ES2461942A1 - Impresora tridimensional - Google Patents

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ES2461942A1 ES201430222A ES201430222A ES2461942A1 ES 2461942 A1 ES2461942 A1 ES 2461942A1 ES 201430222 A ES201430222 A ES 201430222A ES 201430222 A ES201430222 A ES 201430222A ES 2461942 A1 ES2461942 A1 ES 2461942A1
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Abstract

Impresora tridimensional. Es adecuada para la impresión de piezas y prototipos (4) tridimensionales en resina (2) fotopolimerizable y comprende: - una bandeja (1) contenedora de la resina (2) horizontal, fija y dispuesta sobre la fuente de luz (3); y, - una plataforma (5) de modelado montada sobre un dispositivo de accionamiento, vertical y de basculación lateral entre dos posiciones extremas formando dos ángulos agudos de sentidos opuestos respecto a la horizontal, disponiendo el dispositiva de accionamiento de: dos soportes (6) desplazables verticalmente sobre los cuales se encuentran montados, con posibilidad de giro respecto a sendos ejes horizontales (7), dos extremos opuestos de un puente (8) portador de la plataforma (5); y unos actuadores lineales (11-13) accionables de modo independiente. Dichos actuadores lineales comprenden unos casquillos roscados (13) fijados a los respectivos soportes (6) desplazables y montados sobre sendos husillos (11) verticales conectados a sendos motores (12) paso a paso de accionamiento independiente. Los soportes (6) desplazables comprenden sendos cojinetes lineales (9) montados con posibilidad de desplazamiento longitudinal sobre sendas guías verticales (10).

Description

Impresora tridimensional.
Objeto de la invención.
La presente invención se refiere a una impresora tridimensional, adecuada para la impresión de piezas o prototipos tridimensionales en resina y que comprende: una bandeja contenedora de una resina fotopolimerizable; una fuente de luz controlada por un sistema de control; una plataforma de modelado adecuada para el soporte del prototipo durante la formación en el mismo de sucesivas capas de resina fotopolimerizable, solidificada mediante la proyección de luz; y un dispositivo de accionamiento adecuado para la separación del fondo de la bandeja de las sucesivas capas de resina solidificadas.
La impresora de la invención presenta unas características orientadas a mejorar la separación de las capas de resina solidificadas del fondo de la bandeja contenedora de la resina fotopolimerizable, y a mejorar el posicionamiento de la plataforma de modelado en un punto determinado previamente a la solidificación de las sucesivas capas de resina en la pieza o modelo tridimensional.
Campo de aplicación.
Esta invención es aplicable en la fabricación de impresoras tridimensionales.
Estado de la técnica.
Actualmente son conocidas las impresoras tridimensionales, ó 3D, que disponen de una plataforma de moldeo sobre la qué se va formando la pieza o prototipo tridimensional, a partir de la solidificación de sucesivas capas de resina fotopolimerizable.
Esta resina se encuentra inicialmente en estado fluido, en el interior de una bandeja contenedora, encontrándose dispuesta por encima o por debajo de la mencionada bandeja una fuente de luz que es controlada de manera conocida por un sistema de control, en el cual el usuario introduce las características de la pieza o prototipo tridimensional a imprimir.
La plataforma de modelado se encuentra asociada a unos medios de desplazamiento vertical que permiten pequeños desplazamientos de la plataforma en sentido ascendente a medida que se van solidificando sobre el extremo inferior de la pieza o prototipo nuevas capas de resina fotopolimerizable por la acción de la fuente de luz.
Cada vez que se solidifica una capa de resina se crea un vacío y una adherencia entre dicha capa de resina solidificada y el fondo transparente de la bandeja contenedora, siendo preciso realizar el pelado o separación de dicha capa de resina solidificada del fondo de la bandeja.
Para realizar esta operación de separación o pelado se utiliza una técnica conocida que consiste en mover la bandeja contenedora de la resina mientras que la plataforma de modelado y el prototipo o pieza en impresión permanecen estáticos.
Este movimiento de basculación es producido mediante una pieza excéntrica que presiona un lateral de la bandeja hacia la zona inferior, y unos muelles que devuelven la bandeja a su cota cero, o de referencia, en el eje vertical.
En estas impresoras 3D, una vez realizado el pelado o separación de la capa de resina solidificada, se desplaza la plataforma de moldeado con un movimiento puramente vertical y de una amplitud adecuada para constituir una nueva capa de resina solidificada sobre el extremo inferior de la pieza o prototipo.
Esta técnica de pelado o moldeo presenta diversos inconvenientes entre los cuales cabe mencionar: la incorporación en la impresora de dos sistemas de accionamiento diferentes (uno para provocar la basculación de la bandeja y otro para desplazar verticalmente la plataforma de moldeado); posibles errores de reposicionamiento de la bandeja en una cota cero por la acción de los muelles, manteniéndose dicha bandeja en una posición flotante sobre los muelles; y la capacidad de pelar o liberar superficies de impresión de una amplitud reducida al aplicarse la basculación de la bandeja solamente en uno de los laterales de la misma.
Por tanto, el problema técnico que se plantea es el desarrollo de una impresora tridimensional que permita resolver la problemática expuesta anteriormente.
Descripción de la invención.
La impresora tridimensional objeto de la invención, comprende una serie de elementos habituales en este tipo de impresoras, tales como: una bandeja contenedora de una resina fotopolimerizable; una fuente de luz controlada por un sistema de control; una plataforma de modelado adecuada para el soporte del prototipo durante la formación en el mismo de sucesivas capas de resina fotopolimerizable solidificada mediante la proyección de luz; y un dispositivo de accionamiento adecuado para la separación o pelado, del fondo de la bandeja, de las sucesivas capas de resina solidificadas en el prototipo.
Esta impresora presenta unas particularidades constructivas orientadas a solventar la problemática expuesta anteriormente. Concretamente uno de los objetivos de la invención es utilizar un único dispositivo para desplazar verticalmente la plataforma entre la formación de sucesivas capas de resina solidificada y realizar el pelado o separación de dichas capas respecto al fondo de la bandeja contenedora de la resina, simplificando la fabricación y reduciendo los costes de la impresora tridimensional.
Otro de los objetivos de la invención es eliminar los errores de reposicionamiento de la bandeja contenedora de la resina en una cota cero, o de referencia, previamente a la solidificación de cada capa de resina.
Otro objetivo de la invención es mejorar el pelado o separación de las sucesivas capas de resina solidificadas del fondo de la bandeja, especialmente en el caso de las superficies de impresión de mayor tamaño.
Para ello y de acuerdo con invención, en esta impresora tridimensional la bandeja contenedora de la resina fotopolimerizable es fija, es decir, se mantiene estática en la posición correspondiente a la cota cero o de referencia durante el proceso de impresión; mientras que la plataforma de modelado se encuentra montada sobre un dispositivo de accionamiento con posibilidad de desplazamiento vertical y de basculación lateral entre dos posiciones extremas en las qué dicha plataforma forma dos ángulos agudos de sentidos opuestos respecto a la horizontal.
Con estas características se consiguen los objetivos propuestos, ya que al mantenerse la bandeja en una posición fija se eliminan los errores de reposicionamiento de la misma.
El montaje de la plataforma de modelado sobre un dispositivo de soporte que permite tanto el desplazamiento vertical de la plataforma para posicionarla a una altura predeterminada previamente a la solidificación de una nueva capa de resina, como la basculación lateral de dicha plataforma para realizar la separación o pelado de las sucesivas capas de resinas solidificada, hace innecesario la utilización de un dispositivo adicional para la basculación de la bandeja, tal como ocurre en las impresoras existentes.
También cabe mencionar que la posibilidad de basculación lateral de la bandeja, primero hacia un lateral y después hacia el otro respecto a la horizontal, permite realizar un correcto pelado o separación de capas de resina respecto al fondo de la bandeja, incluso en superficies de impresión de gran tamaño.
Estas y otras características adicionales de la invención, recogidas en las reivindicaciones, se comprenderán con mayor facilidad a la vista del ejemplo de realización mostrado en las figuras adjuntas.
Descripción de las figuras.
Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de facilitar la comprensión de las características de la invención, se acompaña a la presente memoria descriptiva un juego de dibujos en los que, con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:
-
La figura 1 muestra una vista esquemática en alzado de un ejemplo de realización de una impresora tridimensional según la invención.
-
Las figuras 2a y 2b muestran sendas vistas esquemáticas de la impresora de la figura anterior durante la impresión de una pieza o prototipo y más concretamente durante el pelado o separación de la bandeja de la última capa de resina solidificada, pudiendo observarse la plataforma inclinada respectivamente en dos sentidos opuestos respecto a la horizontal.
Realización preferida de la invención.
En la figura 1 la impresora tridimensional comprende una bandeja (1) dispuesta en una posición fija y que contiene una resina (2) fotopolimerizable, en estado fluido.
Por debajo de la bandeja se encuentra dispuesta una fuente de luz (3), conectada a un sistema de control (no representado) que es el encargado de realizar la fotopolimerización y solidificación de sucesivas capas de la resina (2) para formar una pieza o prototipo (4) dispuesto en una plataforma (5) de modelado situada por encima de la bandeja (1).
La mencionada plataforma (5) se encuentra montada en un dispositivo de accionamiento que comprende, al menos, dos soportes (6) desplazables verticalmente de modo independiente y a los qué se encuentran fijados, con posibilidad de giro respecto a sendos ejes horizontales (7), dos extremos opuestos de un puente (8) portador de la plataforma (5) de modelado, y unos actuadores lineales (11-13) accionables de manera independiente para el desplazamiento vertical de los respectivos soportes (6) desplazables y la basculación de la plataforma (5) en sentidos opuestos respecto a la horizontal.
Los soportes (6) están provistos de unos cojinetes lineales (9) montados con posibilidad de desplazamiento longitudinal en sendas guías verticales (10).
Dichos soportes (6) se desplazan verticalmente por la acción de respectivos actuadores lineales (11-13), que en este ejemplo de realización comprenden unos casquillos roscados (13) fijados a los aludidos soportes (6) desplazables y montados sobre sendos husillos (11) verticales conectados a sendos motores (12) paso a paso, de accionamiento independiente.
Mediante el accionamiento simultáneo de los motores (12) se consigue el desplazamiento totalmente vertical de la plataforma (5) y su disposición de una manera precisa, a unas distancias predeterminadas del fondo de la bandeja (1) durante la fotopolimerización y solidificación de las sucesivas capas de resina (2).
Para realizar el pelado o liberación del fondo de la bandeja (1) de cada capa de resina (2) fotopolimerizada y solidificada, el dispositivo de accionamiento realiza inicialmente la elevación de uno de los soportes (6), concretamente, en el ejemplo, el correspondiente al lateral derecho en la figura 2a, y a continuación la elevación del soporte (6) correspondiente al lateral izquierdo de la plataforma, tal como se muestra en la figura 2b.
Durante estos movimientos, la plataforma (5) bascula lateralmente entre dos posiciones extremas en las qué forma dos ángulos agudos de sentidos opuestos respecto a la horizontal, garantizando el pelado o separación de la totalidad de la superficie la capa de resina solidificada, con independencia de su tamaño o extensión.
Una vez descrita suficientemente la naturaleza de la invención, así como un ejemplo de realización preferente, se hace constar a los efectos oportunos que los materiales, forma, tamaño y disposición de los elementos descritos podrán ser modificados, siempre y cuando ello no suponga una alteración de las características esenciales de la invención que se reivindican a continuación.

Claims (5)

  1. REIVINDICACIONES
    1.-Impresora tridimensional; adecuada para la impresión de piezas y prototipos (4) tridimensionales en resina (2) fotopolimerizable y que comprende: una bandeja (1) contenedora de una resina (2) fotopolimerizable; una fuente de luz (3) controlada por un sistema de control; una plataforma (5) de modelado adecuada para el soporte de la pieza o prototipo (4) durante la formación en el mismo de sucesivas capas de resina (2) fotopolimerizable solidificada mediante la proyección de luz; y un dispositivo de accionamiento adecuado para la separación o pelado, del fondo de la bandeja (1), de las sucesivas capas de resina solidificadas en la pieza o prototipo (4); caracterizada porque:
    -
    la bandeja (1) contenedora de la resina (2) es horizontal, fija y dispuesta sobre la fuente de luz (3); y,
    -
    la plataforma (5) de modelado se encuentra montada sobre un dispositivo de accionamiento, con posibilidad de desplazamiento vertical y de basculación lateral entre dos posiciones extremas en las qué dicha la plataforma (5) forma dos ángulos agudos de sentidos opuestos respecto a la horizontal.
  2. 2.-Impresora tridimensional, según la reivindicación 1, caracterizada porque el dispositivo de accionamiento comprende, al menos: dos soportes (6) desplazables verticalmente sobre los cuales se encuentran montados, con posibilidad de giro respecto a sendos ejes horizontales (7), dos extremos opuestos de un puente (8) portador de la plataforma (5) de modelado; y unos actuadores lineales (11-13) accionables de modo independiente para el desplazamiento vertical de los respectivos soportes (6) desplazables y la basculación de la plataforma (5) en sentidos opuestos respecto a la horizontal.
  3. 3.-Impresora tridimensional, según la reivindicación 2, caracterizada porque los actuadores lineales comprenden unos casquillos roscados (13) fijados a los respectivos soportes (6) desplazables y montados sobre sendos husillos (11) verticales conectados a sendos motores (12) paso a paso de accionamiento independiente.
  4. 4.-Impresora tridimensional, según las reivindicaciones 2 y 3, caracterizada porque los soportes (6) desplazables comprenden sendos cojinetes lineales (9) montados con posibilidad de desplazamiento longitudinal sobre sendas guías verticales (10).
    OFICINA ESPAÑOLA DE PATENTES Y MARCAS
    N.º solicitud: 201430222
    ESPAÑA
    Fecha de presentación de la solicitud: 19.02.2014
    Fecha de prioridad:
    INFORME SOBRE EL ESTADO DE LA TECNICA
    51 Int. Cl. : Ver Hoja Adicional
    DOCUMENTOS RELEVANTES
    Categoría
    56 Documentos citados Reivindicaciones afectadas
    A
    US 2011089610 A1 (EL-SIBLANI ALI et al.) 21.04.2011, párrafos [0061],[100-111]; figuras 1-17. 1-4
    A
    ES 2253467 T3 (ENVISIONTEC GMBH) 01.06.2006, todo el documento. 1-4
    A
    US 2008174050 A1 (KIKUCHI SHIGEKI) 24.07.2008, párrafos [0005-0006],[0039-0049]; figuras. 1-4
    A
    WO 2011111957 A2 (CARIMA CO LTD et al.) 15.09.2011, Resumen de la base de datos EPODOC. Recuperado de EPOQUE; figuras. 1-4
    A
    EP 1946908 A2 (3D SYSTEMS INC) 23.07.2008, párrafo [0058]; Resumen de la base de datos EPODOC. Recuperado de EPOQUE; figuras. 1
    Categoría de los documentos citados X: de particular relevancia Y: de particular relevancia combinado con otro/s de la misma categoría A: refleja el estado de la técnica O: referido a divulgación no escrita P: publicado entre la fecha de prioridad y la de presentación de la solicitud E: documento anterior, pero publicado después de la fecha de presentación de la solicitud
    El presente informe ha sido realizado • para todas las reivindicaciones • para las reivindicaciones nº:
    Fecha de realización del informe 11.05.2014
    Examinador G. Villarroel Álvaro Página 1/4
    INFORME DEL ESTADO DE LA TÉCNICA
    Nº de solicitud: 201430222
    CLASIFICACIÓN OBJETO DE LA SOLICITUD B29C67/00 (2006.01)
    B29C67/24 (2006.01) B29C35/08 (2006.01) Documentación mínima buscada (sistema de clasificación seguido de los símbolos de clasificación)
    B29C
    Bases de datos electrónicas consultadas durante la búsqueda (nombre de la base de datos y, si es posible, términos de búsqueda utilizados) INVENES, EPODOC
    Informe del Estado de la Técnica Página 2/4
    OPINIÓN ESCRITA
    Nº de solicitud: 201430222
    Fecha de Realización de la Opinión Escrita: 11.05.2014
    Declaración
    Novedad (Art. 6.1 LP 11/1986)
    Reivindicaciones Reivindicaciones 1-4 SI NO
    Actividad inventiva (Art. 8.1 LP11/1986)
    Reivindicaciones Reivindicaciones 1-4 SI NO
    Se considera que la solicitud cumple con el requisito de aplicación industrial. Este requisito fue evaluado durante la fase de examen formal y técnico de la solicitud (Artículo 31.2 Ley 11/1986).
    Base de la Opinión.-
    La presente opinión se ha realizado sobre la base de la solicitud de patente tal y como se publica.
    Informe del Estado de la Técnica Página 3/4
    OPINIÓN ESCRITA
    Nº de solicitud: 201430222
    1. Documentos considerados.-
    A continuación se relacionan los documentos pertenecientes al estado de la técnica tomados en consideración para la realización de esta opinión.
    Documento
    Número Publicación o Identificación Fecha Publicación
    D01
    US 2011089610 A1 (EL-SIBLANI ALI et al.) 21.04.2011
    D02
    ES 2253467 T3 (ENVISIONTEC GMBH) 01.06.2006
    D03
    US 2008174050 A1 (KIKUCHI SHIGEKI) 24.07.2008
    D04
    WO 2011111957 A2 (CARIMA CO LTD et al.) 15.09.2011
    D05
    EP 1946908 A2 (3D SYSTEMS INC) 23.07.2008
  5. 2. Declaración motivada según los artículos 29.6 y 29.7 del Reglamento de ejecución de la Ley 11/1986, de 20 de marzo, de Patentes sobre la novedad y la actividad inventiva; citas y explicaciones en apoyo de esta declaración
    La solicitud de patente reivindica una impresora tridimensional para la impresión de piezas y prototipos tridimensionales en resina fotopolimerizable que se caracteriza por poseer una bandeja fija contenedora de la resina, horizontal y dispuesta sobre la fuente de luz, además de una plataforma de modelado montada sobre un dispositivo de accionamiento con posibilidad de desplazamiento vertical y de basculación lateral formando ángulos agudos en sentidos opuestos con la horizontal.
    El estado de la técnica referente al objeto de la solicitud muestra distintas máquinas de impresión tridimensional con resina, que recogen distintos procesos de conformado tridimensional como la estereolitografía, esto es, procedimiento de fabricación de prototipos y modelos en 3D por adición capa a capa de resina líquida que se hace solidificar por exposición a una fuente de energía. En general en todas las máquinas empleadas en procesos de fabricación de prototipos por adhesión de capas de material en estado líquido o semilíquido que solidifican por acción de una fuente de energía (UV, láser, etc) se dispone de una bandeja contenedora del material elegido, en nuestro caso la resina, una fuente de luz o de energía con su correspondiente sistema de control, una plataforma de modelado que soporta convenientemente la pieza o el prototipo a realizar durante el proceso de adhesión capa a capa y por último un dispositivo de accionamiento adecuado para la separación de la pieza con la última capa adherida de la bandeja que contiene la resina según se va fabricando el objeto.
    Algunos documentos plantean el mismo problema que indica el solicitante, que es cómo conseguir la separación mencionada (o pelado) de forma eficaz evitando el riesgo de que la pieza se rompa o haya posteriormente que mecanizar el resultado, todo ello sin hacer las máquinas más complejas.
    Resolviendo dicho problema se encuentran documentos como el D01 en cuya descripción se citan y detallan varias soluciones al problema, tales como girar levemente la plataforma de modelado que contiene el prototipo con la última capa adherida a la base de resina, o emplear un elemento de pelado que suele ser un film intermedio para separar el conjunto del substrato de solidificación y el objeto que se construye, o bien, incluir un sensor de fuerza unido al conjunto del substrato de solidificación para determinar cuándo aplicar la fuerza de pelado y/o cuando exponer el material a la energía de solidificación para optimizar la separación. Se considera que este documento constituye una impresora tridimensional adecuada para la impresión de piezas de prototipos tridimensionales en resina fotopolimerizable (según se menciona en su memoria párrafo [0064]), con una fuente de luz con su correspondiente sistema de control, una plataforma de modelado adecuada para el soporte de la pieza o prototipo y un dispositivo de accionamiento adecuado para la separación o pelado del fondo de la bandeja de las sucesivas capas de resina solidificadas en la pieza o prototipo, donde el contenedor de la resina es horizontal está dispuesto sobre la fuente de luz, y la plataforma de modelado está dotada sobre un dispositivo de accionamiento con posibilidad de desplazamiento vertical y de basculación lateral entre dos posiciones extremas, ver párrafos [0100], [0101], [0109-0111] y figuras 7 a 17, donde se observa el sistema de levas que hace que el marco de solidificación del substrato se incline según uno o varios ejes haciendo que dicha plataforma forme ángulos agudos de sentidos opuestos respecto a la vertical.
    El documento D02 muestra un dispositivo para la fabricación de un objeto tridimensional mediante el endurecimiento por estratos de un material líquido (11) bajo el efecto de la luz, en puntos que corresponden a la sección transversal del objeto (13), compuesto por: una bandeja (9, 10, 8; 7) para recibir el material, una fuente de luz (19), un sistema de posicionamiento
    (15) para posicionar el objeto a formar con relación a la bandeja, donde la superficie a exponer del material queda cubierta por una placa transparente (8) y donde la placa transparente está recubierta con un material en el que el material endurecido tiene una menor adherencia que en la placa transparente, cubriendo el fondo de la bandeja y las paredes laterales de la misma (10) por la capa (9). De esta forma se consigue un pelado más sencillo debido a la menor adherencia de los materiales.
    El documento D03 expone una forma de realizar el pelado que consiste en doblar la placa dónde está sujeto el objeto moldeado.
    Se citan en el informe otros documentos (D04 y D05) que se constituyen parte del estado de la técnica referente a la solicitud, si bien, no se han encontrado en el estado de la técnica citado, impresoras que incorporen un mecanismo de balaceo de la plataforma de modelado como el indicado en la solicitud para conseguir el pelado de la pieza, por lo que se considera que la reivindicación primera posee novedad y actividad inventiva, y por ello también poseen tales requisitos la reivindicaciones dependientes 2 a 4, según los artículos 6.1 y 8.1 de la ley 11/1986 de patentes.
    Informe del Estado de la Técnica Página 4/4
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