ES2932284T3

ES2932284T3 - Método y sistema para fabricar un artículo

Info

Publication number: ES2932284T3
Application number: ES18734017T
Authority: ES
Inventors: Gregory Rossano; George Q Zhang; David Bourne
Original assignee: ABB Schweiz AG
Current assignee: ABB Schweiz AG
Priority date: 2016-12-31
Filing date: 2018-01-02
Publication date: 2023-01-17
Anticipated expiration: 2038-01-02
Also published as: US20180186072A1; EP3562653A4; EP3562653B1; WO2018126263A1; CN111132817A; CN115556347A; EP3562653A1

Abstract

Un método para fabricar un artículo incluye iniciar la fabricación aditiva del artículo y formar una parte del artículo utilizando un proceso de fabricación aditiva en un sistema de fabricación aditiva. El proceso de fabricación aditiva se puede pausar y se puede realizar un procedimiento en el artículo. Se puede reanudar el proceso de fabricación aditiva y completar el artículo. Un sistema para realizar la fabricación aditiva de un artículo incluye un cabezal de impresión y módulos de accionamiento operativos para generar movimiento de traslación entre el cabezal de impresión y una superficie de construcción en más de un eje. Una junta giratoria es operativa para hacer girar el cabezal de impresión alrededor de al menos un eje. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Método y sistema para fabricar un artículo

CAMPO TÉCNICO

La presente solicitud se refiere, en general, a la fabricación y, más concretamente, pero no exclusivamente, a los sistemas y métodos para fabricar un artículo con un proceso de fabricación aditiva.

ANTECEDENTES

Los métodos y sistemas para realizar procesos de fabricación aditiva siguen siendo un área de interés. Algunos de los métodos y sistemas existentes presentan diversas deficiencias, inconvenientes y desventajas en relación con determinadas aplicaciones. Por ejemplo, en algunos métodos y sistemas, los procedimientos realizados en un artículo antes de la finalización de la fabricación aditiva pueden afectar negativamente a la calidad del artículo fabricado de manera aditiva. En consecuencia, sigue siendo necesario hacer más aportaciones en este ámbito de la tecnología.

El documento US 2015/130117 A1 divulga un sistema para la impresión en 3D de un objeto que incluye múltiples partes que se imprimen por etapas. En el sistema, se proporciona una impresora 3D en combinación con un escáner, una sonda de medición, u otra plantilla o accesorio repetible, para permitir a un usuario retirar una parte parcialmente impresa del objeto de la impresora 3D y posteriormente devolver la parte parcialmente impresa a la posición exacta, para que se pueda reanudar la impresión en 3D. Por ejemplo, una superficie de impresión puede estar provista de una plantilla para localizar tanto la superficie de impresión como una parte parcialmente impresa durante la retirada y reinserción de la parte parcialmente impresa en la impresora 3D.

El documento EP 3013 565 A2 divulga un método de impresión de una parte funcional de un objeto 3D que incluye: la extrusión y el depósito de un filamento estructural en un patrón predeterminado sobre un sustrato/plataforma para formar una o más porciones de una estructura 3D; colocar o formar al menos un dispositivo electrónico funcional en una superficie expuesta de una o más porciones; y extruir y depositar uno o más filamentos conductores para formar interconexiones con el al menos un dispositivo electrónico funcional.

El documento US 2015/001750 A1 divulga un método para construir un objeto tridimensional que contiene un inserto de etiqueta de identificación, comprendiendo el método: formar un primer conjunto de capas del objeto tridimensional utilizando una técnica aditiva basada en capas; colocar el inserto de la etiqueta de identificación en al menos una primera porción del primer conjunto de capas; formar un segundo conjunto de capas del objeto tridimensional sobre al menos una segunda porción del primer conjunto de capas y sobre al menos una porción del inserto de la etiqueta de identificación utilizando la técnica aditiva basada en capas, de tal manera que el inserto de la etiqueta de identificación esté al menos parcialmente incrustado entre el primer conjunto de capas y el segundo conjunto de capas; leer la información del inserto de la etiqueta de identificación después de formar el segundo conjunto de capas; y realizar al menos una operación posterior a la construcción del objeto tridimensional, basado, al menos en parte, en la información leída.

El documento US 2016/050503 A1 divulga un método de fabricación de un elemento para un audífono que tiene un cuerpo y un componente, incluyendo el método: predeterminar una posición relativa del componente en el elemento; predeterminar una forma y una posición de un dispositivo de sujeción del componente en la posición relativa predeterminada como parte integrante del cuerpo; fabricar una porción del elemento mediante un método de fabricación aditiva, incluyendo la porción del elemento una parte del cuerpo y una parte del dispositivo de sujeción, permitiendo la parte del dispositivo de sujeción colocar el componente en la posición relativa predeterminada en la parte del dispositivo de sujeción; posicionar el componente en la parte del dispositivo de sujeción; y acabar el cuerpo y/o el dispositivo de sujeción mediante el método de fabricación aditiva.

El documento WO 2015/112998 A1 se refiere a una impresora tridimensional que incorpora un acoplamiento cinemático entre una plataforma de construcción y una etapa móvil que sostiene la plataforma de construcción, de tres salientes curvados fijados a una de las plataformas de construcción o a la etapa móvil y seis elementos de localización formados en los receptores de la otra. Al menos dos flexiones modifican diferencialmente una posición Z de cada uno de los dos salientes curvados. la impresión en 3D se detiene en un nivel de finalización preestablecido y la plataforma de construcción puede retirarse para realizar operaciones externas. Un circuito de reanudación de la impresión reanuda la impresión de capas impresas adicionales en la posición anterior en respuesta a un circuito de detección de retorno que responde a una entrada.

SUMARIO

La presente invención se refiere a un método para fabricar un artículo de acuerdo con la reivindicación 1 y a un sistema para realizar la fabricación aditiva de un artículo sobre una superficie de construcción de acuerdo con la reivindicación 14. Los aspectos adicionales de la presente invención se definen en las reivindicaciones dependientes.

Una realización de la presente invención es un método único para fabricar un artículo. Otra realización es un sistema único para realizar la fabricación aditiva de un artículo en una superficie de construcción. Otras realizaciones incluyen aparatos, sistemas, dispositivos, hardware, métodos y combinaciones para la fabricación aditiva de diversos tipos. Otras realizaciones, formas, características, aspectos, beneficios y ventajas de la presente solicitud serán evidentes a partir de la descripción y las figuras proporcionadas en la misma.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS

La descripción del presente documento hace referencia a los dibujos adjuntos, en donde los números de referencia similares se refieren a partes similares en las distintas vistas, y en donde:

La figura 1 ilustra esquemáticamente algunos aspectos de un ejemplo no limitante de un sistema para realizar la fabricación aditiva de conformidad con una realización de la presente invención.

La figura 2 ilustra esquemáticamente algunos aspectos de un ejemplo no limitante de un diagrama de flujo que representa un método para fabricar un artículo de conformidad con una realización de la presente invención.

La figura 3 ilustra esquemáticamente algunos aspectos de un ejemplo no limitante de una porción de un artículo fabricado mediante un proceso de fabricación aditiva en el que se ensambla una parte prefabricada de conformidad con una realización de la presente invención.

Las figuras 4A y 4B ilustran esquemáticamente algunos aspectos de un ejemplo no limitante no de acuerdo con la invención reivindicada de una vista en planta esquemática y una vista lateral respectivas de una porción de un sistema para realizar fabricación aditiva con una característica de reposicionamiento en forma de un montaje de bola cinética.

Las figuras 5A y 5B ilustran esquemáticamente algunos aspectos de un ejemplo no limitante no de acuerdo con la invención reivindicada de una vista en planta esquemática y una vista lateral respectivas de una porción de un sistema para realizar fabricación aditiva con una característica de reposicionamiento en forma de un bloque de esquina.

Las figuras 6A y 6B ilustran esquemáticamente algunos aspectos de un ejemplo no limitante no de acuerdo con la invención reivindicada de una vista en planta esquemática y una vista lateral respectivas de una porción de un sistema para realizar fabricación aditiva con características de reposicionamiento en forma de pasadores y aberturas de acoplamiento.

La figura 7 ilustra esquemáticamente algunos aspectos de un ejemplo no limitante de una porción de un artículo fabricado mediante un proceso de fabricación aditiva en el que se ensambla una parte prefabricada, y en el que un sistema para realizar impresiones en 3D de fabricación aditiva alrededor de la parte prefabricada, de conformidad con una realización de la presente invención.

La figura 8 ilustra esquemáticamente algunos aspectos de un ejemplo no limitante de una porción de un artículo fabricado mediante un proceso de fabricación aditiva en el que una parte prefabricada se encapsula dentro de un artículo impreso en 3D de conformidad con una realización de la presente invención.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LAS REALIZACIONES ILUSTRADAS

Con el fin de promover la comprensión de los principios de la invención, a continuación, se hará referencia a las realizaciones ilustradas en los dibujos y se utilizará un lenguaje específico para describir la misma. Se entenderá que, a pesar de todo, no por ello se pretende limitar el alcance de la invención. Cualquier alteración y modificación adicional en las realizaciones descritas, y cualquier aplicación adicional de los principios de la invención tal como se describen en el presente documento se contemplan tal como se le ocurrirían normalmente a un experto en la materia a la que se refiere la invención.

Haciendo referencia a la figura 1, se ilustran esquemáticamente algunos aspectos de un ejemplo no limitante de un sistema 10 para realizar la fabricación aditiva de conformidad con una realización de la presente invención. El sistema 10 incluye un cabezal de impresión 12 y una cama 14. En una forma, la cama 14 forma una superficie de construcción 16 sobre la que el sistema 10 construye un artículo capa a capa mediante un proceso de fabricación aditiva, p. ej., impresión en 3D. En otras realizaciones, la superficie de construcción 16 puede estar separada de la cama 14, p. ej., por una función de posicionamiento como se describe en algunas realizaciones del presente documento. El sistema 10 es operativo para generar un movimiento relativo de traslación entre el cabezal de impresión 12 y la superficie de construcción 16 (cama 14 en la realización de la figura 1) en tres (3) ejes mutuamente ortogonales, p. ej., ejes X, Y y Z. En una forma, p. ej., en la realización ilustrada, el sistema 10 funciona para generar el movimiento de traslación relativo mediante la traslación bidireccional del cabezal de impresión 12 a lo largo del eje X, y mediante la traslación bidireccional de la cama 14 u otra superficie de construcción 16 a lo largo de cada uno de los ejes Y y Z. En otras realizaciones, otros esquemas pueden ser empleados para lograr un movimiento relativo de traslación entre el cabezal de impresión 12 y la cama 14 u otra superficie de construcción 16.

En una forma, el sistema de fabricación aditiva o de impresión en 3D 10 y el cabezal de impresión 12 es un sistema de extrusión de material, p. ej., un sistema de modelado por deposición fundida, p. ej., en el que un filamento de material de construcción y en algunas realizaciones también un filamento de material de soporte, es fundido y extruido sobre la superficie de construcción 16 y cada capa sucesiva, que se enfría y solidifica, fusionándose con la capa anterior. Por ejemplo, en la realización ilustrada, el cabezal de impresión 12 es un cabezal de extrusión. En otras realizaciones, el sistema 10 y el cabezal de impresión 12 pueden ser o incluir una o más formas de sistemas de fabricación aditiva, por ejemplo y sin limitación, un sistema de chorro de material; un sistema de chorro de aglutinante; un sistema de laminación de hojas; un sistema de fotopolimerización en cuba; un sistema de fusión en lecho de polvo como el sinterizado selectivo por láser, fusión selectiva por láser o fusión por haz de electrones; y/o un sistema de deposición de energía directa, p. ej., un sistema de conformación de redes diseñado por láser. Por tanto, en las distintas realizaciones, el cabezal de impresión 12 puede ser operativo para descargar un material y/o energía para generar capas de material fundido, cada capa se fusiona con una capa previamente impresa y fusionada, en donde las capas fusionadas forman finalmente la totalidad o parte del artículo fabricado.

En la realización ilustrada de la figura 1, el sistema de fabricación aditiva 10 incluye además un soporte de cabezal de impresión 18, un carril guía del soporte 20, un par de elevadores verticales 22, una junta rotativa del cabezal de impresión 24, una junta rotativa del cabezal de impresión 26, un módulo de accionamiento del eje X 28, un módulo de accionamiento del eje Y 30, un módulo de accionamiento del eje Z 32 para cada elevador 22, un módulo de accionamiento rotativo 34, un módulo de accionamiento rotativo 36 y un controlador 38. El cabezal de impresión 12 está montado en el soporte del cabezal de impresión 18. El soporte del cabezal de impresión 18 es operativo para soportar el cabezal de impresión 12 y el equipo auxiliar, p. ej., suministros de material de construcción o tren de abastecimiento, y líneas de energía y de control, durante la traslación del cabezal de impresión 12 a lo largo del eje X. El carril guía del soporte 20 define el eje X. El carril guía del soporte 20 soporta el soporte del cabezal de impresión 18 y guía el soporte del cabezal de impresión 18 a lo largo del eje X. El módulo de accionamiento del eje X 28 está acoplado al soporte del cabezal de impresión 18 y/o al carril guía del soporte 20, y suministra energía motriz de traslación y control de posición mecánica a lo largo del eje X al soporte del cabezal de impresión 18 y, por lo tanto, al cabezal de impresión 12. Los elevadores verticales 22 definen el eje Z. Los elevadores verticales 22 soportan la cama 14 y guían la cama 14 a lo largo del eje Z. Los módulos de accionamiento del eje Z 32 están acoplados a los elevadores verticales 22 y/o a la cama 14, y suministran energía motriz de traslación y control de posición mecánica a lo largo del eje Z a la cama 14, y por tanto a la superficie de construcción 16. Los elevadores verticales 22 y la cama 14 definen conjuntamente el eje Y, y guían la cama 14 a lo largo del eje Y. El módulo de accionamiento del eje Y 30 está acoplado a los elevadores verticales 22 y/o a la cama 14, y suministra energía motriz de traslación y control de posición mecánica a la cama 14 a lo largo del eje Y, y por tanto a la superficie de construcción 16. Algunas realizaciones pueden incluir dos módulos de accionamiento del eje Y para suministrar energía motriz de traslación y control de la posición mecánica a la cama 14 a lo largo del eje Y.

En una forma, la junta rotativa del cabezal de impresión 24 es operativa para girar el cabezal de impresión 12 alrededor de un eje Rx paralelo al eje X. En otras realizaciones, la junta rotativa del cabezal de impresión 24 puede ser operativa para girar el cabezal de impresión 12 alrededor de otro eje. El módulo de accionamiento rotativo 34 es operativo para suministrar energía motriz y control de la posición mecánica de la junta rotativa del cabezal de impresión 24. En una forma, la junta rotativa del cabezal de impresión 26 es operativa para girar el cabezal de impresión 12 alrededor de un eje Ry paralelo al eje Y. En otras realizaciones, la junta rotativa del cabezal de impresión 26 puede ser operativa para girar el cabezal de impresión 12 alrededor de otro eje.

El módulo de accionamiento rotativo 36 es operativo para suministrar energía motriz y control de la posición mecánica de la junta rotativa del cabezal de impresión 26.

El controlador 38 está acoplado de manera comunicativa al cabezal de impresión 12, módulo de accionamiento del eje X 28, módulo de accionamiento del eje Y 30, cada módulo de accionamiento del eje Z 32, módulo de accionamiento rotativo 34, y módulo de accionamiento rotativo 36. El controlador 38 es operativo para ejecutar instrucciones de programa almacenadas en una memoria 40 (por ejemplo, la memoria RAM o ROM de un ordenador, dispositivo de almacenamiento masivo, tal como un disco duro o una memoria flash y/u otro tipo de memoria o dispositivo de almacenamiento) acoplado de manera comunicativa y accesible al controlador 38 para controlar la salida del cabezal de impresión 12, y para controlar el funcionamiento del módulo de accionamiento del eje X 28, módulo de accionamiento del eje Y 30, cada módulo de accionamiento del eje Z 32, módulo de accionamiento rotativo 34, y módulo de accionamiento rotativo 36 para realizar las operaciones de impresión en 3D. Por ejemplo, el controlador 38 es operativo para trasladar el cabezal de impresión 12 a un delta-Z deseado entre el cabezal de impresión 12 y la cama 14, otra superficie de construcción 16 o una capa previamente impresa, y trazar un patrón deseado en el plano X-Y para construir un artículo capa por capa mediante un proceso de fabricación aditiva. En algunas realizaciones, por ejemplo, en donde una parte separada, p. ej., una parte previamente fabricada o prefabricada u otra parte ha sido ensamblada o construida en o sobre un artículo impreso en 3D parcialmente finalizado, el controlador 38 es operativo para controlar el módulo de accionamiento rotativo 34 y el módulo de accionamiento rotativo 36, así como el módulo de accionamiento del eje X 28, el módulo de accionamiento del eje Y 30, y cada módulo de accionamiento del eje Z 32 para imprimir alrededor de la parte y finalizar la impresión del artículo, que en algunas realizaciones puede incluir la encapsulación parcial o total de la parte con el resto del artículo que se está imprimiendo.

Un ejemplo no limitante de una realización del sistema 10 en forma de sistema de extrusión de material puede obtenerse modificando un sistema de impresión en 3D MakerGear M2 para incluir la junta rotativa del cabezal de impresión 24, junta rotativa del cabezal de impresión 26, módulo de accionamiento rotativo 34 y módulo de accionamiento rotativo 36, y modificando su controlador y/o software de funcionamiento para controlar la rotación de su cabezal de impresión mediante la junta rotativa 24, junta rotativa 26, módulo de accionamiento rotativo 34 y módulo de accionamiento rotativo 36. MakerGear M2 está disponible comercialmente en MakerGear, LLC de Beachwood, Ohio, Estados Unidos.

En algunos escenarios de fabricación, es deseable fabricar un artículo iniciando un proceso de fabricación aditiva, p. ej., impresión en 3D y, a continuación, realizando uno o más procedimientos u operaciones en el artículo, por ejemplo y sin limitación, ensamblando otra parte al artículo, p. ej., colocando una parte prefabricada sobre o en el artículo parcialmente formado en un lugar deseado, y a continuación finalizando el proceso de fabricación aditiva, p. ej., para finalizar la fabricación del artículo. En consecuencia, las realizaciones de la presente invención incluyen iniciar la fabricación aditiva del artículo sobre la cama 14 asociada al sistema de fabricación aditiva 10 utilizando un proceso de fabricación aditiva; formar una porción del artículo mediante el proceso de fabricación aditiva; detener el proceso de fabricación aditiva antes de la finalización del artículo; y realizar uno o más procedimientos en la porción del artículo.

En algunas realizaciones, el procedimiento o procedimientos pueden no incluir un proceso de fabricación aditiva realizado con el sistema de fabricación aditiva 10, pero puede incluir un proceso de fabricación aditiva realizado en otra máquina o sistema. En algunas realizaciones, el(los) procedimiento(s) puede(n) no incluir un proceso de fabricación aditiva en absoluto. En algunas realizaciones, el(los) procedimiento(s) puede(n) ser o incluir el ensamblaje de una parte, p. ej., una parte prefabricada, a la porción del artículo, p. ej., la colocación de la parte sobre o dentro de la porción del artículo en una ubicación deseada o en una abertura o rebaje de la porción del artículo, o puede incluir la adhesión o fijación de la parte prefabricada a la porción del artículo. En algunas realizaciones, la colocación de la parte también puede incluir el mecanizado de la porción del artículo para aceptar las características de localización, p. ej., pasadores u otros elementos de localización que pueden o no formar parte de la parte prefabricada, que se utilizan para localizar la parte en relación con la porción del artículo. En otras realizaciones, se pueden realizar otros procedimientos, p. ej., de fabricación u otras operaciones o procedimientos. Después de realizar el procedimiento, se reanuda el proceso de fabricación aditiva del artículo. El método incluye entonces la finalización del proceso de fabricación aditiva del artículo; y la retirada del artículo de la cama 14.

Haciendo referencia a la figura 2, se ilustran algunos aspectos de un ejemplo no limitante de un diagrama de flujo que representa un método para fabricar el artículo de conformidad con una realización de la presente invención. En un bloque 100, comienza el flujo del proceso. En un bloque 102, se carga un programa de impresión en 3D en la memoria 40; la fabricación aditiva o la impresión en 3D de un artículo 42 se inicia en la superficie de construcción 16, p. ej., la cama 14 u otra superficie montada sobre la cama 14; y se realiza la impresión en 3D para formar una porción del artículo 42. Por ejemplo, el artículo 42 puede formarse parcialmente por impresión en 3D para lograr una altura deseada y/o características geométricas deseadas, tras lo cual es conveniente realizar un procedimiento sobre la porción del artículo 42 así formada. En un ejemplo no limitante, se puede formar una abertura u otra característica sobre o dentro de la cual se desea ensamblar una parte, p. ej., una parte prefabricada, o en la que se desea realizar algún otro procedimiento.

En el bloque 104, el proceso de fabricación aditiva está en pausa, p. ej., para que el procedimiento pueda realizarse en la porción del artículo 42 formada hasta el momento. En el bloque 106, se determina si la porción del artículo 42 fabricada hasta el momento debe retirarse de la cama 16 para realizar el procedimiento. Si se desea que la porción del artículo 42 se retire de la cama 14 para realizar el procedimiento, el flujo del proceso procede al bloque 108, de lo contrario, el flujo del proceso procede al bloque 114.

En el bloque 108, la porción del artículo 42 fabricada hasta el momento se retira de la cama 14. En las realizaciones en donde la cama 14 es la superficie de construcción 16, la porción del artículo 14 fabricada hasta el momento se retira de la superficie de construcción 16. En algunas realizaciones, la porción del artículo 42 se imprime en una superficie de construcción 16 que a su vez está montada en la cama 14, en cuyo caso en el bloque 108, la superficie de construcción 16 se retira de la cama 14. En diversas realizaciones, la porción del artículo 42 puede ser retirada robótica o manualmente.

En el bloque 110, se realizan uno o varios procedimientos, que en algunas realizaciones pueden incluir la colocación de la porción del artículo 42 en otra máquina o sistema para realizar el procedimiento. Como se ha expuesto anteriormente, los procedimientos pueden ser, por ejemplo, el ensamblaje de una o más partes a la porción del artículo 42, p. ej., partes prefabricadas, impresión en 3D de una parte del artículo 42 mediante el sistema 10 u otro sistema de fabricación aditiva, uno o más procesos de mecanizado u otros procesos de fabricación, o cualquier procedimiento de fabricación, inspección y/o cualquier otro procedimiento. En la ilustración de la figura 3, el procedimiento es el ensamblaje de una parte prefabricada 44 a la porción del artículo 42 fabricada hasta el momento. Por ejemplo, en algunas realizaciones, la porción del artículo 42 fabricada hasta el momento incluye una abertura cuadrada 46 en la que se inserta una parte rectangular prefabricada 44. En diversas realizaciones, la porción 44 puede ensamblarse a la porción del artículo 42 robótica o manualmente.

En el bloque 112, la porción del artículo 42 fabricada hasta el momento se sustituye o reposiciona sobre la cama 14 después de realizar el procedimiento, y se reanuda la fabricación aditiva o la impresión en 3D del artículo 42. En una forma, el reposicionamiento incluye la sustitución de la porción del artículo 42 fabricada hasta el momento sobre la cama 14 y el reposicionamiento de la porción del artículo 42 en la ubicación original sobre la cama 14 en la que la porción del artículo 42 estaba dispuesta antes de ser retirada en el bloque 108. Por ejemplo, la porción del artículo 14 se reposiciona en las mismas coordenadas Z, Y y Z en las que se encontraba dispuesta antes de su retirada en el bloque 108. Reposicionando con precisión la porción del artículo 42 después de realizar uno o más procedimientos, y en algunas realizaciones restringiendo geométricamente todos o la mayoría de los grados de libertad de la porción reposicionada del artículo 42 después de realizar uno o más procedimientos, el proceso de fabricación aditiva puede continuar sin afectar negativamente a la calidad del artículo 42 fabricado de manera aditiva, sin que la calidad del artículo 42 fabricado de manera aditiva se vea sustancialmente afectada, o con un impacto adverso mínimo, en función de la forma de realización. Por ejemplo, sin un reposicionamiento preciso, pueden formarse pequeños huecos o defectos en la estructura impresa en 3D del artículo 42 después de reanudar la impresión en 3D. El reposicionamiento puede realizarse de forma robótica o con la mano humana, únicamente o con el uso de herramientas.

En algunas realizaciones de acuerdo con y no de acuerdo con la invención reivindicada, el reposicionamiento incluye el uso de una función de posicionamiento de partes. Por ejemplo, con referencia a las figuras 4A y 4B, se ilustran algunos aspectos de un ejemplo no limitante no de acuerdo con la invención reivindicada de una vista en planta esquemática y una vista lateral respectivas de una porción del sistema 10. Las figuras 4A y 4B ilustran la porción del artículo 42 con la parte 44 y la abertura 46 no mostradas en aras de la claridad. En el ejemplo no de acuerdo con la invención reivindicada de las figuras 4A y 4B, se emplea un dispositivo de reposicionamiento 50 en forma de montaje de bola cinética. El dispositivo de reposicionamiento 50 incluye tres bolas cinéticas 52 dispuestas en aberturas cónicas 54. Las aberturas cónicas 54 están dispuestas en la cama 14 en un patrón triangular. En una forma, las bolas cinéticas son esferas de 1,27 cm ( / pulgada). En otras realizaciones de acuerdo con y no de acuerdo con la invención reivindicada, se pueden emplear bolas cinéticas de otros tamaños. En otras realizaciones de acuerdo con y no de acuerdo con la invención reivindicada se puede utilizar otra cantidad de bolas cinéticas, se pueden utilizar otras formas para las aberturas 54, y se pueden emplear otros patrones geométricos de espaciado de las bolas cinéticas 52 y las aberturas cónicas 54. Las bolas cinéticas 52 se fijan a una placa 56 que funciona como superficie de construcción 16 en la realización no de acuerdo con la invención reivindicada de las figuras 4A y 4B, sobre la cual se fabrica de manera aditiva el artículo 42. Por ejemplo, las bolas cinéticas 52 pueden estar adheridas a la placa 56 con un adhesivo. En otras realizaciones de acuerdo con y no de acuerdo con la invención reivindicada, se pueden emplear otras formas de montaje de bolas cinéticas.

En las realizaciones no de acuerdo con la invención reivindicada, empleando montajes de bolas cinéticas, la porción del artículo 42 se retira y posteriormente se reposiciona sobre la cama 14 simplemente levantando la placa 56 de la cama 14 para retirar la porción del artículo 42, y a continuación haciendo coincidir las bolas cinéticas 52 con las correspondientes aberturas cónicas 54 y volviendo a colocar la placa 56 sobre la cama 54, acoplando las bolas cinéticas 52 con las correspondientes aberturas cónicas 54, para reposicionar la porción del artículo 42 sobre la cama 14. En las realizaciones de acuerdo con la invención reivindicada, como alternativa al uso de la placa 56, la impresión del artículo 42 puede realizarse directamente sobre la cama 14, y puede incluir la rotación del cabezal de impresión 12 sobre una o ambas juntas rotativas 24 y 26 durante el proceso de impresión para encapsular de este modo parcialmente las bolas cinéticas 52. En tales realizaciones, la porción del artículo 42 se retira y se reposiciona sobre la cama 14 simplemente levantándola y retirándola de la cama 14, y posteriormente haciendo coincidir las bolas cinéticas 52 con las correspondientes aberturas cónicas 54 y volviendo a colocar la porción del artículo 42 sobre la cama 14 mientras se acoplan las bolas cinéticas 52 con las aberturas cónicas 54, respectivamente. Las bolas cinéticas 52 pueden ser mecanizadas con gran precisión y exactitud para mejorar la exactitud de la sustitución o reposicionamiento, p. ej., /- 0,00000254 cm (0,000001 pulgadas) en algunas realizaciones.

Haciendo referencia a las figuras 5A y 5B algunos aspectos de un ejemplo no limitante no de acuerdo con la invención reivindicada de una vista en planta esquemática y una vista lateral respectivas de una porción del sistema 10 con una característica de reposicionamiento en forma de bloque, p. ej., un bloque de esquina, se ilustran esquemáticamente. Las figuras 5A y 5B ilustran la porción del artículo 42 con la parte 44 y la abertura 46 no mostradas en aras de la claridad. En la realización reivindicada de la invención de las figuras 5A y 5B, una esquina no de acuerdo con el bloque puede utilizarse para reposicionar la porción del artículo 42 fabricada hasta el momento. Por ejemplo, antes de retirar la porción del artículo 42 de la cama 14, puede colocarse un elemento de reposicionamiento 60 en forma de bloque de esquina, p. ej., empujándose empujándose en posición contra, dos bordes u otras porciones del artículo 42 y sujetarse o fijarse de otra manera en su lugar. En otras realizaciones no de acuerdo con la invención reivindicada, se puede utilizar una o varias de las otras formas de bloques. A continuación, se puede retirar la porción del artículo 42 y realizar el procedimiento.

La porción del artículo 42 puede entonces colocarse de nuevo sobre la cama 42 muy cerca del dispositivo de reposicionamiento 60. Las fuerzas de empuje 62 y 64 pueden entonces aplicarse a la porción del artículo 42 en la dirección de la característica de reposicionamiento 60 para dirigirla contra la característica de reposicionamiento 60. La gravedad, las características de sujeción (por ejemplo, las características formadas como una parte de o como temporalmente una parte del artículo 42 que se puede ser sujetar a la cama 14 para asegurar la porción del artículo 42) o la fuerza adhesiva pueden entonces emplearse para retener la porción del artículo 42 como reposicionada de nuevo en la ubicación de impresión original. En algunas realizaciones no de acuerdo con la invención reivindicada, se puede emplear un adhesivo para fijar la porción del artículo 42 a la cama 14. Aunque en las figuras 5A y 5B se ilustra un bloque de esquina de 90 grados, se entenderá que se puede emplear cualquier forma adecuada que se alinee con las superficies deseadas, líneas o puntos en la porción del artículo 42.

Haciendo referencia a las figuras 6A y 6B, se ilustran esquemáticamente algunos aspectos de un ejemplo no limitante de una vista en planta esquemática y una vista lateral respectivas de una porción del sistema 10 con características de reposicionamiento 70 en forma de pasadores. Las figuras 6A y 6B ilustran la porción del artículo 42 con la parte 44 y la abertura 46 no mostradas en aras de la claridad. En la realización de las figuras 6A y 6B, los pasadores 72, es decir, protuberancias que se extienden desde la porción del artículo 42 fabricada hasta el momento, pueden utilizarse para reposicionar la porción del artículo 42 fabricada hasta el momento. Por ejemplo, los pasadores 72 pueden acoplarse a las aberturas 74 dispuestas en la cama 14. En el ejemplo de las figuras 6A y 6B, tres (3) pasadores 72 de forma cónica están dispuestos en las correspondientes aberturas de forma cónica 74. Los pasadores 72 y las aberturas 74 están dispuestos en un patrón triangular. En otras realizaciones, los pasadores 72 y las aberturas 74 pueden tener otras formas geométricas, y puede emplearse cualquier número de pasadores 72 y de aberturas 74 correspondientes dispuestos en cualquier configuración geométrica adecuada de espaciado. En una forma, los pasadores 72 se fabrican de manera aditiva en las aberturas 74, p. ej., impresos en 3D mediante el cabezal de impresión 12. En las realizaciones de acuerdo con la invención reivindicada, se pueden emplear pasadores independientes, p. ej., insertados en las aberturas 74, en donde el cabezal de impresión 12 imprime alrededor de los pines, p. ej., para adherir el artículo 42 posteriormente impreso a los pasadores o para encapsular parcialmente los pasadores dentro del artículo 42. En las realizaciones de acuerdo con la invención reivindicada se emplean pasadores 72 con aberturas 74, la porción del artículo 42 se retira y se reposiciona sobre la cama 14 simplemente levantándola de la cama 14, y posteriormente volviéndola a colocar sobre la cama 54 mientras se acoplan los pasadores 72 a las aberturas 74, respectivamente. En las realizaciones no de acuerdo con la invención reivindicada, los pasadores 72 pueden estar adheridos o fijados de otro modo o formados como una parte de una placa separada, p. ej., como la placa 56, que puede funcionar como una superficie de construcción 16 sobre la que se construye el artículo 42.

Después de que la porción del artículo 42 se reposicione en la ubicación original sobre la cama 14, la impresión en 3D del artículo 42 continúa hasta que se finaliza el artículo 42 o hasta que se alcanza un punto en el que se desea realizar otro procedimiento, tal como se ha descrito anteriormente con respecto al bloque 110, en cuyo caso la impresión se detiene al llegar a ese punto.

Haciendo referencia a la figura 7, en algunas realizaciones, la fabricación aditiva o la impresión en 3D incluye la manipulación o la variación de la orientación del cabezal de impresión 12 mediante su rotación alrededor de la junta rotativa 24 y/o de la junta rotativa 26 con el fin de realizar la impresión en 3D que incluye la impresión alrededor de toda o de una porción de la parte 44. Por ejemplo, la rotación del cabezal de impresión 12 permite imprimir en la intersección de la parte 44 y la capa superior previamente impresa de la porción del artículo 42 fabricada hasta el momento, e imprimir muy cerca de la parte 44, lo que no podría conseguirse de otro modo sin la rotación. En algunas realizaciones, la rotación puede tener lugar durante la traslación en las direcciones X, Y y/o Z, incluso durante la impresión, mientras que en otras realizaciones, la rotación puede tener lugar antes de la impresión o entre las pasadas de impresión.

Rotando el cabezal de impresión 12 alrededor de la junta rotativa 24 y/o la junta rotativa 26, el cabezal de impresión 12 puede estar orientado para poder imprimir en 3d alrededor de la periferia de la parte 44, lo que no podría conseguirse de otro modo sin la rotación sobre la junta rotativa 24 y/o la junta rotativa 26. En algunas realizaciones, la continuación de la impresión en 3D en el bloque 112 incluye el encapsulamiento parcial o total de la parte montada 44. Por ejemplo, en la representación de la figura 8, la parte 44 ha sido completamente encapsulada por el artículo 42 mediante la impresión en 3D del artículo 42 alrededor y sobre la parte 44. En algunas realizaciones, la rotación del cabezal de impresión 12 sobre las juntas rotativas 24 y/o 26 permite la impresión en 3D en planos fuera del plano de impresión inicial, p. ej., el plano X-Y. Por ejemplo, la traslación selectiva en los ejes X, Y y Z con el cabezal de impresión 12 rotado a un ángulo deseado pueden permitir la impresión en cualquier o casi cualquier plano en cualquier o casi cualquier ángulo relativo al plano de impresión inicial o al plano de impresión básico, p. ej., el plano X-Y.

Una vez finalizada la impresión en 3D del artículo 42 o llegado el punto en el que se desea realizar otro procedimiento, el flujo del proceso procede al bloque 16.

Alternativamente a los bloques 108, 110 y 112, si la determinación en el bloque 106 fue que la porción del artículo 42 no necesitaba ser retirada del sistema 10 para realizar el procedimiento, el flujo del proceso procede al bloque 114. En el bloque 114, se realiza el procedimiento, p. ej., como se ha descrito anteriormente, pero sin retirar la porción del artículo 42 del sistema 10; y se reanuda la impresión en 3D del artículo 42, p. ej., como se ha descrito anteriormente, hasta que se finalice la impresión en 3D del artículo 42 o se llegue al punto en que se desee realizar otro procedimiento, p. ej., como se ha descrito anteriormente. El flujo del proceso procede entonces al bloque 116.

En el bloque 116, se determina si el artículo 42 se ha finalizado o si hay que realizar algún procedimiento adicional. Por ejemplo, mientras que en algunas realizaciones la impresión en 3D puede finalizarse en su totalidad en esta etapa, en otras realizaciones, se pueden realizar uno o más procedimientos adicionales (por ejemplo como se ha descrito anteriormente con respecto a los bloques 110 y/o 114) y las etapas posteriores de la impresión en 3D. Si se finaliza el artículo 42, el flujo del proceso procede al bloque 118. En el bloque 118, el flujo del proceso termina. Si hay que realizar uno o más procedimientos adicionales, el flujo del proceso vuelve al bloque 106. En el ejemplo no limitante de la figura 8, el artículo 42 finalizado incluye la parte prefabricada encapsulada 44.

Si bien la invención se ha ilustrado y descrito en detalle en los dibujos y en la descripción anterior, la misma debe ser considerada como de carácter ilustrativo y no restrictivo, se entiende que sólo se han mostrado y descrito las realizaciones preferidas. Debe entenderse que, aunque el uso de palabras como preferible, preferentemente, preferidos o más preferidos utilizadas en la descripción anterior indican que la característica así descrita puede ser más deseable, no obstante, puede no ser necesario y las realizaciones que carecen de la misma pueden contemplarse dentro del alcance de la invención, estando definido el alcance por las reivindicaciones que siguen. Tras la lectura de las reivindicaciones, se pretende que cuando se usan palabras tales como "un", "una", "al menos uno", o "al menos una porción" no hay intención de limitar la reivindicación a un solo elemento, a menos que se indique específicamente lo contrario en la reivindicación. Cuando se utiliza la expresión "al menos una porción" y/o "una porción", el artículo puede incluir una porción y/o todo el artículo, salvo que se indique específicamente lo contrario.

A no ser que se especifique o se limite de otra forma, los términos "montado", "conectado", "soportado", y "acoplado" y sus variaciones se utilizan de forma amplia y abarcan tanto los montajes directos como los indirectos, conexiones, soportes y acoplamientos. Además, los términos "conectado" y "acoplado" no se limitan a conexiones o acoplamientos físicos o mecánicos.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un método para fabricar un artículo (42), que comprende:

iniciar un proceso de fabricación aditiva (100) del artículo (42) sobre una cama (14) asociada a un sistema de fabricación aditiva (10) utilizando un proceso de fabricación aditiva (100), en donde el artículo (42) se posiciona con respecto a la cama (14) con una pluralidad de características de posicionamiento (50, 70) que se reciben en las correspondientes de una pluralidad de aberturas (54, 74) en la cama (14);

formar una porción del artículo (42) mediante el proceso de fabricación aditiva (100);

pausar (104) el proceso de fabricación aditiva (100) antes de la finalización del artículo (42);

realizar (110, 114) un procedimiento sobre la porción del artículo (42), en donde el procedimiento no es un proceso de fabricación aditiva (100) realizado usando el sistema de fabricación aditiva (10);

después de realizar el procedimiento, reanudar el proceso de fabricación aditiva (100) del artículo (42); finalizar el proceso de fabricación aditiva (100) del artículo (42); y retirar el artículo (42) de la cama (14), caracterizado por que

el artículo (42) está formado alrededor de las bolas cinéticas (52) de la pluralidad de características de posicionamiento, de manera que el artículo (42) encapsula parcialmente las bolas cinéticas (52), o

el artículo (42) se forma alrededor de los pasadores (72) de la pluralidad de características de posicionamiento de manera que el artículo (42) se adhiere a los pasadores (72) o encapsula parcialmente los pasadores (72).

2. El método de la reivindicación 1, en donde la realización (110, 114) del procedimiento sobre la porción del artículo (42) incluye el ensamblaje de una parte prefabricada (44) a la porción del artículo (42).

3. El método de la reivindicación 2, en donde la reanudación (112, 114) del proceso de fabricación aditiva (100) del artículo (42) incluye la impresión en 3D del artículo (42) al menos parcialmente alrededor de la parte prefabricada (44).

4. El método de la reivindicación 3, en donde la impresión en 3D incluye la rotación de un cabezal de impresión (12) del sistema de fabricación aditiva (10) alrededor de al menos dos ejes; o

comprendiendo además la impresión en 3D del artículo (42) para encapsular parcialmente la parte parte prefabricada (44); o

comprendiendo además la impresión en 3D del artículo (42) para encapsular completamente la parte prefabricada (44).

5. El método de la reivindicación 1, comprendiendo además retirar (108) la porción del artículo (42) de la cama (14) después de pausar (104) el proceso de fabricación aditiva (100) y antes de realizar (110) el procedimiento; y volver a colocar (112) la porción del artículo (42) sobre la cama (14) después de realizar el procedimiento (110).

6. El método de la reivindicación 5, en donde la porción del artículo (42) se coloca en una ubicación original sobre la cama (14) antes de retirar (108) la porción del artículo (42), en donde la sustitución (112) de la porción del artículo (42) sobre la cama (14) incluye el reposicionamiento de la porción del artículo (42) en la ubicación original.

7. El método de la reivindicación 1, en donde el sistema de fabricación aditiva (10) incluye un cabezal de impresión (12) operativo para rotar alrededor de al menos dos ejes; y en donde el proceso de fabricación aditiva (100) incluye la rotación del cabezal de impresión (12) alrededor de los al menos dos ejes.

8. El método de la reivindicación 1, en donde la realización del procedimiento incluye:

retirar (108) la porción del artículo (42) de una ubicación sobre la cama (14);

ensamblar una parte prefabricada (44) a la porción del artículo (42); y

reposicionar (112) la porción del artículo (42) a la ubicación sobre la cama (14).

9. El método de la reivindicación 8, en donde la reanudación (112) del proceso de fabricación aditiva (100) incluye la impresión en 3D del artículo (42) al menos parcialmente alrededor de la parte prefabricada (44).

10. El método de la reivindicación 9, comprendiendo además la rotación de un cabezal de impresión (12) del sistema de fabricación aditiva (10) alrededor de al menos un eje antes o durante la impresión en 3D.

11. El método de la reivindicación 5, en donde la pluralidad de aberturas (54) tienen cada una una forma cónica, y la sustitución (112) de la porción del artículo (42) sobre la cama (14) después de realizar (110) el procedimiento incluye la inserción de la pluralidad de bolas cinéticas (52) en las correspondientes de las aberturas de forma cónica (54).

12. El método de la reivindicación 5, en donde la pluralidad de aberturas (74) tienen cada una una forma cónica, y la sustitución (112) de la porción del artículo (42) sobre la cama (14) después de realizar (110) el procedimiento incluye la inserción de la pluralidad de pasadores (72) en las correspondientes de las aberturas de forma cónica (74).

13. Un sistema (10) para realizar la fabricación aditiva de un artículo (42) sobre una superficie de construcción (16), que comprende:

una cama (14) que forma la superficie de construcción (16);

una pluralidad de características de posicionamiento (50, 70) para posicionar el artículo (42) con respecto a la cama (14), las características de posicionamiento (50, 70) se reciben en las correspondientes de una pluralidad de aberturas (54, 74) sobre la cama (14);

un cabezal de impresión (12) operativo para descargar material y/o energía para generar sucesivas capas fusionadas en la superficie de construcción (16);

un primer módulo de accionamiento (28) operativo para generar un movimiento de traslación relativo entre el cabezal de impresión (12) y la superficie de construcción (16) a lo largo de un primer eje;

un segundo módulo de accionamiento (30) operativo para generar un movimiento de traslación relativo entre el cabezal de impresión (12) y la superficie de construcción (16) a lo largo de un segundo eje ortogonal al primer eje; un tercer módulo de accionamiento (32) operativo para generar un movimiento de traslación relativo entre el cabezal de impresión (12) y la superficie de construcción (16) a lo largo de un tercer eje ortogonal al primer eje y al segundo eje; y

una junta rotativa (24) operativa para girar el cabezal de impresión (12) alrededor de un cuarto eje, caracterizado por que el sistema está configurado para formar el artículo (42) alrededor de las bolas cinéticas (52) de la pluralidad de características de posicionamiento de tal manera que el artículo (42) encapsula parcialmente las bolas cinéticas (52), o

formar el artículo (42) alrededor de los pasadores (72) de la pluralidad de características de posicionamiento de manera que el artículo (42) se adhiere a los pasadores (72) o encapsula parcialmente los pasadores (72).

14. El sistema (10) de la reivindicación 13, que comprende además otra junta rotativa (26) operativa para rotar el cabezal de impresión (12) alrededor de un quinto eje.