IT202100001079A1 - Apparecchiatura e metodo perfezionati per processi di stampa 3d - Google Patents
Apparecchiatura e metodo perfezionati per processi di stampa 3d Download PDFInfo
- Publication number
- IT202100001079A1 IT202100001079A1 IT102021000001079A IT202100001079A IT202100001079A1 IT 202100001079 A1 IT202100001079 A1 IT 202100001079A1 IT 102021000001079 A IT102021000001079 A IT 102021000001079A IT 202100001079 A IT202100001079 A IT 202100001079A IT 202100001079 A1 IT202100001079 A1 IT 202100001079A1
- Authority
- IT
- Italy
- Prior art keywords
- chamber
- liquid
- temperature
- acetic acid
- process liquid
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 107
- 230000008569 process Effects 0.000 title claims description 73
- 238000007639 printing Methods 0.000 title description 6
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N Acetic acid Chemical compound CC(O)=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 153
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 79
- 238000011282 treatment Methods 0.000 claims description 47
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 35
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 24
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 21
- 238000011084 recovery Methods 0.000 claims description 21
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims description 21
- 239000004952 Polyamide Substances 0.000 claims description 19
- 239000012071 phase Substances 0.000 claims description 19
- 229920002647 polyamide Polymers 0.000 claims description 19
- 239000000654 additive Substances 0.000 claims description 17
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 claims description 17
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 15
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 claims description 10
- 238000009835 boiling Methods 0.000 claims description 9
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 claims description 7
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 claims description 6
- 230000009467 reduction Effects 0.000 claims description 6
- 238000009423 ventilation Methods 0.000 claims description 5
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims description 4
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims description 3
- 230000009477 glass transition Effects 0.000 claims description 3
- 239000013529 heat transfer fluid Substances 0.000 claims description 3
- 238000005057 refrigeration Methods 0.000 claims description 3
- 239000000110 cooling liquid Substances 0.000 claims description 2
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 claims description 2
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 27
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 15
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 10
- 238000010146 3D printing Methods 0.000 description 9
- 239000004677 Nylon Substances 0.000 description 9
- 208000028659 discharge Diseases 0.000 description 9
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 8
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 8
- 229920001778 nylon Polymers 0.000 description 8
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 7
- 238000000110 selective laser sintering Methods 0.000 description 7
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 7
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 6
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 5
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 5
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 5
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 5
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 5
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 5
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 5
- XECAHXYUAAWDEL-UHFFFAOYSA-N acrylonitrile butadiene styrene Chemical compound C=CC=C.C=CC#N.C=CC1=CC=CC=C1 XECAHXYUAAWDEL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000004676 acrylonitrile butadiene styrene Substances 0.000 description 4
- 229920000122 acrylonitrile butadiene styrene Polymers 0.000 description 4
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 4
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 4
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 4
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 4
- 229920000747 poly(lactic acid) Polymers 0.000 description 4
- 239000004626 polylactic acid Substances 0.000 description 4
- 239000012808 vapor phase Substances 0.000 description 4
- ZWEHNKRNPOVVGH-UHFFFAOYSA-N 2-Butanone Chemical compound CCC(C)=O ZWEHNKRNPOVVGH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- WVDDGKGOMKODPV-UHFFFAOYSA-N Benzyl alcohol Chemical compound OCC1=CC=CC=C1 WVDDGKGOMKODPV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N N,N-Dimethylformamide Chemical compound CN(C)C=O ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000009471 action Effects 0.000 description 3
- 229920003231 aliphatic polyamide Polymers 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 238000009499 grossing Methods 0.000 description 3
- 239000012815 thermoplastic material Substances 0.000 description 3
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000004953 Aliphatic polyamide Substances 0.000 description 2
- 229920002292 Nylon 6 Polymers 0.000 description 2
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- DTQVDTLACAAQTR-UHFFFAOYSA-N Trifluoroacetic acid Chemical compound OC(=O)C(F)(F)F DTQVDTLACAAQTR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000013019 agitation Methods 0.000 description 2
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 2
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 2
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 2
- RLSSMJSEOOYNOY-UHFFFAOYSA-N m-cresol Chemical compound CC1=CC=CC(O)=C1 RLSSMJSEOOYNOY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- BDAGIHXWWSANSR-UHFFFAOYSA-N methanoic acid Natural products OC=O BDAGIHXWWSANSR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 230000002572 peristaltic effect Effects 0.000 description 2
- 238000013022 venting Methods 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- BYEAHWXPCBROCE-UHFFFAOYSA-N 1,1,1,3,3,3-hexafluoropropan-2-ol Chemical compound FC(F)(F)C(O)C(F)(F)F BYEAHWXPCBROCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OSWFIVFLDKOXQC-UHFFFAOYSA-N 4-(3-methoxyphenyl)aniline Chemical compound COC1=CC=CC(C=2C=CC(N)=CC=2)=C1 OSWFIVFLDKOXQC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000011034 Rubus glaucus Nutrition 0.000 description 1
- 244000235659 Rubus idaeus Species 0.000 description 1
- 235000009122 Rubus idaeus Nutrition 0.000 description 1
- XSTXAVWGXDQKEL-UHFFFAOYSA-N Trichloroethylene Chemical group ClC=C(Cl)Cl XSTXAVWGXDQKEL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- MOQOOKGPCBQMCY-UHFFFAOYSA-N acetic acid;hexane Chemical compound CC(O)=O.CCCCCC MOQOOKGPCBQMCY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- 125000001931 aliphatic group Chemical group 0.000 description 1
- 125000003368 amide group Chemical group 0.000 description 1
- 235000019445 benzyl alcohol Nutrition 0.000 description 1
- 230000002457 bidirectional effect Effects 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 230000002860 competitive effect Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000003413 degradative effect Effects 0.000 description 1
- 230000001066 destructive effect Effects 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 238000007730 finishing process Methods 0.000 description 1
- 235000019253 formic acid Nutrition 0.000 description 1
- 125000000524 functional group Chemical group 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 238000000265 homogenisation Methods 0.000 description 1
- 238000007654 immersion Methods 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 238000001746 injection moulding Methods 0.000 description 1
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 1
- 150000002576 ketones Chemical class 0.000 description 1
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 230000010534 mechanism of action Effects 0.000 description 1
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 1
- 230000036961 partial effect Effects 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 239000002861 polymer material Substances 0.000 description 1
- 229920001296 polysiloxane Polymers 0.000 description 1
- 229920002635 polyurethane Polymers 0.000 description 1
- 239000004814 polyurethane Substances 0.000 description 1
- 230000003252 repetitive effect Effects 0.000 description 1
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 1
- 230000007928 solubilization Effects 0.000 description 1
- 238000005063 solubilization Methods 0.000 description 1
- 230000003381 solubilizing effect Effects 0.000 description 1
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 1
- 230000007480 spreading Effects 0.000 description 1
- 238000003892 spreading Methods 0.000 description 1
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 229920001169 thermoplastic Polymers 0.000 description 1
- 239000004416 thermosoftening plastic Substances 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 description 1
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C71/00—After-treatment of articles without altering their shape; Apparatus therefor
- B29C71/0009—After-treatment of articles without altering their shape; Apparatus therefor using liquids, e.g. solvents, swelling agents
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
- B29C64/30—Auxiliary operations or equipment
- B29C64/35—Cleaning
Description
Titolo
Apparecchiatura e metodo perfezionati per processi di stampa 3D
Ambito dell?Invenzione
La presente invenzione si riferisce in generale al campo dei processi connessi alla realizzazione di articoli in materiale polimerico realizzati mediante tecniche di manifattura additiva e pi? in particolare riguarda un?apparecchiatura e un metodo per la finitura superficiale di tali articoli, in special modo quelli realizzati a partire da materiale poliammidico.
Stato della tecnica
Come ? noto, i processi di manifattura additiva, detti comunemente di stampa 3D, consentono di riprodurre oggetti tridimensionali a partire da corrispondenti modelli realizzati con software di modellazione in tre dimensioni. Macchine, apparecchiature e interi sistemi basati su questi processi si stanno diffondendo con crescente rapidit? sul mercato grazie anche alla riduzione del loro costo e ad un?offerta sempre pi? diversificata che copre dalle apparecchiature di tipo professionale o ad uso industriale fino a quelle, di tipo desktop, per uso da ufficio e domestico.
L?impiego delle stampanti 3D si ? rapidamente esteso da quello della prototipazione rapida ad una miriade di altre applicazioni nei settori pi? disparati, dall?architettura all?intrattenimento, dal settore biomedicale a quello spaziale, solo per citarne alcuni.
In generale, i processi di stampa 3D prevedono la deposizione a strati di un idoneo materiale fino ad ottenere l?oggetto in tre dimensioni. La tecnologia pi? diffusa, soprattutto in virt? del suo basso costo, ? la stampa a deposizione o FFF/FDM (Fused Filament Fabrication / Fused Deposition Modeling), in cui un filamento polimerico viene riscaldato fino alla fusione e fatto passare attraverso un ugello che, guidato dal software, si muove depositando il materiale per formare strati sovrapposti. I materiali polimerici pi? comunemente utilizzati in questo tipo di tecnologia sono l?ABS (acrilonitrile-butadiene-stirene) e il PLA (acido polilattico). In altre tecnologie vengono impiegati materiali polimerici o metallici in polvere o materiali polimerici liquidi.
Lo spessore degli strati ? tipicamente 50-100 micron, ma si pu? arrivare a spessori dell?ordine di 10 micron, con conseguente allungamento dei tempi di fabbricazione. Il grado di finitura migliora ovviamente con la riduzione dello spessore degli strati, ma la superficie degli oggetti si presenta comunque relativamente striata, ruvida e porosa, per cui gli oggetti possono presentare propriet? indesiderate (ad esempio, possono impregnarsi di liquidi) oppure possono avere un aspetto esteriore inadeguato alla loro destinazione finale (ad esempio, nel caso di oggetti decorativi). In altri casi, la ruvidit? superficiale non consente di rispettare specifiche e/o tolleranze dimensionali desiderate (ad esempio, nel caso in cui l?oggetto prodotto mediante stampa 3D sia uno stampo). In tutti questi casi, ed in altri non citati legati alla qualit? della superficie del pezzo prodotto, si deve ricorrere a trattamenti di finitura superficiale.
Un metodo noto per la finitura superficiale di articoli in materiale plastico ottenuti, ad esempio, mediante stampaggio ad iniezione, prevede l?immersione dell?articolo in un solvente compatibile con il materiale plastico o l?esposizione dell?articolo ai vapori di questo solvente per un tempo prefissato sufficiente a provocare una limitata solubilizzazione superficiale del materiale plastico che ne favorisce lo scorrimento sulla superficie dell?articolo sufficiente a spianare le asperit? presenti (si veda ad esempio US5448838).
Questo metodo ? stato esteso anche alla finitura superficiale di articoli in materiale plastico ottenuti mediante stampa 3D. Si vedano in proposito WO03/089218, WO2007/044007, WO2008/088761, WO2010/002643 e WO2018/235121. Ad esempio, in WO2010/002643 il pezzo da rifinire viene immerso freddo e a pressione atmosferica in una camera satura di vapori di idoneo solvente che, per effetto del forte gradiente termico, condensa sula superficie del pezzo solubilizzando uno strato superficiale. In WO2018/235121, a nome della presente richiedente, il pezzo ? in equilibrio termico col vapore che quindi non condensa sul pezzo ma penetra nella sua superficie per una profondit? controllabile producendo una plastificazione temporanea di uno strato superficiale con abbassamento della temperatura di transizione vetrosa Tg del materiale.
Come solventi adatti per queste applicazioni, essenzialmente destinate alla finitura superficiale di pezzi in ABS e PLA, sono stati proposti solventi alogenati (ad esempio, tricloroetilene, idrofluorocarburi) e loro miscele, chetoni (quali acetone, metiletilchetone e analoghi) da scegliere a seconda del materiale plastico e delle condizioni operative.
Un?altra famiglia di materiali polimerici utilizzati nella stampa 3D ? quella dei materiali poliammidici, in special modo quelli alifatici come il nylon. Con il termine di nylon si indicano in particolare le poliammidi alifatiche che possono essere del tipo AB o AABB, dove A e B indicano rispettivamente i gruppi funzionali -NH e -CO. Le poliammidi del tipo AB hanno formula generale (-NH-(CH2)x-CO-)n, essendo n il numero di unit? ripetitive, mentre quelle del tipo AABB hanno formula generale (-NH-(CH2)x-NH-CO-(CH2)(y-2)-CO-)n. La temperatura di rammollimento ha inizio a 235 ?C (per il nylon 6 a 160 ?C), quella di fusione ? intorno a 250 ?C (210-220 ?C per il nylon 6).
Le tecnologie di manifattura additiva per i vari tipi di nylon sono essenzialmente tre:
- la modellazione a deposizione fusa (FDM o FFF) ? la forma di stampa 3D pi? diffusa. Le stampanti 3D FDM realizzano le parti fondendo ed estrudendo il filamento termoplastico, che un ugello di stampa deposita strato per strato nell'area di stampa. Questa tecnica ? adatta per modelli Proof-of-Concept di base, nonch? per la prototipazione veloce e a basso costo di parti semplici. Le linee degli strati depositati uno sull?altro tendono a essere visibili, conferendo un aspetto ruvido alle parti stampate. La FDM offre una risoluzione e una precisione inferiore rispetto alla stereolitografia e alla sinterizzazione laser selettiva, e non ? l'opzione pi? adatta per la stampa di design complessi o parti con dettagli elaborati.
- La tecnologia SLS (Sinterizzazione Laser Selettiva) utilizza un laser ad alta potenza per fondere piccole particelle di polvere di polimeri. La polvere non fusa sostiene la parte durante il processo di stampa ed elimina la necessit? di strutture di supporto dedicate. Ci? rende la sinterizzazione laser selettiva ideale per geometrie complesse, dettagli interni o in negativo e pareti sottili. Le parti prodotte tramite stampa SLS hanno delle caratteristiche meccaniche eccellenti, con una forza simile a quella delle parti create ad iniezione ma con un certo grado di porosit? che non garantisce l?impermeabilit? dei pezzi prodotti con questa tecnologia. Le parti SLS hanno finiture superficiali leggermente ruvide e linee dei livelli meno visibili rispetto alla tecnologia FDM.
- La tecnologia MJF (Multi Jet Fusion) ? basata sull?utilizzo di polveri disposte a formare un letto di polvere che viene riscaldato all?inizio in modo uniforme. Successivamente viene depositato un agente di fusione (fusion agent) nei punti in cui ? necessario fondere selettivamente le particelle; un agente di rifinitura viene depositato intorno ai contorni, per migliorare la risoluzione delle parti. La sorgente utilizzata per il riscaldamento ? una lampada IR che agisce passando al di sopra della superficie del letto di polvere. Il materiale depositato cattura il calore e contribuisce a distribuirlo in modo uniforme. La differenza sostanziale con la SLS ? la capacit? selettiva del riscaldamento che migliora la possibilit? di ottenere dettagli complessi e aumenta la velocit? di stampa.
Qualunque sia il metodo di stampa 3D impiegato, gli articoli in nylon risultanti presentano una problematica simile a quella degli articoli in ABS, PLA, e altri materiali, ossia ruvidit? e rugosit? superficiale, porosit? ed altre disomogeneit? superficiali che devono essere rimosse mediante trattamenti di finitura successivi alla loro produzione, bench? in misura diversa a seconda della tecnica specifica usata
In WO2018/127683 viene descritto un apparecchio ed un metodo per il posttrattamento di un pezzo polimerico in materiale termoplastico, in particolare poliammide o poliuretano, realizzato mediante manifattura additiva. Il metodo prevede di disporre il pezzo prodotto in una camera di trattamento, alimentare una quantit? controllata di solvente previamente vaporizzato nella camera per effetto di una pressione negativa tra 10 e 400 mbar in essa applicata. La camera viene riscaldata fino a un massimo di 100?C mentre il pezzo viene raffreddato per creare un gradiente termico tra il vapore di solvente e la superficie del pezzo, per cui il solvente condensa su di essa. Riapplicando una pressione negativa il solvente viene quindi rievaporato e recuperato al termine del tempo di trattamento prefissato, che ? determinato da un controllore di processo in base a un parametro associato al pezzo, quale rugosit?, geometria e simili.
Il solvente ? scelto tra 1,1,1,3,3,3-esafluoro-2-propanolo (HFIP), dimetilformammide, acido solforico, m-cresolo, acido formico, acido trifluoroacetico, e alcol benzilico e comunque un solvente che presenta propriet? di creare forti legami idrogeno.
WO2018/127683 descrive anche un?apparecchiatura per attuare il suddetto metodo che comprende un serbatoio per il solvente liquido, una camera di trattamento comunicante col serbatoio in modo da poter controllare l?afflusso del solvente, un controllore configurato per eseguire un post-trattamento controllato di un pezzo polimerico ottenuto per manifattura additiva disposto nella camera di trattamento mediante il solvente in base ad almeno un parametro associato al pezzo. L?apparecchiatura comprende inoltre: un sistema di alimentazione del solvente a monte della camera di trattamento, un elemento riscaldante per il solvente e una pompa per fare il vuoto nella camera, tutti controllati dal sistema di controllo per alimentare una quantit? controllata di solvente vaporizzato nella camera di trattamento. Sono previsti mezzi per riscaldare la camera di trattamento e per raffreddare il pezzo in modo da far condensare il vapore sulla sua superficie. Al termine del trattamento la rievaporazione del solvente per il suo recupero viene ottenuta creando di nuovo una pressione negativa nella camera per mezzo della pompa a vuoto.
Il processo secondo WO2018/127683 si basa sulla condensazione rapida del solvente sul pezzo allo scopo di ottenere un tempo di trattamento molto rapido (viene indicato un tempo minimo di 5 secondi per il nylon). Inoltre il solvente usato, l?HFIP, che ? molto aggressivo, naturalmente contribuisce all?esecuzione della lavorazione del pezzo in tempi molto veloci. Queste due condizioni introducono per? una forte criticit? sulla possibilit? di controllo del processo di solubilizzazione dello strato superficiale, la quale impone un accurato controllo di tutti i parametri operativi. In particolare, a tale scopo in WO2018/127683 viene implementato: a) un software per calcolare, su una serie di parametri fisici dell?oggetto, la quantit? esatta di solvente da erogare; b) un sistema che in maniera precisa regoli la differenza di temperatura tra oggetto e solvente (viene ipotizzato un raffreddamento dell?oggetto in alcuni casi); c) un sistema che crea un vuoto spinto, per controllare al meglio l?evaporazione del solvente, e; d) un sistema di monitoraggio in tempo reale per verificare la quantit? di solvente assorbito su un provino, onde evitare che la condensazione sia eccessiva e gli oggetti vengano rovinati. Tutti questi sistemi sono complessi, ma necessari, altrimenti la lavorazione sarebbe difficilmente controllabile.
? quindi molto sentita l?esigenza di poter provvedere alla finitura superficiale di pezzi in materiale poliammidico, quale il nylon, ottenuti mediante tecniche di manifattura additiva in modo efficiente e sicuro, con tempi di trattamento accettabili e ad un costo accessibile.
Sintesi dell?Invenzione
? pertanto uno scopo della presente invenzione quello di fornire un metodo per la finitura superficiale di articoli polimerici in materiale poliammidico ottenuti mediante manifattura additiva che consenta di rimuovere rugosit?, porosit? ed altre disomogeneit? presenti sulla loro superficie evitando nel contempo ogni possibile rischio di danneggiamento delle loro caratteristiche estetiche e/o funzionali.
Un altro scopo della presente invenzione ? di fornire un metodo del tipo summenzionato in cui il trattamento di finitura superficiale venga eseguito in maniera efficiente ottimizzando la qualit? del risultato ottenuto e i tempi e i costi del trattamento.
Un altro scopo della presente invenzione ? di fornire un metodo del tipo summenzionato che consenta un adeguato controllo del processo senza ricorrere a condizioni operative gravose, materiali di processo pericolosi per un operatore e/o sistemi di controllo complessi.
? ancora uno scopo della presente invenzione quello di fornire un?apparecchiatura per la finitura superficiale di articoli polimerici in materiale poliammidico ottenuti mediante manifattura additiva che consenta di attuare il metodo di finitura superficiale sopra menzionato in modo efficiente e facilmente gestibile da parte di un operatore.
Questi scopi vengono raggiunti con l?apparecchiatura ed il metodo per la finitura superficiale di articoli polimerici in materiale poliammidico ottenuti mediante manifattura additiva sostanzialmente come rivendicato nelle rivendicazioni annesse.
Secondo un primo aspetto della presente invenzione viene fornita un?apparecchiatura per la finitura superficiale di articoli polimerici in materiale poliammidico ottenuti mediante manifattura additiva, comprendente
- una camera di trattamento configurata per ricevere almeno un articolo e dotata di mezzi di chiusura ermetica;
- mezzi riscaldanti di detta camera ermeticamente chiusa, per portare la sua temperatura interna ad una temperatura di processo prefissata e per mantenerla a detta temperatura per tutta la durata del trattamento;
- un serbatoio per un liquido di processo in comunicazione di fluido con detta camera per immettere detto liquido di processo in detta camera una volta raggiunta detta temperatura di processo, per cui parte di detto liquido vaporizza ed il vapore formatosi viene a contatto con la superficie di detto articolo provocando il rammollimento di uno suo strato superficiale, mentre una parte di detto liquido rimane in fase liquida sul fondo di detta camera in equilibrio termodinamico con detto vapore;
- mezzi di ventilazione interna posti in detta camera per mantenere in agitazione l?atmosfera di vapore in essa formatosi, atti ad essere attivati al momento dell?immissione di detto liquido di processo entro detta camera;
- un?unit? di recupero del liquido di processo comprendente mezzi scambiatori di calore per raffreddare il liquido scaricato dal fondo di detta camera per effetto della sovrappressione in essa formatasi al termine della fase di contatto tra il vapore e la superficie dell?articolo e per condensare il vapore di detto liquido presente in detta camera.
Preferibilmente, detto liquido di processo ? un solvente protonico polare, in special modo acido acetico puro o un azeotropo dell?acido acetico.
Preferibilmente, sono previsti mezzi per immettere aria entro detta camera per trascinare il vapore del liquido di processo verso detti mezzi scambiatori.
Preferibilmente, sono previsti mezzi di raffreddamento e lavaggio delle pareti di detta camera una volta che la maggior parte del vapore in essa presente ? stata rimossa.
Preferibilmente, detti mezzi di raffreddamento e lavaggio delle pareti comprendono un serbatoio refrigerato per un liquido di lavaggio e mezzi per l?erogazione di detto liquido entro detta camera.
Secondo un altro aspetto della presente invenzione viene fornito un metodo per la finitura superficiale di articoli polimerici in materiale poliammidico ottenuti mediante manifattura additiva comprendente le fasi di:
- disporre almeno uno di detti articoli in una camera di trattamento e chiudere ermeticamente detta camera;
- riscaldare detta camera e l?articolo in essa contenuto ad una temperatura prefissata di processo;
- raggiunta detta temperatura prefissata, immettere in detta camera un liquido di processo che in parte vaporizza e il vapore formatosi viene a contatto con la superficie di detto articolo penetrando in essa per abbassare la temperatura di transizione vetrosa del materiale almeno in uno strato superficiale di esso, causando in tal modo un rammollimento del materiale ed il suo scorrimento, una parte di detto liquido rimanendo sul fondo di detta camera come fase liquida in equilibrio termodinamico con detto vapore, ad una sovrappressione compresa tra 100 e 400 kPa e a detta temperatura di processo per un tempo di contatto prefissato;
- trascorso detto tempo di contatto prefissato tra detto vapore e detto articolo, depressurizzare rapidamente detta camera, utilizzando detta sovrappressione per spingere detto liquido di fondo verso un?unit? di recupero in cui viene raffreddato e raccolto;
- scaricare il vapore presente in detta camera verso detta unit? di recupero in cui il vapore viene condensato e raccolto.
Preferibilmente, detto liquido di processo ? un solvente protonico polare, in special modo acido acetico puro o un azeotropo dell?acido acetico.
Preferibilmente, il metodo comprende l?immissione di aria entro detta camera, dopo detta rapida riduzione di pressione, per spingere il vapore in essa presente verso detta unit? di recupero in cui il vapore viene condensato e raccolto.
Preferibilmente, il metodo comprende far circolare in detta camera un liquido di raffreddamento e lavaggio delle pareti di essa prima di aprirla per rimuovere l?articolo trattato.
Preferibilmente, la temperatura di processo ? pochi gradi superiore alla temperatura di ebollizione di detto liquido di processo a pressione atmosferica.
Preferibilmente, detta temperatura di processo ? circa 120?C quando il liquido di processo ? acido acetico puro.
Breve descrizione dei disegni
Ulteriori caratteristiche e vantaggi dell?apparecchiatura per la finitura superficiale di articoli polimerici poliammidici ottenuti mediante manifattura additiva e del metodo di finitura relativo risulteranno chiari dalla descrizione che segue di loro forme di realizzazione fatte con riferimento ai disegni annessi in cui:
la figura 1 ? uno schema dell?apparecchiatura secondo l?invenzione;
la figura 2 ? un diagramma a blocchi illustrante il processo di finitura superficiale secondo l?invenzione;
Descrizione dettagliata dell?invenzione
Con riferimento alla figura 1, l?apparecchiatura per la finitura superficiale di pezzi in materiale termoplastico ottenuti mediante manifattura additiva (stampa 3D) comprende un recipiente 1 delimitante al suo interno una camera 2 per il trattamento di uno o pi? pezzi in materiale termoplastico, in special modo un materiale poliammidico quale ad esempio il nylon 6,6. Il recipiente 1 ? dotato di un coperchio 3 che consente di chiudere a tenuta ermetica la camera 2.
L?apparecchiatura comprende inoltre un serbatoio principale per un materiale liquido di processo 10 collegato al recipiente 1 e comunicante a fluido in modo controllato con la camera 2. Il materiale liquido di processo ? una sostanza o un composto o una miscela di composti idoneo a produrre almeno un rammollimento superficiale del pezzo se posto a contatto con esso in condizioni di processo opportune. Detto materiale ? preferibilmente un composto protonico polare e in modo particolarmente preferito acido acetico puro o un azeotropo dell?acido acetico.
Il recipiente 1 ? dotato di mezzi riscaldanti, schematicamente mostrati in figura 1 e indicati con 4, per portare la temperatura della camera a una temperatura operativa prefissata e per mantenere detta temperatura per tutta la durata del trattamento del pezzo. Per evitare dispersione del calore, il recipiente 1 ? isolato termicamente con materiale isolante, non mostrato nella figura.
In particolare i mezzi riscaldanti 4 sono posizionati sulla parete esterna del serbatoio 1 e possono essere dei tappetini adesivi riscaldanti in silicone, oppure degli elementi riscaldanti in ceramica, o qualunque altro mezzo adatto a portare la temperatura della vasca interna alla temperatura di processo prefissata, ad esempio, nel caso in cui il liquido di processo ? acido acetico puro, alla temperatura di circa 120?C in tempi dell?ordine dei 10 ? 20 minuti.
Il recipiente 1 ? dotato anche di un dispositivo di controllo 5 della temperatura interna della camera 1 e di un dispositivo di controllo 6 della pressione interna della camera 1 che sono collegati a un controllore di processo il quale regolano l?apporto di calore dei mezzi riscaldanti 4 per mantenere le condizioni operative prefissate nel corso del trattamento.
Sono previsti inoltre mezzi di ventilazione interna, genericamente indicati con 7 in figura 1, per mantenere un?atmosfera omogenea, quanto a temperatura e concentrazione, all?interno della camera 2.
In particolare detti mezzi di ventilazione interna 7 possono essere costituiti da una ventola 8, posta ad esempio in corrispondenza del fondo della camera 2 e distanziata da esso di alcuni centimetri, connessa magneticamente ad un motore 9 esterno alla camera 2, destinata a mantenere l?omogeneizzazione dell?atmosfera interna al serbatoio 1.
Il pezzo o i pezzi uscenti dalla sezione di manifattura additiva (non mostrata in quanto non rientrante nell?ambito della presente invenzione), la cui superficie deve essere rifinita per eliminare rugosit?, porosit? e locali disomogeneit?, vengono sospesi o appoggiati su supporti idonei, non mostrati, presenti nella camera 2 del recipiente 1. Quindi il coperchio 3 viene chiuso ermeticamente e i mezzi riscaldanti 4 vengono accesi una volta che la camera 2 ? stata chiusa a tenuta stagna.
Dal fondo del recipiente 1 si estende un condotto di scarico 18 su cui ? montata una valvola di sfogo 15 attraverso la quale la camera 2 ? connessa con l?esterno. Durante la fase di riscaldamento della camera 2 la valvola 15 viene mantenuta aperta, in modo da sfogare verso l?esterno l?aumento di pressione dovuto al riscaldamento dell?aria contenuta nella camera 2. L?aria scaricata all?esterno passa attraverso un filtro abbattitore 21, per cui la pressione finale nella camera 2, una volta raggiunta la temperatura di processo prefissata, sar? la pressione di equilibrio con il filtro 21, che per? ? ritenuta essere praticamente uguale alla pressione atmosferica.
Il serbatoio principale per il liquido di processo 10 ? chiuso a tenuta stagna e comunica con la camera 2 attraverso una pompa peristaltica 11, o equivalente, per dosare la quantit? di liquido da immettere nella camera 2, e una valvola di controllo 12. Il serbatoio per il liquido 10 comunica con la camera 2 anche attraverso un condotto di bilanciamento della pressione 13 intercettato da una valvola 14. Nel momento in cui viene immesso il liquido dentro la camera 2, ossia quando la camera 2 ha raggiunto la temperatura prefissata di processo, viene chiusa la valvola 15, vengono aperte le valvole 12 e 14 e contemporaneamente viene attivata la pompa peristaltica 11. Lo scopo di aprire la valvola 14 ? quello di realizzare un circuito chiuso tra la camera 2 e il serbatoio 10, in modo che l?immissione di liquido nella camera 2 non ne faccia aumentare la pressione.
Il liquido, appena immesso nella camera 2, almeno in parte vaporizza e allo stesso tempo viene anche azionata la ventola 8 e mantenuta in azione per tutto il periodo del trattamento di finitura del pezzo, in modo da mantenere in agitazione l?atmosfera di vapore formatosi rendendo omogenea la temperatura all?interno della camera 2 e assicurando una distribuzione uniforme del vapore sulla superficie del pezzo.
Il volume di liquido di processo che viene immesso nella camera 2 ? tale per cui, considerando il volume della camera 2 e la temperatura di processo, una certa frazione di detto volume rimanga sul fondo della camera 2 come fase liquida in equilibrio termodinamico col vapore contenuto nella camera 2.
L?apparecchiatura comprende inoltre un?unit? di recupero del liquido di processo impiegato in ogni ciclo di lavorazione, detta unit? essendo indicata genericamente con 34. L?unit? di recupero del liquido di processo comprende mezzi di scambio termico 16, fungenti da condensatore del vapore e per il raffreddamento del liquido condensato, e un serbatoio di raccolta del condensato 17. La camera 2 comunica col condensatore 16 attraverso il condotto di scarico 18 e la valvola 15, mentre a valle del serbatoio di raccolta del condensato ? previsto il filtro 21. Si comprender? che nella presente forma realizzativa dell?invenzione viene vantaggiosamente utilizzato il medesimo circuito comprendente l?unit? di recupero del liquido di processo sia per eseguire la funzione di recupero che per l?iniziale sfogo dell?aria dalla camera 2 durante la fase di riscaldamento.
Per effetto della sovrappressione venutasi a creare nella camera 2 (indicativamente da 100 a 400 kPa) al termine della fase di contatto tra il vapore del liquido di processo e la superficie del pezzo in lavorazione, all?apertura della valvola 15 la fase liquida viene spinta dal fondo della camera 2 verso il serbatoio di raccolta del condensato 17. In questa fase il condensatore 16 funge da scambiatore di calore per abbassare semplicemente la temperatura del liquido.
Il condotto di scarico 18 che connette la camera 2 alla valvola 15 ? pescante dal fondo della camera 2, per cui il liquido ? la prima fase ad uscire all?apertura della valvola 15. La valvola 15, esterna alla camera 2, si trova sopra il livello del liquido presente sul fondo di essa, per cui durante la lavorazione il liquido non riempie completamente il tubo e non bagna la valvola.
Si deve notare che il recupero del liquido presente sul fondo della camera 2 ? conseguito grazie alla sovrappressione presente nella camera 2 che deve essere ridotta alla pressione atmosferica nel pi? breve tempo possibile per evitare difetti sulla superficie del pezzo trattato.
Poich? la condensazione del liquido di processo pu? richiedere una temperatura relativamente bassa del fluido termovettore, il condensatore 16 pu? essere vantaggiosamente combinato con un gruppo refrigerante 33, nel quale il fluido termovettore viene refrigerato attraverso un gruppo frigorifero.
Una volta che tutta la fase liquida ? stata espulsa dalla camera 2, deve essere scaricata anche tutta la fase vapore che ancora la riempie. A tale scopo l?apparecchiatura comprende una pompa per l?aria 19 che, attraverso una valvola 20 immette aria esterna nella camera 2. Quando la pompa dell?aria 19 viene accesa e la relativa valvola 20 viene aperta, mantenendo aperta la valvola 15, una miscela di aria e vapore viene spinta verso il condensatore 16. Il condensato che si produce viene raccolto per gravit? nel serbatoio di raccolta del condensato 17. Una pompa 22 trasferisce il condensato al serbatoio principale 10 del liquido di processo al termine del ciclo di funzionamento del condensatore 16, mentre l?aria contenente ancora piccole quantit? di vapore del liquido di processo non condensato viene scaricata all?esterno previo passaggio nel filtro 21.
L?apparecchiatura comprende inoltre un?unit? di raffreddamento e lavaggio delle pareti della camera 2, genericamente indicata con 23. ? preferibile prevedere questa unit? perch?, terminata la fase di recupero del liquido di processo, la camera 2 si trova ancora a temperatura elevata e con una certa piccola percentuale di liquido di processo (condensato per lo pi? sulle pareti che si stanno raffreddando). Per poter aprire in sicurezza il recipiente 1 dove ? avvenuto il trattamento del pezzo senza dover attendere che si raffreddi naturalmente, la temperatura deve scendere circa alla temperatura ambiente e non deve essere presente liquido di processo.
A tale scopo l?unit? di raffreddamento e lavaggio 23 comprende un serbatoio 24 contenente una soluzione di lavaggio, un sistema di raffreddamento della soluzione di lavaggio 25, una pompa 26 della soluzione di lavaggio che preleva la soluzione di lavaggio dal serbatoio 24 e, attraverso una valvola 27, la invia nella camera 2 per la distribuzione sulle pareti.
In particolare, per distribuire sulle pareti il liquido di lavaggio possono essere previsti ugelli spruzzatori 28 posizionati nella parte alta o cielo della camera 2 e rivolti verso le pareti interne del serbatoio 1. La soluzione di lavaggio utilizzata torna nel serbatoio 24 attraverso il condotto di scarico 18 e un condotto 29 intercettato da una valvola 30, che viene aperta per le operazioni di lavaggio, mentre la valvola 15 ? chiusa. La circolazione della soluzione di raffreddamento e lavaggio termina quando la temperatura nella camera 2 ha raggiunto un valore prefissato, prossimo alla temperatura ambiente.
Preferibilmente, prima di aprire il recipiente 1 la pompa 19 immette nella camera 2 aria esterna per assicurarne la completa asciugatura. L?aria di asciugatura viene scaricata all?esterno attraverso il condotto di scarico 18 e il filtro abbattitore 21.
L?apparecchiatura ? controllata da un?unit? di controllo 31 (ad esempio, Raspberry o simile) ed ? presente un?interfaccia (display) 32 tramite la quale l?operatore imposta la lavorazione e monitora le fasi del ciclo macchina.
I componenti dell?apparecchiatura sopra descritti, le relative connessioni fluide e la relativa strumentazione sono contenuti in un involucro scatolare su cui ? disposto il display 32 e i relativi comandi, nonch? un coperchio esterno di chiusura che consente di accedere al serbatoio 1 e al relativo coperchio ermetico 3.
Le dimensioni del recipiente 1 definente la camera 2 possono essere qualsiasi. In un possibile esempio di realizzazione la camera 2 pu? avere un volume di circa 100 litri. Tale volume costituisce un buon compromesso tecnologico nel caso in cui si debbano trattare pezzi di grandi dimensioni (ad esempio, carene di motoveicoli), oppure si debbano trattare un numero elevato di pezzi piccoli opportunamente disposti entro di essa, in vista di un contenimento dei costi dovuti alla tecnologia di riscaldamento. Secondo le esigenze dell?utilizzatore possono naturalmente essere realizzate apparecchiature con recipiente di trattamento di volume diverso, e anche maggiore adottando in tal caso idonee, anche se pi? costose, tecnologie di riscaldamento.
Con riferimento alla figura 2, il metodo per la finitura superficiale di pezzi ottenuti attraverso processi di manifattura additiva e realizzati in materiale polimerico quale poliammide secondo l?invenzione utilizza come liquido di processo per la finitura superficiale (lisciatura superficiale per rimuovere rugosit?, porosit? e altre disomogeneit? superficiali dovute al processo di manifattura additiva) un composto in grado di formare legami ad idrogeno con i gruppi ammidici delle unit? monomeriche della poliammide che risultino competitivi con quelli inter-macromolecolari presenti nel materiale di partenza. Tale capacit? ? riscontrabile, ad esempio, in molecole protoniche polari quali quella dell?acido acetico che, nella forma realizzativa qui illustrata dell?invenzione, ? utilizzato in forma pura ad una temperatura di poco superiore alla sua temperatura di ebollizione (118?C a pressione atmosferica). La formazione di ponti idrogeno tra il polimero e l?acido acetico, in sostituzione almeno parziale di quelli polimero-polimero, comporta un rammollimento superficiale del pezzo sufficiente a consentire lo scorrimento del materiale e la lisciatura superficiale.
In un?altra forma realizzativa dell?invenzione viene utilizzato come liquido di processo un azeotropo dell?acido acetico.
La formazione di ponti idrogeno tra il polimero e l?acido acetico comporta un rammollimento superficiale del pezzo sufficiente a consentire lo scorrimento del materiale polimerico e la lisciatura superficiale.
In termini generali e senza voler essere legati ad alcuna teoria, la temperatura scelta per eseguire il trattamento e la forza acida agiscono sinergicamente per poter aggredire la poliammide e favorire la formazione dell'addotto poliammide-acido. Il meccanismo di azione dell'acido acetico ? di rompere il legame idrogeno presente tra le catene polimeriche e sostituirlo con un nuovo legame tra acido e poliammide aumentandone la mobilit? molecolare. La temperatura di lavoro (118?C) ? ben superiore alla Tg delle PA (poliammidi alifatiche lineari o nylon) che, in genere, ? intorno a 60?C, ma inferiore al loro punto di fusione (maggiore di 200?C). L?effetto dell?acido acetico si esercita in prevalenza sulla parte amorfa dove sono presenti legami ad idrogeno intercatena, ma anche aumenta la mobilit? influenzando la fase cristallina.
Sebbene le molecole polari diffondano solo nelle regioni amorfe, esse accelerano i cambiamenti strutturali nelle regioni cristalline anche sotto il punto di fusione. Ci sono forti interazioni bidirezionali tra segmenti cristallini ed segmenti amorfi. Tali interazioni tra domini cristallini ed amorfi giocano un ruolo importante nel determinare il comportamento alla deformazione, incluso il ritiro e transizioni indotte termicamente.
L'acido acetico ? un solvente capace di sciogliere il nylon ma in tempi differenti a seconda delle modalit? d?impiego, della temperatura di esercizio e della quantit? di acido impiegata. ? ad esempio possibile una lavorazione per immersione del pezzo nel liquido caldo, alla temperatura di ebollizione, ma il processo risulta difficilmente gestibile e troppo aggressivo. Data la natura distruttiva del processo ? importante che la temperatura dell'oggetto da lavorare sia omogenea e poco sopra la temperatura di ebollizione dell?acido acetico; questo permette al vapore dell'acido acetico di condensare comunque sul pezzo, ma di trovare anche la temperatura ideale per poter svolgere la rifinitura in tempi relativamente rapidi e in modo controllabile, avendo in questa maniera un risultato ripetibile.
Pertanto, in una sua forma realizzativa utilizzante acido acetico puro, il metodo secondo l?invenzione prevede di portare a contatto il vapore di acido acetico con il pezzo riscaldato ad una temperatura operativa poco superiore a quella di ebollizione dell?acido, in modo da poter operare nelle condizioni di massima resa del trattamento, ossia tempo di trattamento relativamente breve e massima possibilit? di controllo dell?intensit? dell?azione dell?acido sulla superficie del pezzo.
Le condizioni di trattamento preferite sono una temperatura di esercizio di circa 120?C, ossia una temperatura di poco superiore alla temperatura di ebollizione dell?acido acetico puro alla pressione atmosferica, ed una pressione di esercizio da 100 a 400 kPa, quindi il trattamento deve avvenire in una camera di trattamento chiusa a tenuta ermetica.
Per realizzare in modo ottimale queste condizioni, il pezzo o i pezzi da lavorare vengono posizionati, sospesi o appoggiati su supporti, nella camera che viene ermeticamente chiusa. La camera e il pezzo (o i pezzi) vengono progressivamente riscaldati fino al raggiungimento della temperatura operativa o di processo pari a circa 120?, sfogando l?aria in modo controllato per mantenere la pressione atmosferica al suo interno. Raggiunta la temperatura operativa viene immesso l?acido acetico che rapidamente passa in fase vapore. In alternativa, il volume necessario di acido acetico pu? essere immesso nella camera prima di avviare il riscaldamento. In questo caso il vapore si forma gradualmente man mano che il riscaldamento procede. In entrambi i casi, a regime, la pressione operativa ? compresa tra 100 e 400kPa.
Il tempo per raggiungere le condizioni operative di inizio trattamento ? compreso tra 10 e 20 minuti, a seconda del mezzo riscaldante impiegato.
Una volta raggiunte le condizioni operative, viene attivata una ventilazione interna alla camera per creare un?adeguata agitazione del vapore e dell?aria in essa contenuti. In questo modo si possono assicurare condizioni uniformi di temperatura all?interno della camera di trattamento e una omogenea distribuzione del vapore sulla superficie del pezzo in lavorazione.
Il tempo di trattamento, ossia di contatto tra il vapore di acido acetico e la superficie del pezzo in lavorazione, varia da 5 a 15 minuti, di preferenza intorno a 10 minuti. Tempi di trattamento troppo lunghi, oltre i 15 minuti, comportano una inaccettabile degradazione della geometria del pezzo.
Il volume di acido acetico utilizzato ? tale per cui non tutto il liquido si trasformi in vapore durante la lavorazione in modo che rimanga sempre una fase liquida sul fondo della camera. Tale volume non dipende dal numero o dalla dimensione degli oggetti sottoposti al trattamento, ma piuttosto dalla temperatura operativa e dal volume della camera. Un valore del volume di acido acetico impiegato, riutilizzabile per numerosi cicli di trattamento ottimizzando l?operazione di recupero, ? compreso tra 400ml e 1litro.
Di preferenza, comunque, il volume di acido acetico immesso nella camera di trattamento ? in eccesso rispetto a quello sperimentalmente richiesto per tenere conto del fatto che una parte di esso, non determinabile, ? assorbito dai pezzi in lavorazione e per essere quindi sicuri che la concentrazione del vapore sia quella desiderata, ovvero che ci sia saturazione dell?intero volume di lavoro. Inoltre, la presenza di una fase liquida di acido acetico sul fondo della camera assicura l?instaurarsi di un equilibrio tra liquido e vapore e quindi una temperatura certa della fase vapore, in quanto il calore fornito serve solo a vaporizzare il liquido evitando la situazione in cui si formi vapore surriscaldato.
Trascorso il tempo di trattamento prefissato, la pressione all?interno della camera di trattamento ? compresa tra 100 e 400 kPa. Dapprima si deve provvedere ad una rapida riduzione della pressione fino alla pressione atmosferica.
La necessit? di far decrescere velocemente la pressione fino ad arrivare a circa la pressione atmosferica deriva dal fatto che, nel caso in cui essa scenda lentamente (ad esempio facendo raffreddare la camera chiusa solamente per convezione con l?aria esterna) si formerebbero bolle sul pezzo lavorato dovute alla fuoriuscita dell?acido dall?interno del pezzo. Una riduzione rapida della pressione (in un tempo ragionevolmente compreso tra 10 e 60 secondi), invece, ?congela? la condizione del pezzo, in quando l?acido acetico rimane dentro il pezzo temporaneamente, per poi fuoriuscirne al termine della lavorazione, con fenomeni diffusivi, sottoponendo il pezzo ad un trattamento di essicazione o riscaldamento in forno.
La sovrappressione presente nella camera viene vantaggiosamente sfruttata per avviare la fase di recupero dell?acido acetico che avviene in due stadi, un primo stadio che prevede lo scarico della fase liquida e un secondo stadio che prevede lo scarico della fase vapore. Nel primo stadio la pressione esistente nella camera sospinge l?acido acetico liquido presente nel fondo di essa verso un serbatoio di raccolta dopo essere raffreddato in un dispositivo di scambio termico facente parte di un?unit? di recupero dell?acido acetico.
Ci? si ottiene aprendo un condotto di scarico pescante dal fondo della camera che mette in comunicazione la camera con l?unit? di recupero del liquido.
Una volta che la pressione nella camera di trattamento ? stata circa equilibrata con la pressione atmosferica, il metodo prevede lo stadio di scarico del vapore caldo di acido acetico ancora presente, vapore che deve essere fatto uscire prima di poter aprire la camera per recuperare i pezzi lavorati e per recuperare l?acido acetico in modo da poterlo riutilizzare in cicli di trattamento successivi.
Per la rimozione del vapore caldo di acido acetico ? prevista l?immissione di aria nella camera in modo da spingere il vapore fuori di essa attraverso il condotto di scarico e il dispositivo di scambio termico, che in questa fase funge da condensatore. La temperatura operativa del condensatore ? mantenuta la pi? bassa possibile, in particolare a circa 18?C, ossia poco al di sopra della temperatura di fusione dell?acido acetico (17?C). Il condensato prodotto viene raccolto in un serbatoio dedicato e al termine della fase di condensazione viene trasferito nel serbatoio principale.
L?aria contenente quantit? residue di acido acetico trascinato, prima di essere scaricata nell?atmosfera, viene sottoposta ad una fase di abbattimento dell?acido acetico in una idonea unit? di abbattimento onde evitare l?immissione di acido nell?ambiente.
Terminata la fase di recupero dell?acido acetico, ? prevista una fase di raffreddamento della camera e di lavaggio delle pareti interne di essa. Infatti, al termine della fase di recupero dell?acido acetico la camera si trova ancora a temperatura elevata e con una certa piccola percentuale di acido acetico condensato per lo pi? sulle pareti che si stanno raffreddando. Per poter aprire in sicurezza la macchina, ? opportuno che la temperatura scenda circa alla temperatura ambiente in tempi ragionevolmente brevi e sia priva di acido acetico.
Il lavaggio ? effettuato con acqua, preferibilmente tamponata a pH neutro, ad una temperatura compresa tra 5 e 15?C. L?acqua di lavaggio viene fatta circolare nella camera fino a quando la camera raggiunge la temperatura desiderata, vicina a quella ambiente.
Prima dell?apertura della camera, viene vantaggiosamente fatta circolare aria in essa per asciugare le pareti della camera e i pezzi trattati.
? consigliabile immettere i pezzi lavorati all?interno di un essiccatore ad una temperatura compresa tra i 45 e i 50 ?C per almeno 12 ore. Questa fase ha la funzione di eliminare eventuali tracce di liquido di processo rimaste nella matrice polimerica.
In un?altra forma realizzativa del metodo secondo l?invenzione, come liquido di processo viene usato un azeotropo dell?acido acetico. L?uso di azeotropi pu? permettere di modulare la temperatura del trattamento e la composizione e quindi realizzare fluidi di finitura specifici in relazione al tipo di polimero usato per la stampa dell?articolo. Ad esempio, per ridurre gli effetti degradativi e facilitare l?asciugatura dopo il trattamento, in una forma realizzativa del metodo secondo l?invenzione pu? essere previsto di portare a contatto con la superficie dell?articolo da trattare vapore di acido acetico ad una temperatura inferiore con il pezzo riscaldato ad una temperatura prossima a quella di ebollizione dell?acido acetico, grazie all?uso di un azeotropo di minimo, quale ad esempio non limitativo l?azeotropo acido acetico-esano. I due diversi composti portati a contatto con la superficie possono avere azioni distinte: l?acido acetico interrompe i legami ad idrogeno inter-macromolecolari e rende il polimero meno polare favorendo la penetrazione; il secondo componente pu? avere funzione plastificante e fluidificante. In un?altra forma realizzativa, pu? essere usato un azeotropo di massimo, ossia avente una temperatura di ebollizione superiore a quella dell?acido acetico puro, per aumentare la temperatura operativa, se richiesto, ad esempio nel caso in cui l?articolo da rifinire sia stato stampato utilizzando un polimero poliammidico che richiede pi? elevate temperature di trattamento.
Claims (13)
1. Apparecchiatura per la finitura superficiale di articoli in materiale poliammidico ottenuti mediante manifattura additiva, comprendente
- una camera di trattamento (2) configurata per ricevere almeno un articolo e dotata di mezzi di chiusura ermetica (3);
- mezzi riscaldanti (4) di detta camera ermeticamente chiusa, per portare la sua temperatura interna ad una temperatura di processo prefissata e per mantenerla a detta temperatura per tutta la durata del trattamento;
- un serbatoio principale per un liquido di processo (10) in comunicazione di fluido con detta camera per immettere detto liquido di processo in detta camera una volta raggiunta detta temperatura operativa, per cui parte di detto liquido vaporizza ed il vapore formatosi viene a contatto con la superficie di detto articolo provocando il rammollimento di uno strato superficiale, mentre una parte di detto liquido rimane in fase liquida sul fondo di detta camera in equilibrio termodinamico con detto vapore;
- mezzi di ventilazione interna (7) posti in detta camera per mantenere in agitazione l?atmosfera di vapore in essa formatosi, atti ad essere attivati al momento dell?immissione di detto liquido di processo entro detta camera;
- un?unit? di recupero del liquido di processo (34) comprendente mezzi scambiatori di calore (16) per raffreddare il liquido scaricato dal fondo di detta camera per effetto della sovrappressione in essa formatasi al termine della fase di contatto tra il vapore e la superficie dell?articolo e per condensare il vapore di detto liquido presente in detta camera.
2. Apparecchiatura secondo la rivendicazione 1, in cui detto liquido di processo ? scelto fra acido acetico puro ed un azeotropo dell?acido acetico.
3. Apparecchiatura secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui sono previsti mezzi (19) per immettere aria entro detta camera per trascinare il vapore del liquido di processo verso detti mezzi scambiatori di calore (16).
4. Apparecchiatura secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui sono previsti mezzi di raffreddamento e lavaggio (23) delle pareti di detta camera comprendenti un serbatoio (24) refrigerato per un liquido di lavaggio e mezzi per l?erogazione (26, 28) di detto liquido sulle pareti di detta camera (2).
5. Apparecchiatura secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detti mezzi erogatori di detto liquido di raffreddamento e lavaggio comprendono una pompa (26) e ugelli erogatori (28) posti nel cielo di detta camera (2) e rivolti verso dette pareti interne.
6. Apparecchiatura secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detta unit? di recupero (34) del liquido di processo comprende un gruppo di refrigerazione (33) di un fluido termovettore di detti mezzi scambiatori di calore (16).
7. Metodo per la finitura superficiale di articoli in materiale poliammidico ottenuti mediante manifattura additiva, comprendente le fasi di
- disporre almeno uno di detti articoli in una camera di trattamento e chiudere ermeticamente detta camera;
- riscaldare detta camera e l?articolo in essa contenuto ad una temperatura prefissata di processo;
- raggiunta detta temperatura prefissata, immettere entro detta camera un liquido di processo che in parte vaporizza e il vapore formatosi viene a contatto con la superficie di detto articolo penetrando in essa per abbassare la temperatura di transizione vetrosa del materiale almeno in uno strato superficiale di esso, causando in tal modo un rammollimento del materiale ed il suo scorrimento, una parte di detto liquido rimanendo sul fondo di detta camera come fase liquida in equilibrio termodinamico con detto vapore, ad una sovrappressione compresa tra 100 e 400 kPa e a detta temperatura di processo per un tempo di contatto prefissato;
- trascorso detto tempo di contatto prefissato tra detto vapore e detto articolo, depressurizzare rapidamente detta camera, utilizzando detta sovrappressione per spingere detto liquido di fondo verso un?unit? di recupero in cui viene raffreddato e raccolto;
- scaricare il vapore presente in detta camera verso detta unit? di recupero in cui il vapore viene condensato e raccolto.
8. Metodo secondo la rivendicazione 7, in cui detto liquido di processo ? scelto fra acido acetico puro ed un azeotropo dell?acido acetico.
9. Metodo secondo la rivendicazione 7 o 8, in cui, dopo detta fase di riduzione rapida della pressione, ? prevista una fase di immissione di aria in detta camera per spingere il vapore verso detta unit? di recupero in cui viene condensato e raccolto.
10. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 7 a 9, comprendente la fase di far circolare in detta camera un liquido di raffreddamento e lavaggio delle pareti di essa prima di aprirla per rimuovere l?articolo trattato.
11. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 7 a 10, in cui detta temperatura prefissata ? pochi gradi superiore alla temperatura di ebollizione di detto liquido di processo alla pressione atmosferica.
12. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 7 a 11, in cui detta temperatura di processo ? circa 120?C quando il liquido di processo ? acido acetico puro.
13. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 7 a 12, in cui detto liquido di processo viene immesso in detta camera prima di procedere alla fase di riscaldamento fino alla temperatura di processo prefissata.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| IT102021000001079A IT202100001079A1 (it) | 2021-01-21 | 2021-01-21 | Apparecchiatura e metodo perfezionati per processi di stampa 3d |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| IT102021000001079A IT202100001079A1 (it) | 2021-01-21 | 2021-01-21 | Apparecchiatura e metodo perfezionati per processi di stampa 3d |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| IT202100001079A1 true IT202100001079A1 (it) | 2022-07-21 |
Family
ID=76375395
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| IT102021000001079A IT202100001079A1 (it) | 2021-01-21 | 2021-01-21 | Apparecchiatura e metodo perfezionati per processi di stampa 3d |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| IT (1) | IT202100001079A1 (it) |
Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5448838A (en) | 1993-09-14 | 1995-09-12 | Hess, Inc. | Apparatus for restoring plastic surfaces |
| WO2003089218A1 (en) | 2002-04-17 | 2003-10-30 | Stratasys, Inc. | Smoothing method for layered deposition modeling |
| WO2007044007A1 (en) | 2005-10-13 | 2007-04-19 | Stratasys, Inc. | Transactional method for building three-dimensional objects |
| WO2008088761A1 (en) | 2007-01-12 | 2008-07-24 | Stratasys, Inc. | Surface-treatment method for rapid-manufactured three-dimensional objects |
| WO2010002643A1 (en) | 2008-06-30 | 2010-01-07 | Stratasys, Inc. | Vapor smoothing surface finishing system |
| RU2625848C1 (ru) * | 2016-04-07 | 2017-07-19 | Общество с ограниченной ответственностью "Уфа Механика" | Устройство для автоматизированной финишной обработки изделий, изготовленных 3d печатью |
| WO2018127683A1 (en) | 2017-01-09 | 2018-07-12 | Additive Manufacturing Technologies Limited | Improvements to additive manufacturing |
| WO2018235121A1 (en) | 2017-06-23 | 2018-12-27 | 3Dnextech S.R.L. | METHOD AND APPARATUS FOR SURFACE FINISHING ARTICLES PRODUCED BY 3D PRINTING |
| WO2019201922A1 (en) * | 2018-04-16 | 2019-10-24 | Technische Universität München | Method for treatment of elements obtained by an additive manufacturing process |
-
2021
- 2021-01-21 IT IT102021000001079A patent/IT202100001079A1/it unknown
Patent Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5448838A (en) | 1993-09-14 | 1995-09-12 | Hess, Inc. | Apparatus for restoring plastic surfaces |
| WO2003089218A1 (en) | 2002-04-17 | 2003-10-30 | Stratasys, Inc. | Smoothing method for layered deposition modeling |
| WO2007044007A1 (en) | 2005-10-13 | 2007-04-19 | Stratasys, Inc. | Transactional method for building three-dimensional objects |
| WO2008088761A1 (en) | 2007-01-12 | 2008-07-24 | Stratasys, Inc. | Surface-treatment method for rapid-manufactured three-dimensional objects |
| WO2010002643A1 (en) | 2008-06-30 | 2010-01-07 | Stratasys, Inc. | Vapor smoothing surface finishing system |
| RU2625848C1 (ru) * | 2016-04-07 | 2017-07-19 | Общество с ограниченной ответственностью "Уфа Механика" | Устройство для автоматизированной финишной обработки изделий, изготовленных 3d печатью |
| WO2018127683A1 (en) | 2017-01-09 | 2018-07-12 | Additive Manufacturing Technologies Limited | Improvements to additive manufacturing |
| WO2018235121A1 (en) | 2017-06-23 | 2018-12-27 | 3Dnextech S.R.L. | METHOD AND APPARATUS FOR SURFACE FINISHING ARTICLES PRODUCED BY 3D PRINTING |
| WO2019201922A1 (en) * | 2018-04-16 | 2019-10-24 | Technische Universität München | Method for treatment of elements obtained by an additive manufacturing process |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US20230330928A1 (en) | Method and apparatus for surface finishing of articles produced by 3d printing | |
| CN110382211B (zh) | 增材制造的改进 | |
| US20210197502A1 (en) | Device and method for treating the surface of molded parts | |
| CN108284597B (zh) | 平整塑料制品表面 | |
| US20230097288A1 (en) | Method for treatment of elements obtained by an additive manufacturing process | |
| EP3587092A1 (en) | Method for treatment of elements obtained by an additive manufacturing process | |
| GB2571804A (en) | Additive manufacturing | |
| IT202100001079A1 (it) | Apparecchiatura e metodo perfezionati per processi di stampa 3d | |
| IT202100001073A1 (it) | Apparecchiatura per la finitura superficiale di articoli polimerici poliammidici ottenuti mediante manifattura additiva e metodo di finitura relativo | |
| US10086544B2 (en) | Laminate resin transfer molding of fibrous preforms using particle filled resin systems | |
| JP6406617B2 (ja) | 低圧鋳造方法及び低圧鋳造装置 | |
| US1475738A (en) | Method for producing seamless articles of caoutchouc | |
| JP5811339B2 (ja) | 熱成形用の装置と成形方法 | |
| US20220410510A1 (en) | Apparatus and method for treating a moulded article made of plastic with vapour of a treatment liquid | |
| US20220250154A1 (en) | Additive manufacturing | |
| JP5998402B2 (ja) | 熱成形用装置と成形方法 | |
| WO2022228905A3 (de) | Wäschebehandlungsschrank und verfahren zum betreiben eines wäschebehandlungsschranks | |
| JPH0357218A (ja) | 蒸気発生装置およびそれが使用されているベーパ乾燥装置 | |
| CN103572524A (zh) | 一种纺纤制品的表面处理工艺 | |
| WO2017130212A1 (en) | Method for impregnation of castings | |
| JPH07304041A (ja) | 金型の加熱または冷却装置 | |
| TWM301892U (en) | Automatic temperature-difference control equipment of decreasing temperature for fabric dyeing machine | |
| JP2014108607A (ja) | 熱成形用の装置と成形方法 |