ES2875929T3

ES2875929T3 - Método y aparato para fabricar productos tangibles mediante la fabricación en capas

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Publication number: ES2875929T3
Application number: ES15724382T
Authority: ES
Inventors: René Jos Houben; Leonardus Antonius Maria Brouwers; Augustinus Gerardus Maria Biemans; Andries Rijfers; Frits Kornelis Feenstra
Original assignee: Nederlandse Organisatie voor Toegepast Natuurwetenschappelijk Onderzoek TNO
Current assignee: Nederlandse Organisatie voor Toegepast Natuurwetenschappelijk Onderzoek TNO
Priority date: 2014-04-23
Filing date: 2015-04-23
Publication date: 2021-11-11
Anticipated expiration: 2035-04-23
Also published as: WO2015163765A1; EP3134252A1; CN106414041A; US20170050379A1; TWI718096B; JP2017517413A; CN106414041B; JP6487941B2; KR20160147836A; KR102284276B1; EP3134252B1; TW201600321A; US10421265B2

Abstract

Línea de producción (1) para la fabricación en capas de productos tangibles que comprende - un primer (7) y un segundo (9) portador móvil, cada portador que comprende - una cinta transportadora (102,103) para transportar el portador, y - una plataforma de construcción (2, 3) para soportar un producto tangible, - uno o más cabezales de deposición (4) para depositar material de construcción en una dirección de deposición (6) sobre la primera y la segunda plataforma de construcción, - un transportador (5) para transportar la primera y segunda plataforma de construcción hacia el cabezal de deposición y fuera del cabezal de deposición repetidamente, caracterizado porque la primera y la segunda cintas transportadoras permiten que cada uno de los portadores y sus plataformas de construcción sean móviles a lo largo del transportador con una velocidad diferente a la velocidad de otras plataformas de la línea de producción, a una velocidad variable en relación con las demás a lo largo de una trayectoria del transportador en un plano perpendicular a la dirección de deposición, de modo que el primer portador que comprende dicha primera plataforma de construcción se desplaza con relación al segundo transportador que comprende dicha segunda plataforma de construcción en la trayectoria que conduce ambas plataformas a lo largo del cabezal de deposición.

Description

DESCRIPCIÓN

Método y aparato para fabricar productos tangibles mediante la fabricación en capas

La invención se refiere a una línea de producción para la fabricación en capas de productos tangibles. Más en particular, se refiere a tal línea de producción que comprende un primer y un segundo portador móvil, cada portador comprende una cinta transportadora para transportar el portador y una plataforma de construcción para soportar un producto tangible. La línea de producción comprende además un cabezal de deposición para depositar material de construcción en una dirección de deposición sobre la primera y la segunda plataforma de construcción y la línea de producción comprende un transportador para transportar la primera y la segunda plataforma de construcción hacia el cabezal de deposición y lejos del cabezal de deposición repetidamente.

La invención también se refiere a un método para fabricar en capas de productos tangibles de acuerdo con el cual, un primer portador que comprende una primera plataforma de construcción para recibir material de construcción se mueve con relación a un transportador a lo largo de una trayectoria que conduce a la primera plataforma de construcción a lo largo del cabezal de deposición.

Estado de la técnica

La fabricación en capas es un método de fabricación en donde los productos tangibles tridimensionales se fabrican mediante la adición sucesiva de capas una encima de la otra, cuyas capas corresponden a las secciones transversales en diferentes niveles del producto tangible. Pueden fabricarse productos en capas proporcionando una capa uniforme de líquido o polvo, cuyo líquido o polvo se solidifica en un patrón bidimensional predefinido que corresponde a la sección transversal del producto a fabricar. Se retira después el material restante, no solidificado. Las capas también pueden depositarse directamente en el patrón bidimensional requerido, por ejemplo, mediante impresión. En tal método, el patrón ya está determinado durante la deposición del material, no mediante la solidificación. El material puede ser una tinta o polvo, cuya tinta o polvo se cura, se sinteriza, o de cualquier otra manera se solidifica, por ejemplo, mediante evaporación de un solvente para obtener un producto coherente.

Los productos a menudo se fabrican en la parte superior de una plataforma de construcción que puede desplazarse en una dirección vertical. Sin embargo, también existen sistemas de fabricación en capas en los que el producto cuelga más abajo de la plataforma de construcción. Un ejemplo de tal sistema se describe en la solicitud de patente alemana DE 10256672. Típicamente, tal sistema comprende un plato con líquido que puede solidificarse, por ejemplo, mediante luz ultravioleta (UV). La plataforma de construcción que se posiciona por encima de la parte inferior del plato, se desplaza hacia arriba para permitir la formación de una delgada película de líquido entre la plataforma (o capa solidificada anteriormente) y la parte inferior del plato. La película se solidifica en el patrón que se predefine y después de esta solidificación la plataforma se desplaza además hacia arriba. Estas etapas se repiten hasta que se termina el producto. Por último, se retira el producto terminado de la plataforma y esta plataforma puede usarse para fabricar otro producto.

En otro aparato y método conocidos para la fabricación en capas de un producto tangible tridimensional, se usa un polvo como un material de partida, cuyo polvo se solidifica, por ejemplo, mediante sinterización. Tal método se describe en la solicitud de patente de Estados Unidos US2009/0291308. De acuerdo con este método conocido, se proporciona una capa delgada de polvo a un área que se delimita mediante una pared vertical y, en el lado inferior, mediante una plataforma de construcción. La capa se solidifica mediante sinterización en una capa sólida coherente con una forma predefinida, que es una sección transversal del producto. Subsecuentemente, la plataforma que soporta la capa solidificada se desplaza hacia abajo y se aplica una nueva capa de polvo. Las etapas se repiten hasta que se termina el producto. Subsecuentemente, la parte del polvo que no se solidifica y el producto terminado se retiran antes de fabricar otro producto.

Los sistemas mencionados anteriormente tienen en común que tienen una plataforma que es móvil en la dirección vertical. Tales sistemas son particularmente adecuados para fabricar productos a partir de un tipo de material. Es posible fabricar varios productos que tienen diferentes formas en tal plataforma, simultáneamente. Un ejemplo de tal método se describe en la solicitud de patente internacional WO2004/014637. Este método conocido se limita a los productos que se fabrican a partir de un tipo de material. En principio, sin embargo, también los sistemas a base de polvo son adecuados para fabricar productos en los que las capas individuales se hacen a partir de diferentes materiales. Tal sistema, se describe, por ejemplo, en la solicitud de patente de Estados Unidos US2002/0145213.

También hay aparatos que tienen más de una plataforma de construcción. Un ejemplo de tal aparato se describe en la solicitud de patente internacional WO 2012/076205. Este aparato comprende diferentes plataformas de construcción, lo que proporciona más flexibilidad que los sistemas con una sola plataforma de construcción, porque permite hacer diferentes productos casi simultáneamente.

Aún otra manera de hacer productos tangibles mediante la fabricación en capas es la impresión tridimensional. En la impresión tridimensional se aplica una tinta o bien como una capa continua o en un patrón predefinido correspondiente a una sección transversal del producto. La impresión tridimensional es en ciertos aspectos más flexible que los métodos mencionados anteriormente, en particular, cuando se aplica la tinta mediante los cabezales de impresión. Pueden usarse diferentes cabezales de impresión para aplicar diferentes materiales para la fabricación de productos compuestos que comprende varios materiales. Además, los cabezales de impresión pueden encenderse y pagarse fácilmente para un mejor control del proceso de fabricación. Un ejemplo de una línea de producción para la fabricación en capas mediante el uso de cabezales de impresión se describe en la solicitud de patente de Estados Unidos US2009/0076643. Esta línea de producción conocida puede usarse para hacer varios productos tangibles mediante la fabricación en capas. La línea de producción comprende varios cabezales de impresión para depositar el material sobre los portadores, cuyos cabezales de impresión se posicionan por encima de un transportador que pasa los portadores desde un cabezal de impresión a otro cabezal de impresión. Los cabezales de impresión se posicionan en línea entre sí en la dirección de transporte. Además, la altura de cada cabezal de impresión puede ajustarse con respecto al transportador, por ejemplo, para compensar el aumento de altura del producto durante las diferentes etapas de su fabricación, es decir, el número de capas ya depositadas. Esta línea de producción permite fabricar varios productos con diferente forma geométrica y diferente composición de material. Cada capa del producto se crea mediante uno o incluso más cabezales de impresión, lo que resulta en una gran cantidad de cabezales de impresión para fabricar un producto de tamaño sustancial.

También la solicitud internacional WO2004/108398 describe el uso de una o más estaciones de construcción para depositar el material en capas sobre una plataforma de construcción.

El documento US 20140065194 se refiere a un sistema de impresión tridimensional que utiliza varios módulos de construcción. Los módulos de construcción funcionan para recibir polvo que se solidifica en un producto de construcción. Un desviador dirige los módulos de construcción o las placas de construcción que comprenden lechos impresos desde un transportador del sistema de construcción a un transportador contiguo.

Resumen de la invención

Un objetivo de la presente invención es proporcionar una línea de producción para la fabricación aditiva de productos tangibles, cuya línea de producción permite la fabricación rápida de productos.

Este objetivo de la invención se obtiene mediante una línea de producción para la fabricación en capas de productos tangibles que comprende

- un primer y un segundo portador móvil, cada portador que comprende

- una cinta transportadora para transportar el portador, y

- una plataforma de construcción para suministrar un producto tangible,

- uno o más cabezales de depósito para depositar material de construcción en una dirección de depósito sobre la primera y la segunda plataforma de construcción,

- un transportador para transportar la primera y segunda plataforma de construcción hacia el cabezal de deposición y fuera del cabezal de deposición repetidamente,

caracterizado porque la primera y la segunda cinta transportadora permiten que cada uno de los portadores y sus plataformas de construcción sean móviles a lo largo del transportador con una velocidad diferente a la velocidad de otras plataformas de la línea de producción, a velocidad variable en relación con las demás a lo largo de un trayectoria del transportador en un plano perpendicular a la dirección de deposición, de modo que el primer portador que comprende dicha primera plataforma de construcción se desplaza con relación al segundo portador que comprende dicha segunda plataforma de construcción en la trayectoria que conduce ambas plataformas a lo largo del cabezal de deposición.

Una ventaja de que las dos cintas transportadoras puedan moverse en relación con las demás a lo largo del transportador es que los dos portadores que comprenden las plataformas de construcción no necesitan moverse con la misma velocidad en un momento determinado. Un efecto de las diferentes velocidades es que la velocidad de cada plataforma de construcción puede adaptarse a una posición específica en la línea de producción o a un proceso específico al que debe someterse el producto en la plataforma de construcción. Una ventaja de este efecto es que la velocidad de las plataformas de construcción no se determina mediante el proceso más lento en ninguna de las plataformas de construcción de la línea de producción. Mientras que, por ejemplo, la primera plataforma de construcción se desplaza relativamente lento para permitir la deposición de una capa, la segunda plataforma de construcción puede moverse a una velocidad relativamente rápida posterior al cabezal de deposición. La segunda plataforma de construcción también puede permanecer quieta mientras la primera plataforma de construcción se está moviendo. Esto resuelve un problema cuando la línea de producción está provista solo en parte con plataformas de construcción para productos de construcción, por ejemplo, cuando el número de productos a fabricar se limita. En particular, cuando un nivel de llenado no está completo, es posible que una estación de construcción no se reponga a tiempo con una plataforma de construcción posterior.

En una modalidad de la línea de producción, la línea de producción comprende medios de ajuste de altura que están configurados para desplazar una plataforma de construcción de un portador con relación a una cinta transportadora del portador en una dirección paralela a la dirección de deposición.

Una ventaja de que los medios de ajuste de altura se configuren para desplazar una plataforma de construcción con relación a la cinta transportadora en una dirección paralela a la dirección de deposición de transporte, es que el cabezal de deposición puede colocarse en una posición fija y que la distancia entre el cabezal de deposición y la plataforma de construcción puede ajustarse cuando la plataforma de construcción se retira del área de deposición, es decir lejos del cabezal de deposición. El efecto es que el cabezal de deposición puede usarse para fabricar otro producto en una plataforma de construcción diferente durante el tiempo en que se ajusta la altura de la plataforma de construcción. Esto permite un uso más eficiente del cabezal de deposición durante la fabricación en capas de productos tangibles.

En otra modalidad de la línea de producción, una plataforma de construcción de un portador es móvil con relación a una cinta transportadora del portador en un plano perpendicular a la dirección de deposición. La plataforma puede ser giratoria, transferible o tanto giratoria como transferible en el plano. Una ventaja de una plataforma que puede moverse con relación a una cinta transportadora de tal manera en que el producto en la plataforma puede orientarse con relación a la cinta transportadora y al transportador con el fin de obtener un mejor posicionamiento con relación, por ejemplo, al cabezal de deposición. Otra ventaja es que la plataforma puede colocarse con relación a otra plataforma de una manera más eficiente en caso de que la plataforma tenga, por ejemplo, una forma rectangular, no cuadrada.

En aún otra modalidad de la línea de producción, el transportador es un transportador sin fin. Una ventaja de un transportador sin fin es que, en uso, las plataformas de construcción pueden acercarse a un cabezal de deposición repetidamente desde el mismo lado cuando las plataformas de construcción se desplazan unidireccionalmente. El efecto es que el orden en el que las plataformas se acercan al cabezal de deposición puede permanecer igual y no se pierde tiempo en invertir el movimiento de la plataforma en el extremo del transportador como será el caso de un transportador finito. El transportador sin fin puede combinarse con los medios de ajuste de altura para ajustar la altura de una plataforma de construcción. Tanto si la plataforma es ajustable en altura como si no, puede moverse en un plano perpendicular a la dirección de deposición, o no.

En aún otra modalidad más, el transportador está dispuesto para permitir transportar las plataformas de construcción a lo largo de diferentes trayectorias. La transportación de las plataformas de construcción a lo largo de diferentes trayectorias permite que las plataformas de construcción pasen por diferentes estaciones de trabajo a lo largo de las diferentes trayectorias. Esto permite fabricar diferentes productos en diferentes plataformas y permite depositar diferentes capas en cada plataforma de construcción. El efecto es que la línea de producción es flexible con respecto a los productos que pueden fabricarse simultáneamente.

Un objetivo adicional de la presente invención es proporcionar un método para fabricar productos tangibles mediante la fabricación en capas, cuyo método permite la fabricación rápida de productos. Este objetivo se obtiene mediante un método para la fabricación en capas de productos tangibles de acuerdo con el cual un primer portador que comprende una primera plataforma de construcción para recibir material de construcción se desplaza con relación a un transportador a lo largo de una trayectoria que conduce a la primera plataforma de construcción a lo largo del cabezal de deposición caracterizado porque el primer portador se desplaza con relación a un segundo portador que comprende una segunda plataforma de construcción para recibir material de construcción, cuyo segundo portador se desplaza a velocidad variable con relación al transportador a lo largo de una trayectoria que conduce a la segunda plataforma de construcción a lo largo del cabezal de deposición en un plano perpendicular a la dirección de deposición, de modo que el primer portador que comprende dicha primera plataforma de construcción se desplaza con relación al segundo portador que comprende dicha segunda plataforma de construcción en la trayectoria que conduce ambas plataformas a lo largo del cabezal de deposición.

Una ventaja de un primer portador que comprende una primera plataforma de construcción que se desplaza con relación a un segundo portador que comprende una segunda plataforma de construcción en la trayectoria que conduce a ambas plataformas a lo largo del cabezal de deposición es que las plataformas no necesitan tener la misma velocidad durante todo el proceso. Un efecto es que una de las plataformas puede moverse más lento que la otra plataforma con el fin de permitir cierto procesamiento en la plataforma. Un efecto también es que una de las plataformas puede moverse más rápido que la otra plataforma, por ejemplo, cuando no se realiza ningún procesamiento en la plataforma. Debido al hecho de que la velocidad de una plataforma de construcción puede adaptarse para una etapa específica en el proceso de fabricación de los productos, todo el proceso de fabricación puede ser más rápido que en el caso de que todas las plataformas se muevan con la misma velocidad.

Breve descripción de las figuras

La Figura 1 es un dibujo esquemático de una línea de producción para la fabricación en capas de productos tangibles;

La Figura 2 es un dibujo esquemático de dos plataformas de construcción que comprenden medios de ajuste de altura;

La Figura 3 es un dibujo esquemático de dos líneas de producción que comprenden plataformas que son móviles con relación a una cinta transportadora;

La Figura 4 es un dibujo esquemático de una modalidad de la línea de producción con múltiples plataformas móviles y un gráfico de una posible distribución de velocidades de una plataforma;

La Figura 5 es un dibujo esquemático de una línea de producción en la que el transportador es un transportador sin fin;

La Figura 6 es un dibujo esquemático de un transportador con múltiples trayectorias;

La Figura 7 es un dibujo esquemático de una línea de producción que comprende diferentes dispositivos para procesar un producto;

La Figura 8 es un dibujo esquemático de un dispositivo de corte;

La Figura 9 es un dibujo esquemático de un dispositivo de ajuste de altura;

La Figura 10 es un dibujo esquemático de una modalidad diferente del dispositivo de ajuste de altura que se muestra en la Figura 9;

La Figura 11 es un dibujo esquemático de un portador que permite que la plataforma de construcción se incline en una trayectoria curva.

Descripción detallada de la invención

En la Figura 1 se muestra un dibujo esquemático de una línea de producción para la fabricación en capas de productos tangibles. La línea de producción (1) comprende al menos dos plataformas de construcción móviles. Esta primera (2) y segunda (3) plataforma de construcción móvil son adecuadas para transportar un producto tangible. Más en particular, las plataformas son adecuadas para transportar un producto que se fabrica en capas. La línea de producción comprende además un cabezal de deposición (4) para depositar una capa de material de construcción en las plataformas de construcción.

El cabezal de deposición debe ser adecuado para depositar el material o los materiales con los que se debe fabricar el producto. En otras palabras, se debe sintonizar la tecnología de deposición y los materiales a usar. Si se prefiere un determinado dispositivo o tecnología de provisión de materiales para la fabricación en capas, entonces debe encontrarse un material adecuado de construcción. Igualmente, un dispositivo o tecnología de depósito de materiales adecuado debe encontrarse si se prefiere un determinado material o clase de materiales. Un dispositivo de depósito de material adecuado puede ser un cabezal de impresión a chorros adecuado para una tinta que puede usarse para la fabricación en capas. Los ejemplos de tales tintas son tintas a base de solventes que comprenden una solución de polímero o tintas que comprenden una resina curable. Son ventajosas las resinas que son curables mediante radiación electromagnética, en particular la luz. A menudo, se prefieren las resinas que son curables mediante luz ultravioleta porque pueden aplicarse bajo condiciones ambientales normales, es decir, la luz visible, sin que se curen de forma indeseada. Las resinas curables por UV tienen la ventaja de que no bloquearán una tobera donde otras tintas lo hacen debido a la solidificación, es decir, el secado de la tinta mediante la evaporación del solvente. Además, las tintas curables por UV a menudo tienen una larga vida útil. Una tinta adecuada puede ser una dispersión de partículas sólidas en una solución de polímero líquido o resina curable. Las partículas pueden ser partículas metálicas que eventualmente pueden sinterizarse después que el solvente se evapora o después que se cura la resina. También es posible usar materiales, por ejemplo, ceras, que están en estado líquido cuando se calientan y en estado sólido a temperaturas más bajas. Para depositar tales materiales, el cabezal de deposición puede comprender medios de calentamiento, por ejemplo, un alambre de calentamiento eléctrico.

El cabezal de deposición puede ser cualquier tipo de dispositivo de suministro de material dispuesto para depositar el material en capas sobre una plataforma de construcción. El cabezal de deposición puede ser de un tipo que proporciona una capa continua de material, por ejemplo, una pistola pulverizadora o una cortina de recubrimiento. Preferentemente el cabezal de deposición es un cabezal de impresión que proporciona gotas de material a la plataforma de construcción, por ejemplo, un dispositivo de impresión por chorro de tinta. Tal dispositivo de suministro de gotas puede ser un dispositivo de chorro de tinta continuo que expulsa gotas continuamente en su momento o un dispositivo de goteo a petición. El cabezal de deposición también puede ser un dispensador de polvo. El cabezal de deposición puede ser un cabezal de deposición de exploración que puede moverse de tal manera que el material pueda depositarse en diferentes lugares de la plataforma de construcción. Preferentemente, tal dispositivo de deposición de exploración permite que una viga de material se dirija hacia las diferentes posiciones sobre una plataforma de construcción con una velocidad de exploración que es mucho mayor que la velocidad del transportador. Tal dispositivo de exploración permite hacer patrones complejos mientras que la plataforma de construcción se desplaza. Típicamente, el cabezal de deposición puede adecuarse para depositar las capas de un grosor entre 1 micrómetro (|jm) y 1 milímetro (mm), más en particular entre 5 micrómetros y 500 micrómetros, o incluso más particularmente entre 10 micrómetros y 200 micrómetros. Los inventores depositaron ventajosamente capas de un grosor entre 30 micrómetros y 80 micrómetros. La invención, sin embargo, no se limita a tales grosores de capa. Los grosores de capa de menos de 1 micrómetro (jm ) son factibles, por ejemplo, mediante técnicas de deposición como la deposición de capas atómicas. Debido a que tales grosores de capa pequeños requerirán una gran cantidad de capas para obtener un producto con dimensiones macroscópicas, tales capas delgadas pueden ser en particular de interés para la adición de capas a los productos semiterminados o como una capa funcional en o sobre el producto. Los grosores de capa pueden ser mayores de 1 milímetro (mm), pero los productos compuestos de tales capas tienen una estructura muy rugosa y por lo tanto usualmente requerirán procesamiento adicional, por ejemplo, pulido. Además, la solidificación de tales capas gruesas puede ser engorrosa.

Para permitir la fabricación de productos con estructuras detalladas, la resolución lateral del proceso de deposición debe ser alta. Entre otros, esta resolución lateral se determina mediante el tipo de cabezal de deposición. En las modalidades en las que el material se deposita como una capa continua de material de construcción, esta capa tiene que solidificarse en la forma requerida mediante los medios de solidificación que se proporcionan localmente. En el caso de que el material de construcción tenga que solidificarse con radiación electromagnética, por ejemplo, luz UV, esta radiación puede proporcionarse localmente de varias maneras. Por ejemplo, puede usarse una máscara, preferentemente una máscara programable, para someter una parte predefinida de la capa a la radiación. En lugar de una máscara puede usarse una matriz con fuentes de luz individualmente direccionables, por ejemplo, diodos emisores de luz o diodos láser. Otra manera de proporcionar luz en el patrón requerido es un láser de exploración o espejos móviles para dirigir la luz en la dirección apropiada. La resolución de la conformación que se obtiene puede ser inferior a 10 micrómetros o incluso inferior a 1 micrómetro. Sin embargo, para ciertos productos, la resolución de 100 o 300 micrómetros puede satisfacer.

Cuando se determina la estructura bidimensional mediante un proceso de impresión, la resolución puede ser menor que 100 micrómetros, o más en particular menor que 10 micrómetros. Se aprecia que no todos los cabezales de deposición de una línea de producción que comprende múltiples cabezales de deposición necesitan tener la misma resolución. El tipo de cabezal de deposición, el material a depositar y la funcionalidad de la capa depositada en el producto a fabricar entre otros parámetros, determinarán qué resolución se requiere y es factible.

Debido a que el uso de un cabezal de impresión es una modalidad preferida para depositar el material de construcción, a continuación, se usará la palabra cabezal de deposición. Se aprecia, sin embargo, que el uso de esta palabra no pretende limitar la invención a ningún dispositivo o tecnología de depósito de material específico. Un cabezal de deposición es cualquier tipo de dispositivo que sea adecuado para depositar un material sobre la plataforma de construcción, sobre una capa depositada previamente transportada mediante la plataforma, o sobre un sustrato u otro objeto o producto que se transporta por la plataforma de construcción. Por lo tanto, incluye entre muchos otras, la deposición de capas atómicas, que es una técnica que puede usarse para aplicar capas delgadas de materiales específicos.

A continuación, cuando se hace referencia a la deposición de un material sobre una plataforma de construcción o a la colocación de un objeto sobre la plataforma, se incluye la deposición y colocación sobre la propia plataforma, sobre un sustrato u objeto o producto que se transporta mediante la plataforma, y sobre las capas depositadas previamente.

Cuando se hace referencia a un producto que se fabrica mediante la fabricación en capas sobre una plataforma de construcción, debe apreciarse que esto incluye la situación en la que la plataforma de construcción transporta múltiples productos. Los productos sobre una sola plataforma de construcción pueden tener la misma geometría o diferentes geometrías. Debido a que tales productos separados se localizan sobre la misma plataforma de construcción, tendrán una cierta semejanza, más particularmente una estructura en capas similar. La producción de un producto puede comenzar depositando una primera capa del material de construcción en la plataforma de construcción. Sin embargo, la plataforma de construcción puede llevar un sustrato u otro producto sobre el que se deposita la primera capa. Usar un sustrato puede ser ventajoso para retirar el producto acabado de la línea de producción, más en particular de la plataforma de construcción. Cuando se hace referencia a depositar sobre una plataforma de construcción, esto incluye depositar sobre un sustrato, sobre un producto o sobre una capa previamente depositada sobre la plataforma.

Para permitir la deposición en las plataformas de construcción, cada plataforma y el cabezal de deposición son móviles en relación con las demás. Para este propósito, la línea de producción comprende un transportador (5) para transportar la primera y la segunda plataforma de construcción hacia el cabezal de deposición y fuera del mismo repetidamente. Cuando se hace referencia a una plataforma en movimiento, esto incluye la situación en la que una plataforma está siendo movida por la cinta transportadora o por el transportador. El cabezal de deposición se posiciona con relación al transportador de manera que el cabezal de deposición pueda depositar material en las plataformas de construcción. Después de alejar una primera plataforma del cabezal de deposición, el cabezal puede usarse para depositar una capa en una segunda plataforma. El movimiento repetido de las plataformas hacia y desde el cabezal de deposición permite que las capas puedan depositarse subsecuentemente una encima de las demás con el fin de fabricar el producto que se desea. Además de ser móviles con relación al cabezal de deposición, las plataformas también son móviles en relación con las demás a lo largo del transportador. Por tanto, las plataformas son móviles con relación al transportador. Este movimiento relativo se puede realizar de diferentes formas. La línea de producción puede comprender, por ejemplo, medios para bloquear y desbloquear mecánicamente las plataformas del transportador. Cuando una plataforma se desbloquea de un transportador en movimiento, tal plataforma puede permanecer quieta para permitir cierta manipulación del producto en la plataforma. Este tipo de soporte puede, por ejemplo, ser también favorable para recoger un producto que se termina de la plataforma.

Para una fabricación precisa, la distancia entre el cabezal de deposición y el área objetivo, que es el área sobre la cual se deposita el material, puede necesitar ser la misma para todas las capas durante la deposición del material. Para la primera capa, el área objetivo puede ser la plataforma de construcción o cualquier tipo de sustrato que se coloca sobre la plataforma. Para las capas subsecuentes el área objetivo se define mediante la capa anterior, cuya capa previamente puede comprender una capa solidificada y las partes de soporte como se describirá más adelante. El área objetivo también puede ser un objeto que se ha insertado para encapsularse, cuyo objeto puede producirse mediante la fabricación en capas o de cualquier otra manera. Con el fin de mantener constante la distancia entre el cabezal de deposición y el área objetivo, la línea de producción puede comprender medios para ajustar la altura de una plataforma como se discutirá aquí con referencia a la Figura 2. La altura de una plataforma se define aquí como la distancia entre la plataforma y la cinta transportadora en una dirección paralela a la dirección de la construcción, es decir, paralelo a la dirección de deposición (6) durante el uso de la línea de producción. Por lo general, la dirección de desplazamiento para realizar el ajuste de altura será la dirección vertical. Para permitir variar la distancia entre el cabezal de deposición y el área objetivo, la modalidad del portador que se muestra en la Figura 2 comprende medios de ajuste de altura (8). Los medios de ajuste de altura están situados entre la plataforma de construcción (2) y la cinta transportadora (102) con el fin de desplazar la plataforma de construcción con relación al transportador (5) y la cinta transportadora en una dirección (12) paralela a la dirección de deposición. La altura de una plataforma puede ajustarse, por ejemplo, mediante un electromotor y una rueda helicoidal o un motor paso a paso, un actuador piezoeléctrico o neumáticamente. Después de tener ajustada la altura de la plataforma de construcción, puede depositarse una nueva capa en la parte superior de la capa depositada previamente. El proceso de depositar una capa, alejarla del cabezal de deposición, desplazar la plataforma con relación al transportador y volver a proporcionar la capa al mismo cabezal de deposición, se repite hasta que el producto está terminado.

La distancia entre el cabezal de deposición y el área objetivo también podría ajustarse mediante el desplazamiento del cabezal de deposición con relación al transportador. Sin embargo, tal construcción tiene la desventaja de que el cabezal de deposición tiene que moverse a su nueva posición en un tiempo muy corto, específicamente, el tiempo que se necesita para mover una plataforma de construcción lejos de la deposición y mover otra plataforma a una posición donde la capa se puede depositar. Típicamente, esto puede tardar solo unos pocos milisegundos. El tiempo de mover la plataforma lejos del cabezal de deposición y nuevamente de regreso al cabezal de deposición es mucho mayor. Incluso teniendo en cuenta que la velocidad de una plataforma durante este movimiento puede ser alta en comparación con la velocidad durante, por ejemplo, la deposición de una capa de material, pueden transcurrir varios segundos antes de que la plataforma llegue de nuevo al cabezal de deposición. Esto deja tiempo suficiente para ajustar la altura de la plataforma de construcción con relación al transportador.

Puede ser preferible ajustar la distancia entre el cabezal de deposición y el área objetivo después de la deposición de cada capa para tener la misma distancia entre la parte superior de las capas ya depositadas y el cabezal de deposición cada vez que la plataforma de construcción pasa por el cabezal de deposición. Sin embargo, si la distancia entre el cabezal de deposición y el área objetivo no es muy crítica, no es necesario ajustar la altura de la plataforma antes de cada paso y puede ser suficiente ajustar la altura de la plataforma no después de la deposición de cada capa, sino sólo cuando se han depositado unas pocas capas, por ejemplo, cinco. En caso de que la altura no se ajuste después de cada capa depositada, la sincronización de la expulsión de material fuera del cabezal de deposición puede necesitar un ajuste debido a lo siguiente. El material necesita algún tiempo para alcanzar el área de deposición después que se expulsa mediante el cabezal de deposición. Durante este tiempo, la plataforma de construcción se moverá y por consiguiente la posición en la que la gota del material alcanzará el área de deposición cambiará cuando cambie la distancia entre el cabezal de deposición y el área de deposición. Si la línea de producción comprende más de un cabezal de deposición o si comprende además del cabezal de deposición otro tipo de dispositivo, la altura de la plataforma puede ajustarse antes que la plataforma de construcción se aproxime a dicho otro cabezal de deposición o segundo dispositivo. Tal ajuste no necesita ser una bajada, sino que puede ser también un movimiento en la dirección hacia arriba, por ejemplo, debido a que el dispositivo es una cuchilla de corte o un dispositivo de pulido.

Para curar una capa depositada, la línea de producción puede comprender una fuente de UV (34). Tal fuente UV puede proporcionar un patrón de radiación UV en el área de deposición mediante, por ejemplo, una máscara, preferentemente una máscara programable, o mediante una serie de diodos emisores de luz o diodos láser.

El desplazamiento de una plataforma de construcción después de la deposición de una capa o antes de la deposición de una capa adicional, será usualmente hacia abajo. Si, sin embargo, por ejemplo, se tiene que depositar otro tipo de material encima de la capa depositada previamente, es posible que la distancia entre el cabezal de deposición y la plataforma de construcción necesite ser menor. En tal caso, la plataforma puede desplazarse hacia arriba. En otras situaciones, la plataforma puede que no necesite desplazarse en absoluto, por ejemplo, debido a que la capa subsecuente debe depositarse en el mismo plano de construcción en posiciones donde no hay material de la capa depositada previamente. Aparte del caso donde los agujeros en una capa anterior tienen que rellenarse, una capa subsecuente también puede depositarse en la capa anterior, por lo que se inyecta la capa anterior con otro material.

En una modalidad preferida de la línea de producción que comprende múltiples plataformas de construcción, la altura de todas las plataformas es ajustable independientemente de la altura de otras plataformas. Independiente no significa solamente que la altura de una plataforma puede ser de forma diferente de una plataforma colindante sino también que la altura no se relaciona con la altura de una plataforma colindante. La altura de las plataformas subsecuentes no está determinada mediante la altura de una plataforma colindante, sino por el producto que se va a fabricar en una plataforma específica. Una ventaja de tales plataformas ajustables independientes es que existe un gran grado de libertad en la fabricación de productos diferentes de manera casi simultánea.

Una plataforma de construcción puede estar en una posición fija en una cinta transportadora, pero puede ser ventajoso que la plataforma de construcción sea móvil con relación a la cinta transportadora. Como se discutió anteriormente, la plataforma puede moverse en una dirección paralela a la dirección de deposición mediante medios de ajuste de altura. Además de, o en lugar de este movimiento en la dirección de la construcción, la plataforma de construcción puede moverse en un plano perpendicular a la dirección de deposición, como se aclarará con referencia a la Figura 3. En la Figura 3, se muestran dos modalidades de dicha línea de producción. En una modalidad (31) una o más de las plataformas de construcción (2) son giratorias en dicho plano, por lo que, alrededor de una línea (33) que está en paralelo con la dirección de deposición (6). En otra modalidad (32) la línea de producción comprende una plataforma de construcción que es transferible en un plano perpendicular a la dirección de deposición (6). Ambas modalidades tienen en común que la orientación del producto sobre dicha plataforma puede variar con relación al transportador (5), el cabezal de deposición (4) y una eventual estación de trabajo. Además, la orientación de la plataforma puede variarse con relación a otra plataforma. La variación de la orientación de la plataforma es de particular interés en el caso de que las plataformas tengan una forma rectangular, no cuadrada. En una línea de producción que comprende tales plataformas rectangulares, las plataformas colindantes pueden orientarse de manera que las plataformas (2, 22) estén enfrentadas entre sí con un lado largo o que los lados más cortos de las plataformas (23, 24) estén enfrentados entre sí. Cuando los lados más largos de las plataformas están enfrentados, puede colocarse un mayor número de plataformas a lo largo de cierta trayectoria del transportador que en la situación en la que los lados cortos están enfrentados entre sí. Las plataformas pueden colocarse con los lados largos orientados cuando las plataformas están, por ejemplo, estacionadas mientras se espera la deposición de una capa mediante el cabezal de deposición o mientras se espera la entrada a una estación de trabajo. La longitud de dicha hilera de espera es preferentemente lo más corta posible. Por otro lado, el ancho, es decir, la dimensión de la plataforma perpendicular a la dirección de transporte, se prefiere que sea lo más pequeña posible durante la deposición de una capa mediante un cabezal de impresión. Cuando se usa un cabezal de impresión para la deposición de una capa, ya sea con patrón o no, la plataforma y el cabezal de impresión pueden moverse en relación con las demás en la dirección de movimiento o transporte. La dimensión de la capa depositada del producto en construcción en la dirección de movimiento no está determinada mediante el tamaño del cabezal de impresión sino mediante la velocidad de la plataforma y el tiempo durante el cual el cabezal está expulsando material de construcción sobre la plataforma de construcción. Sin embargo, la dimensión en la dirección lateral perpendicular a la dirección de transporte se limita mediante las dimensiones del cabezal de impresión o el número de cabezales de impresión en esa dirección. Por lo tanto, puede ser preferible orientar la plataforma de manera que se mueva con relación al cabezal de impresión con un lado más pequeño en el frente, es decir, con el lado largo paralelo a la dirección de movimiento. Cuando el cabezal de deposición expulsa un solo chorro de material o un número limitado de chorros que no es suficiente para recubrir toda la sección transversal del producto a fabricar, la plataforma y el cabezal deben moverse en relación con las demás en dos direcciones con el fin de crear una capa sobre la plataforma o sobre una capa ya depositada. Tal movimiento puede realizarse moviendo la plataforma, el cabezal de deposición, o ambos, con relación al transportador en un plano perpendicular a la dirección de deposición.

La velocidad de una plataforma de construcción puede variar en el tiempo y puede depender de la posición de la plataforma en la trayectoria. Esto se ilustrará con referencia a la Figura 4. La parte superior de esta figura muestra esquemáticamente una modalidad de la línea de producción que comprende nueve plataformas de construcción idénticas (2, 401-408) que son móviles a lo largo del transportador (5). Esta modalidad de la línea de producción comprende además un cabezal de deposición (4) y una estación de curado (34) para curar una capa depositada. Esta modalidad de la línea de producción comprende además una línea de entrada (415) para portadores y una línea de salida para productos terminados (425). En realidad, este dibujo es una instantánea de un momento determinado. Más específico es una instantánea en el momento en que una de las plataformas de construcción (407) se encuentra en la posición indicada por "D". Después de que se deposita una capa de material de construcción en una plataforma de construcción, la plataforma se desplaza del cabezal de deposición hacia la estación de curado. Una vez curada la capa, la plataforma se desplaza hacia el cabezal de deposición para permitir la deposición de otra capa de material de construcción. Este proceso se repite hasta que se fabrica el producto deseado. El producto que se termina puede sacarse de la línea de producción deteniendo el movimiento del portador que comprende la plataforma de construcción de la que se debe tomar el producto. La línea de producción también puede comprender un robot de recogida y colocación que puede recoger el producto de la plataforma, ya sea durante el movimiento de la plataforma de construcción o cuando la plataforma está parada.

La parte inferior de la Figura 4 muestra un ejemplo de la velocidad de una plataforma de construcción en función del tiempo. Las diferentes partes de la trayectoria de una plataforma definida por el transportador se indican con las letras A, B, C y D. Las plataformas de construcción en esta modalidad pueden girar en el plano perpendicular a la dirección de deposición, es decir, en el plano del dibujo. Esta rotación puede tener lugar preferentemente durante el movimiento de la plataforma. Sin embargo, también es posible detener la plataforma de construcción y girar la plataforma en la posición deseada cuando está parada. En el ejemplo que se muestra en la Figura 4, la velocidad de la plataforma es la más baja durante la etapa de curado (C). Aquí la velocidad se elige para que sea de 1 m/s. En la trayectoria (B) entre la deposición (A) y el curado (C) y en la trayectoria (D) entre el curado (C) y la deposición (A) de una capa subsecuente, la velocidad es mayor, aquí 3 m/s. Durante la deposición (A) del material, la plataforma tiene una velocidad intermedia de 2 m/s. Puede ser preferible cambiar la orientación de la plataforma entre la deposición y el curado. Esto puede hacerse, por ejemplo, para reducir la longitud de una hilera de espera antes de la estación de curado o por otra razón. En la Figura 4, tres de las plataformas (403, 406, 408) están girando entre una posición en la que un lado corto de la plataforma rectangular es la dirección del movimiento (2, 401, 402, 407) y una posición en la que un lado largo de la plataforma está en la dirección del movimiento (404, 405).

El transportador de la línea de producción puede ser finito o sin fin. Ya sea finito o sin fin, preferentemente, tal transportador se configura para transportar las plataformas de construcción de manera que las plataformas de construcción permanezcan horizontales durante el proceso de producción, es decir, que las plataformas de construcción se extienden en un plano perpendicular a la fuerza gravitacional. Esto no excluye que las plataformas de construcción se desplazan a lo largo de una determinada parte de la trayectoria en una dirección paralela a la fuerza gravitacional. Una ventaja de mantener las plataformas de construcción horizontales es que los polvos e incluso los líquidos se pueden depositar en el transportador sin caerse antes de que el polvo se fusione en una capa sólida del producto o el líquido se solidifique.

Con el fin de evitar que el material se desprenda en la parte curva de una trayectoria, la línea de producción puede comprender medios para ajustar la plataforma de construcción en dichas partes curvas. El transportador puede comprender, por ejemplo, curvas inclinadas o la plataforma puede ser una plataforma de construcción giratoria que puede girar alrededor de un eje real o ficticio. Sin embargo, la plataforma puede estar suspendida en un portador que permite que la plataforma de construcción se incline automáticamente cuando se somete a la fuerza centrífuga. En la Figura 11 se muestra una sección transversal de tal portador (100). El portador es móvil a lo largo del transportador (5) en una dirección perpendicular al plano de la sección transversal. De acuerdo con esta modalidad del portador, la plataforma de construcción (2) se monta en un brazo (105), brazo que puede pivotar alrededor de un eje (120) con relación a una cinta transportadora (102). La altura de la plataforma puede ajustarse con relación al brazo mediante medios de ajuste de altura (8), por ejemplo, un actuador. Cuando el portador, moviéndose en una dirección perpendicular al dibujo, gira hacia la derecha o hacia la izquierda, las fuerzas centrífugas en la plataforma de construcción harán que el brazo gire alrededor del eje y la plataforma de construcción se inclinará. Tal inclinación puede evitar que el material de la plataforma se desprenda de la plataforma. Esta modalidad del portador puede combinarse con un transportador que comprende una o más curvas inclinadas como se muestra en el dibujo de la derecha de la Figura 11. Aquí, la dirección de la fuerza gravitacional se indica mediante una flecha (160) para ilustrar que la curva está inclinada. Como se mencionó anteriormente, las curvas inclinadas también se pueden combinar con otras modalidades del portador, en modalidades particulares donde los medios de ajuste de altura (8) se fijan a la cinta transportadora.

Cuando el transportador es finito que el movimiento relativo de las plataformas de construcción y el cabezal de deposición tiene que conmutarse en un momento que se determina con el fin de depositar una capa subsecuente sobre una capa previamente depositada. Esto se ilustrará con referencia a la Figura 3. Si se supone que la forma de modalidad de la línea de producción que se muestra en la Figura 3 comprende un transportador finito (5) que se extiende más allá del dibujo, las dos plataformas (2, 22) del lado derecho pueden desplazarse hacia la izquierda al pasar el cabezal de deposición (4). Cuando todas las plataformas lleguen al lado izquierdo, tendrán que retroceder hacia la derecha para la deposición de una capa adicional. Se apreciará que tal proceso lleva tiempo y que el orden de las diferentes plataformas que llegan al cabezal de deposición se invertirá después de cada vuelta. Por supuesto, las plataformas pueden desplazarse hacia la derecha sin depositar material, pero depositar material solo cuando las plataformas se desplazan hacia la izquierda en tal línea de deposición no es eficiente. Portal y otras razones, un transportador sin fin, que puede ser, por ejemplo, un disco o una cinta sin fin, como se muestra en la Figura 4, es un transportador preferido para transportar una plataforma de construcción hacia un cabezal de deposición y fuera del mismo.

Una línea de producción que comprende un transportador sin fin de la que se muestra una modalidad en la Figura 5 es en particular adecuada para transportar un gran número de plataformas de construcción porque cada plataforma de construcción que se desplaza unilateralmente a lo largo de la trayectoria que se define mediante dicho transportador pasa varias veces por un punto externo fijo. Esto permite que procesos como la deposición de capas se realicen repetidamente en una plataforma determinada sin requerir medidas especiales. Para los productos que se fabrican de un material, sólo un cabezal de deposición puede ser suficiente para fabricar el producto cuando se usa un transportador sin fin. Esto hace que la línea de producción sea mucho más barata y menos compleja que sistemas como el que se describe en la solicitud de patente de Estados Unidos US2009/0076643, donde se necesitan muchos cabezales de impresión, o incluso un gran número de cabezales de impresión, específicamente al menos un cabezal de impresión por capa.

Las plataformas en un transportador sin fin pueden desplazarse, por ejemplo, en dirección al sentido de las manecillas del reloj y, mientras lo hace, cada una de las plataformas pasará repetidamente por el cabezal de deposición (4) y el orden de las plataformas (2, 202) siempre será el mismo, al menos cuando todas las plataformas siguen una sola trayectoria como se muestra en la Figura 5. Las plataformas pueden bloquearse y desbloquearse del transportador durante algún tiempo. La plataforma se moverá con la misma velocidad que el transportador cuando la plataforma esté bloqueada al transportador en movimiento. Si, por otro lado, la plataforma está desbloqueada del transportador en movimiento, la plataforma puede quedarse quieta. En tal situación, una plataforma bloqueada y una desbloqueada se moverán en relación con las demás con la velocidad del transportador en movimiento. Sin embargo, en general no se preferirá tal bloqueo y desbloqueo y la velocidad del portador que comprende la plataforma se determina únicamente mediante la cinta transportadora (102, 203) que se desplaza con relación al transportador. Las cintas transportadoras permiten que cada uno de los portadores y por lo tanto las plataformas de construcción se muevan a lo largo del transportador, o al menos a lo largo de una parte del transportador, con una velocidad que no necesita ser la misma que la velocidad de otras plataformas de la línea de producción. Se pueden aplicar diferentes tipos de portadores, al igual que en el caso de una línea de producción que comprende un transportador finito, incluidos los portadores eléctricos sobre ruedas giratorias y los portadores que levitan y se desplazan mediante campos magnéticos. De hecho, cualquier tipo de portador satisfará si tal portador es adecuado para seguir la trayectoria del transportador. En muchas solicitudes, las plataformas de un transportador sin fin se desplazarán unidireccionalmente, es decir, siempre en la misma dirección, por las razones que se mencionan anteriormente. Sin embargo, las plataformas también pueden invertir la dirección de desplazamiento. En un caso específico, dos plataformas de construcción pueden incluso desplazarse en dirección opuesta. Por supuesto, esto puede ser solo el caso durante un corto período de tiempo porque, de cualquier otra manera, las plataformas colisionarían entre sí o con otras plataformas en el transportador. Aunque se puede colocar una plataforma de construcción en una posición fija para la cinta transportadora, se prefiere que la plataforma pueda desplazarse con relación a la cinta transportadora como se discutió anteriormente, en particular se prefiere que se pueda ajustar la altura de una plataforma de construcción.

Una cinta transportadora sin fin puede configurarse en una forma geométrica que permita el uso óptimo de espacio disponible y permita transportar los productos a lo largo de o incluso a través de todos los tipos de equipo, como equipos de deposición, estampado en seco, y equipo de calentamiento. Si la trayectoria de la plataforma como se define por el transportador es curva, como es el caso de un disco giratorio o en partes de una cinta transportadora, entonces hay una diferencia en la longitud de la trayectoria en la curva interior (204) y en la curva exterior (205). La compensación de esta diferencia mediante el ajuste de la deposición del material puede ser engorroso. Esta puede ser una razón para preferir una cinta transportadora que comprenda partes rectas en su trayectoria como se muestra en las Figuras 4, 6 y 7.

Las diferentes modalidades de la línea de producción descritas anteriormente pueden comprender una o más estaciones de manipulación para manipular un producto tangible. La manipulación se define como cualquier actividad que se realiza en un producto además de depositar una capa de material de construcción y, opcionalmente, curar dicha capa. Una modalidad de una línea de producción (200) para la fabricación en capas de productos tangibles se muestra en la Figura 7. Esta figura se usará aquí para ilustrar que pueden colocarse muchos tipos diferentes de equipos y dispositivos alrededor del transportador, que incluyen las estaciones de manipulación.

La línea de producción que se muestra en la Figura 7 comprende diferentes cabezales de deposición, es decir, una primera impresora de chorro de tinta (701) para imprimir un primer tipo de resina curable, una segunda impresora de chorro de tinta (702) para imprimir un segundo tipo de resina curable, y un dispositivo de chorro (703) para depositar metales, por ejemplo, estaño. La producción comprende además una lámpara UV (707) para curar resinas, una serie de LED (708) para curar resinas y/o un dispositivo de calentamiento (709) para sinterización una capa que comprende metal. Además, la línea de producción puede comprender varias estaciones de manipulación que, a manera de ejemplo, incluyen una estación de salida, por ejemplo, para recoger un robot (704) para recoger un producto de una plataforma de construcción (705), una estación de entrada, por ejemplo, una guía de colocación (706) para colocar un objeto en una plataforma de construcción, un dispositivo de eliminación de capas (711) para retirar material, por ejemplo, mediante corte, y una estación de ajuste de altura (713) para desplazar plataformas de construcción a una altura predefinida por encima del transportador. Al mover la primera y la segunda cinta transportadora a velocidades variables en relación con las demás a lo largo de una trayectoria del transportador, se pueden introducir nuevos portadores en el transportador, evitando al mismo tiempo que las demoras en las estaciones de manipulación para que una estación de construcción se reponga a tiempo con una plataforma de construcción subsecuente. De esta manera, se pueden producir diferentes productos casi simultáneamente y se pueden reducir los tiempos de espera.

La línea de producción comprende además una estación de medición de altura (710) para medir la altura de un producto en una plataforma de construcción, una unidad de control (712) para controlar el proceso de producción y una unidad de recogida y colocación (714) para reemplazar productos que tienen se trabaja mientras se retira del transportador. La línea de producción puede comprender además un segundo transportador (715) para procesar un producto en una estación de procesamiento (716). Tal procesamiento puede ser, por ejemplo, un tratamiento superficial. Los ejemplos de tratamientos superficiales son el retiro de material, por ejemplo, mediante grabado o estampado en seco mecánico como el pulido. El tratamiento superficial también puede ser la adición de material, por ejemplo, mediante pintura, evaporación térmica, deposición electroquímica u otras técnicas de deposición de capas atómicas. El procesamiento adicional también puede comprender la adición o inserción de componentes electrónicos como, por ejemplo, chips de ordenador y diodos emisores de luz. También puede comprender la inserción de determinados productos que pueden fabricarse mejor por otras técnicas que la fabricación en capas, como, por ejemplo, células fotovoltaicas, dispositivos MEMS o partes moldeadas por inyección. Los productos pueden colocarse sobre el segundo transportador mediante un robot (704), recogerse del segundo transportador y colocarse sobre una plataforma (705). Sin embargo, el primer y segundo transportador también puede configurarse de manera que una plataforma se dirija del primer transportador al segundo transportador. El aparato puede comprender además un lector (717) para la lectura automática de códigos unidos a las plataformas, sustratos o productos. El lector puede ser un lector óptico adecuado para leer los códigos como un código de barras o un código QR. Sin embargo, también puede ser un lector de radio adecuado para leer información de, por ejemplo, etiquetas RFID, o un lector magnético para leer información en una tira magnetizable. El lector puede enviar la información a una unidad de control, cuya unidad de control puede comprender un programa informático para almacenar la información sobre la plataforma y el producto colocado sobre esta. Tal programa informático puede decidir además sobre las etapas de procesamiento adicional que se han de realizar con respecto al producto o la plataforma.

El proceso de fabricación en capas puede resultar en una acumulación de errores, por ejemplo, en el grosor, es decir, altura del producto. Por estas y otras razones, por ejemplo, la apariencia visual, a veces es necesario eliminar material de las capas o del producto ya depositados, por ejemplo, mediante corte, fresado, taladrado o pulido, más en particular pulido con láser. Tal remoción puede tener lugar fuera de la línea de producción, es decir, lejos del transportador. Sin embargo, particularmente cuando se requiere el ajuste del grosor debido a las imperfecciones debido, por ejemplo, al reemplazo sobre la plataforma de construcción o los desplazamientos verticales de la plataforma de construcción, el retiro del material tiene que ser o puede realizarse mientras que el producto está sobre la plataforma de construcción.

Los productos que se fabrican mediante la fabricación en capas pueden combinarse con otros objetos para obtener un producto compuesto. Tales otros objetos pueden ser dispositivos funcionales eléctricos, ópticos, magnéticos o mecánicos. Los ejemplos de tales dispositivos funcionales son chips de ordenador, diodos emisores de luz, sistemas de lentes, actuadores, elementos piezoeléctricos, altavoces, micrófonos y baterías. Tal objeto funcional puede unirse con el producto después que se complete la fabricación en capas. Sin embargo, particularmente cuando el objeto tiene que encapsularse o de cualquier otra manera integrarse con el producto, el objeto tiene que colocarse durante la fabricación en capas. Esto puede requerir unir un objeto que se fabrica fuera de la línea de producción con el producto que se fabrica en capas colocando el objeto en la plataforma de construcción. El objeto puede colocarse directamente sobre la plataforma antes de comenzar la deposición en capas. El objeto también puede colocarse después que se han depositado una o más capas. El objeto incluso puede colocarse después que todas las capas se han depositado.

Preferentemente, la altura de una plataforma de construcción con relación al transportador es ajustable. Esto puede realizarse mediante medios para desplazar la plataforma de construcción con relación a la cinta transportadora como se discutió anteriormente. Sin embargo, una construcción también puede ajustarse en una o más posiciones fijas a lo largo del transportador mediante una estación de ajuste de altura (713) que comprende un dispositivo de ajuste de altura sintonizable como se discutirá aquí con referencia a la Figura 9. En la Figura 9 se muestra esquemáticamente una modalidad preferida de tal dispositivo de ajuste de altura que es en particular adecuado para un transportador que se posiciona en un plano horizontal. La Figura 9A es una vista superior y la Figura 9B es una vista lateral de una parte del aparato. La Figura 9 muestra cuatro plataformas (911, 912, 913, 914) que puede desplazarse mediante o sobre un transportador (5) en una dirección de transporte (901). Cuando en la siguiente descripción se hace referencia a una sola plataforma (911) y sus medios de ajuste de altura, tal descripción se refiere también a las otras plataformas y sus medios de ajuste de altura. Sin embargo, aunque se prefiere tener portadores idénticos o casi idénticos, esto no tiene que ser el caso. La plataforma (911) se coloca sobre una cinta transportadora (951), cuya cinta transportadora es móvil con relación al transportador (5). El transportador puede comprender, por ejemplo, dos carriles de guía paralelos para soportar la cinta transportadora y permitir que el portador se desplace con relación al transportador mediante ruedas u otros medios (961). La parte de la cinta transportadora que soporta la plataforma de construcción puede empujarse hacia arriba (904) con relación al transportador mientras se desplaza en la dirección del transporte (901). La Figura 9 muestra además una rampa (921), cuya rampa puede fijarse al bastidor de la línea de producción o al suelo o piso (981). Se prefiere que la rampa pueda ajustarse en la dirección vertical (903), por ejemplo, mediante un motor eléctrico o un actuador (971). La base del portador comprende una rueda (941) que permite que la base del portador se mueva hacia arriba cuando sigue la pendiente de la rampa. Se prefiere una rueda debido a que esta permite el movimiento con casi ninguna fricción, pero otros medios de guiado también pueden satisfacer. En esta modalidad la pendiente debe estar hacia arriba en la dirección de movimiento. Debe apreciarse que la rampa puede ser simétrica con respecto a la línea (910) para permitir el movimiento del transportador en ambas direcciones, por lo tanto, en la dirección de la flecha (901) y en la dirección opuesta. Preferentemente la rampa se usa para un desplazamiento vertical grande del portador. Por lo tanto, una rampa se situará en posiciones en el aparato donde el cabezal de deposición o un dispositivo de estampado en seco requiera que la plataforma se desplace a una distancia vertical relativamente grande. El ajuste de altura también se puede obtener por medios electromagnéticos, por ejemplo, mediante una combinación de un imán que se fija a una cinta transportadora y a un motor lineal que define la altura de la cinta transportadora con relación al suelo o al piso. Generalmente, el portador comprende un actuador (931) para mover la plataforma con precisión en dirección vertical (902) con relación a la base del portador.

Aunque todos los portadores pueden ser similares en construcción, se prefiere que la posición de la rueda (941) no sea la misma para todos los portadores como se explicará aquí. La rampa es en particular adecuada para desplazar las plataformas a lo largo de una distancia vertical relativamente grande, por ejemplo, hasta unos pocos centímetros. Debido a una gran velocidad de transporte de los portadores y la distancia pequeña entre los portadores colindantes, será muy difícil desplazar dos portadores colindantes a diferentes alturas debido a que esto requeriría enormes aceleraciones. Para resolver este problema, la línea de producción puede comprender múltiples rampas en paralelo como se muestra en la Figura 9A. Aquí el número de rampas (921, 922, 923) es tres, pero se apreciará que un mayor número de rampas, por ejemplo, cinco, puede preferirse y que un menor número puede satisfacer. Las ruedas (941, 942, 943, 944) de las subsecuentes plataformas (911, 912, 913, 914) están colocadas de tal manera que las ruedas no están alineadas entre sí, sino que siguen trayectorias paralelas. Esto permite que las ruedas sigan diferentes rampas paralelas. Por lo tanto, la rueda (941) seguirá la rampa (921), la rueda (942) seguirá la rampa (922), rueda (943) seguirá la rampa (943), y la rueda (944) ha seguido la rampa 922). Debido a que la altura de las rampas puede ajustarse independiente de las otras, la altura de las cintas transportadoras colindantes y por lo tanto las plataformas pueden ser diferentes. En la modalidad de la Figura 9, cada tercera plataforma (912,914) usa la misma rampa (922). En dependencia de la longitud de la rampa con relación a la distancia de las ruedas en la dirección del transporte (901), puede preferirse la velocidad de transporte, el ajuste requerido de la altura del portador, un mayor número de rampas. En particular, puede ser ventajosa una modalidad que comprenda cinco rampas y cinco posiciones verticales correspondientes de las ruedas. La modalidad del aparato que comprende varias rampas como se describió anteriormente, proporciona un mayor grado de libertad en la fabricación de diferentes productos en las plataformas colindantes.

La modalidad que se muestra en la Figura 9B comprende una rampa y medios (971) para ajustar verticalmente la rampa. En otra modalidad que comprende tales medios de ajuste, la rampa (921) puede ser plana como se muestra en la Figura 10. En tal modalidad, la altura de una cinta transportadora (951) con relación al suelo (981) se determina mediante los medios de ajuste vertical (971). Una ventaja de tal modalidad es que la aceleración de la cinta transportadora en la dirección vertical puede adaptarse durante el ciclo de producción y no se predefine mediante la forma de la rampa como es el caso de la modalidad de la Figura 9B.

La línea de producción, como se muestra en la Figura 7, comprende un robot de recolección (704) para recoger un producto fabricado de una plataforma de construcción. Preferentemente, el robot de recolección permite recoger el producto mientras la plataforma está en movimiento, lo que es posible a una velocidad menor. Esto puede realizarse, por ejemplo, mediante el movimiento del robot de recolección durante el momento de recolección con la misma velocidad de la plataforma de construcción paralelo al transportador. Los expertos en la técnica estarán familiarizados con diferentes tipos de robots de recolección. El robot de recolección también puede ser adecuado para colocar un producto en la plataforma de construcción, aunque la línea de producción puede comprender una guía de colocación (906) que está configurada para colocar productos. Tal producto puede ser un producto fabricado anteriormente en capas o puede ser un dispositivo con funcionalidad mecánica, eléctrica u óptica específica.

La línea de producción puede comprender un dispositivo de curado para curar una capa de material de construcción para obtener una capa solidificada y coherente modelada que corresponde a una sección transversal del producto a fabricar. Tal dispositivo curado puede ser un dispositivo que proporciona radiación electromagnética, por ejemplo, luz ultravioleta. Preferentemente, tal fuente UV puede proporcionar la radiación UV en un patrón predefinido, por ejemplo, por medio de un láser de exploración o una serie de pequeñas fuentes UV, como, por ejemplo, diodos emisores de luz. Sin embargo, en algunas modalidades de la línea de producción, el dispositivo de curado puede proporcionar una condición de curado más o menos homogénea a lo largo de toda el área de la capa. Tal fuente homogénea, por ejemplo, una lámpara infrarroja UV, puede aplicarse después del curado de una capa precurada. También puede aplicarse si la capa se compone de dos tipos de materiales; el material de construcción curable y un material de soporte que no se cura bajo estas condiciones.

Durante la fabricación aditiva, las capas se depositan una encima de la otra. Esto puede resultar en una acumulación de errores en el grosor. También la recolección de un producto semiterminado y su reemplazo sobre una plataforma puede introducir errores. Por esta y otras razones puede ser ventajoso tener la posibilidad de ajustar la altura de un producto. Si la altura durante una cierta etapa de la fabricación es muy baja, puede depositarse una capa adicional. Si, sin embargo, el producto es muy alto, debe retirarse algo de material. Para permitir tal eliminación, la línea de producción puede comprender un dispositivo de eliminación de capas (711) para retirar el material del producto ya fabricado. Tal dispositivo de eliminación de capas puede ser una unidad de corte que comprende una cuchilla que se ajusta para eliminar una porción del material solidificado. Debido al hecho de que la línea de producción permite un movimiento rápido de las plataformas y, por tanto, de los productos con relación a la cuchilla que puede colocarse en una posición fija con relación al transportador, típicamente la velocidad puede ser de hasta varios metros por segundo, tal corte puede aplicarse de forma favorable. Una modalidad de tal unidad de corte se muestra en la Figura 8. La unidad de corte (800) comprende una cuchilla (821) que se une al aparato mediante una etapa (822, 823) que permite que se posicione la cuchilla. La etapa se configura para desplazar la cuchilla en la dirección vertical con el fin de ajustar la altura de la cuchilla con respecto a la plataforma (2). Preferentemente, la cuchilla puede girarse a lo largo de un eje vertical (824) con el fin de variar el ángulo en el plano (825) entre el borde de corte (826) de la cuchilla y la plataforma.

La invención no se limita a las dimensiones específicas o a las especificaciones técnicas de la línea de producción y sus elementos. Las plataformas de construcción pueden tener un área rectangular que es típicamente menos de 400 mm x 200 mm, en particular menos de 200 mm x 200 mm, o menos de 100 x 200 mm, o incluso en particular menos de 100 mm x 50 mm. Los inventores prefieren un área de construcción de 50 mm x 75 mm. Sin embargo, el área de deposición también puede ser mayor de 400 mm x 200 mm. La plataforma de construcción no necesita ser rectangular, pero puede, por ejemplo, también ser elíptica, o más específico redonda como se muestra en la Figura 5. Una ventaja de una plataforma rectangular es el uso óptimo del espacio. El área de la plataforma puede adaptarse a una forma específica del área del suelo del producto a fabricar. El número de plataformas de construcción no se limita y se elegirá en la práctica teniendo en cuenta el número de diferentes productos a fabricar, el tamaño de los productos, las dimensiones máximas de la línea de producción u otros criterios. Uno de esos otros criterios puede ser la distancia requerida entre las plataformas en vista de las diferencias de velocidad de las plataformas. Un número típico de plataformas de construcción está entre 300 y 10, más en particular entre 200 y 50, o incluso más en particular entre 150 y 75. Los inventores prefieren un número de 100 en caso de que no haya una gran variación de velocidad entre los portadores y el transportador sea un transportador sin fin con una longitud de 6 metros. En una línea de producción donde la diferencia entre la velocidad de las plataformas de construcción es alta o donde una plataforma puede estar parada por algún tiempo, el número de plataformas puede ser menor. El número de plataformas puede ser par o impar. Básicamente, no hay un límite superior al número de plataformas, salvo que el transportador esté totalmente ocupado por plataformas. Se aprecia que la línea de producción puede explotarse ventajosamente en particular si comprende un número significativo de plataformas de construcción. Sin embargo, la línea de producción puede tener un número limitado de nueve plataformas de construcción o menos para aprovechar la exposición repetida al cabezal de deposición y la posibilidad de recoger productos de la línea de producción sin la necesidad de detener el portador. Típicamente la velocidad del portador puede ser entre 10 m/s y 1 m/s, por ejemplo 2 m/s o 4 m/s dependiendo, entre otros, del tipo de cabezales de deposición. Sin embargo, las velocidades mayores de 10 m/s parecen factibles para las modalidades específicas, mientras que las velocidades menores que 1 m/s o incluso 0.5 m/s pueden ser adecuadas para otras modalidades. En una línea de producción que comprende un cabezal de deposición de caída bajo demanda, la plataforma tiene, por ejemplo, una velocidad de 1,5 m/s o menos con relación al cabezal de deposición durante la deposición sobre el material de construcción.

Después que se termina el producto, este debe retirarse de la plataforma de construcción. Esta retirada puede realizarse, por ejemplo, recogiendo el producto de la plataforma o transfiriendo el sustrato sobre el que está construido el producto, desde la plataforma. Una vez que el producto se retira de una plataforma de construcción, esta plataforma está disponible para la fabricación de un segundo producto. La altura de la plataforma de construcción vacía se ajusta para proporcionar la distancia apropiada entre la plataforma de construcción y el cabezal de deposición para depositar la primera capa del segundo producto. La plataforma se desplaza hacia el cabezal de deposición para recibir la primera capa del segundo producto, ya sea antes de ajustar su altura, después de ajustar, o durante el ajuste. Este segundo producto no necesita ser el mismo que el producto anterior, aunque puede ser el mismo, debido a que la forma y composición de las capas pueden determinarse para cada capa individual. Aunque la palabra segundo se usa aquí, la palabra no debe interpretarse en su sentido literal. En realidad, el segundo producto puede ser cualquier producto subsecuente.

El transportador de la línea de producción puede estar dispuesto permitir que una plataforma de construcción sea transportada a lo largo de diferentes trayectorias, como se ilustrará con referencia a la Figura 6. Tal modalidad puede ser favorable para minimizar la variación de velocidad entre las plataformas porque, por ejemplo, los procesos que requieren un tiempo largo relativo se pueden realizar para múltiples productos simultáneamente o casi simultáneamente a lo largo de diferentes trayectorias definidas por las diferentes ramas del transportador. El transportador (5) de la modalidad de la línea de producción mostrada en la Figura 6 comprende dos ramales. La primera rama (605) puede comprender una unidad de curado (34) y la segunda rama (615) puede comprender una estación de medición de altura (710). La cinta transportadora o el transportador comprenden medios para dirigir una plataforma hacia el primer ramal del transportador o hacia el segundo ramal del transportador. Los expertos en la técnica de los sistemas de transporte industrial saben cómo realizar tal cambio. La línea de producción se puede extender con ramas adicionales, cuyas ramas no necesitan configurarse como ramas sin fin. La línea de producción puede comprender, por ejemplo, una línea de entrada para portadores y una línea de salida para productos terminados. Se pueden aplicar varias ramas, cada una de las cuales comprende el mismo dispositivo, para procesar varios productos simultáneamente. Las ramas también pueden comprender diferentes dispositivos.

Todas las modalidades de la línea de producción descritas anteriormente pueden comprender una unidad de procesamiento para controlar las diferentes etapas del proceso. Dicha unidad de procesamiento puede usarse para regular la velocidad de los diferentes portadores y la trayectoria que debe seguir cada portador. La unidad de procesamiento también puede proporcionar información sobre qué etapa de procesamiento debe realizarse en cada una de las plataformas de construcción. La unidad de procesamiento puede comprender una descripción digital de los productos a fabricar, incluyendo una descripción de las capas a depositar o el patrón de iluminación para curar dicha capa.

La invención también se refiere a un método para fabricar en capas productos tangibles de acuerdo con el cual, un primer portador que comprende una primera plataforma de construcción se desplaza a lo largo de una trayectoria que conduce la plataforma de construcción a lo largo del cabezal de deposición mientras que un segundo portador que comprende una segunda plataforma de construcción se desplaza a lo largo del transporte con una velocidad diferente. Una modalidad de este método se ilustrará con referencia a la Figura 4. En un momento determinado durante la realización del método, una primera plataforma de construcción (2) está en una posición del transportador indicada por "A", una segunda plataforma de construcción (407) puede estar en una posición indicada por "D". En dicho momento, la velocidad de la primera plataforma de construcción puede ser menor, aquí 2 m/s, que la velocidad de la segunda plataforma de construcción, aquí 3 m/s. La mayor velocidad de la segunda plataforma de construcción permite que esta plataforma llegue a tiempo al cabezal de deposición (4) aunque la trayectoria sea larga.

En otra modalidad del método para la fabricación en capas de productos tangibles, dos portadores se desplazan a lo largo de diferentes trayectorias, como se ilustrará con referencia a la Figura 6. En esta modalidad, una capa de material de construcción se deposita mediante un cabezal de deposición (4) sobre una plataforma de construcción (602) en la posición indicada por "A". Después de la deposición, las plataformas se desplazan a una posición indicada por "B". Después de pasar esta posición, la plataforma de construcción puede seguir una primera trayectoria (605) que conduce la plataforma de construcción a lo largo de una unidad de curado (34) o la plataforma de construcción puede seguir una segunda trayectoria que conduce la plataforma de construcción a lo largo de una estación de medición de altura (710). Después de pasar la unidad de curado o la estación de medición de altura, la plataforma se desplaza hacia el cabezal de deposición a través de la posición indicada por "D".

Las dos trayectorias diferentes pueden usarse para cambiar el orden de las plataformas. Si, por ejemplo, una primera plataforma (608) que sigue la primera trayectoria se desplaza más lento que una segunda plataforma (607) que sigue la primera trayectoria, la segunda plataforma puede pasar la primera plataforma y llegar antes a la posición D, incluso esta segunda plataforma comenzó más tarde desde la posición B. Se apreciará que el método se puede aplicar para más trayectorias que dos y para diferentes tipos de estaciones a lo largo de dichas trayectorias.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Línea de producción (1) para la fabricación en capas de productos tangibles que comprende

- un primer (7) y un segundo (9) portador móvil, cada portador que comprende

- una cinta transportadora (102,103) para transportar el portador, y

- una plataforma de construcción (2, 3) para soportar un producto tangible,

- uno o más cabezales de deposición (4) para depositar material de construcción en una dirección de deposición (6) sobre la primera y la segunda plataforma de construcción,

- un transportador (5) para transportar la primera y segunda plataforma de construcción hacia el cabezal de deposición y fuera del cabezal de deposición repetidamente,

caracterizado porque

la primera y la segunda cintas transportadoras permiten que cada uno de los portadores y sus plataformas de construcción sean móviles a lo largo del transportador con una velocidad diferente a la velocidad de otras plataformas de la línea de producción, a una velocidad variable en relación con las demás a lo largo de una trayectoria del transportador en un plano perpendicular a la dirección de deposición, de modo que el primer portador que comprende dicha primera plataforma de construcción se desplaza con relación al segundo transportador que comprende dicha segunda plataforma de construcción en la trayectoria que conduce ambas plataformas a lo largo del cabezal de deposición.

2. La línea de producción (11) de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende además medios de ajuste de altura (8) que se configuran para desplazar una plataforma de construcción (2) de un portador (7) con relación a una cinta transportadora (102) del portador en una dirección (12) paralela a la dirección de deposición (6).

3. La línea de producción (31,32) de acuerdo con la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en donde una plataforma de construcción (2) de un portador (7) es móvil con relación a una cinta transportadora (102) del portador en un plano perpendicular a la dirección de deposición (6).

4. La línea de producción (31) de acuerdo con la reivindicación 3, en donde la plataforma de construcción es giratoria en dicho plano.

5. La línea de producción (32) de acuerdo con la reivindicación 3 o 4, en donde las plataformas son transferibles en dicho plano.

6. La línea de producción de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde cada portador comprende una plataforma de construcción (2) que se monta sobre un brazo (105), cuyo brazo puede pivotar alrededor de un eje (120) con relación a la cinta transportadora (102).

7. La línea de producción de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el transportador es un transportador sin fin.

8. La línea de producción de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el transportador comprende curvas en banco.

9. La línea de producción de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende una o más estaciones de manipulación para manipular un producto tangible, en donde la primera y la segunda cintas transportadora son móviles a velocidades variables entre sí a lo largo de una trayectoria del transportador entre las estaciones de manipulación.

10. La línea de producción de acuerdo con la reivindicación 9, en donde la estación de manipulación comprende una unidad de corte (121) para retirar material de un producto fabricado en una plataforma de construcción.

11. La línea de producción de acuerdo con la reivindicación 9, en donde la estación de manipulación comprende una unidad de entrada (415) para introducir nuevos portadores en el transportador.

12. La línea de producción de acuerdo con la reivindicación 9, en donde la estación de manipulación comprende un lector (217) y una unidad de procesamiento (212) para controlar las etapas de procesamiento de un producto.

13. La línea de producción de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el transportador está dispuesto para permitir el transporte de las plataformas de construcción a lo largo de múltiples trayectorias.

14. Método para la fabricación en capas de productos tangibles de acuerdo con el cual un primer portador que comprende una primera plataforma de construcción para recibir material de construcción se desplaza con relación a un transportador a lo largo de una trayectoria que conduce a la primera plataforma de construcción a lo largo del cabezal de deposición, caracterizado porque el primer portador se desplaza con relación a un segundo portador que comprende una segunda plataforma de construcción para recibir material de construcción, cuyo segundo portador se desplaza a velocidad variable con relación al transportador a lo largo de una trayectoria que conduce a la segunda plataforma de construcción a lo largo del cabezal de deposición en un plano perpendicular a la dirección de deposición, de modo que el primer portador que comprende dicha primera plataforma de construcción se desplaza con relación al segundo portador que comprende dicha segunda plataforma de construcción en la trayectoria que conduce ambas plataformas a lo largo del cabezal de deposición.

15. El método de acuerdo con la reivindicación 14, en donde la trayectoria del primer portador es diferente de la trayectoria del segundo portador.