ES2956799T3 - Proceso de fabricación mediante adición de material de soporte de filtración inorgánico a partir de una composición termofusible y membrana obtenida - Google Patents
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Abstract
Procedimiento para fabricar al menos un soporte inorgánico (1) monobloque poroso con una porosidad comprendida entre el 10% y el 60% y un diámetro medio de poro comprendido entre 0,5 μm y 50 μm, mediante una máquina del tipo impresora 3D. (I) diseñada para construir siguiendo un modelo digital 3D, y una estructura verde tridimensional manipulable (2) diseñada para formar, tras la sinterización, el o los soportes inorgánicos monobloque porosos (1). (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
DESCRIPCIÓN
Proceso de fabricación mediante adición de material de soporte de filtración inorgánico a partir de una composición termofusible y membrana obtenida
La presente invención se refiere a un procedimiento de fabricación de un soporte inorgánico monolítico poroso, que puede utilizarse en particular en una membrana de filtración, y en particular una membrana de filtración tangencial. De forma más precisa, el soporte poroso se prepara mediante una técnica que procede por la adición de material.
Una membrana de filtración constituye una barrera selectiva y permite, bajo la acción de una fuerza de transferencia, el paso o la detención de determinados componentes del medio que se va a tratar. El paso o la detención de componentes puede resultar de su tamaño en relación con el tamaño de los poros de la membrana que se comporta entonces como un filtro. Dependiendo del tamaño de los poros, estas técnicas se denominan microfiltración, ultrafiltración o nanofiltración.
Una membrana consiste en un soporte poroso sobre el que se depositan una o más capas de separación. Clásicamente, el soporte se fabrica primero por extrusión. A continuación, el soporte se sinteriza para obtener la solidez requerida, manteniendo una textura porosa abierta e interconectada. Este procedimiento requiere la obtención de canales rectilíneos en cuyo interior se depositan y sinterizan la(s) capa(s) separadora(s). La membrana obtenida de esta manera sufre por tanto al menos dos operaciones de sinterización. Los aglutinantes orgánicos añadidos durante la preparación de la masa, antes de su extrusión, se queman completamente durante la sinterización del soporte.
El solicitante ha descrito en la solicitud FR 3 006 606 la preparación de una membrana de filtración cuyo soporte poroso se realiza mediante una técnica aditiva, mediante repetición de deposición de un lecho continuo de polvo seguido de una consolidación localizada según un patrón predeterminado. Esta técnica permite preparar membranas de filtración mecánicamente resistentes y adecuadas para su uso en filtración tangencial. Sin embargo, esta técnica tiene el inconveniente de requerir ajustar la fluidez del polvo para permitir su perfecto flujo al depositar el lecho de polvo. Asimismo, esta técnica requiere eliminar el polvo no consolidado, posiblemente también reciclarlo, lo cual puede ser delicado, largo y costoso, en particular cuando dicho polvo no consolidado está presente en canales no rectilíneos del soporte poroso.
En el marco de la invención, se propone un nuevo procedimiento de preparación de un soporte poroso que no presenta los inconvenientes de la técnica anterior y, en particular, que es rápido, fácil de implementar, que permite obtener un soporte poroso mecánicamente resistente y cuya forma, y en particular la de los canales no rectilíneos, es fácilmente variada. Para ello, el procedimiento utiliza la técnica de impresión 3D para obtener una estructura tridimensional en bruto manipulable, seguido de una etapa de sinterización. El soporte poroso obtenido es homogéneo, resistente mecánicamente y tiene una porosidad adaptada para su uso en filtración, es decir, con una porosidad comprendida entre el 10 y el 60 % y que está abierta e interconectada con un diámetro de poros promedio que va de 0,5 jm a 50 |jm.
El procedimiento según la invención presenta también la ventaja de permitir la preparación de un soporte poroso monolítico de gran tamaño (es decir una altura superior a 1 m), y en particular mayor que el posible utilizando una técnica aditiva de deposición de un lecho continuo de polvo seguido de una consolidación localizada realizada con las máquinas actualmente en el mercado, y en particular descrita en la solicitud FR 3006606.
Asimismo, el procedimiento según la invención permite la preparación de soporte con inclinaciones sin requerir el uso de soportes.
En este contexto, la presente invención se refiere a un procedimiento de fabricación de al menos un soporte inorgánico monolítico poroso que tiene una porosidad comprendida entre el 10 % y el 60 % y un diámetro de poros promedio que pertenece al intervalo que va de 0,5 jm a 50 jm , con la ayuda de una máquina de impresión 3D que comprende al menos un cabezal de extrusión montado de forma móvil en el espacio con respecto a y por encima de una placa horizontal fija, permitiendo dicha máquina de impresión 3D construir la deposición de un cordón de una composición inorgánica para construir, a partir de un modelo digital 3D, una estructura tridimensional en bruto manipulable destinada a formar el(los) soporte(s) inorgánico(s) poroso(s) monolítico(s), consistiendo el procedimiento en:
- disponer la composición inorgánica que comprende una primera fase inorgánica sólida en polvo en forma de partículas con un diámetro promedio comprendido entre 0,1 jm y 150 jm , y una segunda fase en forma de una matriz que comprende al menos un polímero termofusible,
- alimentar el cabezal de extrusión de la máquina de impresión 3D con la composición inorgánica, estando dicho cabezal de extrusión a una temperatura que permite la extrusión de la composición inorgánica para formar el cordón,
- construir utilizando dicho cordón sobre dicha placa horizontal la estructura tridimensional en bruto manipulable conforme al modelo digital 3D,
- disponer esta estructura tridimensional en bruto manipulable en un horno de tratamiento térmico para realizar una operación de sinterización a una temperatura comprendida entre 0,5 y 1 vez la temperatura de fusión de al menos
un material que forma la fase inorgánica sólida en polvo.
En el marco de la invención, el soporte inorgánico monolítico poroso puede utilizarse en particular como soporte de membrana de filtración, y en particular como soporte de membrana de filtración tangencial.
El procedimiento según la invención comprende una y/u otra de las siguientes características adicionales:
- la consolidación de la estructura tridimensional en bruto manipulable se acelera a medida que dicho cordón se extruye usando un dispositivo de consolidación;
- el dispositivo de consolidación es un dispositivo de enfriamiento controlado que provoca la solidificación de al menos un polímero termofusible contenido en la matriz;
- la estructura tridimensional en bruto manipulable está realizada con una inclinación sin implementar soportes; - la fase inorgánica sólida en polvo comprende uno o más óxidos y/o carburos y/o nitruros y/o metales, elegido(s) preferentemente entre óxido de titanio, oxido de aluminio, óxido de circonio, óxido de magnesio, carburo de silicio, titanio y acero inoxidable, y en particular óxido de titanio;
- la reología de la composición inorgánica se ajusta utilizando al menos una de las siguientes características: la granularidad de la fase inorgánica sólida en polvo, la naturaleza y/o la proporción del o de los polímeros termofusibles, la temperatura de la composición inorgánica;
- la estructura tridimensional en bruto manipulable se realiza en forma de varias subestructuras tridimensionales separables entre sí;
- la estructura tridimensional en bruto manipulable se realiza en forma de varias subestructuras tridimensionales conectadas y mantenidas entre sí mediante al menos un puente divisible realizado con el cordón de composición inorgánica;
- varios cabezales de extrusión montados solidarios se mueven para producir simultáneamente varias estructuras tridimensionales independientes, cada una construida mediante un cabezal de extrusión
- la composición inorgánica se presenta en forma de filamento o en forma de granulado.
La invención se refiere también a un soporte inorgánico monolítico poroso susceptible de obtenerse mediante el procedimiento según la invención.
La invención se refiere también a un procedimiento de preparación de una membrana de filtración tangencial que comprende la preparación según la invención de un soporte inorgánico monolítico poroso en el que está previsto al menos un canal de circulación para el medio fluido que se va a tratar, seguido de una etapa de crear una o más capas separadoras. La invención se refiere finalmente a una membrana de filtración tangencial susceptible de obtenerse según un procedimiento de este tipo.
Varias otras características surgen de la descripción dada a continuación con referencia a los dibujos adjuntos que muestran, como ejemplos no limitativos, realizaciones del objeto de la invención.
[Fig. 1] La figura 1 es un diagrama que ilustra la máquina de impresión 3D utilizada en el marco de la invención.
[Fig. 2] La figura 2 es una vista en sección de la deposición de cordón de composición inorgánica sobre la placa horizontal.
[Fig. 3] La figura 3 es una vista en perspectiva de la deposición de un primer cordón sobre la placa horizontal.
[Fig. 4] La figura 4 es una vista en sección de la deposición de un cordón de composición inorgánica sobre una primera capa de composición inorgánica.
[Fig. 5] La figura 5 es una vista en sección a lo largo del eje AA de la figura 4.
[Fig. 6] La figura 6 es una vista en perspectiva que muestra esquemáticamente dos estratos compuestos cada uno de ellos por cordones yuxtapuestos depositados a 90° de un estrato al otro, siendo los cordones del primer estrato continuos y siendo los cordones del segundo estrato discontinuos para crear un vacío rectangular.
[Fig. 7] La figura 7 es una vista en sección de una estructura en bruto fuera de la invención para la cual se observa un fenómeno de hundimiento.
[Fig. 8] La figura 8 es una vista en sección de una estructura en bruto según la invención para la que no se observa ningún fenómeno de hundimiento.
[Fig. 9] La figura 9 es una vista en sección de la deposición de un cordón de composición inorgánica utilizando un cabezal de extrusión que integra un dispositivo de consolidación convectivo.
[Fig. 10A-10B] Las figuras 10A y 10B son vistas en sección a lo largo del eje A de la figura 8 del cabezal de extrusión, con una ranura anular cónica (figura 10A) u orificios inclinados (figura 10B).
[Fig. 11] La figura 11 es una vista en sección de la deposición de un cordón de composición inorgánica utilizando un cabezal de extrusión asociado con un dispositivo de consolidación radiativo.
[Fig. 12A] La figura 12A es una vista en sección que ilustra una realización para la cual la estructura tridimensional presenta una inclinación sin soportes.
[Fig. 12B] La figura 12B es una vista en sección que ilustra una realización en la que la estructura tridimensional presenta una inclinación sin soportes, y en la que cada estrato está formado por la yuxtaposición de varios cordones.
[Fig. 13] La figura 13 es una vista en sección que ilustra una realización fuera de la invención para la cual la estructura tridimensional presenta una inclinación con soportes.
[Fig. 14] La figura 14 es una vista en perspectiva de una estructura en bruto manipulable en construcción, de conformidad con la invención.
[Fig. 15] La figura 15 es una vista en perspectiva de un soporte inorgánico monolítico poroso de conformidad con la invención.
[Fig. 16A-16B] La figura 16A es una vista en sección de un soporte inorgánico monolítico poroso que tiene un canal central rectilíneo y siete canales helicoidales que envuelven dicho canal central. La Figura 16B es una vista en perspectiva de los canales de soporte de la figura 16A, un canal central y siete canales periféricos helicoidales según la figura 16A.
[Fig. 17] La figura 17 es una vista en perspectiva de dos estructuras tridimensionales en bruto manipulables distintas construidas en paralelo.
[Fig. 18] La figura 18 es una vista en perspectiva de una estructura tridimensional en bruto manipulable formada por dos subestructuras tridimensionales separables conectadas por puentes divisibles.
[Fig. 19] La figura 19 es una vista en perspectiva de una estructura tridimensional en bruto manipulable en forma de tres subestructuras tridimensionales separables conectadas por puentes divisibles.
La invención se refiere a la preparación de un soporte inorgánico monolítico poroso 1, así como una membrana de filtración que comprende el soporte inorgánico monolítico poroso 1 según la invención que comprende canales sobre cuyas paredes se depositan una o varias capas separadoras.
En el marco de la invención, el objetivo es la fabricación de soportes inorgánicos monolíticos porosos para membranas de filtración de fluidos, y más particularmente para membranas de filtración tangencial. Dichos soportes porosos son generalmente de geometría tubular e incluyen al menos un canal o vía de circulación para el fluido que se va a filtrar. Estos canales de circulación tienen una entrada y una salida. En general, la entrada a los canales de circulación está situada en uno de los extremos del soporte poroso, actuando este extremo como zona de entrada del medio fluido que se va a tratar y su salida está situada en el otro extremo del soporte poroso actuando como zona de salida del retenido. La zona de entrada y la zona de salida están conectadas por una zona periférica continua en la que se recupera el permeado.
En una membrana de filtración, las paredes del canal o canales de circulación están cubiertas de forma continua por al menos una capa separadora que asegura la filtración del medio fluido que se va a tratar. La(s) capa(s) separadora(s) son porosas y tienen un diámetro de poros promedio menor que el del soporte. La capa separadora puede depositarse directamente sobre el soporte poroso (caso de una capa de separación monocapa), o bien sobre una capa intermedia de menor diámetro de poros promedio, se deposita directamente sobre el soporte poroso (caso de una capa de separación multicapa). Así, una parte del medio fluido que se va a tratar pasa a través de la(s) capa(s) separadora(s) y el soporte poroso, para que esta parte tratada del fluido, llamada permeado, fluya a través de la superficie periférica exterior del soporte poroso. Las capas separadoras delimitan la superficie de la membrana de filtración destinada a estar en contacto con el fluido que se va a tratar y en contacto con la cual circula el fluido que se va a tratar.
La porosidad del soporte inorgánico monolítico 1 es abierta, es decir que forma una red de poros interconectados en tres dimensiones, lo que permite que el fluido filtrado por la(s) capa(s) separadora(s) atraviese el soporte poroso y se recupere en la periferia. Por tanto, el permeado se recupera sobre la superficie periférica del soporte poroso.
El soporte inorgánico monolítico poroso 1 tiene un diámetro de poros promedio en el intervalo que va de 0,5 jm a 50 |jm. La porosidad del soporte inorgánico monolítico poroso 1 está comprendida entre el 10 y el 60 %, preferentemente entre 20 y 50 %.
Por diámetro de poros promedio, nos referimos al valor d50 de una distribución volumétrica para la cual el 50 % del
volumen total de poros corresponde al volumen de poros con un diámetro menor que este d50. La distribución volumétrica es la curva (función analítica) que representa las frecuencias de los volúmenes de los poros en función de su diámetro. El d50 corresponde a la mediana que separa en dos partes iguales el área bajo la curva de frecuencia obtenida por la penetración del mercurio. En particular, podemos utilizar la técnica descrita en la norma ISO 15901-1:2005 en lo referente a la técnica de medición por penetración del mercurio.
La porosidad del soporte, que corresponde al volumen total de los huecos (poros) interconectados presentes en el material considerado, es una cantidad física comprendida entre 0 y 1 o entre el 0% y el 100%. Condiciona las capacidades de flujo y de retención de dicho cuerpo poroso. Para que el material se pueda utilizar en filtración, la porosidad abierta interconectada total debe ser de un mínimo del 10 % para un caudal satisfactorio de filtrado a través del soporte, y un máximo del 60 % para garantizar una resistencia mecánica adaptada del soporte poroso.
La porosidad de un cuerpo poroso se puede medir determinando el volumen de un líquido contenido en dicho cuerpo poroso pesando dicho material antes y después de una estancia prolongada en dicho líquido (agua u otro disolvente). Conociendo las masas volumétricas respectivas del material considerado y del líquido utilizado, la diferencia de masa, convertida en volumen, es directamente representativa del volumen de los poros y por tanto de la porosidad abierta total del cuerpo poroso.
Otras técnicas permiten medir con precisión la porosidad abierta total de un cuerpo poroso, entre las cuales podemos citar:
- la porosimetría por intrusión de mercurio (norma ISO 15901-1 citada anteriormente): inyectado bajo presión, el mercurio llena los poros accesibles a las presiones utilizadas, y el volumen de mercurio inyectado corresponde entonces al volumen de los poros,
- la difusión de ángulos pequeños: esta técnica, que utiliza radiación de neutrones, ya sea rayos X, da acceso a cantidades físicas promediadas sobre toda la muestra. La medida consiste en el análisis de la distribución angular de la intensidad dispersada por la muestra,
- el análisis de imágenes 2D obtenidas por microscopía,
- el análisis de imágenes 3D obtenidas mediante tomografía de rayos X.
El soporte inorgánico monolítico poroso 1 según la invención se prepara sinterizando una estructura tridimensional en bruto manipulable 2, que se construye según un modelo digital 3D M por la superposición de estratos 3i de composición inorgánica 4 utilizando una máquina de impresión tridimensional I que comprende en particular una placa horizontal 5, posiblemente amovible, encima de la cual está dispuesto al menos un cabezal de extrusión 6 (figura 1).
Por "estructura tridimensional en bruto" 2, se entiende una estructura tridimensional obtenida de la superposición de estratos 3 i de una composición inorgánica 4 y que todavía no haya sido sometida a sinterización. La forma y las dimensiones de esta estructura en bruto se determinan estrato por estrato mediante el modelo digital 3D M. Esta estructura tridimensional en bruto 2 se califica como "manipulable" porque no se deforma por su propio peso, pudiendo incluso presentar inclinaciones, gracias a la consolidación acelerada que le confiere una rigidez mecánica estable en el tiempo, como se explicará más adelante. Esta estructura tridimensional en bruto 2 se puede separar de este modo de la placa horizontal 5 para desplazarse sin deformación ni rotura, en particular para someterse posteriormente a una operación de tratamiento térmico necesaria para obtener un soporte poroso monolítico según la invención.
En el marco de la invención, un "estrato" 3i está definido por un conjunto de cordones 7i, j, ya sean continuos o discontinuos, yuxtapuestos o no yuxtapuestos, que se extruyen a la misma altitud z según el modelo digital 3D M predefinido para dicha altitud z (siendo i un número entero que va de 1 a n, siendo n un número entero que representa el número total de estratos que forman la estructura tridimensional en bruto manipulable 2 según el modelo digital 3D M). Por razones de claridad, la mayoría de figuras representan estratos compuestos por un solo cordón. No obstante, muy a menudo en el contexto de la invención, un estrato 3, está formado por la yuxtaposición de varios cordones 7 ij, continuos o discontinuos.
En el marco de la invención, un "cordón" 7i,j corresponde a una cinta de composición inorgánica. 4 que toma forma al salir del cabezal de extrusión 6 (siendo i un número entero que va de 1 a n, siendo n un número entero que representa el número total de estratos que forman la estructura tridimensional en bruto manipulable 2, y representando j un número entero correspondiente al cordón considerado dentro del estrato al que pertenece, yendo j de 1 a m, representando m el número total de cordones del estrato considerado).
El modelo digital 3D M está determinado por el software de diseño por ordenador, para construir la estructura tridimensional en bruto 2. Este modelo digital 3D M corresponde a una estructura virtual dividida en estratos. 3 i sucesivos gracias al software de corte que permite, en su caso, cuando la estructura tridimensional presenta inclinaciones, definir la necesidad y la posición de los pilares para asegurar los soportes de la estructura tridimensional en bruto en construcción y evitar su hundimiento.
El cabezal de extrusión 6 de la máquina de impresión tridimensional I está soportada por un mecanismo de desplazamiento (no representado en las figuras), tal como un robot, permitiendo su desplazamiento a lo largo de al
menos tres ejes (x, y y z). Así, el cabezal de extrusión 6 se puede mover en un plano horizontal (ejes x e y) y verticalmente (eje z), gracias al mecanismo de desplazamiento que se controla mediante un ordenador R de todos los tipos conocidos per se. Este ordenador R controla los movimientos del sistema de desplazamiento y en consecuencia del cabezal de extrusión 6, según una vía predeterminada en función del modelo digital 3D M a partir del cual se realiza la estructura tridimensional en bruto 2 lo que permite obtener el soporte inorgánico monolítico poroso 1 después de una operación de tratamiento térmico.
El cabezal de extrusión 6 incluye una entrada para la composición inorgánica 4 (no se representa en las figuras). Como se representa en las figuras, el cabezal de extrusión 6 incluye igualmente un orificio de flujo 8 calibrado, tal como una boquilla, móvil según dicho modelo digital 3D M. Según el procedimiento de la invención, la composición inorgánica 4 , preferentemente en forma de filamento o de granulado, se introduce en el cabezal de extrusión 6 de la máquina a través de una entrada para alimentar el orificio de flujo 8. Se puede aplicar una acción mecánica para introducir la composición inorgánica 4 en el cabezal 6 por esta entrada.
En el marco de la invención, por "granulado" (pellet en inglés) se entiende un pequeño elemento sólido cuya dimensión mayor puede variar de 1 mm a 1 cm, dependiendo del método de obtención y del dimensionamiento del cabezal de extrusión. Un gránulo está formado por los diversos materiales que componen dicha composición termofusible, y en proporción a la misma. Se puede obtener un granulado, después de una mezcla previa apropiada de los distintos componentes, ya sea por extrusión en caliente, ya sea por compactación, ya sea por deshidratación o más generalmente por evaporación de una fase líquida utilizada en dicha premezcla. La forma de los granulados puede variar dependiendo de su modo de obtención:
- cilindros pequeños en caso de extrusión en caliente,
- comprimidos pequeños (pastillas), forma esférica o de otro tipo, en el caso de la compactación,
- pequeños bloques deformes en el caso de la evaporación de una fase líquida (trituración de una "torta" seca).
En el marco de la invención, por "acción mecánica" se entiende la aplicación de presión por cualquier medio técnico conocido, como por ejemplo un pistón, una bomba o una extrusora. Esta etapa la pueden llevar a cabo los expertos en la materia de la manera habitual y no se detallará aquí.
El orificio de flujo 8 se coloca enfrente y en la proximidad de la placa horizontal 5. El orificio de flujo 8 es móvil, verticalmente (es decir, a lo largo del eje z) y horizontalmente (es decir, a lo largo de los ejes x e y), respecto a la placa horizontal 5 que está fija. El desplazamiento vertical y/u horizontal del orificio de flujo 8 respecto a la placa horizontal fija 5 permite la construcción según el modelo digital 3D M de la estructura tridimensional en bruto manipulable 2 apoyándose sobre la placa horizontal 5 después de la extrusión del cordón 7i,j de composición inorgánica 4 a través del orificio de flujo 8.
Según la realización ilustrada en las figuras, el cabezal de extrusión 6 está equipado con un orificio de flujo 8 de sección circular. Cuando el orificio de flujo 8 es de sección circular, su diámetro D ventajosamente va de 0,1 mm a 10 mm, preferentemente de 0,1 mm a 1 mm y preferentemente de 0,1 a 0,7 mm. No obstante, el orificio de flujo 8 no tiene necesariamente una sección circular y se podría considerar otra forma.
La composición inorgánica 4 es ventajosamente de naturaleza cerámica y/o metálica. La composición inorgánica 4 está compuesta por una fase inorgánica sólida en polvo y una matriz sólida a temperatura ambiente. La composición inorgánica 4 por lo tanto no es un polvo, pero ventajosamente se presenta en forma de filamento o de granulado.
La fase inorgánica sólida en polvo de la composición inorgánica 4 comprende uno o más materiales inorgánicos sólidos, cada uno en forma de partículas con un diámetro promedio comprendido entre 0,1 μm y 150 μm.
La noción de diámetro promedio está asociada a la de distribución de partículas. En efecto, las partículas de un polvo rara vez tienen un tamaño único o monodisperso y, por lo tanto, un polvo se caracteriza con mayor frecuencia por una distribución de tamaños de sus partículas. El diámetro promedio corresponde entonces a la media de una distribución de tamaños de las partículas. La distribución se puede representar de diferentes maneras, como por ejemplo una distribución en frecuencia o acumulada. Algunas técnicas de medición dan directamente una distribución basada en el número (microscopía) o la masa (tamizado). El diámetro promedio es una medida de la tendencia central.
Entre las tendencias centrales más utilizadas encontramos el modo, la mediana y la media. El modo es el diámetro más frecuente en una distribución: corresponde al máximo de la curva de frecuencia. La mediana representa el valor donde la frecuencia total de los valores superiores e inferiores es el misma (es decir, encontramos el mismo número o volumen total de partículas por debajo de la mediana, que arriba). Se debe calcular la media y determina el punto en el que los momentos de la distribución son iguales. Para una distribución normal, el modo, la media y la mediana coinciden, mientras que difieren en el caso de una distribución no normal.
El diámetro promedio de las partículas constituyentes de un polvo inorgánico puede medirse en particular mediante:
- difracción de luz láser para partículas que van desde 3 mm hasta aproximadamente 0,1 μm,
- sedimentación/centrifugación,
- difusión dinámica de la luz (en inglés, "dynamic light scattering (DLS)" para partículas que oscilan entre 0,5 |jm y 2 nm,
- análisis de imágenes obtenidas por microscopía,
- difracción de rayos X de ángulos pequeños.
Casi siempre, la composición inorgánica 4 comprende como material(es) inorgánico(s) en polvo, solos o en mezcla, un óxido y/o un nitruro y/o un carburo y/o un metal. Como ejemplos de óxidos que pueden ser adecuados en el contexto de la invención, podemos citar en particular los óxidos metálicos, y en particular óxido de titanio, óxido de circonio, óxido de aluminio y óxido de magnesio, prefiriéndose óxido de titanio. Como ejemplos de carburos, podemos citar en particular los carburos metálicos, y en particular el carburo de silicio. Como ejemplos de nitruros que se pueden utilizar, podemos citar en particular el nitruro de titanio, el nitruro de aluminio y el nitruro de boro. Como ejemplos de metales que pueden ser adecuados en el contexto de la invención, podemos citar en particular el titanio y el acero inoxidable. Según una realización preferida, la composición inorgánica 4 comprende al menos un óxido metálico como material inorgánico en polvo, y preferentemente el óxido de titanio.
La matriz de la composición inorgánica 4 está compuesta por uno o más polímeros termofusibles. La matriz es de naturaleza orgánica.
Por "polímero termofusible", se entiende un polímero que se ablanda bajo el efecto del calor.
Como ejemplos de polímeros termofusibles que pueden ser adecuados en el contexto de la invención, se pueden citar, utilizados solos o en mezcla en la matriz, los siguientes polímeros o familia de polímeros, posiblemente funcionalizados: ácido poliláctico (PLA), alcohol polivinílico (PVA), acrilonitrilo butadieno estireno (ABS), polipropileno (PP), polietileno, tereftalato de polietileno (PET), poliuretano termoplástico (TPU), poliolefinas, elastómeros termoplásticos (TPE), elastómero a base de poliolefina (TPEO) y policarbonato.
El contenido en masa de material(es) inorgánico(s) en polvo en la composición inorgánica 4 puede oscilar entre el 40 y el 95 %, preferentemente entre el 70 y el 90 % en peso, con respecto al peso total de la composición inorgánica 4.
En el marco de la invención, la composición inorgánica 4 posee una reología adaptada en términos de fluidez para su extrusión a través del orificio de flujo calibrado 8.
En el marco de la invención, la composición inorgánica 4, preferentemente en forma de filamento o de granulado, se calienta en el cabezal de extrusión 6 para que el(los) polímero(s) termofusible(s) se ablanden. Generalmente, solo el orificio de flujo 8 del cabezal de extrusión 6 se calienta para ablandar el(los) polímero(s) termofusible(s) en el orificio de flujo 8, permitiendo entonces la extrusión de la composición inorgánica 4. La temperatura del orificio de flujo 8 se puede ajustar dependiendo del(de los) polímero(s) termofusible(s) presente(s) en la composición inorgánica 4.
Asimismo, en el marco de la invención, es posible ajustar la reología de la composición inorgánica 4 gracias a su temperatura en el cabezal de extrusión, y/o a la granularidad de la fase inorgánica sólida en polvo, y/o gracias a la naturaleza del o los polímeros termofusibles y/o gracias a sus proporciones.
Por granularidad de la fase inorgánica sólida en polvo, se entiende las dimensiones de las partículas que componen la fase inorgánica sólida en polvo. La granularidad se caracteriza por la noción de diámetro promedio que se describe anteriormente.
Como se representa en la figura 2 , un cordón 7i,i de composición inorgánica 4 se forma tras el paso de la composición inorgánica 4 a través del orificio de flujo calibrado 8 gracias a una acción mecánica sobre la composición inorgánica 4 para asegurar la presión necesaria para la extrusión de la composición inorgánica 4.
A la salida del orificio de flujo calibrado 8, la temperatura del cordón 7 i,j de composición inorgánica 4 disminuye (posiblemente a temperatura ambiente) y, por lo tanto, su rigidez aumenta, lo que puede garantizar la estabilidad de la estructura tridimensional en bruto. Pero, según la geometría de dicha estructura tridimensional, durante la construcción pueden aparecer fenómenos de hundimiento. La invención prevé, en ese caso, acelerar el endurecimiento del cordón y de la estructura tridimensional mediante un dispositivo que permite un enfriamiento controlado como se explicará más adelante.
Como se ilustra en la figura 3, tan pronto como el cordón 7i j de composición inorgánica 4 se extruye a través del orificio de flujo 8, este se deposita en la placa horizontal 5 para formar un primer estrato 3 i, según el modelo digital 3D M predeterminado por el software de diseño por ordenador, gracias al desplazamiento horizontal del orificio de flujo 8 encima de la placa horizontal 5.
El orificio de flujo 8 se desplaza horizontalmente y, por lo tanto, paralelo a la placa horizontal 5 , según una vía predeterminada en función del modelo digital 3D M, para formar el primer estrato 3 i. En este estado, se forma un solo estrato en la placa horizontal 5. En el ejemplo de realización representado en la figura 3, el primer estrato 3 i tiene una
forma circular que incluye cuatro orificios 9 de forma triangular con ángulos redondeados. Esta forma se ilustra a modo de ejemplo pero no es limitativa.
Después de la deposición del primer estrato 3 i, el orificio de flujo 8 se desplaza para que el cordón 72,j depositado forme el segundo estrato 32 de conformidad con el modelo digital 3D M, como se representa en las figuras 4 y 5. Para ello, el orificio de flujo 8 se desplaza verticalmente (es decir, a lo largo del eje z) y horizontalmente (es decir, a lo largo de los ejes x y/o y) hasta la posición deseada. La extrusión de la composición inorgánica 4 a través del orificio de flujo 8 puede ser continua o discontinua. Así, el segundo estrato 32 se deposita en el primer estrato 3i por la superposición del cordón 72,j en el estrato 3 i previamente depositado, de conformidad con el modelo digital 3D M.
En el ejemplo ilustrado en las figuras 4 y 5, cada estrato 3 i incluye solo un cordón 7i,j de composición cerámica 4, estando los cordones alineados en un estrato 3, al estrado 3 i+i adyacente. No obstante, preferentemente, cada estrato 3i puede estar formado por varios cordones 7 j En la realización ilustrada en la figura 6, los estratos 3i y 32 están formados cada uno por la yuxtaposición de cinco cordones, respectivamente 7i , i , 7i ,2, 7 i ,3, 7 i ,4, 7i ,5 por un lado y 72,1, 72,2, 72,3, 72,4, 72,5 por otra parte. Los cordones 7i,i a 7i ,5 y 72,1 a 72,5 se depositan a 90° de un estrato a otro. Los cordones 7i,i a 7 i ,5 están yuxtapuestos y son continuos. Los cordones 72,i a 72,5 son discontinuos para crear un vacío, de forma rectangular en el ejemplo ilustrado.
Cuando se deposita(n) el(los) cordón(es) 72j, formando así el segundo estrato 32, la etapa previamente descrita de desplazamiento vertical y horizontal del cabezal de extrusión 6 se repite tantas veces como sea necesario, para formar la estructura tridimensional en bruto manipulable 2 según el modelo digital 3D M, determinado por el software de diseño por ordenador y el software de "rebanado". El crecimiento de la estructura tridimensional en bruto y manipulable 2 se realiza a lo largo del eje z. De forma más precisa, la estructura tridimensional en bruto manipulable 2 se construye sobre la placa horizontal 5 por apilamiento de los estratos 31 a 3n formados a partir de cordones 71.1 a 7n,m según el modelo digital 3D M.
Como se representa en las figuras, cada estrato 3i se caracteriza por un espesor e y los cordones 7ij por un espesor e y una anchura l. El espesor e de un cordón 7 ij es una dimensión de dicho cordón 7 ij atrapado entre el orificio de flujo 8 del cabezal de extrusión 6 y la superficie del estrato anterior 3i-1, o el de la placa horizontal 5 sobre la cual se deposita. El espesor del estrato 3i es por lo tanto idéntico al del cordón 7 ij, y cada cordón 7 ij tiene el mismo espesor e . La anchura L del cordón 7ij depende del caudal volumétrico de la composición inorgánica 4 extruida a través del orificio calibrado 8 , de la velocidad de desplazamiento del orificio calibrado 8 y de la relación e/D, siendo D el diámetro del orificio de flujo 8. En los ejemplos de realización representados en las figuras 5 y 8, los cordones 7 ij y 7i+1j+1 tienen la misma anchura l.
El solicitante observó que la resistencia mecánica de la estructura tridimensional en bruto podría, en algunos casos, ser insuficiente con la consecuencia de una deformación de la estructura tridimensional en bruto resultante de su hundimiento. Esta deformación puede resultar del hundimiento de estratos insuficientemente consolidados que se deforman bajo el peso de los estratos depositados encima. La figura 7 ilustra este fenómeno de hundimiento. El solicitante ha observado que esta deformación también puede resultar de un hundimiento del cordón inmediatamente después de su extrusión: un hundimiento del cordón puede tener lugar al salir del cabezal de extrusión, generando entonces una deformación de la sección recta del cordón, y en particular una altura final del cordón inferior a la prevista según el modelo digital 3D. En el caso de que la estructura tridimensional incluya una inclinación, la deformación también puede resultar del hundimiento de las partes del cordón en una situación en voladizo cuando la estructura tridimensional en bruto se construye sin soportes.
Según un modo de realización, para evitar cualquier fenómeno de hundimiento, se lleva a cabo una aceleración de la consolidación antes de la etapa de sinterización para aumentar rápidamente la resistencia mecánica de la estructura tridimensional en bruto conforme al modelo digital M como se ilustra en la figura 8. En ese caso, cada estrato 3 i conserva su forma y dimensiones iniciales a lo largo del tiempo y, en particular, su espesor e y su anchura L iniciales.
Esta aceleración de la consolidación se puede lograr a medida que se construye la estructura tridimensional en bruto manipulable. 2 utilizando un dispositivo de consolidación 10 que se desplaza de manera idéntica al orificio de flujo 8. Como se ilustra esquemáticamente en la figura 1, el dispositivo de consolidación 10 se coloca en la proximidad del cabezal de extrusión 6 llevado o no por el cabezal de extrusión 6. De forma más precisa, el dispositivo de consolidación 10 puede o no estar conectado al cabezal de extrusión 6 o ser parte del cabezal de extrusión 6. Si el dispositivo de consolidación 10 no es transportado por el cabezal de extrusión 6, este sigue sus desplazamientos. Así, la aceleración de la consolidación se lleva a cabo a medida que se extruye la composición inorgánica 4. Preferentemente, la aceleración de la consolidación se logra a partir de la extrusión del cordón 7 ij al salir del orificio de flujo 8.
Este dispositivo de consolidación 10 permite acelerar la solidificación de al menos un polímero termofusible comprendido en la composición inorgánica 4. En otras palabras, la solidificación del o de los polímeros termofusibles gracias al dispositivo de consolidación 10 es lo suficientemente rápida como para proporcionar resistencia mecánica a la estructura tridimensional en bruto manipulable 2, y suficiente para evitar cualquier hundimiento de la misma, incluso cuando presenta inclinaciones.
El enfriamiento controlado se obtiene mediante un dispositivo de consolidación. 10 que puede ser convectivo o radiativo.
En el caso de un dispositivo de consolidación 10 convectivo, uno o más chorros de aire se dirigen hacia el cordón 7 j el enfriamiento se realiza entonces únicamente mediante una renovación de la atmósfera alrededor de dicho cordón 7i,j. Como se representa en las figuras 9, 10A y 10B, el dispositivo de consolidación 10 se puede integrar en el cabezal de extrusión 6 alrededor del orificio de flujo 8. El dispositivo de consolidación 10 convectivo puede tener la forma de una ranura anular cónica 101 dispuesta alrededor del orificio de flujo 8 (figura 10A), o en forma de varios orificios 102 dispuestos alrededor del orificio de flujo 8 (figura 10B).
En el caso de un dispositivo de consolidación 10 por radiación, el dispositivo se puede disponer alrededor del orificio de flujo 8 , siendo solidario o no al cabezal de extrusión 6 , tal como está representado en la figura 11.
La aceleración de la consolidación se puede ajustar en función de la composición inorgánica 4 usada. En efecto, dependiendo de la naturaleza de la composición inorgánica 4, y en particular su reología, la aceleración de la consolidación debe ser más o menos significativa para evitar cualquier fenómeno de hundimiento de la estructura tridimensional en bruto manipulable 2. El ajuste de la aceleración de consolidación se puede lograr adaptando el flujo de aire y/o la energía radiativa generada(s) por el dispositivo de consolidación 10.
Según la realización representada en las figuras 5 y 8 , los estratos 3 i tienen la misma forma y dimensión y están alineados (es decir, apilados a lo largo del eje z). Así, se puede fabricar un soporte inorgánico monolítico poroso1 que comprende uno o más canales 11 rectilíneos. Esta realización no es limitativa. Por ejemplo, según las realizaciones ilustradas en las figuras 12A y 12B, los diferentes estratos 3 i están apilados a lo largo del eje z de manera que la estructura tridimensional en bruto manipulable 2 presente una inclinación o rebaje o voladizo de resultante de la desalineación del cordón 7i,j con respecto al estrato 3i-1 sobre el que se deposita. El ángulo de rebaje a (en inglés "overhang angle" - correspondiente a Arc tg (e/de)) representa la amplitud de la inclinación: cuanto menor es a, mayor es la amplitud de la inclinación.
El procedimiento de la invención, posiblemente la aceleración de la consolidación del cordón 7 i,j en el momento de su deposición, y posiblemente la reología de la composición inorgánica 4, proporcionan suficiente resistencia mecánica para que la estructura tridimensional en bruto manipulable 2 no se deforme y sea mecánicamente estable en el tiempo incluso cuando presente una inclinación, lo que permite suprimir la necesidad de soporte 12 que suele ser necesario para evitar el hundimiento de una estructura tridimensional en bruto que presenta una inclinación (véase la figura 13 donde los soportes provisionales 12 de forma complementaria a la estructura tridimensional en construcción se imprimen simultáneamente). Esta aceleración de la consolidación permite, para una composición inorgánica 4 dada y para parámetros de impresión dados (diámetro del orificio de flujo 8 , velocidad de extrusión del cordón 7 ij, velocidad de desplazamiento del cabezal de extrusión 6), para adaptarse a la amplitud de la inclinación. En resumen, estructuras tridimensionales en bruto 2 se pueden construir sin que se observe un fenómeno de hundimiento, incluso cuando esta estructura presenta una inclinación y en ausencia de soportes.
La presencia de al menos una inclinación dentro de la estructura tridimensional en bruto manipulable 2 permite la fabricación de un soporte inorgánico monolítico poroso 1 que comprende al menos un canal helicoidal, tal como se describe en la solicitud FR 3060410 del solicitante. Un soporte poroso de este tipo permite obtener una membrana de filtración tangencial con una geometría adaptada que permite reducir el riesgo de obstrucción de la capa de separación y, por tanto, un aumento del flujo de filtrado.
Como se ilustra en la figura 14, el procedimiento según la invención permite construir una estructura tridimensional en bruto manipulable 2 por apilamiento de los estratos 31 a 3n según el modelo digital 3D M.
Finalmente, una vez obtenida la estructura tridimensional en bruto manipulable 2, esta se somete a un tratamiento térmico para realizar una operación de sinterización. Para ello, la estructura tridimensional en bruto manipulable 2 se coloca en un horno cuya temperatura varía entre 0,5 y 1 veces la temperatura de fusión de al menos uno de los materiales inorgánicos sólidos en polvo presentes en la composición inorgánica 4 y durante un tiempo suficiente para permitir la sinterización de toda la estructura tridimensional en bruto manipulable 2.
Durante la etapa de sinterización, las dimensiones del soporte poroso 1 pueden variar con respecto a las dimensiones de la estructura tridimensional en bruto manipulable 2. Esta variación depende de la naturaleza de la composición inorgánica 4 y de las condiciones de sinterización. El software de diseño por ordenador utilizado en el contexto de la invención permite anticipar esta variación y el modelo digital 3D M se determina en función de la misma.
El procedimiento según la invención permite obtener un soporte inorgánico monolítico 1 con una textura porosa interconectada adecuada para su uso en filtración, y en particular en filtración tangencial. Asimismo, el soporte inorgánico monolítico poroso 1 obtenido de esta manera presenta una resistencia mecánica adecuada para su utilización en filtración, y en particular en filtración tangencial. De forma más precisa, el soporte inorgánico monolítico poroso 1 soporta una presión interna de al menos 3.000 kPa (30 bares) sin estallido, y preferentemente al menos 5.000 kPa (50 bares) sin estallido. Una presión de estallido es la presión a la que un soporte estalla debido a la presión
interna aplicada en los canales con agua.
La estructura tridimensional construida puede tener cualquier forma, y en particular una forma alargada, que posee una sección transversal circular y que presenta una superficie exterior cilíndrica como se ilustra en la figura 15. Sin embargo, esta forma no es obligatoria y se podría considerar otra forma dependiendo de la aplicación deseada. En efecto, el procedimiento según la invención permite realizar soportes inorgánicos monolíticos porosos 1 de variadas formas. En particular cuando el soporte inorgánico monolítico poroso 1 está diseñado para su uso en una membrana de filtración tangencial, esto incluye al menos un canal 11 para la circulación del fluido que se va a tratar, y ventajosamente varios canales 11. Estos canales 11 pueden ser rectilíneos o no rectilíneos, interconectados o no interconectados. En el ejemplo ilustrado en la figura 15, el soporte monolítico poroso 1 incluye cuatro canales 11 formados por la superposición de los orificios 9 de los estratos 31 a 3n apilados, dichos canales 11 siendo rectilíneos, no interconectados, y de sección triangular con ángulos redondeados. La geometría y el número de canales 11 están determinados por el modelo digital 3D M elegido y, por lo tanto, no se limitan a lo que se ilustra en la figura 15. Por ejemplo, como se ilustra en las figuras 16A y 16B, el soporte puede incluir un canal central rectilíneo 111 y canales helicoidales 11a, 11b, 11 c, 11 d, 11e, 11f, 11g formando una espiral alrededor del canal central recto 11 1.
Según una primera realización, el procedimiento según la invención permite la preparación de una única estructura tridimensional en bruto manipulable 2 a la vez, dando lugar a un único soporte monolítico poroso 1 a la vez después de la sinterización.
Según una segunda realización ilustrada en la figura 17, el procedimiento descrito anteriormente permite la preparación simultánea de dos estructuras tridimensionales en bruto manipulables e independientes 2 1 y 2 2 , es decir, no unidas entre sí, destinadas a someterse a una etapa de sinterización para formar dos soportes monolíticos porosos 1, y 12- Para ello, la máquina incluye dos orificios de flujo 8 1 y 8 2 : cada estructura tridimensional en bruto manipulable e independiente 2 1 y 2 2 se prepara entonces apilando estratos, cada uno de ellos constituido respectivamente por un cordón procedente cada uno de un orificio de flujo separado, respectivamente 8 1 y 8 2. En el ejemplo ilustrado en la figura 17, las dos estructuras tridimensionales en bruto manipulables 2 1 y 2 2 tienen forma y dimensiones idénticas y se construyen mediante un desplazamiento idéntico de los orificios de flujo 8 1 y 8 2 que preferentemente están montados solidarios. No obstante, el ejemplo ilustrado no es limitativo: se puede prever preparar más de dos estructuras tridimensionales en bruto manipulables al mismo tiempo, y en particular tres o cuatro, teniendo estas estructuras tridimensionales en bruto manipulables formas y/o dimensiones idénticas o diferentes.
Según una tercera realización, el procedimiento descrito anteriormente permite la preparación de una estructura tridimensional en bruto manipulable 2 en forma de varias subestructuras tridimensionales iguales o diferentes y separables entre sí. Según esta realización, las subestructuras tridimensionales están interconectadas por al menos un puente 13 divisible, formado usando el cordón 7 i,j de composición inorgánica 4, y preferentemente varios puentes 13 de forma y/o dimensión idénticas o diferentes, espaciados entre sí y preferentemente alineados.
Según esta realización ilustrada en la figura 18, el procedimiento según la invención permite la fabricación de una estructura tridimensional en bruto manipulable 2 en forma de dos subestructuras tridimensionales 2 3 y 24 conectadas con varios puentes divisibles 13 idénticos, en toda la altura de las subestructuras tridimensionales en bruto 2 3 y 24. Las dos subestructuras tridimensionales 2 3 y 24 son de forma y dimensión idénticas, e incluyen cuatro canales 11 rectilíneos con una sección recta transversal triangular con ángulos redondeadas.
Tal como está ilustrado en la figura 19, esta tercera realización también permite la fabricación de una estructura tridimensional en bruto manipulable en forma de tres subestructuras en bruto 2 5 , 26, 2 7 conectadas en serie por varios puentes divisibles distribuidos en la altura de la estructura tridimensional. Tal como está representado, las tres subestructuras en bruto 2 5 , 26, 2 7 son idénticas y cada una incluye un canal central rectilíneo 11, de sección circular y siete canales helicoidales 11a, 11b, 11c, 11d, 11e, 11f, 11g de sección triangular con ángulos redondeados y formando una espiral alrededor del canal central rectilíneo 111.
Alternativamente, aunque no está ilustrado, las subestructuras tridimensionales se pueden unir mediante un único puente divisible 13, presente o no en toda su altura de la estructura tridimensional en bruto manipulable 2, y pueden incluir canales de diferente número y forma. Igualmente, aunque no está ilustrado, el procedimiento según la invención permite preparar más de tres subestructuras tridimensionales separables. Aunque no está ilustrado, las subestructuras tridimensionales preparadas según esta última realización pueden tener diferentes formas y/o dimensiones.
Antes de la etapa de sinterización, el(los) puente(s) 13 que conecta(n) las subestructuras tridimensionales pueden romperse, permitiendo producir soportes porosos monolíticos después de la etapa de sinterización.
El procedimiento según la invención presenta la ventaja de ofrecer características constantes y uniformes a los soportes inorgánicos monolíticos porosos 1 en una sola etapa de producción, y de permitir acceder a una amplia variedad de formas. El procedimiento según la invención permite también preparar soportes inorgánicos monolíticos porosos 1 presentando una inclinación sin requerir soportes durante su fabricación.
La invención se refiere igualmente a un soporte inorgánico monolítico poroso 1 obtenido mediante el procedimiento
según la invención. Un soporte de este tipo presenta la ventaja de tener una estructura homogénea y es adecuado para su uso como soporte de membrana de filtración.
Finalmente, la invención se refiere al procedimiento de preparación de una membrana de filtración tangencial, así como una membrana de filtración tangencial obtenida mediante dicho procedimiento.
En la membrana de filtración tangencial según la invención, la pared del o de los canales 11 de circulación proporcionados en el soporte inorgánico monolítico poroso 1 está recubierta por al menos una capa separadora de filtración que está destinada a estar en contacto con el fluido que se va a tratar y a asegurar la filtración del medio fluido que se va a tratar. La(s) capa(s) separadora(s) se crea(n) después de la formación del soporte inorgánico monolítico poroso 1. El procedimiento de preparación de una membrana de filtración tangencial conforme a la invención comprende entonces las etapas de preparación de un soporte inorgánico monolítico poroso 1 según el procedimiento descrito anteriormente, seguidas (es decir, después de la etapa de sinterización final para la preparación del soporte inorgánico monolítico poroso 1) por una etapa de creación de una o más capas de filtración separadoras. Este procedimiento se describe ventajosamente en la patente FR 2723541 a nombre del solicitante.
La creación de la capa separadora de filtración se puede realizar utilizando cualquier técnica conocida por los expertos en la materia. En particular, la capa separadora se puede depositar en las paredes de los canales 11 del soporte 1 mediante la aplicación de una suspensión que contenga al menos una composición sinterizable destinada, después de la cocción, a constituir una capa separadora de filtración. Una composición de este tipo presenta una constitución utilizada convencionalmente en la producción de membranas inorgánicas de filtración. Esta composición contiene al menos un óxido, un nitruro, un carburo, u otro material cerámico o una mezcla de los mismos, prefiriéndose los óxidos, nitruros y carburos metálicos. La composición sinterizable se pone en suspensión, por ejemplo en agua. Para eliminar el riesgo de presencia de agregados y para optimizar la dispersión de los granos en el líquido, la suspensión obtenida se tritura, con el fin de destruir los agregados y obtener una composición compuesta esencialmente de partículas elementales. A continuación, la reología de la suspensión se ajusta con aditivos orgánicos para cumplir con los requisitos hidrodinámicos para la penetración en los canales de los soportes. La capa separadora, una vez depositada, se seca y a continuación se sinteriza a una temperatura que depende de su naturaleza, del tamaño promedio de sus granos y del umbral de corte objetivo.
Esta etapa de deposición de la capa separadora de filtración se repite en el caso de una capa separadora multicapa.
La membrana según la invención tiene una buena resistencia mecánica. De forma más precisa, la membrana según la invención tiene una presión interna de al menos 3.000 kPa (30 bares) sin estallido, y preferentemente de al menos 5.000 kPa (50 bares). Se acepta comúnmente como necesaria y suficiente una presión interna de 5.000 kPa (50 bares) para garantizar la resistencia mecánica de las membranas durante su funcionamiento.
La invención no se limita a los ejemplos descritos y representados porque se le pueden realizar diversas modificaciones sin salirse de su alcance.
Claims (13)
1. Procedimiento de fabricación de al menos un soporte inorgánico monolítico poroso (1) que tiene una porosidad comprendida entre el 10 % y el 60 % y un diámetro de poros promedio que pertenece al intervalo de 0,5 |jm a 50 |jm, utilizando una máquina de impresión 3d (I) que comprende al menos un cabezal de extrusión (6) móvil montado en el espacio con respecto a y por encima de una placa horizontal fija (5), dicha máquina de impresión 3D permite la deposición de un cordón (7 ij) de composición inorgánica (4) para construir, a partir de un modelo digital 3D (M), una estructura tridimensional en bruto manipulable (2) destinada a formar el(los) soporte(s) inorgánico(s) poroso(s) monolítico(s) (1), consistiendo el procedimiento en:
- disponer de la composición inorgánica (4), comprendiendo dicha composición inorgánica (4) una primera fase inorgánica sólida en polvo en forma de partículas con un diámetro promedio comprendido entre 0,1 jm y 150 jim, y una segunda fase en forma de una matriz que comprende al menos un polímero termofusible,
- alimentar el cabezal de extrusión (6) de la máquina de impresión 3D (I) con la composición inorgánica (4), estando dicho cabezal de extrusión (6) a una temperatura que permita la extrusión de la composición inorgánica (4) para formar el cordón ( 7 j
- construir utilizando dicho cordón (7 ij) en dicha placa horizontal (5) la estructura tridimensional en bruto manipulable (2) conforme al modelo digital 3D (M),
- disponer en un horno de tratamiento térmico esta estructura tridimensional en bruto manipulable (2) para realizar una operación de sinterización a una temperatura comprendida entre 0,5 y 1 vez la temperatura de fusión de al menos un material que forma la fase inorgánica sólida en polvo.
2. Procedimiento según la reivindicación 1, en donde la consolidación de la estructura tridimensional en bruto manipulable (2) se acelera a medida que se extruye dicho cordón (7 ij) utilizando un dispositivo de consolidación (10).
3. Procedimiento según la reivindicación 2, en donde el dispositivo de consolidación (10) es un dispositivo de enfriamiento controlado que provoca la solidificación de al menos un polímero termofusible contenido en la matriz.
4. Procedimiento según la reivindicación 2 o 3, en donde la estructura tridimensional en bruto manipulable (2) se realiza con una inclinación sin implementar soportes.
5. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la fase inorgánica sólida en polvo comprende uno o más óxidos y/o carburos y/o nitruros y/o metales, elegido(s) preferentemente entre óxido de titanio, oxido de aluminio, óxido de circonio, óxido de magnesio, carburo de silicio, titanio y acero inoxidable, y en particular óxido de titanio.
6. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la reología de la composición inorgánica (4) se ajusta gracias a al menos una de las siguientes características: la granularidad de la fase inorgánica sólida en polvo, la naturaleza y/o la proporción del o de los polímeros termofusibles, la temperatura de la composición inorgánica (4).
7. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la estructura tridimensional en bruto manipulable (2) tiene la forma de varias subestructuras tridimensionales (23, 24) separables entre sí.
8. Procedimiento según la reivindicación anterior caracterizado por que la estructura tridimensional en bruto manipulable (2) tiene la forma de varias subestructuras tridimensionales (23, 24) conectadas y mantenidas entre sí por al menos un puente divisible (13) realizado utilizando el cordón (7ij).
9. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado por que la composición inorgánica (4) está en forma de filamento.
10. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado por que la composición inorgánica (4) está en forma granulada.
11. Procedimiento de preparación de una membrana de filtración tangencial que comprende la fabricación según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores de un soporte inorgánico monolítico poroso (1) en donde se proporciona al menos un canal (11) de circulación del medio fluido que se va a tratar, seguido de una etapa de creación de al menos una capa separadora en las paredes del(de los) canal(es) (11).
12. Soporte inorgánico monolítico poroso (1) preparado según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10 que soporta una presión interna de al menos 3000 kPa (30 bares) sin estallido.
13. Membrana de filtración tangencial preparada según la reivindicación 11 que soporta una presión interna de al menos 3000 kPa (30 bares) sin estallido.
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