ES2954165T3 - Elemento recubierto de polvo impreso mediante FDM, método y aparato de fabricación asociados - Google Patents
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Abstract
La invención proporciona un método para imprimir en 3D un artículo 3D, comprendiendo el método proporcionar material imprimible en 3D (201) e imprimir durante una etapa de impresión dicho material imprimible en 3D (201), en donde el material imprimible en 3D (201) comprende un material termoplástico, para proporcionar dicho artículo 3D, en donde el artículo 3D comprende una superficie del artículo, en donde el método comprende además proporcionar un recubrimiento en polvo con un dispositivo de recubrimiento en polvo (595) en al menos parte de dicha superficie del artículo durante una etapa de recubrimiento. La invención también se refiere al artículo fabricado mediante dicho método y al aparato de fabricación (500) utilizado. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
DESCRIPCIÓN
Elemento recubierto de polvo impreso mediante FDM, método y aparato de fabricación asociados
Campo de la invención
La invención se refiere a un método para fabricar un elemento 3D mediante modelado por deposición fundida. La invención también se refiere a una impresora 3D para imprimir dicho elemento 3D con dicho método.
Antecedentes de la invención
Los métodos de alisado para superficies de modelado por deposición en capas son conocidos en la técnica. El documento US 8123999 B2, por ejemplo, describe un método para hacer un objeto tridimensional que comprende las etapas de: (i) proporcionar un objeto construido a partir de un material para modelar mediante una técnica de modelado por deposición fundida, en donde el material para modelar comprende una resina termoplástica, en donde el objeto construido tiene una superficie del objeto formada por el material para modelar, teniendo la superficie del objeto al menos un efecto de superficie debido a la técnica de modelado por deposición fundida que se extiende sustancialmente a través de la totalidad de la superficie del objeto, en donde el al menos un efecto de superficie comprende un efecto escalonado, estriado, o una combinación de los mismos, y en donde el objeto presenta porosidad debido a la técnica de modelado por deposición fundida; colocar el objeto en un recipiente; (ii) exponer sustancialmente toda la superficie del objeto a vapores de un disolvente que ablanda transitoriamente el material para modelar en la superficie del objeto mientras el objeto se encuentra en el recipiente en una zona de vapor de disolvente presente debajo de los elementos de enfriamiento en el recipiente; (iii) refluir el material para modelar ablandado para reducir el al menos un efecto de superficie y para reducir la porosidad del objeto en la superficie del objeto; (iv) observar la condensación de los vapores del disolvente en la superficie del objeto mientras se refluye el material para modelar ablandado; (v) suspender la exposición de la superficie del objeto a los vapores del disolvente después de que se detenga la condensación de los vapores del disolvente; y (vi) secar el objeto después de suspender la exposición, en donde la superficie del objeto seco está sustancialmente sin al menos un efecto de superficie y está sustancialmente sin porosidad.
El documento WO-2016/083181 divulga un método para imprimir en 3D un elemento 3D mediante modelado por deposición fundida usando un material imprimible en 3D que comprende un material termoplástico. El método tiene una fase de impresión durante la cual se imprime el material imprimible en 3D mediante una impresora de modelado por deposición fundida que tiene un cabezal de impresión con una boquilla para imprimir una capa de un material de impresión en una superficie receptora. La boquilla tiene un miembro texturizador que se dispone para texturizar una parte de la capa depositada por la boquilla. La porción texturizada de la capa depositada se destina a entrelazarse con una capa posterior, para mejorar la adhesión entre capas y para proporcionar elementos 3D más resistentes. El miembro texturizador se dispone para depositar un material granular sobre una capa recién depositada del material de impresión, lo que aumenta la rugosidad de la capa. Los materiales granulares adecuados son partículas de metal, partículas de sílice y partículas de vidrio, y pueden dispersarse en un líquido para facilitar su deposición.
Sumario de la invención
Dentro de los próximos 10 a 20 años, la fabricación digital transformará cada vez más la naturaleza de la fabricación general. Uno de los aspectos de la fabricación digital es la impresión 3D. Actualmente, se han desarrollado muchas técnicas diferentes para producir varios objetos impresos en 3D usando diversos materiales tales como cerámica, metales y polímeros. La impresión 3D también se puede usar para producir moldes que pueden usarse después para replicar objetos.
Con el propósito de hacer moldes, se ha sugerido el uso de la técnica polyjet. Esta técnica hace uso de la deposición capa por capa de material fotopolimerizable que se cura después de cada deposición para formar una estructura sólida. Si bien esta técnica produce superficies lisas, los materiales fotocurables no son muy estables y también tienen una conductividad térmica relativamente baja como para ser útiles en aplicaciones de moldeo por inyección.
La tecnología de fabricación aditiva más utilizada es el proceso conocido como modelado por deposición fundida (FDM, por sus siglas en inglés). El modelado por deposición fundida (FDM) es una tecnología de fabricación aditiva comúnmente utilizada para modelar, hacer prototipos y en aplicaciones de producción. FDM funciona según un principio "aditivo" al depositar el material en capas; un filamento de plástico o alambre de metal se desenrolla de una bobina y suministra material para producir una pieza. Posiblemente, (por ejemplo, para termoplásticos) el filamento se funde y se extruye antes de colocarlo. El FDM es una tecnología rápida de creación de prototipos. Otros términos para el FDM son "fabricación con filamento fundido" (FFF) o "impresión 3D con filamentos" (FDP), que se consideran equivalentes al FDM. Por lo general, las impresoras FDM utilizan un filamento termoplástico, que se calienta hasta su punto de fusión y, a continuación, se extruye, capa por capa, (o, de hecho, filamento tras filamento) para crear un objeto tridimensional. Las impresoras FDM son relativamente rápidas y se pueden utilizar para imprimir objetos complicados.
Sin embargo, en variantes, el material imprimible se proporciona como filamento a la impresora, especialmente al cabezal de impresora. Sin embargo, en otras realizaciones, el material imprimible se puede proporcionar como gránulos, con la impresora, especialmente al cabezal de impresora, proporcionando un filamento. En realizaciones, los gránulos se convierten en un filamento dentro del cabezal de impresora.
Las impresoras FDM son relativamente rápidas, de bajo costo y se pueden usar para imprimir objetos 3D complicados. Estas impresoras se emplean para imprimir diversas formas usando varios polímeros. La técnica también se está desarrollando más en la producción de luminarias LED y soluciones de iluminación.
Uno de los problemas del FDM es la estructura acanalada como resultado de la deposición de filamentos capa a capa. La estructura acanalada también se indica en la técnica como "escalonado" o "estriado". En el presente documento, esta estructura (acanalada) también se indica como "estructura escalonada relacionada con el modelado por deposición fundida". La solución en la técnica anterior indicada anteriormente puede conducir a la eliminación de posibles subestructuras deseables (como curvaturas o facetas) y/o el uso abundante no deseado de productos químicos, incluyendo disolventes.
Por supuesto, se puede aplicar una tecnología alternativa, tal como la estereolitografía. La estereolitografía suele producir superficies mucho más lisas que pueden tener rugosidades de menos de unas pocas micras. A medida que el producto sale de la producción, la superficie de la parte todavía está cubierta por monómero que debe curarse con proyección de iluminación, lo que hace que la superficie sea bastante lisa. Sin embargo, incluso entonces se pueden eliminar algunas rugosidades restantes, si se desea, como se indica en el documento US 5.234.636 B1. Dicha solución técnica, sin embargo, es una solución compleja y relativamente costosa que no permite el uso de una tecnología más deseable, como el FDM.
En el caso del FDM, la rugosidad superficial de las superficies impresas puede variar desde decenas de micras hasta fracciones de milímetro, o incluso más. Se pueden usar recubrimientos gruesos de un solvente que comprende, p. ej., monómero entrecruzable puro. Si el recubrimiento es delgado, solo cubre la superficie de las nervaduras y sigue su perfil, lo que prácticamente no conduce a una reducción del perfil de la superficie. Sin embargo, cuando se aplica un recubrimiento grueso, puede cubrir las superficies para hacer que la estructura acanalada sea mucho menos visible y plana, pero entonces las posibles subestructuras deseables también pueden cubrirse con el recubrimiento, esto puede no ser conveniente.
Por consiguiente, un aspecto de la invención es proporcionar una tecnología de fabricación aditiva alternativa, lo que, preferentemente, además, al menos parcialmente, evita uno o más de los inconvenientes descritos anteriormente. También es un aspecto de la invención proporcionar una impresora 3D alternativa, lo que, preferentemente, además, al menos parcialmente, evita uno o más de los inconvenientes descritos anteriormente.
Por lo tanto, en un primer aspecto, la invención proporciona un método para imprimir en 3D un elemento 3D (o "elemento impreso en 3D") mediante modelado por deposición fundida usando un material imprimible en 3D que comprende un material termoplástico. El método comprende una fase de impresión durante la cual el material imprimible en 3D se imprime mediante el uso de una impresora de modelado por deposición fundida para proporcionar dicho elemento 3D. El elemento 3D comprende una superficie del elemento y el método comprende además una fase de recubrimiento durante la que se proporciona un recubrimiento en polvo (en el presente documento también indicado como "recubrimiento") con un proceso de recubrimiento en polvo en al menos parte de dicha superficie del elemento.
Con dicho método, entre otras cosas, es posible proporcionar un objeto impreso en 3D con un perfil escalonado reducido, tal como se conoce a partir de la impresión 3D mediante FDM, si bien un perfil más grande ("subestructura") no desaparece prácticamente. Por consiguiente, se pueden proporcionar superficies relativamente lisas con conservación de la macroestructura o subestructura. Además, apareció que otros métodos de recubrimiento podrían no proporcionar el resultado deseado. Al menos el recubrimiento por inmersión con diferentes tipos de líquidos termoendurecibles, que tienen una viscosidad alta o baja, no produjo los resultados deseados, y condujo, p. ej., a una pérdida de la subestructura. Por consiguiente, con el método que se propone en el presente documento, se pueden utilizar las ventajas del FDM a la vez que una posible desventaja, la estructura escalonada, se puede disminuir o incluso eliminar prácticamente.
Por consiguiente, la invención proporciona un método para imprimir en 3D un elemento 3D, el método incluye al menos una fase de impresión, en donde se imprime material imprimible en 3D, para proporcionar materiales impresos en 3D, proporcionando así el elemento impreso en 3D. Esta fase puede incluir la impresión mediante FDM como se conoce en la técnica, aunque, en realizaciones específicas, especialmente, se puede proporcionar un material conductor eléctrico imprimible (véase también a continuación).
Como se ha indicado anteriormente, la invención proporciona así un método que comprende proporcionar un filamento de material imprimible en 3D e imprimir durante una fase de impresión dicho material imprimible en 3D sobre un sustrato, para proporcionar dicho elemento 3D. Los materiales que pueden calificar especialmente como materiales imprimibles en 3D pueden seleccionarse del grupo que consiste en metales, vidrios, polímeros termoplásticos, silicios, etc. Especialmente, el material imprimible en 3D comprende un material (termoplástico) (es decir, un polímero)
seleccionado del grupo que consiste en ABS (acrilonitrilo butadieno estireno), nailon (o poliamida), acetato (o celulosa), PLA (ácido poliláctico), tereftalato (tal como el tereftalato de polietileno, PET), acrílico (polimetilacrilato, Perspex, polimetilmetacrilato, PMMA), polipropileno (o polipropeno), poliestireno (PS), PE (tal como politeno expandido de alto impacto (o politeno), de baja densidad (LDPE) alta densidad (HDPE)), PVC (cloruro de polivinilo) policloroeteno, etc. Opcionalmente, el material imprimible en 3D comprende un material imprimible en 3D seleccionado del grupo que consiste en urea formaldehído, resina de poliéster, resina epoxi, melamina formaldehído, policarbonato (PC), caucho, etc. Opcionalmente, el material imprimible en 3D comprende un material imprimible en 3D seleccionado del grupo que consiste en polisulfona, una polietersulfona, una polifenilsulfona, una imida (tal como una poliéterimida), etc.
En el presente documento, el término "material imprimible en 3D" también puede indicarse como "material imprimible". El término "material polimérico" puede referirse en las realizaciones a una mezcla de diferentes polímeros, pero en las realizaciones también puede referirse prácticamente a un solo tipo de polímero con diferentes longitudes de cadena de polímero. Por consiguiente, los términos "material polimérico" o "polímero" pueden referirse a un solo tipo de polímeros, pero también pueden referirse a una pluralidad de polímeros diferentes. El término "material imprimible" puede referirse a un solo tipo de material imprimible, pero también puede referirse a una pluralidad de materiales imprimibles diferentes. El término "material impreso" puede referirse a un solo tipo de material impreso, pero también puede referirse a una pluralidad de materiales impresos diferentes.
Por consiguiente, el término "material imprimible en 3D" también puede referirse a una combinación de dos o más materiales. En general, estos materiales (poliméricos) tienen una temperatura de transición vítrea Tg y/o una temperatura de fusión Tm . La impresora 3D puede calentar el material imprimible en 3D antes de que salga de la boquilla a una temperatura de al menos la temperatura de transición vítrea y, en general, al menos la temperatura de fusión. Por consiguiente, en una realización específica, el material imprimible en 3D comprende un polímero termoplástico que tiene una temperatura de transición vítrea (Tg) y/o un punto de fusión (Tm), y el método comprende calentar el material imprimible en 3D por encima de la transición vítrea y, si es un polímero semicristalino, por encima de la temperatura de fusión. En otra realización más, el material imprimible en 3D comprende un polímero (termoplástico) que tiene un punto de fusión (Tm), y el método comprende calentar el material imprimible en 3D que se depositará sobre el elemento receptor a una temperatura de al menos el punto de fusión.
La temperatura de transición vítrea en general no es la misma que la temperatura de fusión. La fusión es una transición que ocurre en los polímeros cristalinos. La fusión ocurre cuando las cadenas de polímero se salen de sus estructuras cristalinas y se convierten en un líquido desordenado. La transición vítrea es una transición que le sucede a los polímeros amorfos; es decir, polímeros cuyas cadenas no están dispuestas en cristales ordenados, sino que están esparcidas de cualquier manera, aunque estén en estado sólido. Los polímeros pueden ser amorfos, tener prácticamente una temperatura de transición vítrea y no una temperatura de fusión o pueden ser (semi)cristalinos que, en general, tienen tanto una temperatura de transición vítrea como una temperatura de fusión, siendo en general estos últimos de mayor tamaño que los primeros.
Los ejemplos específicos de materiales que se pueden usar pueden seleccionarse, p. ej., del grupo que consiste en acrilonitrilo butadieno estireno (ABS), ácido poliláctico (PLA), policarbonato (PC), poliamida (PA), poliestireno (PS), PET, elastómero termoelástico, etc.
El material imprimible se imprime en un elemento receptor. Especialmente, el elemento receptor puede ser la plataforma de construcción o puede comprender la plataforma de construcción. El elemento receptor también se puede calentar durante la impresión 3D. Sin embargo, el elemento receptor también puede enfriarse durante la impresión 3D.
La expresión "impresión en un elemento receptor" y expresiones similares incluyen, entre otras, la impresión directa en el elemento receptor, o la impresión en un recubrimiento en el elemento receptor, o la impresión en material impreso en 3D impreso anteriormente en el elemento receptor. El término "elemento receptor" puede referirse a una plataforma de impresión, un lecho de impresión, un sustrato, un soporte, una placa de construcción o una plataforma de construcción, etc. En lugar del término "elemento receptor" también se puede utilizar el término "sustrato". La expresión "impresión en un elemento receptor" y expresiones similares incluyen, entre otras, también imprimir en un sustrato separado sobre o que comprende una plataforma de impresión, un lecho de impresión, un soporte, una placa de construcción o una plataforma de construcción, etc. Por lo tanto, la expresión "imprimir sobre un sustrato" y expresiones similares incluyen, entre otras, la impresión directa sobre el sustrato, o la impresión sobre un recubrimiento sobre el sustrato o la impresión sobre material impreso en 3D impreso anteriormente sobre el sustrato. A continuación, además se utiliza el término sustrato, que puede referirse a una plataforma de impresión, un lecho de impresión, un sustrato, un soporte, una placa de construcción o una plataforma de construcción, etc., o a un sustrato separado sobre el mismo o que comprende el mismo. Véase más abajo también donde se exponen sustratos específicos (separados).
El sustrato utilizado puede proporcionar, p. ej., proporcionar una superficie metálica o una superficie de vidrio, especialmente una superficie que incluye partes sustancialmente planas. El sustrato puede ser la plataforma de impresión o un elemento en la plataforma de impresión (véase también más arriba). En realizaciones, el sustrato puede incluir un recubrimiento para facilitar la eliminación de dicho elemento 3D que comprende dicha capa y/o para aumentar la planicidad del sustrato.
Para la fase de impresión mediante FDM, se puede aplicar una impresora FDM de un solo cabezal de impresora o una impresora FDM de cabezal múltiple de impresora. Especialmente, cuando, p. ej., se aplica material conductor eléctrico y no conductor eléctrico imprimible, se puede utilizar una impresora FDM con múltiples cabezales de impresora, aunque también se pueden imprimir materiales imprimibles uno tras otro (con un solo cabezal de impresora).
Después de proporcionar el elemento 3D, o al menos parte del mismo, se puede iniciar la fase de recubrimiento. El elemento impreso en 3D tiene una superficie sobre la que se puede aplicar el recubrimiento en polvo. Por consiguiente, el método comprende, además, proporcionar un recubrimiento en polvo (en el presente documento también indicado como "recubrimiento") con un proceso de recubrimiento en polvo en al menos parte de dicha superficie del elemento durante una fase de recubrimiento. Por consiguiente, la fase de recubrimiento puede dar paso a la fase de impresión. Sin embargo, en otras realizaciones, dos o más etapas de impresión y pueden alternar una o más etapas de recubrimiento.
Según el Powder Coating Institute (www.polvorecubrimiento.org), el recubrimiento en polvo es un proceso de acabado en seco. Los recubrimientos en polvo se basan en sistemas de resina polimérica, combinado con curativos, pigmentos, agentes de nivelación, modificadores de flujo y otros aditivos. Estos ingredientes se mezclan por fusión, enfriado y molido en un polvo uniforme similar a la harina para hornear. Normalmente se utiliza un proceso llamado deposición por pulverización electrostática (ESD) para lograr la aplicación del recubrimiento en polvo a un sustrato de metal. Este método de aplicación utiliza una pistola rociadora, que aplica una carga electrostática a las partículas de polvo, que luego son atraídas a la parte puesta a tierra. Después de la aplicación del recubrimiento en polvo, las partes entran en un horno de curado donde, con la adición de calor, el recubrimiento reacciona químicamente para producir largas cadenas moleculares, dando como resultado una alta densidad de entrecruzamiento. Estas cadenas moleculares son muy resistentes a la descomposición. Este tipo de aplicación es el método más común de aplicación de polvos. Los recubrimientos en polvo también se pueden aplicar a sustratos no metálicos, tal como plásticos y tableros de fibra de densidad media (MDF). En realizaciones específicas, una pistola rociadora, especialmente una pistola de corona, se puede aplicar para proporcionar el recubrimiento en polvo. Por consiguiente, en realizaciones, la fase de recubrimiento comprende un proceso de deposición por pulverización electrostática.
Por lo general, de acuerdo, p. ej., con www.akzonobel.com, hay seis ingredientes principales que componen la receta de los recubrimientos en polvo:
- La resina siempre está presente y viene en dos tipos; poliéster y epoxi;
- Se agregan agentes de curado para unir el recubrimiento. Para los poliésteres, se utilizan agentes de curado primid.
Para los epoxis, se utilizan agentes de curado de diciandiamida. Ocasionalmente, también se utilizan agentes de curado híbridos, que contienen diferentes cantidades de los agentes de curado primid y diciandiamida;
- Existen diversos aditivos que se suelen utilizar con una amplia gama de propiedades. Algunos de estos le dan al polvo un efecto mate y otros crean un acabado endurecido, por ejemplo:
- Los aditivos posteriores impiden que el polvo se apelmace y se agregan cuando el polvo está duro y se rompe en pequeñas virutas;
- Los pigmentos de tinte también se agregan a la mezcla. Hay dos tipos; inorgánicos, que son generalmente pálidos y opacos y orgánicos, que son de colores más brillantes;
- Se añaden extendedores (rellenos) para reducir el brillo y dotar al recubrimiento de una mayor durabilidad.
La cantidad de cada ingrediente difiere dependiendo de una serie de factores. El polvo puede ser un termoplástico (se vuelve blando, se puede remoldear y soldar cuando se agrega calor) o un polímero termoestable (no se puede soldar o remoldear cuando se calienta). En la presente invención, la presencia de un pigmento de tinte (o "pigmento") no es obligatoria, pero puede ser deseable.
Se pueden obtener resultados especialmente buenos cuando el recubrimiento en polvo se basa en un polímero termoendurecible (y no en un polímero termoplástico). El uso de un polímero termoendurecible puede permitir temperaturas de procesamiento más bajas, incluyendo, p. ej., curado por radiación, tal como el curado con UV. Por consiguiente, en realizaciones, el proceso de recubrimiento en polvo comprende proporcionar un material de recubrimiento a dicha superficie del elemento, en donde dicho material de recubrimiento comprende un polímero termoendurecible. Lo que es más, en realizaciones, el material de recubrimiento comprende material curable por radiación, y la fase de recubrimiento comprende proporcionar dicho material de recubrimiento a dicha superficie y curar dicho material de recubrimiento proporcionando radiación para el curado. Por ejemplo, radiación UV o radiación azul, especialmente al menos la radiación UV, puede aplicarse para curar el polímero termoendurecible. Por consiguiente, en realizaciones, el método también puede incluir el curado con UV de un recubrimiento en polvo que se puede curar por UV.
Como alternativa o adicionalmente, el material de recubrimiento puede comprender un material termocurable, especialmente que tenga una temperatura de curado inferior a una o más de una temperatura de fusión y una temperatura vítrea de dicho material termoplástico, especialmente por debajo tanto de la temperatura de fusión como de la temperatura del vítrea de dicho material termoplástico. Por ejemplo, la diferencia de temperatura es de al menos 10 °C, especialmente al menos 20 °C.
Para el recubrimiento en polvo, la superficie que se va a recubrir puede ser especialmente conductora eléctrica. Esto se puede obtener mediante el recubrimiento, tal como recubrimiento por inmersión o pulverización, de la superficie del elemento del objeto impreso en 3D (incluyendo al menos parte del mismo) con un líquido conductor eléctrico, aunque también se pueden aplicar otros métodos conocidos en la técnica.
Especialmente, sin embargo, durante el proceso de impresión ya se puede optar por hacer que al menos el material de la superficie del elemento sea un conductor eléctrico. Esto puede implicar (i) el uso de material imprimible que sea conductor eléctrico para todas las partes imprimibles/impresas, o (ii) solo el uso de dicho material conductor eléctrico para aquellas partes que proporcionan la superficie del elemento, y el uso de material imprimible no conductor eléctrico (es decir, aislantes) para las otras partes imprimibles.
Toda la superficie del elemento impreso en 3D puede ser conductora eléctrica, o al menos parte de ella. Por supuesto, especialmente, la parte que será provista del recubrimiento en polvo se (hace) conductora eléctrica (ya sea mediante el recubrimiento temporal y/o usando material conductor eléctrico imprimible). Por consiguiente, una expresión como "recubrir la superficie del objeto impreso en 3D" y expresiones similares pueden indicar especialmente que al menos parte del objeto impreso en 3D puede recubrirse con el recubrimiento en polvo.
En el presente documento, un material conductor puede comprender especialmente una conductividad (a temperatura ambiente) de al menos 1-105 S/m, tal como por lo menos 1-106 S/m. En el presente documento, la conductividad de un material aislante puede ser especialmente igual o menor que 1-10-10 S/m, especialmente igual o menor que 1-10 13 S/m. En el presente documento, una relación de conductividad eléctrica de un material aislante (aislante) y una conductividad eléctrica de un material conductor (conductor) puede seleccionarse especialmente menor que 1-10-15.
La introducción de aditivos para inducir una resistividad superficial inferior a 109 ohm/cuadrado puede ser deseable, especialmente cuando el material impreso en 3D como tal se usa para recubrir el recubrimiento en polvo. Por lo tanto, en realizaciones, al menos parte de la superficie del material impreso en 3D tiene una resistividad superficial inferior a 109 ohm/cuadrado. Por consiguiente, en realizaciones, el material imprimible comprende un aditivo para proporcionar una resistividad superficial igual o inferior a 109 ohm/cuadrado. Especialmente, el material imprimible comprende un aditivo para proporcionar una resistividad superficial igual o inferior a 109 ohm/cuadrado para el material impreso en 3D obtenido al imprimir el material imprimible en 3D que tiene este aditivo. Otro término para la resistividad superficial es "resistividad laminar". Además, el término "aditivo" también puede referirse a una pluralidad de aditivos diferentes. Por lo tanto, en realizaciones al menos parte del material impreso, que proporciona al menos parte de la superficie del elemento impreso en 3D, tiene una resistividad superficial igual o inferior a 109 ohm/cuadrado (que se proporciona por un aditivo integrado en el material impreso en 3D).
Por lo tanto, en realizaciones, dicho material imprimible en 3D tiene propiedades de conducción eléctrica, y la fase de impresión comprende imprimir dicho material imprimible en 3D de manera que proporcione al menos parte de dicha superficie del elemento 3D.
Para hacer que el material imprimible sea conductor, se pueden aplicar, especialmente, partículas de carbono, tales como partículas que comprenden grafito o partículas que comprenden grafeno, etc. También es posible obtener conductividad utilizando partículas metálicas tal como partículas de plata o partículas de cobre recubiertas de plata, etc. También es posible utilizar alambres metálicos, tal como acero y níquel para obtener conductividad. Un material conductor eléctrico, tal como partículas y (micro)cables puede integrarse en el material imprimible en 3D.
Por consiguiente, en realizaciones, el material imprimible comprende partículas de carbono, tal como partículas de grafito, que tienen un tamaño de partícula promediado por peso que se selecciona del intervalo de 10 nm a 100 μm. La concentración de partículas de carbono en el polímero puede estar especialmente en el intervalo de aproximadamente 3 a 20 % en % en peso.
Por consiguiente, en realizaciones (del método) un primer material imprimible en 3D tiene propiedades de conducción eléctrica y un segundo material imprimible en 3D tiene propiedades de aislamiento eléctrico, y la fase de impresión comprende imprimir dicho primer material imprimible en 3D de manera que proporcione al menos parte de dicha superficie del elemento del elemento 3D, e imprimir dicho segundo material imprimible en 3D para aquellas partes del elemento 3D que no se basan en dicho primer material imprimible en 3D. En la fase de impresión, los diferentes materiales imprimibles pueden imprimirse uno tras otro (tal como cuando la impresora incluye un solo cabezal de impresora), o en un proceso de impresión alternativo se imprimen diferentes materiales (tal como cuando la impresora incluye un cabezal múltiple de impresora).
Como se ha indicado anteriormente, en lugar de utilizar un material conductor eléctrico imprimible, o además del mismo, se puede proporcionar una capa conductora eléctrica (temporal), tal como, p. ej., una pintura conductora eléctrica. Los métodos para preparar una superficie para recubrimientos electrostáticos en polvo son conocidos en la técnica. Por consiguiente, en realizaciones, la fase de recubrimiento también incluye proporcionar una capa conductora eléctrica a dicha superficie del elemento antes de proporcionar dicho recubrimiento en polvo. Esta parte de la fase (de recubrimiento) precede al recubrimiento (electrostáticamente) del recubrimiento en polvo del elemento impreso en 3D.
Como se ha indicado anteriormente, el presente método puede ser especialmente útil para elementos impresos en 3D hechos mediante FDM que tienen una superficie no plana, tal como teniendo una o más facetas, tal como una superficie facetada y/o teniendo una o más partes curvas en la superficie, tal como partes convexas y/o partes cóncavas, sobre la que la superposición de la estructura escalonada de los (anteriores) filamentos está disponible. Por consiguiente, hay una subestructura más grande, con diferencias de altura prácticamente mayores que las diferencias de altura que proporcionan los escalones entre dos (anteriores) filamentos.
Si en las realizaciones la superficie tuviera una o más curvaturas, o en las realizaciones la superficie fuera curva, el radio de tal curvatura es sustancialmente mayor que el radio de las estructuras escalonadas relacionadas con el FDM ("nervaduras"). Por ejemplo, el radio puede ser al menos 5 veces mayor, tal como por lo menos 10 veces mayor. Si la superficie comprendiera una o más facetas, cada faceta puede tener una altura y/o una longitud y/o un ancho, sustancialmente mayor que un radio de las estructuras escalonadas relacionadas con el FDM ("nervaduras"). Por ejemplo, la altura y/o la longitud y/o el ancho pueden ser al menos 5 veces mayores, tal como por lo menos 10 veces mayores que el radio.
Por consiguiente, en realizaciones, la fase de impresión comprende proporcionar dicho elemento 3D con dicha superficie del elemento que comprende una subestructura no plana (tal como, por ejemplo, seleccionada del grupo de una estructura curva y una faceta), especialmente teniendo una altura máxima de subestructura (gsub), con una estructura escalonada relacionada con el modelado por deposición fundida superpuesta a la subestructura no plana, especialmente teniendo diferencias de altura de la parte superior a la parte inferior (trib) entre las partes superiores y las partes inferiores, aún más especialmente seleccionada del intervalo de tsub = 10 μm a 10 mm. Especialmente, la fase de recubrimiento comprende proporcionar dicho recubrimiento en polvo sobre dicha subestructura no plana con una variación del grosor de recubrimiento con respecto las partes inferiores que es menor que la altura máxima de subestructura (tsub). De esta manera la subestructura permanece visible.
En realizaciones específicas en las que la fase de impresión comprende proporcionar dicho elemento 3D (10) con dicha superficie del elemento (11) que comprende una subestructura no plana (430) con una estructura escalonada relacionada con el modelado por deposición fundida (435) que tiene partes superiores (436) y partes inferiores (437) superpuesta a la subestructura no plana (430), teniendo las partes superiores (436) alturas de nervadura (trib) con respecto a las partes inferiores (437).
Además, en realizaciones, la fase de recubrimiento comprende proporcionar dicho recubrimiento en polvo (405) sobre dicha subestructura no plana (430) con un grosor máximo de recubrimiento (thigh) con respecto a una parte inferior más baja (437) de la subestructura no plana (430), con una relación del grosor máximo de recubrimiento (thigh) a las alturas de las nervaduras (trib) seleccionada del intervalo de 1<thigh/tribá 5, tal como especialmente 1 < thigh/trib á 2, aún más especialmente 1 < thigh/trib á 1,2.
En realizaciones, la fase de impresión comprende proporcionar dicho elemento 3D (10) con dicha superficie del elemento (11) que comprende una subestructura no plana (430), teniendo una altura máxima de subestructura (tsub), con una estructura escalonada relacionada con el modelado por deposición fundida (435) que tiene partes superiores (436) y partes inferiores (437) superpuesta a la subestructura no plana (430).
Además, en realizaciones, la fase de recubrimiento comprende proporcionar dicho recubrimiento en polvo (405) sobre dicha subestructura no plana (430) con un grosor promedio (t) del recubrimiento en polvo (405) con respecto a las partes inferiores (437) que es igual o menor que altura máxima de subestructura (tsub).
El grosor más pequeño del recubrimiento sobre una parte superior (nervadura) se puede definir como W El recubrimiento más grueso en relación con una parte inferior (más profunda) se puede definir como thigh. En realizaciones, una relación (thigh/t low) es superior a 5.
El método descrito en el presente documento proporciona elementos impresos en 3D.
El elemento impreso en 3D obtenido (con el método descrito en el presente documento) puede ser funcional per se. Por ejemplo, el elemento impreso en 3D puede ser una lente, un colimador, un reflector, etc. El elemento 3D obtenido de esa manera puede (alternativamente) usarse con fines decorativos o artísticos. El elemento impreso en 3D puede incluir o estar provisto de un componente funcional. El componente funcional puede seleccionarse especialmente del grupo que consiste en un componente óptico, un componente eléctrico y un componente magnético. El término "componente óptico" se refiere especialmente a un componente que tiene una funcionalidad óptica, tal como una lente, un espejo, una fuente de luz (como un LED), etc. El término "componente eléctrico" puede, p. ej., referirse a un circuito integrado, PCB, una batería, un controlador, pero también a una fuente de luz (ya que una fuente de luz puede considerarse un componente óptico y un componente eléctrico), etc. El término componente magnético puede, p. ej., referirse a un conector magnético, una bobina, etc. Como alternativa o adicionalmente, el componente funcional puede comprender un componente térmico (por ejemplo, configurado para enfriar o calentar un componente eléctrico). Por consiguiente, el componente funcional puede configurarse para generar calor o eliminar calor, etc.
El elemento 3D obtenido (con el método descrito en el presente documento) comprende una superficie del elemento que está provista al menos parcialmente de un recubrimiento en polvo. Como se ha indicado anteriormente, el recubrimiento en polvo puede comprender especialmente un material termoendurecible. Además, el material impreso en 3D puede tener propiedades de conducción eléctrica. Por lo tanto, el material impreso en 3D tiene propiedades de conducción eléctrica y el recubrimiento en polvo comprende material termoendurecible.
La superficie del elemento (11) del elemento impreso en 3D comprende una subestructura no plana (430) que tiene una altura máxima de subestructura (tsub), con una estructura escalonada relacionada con el modelado por deposición fundida (435) que tiene partes superiores (436) y partes inferiores (437) superpuesta a la subestructura no plana (430), teniendo las partes superiores (436) alturas de nervadura (trib) con respecto a las partes inferiores (437), seleccionadas del intervalo de 10 μm a 10 mm, dicho recubrimiento en polvo (405) sobre dicha subestructura no plana (430) teniendo un grosor máximo de recubrimiento (thigh) con respecto a una parte inferior más baja (437) de la subestructura no plana (430), con una relación del grosor máximo de recubrimiento (thigh) a las alturas de las nervaduras (trib) seleccionada del intervalo de 1 < thigh/trib <_1,2.
La subestructura permanece visible especialmente, una relación (thigh/t low) es mayor que 5 (véase también más arriba).
El elemento impreso en 3D puede proporcionarse como un reflector que comprende una superficie reflectante, especialmente una superficie reflectante especular, en donde el reflector comprende el elemento impreso en 3D como se define en el presente documento, y en donde dicha capa reflectante proporciona al menos parte de la superficie reflectante, especialmente dicha capa reflectante especular. La superficie reflectante puede comprender una o más de caras curvas, una cara facetada y caras configuradas en relación con cada una bajo un ángulo. El reflector puede ser un colimador o un espejo parabólico. Por consiguiente, los tipos de reflectores incluyen, entre otros, reflectores en forma de elipse (por ejemplo, para rayos convergentes), reflectores en forma de parábola (por ejemplo, para hacer rayos paralelos), reflectores en forma de hipérbola (para rayos divergentes), etc.
El reflector también se puede usar en un sistema de iluminación que comprende (a) una fuente de luz configurada para generar luz de fuente de luz y (b) un reflector como se define en el presente documento configurado para (especularmente) reflejar al menos parte de dicha fuente de luz.
El elemento impreso en 3D que se puede obtener por el método como se define en el presente documento puede estar comprendido en un elemento óptico, en donde al menos parte de la superficie de elemento óptico la proporciona dicha superficie del elemento con dicho recubrimiento en polvo. El elemento óptico puede (por tanto) ser un reflector, una lente, etc.
Volviendo al proceso de impresión 3D, se puede usar una impresora 3D específica para proporcionar el elemento impreso en 3D descrito en el presente documento. Por lo tanto, en un aspecto más, la invención también proporciona una impresora 3D de modelado por deposición fundida, que comprende (a) un cabezal de impresora (501) que comprende una boquilla de impresora (502) y (b) un dispositivo (575) configurado para proporcionar material imprimible en 3D (201) al cabezal de impresora (501), en donde la impresora 3D de modelado por deposición fundida (500) está configurada para proporcionar dicho material imprimible en 3D (201) a un sustrato (1550), y en donde la impresora 3D de modelado por deposición fundida (500) comprende, además, (c) un aplicador de recubrimiento en polvo (595) configurado para aplicar un recubrimiento en polvo (405) a dicho sustrato (1550).
Especialmente, la impresora 3D de modelado por deposición fundida comprende (a) un cabezal de impresora que comprende una boquilla de impresora y (b) un dispositivo de suministro del filamento configurado para proporcionar un filamento que comprende material imprimible en 3D al cabezal de impresora, en donde la impresora 3D de modelado por deposición fundida está configurada para proporcionar dicho material imprimible en 3D a un sustrato. En realizaciones específicas, la impresora 3D de modelado por deposición fundida comprende, además, (c) un aplicador de recubrimiento en polvo configurado para aplicar un recubrimiento en polvo a dicho sustrato. En realizaciones, el aplicador de recubrimiento en polvo puede comprender una pistola de corona, (funcionalmente acoplada a la impresora 3D de modelado por deposición fundida).
En realizaciones adicionales más, la impresora 3D de modelado por deposición fundida comprende (a) un cabezal de impresora que comprende una boquilla de impresora y (b) un dispositivo de suministro del granulado configurado para proporcionar granulado que comprende material imprimible en 3D al cabezal de impresora, en donde la impresora 3D de modelado por deposición fundida está configurada para proporcionar dicho material imprimible en 3D a un sustrato (produciendo un filamento y depositando el filamento sobre el sustrato). En realizaciones específicas, la impresora 3D de modelado por deposición fundida comprende, además, (c) un aplicador de recubrimiento en polvo configurado para aplicar un recubrimiento en polvo a dicho sustrato. En realizaciones, el aplicador de recubrimiento en polvo puede comprender una pistola de corona, (funcionalmente acoplada a la impresora 3D de modelado por deposición fundida).
En lugar del término "impresora 3D de modelado por deposición fundida (FDM)", en breve, se pueden usar los términos "impresora 3D", "impresora FDM" o "impresora". La boquilla de impresora también se puede indicar como "boquilla" o, a veces, como "boquilla extrusora".
Breve descripción de los dibujos
A continuación, se describirán realizaciones de la invención, únicamente a modo de ejemplo, con referencia a los dibujos adjuntos esquemáticos en los que los símbolos de referencia correspondientes indican las partes correspondientes, y en los que:
las figuras 1a-1c representan esquemáticamente algunos aspectos de la impresora 3D;
las figuras 2a-2c representan esquemáticamente algunos aspectos del método de impresión y los elementos impresos; y
las figuras 3a-3e representan esquemáticamente algunas realizaciones.
Los dibujos esquemáticos no están necesariamente a escala.
Descripción detallada de las realizaciones
La figura 1a representa esquemáticamente algunos aspectos de la impresora 3D. La referencia 500 indica una impresora 3D. La referencia 530 indica la unidad funcional configurada para impresión 3D, especialmente impresión 3D mediante FDM; esta referencia también puede indicar la unidad de la fase de impresión 3D. Aquí, solo se representa esquemáticamente el cabezal de impresora para proporcionar material impreso en 3D, tal como un cabezal de impresora 3D FDM. La referencia 501 indica el cabezal de impresora. La impresora 3D de la presente invención puede incluir especialmente una pluralidad de cabezales de impresora, aunque también son posibles otras realizaciones. La referencia 502 indica una boquilla de impresora. La impresora 3D de la presente invención puede incluir especialmente una pluralidad de boquillas de impresora, aunque también son posibles otras realizaciones. La referencia 320 indica un filamento de material imprimible en 3D (tal como el indicado anteriormente). Para aportar mayor claridad, no se han representado todas las características de la impresora 3D, solo aquellas que son de especial relevancia para la presente invención (ver también más abajo).
La impresora 3D 500 está configurada para generar un elemento 3D 10 depositando en un elemento receptor 550, que puede, en algunas realizaciones, enfriarse al menos temporalmente, una pluralidad de filamentos 320 en donde cada filamento 20 comprende material imprimible en 3D, tal como teniendo un punto de fusión Tm . La impresora 3D 500 está configurada para calentar el material de filamento aguas arriba de la boquilla de impresora 502. Esto puede hacerse, p. ej., con un dispositivo que comprenda una o más funciones de extrusión y/o calentamiento. Dicho dispositivo se indica con la referencia 573 y se dispone aguas arriba de la boquilla de impresora 502 (es decir, en el momento antes de que el material de filamento abandone la boquilla de impresora 502). El cabezal de impresora 501 puede (así) incluir un licuefactor o calentador. La referencia 201 indica el material imprimible. Cuando se deposita, este material se indica como material impreso (3D), que se indica con la referencia 202. La referencia 203 indica material termoplástico.
La referencia 572 indica un carrete o rodillo con material, especialmente en forma de alambre. La impresora 3D 500 transforma esto en un filamento o fibra 320 sobre el elemento receptor o sobre material impreso ya depositado. Por lo general, el diámetro del filamento aguas abajo de la boquilla se reduce con respecto al diámetro del filamento aguas arriba del cabezal de impresora. Por consiguiente, la boquilla de impresora a veces (también) se indica como boquilla extrusora. Al colocar filamento por filamento y filamento sobre filamento, se puede formar un elemento 3D 10. La referencia 575 indica el dispositivo de suministro del filamento, que aquí, entre otros, incluyen el carrete o rodillo y las ruedas impulsoras, indicadas con la referencia 576.
La referencia A indica un eje longitudinal o eje de filamento.
La referencia C representa esquemáticamente un sistema de control, tal como especialmente un sistema de control de temperatura configurado para controlar la temperatura del elemento receptor 550. El sistema de control C puede incluir un calentador que sea capaz de calentar el elemento receptor 550 a una temperatura de al menos 50 °C, pero especialmente hasta un intervalo de aproximadamente 350 °C, tal como al menos 200 °C.
La figura 1b representa esquemáticamente en 3D con más detalle la impresión del elemento 3D 10 en construcción. Aquí, en este dibujo esquemático los extremos de los filamentos 320 en un solo plano no están interconectados, aunque en realidad este puede ser el caso en las realizaciones.
Por consiguiente, las figuras 1a-1b representan esquemáticamente algunos aspectos de una impresora 3D de modelado por deposición fundida 500, que comprende (a) un primer cabezal de impresora 501 que comprende una boquilla de impresora 502, (b) un dispositivo de suministro del filamento 575 configurado para proporcionar un filamento 320 que comprende material imprimible en 3D 201 al primer cabezal de impresora 501 y, opcionalmente, (c) un elemento receptor 550. En las figuras 1 a-1 b, el primer o segundo material imprimible o el primer o segundo material impreso se indican con las indicaciones generales material imprimible 201 y material impreso 202.
La impresora 3D también puede comprender un "brazo" robótico para sacar el producto impreso en 3D de la impresora 3D (y ponerlo en una banda o en una caja). En otra realización más, la impresora 3D sugerida comprende un medio
de inspección/detección tal como una cámara.
La figura 1c representa esquemáticamente una realización de la impresora 3D de modelado por deposición fundida 500, que comprende (a) un cabezal de impresora 501 que comprende una boquilla de impresora 502 y (b) un dispositivo de suministro del filamento 575 configurado para proporcionar un filamento 320 que comprende material imprimible en 3D 201 al cabezal de impresora 501. Especialmente, la impresora 3D de modelado por deposición fundida 500 está configurada para proporcionar dicho material imprimible en 3D 201 a un sustrato 1550. Además, la impresora 3D de modelado por deposición fundida 500 comprende además (c) un aplicador de recubrimiento en polvo 595 (tal como una pistola de corona) configurado para aplicar un recubrimiento en polvo 405 a dicho sustrato 1550. La aplicación de polvo puede ser especialmente un aplicador de polvo electrostático.
Las figuras 1a-1c representan esquemáticamente variantes en las que el material imprimible se proporciona como filamento al cabezal de impresora. Sin embargo, en otras realizaciones, el material imprimible se puede proporcionar como gránulos, con el cabezal de impresora proporcionando un filamento.
La figura 2a representa muy esquemáticamente una realización del método, que incluye una fase de impresión (PS) y una fase de recubrimiento (CS), que se basa en proporcionar material imprimible en 3D 201 y proporcionar un elemento impreso en 3D 10. La fase de recubrimiento incluye el proceso de recubrimiento PC y opcionalmente un proceso de aplicación de capa conductora.
La figura 2b representa esquemáticamente un elemento 3D 10. El objeto mostrado muestra material impreso en 3D 202, comprende un material termoplástico 203, con una superficie del elemento 11. En al menos una parte del mismo, se proporciona un recubrimiento en polvo 405. El recubrimiento en polvo 405 comprende material de recubrimiento 421, que comprende especialmente un polímero termoendurecible.
El material imprimible puede comprender partículas de carbono; por consiguiente, el material impreso 202 también comprenderá tal material, proporcionando así conductividad eléctrica. La figura 2c representa esquemáticamente partículas de carbono PC.
El método puede incluir proporcionar un primer material imprimible en 3D que tiene propiedades de conducción eléctrica y proporcionar un segundo material imprimible en 3D que tiene propiedades de aislamiento eléctrico, y en donde la fase de impresión comprende imprimir dicho primer material imprimible en 3D de manera que proporcione al menos parte de dicha superficie del elemento 11 del elemento 3D 10, e imprimir dicho segundo material imprimible en 3D para aquellas parte(s) del elemento 3D 10 que no se basan en dicho primer material imprimible en 3D. Esto proporciona un elemento impreso en 3D 10 que comprende material conductor eléctrico impreso 202a y material aislante eléctrico impreso 202b, véase la figura 2c.
La rugosidad superficial (de abajo hacia arriba) aumenta con el grosor del filamento.
En la Figura 3a, muy esquemáticamente, una capa de planarización encima de una estructura impresa. La estructura impresa muestra la característica estructura escalonada 435 con partes superiores 436 y partes inferiores 437, que definen una altura t rib. Las referencias t low y thigh indicaron el grosor de la capa en relación con la parte superior 436 y la parte inferior 437, respectivamente. La referencia rrib indica un radio desde la nervadura.
Especialmente, preferentemente el t low es mucho más pequeño que el thigh de modo que las subestructuras sub. en la impresión de la superficie se pueda mantener como se muestra en las figuras 3b-3c. Entre otros, en el presente documento se sugiere usar recubrimiento en polvo con thigh que es más delgado que la altura de la subestructura más pequeña tsub y especialmente thigh/t low es mayor que aproximadamente 5. Las figuras 3b-3c representan esquemáticamente ejemplos del elemento 3D 10 con dicha superficie del elemento 11 que comprende una subestructura no plana 430, tal como seleccionado del grupo de una estructura curva 431 y una faceta 432, con una altura máxima de subestructura hsub, con una estructura escalonada relacionada con el modelado por deposición fundida 435 que tiene diferencias de altura de la parte superior y la parte inferior trib entre las partes superiores 436 y las partes inferiores 437 (por ejemplo, seleccionada del intervalo entre 10 μm a 10 mm) superpuesta a la subestructura no plana 430. El grosor de recubrimiento hmax en relación con las partes inferiores 437 puede ser menor que la altura máxima de subestructura tsub. La referencia rstruc indica el radio de una parte curva de la superficie 11 la figura 3d representa esquemáticamente un elemento óptico 1000 que comprende una superficie de elemento óptico 1001, en donde el elemento óptico comprende el elemento impreso en 3D 10 (que se puede obtener por el método como se define en el presente documento), en donde al menos parte de la superficie de elemento óptico 1001 está provista de dicha superficie del elemento 11 con dicho recubrimiento en polvo 405. Aquí, a modo de ejemplo, el elemento 1000 es una lente, que puede, a excepción del recubrimiento 405, imprimirse prácticamente en 3D.
La figura 3e muestra esquemáticamente otro elemento impreso en 3D, con facetas, que tiene, p. ej., longitudes 11 y alturas a1, que pueden ser mucho mayor que el radio rrib del material impreso en 3D.
Ejemplos
Para el recubrimiento en polvo, usamos impresiones que se hicieron con un filamento conductor eléctrico o con un filamento no conductor que luego fue provisto de una capa conductora eléctrica. Luego, las muestras se recubrieron con un polvo obtenido de varios proveedores utilizando el método de descarga con corona. Las muestras recubiertas de polvo se colocaron en un horno precalentado a la temperatura deseada durante un período de tiempo para obtener una capa de polímero entrecruzado. Se usaron polvos a base de epoxi, poliuretano, y poliésteres y sus mezclas.
Los mejores resultados se obtuvieron para una superficie muy lisa cuando se usaron polvos que podían fluir bien durante la fusión/reacción. Estos polvos eran resina pura o contenían pigmentos de tamaño nanométrico tal como TiO2 y carbono. Estos recubrimientos mostraron un buen relleno de las ondulaciones ("escalonado") y proporcionaron superficies lisas y brillantes. Los recubrimientos que se denominan recubrimientos estructurados no mostraron un alto flujo y, por lo tanto, no pudieron cubrir completamente la estructura ondulada. Sin embargo, recubrir por primera vez las muestras impresas con polvos de alto flujo; curar y luego usar recubrimientos en polvo estructurados en la parte superior para cubrir la estructura ondulada subyacente, también proporcionó el acabado estructurado.
Se utilizaron los siguientes materiales y condiciones:
• Un cilíndrico con un t rib de nervaduras = 100 μm se imprimieron usando PC que contiene carbono conductor. Para el recubrimiento en polvo utilizamos los siguientes polvos brillantes Tiger 530, AkzoNobel Interpon 700 Low Bake, Protech HB12-ST. Todos podían depositarse usando una pistola de corona. Luego, las muestras se colocaron en un horno precalentado a 130 °C durante 30 minutos para el curado térmico. Después del curado se obtuvieron superficies muy lisas.
• El cilindro también tenía el mismo tamaño de nervadura que el anterior t rib = 100 μm se produjeron usando un PC no conductor. Se colocó una capa conductora sobre la estructura impresa rociando una capa delgada (unas pocas micras) de grosor de grafito en un aglutinante (Graphit 33, Kontakt Chemie). Después de secar la capa conductora, se usó el mismo tratamiento que el anterior para el recubrimiento en polvo y el curado para obtener superficies lisas.
• Un cilíndrico con un t rib de nervaduras = 200 μm se imprimieron usando PC que contiene carbono conductor. Para el recubrimiento en polvo se utilizaron polvos brillantes Protech HB12-ST que se depositaron con pistola de corona. Luego, las muestras se colocaron en un horno precalentado a 130 °C durante 30 minutos para el curado térmico. Después del curado se obtuvieron superficies muy lisas.
• Un cilíndrico con un trib de nervaduras = 100 μm se imprimieron usando PolySulfon Udel P-1700 (Solvay) que contiene carbono conductor. Se obtuvieron Axalta de bajo curado e IGP Durapol serie 68 brillante, curados a 150 °C durante 20 min, al curar una capa lisa.
• Un reflector cónico con un ttib de nervaduras = 50 μm se imprimieron usando PET. A continuación, el PET se cristalizó a 150 °C. Luego se aplicó una capa conductora de carbono a la superficie del objeto. Se depositó polvo de AkzoNobel Interpon Cr ZW007G usando una pistola de corona y se curó a 230 °C, durante 30 minutos para obtener una superficie lisa...
• Un cilíndrico con un t rib de nervaduras = 200 μm se imprimieron usando PC que contiene carbono conductor. Para el recubrimiento en polvo utilizamos polvos brillantes AkzoNobel Interpon 700 Low Bake que se depositó con pistola de corona. Luego, las muestras se colocaron en un horno precalentado a 130 °C durante 30 minutos para el curado térmico. Después del curado se obtuvieron superficies muy lisas. Posteriormente se utilizó un polvo estructurado de AkzoNobel Interpon 700 Low Bake para obtener un efecto de superficie estructurada.
• Un cilíndrico con un t rib de nervaduras = 100 μm y un tsub de subestructura = 05 mm se imprimió con PC que contiene carbono conductor. Para el recubrimiento en polvo utilizamos polvos brillantes AkzoNobel Interpon 700 Low Bake que se depositó con pistola de corona. Luego, las muestras se colocaron en un horno precalentado a 130 °C durante 30 minutos para el curado térmico. Después del curado se obtuvieron superficies muy lisas donde se encontraba la subestructura.
El término "sustancialmente", en el presente documento, tal como "consiste sustancialmente", será entendido por el experto en la materia. El término "sustancialmente" también puede incluir realizaciones con "totalmente", "completamente", "todo", etc. Por consiguiente, en las realizaciones, el adjetivo sustancialmente también puede eliminarse. Donde corresponda, el término "sustancialmente" también puede referirse al 90 % o más, tal como 95 % o superior, especialmente un 99 % o superior, incluso más especialmente un 99,5 % o superior, incluido el 100 %. El término "comprende" incluye también realizaciones en las que el término "comprende" significa "consiste en". El término "y/o" se refiere especialmente a uno o más de los elementos mencionados antes y después de "y/o". Por ejemplo, una expresión "elemento 1 y/o elemento 2" y expresiones similares pueden estar relacionadas con uno o más de los elementos 1 y 2. El término "que comprende(n)" se puede referir, en una realización, a "que consiste(n) en", pero, en otra realización, también se puede referir a "que contiene(n) al menos la especie definida y, opcionalmente, una o más especies distintas".
Asimismo, los términos primero, segundo, tercero y similares en la descripción, y en las reivindicaciones, se utilizan para distinguir entre elementos similares y no necesariamente para describir un orden secuencial o cronológico. Debe entenderse que los términos utilizados de este modo son intercambiables en circunstancias apropiadas y que las realizaciones de la invención descritas en el presente documento pueden funcionar en otras secuencias distintas a las descritas o ilustradas en el presente documento.
Los dispositivos en el presente documento se describen, entre otros, durante su funcionamiento. Como resultará evidente para el experto en la técnica, la invención no se limita a métodos de funcionamiento o dispositivos en funcionamiento.
Cabe destacar que las realizaciones mencionadas anteriormente ilustran en lugar de limitar la invención y que los expertos en la materia podrán concebir muchas realizaciones alternativas sin desviarse del alcance de las reivindicaciones adjuntas. En las reivindicaciones, cualquier signo de referencia colocado entre paréntesis no se interpretará como una limitación de la reivindicación. El uso del verbo "comprender" y sus conjugaciones no excluye la presencia de elementos o etapas diferentes a los que se establecen en una reivindicación. El artículo "un" o "una" que precede a un elemento no excluye la presencia de una pluralidad de tales elementos. La invención se puede implementar por medio de hardware que comprenda varios elementos diferenciados y por medio de un ordenador adecuadamente programado. En la reivindicación de dispositivo que enumera varios medios, varios de estos medios pueden estar implementados en un único y mismo equipo de hardware. El mero hecho de que se enumeren determinadas medidas en diferentes reivindicaciones mutuamente dependientes no indica que no pueda utilizarse ventajosamente una combinación de tales medidas.
Claims (11)
1. Un método para imprimir en 3D un elemento 3D (10) mediante modelado por deposición fundida usando un material imprimible en 3D (201) que comprende un material termoplástico (203), en donde el método comprende una fase de impresión durante la cual el material imprimible en 3D (201) se imprime usando una impresora de modelado por deposición fundida para proporcionar el elemento 3D (10), en donde el elemento 3D (10) comprende una superficie del elemento (11), y en donde el método comprende, además, una fase de recubrimiento durante la cual se proporciona un recubrimiento en polvo (405) con un proceso de recubrimiento en polvo en al menos parte de la superficie del elemento (11).
2. El método de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el proceso de recubrimiento en polvo comprende proporcionar un material de recubrimiento (421) a dicha superficie del elemento (11), y en donde dicho material de recubrimiento (421) comprende un polímero termoendurecible.
3. El método de acuerdo con la reivindicación 2, en donde el material de recubrimiento (421) comprende material curable por radiación, y en donde la fase de recubrimiento comprende proporcionar dicho material de recubrimiento (421) a dicha superficie (11) y curar dicho material de recubrimiento (421) proporcionando radiación para el curado.
4. El método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 2-3, en donde el material de recubrimiento (421) comprende un material termocurable que tiene una temperatura de curado inferior a una o más de una temperatura de fusión y una temperatura vítrea de dicho material termoplástico (203).
5. El método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde dicho material imprimible en 3D (201) tiene propiedades de conducción eléctrica, y en donde la fase de impresión comprende imprimir dicho material imprimible en 3D (201) de manera que proporcione al menos parte de dicha superficie del elemento (11) del elemento 3D (10).
6. El método de acuerdo con la reivindicación 5, en donde el material imprimible (201) comprende un aditivo para proporcionar una resistividad superficial igual o inferior a 109 ohm/cuadrado.
7. El método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la fase de recubrimiento también incluye proporcionar una capa conductora eléctrica a dicha superficie del elemento (11) antes de proporcionar dicho recubrimiento en polvo (405).
8. El método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde un primer material imprimible en 3D tiene propiedades de conducción eléctrica y en donde un segundo material imprimible en 3D tiene propiedades de aislamiento eléctrico, y en donde la fase de impresión comprende imprimir dicho primer material imprimible en 3D de manera que proporcione al menos parte de dicha superficie del elemento (11) del elemento 3D (10), e imprimir dicho segundo material imprimible en 3d para aquella(s) parte(s) del elemento 3D (10) que no se basa(n) en dicho primer material imprimible en 3D.
9. El método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la fase de impresión comprende proporcionar a dicho elemento 3D (10) dicha superficie del elemento (11) que comprende una subestructura no plana (430) con una estructura escalonada relacionada con el modelado por deposición fundida (435) que tiene partes superiores (436) y partes inferiores (437) superpuesta a la subestructura no plana (430), teniendo las partes superiores (436) alturas de nervadura ( t* ) con respecto a las partes inferiores (437), en donde la fase de recubrimiento comprende proporcionar dicho recubrimiento en polvo (405) sobre dicha subestructura no plana (430) con un grosor máximo de recubrimiento (thigh) con respecto a una parte inferior más baja (437) de la subestructura no plana (430), con una relación del grosor máximo de recubrimiento (thigh) a las alturas de nervadura ( t* ) seleccionada del intervalo de 1<thigh/trib £1,2.
10. El método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la fase de impresión comprende proporcionar a dicho elemento 3D (10) dicha superficie del elemento (11) que comprende una subestructura no plana (430), teniendo una altura máxima de subestructura (tsub), con una estructura escalonada relacionada con el modelado por deposición fundida (435) que tiene partes superiores (436) y partes inferiores (437) superpuesta a la subestructura no plana (430), en donde la fase de recubrimiento comprende proporcionar dicho recubrimiento en polvo (405) sobre dicha subestructura no plana (430) con un grosor promedio (t) del recubrimiento en polvo (405) con respecto a las partes inferiores (437) que es igual o menor que la altura máxima de subestructura (tsub).
11. Una impresora 3D de modelado por deposición fundida (500), que comprende:
- un cabezal de impresora (501) que comprende una boquilla de impresora (502), y
- un dispositivo (575) configurado para proporcionar material imprimible en 3D (201) al cabezal de impresora (501),
en donde la impresora 3D de modelado por deposición fundida (500) está configurada para proporcionar dicho
material imprimible en 3D (201) a un sustrato (1550), y
en donde la impresora 3D de modelado por deposición fundida (500) comprende, además:
- un aplicador de recubrimiento en polvo (595) configurado para aplicar un recubrimiento en polvo (405) a dicho sustrato (1550).
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