rodillo o similar. La cuchilla rascadora puede aplicar cualquier tipo de mecanismo de esparcimiento adecuado para esparcir o distribuir material sobre el sustrato o portador u otra capa de material y/o para extraer el exceso de material, tal como material en polvo o salpicaduras, del sustrato u otra capa de material.
Mediante la rotación de la unidad de fabricación rotatoria, la primera cámara de fabricación se puede situar en una posición de irradiación, mientras que la segunda cámara de fabricación se puede situar en una posición de mantenimiento y viceversa. En la posición de irradiación, es decir, la posición de funcionamiento, la cámara de fabricación respectiva está configurada para recibir un rayo láser para irradiar la capa de polvo sobre cada sustrato. Así mismo, en la posición de mantenimiento, la cámara de fabricación respectiva está configurada para permitir una apertura de la cubierta que se puede abrir para llevar a cabo actividades de preparación de trabajo, tales como el llenado del material en polvo fresco, el reemplazo de una cuchilla rascadora, etc. para un proceso de SLM posterior, trabajos de mantenimiento, el enfriamiento de la cámara de fabricación y del producto y/o la extracción de los componentes y del producto del sistema de fabricación por adición.
El sistema de fabricación por adición de acuerdo con la invención puede permitir una producción continua de productos mediante la disposición en capas de polvo (metálico) de material, lo que permite, de nuevo, una producción en masa o en serie de los productos en capas. Por consiguiente, puede que no sea necesario apagar el sistema de fabricación por adición para llevar a cabo trabajos de mantenimiento o extraer los productos del sistema de fabricación por adición. Como resultado, el tiempo de irradiación se puede maximizar y el láser se puede hacer funcionar de manera continua, lo que significa que se puede lograr una máxima eficiencia general del equipo y una paralelización del tiempo principal y del procesamiento previo y posterior.
En un ejemplo, la primera cámara de fabricación y la segunda cámara de fabricación son esencialmente similares en tamaño y/o forma. Dicho de otro modo, las cámaras de fabricación pueden tener una estructura idéntica, de tal manera que la rotación de la unidad de fabricación rotatoria no afecte a la fusión selectiva del polvo metálico sobre el sustrato, sino que dé como resultado el mismo producto sin ningún ajuste de los componentes de la unidad de fabricación rotatoria. En consecuencia, se puede realizar un proceso de SLM continuo fiable.
En un ejemplo, la unidad de fabricación rotatoria tiene un área de base esencialmente circular. Dicho de otro modo, la parte inferior de la unidad de fabricación rotatoria puede tener forma de círculo o similar, lo que permite una rotación
suave de la unidad de fabricación rotatoria en torno a su centro.
En un ejemplo, la primera cámara de fabricación y la segunda cámara de fabricación comprenden cada una una entrada de ventilación y una salida de ventilación configuradas para proporcionar un flujo de gas con respecto al sustrato respectivo. Para un proceso de fusión con láser óptimo, puede ser necesario extraer el humo, las salpicaduras y las partículas, particularmente en un conducto óptico, donde, por ejemplo, se puede transmitir un rayo láser, por medio de un flujo de gas laminar sobre el sustrato. La entrada de ventilación y la salida de ventilación pueden estar configuradas para proporcionar un gas inerte a la cámara de fabricación para proteger el material en polvo de la oxidación o para formar un vacío en la cámara de fabricación. La entrada y salida de ventilación puede ser un sencillo orificio, un puerto de gas, una boquilla de gas o similar. También pueden ser una única abertura, una fila de aberturas, una matriz de aberturas o similares. El flujo de gas puede estar configurado para reducir el humo generado por el rayo láser que escanea el material en polvo esparcido sobre el sustrato o para proporcionar una condición de proceso de oxígeno reducido. La entrada de ventilación puede estar configurada para proporcionar el flujo de gas esencialmente paralelo a una dirección de movimiento de la cuchilla rascadora con respecto al sustrato o esencialmente perpendicular a la dirección de movimiento de la cuchilla rascadora con respecto al sustrato o en cualquier otra dirección angular con respecto a la dirección de movimiento de la cuchilla rascadora. Cada cámara de fabricación también puede tener más de una entrada y salida de ventilación para proporcionar el flujo de gas por separado en el conducto óptico y el sustrato.
En un ejemplo, la primera cámara de fabricación y la segunda cámara de fabricación comprenden cada una una ventana de detector configurada para dejar pasar una señal de detector. A través de la ventana de detector, diversos sensores de formación de imágenes pueden realizar un seguimiento del proceso de SLM. Los sensores de formación de imágenes pueden estar montados, por ejemplo, fuera de cada cámara de fabricación y realizar un seguimiento del proceso a través de la ventana de detector. Los sensores de formación de imágenes pueden realizar un seguimiento de un baño de fusión de polvo, así como de la totalidad de la superficie del sustrato, con el fin de controlar la calidad de aplicación del polvo o la temperatura de superficie, etc. Los sensores de formación de imágenes también pueden permitir, por ejemplo, realizar un seguimiento del flujo de gas, particularmente un flujo de gas homogéneo y laminar, para evitar la oxidación del material en polvo, una absorción de humedad por parte del material en polvo, etc. durante un escaneo láser. Así mismo, se puede realizar un seguimiento del flujo de gas en la totalidad del espacio de trabajo del dispositivo de fabricación por adición. En consecuencia, se puede lograr un proceso de fabricación fiable y, por lo tanto, productos de alta calidad.
En un ejemplo, la primera cámara de fabricación y la segunda cámara de fabricación comprenden cada una una placa inferior de cámara de fabricación, que comprende una unidad de guiado configurada para guiar la cuchilla rascadora respectiva. La placa inferior de cámara de fabricación puede ser parte de la parte inferior circular de la unidad de fabricación rotatoria o una placa extraíble. La unidad de guiado puede estar dispuesta sobre la placa inferior de cámara de fabricación y puede servir como una referencia precisa y una superficie de trabajo para la cuchilla rascadora. La unidad de guiado se puede reemplazar fácilmente en caso de desgaste.
En un ejemplo, la primera cubierta y la segunda cubierta comprenden cada una una ventana de irradiación configurada para dejar pasar la irradiación a la capa de polvo. La ventana de irradiación de cada una de las cubiertas que se pueden abrir puede estar configurada para recibir una irradiación hacia el interior de la cámara de fabricación. La ventana de irradiación puede estar formada por un material ópticamente transparente, que se puede ubicar esencialmente sobre el sustrato de la cámara de fabricación en una posición cerrada de la cubierta que se puede abrir. La ventana de irradiación se puede sellar en la cubierta que se puede abrir para prevenir la entrada de cualquier componente no deseado hacia el interior de las cámaras de fabricación. Esto permite una separación de una fuente láser del proceso de fusión con láser y, en consecuencia, puede prevenir el contacto con los vapores que salpican, las salpicaduras y los polvos de polvo en la óptica láser. Por tanto, los esfuerzos de mantenimiento y limpieza para un operario se pueden reducir.
En un ejemplo, la primera cámara de fabricación y la segunda cámara de fabricación comprenden cada una, además, un sellado. Por consiguiente, cuando las cubiertas que se pueden abrir están en posición cerrada, es decir, acopladas con la unidad de fabricación rotatoria, el sellado puede sellar herméticamente la cubierta que se puede abrir con respecto a la cámara de fabricación o la unidad de fabricación rotatoria. Por tanto, se puede establecer una atmósfera de protección en las cámaras de fabricación aplicando vacío y luego introduciendo gas inerte hacia el interior de las cámaras de fabricación. Es particularmente ventajoso para un proceso de alta calidad, si es posible, garantizar un bajo contenido de oxígeno durante el proceso de fusión con láser.
En un ejemplo, el sistema de fabricación por adición comprende, además, al menos una unidad de polvo configurada para almacenar polvo fresco, para aplicar una capa de polvo a un sustrato y para recibir el polvo en exceso. La unidad de polvo puede permitir un suministro fluido del material en polvo al sustrato del sistema de fabricación por adición, de tal manera que se pueda proporcionar con precisión un polvo fresco y se pueda recoger claramente el polvo restante/en exceso.
En un ejemplo, la unidad de polvo comprende, por ejemplo, tres recipientes, es decir, un recipiente de polvo fresco configurado para almacenar polvo fresco, un recipiente de aplicación de polvo configurado para formar una capa de
polvo sobre el sustrato, y un recipiente de exceso configurado para recoger el polvo en exceso y las salpicaduras después de aplicar la capa de polvo al sustrato. La unidad de polvo se puede introducir manual o automáticamente en el sistema de fabricación por adición a través de una abertura de unidad de polvo, que puede estar formada en un lado lateral del sistema de fabricación por adición. La unidad de polvo puede comprender un recipiente de polvo fresco en el que el polvo de material fresco se almacena en cantidad suficiente para un producto previsto, un recipiente de aplicación de polvo en el que se acumula el componente en capas, y un recipiente de exceso en el que se recoge el polvo en exceso y las salpicaduras después del proceso de SLM. La unidad de polvo se puede acoplar con la placa inferior de cámara de fabricación a través de una abertura, que puede estar formada en la parte inferior de la unidad de fabricación rotatoria. Por consiguiente, la unidad de polvo se puede situar correctamente en la unidad de fabricación rotatoria sin ninguna etapa de ajuste.
En un ejemplo, la unidad de polvo y/o al menos uno de los recipientes comprende una tapa de polvo. Dicho de otro modo, la unidad de polvo como recipiente único o al menos uno, preferentemente, cada uno de los tres recipientes individuales de la unidad de polvo, puede tener una tapa. La tapa se puede poner manual o automáticamente en cada recipiente después de una clarificación inerte del material en polvo y extraerse manual o automáticamente de cada recipiente dentro del sistema de fabricación por adición durante un proceso de SLM. Para una manipulación automática y más fácil de la tapa de recipiente, puede estar provisto un elemento de soporte de tapa, tal como una grúa en miniatura, dentro del sistema de fabricación por adición. El elemento de soporte de tapa también se puede utilizar para ayudar en la manipulación de piezas de trabajo o placas de fabricación pesadas en una atmósfera protectora o de baja presión. La clarificación inerte se puede entender en el sentido de que un gas no deseado, tal como el oxígeno, se extrae de la unidad de polvo mediante un medio de evacuación, posteriormente, se proporciona un gas inerte para garantizar un contenido de oxígeno muy bajo para la fabricación de un producto de alta calidad.
Por consiguiente, se puede prevenir que el polvo, especialmente el polvo fresco, se contamine con humo, salpicaduras, vapor o, particularmente, oxígeno.
En un ejemplo, la cuchilla rascadora está configurada para suministrar polvo desde el recipiente de polvo fresco al recipiente de aplicación de polvo y desde el recipiente de aplicación de polvo al recipiente de exceso. Dicho de otro modo, los recipientes de la unidad de polvo están dispuestos de tal manera que el recipiente de aplicación de polvo esté ubicado entre el recipiente de polvo fresco y el recipiente de exceso. Por consiguiente, si la cuchilla rascadora se mueve del recipiente de polvo fresco al recipiente de exceso, el polvo metálico se puede suministrar, en primer lugar, al recipiente de aplicación de polvo, y el polvo en exceso y las salpicaduras del recipiente de aplicación de polvo se pueden extraer al recipiente de exceso.
En un ejemplo, la unidad de polvo comprende, además, una placa de soporte de unidad de polvo y un medio de accionamiento. La placa de soporte de unidad de polvo está configurada para soportar la unidad de polvo y el medio de accionamiento está configurado para accionar la placa de soporte de unidad de polvo y, en consecuencia, la unidad de polvo entre una posición de aplicación de polvo y una posición de intercambio de recipientes. La placa de soporte de unidad de polvo puede proporcionar espacio para, por ejemplo, tres recipientes de la unidad de polvo y soportar un movimiento vertical de la unidad de polvo con respecto a la unidad de fabricación rotatoria. El movimiento vertical se puede realizar mediante el medio de accionamiento y una guía de elevación, que puede conectar la placa de soporte de unidad de polvo y la unidad de fabricación rotatoria. Mediante el accionamiento de la placa de soporte de unidad de polvo, en consecuencia, la unidad de polvo se eleva a la unidad de fabricación rotatoria y la unidad de polvo puede llegar a la posición de aplicación de polvo, en la que la unidad de polvo se acopla con y/o se presiona contra la abertura de la unidad de fabricación rotatoria y/o la placa inferior de cámara de fabricación. Así mismo, la placa de soporte de unidad de polvo también se puede alejar de la unidad de fabricación rotatoria mediante el medio de accionamiento y la unidad de polvo puede llegar a la posición de intercambio de recipientes, en la que los recipientes se pueden cambiar a través de un lado lateral del sistema de fabricación por adición, se puede realizar un trabajo de mantenimiento en la unidad de polvo o se puede hacer rotar la unidad de fabricación rotatoria. El medio de accionamiento y, en particular, la guía de elevación, también se pueden utilizar para un movimiento vertical de una placa de fabricación.
En un ejemplo, el recipiente de polvo fresco y el recipiente de aplicación de polvo comprenden cada uno una placa inferior de recipiente y un medio de elevación. El medio de elevación está configurado para elevar la placa inferior de recipiente dentro del recipiente respectivo. El recipiente de polvo fresco y el recipiente de aplicación de polvo de la unidad de polvo pueden comprender cada uno una placa inferior de recipiente, que sella el interior de cada recipiente al exterior. Sobre la placa inferior de recipiente, puede estar integrado un sistema de fijación de punto cero, que permite un reemplazo rápido, fácil y preciso de un sustrato. Cada placa inferior de recipiente se puede acoplar con un medio de elevación para mover la placa inferior de recipiente verticalmente con respecto al recipiente correspondiente. El medio de elevación puede estar unido de manera fija a la parte inferior del sistema de fabricación por adición o ser hecho rotar junto con el recipiente respectivo para garantizar un acoplamiento fiable entre el recipiente y el medio de elevación, a pesar de las rotaciones repetidas de la unidad de polvo. El medio de elevación puede comprender un vástago de elevación y una interfaz de elevación, que se puede conectar a la placa inferior de recipiente. Cuando la unidad de fabricación rotatoria es hecha rotar, por ejemplo, 180 grados antes o después de un ciclo de producción, es decir, la unidad de fabricación rotatoria no rota durante un proceso de SLM, el medio de elevación puede estar en una posición retraída y no tener ningún acoplamiento con la placa inferior de recipiente, lo que garantiza una rotación libre de colisiones. En un ejemplo, el recipiente de exceso también puede comprender una placa inferior de recipiente y un
medio de elevación para facilitar la extracción del polvo en exceso y las salpicaduras del recipiente de exceso.
En un ejemplo, el sistema de fabricación por adición comprende, además, una unidad de irradiación configurada para proporcionar irradiación para irradiar la capa de polvo. La unidad de irradiación puede comprender al menos un láser y al menos una unidad de desviación de irradiación configurada para guiar la irradiación procedente de una fuente de irradiación hacia la capa de polvo. En una forma sencilla, el sistema de fabricación por adición puede tener al menos una unidad de desviación de irradiación, pero se puede ampliar hasta cuatro o más unidades de desviación de irradiación para un diseño altamente productivo. La fuente de irradiación puede estar alojada en un armario de control con aire acondicionado y la irradiación puede ser guiada, por ejemplo, en un cable de fibra óptica hasta la unidad de desviación de irradiación correspondiente, de tal manera que la irradiación se pueda aplicar sobre el sustrato. La unidad de irradiación se puede separar de la cámara de fabricación a través de la cubierta que se puede abrir y la ventana de irradiación. Dicho de otro modo, la irradiación puede pasar a la capa de polvo a través de la ventana de irradiación con el fin de separar la unidad de irradiación del entorno de proceso polvoriento. En consecuencia, el esfuerzo de mantenimiento y limpieza para un operario se puede reducir.
En un ejemplo, el sistema de fabricación por adición comprende, además, una unidad de evacuación configurada para reducir la presión en la cámara de fabricación. La unidad de evacuación permite extraer gas no deseado, tal como oxígeno, de la cámara de fabricación y la unidad de polvo y mantener el vacío o proporcionar un gas inerte para garantizar un contenido de oxígeno muy bajo para la fabricación de un producto de alta calidad.
En un ejemplo, el sistema de fabricación por adición comprende, además, una unidad de calentamiento configurada para calentar la cámara de fabricación. Particularmente, la unidad de calentamiento puede calentar el sustrato a 250 °C, o incluso a 500 - 600 °C, temperatura a la que se realiza el proceso de SLM. El sustrato calentado puede proporcionar gradientes de temperatura inferiores durante una etapa de enfriamiento del producto en capas, lo cual puede reducir una tensión residual del producto.
En un ejemplo, la unidad de fabricación rotatoria y la unidad de polvo están dispuestas en una porción de base y la unidad de irradiación está dispuesta en una porción óptica, en donde la porción de base y la porción óptica están montadas entre sí de manera liberable. La porción óptica se puede montar previamente en paralelo a la estructura de la porción de base con todos los componentes ópticos. Los componentes ópticos pueden estar integrados por medio de un cuadro de conjunto óptico en la porción óptica. El cuadro de conjunto óptico puede servir para la integración y disposición de la unidad de desviación de irradiación. Mediante un sencillo cambio del cuadro de conjunto óptico con diferentes unidades de desviación de irradiación, el sistema de fabricación por adición puede ser modular.
En un ejemplo, la porción de base y/o la porción óptica están hechas de fundición mineral. El uso de fundición mineral puede proporcionar una alta amortiguación de vibraciones, inercia térmica y una base de máquina ideal para máquinas ópticas de alta precisión.
En un ejemplo, la fabricación por adición puede comprender, además, dos cubiertas protectoras dispuestas de manera fija en la porción óptica por encima de cada cámara de fabricación. Es posible que las cubiertas protectoras no roten mientras las cámaras de fabricación rotan a la primera y a la segunda posiciones. Dicho de otro modo, las cámaras de fabricación pueden rotar fuera de la primera cubierta protectora y la segunda cubierta protectora y rotar en la segunda cubierta protectora y la primera cubierta protectora o respectivamente. Las cubiertas protectoras se pueden abrir para preparar un proceso de SLM o para llevar a cabo trabajos de mantenimiento.
De acuerdo con la invención, también se presenta un método de aplicación de un material en polvo a un sustrato. Este consta de las siguientes etapas:
a) proporcionar una unidad de fabricación rotatoria en un sistema de fabricación por adición con una primera cámara de fabricación y una segunda cámara de fabricación,
en donde la primera cámara de fabricación comprende una primera cubierta que se puede abrir y la segunda cámara de fabricación comprende una segunda cubierta que se puede abrir, y
en donde la primera cámara de fabricación comprende una primera cuchilla rascadora configurada para aplicar una capa de polvo sobre un primer sustrato y la segunda cámara de fabricación comprende una segunda cuchilla rascadora configurada para aplicar una capa de polvo sobre un segundo sustrato,
b) hacer rotar la unidad de fabricación rotatoria desde una primera posición en la que la primera cámara de fabricación se sitúa para irradiar la capa de polvo sobre el primer sustrato y la segunda cámara de fabricación se sitúa para abrir la segunda cubierta a una segunda posición en la que la segunda cámara de fabricación se sitúa para irradiar la capa de polvo sobre el segundo sustrato y la primera cámara de fabricación se sitúa para abrir la primera cubierta.
La unidad de fabricación rotatoria no rota durante un proceso de SLM, sino que únicamente la cuchilla rascadora se mueve en la cámara de fabricación respectiva para suministrar polvo fresco desde un recipiente de polvo fresco al sustrato respectivo.
En un ejemplo, el método comprende, además, entre la etapa a) y la etapa b), al menos una de las siguientes etapas:
- insertar una unidad de polvo a través de un lado lateral del sistema de fabricación por adición con respecto a la unidad de fabricación rotatoria,
- extraer una tapa de la unidad de polvo,
- montar un sustrato en el recipiente de aplicación de polvo y conectar el sustrato con un medio de calentamiento, - montar y ajustar la cuchilla rascadora,
- ajustar la altura del sustrato por medio de una placa inferior de recipiente y un medio de elevación,
- proporcionar al menos dos depósitos de polvo en una posición de almacenamiento del sistema de fabricación por adición,
- cerrar una cubierta protectora del sistema de fabricación por adición y suministrar gas inerte hacia el interior de la primera cámara de fabricación,
- proporcionar polvo fresco desde el depósito de polvo al recipiente de polvo fresco,
- fabricar una capa de prueba,
- cerrar la primera cubierta que se puede abrir, reduciendo la presión o aplicando vacío posteriormente y proporcionando gas inerte hacia el interior de la primera cámara de fabricación,
- hacer rotar la unidad de fabricación rotatoria acoplada a una posición en la que la primera cámara de fabricación se sitúa para irradiar la capa de polvo sobre el primer sustrato,
- irradiar el sustrato por medio de una unidad de irradiación,
- abrir la cubierta protectora del sistema de fabricación por adición y enfriar la primera cámara de fabricación, - proporcionar depósitos de polvo y herramientas de mantenimiento en la posición de almacenamiento del sistema de fabricación por adición,
- cerrar la cubierta protectora del sistema de fabricación por adición y suministrar gas inerte hacia el interior de la primera cámara de fabricación,
- abrir la primera cubierta que se puede abrir y extraer un producto,
- separar el medio de calentamiento, extrayendo el sustrato y los polvos restantes en la posición de almacenamiento, - llenar los polvos en el recipiente de polvo fresco y cerrar el recipiente de polvo fresco, y
- abrir la cubierta protectora y extraer el producto del sistema de fabricación por adición.
Después de un proceso de SLM, por ejemplo, en la primera cámara de fabricación, la unidad de fabricación rotatoria puede rotar 180 grados, de tal manera que la primera cámara de fabricación con un producto completamente estratificado pueda rotar a la segunda posición. En la segunda posición, la segunda cámara de fabricación se puede situar para irradiar la capa de polvo sobre el segundo sustrato y la primera cámara de fabricación se puede situar para permitir trabajos de mantenimiento y la extracción del producto en capas. Después de completar un proceso de SLM en la segunda cámara de fabricación, la unidad de fabricación rotatoria puede rotar y puede seguir un proceso de SLM posterior en la primera cámara de fabricación. De esta manera, se puede realizar un proceso de SLM continuo.
El sistema de fabricación por adición de acuerdo con la invención se ha diseñado para uso industrial y puede funcionar en un entorno de producción normal. El sistema y sus interfaces están adaptados para permitir un funcionamiento más seguro en términos de manipulación de polvos metálicos sin equipo protector personal. De manera adicional, el sistema de fabricación por adición está configurado para evitar el contacto directo con el polvo durante el funcionamiento del sistema. El sistema de fabricación por adición permite, además, una construcción robusta y precisa.
Debe entenderse que el sistema de fabricación por adición y el método de aplicación de un material en polvo a un sustrato de acuerdo con las reivindicaciones independientes tienen realizaciones preferentes similares y/o idénticas, en particular, como se define en las reivindicaciones dependientes. Se entenderá, además, que una realización preferente de la invención también puede ser cualquier combinación de las reivindicaciones dependientes con la reivindicación independiente respectiva.
Estos y otros aspectos de la presente invención se pondrán de manifiesto y se elucidarán haciendo referencia a las realizaciones que se describen en lo sucesivo en el presente documento.
Breve descripción de los dibujos
A continuación, se describirán las realizaciones de la invención haciendo referencia a los dibujos adjuntos:
La figura 1 muestra esquemáticamente y a modo de ejemplo una realización de una unidad de fabricación rotatoria de un sistema de fabricación por adición de acuerdo con la invención para aplicar una capa de polvo a un sustrato.
La figura 2 muestra esquemáticamente y a modo de ejemplo una realización de una unidad de fabricación rotatoria acoplada con una unidad de polvo de un sistema de fabricación por adición de acuerdo con la invención para aplicar una capa de polvo a un sustrato.
La figura 3 muestra esquemáticamente y a modo de ejemplo una realización de una unidad de polvo de un sistema de fabricación por adición de acuerdo con la invención para aplicar una capa de polvo a un sustrato.
La figura 4 muestra esquemáticamente y a modo de ejemplo una vista en sección transversal de la realización de la figura 2.
La figura 5 muestra esquemáticamente y a modo de ejemplo una realización de un sistema de fabricación por adición de acuerdo con la invención para aplicar una capa de polvo a un sustrato.
La figura 6 muestra esquemáticamente y a modo de ejemplo la realización de un sistema de fabricación por adición de acuerdo con la invención para aplicar una capa de polvo a un sustrato.
La figura 7 muestra esquemáticamente y a modo de ejemplo una vista en sección transversal de la realización de la figura 6.
La figura 8 muestra esquemáticamente y a modo de ejemplo la realización de un sistema de fabricación por adición de acuerdo con la invención para aplicar una capa de polvo a un sustrato.
La figura 9 muestra esquemáticamente y a modo de ejemplo la realización de un sistema de fabricación por adición de acuerdo con la invención para aplicar una capa de polvo a un sustrato.
La figura 10 muestra esquemáticamente y a modo de ejemplo una realización de un sistema de fabricación por adición automatizado de acuerdo con la invención para aplicar una capa de polvo a un sustrato.
La figura 11 muestra una visión general esquemática de las etapas de un método de aplicación de un material en polvo a un sustrato.
Descripción detallada de las realizaciones
La figura 1 muestra esquemáticamente y a modo de ejemplo una unidad de fabricación rotatoria 20 de un sistema de fabricación por adición 1 de acuerdo con la invención para aplicar una capa de polvo a un sustrato 81. La unidad de fabricación rotatoria 20 comprende una primera cámara de fabricación M y una segunda cámara de fabricación M. La primera cámara de fabricación M y la segunda cámara de fabricación M son esencialmente de tamaño y/o forma similar.
Así mismo, la primera cámara de fabricación M y la segunda cámara de fabricación M comprenden cada una una ventana de detector 20a, a través de la cual se puede realizar un seguimiento del proceso de fusión con láser por medio de diversos sensores de formación de imágenes 35 (véase la figura 6).
Para un proceso de fusión con láser óptimo, puede ser necesario extraer los humos, las salpicaduras y las partículas de la zona de irradiación por medio de un flujo de gas laminar sobre el lecho o sustrato de polvo 81. Por consiguiente, una entrada de ventilación 20b y una salida de ventilación 20c están integradas en cada cámara de fabricación M de la unidad de fabricación rotatoria 20 a lo largo de la zona de irradiación. El flujo de gas dentro de las cámaras de fabricación M se puede realizar, por ejemplo, por medio de boquillas de flujo de gas anexables 20e (véase también la figura 4).
Ambas cámaras de fabricación M se pueden sellar herméticamente por medio de una cubierta que se puede abrir 30, de tal manera que se pueda acumular una atmósfera protectora en las cámaras de fabricación M (véase también la figura 2). En particular, un sello 20d dispuesto entre la unidad de fabricación rotatoria 20 y las cubiertas que se pueden abrir 30 permite generar un vacío y hacer fluir un gas inerte en la cámara de fabricación M sin fugas.
La cubierta que se puede abrir 30 tiene una forma circular para adaptarse a la unidad de fabricación rotatoria 20 y dispuesta simétricamente en la unidad de fabricación rotatoria 20. De manera adicional, cada cámara de fabricación M comprende una abertura formada en la parte inferior de la unidad de fabricación rotatoria 20. A través de la abertura, una unidad de polvo P se puede acoplar con la unidad de fabricación rotatoria 20.
La figura 2 muestra esquemáticamente y a modo de ejemplo una realización de la unidad de fabricación rotatoria 20 acoplada con la unidad de polvo P del sistema de fabricación por adición 1 de acuerdo con la invención. En el lado inferior de la unidad de fabricación rotatoria 20, dos unidades de polvo P están dispuestas simétricamente en la abertura de la unidad de fabricación rotatoria 20.
Como se muestra en la figura 3, cada unidad de polvo P puede comprender, por ejemplo, tres recipientes. Un recipiente de polvo fresco 26 almacena polvo fresco, un recipiente de aplicación de polvo 27 permite la formación de una capa de polvo sobre un sustrato 81, y un recipiente de exceso 28 recoge el polvo en exceso y las salpicaduras después de aplicar la capa de polvo al sustrato 81.
Cada unidad de polvo P está dispuesta sobre una placa de soporte de unidad de polvo 21, que se puede mover verticalmente entre una posición de aplicación de polvo y una posición de intercambio de recipientes por medio de un medio de accionamiento 22. El medio de accionamiento 22 está montado entre el lado inferior de la unidad de fabricación rotatoria 20 y la placa de soporte de unidad de polvo 21 para subir o bajar la placa de soporte de unidad de polvo 21, en consecuencia, la unidad de polvo P. Cuando se eleva la placa de soporte de unidad de polvo 21
mediante el medio de accionamiento 22, la unidad de polvo P se puede situar con precisión y sellar herméticamente mediante una placa inferior de cámara de fabricación 24, mediante la cual la unidad de polvo P se acopla con la unidad de fabricación rotatoria 20 (véase también la figura 4). Por ejemplo, cuatro guías de elevación 23 conectan la unidad de fabricación rotatoria 20 y la placa de soporte de unidad de polvo 21 utilizando casquillos de guía de elevación 23b para soportar un movimiento vertical de la placa de soporte de unidad de polvo 21. En la posición bajada, es decir, la posición de intercambio de recipientes, la unidad de polvo P se puede intercambiar. La unidad de polvo P también puede comprender un mango 29 para la inserción y extracción automática de la unidad de polvo.
La figura 4 muestra esquemáticamente y a modo de ejemplo una vista en sección transversal de la unidad de polvo P acoplada con la unidad de fabricación rotatoria 20. El recipiente de polvo fresco 26 y el recipiente de aplicación de polvo 27 tienen una placa inferior de recipiente integrada 80, que sella el interior de los recipientes de polvo al exterior. Sobre la placa inferior de recipiente 80, está integrado un sistema de fijación de punto cero 80a, que permite un reemplazo rápido, fácil y preciso del sustrato 81.
En cada lado inferior del recipiente de polvo fresco 26 y el recipiente de aplicación de polvo 27, está unido un medio de elevación 11 (véase también la figura 7). El medio de elevación 11 puede ser hecho rotar junto con el recipiente respectivo o estar fijado en la parte inferior del sistema de fabricación por adición 1. El medio de elevación 11 comprende un vástago de elevación 11a y una interfaz de placa inferior de recipiente 11b y mueve la placa inferior de recipiente 80 verticalmente dentro de los recipientes 26, 27. Cuando la unidad de fabricación rotatoria acoplada 25 es hecha rotar 180 grados antes o después de un ciclo de producción, el medio de elevación 11 se mueve a una posición retraída y no está acoplado con la placa inferior de recipiente 80, lo que garantiza una rotación libre de colisiones de la unidad de fabricación rotatoria 20. Por otra parte, la placa inferior de recipiente 80 se mantiene en su lugar mediante la unidad de fijación integrada 80b, cuando el medio de elevación se mueve a la posición retraída.
Durante un proceso de SLM en una de las cámaras de fabricación M, la placa inferior de recipiente 80 del recipiente de aplicación de polvo 27 es revestida en capas por medio de una cuchilla rascadora 93 unida a un cuerpo de cuchilla rascadora 90. La cuchilla rascadora 93 suministra polvo desde el recipiente de polvo fresco 26 al recipiente de aplicación de polvo 27 y desde el recipiente de aplicación de polvo 27 al recipiente de exceso 28 a través de su movimiento lineal guiado por un carril de cuchilla rascadora 91. El movimiento de la cuchilla rascadora 93 es soportado por un medio de accionamiento de cuchilla rascadora 92 conectado al cuerpo de cuchilla rascadora 90.
Sobre la placa inferior de cámara de fabricación 24, está montada una unidad de guiado 94, que sirve como referencia precisa durante el movimiento de la cuchilla rascadora 93. La unidad de guiado 94 es fácil de reemplazar en caso de desgaste. Por lo tanto, la cuchilla rascadora 93 puede retroceder rápidamente a la posición inicial y la capa revestida está lista para ser expuesta por medio de una unidad de desviación de irradiación 51, 52 (véase también la figura 6) de acuerdo con las especificaciones del producto. Posteriormente, el polvo de material requerido para la siguiente capa es suministrado por el medio de elevación 11 del recipiente de polvo fresco 26 con el fin de esparcir el polvo sobre el sustrato 81. Al mismo tiempo, el polvo en exceso es barrido por la cuchilla rascadora 93 hacia el interior del recipiente de exceso 28. El proceso de revestimiento e irradiación se repite hasta que la totalidad del componente se haya acumulado en capas.
Las figuras 5 a 9 muestran esquemáticamente y a modo de ejemplo una realización del sistema de fabricación por adición 1. El sistema de fabricación por adición 1 comprende una porción de base 10 y una porción óptica 40, en donde la porción de base 10 y la porción óptica 40 están montadas entre sí de manera liberable. La porción de base 10 y/o la porción óptica 40 están hechas de fundición mineral. La fundición mineral permite una alta amortiguación de vibraciones y estabilidad térmica y, por lo tanto, es una base de máquina ideal para máquinas ópticas de precisión.
En la porción de base 10, están dispuestas la unidad de fabricación rotatoria 20 y la unidad de polvo P, y en la porción óptica 40, está dispuesta una unidad de irradiación. La unidad de fabricación rotatoria 20 en la porción de base 10 puede ser hecha rotar de manera continua en la misma dirección o puede ser hecha rotar 180 grados alternando hacia la izquierda o hacia la derecha por medio de un accionamiento rotatorio 36 y un engranaje de anillo de cojinete de pivote 37. Sobre la porción de base 10, se sitúa la porción óptica 40 después de una integración de la unidad de fabricación rotatoria completa 25 acoplada con la unidad de polvo P. La porción óptica 40 se puede montar previamente con todos los componentes ópticos en paralelo al montaje de la porción de base 10. Los componentes ópticos se integran en la porción óptica 40 utilizando un cuadro de conjunto óptico 50. El cuadro de conjunto óptico 50 sirve esencialmente para la integración y disposición de la unidad de desviación de irradiación 51, 52. La unidad de desviación de irradiación 51, 52 guía la irradiación procedente de una fuente de irradiación hacia la capa de polvo.
El sistema de fabricación por adición 1 puede ser modular mediante un sencillo cambio del cuadro de conjunto óptico 50 con diferentes unidades de desviación de irradiación. En una forma sencilla, el sistema de fabricación por adición 1 tiene al menos una unidad de desviación de irradiación 51, pero se puede ampliar hasta cuatro unidades de desviación de irradiación para un diseño altamente productivo.
La fuente de irradiación puede estar alojada en un armario de control con aire acondicionado 60 y la irradiación es guiada por un cable de fibra óptica hasta la unidad de desviación de irradiación 51, 52 correspondiente. La unidad de irradiación 51, 52 se separa de la cámara de fabricación M a través de la cubierta que se puede abrir 30 y la ventana
de irradiación 31, de tal manera que la irradiación pasa a la capa de polvo/sustrato 81 a través de la ventana de irradiación 31 sin afectar a la unidad de irradiación 51, 52 desde el entorno de proceso polvoriento, tal como el humo, salpicaduras, las partículas, etc.
La porción óptica 40 puede estar provista adicionalmente de una cubierta protectora 70, una ventana de seguimiento 71, un medio de acceso 72, una unidad de succión de polvo 74 y una unidad de guía de cubierta que se puede abrir 32, 33. La cubierta protectora 70 se puede abrir, de tal manera que un operario pueda tener acceso al interior del sistema de fabricación por adición 1 a través del medio de acceso 72 para el mantenimiento (limpieza, reemplazo, etc.) de la cuchilla rascadora 93 de la que se puede realizar un seguimiento a través de la ventana de seguimiento 71. Así mismo, la unidad de succión de polvo 74 extrae el polvo de un producto en capas terminado y la unidad de guía de cubierta que se puede abrir 32, 33 soporta la cubierta que se puede abrir 30 para una apertura y un cierre fáciles. La cubierta que se puede abrir 30 se puede abrir en una dirección vertical por medio de la unidad de guía de cubierta 32, 33 o puede ser una solapa que se pliega hacia arriba y hacia abajo para abrirse y cerrarse.
En la porción de base 10, la unidad de polvo P se puede insertar en el sistema de fabricación por adición 1 de manera manual o automatizada a través de una abertura de unidad de polvo 10b dispuesta en una superficie frontal o en una superficie lateral de la porción de base 10. La unidad de polvo P se puede insertar en el sistema de fabricación por adición 1 o extraerse del sistema de fabricación por adición 1, por ejemplo, por medio de un riel de transporte de unidad de polvo. El recipiente de polvo fresco 26 puede comprender una tapa 73, que se puede cerrar después del proceso de SLM, extraída después de un trabajo de mantenimiento a través del medio de acceso 72, y almacenada en una posición de almacenamiento en la porción óptica 40. La tapa de recipiente 73 también se puede abrir y cerrar automáticamente por medio de un elemento de soporte de tapa, tal como una grúa en miniatura, que puede estar provisto dentro del sistema de fabricación por adición 1.
La abertura de unidad de polvo 10b puede tener dos hojas de puerta, que se pueden abrir como una compuerta. Adicionalmente, tan pronto como el ángulo de apertura de las dos hojas de puerta supere aproximadamente 90°, las hojas de puerta se pueden deslizar al menos parcialmente dentro de un rebaje o una hendidura en o debajo de la porción de base 10.
La figura 10 muestra esquemáticamente y a modo de ejemplo una realización de un sistema de fabricación por adición automatizado de acuerdo con la invención para aplicar una capa de polvo a un sustrato. En el sistema de fabricación por adición automatizado, una pluralidad de sistemas de fabricación por adición 1 están dispuestos en serie.
En caso de un cambio de material o una extracción automática de la unidad de polvo P, la placa de soporte de unidad de polvo 21 se baja a la posición de cambio de polvo y la unidad de polvo P se puede extraer a través de la abertura de unidad de polvo 10b y reemplazarse por recipientes de polvo recién preparados con un dispositivo de automatización 110. De este modo, el dispositivo de automatización 110 permite una producción industrial en masa. El recipiente de polvo fresco 26 y el recipiente de exceso 28 se pueden transportar a través del dispositivo de automatización 110 a una unidad de extracción y preparación de polvo 120. En la unidad de preparación de polvo 120, el polvo restante en el recipiente de exceso 28 y el recipiente de polvo fresco 26 se extrae y se suministra polvo fresco 1a hacia el interior del recipiente de polvo fresco 26 para un uso próximo en el sistema de fabricación por adición 1.
Por otra parte, el recipiente de aplicación de polvo 27 se transporta a una unidad de preparación de sustrato 130 por medio del dispositivo de automatización 110. El sustrato 81 con un producto 1b se extrae automáticamente del recipiente de aplicación de polvo 27 y el producto 1b se puede separar del sustrato 81. El sustrato 81 se puede preparar en la unidad de preparación de sustrato 130 y situarse en el recipiente de aplicación de polvo 27 y luego proporcionarse al sistema de fabricación por adición 1 de nuevo.
El sistema de fabricación por adición 1 es muy fácil y moderno en términos de funcionamiento y permite un uso individual para un operario. Por consiguiente, se puede integrar una pantalla multitáctil y se pueden crear perfiles de usuario y vistas de usuario, por ejemplo, en un teléfono inteligente o un Head Up Display (sistema de visualización frontal), de conformidad con los niveles de autorización de operario. En el sistema de fabricación por adición 1 de acuerdo con la invención, las vistas deseadas del proceso, de los programas de control y/o de los datos de proceso se pueden visualizar en la pantalla en un tamaño deseado mediante, por ejemplo, los sensores de formación de imágenes 35 integrados en el sistema de fabricación por adición 1.
La figura 11 muestra una visión general esquemática de las etapas de un método de aplicación de un material en polvo a un sustrato 81. El método comprende las siguientes etapas:
- En una primera etapa S1, proporcionar una unidad de fabricación rotatoria 20 en un sistema de fabricación por adición 1 con una primera cámara de fabricación M y una segunda cámara de fabricación M.
La primera cámara de fabricación M comprende una primera cubierta que se puede abrir 30 y la segunda cámara de fabricación M comprende una segunda cubierta que se puede abrir 30.
La primera cámara de fabricación M comprende una primera cuchilla rascadora 93 configurada para aplicar una capa
de polvo sobre un primer sustrato 81 y la segunda cámara de fabricación M comprende una segunda cuchilla rascadora 93 configurada para aplicar una capa de polvo sobre un segundo sustrato 81.
- En una segunda etapa S2, hacer rotar la unidad de fabricación rotatoria 20 desde una primera posición en la que la primera cámara de fabricación M se sitúa para irradiar la capa de polvo sobre el primer sustrato 81 y la segunda cámara de fabricación M se sitúa para abrir la segunda cubierta 30 a una segunda posición en la que la segunda cámara de fabricación M se sitúa para irradiar la capa de polvo sobre el segundo sustrato 81 y la primera cámara de fabricación M se sitúa para abrir la primera cubierta 30.
El método de aplicación de un material en polvo a un sustrato 81 puede comprender etapas adicionales (que no se muestran):
- insertar una unidad de polvo P a través de un lado lateral del sistema de fabricación por adición 1 con respecto a la unidad de fabricación rotatoria 20,
- extraer una tapa 73 de la unidad de polvo P,
- montar un sustrato 81 en un recipiente de aplicación de polvo 27 y conectar el sustrato 81 con un medio de calentamiento,
- montar y ajustar la cuchilla rascadora 93,
- ajustar la altura del sustrato 81 por medio de una placa inferior de recipiente 80 y un medio de elevación 11, - proporcionar al menos dos depósitos de polvo en una posición de almacenamiento del sistema de fabricación por adición 1 para llenar manualmente el recipiente de polvo fresco 26,
- cerrar una cubierta protectora 70 del sistema de fabricación por adición 1 y suministrar gas inerte hacia el interior de la primera cámara de fabricación M,
- proporcionar polvo fresco desde el depósito de polvo al recipiente de polvo fresco 26, y
- fabricar una capa de prueba.
La capa de prueba y el proceso de SLM pueden ser controlados cualitativamente por un operario a través de la ventana de seguimiento 71. Tan pronto como la capa de prueba sobre el sustrato 81 del recipiente de aplicación de polvo 27 sea satisfactoria, la cubierta que se puede abrir 30 se puede bajar por medio de una unidad de guía de cubierta que se puede abrir 33 y sella herméticamente la cámara de fabricación M.
El método de aplicación de un material en polvo a un sustrato 81 puede comprender etapas adicionales (que no se muestran):
- cerrar la primera cubierta que se puede abrir 30, aplicando vacío posteriormente y proporcionando gas inerte hacia el interior de la primera cámara de fabricación M,
- hacer rotar la unidad de fabricación rotatoria acoplada 25 a una posición para irradiar la capa de polvo sobre el primer sustrato 81, en donde las placas inferiores de recipiente 80 en el recipiente de polvo fresco 26 y el recipiente de aplicación de polvo 27 se mantienen en su lugar mediante una unidad de fijación integrada 80b y un medio de elevación 11 movido a una posición retraída, y
- irradiar el sustrato 81 por medio de una unidad de irradiación 51, 52.
Durante el proceso de SLM, el sustrato 81 del recipiente de aplicación de polvo 27 es revestido en capas por medio de la cuchilla rascadora 93. El polvo en exceso es barrido por la cuchilla rascadora 93 hacia el interior de un recipiente de exceso 28. Posteriormente, la cuchilla rascadora 93 retrocede rápidamente a una posición inicial y la capa de polvo sobre el sustrato 81 es expuesta, de acuerdo con las especificaciones del componente, a las unidades de desviación de irradiación 51, 52. Al mismo tiempo, el material en polvo requerido para una capa posterior se suministra mediante el medio de elevación 11 del recipiente de polvo fresco 26 y se repite el proceso de revestimiento e irradiación hasta que la totalidad del producto se ha acumulado en capas.
El método de aplicación de un material en polvo a un sustrato 81 puede comprender etapas adicionales (que no se muestran):
- abrir la cubierta protectora 70 del sistema de fabricación por adición 1 y enfriar la primera cámara de fabricación M, - proporcionar depósitos de polvo y herramientas de mantenimiento en la posición de almacenamiento del sistema de fabricación por adición 1,
- cerrar la cubierta protectora 70 del sistema de fabricación por adición 1 y suministrar gas inerte hacia el interior de la primera cámara de fabricación M,
- abrir la primera cubierta que se puede abrir 30 y extraer un producto,
- separar el medio de calentamiento, extrayendo el sustrato 81 y los polvos restantes en la posición de almacenamiento,
- llenar los polvos en el recipiente de polvo fresco 26 y cerrar el recipiente de polvo fresco con la tapa 73, y
- abrir la cubierta protectora 70 y extraer el producto del sistema de fabricación por adición 1.
Cabe destacar que las realizaciones de la invención se describen haciendo referencia a diferentes materias objeto. En particular, algunas realizaciones se describen haciendo referencia a las reivindicaciones de tipo de método, mientras
que otras realizaciones se describen haciendo referencia a las reivindicaciones de tipo dispositivo. Sin embargo, un experto en la materia deducirá, a partir de lo anterior y de la siguiente descripción, que, a menos que se notifique lo contrario, además de cualquier combinación de características que pertenezcan a un tipo de materia objeto, también se considera que se divulga, mediante esta solicitud, cualquier combinación entre características relacionadas con diferentes materias objeto. Sin embargo, todas las características se pueden combinar proporcionando efectos sinérgicos que son más que la sencilla suma de las características.
Si bien la invención se ha ilustrado y descrito en detalle en los dibujos y en la descripción anterior, tales ilustración y descripción han de considerarse ilustrativas o a modo de ejemplo y no como restrictivas. La invención no está limitada a las realizaciones divulgadas. Los expertos en la materia pueden entender y efectuar otras variaciones de las realizaciones divulgadas a la hora de poner en práctica la invención reivindicada, a partir de un estudio de los dibujos, de la divulgación y de las reivindicaciones dependientes.
En las reivindicaciones, la expresión "que comprende(n)/comprendiendo" no excluye otros elementos o etapas y los artículos indefinidos "un(os)" o "una(s)" no excluyen una pluralidad. Un único procesador u otra unidad puede satisfacer las funciones de los varios artículos citados en las reivindicaciones. El mero hecho de que se enumeren ciertas medidas en reivindicaciones diferentes mutuamente dependientes no indica que no pueda se utilizar ventajosamente una combinación de estas medidas. Ningún símbolo de referencia en las reivindicaciones debería interpretarse como limitante del alcance.
Lista de símbolos de referencia
1 sistema de fabricación por adición
10 porción de base
10b apertura de unidad de polvo
11 medio de elevación
11a vástago de elevación
11b interfaz de placa inferior de recipiente
20 unidad de fabricación rotatoria
20a ventana de detector
20b entrada de ventilación
20c salida de ventilación
20d sellado
20e boquillas de flujo de gas
21 placa de soporte de unidad de polvo
22 medio de accionamiento
23 guía de elevación
23b casquillo de guía de elevación
24 placa inferior de cámara de fabricación
26 recipiente de polvo fresco
27 recipiente de aplicación de polvo
28 recipiente de exceso
29 mango
30 cubierta que se puede abrir
31 ventana de irradiación
32, 33 unidad de guía de cubierta que se puede abrir
35 sensores de formación de imágenes
36 accionamiento rotatorio
37 engranaje de anillo de cojinete de pivote
40 porción óptica
50 cuadro de conjunto óptico
unidad de irradiación
60 armario de control con aire acondicionado
70 cubierta protectora
71 ventana de seguimiento
72 medio de acceso
73 tapa de polvo
74 unidad de succión de polvo
80 placa inferior de recipiente
80a sistema de fijación de punto cero
80b unidad de fijación
81 sustrato
90 cuerpo de cuchilla rascadora
91 riel de cuchilla rascadora
92 medio de accionamiento de cuchilla rascadora
93 cuchilla rascadora
94 unidad de guiado
110 dispositivo de automatización de preparación de unidad de polvo 120 unidad de preparación de polvo
130 unidad de preparación de sustrato
M cámara de fabricación
P unidad de polvo
Claims (20)
1. Un sistema de fabricación por adición (1) adecuado para la fusión selectiva con láser para aplicar una capa de polvo a un sustrato (81), que comprende una unidad de fabricación rotatoria (20),
en donde la unidad de fabricación rotatoria (20) comprende una primera cámara de fabricación (M) y una segunda cámara de fabricación (M),
en donde la primera cámara de fabricación (M) comprende una primera cubierta que se puede abrir (30) y la segunda cámara de fabricación (M) comprende una segunda cubierta que se puede abrir (30),
en donde la primera cámara de fabricación (M) comprende una primera cuchilla rascadora (93) configurada para aplicar una capa de polvo sobre un primer sustrato (81),
en donde la segunda cámara de fabricación (M) comprende una segunda cuchilla rascadora (93) configurada para aplicar una capa de polvo sobre un segundo sustrato (81),
en donde la unidad de fabricación rotatoria (20) está configurada para poder rotar a una primera posición en la que la primera cámara de fabricación (M) se sitúa para irradiar la capa de polvo sobre el primer sustrato (81) y la segunda cámara de fabricación (M) se sitúa para permitir una apertura de la segunda cubierta (30), y
a una segunda posición en la que la segunda cámara de fabricación (M) se sitúa para irradiar la capa de polvo sobre el segundo sustrato (81) y la primera cámara de fabricación (M) se sitúa para permitir una apertura de la primera cubierta (30).
2. Sistema de fabricación por adición (1) de acuerdo con la reivindicación 1, en donde la primera cámara de fabricación (M) y la segunda cámara de fabricación (M) son esencialmente similares en tamaño y/o forma.
3. Sistema de fabricación por adición (1) de acuerdo con la reivindicación 1, en donde la unidad de fabricación rotatoria tiene un área de base esencialmente circular.
4. Sistema de fabricación por adición (1) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la primera cámara de fabricación (M) y la segunda cámara de fabricación (M) comprenden cada una una entrada de ventilación (20b) y una salida de ventilación (20c) configuradas para proporcionar un flujo de gas con respecto al sustrato (81) respectivo.
5. Sistema de fabricación por adición (1) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la primera cámara de fabricación (M) y la segunda cámara de fabricación (M) comprenden cada una una ventana de detector (20a) configurada para dejar pasar una señal de detector.
6. Sistema de fabricación por adición (1) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la primera cámara de fabricación (M) y la segunda cámara de fabricación (M) comprenden cada una una placa inferior de cámara de fabricación (24), que comprende una unidad de guiado (94) configurada para guiar la cuchilla rascadora (93) respectiva.
7. Sistema de fabricación por adición (1) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la primera cubierta (30) y la segunda cubierta (30) comprenden cada una una ventana de irradiación (31) configurada para dejar pasar la irradiación a la capa de polvo.
8. Sistema de fabricación por adición (1) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la primera cámara de fabricación (M) y la segunda cámara de fabricación (M) comprenden cada una, además, un sellado (20d).
9. Sistema de fabricación por adición (1) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende, además, al menos una unidad de polvo (P) configurada para almacenar polvo fresco, para aplicar una capa de polvo a un sustrato (81) y para recibir el polvo en exceso.
10. Sistema de fabricación por adición (1) de acuerdo con la reivindicación anterior, en donde la unidad de polvo (P) comprende al menos tres recipientes,
un recipiente de polvo fresco (26) configurado para almacenar polvo fresco,
un recipiente de aplicación de polvo (27) configurado para aplicar una capa de polvo a un sustrato (81), y un recipiente de exceso (28) configurado para recoger el polvo en exceso después de aplicar la capa de polvo al sustrato (81).
11. Sistema de fabricación por adición (1) de acuerdo con la reivindicación 9 o 10, en donde la unidad de polvo (P) y/o al menos uno de los recipientes (26, 27, 28) comprende una tapa de polvo (73).
12. Sistema de fabricación por adición (1) de acuerdo con la reivindicación 10, en donde la cuchilla rascadora (93) está configurada para suministrar polvo desde el recipiente de polvo fresco (26) al recipiente de aplicación de polvo (27) y desde el recipiente de aplicación de polvo (27) al recipiente de exceso (28).
13. Sistema de fabricación por adición (1) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 9 a 12, en donde la unidad
de polvo (P) comprende, además, una placa de soporte de unidad de polvo (21) y un medio de accionamiento (22), en donde la placa de soporte de unidad de polvo (21) está configurada para soportar la unidad de polvo (P), y en donde el medio de accionamiento (22) está configurado para accionar la unidad de polvo (P) entre una posición de aplicación de polvo y una posición de intercambio de recipientes.
14. Sistema de fabricación por adición (1) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 10 a 13, en donde el recipiente de polvo fresco (26) y el recipiente de aplicación de polvo (27) comprenden cada uno una placa inferior de recipiente (80) y un medio de elevación (11),
en donde el medio de elevación (11) está configurado para elevar la placa inferior de recipiente (80) dentro del recipiente respectivo.
15. Sistema de fabricación por adición (1) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende, además, al menos un láser y una unidad de irradiación (51, 52) configurada para proporcionar irradiación para irradiar la capa de polvo,
en donde la unidad de irradiación (51, 52) comprende al menos una unidad de desviación de irradiación (51, 52), y en donde la unidad de desviación de irradiación (51, 52) está configurada para guiar la irradiación procedente de una fuente de irradiación hacia la capa de polvo.
16. Sistema de fabricación por adición (1) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende, además, una unidad de evacuación configurada para reducir la presión en la cámara de fabricación (M).
17. Sistema de fabricación por adición (1) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende, además, una unidad de calentamiento configurada para calentar la cámara de fabricación (M).
18. Sistema de fabricación por adición (1) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la unidad de fabricación rotatoria (20) y la unidad de polvo (P) están dispuestas en una porción de base (10) y la unidad de irradiación (51, 52) está dispuesta en una porción óptica (40), y en donde la porción de base (10) ) y la porción óptica (40) están montadas entre sí de manera liberable.
19. Sistema de fabricación por adición (1) de acuerdo con la reivindicación anterior, en donde la porción de base (10) y/o la porción óptica (40) están hechas de fundición mineral.
20. Un método adecuado para la fusión selectiva con láser para aplicar una capa de polvo a un sustrato (81), que comprende las siguientes etapas:
- proporcionar (S1) una unidad de fabricación rotatoria (20) en un sistema de fabricación por adición (1) con una primera cámara de fabricación (M) y una segunda cámara de fabricación (M),
en donde la primera cámara de fabricación (M) comprende una primera cubierta que se puede abrir (30) y la segunda cámara de fabricación (M) comprende una segunda cubierta que se puede abrir (30), y
en donde la primera cámara de fabricación (M) comprende una primera cuchilla rascadora (93) configurada para aplicar una capa de polvo sobre un primer sustrato (81) y la segunda cámara de fabricación (M) comprende una segunda cuchilla rascadora (93) configurada para aplicar una capa de polvo sobre un segundo sustrato (81),
- hacer rotar (S2) la unidad de fabricación rotatoria (20) desde una primera posición en la que la primera cámara de fabricación (M) se sitúa para irradiar la capa de polvo sobre el primer sustrato (81) y la segunda cámara de fabricación (M) se sitúa para abrir la segunda cubierta (30) a una segunda posición en la que la segunda cámara de fabricación (M) se sitúa para irradiar la capa de polvo sobre el segundo sustrato (81) y la primera cámara de fabricación (M) se sitúa para abrir la primera cubierta (30).
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