ES2969103T3 - Dispositivo para la fabricación aditiva - Google Patents
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Abstract
La presente invención propone un cabezal de impresión (1) para fabricación aditiva, que comprende una cámara de calentamiento (10) para fundir una tinta de fabricación aditiva en forma de filamento, incluyendo dicha cámara de calentamiento (10) una boquilla (11) para extruir aditivo fundido. tinta de fabricación y una entrada de filamento (12) para conectarse a una línea de suministro de filamento (13); dicho cabezal de impresión (1) comprende además una cubierta (20) fuera de la cámara de calentamiento (10) y móvil con respecto a la cámara de calentamiento (10) entre una primera posición en la que la boquilla (11) está cubierta por la cubierta (20), y una segunda posición en la que la tapa (20) está alejada de la boquilla (11) de manera que la boquilla (11) no queda cubierta por la tapa (20). La presente invención propone además un dispositivo de fabricación aditiva (1000) con dicho cabezal de impresión (1). (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
DESCRIPCIÓN
Dispositivo para la fabricación aditiva
Campo técnico de la invención
La presente invención se refiere a un dispositivo para la fabricación aditiva. En particular, la presente invención se refiere a un dispositivo de fabricación aditiva que incluye un cabezal de impresión simple con prevención eficaz de fugas.
Antecedentes de la invención
En dispositivos para la fabricación aditiva a partir de filamentos poliméricos, generalmente se emplean cámaras de calentamiento (100) para alimentarse con filamentos que van a calentarse hasta temperaturas superiores a su punto de fusión. El material fundido obtenido al fundir el filamento se extruye desde una boquilla (110) a una zona de impresión (Z) en la que se forma un objeto impreso en 3D (B) mediante la fabricación aditiva.
Un ejemplo de tales cámaras de calentamiento (100) se representa esquemáticamente en la figura 1(a) en un modo pasivo (primera posición) en el que la boquilla (110) está bloqueada por un pasador (200), y en la figura 1(b) en un modo activo (segunda posición) en el que el pasador (200) se retrae de la boquilla (110) para desbloquear un flujo del material fundido a su través. Como se observa en la figura 1(a), el pasador (200) sirve para la prevención de cualquier derrame no deseado del material fundido a partir de la boquilla (110) en el modo pasivo.
Ya que el pasador (200) es una pieza mecánica móvil y delicada, tales cámaras de calentamiento (100) son bastante difíciles de producir (por lo tanto, caras) y puede considerarse que tienen una vida útil corta.
Para bloquear la boquilla (110) de manera reversible, se actúa sobre el pasador (200) desde el exterior de la cámara de calentamiento (100). Normalmente, el pasador (200) se guía a través de una abertura en la cámara de calentamiento (100) y se dispone para, en modo pasivo, llegar hasta la boquilla (110) a través del material fundido mencionado anteriormente. Queda un hueco anular entre las superficies laterales circunferenciales alrededor de un eje de movimiento alternativo del pasador (200) y un borde circular de la abertura que rodea dichas superficies laterales.
Se introduce un mayor volumen del cuerpo del pasador en la cámara de calentamiento (100) para llegar hasta la boquilla (110) para bloquearla y, como resultado, aumenta la presión del fluido dentro de la cámara de calentamiento (100). Por lo tanto, en funcionamiento, el material fundido que llena la cámara de calentamiento (100) inevitablemente se desborda a través del hueco anular.
La cantidad de material fundido que se desborda aumenta con cada transición al modo pasivo. Este fenómeno da lugar a varios problemas, entre ellos:
- pérdida de tinta de fabricación aditiva,
- interrupción de la operación de fabricación aditiva para retirar el material desbordado para limpiar la cámara de calentamiento (100), antes de que el material fundido gotee sobre un producto de fabricación aditiva incompleto, - costes de mantenimiento adicionales en el caso de que dicho procedimiento de limpieza no se realice a tiempo. El documento EP 3345735 A1 se refiere al campo de fabricación aditiva y da a conocer un método de impresión en una impresora 3D por chorro que tiene la activación alternativa de una de las boquillas mediante un módulo de control de la impresora. Durante el cambio de las boquillas, el módulo de control de la impresora activa un módulo de desplazamiento del cabezal de impresión, que pasa una de las boquillas a una posición activa. El movimiento de una plataforma móvil altera la posición de las boquillas con respecto a una válvula para las boquillas, cerrando las aberturas de las boquillas inactivas y liberando la abertura de la boquilla activa. Una vez que la plataforma móvil se ha asegurado completamente en una posición de activación de boquilla activa, la impresora continúa con la impresión usando la boquilla activa. El mecanismo asociado con al menos una boquilla, descrito en este documento, está de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1.
El documento DE 10 2015 103377 A1 propone un cabezal de impresión para crear piezas de trabajo tridimensionales. Dicho cabezal de impresión comprende al menos una boquilla de extrusión para dispensar material licuado a partir de una abertura de conformación, un dispositivo de cobertura para cubrir dicha abertura de conformación detrás de la boquilla de extrusión de manera que el material que emerge de la abertura pueda atraparse por el dispositivo de cobertura. El dispositivo de cobertura y la boquilla de extrusión pueden moverse uno con respecto al otro, de modo que la abertura de conformación de la boquilla de extrusión puede volverse a liberar para imprimir en la dirección de salida.
El documento CN 109719941 A1 da a conocer un dispositivo automático de prevención de fugas con pulverizador de impresora 3D. En la parte inferior de un mecanismo de elevación de boquilla está dispuesta una boquilla. En la parte inferior de una placa de conexión está dispuesto un cuerpo de soporte que se extiende hacia abajo, hacia un lado de la boquilla. El extremo trasero de una chapa de acero está articulado al cuerpo de soporte, y el extremo delantero de la chapa de acero está doblado y se extiende hacia la parte inferior de la boquilla. Entre la chapa de acero y la placa de conexión está dispuesto un resorte de tracción y se usa para tirar la chapa de acero hacia arriba.
Objetos de la presente invención
El objetivo principal de la presente invención es superar los inconvenientes encontrados en la técnica anterior.
Otro objeto de la presente invención es proporcionar un dispositivo de fabricación aditiva con costes de mantenimiento reducidos.
Un objeto adicional de la presente invención es proporcionar un dispositivo de fabricación aditiva simplificado, robusto y de bajo coste con una mayor vida útil.
Sumario de la invención
La presente invención se refiere a un cabezal de impresión para la fabricación aditiva, según la reivindicación 1, en el que se eliminan el pasador de bloqueo móvil y delicado de la boquilla y la abertura por la que debe guiarse tal pasador.
Para lograr este objetivo, el cabezal de impresión según la presente invención comprende una tapa fuera de la cámara de calentamiento. La tapa y la cámara de calentamiento pueden moverse una con respecto a la otra, de manera que:
- en una primera posición, la boquilla queda cubierta por la tapa, y
- en una segunda posición, la tapa y la boquilla están alejadas entre sí, para permitir el paso de fluido desde la boquilla.
Breve descripción de las figuras
La figura 1(a) muestra una vista en sección esquemática de una cámara de calentamiento a modo de ejemplo conocida en la técnica relacionada, en un modo pasivo en el que la boquilla está bloqueada por un pasador.
La figura 1(b) muestra la cámara de calentamiento que se muestra en la figura 1(a), en un modo activo en el que la boquilla se desbloquea retrayendo el pasador.
La figura 2(a) muestra una vista en sección esquemática de una primera realización a modo de ejemplo del cabezal de impresión de un dispositivo de fabricación aditiva según la presente invención, que muestra una cámara de calentamiento y una tapa en el cabezal de impresión, teniendo dicha cubierta una superficie flexible para entrar en contacto con la boquilla de manera reversible; en la primera posición en la que la boquilla de la cámara de calentamiento queda bloqueada por la tapa.
La figura 2(b) muestra las partes representadas en la figura 2(a), en la segunda posición en la que la boquilla está alejada con respecto a la tapa para permitir la impresión.
La Fig. 3(a) muestra una vista en sección esquemática de una segunda realización a modo de ejemplo del cabezal de impresión de un dispositivo de fabricación aditiva no según la presente invención, que muestra una cámara de calentamiento y una tapa en el cabezal de impresión, teniendo dicha tapa una superficie sustancialmente rígida para entrar en contacto de manera reversible con la boquilla; en la primera posición en la que la boquilla de la cámara de calentamiento queda bloqueada por la tapa.
La figura 3(b) muestra las partes representadas en la figura 3(a), en la segunda posición en la que la boquilla está alejada con respecto a la tapa para permitir la impresión.
La figura 4 muestra una vista en sección esquemática de una cámara de calentamiento según la presente invención. La figura 5 muestra una vista en sección esquemática de un dispositivo de fabricación aditiva según la presente invención, en funcionamiento (se muestra un objeto impreso en 3D a modo de ejemplo en una zona de impresión), en la que el cabezal de impresión está en la primera posición.
La figura 6(a) muestra una vista esquemática en sección lateral de un cabezal de impresión en un dispositivo para la fabricación aditiva según la presente invención, en la que la cámara de calentamiento se guía a lo largo de una trayectoria entre la primera posición y la segunda posición, teniendo dicha trayectoria un ángulo oblicuo con respecto al vector de gravedad; en la que el cabezal de impresión está en la primera posición.
La figura 6(b) muestra el cabezal de impresión de la figura 6(a), en la que el cabezal de impresión está en la segunda posición.
Descripción detallada de la invención
La presente invención propone un cabezal de impresión (1) para la fabricación aditiva, que comprende una cámara de calentamiento (10) para fundir una tinta de fabricación aditiva (no mostrada) en forma de filamento. La cámara de calentamiento (10) incluye una boquilla (11) para extruir material fundido (no mostrado). La cámara de calentamiento (10) incluye además una entrada de filamento (12) para conectarse a una línea de suministro de filamento (13). El cabezal de impresión (1) comprende además una tapa (20) fuera de la cámara de calentamiento (10) y que puede moverse con respecto a la cámara de calentamiento (10) entre:
- una primera posición en la que la boquilla (11) queda cubierta por la tapa (20), y
- una segunda posición en la que la tapa (20) está alejada de la boquilla (11), en la que la boquilla (11) no queda cubierta por la tapa (20).
Por tanto, la primera posición puede considerarse como una posición cerrada (o pasiva) en la que la boquilla está bloqueada (en la que la boquilla puede retraerse de una zona de impresión (Z)). La segunda posición puede considerarse como una posición abierta en la que la boquilla está desbloqueada.
La segunda posición puede lograrse, por ejemplo alejando la tapa (20) de la boquilla (11); o alternativamente alejando la cámara de calentamiento (10) de la tapa (20). Esta última alternativa puede considerarse más práctica, ya que al mismo tiempo la boquilla (11) puede llevarse fácilmente a una zona de impresión (Z) para formar un objeto impreso en 3D (B). En consecuencia, en una posible realización según la presente invención, la cámara de calentamiento (10) puede disponerse para que pueda moverse con respecto tanto al cabezal de impresión (1) como a la tapa (20) para transitar entre la primera posición y la segunda posición.
Los movimientos de traslación de la tapa (20) con respecto al cabezal de impresión (1) pueden eliminarse sustancialmente disponiendo que la tapa (20) se fije/una al cabezal de impresión (1). De este modo, puede minimizarse aún más el número de piezas móviles para mejorar la vida útil.
La tapa (20) incluye una superficie flexible para deformarse parcialmente al entrar en contacto con la boquilla (11) cuando está en la primera posición. Por ejemplo, la superficie flexible puede incluir un material polimérico flexible tal como caucho, que es un material de bajo coste. La tapa (20) puede tener sustancialmente forma de lámina unida al cabezal de impresión (1) en uno o más bordes del mismo. Para mejorar la simplicidad y flexibilidad mecánica de la tapa (20), la misma puede unirse al cabezal de impresión (1) en un único borde del mismo. La figura 2(a) muestra una vista en sección esquemática de una primera realización a modo de ejemplo de este tipo del cabezal de impresión (1) de un dispositivo de fabricación aditiva según la presente invención, que muestra una cámara de calentamiento y una tapa en el cabezal de impresión. En este caso, la tapa (20) tiene una superficie flexible para entrar en contacto de manera reversible con la boquilla (11) y la tapa (20) tiene forma de lámina unida al cabezal de impresión (10) en un único borde del mismo. En este caso, el cabezal de impresión (10) está en la primera posición en la que la boquilla (11) queda bloqueada por la tapa (20). La figura 2(b) muestra la segunda posición en la que la boquilla (11) está alejada con respecto a la tapa (20) para permitir la impresión.
Como ejemplo comparativo, por tanto sin formar parte de la invención, de la superficie flexible mencionada anteriormente, la tapa (20) puede tener una superficie sustancialmente rígida para entrar en contacto con la boquilla (11) cuando está en la primera posición. Para facilitar la transición entre las posiciones primera y segunda, la tapa (20) puede estar articulada de manera flexible al cabezal de impresión (1) para pivotar en las transiciones entre la primera posición y la segunda posición. El cabezal de impresión (1) puede comprender una bisagra (21), que está preferiblemente dotada de un elemento elástico (no mostrado), para recuperar un ángulo de la superficie sustancialmente rígida con respecto al cabezal de impresión (1) al transitar entre la primera posición y la segunda posición. Por ejemplo, una conexión articulada de manera flexible de la tapa (20) puede dotarse de un resorte de torsión (no mostrado) como dicho elemento elástico. La figura 3(a) muestra una vista en sección esquemática de una segunda realización a modo de ejemplo de este tipo del cabezal de impresión (1) de un dispositivo de fabricación aditiva según la presente invención, que muestra una cámara de calentamiento y una tapa en el cabezal de impresión. En este caso, el cabezal de impresión (10) está en la primera posición en la que la boquilla (11) queda bloqueada por la tapa (20). La figura 3(b) muestra la segunda posición en la que la boquilla (11) está alejada con respecto a la tapa (20) para permitir la impresión.
El cabezal de impresión (1) puede incluir una pluralidad de cámaras de calentamiento (10) acopladas con una respectiva pluralidad de tapas (20). En funcionamiento, cada cámara de calentamiento (10) puede alimentarse con filamentos diferentes entre sí. Por ejemplo, el cabezal de impresión (1) puede incluir dos cámaras de calentamiento (10) acopladas con dos tapas (20) respectivas.
En un aspecto adicional de la presente invención, la cámara de calentamiento (10) no incluye ninguna abertura adicional que permita el paso de material fundido desde la cámara de calentamiento (10). Como la boquilla (11) queda cubierta por la tapa (20) en la primera posición, la tapa (20) elimina claramente la necesidad de emplear cualquier pasador para bloquear la boquilla (11) desde el interior de la cámara de calentamiento (10), guiándose dicho pasador desde el exterior de la cámara de calentamiento (10). Por tanto, en la cámara de calentamiento (10) según la presente invención, se hace innecesaria cualquier abertura adicional (para recibir y guiar dicho pasador). Se elimina cualquier fuga de material fundido de cualquier área abierta entre un borde de dicha abertura y dicho pasador. La figura 4 muestra una vista en sección esquemática de una cámara de calentamiento (10) a modo de ejemplo según la presente invención.
En consecuencia, la presente invención propone además un dispositivo de fabricación aditiva (1000) (es decir, una impresora 3D) que comprende un cabezal de impresión (1) como se describió anteriormente. En la figura 5 se representa una vista lateral esquemática de un dispositivo de fabricación aditiva (1000) a modo de ejemplo según la presente invención.
En una realización preferida del dispositivo de fabricación aditiva (1000) según la presente invención, que no se limita a un único tipo de tapa (11) dentro de los contextos descritos anteriormente: el cabezal de impresión (1) está dispuesto para, en funcionamiento, guiar la cámara de calentamiento (10) (por lo tanto también la boquilla (11)) a lo largo de una trayectoria (T) en un ángulo (P) dentro de un intervalo de entre 15° y 60° con respecto a una dirección del vector de gravedad (g). Esto facilita las transiciones entre la primera posición y la segunda posición y, al mismo tiempo, limpia eficazmente cualquier material fundido de la boquilla (11). Limpiar eficazmente el material fundido da como resultado que, al final de una secuencia de impresión (llevando el cabezal de impresión a la primera posición), el material fundido se elimina sustancialmente de las proximidades de la boquilla, evitando así que el material fundido se solidifique. Teniendo en cuenta que un remanente solidificado del material depositado alrededor de la boquilla (11) deformaría un objeto impreso en 3D (B) cuando el cabezal de impresión (1) se lleva a su segunda posición, la presente realización permite una minimización mejorada de fallas en la operación.
La cámara de calentamiento (10) en este caso está adaptada para moverse “hacia abajo” cuando transita entre la primera posición y la segunda posición. Para mejorar la eficacia en dicha “limpieza”, dicho ángulo (P) está preferiblemente dentro de un intervalo de entre 30° y 55°; o incluso más preferiblemente dentro de un intervalo de entre 40° y 50°, que se considera ser alrededor de 45°.
La figura 6(a) muestra una vista esquemática en sección lateral de un ejemplo de dicho cabezal de impresión (1), es decir, en el que la cámara de calentamiento (10) se guía a lo largo de una trayectoria (T) entre la primera posición y la segunda posición, teniendo dicha trayectoria un ángulo (P) con respecto al vector de gravedad (g) (en este caso: un ángulo oblicuo); en la que el cabezal de impresión (1) está en la primera posición. La figura 6(b) muestra el mismo cabezal de impresión de la figura 6 (a), en la segunda posición.
En los dibujos, el calor dirigido hacia la cámara de calentamiento (10) (100, para la cámara de calentamiento de la técnica anterior) se representa mediante el símbolo “Q” con una flecha en negrita.
La cámara de calentamiento (10), el cabezal de impresión (1) habilitado con dicha cámara de calentamiento (10) y la impresora 3D con dicho cabezal de impresión (1) descritos anteriormente tienen las ventajas de: superar los inconvenientes encontrados en la técnica anterior; reducción de costes de mantenimiento; y simplificación de equipos, robustez, reducción de costes y aumento de vida útil.
Signos de referencia
I cabezal de impresión
10 cámara de calentamiento
I I boquilla
12 entrada de filamento
13 línea de suministro de filamento
20 tapa
21 bisagra
100 cámara de calentamiento de la técnica anterior
110 boquilla de la cámara de calentamiento de la técnica anterior
200 pasador
P ángulo
B Objeto impreso en 3D
g vector de gravedad
T trayectoria
Q calor
Z zona de impresión
Claims (10)
- REIVINDICACIONESi.Cabezal de impresión (1) para la fabricación aditiva, que comprende una cámara de calentamiento (10) para fundir una tinta de fabricación aditiva en forma de filamento, incluyendo dicha cámara de calentamiento (10)- una boquilla (11) para extruir material fundido, y- una entrada de filamento (12) para conectarse a una línea de suministro de filamento (13); comprendiendo además dicho cabezal de impresión (1) una tapa (20) fuera de la cámara de calentamiento (10) y que puede moverse con respecto a la cámara de calentamiento (10) entre- una primera posición en la que la boquilla (11) queda cubierta por la tapa (20), y- una segunda posición en la que la tapa (20) está alejada de la boquilla (11) de manera que la boquilla (11) no queda cubierta por la tapa (20),caracterizado porquedicha tapa incluye una superficie flexible para deformarse parcialmente al entrar en contacto con la boquilla (11) cuando está en la primera posición y dicha superficie incluye un material polimérico flexible.
- 2. Cabezal de impresión (1) según la reivindicación 1, en el que la cámara de calentamiento (10) puede moverse con respecto tanto al cabezal de impresión (1) como a la tapa (20) para transitar entre la primera posición y la segunda posición.
- 3. Cabezal de impresión (1) según cualquiera de las reivindicaciones 1 ó 2, en el que la tapa (20) está fijada al cabezal de impresión (1).
- 4. Cabezal de impresión (1) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que la tapa (20) tiene sustancialmente forma de lámina que está unida al cabezal de impresión (1) en uno o más bordes del mismo.
- 5. Cabezal de impresión (1) según la reivindicación 4, en el que la tapa (20) está unida al cabezal de impresión (1) en un único borde del mismo.
- 6. Cabezal de impresión (1) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, que incluye una pluralidad de cámaras de calentamiento (10) acopladas con una respectiva pluralidad de tapas (20).
- 7. Cabezal de impresión (1) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, dispuesto para, en funcionamiento, guiar la boquilla (11) a lo largo de una trayectoria (T) en un ángulo (P) dentro de un intervalo de entre 15° y 60° con respecto a una dirección del vector de gravedad (g).
- 8. Cabezal de impresión según la reivindicación 7, en el que dicho ángulo (P) está dentro de un intervalo de entre 30° y 55°.
- 9. Cabezal de impresión según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en el que la cámara de calentamiento (10) no incluye ninguna abertura adicional que permita el paso de material fundido desde la cámara de calentamiento (10).
- 10. Dispositivo (1000) para la fabricación aditiva, que está dotado de un cabezal de impresión (1) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9.
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