ES2814282T3

ES2814282T3 - Aparato de impresión tridimensional

Info

Publication number: ES2814282T3
Application number: ES17171714T
Authority: ES
Inventors: Chao-Yu Yen; Chen-Fu Huang; An-Hsiu Lee; Tsai-Yi Lin
Original assignee: Kinpo Electronics Inc; XYZ Printing Inc
Current assignee: Kinpo Electronics Inc; XYZ Printing Inc
Priority date: 2016-11-17
Filing date: 2017-05-18
Publication date: 2021-03-26
Anticipated expiration: 2037-05-18
Also published as: CN108068311A; US10464303B2; EP3323615A1; EP3323615B1; US20180133978A1; CN108068311B

Abstract

Un aparato de impresión tridimensional (100) que comprende: un cuerpo (130); un módulo de rotación (160) dispuesto en el cuerpo (130); un depósito (110) dispuesto en el módulo de rotación (160) para rotar relativamente con respecto al cuerpo (130), estando configurado el depósito (110) para contener un material formador en líquido; un módulo de elevación (150) dispuesto en el cuerpo (130); una plataforma de formación (120) dispuesta en el módulo de elevación (150) para ser elevada y bajada con relación al depósito (110); un módulo de curado (180) dispuesto en el cuerpo (130) y situado debajo del depósito (110); y un módulo de control (170) conectado eléctricamente al módulo de rotación (160), al módulo de elevación (150) y al módulo de curado (180), en el que el módulo de control (170) está configurado para accionar la plataforma de formación (120) para sumergir el material de formación en líquido del depósito (110) y para accionar el módulo de curado (180) para curar el material de formación en líquido entre la plataforma de formación (120) y un fondo interior (112) del depósito (110) para formar una capa de solidificación, y caracterizado porque el módulo de control (170) está configurado para accionar la plataforma de formación (120) a través del módulo de elevación (150) para subir relativamente al depósito (110) y simultáneamente para accionar el depósito (110) para que rote en un plano horizontal por medio del módulo de rotación (160), de manera que la capa de solidificación se desprenda del fondo interior (112) del depósito (110) y se forme sobre la plataforma de formación (120).

Description

DESCRIPCIÓN

Aparato de impresión tridimensional

Antecedentes

Campo técnico

La divulgación se refiere a un aparato de impresión tridimensional.

Descripción de la técnica relacionado

A medida que la tecnología ha ido avanzando en los últimos años, se han propuesto muchos procedimientos que utilizan la tecnología de fabricación aditiva (por ejemplo, la construcción de modelos capa por capa) para construir modelos físicos tridimensionales (3D). En términos generales, la tecnología de fabricación aditiva implica la conversión de los datos de diseño de un modelo tridimensional, que se construye mediante programas informáticos, tales como el diseño asistido por ordenador (CAD), en múltiples capas de sección transversal delgadas (casi bidimensionales) que son apiladas en secuencia.

El documento GB 2514139 A divulga un aparato para la fabricación de objetos tridimensionales de abajo hacia arriba que comprende una cuba para un polímero fotosensible que tiene una superficie de suelo de trabajo para que la luz incidente interactúe con la superficie de manera que produzca la fabricación deseada. Una plataforma de construcción es insertada en la cuba y tiene una superficie plana. Un mecanismo de elevación permite el ajuste entre la superficie del suelo de la cuba y la plataforma de construcción y el mecanismo de rotación permite la posición de la cuba en relación con la plataforma de construcción y sobre la superficie de trabajo de la cuba. También se describe un proce dimiento que se caracteriza por la separación de un polímero fotosensible curado de la superficie de trabajo de la cuba.

El documento US2016016361 (A1) divulga un procedimiento de fabricación aditiva en el que se forman una pluralidad de capas de material sobre una plataforma de construcción. El procedimiento puede comprender la formación de una capa de material en contacto con un recipiente y, posteriormente a la formación de la capa de material, la rotación del recipiente en relación con la plataforma de construcción y el movimiento de la plataforma de construcción en relación con el recipiente, creando así un fulcro efectivo alrededor de un eje, en el que la rotación del recipiente y el movimiento de la plataforma de construcción hacen que la capa de material se separe del recipiente. De acuerdo con algunas realizaciones, el recipiente puede estar configurado para rotar alrededor de un eje fijo. De acuerdo con algunas reali zaciones, el movimiento de la plataforma de construcción puede comprender el movimiento de la plataforma de cons trucción hacia el recipiente.

Actualmente, se han desarrollado muchas técnicas para formar una pluralidad de capas de sección transversal delga das. Por ejemplo, se dispone una plataforma de movimiento en un material de formación en líquido, y se acciona una fuente de luz para que irradie sobre el material de formación en líquido a lo largo de las coordenadas X - Y de acuerdo con las coordenadas X - Y - Z construidas de acuerdo con los datos de diseño del modelo en 3D, curando así el material de formación en líquido en formas correctas de las capas de sección transversal. A continuación, a medida que la plataforma de movimiento se mueve a lo largo de un eje Z, el material de formación en líquido forma un artículo tridimensional en un estado de curado y apilamiento capa por capa.

Sumario

La divulgación proporciona un aparato de impresión tridimensional que tiene una estructura de desprendimiento simple de la capa de solidificación para mejorar la eficiencia de la impresión tridimensional.

Un aparato de impresión tridimensional de la divulgación incluye un cuerpo, un módulo de rotación, un depósito, un módulo de elevación, una plataforma de formación, un módulo de curado y un módulo de control. El módulo de rotación y el módulo de elevación están dispuestos sobre el cuerpo. El depósito se dispone sobre el módulo de rotación. La plataforma de formación se dispone sobre el módulo de elevación. El módulo de curado se dispone en el cuerpo y se encuentra situado debajo del depósito. El módulo de control está conectado eléctricamente al módulo de rotación, al módulo de elevación y al módulo de curado para accionar a la plataforma de formación para que se sumerja dentro de un material de formación en líquido en el depósito y accionar el módulo de curado para curar el material de forma ción en líquido entre la plataforma de formación y un fondo interior del depósito para formar una capa de solidificación, y a continuación accionar la plataforma de formación a través del módulo de elevación para que se levante en relación con el depósito y simultáneamente accionar el depósito para que rote a través del módulo de rotación para desprender la capa de solidificación del fondo interior del depósito y formarse sobre la plataforma de formación.

En vista de lo anterior, por medio de la combinación del módulo de rotación y el módulo de elevación del aparato de impresión tridimensional, la plataforma de formación y el depósito generan diferentes acciones que se corresponden unas con las otras. Cuando la capa de solidificación se debe desprender, la plataforma de formación se eleva relativamente al fondo interior del depósito, y el depósito es rotado simultáneamente, de manera que la capa de soli dificación se puede desprender suavemente del fondo interior del depósito mediante la combinación de una fuerza de cizallamiento y un esfuerzo de tracción y puede ser formada sobre la plataforma de formación. Mediante la configura ción de diferentes modos de acción, respectivamente para la plataforma de formación y para el depósito, se puede reducir eficazmente el tiempo de movimiento de los componentes en el proceso de impresión tridimensional y mejorar la eficiencia general del proceso de fabricación.

Para facilitar una comprensión adicional de las características y ventajas que se han mencionado más arriba y otras, a continuación se describen detalladamente las realizaciones ejemplares, junto con los dibujos de referencia.

Breve descripción de los dibujos

La figura 1 es un diagrama esquemático que ilustra un aparato de impresión tridimensional de acuerdo con una realización de la divulgación.

La figura 2 es un diagrama esquemático que ilustra parte de los componentes del aparato de impresión tridimensional de la figura 1 desde otro ángulo de vista.

La figura 3 es un diagrama esquemático que ilustra las conexiones eléctricas de los componentes relevantes del aparato de impresión tridimensional de la figura 1.

La figura 4 es un diagrama esquemático que ilustra un aparato de impresión tridimensional de acuerdo con otra realización de la divulgación.

Descripción de las realizaciones

La figura 1 es un diagrama esquemático que ilustra un aparato de impresión tridimensional de acuerdo con una reali zación de la divulgación. La figura 2 es un diagrama esquemático que ilustra parte de los componentes del aparato de impresión tridimensional de la figura 1 desde otro ángulo de vista. La figura 3 es un diagrama esquemático que ilustra las conexiones eléctricas de los componentes relevantes del aparato de impresión tridimensional de la figura 1. Ha ciendo referencia a desde la figura 1 a la figura 3 al mismo tiempo, en la presente realización, un aparato de impresión tridimensional 100 es, por ejemplo, un aparato de estereolitografía (SL) o un aparato de procesamiento digital de la luz (DLP), que incluye un cuerpo 130, un módulo de rotación 160, un depósito 110, un módulo de elevación 150, una plataforma de formación 120, un módulo de curado 180 y un módulo de control 170. El módulo de rotación 160 y el módulo de elevación 150 están dispuestos sobre el cuerpo 130. El depósito 110 está dispuesto sobre el módulo de rotación 160 y el fondo interior 112 del depósito 110 es un plano. La plataforma de formación 120 está dispuesta en el módulo de elevación 150. El módulo de curado 180 está dispuesto en el cuerpo 130 y se encuentra debajo del depósito 110. El módulo de control 170 está conectado eléctricamente al módulo de rotación 160, al módulo de elevación 150 y al módulo de curado 180.

Además, el aparato de impresión tridimensional 100 incluye adicionalmente un módulo de suministro 140 que contiene un material de formación en líquido (no ilustrado) en el mismo. El módulo de suministro 140 está dispuesto sobre el cuerpo 130 y está situado al lado del depósito 110 para inyectar el material de formación en líquido en el depósito 110 como suministro en un proceso de impresión tridimensional. Además, aunque los dibujos de la divulgación ilustran un área de la plataforma de formación más pequeña que un área del fondo interior 112 del depósito 110, esta relación no está limitada por ello. En otras palabras, en otra representación no ilustrada, el área de la plataforma de formación puede ser igual al área del fondo interior del depósito.

Aquí, el módulo de control 170 está configurado para accionar la plataforma de formación 120 para sumergir el material de formación en líquido (no ilustrado) del depósito 110 y accionar el módulo de curado 180 para curar el material de formación en líquido entre la plataforma de formación 120 y el fondo interior 112 del depósito 110 para formar una capa de solidificación (no ilustrada). Aquí, el material de formación en líquido es, por ejemplo, una resina en líquido fotosensible, y el módulo de curado 180 es, por ejemplo, una fuente de luz de irradiación ultravioleta que cura la resina fotosensible por medio de la irradiación ultravioleta para formar la capa de solidificación. Posteriormente, el módulo de elevación 150 impulsa la plataforma de formación 120 para que se eleve relativamente con el depósito 110, y el módulo de rotación 160 impulsa simultáneamente el depósito 110 para que rote, de manera que la capa de solidificación se desprenda del fondo interior 112 del depósito 110 y se forme sobre la plataforma de formación 120. Repitiendo los pasos anteriores, la capa de solidificación de capas múltiples se apila sobre una superficie de la plataforma de forma ción 110. La capa de solidificación es una capa transversal en forma de un artículo tridimensional final. En consecuen cia, después de completar un paso de apilamiento capa por capa, se forma el artículo tridimensional deseado (no ilustrado). Además, al colocar una capa de revestimiento (no ilustrada) como el politetrafluoroetileno (PTFE) y el polidimetilsiloxano (PDMS) en el fondo interior 112 del depósito 110, se reduce la fuerza viscosa del artículo tridimensional o de la capa de solidificación en relación con el fondo interior 112 del depósito 110, y la capa de solidificación o el artículo tridimensional puede ser desprendida del fondo interior 112 con mayor suavidad.

Se debe indicar que en el dibujo de la presente realización se omiten el material de formación en líquido, la capa de solidificación curada y el artículo tridimensional. Sin embargo, todos ellos se pueden deducir de la técnica existente relacionado con la estereolitografía o el procesamiento digital de la luz, y no afectan a la implementación de la presente realización.

Específicamente, como se ilustra en la figura 2, el módulo de rotación 160 incluye una fuente de energía 162 y una plataforma de rotación 166, en el que la fuente de energía 162 está conectada eléctricamente al módulo de control 170, la plataforma de rotación 166 está dispuesta sobre el cuerpo 130, y el depósito 110 está dispuesto sobre la plataforma de rotación 166. En la presente memoria descriptiva, la fuente de energía 162 es, por ejemplo, un motor, que está conectado a la plataforma de rotación 166, de tal manera que la fuente de energía 162 está controlada por el módulo de control 170 y puede accionar la plataforma de rotación 166 y el depósito 110 sobre la misma para que roten relativamente al cuerpo 130, como se indica en una flecha curva de doble punta en la figura 1.

En la presente realización, el módulo de rotación 160 incluye además un engranaje anular 164 montado bajo la plata forma de rotación 166, de manera que el depósito 110 puede rotar simultáneamente con la plataforma de rotación 166 y el engranaje anular 164. Además, la fuente de energía 162 incluye una porción de engranaje 162a acoplada al engranaje anular 164, de modo que la fuente de energía 162 puede accionar el engranaje anular 164 para que rote a través de la porción de accionamiento de engranaje 162a y logre el efecto de hacer rotar el depósito 110 con relación al cuerpo 130. En otras realizaciones no ilustradas, se puede introducir un juego de poleas en el módulo de rotación para lograr el mismo efecto de movimiento de accionar la rotación de la plataforma para que rote.

Haciendo referencia de nuevo a la figura 1, en la presente realización, el módulo de elevación 150 incluye una crema llera 152, una varilla roscada de guía 154 y un miembro de accionamiento 156, en el que la cremallera 152 y la varilla roscada de guía 154 están dispuestas en el cuerpo 130 y se encuentran a un lado de la depósito 110. El miembro de accionamiento 156 se dispone sobre la cremallera 152 y se coloca en posición elevada a lo largo de la varilla roscada de guía 154. El módulo de control 170 está conectado eléctricamente al miembro de accionamiento 156. La plataforma de formación 120 se coloca en el miembro de accionamiento 156 para ser elevada y bajada con el miembro de accio namiento 156 a lo largo de la varilla roscada de guía 154. Por consiguiente, el módulo de control 170 puede accionar la plataforma de conformación 120 para que entre o salga del depósito 110.

Además, haciendo referencia de nuevo a la figura 1 y a la figura 2, el módulo de suministro 140 de la presente reali zación incluye un recipiente 144, una bomba 142 y un tubo de transferencia 146, en el que el recipiente 144 se utiliza para contener el material de formación en líquido para el suministro, la bomba 142 conectada eléctricamente al módulo de control 170 está conectada entre el tubo de transferencia 146 y el recipiente 144 para extraer el material de forma ción en líquido en el recipiente 144 e inyectarlo en el depósito 110 a través del tubo de transferencia 146. En este caso, el tubo de transferencia 146 tiene una estructura flexible o una estructura móvil para que el usuario pueda mover el tubo de transferencia 146 hacia el depósito 110 o desde el mismo

En vista de la configuración estructural anterior y la descripción, la capa de solidificación formada es desprendida por un esfuerzo de cizallamiento a través de la rotación del depósito 110. Por ejemplo, si el artículo tridimensional o la capa de solidificación tiene forma circular y su diámetro es de 120 mm, cuando se va a desprender el fondo interior 112 del depósito 110, para lograr un modo de mayor eficiencia, el módulo de control 170 acciona el módulo de rotación 160 y el módulo de elevación 150, de manera que la plataforma de formación 120 pueda elevarse 5 mm cuando el ángulo de rotación del depósito 110 es de 20 grados. En otras palabras, una inclinación de un procedimiento de desprendimiento en espiral formado por el módulo de rotación 160 y el módulo de elevación 150 es de 0,25 mm/grado.

La figura 4 es un diagrama esquemático que ilustra un aparato de impresión tridimensional de acuerdo con otra reali zación de la divulgación. Haciendo referencia a la figura 4, a diferencia de la descripción que antecede, en un aparato de impresión tridimensional 200 de la presente realización, un módulo elevador 250 incluye un par de cremalleras 252a, 252b, un par de varillas roscadas de guía 254 (sólo una está ilustrada debido al ángulo de visión), y un miembro de accionamiento 256. Concretamente, las cremalleras 252a, 252b y las varillas roscadas de guía 254 se disponen respectivamente en el cuerpo 230 en parejas, y el depósito 210 se encuentra entre la cremallera 252a, 252b y las varillas roscadas de guía 254. El miembro de accionamiento 256 está situado entre las cremalleras 252a, 252b y se dispone de forma móvil a lo largo de las varillas roscadas de guía 254. El módulo de control (como el elemento 170 que se ha descrito más arriba) está conectado eléctricamente al miembro de accionamiento 256. En la presente rea lización, las cremalleras 252a, 252b, las varillas roscadas de guía 254 y el miembro de accionamiento 256 forman una estructura de pórtico, que mejora eficazmente la fuerza y la estabilidad de la estructura y permite una mejor precisión de movimiento cuando una plataforma de formación 220 colocada en el miembro de accionamiento 256 se eleva y baja relativamente al depósito 210 (como se indica en el dibujo con una flecha de doble cabeza).

En resumen de las anteriores realizaciones, por medio de la combinación del módulo de rotación y el módulo de elevación del aparato de impresión tridimensional, la plataforma de formación y el depósito generan diferentes accio nes que se corresponden unas con las otras. Cuando la capa de solidificación se va a desprender, la plataforma de formación se eleva relativamente al fondo interior del depósito y el depósito es rotado simultáneamente, de manera que la capa de solidificación se puede desprender sin problemas del fondo interior del depósito mediante la combinación de una fuerza de cizallamiento y un esfuerzo de tracción y se puede formar en la plataforma de formación. En otras palabras, la rotación del depósito previene los errores estructurales resultantes de la rotación de la plataforma de formación y la capa de solidificación o el artículo tridimensional sobre la misma, y por lo tanto mejora la precisión estructural del artículo tridimensional.

Por consiguiente, cuando se desprende la capa de solidificación o el artículo tridimensional, debido a los diferentes modos de acción de los componentes, el tiempo de movimiento de un componente en el proceso de impresión tridi mensional puede reducirse eficazmente, y se mejora la eficiencia del proceso de fabricación general.

Por último, se debe hacer notar que las realizaciones anteriores tienen por objeto simplemente describir las soluciones técnicas de la divulgación y no limitarla. Aunque las realizaciones anteriores han descrito la divulgación en detalle, cualquier experto en la materia entenderá que todavía puede hacer modificaciones a las soluciones técnicas descritas en las realizaciones anteriores o hacer sustituciones equivalentes de parte o de todas las características técnicas de las mismas. Las modificaciones y sustituciones no hacen que la naturaleza de las soluciones técnicas correspondien tes se desvíe del alcance de las soluciones técnicas de las realizaciones de la divulgación.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un aparato de impresión tridimensional (100) que comprende:

un cuerpo (130);

un módulo de rotación (160) dispuesto en el cuerpo (130);

un depósito (110) dispuesto en el módulo de rotación (160) para rotar relativamente con respecto al cuerpo (130), estando configurado el depósito (110) para contener un material formador en líquido;

un módulo de elevación (150) dispuesto en el cuerpo (130);

una plataforma de formación (120) dispuesta en el módulo de elevación (150) para ser elevada y bajada con relación al depósito (110);

un módulo de curado (180) dispuesto en el cuerpo (130) y situado debajo del depósito (110); y

un módulo de control (170) conectado eléctricamente al módulo de rotación (160), al módulo de elevación (150) y al módulo de curado (180),

en el que el módulo de control (170) está configurado para accionar la plataforma de formación (120) para sumergir el material de formación en líquido del depósito (110) y para accionar el módulo de curado (180) para curar el material de formación en líquido entre la plataforma de formación (120) y un fondo interior (112) del depósito (110) para formar una capa de solidificación, y caracterizado porque

el módulo de control (170) está configurado para accionar la plataforma de formación (120) a través del módulo de elevación (150) para subir relativamente al depósito (110) y simultáneamente para accionar el depósito (110) para que rote en un plano horizontal por medio del módulo de rotación (160), de manera que la capa de solidificación se desprenda del fondo interior (112) del depósito (110) y se forme sobre la plata forma de formación (120).

2. El aparato de impresión tridimensional de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el módulo de rotación (160) comprende:

una fuente de energía (162) conectada eléctricamente al módulo de control (170); y

una plataforma de rotación (166) colocada sobre el cuerpo (130), en la que el depósito (110) se coloca sobre la plataforma de rotación (166), la fuente de energía (162) está vinculada a la plataforma de rotación (166), y la fuente de energía (162) se controla para accionar la plataforma de rotación (166) y el depósito (110) sobre ella para que rote relativamente al cuerpo (130).

3. El aparato de impresión tridimensional de acuerdo con la reivindicación 2, en el que el módulo de rotación (160) comprende, además: un engranaje anular (164) montado bajo la plataforma de rotación (166) para hacer rotar el depósito (100) simul táneamente con la plataforma de rotación (166) y el engranaje anular (164), en el que la fuente de energía (162) comprende una porción de accionamiento (162a) del engranaje acoplada al engranaje anular (164) y la fuente de energía (162) acciona el engranaje anular (164) para que rote a través de la porción de accionamiento del engra naje (162a).

4. El aparato de impresión tridimensional de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que el módulo elevador (150)comprende:

una cremallera (152) y una varilla roscada de guía (154) dispuestas en el cuerpo (130) y situadas a un lado del depósito (110); y

un miembro de accionamiento (156) colocado en la cremallera (152) y dispuesto elevado a lo largo de la varilla roscada de guía (154), en el que el módulo de control (170) está conectado eléctricamente al miembro de accionamiento (156), y la plataforma de formación (120) está dispuesta en el miembro de accionamiento (156) para ser elevada y bajada con el miembro de accionamiento (156) a lo largo de la varilla roscada de guía (154).

5. El aparato de impresión tridimensional de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, que comprende, además:

un módulo de suministro (140) dispuesto sobre el cuerpo (130) y situado al lado del depósito (110), conteniendo el módulo de suministro (140) el material de formación en líquido que debe ser suministrado e inyectado dentro del depósito (110).

6. El aparato de impresión tridimensional de acuerdo con la reivindicación 5, en el que el módulo de suministro (140) comprende;

un recipiente (144) que contiene el material de formación en líquido; y

una bomba (142) y un tubo de transferencia (146), estando la bomba (142) conectada entre el recipiente (144) y el tubo de transferencia (146) para extraer el material de formación en líquido en el recipiente (144) e inyectar el material de formación en líquido en el depósito (110) por medio del tubo de transferencia (146).

7. El aparato de impresión tridimensional de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, que es un aparato de estereolitografía o un aparato de procesamiento digital de luz.

8. El aparato de impresión tridimensional de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en el que el fondo interior (112) del depósito (110) es un plano.

9. El aparato de impresión tridimensional de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en el que un área de la plataforma de formación (120) es menor o igual a un área del fondo interior (112) del depósito (110).

10. El aparato de impresión tridimensional de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, en el que el módulo elevador (250) comprende:

un par de cremalleras (252a, 252b) y un par de varillas roscadas de guía (254), dispuestas respectivamente en el cuerpo (230), estando situado el depósito (210) entre el par de cremalleras (252a, 252b) y estando situado el depósito (210) entre el par de varillas roscadas de guía (254); y

un miembro de accionamiento (256) dispuesto entre el par de cremalleras (252a, 252b) y dispuesto de forma móvil a lo largo del par de varillas roscadas guía (254), en el que el par de cremalleras (252a, 252b), el par de varillas roscadas guía (254) y el miembro de accionamiento (256) forman una estructura de pórtico, y la plataforma de formación (220) está dispuesta sobre el miembro de accionamiento (256).