"Método y sistema para el desempaquetado de objetos"

SECTOR DE LA TÉCNICA

La presente invención se relaciona con métodos y sistemas para el desempaquetado de objetos, y más concretamente con métodos y sistemas para el desempaquetado de objetos fabricados mediante la fabricación aditiva, en las que los objetos fabricados quedan empaquetados con material granulado no solidificado.

ESTADO ANTERIOR DE LA TÉCNICA

Los machos de arena se fabrican generalmente en máquina de fabricación de arena convencionales, donde un molde define la forma del macho a fabricar en cada ciclo de fabricación (o de los machos a fabricar). Posteriormente se vierte el material empleado para fabricar los machos en el molde, y dicho material se endurece o cura para darle solidez al resultado. Dicho resultado es el macho de arena. El material empleado es un material granulado (un tipo de arena) mezclado con al menos un aditivo o aglutinante (un tipo de resina, por ejemplo).

En los últimos tiempos se está empezando a emplear otro método para fabricar los machos de arena: la fabricación aditiva o fabricación 3D. En la fabricación aditiva, los objetos (machos) se fabrican a partir de un material granulado y un aditivo que solidifica la arena. La arena y el aditivo se disponen en una caja de trabajo, sobre una plataforma de la caja de trabajo, por capas, aplicándose las capas del aditivo únicamente sobre el material granulado que interesa (y que depende de la forma del objeto a fabricar). Al finalizar el proceso, en la caja de trabajo quedan los objetos fabricados y solidificados mediante el aditivo, pero también el material granulado que no se ha impregnado con el aditivo (material granulado no solidificado). Por tanto, es necesario separar los objetos de dicho material granulado no solidificado, es decir, es necesario desempaquetar los objetos. Los objetos así fabricados, aunque están en estado sólido son generalmente frágiles, y en muchas ocasiones no es posible manipularlos con robots para separarlos del material granulado no solidificado, puesto que el riesgo a romperlos es elevado. De esta manera, es necesario emplear otros procedimientos menos agresivos para poder desempaquetarlos. Un método conocido es el de emplear plataformas de la caja de trabajo con orificios que se pueden abrir de manera controlada, de tal manera que, al abrirlos, el material granulado no solidificado presente en dicha caja de trabajo se evacúa a través de dichos orificios, por gravedad.

Un problema en este tipo de sistemas es que no todo el material granulado no solidificado queda enfrentado a los orificios, por lo que en numerosas ocasiones no es posible evacuar dicho material, o al menos la parte requerida, a través de dichos orificios. En el documento de patente US2015/0258744A1 , para tratar de solventar este problema se describe un sistema en el que se incorporan orificios adicionales en la plataforma, y desde abajo y a través de dichos orificios se introduce un fluido para generar una cama fluidizada del material granulado no solidificado presente en la caja de trabajo. Esto requiere al menos emplear boquillas de inyección y filtros adicionales, y, además, con esta solución no se asegura poder llegar a todo el material granulado no solidificado con el fluido, especialmente al material que se encuentra dispuesto sobre los objetos y/o en la parte superior de la cámara de trabajo. El documento de patente WO2007/139938A2 divulga un método y un aparato para manipular polvos en una impresora 3D. El aparato incluye medios para transportar lo polvos desde una pluralidad de fuentes a un aparato suministrados de polvos, y un mecanismo de vibración para provocar una vibración que ayude en la extracción del polvo.

EXPOSICIÓN DE LA INVENCIÓN

El objeto de la invención es el de proporcionar un método y un sistema para el desempaquetado de objetos fabricados mediante la fabricación aditiva y empleando un material granulado, según se define en las reivindicaciones.

Un primer aspecto de la invención se refiere a un método para el desempaquetado de objetos fabricados mediante la fabricación aditiva y empleando un material granulado, en una caja de trabajo. Una vez terminado un ciclo de fabricación, con los objetos ya fabricados, por tanto, con el método se desempaquetan o separan los objetos del material granulado no solidificado presente junto a dichos objetos en la caja de trabajo, partiendo de la disposición de dichos objetos y dicho material granulado no solidificado sobre una plataforma de la caja de trabajo.

La plataforma delimita por abajo la caja de trabajo, y comprende unos orificios a través de los cuales se evacúa el material granulado no solidificado de la caja de trabajo, por gravedad. Durante la fabricación de los objetos los orificios están cerrados, y el método de desempaquetado comprende abrir dichos orificios de manera controlada, para permitir la evacuación del material granulado no solidificado a través de ellos. De esta manera, el material granulado no solidificado se separa de los objetos, y en la caja de trabajo quedan sólo los objetos fabricados, desempaquetándose así dichos objetos.

Para realizar el desempaquetado, con los orificios de la plataforma de la caja de trabajo abiertos se provoca además una inclinación controlada de la caja de trabajo en diferentes direcciones. De esta manera se consigue remover el material granulado no solidificado presente en la caja de trabajo y se facilita su evacuación de la misma a través de dichos orificios. La inclinación, al ser controlada, se puede realizar hasta un ángulo deseado en el que se asegure que el objeto no se desplace peligrosamente en la caja de trabajo, por ejemplo, para evitar el riesgo a que se rompa, y en el orden y dirección deseados. Además, debido a que se puede provocar la inclinación en direcciones diferentes se facilita que el material granulado no solidificado presente en diferentes zonas de la caja de trabajo se pueda disponer sobre los orificios de la plataforma, para su evacuación. Así, de una manera sencilla y sin riesgo a romper los objetos fabricados se consigue desempaquetar dichos objetos, o al menos facilitar su desempaquetado.

Para realizar el desempaquetado, en el método se desplaza la caja de trabajo hasta una estación de desempaquetado que comprende un soporte apoyado sobre una pluralidad de zonas de apoyo desplazables en altura. La caja de trabajo se acopla al soporte de la estación de desempaquetado, y se provoca la apertura de los orificios de la plataforma de la caja de trabajo tras el acoplamiento, provocándose la inclinación de dicho soporte mediante el desplazamiento vertical controlado de las zonas de apoyo sobre las que está apoyado el soporte, para causar la inclinación de la caja de trabajo.

Un segundo aspecto de la invención se refiere a un sistema de desempaquetado de objetos fabricados mediante la fabricación aditiva y empleando un material granulado. El sistema comprende una caja de trabajo donde se fabrican los objetos y que comprende a su vez una plataforma sobre la que quedan dispuestos el material granulado no solidificado y los objetos una vez fabricados, comprendiendo la plataforma unos orificios a través de los cuales se evacúa el material granulado no solidificado de la caja de trabajo, por gravedad. El sistema comprende también unos medios de actuación adaptados para abrir dichos orificios de manera controlada, para dicha evacuación.

El sistema comprende además unos medios de actuación adicionales para provocar una inclinación controlada de la caja de trabajo en diferentes direcciones. De esta manera, con el sistema se consiguen las mismas ventajas a las comentadas para el método.

El sistema comprende además una estación de desempaquetado con una estructura fija y un soporte dispuesto sobre dicha estructura con libertad de movimiento. El soporte y la caja de trabajo están configurados para acoplarse entre sí, y moverse así solidarios. El soporte comprende un hueco sobre el que queda dispuesta la plataforma de la caja de trabajo al menos parcialmente, para permitir la evacuación a su través del material granulado no solidificado que cae por los orificios de la plataforma, estando el soporte configurado para inclinarse con respecto a la estructura. Estas y otras ventajas y características de la invención se harán evidentes a la vista de las figuras y de la descripción detallada de la invención.

DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

La figura 1 muestra esquemáticamente una caja de trabajo de una realización del sistema de desempaquetado de la invención, dispuesta en una estación de desempaquetado de dicho sistema. La figura 2 muestra esquemáticamente la caja de trabajo del sistema de la figura 1 , inclinada.

La figura 3a muestra una plataforma de la caja de trabajo del sistema de la figura 1 , con los orificios de dicha plataforma cerrados.

La figura 3b muestra la plataforma de la caja de trabajo del sistema de la figura 1 , con los orificios de dicha plataforma abiertos.

La figura 4 muestra una placa de calentamiento dispuesta en el sistema de la figura 1.

EXPOSICIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN

El método está adaptado para el desempaquetado de objetos 1 fabricados mediante la fabricación aditiva y empleando un material granulado, como un tipo de arena, por ejemplo, y en una caja de trabajo 100, en particular para el desempaquetado de machos de arena fabricados de esta manera. En este tipo de fabricación de machos de arena se disponen capas de arena y de resina de manera alterna en la caja de trabajo 100. La resina que se dispone depende de la forma de los objetos 1 a fabricar, mientras que la arena se suele aplicar sin importar dicha forma. Como consecuencia, los objetos 1 fabricados (mezcla de arena y resina) quedan en la caja de trabajo 100 junto a material granulado no solidificado 2 (arena) que no se ha mezclado con la resina, tal y como se representa a modo de ejemplo en las figuras 1 y 2. Mediante el método los objetos 1 se separan del material granulado no solidificado 2, desempaquetándose. En la caja de trabajo 100 los objetos 1 y el material granulado no solidificado 2 quedan dispuestos sobre una plataforma 101 de la caja de trabajo 100, una vez finalizada la fabricación. La plataforma 101 comprende una pluralidad de orificios 101a para evacuar a su través, y por gravedad, el material granulado no solidificado 2 de la caja de trabajo 100, tal y como se representa con la referencia 2a en la figura 1 a modo de ejemplo, abriéndose dichos orificios 101a de manera controlada para realizar dicha evacuación como se requiera y separar así los objetos 1 del material granulado no solidificado 2. La plataforma 101 es preferentemente horizontal, tal y como se muestra en la figura 1.

Para realizar el desempaquetado, con los orificios 101a de la plataforma 101 de la caja de trabajo 100 abiertos, en el método se provoca una inclinación controlada de la caja de trabajo 100 en diferentes direcciones, de tal manera que el material granulado no solidificado 2 presente en la caja de trabajo 100 se remueve y se facilita su evacuación a través los orificios 101 a de la plataforma 101. En la figura 2 se muestra a modo de ejemplo una inclinación de la caja de machos 100, en una dirección determinada, pero el método incluye aplicar diferentes inclinaciones de la caja de trabajo 100. La inclinación en las diferentes direcciones se realiza alternando unas con otras, de tal manera que el material aglutinado no solidificado 2 se remueve en todo momento y hacia todas las direcciones, y se puede realizar además como se considere oportuno. En función de los objetos 1 fabricados, debido a su forma y/o tamaño principalmente, las necesidades de las inclinaciones pueden variar tanto en número como en direcciones, fuerza y tiempo, por ejemplo, pudiendo ajustarse las inclinaciones para cada caso. Así, dado el caso, un usuario podría personalizar las necesidades, e incluso guardar diferentes opciones para diferentes casos, de tal manera que puede seleccionar la opción adecuada para cada caso.

Para realizar el desempaquetado, una vez fabricados los objetos 1 y previamente a abrir los orificios 101a de la plataforma 101 , se desplaza la caja de trabajo 100 hasta una estación de desempaquetado 200 que comprende un soporte 201 apoyado sobre una pluralidad de zonas de apoyo de la estación de desempaquetado 200 desplazables en altura, y se acopla la caja de trabajo 100 al soporte 201 de la estación de desempaquetado 200. Tras el acoplamiento, se provoca la apertura de los orificios 101a de la plataforma 101 de la caja de trabajo 100 para permitir la evacuación del material granulado no solidificado 2, provocándose también la inclinación de dicho soporte 201 para causar la inclinación de la caja de trabajo 100. Esta inclinación se provoca mediante el desplazamiento vertical controlado de las zonas de apoyo sobre las que está apoyado el soporte 201 , de la manera que se requiera (preferentemente alternando los desplazamientos de las diferentes zonas de apoyo). Cada desplazamiento de una zona de apoyo se traduce en una inclinación del soporte 201 , y por lo tanto en una inclinación de la caja de trabajo 100. En una realización preferente, el soporte 201 de la estación de desempaquetado 200 comprende una base cuadrada o rectangular, estando apoyado dicho soporte 201 sobre cuatro zonas de apoyo y estando cada zona de apoyo próxima a, o bajo, uno de los vértices del soporte 201. Esto permite de manera sencilla inclinar el soporte 201 en una pluralidad de direcciones, en función del desplazamiento de las zonas de apoyo, y al estar la caja de trabajo 100 acoplada al soporte 201 , dicha caja de trabajo 100 se inclina solidaria con dicho soporte 201.

En la realización preferente el soporte 201 está dispuesto además sobre una estructura 202 de la estación de desempaquetado 200, y la estación de desempaquetado 200 comprende una pluralidad de elementos hinchables 203 dispuestos entre la estructura 202 y el soporte 201 , apoyándose así el soporte 201 sobre los elementos hinchables 203. Cada elemento hinchable 203 comprende al menos una de las zonas de apoyo sobre las que se apoya el soporte 201 , cada uno de ellos preferentemente una sola zona de apoyo, y para provocar el desplazamiento de una zona de apoyo se infla y/o desinfla el elemento hinchable 203 correspondiente, de una manera controlada, provocándose la inclinación correspondiente del soporte 201 y por lo tanto de la caja de trabajo 100 acoplada a dicho soporte 201. Los diferentes elementos hinchables 203 se controlan de manera independiente, aunque se pueden inflar y/o desinflar simultáneamente. Se pueden estar inflando o desinflando dos o más elementos hinchables 203 simultáneamente, pero preferentemente lo hacen en grados diferentes para obtener diferentes inclinaciones. Al ser controlados de manera independiente, se pueden obtener las inclinaciones deseadas y en los grados deseados en todo momento.

En la realización preferente, además, con los orificios 101a de la plataforma 101 de la caja de trabajo 100 abiertos se provoca la vibración de dicha caja de trabajo 100, simultaneándose la vibración y las inclinaciones requeridas de dicha caja de trabajo 100 si así se requiere. Esto facilita que se remueva el material granulado no solidificado 2, facilitándose aún más su evacuación si fuese necesario. Además, el grado de vibración se puede ajusfar en función de las necesidades. Los elementos hinchables 203 son de goma o un material equivalente, de tal manera que absorben y/o amortiguan las vibraciones y evitan que éstas lleguen a la estructura 202.

En la realización preferente, la plataforma 101 está formada por una pluralidad de placas 102 paralelas, preferentemente tres, dispuestas una encima de otra a modo de sándwich. Cada placa 102 comprende una pluralidad de orificios 102a pasantes, y para abrir los orificios 101a de la plataforma 101 se provoca el desplazamiento de al menos una de dichas placas 102, en una dirección T transversal, de tal manera que los orificios 102a de las diferentes placas 102 se alienan y permiten el paso del material aglutinante no solidificado 2 a través de la plataforma 101 , tal y como se muestra a modo de ejemplo en las figuras 3a y 3b. De esta manera, cuando los orificios 102a de las diferentes placas 102 están alineados se dice que los orificios 101a están abiertos, puesto que se permite el paso del material granulado no solidificado 2 a través de ellos fuera de la caja de trabajo 100.

Un segundo aspecto de la invención se refiere a un sistema 300 de desempaquetado de objetos 1 fabricados mediante la fabricación aditiva, y empleando un material granulado como puede ser por ejemplo un tipo de arena, donde se implementa un método de desempaquetado como el del primer aspecto de la invención, por ejemplo, obteniéndose las mismas ventajas que se han comentado para dicho primer aspecto.

El sistema 300 comprende la caja de trabajo 100 donde se fabrican los objetos 1 , y la caja de trabajo 100 comprende una plataforma 101 sobre las que quedan dispuestos el material granulado no solidificado 2 y los objetos 1 , tras la fabricación. Como se ha comentado previamente, el material granulado no solidificado 2 es el material granulado sobrante que no forma parte de los objetos 1 fabricados pero que se ha empleado durante la fabricación de los mismos.

La plataforma 101 comprende una pluralidad de orificios 101a a través de los cuales se evacúa el material granulado no solidificado 2 de la caja de trabajo 100, por gravedad, y el sistema 300 comprende unos medios de actuación 103 adaptados para abrir dichos orificios 101 a de manera controlada, para dicha evacuación. Dichos medios de actuación 103 pueden ser manuales, pero preferentemente se trata de un actuador actuado mediante unos medios de control. El actuador puede ser, por ejemplo, un cilindro.

El sistema 300 comprende además unos medios de actuación adicionales 104 para provocar una inclinación controlada de la caja de trabajo 100 en diferentes direcciones, al igual que se ha comentado previamente para el primer aspecto de la invención, y unos medios de control para controlar dichas inclinaciones.

El sistema 300 comprende además una estación de desempaquetado 200, donde se dispone la caja de trabajo 100 para realizar el desempaquetado de los objetos 1. La estación de desempaquetado 200 comprende una estructura 202 fija y un soporte 201. El soporte 201 está dispuesto sobre la estructura 202 con libertad de movimiento, y tanto el soporte 201 como la caja de trabajo 100 están configurados para poder acoplarse entre sí cuando la caja de trabajo 100 se dispone en la estación de desempaquetado 200, mediante unos medios de acoplamiento no representados en las figuras, moviéndose así dicho soporte 201 y dicha caja de trabajo 201 solidarios. El soporte 201 está configurado para inclinarse con respecto a la estructura 202 actuado por los medios de actuación adicionales 104, inclinándose así la caja de trabajo 100 con respecto a la estructura 202.

Los medios de acoplamiento pueden ser del tipo machihembrado, por ejemplo, y pudieran ser manuales o automáticos (en este último caso se acoplarían automáticamente, bien por la propia configuración de los medios de acoplamiento o bien por medio de una actuación controlada de estos mediante los medios de control, por ejemplo).

El soporte 201 comprende un hueco 201 b sobre el que queda dispuesta la plataforma 101 de la caja de trabajo 100, al menos parcialmente, de tal manera que cuando se abre el paso de los orificios 101 a de dicha plataforma 101 el material granulado no solidificados 2 cae por dicho hueco 201 b atravesando el soporte 201 , pudiendo depositarse en un recipiente 209 dispuesto bajo el soporte 201 , por ejemplo, para su evacuación posterior de la estación de desempaquetado 200.

En una realización preferente, los medios de actuación adicionales 104 son neumáticos, y están dispuestos en la estación de desempaquetado 200. Los medios de actuación adicionales 104 comprenden una pluralidad de elementos hinchables 203 dispuestos entre el soporte 201 y la estructura 202, que están adaptados para ser inflados y desinflados de manera independiente y controlada, para provocar la inclinación correspondiente.

Los elementos hinchables 203 están preferentemente dispuestos bajo los extremos exteriores del soporte 201 , dejando libre, al menos parcialmente, el espacio bajo el hueco 201 b de dicho soporte 201 para permitir la caída del material granulado no solidificado 2. El sistema 300 comprende unos medios de actuación no representados en las figuras para inflar y desinflar de manera controlada los elementos hinchables 203. Por ejemplo, los medios de actuación pueden comprender una válvula de tres vías y un regulador de presión para cada elemento hinchable 203, estando dicha válvula y dicho regulador controlados preferentemente por los medios de control. Con el regulador de presión se controla la presión del aire que se emplea para inflar el elemento hinchable 203 correspondiente, y con la válvula de tres vías se controla que se infle o desinfle el elemento hinchable 203 correspondiente. Los medios de actuación se pueden conectar por ejemplo a una toma de aire a presión, siendo dicho aire a presión el que se emplea para inflar los elementos hinchables 203. El sistema 300 puede además comprender unos medios de vibración, no representados en las figuras, para provocar la vibración de la caja de trabajo 100. Con la vibración lo que se pretende es remover el material granulado no solidificado 2 presente en la caja de trabajo 100, para facilitar su evacuación a través de los orificios 101 a de la plataforma 101. De esta manera, en la realización preferente el sistema 300 comprende unos medios de vibración que están dispuestos además en la estación de desempaquetado 200, unidos al soporte 201 , para provocar la vibración de dicho soporte 201 cuando se requiera. Si la caja de trabajo 100 está acoplada al soporte 201 , la vibración del soporte 201 provoca la vibración de la caja de trabajo 100. Los medios de control están así configurados para provocar la vibración del soporte 201 cuando la caja de trabajo 100 está acoplada a dicho soporte 201 , y preferentemente cuando los orificios 101a de la plataforma 101 de la caja de trabajo 100 están abiertos. En la realización preferente, al ser los elementos hinchables 203 de goma, dichos elementos hinchables 203 absorben y/o amortiguan las vibraciones y evitan que lleguen, al menos de manera importante, a la estructura 202. Los elementos hinchables 203 pudieran ser de otro tipo material equivalente en el sentido de reaccionar de la misma manera o similar ante las vibraciones (para absorberlas y/o amortiguarlas).

En la realización preferente el soporte 201 comprende los medios de actuación 103 que provocan la abertura controlada de los orificios 101 a de la plataforma 101 de la caja de trabajo 100, estando la caja de trabajo 100 y la plataforma 101 configuradas de tal manera que dichos medios de actuación 103 se acoplan a dicha plataforma 101 cuando la caja de trabajo 100 se acopla al soporte 201. La plataforma 101 comprende al menos dos placas 102 enfrentadas, y los medios de actuación 103 están adaptados para acoplarse a una de dichas placas 102 y para desplazar dicha placa longitudinalmente con respecto a la otra placa 102, abriéndose o cerrándose los orificios 101 a con dicho desplazamiento.

En la realización preferente la plataforma 101 comprende tres placas 102 tal y como se muestra en las figuras 3a y 3b, que están dispuestas una encima de las otras a modo de sándwich, siendo la placa 102 intermedia es la placa a la que se acoplan los medios de actuación 103. Todas las placas 102 comprenden orificios 102a pasantes, y los orificios 101 a están abiertos cuando dichos orificios 102a pasantes son coincidentes, como se muestra en la figura 3b a modo de ejemplo.

La estación de desempaquetado 200 puede comprender además una placa de calentamiento 109, adaptada para disponerse sobre la caja de trabajo 100, tal y como se muestra a modo de ejemplo en la figura 4, que se emplea para calentar el contenido de dicha caja de trabajo 100. Gracias a la placa de calentamiento 109 se pueden endurecer los objetos 1 , por ejemplo, para ser manipulados posteriormente de una manera más segura sin riesgo a que se rompan accidentalmente (o con un riesgo menor). La placa de calentamiento 109 puede actuar durante el desempaquetado, en cualquiera de sus fases. Si se aplica antes, cuando en la caja de trabajo 10 hay material granulado no solidificado 2 y antes de y/o durante la vibración, se endurecen los objetos 1 que pueden soportar así vibraciones mayores o más bruscas posteriormente. Si por el contrario se diseña o configura para actuar únicamente después del desempaquetado o en una fase avanzada de desempaquetado, la cantidad de material granulado no solidificado 2 presente en la caja de trabajo 100 es menor que en el caso anterior (o es incluso despreciable en función de cuándo se active la placa de calentamiento 109), y se requiere por tanto menos energía calorífica para endurecer los objetos 1 al tener que calentarse menos material (material granulado no solidificado 2 más objetos 1), requiriéndose un menor dimensionamiento de la placa de calentamiento 109.