ES2913544T3 - Proceso para el tratamiento de residuos de polvo de procesos de fabricación generativos - Google Patents

Proceso para el tratamiento de residuos de polvo de procesos de fabricación generativos Download PDF

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Abstract

Procedimiento para el tratamiento de residuos de polvo procedentes de procesos de fabricación generativa, mediante el cual se fabrican capa a capa objetos tridimensionales a partir de un material de base en forma de polvo, en el que, en primer lugar, se aplica una primera capa del material de base a una plataforma de construcción, que a continuación es irradiada con un láser y se solidifica de acuerdo con las coordenadas de un primer nivel del objeto que se va a construir, en el que, tras la finalización del tratamiento en este primer nivel, se hace descender la plataforma de construcción otro nivel equivalente a un espesor de la capa y se aplica una nueva capa de polvo, y en el que estos pasos del procedimiento se repiten de acuerdo con el número de niveles hasta que se construye un objeto tridimensional, tras la finalización del cual un material en forma de polvo permanece como residuos de polvo fuera de las áreas abarcadas por el láser, en el que el polvo usado es sometido a un tratamiento mecánico mediante su trituración con un dispositivo triturador, caracterizado porque el polvo usado es triturado hasta un tamaño de grano menor que el tamaño de grano original en el estado de polvo nuevo.

Description

DESCRIPCIÓN
Proceso para el tratamiento de residuos de polvo de procesos de fabricación generativos
La invención se refiere a un procedimiento para el tratamiento de residuos de polvo procedentes de procesos de fabricación generativa, con el que se fabrican capa a capa objetos tridimensionales a partir de un material base en forma de polvo, al aplicar una primera capa del material base primero sobre una plataforma de construcción, que a continuación se irradia con un láser y se solidifica de acuerdo con las coordenadas de un primer nivel del objeto que se va a construir, en donde, tras la finalización del procesamiento en este primer nivel, se hace descender la plataforma de construcción por el espesor de la capa de un nivel adicional y se aplica una nueva capa de polvo, y en donde estos pasos del proceso se repiten de acuerdo con el número de niveles hasta que se construye un objeto tridimensional, tras la finalización del cual queda material en forma de polvo como residuo fuera de las áreas abarcadas por el láser.
Para los procedimientos de fabricación generativa se conocen varias soluciones técnicas, con las que se produce capa a capa un objeto tridimensional mediante la sinterización o la fusión de un material base en forma de polvo. A menudo, como material de partida se usan polvos de plástico que son fáciles de procesar debido a sus bajos puntos de fusión y a su escasa conductividad térmica.
Los procedimientos típicos a este respecto son el sinterizado selectivo por láser (SLS), la estereolitografía (STL) y el modelado por deposición fundida (FDM). Por ejemplo, en el sinterizado selectivo por láser, un archivo CAD 3D se divide en niveles bidimensionales que tienen un grosor de aproximadamente 0,1 mm. Las coordenadas de estos niveles se transmiten como conjuntos de datos a un ordenador de control. A continuación, a una plataforma de construcción se le aplica primero una capa del material de partida en forma de polvo. Los materiales de este tipo ya son objeto de numerosos derechos de propiedad industrial. Por ejemplo, en el documento DE 197 47 309 B4 se describe un polvo de poliamida diseñado para la sinterización selectiva por láser. La superficie del polvo aplicado a la plataforma de construcción es irradiada a continuación con un láser según las coordenadas del primer nivel. Por medio de este efecto de energía se sinteriza el polvo irradiado con el láser, de tal modo que se forma una estructura sólida. Una vez finalizado el procesamiento en este primer nivel, se hace descender la plataforma de construcción en el grosor de la capa de un nivel y se aplica una nueva capa de polvo. Según el número de niveles, se repiten estos pasos y así se construye capa a capa un objeto tridimensional.
A medida que el procesamiento avanza de un nivel a otro, fuera de las áreas abarcadas por el láser sigue quedando material en forma de polvo. Este polvo rodea el objeto tridimensional que se está construyendo y, por lo tanto, proporciona inicialmente una cierta cantidad de apoyo durante el procesamiento posterior. Sin embargo, este polvo también permanece incluso después de que el objeto tridimensional esté completamente construido y retirado de la plataforma de construcción.
Por lo tanto, es intrínsecamente obvio usar este material en forma de polvo no consolidado, normalmente denominado "polvo de desecho", para la construcción de otro objeto tridimensional. Sin embargo, esto solo es posible hasta cierto punto, ya que al menos las partes del polvo residual cercanas al objeto construido han estado expuestas a temperaturas justo por debajo del punto de fusión durante el procesamiento anterior. Este estrés térmico conduce de manera inevitable a un proceso de envejecimiento, como resultado del cuallas propiedades originales del material de partida en forma de polvo experimentan, esencialmente, un cierto cambio. Esto ha llevado a que el polvo antiguo no se utilice como único material de partida, sino que se mezcle siempre con polvo nuevo,
En el documento DE 103 30 590 A1 se divulga que la proporción de polvo de desecho puede aumentarse siempre que una mezcla de polvo de desecho y polvo nuevo comprenda una poliamida cuya proporción de grupos terminales carboxílicos a grupos terminales aminos sea al menos de 2:1.
El documento EP 2 368 696 B1 describe una mezcla de dos polvos de poliamida 12, cada uno de los cuales tiene diferentes incrementos en los índices de viscosidad y se mezclan en una proporción de entre el 10 y el 30 por ciento en peso.
Las referencias del estado de la técnica citadas se refieren principalmente a composiciones adaptadas químicamente entre sí de polvo usado y polvo nuevo. Sin embargo, los ensayos han demostrado que, al menos en algunas aplicaciones, la mera coincidencia química de los componentes no es suficiente para conseguir un material base de alta calidad para su uso en procesos de fabricación generativa mediante la mezcla de polvo antiguo y polvo nuevo. Evidentemente, es conveniente realizar otros pasos de procesamiento, aunque apenas se conoce información exacta al respecto en la literatura técnica.
Del documento WO 2012/053922 A1 se conoce un procedimiento para preparar los residuos de polvo procedentes de los procesos de fabricación generativa, con el que se fabrican capa a capa objetos tridimensionales a partir de un material base en forma de polvo. En este proceso, el material en forma de polvo que queda en una plataforma de construcción después de la construcción de un objeto tridimensional, que ahora representa un polvo de desecho, se somete a un tratamiento mecánico mediante su trituración con un dispositivo triturador.
Un enfoque de solución similar se encuentra en el documento WO 01/38061 A1 en el que también se tritura el polvo usado con un dispositivo trituración.
El objetivo de la invención crear un procedimiento para el tratamiento mecánico y de materiales combinado del polvo usado, con el que el polvo usado se lleva a una estructura tal que posteriormente, mediante la mezcla con o sin polvo nuevo o mezclas de polvo nuevo y usado, se dispone de un material en forma de polvo de alta calidad para los procesos de fabricación generativos.
Este objetivo se consigue sometiendo el polvo usado a un tratamiento mecánico mediante su trituración con un dispositivo triturador hasta alcanzar un tamaño de partícula menor que el original en el estado de polvo nuevo. Objeto de reivindicaciones dependientes con configuraciones cuyas características técnicas se explican con más detalle en un ejemplo de realización.
De este modo, se dispone de un procedimiento para el tratamiento mecánico y de materiales combinado de residuos de polvo procedentes de procesos de fabricación generativos. El campo de aplicación preferente son los procesos de sinterización por láser en los que el polvo de desecho aglomerado a base de polímeros se restablece a su forma original real o incluso más fina mediante un tratamiento mecánico. Al mismo tiempo, por medio de recorridos a través de temperatura definidas y la exposición temporal a medios líquidos, se lleva a cabo un tratamiento de los materiales.
Se describe a continuación un ejemplo de una realización de la invención:
El procedimiento según la invención es adecuado para el tratamiento de residuos de polvo procedentes de procesos de fabricación generativa en los que se fabrican capa a capa objetos tridimensionales a partir de un material base en forma de polvo. Para ello, en primer lugar se aplica una primera capa del material base a una plataforma de construcción, que a continuación es irradiada con un láser y se solidifica según las coordenadas de un primer nivel del objeto a construir. Una vez finalizado el tratamiento en el primer nivel, se hace descender la plataforma de construcción otro nivel equivalente a un espesor de la capa y se aplica una nueva capa de polvo. Se repiten pasos similares del procedimiento según el número de capas hasta construir un objeto tridimensional. Un desarrollo de este tipo ya es conocido, por lo que podemos prescindir de más explicaciones.
Sin embargo, lo esencial en el presente contexto es el modo en que se trata el material en forma de polvo que queda tras la finalización del objeto tridimensional como el denominado polvo de desecho.
Este polvo de desecho es sometido a un tratamiento mecánico mediante su trituración con un dispositivo triturador. En el proceso, se tritura el polvo usado preferentemente hasta un tamaño de partícula que corresponde al tamaño de partícula original en el estado de polvo nuevo. También es posible reducir el polvo antiguo a un tamaño de partícula aún más pequeño, es decir, a un tamaño menor que el tamaño de partícula original en el nuevo estado del polvo.
En este caso, es ventajoso aplicar nitrógeno. En particular, el tratamiento mecánico del polvo usado se lleva a cabo en un intervalo de temperatura de entre - 40 °C y 80 °C.
Además, está previsto que el polvo usado sea rociado primero con agua o con etanol durante el tratamiento mecánico y que a continuación sea secado de nuevo.

Claims (5)

REIVINDICACIONES
1. Procedimiento para el tratamiento de residuos de polvo procedentes de procesos de fabricación generativa, mediante el cual se fabrican capa a capa objetos tridimensionales a partir de un material de base en forma de polvo, en el que, en primer lugar, se aplica una primera capa del material de base a una plataforma de construcción, que a continuación es irradiada con un láser y se solidifica de acuerdo con las coordenadas de un primer nivel del objeto que se va a construir, en el que, tras la finalización del tratamiento en este primer nivel, se hace descender la plataforma de construcción otro nivel equivalente a un espesor de la capa y se aplica una nueva capa de polvo, y en el que estos pasos del procedimiento se repiten de acuerdo con el número de niveles hasta que se construye un objeto tridimensional, tras la finalización del cual un material en forma de polvo permanece como residuos de polvo fuera de las áreas abarcadas por el láser, en el que el polvo usado es sometido a un tratamiento mecánico mediante su trituración con un dispositivo triturador, caracterizado
porque el polvo usado es triturado hasta un tamaño de grano menor que el tamaño de grano original en el estado de polvo nuevo.
2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado
porque el tratamiento mecánico del polvo usado se realiza con la aplicación de nitrógeno.
3. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado
porque el tratamiento mecánico del polvo usado se lleva a cabo en un rango de temperatura de entre "- 40 °C y 80 °C".
4. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado
porque el polvo usado es rociado primero con agua o con etanol durante el tratamiento mecánico y a continuación es secado de nuevo.
5. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado
porque el polvo usado es triturado hasta un tamaño de partícula que se corresponde con el tamaño de partícula original en el estado de polvo nuevo.
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