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Patent Searching and Data


Title:
PIECES WITH DIFFERENT SURFACE FINISHES AND PRODUCTION METHOD THEREOF
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2011/045451
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to pieces which are produced by sintering and which have well-differentiated surface finish areas including rough areas resulting from the sintering process, the roughness being determined by the size of grain used in sintering, and polished areas that have undergone a three-dimensional machining process. After obtaining a file containing a representation of the piece to be produced, the method comprises: selecting the parts to be raised; producing the piece by means of sintering; and subsequently subjecting the piece or pieces to automatic, semi-automatic or directed programming generation so that, by means of machining, the raised parts are reduced. Consequently the resulting piece is economical in terms of costs and exhibits a very high degree of precision in the machined areas, a tolerance 9, and improved finish, texture and finishing in the sensitive areas of the piece.

Inventors:
GARCIA APARICIO JUAN CARLOS (ES)
AL SINA FONT FRANCESC (ES)
Application Number:
PCT/ES2010/000367
Publication Date:
April 21, 2011
Filing Date:
September 03, 2010
Export Citation:
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Assignee:
PATTBO SPAIN S L
GARCIA APARICIO JUAN CARLOS (ES)
AL SINA FONT FRANCESC (ES)
International Classes:
A61C13/00; A61C5/77; B22F3/10; B22F3/12; B22F3/16
Domestic Patent References:
WO2007084768A12007-07-26
Foreign References:
US20080241798A12008-10-02
Other References:
None
Attorney, Agent or Firm:
CARPINTERO LÓPEZ, Francisco (ES)
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Claims:
REIVINDICACIONES

1. - Piezas con diferente acabado superficial realizas a partir de un proceso de sinterización caracterizadas porque presentan diferente acabado superficial, en zonas bien diferenciadas, en una zona un acabado resultado del proceso de sinterización, que tiene una rugosidad resultado del tamaño de los granos del material de polvo empleado en la sinterización, y en otras zonas presenta un acabado liso o pulido resultado de haber sido sometida dicha pieza a un proceso de mecanizado tridimensional, configuración una pieza única que tiene dos acabados superficiales perfectamente diferenciados

2. - Procedimiento de fabricación de piezas sinterizadas caracterizado porque consta de las siguientes etapas:

- una vez recibido un fichero que contiene la pieza o piezas a fabricar se procede a un recrecimiento (1) parcial o global de determinadas partes o zonas sensibles de la o las piezas mostradas en el fichero,

- fabricación mediante sinterización (2), a partir de la o las piezas ya recrecidas.

- se complementa el proceso con una generación de programas para fresado (4), obteniéndose un alto grado de precisión en las partes sensibles de la prótesis por mecanizado.

- Finalmente las piezas son cortadas o separadas (5) unas de otras

3. - Procedimiento de fabricación de piezas sinterizadas, según la reivindicación 2, caracterizado porque el proceso de recrecimiento parcial o global de determinadas partes de la o las piezas contenidas en el fichero consiste en la definición de un contorno (6) de recrecimiento, para a continuación proceder a extender dicho recrecimiento a lo largo de la parte de la pieza seleccionada.

4. - Procedimiento de fabricación de piezas sinterizadas, según la reivindicación 2, caracterizado porque tras finalización de la sinterización (2) y antes del la generación de los procesos de fresado (4) se somete a la o las piezas a un proceso de tratamiento térmico intermedio (3),

5. - Procedimiento de fabricación de piezas sinterizadas, según la reivindicación 4, caracterizado porque el proceso de tratamiento térmico intermedio consiste en someter a la o las piezas a una temperatura de 1000°C que se alcanza mediante una rampa de subida rápida, y posterior enfriamiento a temperatura ambiente.

6. - Procedimiento de fabricación de piezas sinterizadas, según la reivindicación 2, caracterizado porque el fichero que contiene la representación de la pieza es un fichero STL.

7. - Procedimiento de fabricación de piezas sinterizadas, según la reivindicación 2, caracterizado porque la generación de programas para el fresado (4) realizan dicho fresado de manera automática, o semiautomática o dirigida.

8. - Procedimiento de fabricación de piezas sinterizadas, según la reivindicación 2, caracterizado porque la programación de las labores de fresado se efectúan sobre piezas dentales recrecidas reconstruidas en base a la geometría original y la marcación de zonas sensibles del experto, de manera automática o semiautomática, que se realizará en una máquina de al menos 4 ejes más uno adicional.

9. - Procedimiento de fabricación de piezas sinterizadas, según la reivindicación 2, caracterizado porque el los programas que determinan el proceso de fresado exigen de procedimientos automatizados de referenciación y empleo de geometrías definitivas y recrecidas, realizándose en una máquina de al menos 5 ejes.

Description:
PIEZAS CON DIFERENTE ACABADO SUPERFICIAL Y PROCEDIMIENTO

DE OBTENCIÓN DE LAS MISMAS

DESCRIPCIÓN

OBJETO DE LA INVENCIÓN

Es objeto de la presente invención tanto unas piezas con diferente acabado superficial, como el procedimiento de obtención de las mismas, y como el propio título de la invención establece, las piezas cuentan con un acabado superficial diferente en zonas bien diferenciadas, aportando cada zona una serie de ventajas en su uso posterior.

Caracteriza a la presente invención el hecho de que las piezas son fabricadas en un primer momento mediante un procedimiento conjunto, en general mediante sinterizado, realizándose a continuación una mecanización posterior en determinadas partes de la pieza, lo que la confiere un acabado superficial diferente.

Caracteriza a la presente invención en la parte relativa al procedimiento de fabricación, el hecho de que las piezas son fabricadas mediante sinterizado, siendo complementado el proceso mediante un post-procesado con mecanizado tridimensional, lo que permite obtener piezas fabricadas a partir de sinterización con un alto grado de precisión y tolerancia

Caracteriza también al presente procedimiento objeto de la invención, la naturaleza y orden de las etapas, de manera tal que permiten obtener piezas obtenidas mediante sinterización con un alto grado de precisión y un margen de tolerancia óptimo.

El presente procedimiento combina adecuadamente las ventajas derivadas de los procesos de fabricación mediante sinterizado y los procesos de fabricación mediante mecanizado tridimensional, lo que redunda en unas piezas obtenidas con una muy elevada precisión en unas determinadas zonas, con geometrías complejas, lo que redunda en mejora de los tiempos de diseño y fabricación y en consecuencia en los costes.

ANTECEDENTES DE LÁ INVENCIÓN.

La sinterización es un tratamiento térmico de un polvo o compactado metálico o cerámico o plástico a una temperatura inferior a la de fusión de la mezcla, lo que incrementar la fuerza y la resistencia de la pieza debido a los enlaces fuertes que se producen entre las partículas.

Por otro lado, el mecanizado, particularmente tridimensional, consiste principalmente en el corte del material que se mecaniza con una herramienta rotativa de varios filos, que se llaman dientes, labios o plaquitas de metal duro, que ejecuta movimientos de avance programados de la mesa de trabajo en casi cualquier dirección en los que se puede desplazar la mesa donde va fijada la pieza que se mecaniza.

En los procesos de fabricación de piezas que requieren ser fabricados con elevada precisión y con materiales costosos, el procedimiento de sinterización ha conseguido abaratar los costes extraordinariamente, si bien la tolerancia y precisión conseguida son aceptables, pudieran ser susceptibles de mejora, ya que viene limitado por el tamaño de las partículas de polvo empleadas en la sinterización. Por otro lado, mediante los procesos de mecanizado, por ejemplo mediante fresado, la cantidad de material que se desecha es relativamente alta, así como los tiempos que se invierten en el proceso, lo que encarece considerablemente el proceso de fabricación. Sin embargo, la precisión lograda es bastante buena.

Las piezas fabricadas mediante sinterización, si bien se consiguen fabricar piezas complejas, de un modo fácil, económico y eficaz, pueden requerir en parte de su geometría un alto grado de precisión, particularmente en las zonas que necesitan de un ajuste mecánico perfecto por conexión con otras piezas. Además, por otro lado las piezas fabricadas hasta el momento, pueden requerir que las piezas en su superficie tengan un diferente grado de acabado, con la finalidad de obtener posteriores ventajas futuras derivadas de su diferente acabado superficial.

Por lo tanto, es objeto de la presente invención desarrollar unas piezas que puedan ser fabricadas mediante sinterización y que permitan obtener en diferentes zonas, diferentes grados de precisión, así como posteriores ventajas derivadas de su acabado superficial.

Por otro lado, también, es objeto de la presente invención desarrollar un procedimiento de fabricación de piezas de elevada precisión que aúne las ventajas de los procesos de sinterización y mecanizado tridimensional, donde además los costes de obtención sean los más bajos posibles, mientras que la precisión y tolerancia lograda sea la mejor posible.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN.

En primer lugar con el objeto de lograr los fines buscados de conseguir piezas que fabricadas mediante sinterización, que permitan obtener en diferentes zonas, diferentes grados de precisión, así como posteriores ventajas derivadas del acabado superficial, las piezas objeto de la invención están fabricadas mediante sinterización, y presentan diferente acabado superficial, en zonas bien diferenciadas, en una zona un acabado resultado del proceso de sinterización, que tiene una rugosidad resultado del tamaño de los granos del material de polvo empleado en la sinterización, y en otras zonas presenta un acabado liso resultado de haber sido sometida dicha pieza a un proceso de mecanizado tridimensional, configuración una pieza única que tiene dos acabados superficiales perfectamente diferenciados.

Gracias a que las piezas presentan un diferente acabado superficial según zonas bien diferenciadas se consiguen tres objetivos:

- Por un lado piezas que tienen partes con un alto grado de precisión en las zonas que necesitan de un ajuste mecánico perfecto por conexión con otras piezas, siendo dichas zonas las zonas a las que se las ha sometido a un proceso de mecanizado tridimensional tras la fabricación mediante sinterizado.

- Por otro lado, como superficialmente el nivel de rugosidad es diferente en las distintas partes de la pieza, gracias a que hay partes que presentan un cierto grado de rugosidad resultado de haber sido fabricada la pieza mediante sinterización, como consecuencia del tamaño de las partículas de polvo empleadas en la fabricación, dicha rugosidad, sirve para un mejor agarre con otras piezas o materiales, mediante cementación o similares.

- Gracias a que la pieza ha sido fabricada mediante sinterización se consigue obtener piezas con formas geométricas complejas (cualquier geometría que se pueda definir en el espacio) y que mediante otras técnicas de fabricación serían imposible de conseguir.

Con el objetivo de lograr los fines propuestos de desarrollar un procedimiento de fabricación de piezas con bajos costes y elevada precisión y tolerancia se ha desarrollado un procedimiento de fabricación, que partiendo de una pieza fabricada a partir de la sinterización se le aplican una serie de etapas posteriores que permiten mejorar su precisión y tolerancia.

En general, en todos estos procesos de fabricación se parte de un fichero con formato STL , aunque pudiera ser extensible a cualquier otro formato que sirva para la representación de la pieza a fabricar. El formato STL, es un formato estándar de estereolitografía, el cual contiene una descripción geométrica del objeto diseñado, mediante aproximaciones por medio de triángulos.

Una vez se tiene el fichero en formato STL, se procede a un recrecido local o global de las piezas en zonas sensibles, que requieran una mayor precisión por su ubicación o funcionalidad. Este recrecimiento no tiene por qué ser tomado en un sentido literal, pudiendo ser por formas predeterminadas, o cualquier otra configuración tal que permita en la zona donde se realizado el recrecido o se ha dispuesto una determinada forma un proceso posterior de mecanizado tridimensional. Seguidamente una vez obtenido y preparado el fichero se somete al proceso de fabricación mediante sintenzación.

A continuación, y de manera opcional se puede someter a la pieza fabricada a un proceso de tratamiento térmico intermedio con objeto de relajar los metales.

Posteriormente, se procede a un mecanizado de las geometrías originales y que se pretenden definitivas, en las zonas que se han considerado sensibles y cuya geometría ha sido preservada, extraída o generada mediante una generación de programas que realizan de manera automática, semi- automática o dirigida el fresado (4). Obteniéndose un muy alto grado de precisión en las partes sensibles de la pieza por mecanizado automatizado.

Dicho mecanizado tridimensional se realizará en una máquina que deberá alcanzar y reflejar cualquier posición en el espacio.

El procedimiento de centrado y referencia es crítico y esencial en este punto. Las máquinas más aptas para este tipo de trabajo son máquinas fresadoras de 5 (cinco) ejes controlables, o (3 de posicionado y 2 de orientación espacial), ó también como son denominadas en el mercado como de cuatro ejes más uno adicional.

Finalmente la pieza se corta y se prepara para el envío.

El hecho de que la precisión y tolerancia obtenida con un proceso de fabricación con sinterización sea inferior a la de un proceso de mecanizado deriva de la propia naturaleza de los materiales empleados y del proceso de obtención. Así, en la sinterización al emplearse polvo de por ejemplo Cromo y Cobalto, los granos empleados tienen un espesor entre 36 y 54 mieras, pudiendo ser incluso mayor, que implica un límite físico de compactación. Además, por el propio proceso de sinterización en el que se realiza una aportación de calor en un tiempo muy breve del orden de nanosegundos, se pueden producir tensiones, torsiones y doblado. Se podría hacer directamente un rectificado posterior de la pieza sinterizada sin recrecer, pero podría suceder que la fresa en algunas situaciones no llegara si quiera a tocar el material debido a la diferencia de pared que surgen como resultado del proceso de sinterización, por lo que aplicar un proceso de mecanizado directamente a una pieza obtenida por sinterización no logra los fines buscados.

Gracias, a que la pieza a sido sometida a proceso de recrecido local o global es posible posteriormente someter la pieza a un proceso de mecanizado, que permite el rebaje exacto que se busca, logrando una pieza que presenta una mayor precisión y tolerancia, de nivel 9, que una pieza obtenida solamente por sinterización, además, la calidad del acabado, su textura y terminación es mayor también que si hubiera sido obtenida directamente por sinterización.

Las piezas objeto de la invención son de aplicación a cualquier industria o sector que requiera de piezas con geometrías complejas, que se puedan fabricar de un modo sencillo y rápido, y que tengan en determinadas partes de la pieza un muy alto grado de precisión. Siendo de particular aplicación en el sector médico, dental maquinaria de precisión, industria automovilística, aeronáutica, naval etc.

El procedimiento que también es objeto de la invención es de aplicación igualmente a cualquier industria y sector que requiera de piezas con geometrías complejas, que se puedan fabricar de un modo sencillo y rápido, y que tengan en determinadas partes de la pieza un muy alto grado de precisión, siendo de particular aplicación en el sector médico, dental, maquinaria de precisión, industria automovilística, aeronáutica, naval etc.

EXPLICACIÓN DE LAS FIGURAS

Para completar la descripción que seguidamente y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características del invento, se acompaña a la presente memoria descriptiva de un juego de planos o dibujos, meramente orientativos, teniendo en cuenta las infinitas posibilidades, bien funcionales o estéticas, tantas como calzados existen, en base a cuyas figuras se comprenderán más fácilmente las innovaciones y ventajas del dispositivo objeto de la invención.

Figura 1 , muestra de manera las etapas del proceso de fabricación objeto de la invención.

Figura 2, muestra una representación en perspectiva de una pieza dental en la que se ha identificado un contorno que se quiere recrecer.

Figura 3, representa un detalle de la extracción de las características sensibles en alojamientos sobre las propias piezas tras la sinterización.

Figura 4, representa un detalle concreto del mecanizado de una parte sensible de una pieza.

REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN

A la vista de las figuras se describe seguidamente un modo de realización preferente de la invención propuesta.

En la figura 1 , se muestran las etapas que forman parte del proceso de fabricación.

Así, una vez recibido un fichero que contiene la representación de la pieza a fabricar se procede se procede a un recrecimiento (1) parcial o global de determinadas partes. Dicho recrecimiento consiste en la definición de un contorno (6) de recrecimiento, tal y como se muestra en la figura 2, para a continuación proceder a extender dicho recrecimiento a lo largo de la parte de la pieza seleccionada, es decir, como si se extendiera una funda a lo largo de la pieza dental.

Este recrecimiento se hace con el fin de obtener posteriormente tras un mecanizado tridimensional zonas de mayor precisión y tolerancia, que en el caso de piezas dentales, por ejemplo, son necesarios para la obtención de alojamientos precisos en elementos sobre implante o alojamientos de piezas cementadas.

En una posible forma de realización el formato del fichero, puede ser un formato STL.

A continuación con el fichero en formato STL en el que la pieza ya está recrecida se procede a la fabricación (2) mediante sinterizacion.

De manera optativa, y no obligatoria, es posible someter a la pieza obtenida por sinterizacion a un proceso de tratamiento térmico intermedio (3), con el objeto de relajar los metales, tras el proceso de fabricación. Este proceso de tratamiento térmico intermedio consiste en someter la pieza a una temperatura de 1000°C que se alcanza mediante una rampa de subida rápida, y posterior enfriamiento a temperatura ambiente.

Seguidamente, bien tras la sinterizacion (2) o bien tras el proceso de tratamiento térmico intermedio (3), se somete a la pieza a un tratamiento de post procesado mediante mecanizado tridimensional (4) con una máquina de al menos 5 ejes, pudiendo también emplearse una máquina, tal y como son denominadas en el mercado, de cuatro ejes más uno adicional.

El fresado (4) solamente se realiza sobre aquellas partes seleccionadas, que generalmente coinciden con las zonas recrecidas, o en las partes en las que se han dispuesto unas determinadas formas que permiten un recrecido posterior.

Finalmente las piezas son cortadas o separadas (5) unas de otras, para su posterior envío.

En la figura 3 se muestra un conjunto de piezas, en el caso representado son piezas dentales, pudiendo ser cualquier otro tipo de piezas y sobre las que se ha realizado un recrecido en las partes sensibles, y en el caso representado dicho recrecido se ha realizado con el objetivo de lograr alojamientos mecanizados precisos (7) en elementos sobre implantes o alojamientos de piezas cementadas. En la figura 4, se muestra en detalle el proceso de mecanizado de un alojamiento mecanizado preciso mediante fresa tras el sinterizado.

Gracias al procedimiento descrito se logra obtener piezas sinterizadas con un alto grado de precisión, de tolerancia, de calidad, de textura y terminación, presentando un coste mucho menor que si la pieza hubiese sido obtenida mediante fresado.

El procedimiento de fabricación descrito es de aplicación a todo tipo de piezas, tales como piezas dentales (coronas, puentes, esqueléticos), prótesis de todo tipo y naturaleza, piezas mecánicas de precisión, en el sector médico, dental, maquinaria de precisión, industria automovilística, aeronáutica, naval etc

Las máquinas empleadas para el sinterizado pueden ser todo tipo de máquina láser de grado 2,3,4 ó 5, máquinas láser tipo jack, de C02, o de calor.

Las piezas obtenidas por el procedimiento anterior se caracterizan porque están fabricadas mediante sinterización, y en algunas partes o en su totalidad en su exterior han sido tratadas mediante un proceso de fresado, lo que redunda en una mayor calidad, textura, terminación en las zonas sensibles de la pieza, logrando una mayor precisión y tolerancia de nivel 9. Por lo tanto las piezas presentan zonas bien diferenciadas en cuanto a su acabado superficial, unas zonas que presentan una cierta rugosidad que han sido directamente obtenidas mediante sinterización, y unas zonas pulidas, lisas, resultado de aplicar una mecanización tridimensional post-procesado.

No altera la esencialidad de esta invención variaciones en materiales, forma, tamaño y disposición de los elementos componentes, descritos de manera no limitativa, bastando ésta para su reproducción por un experto.