ES2993646T3 - 3d printer for the additive manufacture of a component, and printing method - Google Patents

Abstract

La invención se refiere a una impresora 3D para la fabricación aditiva de un componente multicapa. La impresora 3D comprende: al menos dos dispensadores (2) separados que recubren una cinta transportadora (3) en cada caso con una materia prima diferente; una unidad de fabricación en la que al menos una parte de la materia prima se une al componente (8) como una nueva capa; al menos dos dispositivos de recuperación (12) separados para recuperar selectivamente cada materia prima diferente que no se utiliza cuando se añade una capa al componente (8), y para devolver la materia prima al dispensador (2) asociado; y la cinta transportadora (3) que transporta la materia prima desde el dispensador (2) a la unidad de fabricación y de ahí al dispositivo de recuperación (12) en dirección lateral. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Impresora 3D para la fabricación aditiva de una pieza constructiva y procedimiento de impresión

La presente invención se refiere a una impresora 3D para la fabricación aditiva de una pieza constructiva de múltiples capas según la reivindicación independiente 1 y a un procedimiento para la fabricación aditiva de una pieza constructiva de múltiples capas, tridimensional, según la reivindicación independiente 10.

Los aparatos de impresión para la fotopolimerización en baño (véase la norma DIN EN ISO 17296) se caracterizan por que una materia prima se introduce en un baño o se aplica a una superficie de trabajo de otro tipo y a continuación se estructura y endurece en contacto con una pieza constructiva de múltiples capas. En algunos procedimientos, la materia prima se aplica capa a capa a una superficie de trabajo. Los métodos habituales para la estructuración y el endurecimiento de la materia prima son estereolitografía (SLA) o procesamiento digital de luz (DLP). En estos procedimientos, la materia prima se irradia mediante fuentes de radiación digitales, por regla general programables. Los procedimientos SLA utilizan para ello por regla general láseres giratorios, mientras que los procedimientos DLP utilizan, por ejemplo, proyectores. La irradiación sigue un patrón predeterminado. La materia prima, en este caso fotosensible, se endurece entonces mediante la fotopolimerización de un aglutinante contenido.

La Patente WO 2015/107066 A1 da a conocer una impresora 3D DLP, en la que la materia prima se aplica a una cinta transportadora y se transporta mediante la misma hasta la superficie de trabajo. Dado que por regla general solo se consume una parte de la materia prima disponible para la estructuración de la nueva capa, se tiene que utilizar más materia prima que lo que es necesario para la fabricación de la pieza constructiva. El exceso utilizado de materia prima hace que el procedimiento de impresión sea ineficiente y caro.

En la Patente WO 2017/009368 A1 se da a conocer otra impresora 3D con cinta transportadora. La materia prima que sobra en el procedimiento de impresión se acumula en este caso por medio de un dispositivo de recuperación y a continuación se puede utilizar de nuevo en el proceso de fabricación. Para imprimir con una segunda materia prima, toda la impresora, incluido el dispositivo de recuperación, se tiene que limpiar para eliminar restos de la primera materia prima. Por consiguiente, la impresión de una pieza constructiva que comprende varias capas de diferentes materiales no es posible en una operación de impresión.

La Patente US 2017/0182708 A1 da a conocer una impresora 3D con una superficie de trabajo que se mueve lateralmente. Con ayuda de varios dispensadores de materia prima se pueden aplicar en este caso diferentes materias primas. La superficie de trabajo y la pieza constructiva se tienen que limpiar antes de cada cambio de material. Una recuperación de materia prima en exceso no está prevista en el dispositivo dado a conocer. Impresoras 3D adicionales del estado de la técnica anterior se dan a conocer por ejemplo por las Patentes US 2018/272608 A1 y US 2018/043619 A1.

La Patente US 2018/272608 A1 da a conocer una impresora 3D, que comprende varios dispensadores independientes para diferentes materias primas. La materia prima se aplica a una cinta transportadora y se transporta hasta una unidad de trabajo, donde la materia prima se puede endurecer mediante irradiación desde una fuente de radiación.

La materia prima no consumida cae a continuación a un recipiente previsto para ello por debajo de la cinta transportadora.

La Patente US 2018/043619 A1 da a conocer una impresora 3D que presenta, dispuestos de manera circular, un dispensador, un dispositivo de fabricación y dispositivos de recuperación. Una cinta transportadora transporta la materia prima hasta la pieza constructiva. Mediante una fuente de radiación, la materia prima se puede endurecer en contacto con la pieza constructiva. La materia prima restante se continúa transportando mediante la cinta transportadora hasta el dispositivo de recuperación. A continuación, se transporta de vuelta la materia prima a través del dispositivo de retorno al dispensador dispuesto junto al mismo.

Muchos elementos constructivos deben contener varias capas, que comprenden diferentes materiales. Esto es posible por regla general solo con procedimientos de fabricación complejos, en los que los componentes individuales, por ejemplo, se imprimen de manera independiente y a continuación se ensamblan. Aunque el estado de la técnica anterior comprende primeros planteamientos para la impresión de elementos constructivos de múltiples capas, que comprenden diferentes materiales, estos son ineficientes y caros debido al exceso de materia prima que se debe utilizar.

La impresora 3D comprende además, como mínimo, dos dispositivos de recuperación separados para la recuperación selectiva de la materia prima respectivamente diferente, que no se consume durante la adición de una capa a la pieza constructiva. La materia prima recuperada se retorna a continuación al dispensador respectivamente asociado. Es decir, a cada materia prima está asociado por un lado un dispensador, que solo aplica esta materia prima, y por otro lado un dispositivo de recuperación, que solo recupera esta materia prima y la retorna al dispensador asociado.

Así se puede garantizar que las diferentes materias primas no se mezclen entre sí ni durante la operación de fabricación ni durante el retorno. Es decir, la materia prima en exceso se puede recuperar en una calidad constante y se puede utilizar de nuevo en el proceso de fabricación. Una impresora puede imprimir así de manera eficiente y ahorrando recursos, en una operación de impresión, una pieza constructiva con varias capas de diferentes materiales.

La impresora comprende además la cinta transportadora, con la que se transporta la materia prima en una dirección lateral desde el dispensador hasta la unidad de fabricación y adicionalmente hasta el dispositivo de recuperación. La cinta transportadora posibilita desacoplar el lugar del suministro de material del lugar de la fabricación y de la recuperación de material. De este modo, la cinta transportadora posibilita una construcción flexible de la impresora.

En un modo de realización, los depósitos del dispensador incluyen un dispositivo de mezcla, con el que se mezclan completamente la materia prima retornada y nueva materia prima posiblemente añadida, para garantizar una composición homogénea de capas impresas individuales.

En un modo de realización, la cinta transportadora comprende una lámina permeable a la radiación, que se mueve mediante rodillos giratorios. La permeabilidad a la radiación de la cinta transportadora posibilita el endurecimiento de la materia prima por irradiación, por medio de una fuente de radiación, también a través de la cinta transportadora. En un modo de realización, la lámina puede ser una lámina polimérica arbitraria, que presenta una alta permeabilidad a la radiación. Con radiación se abarca en este caso y en lo sucesivo luz visible, luz en el rango infrarrojo (IR) y ultravioleta (UV), rayos X y todas las formas adicionales de radiación electromagnética.

La cinta transportadora puede circular además en un circuito y, por consiguiente, tras la culminación de una circulación completa, se puede recubrir de nuevo. La circulación de la cinta transportadora ahorra, por ejemplo en el caso de utilizar una lámina, el suministro de lámina permanentemente nueva, de modo que el proceso se puede realizar de manera que ahorra más recursos y es más económica.

Las materias primas utilizadas durante el proceso de impresión comprenden pastas, que pueden incluir un polvo o bien cerámico o metálico u orgánico y un aglutinante orgánico fotopolimerizable, es decir que se puede polimerizar mediante radiación (fotopolimerización). Una materia prima de este tipo se puede estructurar y endurecer mediante irradiación. La radiación excita, por ejemplo, el aglutinante orgánico fotopolimerizable para que experimente polimerización, con lo que en la materia prima se configuran estructuras endurecidas.

A la impresión le pueden seguir un proceso de desaglutinación y un proceso de sinterización. Estos procesos se realizan para eliminar el aglutinante orgánico y ajustar una estructura deseada en el elemento constructivo cerámico o metálico.

En un modo de realización, la unidad de fabricación de la impresora 3D comprende componentes para la fabricación de la pieza constructiva según un procedimiento DLP o un procedimiento SLA.

En este modo de realización, la unidad de fabricación comprende una superficie de trabajo, sobre la que se guía la cinta transportadora. La superficie de trabajo comprende una ventana, que es permeable a la radiación. Además, la unidad de fabricación comprende una fuente de radiación, que está dispuesta debajo de la ventana. Por consiguiente, la fuente de radiación puede exponer a la radiación y endurecer, a través de la ventana y la cinta transportadora permeable a la radiación, la materia prima sobre la cinta transportadora. La fuente de radiación puede estar diseñada o se puede programar de modo que irradie y endurezca la materia prima en un patrón deseado. En el caso de la fuente de radiación se trata, por ejemplo, de un láser (procedimiento SLA) o un proyector (procedimiento DLP). Se puede tratar, por ejemplo, de radiación electromagnética en el rango visible, UV o IR.

Además, la unidad de fabricación comprende una placa de construcción, en cuyo lado inferior se produce la pieza constructiva y que se adhiere a la misma, y que está dispuesta sobre la superficie de trabajo en paralelo a la misma. Un sistema de posicionamiento puede elevar y hacer descender la placa de construcción de manera normal con respecto a la superficie de trabajo y ajustar así la distancia entre la capa impresa previamente de la pieza constructiva y la cinta transportadora. La primera capa se imprime directamente sobre la placa de construcción. La distancia ajustada predetermina entonces el grosor de la capa que se va a unir a la pieza constructiva.

A la placa de construcción se pueden adherir también varias piezas constructivas, a las que se unen nuevas capas en paralelo. Todas las piezas constructivas se tienen que encontrar en esta configuración sobre la superficie de trabajo y dentro del área de la ventana permeable a la radiación.

En un modo de realización, la unidad de fabricación comprende un dispositivo de limpieza para limpiar la pieza constructiva de materia prima en exceso. El dispositivo de limpieza puede comprender un sistema de accionamiento, con cuya ayuda se puede mover el dispositivo de limpieza lateralmente a lo largo de la superficie de la pieza constructiva.

En el caso del dispositivo de limpieza se puede tratar, por ejemplo, de una boquilla de succión, una cuchilla o un rodillo. El dispositivo de limpieza está dispuesto preferentemente de modo que en el estado pasivo esté posicionado lateralmente junto a la pieza constructiva y en el estado activo se pueda mover lateralmente por la superficie de la pieza constructiva.

Para cada materia prima puede estar previsto un dispositivo de limpieza independiente, de modo que la unidad de fabricación comprende, como mínimo, dos dispositivos de limpieza.

Cada dispositivo de limpieza comprende un equipo de retorno, comprendiendo cada equipo de retorno un equipo de transporte que retorna la materia prima recuperada al dispensador respectivamente asociado. El equipo de transporte es, por ejemplo, una bomba y el equipo de retorno, un tubo flexible. Los equipos de retorno separados garantizan que la materia prima no se mezcle y, por consiguiente, se pueda utilizar de nuevo.

En un modo de realización, el equipo de retorno puede ser idéntico al dispositivo de limpieza. Por ejemplo, se puede utilizar un rodillo que presenta una superficie adherente y mediante un recorrido de la superficie de la pieza constructiva elimina la materia prima que queda sobre la misma. A continuación, el rodillo se puede mover mediante un sistema de posicionamiento hasta el dispensador, donde la materia prima se elimina del rodillo y se introduce en el dispensador. Un dispositivo de este tipo se denomina aparato de transferencia por rodillo.

Algo similar se puede realizar con ayuda una superficie adherente de una película de transferencia. Si en el caso del dispositivo de limpieza se trata de una boquilla de succión, el equipo de retorno puede estar realizado como tubo flexible, que contiene, por ejemplo, como equipo de transporte una bomba o un soplador. En el caso de la realización del dispositivo de limpieza como cuchilla que raspa sobre la superficie de la pieza constructiva, el equipo de retorno puede ser una cubeta que se encuentra bajo la pieza constructiva, que se puede mover con ayuda de un sistema de posicionamiento hasta el dispensador.

La presente invención da a conocer además un procedimiento para la fabricación aditiva de una pieza constructiva de múltiples capas, tridimensional, y para la recuperación de materia prima no consumida, que comprende las siguientes etapas:

- aplicar una capa de una materia prima a una cinta transportadora por medio de un dispensador, correspondiendo el grosor de capa aplicado de materia prima, como mínimo, al grosor de capa deseado de una capa que se va a añadir a la pieza constructiva.

Por regla general, es necesario un exceso de materia prima para fabricar una capa íntegra con las medidas deseadas.

- transportar la cinta transportadora con la capa de la materia prima a una superficie de trabajo.

La cinta transportadora posibilita el desacoplamiento del lugar de aplicación de la materia prima y del lugar de fabricación y, por consiguiente, hace que el procedimiento sea más flexible.

- poner en contacto la capa de la materia prima con una superficie que se va a recubrir de la pieza constructiva sobre la superficie de trabajo y endurecer de manera estructurada una parte de la materia prima para la configuración de una nueva capa estructurada de la pieza constructiva.

La primera capa de la pieza constructiva se fabrica en contacto con la superficie de una placa de construcción prevista para ello.

- retirar la nueva pieza constructiva que comprende la nueva capa de la superficie de trabajo.

Mediante la retirada se separa la pieza constructiva endurecida de la materia prima no endurecida. Es posible que una parte de la materia prima en exceso se quede adherida a la pieza constructiva.

- transportar la materia prima restante sobre la cinta transportadora hasta un dispositivo de recuperación. El dispositivo de recuperación puede estar realizado, por ejemplo, como boquilla de succión, cuchilla o rodillo y comprender además un dispositivo para retornar la materia prima al dispensador.

- eliminar la materia prima restante de la cinta transportadora con ayuda del dispositivo de recuperación y retornar la materia prima a un dispensador.

El equipo para el retorno puede ser, por ejemplo, un sistema de tubos flexibles o de tubos. Este puede comprender un equipo de transporte, tal como, por ejemplo, una bomba o un soplador.

Si en el caso del dispositivo de recuperación se trata de un rodillo, este puede estar realizado como máquina de rodillo de transferencia. El rodillo de transferencia recibe materia prima a través de su superficie adherente, se puede mover a continuación hasta el dispensador y entrega allí la materia prima de nuevo al dispensador correspondiente.

- repetir las etapas de procedimiento mencionadas anteriormente con una segunda materia prima y un segundo dispensador, estando previsto un segundo dispositivo de recuperación, de modo que la primera y segunda materia prima se pueden retornar respectivamente de forma selectiva al dispensador correspondiente.

En una configuración adicional del procedimiento, las etapas de procedimiento mencionadas anteriormente se repiten con una tercera materia prima o materias primas adicionales y un tercer dispensador o dispensadores adicionales, así como un tercer dispositivo de recuperación o dispositivos de recuperación adicionales. La tercera materia prima se retorna selectivamente al dispensador correspondiente. También las materias primas adicionales se retornan respectivamente de forma selectiva a los dispensadores adicionales correspondientes. No tiene lugar ningún mezclado de las materias primas, de modo que estas se pueden utilizar de nuevo en el procedimiento de impresión.

En una realización del procedimiento, la superficie de trabajo presenta una ventana, que es permeable a la radiación. En su dimensión, la ventana presenta, como mínimo, las dimensiones de la capa que se va a añadir. Una placa de construcción con la pieza constructiva se posiciona sobre la ventana. La placa de construcción se hace descender de manera normal con respecto a la ventana hasta que la distancia entre la superficie de la pieza constructiva y el lado superior de la cinta transportadora corresponde al grosor de capa deseado de la nueva capa estructurada, que se va a añadir a la pieza constructiva. Durante la impresión de la primera capa de la pieza constructiva, la placa de construcción se hace descender de modo que la distancia entre la superficie de la placa de construcción y la cinta transportadora corresponda al grosor deseado de la primera capa.

En este procedimiento, la materia prima se estructura y endurece por medio de la irradiación de la pieza constructiva de múltiples capas a través de la ventana para formar una nueva capa. Para ello, la materia prima comprende un aglutinante, que tiene propiedades fotosensibles. Mediante la irradiación se provoca una fotopolimerización del aglutinante.

En el procedimiento se retira entonces de la cinta transportadora la placa de construcción con la pieza constructiva y la nueva capa adherida a la misma. Para ello, la adhesión entre la pieza constructiva y la placa de construcción debe ser mayor que la adhesión entre la pieza constructiva y la cinta transportadora. Esta adhesión mayor de la pieza constructiva a la placa de construcción se garantiza mediante la selección del material de la placa de construcción y mediante una alta rugosidad superficial de la placa de construcción en comparación con la lámina. Una alta rugosidad facilita una adhesión de la pieza constructiva a la placa de construcción. En la selección del material de placa de construcción, se debe elegir preferentemente un material con propiedades similares a las del material de la pieza constructiva o una placa metálica estructurada de manera rugosa.

En un procedimiento, se realizan las siguientes etapas posteriores:

- proporcionar un dispositivo de limpieza para limpiar la pieza constructiva de materia prima.

El dispositivo de limpieza está posicionado en este caso preferentemente lateralmente junto a la pieza constructiva.

- eliminar la materia prima en exceso de la superficie de la pieza constructiva mediante el movimiento lateral del dispositivo de limpieza a lo largo de la superficie de la pieza constructiva.

El dispositivo de limpieza puede ser, por ejemplo, una boquilla de succión, una cuchilla o un rodillo.

- retornar la materia prima al dispensador correspondiente a la materia prima mediante un equipo de retorno asociado.

En el caso de la boquilla de succión, el equipo de retorno puede ser, por ejemplo, un sistema de tubos flexibles o de tubos. En el caso del rodillo, se puede tratar de una máquina de rodillo de transferencia. A cada materia prima se le asigna un dispositivo de limpieza correspondiente con equipo de retorno correspondiente, de modo que las materias primas no se mezclen.

La presente invención comprende, además, una pieza constructiva que comprende varias capas, que - están delimitadas entre sí a lo largo de una superficie plana,

- comprenden diferentes materiales,

- están unidas químicamente entre sí de manera directa, y

La presente invención comprende, además, una pieza constructiva con las propiedades mencionadas anteriormente, cuyas capas presentan respectivamente un grosor de como máximo 300 um. Preferentemente, una pieza constructiva presenta grosores de capa de entre 5 um y 200 um.

Las capas pueden estar dispuestas tanto lateral como verticalmente unas al lado de otras. Las superficies delimitantes entre diferentes capas pueden discurrir en paralelo a las superficies externas de la pieza constructiva. Los materiales de la pieza constructiva pueden comprender diferentes metales, cerámicas y plásticos o uno de los mismos. No está previsto ningún medio de unión adicional, tal como, por ejemplo, adhesivos, entre las capas individuales. Los grosores de capa se pueden adaptar de manera variable en el procedimiento de impresión, de modo que sea posible una estructuración flexible de la pieza constructiva. En un modo de realización, la pieza constructiva se presenta tras la impresión en una primera estructura y comprende un aglutinante. En el caso de piezas constructivas de plástico puras, esta primera estructura es la estructura de pieza constructiva deseada. En el caso de piezas constructivas de metal o de cerámica, se puede eliminar el aglutinante mediante una etapa de sinterización y se puede variar la estructura de la pieza constructiva. Tras la sinterización, la pieza constructiva se presenta en una segunda estructura deseada. La presente invención se explica a continuación más detalladamente en ejemplos de realización mediante dibujos. Sin embargo, la presente invención no está limitada a las formas y los ejemplos descritos o representados. El alcance de protección depende solo de las características dadas a conocer en las reivindicaciones.

Los dibujos muestran:

La figura 1, una representación esquemática de un primer modo de realización de la impresora 3D. Se representa la etapa de fabricación.

Las figuras 2A, 2B, 2C, 2D, 2E y 2F, una ilustración esquemática de un procedimiento de impresión mediante el primer ejemplo de realización de la impresora 3D.

La figura 3, una representación esquemática de un segundo ejemplo de realización de la impresora 3D, en el que la lámina se hace circular en circuito.

La figura 4, una representación esquemática de una pieza constructiva de múltiples capas, impresa.

En el caso de las figuras, se trata de representaciones esquemáticas. Las figuras no representan ilustraciones a escala de la impresora 3D. Las dimensiones y las relaciones de tamaño pueden diferir de las representaciones mostradas en los dibujos.

La figura 1 muestra un primer ejemplo de realización de la impresora 3D 1. La impresora 3D 1 comprende tres dispensadores separados 2, que están dispuestos unos al lado de otros. Los dispensadores 2 están dispuestos sobre una cinta transportadora 3 y configurados de modo que pueden aplicar a la cinta transportadora respectivamente diferentes materias primas. Los dispensadores 2 están realizados en este caso como recubridores de boquilla.

La cinta transportadora 3 comprende una lámina guiada a través de varios rodillos 4. La lámina está compuesta por un polímero, tal como por ejemplo tereftalato de polietileno (PET). Los cuatro rodillos 4 representados giran en el presente ejemplo a la misma velocidad en contra del sentido horario y mueven así la cinta transportadora 3. La lámina está enrollada antes de la impresión sobre el rodillo 4a representado más a la derecha y se desenrolla del mismo en el transcurso del proceso, antes de que se desvíe por una primera polea de desviación 4b a una dirección deseada y atraviese la impresora 3D 1.

Tras atravesar la impresora 3D 1, la lámina se desvía mediante una segunda polea de desviación 4c hacia un rodillo 4d representado totalmente a la izquierda en la figura 1 y se enrolla allí de nuevo. Un retorno de la lámina para la reutilización es posible si el rodillo izquierdo y el derecho, 4a y 4d se intercambian tras el final del proceso.

Para soportar la lámina, en el punto de aplicación de materia prima está colocada una placa portadora 5 bajo la lámina, en el lado opuesto a los dispensadores 2. La placa portadora 5 y la lámina no están unidas entre sí. La lámina se apoya de manera suelta sobre la placa portadora 5. La cinta transportadora sirve para el transporte de la materia prima aplicada mediante los dispensadores hasta una superficie de trabajo 6 dispuesta lateralmente junto a la placa portadora 5. La lámina se apoya también de manera suelta sobre la superficie de trabajo 6.

La superficie de trabajo 6 contiene una ventana permeable a la radiación, que ocupa la mayor parte de la superficie. Por debajo de la ventana está dispuesto un proyector 7, que irradia la materia prima entre la lámina y las piezas constructivas 8, que se debe añadir como nueva capa a las piezas constructivas 8, en un patrón predeterminado y de ese modo se estructura y endurece. Rayos de luz 10b a modo de ejemplo se representan en la figura. El patrón se puede definir, por ejemplo, en forma de una máscara puesta sobre el proyector 7. Alternativamente, el patrón puede, por ejemplo, estar preprogramado digitalmente.

El patrón puede estar diseñado de modo que la nueva capa, tras la impresión sobre la pieza constructiva, cubra solo una zona del lado inferior de la pieza constructiva 8 previa. Por consiguiente, en una operación de impresión posterior se puede imprimir también una capa adicional lateralmente junto a una capa existente. Varias piezas constructivas 8 están colocadas en una placa de construcción 9. El número de posibles piezas constructivas colocadas 8 depende de la geometría de las piezas constructivas 8 y de la placa de construcción 9. En el presente ejemplo están colocadas cuatro piezas constructivas 8 en la placa de construcción 9. La placa de construcción 9 comprende un lado inferior con una alta rugosidad superficial, al que se adhieren bien las piezas constructivas 8. La placa de construcción 9 está dispuesta en paralelo a la superficie de trabajo 6 sobre la misma. Mediante un sistema de posicionamiento 10, la placa de construcción 9 con las piezas constructivas 8 se puede elevar y hacer descender de manera normal con respecto a la superficie de trabajo 6. Para ello, el sistema de posicionamiento 10 está posicionado de manera centrada sobre la superficie de trabajo 6 y en vertical con respecto a la misma.

Además, la impresora 3D 1 comprende un dispositivo de limpieza 11, que se puede mover con ayuda de un sistema de accionamiento a lo largo de los lados inferiores de las piezas constructivas 8. Por tanto, dicho sistema de accionamiento está posicionado en paralelo a la placa de construcción 9 a una distancia suficientemente grande sobre la superficie de trabajo 6 y delante o detrás del sistema de posicionamiento 10. El dispositivo de limpieza 11 está realizado en este caso como cuchilla, que puede raspar materia prima no consumida de las piezas constructivas 8.

Además, la impresora 3D 1 comprende en el primer ejemplo de realización tres dispositivos de recuperación 12. Los dispositivos de recuperación 12 están realizados como cuchillas, que raspan la materia prima en exceso de la cinta transportadora que se mueve 3. Para cada materia prima está previsto un dispositivo de recuperación independiente 12. Los dispositivos de recuperación 12 están colocados sobre una sección de la cinta transportadora 3, que se encuentra lateralmente junto a la superficie de trabajo 6, pero en un lado distinto a la placa portadora 5.

Los dispositivos de recuperación 12 comprenden además respectivamente un tubo flexible 13, para el retorno de la materia prima al dispensador asociado 2. En el tubo flexible 13 está prevista una bomba, que succiona la materia prima del dispositivo de recuperación 12 y la transporta a través del tubo flexible 13. Los tubos flexibles 13 conectan los dispositivos de recuperación 12 con los dispensadores respectivamente asociados 2.

Un procedimiento a modo de ejemplo se representa en las figuras 2A, 2B, 2C, 2D, 2E y 2F mediante el primer ejemplo de realización. En una primera etapa A, un primer dispensador 2a aplica una primera materia prima a la cinta transportadora 3. La cinta transportadora 3 transporta la materia prima a la superficie de trabajo 6. A continuación, el sistema de posicionamiento 10 hace descender la placa de construcción 9 en una etapa B tanto que la placa de construcción entra en contacto con la materia prima aplicada sobre la cinta transportadora y la distancia entre la placa de construcción 9 y la cinta transportadora 3 corresponde al grosor deseado de la nueva capa. La materia prima en exceso se empuja en este caso durante la impresión de la primera capa a los bordes de la placa de construcción 9.

A continuación, en la etapa C se irradia la materia prima bajo la placa de construcción 9 mediante un proyector 7 según un patrón deseado o una estructura deseada. Mediante la radiación incidente, el material se endurece mediante la fotopolimerización del aglutinante orgánico y forma una primera capa de las piezas constructivas 8, que queda adherida a la placa de construcción 9. La placa de construcción 9 se puede elevar ahora con ayuda del sistema de posicionamiento 10, quedando la mayor parte de la materia prima no endurecida restante sobre la cinta transportadora 3.

La materia prima restante que queda sobre la cinta transportadora 3 y no transmitida a la placa de construcción o la pieza constructiva se transporta adicionalmente mediante la misma en la etapa D y se elimina de la cinta transportadora 3 mediante un primer dispositivo de recuperación 12a, que está realizado como cuchilla. El tubo flexible 13a transporta la materia prima a continuación, accionado por una bomba integrada en el tubo flexible 13a, de vuelta al primer dispensador 2a.

En paralelo a la recuperación, de manera análoga a la etapa A se puede aplicar ya nueva materia prima a la cinta transportadora 3. A este respecto se puede tratar del mismo dispensador que en la etapa A, que aplica la misma materia prima, o de otro dispensador, que aplica otra materia prima. La cinta transportadora transporta entonces al mismo tiempo materia prima antigua, no consumida, lejos de la superficie de trabajo 6 hasta el primer dispositivo de recuperación 12a y materia prima nueva de uno de los dispensadores 2 hasta la superficie de trabajo 6.

En paralelo, en la etapa E, tras la elevación de la placa de construcción 9 con las piezas constructivas 8 adheridas a la misma, se limpia el lado inferior de la capa impresa de nuevo mediante el recorrido de la superficie de la pieza constructiva 8 con el dispositivo de limpieza 11.

La materia prima se retorna también al primer dispensador asociado 2a.

En cuanto la primera capa se ha impreso y limpiado y la primera materia prima se ha eliminado completamente de la cinta transportadora 3, se puede aplicar una segunda capa y luego capas adicionales mediante la repetición de dichas etapas de procedimiento con, dado el caso, otra estructura endurecida a la pieza constructiva 8. Si para la segunda capa o una capa adicional está prevista otra materia prima, el primer dispensador 2a y el primer dispositivo de recuperación 12a se elevan y en lugar de estos se hacen descender un segundo o alternativamente un tercer dispensador y un segundo o correspondientemente tercer dispositivo de recuperación hasta la cinta transportadora 3 y se repite todo el procedimiento con una materia prima adicional.

Dado que entonces ya está adherida, como mínimo, una capa de la pieza constructiva 8 a la placa de construcción 9, en una etapa F correspondiente a la etapa B se hace descender la pieza constructiva 8 tanto que la distancia entre la pieza constructiva 8 y la cinta transportadora 3 corresponda al grosor de una nueva capa deseada. A ese respecto, la materia prima en exceso se empuja ahora a los bordes de las capas existentes de las piezas constructivas 8.

La primera materia prima es, por ejemplo, una materia prima cerámica que contiene un aglutinante orgánico. La segunda materia prima, representada de manera rayada en la figura 2F, es, por ejemplo, una pasta polimérica que contiene también el aglutinante orgánico. Las capas adicionales pueden contener de nuevo las mismas materias primas u otras diferentes. Cada capa se puede aplicar con una estructura diferente o como patrón diferente, de modo que la producción de una pieza constructiva se puede generar con una forma tridimensional externa arbitraria y una estructura interna arbitraria.

La ilustración 3 muestra un segundo modo de realización de la impresora 3D 1, que corresponde sustancialmente al primer ejemplo de realización. Sin embargo, a diferencia del primer modo de realización, en el segundo modo de realización la cinta transportadora 3 se guía en circuito, de modo que la lámina utilizada para la cinta transportadora 3 se puede utilizar de manera circulante, sin interrupción o intervención en el procedimiento. Para ello, la cinta transportadora 3 se guía a través de cuatro rodillos 4, que en el presente ejemplo gira a una velocidad adecuada en contra del sentido horario. Los rodillos pueden girar en otros ejemplos de realización también en el sentido horario. La disposición de los rodillos 4 corresponde a la disposición de los cuatro rodillos del primer ejemplo de realización. A diferencia de esto, todos los rodillos sirven ahora como poleas de desviación. La lámina no se desenrolla ni enrolla en ningún rodillo.

En un ejemplo de realización preferente, a lo largo de la cinta transportadora 3 guiada en circuito, detrás del dispositivo de recuperación está previsto un dispositivo de limpieza que elimina los últimos restos de materia prima de la cinta transportadora 3, de modo que se garantiza que no se produce ningún mezclado de las diferentes materias primas.

La figura 4 muestra, a modo de ejemplo y esquemáticamente, una pieza constructiva 8 de múltiples capas, impresa. La pieza constructiva comprende en este caso seis capas 14a a 14f en cuatro planos apilados verticalmente 15a a 15d. El primer y el tercer plano (15a, 15c) desde abajo comprenden respectivamente dos capas (14a, 14b, 14d, 14e). La capa más superior 14f corresponde a la capa fabricada en primer lugar en el proceso de impresión. Las capas más inferiores 14a y 14b se fabricaron en último lugar en el proceso de impresión.

La pieza constructiva 8 comprende capas de tres materiales diferentes, que están representados mediante diferentes rayados. Uno de los tres materiales es un metal, los otros son dos polímeros o cerámicas diferentes.

La delimitación entre las capas discurre respectivamente a lo largo de una superficie límite plana en paralelo a los lados externos 16 de la pieza constructiva 8. Las capas individuales pueden comprender totalmente un plano horizontal de la pieza constructiva 8, como la segunda y la cuarta capa (14c, 14f) desde abajo en la presente pieza constructiva 8. Sin embargo, las capas se pueden encontrar también lateralmente unas al lado de otras tal como en el primer y tercer plano (15a, 15c) de la pieza constructiva 8.

Los grosores de capa de la pieza constructiva 8 pueden variar. La capa más superior 14f en la pieza constructiva 8 representada es más delgada, las dos capas más inferiores 14a y 14b son más gruesas que las capas restantes de la pieza constructiva 8.

Entre las capas descritas no existe ninguna capa intermedia ni capa de unión adicional, tal como, por ejemplo, capas adhesivas.

Números de referencia

1 impresora 3D

2 dispensadores

2a primer dispensador

3 cinta transportadora

4 rodillos de la cinta transportadora 3

4a rodillo derecho

4b primera polea de desviación

4c segunda polea de desviación

4d rodillo izquierdo

5 placa portadora

6 superficie de trabajo

7 proyector

8 pieza constructiva

9 placa de construcción

10 sistema de posicionamiento

10b rayo de luz

11 dispositivo de limpieza

12 dispositivo de recuperación

12a primer dispositivo de recuperación

13 tubo flexible

13a primer tubo flexible

14a-14f capas de la pieza constructiva 8

15a-15d planos de la pieza constructiva 8

16 lado externo de la pieza constructiva 8

Claims (12)

REIVINDICACIONES

1. Impresora 3D (1) para la fabricación aditiva de una pieza constructiva de múltiples capas, que comprende - como mínimo, dos dispensadores separados (2), que están diseñados para recubrir una cinta transportadora (3) con respectivamente diferente materia prima,

- una unidad de fabricación, que está diseñada para que en la unidad de fabricación, como mínimo, una parte de la materia prima se una como nueva capa a la pieza constructiva (8),

- como mínimo, dos dispositivos de recuperación separados (12) para la recuperación selectiva de la materia prima respectivamente diferente, que no se consume durante la adición de una capa a la pieza constructiva (8), y para el retorno de la materia prima al dispensador respectivamente asociado (2),

- la cinta transportadora (3), que está diseñada para transportar la materia prima desde el dispensador (2) hasta la unidad de fabricación y adicionalmente hasta el dispositivo de recuperación (12) en la dirección lateral.

2. Impresora 3D (1), según la reivindicación 1, en la que la cinta transportadora (3) comprende una lámina permeable a la radiación, estando diseñados rodillos giratorios para el movimiento de la lámina.

3. Impresora 3D (1), según la reivindicación 2, en la que la lámina puede circular en un circuito y así se puede recubrir de nuevo.

4. Impresora 3D (1), según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en la que cada una de las materias primas comprende una pasta, que comprende un polvo o bien cerámico o metálico u orgánico y un aglutinante orgánico fotopolimerizable.

5. Impresora 3D (1), según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en la que cada dispensador (2) comprende un recipiente para almacenar la materia prima y un dispositivo de recubrimiento para recubrir la cinta transportadora (3) con la materia prima.

6. Impresora 3D (1), según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en la que la unidad de fabricación comprende los siguientes componentes:

- una superficie de trabajo (6), a través de la que está guiada la cinta transportadora (3), y que comprende una ventana, que es permeable para la radiación,

- una fuente de radiación (7), que está dispuesta bajo la ventana, de modo que puede exponer a la radiación y por consiguiente endurecer, a través de la ventana y la cinta transportadora (3), la materia prima sobre la cinta transportadora,

- una placa de construcción (9), a cuyo lado inferior se adhiere la pieza constructiva (8), que está dispuesta sobre la superficie de trabajo (6) en paralelo a la misma, y

- un sistema de posicionamiento (10), que puede elevar y hacer descender la placa de construcción (9) de manera normal con respecto a la superficie de trabajo y está configurado para ajustar la distancia entre la pieza constructiva (8) y la cinta transportadora (3).

7. Impresora 3D (1), según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en la que la unidad de fabricación comprende, como mínimo, dos dispositivos de limpieza (11) para limpiar la pieza constructiva (8) de materia prima respectivamente asociada.

8. Impresora 3D (1), según la reivindicación 7, en la que los dispositivos de limpieza (11) se pueden mover mediante un sistema de accionamiento lateralmente a lo largo de la superficie de la pieza constructiva (8). 9. Impresora 3D (1), según la reivindicación 7 u 8, en la que está previsto un equipo de retorno para cada uno de los dispositivos de limpieza (11)

y en la que cada equipo de retorno (11) comprende un equipo de transporte que está diseñado para retornar la materia prima recuperada al dispensador respectivamente asociado (2).

10. Procedimiento para la fabricación aditiva de una pieza constructiva (8) de múltiples capas, tridimensional, y para la recuperación de materia prima no consumida, que comprende las siguientes etapas:

- aplicar una capa de una materia prima a una cinta transportadora (3) por medio de un dispensador (2), correspondiendo el grosor de capa aplicado de materia prima, como mínimo, al grosor de capa deseado de una capa que se va a añadir a la pieza constructiva (8),

- transportar la cinta transportadora (3) en la dirección lateral con la capa de la materia prima a una superficie de trabajo (6),

- poner en contacto la capa de la materia prima con una superficie que se va a recubrir de la pieza constructiva (8) sobre la superficie de trabajo (6) y endurecer de manera estructurada una parte de la materia prima para la configuración de una nueva capa estructurada de la pieza constructiva (8),

- retirar la pieza constructiva (8) que comprende la nueva capa de la superficie de trabajo (6),

- transportar la materia prima restante sobre la cinta transportadora (3) en la dirección lateral hasta un dispositivo de recuperación (12),

- eliminar la materia prima restante de la cinta transportadora (3) con ayuda del dispositivo de recuperación (12) y retornar la materia prima a un dispensador (2),

- repetir las etapas de procedimiento mencionadas anteriormente con una segunda materia prima y un segundo dispensador (2), estando previsto un segundo dispositivo de recuperación (12), de modo que la primera y la segunda materia prima respectivamente se puedan retornar selectivamente al dispensador correspondiente (2).

11. Procedimiento, según la reivindicación 10, en el que

- la superficie de trabajo (6) presenta una ventana, que es permeable a la radiación y en su dimensión presenta, como mínimo, las dimensiones de la capa que se va a añadir,

- una placa de construcción con la pieza constructiva (8) se posiciona sobre la ventana,

- la placa de construcción (9) se hace descender de manera normal con respecto a la ventana hasta que la distancia entre la superficie de la pieza constructiva (8) y el lado superior de la cinta transportadora (3) corresponde al grosor de capa deseado de la nueva capa estructurada que se va a añadir a la pieza constructiva (8),

- la materia prima se estructura y endurece por medio de la irradiación de la pieza constructiva de múltiples capas (8) a través de la ventana para formar una nueva capa, y

- la placa de construcción con la pieza constructiva (8) y la nueva capa adherida a la misma se retira de la cinta transportadora (3).

12. Procedimiento, según la reivindicación 11, que comprende las siguientes etapas posteriores:

- proporcionar un dispositivo de limpieza (11) para limpiar la pieza constructiva (8) de materia prima, - eliminar la materia prima en exceso de la superficie de la pieza constructiva (8) mediante el movimiento lateral del dispositivo de limpieza (11) a lo largo de la superficie de la pieza constructiva (8),

- retornar la materia prima al dispensador (2) correspondiente a la materia prima mediante un equipo de retorno asociado.