ES2926538T3 - Cabezal de impresión para impresión tridimensional y conjunto de cabezal de impresión - Google Patents

Abstract

El objeto de la invención es un cabezal de impresión para impresión tridimensional que comprende un conjunto de extrusión (1) acoplado funcionalmente a un conjunto de accionamiento (3), y un conjunto de boquilla (2), acoplado funcionalmente al conjunto de extrusión (1), proporcionando transferencia de filamento (10), donde hay un conjunto de refrigeración (18) dispuesto entre el conjunto de extrusión (1) y el conjunto de accionamiento (2), que contiene un sistema de refrigeración por fluido, que comprende una entrada (15), una salida (17) y un sistema de conductos de enfriamiento (14) dispuestos dentro del conjunto de enfriamiento (18), distribuyendo el medio de enfriamiento (11), proporcionando el mantenimiento de la temperatura preestablecida del conjunto de extrusión (1) y el conjunto de accionamiento (3). El objeto de la invención es también un conjunto de cabezal de impresión. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Cabezal de impresión para impresión tridimensional y conjunto de cabezal de impresión

El objetivo de la invención es un cabezal de impresión para impresión tridimensional y el conjunto de cabezal de impresión, utilizado en impresoras 3D que funcionan en la tecnología de Fabricación por filamento fundido en aplicaciones de creación rápida de prototipos y fabricación de series cortas, encontrando aplicación, especialmente en la industria manufacturera, en medicina y prótesis, educación, diseño de prendas de vestir, en la industria automotriz, o en una amplia gama de productos de consumo y electrónica.

La impresión 3D es un proceso de fabricación de objetos tridimensionales diseñados digitalmente. La impresión en la tecnología de Fabricación por filamento fundido se realiza mediante el depósito de capas consecutivas para crear una forma predeterminada. En general, la tecnología consiste en suministrar un hilo de material termoplástico sintético, calentado hasta un estado semilíquido, al cabezal de impresión, para la impresión tridimensional, desplazándose espacialmente en tres dimensiones. Los materiales termoplásticos (semiproductos en la impresión 3D) que se utilizan para imprimir en esta tecnología pueden ser cualquier tipo de material sintético termoplástico en forma de hilo enrollado sobre un carrete, denominado, en lo sucesivo, filamento. El filamento es aplicado en capas o como puntos, y el proceso de depósito normalmente se implementa en una cámara que proporciona una temperatura que permite la conformación térmica del material termoplástico. La temperatura local del material inmediatamente después de salir de la boquilla está cerca de su temperatura de fusión o, en ocasiones, la supera. Durante la impresión 3D, un problema crítico es mantener un gradiente de temperatura adecuado del cabezal de impresión, lo que, en general, requiere la aplicación de sistemas de refrigeración adecuados. La impresión 3D puede ser utilizada en diversas industrias, por ejemplo, arquitectura, moda, medicina, electrónica. El Modelo de utilidad chino CN205086359U da a conocer una construcción de una impresora 3D con un sistema de refrigeración. El sistema de refrigeración incluye un dispositivo de refrigeración, para refrigerar el motor de alimentación. El dispositivo comprende una carcasa de estructura hueca y una estructura de refrigeración dispuesta en la carcasa; un orificio de alimentación, abierto en la carcasa y comunicado con la estructura de refrigeración; un primer conducto, conectado al orificio de alimentación; un orificio de descarga, abierto en el cuerpo envolvente y en comunicación con la estructura de refrigeración; y un segundo tubo, conectado al orificio de descarga; un dispositivo de refrigeración circulante externo, para refrigeración, dispuesto fuera del cuerpo envolvente de la impresora, del primer tubo y del externo. La salida del dispositivo de refrigeración circulante está conectada, y el segundo tubo está conectado con la entrada del dispositivo de refrigeración circulante externo. El mantenimiento de una temperatura constante del cabezal lo proporciona un sistema de circulación que comprende, entre otros, un ventilador de refrigeración, que proporciona aire frío al cabezal de extrusión a través del conducto de refrigeración.

A partir de la Patente de EE. UU. US6004124A se conoce un sistema de creación rápida de prototipos que tiene un dispositivo de licuefacción en el cabezal de extrusión, estando formado el dispositivo de licuefacción por un solo fragmento de tubo de pared delgada, fabricado de metal, alojado en un bloque de calentamiento. El tubo de pared delgada tiene un extremo de entrada, para recibir un filamento, y un extremo de salida, para suministrar el material en forma líquida, calentado por encima de la temperatura de fraguado. El sistema de creación rápida de prototipos proporciona un ventilador centrífugo que introduce aire a temperatura ambiente para refrigerar el tubo que suministra el material al cabezal de extrusión. La refrigeración se limita únicamente al trayecto de transporte del filamento desde la bobina hasta el cabezal de extrusión, y su tarea es proporcionar una temperatura adecuadamente baja al filamento, protegiéndolo contra deformaciones en su trayecto hasta el cabezal.

La patente europea EP1846912B1 da a conocer un procedimiento de formación de objetos que comprende la inyección del primer material para crear una serie de capas que definen la estructura de soporte, seguida de la extrusión del segundo material para formar las capas del objeto, en el que la capa extruida del objeto se adapta a la superficie interna de la estructura de soporte. En la realización dada a conocer de dicho procedimiento de formación de objetos se dispone una cámara de construcción, un controlador, un sistema de CAD, una parte que suministra el material y un sistema de circulación. La cámara de construcción incluye, asimismo, entre otros, el cabezal de extrusión, que requiere mantenimiento a una temperatura constante, superior a la temperatura de fluencia del material depositado. El mantenimiento de una temperatura constante del cabezal lo proporciona un sistema de circulación que comprende, entre otros, un ventilador de refrigeración que suministra aire refrigerado al cabezal de extrusión a través del conducto de refrigeración.

A partir de la Patente internacional WO2015057886A1, se conoce una impresora 3D para la fabricación de objetos tridimensionales con una técnica de fabricación tradicional. La impresora 3D dada a conocer comprende un conjunto de extrusión con un extremo caliente para calentar el material depositado sobre el sustrato. El extremo caliente es móvil en el plano horizontal, mientras que el sustrato es móvil en el plano vertical, perpendicular al plano de desplazamiento del extremo caliente, lo que proporcionará un movimiento tridimensional espacial completo de todo el sistema. En una realización de la impresora 3D a la que se hace referencia, el conjunto de extrusión está alojado en un cuerpo envolvente que tiene aberturas y conductos para proporcionar el fluido de refrigeración con el fin de reducir y mantener la temperatura deseada del extremo caliente del cabezal de extrusión.

La Patente internacional WO2015127271A1, a su vez, da a conocer un conjunto de cabezal de procesamiento que está acoplado al portaherramientas móvil de una máquina herramienta. El conjunto de cabezal de procesamiento comprende un cabezal de procesamiento superior acoplado al portaherramientas móvil, dotado de un cuerpo que define un receptáculo, y comprende un orificio de suministro de polvo funcionalmente acoplado al cuerpo. El conjunto de cabezal de procesamiento comprende, asimismo, un cabezal de procesamiento inferior, que incluye una base configurada para acoplarse de manera liberable al receptáculo, y una boquilla con un orificio de salida de la boquilla. El cabezal de procesamiento superior incluye, además, un orificio de refrigerante acoplado al cuerpo, y acoplado en funcionamiento a un suministro de refrigerante. Mientras que el cabezal de procesamiento inferior incluye una interfaz de refrigerante acoplada a la base y configurada para acoplarse de manera desmontable al orificio de refrigerante en el cabezal de procesamiento superior. De esta manera, se proporciona una intercambiabilidad totalmente funcional del cabezal de procesamiento inferior del conjunto de cabezal de procesamiento.

Durante la impresión tridimensional de impresiones complejas, se prefiere la aplicación de dos cabezales de impresión. En tal caso, un cabezal de impresión realiza la impresión propiamente dicha, mientras que el segundo es responsable de imprimir los llamados soportes en los que se basa la impresión. El proceso de creación de los soportes es necesario en el caso de impresiones donde el material de construcción se deposita solo desde una cierta altura en el espacio, y no directamente desde la parte inferior, es decir, desde la superficie de la cama de impresión. La realización de algunas impresiones con un cabezal es, por lo tanto, imposible. La realización de impresiones con dos cabezales fijos es posible, sin embargo, no proporciona buenos resultados, debido a algunos fenómenos adversos, tales como la deformación de fragmentos individuales de la capa de impresión en puntos de contacto con el cabezal caliente que no imprime, estos cabezales están, por lo tanto, a la misma altura, y la contaminación de fragmentos individuales de la capa de impresión en puntos de contacto con el cabezal que actualmente no imprime, por ejemplo, con un color o material de soporte diferente, la dificultad para obtener una posición precisa e idéntica de ambos cabezales con respecto a la cama de impresión. En algunas soluciones esto está relacionado con la realización de prueba de estas impresiones y la introducción manual de ajustes.

El problema técnico que afronta esta invención es proponer un cabezal de impresión tal que se dedique a la impresión tridimensional, en concreto, con la aplicación de la tecnología de Fabricación por filamento fundido, en la que el cabezal proporcionará el mantenimiento de la temperatura de funcionamiento preestablecida adecuada, constituirá un diseño modular que proporcionará la intercambiabilidad del conjunto de boquilla, y proporcionará, asimismo, una mayor fiabilidad de funcionamiento, en concreto, en un entorno adverso de alta temperatura en el interior de la cámara de construcción. Además, se desea dar a conocer un conjunto de cabezal de impresión que permite la implementación de impresiones complejas con la utilización de soportes, permitiendo al mismo tiempo evitar la deformación de elementos individuales de la capa de impresión y la contaminación de la propia impresión, resolviendo, al mismo tiempo, los problemas técnicos mencionados anteriormente. Inesperadamente, el problema técnico anterior ha sido resuelto por la presente invención.

El primer objetivo de la invención es un cabezal de impresión para impresión tridimensional, que comprende un conjunto de extrusión acoplado funcionalmente a un conjunto de accionamiento, y un conjunto de boquilla acoplado funcionalmente al conjunto de extrusión, proporcionando transferencia de filamento, comprendiendo, además, el cabezal de impresión, un conjunto de refrigeración dispuesto entre el conjunto de extrusión y el conjunto de accionamiento, que contiene un sistema de refrigeración por fluido, que comprende una entrada, una salida y un sistema de conductos de refrigeración dispuestos en el interior del conjunto de refrigeración, que distribuyen el medio de refrigeración, proporcionando el mantenimiento de la temperatura preestablecida del conjunto de extrusión y el conjunto de accionamiento, distribuyendo el medio de refrigeración (11), proporcionando mantenimiento de la temperatura preestablecida del módulo de extrusión (1) y el módulo de accionamiento (3), comprendiendo, además, el cabezal de impresión, una cámara de refrigeración (19), realizada en el conjunto de extrusión (1), conectada con los conductos de refrigeración (14) del conjunto de refrigeración (18), que rodea el árbol del conjunto de accionamiento (3), y en el que el conjunto de extrusión (1) comprende, además, una cremallera (5) accionada por el conjunto de accionamiento (3) y una pinza (6) para transportar el filamento (10). En una realización preferente de la invención, los conductos de refrigeración están dispuestos en un plano adyacente al conjunto de accionamiento. En otra realización preferente de la invención, el sistema de refrigeración comprende, además, una bomba externa y un intercambiador de calor externo, preferentemente un radiador. En otra realización preferente de la invención, el sistema de refrigeración comprende, además, un sensor de temperatura, que es un elemento del sistema de control del sistema de refrigeración. Igualmente preferente, el conjunto de boquilla comprende un elemento calefactor configurado para calentar el filamento hasta una temperatura por encima de su punto de fusión. En una realización preferente de la invención, el conjunto de accionamiento es un motor paso a paso. En otra realización preferente de la invención, el conjunto de boquilla está acoplado al conjunto de extrusión con una interfaz que proporciona una conexión desmontable de los conjuntos de extrusión y de boquilla.

El segundo objetivo de la invención es un conjunto de cabezales de impresión que comprende, como mínimo, dos cabezales de impresión para impresión tridimensional, montados sobre un mecanismo que proporciona un movimiento vertical independiente de los cabezales de impresión, caracterizado por que, como mínimo, uno de los cabezales de impresión es un cabezal de impresión tal como el definido en el primer objetivo de la invención. En una realización preferente de la invención, el mecanismo que proporciona el movimiento vertical independiente de los cabezales de impresión comprende un tope, un riel de carro montado sobre una placa de soporte, un resorte antagonista, un carro, una placa de carro a la que se une el cabezal de impresión, un sistema de detección de la posición del cabezal y un servo. En otra realización preferente de la invención, el sistema de detección de la posición del cabezal contiene un potenciómetro lineal con un palpador de medición y un tope del palpador.

El cabezal de impresión para impresión tridimensional según la presente invención constituye una solución modular, permitiendo, de este modo, una rápida y fácil sustitución del conjunto de boquillas y, por lo mismo, adaptar todo el aparato a la impresión tridimensional utilizando materiales termoplásticos específicos y formas específicas de las impresiones terminadas. La refrigeración mediante líquido implementada en el conjunto de refrigeración proporciona una estabilización de la temperatura para la totalidad del cabezal de impresión, incluso durante el funcionamiento en condiciones de temperatura variable en la cámara de construcción. Además, la disposición de los conductos de refrigeración en el conjunto de refrigeración también proporciona la refrigeración del conjunto de accionamiento, por lo que, en caso de su implementación con un motor paso a paso, se puede evitar la pérdida de pasos del motor, por lo tanto, la alimentación irregular e incontrolada del filamento, que de lo contrario podría resultar en un deterioro de la calidad del producto. Proporcionar una cámara de refrigeración en el conjunto de extrusión, rodeando el árbol de accionamiento del conjunto de accionamiento, aumenta aún más la efectividad de la refrigeración del cabezal completo y brinda la uniformidad de temperatura requerida en todo su volumen y, además, evacua aún más el calor en la zona crítica del cabezal de impresión. Alojar los conductos de refrigeración en un conjunto de refrigeración separado proporciona, asimismo, la intercambiabilidad de este conjunto y la adaptación de la disposición de canales a las condiciones de trabajo preestablecidas, lo que decide sobre la universalidad de la solución. Además, el conjunto de cabezales de impresión, según la presente invención, comprende dos cabezales de impresión, uno de los cuales se mueve perpendicularmente a la cama de impresión en relación con el otro de manera controlada y precisa. Los desplazamientos medidos se utilizan para ajustar la posición de la cama de impresión con respecto al cabezal de impresión que se está imprimiendo actualmente. Además, el sistema de detección de la posición del cabezal de impresión implementado permite el desplazamiento vertical mutuo de los cabezales de impresión, la determinación precisa de la posición de cada cabezal de impresión, la medición directa de cada cabezal de impresión por medio de un solo sensor y la nivelación automática de la cama de impresión. El conjunto de cabezal de impresión constituye un sistema mecatrónico, que implementa el desplazamiento de esos cabezales de impresión en un plano perpendicular al plano de la cama de impresión, lo que permite un posicionamiento preciso de esos cabezales de impresión con respecto a la cama de impresión y, por lo tanto, una impresión de dos cabezales más precisa.

Se han presentado realizaciones a modo de ejemplo de la invención en los dibujos, en los que la figura 1 representa el cabezal de impresión para impresión tridimensional, según una realización de la presente invención, en proyección axonométrica, la figura 2 muestra un diagrama conceptual simplificado para el cabezal de impresión de la figura 1, la figura 3 muestra una sección longitudinal parcial del cabezal de impresión de la figura 1 en vista frontal, la figura 4 muestra una sección longitudinal parcial del cabezal de impresión de la figura 1 en la vista lateral opuesta, la figura 5 muestra una sección longitudinal parcial del cabezal de impresión de la figura 1 en vista frontal, realizada a lo largo de otro plano de sección, la figura 6 muestra la proyección axonométrica del cuerpo del conjunto de extrusión del cabezal de impresión, la figura 7 muestra la proyección axonométrica del cuerpo del conjunto de refrigeración del cabezal de impresión, la figura 8 muestra otra proyección axonométrica del cuerpo del conjunto de refrigeración del cabezal de impresión, la figura 9 representa el gráfico de temperatura del cabezal de impresión para impresión tridimensional, según una realización de la presente invención, en función del tiempo, la figura 10 muestra una vista lateral posterior del conjunto del cabezal de impresión que comprende dos cabezales de impresión colaborativos, de los cuales uno está activo y listo para imprimir, mientras que la figura 11 muestra una vista lateral posterior del conjunto de cabezal de impresión que comprende dos cabezales de impresión colaborativos, de los cuales el otro está activo y listo para imprimir.

Ejemplo 1

La figura 1 representa el cabezal de impresión para impresión tridimensional, según una realización de la presente invención, en proyección axonométrica. Las figuras 3, 4 y 5 muestran secciones transversales del cabezal de impresión de la figura 1 en diversas vistas. El cabezal de impresión es un elemento previsto para ajustar la temperatura del filamento 10 depositado en el espacio de construcción durante el proceso de impresión. Mientras la impresora 3D está funcionando, el cabezal de impresión está situado dentro del espacio de construcción en forma de una cámara de construcción calentada donde se mantiene la alta temperatura, adaptada al filamento específico, y garantizando el mantenimiento de las propiedades relevantes del objeto impreso, por ejemplo, eliminación del efecto de contracción, prevención de la delaminación, etc. (la temperatura en el interior de la cámara puede llegar hasta los 70 °C). La exposición de la totalidad del cabezal de impresión a altas temperaturas puede dar como resultado la pérdida del control de precisión en la extrusión del filamento 10 y, por lo tanto, la disminución de la calidad de los objetos tridimensionales fabricados. El cabezal de impresión, según una realización de la presente invención, comprende un conjunto de extrusión 1 acoplado con un conjunto de boquilla 2 y un conjunto de accionamiento 3 adjunto en forma de motor paso a paso. Debido a la necesidad de mantener el gradiente de temperatura adecuado en el interior del conjunto de extrusión 1, requerido por la especificidad de la impresión tridimensional en la tecnología dada (alimentación-fusión-extrusión), se hizo necesario refrigerar la totalidad del conjunto de extrusión 1. Además, mantener la totalidad del cabezal de impresión en la cámara de construcción donde prevalecen las altas temperaturas puede causar un calentamiento excesivo del motor paso a paso 3, que acciona la cremallera 5, lo que resulta en el fenómeno de pérdida de los pasos del motor 3, por lo tanto, una alimentación irregular e incontrolada del filamento 10, lo que resulta en una menor calidad de la impresión. El movimiento del filamento 10 y su extrusión es forzado por la cremallera 5 accionada por el motor paso a paso 4 y la pinza 6 situada en el cuerpo 25 de la pinza (figura 4). En la presente realización de la invención, la sujeción del filamento 10 se implementa mediante una tuerca que ajusta la fuerza de presión 27, un resorte 26 de ajuste de la pinza y una varilla roscada 28 asentada (visible en la figura 4). El filamento 10 es extraído de un carrete (no mostrado) y suministrado por medio de mangueras y de un conector 7 al cuerpo del conjunto de extrusión 1. Pasando a través de la cremallera 5 y la pinza 6 en el conjunto de extrusión 1, es dirigido hacia el conjunto de boquillas 2 donde es fundido por medio de un elemento calefactor 8 y a continuación, debido al desplazamiento de la totalidad del cabezal de impresión, a través del orificio de salida 4 en el conjunto de boquilla 2, es colocado en el espacio de construcción que forma el objeto impreso en la cama de impresión.

El cabezal de impresión está equipado con un sistema de intercambio rápido del conjunto de boquilla 2 con un elemento calefactor 8, debido a la implementación de un elemento conector 9 específico que, en la presente realización de la invención, adopta la forma de un elemento tubular 23 situado en el eje del filamento 10 alimentado, bloqueado por medio de un tornillo 24 de la pinza. Debido al hecho de que el cabezal de impresión está situado en el espacio de construcción del aparato de impresión, estando expuesto al cambio de temperatura que resulta en la pérdida de control sobre la extrusión del filamento 10, entre el conjunto de extrusión 1 y el motor paso a paso 3, se implementa un conjunto de refrigeración 18 que constituye el sistema de control y estabilización de la temperatura por medio de un medio de refrigeración 11 bombeado por una bomba 12, y un sistema de conductos de refrigeración 14 que recorre la estructura de dicho conjunto de refrigeración 18, cooperando con un intercambiador de calor 13 (por ejemplo, un radiador) y un conjunto de tubos con refrigerante (no mostrado). La figura 2 muestra un diagrama conceptual simplificado para el cabezal de impresión equipado con un conjunto de refrigeración. Se han implementado en el cabezal de impresión conductos de refrigeración 14 (mostrados solo conceptualmente) situados dentro del conjunto de refrigeración 18 del cabezal de impresión. Un ejemplo de la disposición de los conductos de refrigeración 14 en el conjunto de refrigeración 18 también se muestra en la sección transversal mostrada en la figura 5. La figura 6 presenta el cuerpo del conjunto de extrusión 1 sin el equipo adicional, en una vista axonométrica, con la cámara de refrigeración 19 indicada. La figura 7 y la figura 8 muestran vistas axonométricas del conjunto de refrigeración 18 con un esquema de los conductos de refrigeración 14. Los conductos de refrigeración 14 están realizados en forma de orificios perforados en el cuerpo del conjunto de refrigeración 18 al que está unido el motor paso a paso 3 por un lado y el conjunto de extrusión 1 por el otro. Los orificios están perforados de tal manera que se cruzan en el interior del cuerpo del conjunto de refrigeración 18. A continuación, tapando algunos de los orificios con tornillos (por ejemplo, el tornillo 29 en la figura 5), se forma un conducto común alrededor de la abertura por la que pasa el árbol del motor paso a paso 3. El conducto está situado de tal manera que el fluido 11 circulante refrigera la cara del motor paso a paso 3. El fluido de refrigeración 11 fluye hacia el cuerpo del conjunto de extrusión 1 y, a continuación, entra en la cámara de refrigeración 19, refrigerando la totalidad del conjunto de extrusión 1 (superficie más grande de transferencia de calor), refrigerando, en concreto, el lugar en el que se une el elemento tubular del conector. El calor proveniente del elemento calefactor 8 del conjunto de boquilla 2 también puede causar el calentamiento del cuerpo del conjunto de extrusión 1, pero el líquido refrigerante 11 que fluye cerca del conector recibe ese calor. A continuación, el líquido refrigerante 11 sale del cuerpo del conjunto de extrusión 1 por medio del conector 17, a través de un tubo al sistema de refrigeración.

Como medio de refrigeración 11 se utilizó una mezcla de agua (aproximadamente al 50 %) con HAVOLINE XLC, comercializado por la firma Texaco (a base de etilenglicol, ácidos orgánicos y un conjunto de aditivos potenciadores). Los conductos de refrigeración 14 que distribuyen el medio 11 se encargan de refrigerar tanto el motor paso a paso 3 y el conjunto de extrusión 1, en su conjunto, como el elemento de conexión 9. El sistema de refrigeración consta de una bomba 12, un radiador 13, conductos de refrigeración 14, tubos (no mostrados) y una cámara de refrigeración 19. El medio de refrigeración 11 en forma de líquido es bombeado a través de los tubos desde la bomba 12 hasta el radiador 13, donde se enfría. A continuación, es transferido a través de los tubos que van al conector 15 conectado al conjunto de extrusión 1 del cabezal de impresión. Opcionalmente, está dispuesto un sensor de temperatura 16 en el conjunto de extrusión 1, que controla el funcionamiento de la bomba 12 variando su preconfiguración de salida en consecuencia. Habiendo recorrido el conjunto de refrigeración 18 del cabezal de impresión, el medio 11 calentado regresa, y sale de ese conjunto de extrusión 1 a través del conector 17 y, a continuación, regresa a la bomba 12 a través de los tubos. La figura 2 muestra, además, el sistema de control de la temperatura de extrusión, que consta de un sensor de temperatura 20, un control 21 de ajuste de la temperatura de extrusión, que envía una señal 22 de control a un elemento calefactor 8.

Se han realizado pruebas que confirman la eficacia del sistema de refrigeración implementado para el conjunto de extrusión 1 del cabezal de impresión instalado en un entorno cerrado de impresión tridimensional. El cabezal de impresión que comprende un conjunto de extrusión 1, un conjunto de boquilla (2), un conjunto de refrigeración 18 y un motor paso a paso 4, fue colocado en un espacio de construcción del sistema de impresión tridimensional calentado a una temperatura de aproximadamente 80 °C. Después de calentar el conjunto de boquilla 2 hasta la temperatura de aproximadamente 250 °C y de fijar la temperatura en el sistema de refrigeración, se inició la circulación del medio de refrigeración 11 con los siguientes parámetros: caudal de 0,2 m3/min y presión de 0,2 atm. El sensor de temperatura 16 instalado en el interior del conjunto de extrusión 1 del cabezal de impresión registró y transmitió los valores de temperatura del conjunto de extrusión 1 en función del tiempo. Los resultados de las mediciones se muestran en el gráfico de temperatura para el módulo de extrusión 1 de la impresora tridimensional en función del tiempo, tal como se muestra en la figura 9. Los resultados de la medición presentados muestran que, para los parámetros preestablecidos, el sistema de refrigeración presentado redujo la temperatura del conjunto de extrusión del cabezal de impresión de 100 °C hasta, aproximadamente, 46 °C en 4 minutos y, a continuación, lo mantuvo eficazmente.

Ejemplo 2

Las figuras 10 y 11 muestran un conjunto de cabezal de impresión que constituye una realización del segundo objetivo de la presente invención. El conjunto de cabezal de impresión presentado permite la ejecución de impresiones complejas con la aplicación de soportes. Dos cabezales de impresión 30, 31 que colaboran, estructuralmente similares de manera sustancial al cabezal de impresión presentado en la primera realización, se implementan en este conjunto, y el conjunto de cabezal de impresión completo constituye un sistema mecatrónico que permite la ejecución de la impresión 3D en condiciones óptimas. El conjunto comprende, tal como se muestra en la figura 10, elementos tales como los topes 32, 33, rieles 38, 39 de carro que están unidos a la placa de soporte (no mostrada) y permanecen estáticos entre sí. Otros elementos del conjunto son los resortes antagonistas 36 y 37 de los cabezales de impresión, los carros 44, 45 del cabezal de impresión y las placas 34 y 35 del carro del cabezal de impresión a las que están unidos los cabezales de impresión 30, 31. Se implementa un potenciómetro lineal 42, estando apoyado un palpador 43 del potenciómetro lineal en el tope 40 del palpador, para leer la posición relativa de esos cabezales de impresión 30, 31. El elemento que ejerce presión y desplazamiento de un cabezal de impresión 30 con respecto al otro cabezal de impresión 31 es la cama de impresión 46 que, al desplazarse hacia arriba, provoca el desplazamiento de un cabezal de impresión 30, y el desplazamiento se mide por medio de un potenciómetro lineal 42. La presión sobre el palpador 43 del potenciómetro lineal se transmite a través del cabezal de impresión 30 o 31. La medición de la posición del cabezal de impresión 30 en la figura 11 tiene lugar cuando el servo (no mostrado) levanta el cabezal de impresión 31 con el brazo 41 del servo, mientras que la medición del cabezal de impresión 31 se realiza cuando el cabezal de impresión 31 está en una posición más baja que el cabezal de impresión 30, lo que se muestra en la figura 10. Esta medición se utiliza para el ajuste posterior de la posición de la cama de impresión 46, que adapta su altura al cabezal de impresión 30 o 31 activo. Dicha solución proporciona una distancia de seguridad entre el cabezal de impresión inactivo y la capa de impresión depositada por el cabezal de impresión activo. La distancia de seguridad está definida en la figura 10 como el valor S1, y es la distancia de seguridad para el cabezal de impresión 30, mientras que el valor S2 indica la distancia de seguridad para el cabezal de impresión 31, que se muestra en la figura 11. El sistema permite, asimismo, nivelar la cama de impresión 46.

Claims (10)

REIVINDICACIONES

1. Cabezal de impresión para impresión tridimensional, que comprende un conjunto de extrusión (1) acoplado funcionalmente a un conjunto de accionamiento (3) y a un conjunto de boquilla (2), acoplado funcionalmente al conjunto de extrusión (1), proporcionando transferencia de filamento (10),

comprendiendo, además, el cabezal de impresión, un conjunto de refrigeración (18) dispuesto entre el conjunto de extrusión (1) y el conjunto de accionamiento (2), que contiene un sistema de refrigeración por fluido, que comprende una entrada (15), una salida (17) y un sistema de conductos de refrigeración (14) dispuestos dentro del conjunto de refrigeración (18), configurado para distribuir el medio de refrigeración (11) y para proporcionar el mantenimiento de la temperatura preestablecida del módulo de extrusión (1) y el módulo de accionamiento (3),

comprendiendo, además, el cabezal de impresión una cámara de refrigeración (19) realizada en el conjunto de extrusión (1), conectada con los conductos de refrigeración (14) del conjunto de refrigeración (18), que rodea el árbol del conjunto de accionamiento (3), y

en el que el conjunto de extrusión (1) comprende, además, una cremallera (5) accionada por el conjunto de accionamiento (3) y una pinza (6) para transportar el filamento (10).

2. Cabezal de impresión, según la reivindicación 1, caracterizado por que los conductos de refrigeración (14) están dispuestos en un plano adyacente al módulo de accionamiento (3).

3. Cabezal de impresión, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 2, caracterizado por que el sistema de refrigeración comprende, además, una bomba externa (12) y un intercambiador de calor externo (13), preferentemente un radiador.

4. Cabezal de impresión, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por que el sistema de refrigeración incluye, además, un sensor de temperatura (16), que forma parte del sistema de control del sistema de refrigeración.

5. Cabezal de impresión, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado por que el conjunto de boquilla (2) comprende un elemento de calentamiento (8), configurado para calentar el filamento (10) hasta una temperatura por encima de su punto de fusión.

6. Cabezal de impresión, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado por que el módulo de accionamiento (3) constituye un motor paso a paso.

7. Cabezal de impresión, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado por que el conjunto de boquilla (2) está acoplado al conjunto de extrusión (1) por medio de un conector (9), que proporciona una conexión desmontable de los conjuntos (1) y (2).

8. Conjunto de cabezal de impresión, que comprende, como mínimo, dos cabezales de impresión (30, 31) para impresión tridimensional, montados en un mecanismo que proporciona un desplazamiento vertical independiente de los cabezales de impresión (30, 31), caracterizado por que como mínimo uno de los cabezales de impresión (30, 31) es un cabezal de impresión tal como el definido en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7.

9. Conjunto de cabezal de impresión, según la reivindicación 8, caracterizado por que un mecanismo que proporciona un desplazamiento vertical independiente del cabezal de impresión (30, 31) comprende un tope (32, 33), un riel (38, 39) de carro montado sobre una placa de soporte, un resorte antagonista (36, 37), un carro (44, 45), una placa (34, 35) de carro, que conecta el cabezal de impresión (30, 31) al sistema de detección de la posición del cabezal, y un servo.

10. Conjunto de cabezal de impresión, según la reivindicación 8 o 9, caracterizado por que el sistema de detección de la posición del cabezal contiene un potenciómetro lineal (42) con un palpador (43) de medición y un tope (40) del palpador.