IMPRESORA ADITIVA DE ESTRATOS

Campo de la técnica

La presente invención concierne a una impresora aditiva de estratos, es decir a una impresora que imprime cuerpos con volumen mediante la superposición de sucesivos estratos o capas de material, lo que comúnmente se conoce como impresión 3D.

Esta impresora está prevista especialmente para imprimir sobre un material laminar, opcionalmente textil suministrado en continuo a la zona de impresión.

Estado de la técnica

Son conocidas las impresoras aditivas de estratos, existiendo múltiples tecnologías diferentes.

Por ejemplo, el documento WO2018194446A1 describe una impresora dotada de un cabezal de impresión desplazable en un plano de impresión inclinado respecto a una banda transportadora prevista para soportar un objeto 3D impreso por dicho cabezal de impresión, quedando los estratos formados en una dirección oblicua respecto a la banda transportadora. Este documento menciona la calefacción de la banda transportadora para evitar una solidificación excesivamente rápida del material depositado, o la inclusión de un sistema de fijación por medio de succión debajo de la banda transportadora para incrementar la adhesión entre los objetos impresos y la banda transportadora, sin embargo, este documento no propone ninguna solución que permita combinar la función de la succión con la función de la calefacción.

Los documentos US2015290881 A1 , US2016318251A1 , WO2013174361A1 y

US2015224718A1 describen una máquina impresora similar pero que deposita sobra la banda transportadora estratos oblicuos de un material en polvo para posteriormente solidificar zonas determinadas de dichos estratos, creando sólidos 3D en el interior de una masa en polvo que puede posteriormente ser eliminada liberando los sólidos 3D.

Breve descripción de la invención

La presente invención concierne a una impresora aditiva de estratos.

Se entenderá que una impresora aditiva de estratos es una impresora con capacidad para depositar una pluralidad de estratos superpuestos de un material de impresión solidificable creando un sólido tridimensional. Típicamente el material de impresión solidificable será un material termofusible que es fluido a temperaturas superiores a la temperatura ambiente pero que se solidifica a temperatura ambiente, como por ejemplo plástico. Sin embargo otras tecnologías de impresión también se consideran dentro del alcance de la presente invención, como por ejemplo materiales de impresión que solidifican bajo la influencia de la luz directa, de una luz especial o en interacción química con la atmósfera.

La impresora aditiva propuesta comprende, de un modo en sí conocido en el estado de la técnica:

• al menos un cabezal de impresión desplazable a lo largo de un plano de impresión y configurado para depositar unas cantidades controladas de un material de impresión solidificable en unas posiciones predefinidas dentro de dicho plano de impresión;

• una banda transportadora sin fin, flexible e inelástica, en una dirección de avance (DA), accionada por un motor, extendida entre dos tambores de guiado, definiendo una cara superior de la banda transportadora sin fin, un plano de soporte de un material laminar, opcionalmente un lienzo textil, que queda posicionado por debajo del plano de impresión, estando el plano de impresión inclinado respecto al plano de soporte, y

• al menos un dispositivo calefactor situado debajo del plano de soporte de la banda transportadora sin fin, en contacto térmico con la misma.

Así pues la impresora aditiva propuesta comprende una banda transportadora sin fin de banda continua, típicamente tensada entre unos tambores de guiado transversales a la banda transportadora sin fin, estando el desplazamiento de la banda transportadora sin fin accionado y controlado por un motor. La banda se desplaza en una dirección de avance, permitiendo desplazar cualquier elemento sobre ella depositado en dicha dirección de avance.

Uno o más cabezales de impresión se desplaza/n a lo ancho y a lo largo de un plano de impresión permitiendo la impresión de un estrato. Dicho plano de impresión está inclinado respecto a la banda transportadora sin fin, estando una primera arista del plano de impresión adyacente al plano de soporte de la banda transportadora sin fin y transversal al mismo, y estando una segunda arista del plano de impresión, opuesta a la primera arista, más adelantada que la primera arista en la dirección de avance y a una mayor distancia del plano de soporte de la banda transportadora sin fin que la primera arista. La inclinación relativa entre el plano de soporte y el plano de impresión estará preferiblemente comprendido entre los 15° y los 45°, aunque se contemplan también otros ángulos mayores, pudiendo incluso llegar a formar un ángulo de 90°.

Esta configuración permite que el cabezal o cabezales de impresión puedan imprimir estratos que son oblicuos respecto al plano de soporte de la banda transportadora sin fin, o incluso perpendiculares al mismo. El cabezal o cabezales de impresión y la banda transportadora sin fin están coordinados mediante una unidad de control que se encarga de coordinar el desplazamiento de la banda transportadora sin fin en la dirección de avance, típicamente con distancias iguales al grosor de un estrato, con el desplazamiento del cabezal o cabezales de impresión y la deposición de material de impresión. Una acumulación de estratos oblicuos permite imprimir cualquier cuerpo tridimensional deseado sobre la banda transportadora sin fin.

La impresora propuesta incluye además al menos un dispositivo calefactor situado por debajo del plano de soporte de la banda transportadora sin fin y en contacto térmico con la misma para su calentamiento, impidiendo que el material supere la temperatura de transición vitrea y por tanto se mantendrá adherido evitando así deformaciones en los estratos posteriores superpuestos y otros problemas de calidad a la impresión.

Se entenderá que el plano de soporte de la banda transportadora sin fin está enfrentado al plano de impresión.

La presente invención propone además, de un modo no conocido por el estado de la técnica, que:

• la banda transportadora sin fin es permeable al aire;

• el al menos un dispositivo calefactor comprende una placa perforada que tiene asociada una resistencia eléctrica de calentamiento, estando integrada dicha placa perforada en una cámara de succión cubriéndola, estando dicha cámara de succión conectada a un dispositivo succionador neumático de un fluido gaseoso para generar un vacío parcial en su interior, y

• la banda transportadora sin fin tiene asociado un sistema coadyuvante en mantener el material laminar, en particular textil, adosado al citado plano de soporte de la banda transportadora sin fin.

Por lo tanto se propone situar, por debajo del plano de soporte de la banda transportadora sin fin enfrentado al plano de impresión, una cámara de succión cubierta con una placa perforada asociada a una resistencia eléctrica. Típicamente la cámara de succión se ubicará entre el plano de soporte que se desplaza en la dirección de avance y otro tramo de retorno de la banda transportadora sin fin que se desplaza en dirección opuesta para conformar la banda transportadora sin fin de banda cerrada.

El conjunto de placa perforada y resistencia eléctrica hace las funciones de dispositivo calefactor que está justo debajo de la banda transportadora sin fin, paralelo, adyacente y en contacto térmico con la misma, de manera que el calor generado por la resistencia eléctrica calienta la placa perforada que a su vez calienta la banda transportadora sin fin.

La placa perforada cubre la cámara de succión, que es una cámara cerrada conectada a un dispositivo succionador neumático de un fluido gaseoso encargado de extraer el fluido gaseoso de su interior produciendo un vacío parcial en su interior.

Dicha cámara de succión estará por lo tanto cubierta mediante una placa perforada en contacto estrecho con una banda transportadora sin fin que se propone que sea permeable al aire, generando una corriente de aire que atraviesa la banda transportadora sin fin y la placa perforada generando una succión sobre la banda transportadora sin fin, a la vez que permite su calefacción.

El dispositivo succionador neumático de un fluido gaseoso podrá ser por ejemplo una bomba o un ventilador.

Según una realización de la presente invención, el sistema coadyuvante en mantener el material laminar, tal como un lienzo textil, adosado al plano de soporte, comprende un sistema que proporciona a dicho material laminar un tensionado en el eje X, longitudinal, de la banda transportadora sin fin, y/o en el eje Y, transversal.

Dicho sistema que proporciona un tensionado al material laminar en el eje X puede implementarse mediante unos elementos elásticos que aplican una componente vertical contra el citado plano de soporte del material laminar.

En otra realización de la presente invención, el sistema que proporciona un tensionado al material laminar en el eje Y, transversal, comprende una alineación de rodillos con púas, de giro libre, que se aplican contra unas bandas laterales, periféricas, del material laminar y las enganchan contra unos perfiles que actúan de contrapunto, comprendiendo dichos rodillos unos elementos tensores en sentido transversal.

Según otra realización de la presente invención, el sistema coadyuvante en mantener el material laminar, adosado al plano de soporte, está proporcionado por la superficie de la banda transportadora sin fin que tiene asociado un dispositivo de impregnación de un agente adherente que se aplica en un tramo de la cara inferior de dicha banda. En otra realización de la presente invención, el sistema coadyuvante en mantener el material laminar, adosado al plano de soporte, comprende unas toberas que proporcionan una corriente de fluido gaseoso que incide contra el plano superior del material laminar extendido sobre la cara superior de la banda transportadora.

La persona experta en la materia entenderá que un fluido gaseoso puede ser aire, pero también se puede referir a otros gases, preferiblemente nitrógeno y argón, o mezclas de ellos.

Según otra realización de la presente invención, la impresora propuesta incluye además una bobina de suministro que almacena enrollado un material laminar, siendo dicha bobina de suministro transversal a la dirección de avance para el suministro del material laminar sobre dicha banda transportadora sin fin en la dirección de avance. Al depositar un extremo del material laminar sobre la banda transportadora sin fin dicho material laminar quedará adherido a la banda transportadora sin fin por succión, produciendo su calentamiento y su arrastre con el desplazamiento de la banda transportadora sin fin por delante del plano de impresión, permitiendo realizar la impresión directamente sobre dicho material laminar.

Se entiende que la bobina de suministro define en su centro un eje el cual es transversal a la dirección de avance, paralelo a los tambores de guiado que soportan la banda transportadora sin fin, permitiendo así desenrollar el material laminar de la bobina de suministro en la dirección de avance mediante el arrastre producido por la banda transportadora sin fin.

La bobina de suministro estará soportada sobre un chasis compartido con el resto de la impresora aditiva, mediante una unión rotativa libre que permita el giro libre de la bobina de suministro.

Se propone además que una unidad de control esté conectada al dispositivo calefactor y al dispositivo succionador neumático de un fluido gaseoso para su regulación, opcionalmente estando conectada además a un sensor de temperatura integrado en el dispositivo calefactor. En tal caso la unidad de control estará configurada para la regulación del dispositivo calefactor y/o del dispositivo succionador neumático de un fluido gaseoso en respuesta a las lecturas obtenidas del sensor de temperatura.

Se propone también que, a fin de que la banda transportadora sin fin sea permeable al aire, dicha banda transportadora sin fin esté microperforada o alternativamente que sea de un material poroso. A su vez, la placa perforada se propone que tenga perforaciones iguales o mayores a 2mm de diámetro.

Otras características de la invención aparecerán en la siguiente descripción detallada de un ejemplo de realización.

Breve descripción de las figuras

Las anteriores y otras ventajas y características se comprenderán más plenamente a partir de la siguiente descripción detallada de un ejemplo de realización con referencia a los dibujos adjuntos, que deben tomarse a título ilustrativo y no limitativo, en los que:

la Fig. 1 muestra una vista esquemática en sección de la impresora aditiva propuesta, en la que se han indicado con línea discontinua las conexiones de señal entre la unidad de control 60 y los otros componentes;

la Fig. 2 muestra una vista esquemática en perspectiva explotada de la cámara de succión 40 conectada a un dispositivo succionador neumático de un fluido gaseoso 41 , y del dispositivo calefactor 30 que le hace de tapa y que integra una placa perforada 31 y una resistencia eléctrica 32;

las Fig. 3 y Fig. 4 muestran dos vistas tridimensionales en perspectiva de la disposición relativa de las toberas 70, del dispositivo succionador neumático de fluido gaseoso 41 , la banda transportadora sin fin 21 , el material laminar 51 , por ejemplo, un lienzo textil, los rodillos 55 con púas, de giro libre, perfiles 56 y elementos tensores 57, así como el material de impresión solidificable 2 ya depositado sobre el material laminar 51 y el dispositivo de impregnación 54 de la banda transportadora sin fin 21 ;

la Fig. 5 muestra una vista esquemática frontal en sección de los elementos referidos en las Fig. 3 y Fig. 4;

la Fig. 6 muestra una vista esquemática en planta de la parte inferior de los elementos de la impresora aditiva referidos en las Fig. 3 y Fig. 4;

la Fig. 7 muestra una vista esquemática lateral en sección de lo de los elementos de la impresora aditiva referidos en las Fig. 3 y Fig. 4;

la Fig. 8 muestra una vista esquemática en planta de la parte superior de los elementos de la impresora aditiva referidos en las Fig. 3 y Fig. 4.

Descripción detallada de un ejemplo de realización Las figuras adjuntas muestran ejemplos de realización con carácter ilustrativo no limitativo de la presente invención.

De acuerdo con la realización preferida, mostrada esquemáticamente en la Fig. 1 , la impresora aditiva propuesta comprende un chasis que soporta una banda transportadora sin fin 21 dotada de un plano de soporte 20 y uno o más cabezales de impresión 11 desplazable/s en un plano de impresión 10, estando el plano de soporte 20 y el plano de impresión 10 inclinados uno respecto al otro un ángulo que preferiblemente estará comprendido entre los 15° y los 45°.

La banda transportadora sin fin 21 se compone de al menos dos tambores de guiado 45 paralelos y distanciados entre los que la banda transportadora sin fin 21 queda tensada definiendo dicho plano de soporte horizontal entre ellos. Al menos uno de los rodillos está accionado por un motor 22, permitiendo producir el desplazamiento de la banda transportadora sin fin 21 a lo largo del plano de soporte 20 en una dirección de avance DA, que es perpendicular a los ejes de los citados rodillos.

Se propone que el cabezal cabezales de impresión 11 sean desplazares a lo largo y ancho de un plano de impresión 10, el cual estará delimitado por un marco fijado al citado chasis.

Para lograr el desplazamiento del cabezal o cabezales de impresión 11 a lo largo y ancho del marco se propone, por ejemplo, incluir guías en dos direcciones perpendiculares, estando unas primeras guías definidas en el marco, estando unas segundas guías fijadas a las primeras guías de forma deslizante, permitiendo el desplazamiento de las segundas guías en la dirección definida por las primeras guías mediante un accionamiento controlado por un motor. El cabezal o cabezales de impresión 11 estará/n fijado a las segundas guías de forma deslizante, permitiendo su desplazamiento en la dirección definida por las segundas guías mediante un accionamiento controlado por otro motor.

El resultado de dicha construcción comprenderá uno o más cabezales de impresión 11 que podrá/n desplazarse con libertad y precisión por el plano de impresión 10 delimitado por el marco, mediante el accionamiento preciso de los motores descritos, controlados en coordinación con el motor 22 accionador de la banda transportadora sin fin 21 por parte de una unidad de control 60.

La impresora aditiva propuesta incluye además una cámara de succión 40 situada justo debajo del plano de soporte 20, que está conectada a un dispositivo succionador neumático de un fluido gaseoso 41 a través de conducciones, permitiendo extraer el fluido gaseoso del interior de la cámara de succión 40 generando un vacío parcial en su interior.

Una cara superior de la cámara de succión 40 está cubierta mediante una placa perforada 31 paralela y adyacente al plano de soporte 20 de la banda transportadora sin fin 21 , quedando las aberturas de la placa perforada 31 cubiertas por la banda transportadora sin fin 21 , que se propone que sea una banda transportadora sin fin 21 permeable al aire, de manera que la superficie del plano de soporte esté sometida a succión, el aire atravesando la banda transportadora sin fin 21 permeable y atravesando las aberturas de la placa perforada 31.

La placa perforada 31 integra una resistencia eléctrica 32 adosada, en contacto térmico estrecho, formando en conjunto un dispositivo calefactor 30 que, al calentarse por efecto de la resistencia eléctrica 32, transmite el calor a la banda transportadora sin fin 21 apoyada sobre la placa perforada 31.

La resistencia eléctrica 32 preferiblemente estará dispuesta en un recorrido zigzagueante evitando las aberturas de la placa perforada 31.

La unidad de control 60 estará conectada al cabezal o cabezales de impresión 11 y a los motores que controlan su desplazamiento, al motor 22 que controla el desplazamiento de la banda transportadora sin fin 21 , a la resistencia eléctrica 32 del dispositivo calefactor 30, al dispositivo succionador neumático de un fluido gaseoso 41 y, opcionalmente, también a un sensor de temperatura 33 integrado en el dispositivo calefactor 30.

La unidad de control coordinará el desplazamiento del cabezal o cabezales de impresión 11 y de la banda transportadora sin fin 21 , para lograr una correcta adición de estratos para la obtención de un objeto impreso tridimensional, y además coordinará también la succión producida por el dispositivo succionador neumático de un fluido gaseoso 41 y la temperatura suministrada por la resistencia eléctrica 32, considerando que el flujo de fluido gaseoso succionado producirá un descenso de la temperatura de la banda transportadora sin fin 21 alcanzada por la resistencia eléctrica32.

Dicha coordinación puede adicionalmente tener en consideración las lecturas de temperatura obtenidas del sensor de temperatura 33.

En la realización mostrada en la Fig. 1 también se incluye una bobina de suministro 50 en la que hay material lamina, por ejemplo una banda textil, r enrollado, estando dicha bobina de suministro 50 situada junto al inicio del plano de soporte 20 de la banda transportadora sin fin 21 , con el eje central de la bobina de suministro 50 transversal respecto a la dirección de avance DA, es decir paralela a los ejes de giro de los tambores de guiado 45 que soportan la banda transportadora sin fin 21.

Se propone que la bobina de suministro 50 está soportada en el citado chasis, y que sea de giro libre, permitiendo un desbobinado libre del material laminar.

Cuando un extremo del material laminar se deposita sobre el plano de soporte 20, la succión retiene dicho material laminar sobre la banda transportadora sin fin 21 , calentándolo por efecto de la resistencia eléctrica 32 y arrastrándolo con el desplazamiento de la banda transportadora sin fin 21 , provocando el desenrollado de la bobina de suministro 50, y su transporte por delante del plano de impresión 10.

Como resultado el cabezal o cabezales de impresión 11 producirá/n la impresión encima del material laminar.

Se entenderá que las diferentes partes que constituyen la invención descritas en una realización pueden ser libremente combinadas con las partes descritas en otras realizaciones distintas, aunque no se haya descrito dicha combinación de forma explícita, siempre que no exista un perjuicio en la combinación.