IT202100013289A1 - Metodo ed impianto per la realizzazione di manufatti tridimensionali mediante deposizione di una pluralità di strati sovrapposti di un materiale per la manifattura additiva - Google Patents
Metodo ed impianto per la realizzazione di manufatti tridimensionali mediante deposizione di una pluralità di strati sovrapposti di un materiale per la manifattura additiva Download PDFInfo
- Publication number
- IT202100013289A1 IT202100013289A1 IT102021000013289A IT202100013289A IT202100013289A1 IT 202100013289 A1 IT202100013289 A1 IT 202100013289A1 IT 102021000013289 A IT102021000013289 A IT 102021000013289A IT 202100013289 A IT202100013289 A IT 202100013289A IT 202100013289 A1 IT202100013289 A1 IT 202100013289A1
- Authority
- IT
- Italy
- Prior art keywords
- dimensional
- layers
- software
- data
- phase
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 78
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims description 62
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 46
- 239000000654 additive Substances 0.000 title claims description 30
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 title claims description 30
- 230000008021 deposition Effects 0.000 title claims description 30
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims description 41
- 239000012815 thermoplastic material Substances 0.000 claims description 39
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 37
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 23
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 22
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims description 18
- 238000013473 artificial intelligence Methods 0.000 claims description 16
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 claims description 10
- 230000007547 defect Effects 0.000 claims description 9
- 238000001931 thermography Methods 0.000 claims description 9
- 238000012549 training Methods 0.000 claims description 6
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 claims description 5
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 claims description 4
- 230000000875 corresponding effect Effects 0.000 claims description 4
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 4
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 claims description 4
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims description 3
- 239000004567 concrete Substances 0.000 claims description 3
- 230000002596 correlated effect Effects 0.000 claims description 2
- 238000007405 data analysis Methods 0.000 claims description 2
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims description 2
- 239000007769 metal material Substances 0.000 claims description 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 claims 2
- 239000007943 implant Substances 0.000 claims 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 9
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 description 6
- 239000003365 glass fiber Substances 0.000 description 6
- 238000013519 translation Methods 0.000 description 5
- 239000004696 Poly ether ether ketone Substances 0.000 description 4
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 description 4
- 230000032798 delamination Effects 0.000 description 4
- 229920002530 polyetherether ketone Polymers 0.000 description 4
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 description 4
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 description 3
- 230000003466 anti-cipated effect Effects 0.000 description 3
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 3
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 3
- 239000004677 Nylon Substances 0.000 description 2
- 239000004676 acrylonitrile butadiene styrene Substances 0.000 description 2
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 2
- 238000013480 data collection Methods 0.000 description 2
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 description 2
- 230000006870 function Effects 0.000 description 2
- 238000010801 machine learning Methods 0.000 description 2
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 2
- 239000012768 molten material Substances 0.000 description 2
- 229920001778 nylon Polymers 0.000 description 2
- 239000004417 polycarbonate Substances 0.000 description 2
- 229920000515 polycarbonate Polymers 0.000 description 2
- 239000004626 polylactic acid Substances 0.000 description 2
- -1 polypropylene Polymers 0.000 description 2
- 238000010146 3D printing Methods 0.000 description 1
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 238000013135 deep learning Methods 0.000 description 1
- 238000005137 deposition process Methods 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 238000003801 milling Methods 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 description 1
- 238000003860 storage 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
- 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
- B29C64/10—Processes of additive manufacturing
- B29C64/106—Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
- B22F10/20—Direct sintering or melting
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
- B22F10/80—Data acquisition or data processing
- B22F10/85—Data acquisition or data processing for controlling or regulating additive manufacturing processes
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F12/00—Apparatus or devices specially adapted for additive manufacturing; Auxiliary means for additive manufacturing; Combinations of additive manufacturing apparatus or devices with other processing apparatus or devices
- B22F12/90—Means for process control, e.g. cameras or sensors
-
- 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
- B29C64/10—Processes of additive manufacturing
- B29C64/106—Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material
- B29C64/118—Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material using filamentary material being melted, e.g. fused deposition modelling [FDM]
-
- 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
- B29C64/386—Data acquisition or data processing for additive manufacturing
- B29C64/393—Data acquisition or data processing for additive manufacturing for controlling or regulating additive manufacturing processes
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
- B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
- B33Y10/00—Processes of additive manufacturing
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
- B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
- B33Y30/00—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
- B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
- B33Y50/00—Data acquisition or data processing for additive manufacturing
- B33Y50/02—Data acquisition or data processing for additive manufacturing for controlling or regulating additive manufacturing processes
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06N—COMPUTING ARRANGEMENTS BASED ON SPECIFIC COMPUTATIONAL MODELS
- G06N20/00—Machine learning
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Software Systems (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
- Evolutionary Computation (AREA)
- Medical Informatics (AREA)
- Data Mining & Analysis (AREA)
- Computing Systems (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Mathematical Physics (AREA)
- Artificial Intelligence (AREA)
- Heating, Cooling, Or Curing Plastics Or The Like In General (AREA)
Description
Descrizione dell?invenzione industriale dal titolo "Metodo ed impianto per la realizzazione di manufatti tridimensionali mediante deposizione di una pluralit? di strati sovrapposti di un materiale per la manifattura additiva"
La presente invenzione ha per oggetto un metodo per la realizzazione di manufatti tridimensionali mediante deposizione di una pluralit? di strati sovrapposti o contigui di un materiale per la manifattura additiva.
L?invenzione ha altres? per oggetto un impianto per la realizzazione di manufatti tridimensionali mediante deposizione di una pluralit? di strati sovrapposti o contigui di un materiale per la manifattura additiva.
Nel seguito della presente descrizione con l?espressione ?strati sovrapposti o contigui? si intendono strati di materiale per la manifattura additiva sovrapposti in parte o totalmente oppure affiancati con rispettive superfici almeno parzialmente a contatto.
Sono noti da tempo impianti e macchine industriali per la realizzazione di manufatti tridimensionali mediante deposizione di una pluralit? di strati sovrapposti o contigui di un materiale per la manifattura additiva, ad esempio un materiale termoplastico.
Tali impianti e macchine sono preferibilmente di tipo a controllo numerico computerizzato con movimenti cartesiani o antropomorfi e possono anche essere di grandi dimensioni, in funzione della tipologia di manufatto tridimensionale da realizzare.
Generalmente, il materiale termoplastico utilizzato nel processo di realizzazione dei manufatti tridimensionali ? scelto all?interno del gruppo comprendente acrilonitrile butadiene stirene (ABS), tal quale oppure rinforzato con fibra di carbonio o fibra di vetro, nylon, tale quale oppure rinforzato con fibra di carbonio o fibra di vetro, policarbonati eventualmente rinforzati con fibra di carbonio o fibra di vetro, polietere etere chetone (PEEK), polipropilene (PP) e acido polilattico (PLA).
In modo in s? noto, tale materiale termoplastico ? atto ad essere scaldato, fuso, estruso e depositato a strati sovrapposti o contigui su un piano di supporto, secondo una tecnica meglio nota come modellazione a deposizione fusa.
A tale scopo le macchine per la deposizione degli strati di materiale termoplastico, altres? definite macchine per la stampa 3D, comprendono un dispositivo estrusore, il dispositivo estrusore comprendendo a sua volta almeno un elemento estrusore, una pompa atta a garantire un flusso omogeneo e costante di materiale termoplastico ed un ugello.
L?elemento estrusore, se presente, ? preferibilmente un estrusore a vite ed ha la funzione di fondere il materiale termoplastico mediante riscaldamento e di alimentare il materiale fuso alla pompa; in assenza dell?elemento estrusore il materiale fuso viene alimentato direttamente all?ugello; la pompa ? preferibilmente del tipo ad ingranaggi ed ha la funzione di rendere costante il flusso di materiale termoplastico fuso con cui l?ugello viene alimentato.
Il materiale per la manifattura additiva pu? anche essere differente dal materiale termoplastico ed essere scelto all?interno del gruppo che comprende i materiali compositi, i materiali ceramici, i metalli ed il calcestruzzo.
A tale riguardo il dispositivo estrusore deve essere opportunamente modificato rispetto ai dispositivi estrusori noti per la deposizione degli strati di materiale termoplastico.
Il dispositivo estrusore ? montato su opportune strutture di movimentazione o mezzi di movimentazione atti a consentirne la movimentazione all?interno dell?area di lavoro.
Le strutture di movimentazione possono comprendere, ad esempio, un robot antropomorfo alla cui estremit? ? montato il dispositivo estrusore.
In alternativa, le strutture di movimentazione possono anche essere di tipo cartesiano e possono comprendere una trave montata scorrevolmente su una coppia di spalle laterali e comprendente un primo carrello montato scorrevolmente sulla trave stessa.
A sua volta il dispositivo estrusore pu? essere scorrevole rispetto al primo carrello lungo una direzione ortogonale ad un piano di supporto dei manufatti tridimensionali.
Un inconveniente degli impianti e delle macchine sopra descritti ? rappresentato dalla difficolt? di controllare e regolare le condizioni operative ed i parametri di deposizione degli strati di materiale per la manifattura additiva in tempo reale durante la realizzazione dei manufatti tridimensionali. Tale inconveniente pu? determinare la formazione di imperfezioni negli strati depositati del materiale per la manifattura additiva, principalmente nel materiale termoplastico, quali difformit? geometriche e/o dimensionali, delaminazioni, deformazioni e porosit? e/o la riduzione della resistenza meccanica del manufatto tridimensionale.
Per ovviare almeno parzialmente a tale inconveniente sono stati messi a punto impianti e macchine per la realizzazione di manufatti tridimensionali che prevedono un controllo retroattivo ad anello chiuso della deposizione degli strati di materiale.
In particolare, tali impianti e macchine possono comprendere uno o pi? sensori associati al dispositivo estrusore e/o alle strutture di movimentazione dello stesso.
I sensori sono configurati per rilevare una serie di dati prestabiliti riguardanti parametri di processo relativi alla deposizione del materiale, ad esempio la pressione e la temperatura del materiale termoplastico in uscita dall?ugello, la velocit? di spostamento o traslazione del dispositivo estrusore e/o le dimensioni degli strati di materiale termoplastico depositati sul piano di supporto.
Inoltre, i sensori trasmettono i dati rilevati ad un?unit? di controllo o controller che consente di regolare in modo quasi-istantaneo le condizioni di funzionamento del dispositivo estrusore, quali ad esempio la velocit? di rotazione della pompa e la velocit? di rotazione della vite dell?elemento estrusore o la velocit? relativa di movimento del dispositivo estrusore sulla base dei dati rilevati.
Esempi di impianti e macchine del tipo sopra indicato sono descritti nei brevetti e nelle domande di brevetto US10377124, US10688719 e US2020/0276757.
Ad esempio, US10377124 descrive una macchina del tipo sopra indicato in cui la velocit? di rotazione dell?estrusore e la velocit? di rotazione della pompa sono regolate in base ad un aumento o ad una diminuzione della velocit? di traslazione del dispositivo estrusore o in base ad un aumento o ad una diminuzione della velocit? di deposizione del materiale termoplastico.
US10688719 descrive una macchina del tipo sopra indicato in cui un controller regola la velocit? di rotazione della pompa rispetto alla velocit? di traslazione del dispositivo estrusore e la pressione del materiale termoplastico in uscita dall?ugello.
Il controller ? inoltre configurato per controllare il rapporto tra la velocit? di traslazione del dispositivo estrusore e la velocit? di rotazione della pompa in modo da regolare il flusso di materiale termoplastico e di conseguenza la dimensione degli strati del materiale termoplastico che vengono depositati. Tali soluzioni non sono esenti da alcuni inconvenienti.
Un primo inconveniente ? rappresentato dal fatto che il controllo retroattivo ad anello chiuso agisce con un certo ritardo rispetto alla deposizione degli strati di materiale termoplastico.
Tale inconveniente ? particolarmente rilevante nel caso di impianti di grandi dimensioni con dispositivi estrusori aventi capacit? di estrusione e di deposizione del materiale termoplastico particolarmente elevate.
Inoltre, tale inconveniente ? particolarmente sentito nel caso in cui la velocit? di traslazione del dispositivo estrusore debba essere mantenuta a valori particolarmente elevati o nel caso in cui le porzioni del manufatto tridimensionale da realizzare abbiano raggi di curvatura ridotti.
Quindi, tali impianti e macchine non consentono di evitare completamente la formazione di imperfezioni o di zone con ridotta resistenza meccanica in alcune porzioni del manufatto tridimensionale.
Inoltre, gli impianti e le macchine sopra descritti possono presentare ulteriori problemi ed inconvenienti, quali ad esempio:
- velocit? ridotte di deposizione del materiale;
- incremento del materiale di scarto durante il processo di deposizione del materiale;
- aumento dei costi;
- gamma ridotta di manufatti tridimensionali realizzabili, soprattutto per manufatti con dimensioni rilevanti o comprendenti porzioni con forme geometriche complesse.
Lo scopo principale della presente invenzione ? quello di fornire un metodo ed un impianto per la realizzazione di manufatti tridimensionali mediante deposizione di una pluralit? di strati sovrapposti o contigui di un materiale per la manifattura additiva che consentano di risolvere gli inconvenienti sopra indicati.
Un compito particolare della presente invenzione ? quello di mettere a disposizione un metodo ed un impianto del tipo sopra descritto in grado di predire e quindi prevenire la formazione di imperfezioni e difetti negli strati depositati e nei manufatti tridimensionali da realizzare in modo da regolare di conseguenza una serie di parametri di processo relativi alla deposizione degli strati di materiale per evitare la formazione dei difetti e/o delle imperfezioni. Un ulteriore compito della presente invenzione ? quello di mettere a disposizione un metodo ed un impianto del tipo sopra descritto che consentano di evitare la formazione nei manufatti di imperfezioni specifiche quali delaminazioni, difformit? geometriche o dimensionali, deformazioni, distorsioni termiche, porosit? o zone con ridotta resistenza meccanica.
Un altro compito della presente invenzione ? quello di mettere a disposizione un metodo ed un impianto del tipo sopra descritto che consentano di realizzare manufatti tridimensionali con porzioni aventi forme o geometrie complesse senza pregiudizio per le caratteristiche strutturali.
Un ulteriore compito della presente invenzione ? quello di mettere a disposizione un metodo ed un impianto del tipo sopra descritto che consentano di realizzare manufatti tridimensionali con velocit? di deposizione particolarmente elevate in modo da incrementare la capacit? produttiva dell?impianto.
Un altro compito della presente invenzione ? quello di mettere a disposizione un metodo ed un impianto del tipo sopra descritto che consentano di ridurre il materiale di scarto durante il processo di realizzazione dei manufatti tridimensionali.
Lo scopo e i compiti principali sopra descritti sono raggiunti con un metodo per la realizzazione di manufatti tridimensionali secondo la rivendicazione 1 e con un impianto per la realizzazione di manufatti tridimensionali secondo la rivendicazione 18.
Per rendere pi? chiara la spiegazione dei principi innovativi della presente invenzione ed i suoi vantaggi rispetto alla tecnica nota, si descriver? di seguito, con l'aiuto delle figure allegate, una realizzazione esemplificativa di un impianto per la realizzazione di manufatti tridimensionali oggetto della presente invenzione. In particolare:
- la figura 1 ? una vista schematica a blocchi dell?impianto per la realizzazione di manufatti tridimensionali oggetto della presente invenzione;
- la figura 2 ? una vista prospettica di una macchina a controllo numerico dell?impianto oggetto della presente invenzione;
- la figura 3 ? una vista prospettica del dispositivo estrusore della macchina a controllo numerico illustrata in figura 2.
La presente descrizione, fornita solamente a scopo illustrativo e non limitativo dell?ambito di tutela dell?invenzione, si riferisce ad un metodo e ad un impianto per la realizzazione di manufatti tridimensionali mediante deposizione di una pluralit? di strati sovrapposti o contigui di un materiale per la manifattura additiva.
Con particolare riferimento alla figura 1 l?impianto per la realizzazione dei manufatti tridimensionali ? indicato nel suo complesso con il numero di riferimento 1.
Nel prosieguo della presente descrizione si far? principalmente riferimento in modo esemplificativo ad un materiale termoplastico quale materiale per la manifattura additiva dei manufatti tridimensionali.
Tuttavia, il materiale per la manifattura additiva pu? anche essere scelto all?interno del gruppo che comprende i materiali compositi, i materiali ceramici, i materiali metallici ed il calcestruzzo.
In modo in s? noto e nel contesto della presente invenzione, il materiale ? depositato sotto forma di strati sovrapposti o contigui; gli strati possono essere depositati in numero variabile e con dimensioni variabili in funzione della tipologia di manufatto da realizzare.
Il materiale termoplastico per la realizzazione dei manufatti tridimensionali pu? essere scelto all?interno del gruppo comprendente acrilonitrile butadiene stirene (ABS), tal quale oppure rinforzato con fibra di carbonio o fibra di vetro, nylon, tal quale oppure rinforzato con fibra di carbonio o fibra di vetro, policarbonati eventualmente rinforzati con fibra di carbonio o fibra di vetro, polietere etere chetone (PEEK), polipropilene (PP), polietereimmide e acido polilattico (PLA).
I manufatti tridimensionali, non illustrati nelle figure allegate, possono presentare forme, dimensioni e profili differenti e comprendono porzioni o parti con caratteristiche geometriche differenti tra loro e predeterminate.
Le caratteristiche geometriche delle porzioni dei manufatti possono essere scelte nel gruppo comprendente la forma, le rampe, i raggi di curvatura, le larghezze e gli spessori degli strati depositati di materiale, la sovrapposizione tra porzioni differenti o contigue, gli interspazi tra porzioni contigue.
Ad esempio, le porzioni dei manufatti possono essere costituite da tratti curvi con raggi di curvatura differenti, tratti rettilinei, porzioni con spessori differenti degli strati depositati di materiale, rampe con inclinazioni differenti, porzioni con larghezze differenti degli strati di materiale depositato, porzioni affiancate. Il metodo oggetto della presente invenzione comprende preferibilmente le seguenti fasi:
i) realizzazione di campioni di prova aventi forme, dimensioni e caratteristiche geometriche differenti tra loro mediante deposizione di una pluralit? di strati sovrapposti o contigui di un materiale per la manifattura additiva;
ii) rilevazione e raccolta, almeno durante la fase i) di realizzazione dei campioni di prova, di dati riguardanti parametri di processo relativi alla deposizione del materiale e/o di dati riguardanti caratteristiche geometriche e/o dimensionali e/o qualitative e/o strutturali degli strati depositati di materiale;
iii) analisi ed elaborazione dei dati rilevati nella fase ii) per derivare ed ottenere valori di riferimento ottimizzati dei parametri di processo, preferibilmente per ciascuno dei campioni di prova;
iv) realizzazione del manufatto tridimensionale mediante deposizione di una pluralit? di strati sovrapposti o contigui di materiale per la manifattura additiva sulla base dei valori di riferimento ottimizzati dei parametri di processo ottenuti per i campioni di prova.
Nel contesto della presente descrizione, i valori di riferimento ottimizzati dei parametri di processo sono tali per cui le parti o porzioni del manufatto tridimensionale realizzate impiegando tali valori di riferimento ottimizzati sono prive o sostanzialmente prive di deformazioni, difformit? geometriche e/o dimensionali rispetto alle caratteristiche geometriche predeterminate, di porosit? e/o di zone con ridotta resistenza meccanica.
Le caratteristiche geometriche dei campioni di prova realizzati durante la fase i) possono essere scelte all?interno del gruppo indicato in precedenza con riferimento alle porzioni dei manufatti tridimensionali.
La fase ii) di rilevazione e raccolta dei dati ? realizzata preferibilmente mediante opportuni mezzi di rilevazione automatica 3 collegati almeno indirettamente al controllo numerico computerizzato della macchina come spiegato dettagliatamente nel seguito.
I mezzi di rilevazione automatica 3 possono comprendere, oltre a sensori di tipo noto, almeno una telecamera e/o almeno una termocamera e/o almeno uno scanner tridimensionale 33, di cui almeno uno dei tre ? illustrato schematicamente in figura 1.
L?almeno una telecamera e/o l?almeno una termocamera e/o l?almeno uno scanner tridimensionale 33 sono destinati a rilevare i dati riguardanti le caratteristiche geometriche e/o dimensionali e/o qualitative e/o strutturali degli strati depositati di materiale.
In particolare, queste ultime caratteristiche rilevate dall?almeno una telecamera e/o dall?almeno una termocamera e/o dell?almeno uno scanner tridimensionale 33 comprendono, in maniera esemplificativa, la presenza di imperfezioni, difetti e difformit? geometriche e dimensionali negli strati depositati di materiale per la manifattura additiva.
La formazione e la presenza di imperfezioni e difetti negli strati depositati di materiale indica la tendenza alla deformazione di porzioni specifiche dei manufatti tridimensionali formate mediante deposizione degli strati di materiale, in particolare di materiale termoplastico.
In accordo con questa forma di realizzazione, i dati ottenuti durante la fase ii) di raccolta e rilevazione comprendono anche le immagini e/o i filmati e/o le forme registrati dall?almeno una telecamera e/o dall?almeno una termocamera e/o dall?almeno uno scanner tridimensionale 33.
Preferibilmente, i dati riguardanti i parametri di processo e le caratteristiche geometriche e/o dimensionali e/o qualitative e/o strutturali degli strati di materiale per la manifattura additiva sono rilevate durante la fase i) di realizzazione dei campioni di prova.
Tuttavia, la fase ii) di rilevazione e raccolta dei dati pu? anche essere realizzata durante la fase iv) di realizzazione del manufatto tridimensionale. In quest?ultima forma di realizzazione del metodo, i dati rilevati e successivamente elaborati per ottenere i valori di riferimento ottimizzati dei parametri di processo sono utilizzati per evitare la formazione di imperfezioni e difetti negli strati depositati di materiale durante la realizzazione successiva di ulteriori manufatti tridimensionali.
Quindi, il manufatto tridimensionale ottenuto durante la fase iv) del metodo oggetto della presente invenzione pu? rappresentare un campione di prova i cui dati rilevati sono utilizzati in un momento successivo per realizzare ulteriori manufatti tridimensionali.
Vantaggiosamente, la fase iii) di analisi ed elaborazione ? realizzata mediante addestramento di un software basato su almeno un algoritmo di intelligenza artificiale.
In particolare, l?almeno un algoritmo del software di intelligenza artificiale pu? essere di tipo machine learning, deep learning e reinforcement learning o anche una combinazione delle tre tipologie precedenti.
Tale fase iii) di analisi ed elaborazione mediante addestramento del software di intelligenza artificiale pu? anche essere definita come una fase di calibrazione o di apprendimento.
Di conseguenza, il metodo oggetto della presente invenzione pu? anche essere definito come un metodo predittivo di realizzazione di manufatti tridimensionali basato sull?intelligenza artificiale.
I dati rilevati e raccolti durante la fase ii) ed elaborati durante la fase iii) per ottenere i valori di riferimento ottimizzati dei parametri di processo possono essere definiti come un modello predittivo per la successiva fase iv) di realizzazione del manufatto tridimensionale.
Le fasi i), ii) e iii) possono essere ripetute per un numero predefinito di volte in modo da memorizzare i dati ed addestrare l?almeno un algoritmo di intelligenza artificiale ad elaborare e perfezionare i valori di riferimento ottimizzati dei parametri di processo in modo continuo.
In particolare, le fasi i)-iii) possono essere ripetute fino a quando gli strati di materiale, in particolare di materiale termoplastico, dei campioni di prova o dei manufatti tridimensionali sono privi o sostanzialmente privi di deformazioni e/o imperfezioni e/o difformit? geometriche e dimensionali.
A tale scopo, i dati rilevati dai mezzi di rilevazione automatica 3 durante la fase ii) possono essere memorizzati in un database durante una fase di memorizzazione, ciascun campione di prova essendo correlato ad una serie corrispondente di dati.
I dati sono memorizzati con un formato proprietario e consentono di realizzare un addestramento continuo del software di intelligenza artificiale, vale a dire anche dopo che la fase i) e la fase ii) del metodo sono ultimate ed anche durante la realizzazione successiva di ulteriori manufatti tridimensionali.
Il metodo pu? comprendere anche una fase di analisi del manufatto tridimensionale da realizzare e di scomposizione della geometria del manufatto tridimensionale in una o pi? porzioni, tale fase essendo realizzata preferibilmente a monte della fase iv).
Tale fase di analisi e scomposizione del manufatto tridimensionale pu? essere realizzata mediante software CAD di tipo 3D, ovvero un modellatore solido; sulla base di tale analisi si possono ottenere, mediante software CAM, le istruzioni riguardanti le operazioni da eseguire, ad esempio le traiettorie dell?ugello del dispositivo estrusore, durante la fase iv) di realizzazione del manufatto tridimensionale.
Tali software CAD e/o CAM possono anch?essi essere interfacciati con il software di intelligenza artificiale utilizzato nella fase iii); in questo modo tali software sono addestrati per ottimizzare le procedure di analisi e scomposizione del manufatto e di ottenimento delle istruzioni per la realizzazione del manufatto.
Opportunamente, i campioni di prova realizzati durante la fase i) ed i cui dati sono utilizzati per ottenere i valori di riferimento ottimizzati presentano forme, dimensioni e caratteristiche geometriche corrispondenti alla forma, alle dimensioni ed alle caratteristiche geometriche delle porzioni ottenute dalla scomposizione della geometria del manufatto tridimensionale prima della sua realizzazione.
In alternativa, durante la fase iv) di realizzazione del manufatto tridimensionale possono anche essere utilizzati i valori di riferimento ottimizzati estrapolati dai dati rilevati per campioni di prova aventi forma, dimensioni e caratteristiche geometriche differenti dalla forma, dalle dimensioni e dalle caratteristiche geometriche delle porzioni del manufatto da realizzare.
Quindi, ? anche possibile impiegare combinazioni differenti dei dati ottenuti dai campioni di prova realizzati durante la fase i) per realizzare il manufatto tridimensionale durante la fase iv).
La fase iv) di realizzazione del manufatto tridimensionale ? realizzata mediante almeno un dispositivo estrusore 6 montato su una macchina a controllo numerico 5 con movimenti cartesiani o antropomorfi. Tali movimenti sono ottenuti mediante mezzi di movimentazione 10 dell?almeno un dispositivo estrusore 6.
Con riferimento alle figure allegate la macchina a controllo numerico 5 ed il dispositivo estrusore 6 sono illustrati nel dettaglio rispettivamente nella figura 2 e nella figura 3.
La macchina 5 con l?almeno un dispositivo estrusore 6 ed i mezzi di movimentazione 10 sono descritti dettagliatamente nel seguito con riferimento all?impianto 1.
Inoltre, la macchina 5 ? dotata di un controllo numerico computerizzato o CNC 11 con un software dedicato installato al suo interno per il controllo dell?almeno un dispositivo estrusore 6 e dei mezzi di movimentazione 10. I mezzi di rilevazione automatica 3 sono anch?essi collegati almeno indirettamente al controllo numerico computerizzato 11 della macchina 5, come spiegato ulteriormente nel seguito con riferimento all?impianto 1.
Le istruzioni riguardanti le operazioni e le traiettorie di spostamento dell?almeno un dispositivo estrusore 6 ottenute mediante il software CAM come indicato in precedenza sono caricate nel controllo numerico computerizzato 11 della macchina 5.
L?almeno un dispositivo estrusore 6 destinato alla deposizione di strati sovrapposti o contigui di materiale termoplastico comprende almeno un elemento estrusore a vite 14, una pompa 16 ed un ugello 18 del tipo descritto in precedenza con riferimento all?arte nota.
Tali componenti sono illustrati schematicamente in figura 1 e parzialmente in figura 3 e non verranno descritti ulteriormente nella presente descrizione in quanto noti dallo stato dell?arte.
Il software basato sull?almeno un algoritmo di intelligenza artificiale ? atto a regolare ed implementare il software dedicato del controllo numerico computerizzato 11 sulla base dei valori di riferimento ottimizzati dei parametri di processo.
In particolare, durante la fase iv) il software basato sull?almeno un algoritmo di intelligenza artificiale, addestrato sulla base dei dati rilevati durante la fase ii), implementa il software della macchina a controllo numerico 5 che regola di conseguenza il funzionamento del dispositivo estrusore 6, dei mezzi di movimentazione 10 e dei mezzi di rilevazione automatica 3 durante la realizzazione del manufatto tridimensionale.
In questo modo le varie porzioni di ciascun manufatto tridimensionale sono realizzate senza soluzione di continuit? evitando allo stesso tempo la formazione di imperfezioni, difetti o difformit? geometriche e dimensionali negli strati.
I parametri di processo comprendono preferibilmente la temperatura o le temperature del materiale termoplastico prima dell?estrusione da parte del dispositivo estrusore 6, la temperatura del materiale termoplastico depositato a strati sovrapposti o contigui, la portata del materiale termoplastico attraverso l?ugello 18 e la pressione del materiale termoplastico a monte e/o a valle della pompa 16.
Per rilevare i dati associati ai parametri di processo sopra indicati i mezzi di rilevazione automatica 3 possono comprendere sensori di temperatura, misuratori di portata, manometri, sensori di prossimit? e la termocamera 33 indicata in precedenza.
I parametri di processo possono comprendere anche la velocit? di spostamento dell?almeno un dispositivo estrusore 6, l?inclinazione dell?ugello 18 rispetto ad un piano di supporto 12 dei manufatti, la distanza dell?ugello 18 dal piano di supporto 12 o da una superficie del manufatto tridimensionale, la velocit? di rotazione della pompa 16 e la velocit? di rotazione della vite dell?estrusore 14.
Questi ultimi parametri possono anche essere definiti parametri di utilizzo dell?almeno un dispositivo estrusore 6 e dei mezzi di movimentazione 10; l?elencazione di tali parametri di processo nel presente testo ? solamente esemplificativa e non limitativa dell?ambito di tutela dell?invenzione.
Nella forma di realizzazione che prevede la deposizione di strati sovrapposti o contigui di materiale per la manifattura additiva differente dal materiale termoplastico del tipo indicato in precedenza, il dispositivo estrusore 6 pu? essere opportunamente modificato o sostituito da un altro dispositivo a tal fine.
Come anticipato, la presente invenzione ha per oggetto anche un impianto 1, illustrato schematicamente in figura 1, che comprende la macchina 5 per la deposizione della pluralit? di strati sovrapposti di materiale per la manifattura additiva descritta in precedenza ed un?unit? di elaborazione 4, in particolare un?unit? di elaborazione e calcolo ad elevate prestazioni, avente un software installato.
Come illustrato in figura 1, alla macchina 5 ? associata l?unit? di elaborazione 4, che pu? essere esterna alla macchina 5 e collegata alla stessa mediante una connessione 8, preferibilmente una connessione con protocollo ethernet o mediante un altro tipo di connessione equivalente. In alternativa, l?unit? di elaborazione 4 pu? essere integrata nella macchina 5.
Vantaggiosamente, il software dell?unit? di elaborazione 4 ? basato su almeno un algoritmo di intelligenza artificiale ed autoapprendimento/apprendimento automatico.
Quindi, il software di intelligenza artificiale dell?unit? di elaborazione 4 consente di realizzare la fase iii) di analisi ed elaborazione dei dati descritta in precedenza con riferimento al metodo.
L?unit? di elaborazione 4 pu? essere formata da un controller integrato nella macchina 5 e da un?unit? di calcolo ad elevate prestazioni esterna alla macchina 5 e collegata al controller. In alternativa, l?unit? di calcolo ad elevate prestazioni pu? anche essere integrata nella macchina 5.
Vantaggiosamente, un primo modulo del software basato sull?almeno un algoritmo di intelligenza artificiale ? installato nel controller ed un secondo modulo del software basato sull?almeno un algoritmo di intelligenza artificiale ? installato nell?unit? di calcolo ad elevate prestazioni.
Inoltre, la macchina 5 comprende:
- l?almeno un dispositivo estrusore 6 per la deposizione degli strati sovrapposti o contigui di materiale per la manifattura additiva, in particolare materiale termoplastico;
- i mezzi 10 di movimentazione dell?almeno un dispositivo estrusore 6;
- il piano di supporto 12 del manufatto tridimensionale sul quale sono depositati gli strati di materiale;
- i mezzi 3 per la rilevazione automatica dei dati riguardanti i parametri di processo relativi alla deposizione degli strati di materiale e/o dei dati riguardanti le caratteristiche geometriche e/o dimensionali e/o qualitative e/o strutturali degli strati depositati di materiale;
- il controllo numerico computerizzato o CNC 11, associato ad un PLC 13 e comprendente il software dedicato per il controllo dell?almeno un dispositivo estrusore 6 e dei mezzi di movimentazione 10.
L?almeno un dispositivo estrusore 6 ed i mezzi di movimentazione 10 sono illustrati schematicamente in figura 1 e nel dettaglio nelle figure 2 e 3; il piano di supporto 12 ? illustrato nel dettaglio in figura 2; il CNC 11 ed il PLC 13 sono illustrati schematicamente in figura 1.
Il CNC 11 ed il PLC 13 formano un?unit? di comando 27 per la gestione della macchina 5.
Nella rappresentazione dettagliata di figura 2, la macchina 5 per la deposizione degli strati di materiale termoplastico comprende un dispositivo estrusore 6 mobile mediante i mezzi di movimentazione 10 ed anche una seconda unit? di lavoro mobile 31 dotata di mandrino e destinata a realizzare lavorazioni sul manufatto tridimensionale ottenuto mediante deposizione degli strati di materiale per la manifattura additiva mediante asportazione di materiale ottenuto da utensili ?fresa? montati sul mandrino.
Come indicato in precedenza, l?almeno un dispositivo estrusore 6 configurato per la deposizione degli strati di materiale termoplastico comprende almeno un elemento estrusore a vite 14, una pompa 16 ed un ugello 18.
Il materiale termoplastico ? alimentato all?almeno un dispositivo estrusore 6 mediante mezzi di alimentazione 21 di tipo noto che possono essere previsti sul dispositivo estrusore 6 e sulla macchina 5 esternamente al piano di supporto 12, come illustrato nelle figure 2 e 3.
Vantaggiosamente, la macchina 5 comprende servo-motori 15 e 17 rispettivamente dell?elemento estrusore 14 e della pompa 16; tali servo-motori 15, 17 sono illustrati schematicamente in figura 1.
Inoltre, i servo-motori 15, 17 dell?elemento estrusore 14 e della pompa 16 sono connessi almeno indirettamente al CNC 11 della macchina 5 per la loro attivazione controllata.
A tale riguardo, la macchina 5 pu? comprendere un?unit? di controllo locale 19 connessa all?almeno un dispositivo estrusore 6, ai mezzi di rilevazione automatica 3 e/o ai mezzi di movimentazione 10.
Inoltre, l?unit? di controllo locale 19 ? connessa al CNC 11 mediante una connessione dedicata 7 ed ai servo-motori 15, 17 per il controllo dell?attivazione degli stessi, come illustrato in figura 1.
Inoltre, nella forma di realizzazione illustrata in figura 1 ? possibile osservare che l?unit? di controllo locale 19 realizza un controllo retroattivo ad anello chiuso con i mezzi di rilevazione automatica 3 ed i servo-motori 15, 17 a cui ? collegata.
Come illustrato schematicamente in figura 1, l?unit? di elaborazione ad elevate prestazioni 4, in particolare il controller, ? collegata all?unit? di controllo locale 19 tramite la connessione 8 ed al CNC 11 tramite la connessione dedicata 9, anch?essa preferibilmente con protocollo ethernet. I mezzi di movimentazione 10 possono essere di tipo antropomorfo, vale a dire che comprendono un braccio robotizzato.
In alternativa, come illustrato in figura 2, i mezzi di movimentazione 10 sono di tipo cartesiano, vale a dire che comprendono, ad esempio, un carrello 20 montato scorrevolmente su una trave 22 montata anch?essa scorrevolmente su una coppia di spalle laterali 24.
L?almeno un dispositivo estrusore 6 ? mobile nello spazio sovrastante rispetto al piano di supporto 12 mediante i mezzi di movimentazione 10 in modo da essere posizionabile in qualsiasi punto dello stesso.
Inoltre, i mezzi di movimentazione 10 sono configurati per movimentare l?almeno un dispositivo estrusore 6 lungo una direzione ortogonale al piano di supporto, in modo da regolare la distanza dell?ugello 18 dal piano di supporto 12.
Come meglio illustrato in figura 3, i mezzi di movimentazione 10 possono comprendere slitte 26 per la movimentazione del dispositivo estrusore 6 lungo la direzione ortogonale rispetto al carrello 20.
Anche l?unit? di lavorazione 31 pu? essere montata su un rispettivo carrello 20 montato scorrevolmente su una rispettiva trave 22, cos? come illustrato in figura 2.
I mezzi di rilevazione automatica 3, illustrati schematicamente in figura 1, possono essere associati al dispositivo estrusore 6 e/o ai mezzi di movimentazione 10 per rilevare e raccogliere i dati riguardanti i parametri di processo relativi alla deposizione degli strati di materiale.
I parametri di processo sono gli stessi indicati in precedenza con riferimento alla fase ii) del metodo.
Come anticipato, i mezzi di rilevazione automatica 3 possono comprendere almeno una telecamera e/o almeno una termocamera e/o almeno uno scanner tridimensionale 33 atti a rilevare i dati riguardanti le caratteristiche geometriche e/o dimensionali e/o qualitative e/o strutturali degli strati depositati di materiale per la manifattura additiva, ovvero la presenza di imperfezioni e difetti negli strati depositati di materiale o la presenza di difformit? geometriche e dimensionali rispetto alle caratteristiche geometriche predeterminate.
L?unit? di elaborazione ad elevate prestazioni 4 con il software basato sull?almeno un algoritmo di intelligenza artificiale ? configurata per ricevere i dati dai mezzi di rilevazione automatica 3, preferibilmente tramite l?unit? di controllo locale 19, per elaborare tali dati e per ottenere i valori di riferimento ottimizzati dei parametri di processo a partire da tali dati.
Come anticipato, i valori di riferimento ottimizzati dei parametri di processo sono tali per cui i manufatti tridimensionali ottenibili impiegando tali valori di riferimento ottimizzati sono privi o pressoch? privi di difetti quali difformit? geometriche o dimensionali rispetto alle caratteristiche geometriche predeterminate, deformazioni, delaminazioni, porosit? e/o di zone con ridotta resistenza meccanica o di altre imperfezioni simili a carico degli strati depositati di materiale, in particolare di materiale termoplastico.
L?impianto 1 pu? anche comprendere un database, non illustrato nelle figure, associato all?unit? di elaborazione 4, in particolare all?unit? di calcolo ad elevate prestazioni, e configurato per memorizzare i dati rilevati dai mezzi di rilevazione automatica 3 prima dell?elaborazione da parte dell?unit? di elaborazione 4.
Il software di intelligenza artificiale formato dai due moduli come descritto in precedenza ed installato nell?unit? di elaborazione ad elevate prestazioni 4 ? configurato per implementare il software del controllo numerico computerizzato 11 della macchina 5 sulla base dei valori di riferimento ottimizzati dei parametri di processo.
In particolare, il secondo modulo del software installato nell?unit? di elaborazione e calcolo ad elevate prestazioni consente di elaborare una mole considerevole di dati rilevati durante la fase ii) e di trasmetterli al controller per la regolazione e l?implementazione del controllo numerico computerizzato 11 della macchina 5.
Inoltre, il software dell?unit? di elaborazione 4, mediante ripetizione della fase di elaborazione iii) dei nuovi dati che continua a ricevere dai mezzi di rilevazione automatica 3, continua ad addestrarsi in modo che i valori di riferimento ottenibili al termine dell?elaborazione siano sempre pi? perfezionati.
Il software del controllo numerico computerizzato 11, opportunamente implementato e regolato sulla base dei valori di riferimento ottimizzati dei parametri di processo, pu? intervenire sia sulle informazioni ed istruzioni per la regolazione dei parametri di processo del dispositivo estrusore 6 sia sulle informazioni ed istruzioni riguardanti le traiettorie seguite dal dispositivo estrusore 6 mediante i mezzi di movimentazione 10.
In modo in s? noto, tali informazioni ed istruzioni possono essere contenute in un file precedentemente ottenuto mediante software CAM a partire da un modello del manufatto ottenuto mediante software CAD di tipo 3D o modellatore solido ed atto ad essere caricato nel controllo numerico computerizzato 11 della macchina 5.
Di conseguenza, la realizzazione dei manufatti tridimensionali da parte dell?impianto 1 ? realizzata sulla base di dati raccolti in precedenza ed elaborati mediante addestramento del software basato sull?almeno un algoritmo di intelligenza artificiale.
Si pu? osservare che le fasi i) e iv) del metodo oggetto della presente invenzione possono anche realizzate con due impianti indipendenti, a patto che entrambi comprendano tutte le componenti descritte in precedenza.
Da quanto sopra esposto ? ora chiaro come il metodo e l?impianto di realizzazione dei manufatti tridimensionali della presente invenzione consentano di raggiungere vantaggiosamente gli scopi prefissati.
In particolare, mediante l?addestramento del software basato sull?almeno un algoritmo di intelligenza artificiale e la successiva regolazione ed implementazione del software del controllo numerico computerizzato sulla base dei valori di riferimento ottimizzati dei parametri di processo, la deposizione della pluralit? di strati sovrapposti o contigui di materiale per la manifattura additiva pu? essere realizzata evitando la formazione di imperfezioni quali difformit? geometriche o dimensionali rispetto alle caratteristiche geometriche predeterminate, deformazioni o delaminazioni. Inoltre, il software del CNC consente di controllare il dispositivo estrusore e/o i mezzi di movimentazione della macchina a controllo numerico in modo che la deposizione degli strati avvenga in modo particolarmente rapido e con uno spreco ridotto di materiale.
Naturalmente, la precedente descrizione delle realizzazioni che applicano i principi innovativi della presente invenzione ? riportata a titolo esemplificativo di tali principi innovativi e non deve perci? essere presa come limitazione dell'ambito di privativa qui rivendicato.
Claims (22)
1. Metodo per la realizzazione di manufatti tridimensionali mediante deposizione di una pluralit? di strati sovrapposti o contigui di un materiale per la manifattura additiva, comprendente le seguenti fasi:
i) realizzazione di campioni di prova aventi forme, dimensioni e caratteristiche geometriche differenti tra loro mediante deposizione di una pluralit? di strati sovrapposti o contigui di materiale;
ii) rilevazione e raccolta, almeno durante detta fase i) di realizzazione dei campioni di prova, di dati riguardanti parametri di processo relativi alla deposizione del materiale e/o di dati riguardanti caratteristiche geometriche e/o dimensionali e/o qualitative e/o strutturali degli strati depositati di materiale;
iii) analisi ed elaborazione dei dati rilevati in detta fase ii) per derivare ed ottenere valori di riferimento ottimizzati dei parametri di processo;
iv) realizzazione del manufatto tridimensionale mediante deposizione di una pluralit? di strati sovrapposti o contigui di materiale per la manifattura additiva sulla base dei valori di riferimento ottimizzati dei parametri di processo;
in cui detta fase iii) di analisi ed elaborazione dei dati ? realizzata mediante addestramento di un software basato su almeno un algoritmo di intelligenza artificiale.
2. Metodo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detta fase ii) di rilevazione e raccolta ? realizzata mediante mezzi di rilevazione automatica (3).
3. Metodo secondo la rivendicazione precedente, caratterizzato dal fatto che detti mezzi di rilevazione automatica (3) comprendono almeno una telecamera e/o almeno una termocamera e/o almeno uno scanner tridimensionale (33) atti a rilevare i dati riguardanti le caratteristiche geometriche e/o dimensionali e/o qualitative e/o strutturali degli strati depositati di materiale, detti dati comprendendo immagini e/o i filmati e/o forme registrati da detta almeno una telecamera e/o da detta almeno una termocamera e/o da detto almeno uno scanner tridimensionale (33).
4. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto di comprendere una fase di analisi del manufatto tridimensionale da realizzare e di scomposizione della geometria del manufatto tridimensionale in una o pi? porzioni realizzata a monte della fase iv).
5. Metodo secondo la rivendicazione precedente, caratterizzato dal fatto che i campioni di prova presentano forme, dimensioni e caratteristiche geometriche corrispondenti alle forme, alle dimensioni ed alle caratteristiche geometriche delle porzioni del manufatto da realizzare.
6. Metodo secondo la rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che la fase di analisi e scomposizione del manufatto tridimensionale ? realizzata mediante software CAD di tipo 3D o modellatore solido in modo da ottenere istruzioni sulle operazioni da eseguire mediante software CAM per realizzare il manufatto tridimensionale.
7. Metodo secondo la rivendicazione precedente, caratterizzato dal fatto che i software CAM e CAD sono interfacciati con il software basato su almeno un algoritmo di intelligenza artificiale per essere addestrati in modo da ottimizzare le procedure di analisi e scomposizione del manufatto e di ottenimento delle istruzioni per la realizzazione del manufatto.
8. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che il materiale per la manifattura additiva ? scelto all?interno del gruppo comprendente i materiali termoplastici, i materiali compositi, i materiali ceramici, i materiali metallici, ed il calcestruzzo.
9. Metodo secondo la rivendicazione 5, caratterizzato dal fatto che le caratteristiche geometriche di detti campioni di prova e di dette porzioni del manufatto tridimensionale comprendono i raggi di curvatura, le larghezze e gli spessori degli strati depositati di materiale, la sovrapposizione tra porzioni differenti o contigue, gli interspazi tra porzioni contigue.
10. Metodo secondo la rivendicazione 8, caratterizzato dal fatto che detta fase iv) di realizzazione del manufatto tridimensionale mediante deposizione degli strati di materiale termoplastico ? realizzata mediante almeno un dispositivo estrusore (6) del materiale termoplastico comprendente almeno un elemento estrusore a vite (14), una pompa (16) ed un ugello (18).
11. Metodo secondo la rivendicazione precedente, caratterizzato dal fatto che detto almeno dispositivo estrusore (6) ? montato su una macchina (5) con movimenti cartesiani o antropomorfi dotata di controllo numerico computerizzato (11) con un software dedicato per il controllo dell?almeno un dispositivo estrusore (6) e dei mezzi di movimentazione (10) dell?almeno un dispositivo estrusore (6), detto software dedicato essendo regolato ed implementato sulla base di detti valori di riferimento ottimizzati dei parametri di processo.
12. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 8-10, caratterizzato dal fatto che i parametri di processo rilevati in detta fase ii) comprendono la temperatura del materiale termoplastico, la portata del materiale termoplastico, la pressione del materiale termoplastico a monte e/o a valle della pompa (16).
13. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 8-10, caratterizzato dal fatto che i parametri di processo rilevati in detta fase ii) comprendono la velocit? di spostamento dell?almeno un dispositivo estrusore (6), l?inclinazione dell?ugello (18), la distanza dell?ugello (18) da un piano di supporto (12) del manufatto tridimensionale o da una superficie del manufatto tridimensionale, la velocit? di rotazione della pompa (16) e la velocit? di rotazione della vite dell?estrusore (14).
14. Metodo secondo la rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che le caratteristiche geometriche e/o dimensionali e/o qualitative e/o strutturali degli strati di materiale per la manifattura additiva rilevate in detta fase ii) comprendono la presenza di imperfezioni o difetti negli strati depositati di materiale.
15. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto di comprendere una fase di memorizzazione dei dati rilevati in detta fase ii), ciascun campione di prova realizzato in detta fase i) essendo correlato ad una serie corrispondente di dati.
16. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detta fase ii) di rilevazione e raccolta dei dati ? realizzata durante detta fase iv) di realizzazione del manufatto tridimensionale, il manufatto tridimensionale realizzato in detta fase iv) essendo un campione di prova per la realizzazione successiva di manufatti tridimensionali.
17. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che dette fasi i)-iii) sono ripetute per un numero predefinito di volte in modo da memorizzare detti dati ed addestrare detto almeno un algoritmo di intelligenza artificiale ad elaborare e perfezionare i valori di riferimento ottimizzati dei parametri di processo.
18. Impianto (1) per la realizzazione di manufatti tridimensionali mediante deposizione di una pluralit? di strati sovrapposti o contigui di un materiale per la manifattura additiva, detto impianto (1) comprendendo:
- un?unit? di elaborazione (4) avente un software installato;
- una macchina (5) per la deposizione degli strati di materiale per la manifattura additiva comprendente:
- almeno un dispositivo estrusore (6) per la deposizione degli strati di materiale;
- mezzi di movimentazione (10) dell?almeno un dispositivo estrusore (6); - un piano di supporto (12) dei manufatti tridimensionali;
- mezzi (3) per la rilevazione automatica di dati riguardanti parametri di processo relativi alla deposizione degli strati di materiale e di dati riguardanti caratteristiche geometriche e/o dimensionali e/o qualitative e/o strutturali degli strati depositati di materiale per la manifattura additiva;
- un controllo numerico computerizzato (11) avente un software dedicato per il controllo di detto almeno un dispositivo estrusore (6) e di detti mezzi di movimentazione (10);
detta unit? di elaborazione (4) essendo configurata per ricevere i dati da detti mezzi di rilevazione automatica (3), per elaborare detti dati e per ottenere valori di riferimento ottimizzati dei parametri di processo a partire da detti dati; in cui il software di detta unit? di elaborazione (4) ? basato su almeno un algoritmo di intelligenza artificiale ed ? configurato per regolare ed implementare il software del controllo numerico computerizzato (11).
19. Impianto (1) secondo la rivendicazione 18, caratterizzato dal fatto che i mezzi (3) di rilevazione automatica comprendono almeno una telecamera e/o almeno una termocamera e/o almeno uno scanner tridimensionale (33).
20. Impianto (1) secondo la rivendicazione 18, caratterizzato dal fatto che detta macchina (5) comprende un?unit? di controllo locale (19) collegata a detto almeno un dispositivo estrusore (6), a detti mezzi di rilevazione automatica (3) e/o a detti mezzi di movimentazione (10), detta unit? di controllo locale (19) essendo collegata a detta unit? di elaborazione (4).
21. Impianto (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 18-20, caratterizzato dal fatto che le informazioni e le istruzioni per il controllo numerico computerizzato (11) sono contenute in un file ottenuto mediante software CAM a partire da un modello del manufatto ottenuto mediante software CAD di tipo 3D o modellatore solido.
22. Impianto (1) secondo la rivendicazione precedente, caratterizzato dal fatto che i software CAD e CAM sono interfacciati con detto software basato su almeno un algoritmo di intelligenza artificiale per essere addestrati in modo da ottimizzare le procedure di analisi e scomposizione del manufatto e di ottenimento delle istruzioni per la realizzazione del manufatto.
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| IT102021000013289A IT202100013289A1 (it) | 2021-05-21 | 2021-05-21 | Metodo ed impianto per la realizzazione di manufatti tridimensionali mediante deposizione di una pluralità di strati sovrapposti di un materiale per la manifattura additiva |
| EP22728973.3A EP4341067A1 (en) | 2021-05-21 | 2022-05-20 | Method and plant for manufacturing three-dimensional articles by deposition of a plurality of overlapping layers of a material for additive manufacturing |
| IL307905A IL307905A (en) | 2021-05-21 | 2022-05-20 | Methods for producing a modulator of the hemoglobin method, and a plant for producing three-dimensional items by depositing a large number of overlapping layers of additive manufacturing material |
| PCT/IB2022/054733 WO2022243962A1 (en) | 2021-05-21 | 2022-05-20 | Method and plant for manufacturing three-dimensional articles by deposition of a plurality of overlapping layers of a material for additive manufacturing |
| CA3217303A CA3217303A1 (en) | 2021-05-21 | 2022-05-20 | Method and plant for manufacturing three-dimensional articles by deposition of a plurality of overlapping layers of a material for additive manufacturing |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| IT102021000013289A IT202100013289A1 (it) | 2021-05-21 | 2021-05-21 | Metodo ed impianto per la realizzazione di manufatti tridimensionali mediante deposizione di una pluralità di strati sovrapposti di un materiale per la manifattura additiva |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| IT202100013289A1 true IT202100013289A1 (it) | 2022-11-21 |
Family
ID=77519533
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| IT102021000013289A IT202100013289A1 (it) | 2021-05-21 | 2021-05-21 | Metodo ed impianto per la realizzazione di manufatti tridimensionali mediante deposizione di una pluralità di strati sovrapposti di un materiale per la manifattura additiva |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP4341067A1 (it) |
| CA (1) | CA3217303A1 (it) |
| IL (1) | IL307905A (it) |
| IT (1) | IT202100013289A1 (it) |
| WO (1) | WO2022243962A1 (it) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116680944B (zh) * | 2023-05-05 | 2023-12-22 | 哈尔滨工业大学 | 基于数值模拟及深度学习的电弧增材构件工艺预测方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20170337748A1 (en) * | 2016-05-20 | 2017-11-23 | Fuji Xerox Co., Ltd. | Three-dimensional data generation device, three-dimensional shaping device, and non-transitory computer readable medium |
| US10377124B2 (en) | 2016-08-31 | 2019-08-13 | Thermwood Corporation | Methods and apparatus for processing and dispensing material during additive manufacturing |
| US20190322044A1 (en) * | 2016-08-31 | 2019-10-24 | Thermwood Corporation | Methods and apparatus for processing and dispensing material during additive manufacturing |
| US20200143006A1 (en) * | 2018-11-02 | 2020-05-07 | lnkbit, LLC | Intelligent additive manufacturing |
-
2021
- 2021-05-21 IT IT102021000013289A patent/IT202100013289A1/it unknown
-
2022
- 2022-05-20 WO PCT/IB2022/054733 patent/WO2022243962A1/en active Application Filing
- 2022-05-20 EP EP22728973.3A patent/EP4341067A1/en active Pending
- 2022-05-20 CA CA3217303A patent/CA3217303A1/en active Pending
- 2022-05-20 IL IL307905A patent/IL307905A/en unknown
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20170337748A1 (en) * | 2016-05-20 | 2017-11-23 | Fuji Xerox Co., Ltd. | Three-dimensional data generation device, three-dimensional shaping device, and non-transitory computer readable medium |
| US10377124B2 (en) | 2016-08-31 | 2019-08-13 | Thermwood Corporation | Methods and apparatus for processing and dispensing material during additive manufacturing |
| US20190322044A1 (en) * | 2016-08-31 | 2019-10-24 | Thermwood Corporation | Methods and apparatus for processing and dispensing material during additive manufacturing |
| US10688719B2 (en) | 2016-08-31 | 2020-06-23 | Thermwood Corporation | Methods and apparatus for processing and dispensing material during additive manufacturing |
| US20200276757A1 (en) | 2016-08-31 | 2020-09-03 | Thermwood Corporation | Methods and apparatus for processing and dispensing material during additive manufacturing |
| US20200143006A1 (en) * | 2018-11-02 | 2020-05-07 | lnkbit, LLC | Intelligent additive manufacturing |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| HOODA NISHTHA ET AL: "Deposition angle prediction of Fused Deposition Modeling process using ensemble machine learning", ISA TRANSACTIONS, INSTRUMENT SOCIETY OF AMERICA. PITTSBURGH, US, vol. 116, 22 January 2021 (2021-01-22), pages 121 - 128, XP086730500, ISSN: 0019-0578, [retrieved on 20210122], DOI: 10.1016/J.ISATRA.2021.01.035 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP4341067A1 (en) | 2024-03-27 |
| IL307905A (en) | 2023-12-01 |
| CA3217303A1 (en) | 2022-11-24 |
| WO2022243962A1 (en) | 2022-11-24 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11813791B2 (en) | Method and system for producing a workpiece using additive manufacturing techniques | |
| Mercado Rivera et al. | Additive manufacturing methods: techniques, materials, and closed-loop control applications | |
| Turner et al. | A review of melt extrusion additive manufacturing processes: II. Materials, dimensional accuracy, and surface roughness | |
| Boschetto et al. | Roughness prediction in coupled operations of fused deposition modeling and barrel finishing | |
| CN101885063B (zh) | 激光熔覆成型设备及一种金属零件的激光熔覆成型方法 | |
| EP1427578B1 (en) | Melt flow compensation in an extrusion apparatus and relative method | |
| US9744621B2 (en) | Method for cutting pieces from a strip of material and cutting machine for carrying out said method | |
| Perez | Analysis of the surface roughness and dimensional accuracy capability of fused deposition modelling processes | |
| EP3568247B1 (en) | Method and apparatus for continuously refreshing a recoater blade for additive manufacturing | |
| EP3645250A1 (en) | Methods and apparatus for compensating for thermal expansion during additive manufacturing | |
| RU2487779C1 (ru) | Установка для изготовления деталей методом послойного синтеза | |
| JP6943512B2 (ja) | 構築表面マッピングのための装置および方法 | |
| Komineas et al. | Build time estimation models in thermal extrusion additive manufacturing processes | |
| US10549477B2 (en) | Methods and apparatus for controlling an applicator head during additive manufacturing | |
| Tang et al. | A novel method of bead modeling and control for wire and arc additive manufacturing | |
| Ertveldt et al. | MiCLAD as a platform for real-time monitoring and machine learning in laser metal deposition | |
| Li et al. | GMAW-based additive manufacturing of inclined multi-layer multi-bead parts with flat-position deposition | |
| IT202100013289A1 (it) | Metodo ed impianto per la realizzazione di manufatti tridimensionali mediante deposizione di una pluralità di strati sovrapposti di un materiale per la manifattura additiva | |
| WO2017180116A1 (en) | System and method of additive manufacturing | |
| WO2021054894A1 (en) | Apparatus for automated additive manufacturing of a three dimensional object and a method thereof | |
| KR20170048954A (ko) | 레이저 클래딩 시스템 및 이를 이용한 레이저 클래딩 방법 | |
| Sohnius et al. | Data-driven Prediction of Surface Quality in Fused Deposition Modeling using Machine Learning: Datengetriebene Prädiktion der Oberflächenqualität beim Fused Deposition Modeling mittels Machine Learning | |
| EP3388171B1 (de) | Verfahren und fertigungsvorrichtung zum lagenweisen aufbau eines durch geometriebeschreibungsdaten definierten formkörpers | |
| US20200261977A1 (en) | Scan field variation compensation | |
| Pandey | Rapid prototyping technologies, applications and part deposition planning |