ES2970494T3

ES2970494T3 - Procedimiento y sistema para fabricación aditiva de estructura sacrificial desprendible

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Publication number: ES2970494T3
Application number: ES18819471T
Authority: ES
Inventors: Mayan Rumbak; Eduardo Napadensky; Gavish Mida
Original assignee: Stratasys Ltd
Current assignee: Stratasys Ltd
Priority date: 2017-12-28
Filing date: 2018-11-27
Publication date: 2024-05-29
Anticipated expiration: 2038-11-27
Also published as: IL275711A; US11897187B2; CN111670104A; JP7195325B2; EP3732015A1; CN111670104B; WO2019130292A1; US20240149521A1; JP2021509370A; EP3732015B1; US20200331195A1

Abstract

Un método de fabricación aditiva de un objeto tridimensional incluye dispensar y solidificar secuencialmente una pluralidad de capas. La pluralidad de capas se puede formar con una pluralidad de materiales modelo de diferentes colores, un material flexible dispuesto en un patrón configurado para formar una estructura de sacrificio que abarca al menos parcialmente el objeto, y un material blando. El material blando está dispuesto en un patrón configurado para proporcionar separación entre el material modelo y la estructura de sacrificio. La pluralidad de materiales modelo de diferentes colores está dispuesta en un patrón configurado correspondiente a la definición de forma y color del objeto. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Procedimiento y sistema para fabricación aditiva de estructura sacrificial desprendible

CAMPO Y ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

La presente invención, en algunos modos de realización de la misma, se refiere a la fabricación aditiva (FA) y, más en particular, pero no exclusivamente, a un procedimiento y sistema para la fabricación aditiva de una estructura sacrificial desprendible.

La fabricación aditiva (FA) es una tecnología que permite la fabricación de estructuras conformadas de forma arbitraria directamente a partir de datos informáticos por medio de etapas de formación aditiva. La operación básica de cualquier sistema de FA consiste en cortar un modelo informático tridimensional en secciones transversales delgadas, traducir el resultado en datos de posición bidimensionales y alimentar los datos al equipo de control que fabrica una estructura tridimensional en forma de capas.

La fabricación aditiva implica muchos enfoques diferentes para el procedimiento de fabricación, incluyendo impresión tridimensional (3D), tal como impresión por inyección de tinta 3D, fusión por haz de electrones, estereolitografía, sinterización selectiva por láser, fabricación de objetos laminados, modelado por depósito fundido y otros.

Los procesos de impresión 3D, por ejemplo, la impresión por inyección de tinta 3D, se realizan por un depósito por inyección de tinta capa por capa de materiales de construcción. Por tanto, se distribuye un material de construcción desde un cabezal distribuidor que tiene un conjunto de boquillas para depositar capas sobre una estructura de soporte. Dependiendo del material de construcción, las capas se pueden curar o solidificar a continuación usando un dispositivo adecuado.

El material de construcción de un proceso de FA típico incluye un material modelo (también denominado "material de modelado"), que se deposita para producir el objeto deseado, y un material de soporte (también denominado "material para soporte") que proporciona soporte temporal a regiones específicas del objeto durante la construcción y para asegurar la colocación vertical adecuada de capas de objeto posteriores. Por ejemplo, en los casos donde los objetos incluyen rasgos característicos o conformaciones salientes, por ejemplo, geometrías curvas, ángulos negativos, huecos y similares, los objetos se construyen típicamente usando construcciones de soporte contiguas, que se usan durante la impresión y, a continuación, se retiran posteriormente para revelar la conformación final del objeto fabricado.

Los procedimientos conocidos para la extracción de materiales de soporte incluyen impacto con chorro de agua, procedimientos químicos, tales como disolución en un disolvente, a menudo en combinación con un tratamiento térmico. Por ejemplo, para material de soporte soluble en agua, el objeto fabricado, incluyendo su estructura de soporte, se sumerge en agua que puede disolver el material de soporte.

El documento US 2004/187714 A1 muestra un material pseudocompuesto, que incluye, entre otras cosas, una primera fase y una segunda fase, en el que cada fase puede incluir, entre otras cosas, un compuesto orgánico, en el que cada fase comprende una multiplicidad de capas de construcción, en el que las capas se depositaron por impresión por chorro de tinta, en el que el material pseudocompuesto presenta una estructura tridimensional no homogénea.

SUMARIO DE LA INVENCIÓN

De acuerdo con un aspecto de la presente invención, como se divulga en la reivindicación 1, se proporciona un procedimiento de fabricación aditiva de un objeto tridimensional. El procedimiento comprende: distribuir y solidificar secuencialmente una pluralidad de capas que comprende (i) una pila de capas que incluye un material de modelado dispuesto en un patrón configurado correspondiente a la conformación del objeto, (ii) una pila de capas que incluye un material flexible y que forma una estructura sacrificial, y (iii) una pila de capas que incluye un material blando que tiene un módulo elástico inferior al del material flexible y que forma una estructura intermedia entre el objeto y la estructura sacrificial; y aplicar una fuerza de desprendimiento a la estructura sacrificial (por ejemplo, en un entorno seco) para separar la estructura sacrificial del objeto.

De acuerdo con otro aspecto de la presente invención, como se divulga en la reivindicación 2, se proporciona un sistema para fabricar un objeto tridimensional por fabricación aditiva. El sistema comprende: una pluralidad de cabezales distribuidores, por ejemplo, al menos un primer cabezal distribuidor configurado para distribuir un material de modelado, un segundo cabezal distribuidor configurado para distribuir un material flexible y un tercer cabezal distribuidor configurado para distribuir un material blando que tiene un módulo elástico inferior al del material flexible; un sistema de solidificación configurado para solidificar cada uno de los materiales; y un controlador computarizado que tiene un circuito configurado para operar los cabezales distribuidores y el sistema de solidificación para distribuir y solidificar secuencialmente la pluralidad de capas como se define anteriormente y opcional y preferentemente como se detalla y ejemplifica además a continuación.

De acuerdo con otro aspecto que no forma parte de la presente invención, se proporciona una impresora tridimensional de inyección de tinta en color que es adecuada para entornos domésticos y de oficina. En algunas implementaciones de ejemplo, la idoneidad para uso doméstico y de oficina se basa en que la impresora forme al menos una porción de la estructura sacrificial usando un material que se pueda separar fácilmente de la estructura modelo, es decir, del objeto 3D impreso, por ejemplo, desprendiendo manualmente la estructura sacrificial del objeto. Opcionalmente, el material flexible que forma al menos una porción de la estructura sacrificial desprendible es un material elastomérico. La separación se puede realizar al finalizar el proceso de impresión sin necesidad de equipos ni disolventes específicos. De esta manera, la estructura sacrificial se puede retirar rápidamente, de forma ordenada y con poca producción de residuos. En algunos modos de realización de ejemplo, se pueden formar porciones adicionales de la estructura sacrificial con un material blando, tal como, pero sin limitarse a, un material que sea soluble en agua o disolvente. Opcionalmente, el material blando se aplica entre el material modelo que forma el objeto y el material flexible de la estructura sacrificial, es decir, la estructura intermedia, y se puede unir al material flexible desprendible y desprenderse conjuntamente con él. Opcionalmente, el material blando o los restos de material blando de la estructura intermedia sobre el objeto se pueden retirar fácilmente frotando o sumergiendo el objeto en agua una vez que se retira el material flexible.

En ejemplos que no forman parte de la invención, la idoneidad para uso doméstico y de oficina se basa adicionalmente en un tamaño compacto del sistema de impresión en color por inyección de tinta tridimensional, para imprimir objetos a todo color, comprendiendo el sistema compacto como máximo tres cabezales de impresión, por ejemplo, comprendiendo cada cabezal dos colecciones lineales de boquillas. Cada colección de boquillas ser específica para imprimir un material diferente, de modo que, por ejemplo, el sistema deposita cinco materiales de modelado de colores diferentes y un material de soporte. Para usar un material flexible para proporcionar la estructura sacrificial de la invención, sin necesidad de añadir otro cabezal de impresión y, por tanto, comprometer el tamaño compacto del sistema de impresión, se puede usar el material flexible en lugar de uno de los materiales de modelado de colores, de modo que el sistema compacto deposita cuatro materiales de modelado de colores diferentes, un material flexible y un material de soporte. Opcionalmente, se selecciona un material flexible que tenga un color similar al del material de modelado de color al que reemplaza, opcional y preferentemente el material de modelado negro. En algunos modos de realización de ejemplo, el color de material de modelado faltante, por ejemplo, negro, se produce en su lugar combinando digitalmente otros materiales de modelado de colores proporcionados para su uso con la impresora, por ejemplo, una combinación de cian, magenta y amarillo (CMY).

Los autores de la presente invención han descubierto que las propiedades mecánicas del objeto no se ven afectadas significativamente cuando se usa el material flexible como sustituto de uno de los materiales de modelado en el objeto, por ejemplo, cuando se producen detalles finos en el objeto o cuando se usa el material flexible para producir porciones volumétricas relativamente pequeñas del objeto. Por tanto, se puede usar material flexible negro, por ejemplo, para producir detalles finos en el objeto 3D que se está formando, además de usarse como material desprendible para la estructura sacrificial.

De acuerdo con un aspecto de algunos modos de realización de ejemplo, se proporciona un procedimiento de fabricación aditiva de un objeto tridimensional que comprende: distribuir y solidificar secuencialmente una pluralidad de capas, en el que la pluralidad de capas se forma con (i) una pluralidad de materiales modelo de colores diferentes dispuestos en un patrón configurado correspondiente a la definición de conformación y color del objeto, (ii) un material flexible dispuesto en un patrón configurado para formar una estructura sacrificial que engloba al menos parcialmente el objeto, y (iii) un material blando dispuesto en un patrón configurado para proporcionar separación entre el material modelo y la estructura sacrificial.

Opcionalmente, el material blando tiene un módulo elástico inferior al del material flexible.

La pluralidad de materiales modelo de colores diferentes no incluye un material modelo negro.

De acuerdo con la invención, el material flexible es negro.

Opcionalmente, se forma una porción negra del objeto en base a (i) la mezcla digital de la pluralidad de materiales modelo de colores diferentes para crear un color negro; (ii) una cantidad de material flexible negro; o (iii) una combinación de (i) y (ii).

Opcionalmente, el material flexible es negro.

De acuerdo con algunos ejemplos, que no forman parte de la invención, se proporciona un producto desoftwareinformático, que comprende un medio legible por ordenador en el que se almacenan instrucciones de programa, instrucciones que, cuando se leen por un controlador computarizado de un sistema de fabricación aditiva, hacen que dicho sistema distribuya y solidifique secuencialmente una pluralidad de capas formadas con (i) una pluralidad de materiales modelo de colores diferentes dispuestos en un patrón configurado correspondiente a la definición de conformación y color del objeto, (ii) un material flexible dispuesto en un patrón configurado para formar una estructura sacrificial que engloba al menos parcialmente el objeto, y (iii) un material blando dispuesto en un patrón configurado para proporcionar separación entre el material modelo y la estructura sacrificial.

Opcionalmente, la pluralidad de materiales modelo de colores diferentes no incluye un material modelo negro.

Opcionalmente, el material flexible es negro.

Opcionalmente, las instrucciones incluyen comandos para crear un color negro en el objeto (i) mezclando digitalmente una pluralidad de materiales modelo de colores; (ii) imprimiendo una cantidad de material flexible negro; o (iii) por una combinación de (i) y (ii).

De acuerdo con un aspecto de algunos modos de realización de ejemplo, se proporciona un sistema de fabricación aditiva (FA) para fabricar un objeto de color tridimensional, comprendiendo el sistema: un aparato de suministro de material de construcción configurado para contener un grupo de cartuchos de suministro en el que dicho grupo de cartuchos de suministro comprende un conjunto de cartuchos con materiales modelo de colores diferentes, un cartucho que contiene un material flexible y un cartucho que contiene un material blando, teniendo el material blando un módulo elástico inferior al del material flexible; colecciones de boquillas montadas en cabezales distribuidores configurados para recibir materiales desde el aparato de suministro de material de construcción; un sistema de solidificación configurado para solidificar los materiales distribuidos desde los cabezales distribuidores; y un controlador computarizado que tiene un circuito configurado para operar los cabezales distribuidores y el sistema de solidificación para distribuir y solidificar secuencialmente una pluralidad de capas que comprende (i) una pluralidad de materiales modelo de colores diferentes dispuestos en un patrón configurado correspondiente a la definición de conformación y color del objeto, (ii) el material flexible dispuesto en un patrón configurado para formar una estructura sacrificial que engloba al menos parcialmente el objeto, y (iii) el material blando dispuesto en un patrón configurado para proporcionar separación entre el material modelo y la estructura sacrificial.

La pluralidad de materiales modelo de colores diferentes no incluye material modelo negro.

De acuerdo con la invención, el material flexible es negro.

Opcionalmente, los cabezales distribuidores están configurados para operarse para imprimir un color negro en el objeto imprimiendo (i) una mezcla digital de la pluralidad de materiales modelo de colores diferentes; (ii) una cantidad de material flexible negro; o (iii) una combinación de (i) y (ii).

De acuerdo con un aspecto de algunos modos de realización de ejemplo, se proporciona un sistema de FA para fabricar un objeto tridimensional, comprendiendo el sistema: un aparato de suministro de material de construcción configurado para contener hasta seis cartuchos de suministro, en el que los cartuchos de suministro se seleccionan de un grupo que incluye cartuchos con materiales modelo de colores diferentes, cartuchos con material flexible y cartuchos con material blando, teniendo el material blando un módulo elástico inferior al del material flexible; hasta seis colecciones de boquillas montadas en cabezales distribuidores configurados para recibir materiales desde el aparato de suministro de material de construcción; un sistema de solidificación configurado para solidificar los materiales distribuidos desde los cabezales distribuidores; y un controlador computarizado que tiene un circuito configurado para operar los cabezales distribuidores y el sistema de solidificación para distribuir y solidificar secuencialmente una pluralidad de capas que comprende (i) una pluralidad de materiales modelo de colores diferentes dispuestos en un patrón configurado correspondiente a la definición de conformación y color del objeto, (ii) el material flexible dispuesto en un patrón configurado para formar una estructura sacrificial que engloba al menos parcialmente el objeto, y (iii) el material blando dispuesto en un patrón configurado para proporcionar separación entre el material modelo y la estructura sacrificial; en el que la pluralidad de diferentes materiales modelo de colores no incluye material modelo negro.

De acuerdo con un aspecto de algunos modos de realización de ejemplo, se proporciona un sistema para fabricar un objeto tridimensional por fabricación aditiva, comprendiendo el sistema: un aparato de suministro de material de construcción configurado para contener hasta seis cartuchos de suministro, en el que los cartuchos de suministro se seleccionan de un grupo que incluye cartuchos con materiales modelo de colores diferentes, cartuchos con material flexible y cartuchos con material blando, teniendo el material blando un módulo elástico inferior al del material flexible; y en el que los materiales modelo de colores diferentes incluyen blanco, cian, magenta y amarillo; hasta tres cabezales distribuidores configurados para recibir materiales desde el aparato de suministro de material de construcción; un sistema de solidificación configurado para solidificar cada uno de los materiales; y un controlador computarizado que tiene un circuito configurado para operar los cabezales distribuidores y el sistema de solidificación para distribuir y solidificar secuencialmente una pluralidad de capas que comprenden (i) los materiales modelo de colores diferentes dispuestos en un patrón configurado correspondiente a la definición de conformación y color del objeto, (ii) el material flexible dispuesto en un patrón configurado para formar una estructura sacrificial que engloba al menos parcialmente el objeto, y (iii) el material blando dispuesto en un patrón configurado para proporcionar separación entre el material modelo y la estructura sacrificial; en el que al menos una porción de los tres cabezales distribuidores están configurados para operarse para mezclar digitalmente cian, magenta y amarillo para crear un color negro en el objeto.

De acuerdo con la invención, el material flexible es negro y en la que el material flexible se aplica para formar al menos una porción del objeto que se define que es negra.

De acuerdo con la invención, el material flexible es negro y en la que el material flexible se incluye en la mezcla digital de la pluralidad de materiales modelo de colores diferentes para crear el color negro en el objeto.

Opcionalmente, se forma una porción negra del objeto en base a la mezcla digital de la pluralidad de materiales modelo de colores diferentes siempre que el volumen de la porción negra sea mayor que un umbral definido.

Opcionalmente, se forma una porción negra del objeto con el material flexible siempre que el volumen de la porción negra sea menor que el umbral definido.

Opcionalmente, el material blando se dispone en un patrón configurado para formar divisiones en la estructura sacrificial.

Opcionalmente, las divisiones se forman en planos simétricos al objeto.

Opcionalmente, el material blando está configurado para rellenar agujeros definidos por la geometría del objeto. Opcionalmente, el material blando está configurado para englobar rasgos característicos delicados susceptibles de romperse si se aplica una fuerza de tracción o desprendimiento en sus proximidades.

Opcionalmente, el material blando se forma a partir de un gel que es soluble en agua.

Opcionalmente, un espesor de la separación entre el material modelo y la estructura sacrificial proporcionada por el material blando es de 100 micrómetros a 300 micrómetros.

Opcionalmente, un espesor mínimo de la estructura sacrificial es de aproximadamente 500 micrómetros a aproximadamente 3 mm.

Opcionalmente, un módulo de flexión de al menos una porción del material modelo es de 2000 MPa a 4000 MPa. Opcionalmente, el material modelo comprende al menos un material no curable adicional, en el que el material no curable se selecciona de un grupo que incluye: un colorante, un iniciador, un dispersante, un tensioactivo, un estabilizador y un inhibidor.

Opcionalmente, la estructura sacrificial se caracteriza, una vez solidificada, por una resistencia al desgarro de al menos 4 kN por metro, cuando se mide de acuerdo con la norma internacional ASTM D-624, una vez solidificada.

Opcionalmente, la estructura sacrificial se caracteriza, una vez solidificada, por una resistencia al desgarro de aproximadamente 4 kN por metro a aproximadamente 8 kN por metro, cuando se mide de acuerdo con la norma internacional ASTM D-624.

Opcionalmente, la capa sacrificial está configurada para desprenderse y en la que la magnitud de la fuerza de desprendimiento es de aproximadamente 1 N a aproximadamente 20 N.

Opcionalmente, la capa sacrificial está configurada de modo que la fuerza de desprendimiento de 5 N dé como resultado una tensión de flexión de al menos 0,02.

Opcionalmente, el material flexible es una formulación que comprende partículas de sílice.

Opcionalmente, la formulación se caracteriza, cuando se endurece, por una resistencia al desgarro que es superior en al menos 0,5 kN por metro a una formulación solidificada que tiene el mismo material flexible pero desprovista de partículas de sílice.

Opcionalmente, las partículas de sílice tienen un tamaño de partícula promedio inferior a 1 micrómetro.

Opcionalmente, al menos una porción de las partículas de sílice comprenden una superficie hidrófila.

Opcionalmente, al menos una porción de las partículas de sílice comprenden una superficie hidrófoba.

Opcionalmente, al menos una porción de las partículas de sílice comprende partículas de sílice funcionalizadas. Opcionalmente, al menos una porción de las partículas de sílice están funcionalizadas por grupos funcionales curables.

Opcionalmente, los grupos funcionales curables comprenden grupos (met)acrilato.

Opcionalmente, la cantidad de partículas de sílice en la formulación varía de aproximadamente 1 a aproximadamente 20, o de aproximadamente 1 a aproximadamente 15, o de aproximadamente 1 a aproximadamente 10, porcentajes en peso, del peso total de la formulación.

Opcionalmente, una proporción en peso del material flexible y las partículas de sílice varía de aproximadamente 30:1 a aproximadamente 4:1.

Opcionalmente, la cantidad del material flexible es de al menos un 40 %, o al menos un 50 %, en peso del peso total de la formulación.

Opcionalmente, el material flexible incluye uno o más de: un monómero elastomérico monofuncional, un oligómero elastomérico monofuncional, un monómero elastomérico multifuncional, oligómero elastomérico multifuncional.

Opcionalmente, la formulación comprende un material curable adicional.

Opcionalmente, la formulación comprende un material curable monofuncional elastomérico, un material curable multifuncional elastomérico y un material curable monofuncional adicional.

Opcionalmente, una concentración del material monofuncional elastomérico varía de aproximadamente un 10 % a aproximadamente un 30 %, en peso.

Opcionalmente, una concentración del material curable monofuncional elastomérico varía de aproximadamente un 50 % a aproximadamente un 70 %, en peso.

Opcionalmente, una concentración del material curable multifuncional elastomérico varía de aproximadamente un 10 % a aproximadamente un 20 %, en peso.

Opcionalmente, una concentración del material monofuncional curable varía de aproximadamente un 20 % a aproximadamente un 30 %, en peso.

Opcionalmente, una concentración del material curable monofuncional elastomérico varía de aproximadamente un 30 % a aproximadamente un 50 %, en peso.

Opcionalmente, una concentración del material curable multifuncional elastomérico varía de aproximadamente un 10 % a aproximadamente un 30 %, en peso.

Opcionalmente, el material flexible es un material elastomérico curable por UV.

El material flexible es un elastómero acrílico.

A menos que se defina de otro modo, todos los términos técnicos y/o científicos usados en el presente documento tienen el mismo significado que se entiende comúnmente por un experto en la técnica a la que pertenece la invención. Aunque se pueden usar procedimientos y materiales similares o equivalentes a los descritos en el presente documento en la práctica o pruebas de modos de realización de la invención, a continuación se describen procedimientos y/o materiales ejemplares. En caso de conflicto, prevalecerá la memoria descriptiva de la patente, incluyendo las definiciones. Además, los materiales, procedimientos y ejemplos son solo ilustrativos y no pretenden ser necesariamente limitantes.

La implementación del procedimiento y/o sistema de modos de realización de la invención puede implicar realizar o completar tareas seleccionadas de forma manual, automática o una combinación de las mismas. Además, de acuerdo con la instrumentación y los equipos reales de los modos de realización del procedimiento y/o sistema de la invención, se podrían implementar varias tareas seleccionadas porhardware,porsoftwareo porfirmwareo por una combinación de los mismos usando un sistema operativo.

Por ejemplo, elhardwarepara realizar tareas seleccionadas de acuerdo con modos de realización de la invención se podría implementar como un chip o un circuito. Comosoftware,se podrían implementar las tareas seleccionadas de acuerdo con modos de realización de la invención como una pluralidad de instrucciones desoftwareque se ejecutan por un ordenador usando cualquier sistema operativo adecuado. En un modo de realización ejemplar de la invención, se realizan una o más tareas de acuerdo con modos de realización ejemplares del procedimiento y/o sistema como se describe en el presente documento por un procesador de datos, tal como una plataforma informática para ejecutar una pluralidad de instrucciones.

Opcionalmente, el procesador de datos incluye una memoria volátil para almacenar instrucciones y/o datos y/o un almacenamiento no volátil, por ejemplo, un disco duro magnético y/o medios extraíbles, para almacenar instrucciones y/o datos. Opcionalmente, también se proporciona una conexión de red. También se proporciona opcionalmente una pantalla y/o un dispositivo de entrada de usuario, tal como un teclado o un ratón.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS VARIAS VISTAS DE LOS DIBUJOS

Algunos modos de realización de la invención se describen en el presente documento, solo a modo de ejemplo, con referencia a los dibujos e imágenes adjuntos. Con referencia específica ahora a los dibujos en detalle, se destaca que los detalles mostrados son a modo de ejemplo y con propósitos de análisis ilustrativo de los modos de realización de la invención. A este respecto, la descripción tomada con los dibujos hace evidente para los expertos en la técnica cómo se pueden poner en práctica los modos de realización de la invención.

En los dibujos:

Las FIGURAS 1A-D son ilustraciones esquemáticas de sistemas de fabricación aditiva de acuerdo con algunos modos de realización de la invención;

las FIGURAS 2A-2C son ilustraciones esquemáticas de cabezales de impresión de acuerdo con algunos modos de realización de la presente invención;

las FIGURAS 3A y 3B son ilustraciones esquemáticas que demuestran transformaciones de coordenadas de acuerdo con algunos modos de realización de la presente invención;

la FIGURA 4 es una ilustración esquemática de un sistema de FA a todo color de acuerdo con algunos modos de realización de la invención;

las FIGURAS 5A y 5B son vistas superiores y en perspectiva ejemplares de un bloque de impresión de un sistema de FA de acuerdo con algunos modos de realización de la presente invención;

la FIGURA 6 es un diagrama de flujo del procedimiento de acuerdo con diversos modos de realización ejemplares de la presente invención;

la FIGURA 7A es un diagrama de flujo simplificado de un procedimiento ejemplar para soportar un objeto impreso con una combinación de materiales de soporte, de acuerdo con algunos modos de realización de la presente invención;

la FIGURA 7B es un diagrama de flujo simplificado de un procedimiento ejemplar para impresión en color con un sistema de FA, de acuerdo con algunos modos de realización de la presente invención;

las FIGURAS 8A y 8B son ilustraciones esquemáticas de dos configuraciones diferentes para imprimir un objeto con un material flexible desprendible y una estructura blanda intermedia, ambas de acuerdo con algunos modos de realización de la presente invención;

las FIGURAS 9A y 9B son ilustraciones esquemáticas de dos configuraciones diferentes para imprimir un objeto que incluyen grandes volúmenes de soporte, el objeto rodeado con un material flexible desprendible y una estructura blanda intermedia, todas de acuerdo con algunos modos de realización de la presente invención; la FIGURA 10A y 10B son ilustraciones esquemáticas de un objeto con una geometría de bucle cerrado impreso conjuntamente con un material flexible desprendible y una estructura blanda intermedia, de acuerdo con algunos modos de realización de la presente invención;

las FIGURAS 11A, 11B y 11C son ilustraciones esquemáticas de tres configuraciones diferentes para imprimir un objeto que incluyen un agujero, el objeto rodeado con un material flexible desprendible y una estructura blanda intermedia, todas de acuerdo con algunos modos de realización de la presente invención;

las FIGURAS 12A, 12B y 12C son ilustraciones esquemáticas de tres configuraciones diferentes para imprimir un objeto que incluyen una cavidad de aspecto de proporción alta, el objeto rodeado con un material flexible desprendible y una estructura blanda intermedia, todas de acuerdo con algunos modos de realización de la presente invención;

las FIGURAS 13A, 13B y 13C son ilustraciones esquemáticas de tres configuraciones diferentes para imprimir un objeto que incluyen un rasgo característico delicado con un material flexible circundante que forma una estructura sacrificial, todas de acuerdo con algunos modos de realización de la presente invención;

las FIGURAS 14A, 14B, 14C y 14D muestran un proceso de desprendimiento ejemplar de una estructura sacrificial elastomérica negra a partir de un modelo de color, de acuerdo con algunos modos de realización de la presente invención;

la FIGURA 15 es un gráfico que muestra los valores de Shore A de diversas muestras negras impresas con diferentes combinaciones de materiales de modelado/flexibles, de acuerdo con algunos modos de realización de la invención; y

la FIGURA 16 es un gráfico que muestra los valores de adherencia de diversas muestras negras impresas con diferentes combinaciones de materiales de modelado/flexibles, de acuerdo con algunos modos de realización de la invención.

DESCRIPCIÓN DE MODOS DE REALIZACIÓN ESPECÍFICOS DE LA INVENCIÓN

La presente invención, en algunos modos de realización de la misma, se refiere a la fabricación aditiva (FA) y, más en particular, pero no exclusivamente, a un procedimiento y sistema para la fabricación aditiva de una estructura sacrificial desprendible para un objeto 3D a todo color formado por un aparato de FA.

Antes de exponer en detalle al menos un modo de realización de la invención, se ha de entender que la invención no se limita necesariamente en su aplicación a los detalles de construcción y la disposición de los componentes y/o procedimientos expuestos en la siguiente descripción y/o o ilustrados en los dibujos y/o los ejemplos. La invención es susceptible de otros modos de realización o de ponerse en práctica o llevarse a cabo de diversas maneras.

El procedimiento y el sistema de los presentes modos de realización fabrican objetos tridimensionales en base a datos del objeto informáticos en forma de capas formando una pluralidad de capas en un patrón configurado correspondiente a la conformación de los objetos. Los datos del objeto informáticos pueden estar en cualquier formato conocido, incluyendo, sin limitación, un formato de lenguaje de teselación estándar (STL) o uno de contorno de estereolitografía (SLC), lenguaje de modelado de realidad virtual (VRML), formato de archivo de fabricación aditiva (AMF), formato de intercambio de dibujos (DXF), formato de archivo poligonal (PLY) o cualquier otro formato adecuado para diseño asistido por ordenador (CAD).

El término "objeto", como se usa en el presente documento, se refiere a un objeto completo o a una parte del mismo. El término "objeto" describe un producto final de la fabricación aditiva. Este término se refiere al producto obtenido por un procedimiento como se describe en el presente documento, después de retirar el material de soporte, si éste se ha usado como parte del material de construcción. Por lo tanto, el "objeto" consiste esencialmente (al menos un 95 por ciento en peso) en un material de modelado endurecido (por ejemplo, curado).

Cada capa se forma por un aparato de fabricación aditiva que realiza un barrido de una superficie bidimensional y la estampa. Mientras realiza un barrido, el aparato visita una pluralidad de ubicaciones objetivo en la capa o superficie bidimensional, y decide, para cada ubicación objetivo o un grupo de ubicaciones objetivo, si la ubicación objetivo o grupo de ubicaciones objetivo se ha de ocupar o no por material de construcción y qué tipo de material de construcción se ha de suministrar a la misma. La decisión se toma de acuerdo con una imagen informática de la superficie.

El término mezcla digital se refiere a distribuir dos o más materiales que opcionalmente tienen diferentes colores o propiedades de manera entrelazada, a escala microscópica o nivel de vóxel. Dicha mezcla digital puede presentar, cuando se observa macroscópicamente, un nuevo color o propiedad que es diferente a los colores o propiedades de los materiales individuales.

Cada vóxel o bloque de vóxel da como resultado un material modelo diferente y el nuevo color, por ejemplo, de la región mezclada digitalmente es el resultado de una combinación espacial, a nivel de vóxel, de varios materiales modelo diferentes.

El término "a nivel de vóxel", como se usa en el presente documento en el contexto de un material y/o colores diferentes, engloba diferencias entre bloques de vóxeles, así como diferencias entre vóxeles individuales o grupos de unos pocos vóxeles.

En algunos modos de realización de la presente invención, la FA comprende impresión tridimensional, más preferentemente impresión por inyección de tinta tridimensional. En estos modos de realización se distribuye un material de construcción desde un cabezal distribuidor que tiene un conjunto de boquillas para depositar el material de construcción en capas sobre una estructura de soporte. Por tanto, el aparato de FA distribuye material de construcción en las ubicaciones objetivo que se han de ocupar y deja otras ubicaciones objetivo vacías.

El aparato de acuerdo con algunos modos de realización de la invención incluye una pluralidad de cabezales distribuidores, de los que cada uno está configurado para distribuir uno o más materiales de construcción diferentes. Por tanto, diferentes ubicaciones objetivo se pueden ocupar por diferentes materiales de construcción. Los tipos de materiales de construcción se pueden clasificar en dos categorías principales: material de modelado y material de soporte. El material de soporte sirve como matriz o construcción de soporte para soportar el objeto o partes del objeto durante el proceso de fabricación y/u otros propósitos, por ejemplo, proporcionar objetos huecos o porosos. Las construcciones de soporte pueden incluir adicionalmente elementos de material de modelado, por ejemplo, para fuerza de soporte adicional.

El material de modelado es, en general, una composición que se formula para su uso en la fabricación aditiva y que opcional y preferentemente puede formar un objeto tridimensional por sí solo, es decir, sin tener que mezclarse o combinarse con ninguna otra sustancia.

El objeto tridimensional final está hecho del material de modelado o de una combinación de dos o más materiales de modelado, o de una combinación de materiales de modelado y de soporte, o modificación de los mismos (por ejemplo, tras la solidificación, tal como, pero sin limitarse a, curado). Todas estas operaciones son bien conocidas por los expertos en la técnica de la fabricación de formas libres sólidas.

El/los material(es) se deposita(n) opcional y preferentemente en capas durante el mismo paso de los cabezales de impresión del aparato de FA. El/los material(es) y combinación/combinaciones de materiales dentro de la capa se pueden seleccionar de acuerdo con las propiedades deseadas del objeto que se está imprimiendo.

De acuerdo con algunos modos de realización de ejemplo de la presente divulgación, un aparato de FA, tal como una impresora de inyección de tinta tridimensional, puede imprimir objetos tridimensionales con una pluralidad de colores diferentes y también puede imprimir una estructura sacrificial que se puede separar fácilmente del objeto tridimensional de manera que sea adecuada para uso doméstico y de oficina. Los sistemas existentes, en general, forman estructuras sacrificiales usando materiales que no son fácilmente separables del objeto tridimensional. Estos son típicamente complicados y se necesita equipo específico para retirar la estructura sacrificial del objeto impreso. Estos procedimientos conocidos no son convenientes para el entorno doméstico o de oficina. Los autores de la presente invención han descubierto que existe la necesidad de estructuras sacrificiales limpias y fácilmente extraíbles, y han ideado una técnica que permite dicha fácil extracción. El material que forma la estructura sacrificial puede tener cualidades elastoméricas que lo hacen adecuado para desprenderse del material de modelado que forma el objeto.

Una impresora de inyección de tinta tridimensional para uso doméstico y de oficina tiene, opcional y preferentemente, un diseño compacto y fácil de usar. En algunos modos de realización de ejemplo, la impresora compacta o sistema de impresión de acuerdo con algunos modos de realización de ejemplo comprende como máximo tres cabezales de impresión de inyección de tinta, por ejemplo, comprendiendo cada cabezal dos colecciones lineales de boquillas, en el que cada colección de boquillas puede ser específica para imprimir un material diferente, de modo que, por ejemplo, el sistema pueda depositar cinco materiales de modelado de colores diferentes y un material de soporte, típicamente, cian, magenta, amarillo, negro, blanco y un material de soporte.

Para añadir un material flexible para formar la construcción sacrificial desprendible, o al menos parte de la misma, sin comprometer la compacidad del sistema de impresión, por ejemplo, sin añadir un cabezal de impresión adicional, uno de los materiales de modelado de colores se puede reemplazar por un material flexible que tenga un color similar al del material de modelado de color al que reemplaza, para formar la estructura sacrificial. Por tanto, el sistema compacto deposita cuatro materiales de modelado de colores diferentes, un material flexible y un material de soporte.

Si bien uno cualquiera o varios de los materiales de modelado de colores se pueden reemplazar por un material flexible de acuerdo con los modos de realización de la invención, los autores de la invención han descubierto que reemplazar el material de modelado negro por un material flexible negro es ventajoso por varios motivos: (1) el color negro no se usa ampliamente como material de modelado cuando se imprime un objeto a todo color; (2) los colores digitales 3D, en general, no requieren una gran cantidad de "vóxeles" negros para obtener el efecto de color deseado; (3) se pueden crear grandes regiones negras del objeto que requieren material de modelado negro depositando solo el material flexible negro, una combinación digital de material de modelado de color que da como resultado un color negro, por ejemplo, cian, magenta y amarillo (CMY), o bien una combinación digital del material flexible negro conjuntamente con material de modelado CMY; (4) los detalles finos y los pequeños volúmenes del objeto que están en negro, es decir, cuando se necesitan en pequeñas cantidades, se pueden formar con el material flexible negro sin afectar significativamente las propiedades mecánicas del objeto.

Se entenderá fácilmente por el experto en la técnica que, si bien los presentes modos de realización pueden ser en particular adecuados para un sistema compacto a todo color que comprende tres cabezales de impresión de canales lineales dobles (o seis cabezales de impresión de canal lineal individual) para imprimir cinco materiales de modelado de colores base y un material de soporte (CMYKW-S), la invención también es adecuada para sistemas a todo color que comprenden materiales de modelado de colores adicionales o alternativos, tales como transparente, naranja, violeta, cian claro, magenta claro, que necesitarían más de tres cabezales de impresión de canales dobles (o seis canales individuales) para generar la paleta de colores disponible. En algunos modos de realización específicos de la invención, el sistema de impresión a todo color comprende al menos cuatro canales (es decir, colecciones de boquillas, tales como una colección de boquillas lineales) para inyectar materiales de modelado de colores base, al menos un canal para inyectar un material blando y al menos un canal para inyectar un material flexible negro.

Un ejemplo representativo y no limitante de un sistema 110 adecuado para la FA de un objeto 112 de acuerdo con algunos modos de realización de la presente invención se ilustra en la FIGURA 1A. El sistema 110 comprende un aparato de fabricación aditiva 114 tener una unidad distribuidora 16 que comprende una pluralidad de cabezales distribuidores. Cada cabezal comprende preferentemente una colección de una o más boquillas 122, como se ilustra en las FIGURAS 2A-C descritas a continuación, a través de las que se distribuye un material de construcción líquido 124.

Preferentemente, pero no obligatoriamente, el aparato 114 es un aparato de impresión tridimensional, en este caso los cabezales distribuidores son cabezales de impresión, y el material de construcción se distribuye por medio de tecnología de inyección de tinta. Este no tiene por qué ser necesariamente el caso, puesto que, para algunas aplicaciones, puede no ser necesario que el aparato de fabricación aditiva emplee técnicas de impresión tridimensional. Los ejemplos representativos de aparatos de fabricación aditiva contemplados de acuerdo con diversos modos de realización ejemplares de la presente invención incluyen, sin limitación, aparatos de modelado por depósito fundido y aparatos de depósito de material fundido.

Cada cabezal distribuidor se alimenta opcional y preferentemente por medio de un depósito de material de construcción que puede incluir opcionalmente un controlador de temperatura (por ejemplo, un sensor de temperatura y/o un dispositivo de calentamiento) y un sensor de nivel de material. Para distribuir el material de construcción, se aplica una señal de voltaje a los cabezales distribuidores para depositar selectivamente gotitas de material por medio de las boquillas del cabezal distribuidor, por ejemplo, como en la tecnología de impresión por inyección de tinta piezoeléctrica. La tasa de distribución de cada cabezal depende del número de boquillas, el tipo de boquillas y la tasa de señal de voltaje aplicada (frecuencia). Dichos cabezales distribuidores son conocidos por los expertos en la técnica de la fabricación de formas libres sólidas.

En el ejemplo representativo de la FIGURA 1A, se ilustran cuatro cabezales distribuidores 16a, 16b, 16c y 16d . Cada uno de los cabezales 16a, 16b, 16c y 16d tiene una colección de boquillas. En este ejemplo, los cabezales 16a y 16b se pueden designar para material(es) de modelado y los cabezales 16c y 16d se pueden designar para material de soporte. Por tanto, el cabezal 16a puede distribuir un primer material de modelado, el cabezal 16b puede distribuir un segundo material de modelado y los cabezales 16c y 16d pueden distribuir ambos material de soporte. En un modo de realización alternativo, cada uno de los cabezales 16a, 16b y 16c puede distribuir uno o más materiales de modelado diferentes. En un modo de realización alternativo, los cabezas 16c y 16d, por ejemplo, se pueden combinar en un único cabezal que tiene dos colecciones de boquillas para depositar material de soporte. En otro modo de realización alternativo, los cabezales 16a y 16b, pueden distribuir ambos el mismo material de modelado, o combinarse en un único cabezal que tiene dos colecciones de boquillas para depositar uno o dos materiales de modelado diferentes. En otro modo de realización alternativo, la unidad distribuidora 16 comprende solo el cabezal 16a (para distribuir un material de modelado) y el 16c (para distribuir un material de soporte), y el sistema 110 no incluye ningún cabezal distribuidor adicional aparte de los cabezales 16a y 16c.

En un modo de realización preferente, hay M cabezales de modelado, teniendo cada uno m colecciones de p boquillas, y S cabezales de soporte, teniendo cada uno s colecciones de q boquillas, de modo que Mxmxp = Sxsxq. Cada una de las Mxm colecciones de modelado y las Sxs colecciones de soporte se pueden fabricar como una unidad física separada, que se puede ensamblar y desmontar del grupo de colecciones. En este modo de realización, cada una de dichos colecciones comprende opcional y preferentemente un controlador de temperatura y un sensor de nivel de material propio, y recibe un voltaje o voltajes controlados individualmente para su funcionamiento.

El aparato 114 puede comprender además un sistema de solidificación 324, por ejemplo, el dispositivo de endurecimiento 324, que puede incluir cualquier dispositivo configurado para emitir luz, calor o similares que puedan provocar que el material depositado se solidifique y opcional y preferentemente se endurezca. Por ejemplo, el sistema de solidificación 324 puede comprender una o más fuentes de radiación, que pueden ser, por ejemplo, una lámpara ultravioleta o visible o infrarroja, u otras fuentes de radiación electromagnética, o fuente de haz de electrones, dependiendo del material de modelado que se use. En algunos modos de realización de la presente invención, el sistema de solidificación 324 funciona para curar o solidificar el material de modelado. En algunos modos de realización de la presente invención, el sistema de solidificación 324 funciona para curar o solidificar tanto el material de modelado como el material de soporte.

Los cabezales distribuidores y la fuente de radiación están montados preferentemente en un armazón o bloque 128 que es preferentemente operativo para moverse recíprocamente sobre una bandeja 360, que funciona como superficie de trabajo. En algunos modos de realización de la presente invención, las fuentes de radiación están montadas en el bloque de modo que sigan a los cabezales distribuidores para solidificar (por ejemplo, curar) al menos parcialmente los materiales recién distribuidos por los cabezales distribuidores. La bandeja 360 está situada horizontalmente. De acuerdo con las convenciones comunes, se selecciona un sistema de coordenadas cartesiano X-Y-Z de modo que el plano X-Y sea paralelo a la bandeja 360. La bandeja 360 está configurada preferentemente para moverse verticalmente (a lo largo de la dirección Z), típicamente hacia abajo. En diversos modos de realización ejemplares de la invención, el aparato 114 comprende además uno o más dispositivos de nivelación 132, por ejemplo, un rodillo 326. El dispositivo de nivelación 326 funciona para enderezar, nivelar y/o establecer un espesor de la capa recién formada antes de la formación de la capa sucesiva sobre la misma. el dispositivo de nivelación 326 preferentemente comprende un dispositivo de recogida de residuos 136 para recoger el exceso de material generado durante la nivelación. El dispositivo de recogida de residuos 136 puede comprender cualquier mecanismo que suministre el material a un depósito de residuos o cartucho de residuos.

En uso, los cabezales distribuidores de la unidad 16 se mueven en una dirección de barrido, que se denomina en el presente documento dirección X, y distribuyen selectivamente material de construcción en una configuración predeterminada en el curso de su paso sobre la bandeja 360. El material de construcción comprende típicamente uno o más tipos de material de soporte y uno o más tipos de material de modelado. El paso de los cabezales distribuidores de la unidad 16 va seguido del curado del/de los material(es) de modelado por la fuente de radiación 126. En el paso inverso de los cabezales, de regreso a su punto de partida de la capa recién depositada, se puede llevar a cabo una distribución adicional de material de construcción, de acuerdo con una configuración predeterminada. En los pasos de avance y/o retroceso de los cabezales distribuidores, la capa así formada se puede enderezar por el dispositivo de nivelación 326, que preferentemente sigue el recorrido de los cabezales distribuidores en su movimiento de avance y/o retroceso. Una vez que los cabezales distribuidores vuelven a su punto de partida a lo largo de la dirección X, se pueden mover a otra posición a lo largo de una dirección de indexación, denominada en el presente documento dirección Y, y continuar construyendo la misma capa por un movimiento recíproco a lo largo de la dirección X.

Alternativamente, los cabezales distribuidores se pueden mover en la dirección Y entre movimientos de avance y retroceso o después de más de un movimiento de avance-retroceso. La serie de barridos realizados por los cabezales distribuidores para completar una capa individual se denomina en el presente documento un ciclo de barrido individual.

Una vez que se completa la capa, la bandeja 360 desciende en la dirección Z hasta un nivel Z predeterminado, de acuerdo con el espesor deseado de la capa que se va a imprimir posteriormente. El procedimiento se repite para formar un objeto tridimensional 112 en forma de capas.

En otro modo de realización, la bandeja 360 se puede desplazar en la dirección Z entre los pasos de avance y retroceso del cabezal distribuidor de la unidad 16, dentro de la capa. Dicho desplazamiento en Z se lleva a cabo para provocar o garantizar el contacto del dispositivo de nivelación con la superficie en una dirección y evitar el contacto en la otra dirección.

El sistema 110 opcional y preferentemente comprende un sistema o aparato de suministro de material de construcción 330 que comprende los recipientes o cartuchos de material de construcción y suministra una pluralidad de materiales de construcción a los cabezales de impresión del aparato de fabricación 114.

Un controlador computarizado, por ejemplo, la unidad de control 152 controla el aparato de fabricación 114 y opcional y preferentemente también controla el sistema de suministro 330. El controlador 152 típicamente incluye un circuito electrónico configurado para realizar las operaciones de control. El controlador 152 preferentemente se comunica con un procesador de datos 154 que transmite datos digitales relacionados con instrucciones de fabricación basadas en datos del objeto informáticos, por ejemplo, una configuración CAD representada en un medio legible por ordenador en cualquiera de los formatos mencionados anteriormente (por ejemplo, STL). Típicamente, el controlador 152 controla el voltaje aplicado a cada cabezal distribuidor o colección de boquillas y la temperatura del material de construcción en el cabezal de impresión respectivo.

Una vez que los datos de fabricación se cargan en el controlador 152, este puede funcionar sin intervención del usuario. En algunos modos de realización, el controlador 152 recibe información adicional del operario, por ejemplo, usando el procesador de datos 154 o usando una interfaz de usuario 116 que se comunica con la unidad 152. La interfaz de usuario 116 puede ser de cualquier tipo conocido en la técnica, tal como, pero sin limitarse a, un teclado, una pantalla táctil y similares. Por ejemplo, el controlador 152 puede recibir, como entrada adicional, uno o más tipos y/o atributos de material de construcción, tales como, pero sin limitarse a, color, distorsión característica y/o temperatura de transición, viscosidad, propiedad eléctrica, propiedad magnética. También se contemplan otros atributos y grupos de atributos.

Otro ejemplo representativo y no limitante de un sistema 10 adecuado para la FA de un objeto de acuerdo con algunos modos de realización de la presente invención se ilustra en las FIGURAS 1B-D. Las FIGURAS 1B-D ilustran una vista superior (FIGURA 1B), una vista lateral (FIGURA 1C) y una vista isométrica (FIGURA 1D) del sistema 10, respectivamente.

En los presentes modos de realización, el sistema 10 comprende una bandeja 12 y una pluralidad de cabezales distribuidores 16, opcional y preferentemente cabezales de impresión por inyección de tinta, teniendo cada uno una pluralidad de boquillas separadas. La bandeja 12 puede tener una conformación de disco o puede ser anular. También se contemplan conformaciones no redondas, siempre que puedan rotar alrededor de un eje vertical.

La bandeja 12 y los cabezales 16 están opcional y preferentemente montados de modo que permitan un movimiento rotatorio relativo entre la bandeja 12 y los cabezales 16. Esto se puede lograr (i) configurando la bandeja 12 para que rote alrededor de un eje vertical 14 en relación con los cabezales 16, (ii) configurando los cabezales 16 para que roten alrededor del eje vertical 14 en relación con la bandeja 12, o (iii) configurando tanto la bandeja 12 como los cabezales 16 para que roten alrededor del eje vertical 14 pero a diferentes velocidades de rotación (por ejemplo, rotación en dirección opuesta). Si bien los modos de realización a continuación se describen con un énfasis particular en la configuración (i) en la que la bandeja es una bandeja rotatoria que está configurada para rotar alrededor de un eje vertical 14 en relación con los cabezales 16, se ha de entender que la presente solicitud contempla también las configuraciones (ii) y (iii). Uno cualquiera de los modos de realización descritos en el presente documento se puede ajustar para ser aplicable a cualquiera de las configuraciones (ii) y (iii), y un experto en la técnica, provisto de los detalles descritos en el presente documento, sabría cómo realizar dicho ajuste.

En la siguiente descripción, una dirección paralela a la bandeja 12 y que apunta hacia afuera desde el eje 14 se denomina dirección radialr,una dirección paralela a la bandeja 12 y perpendicular a la dirección radialrse denomina en el presente documento dirección azimutal $, y una dirección perpendicular a la bandeja 12 se denomina en el presente documento dirección vertical z.

El término "posición radial", como se usa en el presente documento, se refiere a una posición sobre o encima de la bandeja 12 a una distancia específica del eje 14. Cuando el término se usa en relación con un cabezal de impresión, el término se refiere a una posición del cabezal que está a una distancia específica del eje 14. Cuando el término se usa en relación con un punto de la bandeja 12, el término corresponde a cualquier punto que pertenece a un lugar geométrico de puntos que es un círculo con un radio que es la distancia específica del eje 14 y con un centro que está en el eje 14.

El término "posición azimutal", como se usa en el presente documento, se refiere a una posición sobre o encima de la bandeja 12 en un ángulo azimutal específico en relación con un punto de referencia predeterminado. Por tanto, la posición radial se refiere a cualquier punto que pertenece a un lugar geométrico de puntos que es una línea recta que forma el ángulo azimutal específico en relación con el punto de referencia.

El término "posición vertical", como se usa en el presente documento, se refiere a una posición sobre un plano que interseca el eje vertical 14 en un punto específico.

La bandeja 12 funciona como una superficie horizontal para la impresión tridimensional. El área de trabajo en la que se imprimen uno o más objetos es típicamente, pero no necesariamente, más pequeña que el área total de la bandeja 12. En algunos modos de realización de la presente invención, el área de trabajo es anular. El área de trabajo se muestra en 26. En algunos modos de realización de la presente invención, la bandeja 12 rota continuamente en la misma dirección durante la formación del objeto y, en algunos modos de realización de la presente invención, la bandeja invierte la dirección de rotación al menos una vez (por ejemplo, de forma oscilatoria) durante la formación del objeto. La bandeja 12 es opcional y preferentemente extraíble. Extraer la bandeja 12 puede ser para el mantenimiento del sistema 10, o, si se desea, para reemplazar la bandeja antes de imprimir un nuevo objeto. En algunos modos de realización de la presente invención, el sistema 10 está provisto de una o más bandejas de reemplazo diferentes (por ejemplo, un kit de bandejas de reemplazo), en el que dos o más bandejas se designan para diferentes tipos de objetos (por ejemplo, diferentes pesos), diferentes modos de operación (por ejemplo, diferentes velocidades de rotación), etc. El reemplazo de la bandeja 12 puede ser manual o automático, como se desee. Cuando se emplea el reemplazo automático, el sistema 10 comprende un dispositivo de reemplazo de bandeja 36 configurado para extraer la bandeja 12 desde su posición debajo de los cabezales 16 y reemplazarla por una bandeja de reemplazo (no mostrada). En la ilustración representativa de la FIGURA 1B, el dispositivo de reemplazo de bandeja 36 se ilustra como una unidad 38 con un brazo móvil 40 configurado para tirar de la bandeja 12, pero también se contemplan otros tipos de dispositivos de reemplazo de bandeja.

En algunos modos de realización, el sistema 10 comprende un miembro de soporte de bandeja 30 situado debajo de los cabezales 16 de modo que la bandeja 12 está entre el miembro de soporte de bandeja 30 y los cabezales 16. El miembro de soporte de bandeja 30 puede funcionar para evitar o reducir las vibraciones de la bandeja 12 que se pueden producir mientras los cabezales 16 funcionan. En configuraciones en las que los cabezales de impresión 16 rotan alrededor del eje 14, el miembro de soporte de bandeja 30 preferentemente también rota de modo que el miembro de soporte de bandeja 30 siempre está directamente debajo de los cabezales 16 (con la bandeja 12 entre los cabezales 16 y la bandeja 12).

La bandeja 12 y/o los cabezales de impresión 16 están configurados opcional y preferentemente para moverse a lo largo de la dirección vertical z, paralela al eje vertical 14 para variar la distancia vertical entre la bandeja 12 y los cabezales de impresión 16. En configuraciones en las que se varía la distancia vertical moviendo la bandeja 12 a lo largo de la dirección vertical, el miembro de soporte de bandeja 30 preferentemente también se mueve verticalmente conjuntamente con la bandeja 12. En configuraciones en las que se varía la distancia vertical por los cabezales 16 a lo largo de la dirección vertical, mientras se mantiene fija la posición vertical de la bandeja 12, el miembro de soporte de bandeja 30 también se mantiene en una posición vertical fija.

El movimiento vertical se puede establecer por una unidad vertical 28. Una vez que se completa una capa, la distancia vertical entre la bandeja 12 y los cabezales 16 se puede incrementar (por ejemplo, la bandeja 12 desciende en relación con los cabezales 16) en un tramo vertical predeterminado, de acuerdo con el espesor deseado de la capa que se va a imprimir posteriormente. El procedimiento se repite para formar un objeto tridimensional en forma de capas.

El funcionamiento de los cabezales 16 y opcional y preferentemente también de uno o más de otros componentes del sistema 10, por ejemplo, el movimiento de la bandeja 12, se controla por un controlador 20. El controlador puede tener un circuito electrónico y un medio de memoria no volátil legible por el circuito, en el que el medio de memoria almacena instrucciones de programa que, cuando se leen por el circuito, hacen que el circuito realice operaciones de control como se detalla además a continuación.

El controlador 20 también se puede comunicar con un ordenador principal 24 que transmite datos digitales relacionados con instrucciones de fabricación en base a datos del objeto informáticos en cualquiera de los formatos mencionados anteriormente. Los formatos de datos del objeto se estructuran típicamente de acuerdo con un sistema de coordenadas cartesiano. En estos casos, el ordenador 24 preferentemente ejecuta un procedimiento para transformar las coordenadas de cada segmento en los datos del objeto informáticos de un sistema de coordenadas cartesiano a un sistema de coordenadas polares. El ordenador 24 opcional y preferentemente transmite las instrucciones de fabricación en términos del sistema de coordenadas transformado. De forma alternativa, el ordenador 24 puede transmitir las instrucciones de fabricación en términos del sistema de coordenadas original como se proporciona por los datos del objeto informáticos, caso en el que la transformación de coordenadas se ejecuta por el circuito del controlador 20.

La transformación de coordenadas permite la impresión tridimensional sobre una bandeja rotatoria. En la impresión tridimensional convencional, los cabezales de impresión se mueven recíprocamente encima de una bandeja estacionaria a lo largo de líneas rectas. En dichos sistemas convencionales, la resolución de impresión es la misma en cualquier punto sobre la bandeja, siempre que las tasas de distribución de los cabezales sean uniformes. A diferencia de la impresión tridimensional convencional, no todas las boquillas de los puntos de cabezal cubren la misma distancia sobre la bandeja 12 durante al mismo tiempo. La transformación de coordenadas se ejecuta opcional y preferentemente para garantizar cantidades iguales de exceso de material en diferentes posiciones radiales. En las FIGURAS 3A-B se proporcionan ejemplos representativos de transformaciones de coordenadas de acuerdo con algunos modos de realización de la presente invención, que muestran tres cortes de un objeto (cada corte corresponde a instrucciones de fabricación de una capa diferente de los objetos), donde la FIGURA 3A ilustra un corte en un sistema de coordenadas cartesiano y la FIGURA 3B ilustra el mismo corte tras una aplicación de un procedimiento de transformación de coordenadas al corte respectivo.

Típicamente, el controlador 20 controla el voltaje aplicado al componente respectivo del sistema 10 en base a las instrucciones de fabricación y en base a las instrucciones de programa almacenadas, como se describe a continuación.

En general, el controlador 20 controla los cabezales de impresión 16 para distribuir, durante la rotación de la bandeja 12, gotitas de material de construcción en capas, tal como para imprimir un objeto tridimensional en la bandeja 12.

El sistema 10 opcional y preferentemente comprende un sistema de solidificación 18, que opcional y preferentemente puede comprender una o más fuentes de radiación, que pueden ser, por ejemplo, una lámpara ultravioleta o visible o infrarroja, u otras fuentes de radiación electromagnética, o fuente de haz de electrones, dependiendo del material de modelado que se use. La fuente de radiación puede incluir cualquier tipo de dispositivo emisor de radiación, incluyendo, sin limitación, un diodo emisor de luz (LED), un sistema de procesamiento de luz digital (DLP), una lámpara resistiva y similares. El sistema de solidificación 18 funciona para solidificar (por ejemplo, curar) el material de modelado. En diversos modos de realización ejemplares de la invención, el funcionamiento del sistema de solidificación 18 se controla por el controlador 20 que puede activar y desactivar el sistema de solidificación 18 y opcionalmente también puede controlar la cantidad de radiación generada por el sistema de solidificación 18.

En algunos modos de realización de la invención, el sistema 10 comprende además uno o más dispositivos de nivelación 32 que se puede fabricar como un rodillo o una cuchilla. El dispositivo de nivelación 32 funciona para enderezar la capa recién formada antes de la formación de la capa sucesiva sobre la misma. En algunos modos de realización opcionales, el dispositivo de nivelación 32 tiene la conformación de un rodillo cónico situado de modo que su eje de simetría 34 está inclinado en relación con la superficie de la bandeja 12 y su superficie es paralela a la superficie de la bandeja. Este modo de realización se ilustra en la vista lateral del sistema 10 (FIGURA 1C).

El rodillo cónico puede tener la conformación de un cono o de un cono truncado.

El ángulo de apertura del rodillo cónico se selecciona preferentemente de modo que haya una proporción constante entre el radio del cono en cualquier ubicación a lo largo de su eje 34 y la distancia entre esa ubicación y el eje 14. Este modo de realización permite que el rodillo 32 nivele eficazmente las capas, puesto que mientras el rodillo rota, cualquier puntopen la superficie del rodillo tiene una velocidad lineal que es proporcional (por ejemplo, igual) a la velocidad lineal de la bandeja en un punto verticalmente debajo del puntop.En algunos modos de realización, el rodillo tiene una conformación de cono truncado que tiene una alturah,un radio R1 en su distancia más cercana al eje 14, y un radio R2 en su distancia más alejada del eje 14, en el que los parámetrosh, R1yR2satisfacen la relaciónR1/R2=(R-h)/hy en el queRes la distancia más alejada del rodillo al eje 14 (por ejemplo, R puede ser el radio de la bandeja 12).

El funcionamiento del dispositivo de nivelación 32 se controla opcional y preferentemente por un controlador 20 que puede activar y desactivar el dispositivo de nivelación 32 y opcionalmente también puede controlar su posición a lo largo de una dirección vertical (paralela al eje 14) y/o una dirección radial (paralela a la bandeja 12 y que apunta hacia o lejos del eje 14.

En algunos modos de realización de la presente invención, los cabezales de impresión 16 están configurados para moverse recíprocamente en relación con la bandeja a lo largo de la dirección radial r. Estos modos de realización son útiles cuando las longitudes de las colecciones de boquillas 22 de los cabezales 16 son más cortas que el ancho a lo largo de la dirección radial del área de trabajo 26 en la bandeja 12. El movimiento de los cabezales 16 a lo largo de la dirección radial se controla opcional y preferentemente por un controlador 20.

Algunos modos de realización opcionales contemplan la fabricación de un objeto distribuyendo diferentes materiales desde diferentes cabezales distribuidores. Estos modos de realización proporcionan, entre otras cosas, la capacidad de seleccionar materiales de un número dado de materiales y definir las combinaciones deseadas de los materiales seleccionados y sus propiedades. De acuerdo con los presentes modos de realización, las ubicaciones espaciales del depósito de cada material con la capa se definen, para efectuar la ocupación de diferentes ubicaciones espaciales tridimensionales por diferentes materiales, o bien para efectuar la ocupación de sustancialmente la misma ubicación tridimensional o ubicaciones tridimensionales contiguas por dos o más materiales diferentes para permitir la combinación espacial posterior al depósito de los materiales, por ejemplo, la combinación digital de materiales dentro de la capa, para formar, de este modo un tercer material en la ubicación o ubicaciones respectivas.

Se contempla cualquier combinación o mezcla posterior al depósito de los materiales de modelado. Por ejemplo, una vez que se distribuye un determinado material, este puede conservar sus propiedades originales. Sin embargo, cuando se distribuye simultáneamente con otro material de modelado u otros materiales distribuidos que se distribuyen en la misma o ubicaciones cercanas, se forma un material compuesto que tiene una propiedad o propiedades diferentes a las de los materiales distribuidos.

Los presentes modos de realización permiten, por tanto, el depósito de una amplia gama de combinaciones de materiales y la fabricación de un objeto que puede consistir en múltiples combinaciones de materiales diferentes, en diferentes partes del objeto, de acuerdo con las propiedades deseadas para caracterizar cada parte del objeto.

Los modos de realización ejemplificados para el cabezal de impresión 16 se ilustran en las FIGURAS 2A-2C. Estos modos de realización se pueden emplear para cualquiera de los sistemas de FA descritos anteriormente, incluyendo, sin limitación, el sistema 110 y el sistema 10.

Las FIGURAS 2A-B ilustran un cabezal de impresión 16 con un (FIGURA 2A) y dos (FIGURA 2B) colecciones de boquillas 22. Las boquillas en la colección están preferentemente alineadas linealmente, a lo largo de una línea recta. En modos de realización en los que un cabezal de impresión particular tiene dos o más colecciones de boquillas lineales, las colecciones de boquillas son opcional y preferentemente paralelas entre sí.

Cuando se emplea un sistema similar al sistema 110, todos los cabezales de impresión 16 opcional y preferentemente están orientados a lo largo de la dirección de indexación estando sus posiciones a lo largo de la dirección de barrido desplazadas entre sí.

Cuando se emplea un sistema similar al sistema 10, todos los cabezales de impresión 16 opcional y preferentemente están orientados radialmente (paralelos a la dirección radial) estando sus posiciones acimutales desplazadas entre sí. Por tanto, en estos modos de realización, las colecciones de boquillas de diferentes cabezales de impresión no son paralelos entre sí sino que están más bien en ángulo entre sí, siendo dicho ángulo aproximadamente igual al desplazamiento acimutal entre los respectivos cabezales. Por ejemplo, un cabezal se puede orientar radialmente y situarse en la posición azimutal $1, y otro cabezal se puede orientar radialmente y situarse en la posición azimutal $2. En este ejemplo, el desplazamiento azimutal entre los dos cabezales es $1-$2, y el ángulo entre las colecciones de boquillas lineales de los dos cabezales también es $1-$2. En algunos modos de realización, se pueden ensamblar dos o más cabezales de impresión en un bloque de cabezales de impresión, caso en el que los cabezales de impresión del bloque típicamente son paralelos entre sí. Un bloque que incluye varios cabezales 16a, 16b, 16c se ilustra en la FIGURA 2C.

La FIGURA 4 es una ilustración esquemática de un sistema de FA a todo color de acuerdo con algunos modos de realización de la invención. Típicamente, el sistema de FA 600 (es decir, el aparato) es un aparato de impresión por inyección de tinta tridimensional, que incluye un sistema o aparato de suministro de material de construcción 630 y el bloque o armazón de impresión 620 que realiza un barrido de una superficie o bandeja de construcción 660. En un modo de realización de la invención, el sistema de suministro de material de construcción 630 comprende seis cartuchos de suministro de material de construcción líquido, para suministrar seis materiales de construcción líquidos diferentes al sistema de FA 600, por medio del depósito de material 625. Para imprimir el objeto 650, el cartucho "C" suministra material de modelado de color cian, el cartucho "M" suministra material de modelado de color magenta, el cartucho "Y" suministra material de modelado de color amarillo, el cartucho "W" suministra material de modelado de color blanco y el cartucho "K" suministra material de modelado de color negro. El cartucho "S" suministra un material blando que se puede usar para formar una estructura intermedia 651 y/o para formar parte de una estructura de soporte necesaria para imprimir el objeto tridimensional 650. De acuerdo con algunos modos de realización de la invención, en lugar de material de modelado de color negro, el cartucho "K" suministra material flexible de color negro para imprimir al menos parte de la estructura sacrificial desprendible 652 y algunas regiones del propio objeto, como se requiera. El material blando para formar la estructura intermedia 651 se puede seleccionar para que tenga una consistencia pastosa y opcionalmente también se puede seleccionar para que sea lavable.

En algunos modos de realización de la invención, el bloque de impresión 620 Comprende como máximo tres cabezales de impresión de inyección de tinta 616 para depositar selectivamente material de construcción en la bandeja 660. Cada cabezal de impresión 616 recibe materiales de construcción de dos de los seis cartuchos del aparato de suministro 630, por medio del depósito de material 625. Cada cabezal de impresión tiene dos colecciones de boquillas lineales 624, como se representa, por ejemplo, en la FIGURA 2B, y cada colección de boquillas es específica para distribuir un material de construcción diferente suministrado por el aparato de suministro 630. Opcionalmente, dos o más colecciones de boquillas pueden ser específicas para distribuir el mismo material.

Típicamente, el bloque de impresión 620 comprende adicionalmente un dispositivo de nivelación 670 para nivelar una capa impresa y uno o más dispositivos de endurecimiento 680 para endurecer la capa impresa.

El bloque de impresión 620 está preferentemente operativo para moverse recíprocamente sobre la bandeja 660, que funciona como superficie de trabajo. La bandeja 660 se sitúa horizontalmente. De acuerdo con las convenciones comunes, se selecciona un sistema de coordenadas cartesiano X-Y-Z de modo que el plano X-Y sea paralelo a la bandeja 660. En uso, en algunos modos de realización ejemplares, el bloque de impresión 620 se mueve en una dirección de barrido, que se denomina en el presente documento dirección X, y los cabezales de impresión 616 distribuyen selectivamente el material de construcción en una configuración predeterminada en el curso de su paso sobre la bandeja 660. El paso de los cabezales de impresión 616 va seguido de un endurecimiento, por ejemplo, curado, del/de los material(es) de construcción con uno de los dispositivos de endurecimiento 680. En el paso inverso del bloque de impresión 620, de regreso a su punto de partida para la capa recién depositada, se puede llevar a cabo una distribución adicional de material de construcción, de acuerdo con una configuración predeterminada, y se opera el otro de los dispositivos de endurecimiento 680. Opcionalmente, ambos dispositivos de endurecimiento se operan en cualquiera o en ambas direcciones.

En los pasos de avance y/o retroceso del bloque de impresión 620, la capa formada se puede enderezar por el dispositivo de nivelación 670, que sigue preferentemente el recorrido de los cabezales de impresión 616 en su movimiento de avance y/o retroceso. Una vez que el bloque de impresión 620 vuelve a su punto de partida a lo largo de la dirección X, se puede mover a otra posición a lo largo de una dirección de indexación, denominada en el presente documento dirección Y, y continuar construyendo la misma capa por un movimiento recíproco a lo largo de la dirección X. De forma alternativa, el bloque de impresión 620 se puede mover en la dirección Y entre movimientos de avance y retroceso o después de más de un movimiento de avance-retroceso. La serie de barridos realizados por los cabezales distribuidores para completar una única capa se denomina en el presente documento un ciclo de barrido único.

Una vez que se completa la capa, la bandeja 660 desciende en la dirección Z hasta un nivel Z predeterminado, de acuerdo con el espesor deseado de la capa que se va a imprimir posteriormente. El procedimiento se repite para formar el objeto 3D 650 en forma de capas.

Una unidad de control 640 controla el funcionamiento de los elementos incluidos en el sistema de suministro de construcción 630 así como en el bloque de impresión 620. La unidad de control 640 típicamente incluye un circuito electrónico configurado para realizar las operaciones de control. La unidad de control 640 preferentemente se comunica con un procesador 641 que transmite datos digitales relativos a las instrucciones de fabricación en base a los datos del objeto informáticos, por ejemplo, una configuración CAD representada en un medio legible por ordenador en forma de formato de lenguaje de teselación estándar (STL) o similares. Típicamente, el procesador 641 incluye una unidad de memoria y/o capacidad de memoria para almacenar datos del objeto informáticos y para almacenar datos relativos a las instrucciones de fabricación en base a los datos del objeto informáticos. Típicamente, la unidad de control 640 controla los elementos del bloque de impresión 620, por ejemplo, el voltaje aplicado a cada cabezal de impresión 616 o a cada colección de boquillas 624, las unidades de endurecimiento 680 y el rodillo 670, así como el suministro de materiales de construcción desde cada uno de los seis cartuchos 631 en aparatos de suministro de material de construcción 630.

Una vez que los datos de fabricación se cargan en la unidad de control 640, el sistema de FA 600 puede funcionar sin intervención del usuario. En algunos modos de realización, la unidad de control 640 recibe información adicional del operario, por ejemplo, usando el procesador de datos 641 o usando una interfaz de usuario 642 que se comunica con la unidad 640.

Las FIGURAS 5A y 5B son vistas superiores y en perspectiva ejemplares de un depósito de material de un sistema de FA de acuerdo con algunos modos de realización de la presente invención. El depósito de material 625 incluye una pluralidad de compartimentos separados 608 para dirigir el material de construcción desde el sistema de suministro 630 a los cabezales de impresión 616 (véase la figura 4). Cada compartimento 608 del depósito de material 625 se puede conformar como un canal definido con una o más salidas, a través de las que se introduce el material en un cabezal de impresión 616. Opcionalmente, las salidas se sitúan en cada extremo 609 de los compartimentos 608. De acuerdo con algunos modos de realización de la presente invención, los compartimentos 608a están diseñados para suministrar dos materiales de construcción diferentes a dos colecciones de boquillas distintas en un primer cabezal de impresión 616, los compartimentos 608b están diseñados para suministrar dos materiales de construcción diferentes a dos colecciones de boquillas distintas en un segundo cabezal de impresión 616 y los compartimentos 608c están diseñados para suministrar dos materiales de construcción diferentes a dos colecciones de boquillas distintas en un tercer cabezal de impresión 616. Típicamente, la primera y segunda colecciones de un único cabezal de impresión 616 no se superponen y ambas colecciones se pueden usar simultáneamente para imprimir dos materiales de construcción diferentes.

En una configuración ejemplar, el depósito 625 envía el material de modelado de rutas en cuatro colores diferentes, además del material blando y un material negro flexible. Por lo tanto, los seis materiales de construcción diferentes se depositan, es decir, se distribuyen por medio de tres cabezales de impresión de colección de boquillas dobles 616, y se produce un objeto 3D a todo color 650 conjuntamente con una estructura sacrificial flexible desprendible, que es fácil de extraer, por ejemplo, en un entorno doméstico o de oficina.

La FIGURA 6 es un diagrama de flujo del procedimiento de acuerdo con diversos modos de realización ejemplares de la presente invención. El procedimiento se puede usar para fabricar cualquier objeto, incluyendo, sin limitación, una estructura médica artificial (por ejemplo, una estructura dental), un molde y una carcasa para un dispositivo electrónico, con una estructura sacrificial desprendible.

El procedimiento comienza en 200 y opcional y preferentemente procede hasta 201 en el que se reciben datos del objeto informáticos en cualquiera de los formatos mencionados anteriormente. El procedimiento puede proceder hasta 202 en el que se distribuye una capa de material de construcción. El material de construcción puede ser un material de modelado, un material flexible y/o un material blando. En algunos modos de realización de la presente invención, el procedimiento distribuye selectivamente para una capa particular, una o más regiones de materiales de modelado, una o más regiones de material flexible y una o más regiones de material blando. El material de modelado se distribuye preferentemente en un patrón configurado correspondiente a la conformación del objeto y de acuerdo con los datos del objeto informáticos.

El procedimiento opcional y preferentemente procede hasta 203 en el que se solidifica el material de construcción distribuido. El tipo de proceso de solidificación depende del tipo de materiales distribuidos. Por ejemplo, cuando el material de construcción es curable por UV, la solidificación comprende aplicar radiación UV, cuando el material de construcción es curable por otra radiación (por ejemplo, luz infrarroja o visible), la solidificación comprende aplicar radiación a una longitud de onda que cura el material de construcción.

Las operaciones 202 y 203, y en algunos modos de realización también 201, se ejecutan preferentemente secuencialmente una pluralidad de veces de modo que una pluralidad de capas se distribuyan y solidifiquen secuencialmente y los datos del objeto o el bloque definido de capas estén completos 204. Esto se ilustra en la FIGURA 6 como una flecha de vuelta que apunta desde la operación 204 hasta las operaciones 201. Opcionalmente, la operación 204 puede volver a la operación 202. Las capas se distribuyen para formar un objeto tridimensional que comprende principalmente materiales de modelado sólidos (por ejemplo, un 51-100 %), una estructura sacrificial que comprende principalmente un material flexible (por ejemplo, un 80-100 %) y una estructura intermedia que comprende principalmente un material blando (por ejemplo, un 80-100 %). En algunos modos de realización de la presente invención, el procedimiento distribuye material digital para al menos una de las capas.

Una vez que se forman todas las capas, el procedimiento preferentemente procede hasta 205 en el que se aplica una fuerza de desprendimiento a la estructura sacrificial para separar la estructura sacrificial del objeto tridimensional, preferentemente en su totalidad, conjuntamente con parte o todo el material blando usado como estructura intermedia. Preferentemente, el desprendimiento se ejecuta en un entorno seco. De acuerdo con algunos de cualquiera de los modos de realización de la invención descritos en el presente documento, la magnitud de la fuerza de desprendimiento es de aproximadamente 1 N a aproximadamente 20 N, por ejemplo, de aproximadamente 5 N o de aproximadamente 10 N o de aproximadamente 15 N. Opcionalmente, una vez que se extrae la estructura sacrificial, el objeto 3D se lava, preferentemente con un líquido respetuoso con el medio ambiente (por ejemplo, agua), para extraer los restos de material blando de su superficie.

El procedimiento termina en 206.

La extracción de la estructura sacrificial por desprendimiento de acuerdo con algunos modos de realización de la presente invención es diferente a las técnicas convencionales en las que se emplean chorro de agua u otros procedimientos químicos, tales como disolución en un disolvente, con o sin calentamiento.

Los autores de la presente invención descubrieron que en muchos casos la extracción convencional del soporte puede implicar materiales peligrosos, trabajo manual y/o equipo especial que requiere personal capacitado, ropa protectora y eliminación costosa de residuos. Los autores de la presente invención se dieron cuenta de que el proceso de disolución puede estar limitado por la cinética de difusión y puede requerir períodos de tiempo muy largos. Los autores de la presente invención también se dieron cuenta de que en algunos casos es necesario un procesamiento posterior para extraer oligoelementos de sustancias residuales, tales como material de soporte o mezclas de materiales de modelado y de soporte endurecidos, de las superficies del objeto. Los autores de la presente invención se dieron cuenta además de que la extracción que requiere temperaturas elevadas también puede ser problemática puesto que puede ser inconveniente y requiere equipo especial.

En la búsqueda de una solución a estos problemas, los autores de la presente invención idearon una técnica de fabricación que facilita la extracción de la estructura sacrificial por desprendimiento, sin necesidad de chorros de agua, procesos químicos y/o temperaturas elevadas. La extracción eficaz de la estructura sacrificial por desprendimiento se puede garantizar de más de una manera.

En algunos modos de realización de la presente invención, la estructura sacrificial comprende una pila de capas sacrificiales hechas de un material flexible. Se puede emplear cualquier material flexible, por ejemplo, un material elastomérico. A continuación, en el presente documento, se proporciona un ejemplo representativo de un material elastomérico adecuado para su uso como material elastomérico de acuerdo con algunos modos de realización de la presente invención.

La FIGURA 7A es un diagrama de flujo simplificado de un procedimiento ejemplar para soportar un objeto impreso con una combinación de material blando y material flexible, de acuerdo con algunos modos de realización de la presente invención. De acuerdo con algunos modos de realización de ejemplo, una estructura de soporte para un objeto impreso por un sistema de fabricación aditiva por inyección de tinta tridimensional puede incluir dos materiales diferentes. Un material puede ser un material flexible, por ejemplo, un material elastomérico, que está configurado para formar una estructura desprendible que se va a desprender del objeto al final del proceso de impresión como se describe en el presente documento, y el otro material puede ser un material blando que se puede usar para proporcionar una estructura blanda intermedia entre el objeto y el material desprendible, así como para rellenar volúmenes de difícil acceso, por ejemplo, volúmenes parcialmente encerrados de los que no es posible desprender una estructura sacrificial.

Opcionalmente, el material blando puede ser soluble en agua, por ejemplo, un fotopolímero similar a un gel que se puede extraer sumergiéndolo en agua y sin ningún equipo específico. Opcionalmente el material blando puede ser material de soporte SUP705™, SUP706™ o SUP707™ o una combinación de estos, todos de Stratasys® Ltd., Israel. Opcionalmente, el material blando puede tener una consistencia pastosa y opcionalmente también se puede seleccionar para que sea lavable.

En algunos modos de realización de ejemplo, el material desprendible flexible se puede formar, por ejemplo, con TangoPlus™ FLX 930 (Shore 27A), TangoBlackPlus™ FLX 980 (Shore 27A), TangoGris™ FLX950 (Shore 70A), TangoNegro™ FLX973 (Shore 70A), Agilus30™ Clear FLX935 (Shore 30A) o Agilus30™ Black FLX985 (Shore 30A), o combinaciones de los mismos, todos de Stratasys® Ltd., Israel. De forma alternativa o adicionalmente, el material desprendible flexible se puede formar con una fórmula específica, por ejemplo, una combinación digital de materiales SUP705™, SUP706™ y/o Vero™, todos de Stratasys® Ltd., Israel.

De acuerdo con algunos modos de realización de ejemplo, el procedimiento comienza con la recepción de los datos del objeto informáticos (505). Los datos del objeto informáticos pueden incluir regiones que se van a imprimir predominantemente con material(es) de modelado para formar un objeto 3D y regiones que se van a imprimir predominantemente con otro(s) material(es) de construcción, por ejemplo, materiales flexibles y/o blandos, para formar una estructura de soporte. Se pueden identificar las regiones que se van a usar como estructura de soporte (510) y diferenciarse de las regiones que se van a imprimir con material modelo. Algunas porciones de la estructura de soporte se pueden imprimir con el material desprendible flexible, por ejemplo, elastomérico, (515), y se pueden seleccionar otras porciones de la estructura de soporte que se van a imprimir con el material blando (520). En base a la selección, se ejecuta la impresión (525). Después de la impresión, un usuario puede desprender el material flexible y opcionalmente lavar o sumergir el objeto con cualquier resto de material blando todavía unido a él en agua para disolver el material blando restante y proporcionar totalmente el objeto impreso limpio.

En algunos modos de realización de ejemplo, el material blando se imprime para rellenar agujeros profundos y estrechos o cualquier otro volumen oculto y/o de difícil acceso (por ejemplo, volúmenes parcialmente encerrados) que pueden estar definidos por la estructura del objeto. El material blando también se puede usar para proteger rasgos característicos delicados del objeto 3D que pueden ser susceptibles de romperse si se aplica una fuerza de tracción o desprendimiento en sus proximidades. En algunos modos de realización de ejemplo, el material blando proporciona una estructura intermedia entre el objeto impreso y la estructura sacrificial hecha de un material flexible, para facilitar la separación de la estructura sacrificial del objeto. El espesor del material blando puede ser, por ejemplo, de 1 a 10 vóxeles, de 1 a 25 vóxeles, de 1 a 50 vóxeles o de 10 a 200 micrómetros, de 10 a 500 micrómetros o de 10 a 1000 micrómetros. Opcionalmente, el espesor del material blando puede ser función de la orientación. En algunos modos de realización de ejemplo, se puede definir una capa de separación de material blando para ser más delgada en la dirección Z (dirección vertical) en comparación con una capa de separación horizontal. El espesor de la capa de separación también puede ser función de los atributos de la impresora, así como de las propiedades físicas, químicas y/u otras propiedades de uno o más de los materiales usados para construir el objeto.

Las propiedades mecánicas del material flexible desprendible dependen de su espesor y geometría. Opcionalmente, el espesor del material flexible desprendible se puede definir en base a una propiedad mecánica deseada. Por ejemplo, una capa más delgada de material desprendible puede ser más flexible y puede ser más fácil de desprender que una capa de mayor espesor. Opcionalmente, un módulo de flexión de al menos una porción de la estructura sacrificial formada a partir del material flexible desprendible es de 2000 MPa a 4000 MPa. Opcionalmente, se puede definir un patrón tal como una rejilla con una combinación de material flexible desprendible y material blando para lograr una propiedad mecánica deseada.

La FIGURA 7B es un diagrama de flujo simplificado de un procedimiento ejemplar para impresión en color con un sistema de FA, de acuerdo con algunos modos de realización de la presente invención. Opcionalmente, un sistema de FA puede no incluir un material modelo negro (es decir, resistente) y en su lugar puede usar un material flexible negro. El procedimiento comienza con la identificación de los datos del objeto informáticos correspondientes a las regiones del objeto 3D que se van a imprimir en negro (530). De acuerdo con algunos modos de realización de ejemplo, una sección o elemento negro en el objeto impreso se puede imprimir con una combinación de material modelo de diferentes colores (por ejemplo, CMY), con el material flexible negro solo, o una combinación de material de modelo de color y material flexible negro. En algunos modos de realización de ejemplo, se toma una decisión entre imprimir una región negra con el material flexible negro solo o con una combinación de materiales modelo. Opcionalmente, si los datos para imprimir en negro son parte de un gran volumen dentro del objeto que se designa para imprimirse en negro (535), esa región se puede imprimir con materiales modelo de colores diferentes que se combinan digitalmente para crear un material modelo negro, opcionalmente en combinación con una cantidad de material flexible negro (550). De otro modo, cuando los datos para imprimir en negro son parte de un volumen pequeño, esa región se imprime preferentemente con el material flexible negro para obtener un color negro verdadero y reducir el consumo de materiales de modelado para este propósito (540). Para detalles o estructuras externos finos en la superficie del objeto, puede ser preferente una combinación de materiales de modelado para mantener las propiedades de la superficie (por ejemplo, una pared delgada).

Las FIGURAS 8A y 8B son ilustraciones esquemáticas de dos configuraciones diferentes para imprimir objetos con un material flexible desprendible y una estructura blanda intermedia, ambas de acuerdo con algunos modos de realización de la presente invención. El material flexible desprendible es, por ejemplo, un material elastomérico que forma una estructura sacrificial. Un objeto 715 o 716 se imprime en capas y está encerrado dentro de una estructura sacrificial 706 formada por material blando 710 y material flexible desprendible 705 durante el proceso de construcción de capas. En algunos modos de realización de ejemplo, las porciones que se imprimen con material flexible desprendible 705 pueden estar separadas. En algunos ejemplos, la separación puede ser por división de la estructura sacrificial en una pluralidad de secciones para facilitar la extracción del material desprendible 705, por ejemplo, por separación entre secciones de material desprendible 705 con tiras de material blando 710. En otros ejemplos, la separación se puede formar o formar adicionalmente por rotura, por ejemplo, separando una superficie de material flexible desprendible 705 con tiras de material blando 710 que están expuestas, es decir, visibles en la superficie de la estructura sacrificial, para una mayor facilidad de extracción. En referencia ahora a la FIGURA 8B del objeto 716, en algunos modos de realización de ejemplo, una pestaña 755 se puede formar selectivamente con el material flexible desprendible 705 para permitir un fácil agarre del material flexible para iniciar su extracción. Opcionalmente, el material flexible desprendible 705 se puede separar cerca de la pestaña 755, por ejemplo, por material blando 710 que puede estar expuesto en la superficie de la separación.

Las FIGURAS 9A y 9B son ilustraciones esquemáticas de dos configuraciones diferentes para imprimir un objeto que incluye grandes volúmenes de soporte, el objeto rodeado con un material flexible desprendible 705 y una estructura intermedia de material blando 710, todas de acuerdo con algunos modos de realización de la presente invención. Cuando un gran volumen de soporte, es decir, una estructura sacrificial 706 se aplica para construir un objeto 717, el trozo de material flexible desprendible 705 en la estructura sacrificial 706 puede ser difícil de extraer al final del proceso de impresión. En algunos modos de realización de ejemplo, se puede aplicar material blando 710 para rellenar una porción de volumen 706. Opcionalmente, el material blando 710 se puede encapsular con material flexible desprendible 705. Añadir material blando 710 suaviza el volumen 706 de modo que se pueda extraer más fácilmente. Además, al encapsular material blando 710 con material flexible desprendible 705, se puede extraer el volumen 706 mientras se mantiene el material blando 710 contenido en el material flexible desprendible 705 y evitando, de este modo, cualquier potencial desorden o restos que se puedan producir con la extracción del material blando 710, así como mejorar las propiedades mecánicas del objeto impreso 717.

Las FIGURAS 10A y 10B son ilustraciones esquemáticas de un objeto 718 que tiene una geometría de bucle cerrado e impreso conjuntamente con una estructura sacrificial 706 que comprende un material flexible desprendible y una estructura blanda intermedia, de acuerdo con algunos modos de realización de la presente invención. La FIGURA 10A es una sección transversal de un objeto de bucle cerrado ejemplar impreso verticalmente en relación con la bandeja o superficie de impresión, y la FIGURA 10B es una imagen 3D esquemática de un objeto de bucle cerrado impreso horizontalmente en relación con la bandeja o superficie de impresión. En ambos casos, cuando se imprime un objeto 718 con geometría de bucle cerrado y una sección hueca 707, la estructura sacrificial 706 requerida para formar dicho objeto puede ser difícil de extraer, es decir, desprender, tras completar la impresión. En ese caso, para facilitar el proceso de desprendimiento, se puede definir el material flexible desprendible 705 para imprimirse con una separación de material blando a lo largo de al menos parte de un perímetro interior y/o exterior del objeto 718, desde la que se puede iniciar el desprendimiento del material flexible 705 después del proceso de impresión. El material blando 710 puede estar expuesto en las separaciones y puede proporcionar la separación del material flexible de desprendimiento 705 en la separación (por ejemplo, como se muestra en la FIGURA 10B). La separación puede facilitar la extracción del material flexible 705 de un objeto 718 que tiene una geometría de bucle cerrado.

Las FIGURAS 11A, 11B y 11C son ilustraciones esquemáticas en vista lateral de tres configuraciones diferentes para imprimir un objeto que incluye un agujero, el objeto rodeado con una estructura sacrificial formada de un material flexible desprendible y una estructura blanda intermedia, todas de acuerdo con algunos modos de realización de la presente invención. En algunos modos de realización de ejemplo, la geometría de un objeto 719 puede definir una cavidad 729 con una abertura estrecha. La construcción del objeto 719 como se muestra en la FIGURA 11A incluirá un trozo de material flexible de desprendimiento 705 dentro de la cavidad 729. En esta configuración, puede ser difícil desprender el material flexible 705 de la cavidad 729. De forma alternativa, se puede definir el objeto 719 para imprimirse con material de soporte blando 710 rellenando la cavidad 729 como se muestra en la FIGURA 11B o con material de soporte blando 710 rellenando una porción sustancial de la cavidad 729 y material flexible 705 penetrando parcialmente en la cavidad 729 con ahusamiento como se muestra en la FIGURA 11C de modo que el material flexible 705 se pueda extraer fácilmente. En la configuración mostrada en la FIGURA 11C, se puede reducir el tiempo de limpieza en base a la reducción del volumen del material de soporte blando 710 en comparación con el mostrado en la FIGURA 11B.

Las FIGURAS 12A, 12B y 12C son ilustraciones esquemáticas de tres configuraciones diferentes para imprimir un objeto que incluye una cavidad de aspecto de alta proporción, el objeto rodeado con una estructura sacrificial que comprende material flexible desprendible y una estructura blanda intermedia, todas de acuerdo con algunos modos de realización de la presente invención. El objeto 720 incluye una cavidad de aspecto de alta proporción 721. En una configuración, la cavidad 721 se puede rellenar con material flexible 705 durante el proceso de impresión como se muestra en la FIGURA 12A. En algunos modos de realización de ejemplo, extraer el material flexible 705 al finalizar el proceso de impresión en base a la configuración mostrada en la FIGURA 12A puede ser difícil. Debido a la geometría de la cavidad 721, las fuerzas de cizallamiento aplicadas mientras se tira del material flexible 705 pueden romper el material flexible 705, haciendo difícil separar totalmente el objeto 720 de la estructura sacrificial. De forma alternativa, en algunos modos de realización de ejemplo, se puede definir la cavidad 721 para rellenarse completamente con material blando 710 como se muestra en la FIGURA 12B o rellenarse parcialmente con material blando 710 como se muestra en la FIGURA 12C. En el ejemplo mostrado en la FIGURA 12C, el objeto 720 se imprime con material flexible 705 que penetra en la cavidad 721 con una geometría ahusada para una fácil separación del objeto 720 al final del proceso de impresión.

Las FIGURAS 13A, 13B y 13C son ilustraciones esquemáticas de tres configuraciones diferentes para imprimir un objeto que incluye un rasgo característico delicado con un material flexible circundante que forma una estructura sacrificial, todas de acuerdo con algunos modos de realización de la presente invención. Un objeto 722 puede incluir un rasgo característico delicado 723 o más de un rasgo característico delicado. En algunos modos de realización de ejemplo, es deseable acolchar el rasgo característico delicado 723 del objeto 722 con una capa de mayor espesor de material blando 710 para evitar romper el rasgo característico delicado 723 mientras se tira del material flexible 705 exponer el objeto 722 al final del proceso de impresión.

En algunos modos de realización de ejemplo, una capa de material blando 710 que tiene sustancialmente el mismo espesor alrededor del objeto 722 como se muestra en la FIGURA 13A puede no ser suficiente para proteger un rasgo característico delicado 723. De forma alternativa, en algunos modos de realización de ejemplo, el rasgo característico delicado 723 se puede identificar antes de la impresión y se puede seleccionar una capa de mayor espesor de material blando 710 para cubrir el rasgo característico delicado 723 como se muestra en las FIGURAS 13B y 13C. El espesor y la conformación de la capa de material blando 710 alrededor del rasgo característico delicado 723 se puede personalizar para proporcionar una protección adecuada mientras se conserva la cantidad de material necesario para proporcionar la protección y se conserva el tiempo de limpieza asociado con la extracción del material blando 710. En la FIGURA 13C se muestra, por ejemplo, una configuración opcional con menos material(es) de soporte (por ejemplo, material desprendible flexible y/o material blando).

En lo que sigue hay una descripción de un material elastomérico adecuado para su uso como material flexible de acuerdo con algunos modos de realización de la presente invención.

La formulación elastomérica como se describe en el presente documento comprende un material elastomérico. Opcional y preferentemente la formulación elastomérica también comprende partículas de sílice.

La frase "material elastomérico" describe un material solidificable (por ejemplo, curable), como se define en el presente documento, que tras una solidificación (por ejemplo, tras la exposición a energía, tal como, pero sin limitarse a, energía de curado) adquiere propiedades de un elastómero (goma o material similar a goma).

Los materiales elastoméricos típicamente comprenden uno o más grupos polimerizables (curables), que se experimentan polimerización tras la exposición a una energía de curado adecuada, enlazados a un resto que confiere elasticidad al material polimerizado y/o reticulado. Dichos restos típicamente comprenden cadenas o alquilo, de alquileno, hidrocarburos, grupos o cadenas de alquilenglicol (por ejemplo, oligo o poli(alquilenglicol) como se define en el presente documento, restos de uretano, oligouretano o poliuretano, como se define en el presente documento, y similares, incluyendo cualquier combinación de los anteriores, y también se denominan en el presente documento "restos elastoméricos".

Un material curable monofuncional elastomérico de acuerdo con algunos modos de realización de la presente invención puede ser un compuesto que contiene vinilo representado por la fórmula I:

Fórmula I

en la que al menos uno de R1 y R2 es y/o comprende un resto elastomérico, como se describe en el presente documento.

El grupo (=CH2) en la fórmula I representa un grupo polimerizable y es, de acuerdo con algunos modos de realización, un grupo curable por UV, de modo que el material flexible es un material curable por UV.

Por ejemplo, Ri es o comprende un resto elastomérico como se define en el presente documento y R2 es, por ejemplo, hidrógeno, alquilo C(1-4), alcoxi C(1-4) o cualquier otro sustituyente, siempre que no interfiera con las propiedades elastoméricas del material curado.

En algunos modos de realización, R1 es un carboxilato y el compuesto es un monómero de acrilato monofuncional. En algunos de estos modos de realización, R2 es metilo y el compuesto es monómero de metacrilato monofuncional. Los materiales curables en los que R1 es carboxilato y R2 es hidrógeno o metilo se denominan conjuntamente en el presente documento "(met)acrilatos".

En algunos de cualquiera de estos modos de realización, el grupo carboxilato, -C(=O)-ORa, comprende Ra, que es un resto elastomérico como se describe en el presente documento.

En algunos modos de realización, R1 es amida, y el compuesto es un monómero de acrilamida monofuncional. En algunos de estos modos de realización, R2 es metilo y el compuesto es monómero de metacrilamida monofuncional. Los materiales curables en los que R1 es amida y R2 es hidrógeno o metilo se denominan conjuntamente en el presente documento "(met)acrilamida".

Los (met)acrilatos y (met)acrilamidas se denominan conjuntamente en el presente documento materiales (met)acrílicos.

En algunos modos de realización, R1 es una amida cíclica y, en algunos modos de realización, es una amida cíclica tal como lactama, y el compuesto es una vinillactama. En algunos modos de realización, R1 es un carboxilato cíclico tal como lactona, y el compuesto es una vinillactona.

Cuando uno o ambos de R1 y R2 comprenden un resto polimérico u oligomérico, el compuesto curable monofuncional de fórmula I es un material curable monofuncional polimérico u oligomérico ejemplar. De otro modo, es un material curable monofuncional monomérico ejemplar.

En materiales elastoméricos multifuncionales, los dos o más grupos polimerizables están enlazados entre sí por medio de un resto elastomérico, como se describe en el presente documento.

En algunos modos de realización, un material elastomérico multifuncional se puede representar por la fórmula I como se describe en el presente documento, en la que R1 comprende un material elastomérico que termina en un grupo polimerizable, como se describe en el presente documento.

Por ejemplo, un material elastomérico difuncional se puede representar por la fórmula I*:

en la que E es un resto conector elastomérico como se describe en el presente documento, y R'2 es como se define en el presente documento para R2.

En otro ejemplo, un material elastomérico trifuncional se puede representar por la fórmula II:

en la que E es un resto conector elastomérico como se describe en el presente documento, y R'2 y R'2 son cada uno independientemente como se define en el presente documento para R2.

En algunos modos de realización, un material elastomérico multifuncional (por ejemplo, difuncional, trifuncional o superior) se puede representar conjuntamente por la fórmula III:

en la que:

R2 y R'2 son como se define en el presente documento;

B es una unidad de ramificación difuncional o trifuncional como se define en el presente documento (dependiendo de la naturaleza de Xi);

X2 y X3 están cada uno independientemente ausentes, son un resto elastomérico como se describe en el presente documento o se selecciona de un alquilo, un hidrocarburo, una cadena de alquileno, un cicloalquilo, un arilo, un alquilenglicol, un resto de uretano y cualquier combinación de los mismos; y

X1 está ausente o se selecciona de un alquilo, un hidrocarburo, una cadena de alquileno, un cicloalquilo, un arilo, un alquilenglicol, un resto de uretano y un resto elastomérico, estando cada uno opcionalmente sustituido (por ejemplo, terminado) por un resto meta(acrilato) (O-C(=O)CR"2=CH2), y cualquier combinación de los mismos o, de forma alternativa, Xi es:

en la que: B' es una unidad de ramificación, que es igual o diferente de B;

X'2 y X'3 son cada uno independientemente como se define en el presente documento para X2 y X3; y R"2 y Rm2 son como se define en el presente documento para R2 y R'2.

Siempre que al menos uno de Xi, X2 y X3 sea o comprenda un resto elastomérico como se describe en el presente documento.

El término "unidad de ramificación", como se usa en el presente documento, describe un grupo multirradical, preferentemente alifático o alicíclico. Por "multirradical" se entiende que el resto conector tiene dos o más puntos de unión de modo que se enlaza entre dos o más átomos y/o grupos o restos.

Es decir, la unidad de ramificación es un resto químico que, cuando se une a una única posición, grupo o átomo de una sustancia, crea dos o más grupos funcionales que están enlazados a esta única posición, grupo o átomo y, por tanto, "ramifica" una única funcionalidad en dos o más funcionalidades.

En algunos modos de realización, la unidad de ramificación se deriva de un resto químico que tiene dos, tres o más grupos funcionales. En algunos modos de realización, la unidad de ramificación es un alquilo ramificado o un resto conector ramificado como se describe en el presente documento.

También se contemplan materiales elastoméricos multifuncionales que presentan 4 o más grupos polimerizables, y pueden presentar estructuras similares a las presentadas en la fórmula III, mientras que incluyen, por ejemplo, una unidad de ramificación B con mayor ramificación, o incluyen un resto Xi que presenta dos restos de (met)acrilato como se define en el presente documento, o similares a los presentados en la fórmula II, mientras que incluye, por ejemplo, otro resto (met)acrilato que está unido al resto elastomérico.

En algunos modos de realización, el resto elastomérico, por ejemplo, Ra en la fórmula I o el resto indicado como E en las fórmulas I*, II y III, es o comprende un alquilo, que puede ser lineal o ramificado, y que es preferentemente de 3 o más o de 4 o más átomos de carbono; una cadena de alquileno, preferentemente de 3 o más o de 4 o más átomos de carbono de longitud; un alquilenglicol como se define en el presente documento, un oligo(alquilenglicol) o un poli(alquilenglicol), como se define en el presente documento, preferentemente de 4 o más átomos de longitud, un uretano, un oligouretano o un poliuretano, como se define en el presente documento, preferentemente de 4 o más átomos de carbono de longitud, y cualquier combinación de los anteriores.

En algunos de cualquiera de los modos de realización descritos en el presente documento, el material elastomérico es un material curable (met)acrílico, como se describe en el presente documento, y en algunos modos de realización, es un acrilato.

En algunos de cualquiera de los modos de realización descritos en el presente documento, el material elastomérico es o comprende un material elastomérico monofuncional, y en algunos modos de realización, el material elastomérico monofuncional está representado por la fórmula I, en la que R1 es -C(=O)-ORa y Ra es una cadena de alquileno (por ejemplo, de 4 o más, preferentemente 6 o más, preferentemente 8 o más átomos de carbono de longitud), o una cadena de poli(alquilenglicol), como se define en el presente documento.

En algunos modos de realización, el material elastomérico es o comprende un material elastomérico multifuncional, y en algunos modos de realización, el material elastomérico multifuncional está representado por la fórmula I*, en la que E es una cadena de alquileno (por ejemplo, de 4 o más, o 6 o más átomos de carbono de longitud), y/o una cadena de poli(alquilenglicol), como se define en el presente documento.

En algunos modos de realización, el material elastomérico es o comprende un material elastomérico multifuncional, y en algunos modos de realización, el material elastomérico multifuncional está representado por la fórmula II, en la que E es un alquilo ramificado (por ejemplo, de 3 o más, o de 4 o más, o de 5 o más átomos de carbono de longitud).

En algunos de cualquiera de los modos de realización descritos en el presente documento, el material elastomérico es un acrilato o metacrilato elastomérico (también denominado elastómero acrílico o metacrílico), por ejemplo, de fórmula I, I*, II o III, y en algunos modos de realización, el acrilato o metacrilato se selecciona de modo que cuando se endurece, el material polimérico presenta una Tg inferior a 0 °C o inferior a -10 °C.

Los materiales curables de acrilato y metacrilato elastoméricos ejemplares incluyen, pero no se limitan a, ácido 2-propenoico, éster 2-[[(butilamino)carbonil]oxi]etílico (un acrilato de ureteano ejemplar) y compuestos comercializados con los nombres comerciales SR335 (acrilato de laurilo) y SR395 (acrilato de isodecilo) (de Sartomer). Otros ejemplos incluyen compuestos comercializados con los nombres comerciales SR350D (un trimetacrilato de trimetilolpropano trifuncional (TMPTMA), SR256 (acrilato de 2-(2-etoxietoxi)etilo, SR252 (dimetacrilato de polietilenglicol (600)), SR561 (un diacrilato de hexanodiol alcoxilado) (de Sartomer).

En algunos de cualquiera de los modos de realización descritos en el presente documento, el material elastomérico comprende uno o más materiales elastoméricos monofuncionales (por ejemplo, un acrilato elastomérico monofuncional, como se representa, por ejemplo, en la fórmula I) y uno o más materiales elastoméricos multifuncionales (por ejemplo, difuncionales) (por ejemplo, un acrilato elastomérico difuncional, como se representa, por ejemplo, en la fórmula I*, II o III) y en cualquiera de los modos de realización respectivos como se describe en el presente documento.

En algunos de cualquiera de los modos de realización descritos en el presente documento, una cantidad total de material(es) elastomérico(s) es de al menos un 40 %, o de al menos un 50 %, o de al menos un 60 %, y puede ser hasta un 70 % o incluso un 80 %, del peso total de la formulación elastomérica que comprende el mismo.

En algunos de cualquiera de los modos de realización descritos en el presente documento, la formulación elastomérica comprende además partículas de sílice.

En algunos de cualquiera de los modos de realización descritos en el presente documento, las partículas de sílice tienen un tamaño de partícula promedio inferior a 1 micrómetros, a saber, las partículas de sílice son partículas submicrométricas. En algunos modos de realización, las partículas de sílice son nanopartículas, que tienen un tamaño de partícula promedio en el intervalo de 0,1 nm a 900 nm, o de 0,1 nm a 700 nm, o de 1 nm a 700 nm, o de 1 nm a 500 nm o de 1 nm a 200 nm, incluyendo cualquier valor intermedio y subintervalos entre ellos.

En algunos modos de realización, al menos una porción de dichas partículas se puede agregar tras introducirse en la formulación. En algunos de estos modos de realización, el agregado tiene un tamaño promedio de no más de 3 micrómetros, o no más de 1,5 micrómetros.

Cualquier formulación comercialmente disponible de partículas de sílice submicrométricas se puede usar en el contexto de los presentes modos de realización, incluyendo sílice de combustión, sílice coloidal, sílice precipitada, sílice en capas (por ejemplo, montmorillonita) y autoensamblaje de partículas de sílice asistido por aerosol.

Las partículas de sílice pueden ser de modo que presenten una superficie hidrófoba o hidrófila. La naturaleza hidrófoba o hidrófila de la superficie de las partículas está determinada por la naturaleza de los grupos de superficie en las partículas.

Cuando la sílice no está tratada, a saber, está compuesta sustancialmente por átomos de Si y O, las partículas típicamente presentan grupos de superficie silanol (Si-OH) y, por lo tanto, son hidrófilas. La sílice coloidal sin tratar (o sin recubrimiento), la sílice de combustión, la sílice precipitada y la sílice en capas presentan todas una superficie hidrófila y se consideran sílice hidrófila.

La sílice en capas se puede tratar para que presente hidrocarburos de cadena larga que terminan en amonio cuaternario y/o amonio como grupos de superficie, y la naturaleza de su superficie está determinada por la longitud de las cadenas de hidrocarburos. La sílice hidrófoba es una forma de sílice en la que grupos hidrófobos están enlazados a la superficie de las partículas y también se denomina sílice tratada o sílice funcionalizada (sílice que se ha hecho reaccionar con grupos hidrófobos).

Las partículas de sílice que presentan grupos de superficie hidrófobos tales como, pero sin limitarse a, alquilos, preferentemente alquilos de medios a superiores de 2 o más átomos de carbono de longitud, preferentemente de 4 o más, o 6 o más átomos de carbono de longitud, cicloalquilos, arilo y otros hidrocarburos, como se define en el presente documento, o polímeros hidrófobos (por ejemplo, polidimetilsiloxano), son partículas de sílice hidrófoba.

Por lo tanto, las partículas de sílice como se describe en el presente documento pueden estar sin tratar (no funcionalizadas) y, como tales, son partículas hidrófilas.

De forma alternativa, las partículas de sílice como se describe en el presente documento se pueden tratar o funcionalizar haciéndose reaccionar para formar enlaces con los restos en su superficie.

Cuando los restos son restos hidrófilos, las partículas de sílice funcionalizadas son hidrófilas.

Las partículas de sílice que presentan grupos de superficie hidrófilos tales como, pero sin limitarse a, hidroxi, amina, amonio, carboxi, silanol, oxo y similares, son partículas de sílice hidrófila.

Cuando los restos son restos hidrófobos, como se describe en el presente documento, las partículas de sílice funcionalizadas son hidrófobas.

En algunos de cualquiera de los modos de realización descritos en el presente documento, al menos una porción de, o todas, las partículas de sílice presentan una superficie hidrófila (a saber, son partículas de sílice hidrófilas, por ejemplo, de sílice sin tratar, tal como sílice coloidal).

En algunos de cualquiera de los modos de realización descritos en el presente documento, al menos una porción de, o todas, las partículas de sílice presentan una superficie hidrófoba (a saber, son partículas de sílice hidrófobas). En algunos modos de realización, las partículas de sílice hidrófobas son partículas de sílice funcionalizadas, a saber, partículas de sílice tratadas con uno o más restos hidrófobos.

En algunos de cualquiera de los modos de realización descritos en el presente documento, al menos una porción de, o todas, las partículas de sílice son partículas de sílice hidrófobas, funcionalizadas por grupos funcionales curables (partículas que presentan grupos curables en su superficie).

Los grupos funcionales curables pueden ser cualquier grupo polimerizable como se describe en el presente documento. En algunos modos de realización, los grupos funcionales curables son polimerizables por la misma reacción de polimerización que los monómeros curables en la formulación, y/o cuando se exponen a las mismas condiciones de curado que los monómeros curables. En algunos modos de realización, los grupos curables son grupos (met)acrílicos (acrílicos o metacrílicos), como se define en el presente documento.

Las partículas de sílice hidrófilas e hidrófobas, funcionalizadas y sin tratar, como se describe en el presente documento, pueden ser materiales disponibles comercialmente o se pueden preparar usando procedimientos bien conocidos en la técnica.

Por "al menos una porción", como se usa en el contexto de estos modos de realización, se entiende al menos un 10 %, o al menos un 20 %, o al menos un 30 %, o al menos un 40 %, o al menos un 50 %, o al menos un 60 %, o al menos un 70 %, o al menos un 80 %, o al menos un 90 %, o al menos un 95 % o al menos un 98 % de las partículas.

Las partículas de sílice también pueden ser una mezcla de dos o más tipos de partículas de sílice, por ejemplo, dos o más tipos de cualquiera de las partículas de sílice descritas en el presente documento.

En algunos de cualquiera de los modos de realización descritos en el presente documento, una cantidad de partículas de sílice en una formulación de material de modelado que comprende las mismas varía de aproximadamente un 1 % a aproximadamente un 20 %, o de aproximadamente un 1 % a aproximadamente un 15 %, o de aproximadamente un 1 % a aproximadamente un 10 %, en peso, del peso total de la formulación elastomérica.

La cantidad de partículas de sílice se puede manipular como se desee para controlar las propiedades mecánicas del material curado. Por ejemplo, una mayor cantidad de partículas de sílice puede dar como resultado un mayor módulo elástico de la estructura sacrificial curada.

En algunos de cualquiera de los modos de realización descritos en el presente documento, una cantidad de partículas de sílice es de modo que una proporción en peso del/de los material(es) elastomérico(s) y las partículas de sílice en la formulación elastomérica varía de aproximadamente 50:1 a aproximadamente 4:1 o de aproximadamente 50:1 a aproximadamente 4:1, de aproximadamente 30:1 a aproximadamente 4:1 o de aproximadamente 20:1 a aproximadamente 2:1, incluyendo cualquier valor intermedio y subintervalo entre ellos.

De acuerdo con algunos de cualquiera de los modos de realización descritos en el presente documento, la formulación elastomérica comprende además uno o más materiales curables adicionales.

El material curable adicional puede ser un material curable monofuncional, un material curable multifuncional o una mezcla de los mismos, y cada material puede ser un monómero, un oligómero o un polímero, o una combinación de los mismos.

Preferentemente, pero no obligatoriamente, el material curable adicional es polimerizable cuando se expone a la misma energía de curado a la que el material elastomérico curable es polimerizable, por ejemplo, tras la exposición a irradiación (por ejemplo, irradiación UV-vis).

En algunos modos de realización, el material curable adicional es de modo que cuando se endurece, el material polimerizado presenta una Tg superior a la de un material elastomérico, por ejemplo, una Tg superior a 0 °C, o superior a 5 °C o superior a 10 °C.

En todo el presente documento, "Tg" se refiere a la temperatura de transición vítrea definida como la ubicación del máximo local de la curva E", donde E" es el módulo de pérdida del material en función de la temperatura.

En términos generales, a medida que se eleva la temperatura dentro de un intervalo de temperaturas que contiene la temperatura Tg, el estado de un material, en particular un material polimérico, cambia gradualmente de un estado vítreo a un estado gomoso.

En el presente documento, "intervalo de Tg" es un intervalo de temperatura en el que el valor de E" es al menos la mitad de su valor (por ejemplo, puede ser hasta su valor) a la temperatura Tg como se define anteriormente.

Sin quedar vinculado a ninguna teoría particular, se supone que el estado de un material polimérico cambia gradualmente del estado vítreo al gomoso dentro del intervalo de Tg como se define anteriormente. En el presente documento, el término "Tg" se refiere a cualquier temperatura dentro del intervalo de Tg como se define en el presente documento.

En algunos modos de realización, el material curable adicional es un acrilato o metacrilato ((met)acrilato) monofuncional. Los ejemplos no limitantes incluyen acrilato de isobornilo (IBOA), metacrilato de isobornilo, acriloilmorfolina (ACMO), acrilato de fenoxietilo, comercializado por Sartomer Company (EE. UU.) con el nombre comercial SR-339, oligómero de acrilato de uretano tal como el comercializado con el nombre CN 131B, y cualquier otro acrilato y metacrilato que se pueda usar en metodologías de FA.

En algunos modos de realización, el material curable adicional es un acrilato o metacrilato ((met)acrilato) multifuncional. Los ejemplos no limitantes de (met)acrilatos multifuncionales incluyen diacrilato de neopentilglicol propoxilado (2), comercializado por Sartomer Company (EE. UU.) con el nombre comercial SR-9003, tetraacrilato de ditrimetilolpropano (DiTMPTTA), tetraacrilato de pentaerititol (TETTA) y pentacrilato de dipentaerititol (DiPEP), y un diacrilato de uretano alifático, por ejemplo, tal como el comercializado como Ebecryl 230. Los ejemplos no limitantes de oligómeros de (met)acrilato multifuncionales incluyen diacrilato o dimetacrilato de polietilenglicol etoxilado o metoxilado, diacrilato de bisfenol A etoxilado, diacrilato de uretano de polietilenglicol-polietilenglicol, un oligómero de poliol parcialmente acrilado, diacrilatos de uretano a base de poliéster tales como los comercializados como CNN91.

Se contempla cualquier otro material curable, preferentemente un material curable que presente, cuando se endurezca, una Tg como se define en el presente documento.

En algunos de cualquiera de los modos de realización descritos en el presente documento, la formulación elastomérica comprende además un iniciador, para iniciar la polimerización de los materiales curables.

Cuando todos los materiales curables (elastoméricos y adicionales, si están presentes) son fotopolimerizables, se puede usar un fotoiniciador en estos modos de realización.

Los ejemplos no limitantes de fotoiniciadores adecuados incluyen benzofenonas (cetonas aromáticas) tales como benzofenona, metilbenzofenona, cetona de Michler y xantonas; fotoiniciadores de tipo óxido de acilfosfina tales como óxido de 2,4,6-trimetilbenzolidifenilfosfina (TMPO), óxido de 2,4,6-trimetilbenzoiletoxifenilfosfina (TEPO) y óxidos de bisacilfosfina (BAPO); benzoínas y éteres alquílicos de bezoína tales como benzoína, éter metílico de benzoína y éter isopropílico de benzoína y similares. Los ejemplos de fotoiniciadores son alfa-aminocetona, óxido de bisacilfosfina (BAPO) y los comercializados con el nombre comercial Irgacure®.

Se puede usar un fotoiniciador solo o en combinación con un coiniciador. La benzofenona es un ejemplo de fotoiniciador que requiere una segunda molécula, tal como una amina, para producir un radical libre. Después de absorber la radiación, la benzofenona reacciona con una amina ternaria por abstracción de hidrógeno, para generar un radical alfa-amino que inicia la polimerización de los acrilatos. Un ejemplo no limitante de una clase de coiniciadores son las alcanolaminas tales como trietilamina, metildietanolamina y trietanolamina.

Una concentración de un fotoiniciador en una formulación que contiene el mismo puede variar de aproximadamente 0,1 a aproximadamente 5 por ciento en peso, o de aproximadamente 1 a aproximadamente 5 por ciento en peso, incluyendo cualquier valor intermedio y subintervalos entre ellos.

De acuerdo con algunos de cualquiera de los modos de realización descritos en el presente documento, la formulación elastomérica comprende además uno o más materiales no curables adicionales, por ejemplo, uno o más de un colorante, un dispersante, un tensioactivo, un estabilizador y un inhibidor.

Se incluye un inhibidor en la(s) formulación/formulaciones para evitar o ralentizar la polimerización y/o el curado antes de exponerse a la condición de curado. Se contemplan inhibidores comúnmente usados, tales como inhibidores de radicales.

Se contemplan tensioactivos, dispersantes, colorantes y estabilizadores comúnmente usados. Las concentraciones ejemplares de cada componente, si están presentes, varían de aproximadamente 0,01 a aproximadamente 1, o de aproximadamente 0,01 a aproximadamente 0,5, o de aproximadamente 0,01 a aproximadamente 0,1 por ciento en peso, del peso total de la formulación que contiene los mismos.

En algunos de cualquiera de los modos de realización descritos en el presente documento, el material elastomérico es un material curable por UV y, en algunos modos de realización, es un (met)acrilato elastomérico, por ejemplo, un acrilato elastomérico.

En algunos de cualquiera de los modos de realización descritos en el presente documento, se incluye un componente curable adicional en la formulación elastomérica y, en algunos modos de realización, este componente es un acrilato o metacrilato curable por UV.

En algunos de cualquiera de los modos de realización descritos en el presente documento, las partículas de sílice son partículas de sílice funcionalizadas con (met)acrilato.

En algunos de cualquiera de los modos de realización descritos en el presente documento, la formulación elastomérica comprende uno o más acrilatos elastoméricos monofuncionales, uno o más acrilatos elastoméricos multifuncionales, uno o más acrilatos o metacrilatos monofuncionales y uno o más acrilatos o metacrilatos multifuncionales.

En algunos de estos modos de realización, la formulación elastomérica comprende además uno o más fotoiniciadores, por ejemplo, de la familia Igracure®.

En algunos de cualquiera de los modos de realización descritos en el presente documento, todos los materiales curables y las partículas de sílice se incluyen en una única formulación.

En algunos modos de realización, en la formulación elastomérica se incluyen partículas de sílice, uno o más fotoiniciadores y opcionalmente otros componentes.

En formulaciones ejemplares de acuerdo con algunos de cualquiera de los modos de realización descritos en el presente documento, todos los materiales curables son (met)acrilatos.

En cualquiera de las formulaciones ejemplares descritas en el presente documento, una concentración de un fotoiniciador varía de aproximadamente un 1 % a aproximadamente un 5 % en peso, o de aproximadamente un 2 % a aproximadamente un 5 %, o de aproximadamente un 3 % a aproximadamente un 5 %, o de aproximadamente un 3 % a aproximadamente un 4 % (por ejemplo, 3, 3,1, 3,2, 3,25, 3,3, 3,4, 3,5, 3,6, 3,7, 3,8, 3,85, 3,9, incluyendo cualquier valor intermedio entre ellos) %, en peso, del peso total de una formulación que comprende el mismo.

En cualquiera de las formulaciones ejemplares descritas en el presente documento, una concentración de un inhibidor varía de 0 a aproximadamente un 2 % en peso, o de 0 a aproximadamente un 1 % y es, por ejemplo, 0, 0,1,0,2, 0,3, 0,4, 0,5, 0,6, 0,7, 0,8, 0,9 o aproximadamente un 1 %, en peso, incluyendo cualquier valor intermedio entre ellos, del peso total de una formulación que comprende el mismo.

En cualquiera de las formulaciones ejemplares descritas en el presente documento, una concentración de un tensioactivo varía de 0 a aproximadamente un 1 % en peso y es, por ejemplo, 0, 0,01, 0,05, 0,1, 0,5 o aproximadamente un 1 %, en peso, incluyendo cualquier valor intermedio entre ellos, del peso total de una formulación que comprende el mismo.

En cualquiera de las formulaciones ejemplares descritas en el presente documento, una concentración de un dispersante varía de 0 a aproximadamente un 2 % en peso y es, por ejemplo, 0, 0,1, 0,5, 0,7, 1, 1,2, 1,3, 1,35, 1,4, 1,5, 1,7, 1,8 o aproximadamente un 2 %, en peso, incluyendo cualquier valor intermedio entre ellos, del peso total de una formulación que comprende el mismo.

En formulaciones ejemplares de acuerdo con algunos de cualquiera de los modos de realización descritos en el presente documento, una concentración de un material elastomérico varía de aproximadamente un 30 % a aproximadamente un 90 % en peso, o de aproximadamente un 40 % a aproximadamente un 90 %, en peso, o de aproximadamente un 40 % a aproximadamente un 85 %, en peso.

En algunos modos de realización, el material elastomérico comprende un material elastomérico monofuncional y un material elastomérico multifuncional.

En algunos modos de realización, una concentración del material elastomérico monofuncional varía de aproximadamente un 20 % a aproximadamente un 70 %, o de aproximadamente un 30 % a aproximadamente un 50 %, en peso, incluyendo cualquier valor intermedio y subintervalos entre ellos. En modos de realización ejemplares, una concentración del material elastomérico monofuncional varía de aproximadamente un 50 % a aproximadamente un 70 %, o de aproximadamente un 55 % a aproximadamente un 65 %, o de aproximadamente un 55 % a aproximadamente un 60 % (por ejemplo, un 58 %), en peso, incluyendo cualquier valor intermedio y subintervalo entre ellos. En modos de realización ejemplares, una concentración del material elastomérico monofuncional varía de aproximadamente un 30 % a aproximadamente un 50 %, o de aproximadamente un 35 % a aproximadamente un 50 %, o de aproximadamente un 40 % a aproximadamente un 45 % (por ejemplo, un 42 %), en peso, incluyendo cualquier valor intermedio y subintervalo entre ellos.

En algunos modos de realización, una concentración del material elastomérico multifuncional varía de aproximadamente un 10 % y aproximadamente un 30 %, en peso. En modos de realización ejemplares, una concentración del material elastomérico monofuncional varía de aproximadamente un 10 % a aproximadamente un 20 %, o de aproximadamente un 10 % a aproximadamente un 15 % (por ejemplo, un 12 %), en peso. En modos de realización ejemplares, una concentración del material elastomérico monofuncional varía de aproximadamente un 10 % a aproximadamente un 30 %, o de aproximadamente un 10 % a aproximadamente un 20 %, o de aproximadamente un 15 % a aproximadamente un 20 % (por ejemplo, un 16 %), en peso.

En formulaciones ejemplares de acuerdo con algunos de cualquiera de los modos de realización descritos en el presente documento, una concentración total de un material curable adicional varía de aproximadamente un 10 % a aproximadamente un 40 % en peso, o de aproximadamente un 15 % a aproximadamente un 35 %, en peso, incluyendo cualquier valor intermedio y subintervalos entre ellos.

En algunos modos de realización, el material curable adicional comprende un material curable monofuncional.

En algunos modos de realización, una concentración del material curable adicional monofuncional varía de aproximadamente un 15 % a aproximadamente un 25 %, o de aproximadamente un 20 % a aproximadamente un 25 % (por ejemplo, un 21 %), en peso, incluyendo cualquier valor intermedio y subintervalos entre ellos. En modos de realización ejemplares, una concentración del material elastomérico monofuncional varía de aproximadamente un 20 % a aproximadamente un 30 %, o de aproximadamente un 25 % a aproximadamente un 30 % (por ejemplo, un 28 %), en peso, incluyendo cualquier valor intermedio y subintervalos entre ellos.

En formulaciones ejemplares de acuerdo con algunos de cualquiera de los modos de realización descritos en el presente documento, el material elastomérico comprende un material elastomérico monofuncional y un material elastomérico multifuncional; una concentración del material elastomérico monofuncional varía de aproximadamente un 30 % a aproximadamente un 50 % (por ejemplo, de aproximadamente un 40 % a aproximadamente un 45 %) o de aproximadamente un 50 % a aproximadamente un 70 % (por ejemplo, de aproximadamente un 55 % a aproximadamente un 60 %) en peso; y una concentración del material elastomérico multifuncional varía de aproximadamente un 10 % a aproximadamente un 20 % en peso; y las una o más formulaciones comprenden además un material curable monofuncional adicional en una concentración total que varía de aproximadamente un 20 % a aproximadamente un 30 %, en peso.

De acuerdo con algunos de cualquiera de los modos de realización descritos en el presente documento, la formulación elastomérica comprende al menos un material curable monofuncional elastomérico, al menos un material curable multifuncional elastomérico y al menos un material curable monofuncional adicional.

De acuerdo con algunos de cualquiera de los modos de realización descritos en el presente documento, una concentración del material monofuncional curable varía de un 10 % a un 30 %, en peso del peso total de la formulación elastomérica.

De acuerdo con algunos de cualquiera de los modos de realización descritos en el presente documento, una concentración del material curable monofuncional elastomérico varía de un 50 % a un 70 %, en peso, del peso total de la formulación elastomérica.

De acuerdo con algunos de cualquiera de los modos de realización descritos en el presente documento, una concentración del material curable multifuncional elastomérico varía de un 10 % a un 20 %, en peso, del peso total de la formulación elastomérica.

De acuerdo con algunos de cualquiera de los modos de realización descritos en el presente documento, una concentración del material monofuncional curable varía de un 10 % a un 30 %, en peso; una concentración del material curable monofuncional elastomérico varía de un 50 % a un 70 %, en peso; y una concentración del material curable multifuncional elastomérico varía de un 10 % a un 20 %, en peso, del peso total de la formulación elastomérica.

De acuerdo con algunos de cualquiera de los modos de realización descritos en el presente documento, una concentración del material monofuncional curable varía de un 20 % a un 30 %, en peso, del peso total de la formulación elastomérica.

De acuerdo con algunos de cualquiera de los modos de realización descritos en el presente documento, una concentración del material curable monofuncional elastomérico varía de un 30 % a un 50 %, en peso, del peso total de la formulación elastomérica.

De acuerdo con algunos de cualquiera de los modos de realización descritos en el presente documento, una concentración del material curable multifuncional elastomérico varía de un 10 % a un 30 %, en peso, del peso total de la formulación elastomérica.

De acuerdo con algunos de cualquiera de los modos de realización descritos en el presente documento, una concentración del material monofuncional curable varía de un 20 % a un 30 %, en peso; una concentración del material curable monofuncional elastomérico varía de un 30 % a un 50 %, en peso; y una concentración del material curable multifuncional elastomérico varía de un 10 % a un 30 %, en peso, del peso total de la formulación elastomérica.

En algunos modos de realización, una formulación elastomérica, como se describe en el presente documento, se caracteriza, cuando se endurece, por una resistencia al desgarro de al menos 4000 N/m, o al menos 4500 N/m o al menos 5000 N/m.

En algunos modos de realización, una formulación elastomérica, como se describe en el presente documento, se caracteriza, cuando se endurece, por una resistencia al desgarro mayor en al menos 500 N/m, o en al menos 700 N/m, o en al menos 800 N/m, que la de la formulación desprovista de dichas partículas de sílice, cuando se endurece.

En algunos modos de realización, una formulación elastomérica, como se describe en el presente documento, se caracteriza, cuando se endurece, por una resistencia a la tracción de al menos 2 MPa.

En algunos de cualquiera de los modos de realización descritos en el presente documento se proporciona un kit que comprende la formulación elastomérica, como se describe en el presente documento en cualquiera de los modos de realización respectivos y cualquier combinación de las mismas.

En todo el presente documento, las frases "goma", "materiales gomosos", "materiales elastoméricos" y "elastómeros" se usan de manera intercambiable para describir materiales que presentan características de elastómeros. La frase "material de tipo gomoso" o "material similar a goma" se usa para describir materiales que presentan características de gomas, preparados por fabricación aditiva (por ejemplo, impresión por inyección de tinta 3D) en lugar de procesos convencionales que implican la vulcanización de polímeros termoplásticos.

El término "material de tipo gomoso" también se denomina en el presente documento de manera intercambiable "material elastomérico".

Los elastómeros o gomas son materiales flexibles que se caracterizan por una Tg baja (por ejemplo, inferior a la temperatura ambiente, preferentemente inferior a 10 °C, inferior a 0 °C e incluso inferior a -10 °C).

En lo que sigue se describen algunas de las propiedades que caracterizan a los materiales gomosos (elastoméricos), como se usa en el presente documento y en la técnica.

La dureza Shore A, que también se denomina dureza Shore o simplemente dureza, describe la resistencia de un material a la mella permanente, definida por la escala de durómetro de tipo A. La dureza Shore típicamente se determina de acuerdo con la norma ASTM D2240.

El módulo elástico, que también se denomina módulo de elasticidad o módulo de Young, o módulo de tracción, o "E", describe la resistencia de un material a la deformación elástica cuando se aplica una fuerza o, en otras palabras, como la tendencia de un objeto a deformarse a lo largo de un eje cuando se aplican fuerzas opuestas a lo largo de ese eje. El módulo elástico típicamente se mide por una prueba de tracción (por ejemplo, de acuerdo con la norma ASTM D 624) y se determina por la pendiente lineal de una curva de esfuerzo-deformación en la región de deformación elástica, en la que el esfuerzo es la fuerza que provoca la deformación dividida entre el área a la que se aplica la fuerza y la deformación es la proporción del cambio en algún parámetro de longitud provocado por la deformación con respecto al valor original del parámetro de longitud. el esfuerzo es proporcional a la fuerza de tracción sobre el material y la deformación es proporcional a su longitud.

La resistencia a la tracción describe la resistencia de un material a la tensión, o, en otras palabras, su capacidad para soportar cargas que tienden a alargar, y se define como el esfuerzo máximo en MPa, aplicado durante el estiramiento de un compuesto elastomérico antes de su ruptura. La resistencia a la tracción típicamente se mide por una prueba de tracción (por ejemplo, de acuerdo con la norma ASTM D 624) y se determina como el punto más alto de una curva de esfuerzo-deformación, como se describe en el presente documento y en la técnica.

El alargamiento es la extensión de una sección uniforme de un material, expresada como porcentaje de la longitud original y, típicamente, se determina de acuerdo con la norma ASTM D412.

El alargamiento por tracción Z es el alargamiento medido como se describe en el presente documento tras imprimir en la dirección Z.

La resistencia al desgarro describe la fuerza máxima requerida para rasgar un material, expresada en unidades de fuerza por unidad de longitud, con lo que la fuerza actúa sustancialmente paralela al eje principal de la muestra. La resistencia al desgarro se puede medir por el procedimiento ASTM D 412. La norma ASTM D 624 se puede usar para medir la resistencia a la formación de un desgarro (inicio de desgarro) y la resistencia a la expansión de un desgarro (propagación de desgarro). Típicamente, se sostiene una muestra entre dos soportes y se aplica una fuerza de tracción uniforme hasta que se produce la deformación. A continuación, se calcula la resistencia al desgarro dividiendo la fuerza aplicada entre el espesor del material.

La resistencia al desgarro bajo alargamiento constante describe el tiempo necesario para que una muestra se desgarre cuando se somete a un alargamiento constante (inferior al alargamiento de rotura).

En todo el presente documento, las frases "formulación de material de construcción", "material de construcción sin curar", "formulación de material de construcción sin curar", "material de construcción" y otras variaciones, describen, por lo tanto, conjuntamente los materiales que se distribuyen para formar secuencialmente las capas, como se describe en el presente documento. Esta frase engloba materiales sin curar distribuidos para formar el objeto, a saber, una o más formulaciones de material de modelado sin curar, y materiales sin curar distribuidos para formar el soporte, a saber, formulaciones de material de soporte sin curar.

En todo el presente documento, la frase "material de modelado curado" o "material de modelado endurecido" describe la parte del material de construcción que forma el objeto, como se define en el presente documento, tras exponer el material de construcción distribuido al curado y, opcionalmente, si un material de soporte se ha distribuido, también tras la extracción del material de soporte curado, como se describe en el presente documento. El material de modelado curado puede ser un único material curado o una mezcla de dos o más materiales curados, dependiendo de las formulaciones de material de modelado usadas en el procedimiento, como se describe en el presente documento.

La frase "material de modelado curado" o "formulación de material de modelado curado" se puede considerar como un material de construcción curado en el que el material de construcción consiste solo en una formulación de material de modelado (y no en una formulación de material de soporte). Es decir, esta frase se refiere a la porción del material de construcción, que se usa para proporcionar el objeto final.

En todo el presente documento, la frase "formulación de material de modelado", a la que también se hace referencia en el presente documento de manera intercambiable como "formulación de modelado", "formulación modelo", "formulación de material modelo" o simplemente como "formulación", describe una parte o todo el material de construcción que se distribuye para formar el objeto, como se describe en el presente documento. La formulación de material de modelado es una formulación de modelado sin curar (a menos que se indique específicamente de otro modo), que, tras la exposición a energía de curado, forma el objeto o una parte del mismo.

En algunos modos de realización de la presente invención, se formula una formulación de material de modelado para su uso en impresión por inyección de tinta tridimensional y puede formar un objeto tridimensional por sí sola, es decir, sin tener que mezclarse ni combinarse con ninguna otra sustancia.

Un material de construcción sin curar puede comprender una o más formulaciones de modelado, y se puede distribuir de modo que se hagan diferentes partes del objeto, tras el curado, de diferentes formulaciones de modelado curadas o diferentes combinaciones de las mismas y, por consiguiente, se hagan de diferentes materiales de modelado curados o diferentes mezclas de materiales de modelado curados.

Las formulaciones que forman el material de construcción (formulaciones de material de modelado y formulaciones de material de soporte) comprenden uno o más materiales curables que, cuando se exponen a energía de curado, forman un material endurecido (curado).

En todo el presente documento, un "material curable" es un compuesto (típicamente un compuesto monomérico u oligomérico, aunque opcionalmente un material polimérico) que, cuando se expone a energía de curado, como se describe en el presente documento, se solidifica o endurece para formar un material curado. Los materiales curables son típicamente materiales polimerizables, que experimentan polimerización y/o reticulación cuando se exponen a una fuente de energía adecuada.

La polimerización puede ser, por ejemplo, polimerización por radicales libres, polimerización catiónica o polimerización aniónica, y cada una se puede inducir cuando se expone a energía de curado tal como, por ejemplo, radiación, calor, etc., como se describe en el presente documento.

En algunos de cualquiera de los modos de realización descritos en el presente documento, un material curable es un material fotopolimerizable, que polimeriza y/o experimenta reticulación tras la exposición a la radiación, como se describe en el presente documento, y en algunos modos de realización el material curable es un material curable por UV que polimeriza y/o experimenta reticulación tras la exposición a radiación UV, como se describe en el presente documento.

En algunos modos de realización, un material curable como se describe en el presente documento es un material fotopolimerizable que polimeriza por medio de polimerización de radicales libres fotoinducida. De forma alternativa, el material curable es un material fotopolimerizable que polimeriza por medio de polimerización catiónica fotoinducida.

En algunos de cualquiera de los modos de realización descritos en el presente documento, un material curable puede ser un monómero, un oligómero o un polímero de cadena corta, siendo cada uno polimerizable y/o reticulable como se describe en el presente documento.

En algunos de cualquiera de los modos de realización descritos en el presente documento, cuando un material curable se expone a energía de curado (por ejemplo, radiación), se endurece (se cura) por una cualquiera o la combinación de alargamiento de cadena y reticulación.

En algunos de cualquiera de los modos de realización descritos en el presente documento, un material curable es un monómero o una mezcla de monómeros que puede formar un material polimérico tras una reacción de polimerización, cuando se expone a la energía de curado a la que se produce la reacción de polimerización. Dichos materiales curables también se denominan en el presente documento materiales curables monoméricos.

En algunos de cualquiera de los modos de realización descritos en el presente documento, un material curable es un oligómero o una mezcla de oligómeros que pueden formar un material polimérico tras una reacción de polimerización, cuando se expone a la energía de curado a la que se produce la reacción de polimerización. Dichos materiales curables también se denominan en el presente documento materiales curables oligoméricos.

En algunos de cualquiera de los modos de realización descritos en el presente documento, un material curable, ya sea monomérico u oligomérico, puede ser un material curable monofuncional o un material curable multifuncional.

En el presente documento, un material curable monofuncional comprende un grupo funcional que puede experimentar polimerización cuando se expone a energía de curado (por ejemplo, radiación).

Un material curable multifuncional comprende dos o más, por ejemplo, 2, 3, 4 o más, grupos funcionales que pueden experimentar polimerización cuando se exponen a energía de curado. Los materiales curables multifuncionales pueden ser, por ejemplo, materiales curables difuncionales, trifuncionales o tetrafuncionales, que comprenden 2, 3 o 4 grupos que pueden experimentar polimerización, respectivamente. Los dos o más grupos funcionales en un material curable multifuncional típicamente están enlazados entre sí por un resto conector, como se define en el presente documento. Cuando el resto conector es un resto oligomérico o polimérico, el grupo multifuncional es un material curable multifuncional oligomérico o polimérico. Los materiales curables multifuncionales pueden experimentar polimerización cuando se someten a energía de curado y/o actuar como reticulantes.

De acuerdo con algunos modos de realización de la invención, el espesor de la estructura intermedia es de aproximadamente 100 micrómetros a aproximadamente 300 micrómetros, más preferentemente de aproximadamente 210 micrómetros a aproximadamente 290 micrómetros, más preferentemente de aproximadamente 220 micrómetros a aproximadamente 280 micrómetros, por ejemplo, aproximadamente 250 micrómetros.

De acuerdo con algunos modos de realización de la invención, la estructura sacrificial se caracteriza, una vez solidificada, por una resistencia al desgarro de al menos 4 kN por metro, cuando se mide de acuerdo con la norma internacional ASTM D-624, una vez solidificada.

De acuerdo con algunos modos de realización de la invención, la estructura sacrificial se caracteriza, una vez solidificada, por una resistencia al desgarro de aproximadamente 4 kN por metro a aproximadamente 8 kN por metro, más preferentemente de aproximadamente 5 kN por metro a aproximadamente 7 kN por metro, cuando se mide de acuerdo con la norma internacional ASTM D-624.

De acuerdo con algunos modos de realización de la invención, la magnitud de la fuerza de desprendimiento es de aproximadamente 1 N a aproximadamente 20 N, por ejemplo, aproximadamente 10 N.

De acuerdo con algunos modos de realización de la invención, se selecciona un espesor de la estructura sacrificial de modo que una fuerza de desprendimiento de aproximadamente 5 N dé como resultado un esfuerzo de flexión de al menos 0,02, más preferentemente al menos 0,022, más preferentemente 0,024, más preferentemente 0,026.

De acuerdo con algunos modos de realización de la invención, la magnitud de la fuerza de desprendimiento es de aproximadamente 1 N a aproximadamente 10 N, por ejemplo, aproximadamente 5 N.

De acuerdo con algunos modos de realización de la invención, un espesor mínimo de la estructura sacrificial es de aproximadamente 500 micrómetros a aproximadamente 3 mm, más preferentemente de aproximadamente 500 micrómetros a aproximadamente 2,5 mm, más preferentemente de aproximadamente 500 micrómetros a aproximadamente 2 mm.

De acuerdo con algunos modos de realización de la invención, para al menos una de la pila de capas de modelo y la estructura sacrificial en capas, un módulo de flexión del material de modelado es de aproximadamente 2000 MPa a aproximadamente 4000 MPa, más preferentemente de aproximadamente 2000 MPa a aproximadamente 3500 MPa, de aproximadamente 2200 MPa a aproximadamente 3200 MPa, cuando se mide de acuerdo con la norma internacional ASTM D-790-04.

De acuerdo con algunos modos de realización de la invención, el material flexible se selecciona de monómero elastomérico monofuncional, oligómero elastomérico monofuncional, monómero elastomérico multifuncional, oligómero elastomérico multifuncional y cualquier combinación de los mismos.

De acuerdo con algunos modos de realización de la invención, la formulación comprende además al menos un material curable adicional.

De acuerdo con algunos modos de realización de la invención, el material curable adicional se selecciona de un monómero curable monofuncional, un oligómero curable monofuncional, un monómero curable multifuncional, un oligómero curable multifuncional y cualquier combinación de los mismos.

De acuerdo con algunos modos de realización de la invención, la al menos una formulación de material de modelado comprende además al menos un material no curable adicional, por ejemplo, uno o más de un colorante, un iniciador, un dispersante, un tensioactivo, un estabilizador y un inhibidor.

De acuerdo con algunos modos de realización de la invención, el material flexible es un material elastomérico curable por UV.

De acuerdo con algunos modos de realización de la invención, el material flexible es un elastómero acrílico.

De acuerdo con algunos modos de realización de la invención, la formulación se caracteriza, cuando se endurece, por una resistencia al desgarro que es mayor en al menos 0,5 kN por metro que una formulación solidificada que tiene el mismo material elastomérico pero desprovisto de partículas de sílice.

De acuerdo con algunos modos de realización de la invención, la formulación comprende al menos un material curable monofuncional elastomérico, al menos un material curable multifuncional elastomérico y al menos un material curable monofuncional adicional.

De acuerdo con algunos modos de realización de la invención, una concentración total del material monofuncional curable varía de un 10 % a un 30 %, en peso del peso total de la formulación.

De acuerdo con algunos modos de realización de la invención, una concentración total del material curable monofuncional elastomérico varía de un 50 % a un 70 %, en peso del peso total de la formulación.

De acuerdo con algunos modos de realización de la invención, una concentración total del material curable multifuncional elastomérico varía de un 10 % a un 20 %, en peso, del peso total de la formulación.

De acuerdo con algunos modos de realización de la invención, una concentración total del material monofuncional curable varía de un 10 % a un 30 %, en peso; una concentración total del material curable monofuncional elastomérico varía de un 50 % a un 70 %, en peso; y una concentración total del material curable multifuncional elastomérico varía de un 10 % a un 20 %, en peso, del peso total de la formulación.

De acuerdo con algunos modos de realización de la invención, una concentración total del material monofuncional curable varía de un 20 % a un 30 %, en peso, del peso total de la formulación.

De acuerdo con algunos modos de realización de la invención, una concentración total del material curable monofuncional elastomérico varía de un 30 % a un 50 %, en peso, del peso total de la formulación.

De acuerdo con algunos modos de realización de la invención, una concentración total del material curable multifuncional elastomérico varía de un 10 % a un 30 %, en peso, del peso total de la formulación.

De acuerdo con algunos modos de realización de la invención, una concentración total del material monofuncional curable varía de un 20 % a un 30 %, en peso; una concentración total del material curable monofuncional elastomérico varía de un 30 % a un 50 %, en peso; y una concentración total del material curable multifuncional elastomérico varía de un 10 % a un 30 %, en peso, del peso total de la formulación.

Se espera que durante la vigencia de una patente que venza a partir de la presente solicitud se desarrollen muchos materiales de construcción pertinentes para la FA y el alcance del término material de modelado y material de soporte pretende incluir todas de dichas nuevas tecnologíasa priori.

Los colores de los diferentes materiales a los que se hace referencia en el presente documento se indican como sigue: cian (C), magenta (M), amarillo (Y), blanco (W), negro (K). El material de soporte se puede indicar como (S). El material claro/transparente se puede indicar como (T). Se puede hacer referencia a una pluralidad de materiales en una serie como, por ejemplo. c My , CMYWKS, etc.

Como se usa en el presente documento, el término "aproximadamente" se refiere a ± 10 %.

La palabra "ejemplar" se usa en el presente documento para querer decir "que sirve como ejemplo, caso o ilustración". Cualquier modo de realización descrito como "ejemplar" no se ha de interpretar necesariamente como preferente o ventajoso sobre otros modos de realización y/o para excluir la incorporación de rasgos característicos de otros modos de realización.

La palabra "opcionalmente" se usa en el presente documento para querer decir "se proporciona en algunos modos de realización y no se proporciona en otros modos de realización". Cualquier modo de realización particular de la invención puede incluir una pluralidad de rasgos característicos "opcionales" a menos que dichos rasgos característicos entren en conflicto.

Los términos "comprende", "que comprende", "incluye", "que incluye", "que tiene" y sus conjugados quieren decir "que incluye pero sin limitarse a".

El término "que consiste en" quiere decir "que incluye y se limita a".

El término "que consiste esencialmente en" quiere decir que la composición, procedimiento o estructura puede incluir ingredientes, etapas y/o partes adicionales, pero sólo si los ingredientes, etapas y/o partes adicionales no alteran materialmente las características básicas y novedosas de la composición, procedimiento o estructura reivindicados. Como se usa en el presente documento, la forma singular "un", "una" y "el/la" incluyen referencias al plural a menos que el contexto claramente lo indique de otro modo. Por ejemplo, el término "un compuesto" o "al menos un compuesto" puede incluir una pluralidad de compuestos, incluyendo mezclas de los mismos.

En toda la presente solicitud, se pueden presentar diversos modos de realización de la presente invención en un formato de intervalo. Se debe entender que la descripción en formato de intervalo es simplemente por conveniencia y brevedad y no se debe interpretar como una limitación inflexible al alcance de la invención. En consecuencia, se debe considerar que la descripción de un intervalo tiene específicamente divulgados todos los subintervalos posibles, así como los valores numéricos individuales dentro de ese intervalo. Por ejemplo, se debe considerar que la descripción de un intervalo tal como de 1 a 6 tiene específicamente divulgados subintervalos tales como de 1 a 3, de 1 a 4, de 1 a 5, de 2 a 4, de 2 a 6, de 3 a 6, etc., así como los números individuales dentro de ese intervalo, por ejemplo, 1,2, 3, 4, 5 y 6. Esto se aplica independientemente de la amplitud del intervalo.

Siempre que en el presente documento se indique un intervalo numérico, se pretende incluir cualquier número citado (fraccionario o entero) dentro del intervalo indicado. Las frases "que varía/varía entre" un primer número indicado y un segundo número indicado y "que varía/varía de" un primer número indicado "a" un segundo número indicado se usan en el presente documento de manera intercambiable y pretenden incluir el primer y el segundo número indicados y todos los números fraccionarios y enteros entre ellos.

Se aprecia que determinados rasgos característicos de la invención, que, por claridad, se describen en el contexto de modos de realización separados, también se pueden proporcionar en combinación en un único modo de realización. Por el contrario, diversos rasgos característicos de la invención, que, por brevedad, se describen en el contexto de un único modo de realización, también se pueden proporcionar por separado o en cualquier subcombinación adecuada o como sea adecuado en cualquier otro modo de realización descrito de la invención. Determinados rasgos característicos descritos en el contexto de diversos modos de realización no se han de considerar rasgos característicos esenciales de esos modos de realización, a menos que el modo de realización no funcione sin esos elementos.

Diversos modos de realización y aspectos de la presente invención como se definen anteriormente en el presente documento y como se reivindica en la sección de reivindicaciones a continuación encuentran apoyo experimental en los siguientes ejemplos.

EJEMPLOS

Ahora se hace referencia a los siguientes ejemplos, que conjuntamente con las descripciones anteriores ilustran algunos modos de realización de la invención de forma no limitante.

Ejemplo 1

Prueba de concepto

Se realizaron experimentos para determinar los parámetros adecuados para garantizar la extracción de la estructura sacrificial por desprendimiento.

Uno de los objetos fabricados era una estatuilla de un búho a todo color.

Las FIGURAS 14A, 14B, 14C y 14D son imágenes que muestran el proceso de desprendimiento de una estructura sacrificial flexible de la estatuilla de búho de colores. La estructura sacrificial se formó a partir de material negro flexible. Opcionalmente, la estructura sacrificial flexible se puede formar con una fina capa de separación de material blando entre ella y el objeto que se está formando.

Ejemplo 2

Experimentos de Shore A

En algunos modos de realización de la presente invención, cuando el material de modelado negro se reemplaza por un material flexible negro de modo que se pueda formar una estructura sacrificial desprendible, las regiones del objeto que comprenden una cantidad sustancial de material negro flexible pueden tener propiedades físicas reducidas, tales como una disminución significativa en su valor de Shore A. Para resolver este problema, se conciben dos opciones principales: (1) imprimir regiones negras con una combinación digital de material de modelado de color (CMY) para obtener un color negro y evitar variaciones en las propiedades físicas; o (2) combinar el material flexible negro con una proporción de material de color CMY de modo que no se observe ninguna disminución en las propiedades físicas. Si bien la opción (1) puede ser apropiada en algunos casos, también presenta algunas desventajas, ya que el color "negro verdadero" es difícil de obtener con una mezcla de colores CMY únicamente y el consumo de materiales de modelado CMY se incrementaría. En cuanto a la segunda opción, se realizaron experimentos para determinar el contenido mínimo de material(es) de modelado necesario en combinación con un material flexible para evitar una disminución en el valor de Shore A.

Los valores de Shore A se midieron con un durómetro Shore Zwick 3110..13 (Zwick/Roell, Alemania) siguiendo el procedimiento de prueba estándar ASTM D2240 en muestras negras de 20*20*7 mm impresas en una impresora J750 PolyJet™ (Stratasys® Ltd., Israel). Se sometieron a prueba diversas combinaciones digitales usando materiales de modelado de la familia Vero™ (Stratasys® Ltd., Israel) y un material negro flexible seleccionado de TangoBlackPlus™ FLX 980 (Stratasys® Ltd., Israel) y Agilus30™ Black FLX985 (Stratasys® Ltd., Israel). Se depositaron aleatoriamente gotas de material flexible cuando se imprimieron las muestras para obtener estructuras homogéneas. Los resultados obtenidos se muestran en la FIGURA 15 y en la yabla 1 a continuación.

Tabla 1

Los experimentos anteriores muestran que si las muestras comprenden al menos aproximadamente un 30 % de material de modelado en combinación con un material flexible (como máximo un 70 %) distribuido aleatoriamente entre la estructura de la muestra, entonces el valor de Shore A de las muestras es similar al valor de Shore A medido para muestras que comprenden un 100 % de material de modelado, y no se observa ningún cambio en las propiedades físicas.

Ejemplo 3

Experimentos de pegajosidad

En algunos modos de realización de la presente invención, cuando el material de modelado negro se reemplaza con un material flexible negro de modo que se pueda formar una estructura sacrificial desprendible, las regiones del objeto que comprenden una gran proporción de color negro tienden a ser pegajosas debido a la composición química del material flexible. Para resolver el problema de la "pegajosidad", se concibieron dos opciones principales: (1) imprimir las regiones negras con una combinación de material de modelado de color (CMY) para imitar digitalmente el color negro y evitar un efecto de pegajosidad; o (2) combinar el material flexible negro con una proporción de material de color CMY hasta que casi no se observe pegajosidad. Si bien la opción (1) puede ser apropiada en algunos casos, también presenta algunas desventajas, ya que el color "negro verdadero" es difícil de crear con una mezcla de colores CMY únicamente y el consumo de materiales de modelado CMY se incrementaría. En cuanto a la segunda opción, se realizaron experimentos para determinar el contenido mínimo de material(es) de modelado necesario en combinación con un material flexible para hacer que el efecto de pegajosidad sea insignificante.

Los valores de pegajosidad se midieron con un aparato LR30K Lloyd Instruments (Ametek, EE. UU.). Se puso en contacto una sonda redonda con muestras negras de 60*60*6 mm impresas en una impresora J750 PolyJet™ (Stratasys® Ltd, Israel) y se aplicó una fuerza de aproximadamente 400 N. La sonda se retiró lentamente de la muestra mientras se medían los valores de fuerza a lo largo del tiempo. Las áreas por debajo de las curvas se integraron para obtener un valor de "pegajosidad" en N*mm. Se sometieron a prueba diversas combinaciones digitales usando materiales de modelado de la familia Vero™ (Stratasys® Ltd., Israel) y un material negro flexible seleccionado de TangoBlackPlus™ FLX 980 (Stratasys® Ltd., Israel) y Agilus30™ Black FLX985 (Stratasys® Ltd., Israel). Se depositaron aleatoriamente gotas de material flexible cuando se imprimieron las muestras para obtener estructuras homogéneas. Los resultados obtenidos se muestran en la FIGURA 16 y en la tabla 2 a continuación.

Tabla 2

Los experimentos anteriores muestran que si las muestras comprenden al menos aproximadamente un 30 % de material de modelado en combinación con un material flexible (como máximo un 70 %) distribuido aleatoriamente entre la estructura de la muestra, entonces el efecto de pegajosidad es insignificante.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un procedimiento de fabricación aditiva de un objeto tridimensional que comprende:

distribuir y solidificar secuencialmente una pluralidad de capas, en el que la pluralidad de capas se forma con (i) una pluralidad de materiales modelo de colores diferentes dispuestos en un patrón configurado correspondiente a la definición de conformación y color del objeto, (ii) un material flexible negro (705) dispuesto en un patrón configurado para formar una estructura sacrificial que engloba al menos parcialmente el objeto, y (iii) un material blando (710) que tiene un módulo elástico menor que dicho material flexible (705) y que está dispuesto en un patrón configurado para proporcionar una estructura intermedia (651) entre el material modelo y la estructura sacrificial; en el que el material flexible (705) es un material elastomérico curable por UV; en el que dicho material flexible (705) es un elastómero acrílico, en el que la pluralidad de materiales modelo de color no incluye un material modelo negro, y en el que dicha distribución comprende distribuir dicho material flexible negro (705) para formar una porción del objeto que se define para ser negra, o distribuir dichos materiales modelo de colores para formar dicha porción como una mezcla digital de materiales modelo de colores diferentes que crean un color negro.

2. Un sistema de fabricación aditiva (FA) (600) para fabricar un objeto de color tridimensional, comprendiendo el sistema:

un aparato de suministro de material de construcción que contiene un grupo de cartuchos de suministro (630) en el que dicho grupo de cartuchos de suministro (630) comprende un conjunto de cartuchos con materiales modelo de colores diferentes, un cartucho (631) que contiene un material flexible negro (705) y un cartucho (631) que contiene un material blando (710) que tiene un módulo elástico menor que dicho material flexible (705), en el que el material flexible (705) es un material elastomérico curable por UV, y en el que la pluralidad de materiales modelo de color no incluye un material modelo negro;

colecciones de boquillas (624) montadas en cabezales distribuidores (616) configurados para recibir materiales desde el aparato de suministro de material de construcción;

un sistema de solidificación (680) configurado para solidificar los materiales distribuidos desde los cabezales distribuidores (616); y

un controlador computarizado (640) que tiene un circuito configurado para operar los cabezales distribuidores (616) y el sistema de solidificación (680) para distribuir y solidificar secuencialmente una pluralidad de capas que comprende (i) una pluralidad de materiales modelo de colores diferentes dispuestos en un patrón configurado correspondiente a la definición de conformación y color del objeto, (ii) el material flexible (705) dispuesto en un patrón configurado para formar una estructura sacrificial (652) que engloba al menos parcialmente el objeto, y (iii) el material blando (710) dispuesto en un patrón configurado para proporcionar una estructura intermedia (651) entre el material modelo y la estructura sacrificial (652);

en el que dicho controlador computarizado (640) está configurado para distribuir dicho material flexible negro (705) para formar una porción del objeto que se define para ser negra, o para distribuir dichos materiales modelo de colores para formar dicha porción como una mezcla digital de materiales modelo de colores diferentes que crean un color negro.

3. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en el que dicho material flexible (705) es un elastómero acrílico.

4. El procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 o 3, en el que se forma una porción negra del objeto con el material flexible negro (705) cuando un volumen de la porción negra es menor que un umbral definido, y se forma con una mezcla digital del material flexible negro (705) y los materiales modelo de colores diferentes cuando el volumen de la porción negra es mayor que el umbral definido.

5. El procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1,3 o 4, en el que el material blando (710) se dispone en un patrón configurado para formar divisiones en la estructura sacrificial en planos simétricos al objeto y/o para rellenar agujeros definidos por la geometría del objeto.

6. El procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 y 3 a 5, en el que el material blando (710) está configurado para englobar rasgos característicos delicados susceptibles de romperse si se aplica una fuerza de tracción o desprendimiento en sus proximidades.

7. El procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 y 3 a 6, en el que el material blando (710) se forma a partir de un gel que es soluble en agua.

8. El procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 y 3 a 7, en el que un espesor de la estructura intermedia (651) entre el material modelo y la estructura sacrificial (652) proporcionada por el material blando (710) es de 100 micrómetros a 300 micrómetros y en el que un espesor mínimo de la estructura sacrificial es de aproximadamente 500 micrómetros a aproximadamente 3 mm.

9. El procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 y 3 a 8, en el que un módulo de flexión de al menos una porción del material modelo es de 2000 MPa a 4000 MPa, en el que el material modelo comprende al menos un material no curable adicional, en el que el material no curable se selecciona de un grupo que incluye: un colorante, un iniciador, un dispersante, un tensioactivo, un estabilizador y un inhibidor.

10. El procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 y 3 a 9, en el que la estructura sacrificial se caracteriza, una vez solidificada, por una resistencia al desgarro de aproximadamente 4 kN por metro a aproximadamente 8 kN por metro, cuando se mide de acuerdo con la norma internacional ASTM D-624, y en el que la capa sacrificial está configurada para desprenderse y en el que la magnitud de la fuerza de desprendimiento es de aproximadamente 1 N a aproximadamente 20 N.

11. El procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 y 3 a 10, en el que el material flexible (705) es una formulación que comprende partículas de sílice, en el que la formulación se caracteriza, cuando se endurece, por una resistencia al desgarro que es superior en al menos 0,5 kN por metro que, una formulación solidificada que tiene el mismo material flexible (705) pero desprovista de partículas de sílice, en el que las partículas de sílice tienen un tamaño de partícula promedio inferior a 1 micrómetro.

12. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 11, en el que al menos una porción de las partículas de sílice comprende partículas de sílice funcionalizadas que están funcionalizadas por grupos funcionales curables, en el que los grupos funcionales curables comprenden grupos (met)acrilato.

13. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 11 o la reivindicación 12, en el que el material flexible (705) incluye uno o más de: un monómero elastomérico monofuncional, un oligómero elastomérico monofuncional, un monómero elastomérico multifuncional, un oligómero elastomérico multifuncional.

14. El procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 12-13, en el que la formulación comprende al menos uno de un material curable adicional, un material curable monofuncional elastomérico, un material curable multifuncional elastomérico y un material curable monofuncional adicional.