ES2961295T3 - Cabezal óptico para impresión 3D por proyección de polvo - Google Patents

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Abstract

Cabezal dosificador de polvo (1) para máquina de fabricación aditiva, comprendiendo el cabezal (1): - una abertura pasante dispuesta para permitir el paso de un haz de alta energía hacia el punto de fusión, - un cuerpo (2) que comprende N conductos de alimentación de polvo distribuidos a intervalos regulares alrededor de la abertura pasante y que convergen hacia el punto de fusión, comprendiendo además el cabezal dispensador (1) un miembro dispensador (3) que comprende una cámara dispensadora de polvo que tiene una entrada de polvo y N salidas de polvo distribuidas a intervalos regulares alrededor de la abertura pasante, estando configurados el cuerpo (2) y el elemento dispensador (3) para poder moverse entre sí, con el fin de conectar o desconectar de manera fluida las salidas de polvo al polvo respectivo. conductos de alimentación dependiendo de la posición relativa del miembro dispensador (3) con respecto al cuerpo (2). (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Cabezal óptico para impresión 3D por proyección de polvo
Campo técnico
La invención hace referencia al campo de la fabricación por impresión 3D utilizada en numerosos campos técnicos tales como la industria automovilística y aeronáutica.
Más concretamente, la invención hace referencia a un cabezal de una impresora 3D de proyección de polvo y a una impresora que comprende dicho cabezal.
Técnica anterior
La fabricación aditiva o impresión 3D designa un conjunto de métodos que permiten fabricar un objeto superponiendo capas de materiales, por ejemplo metálicos o plásticos, a partir de un modelo digital.
Este proceso de fabricación permite crear formas más complejas que las técnicas de mecanizado convencionales mediante la sustracción de material.
La fabricación aditiva por pulverización de polvo es una de las técnicas de fabricación aditiva más prometedoras. Esta técnica consiste en fundir uno o más polvos mediante un haz de alta energía, por ejemplo un haz láser, con el fin de generar un depósito de dimensiones controladas. Las capas de material se apilan de forma sucesiva para crear piezas técnicas funcionales.
Además, esta tecnología permite ahorrar material en comparación con el mecanizado convencional, en el que, por ejemplo, la retirada de material puede, por ejemplo, alcanzar hasta el 80% de la pieza acabada.
Una máquina de impresión 3D de proyección de polvo tiene un cabezal de impresión conectado al menos a una fuente de polvo por medio de un distribuidor de polvo que distribuye el polvo a un tubo de alimentación de polvo. El polvo se transporta en una corriente de gas portador, por ejemplo argón, y se desplaza hasta un punto de fusión para ser fundido por un haz, por ejemplo láser.
En las impresoras 3D conocidas de la técnica anterior, el dispensador se sitúa lejos del cabezal de impresión, generalmente fuera del recinto de la máquina, por razones de espacio y mantenimiento.
Esto da lugar a una gran longitud del tubo de alimentación, lo que conlleva un tiempo de respuesta largo entre el inicio y la llegada del polvo. Este tiempo de respuesta es perjudicial, ya que impide poder detener el caudal de polvo entre dos desplazamientos del cabezal de impresión sin que se dispare el láser. Por lo tanto, esto puede provocar una pérdida importante de polvo durante la fabricación de una pieza.
El objetivo de la invención es aportar una solución al problema indicado anteriormente, proponiendo un cabezal de distribución de polvo que permita limitar las pérdidas de polvo y una máquina de fabricación 3D que comprenda un medio de distribución de este tipo.
El documento US 2006/266740 A1 describe un cabezal de distribución de polvos para una máquina de fabricación aditiva que comprende una abertura pasante dispuesta para permitir el paso de un haz de alta energía hacia el punto de fusión, un cuerpo que comprende N tubos de alimentación de polvo hacia un punto de fusión, estando dichos tubos distribuidos de forma regular alrededor de la abertura pasante y convergiendo hacia el punto de fusión, comprendiendo el cabezal dispensador además un órgano de distribución que comprende al menos una cámara de distribución de polvo que tiene una entrada de polvo y N salidas de polvo distribuidas de forma regular alrededor de la abertura pasante, de manera que cada salida de polvo se pueda conectar a un tubo de alimentación de polvo respectivo. El documento EP 3189925 A1 describe un cabezal de distribución de polvos para una máquina de fabricación aditiva que comprende un cuerpo y un órgano de distribución móviles entre sí, con el fin de conectar o desconectar de forma fluida las salidas de polvo a los tubos de alimentación de polvo de acuerdo con la posición relativa de dicho órgano de distribución con respecto al cuerpo.
Descripción de la invención
Para ello, la invención tiene por objetivo un cabezal de distribución de polvo, también denominado cabezal de impresión, para una máquina de fabricación aditiva de acuerdo con el objetivo de la reivindicación 1.
El haz de alta energía es, por ejemplo, un haz láser.
El movimiento relativo puede ser, por ejemplo, por traslación o rotación de uno con respecto al otro.
De este modo, a diferencia de las impresoras conocidas en las que el órgano de distribución está lejos del cabezal de impresión, de acuerdo con la invención un órgano de distribución de polvo está incluido en el cabezal de impresión 3D. Esto reduce considerablemente la longitud del tubo de alimentación de polvo que transporta el polvo al punto de fusión.
Además, gracias a un movimiento relativo entre el cuerpo del cabezal y el órgano de distribución, la alimentación de polvo se puede cortar rápidamente cuando se apaga el láser. El resultado es un ahorro considerable de polvo. De acuerdo con una forma de realización, el órgano de distribución puede comprender:
• una primera cámara de distribución de polvo que tiene una primera entrada de polvo y al menos una primera salida de polvo, y
• una segunda cámara de distribución de polvo que tiene una segunda entrada de polvo y al menos una segunda salida de polvo.
El cuerpo y el órgano de distribución tienen al menos una posición en la que la primera salida de polvo o la segunda salida de polvo se conectan de forma fluida al tubo de alimentación de polvo.
De este modo, es posible pasar de un primer polvo a un segundo de distinta naturaleza para fabricar piezas multimaterial.
Ventajosamente, el órgano de distribución comprende medios de mezcla configurado para enviar al tubo de alimentación de polvo una mezcla compuesta por un porcentaje del primer polvo que sale de la primera cámara y un porcentaje del segundo polvo que sale de la segunda cámara.
Esto permite fabricar objetos compuestos por una mezcla de polvos. Además, la dosificación proporcional de dos polvos, PA y PB, permite fabricar piezas con características evolutivas modificando las concentraciones de PA y PB durante la fabricación.
Ventajosamente, el cuerpo comprende además un circuito de reciclado de polvo configurado para descargar polvo con destino a un contenedor de reciclado, estando el órgano de distribución configurado para conectar de forma fluida la primera salida de polvo o la segunda salida de polvo al circuito de reciclado cuando este último está desconectado del tubo de alimentación.
Esto permite reciclar los polvos y mantener una corriente constante de gas portador, evitando que se depositen residuos de polvo en los tubos.
De acuerdo con una forma de realización, el cuerpo comprende dos circuitos de reciclado, cada uno configurado para descargar polvo con destino a un contenedor de reciclado respectivo, estando la primera salida y la segunda salida configuradas cada una para conectarse a su circuito de reciclado respectivo cuando se desconectan del tubo de alimentación de polvo.
De este modo, se pueden reciclar dos polvos.
Ventajosamente, el órgano de distribución también comprende una cámara de distribución de un gas de purga, preferiblemente un gas puro como por ejemplo el argón, que tiene una entrada de gas y al menos una salida de gas, presentando el cuerpo y el órgano de distribución al menos una posición en la que la salida de gas se conecta de forma fluida al tubo de alimentación de polvo, al primer circuito de reciclado o al segundo circuito de reciclado.
El gas de purga permite purgar los distintos circuitos, en particular las cámaras primera y segunda, de residuos de polvo.
De acuerdo con una forma de realización, el cuerpo puede comprender un tubo externo de alimentación de polvo dispuesto para comunicar de forma fluida con una salida de polvo y configurado para alimentar el primer polvo o el segundo polvo hacia el punto de fusión.
Esto permite inyectar el polvo sin pasar por el tubo de alimentación principal interno del cabezal de impresión. En efecto, un cabezal de fabricación aditiva está expuesto al calor del haz láser y a la radiación procedente de la pieza que se está fabricando. De este modo, cuando el primer polvo requiere un elevado aporte de calor y el segundo no, el primer polvo se inyecta por medio del tubo de alimentación principal y el segundo por medio del tubo externo. Por lo tanto, esto permite incluir el segundo polvo en el baño de fusión sin calentarlo innecesariamente.
Ventajosamente, el cabezal de distribución de polvos también comprende un circuito de refrigeración configurado para hacer circular un fluido de refrigeración, por ejemplo, un líquido, entre una entrada y una salida de dicho fluido.
La refrigeración líquida garantiza una refrigeración adecuada del cabezal. El calor se puede propagar al cuerpo del cabezal, ya que la punta del cabezal es muy fina y frágil, y su calentamiento acelera los efectos de adherencia de la escoria y, en consecuencia, un deterioro de la corriente de enfoque del polvo.
La red de circulación de agua en el cabezal proporciona un escudo térmico para los elementos mecánicos internos y las juntas de estanqueidad, y en particular el cuerpo se puede beneficiar de una gran superficie de intercambio con el sistema de refrigeración.
De acuerdo con una forma de realización de la invención, el cuerpo tiene forma cónica, con la abertura pasante dispuesta entre la base y el vértice del cono.
De acuerdo con otra forma de realización de la invención, el órgano de distribución tiene la forma de una corona dispuesta para cooperar con la base del cono y puede rotar con respecto a la misma.
Ventajosamente, la abertura pasante atraviesa el eje del cono. En este caso, la rotación de la corona con respecto a la base del cono se puede realizar a lo largo del eje del cono.
Ventajosamente, el cuerpo comprende un número N de tubos de alimentación de polvo distribuidos uniformemente alrededor de la abertura pasante y convergentes hacia el punto de fusión. N puede ser mayor o igual a 2.
Ventajosamente, el primer y/o segundo circuito de reciclado tiene N entradas adyacentes a una entrada de un tubo de alimentación de polvo.
Ventajosamente, la primera y/o segunda cámara de distribución de polvo y/o la cámara de gas tienen N salidas distribuidas uniformemente por la corona.
De acuerdo con una forma de realización, que combina algunas características descritas anteriormente, el cabezal de distribución de polvos para una máquina de fabricación aditiva, comprende:
• una abertura pasante dispuesta para permitir un paso de un haz de alta energía hacia el punto de fusión,
• un cuerpo que comprende N tubos de alimentación de polvo hacia un punto de fusión, estando dichos tubos distribuidos uniformemente alrededor de la abertura pasante y convergiendo hacia el punto de fusión,
El cabezal de distribución puede comprender además un órgano de distribución que comprenda al menos una cámara de distribución de polvo que tenga una entrada de polvo (polvo transportado por un gas) y N salidas de polvo distribuidas uniformemente alrededor de la abertura pasante, de manera que cada salida de polvo se pueda conectar a un tubo de alimentación de polvo respectivo, estando configurados el cuerpo y el órgano de distribución para ser móviles entre sí, a fin de conectar o desconectar de forma fluida las salidas de polvo a los tubos de alimentación de polvo de acuerdo con la posición relativa de dicho órgano de distribución con respecto al cuerpo, siendo N mayor o igual a 2.
Los varios tubos de alimentación de polvo y las varias salidas de polvo permiten distribuir y transportar el polvo de forma homogénea hasta el punto de fusión y garantizar una mejor fusión del mismo. En efecto, la cámara de distribución permite distribuir el polvo aguas arriba de los tubos de alimentación a por medio de las salidas de polvo, tras lo cual el polvo es transportado por los tubos de alimentación respectivos y llega por tanto al punto de fusión de manera distribuida alrededor del haz láser, lo que permite alcanzar el punto de fusión muy rápidamente.
Esta configuración es ventajosa en comparación con los cabezales de fabricación aditiva conocidos en el técnica anterior. En efecto en los cabezales de fabricación aditiva conocidos, no hay distribución aguas arriba del tubo de alimentación de polvo y éste llega por una única vía. En este caso, es necesario distribuir el polvo en el cuerpo por medio de un rebaje en forma de corona y, a continuación, en un cono de enfoque, o en boquillas concéntricas. Esta distribución requiere un volumen tampón suficiente y alarga considerablemente el tiempo de respuesta necesario para obtener una corriente homogénea en el punto focal. Por lo tanto, este sistema obliga a respetar un tiempo de "pausa" para garantizar una corriente homogénea de polvo, lo que se traduce en una pérdida de polvo y de tiempo.
De acuerdo con una forma de realización, el órgano de distribución puede comprender:
• una primera cámara de distribución de polvo que tiene una primera entrada de polvo y N primeras salidas de polvo distribuidas uniformemente alrededor de la abertura pasante,
• una segunda cámara de distribución de polvo que tiene una segunda entrada de polvo y N segundas salidas de polvo,
el cuerpo y el órgano de distribución tienen al menos una posición en la que las primeras salidas de polvo o las segundas salidas de polvo se conectan de forma fluida a los respectivos tubos de alimentación de polvo.
De acuerdo todavía con otra forma de realización, el órgano de distribución puede comprender:
• una primera cámara de distribución de polvo que tiene una primera entrada de polvo y N primeras salidas de polvo distribuidas uniformemente alrededor de la abertura pasante,
• una segunda cámara de distribución de polvo que tiene una segunda entrada de polvo y N segundas salidas de polvo,
el órgano de distribución comprende además uno o más medios de mezcla de polvo que conectan simultáneamente una primera salida de polvo y una segunda salida de polvo a un tubo de alimentación de polvo común.
Ventajosamente, cada par formado por una primera salida de polvo y una segunda salida de polvo se puede conectar a un tubo de alimentación de polvo respectivo mediante un medio de mezcla.
De acuerdo con otra forma de realización:
• el cuerpo comprende un número N de tubos de alimentación de polvo distribuidos uniformemente alrededor de la abertura pasante y que convergen hacia el punto de fusión, el primer circuito y el segundo circuito de reciclado tienen cada uno N entradas adyacentes a una entrada de un tubo de alimentación de polvo,
• las cámaras de distribución de polvo primera y segunda y la cámara de gas tienen cada una N salidas distribuidas por la corona de manera que cada una de las N salidas esté frente a una de las N entradas del cuerpo, siendo N mayor o igual a 2.
La multiplicidad de tubos de alimentación y de salidas de polvo permite distribuir el polvo y transportarlo de forma homogénea hasta el punto de fusión. En otras palabras, el polvo llega al punto de fusión distribuido alrededor del haz láser, lo que permite mejor fusión.
Ventajosamente, el cabezal de distribución de polvo se puede fabricar mediante impresión 3D. En este caso, el cabezal de distribución de polvo puede comprender una red de refrigeración integrada que actúe a todos los niveles del cuerpo, recorriendo diversas partes externas e internas del mismo.
A diferencia de los sistemas conocidos en los que el cabezal suele estar provisto de un collarín de refrigeración, el sistema de refrigeración de acuerdo con la invención es una red de canales de refrigeración que recorre por completo el cuerpo interna y externamente. Esto permite formar un escudo térmico hacia el exterior y garantizar una refrigeración interna de los órganos.
La invención también hace referencia a una máquina de fabricación aditiva por pulverización de polvos que comprende un cabezal de distribución de polvo de acuerdo con la descripción anterior.
Las características de las formas de realización descritas anteriormente se pueden tomar por separado o juntas o de acuerdo con diferentes combinaciones.
Breve descripción de las figuras
La invención se comprenderá mejor y otras particularidades y ventajas se harán evidentes con la lectura de la siguiente descripción, que hace referencia a los dibujos adjuntos, entre los cuales:
[Figura 1] La figura 1 muestra una vista esquemática parcial de un sistema de impresión 3D conocido de la técnica anterior;
[Figura 2] La figura 2 es una vista general de un cabezal de impresión de acuerdo con la invención;
[Figura3] [Figura 4] Las figuras 3 y 4 muestran, respectivamente, un órgano de distribución y una parte principal de un cuerpo de cabezal de acuerdo con la figura 2;
[Figura 5] [Figura 6] Las figuras 5 y 6 son secciones transversales verticales del órgano de distribución de la figura 3 y del cuerpo principal de la figura 4, respectivamente;
[Figura7] La figura 7 es una vista en sección vertical del cabezal de impresión de acuerdo con la figura 2; [Figura8] La figura 8 es una vista estallada de un cuerpo de cabezal de impresión de acuerdo con la invención;
[Figura9] [Figura 10] Las figuras 9 y 10 son dos variantes del cabezal de la figura 2;
[Figura 11] La figura 11 es una vista en sección de un cabezal de impresión equipado con medios para mezclar dos polvos;
[Figura12] [Figura 13] Las figuras 12 y 13 muestran una variante del cabezal de la figura 11 que permite realizar una mezcla de polvo en frío.
Descripción detallada
La figura 1 muestra un ejemplo de una instalación de impresión 3D por chorro de polvo conocida en la técnica anterior. La instalación comprende un cabezal de impresión T conectado a una primera fuente A de polvo PA, y a una segunda fuente B de polvo PB. Para fabricar un objeto M, un tubo de alimentación P transporta los polvos PA, PB hasta un punto de fusión F donde un haz emitido por una fuente láser L funde estos polvos por separado o en forma de mezcla. Como cada polvo es transportado por un gas portador, un sistema de reciclado permite recuperar los polvos PA, PB no utilizados en los respectivos recuperadores de polvo RA, RB.
En otros casos, no ilustrados, la instalación puede ser monomaterial, o por el contrario comprender más fuentes de polvos.
La instalación también incluye una fuente de gas de purga G, así como un sistema de distribución de polvo, también denominado sistema de conmutación C. Este sistema permite conectar y desconectar las fuentes A, B de polvo PA, PB y la fuente de gas G al tubo de alimentación P o a los recuperadores de polvo RA, RB.
Por último, la instalación comprende un sistema de desplazamiento Z para desplazar el cabezal de impresión T y un sistema de movimiento D adaptado para mover el objeto M en particular durante la fabricación en ambas direcciones del plano X, Y. Por último, un sistema de control CT controla la instalación.
La instalación también puede incluir un dispositivo no ilustrado de dosificación de los polvos PA y PB.
Los polvos pueden ser polvos metálicos, como aceros al carbono y aceros inoxidables, o todas las aleaciones metálicas, por ejemplo, bases de níquel, bases de cobalto, aleaciones de titanio, cobre o aluminio, cerámicas, compuestos intermetálicos, y también polímeros u otros compuestos. Se pueden utilizar por separado o en capas distintas para la fabricación de piezas completas, la reparación de piezas desgastadas o el recubrimiento superficial de piezas metálicas.
Además, en el ejemplo ilustrado, el sistema de distribución de polvo se encuentra dentro de la instalación, pero alejado del cabezal T. Sin embargo, en la mayoría de las impresoras 3D conocidas, el sistema de distribución de polvo está fuera de la impresora.
La figura 2 muestra una vista general de un cabezal de distribución de polvo 1 de acuerdo con una primera forma de realización de la invención. El cabezal 1 comprende un cuerpo 2 de forma generalmente cónica y un órgano de distribución 3.
La figura 3 muestra un primer ejemplo de forma de realización de un órgano de distribución 3. En este ejemplo de forma de realización, el órgano de distribución 3 tiene forma de corona.
En otras formas de realización no ilustradas, el órgano de distribución puede tener una forma diferente a la corona. Por ejemplo, el órgano de distribución puede tener forma de disco o rectangular.
La figura 4 muestra una vista parcial de un cuerpo 2. Más concretamente, la figura 4 muestra una parte del cuerpo que se denominará cuerpo principal 2A en el resto de esta descripción.
En el ejemplo ilustrado, el cuerpo principal 2A generalmente es cilíndrico y tiene un orificio en forma de corona 20 que tiene por objetivo alojar la corona del órgano de distribución 3. También tiene una abertura pasante O a través de la cual pasa el haz láser L según se describe con referencia a la figura 1.
Cuando el cabezal se monta tal como se ilustra en la figura 2, la corona del órgano de distribución 3 está en contacto con el cuerpo principal 2A. Más concretamente, la corona se inserta en el orificio 20 del cuerpo principal 2A. Las dos partes 2A y 3 se disponen de forma que la corona puede girar con respecto al cuerpo principal, o a la inversa, si la corona está fija, es el cuerpo principal el que gira con respecto a la corona.
La figura 5 muestra una vista en sección vertical a través del eje de rotación de la corona 3. Según se muestra, la corona 3 tiene una primera cámara anular 31 que tiene por objetivo dispensar un primer polvo PA. La primera cámara 31 tiene una entrada de polvo 311 que tiene por objetivo conectarse a una fuente del primer polvo PA. También tiene varias salidas de polvo 312 para dispensar el polvo PA.
La corona 3 también tiene una segunda cámara 32 que tiene por objetivo dispensar un segundo polvo PB. La segunda cámara 32 tiene una entrada de polvo 321 que tiene por objetivo ser conectada a una fuente del segundo polvo PB. También tiene varias salidas de polvo 322 que permiten distribuir el segundo polvo PB.
La corona 3 también tiene una tercera cámara 33 que tiene por objetivo la distribución de un gas de purga G, como por ejemplo el argón. La tercera cámara 33 tiene una entrada de gas 331 que tiene por objetivo conectarse a una fuente de gas de purga. También tiene varias salidas de gas 332 para distribuir el gas de purga G.
Las salidas de las tres cámaras 31,32, 33 se disponen de forma regular, de forma que cada conjunto de tres salidas sucesivas comprende necesariamente una primera salida 312 de la primera cámara 31, una segunda salida 322 de la segunda cámara 32 y una tercera salida 332 de la tercera cámara 33.
La figura 6 muestra una vista en sección vertical del cuerpo principal 2A de la figura 4, que pasa, en esencia, por su eje central.
El cuerpo principal 2A tiene varios tubos de alimentación de polvo 21 que transportan el polvo hasta el punto de fusión. Cada tubo 21 tiene una entrada 221 diseñada para disponerse frente a una salida de polvo 312, 322 o una salida de gas 332. Uno de estos tubos 21 se puede ver en la figura 6.
El cuerpo principal 2A también incluye dos circuitos de reciclado de polvo 22, 23 configurados para descargar polvo con destino a los contenedores de reciclado RA, RB respectivamente.
El primer circuito de reciclado 22 tiene varias entradas 221 y una salida 222, según se muestra en la figura 4. El segundo circuito de reciclado 23 tiene varias entradas 231 y una salida 232, según se muestra en la figura 4. Las salidas 222 y 232 tienen por objetivo conectarse a los contenedores de reciclado RA y RB, respectivamente.
Ventajosamente, el número de tubos de alimentación de polvo 21 y el número de entradas 221,231 de cada circuito de reciclado 22, 23 es igual al número de salidas de polvos 312, 322 y al número de salidas de gas 332. Las entradas 211,221,231 de los tubos de alimentación 21 y de los circuitos de reciclado 22, 23 se disponen regularmente de forma que cada conjunto de tres entradas sucesivas comprende necesariamente una entrada 211 de un tubo de alimentación, una entrada 221 del primer circuito de reciclado y una entrada 231 del segundo circuito de reciclado.
A modo de ejemplo, cuando la corona de distribución 3 gira con respecto al cuerpo 2 son posibles las siguientes configuraciones.
Configuración 1: inyección del primer polvo PA.
• Cada primera salida de polvo PA 312 se conecta de forma fluida a un tubo de alimentación de polvo 21. En este caso, la pieza se fabrica utilizando el primer polvo PA;
• Cada segunda salida de polvo 322 está conectada a una entrada 231 del segundo circuito de reciclado 23 para reciclar el segundo polvo PB; y
• Cada salida de gas 332 se conecta a una entrada 221 del primer circuito de reciclado 22 para purgar este circuito de los residuos del primer polvo PA que se envían al contenedor RA.
De acuerdo con una utilización alternativa, cuando no se necesita el polvo PB, se puede desconectar su alimentación. Configuración 2 : inyección del segundo polvo PB.
• Cada segunda salida de polvo PB 322 se conecta de forma fluida a un tubo de alimentación de polvo 21. En este caso, la pieza se fabrica utilizando el segundo polvo PB;
• Cada primera salida de polvo PA 312 se conecta a una entrada 221 del primer circuito de reciclado 22 para reciclar el primer polvo PA; y
• Cada salida de gas 332 se conecta a una entrada 231 del segundo circuito de reciclado 23 para purgar este circuito de los residuos del segundo polvo PB que se envían al contenedor RB.
De acuerdo con una utilización alternativa, cuando no se necesita el polvo PA, se puede cortar su alimentación y cerrar el gas de reciclaje en cuanto se purgue el circuito.
Configuración 3 : inyección de polvo cortado.
• Cada salida de gas 332 se conecta de forma fluida a un tubo de alimentación de polvo 21. En este caso, se corta la inyección de polvo al punto de fusión;
• Cada primera salida de polvo PA 312 se puede conectar a una entrada 221 del primer circuito de reciclado 22 para reciclar el primer polvo PA; y
• Cada segunda salida de polvo 322 se puede conectar a una entrada 231 del segundo circuito de reciclado 23 para reciclar el segundo polvo PB.
Según se muestra en las figuras 4 y 6, el cuerpo principal 2A puede incluir también un circuito de refrigeración 24 configurado para hacer circular un líquido de refrigeración entre una entrada de líquido 241 y una salida de líquido 242.
De manera igualmente opcional, el cuerpo principal puede incluir también un tubo 27 para alimentar con una corriente de gas la abertura pasante O. Esta corriente de gas se utiliza para evitar que el polvo se eleve en la abertura pasante O.
El cuerpo principal también puede incluir un tubo 28 para alimentar con una corriente de gas al punto de fusión. Esta corriente de gas se utiliza para adaptar el tamaño de la superficie cubierta por el polvo, en particular evitando que se concentre demasiado en un punto. Esto contribuye a una mejor fusión del polvo por el haz láser.
La figura 7 muestra una sección vertical del cabezal de impresión 1 ilustrado en las figuras 2 a 6. Esta vista muestra la disposición del cuerpo 2 con el órgano de distribución 3, tal como se ha descrito anteriormente.
En el ejemplo de forma de realización mostrado en la figura 7, el cuerpo 2, como también se ilustra en la figura 8, tiene una forma generalmente cónica y consta de tres partes:
• un cuerpo principal 2A que comprende una base 25 del cono y una parte superior 21A del tubo o tubos de alimentación de polvo 21;
• un cuerpo intermedio 2B de forma cónica que comprende una parte inferior 21B del tubo o tubos de alimentación de polvo 21; y
• un cuerpo exterior 2C que fija el cuerpo intermedio 2B al cuerpo principal 2A y forma el vértice del cono 26.
Esta ventajosa configuración simplifica el mantenimiento de los cabezales de impresión en comparación con los modelos existentes.
La figura 9 ilustra una variante del cabezal de impresión 3D de acuerdo con la invención. Este cabezal 1', acodado a 90°, tiene por objetivo principalmente añadir material, por ejemplo para una reparación, en el interior de un tubo TB, en particular tubos con un diámetro interior mayor o igual a 100 milímetros.
La principal diferencia con el cabezal de impresión 1 descrito anteriormente reside en su forma acodada a 90°, que reduce la altura de los conectores y otros componentes conocidos en el técnica anterior por encima del órgano de distribución 3. Estos conectores se disponen principalmente en un lado del órgano de distribución 3. Esto permite una fácil inserción en el interior de un tubo.
Más concretamente, el cabezal 1' incluye un espejo MR que permite reflejar el haz láser L hacia el punto de fusión.
La figura 10 muestra una variante del cabezal de impresión 3D 1' de la figura 9. El cabezal 1" también incluye un sistema de conexión rápida CR en la base del cabezal 1". Este sistema de conexión rápida CR permite un rápido mantenimiento y sustitución de los cabezales.
La figura 11 ilustra una segunda realización en la que el cabezal 5 comprende un cuerpo 6, en esencia, similar al cuerpo 2 del cabezal 1 de la figura 2. La principal diferencia radica en el órgano de distribución 7. En el ejemplo mostrado de la figura 11, la corona de distribución 7 comprende dos cámaras de distribución 71, 72 con entradas de polvo 711, 721 respectivamente. También comprende un medio de mezcla configurado para enviar a los tubos de alimentación de polvo 21 una mezcla compuesta por un porcentaje del primer polvo PA que sale de la primera cámara 71 y un porcentaje del segundo polvo PB que sale de la segunda cámara 72.
El medio de mezcla puede, por ejemplo, comprender pares de canales, uno conectado a la primera cámara 71, el otro a la segunda cámara 72, convergiendo (convergiendo en cruz) hacia una entrada 211 de un tubo de alimentación de polvo 21.
La dosificación proporcional de dos polvos, PA y PB, permite fabricar piezas variables de acuerdo con la concentración de los polvos PA y PB.
En este caso, se proporciona un dispositivo no ilustrado para dosificar los polvos PA y PB fuera del cabezal 5.
En formas de realización no ilustradas, se utilizan mezclas proporcionadas de 3 o más polvos.
Las figuras 12 y 13 muestran una variante del cabezal de la figura 11, que permite realizar una mezcla de polvos en la que uno de los polvos se calienta menos al pasar por los tubos exteriores 92.
Alternativamente, sólo los tubos exteriores 92 son alimentados con polvo.
El cabezal de distribución de polvo 8 comprende un cuerpo 9 y un órgano de distribución 10.
El órgano de distribución 10 es, en esencia, similar al órgano de distribución 7 del cabezal 5 descrito anteriormente. El órgano de distribución 10 difiere en que no incluye medios de mezcla que permitan enviar una mezcla de polvo al tubo de alimentación de polvo 21.
El órgano de distribución 10 comprende una primera cámara de distribución de polvo 101 con una entrada de polvo 1011 y una o más salidas de polvo (no visibles en la figura 13), cada una de las cuales tiene por objetivo inyectar el primer polvo PA en un tubo de alimentación de polvo 21. También comprende una segunda cámara de distribución de polvo 102 con una entrada de polvo PB 1021 y una o más salidas de polvo 1022.
El cuerpo 9 es similar al cuerpo 6 descrito con referencia a la figura 11. Comprende un cuerpo principal 9A, un cuerpo intermedio 9B y un cuerpo exterior 9C. El cuerpo principal 9A comprende además tubos internos 91 que permiten conectar las salidas 1022 a la periferia del cuerpo principal 9A.
El cuerpo 9 comprende también un cuerpo adicional 9D, por ejemplo, en forma de corona que se enrosca alrededor del cuerpo principal. El cuerpo adicional 9D comprende tubos externos de alimentación de polvo 92 dispuestos para comunicar de forma fluida con las salidas de polvo 1022 por medio de los tubos internos 91. De este modo, el segundo polvo PB se transporta al punto de fusión por medio de los tubos externos 92 y se mezcla en frío con el baño fundido.

Claims (12)

REIVINDICACIONES
1. Cabezal de distribución de polvo (1; 5; 8) para una máquina de fabricación aditiva, comprendiendo dicho cabezal (1; 5; 8):
- una abertura pasante (O) dispuesta para permitir un paso de un haz de alta energía (L) hacia el punto de fusión, - un cuerpo (2; 6; 9) que comprende N tubos de alimentación de polvo (21; 92) hacia un punto de fusión, estando dichos tubos distribuidos regularmente alrededor de la abertura pasante (O) y convergiendo hacia el punto de fusión, el cabezal de distribución (1; 5; 8) comprende además un órgano de distribución (3; 7; 10) que comprende al menos una cámara de distribución de polvo (31,32; 71,72; 101, 102) que tiene una entrada (311,321; 711,721; 1011, 1021) para el polvo transportado por un gas y N salidas de polvo (312; 1022) distribuidas regularmente alrededor de la abertura pasante (O) de manera que cada salida de polvo se puede conectar a un tubo de alimentación de polvo respectivo (21; 92), estando configurados el cuerpo (2; 6; 9) y el órgano de distribución (3; 7; 10) para ser móviles entre sí, para conectar o desconectar de forma fluida las salidas de polvo (312, 322; 1022) a los tubos de alimentación de polvo (21; 92) de acuerdo con la posición relativa de dicho órgano de distribución (3; 7; 10) con respecto al cuerpo (2; 6; 9), siendo N mayor o igual que 2.
2. Cabezal de distribución de polvo de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el órgano de distribución comprende: - una primera cámara de distribución de polvo (31; 71; 101) que tiene una primera entrada de polvo (311; 711; 1011) y N primeras salidas de polvo (312) distribuidas uniformemente alrededor de la abertura pasante (O),
- una segunda cámara de distribución de polvo (32; 72, 102) que tiene una segunda entrada de polvo (321; 721; 1021) y N segundas salidas de polvo (322; 1022),
el cuerpo (2; 9) y el órgano de distribución (3; 10) tienen al menos una posición en la que las primeras salidas de polvo (312) o las segundas salidas de polvo (322; 1022) se conectan de forma fluida a los respectivos tubos de alimentación de polvo (21; 92).
3. Cabezal de distribución de polvo (5) de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el órgano de distribución comprende:
- una primera cámara de distribución de polvo (71) que tiene una primera entrada de polvo (711) y N primeras salidas de polvo distribuidas uniformemente alrededor de la abertura pasante (O),
- una segunda cámara de distribución de polvo (72) que tiene una segunda entrada de polvo (721) y N segundas salidas de polvo,
el órgano de distribución (7) comprende además uno o más medios de mezcla de polvo que conectan simultáneamente una primera salida de polvo y una segunda salida de polvo a un tubo de alimentación de polvo (21) común.
4. Cabezal de distribución de polvo de acuerdo con la reivindicación 2, en donde el cuerpo (2; 9) comprende además un circuito de reciclado de polvo (22, 23) configurado para descargar el polvo con destino a un contenedor de reciclado (RA, RB), estando configurado el órgano de distribución (3; 10) para conectar de forma fluida la primera salida de polvo (312) o la segunda salida de polvo (322) al circuito de reciclado (22, 23) cuando este último se desconecta del tubo de alimentación (21).
5. Cabezal de distribución de polvo de acuerdo con la reivindicación anterior, en donde el cuerpo comprende dos circuitos de reciclado (22, 23) configurados cada uno para descargar un polvo (PA, PB) con destino a un contenedor de reciclado respectivo (RA, RB), estando configuradas la(s) primera(s) salida(s) (311) y la(s) segunda(s) salida(s) (322) para conectarse cada una a su circuito de reciclado respectivo (22, 23) cuando se desconectan del tubo de alimentación de polvo (21).
6. Cabezal de distribución de polvo de acuerdo con la reivindicación 4 o la reivindicación 5, en donde el órgano de distribución comprende además una cámara de distribución de gas de purga (33) que tiene una entrada de gas (331) y N salidas de gas (332), teniendo el cuerpo (2) y el órgano de distribución (3) al menos una posición en la que las salidas de gas (332) se conectan de forma fluida a los respectivos tubos de alimentación de polvo (21) del primer circuito de recirculación (22) o del segundo circuito de recirculación (23).
7. Cabezal de distribución de polvo (8) de acuerdo con una de las reivindicaciones 2 ó 4 a 6, en donde el cuerpo (9) comprende N tubos externos de alimentación de polvo (92) dispuestos para comunicar de forma fluida con las salidas de polvo (1022) y configurados para alimentar el primer polvo (PA) o el segundo polvo (PB) hacia el punto de fusión.
8. Cabezal de distribución de polvo (1) de acuerdo con la reivindicación 6, en donde,
- el cuerpo tiene forma cónica, estando dispuesta la abertura pasante entre la base y el vértice del cono, y en el que - el órgano de distribución tiene la forma de una corona dispuesta para cooperar con la base del cono y con capacidad de giro con respecto a él.
9. Cabezal de distribución de polvo (1) de acuerdo con la reivindicación 8, en donde,
- el cuerpo comprende un número N de tubos de alimentación de polvo (21) distribuidos regularmente alrededor de la abertura pasante (O) y convergentes hacia el punto de fusión, teniendo el primer circuito (22) y el segundo circuito de reciclado (23) cada uno N entradas (221; 231) cada una adyacente a una entrada (211) de un tubo de alimentación de polvo (21),
- la primera y segunda cámaras de distribución de polvo (31, 32) y la cámara de gas (33) tienen cada una N salidas (313; 322; 332) distribuidas sobre la corona de manera que cada una de las N salidas (313; 322; 332) esté frente a una de las N entradas (211; 221; 231) del cuerpo, siendo N mayor o igual a 2.
10. Cabezal de distribución de polvo (1; 5; 8) de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, que comprende además un circuito de refrigeración (24) configurado para hacer circular un líquido de refrigeración entre una entrada de líquido (241) y una salida de líquido (242).
11. Cabezal de distribución de polvo (1; 5; 8) de acuerdo con la reivindicación anterior, obteniéndose dicho cabezal mediante fabricación aditiva y el circuito de refrigeración tiene forma de red integrada que recorre diferentes partes externas e internas del cuerpo (2).
12. Máquina de fabricación aditiva por proyección de polvo, que comprende un cabezal de distribución de polvo (1; 5; 8) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores.
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