ES2960286T3 - Flexión de boquilla de licuefactor de impresión 3D para un alisado mejorado - Google Patents

Abstract

Un aparato, sistema y método para proporcionar una flexión de boquilla licuadora para al menos permitir el planchado de una impresión 3D, para mejorar así la calidad de impresión. El aparato, sistema y método pueden incluir: un cabezal de impresión controlable para proporcionar la impresión 3D; un licuador capaz de licuar el material depositado para proporcionar la impresión 3D; y el flexor de la boquilla del licuador montado entre el cabezal de impresión y el licuador que permite que varíe la distancia entre el cabezal de impresión y el licuador cuando se encuentra una resistencia en la punta de la boquilla de impresión. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Flexión de boquilla de licuefactor de impresión 3D para un alisado mejorado

Campo de la divulgación

La presente divulgación se refiere a la fabricación aditiva y, más específicamente, a un sistema para proporcionar una flexión de boquilla de licuefactor de impresión 3D para una calidad mejorada del alisado y la impresión.

Descripción de los antecedentes

La impresión 3D es un tipo de fabricación aditiva. A diferencia de la fabricación sustractiva, en la que se elimina material de una masa inicial de material, la fabricación aditiva añade material de forma incremental para formar un objeto. La fabricación aditiva tiene muchos beneficios y la industria de la fabricación aditiva está creciendo a medida que la tecnología se aplica a nuevos campos y productos finales.

La fabricación por filamento fundido (FFF) es un tipo de fabricación aditiva que utiliza filamento como material de partida. El filamento suele ser termoplástico, lo que significa que el filamento es sólido a temperatura ambiente y se licua o se licua parcialmente cuando se calienta a una temperatura específica. Las impresoras de FFF aprovechan esta característica para depositar secuencialmente filamento licuado o parcialmente licuado en ubicaciones específicas de una placa de construcción o de un objeto parcialmente impreso. Al enfriarse, el filamento recién depositado se solidifica y forma parte del objeto impreso.

Las impresoras de FFF depositan material con un cabezal de impresión que puede moverse en direcciones X, Y y Z. El cabezal de impresión normalmente imprime una primera capa base en las direcciones X e Y. Luego, el cabezal de impresión se mueve hacia arriba en la dirección Z e imprime una segunda capa. Este proceso continúa hasta que se completa una pieza impresa en 3D, según lo dictado por el software del plan de impresión. Se pueden imprimir andamios para soportar la pieza impresa en 3D, como en áreas donde la pieza sobresale y no está sostenida por material debajo de ella. El uso de andamios evita que el material que sobresale del objeto impreso se desprenda durante la impresión 3D.

Las impresoras de FFF depositan el filamento licuado o parcialmente licuado en forma de perla. Para lograr una calidad de impresión óptima, es importante tener una tasa de deposición de perlas de filamento constante durante toda la impresión 3D. Tener una velocidad de deposición de filamento que varía puede conducir de manera indeseable a más filamento en una sección de la impresión y menos filamento en otra.

La impresión de FFF ha tenido mucho éxito en aplicaciones de bajo rendimiento a baja velocidad. Para utilizar FFF para una producción de gran volumen, es necesario aumentar la velocidad de impresión. Al aumentar la velocidad de impresión, es necesario abordar varios desafíos. Uno de los desafíos que es necesario abordar es la deposición uniforme de filamentos a altas velocidades de impresión. Por ejemplo, al imprimir a altas velocidades de impresión, existe una tendencia a que el material se deposite de manera desigual durante los movimientos de llenado.

Los movimientos de llenado implican que el cabezal de impresión se mueva hacia adelante y hacia atrás, típicamente dentro de un perímetro de material previamente depositado, para rellenar la parte central de una pieza impresa en 3D. Al realizar un movimiento de relleno, un cabezal de impresión deposita material en una dirección y luego realiza un giro de 180 grados antes de depositar material en la dirección opuesta. Al realizar un movimiento de relleno a alta velocidad, los cabezales de impresión que no se flexionan tienden a dejar material adicional en el lugar del giro de 180 grados. Es más, los cabezales de impresión que no se flexionan tienden a dejar crestas indeseables que se forman cuando se deposita el filamento derretido. Introducir un efecto de "alisado" durante la impresión puede aliviar ambos problemas anteriormente mencionados.

Por lo tanto, existe la necesidad de un aparato, de un sistema y de un método para proporcionar una flexión de boquilla de licuefactor de impresión 3D para mejorar la calidad de alisado e impresión.

Los sistemas convencionales para proporcionar boquillas de licuefactor se describen en el documento US 2016/36821 3 A1.

Sumario

La invención se refiere a un sistema para proporcionar una flexión de boquilla de licuefactor de impresión 3D para una calidad mejorada de alisado e impresión. El sistema incluye una flexión que permite que un licuefactor se mueva en relación con un cabezal de impresión. El flexor se monta entre un cabezal de impresión y un licuefactor de modo que se permita que la distancia entre el cabezal de impresión y el licuefactor varíe cuando se encuentre una resistencia en la punta de una boquilla. La resistencia puede ser causada por el contacto de la punta de la boquilla con el exceso de material depositado o por una colisión de la punta de la boquilla con una imperfección en un objeto impreso en 3D.

De este modo, las realizaciones descritas proporcionan un sistema para proporcionar una flexión de boquilla de licuefactor de impresión 3D para una calidad mejorada de alisado e impresión.

Breve descripción de los dibujos

Las realizaciones no limitantes descritas se analizan en relación con los dibujos adjuntos del presente documento y que forman parte del mismo, en donde los números iguales indican elementos similares, y en el que:

La FIG. 1 es una ilustración de una cuenta de filamento no alisada y una cuenta de filamento alisada.

La FIG. 2 es una ilustración de una calidad de impresión mejorada al imprimir con una flexión de boquilla, en comparación con la calidad de impresión cuando se imprime sin flexión de boquilla.

La FIG. 3 es una ilustración de una flexión de boquilla instalada entre un cabezal de impresión de una impresora 3D y un licuefactor.

La FIG. 4 es una ilustración de una boquilla ilustrativa configurada para un diseño no flexible que no está de acuerdo con la invención.

La FIG. 5 es una ilustración de una vista superior del conjunto de flexión.

La FIG. 6 es una ilustración de una vista lateral del conjunto de flexión.

La FIG. 7 ilustra aspectos de las realizaciones divulgadas.

La FIG. 8 ilustra aspectos de las realizaciones divulgadas.

La FIG. 9 ilustra aspectos de las realizaciones divulgadas.

La FIG. 10 ilustra aspectos de las realizaciones divulgadas.

La FIG. 11 ilustra aspectos de las realizaciones divulgadas.

Descripción detallada

Las figuras y descripciones proporcionadas en el presente documento pueden haberse simplificado para ilustrar aspectos que son relevantes para una comprensión clara de los dispositivos, sistemas y métodos descritos en el presente documento, al mismo tiempo que se eliminan, por motivos de claridad, otros aspectos que se pueden encontrar en dispositivos, sistemas y métodos similares típicos.

La terminología utilizada en el presente documento solo tiene el objeto de describir realizaciones ilustrativas particulares y no está concebida para ser limitativa. Por ejemplo, como se usan en el presente documento, las formas en singular "un(a)", "una" y "el/la" pueden tener la intención de incluir las formas plurales también, a menos que el contexto indique claramente lo contrario. Los términos "comprende", "que comprende", "que incluye", y "que tiene" son inclusivos y, por lo tanto, especifican la presencia de características declaradas, elementos integrantes, etapas, operaciones, elementos y/o componentes, pero no descartan la presencia o adición de una o más de otras características, elementos integrantes, etapas, operaciones, elementos, componentes y/o grupos de estos. Las etapas del método, los procesos y las operaciones del método descritos en el presente documento no requieren necesariamente su actuación en el orden particular analizado o ilustrado, a no ser que se identifique específicamente como un orden de actuación. También se ha de entender que pueden emplearse etapas adicionales o alternativas.

Cuando se menciona que un elemento o capa está "activado", "engranado a", "conectado a" o "acoplado a" otro elemento o capa, puede estar directamente en, engranado, conectado o acoplado al otro elemento o capa, o puede haber elementos o capas intermedios. Por el contrario, cuando se menciona que un elemento está "directamente en", "engranado directamente a", "directamente conectado a" o "directamente acoplado a" otro elemento o capa, puede que no haya elementos o capas intermedios. Otras palabras utilizadas para describir la relación entre elementos deben interpretarse de manera similar (por ejemplo, "entre" frente a "directamente entre", "adyacente" frente a "directamente adyacente", etc.). Como se usa en el presente documento, el término "y/o" incluye todas y cada una de las combinaciones de uno o más de los artículos enumerados asociados.

Aunque los términos primero, segundo, tercero, etc., pueden usarse en el presente documento para describir diversos elementos, componentes, regiones, capas y/o secciones, estos elementos, componentes, regiones, capas y/o secciones no deben verse limitados por estos términos. Estos términos pueden usarse solo para distinguir un elemento, componente, región, capa o sección de otro elemento, componente, región, capa o sección. Es decir, los términos tales como "primero", "segundo", y otros términos numéricos, cuando se usan en el presente documento, no implican una secuencia u orden a menos que el contexto lo indique claramente. De este modo, un primer elemento, componente, región, capa o sección analizado más adelante podría denominarse segundo elemento, componente, región, capa o sección sin alejarse de las enseñanzas de las realizaciones ilustrativas.

En el presente documento, se divulgan módulos implementados en procesadores y sistemas de impresión que pueden proporcionar acceso y transformación de una pluralidad de tipos de contenido digital, incluidos, entre otros, planos de impresión y flujos de datos, y los algoritmos aplicados en este documento pueden rastrear, entregar, manipular, transformar, transmitir-recibir y reportar el contenido accedido. Las realizaciones descritas de estos módulos, aplicaciones, sistemas y métodos pretenden ser ilustrativas y no limitantes.

Un sistema de procesamiento informático ilustrativo para su uso en asociación con las realizaciones, a modo de ejemplo no limitativo, es capaz de ejecutar software, como un sistema operativo (SO), aplicaciones/apps, interfaces de usuario y/o uno o más algoritmos informáticos diferentes, como las recetas impresas, algoritmos, decisiones, modelos, programas y subprogramas expuestos en el presente documento. El funcionamiento del sistema de procesamiento ilustrativo se controla principalmente mediante instrucciones/códigos no transitorios legibles por ordenadores, como instrucciones almacenadas en un medio de almacenamiento legible por ordenador, como una unidad de disco duro (HDD), un disco óptico, una unidad de estado sólido o similar. Dichas instrucciones pueden ejecutarse dentro de la unidad central de procesamiento (CPU) para hacer que el sistema realice las operaciones divulgadas. En muchos servidores informáticos conocidos, puestos de trabajo, dispositivos móviles, ordenadores personales y similares, la CPU se implementa en un circuito integrado llamado procesador.

Se aprecia que, aunque el sistema de procesamiento ilustrativo puede comprender una única CPU, dicha descripción es meramente ilustrativa, ya que el sistema de procesamiento puede comprender una pluralidad de CPU. Como tal, el sistema divulgado puede explotar los recursos de CPU remotos a través de una red de comunicaciones o algún otro medio de comunicación de datos.

En funcionamiento, la CPU recupera, descodifica y ejecuta instrucciones desde un medio de almacenamiento legible por ordenador. Estas instrucciones pueden incluirse en el software. La información, como instrucciones de ordenador y otros datos legibles por ordenador, se transfiere entre componentes del sistema a través de la trayectoria principal de transferencia de datos del sistema.

De forma adicional, el sistema de procesamiento puede contener un controlador de comunicaciones periférico y un bus, que es responsable de comunicar instrucciones desde la CPU y/o recibir datos de elementos periféricos, como impresoras 3D y/o los elementos de interacción del operador para formular una impresión, como se analiza en todo el presente documento. Un ejemplo de bus periférico es el bus de Interconexión de Componentes Periféricos (en inglés, PCI) que es bien conocido en la técnica pertinente.

Se puede utilizar una pantalla de operador/interfaz gráfica de usuario (en inglés, GUI) para mostrar resultados visuales y/o datos de presentación generados por o a petición del sistema de procesamiento, como responder al funcionamiento de los programas/aplicaciones informáticas anteriormente mencionados. Dicha salida visual puede incluir texto, gráficos, gráficos animados y/o vídeo, por ejemplo.

Es más, el sistema de procesamiento puede contener un adaptador de red que puede usarse para acoplarse a una red de comunicación externa, que puede incluir o proporcionar acceso a Internet, una intranet, una extranet o algo similar. La red de comunicaciones puede proporcionar acceso al sistema de procesamiento con medios para comunicar y transferir software e información electrónicamente. El adaptador de red puede comunicarse hacia y desde la red utilizando cualquier tecnología cableada o inalámbrica disponible. Dichas tecnologías pueden incluir, a modo de ejemplo no limitativo, un móvil, Wi-Fi, Bluetooth, infrarrojos o similares.

La figura 1 ilustra el efecto del "alisado". Al producir un objeto impreso en 3D mediante fabricación por filamento fundido, el filamento licuado o parcialmente licuado puede salir de una boquilla 100 sin un efecto de alisado en la punta de la boquilla 101. A falta de alisado, la boquilla produce una cuenta 103 que tiene una anchura pequeña. La boquilla 102 ilustra cómo se vería el ancho de la cuenta si el volumen de material extrudido fuera mayor que el diámetro interior (DI) de la boquilla y la altura de la capa 105. El material adicional se extrude y se alisa formando una cuenta ancha y plana. Si se alimenta el exceso de material, el material se aplanará como se ilustra en 103. Si la boquilla es rígida, la distancia 105 sigue siendo la misma. Con el diseño de flexión, se permite que la dimensión en 105 se flexione, dando espacio para que el material se dispense y tiempo para que el material dispensado fluya plano bajo la fuerza de la flexión.

A altas velocidades de impresión, por ejemplo, a 160 mm/s, hay una diferencia visualmente observable en la apariencia de la pieza cuando se imprime con y sin flexión. La figura 2 muestra que la pieza 104 que se estaba imprimiendo sin flexión tiene crestas 105 más notorias y también tiene una falta notable de material en el centro 106 de la pieza 104. Sin flexión, el material extra de un movimiento muy rápido de 180 grados se dejó en el punto de giro 107. Por el contrario, la pieza 108 que se imprimió con una flexión instalada es mucho más plana en el giro de 180 grados alrededor de los puntos 109. Es más, se depositó más material en el medio 110 de la pieza, como lo demuestra el hecho de que había más alisado en el medio 110 de la parte 108.

La figura 3 muestra una boquilla flexible 111 instalada entre un cabezal de impresión de impresora 3D 112 y un licuefactor 113. La flexión de boquilla 111 puede ser una celda de carga o puede ser cualquier otro material flexible conocido por el experto en la técnica.

Como se muestra en la figura 3, se puede montar un soporte de flexión 114 en el cabezal de impresión 112. El soporte de flexión 114 puede conectarse al cabezal de impresión 112, por ejemplo, mediante las conexiones 115a y 115b. Una flexión 111 puede estar conectado al soporte de flexión 114 mediante una o más conexiones. Por ejemplo, se puede conectar un soporte de flexión 111 al soporte de flexión 114 mediante conexiones de soporte de flexión 116a y 116b.

Se puede conectar un soporte de licuefactor 117 a la flexión 111 en la conexión 118 del soporte de licuefactor. Se puede conectar un licuefactor 113 al soporte de licuefactor 117. El licuefactor 113 puede estar conectado a una boquilla 119. La boquilla 119 puede alejarse más y acercarse al cabezal de impresión 112 cuando la boquilla 119 encuentra resistencia o falta de ella. Por ejemplo, la resistencia puede ser causada por el contacto de la punta de la boquilla con el exceso de material depositado o por una colisión de la punta de la boquilla con una imperfección en un objeto impreso en 3D. La flexión 111 puede pivotar en las conexiones de montaje de flexión 116a y 116b.

La boquilla 119 se puede colocar a una distancia fija del cabezal de impresión 112 fijando el soporte de boquilla 117 al cabezal de impresión 112 con una conexión rígida en la ubicación 120. Esta configuración, que no está de acuerdo con la invención, se muestra en la figura 4.

La figura 5 muestra una vista superior del conjunto de flexión 121. Como se muestra en la figura 5, el soporte de flexión 114 puede conectarse a la flexión 111 mediante conexiones de soporte de flexión 116a y 116b. El filamento se puede alimentar a través de la abertura de alimentación de filamento 122. Es evidente a partir de la figura 5 que la flexión 111 solo está conectada al soporte de flexión 114 en las conexiones del soporte de flexión 116a y/o 116b. Por lo tanto, se permite que el licuefactor 113 y la boquilla 119 floten hacia arriba y hacia abajo con respecto al cabezal de impresión 112 durante una impresión. Por ejemplo, la boquilla 110 puede flotar hacia arriba (hacia el cabezal de impresión 112) cuando se encuentra una resistencia en la punta de la boquilla. La resistencia puede ser causada por el contacto de la punta de la boquilla con el exceso de material depositado o por una colisión de la punta de la boquilla con una imperfección en un objeto impreso en 3D. La capacidad de la boquilla 100 de flotar hacia arriba al encontrar una imperfección en un objeto impreso en 3D puede evitar que la boquilla 100 rompa el objeto impreso en 3D.

La figura 6 muestra una vista lateral de una realización en la que la flexión 111 es una celda de carga que está conectada a un soporte de flexión 114. También puede incluirse una boquilla calentada 119.

Por lo tanto, las realizaciones incluyen la integración de una flexión entre el licuefactor y el soporte rígido del cabezal de impresión para el movimiento X-Y. Las variaciones de diseño pueden incluir una flexión que siempre está en juego; una flexión que puede activarse y desactivarse; y una flexión que puede estar sujeta a un cambio en la velocidad de flexión a través de un programa de sistema de control por ordenador que ejecuta un plan de impresión o aspectos del mismo, por lo tanto, permite una cantidad de flexión diferente dependiendo de los detalles del proceso en el cabezal durante la impresión. Por ejemplo, la figura 7 muestra una flexión que puede flexionarse girando en el lado izquierdo de la flexión 703. La flexión se puede desactivar fijando la flexión a una pieza estacionaria no flexible del cabezal de impresión. La flexión se puede apagar de forma manual o automática. La flexión se puede activar o desactivar antes de una impresión o durante una impresión.

Por ejemplo, La figura 8 muestra un accionador 803 que puede mover un rodillo 805 para ajustar una distancia (B) entre el rodillo y el licuefactor. Al ajustar la distancia (B), se ajusta la rigidez de la flexión. Por ejemplo, al disminuir la distancia (B) da como resultado una flexión más rígida. La distancia (B) se puede ajustar antes de una impresión o durante una impresión y el accionador que mueve el rodillo se puede automatizar. El accionador automatizado puede variar la rigidez de la flexión durante una impresión.

La figura 9 muestra un accionador 903 que puede usarse para ajustar la rigidez de la flexión. El accionador puede ser neumático y variar la presión del aire para cambiar/variar la fuerza descendente aplicada a la flexión. Al utilizar un accionador neumático, la fuerza está relacionada con la presión del aire. El accionador puede utilizar un servomecanismo o servomotor para variar la fuerza aplicada a la flexión, variando así la rigidez de la flexión. Cuando se utiliza un servomecanismo o servomotor, la fuerza es controlada por el servomecanismo o servomotor. El servomecanismo o servomotor puede ser un servomecanismo lineal. El accionador puede utilizar un accionador piezoeléctrico para aplicar una fuerza variable a la flexión, variando así la rigidez de la flexión. Cuando se utiliza un accionador piezoeléctrico, la tensión se utiliza para ampliar el tamaño del accionador piezoeléctrico, cambiando así la fuerza aplicada a la flexión y cambiando la rigidez de la flexión.

Un valor clave para la flexión es durante cualquier aceleración y desaceleración del movimiento X-Y. A medida que la impresión se acelera y se desacelera, el volumen de material que se extrude desde la boquilla será mayor que el necesario para una cuenta perfecta en la desaceleración y menor que el necesario cuando el cabezal de impresión se acelere. Cualquier cambio rápido de velocidad obtendrá ventajas de las realizaciones descritas.

A medida que el X-Y desacelera durante una curva, la extrusora no puede desacelerar el flujo de material lo suficientemente rápido y el sistema extrude en exceso, produce más material del necesario para el ancho de la cuenta. Sin la flexión, la altura Z de la punta de la boquilla permanece igual y el material fluye a su alrededor. Si hay una cuenta al lado, el material fluirá hacia arriba en la dirección Z, alrededor de la boquilla, creando características nítidas a lo largo de la trayectoria de la cuenta. Esto se muestra en las figuras 10 y 11.

Como se ilustra, la flexión permite que la boquilla se mueva hacia arriba en la dirección Z, permitiendo que el material permanezca debajo de la boquilla y permita plancharlo limpiamente. El resultado es una altura de cuenta un poco más alta, pero el material no es forzado hacia el lado de la boquilla. Entonces, la impresión definitiva es mucho más suave en la parte superior.

Claims (15)

REIVINDICACIONES

1. Un sistema para proporcionar una flexión de boquilla de licuefactor (111) para al menos permitir el alisado de una impresión 3D, que comprende:

un cabezal de impresión (112) controlable para proporcionar la impresión 3D;

un licuefactor (113) capaz de licuar el material depositado para proporcionar la impresión 3D;

la flexión de boquilla de licuefactor (111) montada entre el cabezal de impresión (112) y el licuefactor (113) que permite que una distancia entre el cabezal de impresión (112) y el licuefactor (113) varíe cuando se encuentre una resistencia en la punta de la boquilla de impresión (101).

2. El sistema según la reivindicación 1, en donde la resistencia comprende poner en contacto el exceso del material depositado.

3. El sistema según la reivindicación 1, en donde la resistencia comprende la colisión de la punta de la boquilla (101) con una imperfección en la impresión 3D.

4. El sistema según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la flexión (111) permite que el material dispensado fluya plano bajo la fuerza de la flexión (111).

5. El sistema según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la flexión (111) es una celda de carga.

6. El sistema según la reivindicación 1, en donde el flexor (111) comprende un soporte de flexión (114) fijado al cabezal de impresión (112).

7. El sistema según la reivindicación 6, en donde la flexión (111) está configurada para pivotar en el soporte de flexión (114).

8. El sistema según la reivindicación 7, en donde la flexión (111) está conectada al soporte de flexión (114) mediante conexiones de soporte de flexión (116a, 116b).

9. El sistema según la reivindicación 7, en donde el pivotamiento permite que el licuefactor (113) flote hacia arriba y hacia abajo con respecto al cabezal de impresión (112).

10. El sistema según la reivindicación 1, en donde el cabezal de impresión (112) comprende, además, un soporte rígido del cabezal de impresión (112) a un control de movimiento del eje X-Y, y en donde la flexión (111) está entre el licuefactor (113) y el soporte rígido del cabezal de impresión (112) al control de movimiento X-Y.

11. El sistema según la reivindicación 1, en donde la flexión (111) está configurada para poder encenderse y apagarse.

12. El sistema según la reivindicación 11, en donde el apagado comprende fijar la flexión (111) al cabezal de impresión (112).

13. El sistema según la reivindicación 11, en donde el encendido es automatizado.

14. El sistema según la reivindicación 1, en donde la flexión (111) está sometida a un control de velocidad de flexión.

15. El sistema según la reivindicación 14, en donde el control de velocidad de flexión comprende un accionador (803, 903), en donde el accionador (803, 903) comprende un rodillo (805), o en donde el accionador (803, 903) es neumático, o en donde el accionador (803, 903) comprende un servomotor, o en donde el accionador (803, 903) está configurado como un accionador piezoeléctrico.