IT201800004064A1 - Bottom-up photo-curing 3D printing apparatus, with non-stick plastic membrane system on a substrate of high viscosity material - Google Patents

Description

APPARATO PER STAMPA 3D DI TIPO A FOTO-INDURIMENTO BOTTOM-UP, CON SISTEMA A MEMBRANA PLASTICA ANTIADERENTE BOTTOM-UP PHOTO-CURING APPARATUS FOR 3D PRINTING, WITH NON-STICK PLASTIC MEMBRANE SYSTEM

SU SUBSTRATO DI MATERIALE AD ALTA VISCOSITÀ ON HIGH VISCOSITY MATERIAL SUBSTRATE

La presente invenzione concerne un apparato per la stampa 3D di tipo a foto-indurimento bottom-up, con sistema a membrana plastica antiaderente su substrato di materiale ad alta viscosità. The present invention relates to an apparatus for 3D printing of the bottom-up photo-curing type, with a non-stick plastic membrane system on a substrate of high viscosity material.

Più in particolare, l’invenzione riguarda un’innovativa metodologia di produzione di oggetti tridimensionali, tramite un processo di fotoindurimento di materiali fotosensibili, che consente di realizzare oggetti tridimensionali secondo un processo sequenziale di formazione, aumentando considerevolmente la velocità, la precisione e le qualità meccaniche del prodotto finale, rispetto a quanto ottenibile mediante le metodologie di tipo noto. More specifically, the invention relates to an innovative methodology for the production of three-dimensional objects, by means of a photo-hardening process of photosensitive materials, which allows the creation of three-dimensional objects according to a sequential process of formation, considerably increasing the speed, precision and quality. mechanics of the final product, compared to what can be obtained by means of known methods.

L’invenzione si riferisce al campo della stampa tridimensionale, comunemente chiamata stampa 3D, e in particolare alla tecnologia di stampa 3D mediante fotoindurimento, ovvero indurimento di un particolare tipo di polimero per effetto dell’esposizione ad una radiazione luminosa. The invention refers to the field of three-dimensional printing, commonly called 3D printing, and in particular to 3D printing technology by means of photo-hardening, or the hardening of a particular type of polymer due to exposure to light radiation.

È noto che nel campo della tecnologia di stampa 3D mediante foto-indurimento possono essere comprese due tecnologie di base, la stampa stereolitografica, nella quale si usa un laser emettente nell’intorno dei 400nm, per solidificare mediante il fascio emesso un polimero foto-indurente allo stato liquido che si trova in una apposita vasca; e la stampa DLP (acronimo dell’espressione inglese Digital Light Processing), secondo la quale un polimero foto-indurente (o resina liquida foto-indurente) sempre allo stato liquido in una vasca, viene esposto alla radiazione luminosa emessa da un dispositivo simile ad un proiettore. It is known that in the field of photo-hardening 3D printing technology two basic technologies can be included, stereolithographic printing, in which a laser emitting around 400nm is used to solidify a photo-hardening polymer by means of the emitted beam. in the liquid state which is found in a special tank; and DLP printing (acronym of the English expression Digital Light Processing), according to which a photo-hardening polymer (or photo-hardening liquid resin) always in a liquid state in a tank, is exposed to the light radiation emitted by a device similar to a projector.

Secondo entrambe queste tecnologie, il procedimento di stampa procede realizzando uno strato dopo l’altro, ovvero solidificando un primo strato aderente ad una piastra di supporto (o piastra di estrazione) e successivamente un secondo strato aderente a detto primo strato e così via fino alla formazione dell’oggetto completo. Secondo questa tecnologia, quindi, i dati che rappresentano l’oggetto tridimensionale da realizzare vengono organizzati come una serie di strati bidimensionali che rappresentano sezioni trasversali dell’oggetto. According to both these technologies, the printing process proceeds by creating one layer after another, or by solidifying a first layer adhering to a support plate (or extraction plate) and subsequently a second layer adhering to said first layer and so on up to the formation of the complete object. According to this technology, therefore, the data representing the three-dimensional object to be created are organized as a series of two-dimensional layers that represent cross sections of the object.

Il processo Bottom-Up, applicato alle macchine sia di tipo SLA che DLP, prevede che la piastra di estrazione dell’oggetto si muova dal basso verso l’alto, con un movimento basculante layer-by-layer (strato su strato). The Bottom-Up process, applied to both SLA and DLP machines, requires the object extraction plate to move from the bottom up, with a layer-by-layer tilting movement (layer by layer).

In buona sostanza, il processo di formazione dell’oggetto tridimensionale è così costituito: Basically, the process of forming the three-dimensional object is as follows:

- un software suddivide il modello 3D, fornito in input per la stampa, in una successione ordinata di strati, dello spessore determinato in funzione della tecnologia adottata, della opacità del polimero, della quantità di catalizzatore, del grado di precisione che si vuole ottenere e delle caratteristiche della macchina in dotazione, solitamente tra i 50 e 200 micron, ma, in ogni caso, una successione di un numero discreto e finito di strati; - a software divides the 3D model, supplied as input for printing, into an ordered succession of layers, of the thickness determined according to the technology adopted, the opacity of the polymer, the quantity of catalyst, the degree of precision to be obtained and the characteristics of the machine supplied, usually between 50 and 200 microns, but, in any case, a succession of a discrete and finite number of layers;

- una piastra di supporto, anche detta piastra di estrazione, costituita da un materiale in grado di facilitare l’incollaggio su se stessa del primo strato di polimero, si porta ad una distanza prefissata dal primo strato e attende che il fascio luminoso (SLA o DLP) solidifichi il primo strato; poi si alza di una distanza sufficiente a fare in modo che lo strato appena formato si stacchi dal fondo della vasca (solitamente circa 1mm) e quindi si riabbassa della stessa distanza, meno la distanza prefissata per la formazione del secondo strato, e così via fino alla formazione dell’intero oggetto. - a support plate, also called extraction plate, consisting of a material capable of facilitating the gluing on itself of the first layer of polymer, moves to a predetermined distance from the first layer and waits for the light beam (SLA or DLP) solidify the first layer; then it rises by a distance sufficient to make the layer just formed detach from the bottom of the tank (usually about 1mm) and then it is lowered again by the same distance, minus the distance set for the formation of the second layer, and so on up to the formation of the whole object.

Il movimento di va e vieni che ne risulta, detto anche movimento basculante, ha due scopi principali: consente allo strato appena formato di staccarsi dal fondo della vasca, e allo stesso tempo permette ad una nuova quantità di resina liquida non polimerizzata di interporsi tra lo strato appena formato e il fondo del recipiente, per consentire il rinnovo di materiale ancora allo stato liquido sotto allo strato già solidificato, per l’indurimento e la formazione dello strato successivo. The resulting back and forth movement, also called tilting movement, has two main purposes: it allows the newly formed layer to detach itself from the bottom of the tank, and at the same time allows a new quantity of uncured liquid resin to interpose itself between the just formed layer and the bottom of the container, to allow the renewal of material still in the liquid state under the already solidified layer, for hardening and formation of the next layer.

Un tema non meno importante riguarda le caratteristiche del sistema di raccolta della resina, la cosiddetta vasca, che ha il compito non solo di contenere il polimero liquido dal quale si ottiene per foto-indurimento l’oggetto tridimensionale stampato, ma anche quello di agevolare la formazione e il distacco dello strato appena costituito, e di prediligere l’incollaggio dello stesso verso la piastra d’estrazione, senza che la resistenza meccanica ne comprometta l’integrità. A no less important issue concerns the characteristics of the resin collection system, the so-called tank, which has the task not only of containing the liquid polymer from which the three-dimensional printed object is obtained by photo-hardening, but also that of facilitating the formation and detachment of the newly formed layer, and to prefer gluing it towards the extraction plate, without the mechanical resistance compromising its integrity.

Analizzando le caratteristiche delle soluzioni secondo la tecnica nota, è possibile schematizzare i sistemi di raccolta bottom-up, siano questi per tecnologia DLP che SLA, come segue: By analyzing the characteristics of the solutions according to the known technique, it is possible to schematize the bottom-up collection systems, both for DLP and SLA technology, as follows:

- contenitore della resina, con fondo cavo; - resin container, with hollow bottom;

- materiale trasparente alla radiazione luminosa, per copertura del fondo; - material transparent to light radiation, to cover the bottom;

- membrana di materiale antiaderente a copertura del materiale trasparente. - membrane of non-stick material covering the transparent material.

Viene effettuato un foro, solitamente al centro del sistema di raccolta, per consentire il transito del fascio luminoso che dovrà innescare il fenomeno di foto-indurimento, il foro viene quindi coperto da un vetro che abbia caratteristiche di eccellente trasparenza alla radiazione luminosa (al fine di non perdere potenza luminosa incidente), quali ad esempio quarzo e borosilicato. Infine, certamente, la parte più importante per consentire il corretto svolgimento del processo riguarda la copertura del vetro con una membrana di materiale antiaderente, per permettere al primo strato di attaccarsi alla piastra di estrazione e ai successivi strati di unirsi in sequenza tra loro. A hole is made, usually in the center of the collection system, to allow the transit of the light beam that will trigger the photo-hardening phenomenon, the hole is then covered by a glass that has excellent transparency characteristics to light radiation (in order to not to lose incident light power), such as quartz and borosilicate. Finally, certainly, the most important part to allow the process to run correctly concerns the covering of the glass with a membrane of non-stick material, to allow the first layer to stick to the extraction plate and the subsequent layers to join together in sequence.

Il fallimento del processo porterebbe a far precipitare lo strato appena formato sul fondo della vasca, interrompendo il processo di formazione e facendo fallire la routine di stampa. Failure of the process would lead to precipitating the newly formed layer to the bottom of the tank, interrupting the forming process and causing the printing routine to fail.

Nel seguito sono indagati gli effetti limitanti di questa tecnologia, che rendono la produzione dell’oggetto molto lenta (fino ad ore per centimetro), molto instabile e con capacità di realizzazione di oggetti di dimensioni ridotte. The limiting effects of this technology are investigated below, which make the production of the object very slow (up to hours per centimeter), very unstable and with the ability to produce small objects.

Il primo limite nell’adozione delle tecnologie di foto-indurimento dal basso verso l’alto è quello della capacità antiaderente della membrana disposta sopra il vetro di fondo. The first limit in the adoption of photo-hardening technologies from bottom to top is that of the non-stick capacity of the membrane placed over the bottom glass.

Infatti, come già accennato in precedenza, questa tipologia di stampa tridimensionale si fonda sulla capacità dello strato appena formato di legarsi, nel primo strato, alla piastra di estrazione, e, nei successivi, agli strati che lo precedono. Se però la resistenza meccanica imposta dalla membrana inferiore risulta essere superiore alla forza di coesione della superiore, inevitabilmente lo strato indurito rimarrà sul fondo della vasca interrompendo il processo di creazione dell’oggetto stampato tridimensionale. In fact, as already mentioned above, this type of three-dimensional printing is based on the ability of the newly formed layer to bind, in the first layer, to the extraction plate, and, in the following ones, to the layers that precede it. However, if the mechanical resistance imposed by the lower membrane is higher than the cohesive force of the upper one, the hardened layer will inevitably remain on the bottom of the tank, interrupting the process of creating the three-dimensional printed object.

Al di là delle più recenti tecniche innovative, quali il controllo dello strato di inibizione con ossigeno o con materiali autolubrificanti, solitamente si identifica una soluzione nota largamente adottata per la realizzazione della membrana antiaderente disposta sopra il vetro di fondo, che prevede l’utilizzo di materiali quali teflon o politetrafluoroetilene, anche detto PTFE. Beyond the most recent innovative techniques, such as the control of the inhibition layer with oxygen or with self-lubricating materials, a well-known solution widely adopted for the realization of the non-stick membrane arranged above the bottom glass, which involves the use of materials such as teflon or polytetrafluoroethylene, also called PTFE.

Infatti, almeno in prima battuta, teflon e PTFE risultano essere particolarmente indicati per applicazione in stampa 3D, dal momento che hanno un’alta capacità termica (importante nel controllo della reazione esotermica di foto-indurimento) e al contempo un bassissimo accoppiamento (quasi comportamenti da inerte) con le resine foto-indurenti, che risultano essere particolarmente aggressive/reattive con altri materiali. In fact, at least in the first instance, Teflon and PTFE are particularly suitable for application in 3D printing, since they have a high thermal capacity (important in controlling the exothermic reaction of photo-hardening) and at the same time a very low coupling (almost from inert) with photo-hardening resins, which are particularly aggressive / reactive with other materials.

Lo svantaggio maggiore che rende teflon e PTFE quasi inapplicabili (se non per particolari applicazioni a bassissima sezione trasversale dell’oggetto da stampare) consiste nell’assoluta mancanza di capacità elastica di questi materiali. In particolare, secondo questa tecnologia di tipo noto, solitamente si utilizza un foglio di teflon (con uno spessore tra 125 e 250 micron) appoggiato sulla lastra di vetro disposta sul fondo della vasca, in assenza di aria tra il foglio di teflon e la lastra di vetro. In queste condizioni, il foglio di teflon tende ad aderire perfettamente alla lastra di vetro, diventando inevitabilmente un corpo unico con il fondo della vasca. Come sarà spiegato nel seguito, questa condizione di rigidità genera, tra oggetto appena indurito e teflon, un fenomeno definito effetto ventosa, che causa uno stress meccanico che tende (soprattutto per oggetti cuneiformi) a deformare plasticamente il teflon, rendendo impossibile il proseguo del processo di stampa e/o il riutilizzo della vasca e, fatto ancora più importante, l’enorme stress meccanico generato nella fase di basculamento tende a “rompere” l’oggetto, rendendo il successo di stampa casuale e non ripetibile. The major disadvantage that makes Teflon and PTFE almost inapplicable (except for particular applications with a very low cross section of the object to be printed) is the absolute lack of elastic capacity of these materials. In particular, according to this known type of technology, a Teflon sheet is usually used (with a thickness between 125 and 250 microns) resting on the glass plate placed on the bottom of the tank, in the absence of air between the Teflon sheet and the plate. of glass. Under these conditions, the Teflon sheet tends to adhere perfectly to the glass plate, inevitably becoming a single body with the bottom of the tank. As will be explained below, this condition of rigidity generates, between the object just hardened and Teflon, a phenomenon called the suction cup effect, which causes a mechanical stress that tends (especially for wedge-shaped objects) to plastically deform the Teflon, making it impossible to continue the process. printing and / or the reuse of the tank and, more importantly, the enormous mechanical stress generated in the tilting phase tends to “break” the object, making printing success random and non-repeatable.

Il secondo limite nell’adozione delle tecnologie di foto-indurimento dal basso verso l’alto, è quello cosiddetto dell’effetto ventosa, che viene ad ingenerarsi tra la superficie dell’oggetto e quella della membrana di materiale antiaderente che copre la lastra trasparente alla radiazione luminosa disposta sul fondo della vasca. The second limit in the adoption of photo-hardening technologies from bottom to top is the so-called suction cup effect, which is generated between the surface of the object and that of the membrane of non-stick material that covers the transparent sheet at the light radiation placed on the bottom of the tank.

Si nota immediatamente come si instaurino le condizioni per l’insorgere di questo fenomeno. Infatti, lo strato si immerge nella resina fino a quando si ritrova ad una distanza s (spessore dell’ennesimo strato) dalla membrana antiaderente (entrambe le superfici sono complanari e perfettamente piane proprio per conferire precisione agli strati che si andranno a formare); quindi si genera un nuovo strato per fotoindurimento. L’assenza di aria crea di fatto il vuoto tra le due superfici, che sono circondate da un liquido a più alta viscosità, in particolare quanto più le due superfici a contatto hanno una superficie ampia e quanto più i supporti che intercludono lo strato in formazione sono rigidi; lo stress meccanico che subisce il sistema e di conseguenza il nuovo strato formatosi (di soli pochi decimi di millimetro di spessore) sono enormi, con il rischio quindi di lacerare lo strato appena solidificato, che non si attaccherà alla superficie superiore, portando all’interruzione del processo di stampa. We immediately notice how the conditions for the onset of this phenomenon are established. In fact, the layer is immersed in the resin until it is found at a distance s (thickness of the nth layer) from the non-stick membrane (both surfaces are coplanar and perfectly flat precisely to give precision to the layers that will be formed); then a new photo-curing layer is generated. The absence of air actually creates a vacuum between the two surfaces, which are surrounded by a liquid with a higher viscosity, in particular the more the two surfaces in contact have a large surface and the more the supports that interclude the layer being formed they are rigid; the mechanical stress that the system undergoes and consequently the new layer formed (only a few tenths of a millimeter thick) are enormous, with the risk therefore of tearing the newly solidified layer, which will not stick to the upper surface, leading to interruption of the printing process.

Questo fenomeno è tanto più amplificato quanto più i supporti che intercludono lo strato in formazione sono rigidi, e la sezione trasversale dell’oggetto stampato è grande. This phenomenon is all the more amplified the more rigid the supports that interclude the layer being formed are, and the cross section of the printed object is large.

Caso emblematico è l’utilizzo di una membrana di teflon appoggiata su un supporto rigido. In alcuni casi, l’oggetto rimane “attaccato” alla base della vasca e ne risulta altamente difficile la rimozione (appare come fosse un fenomeno di incollaggio). An emblematic case is the use of a Teflon membrane resting on a rigid support. In some cases, the object remains "attached" to the base of the tank and it is extremely difficult to remove (it appears as if it were a bonding phenomenon).

Quando però si fa flettere il materiale antiaderente, o si inserisce un cuneo tra oggetto e fondo, l’oggetto si stacca con estrema facilità. However, when the non-stick material is flexed, or a wedge is inserted between the object and the bottom, the object comes off very easily.

Questo tipo di intervento, che consente l’ingresso di aria (come quando si “pizzica” una ventosa), dimostra la correttezza delle analisi. This type of intervention, which allows the entry of air (such as when you "pinch" a suction cup), demonstrates the correctness of the analyzes.

Secondo la tecnica nota, la soluzione migliore per limitare l’insorgere del fenomeno dell’effetto ventosa consiste nell’utilizzare una membrana di materiale antiaderente con un certo grado di flessibilità, per generare un fenomeno di peeling (spellamento). In particolare, l’impiego di una membrana a base siliconica, che ha una grande capacità elastica, e la contestuale rimozione (o distanziamento) del fondo rigido della vasca, consente l’attivazione del fenomeno di peeling e, quindi, una sensibile riduzione dell’effetto ventosa. According to the known technique, the best solution to limit the onset of the suction cup effect is to use a membrane of non-stick material with a certain degree of flexibility, to generate a peeling phenomenon. In particular, the use of a silicone-based membrane, which has a great elastic capacity, and the simultaneous removal (or spacing) of the rigid bottom of the tank, allows the activation of the peeling phenomenon and, therefore, a significant reduction of the sucker effect.

Nella stampa con membrana elastica a “campo libero”, si innescano però tre problemi: In printing with a "free field" elastic membrane, however, three problems arise:

- il fenomeno della “corda”, per gravità, genera una distorsione dello strato e una perdita di precisione, - the phenomenon of the "rope", by gravity, generates a distortion of the layer and a loss of precision,

- l’assenza di compressione dello strato appena formato tra due strati rigidi indebolisce l’adesione dell’oggetto alla piastra di estrazione, e - the absence of compression of the layer just formed between two rigid layers weakens the adhesion of the object to the extraction plate, and

- si incrementa l’effetto di “esfoliazione” dell’oggetto, sempre per mancanza di compressione tra due piani rigidi. - the "exfoliation" effect of the object is increased, again due to the lack of compression between two rigid surfaces.

In aggiunta, considerando il fenomeno dell’effetto ventosa in relazione alla membrana di materiale antiaderente, si può verificare che, applicando sul fondo della vasca un materiale antiaderente senza alcuna caratteristica elastica, si possono generare delle deformazioni permanenti della membrana, che possono compromettere il processo di stampa. Tali deformazioni si possono presentare sia durante la stampa di oggetti con sezione trasversale ridotta (ad esempio un cuneo) che per oggetti con sezione trasversale estesa, per i quali l’effetto ventosa diviene estremamente accentuato. In addition, considering the phenomenon of the suction cup effect in relation to the membrane of non-stick material, it can be verified that, by applying a non-stick material without any elastic characteristics to the bottom of the tank, permanent deformations of the membrane can be generated, which can compromise the process. of printing. These deformations can occur both when printing objects with a reduced cross section (for example a wedge) and for objects with an extended cross section, for which the suction cup effect becomes extremely accentuated.

In questo contesto viene ad inserirsi la soluzione secondo la presente invenzione, che si propone di: In this context, the solution according to the present invention comes to be inserted, which proposes to:

- ridurre l’effetto ventosa, - reduce the suction cup effect,

- contenere/risolvere il problema della deformazione del materiale antiaderente plastico, - contain / solve the problem of deformation of the non-stick plastic material,

- creare una vasca permanente o semi-permanente inerente al processo esotermico di fotopolimerizzazione, - create a permanent or semi-permanent tank inherent in the exothermic photopolymerization process,

- ridurre lo stress meccanico indotto sull’oggetto in formazione, - reduce the mechanical stress induced on the object being formed,

- risolvere il problema della corda in sistemi a membrana elastica, e - solve the string problem in elastic membrane systems, e

- incrementare la precisione di stampa con utilizzo di materiali tipo Teflon®. - increase printing precision with the use of Teflon®-type materials.

Questi ed altri risultati sono ottenuti secondo la presente invenzione proponendo un apparato per la stampa 3D di tipo a foto-indurimento bottom-up, con sistema a membrana plastica antiaderente poggiata su un substrato di materiale ad alta viscosità, che quindi si frappone tra la membrana plastica e il fondo della vasca, aderendo alla membrana ma allo stesso tempo adattandosi agli spostamenti della stessa, consentendo di contenere le deformazioni indotte dall’effetto ventosa sulla membrana plastica antiaderente e al contempo riducendo lo stesso effetto ventosa. These and other results are obtained according to the present invention by proposing a 3D printing apparatus of the bottom-up photo-curing type, with a non-stick plastic membrane system resting on a substrate of high viscosity material, which then interposes itself between the membrane. plastic and the bottom of the tank, adhering to the membrane but at the same time adapting to its movements, allowing to contain the deformations induced by the suction cup effect on the non-stick plastic membrane and at the same time reducing the suction cup effect.

Scopo della presente invenzione è quindi quello di fornire un apparato per la stampa 3D di tipo a fotoindurimento bottom-up, con sistema a membrana plastica antiaderente su substrato di materiale ad alta viscosità che permetta di superare i limiti dei sistemi di stampa 3D a foto-indurimento bottom-up secondo la tecnologia nota e di ottenere i risultati tecnici precedentemente descritti. The purpose of the present invention is therefore to provide a bottom-up photo-curing 3D printing apparatus, with a non-stick plastic membrane system on a substrate of high viscosity material that allows to overcome the limits of photo-based 3D printing systems. bottom-up hardening according to the known technology and to obtain the technical results previously described.

Ulteriore scopo dell’invenzione è che detto apparato possa essere realizzato con costi sostanzialmente contenuti, sia per quanto riguarda i costi di produzione che per quanto concerne i costi di gestione. A further purpose of the invention is that said apparatus can be made with substantially low costs, both in terms of production costs and in terms of management costs.

Non ultimo scopo dell’invenzione è quello di proporre un apparato per la stampa 3D di tipo a fotoindurimento bottom-up, con sistema a membrana plastica antiaderente su substrato di materiale ad alta viscosità che sia semplice, sicuro ed affidabile. Not the least purpose of the invention is to propose a bottom-up photo-curing 3D printing apparatus, with a non-stick plastic membrane system on a substrate of high viscosity material that is simple, safe and reliable.

Forma pertanto oggetto specifico della presente invenzione un apparato per la stampa 3D di tipo a fotoindurimento bottom-up, comprendente una sorgente luminosa sopra alla quale è disposta una vasca contenente un materiale liquido foto-indurente al cui interno è immersa una piastra di estrazione, dotata di mezzi di spostamento con moto rettilineo alternato, lungo una direzione perpendicolare al fondo rigido di detta vasca da una posizione ad una distanza da detto fondo rigido pari allo spessore di uno strato ottenibile per foto-indurimento di detto materiale liquido foto-indurente, sopra a detto fondo rigido essendo disposta una membrana plastica trasparente alla radiazione di detta sorgente luminosa, in cui tra detto fondo rigido e detta membrana elastica è disposto un substrato di materiale ad alta viscosità, trasparente alla radiazione di detta sorgente luminosa. Therefore, the specific object of the present invention is an apparatus for 3D printing of the bottom-up photo-curing type, comprising a light source above which a tank containing a liquid photo-hardening material is placed inside which an extraction plate is immersed, equipped with of displacement means with alternating rectilinear motion, along a direction perpendicular to the rigid bottom of said tank from a position at a distance from said rigid bottom equal to the thickness of a layer obtainable by photo-hardening of said light-curing liquid material, above said rigid bottom being arranged a plastic membrane transparent to the radiation of said light source, in which a substrate of high viscosity material, transparent to the radiation of said light source, is arranged between said rigid bottom and said elastic membrane.

In particolare, secondo l’invenzione, detto substrato (13) è realizzato con un materiale avente una viscosità compresa tra 75 e 400 cSt (mm^2/s @25°C), preferibilmente compresa tra 100 e 350 cSt (mm^2/s @25°C). In particular, according to the invention, said substrate (13) is made with a material having a viscosity between 75 and 400 cSt (mm ^ 2 / s @ 25 ° C), preferably between 100 and 350 cSt (mm ^ 2 / s @ 25 ° C).

In particolare, secondo la presente invenzione, il materiale di detto substrato (13) è olio siliconico. In particular, according to the present invention, the material of said substrate (13) is silicone oil.

La presente invenzione verrà ora descritta, a titolo illustrativo, ma non limitativo, secondo una sua forma preferita di realizzazione, con particolare riferimento alle figure dei disegni allegati, in cui: The present invention will now be described, for illustrative but not limitative purposes, according to a preferred embodiment thereof, with particular reference to the figures of the attached drawings, in which:

- la figura 1 mostra una vista schematica di un particolare di un apparato di stampa 3D di tipo a fotoindurimento bottom-up, con sistema a membrana plastica antiaderente su substrato di materiale ad alta viscosità secondo la presente invenzione, ovvero dell’area dedicata alla formazione dell’oggetto da stampare, e - figure 1 shows a schematic view of a detail of a 3D printing apparatus of the bottom-up photo-curing type, with a non-stick plastic membrane system on a substrate of high viscosity material according to the present invention, i.e. the area dedicated to the formation of the object to be printed, e

- la figura 2 mostra una vista schematica del particolare della figura 1, in una seconda fase del procedimento di stampa 3D realizzato con l’apparato di stampa 3D secondo la presente invenzione. - Figure 2 shows a schematic view of the detail of Figure 1, in a second phase of the 3D printing process carried out with the 3D printing apparatus according to the present invention.

Facendo riferimento alle figure, gli elementi caratterizzati di un apparato per la stampa 3D di tipo a foto-indurimento bottom-up, con sistema a membrana plastica antiaderente su substrato di materiale ad alta viscosità secondo la presente invenzione comprende essenzialmente una vasca (non mostrata), al cui interno è contenuta una resina liquida 10 foto-indurente, con un fondo rigido 11, trasparente alla radiazione di una sorgente luminosa, disposta sotto a detto fondo rigido 11, detta radiazione ingenerando il foto-indurimento di detta resina liquida 10. With reference to the figures, the elements characterized by a 3D printing apparatus of the bottom-up photo-curing type, with a non-stick plastic membrane system on a substrate of high viscosity material according to the present invention essentially comprises a tank (not shown) , inside which a photo-hardening liquid resin 10 is contained, with a rigid bottom 11, transparent to the radiation of a light source, arranged under said rigid bottom 11, said radiation causing the photo-hardening of said liquid resin 10.

Sul fondo rigido 11 è disposta una membrana plastica 12 antiaderente, tra il fondo rigido 11 e la membrana plastica 12 essendo inserito un substrato 13 di materiale ad alta viscosità (ovvero un materiale avente una viscosità compresa tra 75 e 400 cSt (mm^2/s @25°C), e preferibilmente compresa tra 100 e 350 cSt (mm^2/s @25°C)), trasparente alla radiazione della sorgente luminosa. A non-stick plastic membrane 12 is arranged on the rigid bottom 11, between the rigid bottom 11 and the plastic membrane 12 a substrate 13 of high viscosity material (i.e. a material having a viscosity between 75 and 400 cSt (mm ^ 2 / s @ 25 ° C), and preferably between 100 and 350 cSt (mm ^ 2 / s @ 25 ° C)), transparent to the radiation of the light source.

Infine, nella resina liquida 10 foto-indurente è immersa una piastra di estrazione 14, sulla quale si formerà, per successione di strati 15 ottenuti per foto-indurimento della resina liquida 10, un oggetto tridimensionale stampato. Finally, an extraction plate 14 is immersed in the photo-hardening liquid resin 10, on which a three-dimensional printed object will be formed by a succession of layers 15 obtained by photo-hardening the liquid resin 10.

L’applicazione del substrato 13, di spessore inferiore alla minima sezione del singolo strato 15 che si vuole stampare, indicativamente sotto i 5 micron, genera un’azione di adesione che tende: The application of the substrate 13, with a thickness less than the minimum section of the single layer 15 to be printed, indicatively below 5 microns, generates an adhesion action that tends:

- a contenere il problema dell’effetto ventosa, dal momento che la membrana plastica 12 antiaderente “fluttua” sul substrato 13 di materiale ad alta viscosità; - to contain the problem of the suction cup effect, since the non-stick plastic membrane 12 "floats" on the substrate 13 of high viscosity material;

- a contenere la deformazione della membrana plastica 12 antiaderente, poiché la tensione superficiale tra i due materiali tende a “trattenere” in posizione stabile la membrana plastica 12 antiaderente, fatta di FEP/PTFE; - to contain the deformation of the non-stick plastic membrane 12, since the surface tension between the two materials tends to "hold" the non-stick plastic membrane 12, made of FEP / PTFE, in a stable position;

- a contenere la deformazione, dal momento che la riduzione dell’effetto ventosa riduce lo stress meccanico indotto sulla membrana plastica 12 di materiale antiaderente; - to contain the deformation, since the reduction of the suction cup effect reduces the mechanical stress induced on the plastic membrane 12 of non-stick material;

- a contenere/risolvere il problema della “corda” in supporti senza riferimento rigido, aumentando la precisione in termini di spessore dello strato 15 appena formato. - to contain / solve the “chord” problem in supports without rigid reference, increasing the precision in terms of thickness of the layer 15 just formed.

Il funzionamento dell’apparato secondo la presente invenzione è mostrato nelle figure. In una prima fase, mostrata nella figura 1, la piastra di estrazione 14 si trova nella posizione più prossima alla membrana plastica 12, ovvero alla distanza di uno strato dalla membrana plastica 12, lo spazio compreso tra la piastra di estrazione 14 e la membrana elastica 12 essendo occupato dalla resina liquida 10. In questa prima fase la sorgente luminosa è accesa e inizia a polimerizzare la resina liquida 10. The operation of the apparatus according to the present invention is shown in the figures. In a first step, shown in Figure 1, the extraction plate 14 is located in the position closest to the plastic membrane 12, i.e. at the distance of one layer from the plastic membrane 12, the space between the extraction plate 14 and the elastic membrane 12 being occupied by the liquid resin 10. In this first phase the light source is turned on and begins to polymerize the liquid resin 10.

Nella fase successiva, mostrata con riferimento alla 2, si è completata la formazione del primo strato 15 ed è stata quindi spenta la sorgente luminosa. La piastra di estrazione 14 viene fatta salire per staccare lo strato 15 dalla membrana plastica 12. La membrana plastica 12 innesca il fenomeno di peeling andando a staccarsi delicatamente dallo strato 15 appena formato. Il substrato 13 di materiale ad alta viscosità tende e “seguire” e quindi contenere le deformazioni indotte dall’effetto ventosa sulla membrana plastica 12 antiaderente e al contempo tende a ridurre lo stesso effetto ventosa, introducendo un doppio beneficio al contenimento delle deformazioni plastiche del FEP/TPFE. In the next step, shown with reference to 2, the formation of the first layer 15 was completed and the light source was then turned off. The extraction plate 14 is made to rise to detach the layer 15 from the plastic membrane 12. The plastic membrane 12 triggers the peeling phenomenon by gently detaching itself from the newly formed layer 15. The substrate 13 of high viscosity material tends to "follow" and therefore contain the deformations induced by the suction cup effect on the non-stick plastic membrane 12 and at the same time tends to reduce the same suction effect, introducing a double benefit to the containment of the plastic deformations of the FEP / TPFE.

Infine, la maggiore densità del materiale viscoso del substrato 13 sostiene la membrana plastica 12 antiaderente, riducendo la formazione dell’effetto corda. Finally, the higher density of the viscous material of the substrate 13 supports the non-stick plastic membrane 12, reducing the formation of the rope effect.

Risulta evidente come il processo di stampa descritto consenta di ridurre l’effetto ventosa, consentendo una rimozione delicata della membrana plastica 12 dallo strato 15 appena formato, grazie all’effetto peeling conseguente al progressivo allontanamento della piastra di estrazione 14 dalla membrana plastica 12. Al tempo stesso, in fase di formazione dello strato 15, la presenza del substrato 13 di materiale ad alta viscosità non pregiudica la rigidità del sistema, consentendo di realizzare uno strato 15 con un’alta compressione e precisione. It is evident that the described printing process allows to reduce the suction effect, allowing a delicate removal of the plastic membrane 12 from the layer 15 just formed, thanks to the peeling effect consequent to the progressive removal of the extraction plate 14 from the plastic membrane 12. Al at the same time, in the formation phase of the layer 15, the presence of the substrate 13 of high viscosity material does not affect the rigidity of the system, allowing to realize a layer 15 with a high compression and precision.

La presente invenzione è stata descritta a titolo illustrativo, ma non limitativo, secondo sue forme preferite di realizzazione, ma è da intendersi che variazioni e/o modifiche potranno essere apportate dagli esperti nel ramo senza per questo uscire dal relativo ambito di protezione, come definito dalle rivendicazioni allegate. The present invention has been described by way of illustration, but not of limitation, according to its preferred embodiments, but it is to be understood that variations and / or modifications may be made by those skilled in the art without thereby departing from the relative scope of protection, as defined from the attached claims.

Claims (4)

RIVENDICAZIONI 1) Apparato per la stampa 3D di tipo a fotoindurimento bottom-up, comprendente una sorgente luminosa sopra alla quale è disposta una vasca contenente un materiale liquido foto-indurente (10) al cui interno è immersa una piastra di estrazione (14), dotata di mezzi di spostamento con moto rettilineo alternato, lungo una direzione perpendicolare al fondo rigido (11) di detta vasca da una posizione ad una distanza da detto fondo rigido (11) pari allo spessore di uno strato (15) ottenibile per foto-indurimento di detto materiale liquido foto-indurente (10), sopra a detto fondo rigido (11) essendo disposta una membrana plastica (12) trasparente alla radiazione di detta sorgente luminosa, caratterizzato dal fatto che tra detto fondo rigido (11) e detta membrana elastica (12) è disposto un substrato (13) di materiale ad alta viscosità, trasparente alla radiazione di detta sorgente luminosa. CLAIMS 1) Apparatus for bottom-up photo-curing 3D printing, comprising a light source above which a tank containing a liquid photo-hardening material (10) is placed inside which an extraction plate (14) is immersed, equipped with of means of displacement with reciprocating rectilinear motion, along a direction perpendicular to the rigid bottom (11) of said tank from a position at a distance from said rigid bottom (11) equal to the thickness of a layer (15) obtainable by photo-hardening of said photo-hardening liquid material (10), on top of said rigid bottom (11) a plastic membrane (12) being disposed which is transparent to the radiation of said light source, characterized in that between said rigid bottom (11) and said elastic membrane ( 12) disposes a substrate (13) of high viscosity material, transparent to the radiation of said light source. 2) Apparato per la stampa secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto substrato (13) è realizzato con un materiale avente una viscosità compresa tra 75 e 400 cSt (mm^2/s @25°C). 2) Apparatus for printing according to claim 1, characterized in that said substrate (13) is made with a material having a viscosity comprised between 75 and 400 cSt (mm ^ 2 / s @ 25 ° C). 3) Apparato per la stampa 3D secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che detto substrato (13) è realizzato con un materiale avente una viscosità compresa tra 100 e 350 cSt (mm^2/s @25°C). 3) 3D printing apparatus according to claim 2, characterized in that said substrate (13) is made with a material having a viscosity between 100 and 350 cSt (mm ^ 2 / s @ 25 ° C). 4) Apparato per la stampa 3D secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal 4) Apparatus for 3D printing according to any one of the preceding claims, characterized by