IT201600098173A1 - Materiale, uso del materiale e metodo per la realizzazione di un oggetto mediante una stampante 3d - Google Patents

Description

“MATERIALE, USO DEL MATERIALE E METODO PER LA REALIZZAZIONE DI UN OGGETTO MEDIANTE UNA STAMPANTE 3D”

SETTORE DELLA TECNICA

La presente invenzione è relativa ad un materiale, un uso del materiale ed un metodo per la realizzazione di un oggetto mediante una stampante 3D.

ARTE ANTERIORE

E’ noto da diverso tempo la realizzazione di oggetti, come ad esempio gli occhiali, mediante l’ausilio di dispositivi di produzione alternativi, come ad esempio le stampanti 3D oppure ricavando gli oggetti mediante la fresatura di lastre di materiale.

Tuttavia, non tutti i materiali sono idonei ad essere impegnati dai suddetti dispositivi. Infatti, molti materiali che attualmente vengono utilizzati ad esempio per realizzare gli occhiali, presentano lo svantaggio di avere una bassa resistenza al calore, una finitura superficiale scadente oppure delle caratteristiche tecnologiche scadenti. E’ stato inoltre notato, che alcuni materiali attualmente impiegati possono presentare l’ulteriore svantaggio di irritare la pelle e pertanto a fronte di un contatto prolungato con la pelle dell’utilizzatore, possono portare ad un’irritazione cutanea.

Per ovviare ai suddetti svantaggi è stato proposto diverso tempo fa l’utilizzo del materiale acetato di cellulosa propionato, indicato anche semplicemente CA o CAP.

L’acetato di cellulosa propionato è un materiale plastico che presenta delle buone proprietà di tenacità e di resistenza all'urto, è stabile a temperatura ambiente ed ha una buona resistenza alla discolorazione se esposto alla luce solare.

Attualmente, l’acetato di cellulosa propionato viene commercializzato in lastre oppure granuli.

L’acetato di cellulosa propionato fissionato in forma di lastra, ovviamente non è idoneo ad essere utilizzato con una stampante 3D. Pertanto, esso viene sottoposto ad una costosa lavorazione di fresatura, attraverso la quale è possibile ricavare gli oggetti, come ad esempio gli occhiali, direttamente dalla lastra stessa.

L’acetato di cellulosa propionato in granuli, invece, è difficilmente maneggiabile ed inoltre deve essere sottoposto ad una lavorazione preliminare prima di poter essere utilizzato dalla stampante. Il materiale in granuli presenta anche l’inconveniente di incamerare dell’aria all’interno dell’estrusore della stampante 3D. In particolare, l’aria viene involontariamente convogliata all’interno dell’estrusore della stampante 3D durante l’alimentazione dei granuli. L’aria imprigionata forma delle indesiderate bolle d’aria o dei vuoti nell’oggetto, come ad esempio gli occhiali, da realizzare.

I dispositivi di realizzazione che attualmente utilizzano l’acetato di cellulosa propionato in lastre o in granuli risultano però essere molto costosi e poco convenienti per la realizzazione di oggetti, come ad esempio occhiali, su misura o a tiratura limitata.

DESCRIZIONE DELLA INVENZIONE

Scopo della presente invenzione è, pertanto, quello di fornire un materiale, un uso del materiale ed un metodo per la realizzazione di un oggetto mediante una stampante 3D che siano privi degli inconvenienti dello stato dell’arte e che siano di facile ed economica realizzazione.

Secondo la presente invenzione viene fornito un materiale, un uso del materiale ed un metodo per la realizzazione di un oggetto mediante una stampante 3D secondo quanto rivendicato nelle rivendicazioni allegate.

BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI

La presente invenzione verrà ora descritta con riferimento ai disegni annessi, che ne illustrano un esempio di attuazione non limitativo, in cui:

- la figura 1 è una vista prospettica di un occhiale realizzato secondo la presente invenzione; e

- la figura 2 è una vista prospettica e schematica di una stampante 3D per la realizzazione dell’occhiale della figura 1.

FORME DI ATTUAZIONE PREFERITE DELL’INVENZIONE

Nella figura 1, con il numero 1 è indicata nel suo complesso un oggetto, in particolare un occhiale 1.

Nella trattazione che segue si farà esplicito riferimento all’occhiale 1, ma l’invenzione come successivamente descritta può trovare vantaggiosa applicazione per qualsiasi oggetto realizzabile mediante una stampante 2 3D, che utilizzi un materiale M ed un metodo di realizzazione in accordo con la presente invenzione.

Come è noto, l’occhiale 1 comprende un frontale 3 e due aste 4 disposte in corrispondenza dei rispettivi lati del frontale 3. Il frontale 3 e le aste 4 sono rispettivamente collegati mediante una cerniera 5. Il frontale 3 comprende due cerchi 6, due naselli 7 (facoltativi) e due musetti 8 che sono interposti tra i cerchi 6 e le aste 4. I cerchi 6 sono tra loro collegati mediante un ponte 9 e sono configurati per alloggiare al loro interno delle lenti 10.

Il nasello 7, se presente, è disposto rispettivamente in corrispondenza del lato interno del cerchio 6, così da disporsi sul naso dell’utilizzatore. Alternativamente, i naselli 7 possono essere sostituiti da placchette (non illustrate) realizzate di pezzo con il frontale 3.

In corrispondenza dell’estremità libera delle aste 4 sono disposti dei terminali 11 curvi che sono configurati per disporsi sulle orecchie dell’utilizzatore.

Come è noto le stampanti 2 3D realizzano degli oggetti tridimensionali, in questo caso l’occhiale 1, sovrapponendo diversi strati di materiale l’uno sopra l’altro secondo quanto definito da un modello 3D digitale. Sono note diverse tecnologie per la stampa 3D. Ciascuna tecnologia si differenzia dalle altre principalmente nel modo in cui vengono stampati i vari strati.

Vantaggiosamente, la stampante 2 3D è una stampante 2 con modellazione a deposizione fusa (chiamata semplicemente FDM o FFF). In altre parole, secondo la tecnologia FDM, viene depositato il materiale M fuso strato dopo strato per creare la geometria dell’occhiale 1. Alternativamente, apportando alcune modifiche la stampante 2 3D può essere di tipologia differente, come ad esempio 3DP (cioè una stampante che utilizza delle polveri), SLS (acronimo di Selective Laser Sintering), MJM (acronimo di Multi-Jet Modelling), DLP (acronimo di Digital Light Processing), SLA o STL (queste stampanti sfruttano la tecnologia della Stereolitografia).

Secondo la presente invenzione alla stampante 2 3D illustrata schematicamente in figura 2, viene alimentato il materiale M comprendente acetato di cellulosa propionato. Il materiale M alimentato alla stampante 2 3D presenta all’ingresso della stampante 2 3D una forma sostanzialmente a filamento. In altre parole, l’acetato di cellulosa propionato alimentato alla stampante 2 3D è sotto forma di filamento.

Vantaggiosamente, il filamento presenta un diametro compreso tra 1.5 mm e 3.5 mm. In particolare, il diametro del filamento è costante. Il diametro del filamento viene scelto in funzione della tipologia di macchina. In altre parole, in funzione alle specifiche della macchina viene scelto il diametro del filamento, ad esempio pari a 1.75 mm oppure 2.95 mm.

L’acetato di cellulosa propionato sotto forma di filamento presenta un’ottima qualità in quanto è privo di vuoti o bolle d’aria.

Il filamento di materiale M viene realizzato mediante estrusione. In particolare, il materiale M tritato o in granuli viene riscaldato ad una temperatura compresa tra i 180-200°C, così da fonderlo. Successivamente viene mescolato in modo tale da ottenere un materiale fuso omogeneo e successivamente viene estruso attraverso una matrice di estrusione, preferibilmente metallica. Il materiale estruso viene quindi raffreddato ed arrotolato. Durante la fase di estrusione del filamento di materiale M è importante verificare che il diametro del filamento rimanga costante.

Il materiale M così realizzato viene quindi impiegato per produrre l’occhiale 1, in particolare viene utilizzato nel metodo di realizzazione dell’occhiale 1.

Durante una fase iniziale viene effettuata la progettazione dell’occhiale 1. In altre parole, viene realizzato un modello 3D digitale dell’occhiale 1. In particolare, in questa fase vengono impostate le misure del frontale 3 in funzione del viso dell’utilizzatore. In altre parole, vengono impostati il calibro (cioè la misura dell’occhiale 1), l’altezza del cerchio 6, la larghezza del ponte 9, l’inclinazione delle aste 4, la lunghezza delle aste 4, etc.

Vantaggiosamente, si può effettuare una scansione del viso dell’utilizzatore, in modo tale da ottenere perfettamente la sagoma del viso ed in particolare del naso. In questo modo è possibile modellare in modo più accurato la porzione del frontale 3 che si dispone sul naso. In altre parole, sagomando la porzione del frontale 3 che si dispone sul naso in funzione del viso dell’utilizzatore, è possibile migliorare la comodità dell’occhiale 1.

Al termine della fase di progettazione, quando si è ottenuto il modello 3d digitale soddisfacente dell’occhiale 1 sia in termini di vestibilità sia di estetica, si procede alla preparazione del processo di stampa.

Durante questa fase una piastra 12 piana o con curvatura ad arco della stampante 2 3D viene riscaldata ad una temperatura pari ad almeno 39°C. La piastra 12 può essere realizzata in vetro oppure con un materiale, ad esempio metallico, che sia termicamente conducente. Il riscaldamento della piastra 12 avviene mediante l’utilizzo di un riscaldatore elettrico (non illustrato). Alternativamente, è possibile utilizzare un riscaldatore di tipologia differente.

L’area di stampa, è schermata dall’ambiente circostante e viene riscaldata mediante un riscaldatore ad aria calda (non illustrato). La schermatura della zona di stampa avviene mediante l’utilizzo di opportune pareti laterali protettive (non illustrate). Le pareti laterali protettive sono ad esempio realizzate in plexiglas e sono removibili. In questo modo al termine dell’utilizzo della stampante 2 3D è possibile rimuovere almeno una delle pareti per prelevare il frontale 3 e le aste 4 che vengono realizzati separatamente.

Per migliorare la tenuta, cioè il grippaggio, della superficie della piastra 12, viene applicata su di essa una lacca, ad esempio Splend’Or o simili.

Durante la successiva fase di stampa vengono realizzati separatamente il frontale 3 e le aste 4, che verranno successivamente assemblati come verrà meglio descritto di seguito.

Mediante la stampante 2 3D è possibile realizzare in contemporanea almeno un frontale 3 ed almeno una coppia di aste 4.

Nella figura 2 è illustrata una vista schematica di una possibile stampante 2 3D, in particolare del tipo FDM. La stampante 2 3D comprende un braccio 13 meccanico sul quale sono disposte una testa 14 di stampa e degli utensili 15. Il braccio 13 meccanico permette un movimento traslatorio della testa 14 della stampante e degli utensili 15 lungo i tre assi X, Y, Z cartesiani. Vantaggiosamente, la testa 14 di stampa e gli utensili 15 oltre a traslare attorno ai tre assi X, Y, Z cartesiani sono anche in grado di ruotare attorno ad almeno uno degli assi X, Y o Z cartesiani.

Secondo una possibile forma d’attuazione gli utensili 15 possono comprendere una rettificatrice 15* e/o degli utensili 15** incisori come verrà meglio descritto di seguito.

Secondo una differente forma d’attuazione la rettificatrice 15* è disposta su un’ulteriore braccio (non illustrato), in modo tale da poter azionare i due bracci, e quindi la testa 14 di stampa e la rettificatrice 15*, in modo indipendente l’uno dall’altra.

Secondo una possibile forma d’attuazione in cui la piastra 12 è realizzata con una curvatura ad arco, vantaggiosamente anche il braccio 13 meccanico si muoverà ad arco. Il raggio dell’arco può essere impostato in modo tale da modificare la traiettoria. Questa soluzione permette di realizzare il frontale 3 e le aste 4 che sono più o meno avvolgenti e che presentano una resistenza meccanica maggiore. Infatti, il frontale 3 e le aste 4 così realizzate non necessitano di essere sottoposte ad una curvatura meccanica successiva.

Il filamento di materiale M può essere alimentato alla stampante 2 3D svolgendolo da una bobina 16 oppure alternativamente può essere realizzato mediante un estrusore disposto a monte della stampante 2 3D.

Il filamento di materiale M viene alimentato alla stampante 2 3D e viene convogliato all’interno di un estrusore (non illustrato) che è disposto della stampante 2 3D stessa. All’interno dell’estrusore della stampante 2 3D il filamento di materiale M viene fuso e viene fatto avanzare mediante una coclea. Il materiale M fuso fuoriesce da un ugello 17 della testa 14 di stampa e si dispone sulla piastra 12 o sui strati già depositati.

In funzione del modello 3D digitale, la testa 14 di stampa percorre una traiettoria sulla piastra 12, così da sovrapporre i singoli strati finché si ottengono il frontale 3 e le aste 4 dell’occhiale 1 come da progetto.

Vantaggiosamente, per migliorare la trattenuta, cioè il grippaggio, tra i singoli strati che vengono sovrapposti, si effettua un riscaldamento mediante l’utilizzo di una lampada 18, preferibilmente ad infrarossi. La lampada 18 permette di riscaldare ciascun strato che viene sovrapposto, così da migliorare l’aderenza tra i vari strati ed evitare che due strati sovrapposti possano distaccarsi. La lampada 18 può essere disposta sul braccio 13 meccanico come illustrato in figura 2, oppure alternativamente può essere disposta in una qualsiasi posizione all’interno dell’area di stampa.

Successivamente, il frontale 3 e le aste 4 dell’occhiale 1 vengono sottoposte ad una fase di rettifica mediante l’ausilio della rettificatrice 15* per ottenere una finitura superficiale migliore. In questo modo, la superficie del frontale 3 e delle aste 4 risulterà più uniforme. In altre parole, attraverso la rettifica è possibile eliminare i vari segni lasciati dal processo di stampa 3D. Infatti, a volte sugli occhiali 1 realizzati mediante la stampa 3D è possibile osservare in corrispondenza dei bordi i vari strati di materiale M sovrapposti. Inoltre, attraverso la rettifica è possibile asportare i residui di materiale M in eccesso e correggere gli eventuali errori di stampa.

Secondo una possibile variante, si possono realizzare delle incisioni mediante gli utensili 15** incisori in corrispondenza della parte interna di almeno una delle aste 4. In particolare, possono essere incise le caratteristiche dell’occhiale 1 come ad esempio il modello, il colore, la misura, etc.

Dopo aver rimosso le aste 4 e il frontale 3 dalla stampante 2 3D, ad esempio bagnando la superficie della piastra 12, viene effettuata una lavorazione di sgrossatura, finitura e/o lucidatura. La lavorazione di sgrossatura e/o finitura può ad esempio prevedere l’utilizzo di un buratto. Attraverso questa lavorazione viene ulteriormente migliorata la finitura superficiale, cioè vengono smussati gli angoli e le superfici vengono rese più lisce ed uniformi.

Le fasi finali del metodo di realizzazione comprendono la fase di assemblaggio e la fase di montaggio delle lenti 10.

La fase di assemblaggio prevede il montaggio delle cerniere 5 tra i musetti 8 e le aste 4 così da realizzare l’occhiale 1.

La fase di montaggio della lente 10 prevede un leggero riscaldamento dell’occhiale 1 e l’inserimento della lente 10 esercitando un po’ di pressione. Le lenti 10 possono essere di varie tipologie, cioè da sole e/o graduate.

Il materiale M, l’uso del materiale M e il metodo per la realizzazione dell’occhiale 1 mediante la stampante 2 3D fin qui descritti presentano una pluralità di vantaggi.

Il materiale M sotto forma di filamento permette, principalmente, di realizzare l’occhiale 1 che presenti delle caratteristiche meccaniche e una finitura superficiale maggiori rispetto ai materiali utilizzati fino ad ora nella stampa 3D e che sono paragonabili a quelle dell’occhiale 1 realizzato in modo tradizionale.

Inoltre, essendo il filamento di materiale M contraddistinto da un diametro costante, la portata di materiale M alimentato alla stampante 2 3D non varia.

Per di più il materiale M sotto forma di filamento presenta un’ottima qualità, in quanto al suo interno non è presente dell’aria imprigionata che porta a indesiderate bolle d’aria o vuoti nell’occhiale 1. Pertanto, con il materiale M sotto forma di filamento si riesce a realizzare un occhiale 1 che presenta delle ottime caratteristiche meccaniche e di finitura.

Il materiale M sotto forma di filamento è inoltre facilmente maneggiabile.

Altrettanto importante è il fatto che il materiale M è completamente riciclabile. Infatti, in caso di rottura o di cambio montatura per motivi estetici, l’occhiale 1 è completamente riciclabile, effettuando una macinazione e una successiva nuova estrusione del filamento di acetato di cellulosa propionato.

Il metodo per la realizzazione dell’occhiale 1 mediante la stampante 2 3D fin qui descritto inoltre permette di aumentare la velocità di stampa, ottenendo comunque una qualità superficiale elevata, dato che l’occhiale 1 viene sottoposto anche ad una fase di rettifica.

Per di più, se la stampa viene effettuata su una piastra 12 con curvatura ad arco, non è necessario effettuare la curvatura meccanica dell’occhiale 1 e in particolare del frontale 3 e delle aste 4. La curvatura meccanica che solitamente veniva effettuata a valle di un precedente riscaldamento, induceva uno stato tensionale all’interno dell’occhiale 1 che riduceva la resistenza meccanica e la stabilità dell’occhiale 1. In altre parole, a causa della curvatura meccanica gli strati esterni dell’occhiale 1 risultavano trazionati, mentre gli strati interni risultavano essere compressi. Con il metodo di realizzazione fin qui descritto questo problema non si presenta.

Il materiale M ed il metodo di realizzazione permettono anche di ridurre i costi di produzione fin dal primo occhiale 1 stampato. Pertanto, i costi dell’occhiale 1 personalizzato che è realizzato con il materiale M e il metodo secondo questa invenzione presenta un costo paragonabile agli occhiali 1 realizzati con i metodi tradizionali.

Essendo l’occhiale 1 di facile ed economica realizzazione, è possibile realizzarlo direttamente dall’ottico e volendo anche in tempo reale. In questo modo, non sono più necessari i magazzini per lo stoccaggio degli occhiali 1 dal produttore e/o dagli ottici. Inoltre, in questo modo non sono neppure necessarie le spedizioni degli occhiali 1 tra i produttori e/o intermediari e/o gli ottici.

Il metodo in accordo con questa invenzione permetterebbe inoltre all’ottico di acquistare il modello 3D digitale dell’occhiale 1 (cioè il file) direttamente dalle aziende produttrici e di adattarlo il più possibile al viso dell’utilizzatore. Alternativamente, con il metodo descritto è possibile realizzare l’occhiale 1 completamente personalizzato in loco dall’ottico.

Il metodo di produzione permette anche di eliminare quasi completamente gli sfridi di lavorazione.

Claims (1)

1. R I V E N D I C A Z I O N I 1.- Materiale (M) per la realizzazione di un oggetto, in particolare un frontale (3) e due aste (4) di un occhiale (1), mediante una stampante (2) 3D; in cui il materiale (M) comprende acetato di cellulosa propionato; il materiale (M) è caratterizzato dal fatto di essere realizzato sotto forma di un filamento. 2.- Materiale secondo la rivendicazione 1, in cui il filamento presenta un diametro costante e compreso tra 1.5 mm e 3.5 mm. 3.- Materiale secondo la rivendicazione 2, in cui il filamento presenta il diametro pari a 1.75 mm oppure 2.95 mm. 4.- Materiale secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui il materiale (M) comprendente acetato di cellulosa propionato non è realizzato sotto forma di granuli. 5.- Materiale secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui il materiale (M) è ottenuto mediante estrusione. 6.- Uso di un materiale (M) realizzato secondo una delle rivendicazioni da 1 a 5, per la realizzazione di un oggetto, in particolare un occhiale (1) provvisto di un fontale (3) e di due aste (4), mediante una stampante (2) 3D. 7.- Metodo per la realizzazione di un oggetto (1), in particolare un occhiale (1) provvisto di un fontale (3) e di due aste (4), mediante l’utilizzo di una stampante (2) 3D; il metodo comprende le fasi di: - predisporre un modello 3D digitale dell’oggetto (1) da realizzare; - riscaldare una piastra (12) della stampante (2) 3D ad una temperatura di almeno 39°C; e - stampare l’oggetto (1) mediante la stampante (2) 3D; il metodo è caratterizzato dal fatto di comprendere una fase iniziale di estrusione di un materiale (M) comprendente acetato di cellulosa propionato tritato in modo da realizzare un filamento di materiale (M) da alimentare alla stampante (2) 3D. 8.- Metodo secondo la rivendicazione 7, comprendente l’ulteriore fase di rettificare almeno una superficie dell’oggetto (1), in particolare del frontale (3) e delle aste (4) dell’occhiale (1). 9.- Metodo secondo la rivendicazione 7 o 8 e comprendente l’ulteriore fase di incidere almeno una parte dell’oggetto, in particolare le aste (4) dell’occhiale (1), in corrispondenza della parte interna; in particolare, vengono incise le caratteristiche dell’oggetto (1) come ad esempio il modello e/o il colore e/o la misura. 10.- Metodo secondo una delle rivendicazioni da 7 a 9, comprendente l’ulteriore fase di riscaldare l’area di stampa mediante una lampada (18), preferibilmente una lampada (18) ad infrarossi.