ES2904468T3 - Disposición y método para la producción de una estructura 3D - Google Patents

Abstract

Sistema para la producción de una estructura 3D que comprende un material de construcción en partículas que consiste en partículas de un diámetro, una disposición de compactación (1) que tiene medios para compactar el material de construcción en partículas que se va a aplicar en capas y un medio de accionamiento (3) conectado a los medios para comprimir y que mueve los medios para la compactación en un movimiento lineal, donde en la disposición del compactador (1) para la compactación del material de construcción en partículas que se va a aplicar en capas, está dispuesto un elemento de compactación (2) que presenta una cuchilla con al menos un filo cortante, y donde la anchura de un filo de corte en un extremo del filo de corte, que está en contacto con las partículas (11) de un material de construcción en partículas durante un proceso de compactación, está en un rango entre 0,1 veces y 3 veces el diámetro de una partícula del material de construcción en partículas.

Description

DESCRIPCIÓN

Disposición y método para la producción de una estructura 3D

[0001] La invención se refiere a un sistema para la producción de una estructura 3D, que comprende un material de construcción en partículas constituido por partículas con un diámetro, un medio para la compactación de un material de construcción en partículas que se debe aplicar a modo de capas y un medio de accionamiento, para disponer al medio en un movimiento controlado.

[0002] La invención se refiere también a un proceso para la producción de una estructura 3D, en la que se pone a disposición una capa de un material de construcción en partículas sobre un campo de construcción, que se compacta al menos parcialmente y donde por un proceso de endurecimiento físico parcial o químico o por un proceso de fusión en una estructura en capas surge la estructura 3D.

[0003] Se conoce el uso de una presión 3D o un proceso de impresión 3D para la fabricación de componentes, piezas de trabajo o formas individuales o en serie. En estos procedimientos de impresión se fabrican piezas de trabajo o componentes tridimensionales construidos a modo de capas. La estructura se realiza controlada por ordenador a partir de uno o varios materiales líquidos o sólidos según medidas y formas prefijadas. Especificaciones para los componentes o piezas de trabajo por imprimir se pueden poner a disposición por ejemplo de dichos sistemas de construcción asistidos por ordenador (CAD diseño asistido por ordenador).

[0004] Al imprimir las estructuras 3D se producen procesos de endurecimiento físico o químico o un proceso de fusión. Como materiales para estos procesos de impresión 3D se usan materiales sintéticos, resinas sintéticas, cerámicas y metales.

[0005] Se conocen diferentes flujos de procesos de fabricación para la implementación de procesos de impresión 3D.

[0006] Sin embargo, varias de estas secuencias del proceso comprenden los pasos del proceso representados a título de ejemplo a continuación:

- Aplicación parcial o total de material de construcción en partículas, también denominado material en partículas, a un llamado campo de construcción para formar una capa de material en partículas no consolidado;

- Consolidar selectivamente la capa aplicada de material de construcción en partículas no consolidado en subáreas predeterminadas, por ejemplo, mediante la compactación selectiva, la impresión o la aplicación de medios de tratamiento como un aglutinante o el uso de láseres;

- repetir los pasos del proceso anterior en otro plano de capas para construir el componente o la pieza capa por capa. Para ello, se pretende bajar el componente o la pieza de trabajo, que se construye o imprime en la zona de acumulación capa a capa, con la zona de construcción en cada caso un plano de capa o un grosor de capa o elevar el dispositivo de impresión 3D en cada caso un plano de capa o un grosor de capa con respecto a la zona de construcción antes de aplicar una nueva capa sobre una parte o toda la superficie;

- Eliminación posterior de las partículas sueltas y no consolidadas que rodean el componente o la pieza fabricada.

[0007] A partir del documento WO 02/083323 A2, se conoce un método y un dispositivo para aplicar fluidos, en particular material en partículas, a una zona que debe recubrirse, donde delante de una cuchilla se aplica el fluido a la zona que debe recubrirse, vista en una dirección de movimiento hacia delante de la cuchilla, y a continuación la cuchilla se mueve sobre el fluido aplicado. El proceso descrito se caracteriza porque la cuchilla realiza una oscilación a modo de movimiento rotatorio.

[0008] Si el proceso se realiza de tal manera que la aplicación del fluido a la zona a recubrir tiene lugar en exceso, el movimiento constante de la cuchilla, que oscila a la manera de un movimiento rotatorio, homogeneiza el exceso de fluido, como se ve en la dirección de avance de la cuchilla, delante de la cuchilla en un rodillo formado de fluido o material de partículas por el movimiento de avance de la cuchilla. Esto permite rellenar los huecos entre los grupos de partículas individuales, y los grupos más grandes de material de partículas se rompen por el movimiento del rodillo. Se produce la homogeneización del material en partículas en el rodillo. De este material en partículas delante de la cuchilla, una pequeña parte es arrastrada a un hueco bajo la cuchilla, se compacta allí y se aplica así como una capa uniforme.

[0009] La aplicación del fluido o del material en partículas en la zona situada delante de la cuchilla oscilante, vista en la dirección del movimiento de avance de la cuchilla, puede llevarse a cabo, por ejemplo, a través de una cinta transportadora desde un depósito.

[0010] Se prevé que el movimiento de rotación de la cuchilla tenga lugar en torno a un eje de rotación que, visto en la dirección de acumulación del fluido, se encuentra por encima de la zona a recubrir. Se pueden conseguir resultados especialmente buenos en el proceso si la oscilación se produce con un movimiento de rotación en el que el ángulo de giro está en un rango de 0,1 a 5°.

[0011] El dispositivo descrito es especialmente adecuado para su uso en la aplicación de material en partículas provisto de un aglutinante.

[0012] Un método y un dispositivo para aplicar fluidos son conocidos por el documento EP 1494 841 B1. El problema a resolver es proporcionar un dispositivo, así como un uso del dispositivo, con los que sea posible una distribución aún mejor del fluido aplicado en sólo una pequeña cantidad sobre un área por recubrir.

[0013] Se prevé que una tolva abierta hacia abajo esté suspendida delante de la cuchilla de la barnizadora, donde la tolva está conectada rígidamente a la cuchilla y, por tanto, vibra con ella. La tolva transporta el suministro de material en partículas para al menos un recorrido de recubrimiento a lo largo de todo el campo de construcción. Cuando se acciona el mecanismo oscilante de la tolva, el material en partículas de la tolva se fluidifica y fluye fuera de la tolva, que está abierta en la parte inferior, delante de la cuchilla. Así, la tolva puede transportar una cantidad de material mucho mayor que la necesaria para la capa actual.

[0014] También se divulga que la cuchilla oscilante utilizada se acciona preferentemente a través de una excéntrica, que está montada en el eje del motor de accionamiento de manera rotativamente fija. La transmisión de la fuerza de la excéntrica a la cuchilla oscilante puede efectuarse, por ejemplo, de forma positiva, es decir, mediante la aplicación directa de un rodamiento de rodillos a la excéntrica, o mediante una transmisión no positiva por medio de un rodillo accionado por la fuerza de un muelle a la excéntrica.

[0015] Este método también es especialmente adecuado para la aplicación de material en partículas provisto de un aglutinante.

[0016] En el documento WO 2016/030375 A2 se conoce un conjunto de recubrimiento para una impresora 3D y un método para depositar dos capas de material de construcción en partículas.

[0017] El conjunto de recubrimiento tiene un recubrimiento que comprende un contenedor que define una cavidad interna para recibir material de construcción en partículas, que se abre en un orificio para dispensar el material de construcción en partículas, y que tiene un elemento de recubrimiento que tiene una superficie de recubrimiento dirigida hacia abajo formada a partir de él y adaptada para recubrir el material de construcción dispensado desde el orificio con la superficie de barrido para así nivelar y/o compactar el material en partículas dispensado.

[0018] El conjunto de recubrimiento también comprende un dispositivo de ajuste dispuesto para ajustar de forma variable un ángulo de inclinación de la superficie de recubrimiento.

[0019] El documento DE 693 30495 T2 divulga un método y un dispositivo para aplicar medios pastosos a un soporte para producir un componente 3D.

[0020] El problema a resolver consiste en crear un método para aplicar medios pastosos a un soporte, con el que se pueda aumentar la fiabilidad del proceso en la impresión de plantillas y reducir las tasas de error. Además, hay que conseguir una mayor velocidad de procesamiento.

[0021] Para resolver esta tarea, se prevé que un patrón de aplicación esté predeterminado por una máscara dispuesta en el portador y que el medio pastoso se aplique mediante una escobilla de goma, siendo el medio pastoso presionado en los huecos dejados libres por la máscara.

[0022] También se divulga que la escobilla de goma utilizada en la aplicación se hace vibrar por un actuador, cuyas vibraciones se transmiten al material pastoso cuando la escobilla de goma avanza. Esto mejora el flujo del material pastoso en las aberturas o huecos de la máscara o la plantilla para que se llenen completamente con el medio pastoso. La mejora mediante la aplicación de vibraciones puede explicarse por el hecho de que, debido al aumento de la temperatura del medio por el suministro de energía, la fricción de rodadura de las partículas pastosas se reduce y la viscosidad aparentemente disminuye.

[0023] Dado que sólo se suministra energía de vibración al medio en contacto con la racleta, la viscosidad se reduce aparentemente sólo aquí. Como resultado, el medio corre mejor en las aberturas del esténcil y se deposita en el sustrato en forma de un embalaje de bolas más denso. En general, esto se traduce en una mayor velocidad de procesamiento y una mayor calidad de impresión con un menor suministro de medio pastoso en la plantilla.

[0024] DE 102 16 013 B4 divulga un método y un dispositivo para aplicar fluidos, en particular material en partículas, a un área que debe ser recubierta.

[0025] El documento EP-A-0431924 divulga las características de los preámbulos de las reivindicaciones 1 y 8.

[0026] La tarea consiste en proporcionar un dispositivo, así como un uso del dispositivo, con el que sea posible una distribución aún mejor del fluido aplicado en sólo una pequeña cantidad sobre un área a recubrir. Para resolver esta tarea, el fluido se aplica a la zona a recubrir delante de una cuchilla, vista en la dirección de avance de la cuchilla, y luego la cuchilla se mueve sobre el fluido aplicado. En este caso, la cuchilla debe realizar una oscilación, por lo que el fluido se suministra desde un recipiente abierto hacia abajo, en la dirección de la zona a recubrir, y oscilando con la cuchilla. La oscilación de la hoja debe ser a modo de movimiento rotatorio.

[0027] También se divulga que se proporciona una excéntrica para accionar la cuchilla y que una transmisión de fuerza de la excéntrica a la cuchilla puede ser positiva o no positiva.

[0028] Las desventajas de este estado de la técnica conocido son que, por lo general, las palas o cuchillas oscilantes tienen que ser puestas en movimiento, preferentemente un tipo de movimiento rotatorio, por ejemplo, mediante una excéntrica. Para ello es necesario el correspondiente accionamiento, como un motor eléctrico, y los componentes mecánicos necesarios para generar o ejecutar la forma de movimiento requerida. Esto aumenta tanto el esfuerzo como el espacio necesario para la construcción. Además, la producción de estos conjuntos se vuelve más complicada, por lo que los costes de producción de estos conjuntos también aumentan.

[0029] Debido a la mecánica necesaria y al acoplamiento parcial a un contenedor de almacenamiento, las frecuencias máximas alcanzables de dichos conjuntos y, por tanto, su velocidad de procesamiento o compactación también son limitadas. Además, el esparcimiento y la compactación del material están directamente relacionados y se influyen mutuamente. Por lo tanto, no es posible una separación independiente entre esparcimiento y la compactación.

[0030] Otra desventaja de una cuchilla que realiza una vibración es, por ejemplo, que se aplica una fuerza a un área comparativamente grande del fluido a compactar. Como resultado, puede producirse un efecto de fuerza simultáneo en zonas ya compactadas y aún no compactadas del fluido durante un movimiento oscilante de la cuchilla. Es de esperar que esto perjudique la calidad de la compactación.

[0031] El objetivo de la invención es proporcionar un sistema y un método para generar una estructura 3D que comprenda varias capas, con el que se consiga una mejor compactación de un material de construcción en partículas que se aplique en capas con una alta calidad de superficie, así como una mayor velocidad en la acumulación de las capas individuales.

[0032] La tarea se resuelve mediante un sistema con las características según la reivindicación 1 de las reivindicaciones independientes de la patente. En las reivindicaciones dependientes 2 a 7 se dan otras formas de realización.

[0033] La tarea también se resuelve mediante un método con las características según la reivindicación 8 de las reivindicaciones independientes. Otras realizaciones se indican en las reivindicaciones dependientes 9 a 13.

[0034] Se prevé que un elemento de compactación esté diseñado como una cuchilla con al menos un filo de corte. En este diseño tipo cuchillo del elemento compresor se prevé que la anchura de un borde de corte esté en un rango entre 0,1 veces y 3 veces el diámetro de una partícula del material de construcción en partículas o del material de partículas. La anchura del filo de corte se determina en el punto o extremo del filo de corte que entra en contacto con las partículas del material de construcción o de las partículas durante un proceso de compactación.

[0035] Preferiblemente, la anchura de un filo de corte de la cuchilla está en un rango entre 0,3 veces y 2 veces el diámetro de una partícula del material de construcción en partículas o del material de partículas. De manera particularmente preferente, la anchura de un filo de corte está en un rango entre 0,5 veces y 1 vez el diámetro de una partícula del material de construcción en partículas o del material de partículas.

[0036] El tamaño o el diámetro de una partícula del material de construcción en partículas o del material de partículas está típicamente en un rango entre 0,1 y 0,2 mm. Particularmente, es preferible que el tamaño de una partícula del material de construcción en partículas o del material de partículas sea del orden de 0,18 mm de diámetro.

[0037] Al diseñar la anchura de un borde de corte del elemento de compactación en las dimensiones descritas anteriormente, se consigue que se evite un deterioro de la calidad de la compactación, ya que la introducción de una fuerza en la superficie del material de construcción en partículas o del material en partículas se limita a una zona muy estrecha, que es del orden de magnitud de una partícula o de unas pocas partículas del material de construcción en partículas o del material de partículas.

[0038] De este modo, mediante la invención, bajo la condición de, por ejemplo, un movimiento uniforme del elemento compresor sobre el campo de construcción y un dimensionamiento correspondiente de un filo de corte, se puede excluir prácticamente un deterioro de las partículas vecinas ya compactadas. Como resultado, la calidad de la compactación de la capa aplicada de material de construcción en partículas o del material de partículas mejora considerablemente.

[0039] La invención también prevé una pluralidad de tales elementos de compactación, donde cada uno de los cuales tiene un filo cortante, para ser dispuestos en una disposición de compactación. Dichos elementos de compactación pueden ser, por ejemplo, tiras finas de un material metálico que tenga la configuración similar a una cuchilla descrita anteriormente con su correspondiente filo de corte.

[0040] Los, por ejemplo, tres elementos de compactación en forma de cuchilla dispuestos en una disposición de compactación pueden, por ejemplo, estar dispuestos paralelos entre sí tan juntos de tal manera que se impida la penetración del material de construcción en partículas entre estos elementos de compactación.

[0041] Los elementos de compactación están conectados cada uno a su propio medio de accionamiento y se ponen en movimiento lineal, es decir, en el llamado movimiento de vaivén, por sus respectivos medios de accionamiento.

[0042] Se prevé que los medios de accionamiento sean accionados eléctricamente. Como alternativa, los medios de accionamiento también pueden funcionar de forma electromagnética, por ejemplo, mediante una bobina que genere un campo magnético, o de forma piezoeléctrica. Otras alternativas también pueden ser de accionamiento positivo, por ejemplo, los accionamientos de biela de leva o de pistón. El movimiento generado por los respectivos medios de accionamiento se transmite al elemento de compactación asociado, que está conectado fijamente a los medios de accionamiento para este fin.

[0043] Los elementos de compactación de una disposición de compactación pueden, por ejemplo, estar dispuestos en paralelo entre sí y alineados en un ángulo de 90 grados con respecto al campo de construcción, es decir, con respecto a la superficie, que apunta en la dirección de los elementos de compactación, en lo sucesivo denominada superficie para abreviar, de la capa aplicada de material de construcción de partículas o de material de partículas.

[0044] En una alternativa, se prevé que los elementos de compactación de una disposición de compactación estén dispuestos en paralelo entre sí y alineados en un ángulo que se desvía 90 grados con respecto al campo de construcción. De este modo, es posible una alineación de los elementos de compactación en ángulo con respecto a la obra. La desviación de la perpendicular sobre el campo de construcción puede ser, por ejemplo, de 0,1 grados a 15 grados.

[0045] La longitud de un elemento de compactación que tiene una cuchilla con un filo de corte puede extenderse a lo largo de todo el ancho del campo de construcción. Por ejemplo, las dimensiones de un elemento de compactación pueden indicarse como una longitud de 500 mm, una anchura de 3 mm y una altura de 30 mm.

[0046] Está previsto que la disposición de compactación con sus elementos de compactación esté dispuesta, por ejemplo, por encima de un campo de construcción, por lo que la disposición de compactación está dispuesta de forma móvil por encima del campo de construcción y, como es habitual en el estado de la técnica, puede moverse por encima del campo de construcción al menos en una dirección X y otra Y. Para posibilitar la construcción en capas, está previsto que la disposición de compactación sea también móvil en la dirección Z por encima del campo de construcción, alejándose de él o acercándose a él. Alternativamente, también se puede prever que el campo de construcción esté dispuesto para que se pueda mover en una dirección Z. Esto significa que la distancia del campo de construcción de la disposición de compactación puede aumentar o disminuir.

[0047] En otra realización del sistema de compactación está previsto, que los elementos de compactación estén dispuestos uno respecto al otro en diferentes ángulos. Por ejemplo, pueden estar dispuesto tres elementos de compactación de tal manera que el elemento de compactación medio esté dispuesto en perpendicular (90 grados) sobre el campo de construcción, mientras un primer elemento de compactación adyacente presenta un ángulo por encima de 90 grados y un segundo elemento de compactación adyacente presenta un ángulo por debajo de 90 grados. Por ejemplo, los ángulos pueden presentar 89, 90 y 91 grados o 88,90 y 92 grados, donde los extremos proporcionados para compactar del material de construcción en forma de partículas de los elementos de compactación o cuchillos están dispuestos cerca entre sí en el campo de construcción.

[0048] Para la optimización del efecto de los elementos de compactación con forma de cuchillo sobre la superficie del material de construcción en forma de partículas durante la compactación del material de construcción en los puntos proporcionados, los elementos de compactación son provistos de al menos una estructura. Una estructura de este tipo está provista en el extremo del elemento de compactación, que entra en contacto con el material de construcción en forma de partículas.

[0049] Una estructura de este tipo puede presentar por ejemplo una forma cóncava. Alternativamente una estructura se puede realizar también de forma convexa, con forma de onda o en forma de diente de sierra, no existiendo ninguna restricción a las formas de estructura mencionadas aquí. La forma de la estructura se puede adaptar por un experto a las especificaciones y circunstancias.

[0050] También está previsto que un elemento de compactación presente dos estructuras en su extremo proporcionado para este fin. Las dos estructuras se pueden realizar de la misma manera o de forma diversa en forma y tamaño. Por estas estructuras se forman cuchillas en los extremos de los elementos de compactación, que entran en contacto con el material de construcción en forma de partículas durante la compactación, también denominados sucesivamente puntos de contacto, mientras que otras zonas al final del elemento de compactación ya no entran en contacto con el material de construcción.

[0051] En el caso de un elemento de compactación que presenta una cuchilla con al menos un filo de corte se puede formar un filo de corte por medio de un bisel en forma de V en el extremo del elemento de compactación como el que es habitual en un cuchillo. En una alternativa se puede formar un filo de corte o varios filos de corte en un elemento de compactación al final del elemento de compactación por la introducción de una o varias estructuras que presentan por ejemplo una forma cóncava al final del elemento de compactación. A este respecto está previsto que una estructura de este tipo se extienda en una extensión longitudinal del elemento de compactación. En caso de que en un elemento de compactación se hayan formado varios filos de corte, la anchura de cada filo de corte se forma en las dimensiones descritas anteriormente, de modo que al comprimir un contacto, es decir una transmisión de la fuerza sobre la superficie del material de construcción en partículas o material de partículas se limita siempre a una zona muy estrecha, que está en el orden de magnitud de una partícula o de algunas pocas partículas del material de construcción en partículas o del material de partículas.

[0052] Está previsto que los elementos de compactación se puedan mover de forma independiente entre sí accionados por su medio de accionamiento respectivo. Así se pueden mover los elementos de compactación de la misma forma o diversamente.

[0053] Por ejemplo un primer elemento de compactación se puede mover en la dirección del campo de construcción, mientras que al mismo tiempo un segundo elemento de compactación se puede mover en una dirección desplazada del campo de construcción o a la inversa.

[0054] Está previsto también impulsar cada medio de accionamiento y de esta manera cada elemento de compactación con una propia frecuencia para el movimiento hacia un lado y el otro. Junto a la frecuencia se puede ajustar también la amplitud, por lo tanto, se puede ajustar individualmente el movimiento hacia un lado y el otro.

[0055] Además también se puede ajustar la forma de la forma de ondas que acciona el medio de accionamiento, como por ejemplo una oscilación sinusoide, una tensión de mando. La elección de la forma de ondas afecta en consecuencia a la forma del movimiento del elemento de compactación. Como forma de ondas se puede utilizar por ejemplo también un diente de sierra o formas de ondas en forma de meandro.

[0056] Está previsto que se consigue una separación entre el proceso de las extracciones de material de construcción en forma de partículas y la compactación del material de construcción en forma de partículas. Por tanto, se excluye una influencia recíproca entre ambos procesos.

[0057] Las características y ventajas de esta invención explicadas anteriormente se pueden valorar y entender mejor después de un estudio minucioso de las configuraciones de ejemplo no restrictivas preferidas aquí de la invención con los dibujos, que muestran:

Fig. 1:

una forma de realización del sistema de compactación con tres elementos de compactación,

Fig. 2a, 2b, 2c:

una representación de diferentes procesos de movimiento del sistema de compactación de la figura 1,

Fig. 3:

una representación ampliada de los extremos de los elementos de compactación, que presentan respectivamente dos estructuras,

Fig. 4:

otra representación ampliada de un extremo de un elemento de compactación,

Fig. 5a:

una forma de realización con cinco elementos de compactación dispuestos paralelamente uno respecto al otro con una alineación de los elementos de compactación desviados de una perpendicular a través del campo de construcción,

Fig. 5b:

una representación ampliada de la zona de los extremos de los cincos elementos de compactación según la figura 5a,

Fig. 6a:

una forma de realización alternativa con tres elementos de compactación dispuestos en ángulos diferentes a través del campo de construcción y

Fig. 6b:

una representación ampliada de la zona de los extremos de los elementos de compactación según la figura 6a.

[0058] La figura 1 muestra una disposición de compactación 1 que está dispuesta sobre una superficie de un campo de construcción 6. Está previsto que la disposición de compactación 1 esté dispuesta de forma que pueda moverse al menos en una dirección X y en una dirección Y por encima del campo de construcción 6. En la figura 1 no se muestran los medios mecánicos necesarios para ello ni una unidad de control que controle el movimiento. Para ello se pueden utilizar soluciones comunes conocidas en el estado de la técnica. Para garantizar la construcción capa por capa del modelo 3D que se va a generar, también se ha previsto que la disposición de compactación 1 pueda moverse o desplazarse en la dirección Z. Alternativamente, se sabe que el campo de construcción también puede ser diseñado para ser movible en una dirección X, una dirección Y y opcionalmente en una dirección Z.

[0059] La disposición de compactación 1 comprende tres medios de accionamiento 3. Está previsto que un medio de accionamiento 3 esté conectado a un elemento de compactación 2 respectivo y que éste pueda así ser controlado o movido individualmente.

[0060] Esta posibilidad de control independiente e individual de los elementos de compactación 2 hace posible que los elementos de compactación 2 se controlen de la misma manera y, por lo tanto, se muevan de la misma manera o que se controlen de manera diferente y, por lo tanto, se muevan de manera diferente.

[0061] Las flechas dobles representadas en los elementos de compresor 2 en la figura 1 indican los sentidos de movimiento 12 del elemento de compresor respectivo 2, que se mueve en modo longitudinalmente axial o lineal en un dicho vaivén. Los sentidos de movimiento 12 mostrados a modo de ejemplo en la figura 1 del elemento de compresor 2 están paralelamente uno respecto al otro. Para el caso, que se opina en la presente descripción un momento especial del movimiento de un elemento de compresor 2, la dirección de movimiento actual 12 se mueve en modo momentáneo solamente muestra con una flecha simple representado y, en que dirección se el elemento de compresor 2.

[0062] Los elementos de compactación 2 mostrados en la figura 1 se representan en posiciones diferentes sobre su posible recorrido de movimiento. Esto se muestra a través de las diferentes longitudes de los elementos de compactación 2 o a través de las diferentes distancias entre los extremos 7 de los elementos de compactación 2 y el campo de construcción 6.

[0063] Al final 7 de cada elemento de compactación 2 se forman puntos de contacto 8, que entran en contacto con el material de construcción en partículas, que se aplica como una capa delgada al menos en parte sobre el campo de construcción 6. Para un mejor reconocimiento de la configuración de los extremos 7 de los elementos de compactación 2 con los puntos de contacto 8 estos se muestran adicionalmente de forma ampliada en la figura 1 en una representación tipo lupa.

[0064] Moviendo el elemento de compactación 2 con suficiente rapidez en las direcciones indicadas por las flechas dobles, es decir, con una frecuencia elevada, se puede compactar el material de construcción en partículas en los puntos previstos para ello. Esta compactación del material de construcción en partículas en los puntos previstos en una primera capa se realiza mientras la disposición de compactación 1 se mueve sobre el campo de construcción 6, por ejemplo, en la dirección X. Si el control y la deflexión de los elementos de compactación 2 se realizan con la correspondiente rapidez, es decir, con una alta frecuencia, se consigue una compactación muy buena y rápida del material de construcción en partículas. La conformación o configuración de una capa y, por lo tanto, de toda la estructura 3D es posible en un tiempo más corto en comparación con los procesos de impresión 3D habituales. La razón del aumento de la velocidad de fabricación de una estructura 3D es que con el movimiento solo lineal de los elementos de compactación no hay necesidad de componentes mecánicos, por ejemplo, para dirigir o redirigir un movimiento.

[0065] Los medios para almacenar y aplicar el material de construcción en partículas que son habituales en el estado de la técnica se pueden utilizar de forma conjunta en la invención. También es posible y está previsto el uso de un aglutinante.

[0066] En las figuras 2a, 2b y 2c se representa el sistema de compactación 1 conocido ya de la figura 1 con por ejemplo tres elementos de compactación 2 en estados de servicio diferentes. Para la distinción de los elementos de compactación individuales estos se indican con los números de referencia 2a para el primer elemento de compactación 2a, 2b para el segundo elemento de compactación 2b y 2c para el tercer elemento de compactación 2c.

[0067] En un primer estado de funcionamiento en la figura 2a se representa un estado, en el cual el primer elemento de compactación 2a ha alcanzado su desviación máxima, por lo tanto, su distancia más corta desde el campo de construcción 6, y el material de construcción en partículas no mostrado en la figura 2a ha sido compactado de forma correspondiente en la zona entre los puntos de contacto 8 del primer extremo 7a del primer elemento de compactación 2a y el campo de construcción 6. Para reconocer mejor la configuración de los extremos 7a, 7b y 7c de los elementos de compactación 2a, 2b y 2c estos se muestran de forma ampliada en las figuras 2a, 2b y 2c en una representación similar a una lupa.

[0068] En el estado de funcionamiento representado el primer accionamiento 3a del primer elemento de compactación 2a se mueve en una dirección, en la que la distancia entre el primer elemento de compactación 2a y el campo de construcción 6 es cada vez mayor. Esta dirección de movimiento 12 se representa con la flecha orientada hacia arriba hacia el medio de accionamiento 3a. Al mismo tiempo se mueven el segundo elemento de compactación 2b a través del segundo medio de accionamiento 3b y el tercer elemento de compactación 2c a través del tercer medio de accionamiento 3c en la dirección del campo de construcción 6. Se muestra que el segundo elemento de compactación 2b presenta una distancia inferior al campo de construcción 6 que el tercer elemento de compactación 2c. Así, se puede partir del hecho de que los puntos de contacto 8 del segundo extremo 7b alcanzan como próximo el material de construcción en partículas sobre la superficie del campo de construcción 6 y el material de construcción en partículas se compacta en los puntos de contacto 8 antes de que los puntos de contacto 8 del tercer extremo 7c del tercer elemento de compactación 2c lleven a cabo su proceso de compactación.

[0069] Durante la compactación puntual del material de construcción en partículas sobre la superficie del campo de construcción 6 a través de los tres elementos de compactación 2a, 2b y 2c se mueve el campo de construcción 6 en la dirección X y/o Y. Alternativamente se puede mover el sistema de compactación 1 a través del campo de construcción 6.

[0070] En la figura 2b se representa un segundo estado de funcionamiento, en el que el primer elemento de compactación 2a se ha seguido distanciando del campo de construcción 6, mientras que el segundo y el tercer elemento de compactación 2b y 2c han seguido moviéndose en dirección hacia el campo de construcción 6. Por lo tanto, los sentidos de movimiento 12 de los elementos de compactación son iguales en la figura 2a y 2b. Los puntos de contacto 8 del segundo extremo 7b del segundo elemento de compactación 2b han alcanzado el material de construcción en partículas sobre la superficie del campo de construcción 6 y compactan correspondientemente el material de construcción de partículas en los puntos de contacto 8.

[0071] Después de que el extremo 7b del segundo elemento de compactación 2b ha realizado el proceso de compactación, se revierte la dirección de movimiento 12 del segundo elemento de compactación 2b, que se mueve a través del segundo medio de accionamiento 3b, con lo que aumenta la distancia del segundo extremo 7b respecto al campo de construcción 6. Al mismo tiempo siguen moviéndose el primer elemento de compactación 2a y el tercer elemento de compactación 2c en la respectiva dirección de movimiento que permanece inalterada 12.

[0072] En la figura 2c se representa un tercer estado de funcionamiento, en el que los puntos de contacto 8 del tercer extremo 7c del tercer elemento de compactación 2c han alcanzado el material de construcción en partículas en la superficie del campo de construcción 6 y compactan correspondientemente el material de construcción en partículas en los puntos de contacto 8. Después de este proceso de compactación se invierte la dirección de movimiento 12 del tercer elemento de compactación 2c, que se mueve a través del tercer medio de accionamiento 3c, con lo que aumenta la distancia del tercer extremo 7c respecto al campo de construcción 6. En este momento el segundo elemento de compactación 2b sigue alejándose del campo de construcción 6. El primer elemento de compactación 2a ha alcanzado su máxima distancia respecto al campo de construcción 6 e invierte su dirección de movimiento 12, con lo que ahora se mueve nuevamente en dirección del campo de construcción 6 y así disminuye la distancia entre el primer extremo 7a del primer elemento de compactación 2a y el campo de construcción 6. Este estado de funcionamiento descrito se representa en la figura 2c por medio de las flechas respectivas en los elementos de compactación 2a, 2b y 2c.

[0073] La figura 3 muestra una representación ampliada de los extremos 7a, 7b y 7c de los elementos de compactación 2a, 2b y 2c. Esta representación corresponde a una vista lateral o a una representación en sección de los elementos de compactación 2a, 2b y 2c. En el ejemplo de la figura 3 los elementos de compactación 2a, 2b y 2c y sus direcciones de movimiento 12 se orientan en paralelo entre sí. Como se puede ver en la representación ampliada de los extremos 7a, 7b y 7c, estos presentan respectivamente una primera estructura 4 y una segunda estructura 5. Las estructuras 4 y 5 se realizan respectivamente de forma cóncava, donde las estructuras 4 y 5 se diferencian en su tamaño y su radio. La compactación del material de construcción en partículas se realiza preferiblemente en los puntos de contacto 8 formados por las estructuras 4 y 5. Está previsto que los elementos de compactación 2a, 2b y 2c se mueven en las direcciones representadas con la flecha doble, mientras que el campo de construcción 6 se mueve por ejemplo en la dirección mostrada con la flecha, en la figura 3 a la izquierda.

[0074] En la figura 3, se muestra una curva en cada uno de los puntos de contacto 8, que tiene forma de onda. Esta curva está destinada a representar el curso del movimiento de los puntos de contacto 8 a lo largo de una ventana de tiempo correspondiente y sobre el campo de construcción 6. Esta trayectoria se crea superponiendo el movimiento de ida y vuelta de los elementos de compactación 2a, 2b y 2c (flecha doble) y el movimiento (flecha simple) del campo de construcción 6. La forma de onda mostrada representa así el proceso de compactación en la superficie del campo de construcción 6 y muestra que el material de construcción en partículas es compactado simultáneamente en tres puntos diferentes o puntos de contacto 8 por un elemento de compactación 2a, 2b y 2c.

[0075] Al mover el campo de construcción 6, por ejemplo, en la dirección mostrada en la figura 3, un área 9 en la superficie del campo de construcción 6 es compactada primero varias veces por tres puntos de contacto 8 del elemento de compactación 2c por el movimiento recíproco del elemento de compactación 2c en su dirección de movimiento 12. Así, mediante un elemento de compactación 2c, ya se produce una compresión múltiple, en el ejemplo en tres puntos de contacto diferentes 8 dentro de la zona 9.

[0076] Posteriormente, esta zona 9 es alcanzada por el elemento de compactación 2b. También por los tres puntos de contacto 8 del elemento de compactación 2b se produce una compactación múltiple del material de construcción en partículas en la zona 9. Después de que el elemento de compactación 2b haya pasado por la zona 9, el elemento de compactación 2a llega a la zona 9. También por los tres puntos de contacto 8 del elemento de compactación 2a se produce una compactación múltiple del material de construcción en partículas en la zona 9. De este modo, las partículas 11 del material de construcción en partículas en la zona 9 se han compactado varias veces, lo que permite una rápida y sólida construcción capa a capa de la estructura 3D.

[0077] En la figura 4 se muestra otra representación ampliada de un extremo 7c de un elemento de compactación 2c con dos puntos de contacto 8 a modo de ejemplo. El extremo 7c del elemento de compactación 2c tiene una primera estructura cóncava 4c, que se representa solamente de forma parcial. El extremo 7c también tiene una segunda estructura cóncava 5c, que tiene un radio mayor que la primera estructura cóncava 4c.

[0078] La figura 4 también muestra un campo de construcción 6, que se mueve en la dirección indicada con la flecha debajo del elemento de compactación 2c. El proceso de compactación del material de construcción en partículas no mostrado sobre la superficie del campo de construcción 6 a través de dos puntos de contacto representados 8 así como a través de los puntos de contacto 8 no representados se muestra con ayuda varias curvas onduladas sobre la superficie del campo de construcción 6. Además de dos puntos de contacto representados 8 del elemento de compactación 2c también están implicados en el proceso de compactación los puntos de contacto no representados 8 del elemento de compactación 2c así como también los puntos de contacto 8 no representados de los elementos de compactación 2a y 2b.

[0079] En la figura 5a se muestra una forma de realización de la invención con cinco elementos de compactación 2a dispuestos paralelamente uno respecto al otro, 2b, 2c, 2d y 2e. En esta variante se disponen los elementos de compactación 2a, 2b, 2c, 2d y 2e desviados de una vertical 10 a través del campo de construcción 6 en un ángulo de por ejemplo 5 grados respecto a la vertical 10.

[0080] Las cuchillas de los filos de corte de los elementos de compactación 2a, 2b, 2c, 2d y 2e se forman con un bisel en forma de V a modo de ejemplo en el extremo respectivo del elemento de compactación 2a, 2b, 2c, 2d y 2e correspondiente. Los elementos de compactación 2a, 2b, 2c, 2d y 2e se conectan con sus medios de accionamiento 3a, 3b, 3c, 3d y 3e no representados en la figura 5a y se mueven en paralelo entre sí a través de estos en el movimiento descrito anteriormente hacia un lado y el otro en una dirección de movimiento lineal 12. Los sentidos de movimiento 12 de los elementos de compactación 2a, 2b, 2c, 2d y 2e se representan en la figura 5a por medio de las cinco flechas dobles.

[0081] En la figura 5b se muestra una representación ampliada de la zona de los extremos del elemento de compactación 2a, 2b, 2c, 2d y 2e según la figura 5a. En esta representación de la figura 5b se representan algunas partículas 11 del material de construcción en partículas al mismo nivel a través del campo de construcción 6. Se puede ver claramente que la anchura de un filo de corte de un elemento de compactación 2a, 2b, 2c, 2d y 2e en el extremo del filo de corte, que durante el proceso de compactación está en contacto con las partículas 11 del material de construcción en partículas, se ha elegido de tal manera que esta anchura es menor que el diámetro de una partícula 11 del material de construcción en partículas. De esta manera un filo de corte de un elemento de compactación 2a, 2b, 2c, 2d y 2e puede dirigirse a comprimir una partícula 11, mientras que no se ven afectadas por este proceso de compactación partículas adyacentes 11 del material de construcción en partículas. Para la comparación en la figura 5b se indica una dimensión de 0,18 mm. Esta dimensión corresponde por ejemplo aproximadamente al diámetro de una partícula 11 del material en partículas.

[0082] A través de un movimiento correspondiente de la disposición de compactación 1 a través del campo de construcción 6 se puede lograr que una partícula 11 se compacte de forma sucesiva por los tres filos de corte del elemento de compactación 2a, 2b, 2c, 2d y 2e. Para ello la velocidad de la marcha de la disposición de compactación 1 a través del campo de construcción 6 y las frecuencias de las señales para el accionamiento del medio de accionamiento 3a, 3b, 3c, 3d y 3e se eligen y se ajustan unos a los otros.

[0083] A través de la disposición de los elementos de compactación 2a, 2b, 2c, 2d y 2e en un ángulo correspondiente (posición oblicua) se contrarresta un desplazamiento de la partícula 11 del material de construcción en partículas a través del campo de construcción 6 por ejemplo en una dirección de marcha de la disposición de compactación 1.

[0084] Está previsto también disponer el ángulo de la alineación del elemento de compactación 2a, 2b, 2c, 2d y 2e de forma ajustable a través del campo de construcción 6. Así se puede realizar un cambio del ángulo durante el funcionamiento.

[0085] Está previsto también disponer los elementos de compactación 2a, 2b, 2c, 2d y 2e sobre el campo de construcción 6 en ángulos diferentes y a este respecto mantienen la distancia entre sí de las cuchillas de los tres filos de corte del elemento de compactación 2a, 2b, 2c, 2d y 2e, con lo que la alineación de los elementos de compactación 2a, 2b, 2c, 2d y 2e entre sí ya no es paralela. Así se puede elegir por ejemplo para el elemento de compactación 2a un ángulo de 0 grados, para el elemento de compactación 2b un ángulo de 2 grados, para el elemento de compactación 2c un ángulo de 4 grados, para el elemento de compactación 2d un ángulo de 6 grados y para el elemento de compactación 2e un ángulo de 8 grados. Esta realización no se representa en las figuras.

[0086] En la figura 6a se muestra una forma de realización alternativa con tres elementos de compactación 2a, 2b y 2c, que están dispuestos en ángulos diferentes por el campo de construcción 6. Al contrario que la representación de la figura 5a los elementos de compactación 2a, 2b y 2c no se se orientan en paralelo entre sí. La disposición de los elementos de compactación 2a, 2b y 2c se realiza en esta forma de realización de tal manera que las cuchillas del filo de corte del elemento de compactación 2a, 2b y 2c están dispuestas con un bisel por ejemplo en forma de V orientadas sobre un punto común. De esta manera es posible que los tres elementos de compactación 2a, 2b y 2c puedan contactar y comprimir con sus filos de corte una partícula 11.

[0087] Este caso está representado en la representación ampliada de la zona del filo de corte en los extremos de los elementos de compactación 2a, 2b y 2c en la figura 6b. En un caso de este tipo, en el que los tres filos de corte contactan con una partícula 11 del material de construcción en partículas, puede estar previsto también que la concentración se realice por ejemplo a través del segundo elemento de compactación 2b, mientras que el primer elemento de compactación 2a y el tercer elemento de compactación 2c fijan la partícula en el punto actual. Para la comparación se indica en la figura 6b una dimensión de 0,18 mm. Esta dimensión corresponde por ejemplo al diámetro de una partícula 11 del material en partículas.

[0088] Adicionalmente se puede disponer un posicionamiento oblicuo de la disposición de compactación 1 con los tres elementos de compactación 2a, 2b y 2c, para contrarrestar las alteraciones del procedimiento de compactación a través de un movimiento de la disposición de compactación 1 por el campo de construcción 6. Las ventajas especiales de la presente disposición, así como del método para la producción de una estructura 3D se representan a continuación:

• los elementos de compactación conducen a un movimiento lineal en la dirección de movimiento 12 para la compactación del material de construcción en partículas que se va a aplicar en capas.

• El movimiento lineal de los elementos de compactación puede estar en un ángulo regulable respecto a la dirección del campo de construcción.

• Los elementos de compactación pueden estar dispuestos en paralelo entre sí o en un ángulo entre sí.

• Disposición de varios elementos de compactación en una disposición de compactación con un medio de accionamiento separado respectivamente.

• Accionamiento de los medios de accionamiento del elemento de compactación con una frecuencia de compresor seleccionable.

• Accionamiento de los medios de accionamiento con una forma de curva seleccionable de la corriente o tensión que acciona el medio de accionamiento.

• Realización de los elementos de compactación con una o varias estructuras al final del elemento de compactación, que durante la compactación está en contacto con el material de construcción en partículas. • realización de las estructuras en una forma convexa, cóncava, a modo de diente de sierra o de onda.

• aplicación del método para la producción de una estructura 3D en la zona de la fabricación de núcleos de fundición, por ejemplo, para la fabricación de piezas de fundición en la zona de construcción de instalaciones y vehículos.

• a través de la reducción de la masa por mover de un elemento de compactación este se puede mover con una frecuencia alta y además compactar varias veces la partícula del material de construcción en forma de partículas.

• La frecuencia más alta durante la compactación permite una velocidad de marcha más elevada por ejemplo del campo de compactación.

• Separación de compactación y aplicación del material de construcción en partículas.

• Uso de estructuras diferentes por cada vez elemento de compactación para la optimización de la compactación del material de construcción en partículas.

Listado de referencias

[0089]

1 Disposición de compactación

2, 2a, 2b, 2c, 2d, 2e Elemento de compactación

3, 3a, 3b, 3c, 3d, 3e Medios de accionamiento

4, 4a, 4b, 4c primera estructura

5, 5a, 5b, 5c segunda estructura

6 Campo de construcción

7, 7a, 7b, 7c Extremo del elemento de compactación

8 Punto de contacto

9 Zona

10 Vertical

11 Partícula del material de construcción en partículas

12 dirección de movimiento del elemento de compactación (lineal, longitudinalmente axial)

Claims (13)

1. REIVINDICACIONES

   I . Sistema para la producción de una estructura 3D que comprende un material de construcción en partículas que consiste en partículas de un diámetro, una disposición de compactación (1) que tiene medios para compactar el material de construcción en partículas que se va a aplicar en capas y un medio de accionamiento (3) conectado a los medios para comprimir y que mueve los medios para la compactación en un movimiento lineal, donde en la disposición del compactador (1) para la compactación del material de construcción en partículas que se va a aplicar en capas, está dispuesto un elemento de compactación (2) que presenta una cuchilla con al menos un filo cortante, y donde la anchura de un filo de corte en un extremo del filo de corte, que está en contacto con las partículas (11) de un material de construcción en partículas durante un proceso de compactación, está en un rango entre 0,1 veces y 3 veces el diámetro de una partícula del material de construcción en partículas.
2. 2. Sistema según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que la anchura de un filo de corte está preferiblemente en un área entre 0,3 hasta 2 veces, de manera especialmente preferida en un área entre 0,5 veces hasta 1 vez, el diámetro de la partícula del material de construcción en forma de partículas.
3. 3. Sistema según la reivindicación 1 o 2, caracterizado por el hecho de que el medio de accionamiento (3) es un medio de accionamiento (3) impulsado de forma eléctrica, electromagnética o piezoeléctrica o electrohidráulica o neumática.
4. 4. Sistema según una de las reivindicaciones 1 hasta 3, caracterizado por el hecho de que la disposición de compactación (1) está dispuesta con su elemento de compactación (2) en referencia a un campo de construcción (6) de forma que se puede mover sobre su superficie, donde sobre este campo se realiza una construcción en capas de la estructura 3D (1) por producir.
5. 5. Sistema según una de las reivindicaciones 1 hasta 4, caracterizado por el hecho de que varios elementos de compactación (2) que presentan cada uno al menos un filo de corte, están dispuestos en la disposición de compactación (1).
6. 6. Sistema según la reivindicación 5, caracterizado por el hecho de que los elementos de compactación (2) están dispuestos en paralelo entre sí en un mismo ángulo o en diferentes ángulos respectivos frente al campo de construcción (6).
7. 7. Sistema según una de las reivindicaciones 1 hasta 6, caracterizado por el hecho de que en los extremos (7) de los elementos de compactación (2) está dispuesta al menos una estructura (4, 5) respectivamente.
8. 8. Método para la producción de una estructura 3D, en el que se pone a disposición una capa de un material de construcción en partículas que se va a aplicar por un campo de construcción (6), donde el material de construcción en partículas se compacta al menos parcialmente y a través de un proceso de endurecimiento químico o parcialmente físico o un proceso de fusión en una estructura en capas surge la estructura 3D, donde la compactación del material de construcción en partículas se realiza por medio de un elemento de compactación (2) dispuesto en una disposición de compactación (1), que presenta una cuchilla con al menos un filo de corte, donde la anchura de un filo de corte en un extremo del filo que durante un proceso de compactación está en contacto con partículas (11) de un material de construcción en partículas, está en un área entre 0,1 hasta 3 veces el diámetro de una partícula del material de construcción en partículas, donde el elemento de compactación (2) se mueve por medio de un elemento de accionamiento (3) en una dirección de movimiento lineal (12).
9. 9. Método según la reivindicación 8, caracterizado por el hecho de que el movimiento de un elemento de compactación (2) se realiza en la dirección de movimiento lineal (12) con una frecuencia regulable y/o una forma de frecuencia regulable.
10. 10. Método según la reivindicación 9, caracterizado por el hecho de que en la disposición de compactación (1) se han provisto varios elementos de compactación (2).
11. I I . Método según la reivindicación 10, caracterizado por el hecho de que los elementos de compactación (2) se mueven orientados en paralelo entre sí o en un ángulo entre sí.
12. 12. Método según una de las reivindicaciones 10 o 11, caracterizado por el hecho de que los elementos de compactación (2) se pueden mover en paralelo entre sí y en perpendicular o desviados de una perpendicular con respecto al campo de construcción (6).
13. 13. Método según una de las reivindicaciones 10 hasta 12, caracterizado por el hecho de que los elementos de compactación (2) se mueven en un punto en el tiempo en diferentes direcciones de movimiento (12).