[go: up one dir, main page]

ES2924883T3 - Impresión 3D reforzada con fibra - Google Patents

Impresión 3D reforzada con fibra Download PDF

Info

Publication number
ES2924883T3
ES2924883T3 ES18900595T ES18900595T ES2924883T3 ES 2924883 T3 ES2924883 T3 ES 2924883T3 ES 18900595 T ES18900595 T ES 18900595T ES 18900595 T ES18900595 T ES 18900595T ES 2924883 T3 ES2924883 T3 ES 2924883T3
Authority
ES
Spain
Prior art keywords
filament
fiber
polymer
composite filament
heating zone
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
ES18900595T
Other languages
English (en)
Inventor
Mikko Huttunen
Janne Pihlajamäki
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Arctic Biomaterials Oy
Original Assignee
Arctic Biomaterials Oy
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Arctic Biomaterials Oy filed Critical Arctic Biomaterials Oy
Application granted granted Critical
Publication of ES2924883T3 publication Critical patent/ES2924883T3/es
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/10—Processes of additive manufacturing
    • B29C64/106—Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material
    • B29C64/118—Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material using filamentary material being melted, e.g. fused deposition modelling [FDM]
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/10—Processes of additive manufacturing
    • B29C64/165—Processes of additive manufacturing using a combination of solid and fluid materials, e.g. a powder selectively bound by a liquid binder, catalyst, inhibitor or energy absorber
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/20—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • B29C64/205—Means for applying layers
    • B29C64/209—Heads; Nozzles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/20—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • B29C64/227—Driving means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/20—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • B29C64/295—Heating elements
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/30—Auxiliary operations or equipment
    • B29C64/386—Data acquisition or data processing for additive manufacturing
    • B29C64/393—Data acquisition or data processing for additive manufacturing for controlling or regulating additive manufacturing processes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • B29C70/06—Fibrous reinforcements only
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • B29C70/28—Shaping operations therefor
    • B29C70/30—Shaping by lay-up, i.e. applying fibres, tape or broadsheet on a mould, former or core; Shaping by spray-up, i.e. spraying of fibres on a mould, former or core
    • B29C70/38—Automated lay-up, e.g. using robots, laying filaments according to predetermined patterns
    • B29C70/382—Automated fiber placement [AFP]
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y10/00—Processes of additive manufacturing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y30/00—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y70/00—Materials specially adapted for additive manufacturing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y70/00—Materials specially adapted for additive manufacturing
    • B33Y70/10—Composites of different types of material, e.g. mixtures of ceramics and polymers or mixtures of metals and biomaterials
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • B29C70/28—Shaping operations therefor
    • B29C70/30—Shaping by lay-up, i.e. applying fibres, tape or broadsheet on a mould, former or core; Shaping by spray-up, i.e. spraying of fibres on a mould, former or core
    • B29C70/38—Automated lay-up, e.g. using robots, laying filaments according to predetermined patterns
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29K—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
    • B29K2101/00—Use of unspecified macromolecular compounds as moulding material
    • B29K2101/12—Thermoplastic materials
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29K—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
    • B29K2105/00—Condition, form or state of moulded material or of the material to be shaped
    • B29K2105/06—Condition, form or state of moulded material or of the material to be shaped containing reinforcements, fillers or inserts
    • B29K2105/08—Condition, form or state of moulded material or of the material to be shaped containing reinforcements, fillers or inserts of continuous length, e.g. cords, rovings, mats, fabrics, strands or yarns
    • B29K2105/0872—Prepregs

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Robotics (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Civil Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Toys (AREA)

Abstract

Una impresora 3D comprende un cabezal de impresión (500) para suministrar un filamento compuesto de fibra preimpregnado (800) que incluye hebras de fibra axial inelástica dentro del material de matriz termoplástica. Una primera zona de calentamiento (1) entre el suministro de filamentos y una boquilla calentada (2) se puede calentar por encima de la temperatura de fusión de la matriz. Un elemento de consolidación (9) después de la boquilla aplica una fuerza de consolidación al filamento para unir el filamento a la pieza. La boquilla se puede calentar al menos hasta la temperatura de fusión de la matriz. El filamento se conduce a través de la primera zona de calentamiento hacia la boquilla. Una zona fría (6) anterior a la primera zona de calentamiento mantiene la temperatura del filamento por debajo de la temperatura de fusión de la matriz. Una rotura de calor (7) entre la primera zona de calentamiento y la boquilla crea un intervalo de temperatura entre la primera zona de calentamiento y la boquilla. El cabezal de impresión/elemento de consolidación se puede mover en tres grados de libertad. La solicitud se refiere además a un método para la fabricación aditiva de una pieza. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Impresión 3D reforzada con fibra
Campo de la invención
La presente invención se refiere a la fabricación aditiva de una pieza y, más particularmente, a un método y a una impresora tridimensional para la fabricación aditiva de una pieza reforzada con fibra.
Antecedentes
La siguiente descripción de la técnica anterior puede incluir información, descubrimientos, interpretaciones o divulgaciones, o asociaciones junto con divulgaciones no conocidas para la técnica relevante anterior a la presente invención, pero proporcionadas por la presente divulgación. Algunas de tales contribuciones dadas a conocer en el presente documento pueden señalarse específicamente a continuación, mientras que otras de tales contribuciones abarcadas por la presente divulgación y la invención serán evidentes a partir de su contexto.
La colocación automática de fibras (AFP) se refiere a un proceso para la fabricación aditiva de estructuras compuestas, en el que se alinean fibras continuas en trayectorias predeterminadas capa por capa para formar la estructura. En la técnica, se conoce la colocación automatizada de fibras con materiales compuestos termoplásticos. La técnica AFP se usa tanto con polímeros termoendurecibles como con polímeros termoplásticos con fibras de refuerzo continuas (carbono, vidrio, etc.). En AFP, la materia prima de los polímeros termoplásticos tiene forma de estopa de fibras impregnadas, prefabricadas y solidificadas. La estopa de fibras se alimenta a través de un cabezal de impresión en el que la estopa de fibras se calienta por encima de la temperatura de fusión del polímero de matriz (es decir, el polímero termoplástico). El cabezal de impresión se conecta a un robot que se dispone para llevar a cabo la impresión de la fibra en trayectorias tridimensionales (X-Y-Z) predeterminadas y, por tanto, se forma una estructura deseada de la pieza final.
La fabricación de filamentos fundidos (FFF) es una técnica de impresión tridimensional (3D) en la que se usa un filamento continuo de un material termoplástico. Las propiedades mecánicas de objetos impresos en 3D fabricados al usar la técnica de fabricación de filamentos fundidos se limitan debido al hecho de que estos objetos normalmente están compuestos solo de polímero. Esta limitación puede reducirse al añadir refuerzos de fibra cortados (cortos) al polímero para imprimir filamentos, pero esto no mejora considerablemente las propiedades mecánicas de los objetos impresos en 3D.
El refuerzo de fibra continua puede usarse en materiales compuestos plásticos para dotarlos de una gran resistencia. Sin embargo, hasta ahora, la experiencia comercial al usar refuerzo de fibra continua en la fabricación de filamentos fundidos es muy limitada.
El documento US 5936861 A da a conocer una técnica para la fabricación de filamentos fundidos (FFF) de refuerzo de fibra continua por la extrusión de una única boquilla usando materia prima reforzada con fibra continua preimpregnada, en la que las fibras de refuerzo se impregnan durante un proceso de impresión en un baño de impregnación externa ligado a un dispositivo de impresión. El refuerzo de fibra se impregna durante la impresión 3D en un dispositivo de impregnación externa situado antes del dispositivo de impresión. Como alternativa, se usa una estopa de fibras comolidas, en la que las fibras de matriz y de refuerzo tienen ambas forma de fibra en una misma estopa de fibras que se alimenta a través de una boquilla de impresión 3D en la que las fibras de matriz funden e impregnan las fibras.
La publicación "Three-dimensional printing of continuous-fiber composites by in-nozzle impregnation" de Ryosuke Matsuzaki et al. (Informes científicos 6, número de artículo: 23058 (2016), doi:10.1038/srep23058, publicado en línea el 11 de marzo de 2016 (http://www.nature.com/articles/srep23058)) da a conocer un dispositivo que usa una boquilla de impregnación, en la que las fibras se impregnan por un polímero termoplástico durante el proceso de impresión en la boquilla de impregnación diseñada de manera especial.
Los documentos US 14491439 y US 9327453 B2 dan a conocer el uso de un extrusor doble para imprimir un refuerzo de fibra continua y de matriz de polímero. Dan a conocer el uso de FFF, en la que la impresión 3D de fibras continuas se realiza usando el filamento de fibras preimpregnadas, prefabricadas y solidificadas que se impregna por un polímero termoplástico y que se calienta en la boquilla de impresión de fibras. Una impresora 3D también incluye otra boquilla de impresión que se usa únicamente para imprimir material de matriz. La boquilla de impresión de fibras aplica una fuerza de aplanamiento/planchado al filamento de refuerzo de fibra fundida en la boquilla. La fuerza de aplanamiento/planchado es igual a una fuerza de consolidación en la técnica de colocación automática de fibras. El documento US 2014/361460 A 1 da a conocer una impresora tridimensional para la fabricación aditiva que comprende una boquilla que puede calentarse.
Tanto el método de FFF para imprimir fibras continuas como el método de AFP se usan para crear estructuras en 3D capa por capa al aplicar refuerzos de fibra continua para formar estructuras finales. En FFF y AFP, las fibras continuas integradas en la matriz de polímero termoplástico o termoestable se extruden a través de un cabezal de impresión para formar estructuras en 3D reforzadas con fibra continua. AFP y FFF de fibras continuas difieren en el tamaño y la forma de los objetos impresos. En AFP normalmente se crean objetos muy grandes y AFP se usa normalmente, pero sin limitación, para formar estructuras huecas. FFF de fibras continuas puede usarse, por otra parte, para crear objetos más pequeños de cualquier forma.
Tanto en la técnica FFF de fibras continuas como en la técnica AFP de polímeros termoplásticos, la materia prima tiene forma de una estopa reforzada de fibras impregnadas, prefabricadas y solidificadas. Tanto en la técnica FFF de fibras continuas como en la técnica AFP de polímeros termoplásticos, la estopa de materia prima se alimenta a través del cabezal de impresión en el que la estopa se calienta por encima de la temperatura de fusión del polímero de matriz, después de que las fibras se extiendan sobre la superficie de impresión capa por capa. Tanto en la técnica FFF de fibras continuas como en la técnica AFP de polímeros termoplásticos, la fibra fundida está sujeta a una fuerza de compactación (es decir, una fuerza de consolidación y/o una fuerza de aplastamiento/planchado) que une las fibras a la pieza que se fabrica. En AFP, la fuerza de compactación/consolidación se aplica por un rodillo de consolidación y, en FFF de fibras continuas, la fuerza de compactación/consolidación se aplica por la geometría exterior de una boquilla de impresión de fibras calentadas (reborde de planchado). En la técnica AFP, esta fuerza se denomina fuerza de compactación/consolidación y, en FFF de fibras continuas, esta fuerza se denomina fuerza de aplastamiento/planchado. Puede usarse FFF y AFP para extrudir fibras continuas integradas en polímeros termoplásticos o termoestables, y para crear objetos a partir de tales materiales por medio de fabricación aditiva, es decir, impresión 3D. Una diferencia entre las técnicas de impresión 3D existentes y la técnica de colocación automática de fibras para imprimir una fibra continua se encuentra en el tamaño y la forma de los objetos impresos.
En FFF y AFP, la compactación de la fibra a la pieza impresa se produce por la unión por fusión de superficies de polímero. La unión por fusión implica tres fases: contacto íntimo, difusión molecular (reptación o autohesión) y consolidación. La fase de contacto íntimo implica unir dos superficies bajo calor y presión de manera que la matriz de polímero de cada superficie esté en contacto directo entre sí. Una vez que se consigue contacto íntimo, las cadenas de polímero se difunden entre las dos capas (superficies) mediante vibraciones térmicas y se enredan para formar una unión. Finalmente, la zona de unión se enfría bajo presión y se consigue una unión cohesiva.
Otras técnicas incluyen un dispositivo que usa una boquilla de impregnación en la que las fibras se impregnan al termoendurecer un polímero fotocurable durante el proceso de impresión en una boquilla de impregnación diseñada de manera especial, o al apilar las capas de fibra unas encima de las otras.
A pesar de los métodos descritos anteriormente, existe la necesidad de proporcionar una técnica más avanzada de impresión 3D de refuerzo de fibra continua.
Sumario
A continuación, se presenta un sumario simplificado de características dadas a conocer en el presente documento para proporcionar una comprensión básica de algunos aspectos a modo de ejemplo de la invención. Este sumario no es una visión general extensa de la invención. No se pretende identificar elementos clave/críticos de la invención o delinear el alcance de la invención. Su único propósito es presentar algunos conceptos dados a conocer en el presente documento de forma simplificada como paso previo a una descripción más detallada.
Según un aspecto, se proporciona el objeto de las reivindicaciones independientes. En las reivindicaciones dependientes se definen realizaciones.
Uno o más ejemplos de implementaciones se exponen con más detalle en los dibujos adjuntos y en la siguiente descripción. Otras características resultarán evidentes a partir de la descripción y los dibujos, así como de las reivindicaciones.
Breve descripción de las figuras
A continuación, se describirá con mayor detalle la invención por medio de realizaciones preferidas con referencia a los dibujos adjuntos, en los que
la figura 1 es un diagrama esquemático que ilustra una impresora 3D según una realización a modo de ejemplo;
la figura 2 es un diagrama esquemático que ilustra una unidad de impresión 3D de la técnica anterior;
la figura 3 es un diagrama esquemático que ilustra una unidad de impresión 3D según una realización a modo de ejemplo;
la figura 4 es un diagrama de flujo que ilustra un proceso de impresión 3D según una realización a modo de ejemplo;
la figura 5 es un diagrama esquemático que ilustra una unidad de impresión de fibras según una realización a modo de ejemplo;
la figura 6A es un diagrama esquemático que ilustra piezas impresas en 3D según una realización a modo de ejemplo;
la figura 6B es un diagrama esquemático que ilustra una pieza impresa en 3D según una realización a modo de ejemplo;
las figuras 7A y 7B son diagramas esquemáticos que ilustran una estructura impresa en 3D según una realización a modo de ejemplo;
las figuras 8A, 8B, 8C y 8D son diagramas esquemáticos que ilustran estructuras a modo de ejemplo de un cabezal de impresión.
Descripción detallada de la invención
Las siguientes realizaciones son a modo de ejemplo. Aunque la memoria descriptiva puede referirse a "una", "alguna" o "algunas" realización/realizaciones en diversas ubicaciones, esto no significa necesariamente que cada una de estas referencias se refiera a la misma realización o realizaciones, o que la característica solo se aplique a una única realización. Las características individuales de las diferentes realizaciones también pueden combinarse para proporcionar otras realizaciones. Además, las palabras "que comprende", "que contiene" y "que incluye" deben entenderse en el sentido de que no limitan las realizaciones descritas en cuanto a que consistan únicamente en las características que se han mencionado y tales realizaciones también pueden contener características/estructuras que no se han mencionado específicamente.
Una realización da a conocer una estructura de objetos impresos en 3D compuesta de refuerzos de fibra continua/semicontinua y de polímero integrados en una matriz de polímero, y un método para la fabricación aditiva de una estructura de este tipo.
La figura 1 ilustra una impresora 3D 300 a modo de ejemplo que incluye tres unidades de impresión 3D independientes (es decir, cabezales de impresión): una primera unidad de impresión 400 para imprimir en 3D material de soporte, una segunda unidad de impresión 600 para imprimir en 3D filamento de polímero y una tercera unidad de impresión 500 para imprimir en 3D filamento reforzado con fibra compuesta 800. La primera unidad de impresión 400, la segunda unidad de impresión 600 y la tercera unidad de impresión 500 pueden moverse libremente en las dimensiones X/Y/Z y en cada una de las posibles rotaciones 3D alrededor de los ejes X/Y/Z (es decir, cada cabezal de impresión 400, 500, 600 puede controlarse, programarse y ponerse en funcionamiento en ejes espaciales tridimensionales, y puede rotarse, además, opcionalmente alrededor de 3 ejes rotacionales). Sin embargo, el número de unidades de impresión no se limita a tres. En su lugar, otras realizaciones pueden incluir dos o más unidades de impresión para imprimir en 3D polímeros, filamentos de fibras compuestas y/o material(es) de soporte, por ejemplo. La impresora 3D 300 comprende, además, una placa de impresión 100 móvil o estacionaria para soportar la pieza 700 que va a fabricarse y un controlador 200 conectado de manera operativa a las unidades de impresión primera, segunda y tercera 400, 500, 600.
La estructura y el funcionamiento de una unidad de impresión 500 a modo de ejemplo para imprimir en 3D el filamento reforzado con fibra compuesta 800 se describen a continuación con más detalle, por ejemplo, con respecto a las figuras 3, 4, 5 y 8A a 8C.
La figura 2 ilustra una solución de la técnica anterior para la impresión 3D, que comprende un extrusor para la impresión 3D de un filamento compuesto reforzado con fibra continua preimpregnado con resina termoplástica. El filamento de fibras 800 puede tener forma de una estopa de fibras 3 y un impulsor de filamentos 4 se dispone para impulsar el filamento compuesto de fibra 800 a través de una zona de alimentación fría 6 en una boquilla calentada 11. En la solución de la figura 2, la boquilla calentada 11 tiene una característica geométrica denominada "reborde de planchado" para aplicar durante la impresión 3D una "fuerza de planchado" (es decir, una fuerza de consolidación) a la matriz de polímero del filamento 800 que se imprime en 3D. Esta "fuerza de planchado" aplicada por una pequeña zona plana situada en la punta de la boquilla 11 es idéntica a la fuerza de consolidación aplicada en la técnica AFP que usa un rodillo de compactación independiente. Un cortador 5 corta el filamento reforzado con fibra 800 para formar componentes independientes de la pieza. En la situación de la figura 2, la temperatura entre la estopa de fibras 3 y la boquilla 11 en el extrusor se mantiene por debajo de la Tm (Tm=la temperatura de fusión de la matriz de polímero) y el filamento compuesto reforzado con fibra 800 tiene una zona en sección transversal mayor que 6,4*10-3 mm2 y menor que 1,3 mm2.
Una realización a modo de ejemplo difiere de las soluciones de la técnica anterior para la impresión 3D de objetos reforzados con fibra en que en una realización el suministro de filamentos de fibra se implementa de manera diferente. Una realización a modo de ejemplo difiere, además, de las soluciones de la técnica anterior para la impresión 3D de objetos reforzados con fibra en que en una realización la fuerza de consolidación se aplica de manera diferente.
La figura 3 ilustra una disposición de impresión 3D según una realización a modo de ejemplo. En la figura 3, la unidad de impresión 500 para imprimir en 3D el filamento reforzado con fibra compuesta 800 comprende un extrusor para la impresión 3D de filamento compuesto reforzado con fibra continua preimpregnado con material de matriz termoplástico. El filamento de fibras 800 puede tener forma de una estopa de fibras 3 y un impulsor de filamentos 4 se dispone para impulsar el filamento compuesto de fibra 800 a través de una zona de alimentación fría 6, una primera zona de calentamiento 1 (zona de calor 1) y una primera zona de rotura térmica 7 (elemento de rotura térmica 7) en una boquilla calentada 2 (es decir, una segunda zona de calentamiento 2, la zona de calor 2). La boquilla calentada 2 está rodeada por un elemento de consolidación 9 (que puede ser un anillo de consolidación 9) situado después de la boquilla calentada 2. El anillo de consolidación 9 se dispone para aplicar (presionar) suavemente el filamento 800 a la pieza 700. El anillo de consolidación 9 puede calentarse o no.
La unión final del filamento impreso 800 y el material subyacente se produce en el anillo de consolidación 9 que puede no calentarse y que puede sobresalir más abajo (más cerca de la pieza impresa 700) que la boquilla calentada 2. Después de la compactación, se produce la solidificación del filamento 800 durante una fase de refrigeración que puede incluir la refrigeración de la pieza por medio de un dispositivo de refrigeración externo (no mostrado en la figura 3).
Un cortador 5 se dispone para cortar el filamento reforzado con fibra 800, por ejemplo, para formar componentes independientes de la pieza 700.
Tal como se muestra en la figura 3, la primera zona de calentamiento 1 se sitúa antes de la boquilla calentada 2, en la que el filamento compuesto de fibra preimpregnada 800 se precalienta en la primera zona de calentamiento 1 y, por tanto, la temperatura del extrusor no se mantiene por debajo de la Tm (Tm=la temperatura de fusión del material de matriz termoplástico) entre la estopa de fibras 3 y la boquilla calentada 2 (en su lugar, la temperatura en la primera zona de calentamiento 1 antes de la boquilla calentada 2 está por encima de la Tm).
La primera zona de calentamiento 1 (zona de calor 1) es una zona de precalentamiento en la que la temperatura T es > Tm (Tm=la temperatura de fusión de la matriz de polímero). La primera zona de calentamiento 1 se sitúa antes de la boquilla calentada 2 (zona de calor 2) y la primera zona de rotura térmica 7 está entre la primera zona de calentamiento 1 y la boquilla calentada 2. La boquilla calentada 2 y la primera zona de calentamiento 1 pueden tener calentadores independientes (no mostrados en la figura 3). Por ejemplo, la temperatura en la boquilla calentada 2 puede ser mayor que la temperatura en la primera zona de calentamiento 1, o viceversa. La primera zona de calentamiento 1 que precalienta el material (es decir, la matriz de polímero) antes de que llegue a la boquilla calentada 2 puede acelerar el proceso de impresión 3D puesto que el material se precalienta antes de entrar en la boquilla calentada 2 (zona de calor 2). Por tanto, puede aumentarse la velocidad del proceso de impresión.
La zona de calor 1 (zona de precalentamiento) puede mejorar, además, la compactación de capas de filamento de fibra al mismo tiempo que aumenta también la velocidad del proceso. La mejora de la compactación es una consecuencia del hecho de que los filamentos de fibra se calientan durante un periodo de tiempo mayor y/o por una zona dimensional mayor. La compactación se mejora al garantizar un mejor precalentamiento del polímero de matriz que rodea las fibras 800 en la zona calentada 1 (precalentamiento) antes de la boquilla calentada 2.
El anillo de consolidación 9 puede disponerse para rodear la boquilla calentada 2. El anillo de consolidación 9 compacta el filamento de fibra 800 a la pieza 700 que se imprime en 3D. El anillo de consolidación (o anillo de compactación) 9 puede ser una entidad independiente unida a la boquilla calentada 2. El espacio intermedio entre la pieza 700 y la boquilla calentada 2 puede ser mayor que el espacio intermedio entre el anillo de consolidación 9 y la pieza 700. El anillo de consolidación 9 puede estar formado de material aislante (tal como cerámico) y el anillo de consolidación 9 puede no estar calentado. Como alternativa, el anillo de consolidación 9 puede estar formado de metal y el anillo de consolidación 9 puede calentarse mediante un calentador (independiente) (no mostrado en la figura 3).
El anillo de consolidación 9 puede disponerse para funcionar como un cabezal de soldadura para soldar de manera ultrasónica el filamento de fibra precalentado 800 (o incluso no calentado o refrigerado) a la pieza 700.
Un elemento de rotura térmica 8 adicional puede situarse entre la zona de calor 2 (es decir, la boquilla calentada 2) y el anillo de consolidación 9 (véase la figura 5).
La figura 5 ilustra, además, un sistema de boquilla/una disposición de boquilla/una unidad de boquilla 500 (es decir, una unidad de impresión 500) según una realización con más detalle. La unidad de impresión 3D 500 mostrada en la figura 5 se configura para llevar a cabo la alimentación del filamento, la fusión del filamento, el paso del filamento 800 a través de la boquilla calentada 2 y la compactación del filamento en el elemento de compactación (que puede ser un anillo de compactación o un anillo de consolidación 9), según una realización. El anillo de compactación 9 puede ser una pieza geométrica de un alojamiento/estructura de cubierta 25 de la unidad de impresión 500. El anillo de compactación puede ser, por tanto, una pieza independiente conectada al alojamiento/a la estructura de cubierta 25 o a cualquier pieza/sección (véanse las figuras 8A, 8B, 8C, 8D). La unidad de impresión 3D mostrada en la figura 5 incluye el anillo de consolidación 9 y la zona de precalentamiento (es decir, la zona de calor 1). La unidad de impresión 500 puede incluir, además, aisladores 7, 8, 20 (es decir, elementos de rotura térmica 7, 8, 20 que pueden refrigerarse opcionalmente, por ejemplo, por aire o líquido), la zona de calor 2 (boquilla calentada 2 ), un termoelemento 21 para la zona de precalentamiento 1 (que rodea la zona de calor 1), un termoelemento 24 para la boquilla calentada 2, un espacio de aire 22, y un disipador térmico 23 refrigerado, por ejemplo, por aire o líquido. El aislador 7 corresponde al elemento de rotura térmica 7 situado entre la zona de precalentamiento (es decir, la zona de calor 1) y la zona de calor 2 (es decir, la boquilla calentada 2). El aislador 8 puede situarse entre la zona de calor 2 (es decir, la boquilla calentada 2) y el anillo de consolidación 9. El aislador 20 se sitúa en la zona de alimentación fría 6 antes de la zona de precalentamiento (es decir, la zona de calor 1 ).
Una realización permite la impresión 3D de una estructura a capas de manera que la capa de fibra puede tener el mismo grosor o diferente en comparación con el de la capa de polímero. El grosor de una única capa de fibra puede ser igual a una o más capas de polímero. Preferiblemente, una única capa de fibra es igual a varias capas de polímero. La fibra 800 puede imprimirse a ranuras formadas por la capa de polímero/varias capas de polímero.
En una realización, se usa un filamento compuesto de fibra gruesa (de diámetro > 0,9 mm) y pueden aplicarse varias capas de polímero por encima de/por debajo de/alrededor de una capa de filamento compuesto de fibra. Pueden usarse más de 2 boquillas/unidades de impresión (al menos una de las cuales es la unidad de impresión 500 para imprimir en 3D el filamento reforzado con fibra compuesta 800, es decir, la disposición de impresión 3D de la figura 3). El diámetro del filamento compuesto de fibra gruesa puede ser de 0,9 mm o mayor.
En una realización, puede usarse un filamento compuesto de fibra fina. El diámetro del filamento compuesto de fibra fina puede ser de 0,1 mm a 0,9 mm. El diámetro del filamento compuesto de fibra fina puede ser igual o mayor que el de la capa de polímero. En este último caso, pueden aplicarse varias capas de polímero por encima de/por debajo de/alrededor de una capa de filamento compuesto de fibra.
En una realización, el filamento compuesto reforzado con fibra se preimpregna con material de matriz termoplástica. El material de matriz del filamento de fibra compuesta (y también el filamento de polímero impreso en 3D por la unidad de impresión 600) son termoplásticos; por tanto, no se requiere fotocurado.
En una realización, el filamento compuesto reforzado con fibra preimpregnada 800 se calienta en la primera zona de calentamiento 1 en la que la temperatura se establece por encima de la temperatura de fusión del material de matriz, antes de que el filamento compuesto reforzado con fibra entre en la boquilla calentada 2. Por tanto, una zona de calentamiento 1 adicional se sitúa antes de la boquilla calentada 2. Esta zona de calentamiento 1 adicional permite acelerar el proceso de impresión 3D ya que el material se calienta antes de entrar en la boquilla calentada 2. El precalentamiento en la zona de calentamiento 1 adicional también permite mejorar la consolidación del filamento de fibra impresa a las capas de material impresas anteriormente de la pieza a medida que se mejora el calentamiento del filamento de fibra. Esto puede ser beneficioso en particular cuando se usan velocidades de impresión mayores. La temperatura en la zona de calentamiento 1 adicional está por encima de la temperatura de fusión del material de polímero de matriz.
En un método a modo de ejemplo, puede ajustarse la tasa de alimentación de filamento compuesto reforzado con fibra. No es necesario que la tasa de alimentación de filamento compuesto reforzado con fibra sea lineal y/o constante. La zona de alimentación del filamento compuesto reforzado con fibra no se mantiene totalmente por debajo de la temperatura de fusión del material de matriz termoplástico, puesto que la zona de calentamiento 1 en la que se precalienta material de matriz se sitúa en la zona de alimentación del filamento compuesto reforzado con fibra 800. La zona de alimentación del filamento compuesto reforzado con fibra 800 no está totalmente fría. La primera zona de rotura térmica 7 entre la zona de calentamiento 1 y la zona de calentamiento 2 no está calentada y la temperatura en la primera zona de rotura térmica 7 puede ser inferior a la temperatura en la zona de calentamiento 1 y la zona de calentamiento 2. El fin de la zona de rotura térmica 7 es crear una diferencia de temperatura entre la zona de calentamiento 1 y la boquilla calentada 2. La zona de rotura térmica 7/la diferencia de temperatura producida por ella permite el control de las temperaturas de la zona de calentamiento 1 y la boquilla calentada 2 de manera independiente.
En una realización, la unidad de impresión 400 para el material de soporte (véase la figura 1) se dispone para imprimir en 3D el material de soporte que va a eliminarse de la pieza final impresa en 3D. La unidad de impresión 600 para el polímero se dispone para imprimir en 3D los perímetros (superficies), detalles finos y/o estructuras de relleno de polímero fino de la pieza impresa en 3D. La unidad de impresión 500 para el filamento de fibra compuesta se dispone para imprimir en 3D el refuerzo de fibra continua que tiene un grosor de capa relativamente mayor (normalmente mayor que el del polímero) y una anchura de línea ancha (normalmente más ancha que la del polímero, pero también puede ser igual o más fina en comparación con la anchura de línea de polímero). El refuerzo de fibra continua es un filamento de fibra compuesta que comprende un filamento de fibra preimpregnado con material de matriz termoplástica. La(s) boquilla(s) de la(s) unidad(es) de impresión 400, 500, 600 puede(n) ser redondeada(s).
La boquilla calentada 2 está rodeada por el anillo de compactación 9 que puede no estar calentado y fabricado de material aislante. Como alternativa, puede calentarse el anillo de compactación 9 y fabricarse de un material que conduzca de manera eficiente el calor, tal como metal. El espacio entre la boquilla calentada 2 y la base de impresión (placa de impresión 100) o las capas de material impresas anteriormente (pieza 700) puede ser mayor que o igual al espacio entre la base de impresión 100 o las capas de material impresas anteriormente 700 y el anillo de compactación 9.
En una realización, el hilo de polímero usado para la impresión 3D del polímero puede tener forma de un filamento de polímero continuo con un diámetro de entre 0,1 mm y 5 mm, el diámetro interior de la boquilla para el polímero puede ser relativamente pequeño (normalmente de 0,1 mm a 3 mm), y la anchura de línea impresa en 3D del polímero es fina (normalmente de 0,1 mm a 5 mm). El filamento de materia prima puede tener, sin embargo, una forma geométrica diferente a la de una hilo redondo. Cualquier forma en sección transversal del filamento es posible.
En una realización, el refuerzo de fibra continua para la impresión 3D tiene forma de un filamento compuesto de fibra relativamente grueso que tiene un grosor de entre 0,1 mm y 10 mm. Por tanto, el diámetro interior de la boquilla para el filamento compuesto de fibra es normalmente de entre 0,1 mm y 20 mm, y la anchura de línea impresa en 3D del refuerzo de fibra es de entre 0,2 mm y 40 mm. El filamento de materia prima puede tener, sin embargo, una forma geométrica diferente de la de un hilo redondo. Cualquier forma en sección transversal del filamento es posible.
Las figuras 6A, 6B, 7A y 7B son diagramas simplificados que ilustran una parte impresa en 3D según una realización a modo de ejemplo.
En una realización, el refuerzo de fibra en las piezas impresas en 3D al utilizar la boquilla calentada 2 puede tener un grosor de capa mayor que el grosor de capa de las capas de polímero impresas en 3D al usar la boquilla para el polímero. En el objeto impreso en 3D 700, puede haber varias capas de polímero finas que están cubiertas de una única capa de filamento de fibra compuesta (véase la figura 6A). La(s) capa(s) de filamento de fibra compuesta puede(n) integrarse también en el interior de las piezas impresas en 3D (véase la figura 6A). Como la mayor parte del tiempo de impresión 3D se consume normalmente llenando las piezas que se imprimen en 3D, el aumento del grosor de capa del filamento de fibra compuesta proporcionado por la(s) capa(s) de filamento de fibra compuesta en el interior (o por encima) de las piezas impresas en 3D permite una notable disminución del tiempo de impresión 3D.
La anchura de línea de la línea impresa en 3D depende del diámetro de la boquilla extrusora correspondiente, es decir, un menor diámetro de boquilla permite la impresión 3D de una línea que tiene una anchura de línea más fina, y un diámetro de boquilla más grande permite la impresión 3D de una línea que tiene una anchura de línea más gruesa.
Las unidades de impresión 400, 600, la boquilla para el suministro del polímero/del filamento de polímero y la boquilla para el suministro del material de soporte/del material de soporte pueden lograrse al utilizar las técnicas y los sistemas existentes. Por tanto, no es necesario comentarlas con mayor detalle en el presente documento.
La pieza final impresa en 3D 700 puede contener secciones de polímero, secciones de refuerzo de fibra continua y estructuras adicionales de soporte y relleno.
En la impresión de filamentos de fibra, la boquilla se refiere a un dispositivo a través del cual se expulsa el filamento de fibra. En la impresión de filamentos de fibra, la velocidad del filamento de fibra expulsado a través de la boquilla 2 puede ser idéntica a o más lenta o más rápida que la del filamento alimentado desde la estopa de fibras 3, determinado por el impulsor de fibras 4. La boquilla 2 y/o el anillo de consolidación 9 no limitan la zona en sección transversal.
En una realización, la tasa de alimentación de filamentos (determinada por el impulsor de fibras 4) desde la estopa de fibras 3 puede ser igual a la tasa de expulsión de filamentos a través de la boquilla 2 durante un corto periodo de tiempo y después de que el impulsor de fibras 4/la estopa de fibras 3 pueda rodar libremente mientras el filamento 800 se expulsa a través de la boquilla 2.
En una realización, la tasa de alimentación de filamentos (determinada por el impulsor de fibras 4) desde la estopa de fibras 3 puede ser igual a la tasa de expulsión de filamentos a través de la boquilla 2 durante un corto periodo de tiempo y después de que el impulsor de fibras 4/la estopa de fibras 3 pueda precargar filamento mientras el filamento 800 se expulsa a través de la boquilla 2.
Un filamento se refiere a la zona en sección transversal de un material de impresión bobinado, que mantiene el significado de impresión tridimensional, y una hebra puede referirse a fibras individuales que se integran, por ejemplo, en una matriz, formando en conjunto un filamento compuesto completo.
Durante un proceso de impresión 3D, el filamento reforzado continuo se aplica sobre una placa de impresión 100 para construir una capa 700 que forme una estructura tridimensional. La posición y la orientación de la placa de impresión 100 y/o la posición y la orientación de cada boquilla se controla por uno o más controladores 200 para depositar el filamento reforzado con fibra continua en la ubicación y dirección deseadas. La dirección y la ubicación de cada uno de los materiales impresos en 3D (material de soporte, polímero y filamento de fibra) pueden controlarse en las direcciones X, Y y Z, y todas las rotaciones posibles alrededor de cada una de estas direcciones. Los mecanismos de control de la posición y la orientación pueden incluir sistemas de pórtico, brazos robóticos y/o bastidores en H, equipados con sensores de posición y/o desplazamiento en el/los controlador(es) 200 para monitorizar la posición o la velocidad relativas de la boquilla en relación con la placa de impresión 100 y/o las capas 700 de la pieza que va a construirse. El/los controlador(es) 200 puede(n) usar posiciones X, Y, y/o Z detectadas y/o desplazamiento y/o rotaciones alrededor de uno o más de las posiciones/los ejes X, Y y Z, o vectores de velocidad para controlar los movimientos de las boquillas o la placa 100.
La impresora tridimensional 300 puede incluir un cortador 5 controlado por el controlador 200, para cortar el filamento reforzado con fibra continua 800 para formar componentes independientes en la estructura. El cortador 5 puede ser una cuchilla de corte o un láser, por ejemplo.
El impulsor de filamentos 4 alimenta o empuja el filamento no fundido 800 a una tasa de alimentación (que puede o no controlarse de manera variable por el controlador 200) después de que pueda calentarse el material de matriz del filamento compuesto 800 tal como se describe con respecto a la figura 3.
El filamento compuesto 800 y, de ese modo, el material de matriz se calienta en la zona calentada 1 en la que la temperatura se establece para ser mayor que una temperatura de fusión del material de matriz y menor que una temperatura de fusión del refuerzo de fibra continua.
El controlador 200 controla la posición y el movimiento de la boquilla 2, la tasa de alimentación, la tasa de impresión, el cortador 5 y/o las temperaturas para llevar a cabo la impresión 3D.
Cuando se completa la pieza 700, la pieza 700 final puede eliminarse de la placa de impresión 100. Como alternativa, puede depositarse un recubrimiento opcional en la pieza que usa un cabezal de impresión secundario para proporcionar un recubrimiento protector y/o aplicar una figura o una imagen a la pieza final.
El espacio restante puede o bien dejarse como un vacío, o bien llenarse con otro material tal como un polímero.
Las zonas calentadas 1, 2 son térmicamente conductoras, por ejemplo, están hechas de cobre, acero inoxidable, bronce o similares.
Las boquillas pueden tener cada una los mismos diámetros de boquilla o diferentes.
Una realización da a conocer una impresora 3D avanzada que puede imprimir en 3D un refuerzo de fibra continua. Se dan a conocer una impresora 3D avanzada y un método para la fabricación aditiva de una pieza, que permiten imprimir en 3D un refuerzo de fibra continua de una manera alternativa si lo comparamos con las impresoras 3D y los métodos existentes.
Una realización permite producir objetos impresos en 3D más fuertes que los impresos en 3D usando impresoras FFF convencionales. Una realización también permite minimizar el tiempo de impresión 3D. En una realización, los objetos impresos en 3D se refuerzan con un refuerzo de fibra. Una realización permite la inclusión de un refuerzo de fibra continua a objetos que van a imprimirse en 3D.
En una realización, la impresora 3D 300 puede incluir la(s) unidad(es) de impresión 500 para imprimir en 3D el filamento reforzado con fibra compuesta 800 y la(s) unidad(es) de impresión 600 para imprimir en 3d un filamento de polímero, pero ninguna unidad de impresión 400 para imprimir en 3D un material de soporte.
En una realización, la impresora 3D 300 puede incluir la(s) unidad(es) de impresión 500 para imprimir en 3D el filamento reforzado con fibra compuesta 800 y la(s) unidad(es) de impresión 400 para imprimir en 3D material de soporte, pero ninguna unidad de impresión 600 para imprimir en 3D un filamento de polímero.
En una realización, la impresora 3D 300 puede incluir la(s) unidad(es) de impresión 500 para imprimir en 3D el filamento reforzado con fibra compuesta 800, pero ninguna unidad de impresión 400 para imprimir en 3D un material de soporte, y ninguna unidad de impresión 600 para imprimir en 3D un filamento de polímero.
El filamento de fibra compuesta está formado de refuerzo de fibra y polímero de matriz termoplástico que une los haces de filamento entre sí. El refuerzo de fibra puede contener uno o más hilos que contiene fibra(s) de vidrio, fibra(s) de carbono, fibra(s) aradímica(s), fibra(s) natural(es) (tal como kenaf, cáñamo, etc.), fibra(s) de polímero termoplástico (tal como poliamida, PLA, etc.) y/o fibra(s) híbrida(s) (que contienen dos o más fibras diferentes en un único filamento de fibra compuesta). Cada hilo puede contener de 1 a 1000000 de fibras individuales.
El material de matriz usado para unir el/los refuerzo(s) de fibra en el filamento de fibra compuesta puede contener un polímero termoplástico, tal como, pero sin limitarse a: PLA, PGA, PLGA, PLDLA, PCL, TMC, PA, PE, PEEK, PEKK, copolímeros de diversos monómeros y/o mezclas de diversos polímeros/copolímeros termoplásticos.
El filamento de polímero puede contener un polímero termoplástico, tal como, pero sin limitarse a: PLA, PGA, PLGA, PLDLA, PCL, TMC, PA, PE, PEEK, PEKK, copolímeros de diversos monómeros y/o mezclas de diversos polímeros/copolímeros/aditivos termoplásticos.
El material de soporte puede contener cualquier polímero termoplástico que sea soluble en un disolvente diferente al del/de los polímero(s) usado(s) en el filamento de fibra compuesto y el filamento de polímero. El disolvente puede incluir, pero no se limita a, agua, ácido acético, acetona, aceite(s), etc. Como alternativa, el material de soporte puede contener cualquier polímero, copolímero y/o mezcla termoplástico que pueda desintegrarse de manera mecánica de la pieza impresa en 3D después del proceso de impresión. En ese caso, no hay limitaciones o requisitos acerca de la solubilidad del material de soporte.
La figura 4 es un diagrama de flujo que ilustra un proceso a modo de ejemplo para la impresión 3D de un filamento compuesto de fibra preimpregnado termoplástico 800. Haciendo referencia a la figura 4, un método para la fabricación aditiva de una pieza 700 comprende suministrar 401 el filamento compuesto de fibra preimpregnada termoplástica 800 que incluye una o más hebras de fibra axiales rígidas que se extienden dentro del material de matriz termoplástica del filamento 800. La pieza 700 que va a fabricarse se soporta sobre una placa de impresión 100 móvil o estacionaria. El filamento compuesto de fibra preimpregnada 800 se calienta 402 en una unidad de impresión 3D 500 en una primera zona de calentamiento 1 que se extiende entre el suministro de filamento compuesto de fibra 3 y una boquilla calentada 2 de la unidad de impresión 3D 500. La temperatura de la primera zona de calentamiento 1 se establece por encima de la temperatura de fusión del material de matriz termoplástico. El método comprende, además, calentar 404 el filamento compuesto de fibra preimpregnada 800 en la boquilla calentada 2 para mantener la temperatura del filamento compuesto de fibra 800, o para calentar el filamento compuesto de fibra 800 hasta una temperatura mayor. La temperatura de la boquilla calentada 2 se establece por encima de la temperatura de fusión del material de matriz. El filamento compuesto de fibra preimpregnado termoplástico se extrude desde la boquilla calentada 2 mediante un anillo de compactación 9, y la unidad de impresión 500 y/o el anillo de compactación 9 y la placa de impresión 100 se mueven 405 entre sí con tres grados de libertad, por una pluralidad de accionadores (por ejemplo, la unidad de impresión 500 y la placa de impresión 100 pueden moverse 405 entre sí con tres grados de libertad). Como alternativa, la placa de impresión 100 es estacionaria y los movimientos requeridos para crear la pieza 700 solo se generan al mover la unidad de impresión 500 y/o el anillo de compactación 9 en las direcciones X, Y y Z, y posiblemente en todas las rotaciones posibles alrededor de estos ejes. El anillo de compactación 9 aplica una fuerza de compactación al filamento de fibra extrudido 800 y garantiza que el filamento de fibra 800 se una a las capas de soporte/polímero/fibra impresas anteriormente 700 de manera firme. El anillo de compactación 9 puede ir seguido de una unidad refrigerante adicional que refrigera la capa de fibra impresa y mejora su solidificación. El filamento compuesto de fibra 800 que incluye una o más hebras de fibra axiales rígidas se impulsa 406 a través de la primera zona de calentamiento 1 hacia la boquilla calentada 2 , a una tasa de alimentación seleccionada, en la que la tasa de alimentación y/o la tasa de impresión pueden controlarse. El calentamiento del filamento compuesto de fibra 800 puede interrumpirse 403 en una zona de rotura térmica no calentada 7 entre la primera zona de calentamiento 1 y la boquilla calentada 2. La temperatura de la zona de rotura térmica 7 a través de la cual el filamento compuesto de fibra 800 viaja durante el proceso de impresión no se controla; la primera zona de calentamiento 1 y la boquilla calentada 2 se separan térmicamente (se aíslan) entre sí por la zona de rotura térmica 7. Para formar la pieza 700, el filamento 800 se adhiere 407 a la pieza 700 (por ejemplo, a las capas de fibra, polímero o soporte impresas anteriormente) o a la placa de impresión 100. Un cortador 5 puede cortar 408 el filamento 800, por ejemplo, cuando se completa 409 la pieza 700, cuando se cambia el material suministrado, por ejemplo, por un material de soporte/filamento de polímero, o cuando lo requiere el diseño de la pieza 700.
En una realización, la solidificación se produce durante la fase de refrigeración después de la boquilla calentada 2.
Las figuras 7A y 7B son diagramas esquemáticos (vistas en perspectiva, laterales y desde arriba) que ilustran una estructura impresa en 3D según una realización a modo de ejemplo.
En una estructura impresa (es decir, en la pieza impresa en 3D 700) según una realización, el refuerzo de fibra aparece como un filamento con un grosor de entre 0,1 mm y 10 mm. En una realización, el diámetro interior de la boquilla calentada 2 (es decir, la segunda zona de calentamiento 2) es normalmente de entre 0,1 mm y 20 mm, y la anchura de línea impresa es de entre 0,2 mm y 40 mm.
Un refuerzo de fibra única (impresa al usar la unidad de impresión de fibras 500) puede tener un grosor de capa mayor que el de una capa de polímero única (impresa al usar la unidad de impresión de polímero 600). Por tanto, en la pieza 700 impresa por el método y la impresora 3D según una realización, puede haber varias capas de polímero a la misma altura que solo cubre una capa de fibra. Las capas de fibra pueden integrarse en el interior de la pieza impresa en 3D 700. Como la mayor parte del tiempo de impresión 3D se consume normalmente llenando la pieza 700 que se va a imprimir, el aumento del grosor de capa por la(s) capa(s) de filamento de fibra compuesta en el interior de la pieza disminuye notablemente el tiempo de impresión.
La pieza 700 puede comprender cuatro secciones: estructura(s) de polímero, refuerzo de fibra continua o semicontinua, relleno adicional y material(es) de soporte. Para llevar a cabo la impresión 3D, se carga un modelo 3D y se establecen parámetros de impresión para las secciones de la pieza. El modelo 3D se carga y los parámetros se establecen de manera que, como resultado de la impresión, las estructuras de polímero forman/definen la forma exterior e interior de la pieza, el/los material(es) de soporte forman la(s) estructura(s) de soporte para la pieza 700, el refuerzo de fibra refuerza la pieza y el relleno adicional llena las zonas/los espacios vacíos en la(s) capa(s) de fibra (es decir, entre los filamentos de fibra 800 impresos) de la pieza 700, para completar la pieza. Los parámetros de impresión incluyen, por ejemplo, la altura de capa de cada capa.
Las figuras 8A, 8B, 8C y 8D son diagramas esquemáticos que ilustran estructuras a modo de ejemplo del cabezal de impresión que incluye el elemento de consolidación 9 y la primera zona de calentamiento 1. Se muestra una sección transversal mediante la línea A-A.
En la figura 8A, el elemento de consolidación es una pieza fija de una estructura de cubierta del cabezal de impresión. La estructura del cabezal de impresión mostrada en la figura 8A es similar a la estructura mostrada en la figura 5.
En la figura 8B, el elemento de consolidación no es una pieza fija de la estructura de cubierta del cabezal de impresión; en su lugar, el elemento de consolidación puede moverse con respecto a la estructura de cubierta del cabezal de impresión.
En la figura 8C, el elemento de consolidación no es una pieza fija de la estructura de cubierta del cabezal de impresión (en su lugar, el elemento de consolidación puede moverse con respecto a la estructura de cubierta del cabezal de impresión) y, después del elemento de consolidación, hay un elemento adicional, por ejemplo, una unidad de calentamiento 26, un cabezal de soldadura ultrasónica refrigerante 26, etc.
En la figura 8D, el elemento de consolidación es una pieza fija de la estructura de cubierta del cabezal de impresión y, después del elemento de consolidación, hay un elemento adicional, por ejemplo, una unidad de calentamiento 26, un cabezal de soldadura ultrasónica refrigerante 26, etc.
Por otra parte, las estructuras del cabezal de impresión mostradas en las figuras 8B, 8C y 8D son muy similares a la estructura del cabezal de impresión mostrada en la figura 5.
Ejemplo 1
Se creó un código G para imprimir fibras e imprimir polímeros usando software personalizado a partir de un diseño 3D del objeto que iba a imprimirse en 3D. Según el código G creado, el refuerzo de fibra continua se imprimió en 3D en ranuras creadas al imprimir en 3D material de polímero. Se usaron boquillas/unidades de impresión independientes para el material de polímero y el refuerzo de fibra continua. El diámetro del filamento de fibra usado fue de 1,8 mm. El filamento de fibras se imprimió en 3D en ranuras (que tenían una altura de 0,6 mm y una anchura de 4,2 mm) impresas en 3D en la pieza que iba a fabricarse. Una única capa de fibra cubrió toda la ranura (es decir, la altura de la ranura era igual a la altura de una única capa de fibra). La estructura de relleno adicional se imprimió en 3D usando la boquilla de polímero para llenar la zona rodeada por la capa de fibra. El material de polímero se imprimió en 3D con un grosor de capa de 0,3 mm. Por tanto, el grosor de una capa de fibra era igual al grosor de dos capas de polímero (véase la figura 6A).
Ejemplo 2
Se creó el código G para imprimir fibras e imprimir polímeros usando software personalizado a partir de un diseño 3D del objeto que iba a imprimirse en 3D. Según el código G creado, el refuerzo de fibra continua se imprimió en 3D en ranuras creadas al imprimir en 3D material de polímero usando boquillas/unidades de impresión independientes para el material de polímero y el refuerzo de fibra continua. El diámetro del filamento de fibra usado fue de 1,0 mm. El filamento de fibras se imprimió en 3D en ranuras (que tenían una altura de 0,3 mm y una anchura de 2,6 mm) impresas en 3D en la pieza que iba a fabricarse. Una única capa de fibra cubrió toda la ranura (es decir, la altura de la ranura era igual a la altura de una única capa de fibra). La estructura de relleno adicional se imprimió en 3D usando la boquilla de polímero para llenar la zona rodeada por la fibra. El material de polímero se imprimió en 3D con un grosor de capa de 0,3 mm. Por tanto, el grosor de una capa de fibra era igual al grosor de una capa de polímero (véase la figura 6B).
Ejemplo 3
Se creó el código G para imprimir fibras e imprimir polímeros usando software personalizado a partir de un diseño 3D (modelo 3D) del objeto que iba a imprimirse en 3D (véanse la figura 7A, 7b ). Según el código G creado, se imprimieron en 3D materiales de soporte, de polímero y de refuerzo de fibra. El refuerzo de fibra continua se imprimió en 3D en ranuras creadas al imprimir en 3D material de polímero usando boquillas/unidades de impresión independientes para el material de polímero, el refuerzo de fibra continua y el material de soporte. El diámetro del filamento de fibra usado fue de 1,8 mm. El filamento de fibras se imprimió en 3D en ranuras (que tenían una altura de 0,6 mm y una anchura de 4,2 mm) impresas en 3D en la pieza que iba a fabricarse. Una única capa de fibra cubrió toda la ranura. La estructura de relleno adicional se imprimió en 3D usando la boquilla de polímero para llenar la zona rodeada por la fibra. El material de polímero se imprimió en 3D con un grosor de capa de 0,3 mm. Por tanto, el grosor de una capa de fibra era igual al grosor de dos capas de polímero (véase la figura 6A). El material de soporte se imprimió en 3D en zonas seleccionadas según el código G (véanse las figuras 7A, 7B).
Resultará evidente para un experto en la técnica que, a medida que la tecnología avanza, el concepto de la invención puede implementarse de diversas maneras. La invención y sus realizaciones no se limitan a los ejemplos descritos anteriormente, sino que pueden variar dentro del alcance de las reivindicaciones.

Claims (1)

  1. REIVINDICACIONES
    Impresora tridimensional (300) para la fabricación aditiva de una pieza (700), comprendiendo la impresora tridimensional (300):
    una placa de impresión (100) para soportar la pieza (700) que va a fabricarse; y
    un cabezal de impresión (500) que incluye o está conectado a un suministro de filamento compuesto de fibra cargado con un filamento compuesto de fibra preimpregnado termoplástico (800) que incluye una o más hebras de fibra axiales rígidas que se extienden dentro del material de matriz termoplástico del filamento (800);
    en la que el cabezal de impresión (500) incluye
    una primera zona de calentamiento (1 ) entre el suministro de filamento compuesto de fibra y una boquilla calentada (2 ), en la que la primera zona de calentamiento (1 ) puede calentarse por un primer calentador por encima de la temperatura de fusión del material de matriz termoplástico para precalentar el filamento compuesto de fibra preimpregnada (800);
    un elemento de consolidación (9) situado después de la boquilla calentada (2), para aplicar una fuerza de consolidación y/o una fuerza de compactación al filamento compuesto de fibra (800) para unir el filamento compuesto de fibra (800) a la pieza (700), en la que el elemento de consolidación (9) está opuesto al menos a una de la placa de impresión y las estructuras impresas anteriormente de la pieza, pudiendo calentarse la boquilla calentada (2 ) por un segundo calentador hasta al menos la temperatura de fusión del material de matriz para calentar el filamento compuesto de fibra (800);
    un impulsor de filamentos (4) para impulsar el filamento compuesto de fibra (800) que incluye la una o más hebras de fibra axiales rígidas, a través de la primera zona de calentamiento (1 ) hacia la boquilla calentada (2 ), a una tasa de alimentación seleccionada;
    una zona de alimentación fría (6) entre el impulsor de filamentos (4) y la primera zona de calentamiento (1 ), para mantener la temperatura del filamento compuesto de fibra (800) por debajo de la temperatura de fusión del material de matriz;
    una zona de rotura térmica no calentada (7) entre la primera zona de calentamiento (1) y la boquilla calentada (2 ) para crear una diferencia de temperatura entre la primera zona de calentamiento (1 ) y la boquilla calentada (2 );
    en la que la impresora tridimensional (300) comprende una pluralidad de accionadores para mover al menos el cabezal de impresión (500) que incluye el elemento de consolidación (9) en relación con la placa de impresión (100) con tres grados de libertad.
    Impresora tridimensional según la reivindicación 1, en la que
    el cabezal de impresión (500) que incluye el elemento de consolidación (9) puede moverse alrededor de sus ejes seleccionados;
    el cabezal de impresión (500) que incluye el elemento de consolidación (9) puede rotar en rotaciones seleccionadas;
    la placa de impresión (100) puede moverse alrededor de sus ejes seleccionados; y/o
    la placa de impresión (100) puede rotar en rotaciones seleccionadas.
    Impresora tridimensional según la reivindicación 1 o 2, que comprende, además, un controlador (200) conectado de manera operativa al calentador primero y segundo, el impulsor de filamentos (4), el cabezal de impresión (500) que incluye el elemento de consolidación (9) y la pluralidad de accionadores, en la que el controlador (200) está configurado para ejecutar instrucciones que provocan la extrusión del filamento compuesto (800) para formar la pieza (700).
    Impresora tridimensional según la reivindicación 1, 2 o 3, que incluye, además,
    un impulsor de polímero configurado para alimentar un filamento de polímero en una boquilla de extrusión de polímero;
    un calentador de polímero configurado para calentar el filamento de polímero hasta una temperatura mayor que una temperatura de fusión del polímero;
    en la que la boquilla de extrusión de polímero está configurada para extrudir el filamento de polímero para formar la pieza.
    5. Impresora tridimensional según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que incluye, además, un impulsor de material de soporte configurado para alimentar material de soporte en una boquilla de extrusión de material de soporte;
    un calentador de material de soporte configurado para calentar el material de soporte hasta una temperatura que esté por encima de una temperatura de fusión del material de soporte;
    en la que la boquilla de extrusión de material de soporte está configurada para extrudir el filamento de material de soporte para formar una estructura de soporte para la pieza (700).
    6. Impresora tridimensional según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que el controlador (200) ejecuta instrucciones que provocan la fabricación aditiva de una estructura a capas de material de soporte, polímero y el filamento compuesto (800).
    7. Método para la fabricación aditiva de una pieza, que comprende:
    suministrar un filamento compuesto de fibra preimpregnado termoplástico que incluye una o más hebras de fibra axiales rígidas que se extienden dentro del material de matriz termoplástica del filamento; soportar la pieza que va a fabricarse en una placa de impresión;
    precalentar el filamento compuesto de fibra preimpregnada en una primera zona de calentamiento (1 ) entre el suministro de filamento compuesto de fibra y una boquilla calentada (2 ), en el que la temperatura de la primera zona de calentamiento (1 ) se establece por encima de la temperatura de fusión del material de matriz termoplástico;
    calentar el filamento compuesto de fibra en la boquilla calentada (2 ), en el que la temperatura de la boquilla calentada se establece por encima de la temperatura de fusión del material de matriz;
    aplicar por un elemento de consolidación (9) unido a la boquilla calentada (2), una fuerza de consolidación y/o una fuerza de compactación al filamento compuesto de fibra (800) para unir el filamento compuesto de fibra (800) a la pieza (700);
    mover, por una pluralidad de accionadores, un cabezal de impresión (500) que incluye el elemento de consolidación (9) en relación con la placa de impresión con tres grados de libertad;
    impulsar el filamento compuesto de fibra que incluye la una o más hebras de fibra axiales rígidas a través de la primera zona de calentamiento (1 ) hacia la boquilla calentada (2 ), a una tasa de alimentación seleccionada;
    mantener la temperatura por debajo de la temperatura de fusión del material de matriz en una zona de alimentación fría (6) que se extiende entre el impulsor de filamentos (4) y la primera zona de calentamiento (1 );
    interrumpir el calentamiento del filamento compuesto de fibra (800) en una zona de rotura térmica no calentada (7) entre la primera zona de calentamiento (1) y la boquilla calentada (2) para crear una diferencia de temperatura entre la primera zona de calentamiento (1 ) y la boquilla calentada (2 ).
    8. Método según la reivindicación 7, que comprende provocar la extrusión del filamento compuesto para formar la pieza.
    9. Método según la reivindicación 7 u 8, que comprende extrudir un filamento de polímero por una boquilla de extrusión de polímero para formar la pieza.
    10. Método según la reivindicación 7, 8 o 9, que comprende extrudir material de soporte por una boquilla de extrusión de material de soporte para formar la pieza.
    11. Método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores de 7 a 10, que comprende realizar la fabricación aditiva de una estructura a capas de material de soporte, polímero y el filamento compuesto.
    12. Método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores de 7 a 11, que comprende realizar la fabricación aditiva de una estructura a capas de material de soporte, polímero y el filamento compuesto, mediante la variación de los grosores de capa de las capas de material de soporte, polímero y fibra compuesta.
    13. Método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores de 7 a 12, que comprende realizar la fabricación aditiva de una estructura 3D dispuesta libremente de material de soporte, polímero y el filamento compuesto.
    14. Método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores de 7 a 13, que comprende realizar la fabricación aditiva de una estructura 3D dispuesta libremente de material de soporte, polímero y el filamento compuesto, en el que la estructura tiene grosores de zona seleccionados de materiales de soporte, polímero y fibra compuesta.
    15. Impresora tridimensional según cualquiera de las reivindicaciones anteriores de 1 a 6, o método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores de 7 a 14, en los que el elemento de consolidación (9) es un anillo de consolidación (9).
ES18900595T 2018-01-18 2018-01-18 Impresión 3D reforzada con fibra Active ES2924883T3 (es)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/FI2018/050037 WO2019141892A1 (en) 2018-01-18 2018-01-18 Fiber-reinforced 3d printing

Publications (1)

Publication Number Publication Date
ES2924883T3 true ES2924883T3 (es) 2022-10-11

Family

ID=67302028

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
ES18900595T Active ES2924883T3 (es) 2018-01-18 2018-01-18 Impresión 3D reforzada con fibra

Country Status (12)

Country Link
US (1) US20200346399A1 (es)
EP (1) EP3740373B1 (es)
JP (1) JP7060277B2 (es)
KR (1) KR102369133B1 (es)
CN (1) CN111867808B (es)
CA (1) CA3088589C (es)
DK (1) DK3740373T3 (es)
ES (1) ES2924883T3 (es)
IL (1) IL276037B2 (es)
PL (1) PL3740373T3 (es)
PT (1) PT3740373T (es)
WO (1) WO2019141892A1 (es)

Families Citing this family (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11584078B2 (en) 2017-10-03 2023-02-21 Jabil Inc. Apparatus, system and method of operating an additive manufacturing nozzle
US11485088B2 (en) 2017-10-03 2022-11-01 Jabil Inc. Apparatus, system and method of process monitoring and control in an additive manufacturing environment
US10919221B2 (en) 2017-10-03 2021-02-16 Jabil Inc. Apparatus, system and method for an additive manufacturing print head
FR3100007B1 (fr) * 2019-08-19 2022-09-09 Chanfreau Sebastien Filament de pierre pour imprimante 3D, procédé de fabrication d’un tel filament et procédé de fabrication d’un objet à partir d’un tel filament
EP3792040A1 (en) * 2019-09-10 2021-03-17 Nederlandse Organisatie voor toegepast- natuurwetenschappelijk Onderzoek TNO Dispensing head for fused filament type additive manufacturing
EP3792039A1 (en) * 2019-09-10 2021-03-17 Nederlandse Organisatie voor toegepast- natuurwetenschappelijk Onderzoek TNO Dispensing head for continuous fiber reinforced fused filament type additive manufacturing
JP7447444B2 (ja) * 2019-11-27 2024-03-12 セイコーエプソン株式会社 三次元造形装置
WO2021209787A1 (en) * 2020-04-15 2021-10-21 Rīgas Tehniskā Universitāte A printer head assembly for a pultrusion-type 3d printer
NL2026617B1 (en) * 2020-10-05 2022-06-03 Ultimaker Bv Printing of continuous fibres in 3D printed objects
KR102619479B1 (ko) * 2020-11-22 2024-01-02 매시빗 3디 프린팅 테크놀로지스 리미티드 복합 재료로부터 3d 물체의 자동화된 제조
CN112812547A (zh) * 2021-01-04 2021-05-18 上海大学 一种高强度高导热树脂基连续碳质纤维复合材料及其制备方法
JP7593138B2 (ja) * 2021-01-26 2024-12-03 セイコーエプソン株式会社 三次元造形装置および三次元造形物の製造方法
US11911965B2 (en) * 2021-08-12 2024-02-27 Northrop Grumman Systems Corporation Ultrasonic consolidation of continuous filament materials for additive manufacturing
US11964432B2 (en) * 2021-08-12 2024-04-23 Northrop Grumman Systems Corporation Ultrasonic material placement and compaction device with material passing through the ultrasonic horn element
JP7694284B2 (ja) * 2021-09-16 2025-06-18 セイコーエプソン株式会社 三次元造形装置および三次元造形物の製造方法
EP4201646A1 (en) * 2021-12-22 2023-06-28 Siemens Energy Global GmbH & Co. KG Fibre-reinforced polymer printing apparatus and method
DE102022125491A1 (de) * 2022-10-04 2024-04-04 Simona Aktiengesellschaft Vorrichtung und Verfahren zur additiven Bauteilherstellung
CN118063926B (zh) * 2024-04-18 2024-07-19 同济大学 一种3d打印植物纤维复合吸声板材、制备方法及应用
CN119116365A (zh) * 2024-09-02 2024-12-13 苏州千行智维科技有限公司 复材夹层板直接打印的3d打印机喷头及其打印方法

Family Cites Families (31)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5121329A (en) * 1989-10-30 1992-06-09 Stratasys, Inc. Apparatus and method for creating three-dimensional objects
CA2411022A1 (en) * 2000-05-19 2001-11-29 Nederlandse Organisatie Voor Toegepast-Natuurwetenschappelijk Onderzoek Tno Dispensing head and method for dispensing solidifying material
US20020111707A1 (en) * 2000-12-20 2002-08-15 Zhimin Li Droplet deposition method for rapid formation of 3-D objects from non-cross-linking reactive polymers
JP2005138422A (ja) * 2003-11-06 2005-06-02 Shinshu Tlo:Kk 三次元造型装置および糸状材料
EP2123430B1 (en) * 2008-05-20 2020-07-01 EOS GmbH Electro Optical Systems Influencing specific mechanical properties of three-dimensional objects manufactured by a selective sintering by means of electromagnetic radiation from a powder comprising at least one polymer or copolymer
US9511543B2 (en) * 2012-08-29 2016-12-06 Cc3D Llc Method and apparatus for continuous composite three-dimensional printing
US9156205B2 (en) * 2013-03-22 2015-10-13 Markforged, Inc. Three dimensional printer with composite filament fabrication
US10259160B2 (en) * 2013-03-22 2019-04-16 Markforged, Inc. Wear resistance in 3D printing of composites
US9956725B2 (en) * 2013-03-22 2018-05-01 Markforged, Inc. Three dimensional printer for fiber reinforced composite filament fabrication
WO2014197732A2 (en) * 2013-06-05 2014-12-11 Markforged, Inc. Methods for fiber reinforced additive manufacturing
CN105579220B (zh) * 2013-07-17 2017-09-08 马克弗盖德公司 用于纤维增强的添加制造的装置
US20150035198A1 (en) * 2013-07-31 2015-02-05 Simon SABA Systems and methods for three-dimensional printing
US20150183161A1 (en) * 2013-12-31 2015-07-02 Nike, Inc. 3d print head
WO2015182675A1 (ja) * 2014-05-27 2015-12-03 学校法人日本大学 三次元プリンティングシステム、三次元プリンティング方法、成形装置、繊維入りオブジェクト及びその製造方法
KR101430583B1 (ko) * 2014-06-02 2014-08-21 비즈텍코리아 주식회사 3차원 프린터용 멀티 공급기
DE102014107830A1 (de) * 2014-06-04 2015-12-17 Johnson Controls Interiors Management Gmbh Verfahren zum Ausbilden eines Objekts aus Formmaterial und Fasermaterial
CN104097326B (zh) * 2014-07-09 2016-08-24 西安交通大学 一种纤维增强复合材料多自由度3d打印机及其打印方法
US9895836B2 (en) * 2014-09-16 2018-02-20 The Boeing Company Fused filament fabricated part using multi-directional layering
CN104441658A (zh) * 2014-11-27 2015-03-25 西安交通大学 一种连续纤维增强智能复合材料3d打印头及其使用方法
US11001945B2 (en) * 2015-03-27 2021-05-11 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army Process for creating a polymer filament suitable for use in three-dimensional printing
US20180297279A1 (en) * 2015-04-22 2018-10-18 Magicfirm Europe Ab A three-dimensional imaging apparatus for modeling a colored three-dimensional object
TWI555647B (zh) * 2015-08-10 2016-11-01 東友科技股份有限公司 列印平台支撐模組及其適用之三維列印機
US10315247B2 (en) * 2015-09-24 2019-06-11 Markforged, Inc. Molten metal jetting for additive manufacturing
FR3043933B1 (fr) * 2015-11-25 2017-12-22 Lionel Claude Lucien Soulier Buse d'extrusion de multi matieres non metalliques fondues pour fabrication additives
US12269211B2 (en) * 2016-05-26 2025-04-08 Wisconsin Alumni Research Foundation Additive manufacturing process continuous reinforcement fibers and high fiber volume content
US10300659B2 (en) * 2016-06-23 2019-05-28 Raytheon Company Material deposition system for additive manufacturing
WO2018001690A1 (en) * 2016-07-01 2018-01-04 Philips Lighting Holding B.V. 3d printed reflector and method for its manufacture
CN206048811U (zh) * 2016-09-22 2017-03-29 三威实业（珠海）有限公司 一种具有水溶性供胶系统的增材式3d打印机
CN106863772A (zh) * 2017-02-27 2017-06-20 上海大学 热塑性树脂基连续纤维预浸料的双喷头3d打印系统和方法
CA3069844A1 (en) * 2017-07-14 2019-01-17 8098549 Canada Inc. Additive manufacturing system and method
US20190184619A1 (en) * 2017-12-15 2019-06-20 GM Global Technology Operations LLC Long fiber reinforced thermoplastic filament

Also Published As

Publication number Publication date
IL276037B1 (en) 2023-12-01
EP3740373A4 (en) 2021-08-18
DK3740373T3 (da) 2022-08-22
US20200346399A1 (en) 2020-11-05
KR20200111716A (ko) 2020-09-29
IL276037A (en) 2020-08-31
CA3088589A1 (en) 2019-07-25
CN111867808B (zh) 2022-05-31
PL3740373T3 (pl) 2022-11-14
CN111867808A (zh) 2020-10-30
KR102369133B1 (ko) 2022-02-28
EP3740373B1 (en) 2022-06-29
RU2020127352A (ru) 2022-02-18
WO2019141892A1 (en) 2019-07-25
IL276037B2 (en) 2024-04-01
PT3740373T (pt) 2022-08-31
JP7060277B2 (ja) 2022-04-26
CA3088589C (en) 2023-03-14
EP3740373A1 (en) 2020-11-25
RU2020127352A3 (es) 2022-02-18
JP2021514311A (ja) 2021-06-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
ES2924883T3 (es) Impresión 3D reforzada con fibra
JP6902812B2 (ja) 物品の付加製造用プリントヘッド
CA3009092C (en) Device and method for producing a three-dimensional article with a fibre feed device
JP6976980B2 (ja) 繊維強化による積層造形用装置
JP7017269B2 (ja) ３ｄプリント工程による複合材製品の製造方法及びその実施装置
JP6475232B2 (ja) 繊維強化付加製造方法
JP6832223B2 (ja) 積層造形によって印刷された部分における層間接着性の向上
CN108712960A (zh) 3d打印零件中的连续和随机增强
EP2781342A1 (en) Extrusion-based additive manufacturing
KR102144682B1 (ko) 자동섬유적층장치 및 이를 이용해 제조된 항공기 열가소성 보강판넬
KR20210150379A (ko) 3d 집적 복합 구조체를 위한 다중-재료 구조체를 제조하는 방법
KR20210150381A (ko) 지지 구조체의 평활화를 구비하는 3d 복합 구조체를 제조하는 방법
JP7400077B2 (ja) 繊維強化プラスチック材料を押し出して部品を付加製造する方法および押出装置
KR20210150380A (ko) 3d 집적 복합 구조체의 증착 및 제조를 위한 방법
WO2018203768A1 (ru) Способ аддитивного производства изделий из композитных материалов, армированных непрерывными волокнами
JP2017071101A (ja) 付加製造装置
WO2003093703A1 (en) Plastic pressure vessel for a fluid and method of manufacturing such a vessel.
RU2773665C2 (ru) 3d-печать армирующими волокнами
US20240342743A1 (en) Apparatus and Method for the Manufacture of Noodles
RU2844474C1 (ru) Печатающая головка для аддитивного производства изделий (варианты)
JP6270691B2 (ja) 樹脂成形品の製造方法及びその装置
JP2005343081A (ja) 内装材の製造方法