WO2017153614A1 - Procedimiento de fabricación de piezas elaboradas por acoplamiento de semiproductos mediante el método de fabricación aditiva por sinterizado láser - Google Patents

Procedimiento de fabricación de piezas elaboradas por acoplamiento de semiproductos mediante el método de fabricación aditiva por sinterizado láser Download PDF

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WO2017153614A1
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manufacturing
manufactured
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laser
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PCT/ES2016/070142
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Sergio Daniel GONZÁLEZ Y MARTÍNEZ
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Edesdev S.L.U.
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    • B22F10/28—Powder bed fusion, e.g. selective laser melting [SLM] or electron beam melting [EBM]
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    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25—Process efficiency

Definitions

  • the present invention relates to a set of actions that are performed before (design, study, division) and during the manufacture by laser sintering (stop, placement, combination) for the manufacture of parts or sets of pieces allowing:
  • the sintered metal laser is an additive manufacturing technology (layer by layer) that uses materials such as steel, cobalt, aluminum, titanium or inconel as the basis for manufacturing.
  • the strength of the pieces obtained is comparable to the casting or machining techniques.
  • the heat provided by a laser is used to sinter the desired geometry in layers.
  • the layers are of minimum thickness equivalent to the size of the powder (between 20 and 50 microns).
  • the laser used is CO2 and offers a minimum power of 200W. Optical precision is marked by the lenses you use.
  • the process takes place in a controlled atmosphere of N 2 , with an O2 concentration not exceeding 0.5%.
  • the DMLS manufacturing machines are formed by the laser, the focusing mirror system and two cuvettes (one for manufacturing and the other for growth) with their motors for vertical displacement, a displacement leveling scraper horizontal, the N2 generator and distributor system, the refrigeration equipment, a gas extraction and purification system, a control computer and different sensors for process control and safety.
  • a layer of material is spread over the manufacturing platform.
  • the laser is focused on the growth cuvette through the system of mirrors that drive it.
  • the dust upon receiving the laser energy reaches the sintering temperature. Sintering itself takes place between the particles of the same layer but also with the material of the immediately lower layer, which guarantees maximum adhesion between layers.
  • the laser exposure is carried out according to continuous alternation strategies.
  • the layer growth cuvette decreases the value of the layer thickness with which it is working and the powder feed cuvette descends a higher value.
  • the leveling scraper moves from the growth cuvette to the feed cuvette to level the last sintered layer and recover the dust that may have remained without sintering, which is deposited in the feed cuvette.
  • the feeding bowl ascends a certain value that guarantees enough material to sinter the next layer.
  • the leveling scraper moves from the feed bowl to the growth bowl to deposit the powder layer to be sintered. The remaining powder falls into a dustpan to be subsequently refused.
  • the geometry to be reproduced determines the need to use media or not. All those construction walls with an angle less than 45 ° with respect to horizontal have a potential risk of producing material collapses (deformations) due to the lack of support in the lower layers or the absence of solid material that can withstand the piece itself.
  • the use of supports to avoid these deformations or collapses of the piece requires an increase in the amount of material to be used, the laser processing time to manufacture the supports and subsequent post-production work for the removal of said supports. Placing the piece is another very important factor when manufacturing it. A good placement can imply an optimization in the creation of supports or the reduction of their use or, on the contrary, force the use in most of the walls to be manufactured.
  • the present invention relates to a set of actions that are performed before (design, study, division) and during the manufacture by laser sintering (stop, placement, combination) for the manufacture of parts or sets of pieces allowing:
  • the process of the invention comprises the following steps: a) Design of the piece to be obtained. b) Study and division of the original piece into two or more parts for its manufacture separately or design and study of the set in each of the parts that form it. c) Placement of the different separate parts, in at least one manufacturing plate. d) Controlled manufacture of the different parts or use of elements manufactured by other methods (in the case of sub-assemblies). e) Couple the different manufactured parts together. f) Union of manufactured parts and completion of manufacturing.
  • piece to be obtained a unit consisting of a single component or two or more components that assembled together form a whole.
  • the design and study of each of the components is carried out, for its separate manufacture, subsequent assembly of the different components and completion of the manufacturing, until the set to be obtained is formed.
  • the different components that make up the assembly to be obtained can all be obtained by laser sintering or include one or more components not manufactured by laser sintering.
  • the design of the piece or the study of placement of the parts to form a set constitute one of the most important parts of the process, since it will condition the effectiveness of the following phases.
  • the design of the piece or set must meet a series of objectives, such as:
  • Functionality the piece or set designed must be 100% functional and meet the requirements of departure for which they are designed.
  • each of the different parts into which the initial part is divided must have elements that allow its assembly and coupling with the rest of the parts. In the case of the set, this must be designed so that the coupling of its parts form a fully functional element.
  • the areas of division of the piece will also determine the quality of the joint between the parts and the continuity in the manufacture of the piece.
  • the placement of the different parts will determine the functionality of the final assembly.
  • the designed part will be divided into two or more parts: a base part that will always be anchored to the manufacturing plate, until the total completion of the process, and one or more auxiliary parts that are manufactured separately. At some point in the process the auxiliary parts are coupled to the base part and manufacturing continues until the final piece is obtained.
  • the result is a single piece similar to the one designed initially formed by the base part and the auxiliary parts.
  • the procedure is the same except that other parts manufactured or not by laser sintering may also be integrated therein and that once the process is finished they will form a fully functional assembly.
  • the manufacturing plate placement it consists in positioning the different parts separated from each other on at least one manufacturing plate, with the base part anchored or fixed to said manufacturing plate.
  • each of the parts of the final piece or assembly must guarantee a series of requirements, such as: -
  • Each of the parts will be placed for manufacturing trying to use the least number of necessary supports.
  • the base part which will remain anchored throughout the manufacturing time on the manufacturing plate, will be placed so that the rest of the parts can be attached to them, allowing them to continue manufacturing (avoiding collisions with the compaction roller and material supply) .
  • the joining areas of the base part and the auxiliary parts must allow the incidence of the laser in order to produce the fusion between them and obtain a single resulting piece.
  • auxiliary parts will be completely manufactured while the base part will be manufactured until reaching the junction zone with the auxiliary parts or an integration zone in the case of the assemblies.
  • Additive manufacturing by DMLS allows the interruption of the process at any time during the manufacturing of the parts. This interruption is carried out in a controlled manner by the technician using the manufacturing parameters.
  • the manufacturing interruption point of the base part must coincide exactly with the point of union between different parts or at the time that the incorporation of some element to the final manufacturing is required.
  • auxiliary parts are assembled on the base piece. This process is manual and the quality of the result will depend on the skill of the operator, the quality of the design, the joining elements of the parts and the plate placement of the base part.
  • the technician will resume the manufacturing process.
  • the manufacturing of the base part is continued guaranteeing that the material contribution and the incidence of the laser will be carried out on the zone of union of the different parts (in the case of parts) or that the coupled parts remain in their position and continue with the manufacture of the rest of the assembly (in the case of assemblies).
  • the joining of auxiliary parts on the base part can be repeated as many times as necessary until the final piece is obtained.
  • FIG. 1 is a vertical section of a piece to be manufactured by laser sintering, arranged on a manufacturing plate.
  • Figure 2 is a view similar to Figure 1, indicating the division of the piece to be manufactured in two parts.
  • FIG. 3 are sections of the parts separated and positioned on a manufacturing plate.
  • FIG. 5 is a vertical section of the manufactured and coupled parts.
  • FIG. 6 is a sectioned perspective of the final manufactured part.
  • Figure 7 shows a part formed by a series of independent components.
  • Figure 8 is the result of the design and study of the components that make up the assembly of Figure 1, for manufacturing by laser sintering.
  • Figure 1 shows in section a part (1) arranged on a manufacturing plate (2), for manufacturing by laser sintering.
  • figure 1 its possible division into parts that can be manufactured by sintering separately, with the lowest possible number of supports and preferably without the need for supports. It will also be taken into account that the manufacturing process can be carried out in a suitable time.
  • part (1) will be subdivided into two parts, a base part (3) and an auxiliary part (4), through a dividing line (5), figure 2.
  • the separation surface between both parts can be post-processed later and correspond to non-conflict areas of the final piece.
  • the two parts, base and auxiliary (3-4), will allow its manufacture on the manufacturing plate (2), figure 3, so that they require the least number of supports.
  • both parts have manufacturing angles greater than 45 ° with the horizontal, which guarantees its correct manufacturing without using supports.
  • the geometry of the parts (3 and 4) also guarantees heat dissipation and prevents deformations and internal stresses of the material. In the position of figure 3, both parts are manufactured independently, maintaining a stable balance on the manufacturing plate (2) throughout the manufacturing process, until its completion.
  • the division of the part (1) will be chosen so that the base (3) and auxiliary parts (4), once manufactured, can be coupled to each other through the separation surfaces defined by the dividing line (5), figure 2.
  • the interruption in the manufacturing process will be carried out in coincidence with a point belonging to the separation surface defined by the dividing line (5).
  • Figure 4 shows the manufacturing limit (6) of the base piece (3), of greater height.
  • the process is stopped and the auxiliary part (4) is coupled on the base part (3), figure 5.
  • the geometry of the base (3) and auxiliary parts (4) by the dividing line (5) it will favor the coupling between them, their adjustment and final union, for which, from the position of figure 5, the manufacture of the base piece (3) resumes, with the auxiliary part (4) coupled in its position definitive, providing material and incidence of the laser in the dividing line (5), so as to guarantee the sealing and welding of the two parts in a single physical model, which corresponds to the piece (1) to be obtained, represented in the figure 6.
  • Figures 7 to 16 show a particular embodiment of the different manufacturing steps of a piece by the process of the invention.
  • a bearing inserted in a single piece is manufactured by DMLS.
  • the bearing will consist of an outer shaft, inner shaft manufactured by DMLS and balls manufactured or not by DMLS.
  • Figure 7 shows in section the assembly to be manufactured.
  • housing bushing (1) housing bushing (1), external bearing ring (2), ball bearing (3), and internal bearing ring (4).
  • the base parts (2A), (4A) and auxiliary parts (2B) and (4B), shown in Figure 10, are also manufactured. They can be manufactured on the same plate or on different plates.
  • FIG 1 1 shows the coupling of parts 2,3 and 4. As can be seen in Figure 12, the manufacturing of the parts continues
  • piece 1A is continued to obtain a single piece (1) joining parts 1A and 1 B with a bearing housed inside, as shown in Figure 15.
  • Figure 16 shows the manufacturing result

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Abstract

Procedimiento de fabricación de piezas mediante sinterizado láser, que comprende diseñar la pieza (1) a obtener; dividir la pieza diseñada en al menos dos partes (3-4), a través de una línea de división (5) que permita el posterior acoplamiento entre dichas partes; fabricar por separado mediante láser las diferentes partes, hasta alcanzar una altura límite (6); acoplar entre sí las partes fabricadas y unirlas mediante aporte del material a sinterizar e incidencia del láser sobre la línea de separación entre las diferentes partes; y reanudar el proceso de sinterizado de la pieza hasta la obtención final de la misma.

Description

PROCEDIMIENTO DE FABRICACIÓN DE PIEZAS MEDIANTE SINTERIZADO
LÁSER
Campo de la invención
La presente invención se refiere a un conjunto de acciones que se realizan antes (diseño, estudio, división) y durante la fabricación por sinterizado láser (parada, colocación, combinación) para la fabricación de piezas o conjuntos de piezas permitiendo:
- fabricar piezas únicas formadas por diferentes partes (subpiezas) o conjuntos de piezas (ensamblajes formados por piezas sinterizadas y/o piezas ya fabricadas por otros métodos) que conforman un todo, imposibles de fabricar por el método de sinterizado convencional.
- reducir y/o optimizar al máximo la utilización de los soportes necesarios para su fabricación por sinterizado láser metal.
- obtener piezas o conjuntos de piezas (ensamblajes formados por piezas fabricadas por sinterizado u otros métodos) 100% funcionales.
Antecedentes de la invención
El sinterizado láser en metal, DMLS (Direct Metal Láser Sintering), es una tecnología de fabricación aditiva (capa a capa) que utiliza como base para la fabricación materiales como el acero, cobalto, aluminio, titanio o inconel. La resistencia de las piezas obtenida es comparable a las técnicas de fundición o de mecanizado.
Partiendo de material en polvo, se aprovecha el calor aportado por un láser para sinterizar por capas la geometría deseada. Las capas son de grosor mínimo equivalente al tamaño del polvo (entre 20 y 50 mieras). El láser utilizado es de CO2 y ofrece una potencia mínima de 200W. la precisión óptica viene marcada por las lentes que utiliza.
Con el fin de evitar la formación de óxido u otras impurezas, el proceso tiene lugar en una atmósfera controlada de N2, con una concentración de O2 no superior al 0,5%.
Las máquinas de fabricación DMLS están formadas por el láser, el sistema de espejos focalizadores y dos cubetas (una de fabricación y otra de crecimiento) con sus motores para el desplazamiento vertical, una rasqueta niveladora de desplazamiento horizontal, el sistema generador y distribuidor de N2, el equipo de refrigeración, un sistema de extracción y purificación de gases, un ordenador de control y diferentes sensores para el control y seguridad del proceso.
De acuerdo con el sistema tradicional, inicialmente se extiende una capa de material sobre la plataforma de fabricación. El láser es focalizado sobre la cubeta de crecimiento mediante el sistema de espejos que lo conducen. El polvo al recibir la energía del láser, llega a la temperatura de sinterizado. El sinterizado en sí mismo tiene lugar entre las partículas de una misma capa pero además también con el material de la capa inmediatamente inferior, hecho que garantiza la máxima adherencia entre capas. Con el fin de compensar las tensiones introducidas en el rápido proceso de calentamiento-enfriamiento y la contracción del material, la exposición del láser se realiza según unas estrategias de alternancia continua.
La cubeta de crecimiento de capa desciende el valor del grueso de capa con el que se está trabajando y la cubeta de alimentación de polvo desciende un valor superior. La rasqueta niveladora se desplaza desde la cubeta de crecimiento a la cubeta de alimentación para nivelar la última capa sinterizada y recuperar el polvo que pudiera haber quedado sin sinterizar, que se deposita en la cubeta de alimentación.
La cubeta de alimentación asciende un valor determinado que garantiza suficiente material para sinterizar la siguiente capa. La rasqueta niveladora se desplaza desde la cubeta de alimentación hacia la cubeta de crecimiento para depositar la capa de polvo a sinterizar. El polvo sobrante cae en un recogedor para ser rehusado posteriormente.
Este proceso se repite para cada capa, hasta completar el proceso final con la obtención de la pieza diseñada. Las principales ventajas del sinterizado láser son:
Excelente resolución/precisión de los objetos producidos.
Capacidad de producir un objeto utilizando uno existente.
Capacidad de detener y reiniciar el proceso de impresión 3D.
Capacidad de cambiar entre dos procesos de impresión. Entre las aplicaciones del DMLS metal destacan la capacidad de creación de prototipos funcionales, fabricación de objetos con capacidad de soportar altas temperaturas, producción de cantidades bajas eliminando los costos de mecanizado, la creación de instrumentos médicos, implantes quirúrgicos y objetos para la industria aeroespacial y automotriz, etc.
Generalmente la fabricación por sinterizado láser en metal requiere del uso de soportes que cumplen una doble función:
Por un lado ayudan a soportar la pieza durante su fabricación.
Permite transmitir el calor aportado a la base y evitar la deformación de la pieza por las tensiones producidas.
Estos soportes dejan ciertas marcas en la pieza y el poder evitarlas facilita tanto el proceso de fabricación como su post-proceso y resultado final.
Para reducir el número de soportes a emplear, a la hora de diseñar la pieza deseada hay que intentar realizar ángulos de apoyo sobre la placa de fabricación superiores a los 45°, de manera que el propio material pueda sustentarse a medida que se va fabricando, al descansar sobre dicha placa con un equilibrio estable.
La geometría a reproducir determina la necesidad de utilización o no de soportes. Todas aquellas paredes de construcción con un ángulo inferior a 45° con respecto a horizontal tiene riesgo potencial de producir derrumbes de material (deformaciones) por la falta de soporte en las capas inferiores o la inexistencia de material sólido que pueda aguantar la propia pieza. La utilización de soportes para evitar estas deformaciones o derrumbes de la pieza obliga a un aumento de la cantidad de material a utilizar, el tiempo de proceso de láser para fabricar los soportes y el trabajo de post-producción posterior para la eliminación de dichos soportes. La colocación de la pieza en placa es otro factor sumamente importante a la hora de fabricarla. Una buena colocación puede implicar una optimización en la creación de soportes o la reducción de utilización de los mismos o por el contrario obligar la utilización en la mayoría de las paredes a fabricar.
En ocasiones puede ser necesario la utilización de soportes para disipación de calor durante la fase de fabricación. En este caso los soportes son muy distintos y no sirven para sustentar el material de aporte sino que ayudan a disipar la gran cantidad de energía aportada a cada capa. Descripción de la invención
La presente invención se refiere a un conjunto de acciones que se realizan antes (diseño, estudio, división) y durante la fabricación por sinterizado láser (parada, colocación, combinación) para la fabricación de piezas o conjuntos de piezas permitiendo:
- fabricar piezas únicas formadas por diferentes partes (subpiezas) o conjuntos de piezas (ensamblajes formados por piezas sinterizadas y/o piezas ya fabricadas por otros métodos) que conforman un todo, imposibles de fabricar por el método de sinterizado convencional.
- reducir y/o optimizar al máximo la utilización de los soportes necesarios para su fabricación por sinterizado láser metal.
- obtener piezas o conjuntos de piezas (ensamblajes formados por piezas fabricadas por sinterizado u otros métodos) 100% funcionales. El procedimiento de la invención comprende las siguientes etapas: a) Diseño de la pieza a obtener. b) Estudio y división de la pieza original en dos o más partes para su fabricación de manera separada o diseño y estudio del conjunto en cada una de las partes que lo forman. c) Colocación de las diferentes partes separadas, en al menos una placa de fabricación. d) Fabricación controlada de las diferentes partes o utilización de elementos fabricados por otros métodos (para el caso de los sub-ensamblajes). e) Acople entre sí de las diferentes partes fabricadas. f) Unión de las partes fabricadas y finalización de la fabricación.
Bajo la denominación "pieza a obtener" debe entenderse una unidad compuesta por un solo componente o por dos o más componentes que ensamblados entre si forman un todo. En el segundo caso se lleva a cabo el diseño y estudio de cada uno de los componentes, para su fabricación por separado, posterior ensamblado de los diferentes componentes y finalización de la fabricación, hasta conformar el conjunto a obtener.
Los diferentes componentes que conforman el conjunto a obtener pueden estar todos ellos obtenidos por sinterizado láser o incluir uno o más componentes no fabricados por sinterizado láser.
El diseño de la pieza o el estudio de colocación de las partes para formar un conjunto constituyen una de las partes más importantes del proceso, ya que condicionará la eficacia de las siguientes fases. El diseño de la pieza o del conjunto deben cumplir una serie de objetivos, tales como:
Funcionalidad: la pieza o conjunto diseñados deberá ser 100% funcional y cumplir los requisitos de partida para la que están concebidos.
Divisible: la pieza diseñada permitirá su división en partes, para su fabricación de manera separada de cada una de ellas. En el caso de los conjuntos, la combinación de cada una de las partes ha de dar como resultado el ensamblaje a obtener.
Acoplable: cada una de las diferentes partes en las que se divide la pieza inicial han de disponer de elementos que permitan su ensamblado y acople con el resto de partes. En el caso del conjunto, este ha de estar concebido para que el acople de sus partes formen un elemento totalmente funcional.
Como segunda fase de etapa, el estudio de división de la pieza o conjunto, junto con el diseño de los mismos, determinará la eficacia del procedimiento y la calidad de la pieza obtenida o de la funcionalidad del ensamblaje. La división garantizará que cada una de las partes resultantes permitan lograr su fabricación con la máxima calidad, con el menor número de soportes posibles y en un tiempo de proceso adecuado. Para el caso de los conjuntos las diferentes partes han de formar un todo una vez ensambladas.
Las zonas de división de la pieza determinarán además la calidad de la unión entre las partes y la continuidad en la fabricación de la pieza. Para el caso de los ensamblajes la colocación de las diferentes partes determinará la funcionalidad del conjunto final. La pieza diseñada se dividirá en dos o más partes: una parte base que estará siempre anclada a la placa de fabricación, hasta la finalización total del proceso, y una o más partes auxiliares que se fabrican de manera separada . En algún momento del proceso las partes auxiliares se acoplan a la parte base y se continúa con la fabricación hasta obtener la pieza final. El resultado es una única pieza similar a la diseñada inicialmente formada por la parte base y las partes auxiliares. En el caso de los ensamblajes, el procedimiento es el mismo salvo que además podrán integrarse en el mismo otras piezas fabricadas o no por sinterizado láser y que una vez terminado el proceso formarán un conjunto totalmente funcional. En cuanto a la colocación en placa de fabricación, consiste en posicionar las diferentes partes separadas entre sí sobre al menos una placa de fabricación, con la parte base anclada o fijada a dicha placa de fabricación.
La colocación en placa de fabricación de cada una de las partes de la pieza o conjunto final deberá garantizar una serie de requisitos, tales como: - Cada una de las partes se colocará para su fabricación intentando utilizar el menor número de soportes necesarios.
La parte base, que permanecerá anclada durante todo el tiempo de fabricación sobre la placa de fabricación, se colocará de manera que el resto de partes puedan unirse a ellas permitiendo continuar con su fabricación (evitando colisiones con el rodillo de compactación y aporte de material). Las zonas de unión de la parte base y las piezas auxiliares han de permitir la incidencia del láser con el fin de producir la fusión entre ellas y obtener una única pieza resultante.
En el caso de conjuntos puede haber zonas de unión o no entre las diferentes partes. Una vez terminado el proceso las diferentes partes han de formar el conjunto 100%.
Seguidamente se comenzará la fabricación mediante sinterizado láser de las diferentes partes. Las piezas auxiliares se fabricarán por completo mientras que la pieza base se fabricará hasta alcanzar la zona de unión con las piezas auxiliares o una zona de integración en el caso de los conjuntos.
La fabricación aditiva por DMLS permite la interrupción del proceso en cualquier momento durante la fabricación de las partes. Esta interrupción se realiza de manera controlada por el técnico utilizando los parámetros de fabricación. El punto de interrupción de fabricación de la parte base deberá coincidir exactamente con el punto de unión entre diferentes partes o en el momento que se requiera la incorporación de algún elemento a la fabricación final.
Una vez fabricadas las diferentes partes auxiliares se procede a su acople sobre la pieza base. Este proceso es manual y la calidad del resultado dependerá de la pericia del operario, de la calidad del diseño, de los elementos de unión de las partes y de la colocación en placa de la parte base. El técnico reanudará el proceso de fabricación. Se continúa con la fabricación de la parte base garantizando que el aporte de material y la incidencia del láser se realizará sobre la zona de unión de las diferentes partes (para el caso de piezas) o que las piezas acopladas quedan en su posición y se continua con la fabricación del resto del conjunto (para el caso de los ensamblajes). La unión de partes auxiliares sobre la parte base se puede repetir tantas veces como sea necesario hasta obtener la pieza final.
Esta es la fase final del proceso de la invención y garantiza la fabricación de todas las piezas como un elemento único. Depende de todas y cada una de etapas descritas, pero en gran medida del diseño y colocación de la parte base en la placa de fabricación, de la división de la pieza inicial en parte base y partes auxiliares, del diseño de las zonas de unión entre las partes y del acople de las diferentes partes.
Breve descripción de los dibujos
En los dibujos adjuntos se muestra un ejemplo de realización, que permitirá comprender mejor las características de la invención, siendo:
- La figura 1 es una sección vertical de una pieza a fabricar por sinterizado láser, dispuesta sobre una placa de fabricación.
- La figura 2 es una vista similar a la figura 1 , con indicación de la división de la pieza a fabricar en dos partes.
- La figura 3 son secciones de las partes separadas y posicionadas sobre una placa de fabricación.
- La figura 4 son secciones de las partes fabricadas con el procedimiento de la invención.
- La figura 5 es una sección vertical de las partes fabricadas y acopladas entre sí.
- La figura 6 es una perspectiva seccionada de la pieza final fabricada.
La figura 7 muestra una pieza formada por una serie de componentes independientes. - La figura 8 es el resultado del diseño y estudio de los componentes que conforma el conjunto de la figura 1 , para su fabricación por sinterizado láser.
- Las figuras 9 a 16 muestran las diferentes etapas para la fabricación de la pieza de la figura 1 por el procedimiento de la invención.
Descripción detallada de un ejemplo de realización
En la figura 1 se muestra en sección una pieza (1) dispuesta sobre una placa de fabricación (2), para su fabricación mediante sinterizado láser.
Su fabricación tradicional mediante sinterizado láser obligaría a utilizar gran número de soportes interiores para garantizar toda la fabricación de las cavidades, además de la imposibilidad de eliminar dichos soportes una vez fabricada la pieza (1), lo que reduciría al máximo la funcionalidad de la pieza, haciendo inviable su utilización.
Independientemente de la posición en la que la pieza (1) se coloque sobre la placa de fabricación (2), todas las zonas interiores de la misma requerirían la utilización de soportes para garantizar la correcta fabricación de las paredes.
Para resolver este problema, de acuerdo con el procedimiento de la invención, una vez diseñada la pieza a obtener, figura 1 , se estudia su posible división en partes que puedan ser fabricadas por sinterizado de manera separada, con el menor número de soportes posibles y preferentemente sin necesidad de soportes. Se tendrá además en cuenta que el proceso de fabricación puede llevarse a cabo en un tiempo adecuado.
En el caso que nos ocupa la pieza (1) se subdividirá en dos partes, una parte base (3) y una parte auxiliar (4), a través de una línea de división (5), figura 2. La superficie de separación entre ambas partes podrán post-procesarse posteriormente y corresponden a zonas no conflictivas de la pieza final. Las dos partes, base y auxiliar (3-4), permitirán su fabricación sobre la placa de fabricación (2), figura 3, de modo que requieran el menor número de soportes. En este caso ambas partes presentan ángulos de fabricación superiores a 45° con la horizontal, lo que garantiza su correcta fabricación sin necesidad de utilizar soportes. La propia geometría de las partes (3 y 4) garantiza además la disipación de calor y evita las deformaciones y tensiones internas del material. En la posición de la figura 3, ambas piezas se fabrican de manera independiente, manteniendo un equilibrio estable sobre la placa de fabricación (2) durante todo el proceso de fabricación, hasta su acabado.
La división de la pieza (1) se elegirá de modo que las partes base (3) y auxiliares (4), una vez fabricadas, puedan acoplarse entre sí a través de las superficies de separación definidas por la línea de división (5), figura 2.
La fabricación de las partes base (3) y auxiliar (4) se llevará a cabo de forma controlada, determinando el momento justo para la unión de ambas partes.
La interrupción en el proceso de fabricación se llevará a cabo en coincidencia con un punto perteneciente a la superficie de separación definida por la línea de división (5).
En la figura 4 se muestra el límite de fabricación (6) de la pieza base (3), de mayor altura. Llegado a esta situación se detiene el proceso y se acopla la parte auxiliar (4) sobre la parte base (3), figura 5. La geometría de las partes base (3) y auxiliar (4) por la línea de división (5) favorecerá el acoplamiento entre las mismas, su ajuste y unión final, para lo cual, a partir de la posición de la figura 5, se reanuda la fabricación de la pieza base (3), con la parte auxiliar (4) acoplada en su posición definitiva, aportando material e incidencia del láser en la línea de división (5), de modo que se garantice el sellado y soldadura de las dos partes en un único modelo físico, que corresponde a la pieza (1) a obtener, representada en la figura 6.
Las figuras 7 a 16 muestran una realización particular de las diferentes etapas de fabricación de una pieza mediante el procedimiento de la invención.
Se fabrica por DMLS un cojinete insertado en una pieza simple. El cojinete estará formado por un eje exterior, eje interior fabricados por DMLS y bolas fabricados o no por DMLS. La figura 7 muestra en sección el conjunto a fabricar.
En la siguiente etapa se realiza un diseño y estudio de piezas. En el ejemplo de realización se fabricarán 4 piezas: casquillo alojamiento (1), anillo externo rodamiento (2), bola rodamiento (3), y anillo interno rodamiento (4). Para poder fabricarlas, se realizan las siguientes divisiones, tal y como se puede observar en la figura 8. • caequillo base (1A) y caequillo auxiliar (1 B)
• anillo externo base (2A) y anillo externo auxiliar (2B)
• anillo interno base (4A) y anillo interno auxiliar (4B)
El acople y fabricación se muestra en las figuras 9 a 16 Se comienza con la fabricación de las piezas base (1A) y la pieza auxiliar (1 B), mostradas en la figura 9.
Se fabrican también las piezas base (2A), (4A) y las piezas auxiliares (2B) y (4B), mostradas en la figura 10. Pueden fabricarse en la misma placa o en placas diferentes.
En la figura 1 1 se muestra el acople de las piezas 2,3 y 4. Tal y como se observa en la figura 12, se continua con la fabricación de las piezas
2A y 4A obteniendo el ensamblaje del rodamiento. En este momento se pasa de cinco piezas (2A, 2B, 3, 4A y 4B) a 3 piezas (2,3,4), donde la pieza 2 resulta de la unión de las piezas 2A y 2B y la pieza 4 resulta de la unión de las piezas 4A y 4B.
Una vez obtenido el rodamiento (conjunto), se coloca en su posición final dentro de la pieza 1A, como se observa en la figura 13.
A continuación, se coloca en su posición la pieza auxiliar 1 B, representado en la figura 14.
Finalmente, se continua la fabricación de la pieza 1A para obtener una pieza única (1) unión de las piezas 1A y 1 B con un rodamiento alojado en su interior, tal y como se observa en la figura 15.
La figura 16 muestra el resultado de la fabricación.

Claims

REIVINDICACIONES
1.- Procedimiento de fabricación de piezas mediante sinterizado láser, caracterizado por que comprende las etapas de: a) Diseñar la pieza (1) a obtener
b) Dividir la pieza (1) a obtener en al menos dos partes, una parte base (3) y una o más partes auxiliares (4), según una línea de división (5) que determina superficies de separación que permitirán el posterior acoplamiento entre dichas partes; la incidencia del láser y el aporte de material;
c) Posicionar las diferentes partes separadas entre sí sobre al menos una placa de fabricación, con la parte base (3) anclada a la placa de fabricación;
d) Fabricar por separado, mediante sinterizado láser, las diferentes partes (2-3) hasta alcanzar una altura límite (6), en un punto de fabricación coincidente o perteneciente a la superficie o superficies de separación entre partes adyacentes;
e) Acoplar la parte o partes auxiliares (4) sobre la parte base (3), a través de sus superficies de separación;
f) Unir las partes acopladas, mediante la adición del material a sinterizar e incidencia del láser sobre las líneas de separación entre las diferentes partes y reanudar el proceso de sinterizado hasta la obtención final de la pieza diseñada.
2.- Procedimiento según reivindicación 1 , caracterizado por que la pieza a obtener está compuesta por un conjunto de componentes ensamblados que conforman un todo que se diseñan y estudian para su fabricación por separado y posterior ensamblado, hasta la formación del conjunto a obtener.
3- Procedimiento según reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la parte base y partes auxiliares se fabrican sobre una placa de fabricación común.
4. - Procedimiento según reivindicaciones 1 o 2, caracterizado por que la parte base y partes auxiliares se fabrican sobre placas de fabricación independientes.
5. - Procedimiento según reivindicaciones 1 o 2, caracterizado por que antes de acoplar las partes auxiliares sobre la parte base, dichas partes auxiliares se fabrican hasta ser completadas, mientras que la parte base se fabrica hasta alcanzar la altura límite (6).
6. - Procedimiento según reivindicaciones 1 o 2, caracterizado por que la parte base se mantiene anclada a la placa de fabricación hasta la obtención final de la pieza diseñada.
7. -Procedimiento según reivindicación 2, caracterizado por que los diferentes componentes del conjunto de componentes están obtenidos por sinterizado láser.
8. -Procedimiento según reivindicación 2, caracterizado por que al menos uno de los componentes del conjunto de componentes no está obtenido por sinterizado láser.
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