ES2922245T3 - Aparato para impresión 3D de tipo fotocurado de abajo hacia arriba, con sistema de membrana elástica independiente y referencia de inclinación y métodos de uso relativos - Google Patents

Abstract

La presente invención se refiere a un aparato para la impresión 3D del tipo de fotos de fotos de abajo hacia arriba, que comprende una fuente de luz (26) por encima del cual se coloca un tanque (10) que contiene un material líquido de fotografía (24) dentro del cual está sumergido y se sumerge y se sumerge y se sumerge y se sumerge y se sumerge Placa de extracción (25), que está equipada con medias móviles con movimiento rectilíneo alterno, a lo largo de una dirección perpendicular al fondo de dicho tanque (10) desde una posición a una distancia desde el fondo del tanque (10) igual al grosor de Una capa que se puede obtener por fotografía de dicho material líquido de fotografía (24), el fondo (14) del tanque (10) constituido por una membrana elástica (23) transparente a la radiación de dicha fuente de luz (26), Dicho tanque (10) se coloca en correspondencia con un orificio (13) de una placa de soporte (12), dicho agujero se proporciona con un soporte rígido (11), transparente a la radiación de dicha fuente de luz (26), en el que dicho rígido El apoyo (11) está provisto de medios para desplazarse con respecto a dicho Ho LE (13), desde una posición en la que dicho soporte rígido (11) ocupa dicho agujero (13), y está en contacto con la membrana elástica (23), hasta una posición en la que dicho soporte rígido (11) se desvía de dicho agujero (13) y de dicha membrana elástica (23), caracterizada en que entre dicha membrana elástica (23) y dicho soporte rígido (11) se colocan aptos para aumentar la adherencia entre dicha membrana elástica (23) y dicho soporte rígido (11). La invención también se refiere a un método de uso de dicho aparato para la impresión 3D. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Aparato para impresión 3D de tipo fotocurado de abajo hacia arriba, con sistema de membrana elástica independiente y referencia de inclinación y métodos de uso relativos

La presente invención se refiere a un aparato para impresión 3D de tipo fotocurado de abajo hacia arriba, con sistema de membrana elástica independiente y referencia de inclinación y los métodos de uso relativos.

Más en particular, la invención se relaciona con un método innovador de producción de objetos tridimensionales, por medio de un proceso de fotocurado de materiales fotosensibles, que permite que objetos tridimensionales sean hechos de acuerdo con un proceso de formación secuencial, aumentando considerablemente la velocidad, precisión y propiedades mecánicas del producto final, en comparación con lo que se puede obtener mediante los métodos de la técnica anterior.

La invención se relaciona con el campo de impresión tridimensional, comúnmente denominada impresión 3D, y en particular con la tecnología de impresión 3D por fotocurado, que es el curado de un tipo particular de polímero debido a la exposición a la radiación de luz.

Se conoce que en el campo de tecnología de impresión 3D por fotocurado se pueden incluir dos tecnologías básicas, impresión estereolitográfica, en la cual se usa un láser emisor a aproximadamente 400nm, para solidificar mediante un haz emitido un polímero de fotocurado en el estado líquido que se coloca en un tanque especial; y la impresión de DLP (acrónimo de la expresión en inglés Digital Light Processing), de acuerdo con la cual un polímero de fotocurado (o resina líquida de fotocurado) siempre en el estado líquido en un tanque, se expone a la radiación de luz emitida por un dispositivo similar a un proyector.

De acuerdo con ambas tecnologías, el proceso de impresión procede haciendo una capa tras otra, o solidificando una primera capa que se adhiere a una placa de soporte (o placa de extracción) y luego una segunda capa que se adhiere a dicha primera capa y así sucesivamente hasta la formación del objeto completo. De acuerdo con esta tecnología, por lo tanto, los datos que representan el objeto tridimensional que va a ser realizado se organizan como una serie de capas bidimensionales que representan secciones transversales del objeto.

El proceso de abajo hacia arriba, aplicado tanto a máquinas de SLA como DLP, requiere que la placa de extracción de objetos se mueva desde abajo hacia arriba, con un movimiento de inclinación capa por capa (capa sobre capa).

En esencia, el proceso de formación del objeto tridimensional es como sigue:

- un software subdivide el modelo 3D, suministrado como una entrada para la impresión, en una sucesión ordenada de capas, de un espesor determinado de acuerdo con la tecnología adoptada, la opacidad del polímero, la cantidad de catalizador, el grado de precisión que va a ser obtenido y las características de la máquina suministrada, usualmente entre 50 y 200 micrones, pero, en todo caso, una sucesión de un número discreto y finito de capas;

- una placa de soporte, también dicha placa de extracción, hecha de un material capaz de facilitar la unión sobre sí misma de la primera capa de polímero, se mueve a una distancia predeterminada de acuerdo con la primera capa y espera que el haz de luz (SLA o DLP) solidifique la primera capa; luego se eleva una distancia suficiente para permitir que la capa recién formada se desprenda desde la parte inferior del tanque (usualmente alrededor de 1 mm) y luego vuelve a bajar la misma distancia, menos la distancia predeterminada para la formación de la segunda capa, y así sucesivamente hasta la formación del objeto completo.

El movimiento de ida y vuelta resultante del mismo, también dicho movimiento de inclinación, tiene dos propósitos principales: permitir que la capa recién formada se desprenda desde la parte inferior del tanque, y al mismo tiempo permitir que una nueva cantidad de resina líquida no curada se interponga entre la capa recién formada y la parte inferior del recipiente, para permitir la renovación del material aún en el estado líquido debajo de la capa ya solidificada, para el curado y la formación de la siguiente capa.

Una cuestión no menos importante se refiere a las características del sistema de recolección de resina, el denominado tanque, que tiene la tarea no sólo de contener el polímero líquido a partir del cual se obtiene el objeto tridimensional impreso por fotocurado, sino también la de facilitar la formación y desprendimiento de la capa recién formada, y de favorecer la unión de la misma a la placa de extracción, sin que la resistencia mecánica comprometa su integridad.

Analizando las características de las soluciones de acuerdo con la técnica anterior, es posible esquematizar los sistemas de recolección de abajo hacia arriba, tanto para tecnología de DLP como SLA, como sigue:

- recipiente de resina, con parte inferior hueca;

- material transparente a radiación de luz, para cubrir la parte inferior;

- membrana de material antiadherente que cubre el material transparente.

Se hace un orificio, usualmente en el centro del sistema de recolección, para permitir el paso del haz de luz que debe desencadenar el fenómeno de fotocurado, luego se cubre el orificio mediante un vidrio que tiene excelentes características de transparencia a la radiación de luz (con el fin de no perder la potencia de luz incidente), tal como cuarzo y borosilicato. Finalmente, sin duda, la parte más importante para permitir que el proceso proceda correctamente se refiere al recubrimiento del vidrio con una membrana de material antiadherente, con el fin de permitir que la primera capa se una por sí misma a la placa de extracción y que las capas subsecuentes se unan juntas en secuencia.

La falla del proceso haría que la capa recién formada se precipitara en la parte inferior del tanque, interrumpiendo el proceso de formación y provocando que la rutina de impresión fallara.

El documento WO2013/026087 describe un método de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1. En lo siguiente, se investigan los efectos limitantes de esta tecnología, que hacen que la producción de un objeto sea muy lenta (hasta horas por centímetro), muy inestable y con la capacidad de producir objetos pequeños.

La primera limitación en la adopción de tecnologías de fotocurado desde la parte inferior hasta la parte superior es la de la capacidad antiadherente de la membrana colocada en el vidrio inferior.

De hecho, como ya se mencionó anteriormente, este tipo de impresión tridimensional se basa en la capacidad de la capa recién formada para unirse, en la primera capa, a la placa de extracción, y, en capas subsecuentes, a las capas que preceden. Sin embargo, si la resistencia mecánica impuesta por la membrana inferior es mayor que la fuerza de cohesión de la superior, la capa curada quedará inevitablemente en la parte inferior del tanque, interrumpiendo el proceso de creación del objeto impreso tridimensional.

Más allá de las técnicas innovadoras más recientes, tales como el control de la capa de inhibición con oxígeno o con materiales autolubricantes, usualmente se identifican dos soluciones conocidas, ampliamente adoptadas para la realización de la membrana antiadherente colocada sobre el vidrio inferior:

- el uso de materiales tales como Teflón o politetrafluoroetileno, también dicho PTFE;

- el uso de materiales basados en silicona, tales como polidimetilsiloxano, también dijo PDMS.

En primera instancia, el teflón y PTFE son particularmente adecuados para aplicaciones de impresión 3D, dado que tienen una alta capacidad térmica (importante en el control de la reacción de fotocurado exotérmico) y al mismo tiempo un muy bajo acoplamiento (comportamiento casi inerte) con resinas de fotocurado, que son particularmente agresivas/reactivas con otros materiales.

La principal desventaja que hace que el teflón y PTFE sean casi inaplicables (excepto para aplicaciones particulares con una sección transversal muy pequeña del objeto que va a ser impreso) consiste en la falta absoluta de elasticidad de estos materiales. En particular, de acuerdo con esta tecnología de técnica anterior, usualmente se usa una lámina de teflón (con un espesor entre 125 y 250 micrones) apoyada sobre la placa de vidrio colocada en la parte inferior del tanque, en ausencia de aire entre la lámina de teflón y la placa de vidrio. Bajo estas condiciones, la lámina de teflón tiende a adherirse perfectamente a la placa de vidrio, convirtiéndose inevitablemente en un único cuerpo con la parte inferior del tanque. Como se explicará a continuación, esta condición de rigidez genera, entre el objeto recién curado y teflón, un fenómeno denominado efecto de succión, que provoca un estrés mecánico que tiende (especialmente para objetos cuneiformes) a deformar plásticamente el teflón, haciendo imposible continuar el proceso de impresión y/o la reutilización de tanque y, lo que es más importante, el enorme estrés mecánico generado durante la inclinación tiende a "romper" el objeto, haciendo que una impresión exitosa sea fortuita y no repetible.

PDMS y siliconas, por otro lado, son los materiales más ampliamente difundidos y usados, ya que responden a una condición de compromiso entre interacción química y estrés mecánico.

Usualmente, estos materiales se moldean y luego se pegan a la parte inferior del tanque y, con técnicas especiales, se llevan al mismo nivel para asegurar la planitud entre la placa de extracción y la parte inferior del tanque (para asegurar la formación de una capa sin deformación).

Se prefieren estos materiales debido a que la mayor "sensibilidad" superficial de la membrana antiadherente dispuesta sobre el vidrio inferior permite la reducción del fenómeno del efecto de succión, como se explicará a continuación.

La mayor desventaja que limita la aplicación de estos materiales y hace extremadamente compleja la estabilización del proceso de impresión se debe a su límite de aplicabilidad, es decir a la menor resistencia térmica y al mayor acoplamiento químico con la resina.

De hecho, el material de silicona tiende a absorber más fácilmente la resina y la reacción exotérmica producida por la polimerización (que localmente excede 400 °C con algunas resinas) tiende a cristalizar el PDMS, con la consecuencia de que el movimiento subsecuente de la placa de extracción genera un estrés mecánico que tiende a "perturbar", y por lo tanto a blanquear, el material de soporte (un fenómeno denominado "sombra blanca"). Una vez más esta pérdida de capacidad hace que el proceso de impresión sea inestable.

La segunda limitación en la adopción de tecnologías de fotocurado desde la parte inferior hacia arriba es el denominado efecto de succión, que viene a crearse entre la superficie del objeto y la de la membrana de material antiadherente que cubre la placa transparente a radiación de luz colocada en la parte inferior del tanque.

Es inmediatamente evidente cómo se establecen las condiciones para el comienzo de este fenómeno. De hecho, la capa se sumerge en la resina hasta que llega a una distancia s (espesor de la nésima capa) desde la membrana antiadherente (ambas superficies son coplanares y perfectamente planas solo para dar precisión a las capas que se formarán); luego se genera una nueva capa de fotocurado. La ausencia de aire en realidad crea un vacío entre las dos superficies, que están rodeadas por un líquido con una viscosidad más alta, en particular cuanto más grandes sean las dos superficies en contacto que tienen una gran superficie y más rígidos sean los soportes que interfieren con la capa que se forma; el estrés mecánico que sufre el sistema y en consecuencia la capa recién formada (sólo unas pocas décimas de un milímetro en espesor) es enorme, con el riesgo por lo tanto de rasgar la capa recién solidificada, que no se adherirá a la superficie superior, llevando a la interrupción del proceso de impresión.

Para reducir los efectos de este fenómeno se procede de tal forma que la superficie de la placa de extracción y de los objetos que van a ser creados sea lo suficientemente pequeña (usualmente con tecnologías de este tipo se crean objetos del tamaño de aproximadamente 4x4, 5x5 centímetros) y al mismo tiempo que la tasa de ascenso de la placa de extracción en la fase de inclinación es extremadamente reducida, aumentando significativamente el tiempo de impresión (generalmente el tiempo de inclinación resulta ser de aproximadamente 40% del tiempo total).

La mejor solución, sin embargo, consiste en usar una membrana de material antiadherente con un cierto grado de flexibilidad, para generar un fenómeno de desprendimiento. En particular, el uso de una membrana basada en silicona, que tiene una gran capacidad elástica, y el retiro (o distanciamiento) simultáneo de la parte inferior rígida del tanque, permite la activación del fenómeno de desprendimiento y, por lo tanto, una reducción significativa en el efecto de succión.

En la impresión usando membranas elásticas de "campo libre", sin embargo, se desencadenan tres problemas:

- el fenómeno de "cuerda", debido a la gravedad, genera una distorsión de la capa y una pérdida de precisión,

- la ausencia de compresión de la capa recién formada entre dos capas rígidas debilita la adhesión del objeto a la placa de extracción, y

- se aumenta el efecto de "exfoliación" del objeto, de nuevo debido a la falta de compresión entre dos planos rígidos.

De acuerdo con una técnica alternativa, la membrana elástica descansa sobre un soporte rígido. Esta técnica sería teóricamente la solución ideal a la resolución inmediata del problema del efecto de succión, al mismo tiempo sin toparse con los problemas del sistema de membrana de "campo libre", dado que la parte inferior del tanque daría su contribución de referencia y compresión, y al mismo tiempo mantendría la planitud de la membrana y al mismo tiempo la membrana elástica, libre para "soportar" el desprendimiento del objeto reduciría el efecto de succión.

Incluso el material de silicona se beneficiaría de esto, reduciendo el estrés mecánico al que están sometidas las porciones de material en cristalización por efecto térmico.

En realidad, la misma membrana, apoyada en el soporte rígido, y retirando el aire que los separa, tiende a unirse a este, transfiriendo efectivamente el efecto de succión entre los dos medios, y anulando todos los beneficios mencionados anteriormente.

En este contexto, se inserta la solución de acuerdo con la presente invención, que propone:

- eliminar, o al menos reducir, el efecto de succión,

- reducir el estrés mecánico inducido en el objeto que se forma,

- resolver el problema de la cuerda en sistemas de membrana elástica,

- aumentar precisión de impresión,

- aumentar la vida operativa de los materiales de tipo silicona.

Además, la solución de acuerdo con la presente invención logra la posibilidad de "escalonar" objetos de impresión tanto con sección transversal pequeña como grande.

Estos y otros resultados se obtienen de acuerdo con la presente invención proponiendo un aparato para impresión 3D de tipo fotocurado de abajo hacia arriba, con una membrana elástica apoyada sobre un sistema rígido, o sobre el ensamblaje que consiste en la parte inferior perforada del tanque y el placa de vidrio que cubre el orificio, en la cual se conecta el sistema rígido a medios que generan un movimiento de inclinación con respecto al resto del tanque, así como los correspondientes métodos de operación.

El objeto de la presente invención por lo tanto es proporcionar un aparato para impresión 3D de tipo fotocurado de abajo hacia arriba, con un sistema de membrana elástica independiente y referencia de inclinación y los métodos de uso relativos que permitan superar las limitaciones de los sistemas de impresión 3D de fotocurado de abajo hacia arriba de acuerdo con el técnica anterior y obtener los resultados técnicos descritos previamente.

Un objeto adicional de la invención es que dicho aparato y dichos métodos puedan realizarse con costes sustancialmente contenidos, tanto en lo que respecta a costes de producción como con respecto a costes de gestión.

Un objeto no menos importante de la invención es proponer un método simple, seguro y fiable para impresión 3D de tipo fotocurado de abajo hacia arriba, con sistema de membrana elástica independiente y referencia de inclinación y los métodos de uso relativos.

Por lo tanto forma un primer objeto específico de la presente invención un aparato para impresión 3D de tipo fotocurado de abajo hacia arriba, que comprende una fuente de luz sobre la cual se coloca un tanque que contiene un material líquido de fotocurado, dentro del cual se sumerge placa de extracción, que está equipada con medios móviles con movimiento rectilíneo alterno, a lo largo de una dirección perpendicular en la parte inferior de dicho tanque desde una posición a una distancia desde la parte inferior de dicho tanque igual al espesor de una capa obtenible por fotocurado de dicho material líquido de fotocurado, estando la parte inferior de dicho tanque constituida por una membrana elástica transparente a la radiación de dicha fuente de luz, estando dicho tanque posicionado en correspondencia con un orificio de una placa de soporte, estando dicho orificio provisto de un soporte rígido, transparente a la radiación de dicha fuente de luz, en donde dicho soporte rígido está provisto de medios para desplazarse con respecto a dicho orificio, desde una posición en la cual dicho soporte rígido ocupa dicho orificio, y está en contacto con la membrana elástica, hasta una posición en la cual dicho soporte rígido se desvía desde dicho orificio y desde dicha membrana elástica, y en donde entre dicha membrana elástica y dicho soporte rígido puede estar presente una capa de un componente adhesivo.

Preferiblemente, de acuerdo con la invención, dicho soporte rígido está acoplado en un lado, con la posibilidad de rotación alrededor de un eje de bisagra, a dicha placa de soporte, estando el lado opuesto de dicho soporte rígido acoplado a un sistema de movimiento.

Adicionalmente, de acuerdo con la invención, dicho tanque puede ser removible.

Un segundo objeto específico de la presente invención es también un método para impresión 3D de tipo fotocurado de abajo hacia arriba, operado por medio del aparato definido previamente, que comprende las siguientes etapas:

a) formar una capa sólida sobre una placa de extracción fotocurando un material líquido de fotocurado comprendido dentro de un tanque, en el espacio entre una placa de extracción y una membrana elástica, en donde un soporte rígido está en contacto con el lado inferior de dicha membrana elástica;

b) retirar dicho soporte rígido desde dicha membrana elástica, dicha membrana elástica, quedando unida a dicho soporte rígido, con desprendimiento progresivo de dicha placa de extracción;

c) elevación de dicha placa de extracción, hasta una nueva posición de formación de una capa sólida;

d) retorno de dicho soporte rígido a su posición inicial, en contacto con dicha membrana elástica.

Ahora se describirá la presente invención, con propósitos ilustrativos pero no limitativos, de acuerdo con una realización preferida de la misma, con referencia particular a las figuras de los dibujos incluidos, en los cuales:

- la figura 1 muestra una vista en perspectiva desde arriba de los elementos característicos de un aparato para impresión 3D de tipo fotocurado de abajo hacia arriba, con sistema de membrana elástica independiente y referencia pivotante de acuerdo con la presente invención, en despiece en sus componentes principales,

- la figura 2 muestra una vista en perspectiva desde arriba de los elementos del aparato de la figura 1, en despiece en todos sus componentes,

- la figura 3 muestra una vista en perspectiva desde abajo de los elementos del aparato de la figura 1, en despiece en todos sus componentes,

- la figura 4 muestra una vista en perspectiva desde abajo de los elementos del aparato de la figura 1, ensamblados, en una primera fase de uso,

- la figura 5 muestra una vista en perspectiva desde arriba de los elementos del aparato de la figura 1, ensamblados, en una segunda fase de uso,

- las figuras 6A-6G muestran una representación esquemática de los elementos del aparato de la figura 1, ensamblados, en las etapas de un método de impresión que no forma el objeto de la presente invención, y - las figuras 7A-7D muestran una representación esquemática de los elementos del aparato de la figura 1, ensamblados, en las etapas de un método de impresión de acuerdo con la presente invención.

Haciendo referencia preliminar a las figuras 1-5, los elementos caracterizadores de un aparato para impresión 3D de tipo fotocurado de abajo hacia arriba, con sistema de membrana elástica independiente y referencia de inclinación de acuerdo con la presente invención comprenden esencialmente un tanque 10 (que se puede considerar como un consumible), un soporte 11 rígido, transparente a la radiación de una fuente de luz, dispuesto en el lado de dicho soporte 11 rígido opuesto a dicho tanque 10, y un sistema 20 de movimiento. El tanque 10 y el soporte 11 rígido están acoplados al resto del aparato (no se muestra) a través de una placa 12 de soporte, que tiene un orificio 13, para el paso de la radiación proveniente de la fuente de luz.

En particular, la parte inferior 14 del tanque 10 consiste en una membrana de tipo elástica (membrana elástica de campo libre), insertada con pretensión (es decir con un cierto grado de tensión) entre las paredes 15 del tanque 10 y una máscara 16 de bloqueo de la membrana elástica pretensada.

El soporte 11 rígido consiste en una placa 17 de vidrio, en particular vidrio de borosilicato, alojada en un tambor 18. Un primer lado del tambor 18 está acoplado con posibilidad de rotación alrededor de un eje de bisagra a la placa 12 de soporte, mientras que en un segundo lado del tambor 18, opuesto a dicho primer lado, hay un elemento 19 para acoplar con un sistema 20 de manipulación, que en la realización mostrada en las figuras 3 y 4 está constituido por un mecanismo 21 de biela-manivela, montado sobre un motor 22 giratorio. La rotación del motor 22 giratorio, transmitida al tambor 18 como un movimiento rectilíneo recíproco por medio del mecanismo 21 de biela-manivela de conexión y elemento 19 de acoplamiento, gira el soporte 11 rígido alrededor del eje de bisagra, moviéndolo lejos y llevándolo subsecuentemente más cerca de la parte inferior del tanque 10, que soporta la membrana elástica, que en cambio permanece fija.

Con referencia a las figuras 6A-6G, en las cuales además de los elementos ya descritos con referencia a las figuras previas, también se muestran la membrana 23 elástica, una resina 24 líquida (contenida en el tanque 10), una placa 25 de extracción y una fuente 26 de luz, se muestran las etapas de un método de impresión que no forma el objeto de la presente invención.

En una primera etapa, que se muestra en la figura 6A, el soporte 11 rígido, transparente a la radiación emitida por la fuente 26 de luz, está en plano, en contacto con la membrana 23 elástica, que por tanto descansa sobre el soporte 11 rígido y más precisamente sobre la placa 17 de vidrio. La placa 25 de extracción está en la posición más próxima a la membrana 23 elástica, o a la distancia de una capa desde la membrana 23 elástica, estando el espacio entre la placa 25 de extracción y la membrana 23 elástica ocupado por la resina 24 líquida. En esta primera fase la fuente 26 de luz se enciende y comienza a polimerizar la resina 26 líquida.

En la etapa siguiente, que se muestra en la figura 6B, se completa la formación de la primera capa y luego se apaga la fuente 26 de luz. En esta etapa, la placa 17 de vidrio del soporte 11 rígido se une rígidamente a la parte inferior de la membrana 23 elástica. Por lo tanto el sistema se comporta como una máquina de impresión 3D de tipo fotocurado de abajo hacia arriba clásico, y la capa de formación se comprime entre dos cuerpos rígidos.

El resultado es la ventaja de una alta compresión y precisión de la capa (no hay el problema de la cuerda que se generaría por una membrana elástica sin referencia), pero al mismo tiempo, se generaría el efecto de succión.

Para contrarrestar el comienzo del efecto de succión, en la fase subsecuente, que se muestra en la figura 6C, se hace girar el soporte 11 rígido alrededor del eje de bisagra, desprendiéndose por sí mismo de la membrana 23 elástica, que en cambio queda unida por efecto de succión a la capa 27 recién curada. En esta etapa, un soporte lineal, en lugar de un movimiento giratorio alrededor de un eje, del soporte 11 rígido debajo de la membrana 23 elástica crearía un mayor estrés mecánico, que para aplicaciones donde se requiere una mayor precisión sería perjudicial.

En la fase que se muestra en la figura 6D, se hace subir la placa 25 de extracción para desprender la capa 27 desde la membrana 23 elástica. La membrana 23 elástica desencadena el fenómeno de desprendimiento al desprenderse suavemente desde la capa 27 recién formada. Por lo tanto, el retiro del soporte 11 rígido desde la base de la membrana 23 elástica permite que la capa 27 sea desprendida, reduciendo/eliminando el efecto de succión descrito previamente.

En la etapa siguiente, que se muestra en la figura 6E, la membrana 23 elástica, desprendiéndose por sí misma de la capa 27, retorna a la posición de reposo. Bajo la carga de la resina 24 y por su propio peso la membrana 23 elástica podría generar un pandeo debido al fenómeno de la cuerda, que sin embargo en este caso no afecta la conformación de la capa 27.

Subsecuentemente, como se muestra en la figura 6F, la placa 25 de extracción desciende hacia la parte inferior del tanque 10, retornando a la posición de impresión de la siguiente capa.

Finalmente, en la última etapa, que se muestra con referencia a la figura 6G, se hace girar el soporte 11 rígido alrededor del eje de bisagra para retornar a la posición de partida, para luego proceder con la formación de una capa subsecuente.

Es evidente que el proceso de impresión descrito permite reducir/retirar el efecto de succión, permitiendo un retiro delicado de la membrana 23 elástica desde la capa 27 recién formada, gracias al efecto de desprendimiento consecuente del retiro progresivo de la placa 25 de extracción desde la membrana 23 elástica. Al mismo tiempo, durante la formación de la capa 27, la posición del soporte 11 rígido permite realizar una capa 27 con una alta compresión y precisión.

En una variante del aparato y del método de impresión 3D de acuerdo con la presente invención, que se muestra con referencia a las figuras 7A-7D, en la interfaz entre el soporte 11 rígido y la membrana 23 elástica se aplica un dispositivo que involucra una adherencia entre el soporte 11 rígido y la membrana 23 elástica superior a la que se establece entre la misma membrana 23 elástica y la capa 27 recién formada, induciendo un fenómeno de desprendimiento entre el soporte 11 rígido y la membrana 23 elástica. Esta disposición podría, a modo de ejemplo, comprender un sistema de presión/descompresión, o la presencia de una capa 28 de componente adhesivo dispuesta entre el soporte 11 rígido y la membrana 23 elástica.

En particular, en la variante mostrada con referencia a las figuras 7A-7D, sobre la interfaz entre el soporte 11 rígido y la membrana 23 elástica se aplica una capa 28 de componente adhesivo, con la consecuencia de aumentar el efecto de succión entre la placa 17 de vidrio del soporte 11 rígido y la membrana 23 elástica. Sigue un proceso de impresión 3D diferente al descrito con referencia a las figuras 6A-6G.

En particular, de acuerdo con esta realización diferente del aparato para impresión 3D de acuerdo con la presente invención, el método de impresión correspondiente comprende las siguientes etapas.

En una primera etapa, ilustrada con referencia a la figura 7A, el soporte 11 rígido, transparente a la radiación emitida por la fuente 26 de luz, está en plano, en contacto con la capa 28 de componente adhesivo aplicado a la superficie inferior de la membrana 23 elástica, que luego se apoya sobre el soporte 11 rígido y más precisamente sobre la placa 17 de vidrio, con la intermediación solamente de la capa 28 de componente adhesivo. La placa 25 de extracción está en la posición más próxima a la membrana 23 elástica, o a la distancia de una capa desde la membrana 23 elástica, estando el espacio entre la placa 25 de extracción y la membrana 23 elástica ocupado por la resina 24 líquida. En esta primera fase la fuente 26 de luz se enciende y comienza a polimerizar la resina 26 líquida.

En la siguiente etapa, que se muestra en la figura 7B, se completa la formación de la primera capa y luego se apaga la fuente 26 de luz. En esta etapa, la placa 17 de vidrio del soporte 11 rígido se une rígidamente a la parte inferior de la membrana 23 elástica, con la interposición de la capa 28 de componente adhesivo. También en este caso, por lo tanto, el sistema se comporta como una máquina de impresión 3D clásica de tipo fotocurado de abajo hacia arriba, y la capa bajo formación se comprime entre dos cuerpos rígidos, con la consiguiente ventaja de una alta compresión y precisión de la capa (no hay el problema de la cuerda que se generaría por unas membranas elásticas sin referencia), pero al mismo tiempo, se generaría el efecto de succión.

Para contrarrestar el comienzo del efecto de succión, en la fase subsecuente, que se muestra en la figura 7C, se hace girar el soporte 11 rígido alrededor del eje de bisagra, pero en este caso, gracias a la presencia de la capa 28 de componente adhesivo, la fuerza de adherencia entre el soporte 11 rígido y la membrana 23 elástica es mayor que la fuerza de adherencia generada entre la membrana 23 elástica y la capa 27 recién curada, de tal manera que el mismo soporte 11 rígido tiende a llevar consigo la membrana 23 elástica, permitiendo un desprendimiento controlado (desprendimiento inverso) de la membrana 23 elástica desde el soporte 11 rígido, con una reducción consecuente del estrés mecánico al cual está sometida 23 la membrana elástica.

Además, el retiro de la membrana 23 elástica desde la capa 27 recién formada, que se deduce del hecho de que la membrana 23 elástica tiende a seguir el soporte 11 rígido en su movimiento, genera un volumen subyacente a la capa 27, que se llena mediante el resina 24 líquida, aumentando de este modo la velocidad de llenado del espacio entre la capa 27 recién formada y la membrana 23 elástica (actualización).

Esta etapa, por lo tanto, hace innecesaria la necesidad de retirar la placa 25 de extracción desde la membrana 23 elástica y luego moverla más cerca de nuevo para proceder con la formación de una nueva capa.

De hecho, como se muestra en la figura 7D, en la etapa subsecuente es suficiente retirar ligeramente la placa 25 de extracción y al mismo tiempo retornar el soporte 11 rígido a la posición de partida, de tal manera que la placa 25 de extracción y el soporte 11 rígido estén en la posición para la generación de una nueva capa, y luego la fuente 26 de luz se puede volver a encender.

En la figura 7C, la capa 28 de componente adhesivo siempre se muestra adherida a la membrana 23 elástica, pero de acuerdo con la presente invención es indiferente si la capa 28 de componente adhesivo permanece adherida a la membrana 23 elástica, al soporte 11 o parcialmente a la membrana 23 elástica y parcialmente al soporte 11. Adicionalmente, el método de impresión de acuerdo con la presente invención también puede producirse sin la necesidad de agregar una capa 28 de componente adhesivo entre el soporte 11 rígido y la membrana 23 elástica, si la fuerza de adherencia generada por el efecto de succión entre la placa 17 de vidrio y la membrana 23 elástica es mayor que la fuerza de adherencia generada entre la misma membrana 23 elástica y la capa 27 recién curada El método de uso del aparato para impresión 3D de acuerdo con la presente invención permite por lo tanto reducir el estrés mecánico del objeto, ahorrando tres etapas para las rutinas de impresión con respecto al método ilustrado previamente con referencia a las figuras 6A-6F, con un reducción significativa de tiempos de impresión y con una mejor calidad superficial del objeto que va a ser producido.

La presente invención se ha descrito con propósitos ilustrativos pero no limitativos, de acuerdo con sus realizaciones preferidas, pero se debe entender que pueden hacerse variaciones y/o modificaciones por los expertos en la técnica sin apartarse del alcance relativo de protección, como se define por las reivindicaciones adjuntas.

Claims (5)

REIVINDICACIONES

1. Aparato para impresión 3D de tipo fotocurado de abajo hacia arriba, que comprende una fuente (26) de luz sobre la cual se coloca (24) un tanque (10) que contiene un material (24) líquido de fotocurado dentro del cual se sumerge una placa (25) de extracción, que está equipada con medios móviles con movimiento rectilíneo alterno, a lo largo de una dirección perpendicular en la parte inferior de dicho tanque (10) desde una posición a una distancia desde la parte inferior de dicho tanque (10) igual al espesor de una capa (27) obtenible por fotocurado de dicho material (24) líquido de fotocurado, estando la parte inferior (14) de dicho tanque (10) constituida por una membrana (23) elástica transparente a la radiación de dicha fuente (26) de luz, estando dicho tanque (10) posicionado en correspondencia con un orificio (13) de una placa (12) de soporte, estando dicho orificio provisto de un soporte (11) rígido, transparente a la radiación de dicha fuente (26) de luz, en donde dicho soporte (11) rígido está provisto de medios para desplazarse con respecto a dicho orificio (13), desde una posición en la cual dicho soporte (11) rígido ocupa dicho orificio (13), y está en contacto con membrana (23) elástica, hasta una posición en la cual dicho soporte (11) rígido se desvía desde dicho orificio (13) y desde dicha membrana (23) elástica, caracterizado porque entre dicha membrana (23) elástica y dicho soporte (11) rígido se colocan medios aptos para aumentar adherencia entre dicha membrana (23) elástica y dicho soporte (11) rígido.

2. Aparato para impresión 3D de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque dicho soporte (11) rígido está acoplado en un lado, con la posibilidad de rotación alrededor de un eje de bisagra, a dicha placa (12) de soporte, estando el lado opuesto de dicho soporte (11) rígido acoplado a un sistema (20) de movimiento.

3. Aparato para impresión 3D de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, caracterizado porque dichos medios aptos para aumentar adherencia entre dicha membrana (23) elástica y dicho soporte (11) rígido comprenden una capa (28) de un componente adhesivo.

4. Aparato para impresión 3D de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque dicho tanque (10) es removible.

5. Método para impresión 3D de tipo fotocurado de abajo hacia arriba, operado por medio del aparato de las reivindicaciones 1-4, que comprende las siguientes etapas:

a) formar una capa (27) sólida sobre una placa (25) de extracción fotocurando un material (24) líquido de fotocurado comprendido dentro de un tanque (10), en el espacio entre una placa (25) de extracción y una membrana (23) elástica, en donde un soporte (11) rígido está en contacto con el lado inferior de dicha membrana (23) elástica;

b) retirar dicho soporte (11) rígido desde dicha membrana (23) elástica, quedando dicha membrana (23) elástica unida a dicho soporte (11) rígido, con desprendimiento progresivo de dicha placa (25) de extracción;

c) elevación de dicha placa (25) de extracción, hasta una nueva posición de formación de una capa (27) sólida;

d) retorno de dicho soporte (11) rígido a su posición inicial, en contacto con dicha membrana (23) elástica.