ES2937910T3

ES2937910T3 - Sistema de alimentación de fluido para una impresora 3D

Info

Publication number: ES2937910T3
Application number: ES18779662T
Authority: ES
Inventors: Stefan Leonhardt; Stefan Fischer; Sebastian Pammer; Miriam Haerst
Original assignee: Kumovis GmbH
Current assignee: Kumovis GmbH
Priority date: 2017-10-02
Filing date: 2018-09-28
Publication date: 2023-04-03
Anticipated expiration: 2038-09-28
Also published as: EP3691867A1; US11498271B2; EP3691867B1; CN111433004A; US20200298480A1; JP7236441B2; DK3691867T3; DE102017122849A1; EP4183558A1; WO2019068581A1; PL3691867T3; JP2020535998A

Abstract

La invención se refiere a un sistema de suministro de fluido (10) para al menos una impresora 3D (12), en particular una impresora 3D FFF (12), que comprende al menos un dispositivo generador de presión de fluido (14) para generar un flujo de fluido a presión (16) y al menos un dispositivo de calentamiento de fluido (18) para calentar el flujo de fluido (16). La impresora 3D (12) tiene al menos una cámara de construcción (20) que está delimitada del entorno de la impresora 3D (12) y está cerrada de manera estanca a los fluidos por medio de al menos una carcasa de la cámara de construcción (22), y el dispositivo generador de presión de fluido (14), el dispositivo de calentamiento de fluido (18) y la carcasa de la cámara de construcción (22) están conectados por fluido, por lo que el flujo de fluido (16) puede fluir a través de la cámara de construcción (20), (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Sistema de alimentación de fluido para una impresora 3D

La presente divulgación se refiere a un sistema de alimentación de fluido para al menos una impresora 3D con al menos un dispositivo de generación de presión de fluido para generar un flujo de fluido presurizado y con al menos un dispositivo de calentamiento de fluido para calentar el flujo de fluido.

En relación con la impresión 3D de materias sintéticas, en particular, para aplicaciones médicas (por ejemplo, para implantes), muchas investigaciones científicas se centran principalmente en la calidad de los componentes que se puede conseguir actualmente. Dos de los retos más importantes que desempeñan un papel decisivo con respecto a la calidad de los componentes son la tolerancia de los componentes y la esterilidad de los componentes o la precipitación de partículas.

Así, del documento DE102015111504A1 ya se conoce un dispositivo de impresión 3D, en particular un dispositivo de impresión FFF, con al menos una unidad de cabezal de impresión, estando la unidad de cabezal de impresión prevista en al menos un estado operativo para fundir un material de impresión formado al menos en parte por una materia sintética de alto rendimiento, en particular un termoplástico de alto rendimiento.

Además, el documento EP2261009A1 divulga un dispositivo y un procedimiento para fabricar un objeto tridimensional, comprendiendo el dispositivo una bomba de vacío acoplada a un depósito de suministro para crear un flujo de aire a través del depósito de suministro.

Además, en el documento EP3023228A1 se muestra un dispositivo de fabricación aditiva que comprende un sistema de flujo de gas para proporcionar un flujo de gas sobre la zona de la plataforma de construcción del dispositivo de fabricación aditiva.

Por lo demás, en el documento EP3173233A1 se divulga un dispositivo de fabricación tridimensional que presenta un espacio de procesamiento calentado por una unidad de calentamiento de espacio de procesamiento prevista para ello.

Además, en el documento US6.033.301A se muestra una unidad combinada de ventilador y filtro destinada a filtrar el aire de un circuito de aire en una sala blanca.

Además, en el documento US6.722.872B1 se muestra un dispositivo de modelado tridimensional destinado a construir objetos tridimensionales dentro de una cámara de construcción calentada.

Además, en el documento US6.817.941B1 se muestra un difusor para generar un flujo de aire uniforme dentro de una cámara de proceso, que se utiliza, por ejemplo, en la fabricación de chips semiconductores.

Además, el documento US2015/110911A1 muestra una unidad de supervisión o control del entorno utilizada, por ejemplo, como interfaz en tecnologías de fabricación aditiva hacia sus respectivos entornos.

Asimismo, en el documento WO2016/063198A1 se muestran un procedimiento y un dispositivo para fabricar objetos tridimensionales mediante modelado por deposición fundida (“Fused Deposition Modelling”), en el que el dispositivo de fabricación comprende elementos calefactores por radiación capaces de calentar una superficie del objeto a fabricar expuesta al mismo.

Además, del documento WO2017/040675A1 se conoce una tecnología de sala blanca para impresoras 3D y las llamadas bioimpresoras.

Del documento WO2017/108477A1 se desprende además un procedimiento para la fabricación de un objeto tridimensional con una impresora de modelado por deposición fundida (“Fused Deposition Modelling”).

Desde el documento US2017/012860A1 se conoce un dispositivo para la impresión 3D estéril.

Partiendo de las soluciones propuestas en el estado de la técnica, estos dispositivos de fabricación aditiva siguen teniendo el problema de la elevada deformación de los componentes y la insuficiente esterilidad y ausencia de gérmenes y partículas para aplicaciones médicas. Hay que aspirar a una contaminación mínima del componente, algo que en la actualidad aún no se consigue.

Por lo tanto, la presente invención tiene el objetivo de perfeccionar de manera ventajosa un sistema de alimentación de fluido para una impresora 3D del tipo mencionado al principio, en particular en el sentido de mejorar la deformación y la esterilidad de un componente fabricado por medio de la impresora 3D y para mejorar la eficiencia energética del sistema de alimentación de fluido.

Este objetivo se consigue según la invención mediante una impresora 3D con las características de la reivindicación 1. De acuerdo con esto, está previsto que una impresora 3D, en particular una impresora 3D FFF, está provista de un sistema de alimentación de fluido que comprende al menos un dispositivo de generación de presión de fluido para generar un flujo de fluido y al menos un dispositivo de calentamiento de fluido para calentar el flujo de fluido, presentando la impresora 3D al menos una cámara de construcción que está delimitada con respecto al entorno de la impresora 3D por medio de al menos una carcasa de cámara de construcción y está cerrada de forma estanca al fluido, estando el dispositivo de generación de presión de fluido, el dispositivo de calentamiento de fluido y la carcasa de cámara de construcción en comunicación fluídica, por lo que la cámara de construcción puede ser atravesada por el flujo de fluido, y estando realizado por medio del dispositivo de generación de presión de fluido, el dispositivo de calentamiento de fluido y la carcasa de cámara de construcción un circuito de fluido cerrado para el flujo de fluido que antes de entrar en la cámara de construcción se calienta por medio del dispositivo de calentamiento de fluido, estando el sistema de alimentación de fluido realizado de tal forma que, en el estado operativo, la cámara de construcción puede ser atravesada por el flujo de fluido en forma de una corriente sustancialmente laminar, y presentando el sistema de alimentación de fluido al menos una zona de entrada de cámara de construcción que está dispuesta corriente arriba de la carcasa de la cámara de construcción y en la que está dispuesta al menos una unidad de alineación de flujo, estando configurada la zona de entrada de cámara de construcción en forma de un difusor.

De manera ventajosa, es posible prever una válvula o una entrada de aire ambiente, ventajosamente filtrado, para templar el espacio de instalación. Básicamente, puede estar previsto que también puedan estar previstos o se puedan tolerar intersticios de aire o entradas de aire exterior. No es necesaria una estanqueidad total. Además, el aire frío suministrado adicionalmente puede mezclarse con el circuito calentado para enfriar el espacio de construcción incluso después del establecimiento de presión.

La invención se basa en la idea básica de que, a causa de la formación de un circuito de fluido cerrado, el fluido que ya ha fluido a través de la cámara de construcción de la impresora 3D y que se ha calentado antes de su entrada no se emite sin usar desde la cámara de construcción al entorno de la impresora 3D después de su salida. Más bien, el fluido aún parcialmente calentado que sale de la cámara de construcción puede volver a ser suministrado a la cámara de construcción gracias al circuito de fluido cerrado. Este tipo de circuito de fluido es especialmente ventajoso porque el fluido que sale de la cámara de construcción sigue estando a una temperatura significativamente mayor que la temperatura ambiente. Como resultado, la cantidad de energía necesaria para recalentar el fluido puede reducirse significativamente. Así, por un lado, puede reducirse significativamente la cantidad de energía necesaria para el recalentamiento del fluido. Por otro lado, el dispositivo de calentamiento del fluido puede dimensionarse de una forma mucho más ahorradora de espacio o compacta en comparación con el estado de la técnica, ya que no tiene que calentar el fluido desde la temperatura ambiente hasta la temperatura deseada de la cámara de construcción. El calentamiento de la cámara de construcción es especialmente óptimo para el procesamiento de baja deformación de termoplásticos semicristalinos. Mediante el calentamiento al menos parcial de la cámara de construcción a través de un flujo de fluido calentado corriente arriba, se puede realizar una distribución especialmente homogénea de la temperatura dentro de la cámara de construcción. Esta distribución homogénea de la temperatura también tiene un efecto positivo en la reducción de la deformación durante el procesamiento de termoplásticos. En total, el sistema de alimentación de fluido puede concebirse de forma significativamente más rentable y económica. Además, ya no es necesario filtrar las partículas del aire ambiente, ya que siempre hay una recirculación del flujo de aire ya filtrado y este flujo de aire se vuelve a filtrar. De esta manera, en total, hay que filtrar menos partículas del flujo de aire, por lo que también los filtros pueden alcanzar una vida útil más larga.

Según la invención, está previsto que el sistema de alimentación de fluido en el estado operativo esté diseñado de tal manera que la cámara de construcción pueda ser atravesada por el flujo de fluido en forma de un flujo sustancialmente laminar. El flujo laminar a través de la cámara de construcción (con un flujo de aire laminar, en particular para crear condiciones de sala limpia) tiene la ventaja, en particular debido a su característica de flujo dirigido (sin flujos transversales), de que la cámara de construcción se contamina lo menos posible con partículas o gérmenes contenidos en el fluido o arrastrados por el flujo. Dado que la presente invención también se utiliza en particular en el campo de la tecnología médica (por ejemplo, para la producción de implantes), la menor contaminación posible del componente que ha de ser fabricado tiene un efecto particularmente positivo sobre su esterilidad. En este contexto, también es concebible que el flujo de fluido pueda atravesar la cámara de construcción en forma de un flujo laminar sustancialmente vertical.

Además, es concebible que la impresora 3D presente al menos un cabezal de impresión móvil dentro de la cámara de construcción de manera multiaxial y/o multidimensional, en particular tridimensional, y al menos una plataforma de construcción, que están rodeados por la corriente laminar del flujo de fluido. Por el cabezal de impresión móvil tridimensional y el flujo alrededor del cabezal de impresión y de la plataforma de construcción, el producto a fabricar puede imprimirse en flujo laminar de aire, lo que resulta ventajoso para la esterilidad y la ausencia de gérmenes y de partículas. El flujo laminar alrededor de estos componentes reduce en particular su ensuciamiento o depósitos por partículas o gérmenes presentes en el aire. Dado que estos dos módulos están en contacto directo con el componente que ha de ser fabricado, sus superficies libres de gérmenes, partículas y suciedad son indispensables.

Además, el sistema de alimentación de fluido comprende al menos una zona de entrada de cámara de construcción dispuesta corriente arriba de la carcasa de cámara de construcción y en la que está dispuesta al menos una unidad de alineación de flujo. La unidad de alineación de flujo sirve para calmar el flujo de fluido antes de que entre en la cámara de construcción. Dado que el flujo de fluido corriente arriba de la unidad de alineación de flujo es arremolinado por el dispositivo de generación de presión de fluido, el dispositivo de calentamiento de fluido y las tuberías y codos, la alineación del flujo de fluido antes de entrar en la cámara de construcción es, por tanto, inevitable. La zona de entrada de la cámara de construcción está realizada en forma de difusor. Como posible realización geométrico del difusor puede servir un cono hueco de pared delgada cuya sección transversal de flujo se expande linealmente corriente arriba en dirección a la cámara de construcción.

Además, es posible que la unidad de alineación de flujo comprenda una estructura de guía de flujo, en particular un cuerpo de guía de flujo, para la alineación laminar, al menos parcial, del flujo de fluido. Dicha estructura de guía de flujo es un componente integrado en el dispositivo general, que permite una alineación laminar selectiva y particularmente eficiente del flujo de fluido y, por tanto, puede disponerse ventajosamente dentro de la zona de entrada de la cámara de construcción. Por medio de la estructura de guía de flujo, el flujo de fluido puede ser guiado de tal manera que se puede lograr el flujo laminar deseado en la zona de la cámara de construcción. El cuerpo de guía de flujo puede comprender, por ejemplo, un difusor. Es concebible que el difusor esté configurado, por ejemplo, como un cono hueco de pared fina, cuya superficie exterior esté conformada de tal manera que el cono hueco se ensanche en dirección a la cámara de construcción.

Además, la unidad de alineación de flujo puede estar concebida de tal manera que se forme una cortina de aire alrededor del componente y, por lo tanto, no haya un flujo directo hacia el componente. Esto permite reducir la deformación de los componentes. Esto se hace posible, en particular, porque ningún flujo de aire directo incide en el componente, por lo que se hace posible un enfriamiento uniforme del componente.

Además, puede estar previsto que el sistema de alimentación de fluido comprenda al menos un dispositivo de esterilización y/o de filtrado de fluido que esté en comunicación fluídica con el dispositivo de generación de presión de fluido, el dispositivo de calentamiento de fluido y la carcasa de cámara de construcción. Gracias al dispositivo de esterilización de fluido y/o de filtrado de fluido, el fluido suministrado a la cámara de construcción puede filtrarse y/o limpiarse de forma especialmente eficaz. El dispositivo de esterilización de fluido y/o de filtrado de fluido está dispuesto corriente arriba (con respecto a la dirección del flujo a través de la cámara de construcción). Mediante una configuración adecuada de este dispositivo, el fluido puede depurarse, esterilizarse y filtrarse antes de entrar en la cámara de construcción, de forma tan eficaz que cumpla las normas o estándares de EN ISO 14644 para salas blancas. El circuito de fluido cerrado resulta especialmente ventajoso en este contexto. Es que por la recirculación continua del fluido dentro del sistema de alimentación de fluido, a partir de la primera recirculación, el fluido ya depurado o filtrado se suministra de nuevo al dispositivo de esterilización de fluido y/o de filtrado de fluido. En consecuencia, el filtrado o la esterilización del fluido pueden realizarse con cada recirculación del fluido, lo que tiene un efecto decisivo sobre la esterilidad y la carga de partículas del componente que ha de ser fabricado.

Igualmente es concebible que el flujo de fluido tenga una temperatura en un intervalo en particular de aproximadamente 20°C a aproximadamente 400°C, preferiblemente de aproximadamente 30°C a aproximadamente 350°C, y de forma particularmente preferible de aproximadamente 50°C a aproximadamente 300°C. Los intervalos de temperatura descritos anteriormente, en particular el intervalo de temperatura de aprox. 50 °C a aprox. 300 °C, son especialmente ventajosos para la fabricación de termoplásticos por medio de la impresora 3D con la menor deformación posible. Los termoplásticos pueden seleccionarse, por ejemplo, del grupo de los termoplásticos de alto rendimiento.

Los termoplásticos de alto rendimiento pueden ser, por ejemplo, poliétercetonas (tales como PAEK, PEKK, PEEK, PEEEK, PEEKK, PEKEKK), poliamidas (tales como PA 69, PA 612, PA 11, PA 12, PA 46, PA 1212, PA 6/12., PA 1010, PPA), sulfuro de polifenileno PPS, imidas de poliamida, polisulfonas (tales como PAS, PSF, PES, PPSU, PSU, PESU) y/o policarbonatos PC y también poliimidas termoplásticas (PEI, PAI, PESI). También es concebible que los termoplásticos estén reforzados con fibras y/o partículas.

Además, es concebible que el flujo de fluido dentro de la cámara de construcción tenga una velocidad, en particular una velocidad media, comprendida en un intervalo en particular de aproximadamente 0,05 m/s a aproximadamente 5 m/s, preferiblemente de aproximadamente 0,1 m/s a aproximadamente 5 m/s y de forma particularmente preferible de aproximadamente 0,2 m/s a aproximadamente 3 m/s. Los intervalos mencionados de la velocidad media, en particular el intervalo de velocidad de aprox. 0,2 m/s a aprox. 3 m/s, del flujo de fluido pueden garantizar un calentamiento seguro, en particular constante y homogéneo de la cámara de construcción de la impresora 3D. Este tipo de calentamiento ayuda sobre todo a reducir significativamente la deformación de los componentes durante el procesamiento de termoplásticos. Por lo demás, para cumplir la norma mencionada anteriormente, se requiere un flujo de fluido a través de la cámara de construcción.

Asimismo, es posible que el dispositivo de esterilización de fluido y/o de filtrado de fluido, el dispositivo de generación de presión de fluido, el dispositivo de calentamiento de fluido y/o la carcasa de la cámara de construcción sean termorresistentes hasta una temperatura máxima de aproximadamente 300 °C. Hasta una temperatura máxima del fluido de aproximadamente 300 °C, la impresora 3D puede procesar prácticamente cualquier termoplástico técnico relevante. Por ello, una temperatura máxima de aprox. 300 °C es especialmente eficaz, ventajosa y también necesaria para el procesamiento sin deformaciones de termoplásticos.

Adicionalmente, puede estar previsto que el dispositivo de generación de presión de fluido sea una máquina de flujo de fluido, como por ejemplo un turbocompresor, en particular un compresor centrífugo o un ventilador o ventilador radial. En principio, se entiende por turbomáquina, por ejemplo, un ventilador o un compresor. Este tipo de compresor genera un flujo de fluido presurizado especialmente bajo en pulsaciones o golpes y, por tanto, constante, de modo que también se pueden minimizar las fluctuaciones de presión y las oscilaciones de temperatura dentro de la cámara de construcción. Como resultado, puede formarse una distribución de temperatura aún más homogénea dentro de la cámara de construcción. En particular, el compresor centrífugo también puede estar configurado como ventilador centrífugo resistente a temperaturas de hasta 300 °C aproximadamente.

Además, es concebible que al menos un dispositivo de reducción de presión esté dispuesto corriente abajo del turbocompresor. El dispositivo de reducción de presión es, por tanto, especialmente ventajoso de utilizar porque genera una determinada contrapresión para el turbocompresor, lo que hace físicamente imprescindible el uso de un ventilador radial o un soplante radial resistente a temperaturas de hasta 300 °C. El dispositivo de reducción de presión puede, por ejemplo, estar realizado como placa perforada o como diafragma perforado.

También es concebible que por el dispositivo de reducción de presión, el dispositivo de esterilización de fluido y/o el dispositivo de filtrado de fluido, el dispositivo de calentamiento de fluido y/o la unidad de alineación de flujo pueda generarse al menos una reducción de presión del flujo de fluido de al menos 50 Pa. Esta reducción de presión causada por los componentes mencionados tiene un efecto especialmente ventajoso sobre el funcionamiento o la controlabilidad y/o regulabilidad del turbocompresor, en particular del compresor centrífugo resistente a las temperaturas. Además, un compresor centrífugo adecuado en sus dimensiones para la impresora 3D puede funcionar de forma especialmente eficiente y ventajosa con una pérdida de presión de este tipo.

Además, es posible que el sistema de alimentación de fluido presente un dispositivo de medición de partículas para supervisar el funcionamiento de la impresora 3D, que está dispuesto en la zona de entrada de la cámara de construcción entre la unidad de alineación de flujo y al menos una abertura de entrada de la carcasa de la cámara de construcción. Un dispositivo de medición de partículas de este tipo es especialmente importante y ventajoso para lograr un alto estándar de los componentes en términos de esterilidad y carga de partículas, lo que se requiere sobre todo en la tecnología médica. Mediante el uso de este dispositivo de medición de partículas, además se puede optimizar la supervisión de todo el sistema de alimentación de fluido de la impresora 3D, ya que partiendo la medición de partículas, por ejemplo, se puede sugerir un mantenimiento o una sustitución del dispositivo de esterilización de fluido y/o de filtrado de fluido por parte de una unidad central de control y/o regulación electrónica de la impresora 3D. Además, en base a la medición de partículas, también se puede interrumpir un proceso de impresión 3D si se supera un determinado valor límite para partículas dentro del flujo de fluido. También es concebible que, en base a la medición de partículas, el dispositivo de esterilización de fluido y/o de filtrado de fluido se pueda puentear por medio de una válvula de derivación y un conducto de derivación. La válvula de derivación puede liberar el conducto de derivación hasta que se supere un valor límite ajustable para partículas dentro del flujo de fluido. Especialmente cuando se utilizan dispositivos de esterilización de fluido y/o filtrado de fluido muy caros, el conducto de derivación puede conducir a una prolongación notable de su vida útil y a intervalos de mantenimiento a alargados.

Además, puede estar previsto que el flujo de fluido contenga un fluido que sea un gas, en particular aire. El uso de un gas, en particular aire, es especialmente ventajoso debido a la disponibilidad casi ilimitada de aire y la consiguiente manejabilidad muy sencilla.

Además, es concebible que el sistema de alimentación de fluido presente al menos una conexión de gas por medio de la cual el sistema de alimentación de fluido pueda llenarse con al menos un gas de proceso distinto al aire, no estando la impresora 3D en funcionamiento durante el llenado. En este contexto, es concebible que el gas de proceso sea un gas inerte. Utilizando gas inerte se previene especialmente la oxidación en caso del procesamiento de termoplásticos propensos a la oxidación por la impresora 3D, por lo que se puede mejorar aún más la calidad del componente.

Más detalles y ventajas de la invención se explicarán ahora en más detalle con la ayuda de un ejemplo de realización representado en los dibujos.

Muestran:

La figura 1 una representación esquemática de un ejemplo de realización de un sistema de alimentación de fluido según la invención para una impresora 3D;

la figura 2 una representación en sección parcial de una zona de entrada de la cámara de construcción del sistema de alimentación de fluido según la figura 1 y un cuerpo de guía de flujo dispuesto en la misma;

la figura 3 una representación esquemática en perspectiva de un bastidor de montaje para la impresora 3D y para el sistema de alimentación de fluido según la figura 1; y

la figura 4 una vista frontal esquemática de la cámara de construcción de la impresora 3D según la figura 1.

La figura 1 muestra una representación esquemática de un ejemplo de realización de un sistema de alimentación de fluido 10 según la invención para una impresora 3D 12.

Como impresora 3D 12 puede usarse, por ejemplo, una impresora 3D 12 con cinemática delta o también con sistema cartesiano. Básicamente, la impresora 3D 12 también puede ser una impresora multidimensional y/o una impresora con un sistema de impresión multieje.

La impresora 3D 12 está realizada como impresora 3D FFF (FFF: inglés por Fused Filament Fabrication / de fabricación de filamento fundido).

El sistema de alimentación de fluido 10 comprende un dispositivo de generación de presión de fluido 14 para generar un flujo de fluido presurizado 16.

El flujo de fluido 16 contiene un fluido que es un gas.

El gas puede ser o aire o un gas de proceso como un gas inerte.

Además, el sistema de alimentación de fluido 10 comprende un dispositivo de calentamiento de fluido 18 para calentar el flujo de fluido 16.

La impresora 3D 12 comprende además una cámara de impresión 20, que está delimitada y cerrada de forma estanca al fluido con respecto al entorno de la impresora 3D 12 por medio de una carcasa de cámara de impresión 22.

Además, el dispositivo de generación de presión de fluido 14, el dispositivo de calentamiento de fluido 18 y la carcasa de cámara de construcción 22 están en comunicación fluídica. De este modo, el flujo de fluido 16 puede fluir a través de la cámara de construcción 20.

El flujo de fluido 16 tiene una velocidad media dentro de la cámara de construcción 20, que está comprendida en un intervalo de aproximadamente 0,2 m/s a aproximadamente 3 m/s.

El flujo de fluido 16 puede tener además una velocidad media dentro de la cámara de construcción 20 en un intervalo de aproximadamente 0,05 m/s a aproximadamente 5 m/s.

Además, es concebible que el flujo de fluido 16 dentro de la cámara de construcción 20 pueda tener una velocidad media en un intervalo de aproximadamente 0,1 m/s a aproximadamente 5 m/s.

Por lo demás, el dispositivo de generación de presión de fluido 14, el dispositivo de calentamiento de fluido 18 y la carcasa de cámara de construcción 22 forman un circuito de fluido 24 cerrado para el flujo de fluido 16.

En particular, el flujo de fluido 16 tiene una temperatura comprendida en un intervalo de aproximadamente 50°C a aproximadamente 300°C.

Sin embargo, igualmente es concebible que el flujo de fluido 16 pueda tener una temperatura en un intervalo de aproximadamente 20°C a aproximadamente 400°C.

Además, es concebible que el flujo de fluido 16 pueda tener una temperatura en un intervalo de aproximadamente 30°C a aproximadamente 350°C.

El flujo de fluido 16 presenta estos intervalos de temperatura, particularmente dentro de la cámara de construcción 20. Además, el flujo de fluido 16 ya se calienta, antes de entrar en la cámara de construcción 20, por medio el dispositivo de calentamiento de fluido 18.

La impresora 3D 12 presenta además un cabezal de impresión 26 móvil en múltiples ejes dentro de la cámara de construcción 20 y una plataforma de construcción 28.

El cabezal de impresión 26 y la plataforma de construcción 28 están rodeados por el flujo laminar del flujo de fluido 16 en el estado operativo de la impresora 3D 12.

El sistema de alimentación de fluido 10 presenta además una zona de entrada de cámara de construcción 30.

La zona de entrada de cámara de construcción 30 está dispuesta corriente arriba de la carcasa de cámara de construcción 22.

Dentro de la zona de entrada de cámara de construcción 30 está dispuesta una unidad de alineación de flujo 32. La unidad de alineación de flujo 32 comprende una estructura de guía de flujo 34.

La estructura de guía de flujo está configurada como un cuerpo de guía de flujo 36.

Según la figura 1, el sistema de alimentación de fluido 10 comprende además un dispositivo de esterilización de fluido y filtrado de fluido 38.

El dispositivo de esterilización de fluido y filtrado de fluido está en comunicación fluídica con el dispositivo 14 de generación de presión de fluido, el dispositivo de calentamiento de fluido 18 y la carcasa de cámara de construcción 22.

Por lo demás, el dispositivo de generación de presión de fluido 14 es un compresor centrífugo 40.

Corriente abajo del compresor centrífugo 40 (con respecto a la dirección de flujo del fluido a través del dispositivo) está dispuesto un dispositivo de reducción de presión 42.

El sistema de alimentación de fluido 10 presenta además un dispositivo de medición de partículas 44 para supervisar el funcionamiento de la impresora 3D 12.

El dispositivo de medición de partículas 44 está dispuesto en la zona de entrada de la cámara de impresión 30, entre la unidad de alineación de flujo 32 y una abertura de entrada de la carcasa de la cámara de impresión 22.

Además, el sistema de alimentación de fluido 10 presenta una conexión de gas 46.

El sistema de alimentación de fluido 10 representado en la figura 1 comprende además un sistema de tuberías 48 que forma el circuito de fluido 24 cerrado.

El sistema de tuberías 48 se compone de varios tramos de tubo rectos y codos de 90°, a través de los cuales el compresor centrífugo 40, el dispositivo de calentamiento de fluido 18, el dispositivo de esterilización de fluido y filtrado de fluido 38, la zona de entrada de cámara de construcción 30 y la cámara de construcción 20 están en comunicación fluídica entre sí.

El compresor centrífugo 40 está abridado a una salida de cámara de impresión en la carcasa de cámara de impresión 22, mientras que la zona de entrada de cámara de impresión 30 está abridada a una entrada de cámara de impresión en la carcasa de cámara de impresión 22.

Entre el compresor centrífugo 40 y la zona de entrada de cámara de construcción 30, están dispuestos el dispositivo de calentamiento de fluido 18 y el dispositivo de esterilización de fluido y filtrado de fluido 38 en el sistema de tuberías 48.

El dispositivo de calentamiento por filtración 18 está dispuesto aquí corriente abajo del compresor centrífugo 40. El dispositivo de esterilización de fluido y filtrado de fluido 38 está dispuesto a su vez corriente abajo del dispositivo de calentamiento de fluido 18 en el sistema de tuberías 48.

El dispositivo de calentamiento de fluido 18 está configurado como calentador de paso continuo que presenta un elemento calefactor eléctrico, que puede tener, por ejemplo, la forma de una espiral calefactora.

El dispositivo de esterilización de fluido y filtrado de fluido 38 puede comprender, por ejemplo, una unidad de filtrado EPA, HEPA o ULPA.

El dispositivo de esterilización de fluido y filtrado de fluido 38 puede presentar además una eficacia de filtrado según las clases de filtro: E10, E11, E12, H13, H14, U15, U16 o U17.

La función del sistema de alimentación de fluido 10 puede describirse ahora como sigue: Antes de la puesta en servicio de la impresora 3D 12, el sistema de alimentación de fluido 10 debe comprobar primero si el gas adecuado para el proceso de impresión y el material de impresión están contenidos en la cámara de construcción 20.

Esta comprobación puede realizarse, por ejemplo, con un sensor de gas posicionado dentro del sistema de tuberías 48 o dentro de la cámara de construcción 20 y capaz de determinar el gas correspondiente.

La determinación de diferentes gases también puede requerir el uso de varios sensores de gas.

El llenado del sistema de alimentación de fluido 10 con aire como gas de proceso (una vez evacuado el gas utilizado anteriormente) puede realizarse, por ejemplo, a través de una válvula de aireación y purga dispuesta en el sistema de tuberías 48.

Para apoyar o acelerar el proceso de llenado con aire, se puede utilizar el compresor radial 40.

Durante el llenado, la impresora 3D 12 no está en funcionamiento.

Después de que el sistema de alimentación de fluido 10 ha sido llenado, el sistema de alimentación de fluido 10 es cerrado herméticamente con respecto a la atmósfera ambiente cerrando la válvula de aireación y de purga (no mostrada en la figura 1).

Aún antes del funcionamiento de la impresora 3D 12, el aire dentro del sistema de alimentación de fluido 10 puede recircularse por medio del compresor radial 40, logrando así una depuración previa del aire.

Durante esta depuración previa, el dispositivo de calentamiento de fluido 18 puede estar ya en funcionamiento, lo que produce adicionalmente un precalentamiento de la cámara de construcción 20. En cuanto la cámara de impresión 20 tiene una temperatura de cámara de impresión adaptada al material y al componente que se ha de ser fabricado, la impresora 3D 12 inicia su funcionamiento.

Durante el funcionamiento de la impresora 3D 12, el aire que sale de la cámara de impresión 20 es aspirado por el compresor centrífugo 40, comprimido y suministrado al dispositivo de calentamiento de fluido 18.

Allí, el aire se calienta a un valor de temperatura ajustable o regulable y, después de salir del dispositivo de calentamiento de fluido 18, se alimenta al dispositivo de esterilización de fluido y filtrado de fluido 38, donde es depurado y filtrado y, a continuación, fluye corriente abajo entrando en la zona de entrada de cámara de construcción 30.

El dispositivo de esterilización de fluido y filtrado de fluido 38, el dispositivo de generación de presión de fluido 14 en forma del compresor radial 40, el dispositivo de calentamiento de fluido 18 y la carcasa de cámara de construcción 22 son, por cierto, termorresistentes hasta una temperatura máxima de aproximadamente 300 °C. Sin embargo, las aplicaciones habituales pueden requerir también temperaturas máximas más bajas, del orden de 150 a 200°C. Durante el flujo a través de la zona de entrada de cámara de construcción 30, cuya carcasa está configurada como difusor y en la que está dispuesto el cuerpo de guía de flujo 36, se produce una alineación laminar del flujo de fluido 16.

El cuerpo de guía de flujo 36 sirve por tanto, al menos en parte, para la alineación laminar del flujo de fluido 16. Adicionalmente, sin embargo, también el difusor sirve para la alineación laminar del flujo de fluido 16.

Por lo tanto, el sistema de alimentación de fluido 10 está configurado en el estado operativo de tal manera que la cámara de construcción 20 puede ser atravesada por el flujo de fluido 16 en forma de una corriente laminar.

Dentro de la zona de entrada de cámara de construcción 30, el dispositivo de medición de partículas 44 puede medir además el número de partículas antes de que el aire entre en la cámara de construcción 20 y proporcionarlo como magnitud de medición a una unidad de regulación electrónica.

La unidad de regulación (no mostrada en la figura 1) sirve para la regulación de un accionamiento (por ejemplo, un motor eléctrico) del compresor centrífugo 40 y del dispositivo de calentamiento de fluido 18.

La unidad de regulación puede estar integrada en el sistema de alimentación de fluido 10 o puede estar dispuesta en la carcasa de cámara de construcción 22.

Además, la unidad de regulación está conectada eléctricamente a todos los sensores dispuestos en el sistema de alimentación de fluido 10 y en la carcasa de la cámara de construcción 20.

En consecuencia, el sistema de alimentación de fluido 10 y la impresora 3D 12 pueden presentar uno o varios sensores de presión y temperatura.

Además, entre la zona de entrada de cámara de construcción 30 y la carcasa de cámara de construcción 22, puede estar dispuesto el dispositivo de reducción de presión 42 (por ejemplo, en forma una chapa perforada), que genera, al menos parcialmente, la contrapresión necesaria para el funcionamiento del compresor centrífugo 40.

La contrapresión es necesaria para evitar que el compresor centrífugo 40 "suba de revoluciones" sin freno, es decir, que aumente sin freno su número de revoluciones.

Además del dispositivo de reducción de presión 42, otros elementos pueden participar en la función de reducción de presión, como por ejemplo el o un mecanismo de guía (por ejemplo, el cuerpo de guía de flujo 36) y también el dispositivo de esterilización de fluido y de filtrado de fluido 38.

Después de fluir a través del dispositivo de reducción de presión 42, el flujo de fluido o aire 16 entra en la cámara de construcción 20.

Por el dispositivo de reducción de presión 42, el dispositivo de esterilización de fluido y filtrado de fluido 38, el dispositivo de calentamiento de fluido 18 y la unidad de alineación de flujo 32 puede ser generada por tanto una reducción de presión del flujo de fluido de al menos 50 Pa.

La cámara de impresión 20 es entonces atravesada por el flujo de fluido o aire 16 ya calentado, en forma de una corriente laminar, de modo que esto contribuye al calentamiento deseado de la cámara de impresión 20 y a la fabricación de un componente por medio de la impresora 3D 12, a ser posible sin deformación.

Además, la presión generada por el flujo de fluido 16 dentro de la cámara de construcción 20 debe ser siempre superior a la presión que rodea la cámara de construcción 20 para evitar la contaminación adicional por partículas y gérmenes procedentes el entorno o la atmósfera.

Tras pasar por la cámara de construcción 20, el aire sale de esta y es aspirado de nuevo por el compresor radial 40, de modo que se repite el proceso descrito anteriormente.

Este proceso se repite hasta que haya finalizado el proceso de impresión o, por ejemplo, se produzca un fallo de funcionamiento (por ejemplo, una concentración de partículas demasiado alta).

El proceso descrito anteriormente también puede llevarse a cabo con cualquier gas de proceso distinto al aire, como se ha descrito anteriormente, por lo que el aire como fluido sólo debe considerarse solo a modo de ejemplo.

Si el proceso descrito anteriormente debe llevarse a cabo con un gas de proceso (por ejemplo, gas inerte) distinto al aire, el aire debe evacuarse del sistema de alimentación de fluido 10, así como de la cámara de construcción 20 de la impresora 3D.

Con la ayuda de la conexión de gas 46, el sistema de alimentación de fluido 10 puede llenarse con un gas de proceso distinto al aire.

La figura 2 muestra una representación en sección parcial de una zona de entrada de cámara de construcción 30 del sistema de alimentación de fluido 10 según la figura 1 y un cuerpo de guía de flujo 36 dispuesto en la misma.

La zona de entrada de cámara de construcción 30 se compone de un difusor 50 y la unidad de alineación de flujo 32 fijada al difusor 50 en forma del cuerpo de dirección de flujo 36.

Es que el difusor 50 está configurado como cono hueco, cuya superficie lateral está conformada de tal manera que se ensancha en forma de embudo en la dirección de la cámara de construcción (por ejemplo, linealmente).

Para la fijación del cuerpo de la guía de flujo 36 a la pared interior del difusor 50 pueden estar previstas dos o varias riostras de fijación optimizadas para el flujo (no mostradas en la figura 2).

El cuerpo de guía de flujo 36 según la figura 2 está configurado en forma de gota, a saber, por una semiesfera 52 y un cuerpo de rotación 54 enrasado con la mayor sección transversal de la semiesfera estrechándose en dirección hacia la cámara de construcción.

El cuerpo de guía de flujo 54 se estrecha partiendo de la semiesfera 52 a lo largo del eje longitudinal o eje de rotación del cuerpo de dirección de flujo 36 y termina en punta.

El cuerpo guía de flujo 36 puede estar compuesto por los cuerpos descritos anteriormente o puede estar realizado en una sola pieza.

El cuerpo de rotación 36 y el difusor 50 están alineados coaxialmente entre sí.

Por lo demás, la punta del cuerpo de guía de flujo 36 está orientada hacia la cámara de construcción 20.

La figura 3 muestra una representación esquemática en perspectiva de un bastidor receptor 56 para la impresora 3D 12 y para el sistema de alimentación de fluido 10 según la figura 1.

El bastidor receptor 56 se compone de tres puntales de perfil 58 verticales, que están alineados entre sí según las esquinas de un triángulo equilátero y están arriostrados en forma de celosía por riostras transversales adicionales. En principio, sin embargo, no es necesario que la planta sea triangular. También son concebibles formas de planta cuadradas, rectangulares u otras pantas.

Al bastidor receptor 56 está fijada la carcasa de cámara de construcción 22, que tiene un marco 60 exterior en forma de celosía, cuya sección transversal también tiene la forma de un triángulo equilátero.

En el estado montado, el bastidor 60 comprende una placa superior y una placa inferior, estando la placa inferior dispuesta por debajo de la placa superior en la dirección de la gravedad, de modo que la placa superior está situada a una distancia de cierta altura con respecto a la placa inferior.

Las placas superior e inferior igualmente están configuradas ambas como triángulos equiláteros, por lo que la cámara de construcción 20 queda delimitada adicionalmente al marco exterior 60.

La placa superior está acoplada además a la zona de entrada de cámara de construcción 30, mientras que la placa inferior soporta la plataforma de construcción y está acoplada a una carcasa del compresor centrífugo 40.

Las tres zonas de esquinas de las placas superior e inferior están unidas entre sí respectivamente por una guía lineal 62 alineada verticalmente (es decir, un total de tres guías lineales 62), cuya longitud corresponde a la altura entre las placas superior e inferior.

En el contorno exterior de cada guía lineal 62 está guiado además un carro 64 que es desplazable verticalmente con respecto a la misma.

Cada uno de los tres carros 64 presenta dos rótulas, a las que está articulado respectivamente un brazo en forma de varilla por su primer extremo.

Con su segundo extremo, cada brazo está articulado además al cabezal de impresión 26, que para ello igualmente presenta dos rótulas por par de brazos.

En total, por tanto, el cabezal de impresión 26 según la figura 3 tiene tres pares de rótulas que están alineados respectivamente hacia un carro 64 y los que están articulados respectivamente dos pares de brazos partiendo de los tres carros 64.

En el estado montado del cabezal de impresión 26, además, cada par de brazos está alineado paralelamente entre sí.

El movimiento tridimensional del cabezal de impresión 26 dentro de la cámara de construcción 20 resulta por tanto de su articulación cinemática a los tres carros 64 por medio de los pares de brazos, así como de los respectivos movimientos lineales verticales de los tres carros 64.

El movimiento lineal vertical de un carro 64 se realiza a través de un motor eléctrico paso a paso 66, que está fijado con un soporte a la placa superior por encima de esta. En lugar de un motor eléctrico paso a paso 66, básicamente también se puede utilizar un servomotor u otra unidad de accionamiento.

Partiendo del motor paso a paso 66, una correa (por ejemplo, una correa dentada) se extiende dentro de toda la longitud de la guía lineal 62 que está realizada de forma hueca.

A la correa está fijado un elemento de acoplamiento magnético (por ejemplo, otro carro guiado internamente), que transmite el movimiento lineal de la correa mediante cierre magnético al carro 64 guiado externamente, que está dispuesto en el contorno exterior de la guía lineal 62. Como alternativa, el carro también puede accionarse directamente, por ejemplo, mediante un sistema de tracción por cable o un accionamiento por husillo. De esta manera, se puede prescindir de un carro interior y un acoplamiento magnético.

La figura 4 muestra además una vista frontal esquemática aún más detallada de la cámara de construcción 20 de la impresora 3D 12 según las figuras 1 y 3.

Lista de signos de referencia

10 Sistema de alimentación de fluido

12 Impresora 3D FFF

14 Dispositivo de generación de presión de fluido

16 Flujo de fluido

18 Dispositivo de calentamiento de fluido, calentador de paso continuo

20 Cámara de construcción

22 Carcasa de cámara de construcción

24 Circuito de fluido

26 Cabezal de impresión

28 Plataforma de construcción

30 Zona de entrada de cámara de construcción

Unidad de alineación de flujo

Estructura de guiado de flujo

Cuerpo de guía de flujo

Dispositivo de esterilización de fluido y filtrado de fluido

Compresor centrífugo

Dispositivo de reducción de presión

Dispositivo de medición de partículas

Conexión de gas

Sistema de tuberías

Difusor

Semiesfera

Cuerpo de rotación

Bastidor receptor

Puntales de perfil

Marco

Guía lineal

Carro

Motor paso a paso

Claims

REIVINDICACIONES

1. Impresora 3D (12), en particular una impresora 3D FFF (12), con un sistema de alimentación de fluido (10) que comprende al menos un dispositivo de generación de presión de fluido (14) para generar un flujo de fluido (16) y al menos un dispositivo de calentamiento de fluido (18) para calentar el flujo de fluido (16), presentando la impresora 3D (12) al menos una cámara de construcción (20) que está delimitada con respecto al entorno de la impresora 3D (12) por medio de al menos una carcasa de cámara de construcción (22) y está cerrada de forma estanca al fluido, estando el dispositivo de generación de presión de fluido (14), el dispositivo de calentamiento de fluido (18) y la carcasa de cámara de construcción (22) en comunicación fluídica, por lo que la cámara de construcción (20) puede ser atravesada por el flujo de fluido (16), y estando realizado por medio del dispositivo de generación de presión de fluido (14), el dispositivo de calentamiento de fluido (18) y la carcasa de cámara de construcción (22) un circuito de fluido (24) cerrado para el flujo de fluido (16) que antes de entrar en la cámara de construcción (20) se calienta por medio del dispositivo de calentamiento de fluido (18), estando el sistema de alimentación de fluido (10) realizado de tal forma que, en el estado operativo, la cámara de construcción (20) puede ser atravesada por el flujo de fluido (16) en forma de una corriente sustancialmente laminar, y

presentando el sistema de alimentación de fluido (10) al menos una zona de entrada de cámara de construcción (30) que está dispuesta corriente arriba de la carcasa de cámara de construcción (22) y en la que está dispuesta al menos una unidad de alineación de flujo (32), estando configurada la zona de entrada de cámara de construcción (30) en forma de un difusor.

2. Impresora 3D (12) según la reivindicación 1, caracterizada porque la impresora 3D (12) presenta al menos un cabezal de impresión (26) móvil dentro de la cámara de construcción (20) de manera multiaxial y/o multidimensional, en particular tridimensional, y al menos una plataforma de construcción (28), que están rodeados por la corriente laminar del flujo de fluido (16).

3. Impresora 3D (12) según la reivindicación 1 o la reivindicación 2, caracterizada porque la unidad de alineación de flujo (32) comprende una estructura de guía de flujo (34), en particular un cuerpo de guía de flujo (36), para la alineación laminar, al menos parcial, del flujo de fluido (16).

4. Impresora 3D (12) según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque el sistema de alimentación de fluido (10) comprende al menos un dispositivo de esterilización y/o de filtrado de fluido (38) que está en comunicación fluídica con el dispositivo de generación de presión de fluido (14), el dispositivo de calentamiento de fluido (18) y la carcasa de cámara de construcción (22).

5. Impresora 3D (12) según la reivindicación 1, caracterizada porque el flujo de fluido (16) tiene una temperatura en un intervalo en particular de aproximadamente 20 °C a aproximadamente 400 °C, preferiblemente de aproximadamente 30 °C a aproximadamente 350 °C, y de forma particularmente preferible de aproximadamente 50 °C a aproximadamente 300 °C.

6. Impresora 3D (12) según la reivindicación 1, caracterizada porque el flujo de fluido (16) dentro de la cámara de construcción (20) tiene una velocidad, en particular una velocidad media, comprendida en un intervalo en particular de aproximadamente 0,05 m/s a aproximadamente 5 m/s, preferiblemente de aproximadamente 0,1 m/s a aproximadamente 5 m/s y de forma particularmente preferible de aproximadamente 0,2 m/s a aproximadamente 3 m/s.

7. Impresora 3D (12) según la reivindicación 3, caracterizada porque el dispositivo de esterilización de fluido y/o de filtrado de fluido (38), el dispositivo de generación de presión de fluido (14), el dispositivo de calentamiento de fluido (18) y/o la carcasa de cámara de construcción (22) son termorresistentes hasta una temperatura máxima de aproximadamente 300 °C.

8. Impresora 3D (12) según la reivindicación 1, caracterizada porque el dispositivo de generación de presión de fluido (14) es una máquina de flujo, por ejemplo un turbocompresor (40), en particular un compresor centrífugo (40) o un ventilador.

9. Impresora 3D (12) según la reivindicación 8, caracterizada porque al menos un dispositivo de reducción de presión (42) está dispuesto corriente abajo del turbocompresor (40).

10. Impresora 3D (12) según la reivindicación 9 , caracterizada porque por el dispositivo de reducción de presión (42), el dispositivo de esterilización de fluido y/o de filtrado de fluido (38), el dispositivo de calentamiento de fluido (18) y/o la unidad de alineación de flujo (32) puede generarse al menos una reducción de presión del flujo de fluido de al menos 50 Pa.

11. Impresora 3D (12) según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque el sistema de alimentación de fluido (10) presenta un dispositivo de medición de partículas (44) para supervisar el funcionamiento de la impresora 3D (12), que está dispuesto en la zona de entrada de cámara de construcción (30) entre la unidad de alineación de flujo (32) y al menos una abertura de entrada de la carcasa de cámara de construcción (22).

12. Impresora 3D (12) según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque el flujo de fluido (16) contiene un fluido que es un gas, en particular aire.

13. Impresora 3D (12) según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque el sistema de alimentación de fluido (10) presenta al menos una conexión de gas (46), por medio de la cual el sistema de alimentación de fluido (10) puede llenarse con al menos un gas de proceso distinto al aire, no estando la impresora 3D (12) en funcionamiento durante el llenado.