IT201700012715A1 - Substrato mobile per piano di stampa 3d - Google Patents

Description

“SUBSTRATO MOBILE PER PIANO DI STAMPA 3D”

DESCRIZIONE

La presente invenzione si riferisce alla stampa 3D, ovvero alla fabbricazione di oggetti tridimensionali usando tecniche di produzione additiva, dove il pezzo da produrre viene creato per deposizione di materiale su un substrato agganciato ad una piattaforma.

Nel seguito di questa descrizione, l’articolo da produrre mediante stampa 3D verrà chiamato indifferentemente: oggetto, pezzo, o modello, con preferenza per quest’ultimo termine, mentre il substrato sul quale esso viene formato, che costituisce l’essenza dell’invenzione, verrà anche chiamato vassoio o supporto.

I sistemi di manifattura additiva sono utilizzati per produrre modelli tridimensionali a partire da rappresentazioni digitali dei modelli stessi (ad esempio secondo lo standard di interscambio dati AMF (Additive Manufacturing System) o STL (Stereolithography Interface)) usando una o più tecniche di manifattura additiva.

Esempi di manifattura additiva possono essere sistemi ad estrusione, a getto d’inchiostro, sinterizzazione laser selettiva, getto di polvere con leganti, fusione a fascio di elettroni, processi stereolitografici. Per ognuno di questi processi, la rappresentazione digitale del pezzo 3D viene inizialmente divisa in tanti strati orizzontali. Per ogni strato viene generato un percorso utensile, che viene poi tradotto nelle istruzioni di produzione per la tecnica di manifattura additiva selezionata per formare lo strato prescelto.

I substrati di stampa utilizzati nella fabbricazione additiva devono stabilizzare il modello durante la fase di stampa e al tempo stesso consentirne la rimozione a processo completato.

Tipicamente si richiede che il modello abbia un’ottima adesione alla superficie di stampa.

Gli sforzi che si creano durante la fase di stampa all’interno del modello tendono a deformarlo a meno che esso non venga supportato in maniera idonea. La corretta adesione serve quindi ad evitare le funzioni, ritiri degli strati base e distacchi del pezzo dal piano di stampa. Il distacco di uno strato appoggiato direttamente sul substrato durante la costruzione del modello può comportare il fallimento del processo di stampa.

Inoltre va considerato che il substrato definisce la geometria di partenza del modello. Tipicamente la geometria del substrato è mantenuta in modo da approssimare un piano perfetto.

Nei sistemi di prototipazione rapida attualmente in uso, il substrato è composto da una parte rigida (vetro, alluminio, fiberglass) e una superficie chimicamente compatibile (colla, lacca, film autoadesivi, lastra di polimero) con il materiale usato per il modello.

L’uso dei substrati noti ha sollevato molte lamentele quando l’adesione del modello al substrato è troppo elevata, rendendo difficoltosa la separazione meccanica del modello dal substrato.

Molte lamentele sono dovute anche a scarsa adesione del modello al substrato, risultanti in cattiva planarità dei modelli ottenuti, se non addirittura nel fallimento del processo di stampa.

L’uso di sostanze spray (colle, lacche per capelli, adesivi vari) può comportare effetti collaterali che vanno dal fallimento della stampa all’esplosione.

L’uso di film autoadesivi comporta difficoltà di applicazione, sviluppo di bolle sulla superfìcie che peggiorano la qualità del prodotto, difficoltà di rimozione delle parti dal substrato, la stampa direttamente su alcune superfìcie (ad esempio vetro) può comportare rischi per la sicurezza qualora assieme al modello si stacchino pezzi di superfìcie sottili ed estremamente affilati.

Esiste quindi l’esigenza di fornire un substrato per la stampa 3D che sia esente dai problemi suddetti.

Scopo dell’invenzione è appunto quello di eliminare gli inconvenienti della tecnica nota sopra descritta.

In particolare, uno scopo dell’invenzione è quello di fornire un substrato per stampa 3D che mantenga un’eccellente planarità, che consenta un’ottima adesione del modello al substrato durante il processo di stampa e una facile separazione dal substrato a processo terminato.

Altro scopo dell’ invenzione è quello di fornire un tale substrato di stampa che sia di semplice ed economica realizzazione.

Questi scopi vengono raggiunti dal substrato per stampa 3D secondo l’invenzione, che presenta le caratteristiche dell’annessa rivendicazione indipendente 1.

Realizzazioni vantaggiose dell’ invenzione sono espresse nelle rivendicazioni dipendenti.

Sostanzialmente, il substrato per stampa 3D mediante la tecnica di manifattura additiva, secondo l’invenzione, comprende una lastra piana in materiale composito rivestita su almeno una sua faccia con un film di polieterimmide.

Convenientemente, la lastra piana è di materiale composito a base di fibre di carbonio.

Vantaggiosamente, il film di polieterimmide è fissato alla lastra mediante un film adesivo ad alta temperatura.

Ulteriori caratteristiche dell’invenzione appariranno più chiare dalla descrizione dettagliata che segue, riferita ad una sua forma puramente esemplificativa, e quindi non limitativa di realizzazione, illustrata nei disegni annessi, in cui:

La Fig. 1 è una rappresentazione schematica di un processo di produzione di un modello 3D mediante la tecnica di manifattura additiva basata su estrusione;

La Fig. 2 è una vista parziale ingrandita in sezione, mostrante una fase del processo di stampa;

La Fig. 3 è una vista in prospettiva del modello o pezzo da realizzare mediante stampa 3D;

La Fig. 4 è una vista in prospettiva della struttura di supporto del modello, realizzata durante la formazione dello stesso;

La Fig. 5 è una vista in prospettiva dall’alto del substrato secondo l’invenzione;

La Fig. 6 è una vista parziale in sezione ingrandita del substrato di Fig. 5;

La Fig. 7 è una vista in esploso del substrato di Fig.5;

La Fig. 8 è una vista parziale in sezione ingrandita di una variante di realizzazione del substrato di Fig. 5;

La Fig. 9 è una vista in esploso della variante di substrato di Fig. 8. La Fig. 1 mostra schematicamente una tecnica di manifattura additiva per la realizzazione di un pezzo o modello 10, meglio mostrato in Fig. 3, con un sistema basato su estrusione, mediante una rappresentazione a strati dell’oggetto, partendo da materiale estrudibile.

Il materiale, sotto forma di filo 20, viene svolto da una bobina 21 e alimentato a spinta, mediante una coppia di rotelle zigrinate 27 ad una testa di fusione 22 comprendente un ugello riscaldato 23 che provoca l’estrusione del materiale sulla superfìcie di stampa secondo le istruzioni definite per lo strato in esecuzione (vedere in particolare Fig. 2).

Il modello 10 viene realizzato su un vassoio o substrato 1 fissato o agganciato stabilmente ad una piattaforma 7.

La testa di fusione 22 viene mossa nel piano X, Y e allontanata dal substrato 1 nella direzione Z (Fig. 1) per formare la successione di strati 24 (Fig. 2), fino all’ottenimento della geometria voluta.

Nella produzione del modello 10, che presenta una cavità 11, o di modelli similari con cavità o zone a sbalzo, è prevista la deposizione di strati di materiale atti a determinare una struttura 25 (vedere anche Fig. 4) atta a supportare la cavità 11. La struttura 25 può essere creata utilizzando la stessa tecnica di deposizione utilizzata per creare il modello 3D 10. Il materiale della struttura di supporto 25, la cui geometria viene creata dall’elaboratore quale geometria aggiuntiva del modello, aderisce al modello stesso durante la fase di fabbricazione, e viene poi rimossa quando il processo di stampa è stato completato.

Come detto in precedenza, il substrato di stampa 1 sul quale viene formato i modello 10 deve stabilizzare il modello durante la fase di stampa, e al contempo consentire un agevole distacco dello strato di materiale 24 appoggiato direttamente sulla superficie del substrato 1 durante la costruzione del modello.

Per risolvere i suddetti problemi di adesione e agevole distacco del modello, il substrato secondo l’invenzione comprende una lastra 2 di materiale composito a base di fibre di carbonio, o similari, e un film di polieterimmide 3, commercialmente conosciuto come PEI o ULTEM (marchio della Sabic), o altro film con polimeri ad alte prestazioni (PEEK o PAEK), assicurato alle fibre di carbonio con un film adesivo 4 (Figg. 6 e 7).

La lastra 2 di composito di fibra di carbonio è atta ad essere tagliata in qualsiasi sagoma per diventare un supporto di stampa adatto, ed è conosciuta per la sua rigidità e per essere esente da dilatazioni termiche significative. Incorporando un film di polieterimmide nella lastra di fibre di carbonio si ottiene un substrato estremamente rigido, che non si allungherà o restringerà durante il processo di stampa. Il modello stampato aderirà durante la costruzione, per poi staccarsi una volta raffreddato a temperatura ambiente. Infatti, la materia plastica con cui viene realizzato il modello 10 ha un tasso di ritiro superiore alla fibra di carbonio, quindi la differenza di ritiro comporta automaticamente il distacco del modello dal substrato 1.

Il film di polieterimmide 3 è unito alla lastra 2 in fibra di carbonio durante il processo di produzione della lastra composita. Il film di polieterimmide viene assicurato alla latra in fibra di carbonio mediante film adesivi 4 ad alta temperatura (es. 3M Scotchweld o Tencate TC) che assicurano eccellenti adesione ed evitano la formazione di qualsiasi bolla d’aria.

Il rivestimento 3 di polieterimmide costituisce quindi un’ottima superficie di stampa per la creazione del modello 3D 10.

Il substrato 1 include mezzi di fissaggio alla piattaforma 7 della macchina per manifattura additiva, che possono essere nella forma di magneti, mollette, viti, incastri, e simili per ottenere un solido accoppiamento temporaneo.

Il substrato 1 comprende anche fori 8 che fungono da maniglie per facilitarne l’uso.

Nella realizzazione delle Figg. 5 - 7 il film di polieterimmide è applicato solo su una faccia della lastra di composito di fibre di carbonio 2.

Secondo la variante delle Figg. 8 - 9, un film di polieterimmide 3 è applicato mediante adesivo 4 su entrambe le facce della lastra 2.

Ciò può essere utile per esigenze particolari di manifattura additiva.

Ad esempio, il substrato 1 può essere capovolto per sfruttare alternativamente l’una o l’altra faccia.

Il substrato di stampa secondo l’invenzione comporta i seguenti vantaggi rispetto alla tecnica nota:

- facile rimozione del modello dal substrato: non servono utensili meccamici per separare il modello, una volta raffreddato a temperatura ambiente, grazie al ritiro del materiale plastico.

- buona finitura delle superfici di appoggio al piano, dovuta alla mancanza di bolle sul substrato,

- ottima resistenza all’usura della superficie di stampa, in quanto solidale con le fibre di carbonio,

- nessuna necessità di mappatura topologica della superficie del substrato, in quanto direttamente planare e priva di discontinuità,

- pulizia facilitata: sono sufficienti acqua calda e sapone per eliminare sporcizia e ditate dalla superfìcie;

- vita utile ed stremamente lunga: il substrato può essere utilizzato giornalmente per mesi a causa della elevata resistenza combinata tra polieterimmide e fibra di carbonio.

Naturalmente Γ invenzione non è limitata alla particolare forma di realizzazione precedentemente descritta e illustrata nei disegni annessi, ma ad essa possono essere apportate numerose modifiche di dettaglio alla portata del tecnico del ramo senza per questo uscire dall’ambito dell’invenzione stessa, come definito nelle rivendicazioni annesse.

Claims (6)

1. RIVENDICAZIONI 1. Substrato (1) per stampa 3D mediante la tecnica di manifattura additiva, comprendente una lastra piana (2) in materiale composito rivestita su almeno una sua faccia con un film di polieterimmide (3).
2. 2. Substrato (1) secondo la rivendicazione 1, in cui detta lastra piana (2) è di materiale composito a base di fibre di carbonio.
3. 3. Substrato (1) secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui detto film di polieterimmide (3) è fissato alla lastra (2) mediante un film adesivo (4) ad alta temperatura.
4. 4. Substrato (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detto substrato presenta mezzi per il fissaggio ad una piattaforma (7) della macchina per manifattura additiva.
5. 5. Substrato (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto di comprendere fori (8) che fungono da maniglie per facilitarne fuso.
6. 6. Substrato (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto di essere rivestito con un film di polieterimmide (3) su entrambe le sue facce.