ES2970615T3

ES2970615T3 - Método y sistema para elaborar un objeto que presenta propiedades de un tejido duro

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Publication number: ES2970615T3
Application number: ES18759760T
Authority: ES
Inventors: Daniel Dikovsky; Blake Zachary Courter; Ben Klein
Original assignee: Stratasys Ltd
Current assignee: Stratasys Ltd
Priority date: 2017-07-28
Filing date: 2018-07-27
Publication date: 2024-05-29
Anticipated expiration: 2038-07-27
Also published as: US11696832B2; DK3658359T3; CN115157683A; EP4289607A3; EP4289607B1; IL272318A; EP3658359A1; JP7197561B2; US20200155321A1; WO2019021295A1; CN111148622A; US20230277322A1; IL272318B1; JP2020528372A; EP3658359B1; EP4289607A2

Abstract

Un método de fabricación aditiva de un objeto que presenta propiedades de un tejido corporal duro comprende: dispensar y solidificar una pluralidad de formulaciones de materiales no biológicos para formar secuencialmente una pluralidad de capas endurecidas en un patrón configurado correspondiente a una forma del objeto. El método forma elementos vóxel que contienen diferentes formulaciones de materiales en ubicaciones entrelazadas para proporcionar una región texturizada tridimensional que se extiende sobre la porción. Las formulaciones del material y las ubicaciones entrelazadas se seleccionan de manera que la región texturizada exhiba, una vez endurecida, una variación de tensión de como máximo ±20% en un rango de deformación de aproximadamente 0,1% a aproximadamente 0,3%. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Método y sistema para elaborar un objeto que presenta propiedades de un tejido duro

Solicitudes relacionadas

Esta solicitud reivindica el beneficio de prioridad de la solicitud de patente provisional de EE. UU. n.° 62/538026, presentada el 28 de julio de 2017, que se presentó conjuntamente con las solicitudes de patente provisional de EE. UU. n.° 62/538.003, 62/538.006, 62/538.015 y 62/538.018.

Campo y antecedentes de la invención

La presente invención, en algunas realizaciones de la misma, se refiere a la fabricación aditiva y, más particularmente, pero no exclusivamente, a un método y sistema para elaborar un objeto que presenta propiedades de un tejido duro mediante fabricación aditiva.

La fabricación aditiva (AM) es generalmente un proceso en el que se fabrica un objeto tridimensional (3D) utilizando un modelo informático de los objetos. Un proceso de este tipo se usa en diversos campos, tales como campos relacionados con el diseño para fines de visualización, demostración y prototipado mecánico, así como para la fabricación rápida (RM). El funcionamiento básico de cualquier sistema de AM consiste en rebanar un modelo digital tridimensional en secciones transversales delgadas, traducir el resultado a datos de posición bidimensionales y alimentar los datos a equipos de control que fabrican una estructura tridimensional de una forma por capas.

Un tipo de AM son los procesos de impresión por inyección de tinta tridimensional. En este proceso, un material de construcción se dispensa desde un cabezal dispensador que tiene un conjunto de boquillas para depositar capas sobre una estructura de soporte. Dependiendo del material de construcción, las capas pueden curarse o solidificarse entonces usando un dispositivo adecuado.

Existen diversas técnicas de impresión por inyección de tinta tridimensional y las mismas se divulgan en, por ejemplo, las patentes de EE. UU. n.os 6.259.962, 6.569.373, 6.658.314, 6.850.334, 7.183.335, 7.209.797, 7.225.045, 7.300.619, 7.479.510, 7.500.846, 7.962.237.

Varios procesos de AM permiten la formación aditiva de objetos usando más de un material de modelado. Por ejemplo, la patente de EE. UU. n.° 9.031.680 del presente cesionario, divulga un sistema que comprende un aparato de elaboración de formas libres sólidas que tiene una pluralidad de cabezales dispensadores, un aparato de suministro de material de construcción configurado para suministrar una pluralidad de materiales de construcción al aparato de elaboración y una unidad de control configurada para controlar el aparato de elaboración y suministro. El sistema tiene varios modos de funcionamiento. En un modo, todos los cabezales dispensadores funcionan durante un único ciclo de exploración de construcción del aparato de elaboración. En otro modo, uno o más de los cabezales dispensadores no están operativos durante un único ciclo de exploración de construcción o parte del mismo.

Los materiales de construcción pueden incluir materiales de modelado y materiales de soporte, que forman el objeto y las construcciones de soporte temporales que soportan el objeto a medida que se está construyendo, respectivamente.

El material de modelado (que puede incluir uno o más material(es)), incluido(s) en una o más formulaciones) se deposita para producir el/los objeto(s) deseado(s).

El material de soporte, también conocido en la técnica como "material de soporte", (que puede incluir uno o más material(es)), con o sin elementos de material de modelado, se usa para soportar áreas específicas del objeto durante la construcción y para asegurar una colocación vertical adecuada de capas de objeto posteriores. Por ejemplo, en casos en los que los objetos incluyen características o formas con extremos protuberantes, por ejemplo, geometrías curvas, ángulos negativos, huecos y similares, los objetos se construyen habitualmente usando construcciones de soporte adyacentes, que se usan durante la impresión.

En todos los casos, el material de soporte se deposita en las proximidades del material de modelado, posibilitando la formación de geometrías de objeto complejas y el relleno de huecos de objeto.

En todas las tecnologías puestas en práctica actualmente, el material de soporte depositado y el material de modelado se endurecen, habitualmente tras la exposición a una condición de curado (por ejemplo, energía de curado), para formar la forma de capa requerida. Después de la compleción de la impresión, las estructuras de soporte se retiran para revelar la forma final del objeto 3D elaborado.

Cuando se usan cabezales de impresión comerciales actualmente disponibles, tales como cabezales de impresión por inyección de tinta, el material de soporte debería tener una viscosidad relativamente baja (aproximadamente 10 20 cPs) a la temperatura de trabajo, es decir, de inyección, de tal modo que este pueda inyectarse. Además, el material de soporte debería endurecerse rápidamente para permitir la construcción de capas posteriores. Adicionalmente, el material de soporte endurecido debería tener suficiente resistencia mecánica para mantener el material de modelo en su lugar, y una distorsión baja para evitar defectos geométricos.

Los métodos conocidos para la retirada de materiales de soporte incluyen impacto mecánico (aplicado por una herramienta o chorro de agua), así como métodos químicos, tal como la disolución en un disolvente, con o sin calentamiento. Los métodos mecánicos requieren mucha mano de obra y, a menudo, no son adecuados para partes pequeñas e intrincadas.

Para disolver los materiales de soporte, el objeto elaborado a menudo se sumerge en agua o en un disolvente que es capaz de disolver los materiales de soporte. Las soluciones utilizadas para disolver el material de soporte también se denominan en el presente documento y en la técnica "soluciones de limpieza". En muchos casos, sin embargo, el proceso de retirada de soporte puede implicar materiales peligrosos, trabajo manual y/o equipo especial que requiere personal capacitado, ropa protectora y una eliminación de residuos costosa. Además, el proceso de disolución suele estar limitado por la cinética de difusión y puede requerir unos períodos de tiempo muy largos, especialmente cuando las construcciones de soporte son grandes y voluminosas. Además, puede ser necesario un posprocesamiento para retirar los rastros de una 'capa de mezcla' en las superficies de objeto. La expresión "capa de mezcla" se refiere a una capa residual de materiales de modelo y de soporte endurecidos mixtos formados en la superficie de separación entre los dos materiales en las superficies del objeto que se está elaborando, mediante materiales de modelo y de soporte que se mezclan entre sí en la superficie de separación entre los mismos.

Adicionalmente, los métodos que requieren temperaturas altas durante la retirada del soporte pueden ser problemáticos, debido a que existen materiales de modelo que son sensibles a la temperatura, tales como ceras y ciertos materiales flexibles. Tanto los métodos mecánicos como los de disolución para la retirada de materiales de soporte son especialmente problemáticos para su uso en un entorno de oficina, en donde la facilidad de uso, la limpieza y la seguridad ambiental son consideraciones importantes.

Se describen materiales solubles en agua para la construcción 3D, por ejemplo, en la patente de EE. UU. n.° 6.228.923, en donde un polímero termoplástico soluble en agua - poli(2-etil-2-oxazolina) - se enseña como material de soporte en un proceso de construcción 3D que implica una extrusión a presión alta y temperatura alta de cintas de materiales seleccionados sobre una placa.

Un material de soporte que contiene agua que comprende un hidrato de cristal fusible se describe en la patente de EE. UU. n.° 7.255.825.

Formulaciones adecuadas para formar un material de soporte endurecido en la construcción de un objeto 3D se describen, por ejemplo, en las patentes de EE. UU. n.° 7.479.510, 7.183.335 y 6.569.373, todas ellas a nombre del presente cesionario. En general, las composiciones divulgadas en estas patentes comprenden al menos un componente curable por UV (reactivo), por ejemplo, un componente acrílico, al menos un componente no curable por UV, por ejemplo, un componente de poliol o glicol y un fotoiniciador. Después de la irradiación, estas composiciones proporcionan un material semisólido o similar a un gel capaz de disolverse o hincharse tras la exposición al agua, a una solución alcalina o ácida o a una solución de agua y detergente.

Además del hinchamiento, otra característica de un material de soporte de este tipo puede ser la capacidad de romperse durante la exposición al agua, a una solución alcalina o ácida o a una solución de agua y detergente debido a que el material de soporte se hace de componentes hidrófilos. Durante el proceso de hinchamiento, las fuerzas internas provocan fracturas y roturas del soporte endurecido. Además, el material de soporte puede contener una sustancia que libera burbujas tras la exposición al agua, por ejemplo, bicarbonato de sodio, que se transforma en CO<2>cuando está en contacto con una solución ácida. Las burbujas ayudan en el proceso de retirar el soporte al modelo.

Varios procesos de fabricación aditiva permiten la formación aditiva de objetos usando más de un material de modelado. Por ejemplo, la solicitud de patente de EE. UU. que tiene el n.° de publicación 2010/0191360, del presente cesionario, divulga un sistema que comprende un aparato de elaboración de formas libres sólidas que tiene una pluralidad de cabezales dispensadores, un aparato de suministro de material de construcción configurado para suministrar una pluralidad de materiales de construcción al aparato de elaboración y una unidad de control configurada para controlar el aparato de elaboración y suministro. El sistema tiene varios modos de funcionamiento. En un modo, todos los cabezales dispensadores funcionan durante un único ciclo de exploración de construcción del aparato de elaboración. En otro modo, uno o más de los cabezales dispensadores no están operativos durante un único ciclo de exploración de construcción o parte del mismo.

En un proceso de impresión por inyección de tinta 3D tal como Polyjet™ (Stratasys Ltd., Israel), el material de construcción se inyecta selectivamente desde uno o más cabezales de impresión y se deposita sobre una bandeja de elaboración en capas consecutivas de acuerdo con una configuración predeterminada como se define por un archivo de software.

Se han usado procesos de fabricación aditiva para formar materiales similares al caucho. Por ejemplo, se usan materiales similares al caucho en los sistemas PolyJet™ como se describe en el presente documento. Estos materiales están formulados para tener una viscosidad relativamente baja que permite la dispensación, por ejemplo, por inyección de tinta, y para desarrollar una Tg que es inferior a la temperatura ambiente, por ejemplo, -10 °C o inferior. Esto último se obtiene formulando un producto con un grado relativamente bajo de reticulación y usando monómeros y oligómeros con una estructura molecular flexible intrínseca (por ejemplo, elastómeros acrílicos).

Una familia ilustrativa de materiales similares al caucho utilizables en los sistemas PolyJet™ (comercializados con el nombre comercial "Tango™") ofrece una diversidad de características de elastómero del material endurecido obtenido, incluyendo la dureza Shore A, el alargamiento a la rotura, la resistencia al desgarro y la resistencia a la tracción. El material más blando de esta familia presenta una dureza Shore A de 27.

Otra familia de materiales similares al caucho utilizables en los sistemas PolyJet™ (comercializados con el nombre comercial "Agilus™") se describe en la solicitud internacional PCT n.° IL2017/050604 (publicada como WO2017/208238), por el presente cesionario, y utiliza una formulación elastomérica curable que comprende un material curable elastomérico y partículas de sílice. El documento EP 2780154 A1 se refiere a la fabricación aditiva de modelos de partes del cuerpo que se aproximan a propiedades mecánicas conocidas de tejidos. El documento US 2016/167306 A1 se refiere al uso de funciones de ruido para generar texturas de material.

Sumario de la invención

De acuerdo con un aspecto de algunas realizaciones de la presente invención, se proporciona un método para fabricar aditivamente un objeto que presenta propiedades de un tejido corporal duro, el método comprende: dispensar y solidificar (por ejemplo, exponer a una condición de curado) una pluralidad de formulaciones de material no biológico (por ejemplo, formulaciones de material de construcción o formulaciones de material de modelado, como se describe en el presente documento) para formar secuencialmente una pluralidad de capas endurecidas en un patrón configurado correspondiente a una forma del objeto, en donde para al menos una porción de las capas, la dispensación comprende formar elementos de vóxel que contienen diferentes formulaciones de material en ubicaciones entrelazadas para formar una región texturizada tridimensional que se extiende sobre la porción, y en donde las formulaciones de material y las ubicaciones entrelazadas se seleccionan de tal modo que la región texturizada exhibe, una vez se ha endurecido, una variación de esfuerzo de como máximo el ± 20 % a lo largo de un intervalo de deformación de aproximadamente el 0,1 % a aproximadamente el 0,3 %.

Las ubicaciones entrelazadas se seleccionan de acuerdo con una función de modulación.

La función de modulación comprende una función de ruido. De acuerdo con algunas realizaciones de la invención, la función de modulación comprende una función de ruido de Simplex. De acuerdo con algunas realizaciones de la invención, la función de modulación comprende una función de ruido de Simplex abierta. De acuerdo con algunas realizaciones de la invención, la función comprende una función de ruido de Worley. De acuerdo con algunas realizaciones de la invención, la función comprende una función de ruido de Perlin. De acuerdo con algunas realizaciones de la invención, la función comprende una función de ruido de ondícula. De acuerdo con algunas realizaciones de la invención, la función de modulación comprende una función periódica. De acuerdo con algunas realizaciones de la invención, la función de modulación tiene un período de 2 o menos milímetros. De acuerdo con algunas realizaciones de la invención, la función de modulación comprende una función aperiódica.

De acuerdo con algunas de cualquiera de las realizaciones de la invención, las formulaciones de material comprenden una primera formulación de material (por ejemplo, una formulación de material de construcción) que proporciona, tras la solidificación, un primer material y una segunda formulación de material (por ejemplo, una formulación de material de construcción) que proporciona, tras la solidificación, un segundo material, en donde las ubicaciones entrelazadas se seleccionan para formar una pluralidad de elementos de textura dentro de la región texturizada, teniendo cada elemento de textura una porción interior hecha del segundo material rodeada al menos parcialmente por una porción de pared hecha del primer material.

De acuerdo con algunas de cualquiera de las realizaciones de la invención, la porción de pared es más dura que la porción interior.

De acuerdo con algunas de cualquiera de las realizaciones de la invención, las formulaciones de material comprenden una primera formulación de material (por ejemplo, una formulación de material de construcción) que proporciona, tras la solidificación, un material que tiene una resistencia a la tracción de aproximadamente 40 a aproximadamente 60 MPa de acuerdo con la norma ASTM D-638-03 y un módulo de elasticidad de aproximadamente 1000 MPa a aproximadamente 2600 MPa de acuerdo con la norma ASTM D-638-04, y una segunda formulación de material (por ejemplo, una formulación de material de construcción) que proporciona, tras la solidificación, un material que tiene un módulo de elasticidad de aproximadamente 10 kPa a aproximadamente 100 kPa de acuerdo con la norma ASTM D-575.

De acuerdo con algunas de cualquiera de las realizaciones de la invención, las formulaciones de material comprenden una primera formulación de material (por ejemplo, una formulación de material de construcción) que proporciona, tras la solidificación, un material que tiene una resistencia a la tracción de aproximadamente 40 a aproximadamente 60 MPa de acuerdo con la norma ASTM D-638-03 y un módulo de elasticidad de aproximadamente 1000 MPa a aproximadamente 2600 MPa de acuerdo con la norma ASTM D-638-04, y una segunda formulación de material (por ejemplo, una formulación de material de construcción) que proporciona, tras la solidificación, un material seleccionado del grupo que consiste en (i) un material que tiene un módulo de elasticidad de aproximadamente 10kPa a aproximadamente 100 kPa o de aproximadamente 10 kPa a aproximadamente 50 kPa de acuerdo con la norma ASTM D-575; (ii) un material que tiene un módulo de elasticidad de aproximadamente 0,1 MPa a aproximadamente 1 MPa de acuerdo con la norma ASTM D-575; y (iii) un material que presenta una dureza Shore A inferior a 10 o una dureza Shore 00 inferior a 40 o inferior a 30.

De acuerdo con algunas de cualquiera de las realizaciones de la invención, las formulaciones de material comprenden una tercera formulación de material (por ejemplo, una formulación de material de construcción) que presenta (por ejemplo, tras la exposición a una condición de curado) al menos uno de: una viscosidad de no más de 10000 centipoises; una relación entre el módulo de pérdida de cizallamiento y el módulo de almacenamiento de cizallamiento mayor que 1; un módulo de cizallamiento inferior a 20 kPa; fluidez cuando se somete a una presión positiva de no más de 1 bar; un comportamiento de adelgazamiento por cizallamiento y/o tixotrópico; y un comportamiento de adelgazamiento térmico.

La dispensación comprende dispensar al menos una de las formulaciones de material (por ejemplo, una formulación de material de construcción) para formar una cubierta que rodea al menos parcialmente la región texturizada, de tal modo que, una vez que la región texturizada y la cubierta se han endurecido, una dureza de la cubierta es superior a una dureza de la región texturizada.

De acuerdo con algunas de cualquiera de las realizaciones de la invención, la dispensación comprende dispensar al menos una de las formulaciones de material (por ejemplo, una formulación de material de construcción) para formar una estructura de anillo flexible en la cubierta, en donde un interior de la estructura de anillo se hace de la misma formulación de material o formulaciones de material que la cubierta.

De acuerdo con algunas de cualquiera de las realizaciones de la invención, la dispensación comprende dispensar al menos una de las formulaciones de material (por ejemplo, formulaciones de material de construcción) para formar sobre la cubierta una estructura que tiene la forma de un elemento de tejido blando.

De acuerdo con algunas de cualquiera de las realizaciones de la invención, la dispensación comprende dispensar al menos una de las formulaciones de material (por ejemplo, formulaciones de material de construcción) para formar un recubrimiento sobre la cubierta, de tal modo que, una vez que la región texturizada, la cubierta y el recubrimiento se han endurecido, una dureza del recubrimiento es superior a una dureza de la cubierta.

De acuerdo con algunas de cualquiera de las realizaciones de la invención, la dispensación comprende dispensar al menos una de las formulaciones de material (por ejemplo, formulaciones de material de construcción) para formar sobre el recubrimiento una estructura que tiene la forma de un elemento de tejido blando.

De acuerdo con algunas de cualquiera de las realizaciones de la invención, la dispensación comprende dispensar al menos una de las formulaciones de material (por ejemplo, una formulación de material de construcción) para formar un núcleo rodeado por la región texturizada y/o la cubierta, de tal modo que, una vez que la región texturizada y el núcleo se han endurecido, una dureza de la región texturizada es superior a una dureza del núcleo.

De acuerdo con algunas realizaciones de la invención, la dispensación comprende dispensar al menos una de las formulaciones de material (por ejemplo, una formulación de material de construcción) para formar una sección que tiene la forma de un tumor óseo, y que tiene unas propiedades mecánicas que difieren de las propiedades mecánicas de cualquier vóxel adyacente a la sección en el exterior de la sección.

De acuerdo con un aspecto de algunas realizaciones de la presente invención, se proporciona un método para fabricar aditivamente un objeto que presenta propiedades de un tejido duro, el método comprende: dispensar y solidificar (por ejemplo, exponer a una condición de curado) una pluralidad de formulaciones de material no biológico para formar secuencialmente una pluralidad de capas endurecidas en un patrón configurado correspondiente a una forma del objeto, en donde para al menos una porción de las capas, la dispensación comprende formar elementos de vóxel que contienen diferentes formulaciones de material (por ejemplo, formulaciones de material de construcción) en ubicaciones entrelazadas para formar una región texturizada tridimensional que se extiende sobre la porción, seleccionándose las ubicaciones entrelazadas para formar una pluralidad de elementos de textura dentro de la región texturizada, teniendo cada elemento de textura una porción interior rodeada al menos parcialmente por una porción de pared, en donde las porciones interior y de pared se hacen de diferentes formulaciones de material, en donde un diámetro de la porción interior es de aproximadamente 0,1 mm a aproximadamente 3 mm, y en donde un espesor de la porción interior es de aproximadamente 0,1 mm a aproximadamente 2 mm.

De acuerdo con un aspecto de algunas realizaciones de la presente invención, se proporciona un objeto hecho de una pluralidad de materiales no biológicos y que es elaborable mediante el método como se ha esbozado anteriormente y opcional y preferiblemente como se detalla adicional a continuación.

A menos que se defina de otro modo, todos los términos técnicos y/o científicos usados en el presente documento tienen el mismo significado que el entendido comúnmente por un experto en la materia a la que se refiere la invención. Aunque pueden usarse métodos y materiales similares o equivalentes a los descritos en el presente documento durante la puesta en práctica o en las pruebas de las realizaciones de la invención, a continuación, se describen métodos y/o materiales ilustrativos. En caso de conflicto, prevalecerá la memoria descriptiva de la patente, incluyendo las definiciones. Además, los materiales, métodos y ejemplos son solo ilustrativos y no se pretende que sean necesariamente limitantes.

La implementación del método y/o sistema de las realizaciones de la invención puede implicar realizar o completar tareas seleccionadas manualmente, automáticamente, o una combinación de las mismas. Además, de acuerdo con la instrumentación y el equipo propiamente dichos de las realizaciones del método y/o sistema de la invención, varias tareas seleccionadas podrían implementarse mediante hardware, mediante software o mediante firmware o mediante una combinación de los mismos usando un sistema operativo.

Por ejemplo, el hardware para realizar tareas seleccionadas de acuerdo con las realizaciones de la invención podría implementarse como un chip o un circuito. Como software, tareas seleccionadas de acuerdo con realizaciones de la invención podrían implementarse como una pluralidad de instrucciones de software que son ejecutadas por un ordenador usando cualquier sistema operativo adecuado. En una realización ilustrativa de la divulgación, una o más tareas de acuerdo con realizaciones ilustrativas del método y/o sistema como se describe en el presente documento son realizadas por un procesador de datos, tal como una plataforma informática para ejecutar una pluralidad de instrucciones. Opcionalmente, el procesador de datos incluye una memoria volátil para almacenar instrucciones y/o datos y/o un almacenamiento no volátil, por ejemplo, un disco duro magnético y/o medios extraíbles, para almacenar instrucciones y/o datos. Opcionalmente, también se proporciona una conexión de red. También se proporcionan opcionalmente un visualizador y/o un dispositivo de entrada de usuario, tal como un teclado o un ratón.

Breve descripción de las diversas vistas de los dibujos

Algunas realizaciones de la invención se describen en el presente documento, solo a modo de ejemplo, con referencia a los dibujos e imágenes adjuntos. A continuación, con referencia específica a los dibujos en detalle, se hace hincapié en que las particularidades mostradas son a modo de ejemplo y tienen el fin de explicar ilustrativamente las realizaciones de la invención. A este respecto, la descripción, tomada con los dibujos, pone de manifiesto a los expertos en la materia cómo pueden ponerse en práctica las realizaciones de la invención.

En los dibujos:

las figuras 1A-D son ilustraciones esquemáticas de un sistema de fabricación aditiva de acuerdo con algunas realizaciones de la invención;

las figuras 2A-2C son ilustraciones esquemáticas de cabezales de impresión de acuerdo con algunas realizaciones de la presente invención;

las figuras 3A y 3B son ilustraciones esquemáticas que muestran transformaciones de coordenadas de acuerdo con algunas realizaciones de la presente invención;

la figura 4 es un diagrama de flujo de un método particularmente útil para fabricar un objeto que presenta propiedades de un tejido duro, de acuerdo con algunas realizaciones de la presente invención;

la figura 5 es una ilustración esquemática de una región texturizada que tiene una pluralidad de elementos de textura, de acuerdo con algunas realizaciones de la presente invención;

las figuras 6A y 6B son ilustraciones esquemáticas de objetos que pueden elaborarse de acuerdo con algunas realizaciones de la presente invención por AM y que tienen propiedades mecánicas y/o de textura que se asemejan a las de un tejido duro;

las figuras 7A y 7B son diagramas de flujo que describen un procedimiento ejemplificado que puede usarse de acuerdo con algunas realizaciones de la presente invención para obtener datos de objeto informático;

las figuras 8A-L son imágenes (8A-H y 8J-L) y datos de objeto informático (la figura 8I) de diversas formas de objetos de acuerdo con algunas realizaciones de la presente invención;

la figura 9 es un ejemplo de un sistema para imprimir una parte 3D usando una asignación de material de GPU basándose en campos de distancia.

La figura 10 es un diagrama de bloques de una arquitectura informática de ejemplo para el ordenador de las figuras 1 A-D.

La figura 11 es un diagrama de flujo de un método para convertir un modelo 3D en instrucciones de impresión e imprimir una parte 3D.

La figura 12 es un diagrama de bloques de elementos usados en el método de la figura 11.

La figura 13 es una vista en perspectiva de una porción de una parte que muestra una textura y una protuberancia. La figura 14 es una vista en perspectiva de un espacio de construcción con una parte orientada.

La figura 15 es un método para determinar un valor de campo de distancia.

La figura 16 es una vista superior de una rebanada en el espacio de construcción que muestra la determinación de un valor de campo de distancia.

La figura 17 es un diagrama de flujo de un método para realizar etapas iniciales de una selección de material. La figura 18 proporciona una vista lateral de una parte que muestra diferentes regiones de soporte.

La figura 19 proporciona un método para seleccionar un material para un vóxel cuando solo hay una parte.

La figura 20 proporciona un método para seleccionar un material para un vóxel cuando hay múltiples partes en el espacio de construcción.

La figura 21 proporciona una vista en sección de una parte construida a través de las diversas realizaciones que muestra una única parte en el espacio de construcción.

La figura 22 proporciona una vista lateral de dos partes que muestra la eliminación de la interferencia a través de la selección de las reglas de selección de material de una única parte.

La figura 23 muestra un área fusionada en donde se fusionan dos funciones de modulación diferentes.

La figura 24 muestra un área fusionada en donde se fusionan dos materiales diferentes.

Las figuras 25A-F son visualizaciones de datos de objeto informático que describen varias combinaciones de formulaciones de material usadas en experimentos realizados de acuerdo con algunas realizaciones de la presente invención para investigar el efecto de las relaciones de formulación sobre las propiedades mecánicas de objetos impresos tridimensionales.

Las figuras 26A-D son visualizaciones de datos de objeto informático que describen varias combinaciones de formulaciones de material usadas en experimentos realizados de acuerdo con algunas realizaciones de la presente invención para investigar el efecto del tamaño de célula sobre las propiedades mecánicas de objetos impresos tridimensionales.

Las figuras 27A-C son visualizaciones de datos de objeto informático que describen varias combinaciones de formulaciones de material usadas en experimentos realizados de acuerdo con algunas realizaciones de la presente invención para investigar el efecto de la función de modulación sobre las propiedades mecánicas de objetos impresos tridimensionales.

Las figuras 28A-D son ilustraciones esquemáticas de una combinación de datos de objeto informático, que puede usarse para elaborar un objeto con una estructura adicional.

Descripción de realizaciones específicas de la invención

Antes de explicar al menos una realización de la invención en detalle, ha de entenderse que la aplicación de la invención no se limita necesariamente a los detalles de construcción y a la disposición de los componentes y/o métodos expuestos en la siguiente descripción y/o ilustrados en los dibujos y/o en los ejemplos. La invención es susceptible de otras realizaciones o de ponerse en práctica o llevarse a cabo de diversas formas.

El método y sistema de las presentes realizaciones fabrican objetos tridimensionales basándose en datos de objeto informático de una forma por capas formando una pluralidad de capas en un patrón configurado correspondiente a la forma de los objetos. Los datos de objeto informático pueden estar en cualquier formato conocido, incluyendo, sin limitación, un lenguaje de teselación convencional (STL) o un formato de contorno de estereolitografía (SLC), lenguaje de modelado de realidad virtual (VRML), formato de archivo de fabricación aditiva (AMF), formato de intercambio de dibujos (DXF), formato de archivo de polígono (PLY) o cualquier otro formato adecuado para el diseño asistido por ordenador (CAD).

El término "objeto", como se usa en el presente documento, se refiere a un objeto completo o a una parte del mismo.

Cada capa es formada por un aparato de fabricación aditiva que explora una superficie bidimensional y la modela. Mientras explora, el aparato visita una pluralidad de ubicaciones objetivo en la capa o superficie bidimensional y decide, para cada ubicación objetivo o un grupo de ubicaciones objetivo, si la ubicación objetivo o el grupo de ubicaciones objetivo va a ser ocupada, o no, por formulación de material de construcción, y qué tipo de formulación de material de construcción va a entregarse a la misma. La decisión se toma de acuerdo con una imagen digital de la superficie.

En realizaciones preferidas de la presente invención, la AM comprende impresión tridimensional, más preferiblemente impresión por inyección de tinta tridimensional. En estas realizaciones, una formulación de material de construcción se dispensa desde un cabezal dispensador que tiene un conjunto de boquillas para depositar la formulación de material de construcción en capas sobre una estructura de soporte. De este modo, el aparato de AM dispensa una formulación de material de construcción en ubicaciones objetivo que van a ocuparse y deja huecas otras ubicaciones objetivo. El aparato incluye habitualmente una pluralidad de cabezales dispensadores, cada uno de los cuales puede configurarse para dispensar una formulación de material de construcción diferente. Por lo tanto, diferentes ubicaciones de destino pueden ser ocupadas por diferentes formulaciones de material de construcción. Los tipos de formulaciones de material de construcción pueden clasificarse en dos categorías principales: formulación de material de modelado y formulación de material de soporte. La formulación de material de soporte sirve como una matriz de soporte o construcción para soportar el objeto o partes del objeto durante el proceso de elaboración y/u otros fines, por ejemplo, proporcionar objetos huecos o porosos. Las construcciones de soporte pueden incluir adicionalmente elementos de formulación de material de modelado, por ejemplo, para una resistencia de soporte adicional.

La formulación de material de modelado es generalmente una composición que se formula para su uso en la fabricación aditiva y que es capaz de formar un objeto tridimensional por sí misma, es decir, sin tener que mezclarse o combinarse con ninguna otra sustancia.

En todo el presente documento, la locución "material de construcción sin curar" describe colectivamente los materiales que se dispensan durante el proceso de elaboración para formar secuencialmente las capas, como se describe en el presente documento. Esta locución abarca materiales sin curar (también denominados en el presente documento formulación(es) de material de construcción) dispensados para formar el objeto impreso, en concreto, una o más formulación(es) de material de modelado sin curar, y materiales sin curar dispensados para formar el soporte, en concreto, formulaciones de material de soporte sin curar.

En el presente documento, los materiales dispensados también se denominan colectivamente "formulaciones de material". Las formulaciones de material proporcionan, habitualmente cuando se han endurecido (a menos que se indique lo contrario), habitualmente endurecidas tras la exposición a una condición de curado como se define en el presente documento (a menos que se indique lo contrario), la formación de un material respectivo.

En todo el presente documento, las locuciones "material de modelado curado" y "material de modelado endurecido", que se usan indistintamente, describen la parte del material de construcción que forma un objeto de modelo, como se define en el presente documento, tras exponer el material de construcción dispensado a curado y a continuación de la retirada del material de soporte. El material de modelado curado o endurecido puede ser un único material endurecido o una mezcla de dos o más materiales endurecidos, dependiendo de las formulaciones de material de modelado usadas en el método, como se describe en el presente documento.

En todo el presente documento, la locución "formulación de material de modelado", que también se denomina en el presente documento indistintamente "formulación de modelado", describe una parte del material de construcción sin curar que se dispensa para formar el objeto de modelo, como se describe en el presente documento. La formulación de modelado es una formulación de modelado sin curar, que, tras la exposición a una condición de curado, forma el objeto final o una parte del mismo.

Un material de construcción sin curar puede comprender una o más formulaciones de modelado, y puede dispensarse de tal modo que diferentes partes del objeto de modelo se hacen tras curar diferentes formulaciones de modelado y, por lo tanto, se hacen de diferentes materiales de modelado curados o diferentes mezclas de materiales de modelado curados.

En todo el presente documento, la locución "material de soporte endurecido" también se denomina indistintamente en el presente documento "material de soporte curado" o simplemente "material de soporte" y describe la parte del material de construcción que está destinada a soportar el objeto final elaborado durante el proceso de elaboración, y que se retira una vez que se ha completado el proceso y se ha obtenido un material de modelado endurecido.

En todo el presente documento, la locución "formulación de material de soporte", que también se denomina en el presente documento indistintamente "formulación de soporte" o simplemente "formulación", describe una parte del material de construcción sin curar que se dispensa para formar el material de soporte, como se describe en el presente documento. La formulación de material de soporte es una formulación sin curar. Cuando una formulación de material de soporte es una formulación curable, esta forma, tras la exposición a una condición de curado, un material de soporte endurecido.

Los materiales de soporte, que pueden ser materiales líquidos o similares a líquidos o endurecidos, habitualmente materiales de gel o similares a un gel, también se denominan en el presente documento materiales sacrificatorios, que son extraíbles después de que las capas se hayan dispensado y expuesto a una energía de curado, para exponer de ese modo la forma del objeto final.

En el presente documento y en la técnica, el término "gel" describe un material, denominado a menudo material semisólido, que comprende una red sólida tridimensional, hecha habitualmente de estructuras fibrosas enlazadas química o físicamente entre las mismas, y una fase líquida encerrada dentro de esta red. Los geles se caracterizan habitualmente por una consistencia de un sólido (por ejemplo, no son fluídicos) y presentan una resistencia a la tracción relativamente baja, un módulo de cizallamiento relativamente bajo, por ejemplo, inferior a 100 kPa, y un valor de módulo de pérdida de cizallamiento a módulo de almacenamiento de cizallamiento (tan delta, G"/G') inferior a 1. Los geles pueden caracterizarse como fluidos cuando se someten a una presión positiva de al menos 0,5 bar, preferiblemente al menos 1 bar, o superior o, como alternativa, como no fluidos cuando se someten a una presión inferior a 1 bar o inferior a 0,5 bar o de 0,3 bar o inferior.

Los materiales similares a un gel de acuerdo con las presentes realizaciones son habitualmente materiales blandos, que pueden ser geles o sólidos, que presentan propiedades mecánicas y reológicas de un gel.

Los materiales de soporte puestos en práctica actualmente comprenden habitualmente una mezcla de materiales curables y no curables, y también se denominan en el presente documento material de soporte similar a un gel o material de soporte de gel.

Los materiales de soporte puestos en práctica actualmente son habitualmente miscibles en agua, o dispersables en agua o solubles en agua.

En todo el presente documento, la expresión "miscible en agua" describe un material que es al menos parcialmente soluble o dispersable en agua, es decir, al menos el 50 % de las moléculas se mueven al agua tras la mezcla. Esta expresión abarca las expresiones "soluble en agua" y "dispersable en agua".

En todo el presente documento, la expresión "soluble en agua" describe un material con el que, cuando se mezcla con agua en volúmenes o pesos iguales, se forma una solución homogénea.

En todo el presente documento, la expresión "dispersable en agua" describe un material que forma una dispersión homogénea cuando se mezcla con agua en volúmenes o pesos iguales.

En todo el presente documento, la locución "tasa de disolución" describe una tasa a la que se disuelve una sustancia en un medio líquido. La tasa de disolución puede determinarse, en el contexto de las presentes realizaciones, por el tiempo necesario para disolver una cierta cantidad de un material de soporte. El tiempo medido se denomina en el presente documento "tiempo de disolución".

Los materiales de gel o similares a un gel pueden obtenerse, en algunas realizaciones de la presente invención usando cualquiera de las formulaciones curables conocidas que proporcionan, cuando se exponen a una condición de curado como se describe en el presente documento, un material de soporte endurecido como se conoce en la técnica es utilizable en el contexto de estas realizaciones, habitualmente formulaciones que proporcionan, cuando se han endurecido, un material que es soluble en agua o miscible en agua o rompible en agua, y/o que se retira por medios físicos (por ejemplo, chorro de agua) o medios químicos (por ejemplo, una solución de limpieza) como se conoce en la técnica.

De acuerdo con realizaciones, la formulación de material de soporte curable proporciona, tras la exposición a una condición de curado, un material de soporte de gel o similar a un gel endurecido que presenta al menos uno de:

una relación de módulo de pérdida de cizallamiento G" a módulo de almacenamiento de cizallamiento G' (tan delta) que es inferior a 1;

fluidez y/o susceptibilidad de rotura cuando se somete a una presión de líquido superior a 0,5 bar o superior a 1 bar; y

solubilidad en agua o miscibilidad en agua, como se define en el presente documento.

Las formulaciones de material de soporte curable ilustrativas incluyen uno o más materiales curables, preferiblemente materiales curables hidrófilos o anfifílicos, tales como, por ejemplo, los descritos en el presente documento, aún más preferiblemente materiales curables monofuncionales; uno o más materiales no curables, preferiblemente materiales poliméricos hidrófilos o anfifílicos, tales como, por ejemplo, descritos en el presente documento, y uno o más iniciadores, para promover el endurecimiento de los materiales curables.

Las formulaciones de material de soporte adicionales ilustrativas incluyen, pero sin limitación, las comercializadas como SUP705, SUP706 y SUP707. Los materiales de gel o similares a un gel endurecidos obtenidos tras exponer estas formulaciones a una condición de curado (habitualmente radiación UV) pueden retirarse usando soluciones de limpieza y/o medios físicos según se recomiende para estas formulaciones.

En todo el presente documento, siempre que la locución "por ciento en peso" se indique en el contexto de realizaciones de una formulación (por ejemplo, una formulación de material de construcción), se quiere decir por ciento en peso del peso total de la formulación o sistema de formulación respectivo como se describe en el presente documento.

La locución "por ciento en peso" también se denomina en el presente documento "% en peso" o "% en p".

En todo el presente documento, algunas realizaciones de la presente invención se describen en el contexto de la fabricación aditiva que es una impresión por inyección de tinta 3D. Sin embargo, se contemplan otros procesos de fabricación aditiva, tales como, pero sin limitación, SLA y DLP.

Un material de construcción sin curar puede comprender una o más formulaciones de modelado, y puede dispensarse de tal modo que se hacen diferentes partes del objeto, tras el curado, de diferentes formulaciones de modelado curadas o diferentes combinaciones de las mismas y, por lo tanto, se hacen de diferentes materiales de modelado curados o diferentes mezclas de materiales de modelado curados.

Las formulaciones que forman el material de construcción (formulaciones de material de modelado y formulaciones de material de soporte) comprenden uno o más materiales curables, que, cuando se exponen a energía de curado, forman material endurecido (curado).

En todo el presente documento, un "material curable" es un compuesto (habitualmente un compuesto monomérico u oligomérico, pero opcionalmente un material polimérico) que, cuando se expone a una condición de curado (por ejemplo, energía de curado), como se describe en el presente documento, se solidifica o se endurece para formar un material curado. Los materiales curables son habitualmente materiales polimerizables, que experimentan polimerización y/o reticulación cuando se exponen a una condición adecuada, habitualmente una fuente de energía. Un material curable, de acuerdo con las presentes realizaciones, puede endurecerse o solidificarse (curarse) mientras se expone a una condición de curado que puede ser una energía de curado y/o a otra condición de curado tal como el contacto con un reactivo químico o la exposición al entorno.

Los términos "curable" y "solidificable" como se usan en el presente documento son intercambiables.

La polimerización puede ser, por ejemplo, polimerización por radicales libres, polimerización catiónica o polimerización aniónica, y cada una puede inducirse cuando se expone a energía de curado tal como, por ejemplo, radiación, calor, etc., como se describe en el presente documento.

En algunas de cualquiera de las realizaciones descritas en el presente documento, un material curable es un material fotopolimerizable, que se polimeriza y/o experimenta reticulación tras la exposición a radiación, como se describe en el presente documento y, en algunas realizaciones, el material curable es un material curable por UV, que se polimeriza y/o experimenta reticulación tras la exposición a radiación UV, como se describe en el presente documento.

En algunas realizaciones, un material curable como se describe en el presente documento es un material fotopolimerizable que se polimeriza a través de polimerización por radicales libres fotoinducida. Como alternativa, el material curable es un material fotopolimerizable que se polimeriza a través de polimerización catiónica fotoinducida. En algunas de cualquiera de las realizaciones descritas en el presente documento, un material curable puede ser un monómero, un oligómero o un polímero de cadena corta, siendo cada uno polimerizable y/o reticulable como se describe en el presente documento.

En algunas de cualquiera de las realizaciones descritas en el presente documento, cuando un material curable se expone a una condición de curado (por ejemplo, radiación), se endurece (se solidifica, se cura) por uno cualquiera, o una combinación, de alargamiento de cadena y reticulación.

En algunas de cualquiera de las realizaciones descritas en el presente documento, un material curable es un monómero o una mezcla de monómeros que pueden formar un material polimérico tras una reacción de polimerización, cuando se expone a la energía de curado a la que tiene lugar la reacción de polimerización. Tales materiales curables también se denominan en el presente documento materiales curables monoméricos.

En algunas de cualquiera de las realizaciones descritas en el presente documento, un material curable es un oligómero o una mezcla de oligómeros que pueden formar un material polimérico tras una reacción de polimerización, cuando se expone a la energía de curado a la que tiene lugar la reacción de polimerización. Tales materiales curables también se denominan en el presente documento materiales curables oligoméricos.

En algunas de cualquiera de las realizaciones descritas en el presente documento, un material curable, ya sea monomérico u oligomérico, puede ser un material curable monofuncional o un material curable multifuncional.

En el presente documento, un material curable monofuncional comprende un grupo funcional que puede experimentar polimerización cuando se expone a energía de curado (por ejemplo, radiación).

Un material curable multifuncional comprende dos o más, por ejemplo, 2, 3, 4 o más, grupos funcionales que pueden experimentar polimerización cuando se exponen a energía de curado. Los materiales curables multifuncionales pueden ser, por ejemplo, materiales curables difuncionales, trifuncionales o tetrafuncionales, que comprenden 2, 3 o 4 grupos que pueden experimentar polimerización, respectivamente. Los dos o más grupos funcionales en un material curable multifuncional se enlazan habitualmente entre sí mediante un resto de enlace, como se define en el presente documento. Cuando el resto de enlace es un resto oligomérico o polimérico, el grupo multifuncional es un material curable multifuncional oligomérico o polimérico. Los materiales curables multifuncionales pueden experimentar polimerización cuando se someten a energía de curado y/o actúan como reticulantes.

Ha de hacerse notar que, como se describe con detalle adicional en lo sucesivo en el presente documento, no todos los materiales en una formulación curable deberían ser curables para volver curable una formulación. Por lo tanto, en todo el presente documento, y con respecto a cualquier formulación descrita en el presente documento, una formulación se define como curable cuando al menos uno de los materiales en la formulación es curable o polimerizable, cuando se expone a una condición de curado.

El objeto tridimensional final se hace de la formulación de material de modelado o una combinación de formulaciones de material de modelado o formulaciones de material de modelado y de soporte o una modificación de las mismas (por ejemplo, a continuación del curado). Todas estas operaciones son bien conocidas por los expertos en la materia de la elaboración de formas libres sólidas.

En algunas realizaciones ilustrativas de la invención, un objeto se fabrica dispensando dos o más formulaciones de material de modelado diferentes, cada formulación de material a partir de un cabezal dispensador diferente de la AM. Las formulaciones de material se depositan opcional y preferiblemente en capas durante la misma pasada de los cabezales de impresión. Las formulaciones de material y la combinación de formulaciones de material dentro de la capa se seleccionan de acuerdo con las propiedades deseadas del objeto.

Un ejemplo representativo y no limitante de un sistema110adecuado para una AM de un objeto112de acuerdo con algunas realizaciones de la presente invención se ilustra en la figura 1A. El sistema110comprende un aparato de fabricación aditiva114que tiene una unidad dispensadora16que comprende una pluralidad de cabezales dispensadores. Cada cabezal comprende preferiblemente una agrupación de una o más boquillas122, como se ilustra en las figuras 2A-C descritas a continuación, a través de la cual se dispensa una formulación de material de construcción líquida (sin curar)124.

Preferiblemente, pero no obligatoriamente, el aparato114es un aparato de impresión tridimensional, en cuyo caso los cabezales dispensadores son cabezales de impresión, y la formulación de material de construcción se dispensa a través de una tecnología de inyección de tinta. Este no tiene por qué ser necesariamente el caso, debido a que, para algunas aplicaciones, puede no ser necesario que el aparato de fabricación aditiva emplee técnicas de impresión tridimensional. Los ejemplos representativos de aparatos de fabricación aditiva contemplados de acuerdo con diversas realizaciones ilustrativas de la presente invención incluyen, sin limitación, un aparato de modelado de deposición fundida y un aparato de deposición de formulación de material fundida.

Cada cabezal dispensador se alimenta opcional y preferiblemente a través de un depósito de formulación de material de construcción que puede incluir opcionalmente una unidad de control de temperatura (por ejemplo, un sensor de temperatura y/o un dispositivo de calentamiento) y un sensor de nivel de formulación de material. Para dispensar la formulación de material de construcción, se aplica una señal de voltaje a los cabezales dispensadores para depositar selectivamente gotas de formulación de material a través de las boquillas de cabezal dispensador, por ejemplo, como en la tecnología de impresión por inyección de tinta piezoeléctrica. La tasa de dispensación de cada cabezal depende del número de boquillas, el tipo de boquillas y la tasa de señal de voltaje aplicada (frecuencia). Tales cabezales dispensadores son conocidos por los expertos en la materia de la elaboración de formas libres sólidas.

Preferiblemente, pero no obligatoriamente, el número total de boquillas de dispensación o agrupaciones de boquillas se selecciona de tal modo que la mitad de las boquillas de dispensación están designadas para dispensar formulación de material de soporte y la mitad de las boquillas de dispensación están designadas para dispensar formulación de material de modelado, es decir, el número de boquillas que inyectan formulaciones de material de modelado es el mismo que el número de boquillas que inyectan formulación de material de soporte. En el ejemplo representativo de la figura 1A, se ilustran cuatro cabezales dispensadores16a,16b,16cy16d. Cada uno de los cabezales16a,16b, 16cy16dtiene una agrupación de boquillas. En este ejemplo, los cabezales16ay16bpueden designarse para la(s) formulación(es) de material de modelado y los cabezales16cy16dpueden designarse para la formulación de material de soporte. Por lo tanto, el cabezal16apuede dispensar una primera formulación de material de modelado, el cabezal16bpuede dispensar una segunda formulación de material de modelado y los cabezales16cy16dpueden dispensar la formulación de material de soporte. En una realización alternativa, los cabezales16cy16d, por ejemplo, pueden combinarse en un único cabezal que tiene dos agrupaciones de boquillas para depositar la formulación de material de soporte.

Pero ha de entenderse que no se pretende limitar el alcance de la presente invención y que el número de cabezales de deposición de formulación de material de modelado (cabezales de modelado) y el número de cabezales de deposición de formulación de material de soporte (cabezales de soporte) pueden diferir. En general, el número de cabezales de modelado, el número de cabezales de soporte y el número de boquillas en cada cabezal o agrupación de cabezales respectivo se seleccionan para proporcionar una relación predeterminada,a,entre la tasa de dispensación máxima de la formulación de material de soporte y la tasa de dispensación máxima de la formulación de material de modelado. El valor de la relación predeterminada,a, se selecciona preferiblemente para asegurar que, en cada capa formada, la altura de la formulación de material de modelado es igual a la altura de la formulación de material de soporte. Valores habituales paraason de aproximadamente 0,6 a aproximadamente 1,5.

Por ejemplo, paraa= 1, la tasa de dispensación global de la formulación de material de soporte es generalmente la misma que la tasa de dispensación global de la formulación de material de modelado cuando funcionan todos los cabezales de modelado y cabezales de soporte.

En una realización preferida, hay M cabezales de modelado, cada uno con m agrupaciones de p boquillas, y S cabezales de soporte, cada uno con s agrupaciones de q boquillas de tal modo que M * m * p = S * s x q . Cada una de las agrupaciones de modelado M * m y las agrupaciones de soporte S * s puede fabricarse como una unidad física separada, que puede ensamblarse en grupo de agrupaciones y desensamblarse del mismo. En esta realización, cada agrupación de este tipo comprende opcional y preferiblemente una unidad de control de temperatura y un sensor de nivel de formulación de material propio, y recibe un voltaje controlado individualmente para su funcionamiento.

El aparato114puede comprender además un dispositivo de solidificación324que puede incluir cualquier dispositivo configurado para emitir luz, calor o similares que pueden hacer que la formulación de material depositado se endurezca. Por ejemplo, el dispositivo de solidificación324puede comprender una o más fuentes de radiación, que pueden ser, por ejemplo, una lámpara de luz ultravioleta o visible o infrarroja, u otras fuentes de radiación electromagnética, o fuente de haz de electrones, dependiendo de la formulación de material de modelado que se use. En algunas realizaciones de la presente invención, el dispositivo de solidificación324sirve para curar o solidificar la formulación de material de modelado.

En algunas realizaciones de la presente invención, el aparato114comprende un sistema de enfriamiento134tal como uno o más ventiladores o similares

El cabezal dispensador y la fuente de radiación se montan preferiblemente en un marco o bloque128que es operativo preferiblemente para moverse alternativamente sobre una bandeja360, que sirve como la superficie de trabajo. En algunas realizaciones de la presente invención, las fuentes de radiación están montadas en el bloque de tal modo que las mismas siguen la estela de los cabezales dispensadores para curar o solidificar al menos parcialmente las formulaciones de material recién dispensadas por los cabezales dispensadores. La bandeja360se sitúa horizontalmente. De acuerdo con las convenciones comunes, se selecciona un sistema de coordenadas cartesianas XYZ de tal modo que el plano XY es paralelo a la bandeja360. La bandeja360está configurada preferiblemente para moverse verticalmente (a lo largo de la dirección Z), habitualmente hacia abajo. En diversas realizaciones ilustrativas de la invención, el aparato114comprende además uno o más dispositivos de nivelación132, por ejemplo, un rodillo326. El dispositivo de nivelación 326 sirve para enderezar, nivelar y/o establecer un espesor de la capa recién formada antes de la formación de la capa sucesiva sobre la misma. El dispositivo de nivelación326comprende preferiblemente un dispositivo de recogida de residuos136para recoger la formulación de material en exceso generada durante la nivelación. El dispositivo de recogida de residuos136puede comprender cualquier mecanismo que entregue la formulación de material a un depósito de residuos o cartucho de residuos.

Durante el uso, los cabezales dispensadores de la unidad16se mueven en una dirección de exploración, que se denomina en el presente documento dirección X, y dispensan selectivamente la formulación de material de construcción en una configuración predeterminada, en el transcurso de su pasada sobre la bandeja360. La formulación de material de construcción comprende habitualmente uno o más tipos de formulación de material de soporte y uno o más tipos de formulación de material de modelado. La pasada de los cabezales dispensadores de la unidad16va seguida por el curado de la(s) formulación(es) de material de modelado por la fuente de radiación126. En la pasada de retroceso de los cabezales, de vuelta a su punto de inicio para la capa recién depositada, puede llevarse a cabo una dispensación adicional de formulación de material de construcción, de acuerdo con una configuración predeterminada. En las pasadas de avance y/o retroceso de los cabezales dispensadores, la capa formada de este modo puede ser enderezada por el dispositivo de nivelación 326, que preferiblemente sigue la trayectoria de los cabezales dispensadores en su movimiento de avance y/o retroceso. Una vez que los cabezales dispensadores han vuelto a su punto de partida a lo largo de la dirección X, pueden moverse a otra posición a lo largo de una dirección de indexación, denominada en el presente documento dirección Y, y continuar construyendo la misma capa mediante un movimiento alternativo a lo largo de la dirección X. Como alternativa, los cabezales dispensadores pueden moverse en la dirección Y entre movimientos de avance y retroceso o después de más de un movimiento de avance-retroceso. La serie de exploraciones realizadas por los cabezales dispensadores para completar una única capa se denomina en el presente documento un único ciclo de exploración.

Una vez que se ha completado la capa, la bandeja360se baja en la dirección Z a un nivel Z predeterminado, de acuerdo con el espesor deseado de la capa que va a imprimirse posteriormente. El procedimiento se repite para formar el objeto tridimensional112de una forma por capas.

En otra realización, la bandeja360puede ser desplazada en la dirección Z entre las pasadas de avance y retroceso del cabezal dispensador de la unidad16, dentro de la capa. Tal desplazamiento en Z se lleva a cabo para provocar el contacto del dispositivo de nivelación con la superficie en una dirección y evitar el contacto en la otra dirección.

El sistema110opcional y preferiblemente comprende un sistema de suministro de formulación de material de construcción330que comprende los recipientes o cartuchos de formulación de material de construcción y suministra una pluralidad de formulaciones de material de construcción al aparato de elaboración114.

Una unidad de control340controla el aparato de elaboración114y opcional y preferiblemente también el sistema de suministro330. La unidad de control340incluye habitualmente un circuito electrónico configurado para realizar las operaciones de control. La unidad de control34opreferiblemente se comunica con un procesador de datos154que transmite datos digitales en relación con instrucciones de elaboración basándose en datos de objeto informático, por ejemplo, una configuración de CAD representada en un medio legible por ordenador en forma de un formato de lenguaje de teselación convencional (STL) o similar. Habitualmente, la unidad de control340controla el voltaje aplicado a cada cabezal dispensador o agrupación de boquillas y la temperatura de la formulación de material de construcción en el cabezal de impresión respectivo.

Una vez que los datos de fabricación se han cargado en la unidad de control340, esta puede funcionar sin la intervención del usuario. En algunas realizaciones, la unidad de control340recibe una entrada adicional procedente del operador, por ejemplo, usando el procesador de datos154o usando una interfaz de usuario116que se comunica con la unidad340. La interfaz de usuario116puede ser de cualquier tipo conocido en la técnica, tal como, pero sin limitación, un teclado, una pantalla táctil y similares. Por ejemplo, la unidad de control340puede recibir, como entrada adicional, uno o más tipos y/o atributos de formulación de material de construcción, tales como, pero sin limitación, color, distorsión característica y/o temperatura de transición, viscosidad, propiedad eléctrica, propiedad magnética. También se contemplan otros atributos y grupos de atributos.

Otro ejemplo representativo y no limitante de un sistema10adecuado para una AM de un objeto de acuerdo con algunas realizaciones de la presente invención se ilustra en las figuras 1B-D. Las figuras 1B-D ilustran una vista superior (la figura 1B), una vista lateral (la figura 1C) y una vista isométrica (la figura 1D) del sistema10.

En las presentes realizaciones, el sistema10comprende una bandeja12y una pluralidad de cabezales de impresión por inyección de tinta16, teniendo, cada una, una pluralidad de boquillas separadas. La bandeja12puede tener la forma de un disco o puede ser anular. También se contemplan formas no redondas, siempre que estas puedan rotarse alrededor de un eje vertical.

La bandeja12y los cabezales16se montan opcional y preferiblemente de tal modo que se permite un movimiento giratorio relativo entre la bandeja12y los cabezales16. Esto puede lograrse (i) configurando la bandeja12para rotar alrededor de un eje vertical14en relación con los cabezales16, (ii) configurando los cabezales16para rotar alrededor del eje vertical14en relación con la bandeja12, o (iii) configurando tanto la bandeja12como los cabezales16para rotar alrededor del eje vertical14pero a diferentes velocidades vectoriales de rotación (por ejemplo, una rotación en el sentido opuesto). Aunque las realizaciones a continuación se describen con un énfasis particular en la configuración (i) en donde la bandeja es una bandeja rotatoria que está configurada para rotar alrededor del eje vertical14en relación con los cabezales16, ha de entenderse que la presente solicitud contempla también las configuraciones (ii) y (iii). Una cualquiera de las realizaciones descritas en el presente documento puede ajustarse para ser aplicable a cualquiera de las configuraciones (ii) y (iii), y un experto en la materia, provisto de los detalles descritos en el presente documento, sabría cómo hacer tal ajuste.

En la siguiente descripción, una dirección en paralelo a la bandeja12y apuntando hacia fuera desde el eje14se denomina dirección radial r, una dirección en paralelo a la bandeja12y perpendicular a la dirección radialrse denomina en el presente documento dirección azimutal $, y una dirección perpendicular a la bandeja12se denomina en el presente documento dirección verticalz.

La expresión "posición radial", como se usa en el presente documento, se refiere a una posición sobre o por encima de la bandeja12a una distancia específica del eje14. Cuando la expresión se usa en relación con un cabezal de impresión, la expresión se refiere a una posición del cabezal que está a una distancia específica del eje14. Cuando la expresión se usa en relación con un punto sobre la bandeja12, el término corresponde a cualquier punto que pertenezca a un lugar geométrico de puntos que es un círculo cuyo radio es la distancia específica desde el eje14y cuyo centro está en el eje14.

La expresión "posición azimutal", como se usa en el presente documento, se refiere a una posición sobre o por encima de la bandeja12en un ángulo acimutal específico con respecto a un punto de referencia predeterminado. Por lo tanto, la posición radial se refiere a cualquier punto que pertenezca a un lugar geométrico de puntos que es una línea recta que forma el ángulo acimutal específico con respecto al punto de referencia.

La expresión "posición vertical", como se usa en el presente documento, se refiere a una posición sobre un plano que corta al eje vertical14en un punto específico.

La bandeja12sirve como una estructura de soporte para una impresión tridimensional. El área de trabajo en la que se imprimen uno u objetos es habitual, pero no necesariamente, más pequeña que el área total de la bandeja12. En algunas realizaciones de la presente invención, el área de trabajo es anular. El área de trabajo se muestra en26. En algunas realizaciones de la presente invención, la bandeja12rota continuamente en la misma dirección durante toda la formación del objeto y, en algunas realizaciones de la presente invención, la bandeja invierte la dirección de rotación al menos una vez (por ejemplo, de una forma oscilatoria) durante la formación del objeto. La bandeja12es opcional y preferiblemente extraíble. La extracción de la bandeja12puede ser para el mantenimiento del sistema10o, si se desea, para reemplazar la bandeja antes de imprimir un nuevo objeto. En algunas realizaciones de la presente invención, el sistema10se dota de una o más bandejas de reemplazo diferentes (por ejemplo, un kit de bandejas de reemplazo), en donde dos o más bandejas están designadas para diferentes tipos de objetos (por ejemplo, diferentes pesos), diferentes modos de funcionamiento (por ejemplo, diferentes velocidades escalares de rotación), etc. El reemplazo de la bandeja12puede ser manual o automático, según se desee. Cuando se emplea un reemplazo automático, el sistema10comprende un dispositivo de reemplazo de bandeja36configurado para retirar la bandeja12de su posición por debajo de los cabezales16y reemplazar la misma por una bandeja de reemplazo (no mostrada). En la ilustración representativa de la figura 1B, el dispositivo de reemplazo de bandeja36se ilustra como una unidad de accionamiento38con un brazo móvil40configurado para tirar de la bandeja12, pero también se contemplan otros tipos de dispositivos de reemplazo de bandeja.

En las figuras 2A-2C se ilustran realizaciones ejemplificadas para el cabezal de impresión16. Estas realizaciones pueden emplearse para cualquiera de los sistemas de AM descritos anteriormente, incluyendo, sin limitación, el sistema110y el sistema10.

Las figuras 2A-B ilustran un cabezal de impresión16con una (la figura 2A) y dos (la figura 2B) agrupaciones de boquillas22. Las boquillas en la agrupación están preferiblemente alineadas linealmente, a lo largo de una línea recta. En realizaciones en las que un cabezal de impresión particular tiene dos o más agrupaciones de boquillas lineales, las agrupaciones de boquillas opcional y preferiblemente pueden ser paralelas entre sí.

Cuando se emplea un sistema similar al sistema110, todos los cabezales de impresión16se orientan opcional y preferiblemente a lo largo de la dirección de indexación con sus posiciones a lo largo de la dirección de exploración desplazadas entre sí.

Cuando se emplea un sistema similar al sistema10, todos los cabezales de impresión16están opcional y preferiblemente orientados radialmente (en paralelo a la dirección radial) con sus posiciones acimutales desplazadas entre sí. Por lo tanto, en estas realizaciones, las agrupaciones de boquillas de diferentes cabezales de impresión no son paralelas entre sí, sino que están, en su lugar, en ángulo entre sí, ángulo que es aproximadamente igual al desplazamiento acimutal entre los cabezales respectivos. Por ejemplo, un cabezal puede orientarse radialmente y situarse en la posición azimutal $<1>, y otro cabezal puede orientarse radialmente y situarse en la posición azimutal $<2>. En este ejemplo, el desplazamiento acimutal entre los dos cabezales es $<1>- $<2>, y el ángulo entre las agrupaciones de boquillas lineales de los dos cabezales también es $<1>- $<2>.

En algunas realizaciones, dos o más cabezales de impresión pueden ensamblarse en un bloque de cabezales de impresión, en cuyo caso los cabezales de impresión del bloque son habitualmente paralelos entre sí. Un bloque que incluye varios cabezales de impresión por inyección de tinta16a,16b,16cse ilustra en la figura 2C.

En algunas realizaciones, el sistema10comprende una estructura de soporte30situada por debajo de los cabezales16de tal modo que la bandeja12está entre la estructura de soporte30y los cabezales16. La estructura de soporte30puede servir para prevenir o reducir las vibraciones de la bandeja12que pueden tener lugar mientras funcionan los cabezales de impresión por inyección de tinta16. En configuraciones en las que los cabezales de impresión16rotan alrededor del eje14, la estructura de soporte30preferiblemente también rota de tal modo que la estructura de soporte30siempre está directamente por debajo de los cabezales16(con la bandeja12entre los cabezales16y la bandeja12).

La bandeja12y/o los cabezales de impresión16están configurados opcional y preferiblemente para moverse a lo largo de la dirección vertical z, en paralelo al eje vertical14para variar la distancia vertical entre la bandeja12y los cabezales de impresión16. En configuraciones en las que la distancia vertical se varía moviendo la bandeja12a lo largo de la dirección vertical, la estructura de soporte30preferiblemente también se mueve verticalmente junto con la bandeja12. En configuraciones en las que la distancia vertical se varía mediante los cabezales16a lo largo de la dirección vertical, mientras se mantiene fija la posición vertical de la bandeja12, la estructura de soporte30también se mantiene en una posición vertical fija.

El movimiento vertical puede establecerse mediante una unidad de accionamiento vertical28. Una vez que se ha completado una capa, la distancia vertical entre la bandeja12y los cabezales16puede aumentarse (por ejemplo, la bandeja12se baja en relación con los cabezales16) un escalón vertical predeterminado, de acuerdo con el espesor deseado de la capa que va a imprimirse posteriormente. El procedimiento se repite para formar un objeto tridimensional de una forma por capas.

El funcionamiento de los cabezales de impresión por inyección de tinta16y opcional y preferiblemente también de otros uno o más componentes del sistema10, por ejemplo, el movimiento de la bandeja12, son controlados por un controlador20. El controlador puede tener un circuito electrónico y un medio de memoria no volátil legible por el circuito, en donde el medio de memoria almacena instrucciones de programa que, cuando son leídas por el circuito, hacen que el circuito realice operaciones de control como se detalla adicionalmente a continuación.

El controlador20también puede comunicarse con un ordenador de anfitrión24que transmite datos digitales en relación con instrucciones de elaboración basándose en datos de objeto informático, por ejemplo, en forma de un lenguaje de teselación convencional (STL) o un formato de contorno de estereolitografía (SLC), lenguaje de modelado de realidad virtual (VRML), formato de archivo de fabricación aditiva (AMF), formato de intercambio de dibujos (DXF), formato de archivo de polígono (PLY) o cualquier otro formato adecuado para el diseño asistido por ordenador (CAD). Los formatos de datos de objeto se estructuran habitualmente de acuerdo con un sistema de coordenadas cartesiano. En estos casos, el ordenador24preferiblemente ejecuta un procedimiento para transformar las coordenadas de cada rebanada en los datos de objeto informático a partir de un sistema de coordenadas cartesiano en un sistema de coordenadas polar. El ordenador24opcional y preferiblemente transmite las instrucciones de elaboración en términos del sistema de coordenadas transformado. Como alternativa, el ordenador24puede transmitir las instrucciones de elaboración en términos del sistema de coordenadas original proporcionado por los datos de objeto informático, en cuyo caso la transformación de coordenadas es ejecutada por el circuito del controlador20.

La transformación de coordenadas permite una impresión tridimensional sobre una bandeja rotatoria. En la impresión tridimensional convencional, los cabezales de impresión se mueven alternativamente por encima de una bandeja estacionaria a lo largo de líneas rectas. En tales sistemas convencionales, la resolución de impresión es la misma en cualquier punto sobre la bandeja, siempre que las tasas de dispensación de los cabezales sean uniformes. A diferencia de la impresión tridimensional convencional, no todas las boquillas de los puntos de cabezal cubren la misma distancia sobre la bandeja12durante al mismo tiempo. La transformación de coordenadas se ejecuta opcional y preferiblemente para asegurar cantidades iguales de formulación de material en exceso en diferentes posiciones radiales. Ejemplos representativos de transformaciones de coordenadas de acuerdo con algunas realizaciones de la presente invención se proporcionan en las figuras 3A-B, que muestran tres rebanadas de un objeto (cada rebanada corresponde a instrucciones de elaboración de una capa diferente de los objetos), en donde la figura 3A ilustra una rebanada en un sistema de coordenadas cartesiano y la figura 3B ilustra la misma rebanada a continuación de una aplicación de un procedimiento de transformación de coordenadas a la rebanada respectiva.

Habitualmente, el controlador20controla el voltaje aplicado al componente respectivo del sistema10basándose en las instrucciones de elaboración y basándose en las instrucciones de programa almacenadas como se describe a continuación.

En general, el controlador20controla los cabezales de impresión16para dispensar, durante la rotación de la bandeja12, gotitas de formulación de material de construcción en capas, tal como para imprimir un objeto tridimensional sobre la bandeja12.

El sistema10opcional y preferiblemente comprende una o más fuentes de radiación18, que pueden ser, por ejemplo, una lámpara de luz ultravioleta o visible o infrarroja, u otras fuentes de radiación electromagnética, o fuente de haz de electrones, dependiendo de la formulación de material de modelado que se use. La fuente de radiación puede incluir cualquier tipo de dispositivo emisor de radiación, incluyendo, sin limitación, un diodo emisor de luz (LED), un sistema de procesamiento de luz digital (DLP), una lámpara resistiva y similares. La fuente de radiación18sirve para curar o solidificar la formulación de material de modelado. En diversas realizaciones ilustrativas de la invención, el funcionamiento de la fuente de radiación18es controlado por el controlador20que puede activar y desactivar la fuente de radiación18y opcionalmente también puede controlar la cantidad de radiación generada por la fuente de radiación18.

En algunas realizaciones de la invención, el sistema10comprende además uno o más dispositivos de nivelación32que pueden fabricarse como un rodillo o una cuchilla. El dispositivo de nivelación32sirve para enderezar la capa recién formada antes de la formación de la capa sucesiva sobre la misma. En algunas realizaciones, el dispositivo de nivelación32tiene la forma de un rodillo cónico situado de tal modo que su eje de simetría34está inclinado con respecto a la superficie de la bandeja12y su superficie es paralela a la superficie de la bandeja. Esta realización se ilustra en la vista lateral del sistema10(la figura 1C).

El rodillo cónico puede tener la forma de un cono o de un tronco de cono.

El ángulo de apertura del rodillo cónico se selecciona preferiblemente de tal modo que hay una relación constante entre el radio del cono en cualquier ubicación a lo largo de su eje34y la distancia entre esa ubicación y el eje14. Esta realización permite que el rodillo32nivele eficientemente las capas, debido a que, mientras el rodillo rota, cualquier puntopen la superficie del rodillo tiene una velocidad vectorial lineal que es proporcional a (por ejemplo, la misma que) la velocidad vectorial lineal de la bandeja en un punto verticalmente por debajo del punto p. En algunas realizaciones, el rodillo tiene la forma de un tronco de cono que tiene una altura h, un radio R<1>a su distancia más cercana al eje14, y un radio R<2>a su distancia más lejana del eje14, en donde los parámetros h, R<1>y R<2>satisfacen la relación R<1>/ R<2>= (Rh) /hy en dondeRes la distancia más lejana del rodillo desde el eje14(por ejemplo, R puede ser el radio de la bandeja12).

El funcionamiento del dispositivo de nivelación32es controlado opcional y preferiblemente por el controlador20que puede activar y desactivar el dispositivo de nivelación32y opcionalmente también puede controlar su posición a lo largo de una dirección vertical (en paralelo al eje14) y/o una dirección radial (en paralelo a la bandeja12y apuntando hacia o de espaldas al eje14.

En algunas realizaciones de la presente invención, el sistema10comprende un sistema de enfriamiento (no mostrado, véase la figura 1A) tal como uno o más ventiladores o similares.

En algunas realizaciones de la presente invención, los cabezales de impresión16están configurados para moverse alternativamente con respecto a la bandeja a lo largo de la dirección radialr.Estas realizaciones son útiles cuando las longitudes de las agrupaciones de boquillas22de los cabezales16son más cortas que la anchura a lo largo de la dirección radial del área de trabajo26sobre la bandeja12. El movimiento de los cabezales16a lo largo de la dirección radial es controlado opcional y preferiblemente por el controlador20.

Algunas realizaciones contemplan la elaboración de un objeto dispensando diferentes formulaciones de material (por ejemplo, formulaciones de material de construcción) a partir de diferentes cabezales dispensadores. Estas realizaciones proporcionan, entre otras cosas, la capacidad de seleccionar formulaciones de material de entre un número dado de formulaciones de material y definir combinaciones deseadas de las formulaciones de material seleccionadas y sus propiedades. De acuerdo con las presentes realizaciones, se definen las ubicaciones espaciales de la deposición de cada formulación de material con la capa, ya sea para efectuar la ocupación de diferentes ubicaciones espaciales tridimensionales por diferentes formulaciones de material, o para efectuar la ocupación de sustancialmente la misma ubicación tridimensional o ubicaciones tridimensionales adyacentes por dos o más formulaciones de material diferentes para permitir la combinación espacial de las formulaciones de material posteriormente a la deposición dentro de la capa, para formar de ese modo una formulación de material compuesto en la ubicación o ubicaciones respectiva(s).

Se contempla cualquier combinación o mezcla posteriormente a la deposición de formulaciones de material de modelado. Por ejemplo, una vez que se ha dispensado una cierta formulación de material, esta puede conservar sus propiedades originales. Sin embargo, cuando se dispensa simultáneamente con otra formulación de material de modelado u otras formulaciones de material dispensadas que se dispensan en el mismo lugar o en ubicaciones cercanas, se forma una formulación de material compuesto que tiene una propiedad o propiedades diferentes a las de las formulaciones de material dispensadas.

Las una o más formulaciones de material de modelado comprenden uno o más materiales curables, opcionalmente en combinación con uno o más materiales no curables y, más opcionalmente, en combinación con un iniciador, agentes tensioactivos, modificadores de impacto, agentes colorantes, agentes espesantes y similares, como se describe en el presente documento.

Preferiblemente, las una o más formulaciones de material de modelado comprenden materiales curables en una cantidad de al menos el 50 % en peso del peso total de las formulaciones de material de modelado.

En algunas realizaciones, los materiales curables son materiales curables por UV y las formulaciones comprenden además uno o más fotoiniciadores.

En algunas realizaciones, los materiales curables por UV son acrilato o metacrilatos, y pueden incluir monómeros, acrilatos y/o metacrilatos oligoméricos o poliméricos.

Las formulaciones de material de modelado son de tal modo que, tras la exposición a una condición de curado (por ejemplo, irradiación UV), el material curable se polimeriza, proporcionando un material endurecido (curado; solidificado), o una pluralidad de materiales endurecidos (por ejemplo, materiales digitales).

Los componentes de las formulaciones de material de modelado y la dispensación de los mismos vienen dictados por las propiedades deseadas del objeto final.

Las presentes realizaciones posibilitan, por lo tanto, la deposición de una amplia gama de combinaciones de formulación de material, y la elaboración de un objeto que puede consistir en múltiples combinaciones diferentes de formulaciones de material, en diferentes partes del objeto, de acuerdo con las propiedades deseadas para caracterizar cada parte del objeto.

Detalles adicionales acerca de los principios y operaciones de un sistema de AM adecuado para las presentes realizaciones se hallan en la solicitud publicada de EE. UU. n.° 20100191360, cuyo contenido se incorpora por la presente por referencia.

La figura 4 es un diagrama de flujo del método de acuerdo con diversas realizaciones ilustrativas de la presente invención. El método es particularmente útil para fabricar un objeto que presenta propiedades de un tejido duro.

El método comienza en200y procede opcional y preferiblemente a201en la que se obtienen datos de objeto informático en cualquiera de los formatos mencionados anteriormente. Una técnica ejemplificada para obtener los datos de objeto informático como se describe posteriormente en el presente documento con referencia a las figuras 7A y 7B.

El método puede proceder a202en la que se dispensa una capa de formulación de material de construcción. La formulación de material de construcción puede ser una formulación de material de modelado o una formulación de material de soporte. En algunas realizaciones de la presente invención, el método dispensa selectivamente para una capa particular, una o más regiones de formulaciones de material de modelado y una o más regiones de formulación de material de soporte. La formulación de material de modelado se dispensa preferiblemente en un patrón configurado correspondiente a la forma del objeto y de acuerdo con los datos de objeto informático.

El método opcional y preferiblemente procede a203en la que se solidifica la formulación de material de construcción dispensada. El tipo de proceso de solidificación depende del tipo de formulaciones de material dispensadas. Por ejemplo, cuando la formulación de material de construcción es curable por UV, la solidificación comprende aplicar radiación UV, cuando la formulación de material de construcción es curable por otra radiación (por ejemplo, luz infrarroja o visible), la solidificación comprende aplicar radiación a una longitud de onda que cura la formulación de material de construcción.

Las operaciones202y203y, en algunas realizaciones, también201, se ejecutan preferiblemente secuencialmente una pluralidad de veces de tal modo que se dispensan y se solidifican secuencialmente una pluralidad de capas. Esto se ilustra en la figura 4 como flechas de bucle hacia atrás que apuntan desde la operación203a las operaciones201y202. Las capas se dispensan para formar una pila de capas de modelo hechas de una formulación de material de modelado y una estructura sacrificatoria, en donde la pila de capas de modelo y la estructura sacrificatoria son separables entre sí de una forma que mantiene la forma y el tamaño de la pila de capas de modelo sin deformación.

En algunas realizaciones de la presente invención, el método dispensa una formulación de material digital para al menos una de las capas.

La locución "formulaciones de material digital", como se usa en el presente documento y en la técnica, describe una combinación de dos o más formulaciones de material a escala microscópica o nivel de vóxel de tal modo que las zonas impresas de una formulación de material específica están al nivel de unos pocos vóxeles, o al nivel de un bloque de vóxeles. Tales formulaciones de material digital pueden exhibir nuevas propiedades que se ven afectadas por la selección de tipos de formulaciones de material y/o la relación y distribución espacial relativa de dos o más formulaciones de material.

En formulaciones de material digital ilustrativas, la formulación de material de modelado o de soporte de cada vóxel o bloque de vóxeles, obtenido tras el curado, es independiente de la formulación de material de modelado o soporte de un vóxel o bloque de vóxeles vecino, obtenido tras el curado, de tal modo que cada vóxel o bloque de vóxeles puede dar como resultado una formulación de material de modelado o de soporte diferente y las nuevas propiedades de todo el objeto son un resultado de una combinación espacial, en el nivel de vóxel, de varias formulaciones de material de modelo diferentes.

En todo el presente documento, siempre que la expresión "a nivel de vóxel" se use en el contexto de unas propiedades y/o una formulación de material diferentes, se pretende que incluya diferencias entre bloques de vóxeles, así como diferencias entre vóxeles o grupos de pocos vóxeles. En realizaciones preferidas, las propiedades de todo el objeto son un resultado de una combinación espacial, en el nivel de bloque de vóxeles, de varias formulaciones de material de modelo diferentes.

En diversas realizaciones ilustrativas de la invención, las operaciones202y203se ejecutan para formar, para al menos una porción de capas, elementos de vóxel que contienen diferentes formulaciones de material en ubicaciones entrelazadas para formar una región texturizada 3D que se extiende sobre estas capas. Las ubicaciones entrelazadas se seleccionan opcional y preferiblemente de acuerdo con una función de modulación. La función de modulación recibe una posición de un vóxel candidato y proporciona un valor de salida, que se usa entonces para seleccionar la formulación de material para el vóxel candidato. Por lo tanto, se designa una formulación de material para el vóxel candidato cuando el valor de salida está dentro de un intervalo predeterminado de valores de salida, se designa otra formulación de material para el vóxel candidato cuando el valor de salida está dentro de otro intervalo predeterminado de valores de salida, y así sucesivamente. Habitualmente, hay al menos un valor de salida o un intervalo de valores de salida para el que no se designa ningún material para el vóxel candidato. La designación de material para el vóxel candidato se emite para el sistema de AM que dispensa el material designado en la ubicación del vóxel candidato.

En algunas realizaciones de la presente invención, los campos de distancia se emplean en combinación con la función de modulación. Habitualmente, se selecciona un vóxel de un espacio de construcción 3D y se determina un valor de campo de distancia relativo al objeto 3D en el espacio de construcción para el vóxel seleccionado. El valor de campo de distancia puede usarse entonces como una entrada para la función de modulación. Por lo tanto, en estas realizaciones, la función de modulación recibe el valor de posición y de campo de distancia del vóxel candidato y proporciona un valor de salida, que se usa entonces para seleccionar la formulación de material para el vóxel candidato como se ha detallado adicionalmente anteriormente en el presente documento.

Las presentes realizaciones contemplan muchos tipos de funciones de modulación. La función de modulación comprende una función de ruido. Los ejemplos representativos de funciones de ruido adecuadas para incluirse en la función de modulación incluyen, sin limitación, una función de ruido de Simplex, una función de ruido de Simplex abierta, una función de ruido de Worley, una función de ruido de Perlin, una función de ruido de ondícula y una función de ruido de valor. En algunas realizaciones, la función de modulación comprende una función periódica. Habitualmente, pero no necesariamente, la función de modulación periódica tiene un período de 2 o menos mm. En algunas realizaciones, la función de modulación comprende una función aperiódica. También se contempla la combinación de dos o más de estas u otras funciones. Se proporciona una descripción más detallada del concepto de funciones de modulación y campos de distancia en la sección de Ejemplos que sigue.

Las formulaciones de material y las ubicaciones entrelazadas se seleccionan de tal modo que la región texturizada exhibe, una vez se ha endurecido, una variación de esfuerzo de como máximo el ± 20 % o como máximo el ± 10 % o como máximo el ± 10 % o como máximo el ± 5 % o a lo largo de un intervalo de deformación de aproximadamente el 0,1 % a aproximadamente el 0,3 %. Estas realizaciones son particularmente útiles para elaborar un objeto o una región en un objeto que exhibe las propiedades mecánicas de una región trabecular de un hueso.

Los inventores de la presente invención han ideado una técnica de AM que permite elaborar un objeto o una región en el objeto que tiene una textura que se asemeja a la textura porosa habitual de una región trabecular de un hueso. En esta técnica de AM, las ubicaciones entrelazadas se seleccionan para formar una pluralidad de elementos de textura dentro de la región texturizada. La figura 5 es una ilustración esquemática de una región texturizada300que tiene una pluralidad de elementos de textura302. Cada elemento de textura302tiene una porción interior304hecha de una formulación de material, y una porción de pared306hecha de otra formulación de material, en donde la porción de pared306rodea al menos parcialmente la porción interior.

Aunque los elementos de textura302en la figura 5 se ilustran con la forma de un cuadrado, este no tiene por qué ser necesariamente el caso, debido a que, los elementos de textura302pueden tener cualquier otra forma. Por ejemplo, cuando se emplea una función de modulación, la forma de los elementos de textura302se efectúa habitualmente mediante los valores de salida de la función. Además, los elementos de textura302no tienen necesariamente la misma forma o una forma similar entre los mismos. Por lo tanto, dos o más elementos de textura302puede tener diferentes formas. Los inventores de la presente invención hallaron que una pluralidad de elementos de textura302pueden tener unas propiedades mecánicas que se asemejan a las propiedades mecánicas de una región trabecular de un hueso, cuando las porciones de pared306son más duras que las porciones interiores304.

La relación entre el volumen total ocupado por la porción de pared306y el volumen total ocupado por la porción interior304dentro de la región texturizada300es habitualmente de aproximadamente 0,25 a aproximadamente 0,75. Habitualmente, hay al menos 20 o al menos 30 o al menos 40 o al menos 50 o al menos 60 o al menos 70 o al menos 80 o al menos 90 o al menos 100 elementos de textura302dentro de la región texturizada300a una densidad de aproximadamente 20 a aproximadamente 100 elementos de textura por centímetro cúbico. El tamaño de un único elemento de textura302en la región texturizada300es habitualmente de aproximadamente 0,1 mm a aproximadamente 3 mm o de aproximadamente 0,5 mm a aproximadamente 3 mm de diámetro a lo largo de su dimensión más grande. El espesor de la porción de pared306es habitualmente de aproximadamente 0,1 mm a aproximadamente 2 mm o de aproximadamente 0,3 mm a aproximadamente 2 mm.

Preferiblemente, la rigidez de la región texturizada300varía a lo largo de una dirección generalmente perpendicular (por ejemplo, con una desviación de menos de 10° con respecto a la dirección perpendicular) a la superficie exterior del objeto350, con una rigidez más alta a medida que uno se acerca a la superficie exterior y una rigidez más baja a medida que uno se aleja de la superficie exterior. En algunas realizaciones de la presente invención, la porción más interior301de la región300se hace de una formulación de material que tiene una dureza Shore A de cero (0) o cercana a cero (por ejemplo, 10 o menos, o 5 o menos), o una dureza Shore 00 inferior a 40 o inferior a 30, tal como la formulación de material descrita en el Ejemplo 1, a continuación.

En algunas realizaciones de la presente invención, las formulaciones de material comprenden una primera formulación de material que proporciona, cuando se ha endurecido (por ejemplo, tras solidificar, por ejemplo, tras la exposición a una condición de curado), un material que tiene una resistencia a la tracción de aproximadamente 40 a aproximadamente 60 MPa de acuerdo con la norma ASTM D-638-03 y un módulo de elasticidad de aproximadamente 1000 MPa a aproximadamente 2600 MPa de acuerdo con la norma ASTM D-638-04, y una segunda formulación de material que proporciona, cuando se ha endurecido (por ejemplo, tras solidificar, por ejemplo, tras la exposición a una condición de curado), un material que tiene un módulo de elasticidad de aproximadamente 10 kPa a aproximadamente 100 kPa o de aproximadamente 10 kPa a aproximadamente 50 kPa de acuerdo con la norma ASTM D-575.

Un ejemplo representativo de una formulación de material adecuada para su uso como la primera formulación de material en estas realizaciones es una formulación de material comercializada por Stratasys Ltd., Israel, bajo el nombre comercial "VeroPureWhite", y un ejemplo representativo de una formulación de material adecuada para su uso como la segunda formulación de material en estas realizaciones es una formulación de material comercializada por Stratasys Ltd., Israel, bajo el nombre comercial "SUP706".

En algunas realizaciones de la presente invención, las formulaciones de material comprenden una primera formulación de material que proporciona, cuando se ha endurecido (por ejemplo, tras solidificar, por ejemplo, tras la exposición a una condición de curado), un material que tiene una resistencia a la tracción de aproximadamente 40 a aproximadamente 60 MPa de acuerdo con la norma ASTM D-638-03 y un módulo de elasticidad de aproximadamente 1000 MPa a aproximadamente 2600 MPa de acuerdo con la norma ASTM D-638-04, y una segunda formulación de material que proporciona, cuando se ha endurecido (por ejemplo, tras solidificar, por ejemplo, tras la exposición a una condición de curado), un material que tiene un módulo de elasticidad de aproximadamente 0,1 MPa a aproximadamente 1 MPa de acuerdo con la norma ASTM D-575. Un ejemplo representativo de una formulación de material adecuada para su uso como la primera formulación de material en estas realizaciones es una formulación de material comercializada por Stratasys Ltd., Israel, bajo el nombre comercial "VeroPureWhite", y un ejemplo representativo de una formulación de material adecuada para su uso como la segunda formulación de material en estas realizaciones es una formulación de material comercializada por Stratasys Ltd., Israel, bajo el nombre comercial "SUP705".

Se contemplan cualesquiera otras formulaciones utilizables en la fabricación aditiva como formulaciones de material de modelado (por ejemplo, para proporcionar el primer material y, opcionalmente, el segundo material) o como formulaciones de material de soporte (por ejemplo, para proporcionar el segundo material). Tales formulaciones están disponibles comercialmente o pueden ser diseñadas por los expertos en la materia.

En algunas realizaciones de la presente invención, las formulaciones de material comprenden una primera formulación que proporciona, cuando se ha endurecido (por ejemplo, tras solidificar, por ejemplo, tras la exposición a una condición de curado), un primer material que tiene una resistencia a la tracción de aproximadamente 40 a aproximadamente 60 MPa de acuerdo con la norma ASTM D-638-03 y un módulo de elasticidad de aproximadamente 1000 MPa a aproximadamente 2600 MPa de acuerdo con la norma ASTM D-638-04, y una segunda formulación de material que tiene una dureza Shore A de cero (0) o cercana a cero (por ejemplo, 10 o menos, o 5 o menos), o una dureza Shore 00 inferior a 40 o inferior a 30. La segunda formulación de material puede proporcionar opcional y preferiblemente, cuando se ha endurecido (por ejemplo, tras solidificar, por ejemplo, tras la exposición a una condición de curado), un material caracterizado por un módulo de elasticidad de aproximadamente 0,02 MPa a aproximadamente 0,2 MPa de acuerdo con la norma ASTM D-575. La segunda formulación de material puede proporcionar opcional y preferiblemente, cuando se ha endurecido (por ejemplo, tras solidificar, por ejemplo, tras la exposición a una condición de curado), un material caracterizado por un módulo de compresión de aproximadamente 20 MPa a aproximadamente 80 MPa.

El módulo de compresión puede someterse a prueba, por ejemplo, dispensando y curando la formulación de material para construir un cubo de aproximadamente 20 * 20 * 20 mm3, y colocando el cubo entre placas de compresión de Lloyd LR5K (Lloyd Instruments™, Ametek®, R. U.).

Un ejemplo representativo de una formulación de material adecuada para su uso como la primera formulación de material en estas realizaciones es una formulación de material comercializada por Stratasys Ltd., Israel, bajo el nombre comercial "VeroPureWhite". A continuación se describe un ejemplo representativo de una formulación de material adecuada para su uso como la segunda formulación de material en estas realizaciones.

La primera formulación de material se dispensa preferiblemente para formar las porciones de pared306y la segunda formulación de material se dispensa preferiblemente para formar las porciones interiores304.

En algunas realizaciones de la presente invención, las formulaciones de material también comprenden una tercera formulación de material. Preferiblemente, la tercera formulación de material proporciona, tras solidificarse (por ejemplo, tras la exposición a una condición de curado), un material líquido o similar a un líquido, incluso después de la solidificación de la primera y la segunda formulación de material. La tercera formulación de material es particularmente útil para combinarse con la segunda formulación de material dentro de las porciones interiores304. Habitualmente, los vóxeles de la segunda y la tercera formulaciones de material se interconectan para formar las porciones interiores304. Esto puede hacerse mediante una selección juiciosa del intervalo predeterminado de valores de salida que se emplean para designar estas formulaciones de material para vóxeles identificados (por ejemplo, por medio del valor de campo de distancia determinado) como pertenecientes a las porciones interiores304. Un ejemplo representativo de una formulación adecuada para su uso como la tercera formulación de material se describe en el Ejemplo 2.

Las presentes realizaciones también contemplan la formación de objetos o regiones de objetos que tienen propiedades mecánicas y/o de textura que se asemejan a las de otros tipos de tejidos duros. Por ejemplo, en algunas realizaciones de la presente invención, un objeto o una región de un objeto tiene propiedades mecánicas y/o de textura que se asemejan a una región de hueso cortical. Un ejemplo particularmente preferido es un objeto que tiene una región que tiene propiedades mecánicas y/o de textura que se asemejan a las de la región trabecular de un hueso y una región que tiene propiedades mecánicas y/o de textura que se asemejan a las de la región cortical de un hueso. Una ilustración esquemática de esta realización se ilustra en las figuras 6A y 6B. Se muestra un objeto350que tiene una región texturizada300rodeada al menos parcialmente por una cubierta352. Una vez que se han endurecido la región texturizada300y la cubierta352, una dureza de la cubierta352es superior a una dureza de la región texturizada. La región texturizada300es la región texturizada descrita anteriormente. El espesor de la región300a lo largo de la dirección de construcción (la dirección z en la figura 6A) es habitualmente de aproximadamente 1 mm a aproximadamente 30 mm.

El espesor de la cubierta352(como se mide perpendicularmente a la superficie exterior del objeto350) es habitualmente no uniforme a lo largo del objeto350. Por ejemplo, la cubierta352puede ser más delgada en las regiones de extremo351del objeto350y más gruesa más lejos de las regiones de extremo351(por ejemplo, en la sección media353entre las dos regiones de extremo351). Estas realizaciones son particularmente útiles cuando el objeto350imita un hueso. El espesor de la cubierta352preferiblemente varía gradualmente a medida que uno se aleja de las regiones de extremo351hacia la sección media353. Un espesor habitual de la cubierta352en las regiones finales351es de aproximadamente 0,5 mm a aproximadamente 3 mm, que es un espesor habitual de las porciones de epífisis y metáfisis de un hueso, y un espesor habitual de la cubierta352en la sección media353es de aproximadamente 3 mm a aproximadamente 8 mm, que es un espesor habitual de la porción de diáfisis de un hueso. También se contemplan otros espesores.

La cubierta352puede estar hecha de una formulación de material que es la misma que la formulación de material usada para hacer unas porciones de pared306de la región texturizada300. Como alternativa, la cubierta352puede estar hecha de una formulación de material digital que combina dos o más formulaciones de material de una forma entrelazada por vóxeles. Como un ejemplo representativo, una formulación de material digital para la cubierta352puede incluir una combinación de dos formulaciones de material denominadas formulaciones de material C<1>y C<2>. En algunas realizaciones de la presente invención, la formulación de material C<1>es la misma que la formulación de material usada para fabricar las porciones de pared306de la región texturizada300, y la formulación de material C<2>puede ser de tal modo que proporciona, cuando se ha endurecido (por ejemplo, tras solidificar, por ejemplo, tras la exposición a una condición de curado), un material que tiene una resistencia a la tracción de aproximadamente 20 MPa a aproximadamente 40 MPa de acuerdo con la norma ASTM D-638-03 y un módulo de elasticidad de aproximadamente 750 MPa a aproximadamente 1500 MPa de acuerdo con la norma ASTM D-638-04. En una combinación de este tipo, la relación entre el número de vóxeles ocupados por la formulación de material C<1>y el número de vóxeles ocupados por la formulación de material C<2>puede ser de aproximadamente 3 a aproximadamente 5. Un ejemplo representativo de una formulación de material adecuada para su uso como formulación de material C<1>en estas realizaciones es una formulación de material comercializada por Stratasys Ltd., Israel, bajo el nombre comercial "VeroPureWhite", y un ejemplo representativo de una formulación de material adecuada para su uso como la formulación de material C<2>en estas realizaciones es una formulación de material comercializada por Stratasys Ltd., Israel, bajo el nombre comercial "RGD515".

En otras realizaciones, la formulación de material C<1>puede ser de tal modo que proporciona, cuando se ha endurecido (por ejemplo, tras solidificar, por ejemplo, tras la exposición a una condición de curado), un material que tiene una resistencia a la tracción de aproximadamente 50 MPa a aproximadamente 70 MPa de acuerdo con la norma ASTM D-638-03 y un módulo de elasticidad de aproximadamente 2500 MPa a aproximadamente 3500 MPa de acuerdo con la norma ASTM D-638-04, y la formulación de material C<2>puede de tal modo que proporciona, cuando se ha endurecido (por ejemplo, tras solidificar, por ejemplo, tras la exposición a una condición de curado), un material que tiene una resistencia a la tracción de aproximadamente 20 MPa a aproximadamente 40 MPa de acuerdo con la norma ASTM D-638-03 y un módulo de elasticidad de aproximadamente 750 MPa a aproximadamente 1500 MPa de acuerdo con la norma ASTM D-638-04. Los ejemplos representativos de formulaciones de material adecuadas para su uso como formulación de material C<1>en estas realizaciones es una de las formulaciones de material comercializadas por Stratasys Ltd., Israel, bajo los nombres comerciales "RGD531" y "RGD525", y un ejemplo representativo de una formulación de material adecuada para su uso como formulación de material C<2>en estas realizaciones es una formulación de material comercializada por Stratasys Ltd., Israel, bajo el nombre comercial "RGD515".

En algunas realizaciones de la presente invención, el método dispensa una o más formulaciones de material para formar una o más estructuras de anillo flexibles354en la cubierta352(no mostrada en la figura 6B). El interior de la estructura de anillo354habitualmente se hace de la misma formulación de material o formulaciones de material que la cubierta352, pero la periferia de la estructura de anillo354es más flexible que la cubierta352. Las estructuras de anillo flexibles son particularmente útiles cuando se desea aplicar localmente operaciones de procesamiento mecánico posteriormente a la elaboración (tales como, pero sin limitación, perforación, escariado o atornillado), lo que puede potencialmente dar como resultado grietas no deseadas cerca del punto de procesamiento mecánico. La flexibilidad de la estructura354permite procesar la porción interior de la estructura354sin provocar un daño significativo a las partes de cubierta que rodean la estructura354. En experimentos realizados por los inventores de la presente invención, se descubrió que la estructura de anillo354evita con éxito la propagación de grietas (véanse, por ejemplo, las figuras 8J-L en la sección de Ejemplos que sigue). Preferiblemente, la estructura354se marca con un color diferente para facilitar la identificación fácil de la región que va a procesarse.

Una formulación de material adecuada para formar una estructura354puede ser de tal modo que proporciona, cuando se ha endurecido (por ejemplo, tras solidificar, por ejemplo, tras la exposición a una condición de curado), un material que tiene una resistencia a la tracción de aproximadamente 2 a aproximadamente 4 MPa de acuerdo con la norma ASTM D-412 y una dureza Shore A de aproximadamente 25 MPa a aproximadamente 35 MPa de acuerdo con la norma ASTM D-224D. Un ejemplo representativo de una formulación de material de este tipo es una formulación de material que pertenece a una familia de formulaciones de material comercializadas por Stratasys Ltd., Israel, bajo el nombre comercial "Agilus™", (por ejemplo, Agilus™30). Como alternativa, puede usarse una formulación curable elastomérica como se describe en el Ejemplo 6 en el presente documento. Las dimensiones habituales para la estructura354incluyen, sin limitación, de aproximadamente 5 mm a aproximadamente 20 mm de diámetro externo y de aproximadamente 0,5 mm a aproximadamente 2 mm de diámetro interno.

En algunas realizaciones de la presente invención, el método dispensa una o más formulaciones de material para formar, sobre o cerca de la cubierta352, una o más estructuras adicionales que tienen la forma de un elemento corporal que no sea un hueso. La estructura adicional se denomina a continuación colectivamente356e individualmente356a,356b, 356c, etc. Habitualmente, pero no necesariamente, los datos de objeto informático para la elaboración de la estructura adicional356se proporcionan por separado (por ejemplo, en un archivo de datos de objeto informático separado de los datos de objeto informático para la elaboración del objeto350). Un ejemplo representativo de combinación de datos de objeto informático para formar una estructura adicional se proporciona en el Ejemplo 7, a continuación.

Los ejemplos representativos de elementos corporales que pueden ser imitados por la estructura356incluyen, sin limitación, un tumor óseo356a, un cartílago356b, un nervio356c, una médula espinal356dy un disco intervertebral356e. La estructura adicional puede ser, en algunas realizaciones de la presente invención, una estructura compuesta (por ejemplo, puede tener una estructura de núcleo-cubierta) si se desea. Cuando la estructura356imita un tumor óseo356a, la capa circundante de la estructura356apuede estar hecha de una formulación de material comercializada por Stratasys Ltd., Israel, bajo el nombre comercial "VeroPureWhite", y la porción interior de la estructura356apuede estar hecha de una formulación de material digital que combina dos o más formulaciones de material de una forma entrelazada por vóxeles. Un ejemplo representativo de formulaciones de material adecuadas para estas realizaciones incluye una formulación de material comercializada por Stratasys Ltd., Israel, bajo el nombre comercial "SUP705", y una formulación de material comercializada por Stratasys Ltd., Israel, bajo el nombre comercial "SUP706", opcionalmente también combinada con una formulación de material comercializada por Stratasys Ltd., Israel, bajo el nombre comercial "VeroPureWhite", en donde la combinación de SUP706 y VeroPureWhite está preferiblemente en una relación de aproximadamente 3 a aproximadamente 5, por ejemplo, aproximadamente 4. Se contemplan cualesquiera otras formulaciones utilizables en la fabricación aditiva como formulaciones de material de modelado (por ejemplo, para proporcionar el primer material y, opcionalmente, el segundo material) o como formulaciones de material de soporte (por ejemplo, para proporcionar el segundo material). Tales formulaciones están disponibles comercialmente o pueden ser diseñadas por los expertos en la materia.

También se contemplan realizaciones en las que la formulación SUP705 se reemplaza por una formulación de material que tiene una dureza Shore A de cero (0) o cercana a cero (por ejemplo, 10 o menos, o 5 o menos), o una dureza Shore 00 inferior a 40 o inferior a 30, tal como la formulación de material descrita en el Ejemplo 1, a continuación.

En algunas realizaciones de la presente invención, el espesor de la cubierta352(como se mide perpendicularmente a la superficie exterior del objeto350) es más delgado por debajo de la estructura356aque en regiones de la cubierta352que rodean la estructura356a. En algunas realizaciones de la presente invención, la cubierta352no se forma por debajo de la estructura356apero se forma en regiones de la cubierta352que rodean la estructura356a. Estas realizaciones pueden imitar una condición en la que un tumor óseo penetra en la capa cortical del hueso.

Cuando la estructura356imita un cartílago356b(la figura 6A), un nervio356c(la figura 6A) o una médula espinal356d(la figura 6B), esta puede estar hecha de una formulación de material que proporciona, cuando se ha endurecido (por ejemplo, tras solidificar, por ejemplo, tras la exposición a una condición de curado), un material que tiene una resistencia a la tracción de aproximadamente 20 a aproximadamente 40 MPa de acuerdo con la norma ASTM D-638-03 y un módulo de elasticidad de aproximadamente 750 MPa a aproximadamente 1500 MPa de acuerdo con la norma ASTM D-638-04. Como alternativa, la estructura354puede estar hecha de una formulación de material digital que combina dos o más formulaciones de material de una forma entrelazada por vóxeles. Un ejemplo representativo de formulaciones de material adecuadas para estas realizaciones incluye una formulación de material comercializada por Stratasys Ltd., Israel, bajo el nombre comercial "RGD515", y una formulación de material comercializada por Stratasys Ltd., Israel, bajo el nombre comercial "AgilusClear™" (por ejemplo, Agilus30 Clear). Como alternativa, puede usarse una formulación curable elastomérica como se describe en el Ejemplo 6.

Se contemplan cualesquiera otras formulaciones utilizables en la fabricación aditiva como formulaciones de material de modelado (por ejemplo, para proporcionar un primer y un segundo materiales que presentan propiedades como se describe en el presente documento). Tales formulaciones están disponibles comercialmente o pueden ser diseñadas por los expertos en la materia.

Cuando la estructura356imita un disco intervertebral356e(la figura 6B), su capa circundante puede estar hecha de una formulación de material que proporciona, cuando se ha endurecido (por ejemplo, tras solidificar, por ejemplo, tras la exposición a una condición de curado), un material que tiene una resistencia a la tracción de aproximadamente 2 a aproximadamente 4 MPa de acuerdo con la norma ASTM D-412 y una dureza Shore A de aproximadamente 25 MPa a aproximadamente 35 MPa de acuerdo con la norma ASTM D-224D, tal como, pero sin limitación, las formulaciones de material comercializadas por Stratasys Ltd., Israel, bajo el nombre comercial "AgilusClear™", (por ejemplo, Agilus30™Clear) o una formulación curable elastomérica como se describe en los Ejemplos 6, y su porción interior puede estar hecha de una formulación que proporciona, cuando se ha endurecido (por ejemplo, tras solidificar, por ejemplo, tras la exposición a una condición de curado), un material que tiene una dureza Shore A de cero (0) o cercana a cero (por ejemplo, 10 o menos, o 5 o menos), o una dureza Shore 00 inferior a 40 o inferior a 30, tal como la formulación de material descrita en el Ejemplo 1, a continuación.

En algunas realizaciones de la presente invención, el método dispensa uno o más de los materiales para formar un recubrimiento358(no mostrado en la figura 6B) sobre la cubierta352para mejorar la rigidez de la superficie exterior del objeto. Preferiblemente, una vez que se han endurecido la región texturizada300, la cubierta352y el recubrimiento358, una dureza de recubrimiento358es superior a la dureza de la cubierta352. Los ejemplos representativos de una formulación de material adecuada para su uso en la elaboración del recubrimiento358incluyen, sin limitación, una formulación de material comercializada por Stratasys Ltd., Israel, bajo el nombre comercial "RGD515", y una formulación de material comercializada por Stratasys Ltd., Israel, bajo el nombre comercial "RGD450". En realizaciones en las que se elabora el recubrimiento358, cualquiera de las estructuras354y356puede formarse opcional y preferiblemente sobre el recubrimiento en lugar de sobre la cubierta352.

Las presentes realizaciones también contemplan la formación de una región que tiene propiedades mecánicas y/o de textura que se asemejan a las del tejido de médula ósea. En estas realizaciones, el método dispensa una o más de las formulaciones de material para formar un núcleo361(no mostrado en la figura 6B) rodeado al menos parcialmente por la región texturizada300y/o la cubierta352. Una vez que se han endurecido la región texturizada300y el núcleo361, una dureza de la región texturizada300es superior a la dureza del núcleo361. Las propiedades mecánicas y/o texturales del núcleo361se asemejan preferiblemente a las del tejido de médula ósea. En algunas realizaciones de la presente invención, la porción301de la región300sirve como un núcleo. Los ejemplos representativos de una formulación de material adecuada para su uso en la elaboración del núcleo361incluyen, sin limitación, una formulación de material comercializada por Stratasys Ltd., Israel, bajo el nombre comercial "SUP705", y una formulación de material comercializada por Stratasys Ltd., Israel, bajo el nombre comercial "SUP706".

Como alternativa, el núcleo361puede estar hecho de una formulación de material digital que combina dos o más formulaciones de material de una forma entrelazada por vóxeles. Como un ejemplo representativo, una formulación de material digital para el núcleo361puede incluir una combinación de dos formulaciones de material denominadas formulación de material M<1>y M<2>. Los ejemplos representativos de una formulación de material adecuada para su uso como formulación de material M<1>incluyen, sin limitación, una formulación de material comercializada por Stratasys Ltd., Israel, bajo el nombre comercial "SUP705", una formulación de material comercializada por Stratasys Ltd., Israel, bajo el nombre comercial "SUP706", y una formulación de material que proporciona, cuando se ha endurecido (por ejemplo, tras solidificar, por ejemplo, tras la exposición a una condición de curado), un material que tiene una dureza Shore A de cero (0) o cercana a cero (por ejemplo, 10 o menos, o 5 o menos), o una dureza Shore 00 inferior a 40 o inferior a 30, tal como la formulación de material descrita en el Ejemplo 1, a continuación. La formulación de material M<2>es opcional y preferiblemente una formulación de material que proporciona, tras la exposición a una condición de curado, un material líquido o similar a un líquido, incluso después de la solidificación de la formulación de material M<2>. Un ejemplo representativo de una formulación de material de este tipo se proporciona en el Ejemplo 2, a continuación.

Las diversas regiones y porciones del objeto350pueden codificarse por colores para facilitar la referencia. La coloración puede lograrse mezclando la(s) formulación(es) de material que forma(n) la región o porción respectiva con una formulación de material que tiene un color respectivo (por ejemplo, por medio de la dispensación de una formulación de material digital, como se describe en el presente documento). Los colores pueden seleccionarse a un nivel de los datos de objeto informático (proporcionados, por ejemplo, en un formato de VRML) que se usa para elaborar el objeto350. Por ejemplo, una o más regiones que no están cubiertas por la cubierta352pueden colorearse de forma diferente al color de la propia cubierta352, y opcional y preferiblemente también de forma diferente entre sí. Como un ejemplo representativo, al menos una de la estructura de anillo354, la estructura adicional356a-e, puede colorearse de forma diferente entre sí, y también de forma diferente de la cubierta352. También se contemplan realizaciones en las que regiones de diferentes propiedades (por ejemplo, diferente espesor, diferente rigidez, etc.) se colorean de forma diferente. Los colores de las regiones y porciones respectivas del objeto350pueden ser seleccionados por el usuario, por ejemplo, por la interfaz de usuario116, o el ordenador154o24.

La interfaz de usuario116, o el ordenador154o24también puede usarse como un complemento o una alternativa a las realizaciones de coloración descritas anteriormente. Específicamente, el operador puede apuntar a o pasar por encima de una región o porción particular del objeto350, por ejemplo, usando un puntero (por ejemplo, un puntero de un ratón de ordenador) y la interfaz de usuario116, o el ordenador154o24puede visualizar, opcional y preferiblemente de forma momentánea, información (por ejemplo, estructura imitada, propiedades mecánicas, dimensiones, etc.) en relación con la región respectiva.

La interfaz de usuario116, o el ordenador154o24también puede ser usado por el operador para seleccionar la propiedad (por ejemplo, la estructura imitada, las propiedades mecánicas, las dimensiones, el espesor, la textura, etc.) de una o más regiones del objeto. Esto puede hacerse de más de una forma, como se explicará a continuación.

En algunas realizaciones, el operador usa un puntero (por ejemplo, un puntero de un ratón de ordenador) para apuntar a una región o porción particular del objeto350, y entonces selecciona de un menú de la interfaz de usuario o del ordenador la propiedad deseada.

En algunas realizaciones, después de que el operador haya apuntado a la región o porción particular, este selecciona un color para la región o porción respectiva, en donde el color en esta realización se usa como un código para la propiedad deseada. El operador puede seleccionar el color basándose en una tabla de consulta que correlaciona colores con propiedades. Por ejemplo, pueden usarse diferentes colores o tonalidades para seleccionar diferentes espesores para la capa cortical del hueso, pueden usarse diferentes colores para seleccionar un tipo diferente de la estructura adicional356, etc. Preferiblemente, la interfaz de usuario o el ordenador permite que el operador seleccione un gradiente de color para la región respectiva. Esta realización es particularmente útil cuando se desea variar gradualmente la propiedad de la región. Por ejemplo, puede usarse un gradiente de color particular para seleccionar un gradiente en el espesor de la capa cortical, un gradiente en la dureza de la estructura de hueso trabecular, un gradiente en los parámetros de la función de modulación que caracterizan la región texturizada de textura, etc.

Una vez que el operador ha seleccionado el color, el ordenador puede usar el color como entrada para ajustar, basándose en la entrada de color, el campo de distancia, la función de modulación y/o los datos de objeto informático de acuerdo con la propiedad respectiva. El controlador152o20que recibe los datos de objeto informático ajustados puede controlar los cabezales dispensadores para dispensar las capas del objeto para formar un objeto que tiene las propiedades seleccionadas para la región respectiva.

La figura 7A es un diagrama de flujo de un procedimiento ejemplificado que puede usarse de acuerdo con algunas realizaciones de la presente invención para ejecutar la operación201anteriormente. El procedimiento es particularmente útil para obtener datos de objeto informático para su uso con el sistema10o el sistema110. Ha de entenderse que, a menos que se defina de otro modo, las operaciones descritas en lo sucesivo en el presente documento pueden ejecutarse de forma simultánea o secuencial en muchas combinaciones en muchos órdenes de ejecución. Específicamente, la ordenación de los diagramas de flujo no ha de considerarse limitante. Por ejemplo, dos o más operaciones, que aparecen en la siguiente descripción o en los diagramas de flujo en un orden particular, pueden ejecutarse en un orden diferente (por ejemplo, un orden inverso) o de forma sustancialmente simultánea. Adicionalmente, varias operaciones descritas a continuación son opcionales y pueden no ejecutarse.

El procedimiento comienza en700y continúa opcional y preferiblemente a701en la que se reciben datos en un formato adecuado para la formación de imágenes y comunicaciones en medicina (en lo sucesivo en el presente documento, datos de DICOM).

Los datos de DICOM pueden recibirse desde una consola de adquisición tal como, pero sin limitación, un sistema de IRM, un sistema de formación de imágenes por TC, un sistema de TC helicoidal, un sistema de tomografía por emisión de positrones (PET), un sistema de formación de imágenes fluoroscópicas 2D o 3D, un sistema de formación de imágenes por ultrasonido 2D, 3D o 4D, un sistema de endoscopio, un sistema de monitor de cabecera, un sistema de rayos X y un sistema de formación de imágenes híbrido capaz de TC, RM, PET, técnicas de formación de imágenes por ultrasonidos u otras. Los datos de DICOM incluyen preferiblemente uno o más datos de imagen digital que describen una o más estructuras corporales que comprenden uno o más elementos de tejido corporal. En algunas realizaciones de la presente invención, los datos de DICOM incluyen preferiblemente uno o más datos de imagen digital que describen uno o más huesos, en algunas realizaciones de la presente invención, los datos de DICOM incluyen preferiblemente uno o más datos de imagen digital que describen una o más estructuras corporales que comprenden uno o más elementos de tejido corporal que no sean un hueso y, en algunas realizaciones de la presente invención, los datos de DICOM incluyen preferiblemente uno o más datos de imagen digital que describen uno o más huesos, y también uno o más datos de imagen digital que describen una o más estructuras corporales que comprenden uno o más elementos de tejido corporal que no sean un hueso.

El procedimiento opcional y preferiblemente continúa a702en la que los datos de DICOM se convierten en datos de objeto informático. Por ejemplo, los datos de objeto informático pueden estar en cualquier formato conocido, incluyendo, sin limitación, un lenguaje de teselación convencional (STL) o un formato de contorno de estereolitografía (SLC), lenguaje de modelado de realidad virtual (VRML), formato de archivo de fabricación aditiva (AMF), formato de intercambio de dibujos (DXF), formato de archivo de polígono (PLY) o cualquier otro formato adecuado para el diseño asistido por ordenador (CAD), por ejemplo, formato de archivo de frente de onda (OBJ). La conversión de datos de DICOM a datos de objeto informático incluye opcional y preferiblemente uno o más procedimientos de segmentación, seleccionados del grupo que consiste en umbralización, crecimiento de región, crecimiento de región dinámico y similares.

Los procedimientos de umbralización explotan las diferencias en la densidad de diferentes tejidos para seleccionar píxeles de imagen con un valor superior o igual a un valor umbral prescrito. Por ejemplo, un valor umbral prescrito de un procedimiento de umbralización puede seleccionarse de tal modo que los píxeles de imagen con respecto al tejido duro pasan el procedimiento de umbralización, y se eliminan por filtrado otros píxeles de imagen relacionados. El procedimiento de umbralización puede aplicarse múltiples veces, usando cada vez un valor umbral diferente, para obtener conjuntos de datos separados para diferentes tipos de tejido.

Los procedimientos de crecimiento de región se aplican habitualmente después de la umbralización para aislar áreas que tienen el mismo intervalo de densidad. Un procedimiento de crecimiento de región puede examinar píxeles vecinos de puntos de semilla iniciales y determina si los píxeles vecinos pertenecen a la región. El procedimiento se realiza opcional y preferiblemente de forma iterativa para segmentar la imagen. Por ejemplo, pueden seleccionarse puntos de semilla de acuerdo con diferentes tipos de tejido y las técnicas de segmentación de crecimiento de región pueden realizarse de forma iterativa para separar píxeles de imagen como pertenecientes a uno de estos tipos de tejido. En un crecimiento de región dinámico, se selecciona un intervalo de parámetros de imagen además de los puntos de semilla. Estos parámetros se seleccionan para permitir reconocer un píxel de imagen como igual a los puntos de semilla.

Habitualmente, pero no necesariamente, se aplica un procedimiento de segmentación de fondo inicial para retirar, de los de datos de DICOM, elementos que no pertenecen a ninguno de los tipos de tejido de interés. Entonces, pueden aplicarse procedimientos de segmentación posteriores para una segmentación más refinada de una o más áreas refinadas de la anatomía de un sujeto usando diferentes técnicas de segmentación.

A continuación de la segmentación, la conversión de datos de DICOM a datos de objeto informático también puede incluir el alisado, la envoltura y/o el relleno de huecos para compensar los artefactos dentro de los datos de DICOM. Entonces, puede aplicarse un procedimiento de conversión de formato a los datos de DICOM segmentados para proporcionar los datos de objeto informático en cualquiera de los formatos mencionados anteriormente.

En algunas realizaciones de la presente invención, los datos de entrada se reciben desde un medio legible por ordenador como datos de objeto informático, en cuyo caso no es necesario obtener y convertir los datos de DICOM. En estas realizaciones, no es necesario ejecutar las operaciones701y702.

En cualquier caso, los datos de objeto informático incluyen preferiblemente datos en relación con una forma de una o más estructuras corporales que comprenden uno o más elementos de tejido corporal como se ha detallado adicionalmente anteriormente en el presente documento. Ya se obtengan mediante conversión de datos de DICOM o se reciban directamente como tales, los datos de objeto informático se disponen opcional y preferiblemente en múltiples archivos, cada uno en relación con una estructura corporal diferente.

En703, se determina para cada archivo de datos un tipo de la estructura corporal que va a ser imitada por un objeto fabricado aditivamente (por ejemplo, hueso, tejido muscular, tejido liso, tumor óseo, cartílago, discos, nervios/médula espinal, vaso de líquido corporal). La determinación puede ser extrayendo información presente en el archivo de datos de objeto informático respectivo, o el fichero de datos de DICOM respectivo, o a partir de información asociada con el archivo de datos respectivo.

En704, se selecciona un conjunto de reglas asociadas con la estructura corporal respectiva. El conjunto de reglas de AM incluye opcional y preferiblemente la(s) formulación(es) de material de construcción que va(n) a dispensarse, así como los parámetros y condiciones de dispensación (por ejemplo, temperatura, relaciones de entrelazado, textura de entrelazado). El conjunto de reglas de AM puede obtenerse a partir de una tabla de consulta que tiene una entrada para cada tipo de estructura corporal, y un conjunto de parámetros asociados con cada entrada de este tipo. En algunas realizaciones de la presente invención, se recibe un perfil de sujeto. El perfil objeto incluye habitualmente uno o más de peso, sexo, edad, origen étnico, raza, historia clínica, etc. En algunas realizaciones de la presente invención, el perfil de sujeto también incluye un perfil genético, que puede abarcar los genes en un genoma completo del sujeto, o puede abarcar un subconjunto específico de genes. El perfil genético puede incluir perfil genómico, un perfil proteómico, un perfil epigenómico y/o un perfil transcriptómico. En realizaciones en las que se recibe el perfil de sujeto, la tabla de consulta también incluye entradas para diferentes parámetros de perfil. Específicamente, la tabla de consulta puede incluir varias entradas para cada tipo de estructura corporal, una entrada para cada parámetro de perfil. Como un ejemplo representativo y no limitante, una tabla de consulta puede incluir varias entradas para, póngase por caso, estructura de hueso trabecular, en donde hay una entrada para cada grupo de edad.

En algunas realizaciones de la presente invención, el conjunto de reglas de AM es seleccionado por el operador, por ejemplo, a través de una interfaz de usuario (por ejemplo, la interfaz de usuario116). También se contemplan realizaciones en las que se emplean tanto una tabla de consulta como una interfaz de usuario. Por ejemplo, la tabla de consulta puede usarse para reducir el número de opciones proporcionadas al operador, y la interfaz de usuario puede usarse para seleccionar el conjunto final de reglas de AM.

Se contemplan adicionalmente realizaciones en las que el conjunto de reglas se recibe junto con los datos de objeto informático. Por ejemplo, cada archivo de datos de objeto informático puede incluir una o más reglas de AM, o estar asociado con un archivo de reglas de AM que incluye una o más reglas de AM, en donde las reglas de AM corresponden a los datos de objeto informático respectivos.

En705, se aplica una operación de rebanado, opcional y preferiblemente por separado para cada archivo de datos de objeto informático. El rebanado se ejecuta habitualmente generando, para un archivo de datos de objeto informático, un conjunto de archivos de imagen, describiendo cada uno un mapa de vóxeles 2D de un plano caracterizado por una coordenada vertical diferente (por ejemplo, la coordenada z mencionada anteriormente), plano que corresponde a una capa del objeto que imita la estructura corporal respectiva. El archivo de imagen puede estar en cualquier formato 2D conocido en la técnica, tal como, pero sin limitación, un archivo de mapa de bits (BMP), gráficos de red portátiles (PNG) o similares. A continuación se proporciona una técnica de rebanado preferida con referencia a la figura 7B.

En706, dos o más de los conjuntos de archivos de imagen se combinan en un único archivo de imagen. Por ejemplo, los archivos de imagen que corresponden a la misma coordenada vertical pero a objetos que imitan diferentes estructuras corporales pueden combinarse para proporcionar un archivo de imagen que describe una capa que, una vez se ha impreso, incluye secciones rebanadas de dos o más objetos que imitan respectivamente dos o más estructuras corporales. En707, el/los archivo(s) de imagen se carga(n) en un sistema de AM tal como, pero sin limitación, el sistema10o el sistema110, para elaborar objetos no biológicos que se asemejan a las estructuras corporales.

El procedimiento termina en708.

La figura 7B es un diagrama de flujo de un método de rebanado ejemplificado de acuerdo con algunas realizaciones de la presente invención. El método es particularmente útil para ejecutar la operación de rebanado705de la figura 7A. El método comienza en720y se aplica opcional y preferiblemente para cada vóxel en los datos de objeto informático.

En la decisión721, se determina un valor de campo de distancia relativo al objeto 3D para el vóxel respectivo. El valor de campo de distancia indica si el vóxel está dentro o en el exterior del objeto que imita la estructura corporal que va a imprimirse. Por ejemplo, pueden asignarse valores de campo de distancia negativos a vóxeles en el exterior del objeto que imita la estructura corporal, pueden asignarse valores de campo de distancia positivos a vóxeles dentro del objeto que imita la estructura corporal, y pueden asignarse valores de campo de distancia cero a vóxeles en la superficie más exterior del objeto que imita la estructura corporal. Un ejemplo representativo de una técnica adecuada para determinar valores de campo de distancia se proporciona en el ejemplo 5, a continuación.

Cuando el vóxel está dentro de o en la superficie más exterior del objeto que imita la estructura corporal (por ejemplo, cuando el valor de campo de distancia es positivo), el método continúa a722en la que se asigna una formulación de material de construcción para el vóxel respectivo. La formulación de material de construcción puede ser una formulación de material de modelado, una formulación de material de soporte, o una formulación de material líquida, y se determina opcional y preferiblemente basándose en la posición del vóxel en el objeto 3D y las reglas de AM obtenidas en704anteriormente. Desde722, el método continúa a724en la que el método selecciona un valor de píxel que corresponde a la formulación de material de construcción asignada. El valor de píxel puede ser cualquier valor que represente de forma singular la formulación de material de construcción asignada. Por ejemplo, el valor de píxel puede ser un nivel de escala de grises o un valor de color (por ejemplo, un valor de RGB).

Cuando el vóxel está en el exterior del objeto que imita la estructura corporal (por ejemplo, cuando el valor de campo de distancia es negativo), el método continúa hasta la decisión723en la que el método determina si el vóxel va a ocuparse o a dejarse vacante. Si el vóxel va a dejarse vacante, el método continúa hasta la terminación726, el método selecciona un valor de píxel que representa de forma singular un píxel vacante. Por ejemplo, el método puede seleccionar un valor nulo para representar un píxel vacante. Como alternativa, cuando el vóxel está en el exterior del objeto que imita la estructura corporal, el método puede continuar desde723a la terminación728en donde finaliza el mismo, en cuyo caso hay que interesarse en los píxeles a los que no se ha asignado ningún valor como instrucciones para dejar un vóxel vacante.

Si va a ocuparse el vóxel, el método continúa a725en la que se asigna un material de construcción al vóxel, y entonces a724en la que el método selecciona un valor de píxel que corresponde a la formulación de material de construcción asignada como se ha detallado adicionalmente anteriormente en el presente documento.

Desde724,725o726, según pueda ser el caso, el método continúa a727en la que el valor de píxel seleccionado se asigna a un píxel en una imagen 2D, en donde la ubicación del píxel en la imagen 2D corresponde a la ubicación del vóxel dentro de la capa que se representa por la imagen 2D.

El método termina en728.

En todo el presente documento, el término "corporal", cuando se usa en el contexto de, por ejemplo, una estructura, órgano, tejido o material, describe la estructura, órgano, tejido o material indicado como parte de un cuerpo de un sujeto, preferiblemente un sujeto vivo. Este término abarca sistemas biológicos, órganos, tejidos, células y materiales.

En todo el presente documento, el término "sujeto" abarca animales, preferiblemente mamíferos, más preferiblemente seres humanos, a cualquier edad. Este término abarca individuos que están en riesgo de desarrollar la patología o que padecen una patología.

La expresión "estructura corporal" se refiere a una parte del cuerpo de un sujeto, como se describe en el presente documento, incluyendo sistemas, órganos, tejidos, células y un entorno circundante de cualquiera de los anteriores. Una estructura corporal, por ejemplo, puede comprender varios órganos que actúan conjuntamente en un cuerpo vivo, por ejemplo, un tracto gastrointestinal, un sistema cardiovascular, un tracto respiratorio y similares. La estructura puede incluir, además de órganos y tejidos que forman una parte de estos sistemas, también estructuras relacionadas con una patología, por ejemplo, células o tejidos tumorales. Una estructura corporal puede incluir, como alternativa, por ejemplo, un corazón y vasos sanguíneos asociados con el mismo. Una estructura corporal puede incluir, como alternativa, un órgano, tal como, por ejemplo, un brazo o antebrazo, o una pierna, y puede abarcar el sistema óseo y tejidos musculares, vasos sanguíneos, tejidos tumorales (si están presentes) y/o tejidos de la piel relacionados en sus inmediaciones.

El término "tejido" describe una parte de un organismo que consiste en células diseñadas para realizar una función o funciones. Los ejemplos incluyen, pero sin limitación, tejido cerebral, retina, tejido de la piel, tejido hepático, tejido pancreático, hueso, cartílago, tejido conectivo, tejido sanguíneo, tejido muscular, tejido cardíaco, tejido vascular, tejido renal, tejido pulmonar, tejido gonadal, tejido hematopoyético.

De acuerdo con algunas de cualquiera de las realizaciones descritas en el presente documento, al menos algunas de, y preferiblemente todas, las formulaciones de material de construcción utilizables en el contexto de las presentes realizaciones están desprovistas de materiales biológicos.

Por "material biológico", como se usa en el presente documento, se quiere decir materiales orgánicos que están inherentemente presentes en sujetos vivos como se define en el presente documento. Tales materiales orgánicos abarcan, por ejemplo, células y componentes celulares, proteínas (incluyendo enzimas, hormonas, ligandos de receptor y similares), péptidos, ácidos nucleicos, genes, aminoácidos.

Por "desprovisto de" se quiere decir menos del 1 %, o menos del 0,5 %, o menos del 0,1 %, o menos del 0,05 %, o menos del 0,01 %, o menos del 0,005 %, o menos del 0,001 %, y menos, incluyendo cero, en peso, del peso total del objeto.

De acuerdo con algunas de cualquiera de las realizaciones descritas en el presente documento, el objeto no está celularizado, en concreto, está desprovisto de células o componentes celulares biológicos.

De acuerdo con algunas de cualquiera de las realizaciones descritas en el presente documento, al menos algunas de, y preferiblemente todas, las formulaciones de material de construcción utilizables en el contexto de las presentes realizaciones son formulaciones sintéticas y no biológicas, y se componen esencialmente de materiales sintéticos. Como se usa en el presente documento, la expresión "material sintético" describe un material orgánico que no está presente inherentemente en un sujeto vivo. Esta expresión abarca materiales orgánicos no biológicos, materiales de origen no natural y/o materiales preparados sintéticamente.

De acuerdo con algunas de cualquiera de las realizaciones descritas en el presente documento, las formulaciones de material de modelado como se describe en el presente documento comprenden agua en una cantidad de menos del 10 %, o menos del 8 %, o menos del 5 %, o incluso menos, en peso, o está desprovista de, como se define en el presente documento, agua.

Se espera que, durante la vigencia de una patente que se derive de esta solicitud, se desarrollarán muchas formulaciones de material relevantes y el alcance de la expresión formulación de material pretende incluir todas esas nuevas tecnologíasa priori,en la medida en que estas formulaciones de material exhiban las propiedades mecánicas descritas en el presente documento.

Como se usa en el presente documento, el término "aproximadamente" se refiere al ± 10 % o al ± 5 %.

La expresión "ilustrativo" se usa en el presente documento para decir "que sirve como un ejemplo, caso o ilustración". No ha de interpretarse necesariamente que ninguna realización descrita como "ilustrativa" sea preferida o ventajosa frente a otras realizaciones y/o que excluya la incorporación de características procedentes de otras realizaciones. La palabra "opcionalmente" se usa en el presente documento con el significado de "se proporciona en algunas realizaciones y no se proporciona en otras realizaciones". Cualquier realización específica de la invención puede incluir una pluralidad de características "opcionales" a no ser que tales características entren en conflicto.

Los términos y expresiones "comprende", "que comprende", "incluye", "que incluye", "que tiene" y sus conjugaciones significan "que incluye, pero sin limitación".

La expresión "que consiste en" significa "que incluye y se limita a".

La expresión "que consiste esencialmente en" significa que la composición, el método o la estructura puede incluir ingredientes, etapas y/o partes adicionales, pero solo si los ingredientes, las etapas y/o las partes adicionales no alteran materialmente las características básicas y novedosas de la composición, el método o la estructura reivindicados.

Como se usa en el presente documento, las formas en singular "uno", "una", "el" y "la" incluyen referencias en plural a menos que el contexto indique claramente lo contrario. Por ejemplo, la expresión "un compuesto" o "al menos un compuesto" puede incluir una pluralidad de compuestos, incluyendo mezclas de los mismos.

En toda esta solicitud, diversas realizaciones de la presente invención pueden presentarse en un formato de intervalo. Debería entenderse que la descripción en formato de intervalo es meramente por comodidad y brevedad y no debería interpretarse como una limitación inflexible al alcance de la invención. En consecuencia, debería considerarse que la descripción de un intervalo divulga específicamente todos los posibles intervalos secundarios, así como los valores numéricos individuales dentro de ese intervalo. Por ejemplo, debería considerarse que la descripción de un intervalo, tal como de 1 a 6, presenta subintervalos divulgados específicamente, tales como de 1 a 3, de 1 a 4, de 1 a 5, de 2 a 4, de 2 a 6, de 3 a 6, etc., así como números individuales dentro de ese intervalo, por ejemplo, 1, 2, 3, 4, 5 y 6. Esto es aplicable independientemente de la amplitud del intervalo.

Siempre que se indique en el presente documento un intervalo numérico, se pretende que incluya cualquier número citado (fraccionario o entero) dentro del intervalo indicado. Las locuciones "que varía/varía entre" un primer número indicado y un segundo número indicado y "que varía/varía de" un primer número indicado "a" un segundo número indicado se usan indistintamente en el presente documento y pretenden incluir el primer y el segundo números indicados y todos los números fraccionarios y enteros entre los mismos.

Como se usa en el presente documento, el término "método" o "proceso" se refiere a modos, medios, técnicas y procedimientos para realizar una tarea determinada, incluyendo, pero sin limitación, aquellos modos, medios, técnicas y procedimientos conocidos o que pueden desarrollarse fácilmente a partir de modos, medios, técnicas y procedimientos conocidos por los practicantes de las técnicas químicas, físicas e ingenieriles.

En todo el presente documento, la expresión "(met)acrílico" abarca compuestos acrílicos y metacrílicos.

En todo el presente documento, la locución "resto de enlace" o "grupo de enlace" describe un grupo que conecta dos o más restos o grupos en un compuesto. Un resto de enlace se deriva habitualmente de un compuesto bi- o trifuncional, y puede considerarse como un resto bi- o trirradical, que está conectado a otros dos o tres restos, a través de dos o tres átomos del mismo, respectivamente.

Los restos de enlace ilustrativos incluyen un resto o cadena hidrocarbonado, interrumpido opcionalmente por uno o más heteroátomos, como se define en el presente documento, y/o cualquiera de los grupos químicos enumerados a continuación, cuando se definen como grupos de enlace.

Cuando un grupo químico se denomina en el presente documento "grupo terminal", este ha de interpretarse como un sustituyente, que está conectado a otro grupo a través de un átomo del mismo.

En todo el presente documento, el término "hidrocarburo" describe colectivamente un grupo químico compuesto principalmente por átomos de carbono e hidrógeno. Un hidrocarburo puede estar compuesto por alquilo, alqueno, alquino, arilo y/o cicloalquilo, cada uno puede estar sustituido o no sustituido y puede estar interrumpido con uno o más heteroátomos. El número de átomos de carbono puede variar de 2 a 20, y es preferiblemente inferior, por ejemplo, de 1 a 10, o de 1 a 6, o de 1 a 4. Un hidrocarburo puede ser un grupo de enlace o un grupo terminal.

El bisfenol A es un ejemplo de un hidrocarburo compuesto por 2 grupos arilo y un grupo alquilo.

Como se usa en el presente documento, el término "amina" describe tanto un grupo -NR'R" como un grupo -NR'-, en donde R' y R" son cada uno independientemente hidrógeno, alquilo, cicloalquilo, arilo, como se definen estos términos en lo sucesivo en el presente documento.

Por lo tanto, el grupo amina puede ser una amina primaria, en donde tanto R' como R" son hidrógeno, una amina secundaria, en donde R' es hidrógeno y R" es alquilo, cicloalquilo o arilo, o una amina terciaria, en donde cada uno de R' y R" es independientemente alquilo, cicloalquilo o arilo.

Como alternativa, R' y R" pueden ser cada uno independientemente hidroxialquilo, trihaloalquilo, cicloalquilo, alquenilo, alquinilo, arilo, heteroarilo, heteroalicíclico, amina, haluro, sulfonato, sulfóxido, fosfonato, hidroxi, alcoxi, ariloxi, tiohidroxi, tioalcoxi, tioariloxi, ciano, nitro, azo, sulfonamida, carbonilo, C-carboxilato, O-carboxilato, N-tiocarbamato, O-tiocarbamato, urea, tiourea, N-carbamato, O-carbamato, C-amida, N-amida, guanilo, guanidina e hidracina.

El término "amina" se usa en el presente documento para describir un grupo -NR'R" en casos en los que la amina es un grupo terminal, como se define posteriormente en el presente documento, y se usa en el presente documento para describir un grupo -NR'- en casos en los que la amina es un grupo de enlace o es o parte de un resto de enlace.

El término "alquilo" describe un hidrocarburo alifático saturado que incluye grupos de cadena lineal y de cadena ramificada. Preferiblemente, el grupo alquilo tiene de 1 a 30 o de 1 a 20 átomos de carbono. Siempre que un intervalo numérico; por ejemplo, "1-20", se expone en el presente documento, implica que el grupo, en este caso el grupo alquilo, puede contener 1 átomo de carbono, 2 átomos de carbono, 3 átomos de carbono, etc., hasta e incluyendo 20 átomos de carbono. El grupo alquilo puede estar sustituido o no sustituido. El alquilo sustituido puede tener uno o más sustituyentes, por lo que cada grupo sustituyente puede ser independientemente, por ejemplo, hidroxialquilo, trihaloalquilo, cicloalquilo, alquenilo, alquinilo, arilo, heteroarilo, heteroalicíclico, amina, haluro, sulfonato, sulfóxido, fosfonato, hidroxi, alcoxi, ariloxi, tiohidroxi, tioalcoxi, tioariloxi, ciano, nitro, azo, sulfonamida, C-carboxilato, O-carboxilato, N-tiocarbamato, O-tiocarbamato, urea, tiourea, N-carbamato, O-carbamato, C-amida, N-amida, guanilo, guanidina e hidracina.

El grupo alquilo puede ser un grupo terminal, como se ha definido esta locución anteriormente en el presente documento, en donde está unido a un único átomo adyacente, o a un grupo de enlace, como se ha definido esta locución anteriormente en el presente documento, que conecta dos o más restos a través de al menos dos carbonos en su cadena. Cuando el alquilo es un grupo de enlace, también se denomina en el presente documento "alquileno" o "cadena de alquileno".

En el presente documento, un alquilo C(1-4), sustituido con un grupo hidrófilo, como se define en el presente documento, se incluye bajo la locución "grupo hidrófilo" en el presente documento.

Alqueno y alquino, como se usa en el presente documento, son un alquilo, como se define en el presente documento, que contiene uno o más dobles o triples enlaces, respectivamente.

El término "cicloalquilo" describe grupos totalmente de carbonos de anillo monocíclico o de anillos condensados (es decir, anillos que comparten un par adyacente de átomos de carbono) en donde uno o más de los anillos no tienen un sistema de electrones pi completamente conjugado. Los ejemplos incluyen, sin limitación, ciclohexano, adamantino, norbornilo, isobornilo y similares. El grupo cicloalquilo puede estar sustituido o no sustituido. El cicloalquilo sustituido puede tener uno o más sustituyentes, por lo que cada grupo sustituyente puede ser independientemente, por ejemplo, hidroxialquilo, trihaloalquilo, cicloalquilo, alquenilo, alquinilo, arilo, heteroarilo, heteroalicíclico, amina, haluro, sulfonato, sulfóxido, fosfonato, hidroxi, alcoxi, ariloxi, tiohidroxi, tioalcoxi, tioariloxi, ciano, nitro, azo, sulfonamida, C-carboxilato, O-carboxilato, N-tiocarbamato, O-tiocarbamato, urea, tiourea, N-carbamato, O-carbamato, C-amida, N-amida, guanilo, guanidina e hidracina. El grupo cicloalquilo puede ser un grupo terminal, como se ha definido esta locución anteriormente en el presente documento, en donde está unido a un único átomo adyacente, o a un grupo de enlace, como se ha definido esta locución anteriormente en el presente documento, conectando dos o más restos en dos o más posiciones de los mismos.

Cicloalquilos de 1-6 átomos de carbono, sustituidos con dos o más grupos hidrófilos, como se define en el presente documento, se incluye bajo la locución "grupo hidrófilo" en el presente documento.

El término "heteroalicíclico" describe un grupo de anillo monocíclico o condensado que tiene en el/los anillo(s) uno o más átomos tales como nitrógeno, oxígeno y azufre. Los anillos también pueden tener uno o más dobles enlaces. Sin embargo, los anillos no tienen un sistema de electrones pi completamente conjugado. Ejemplos representativos son piperidina, piperazina, tetrahidrofurano, tetrahidropirano, morfolino, oxalidina y similares.

El heteroalicíclico puede estar sustituido o no sustituido. El heteroalicíclico sustituido puede tener uno o más sustituyentes, por lo que cada grupo sustituyente puede ser independientemente, por ejemplo, hidroxialquilo, trihaloalquilo, cicloalquilo, alquenilo, alquinilo, arilo, heteroarilo, heteroalicíclico, amina, haluro, sulfonato, sulfóxido, fosfonato, hidroxi, alcoxi, ariloxi, tiohidroxi, tioalcoxi, tioariloxi, ciano, nitro, azo, sulfonamida, C-carboxilato, O-carboxilato, N-tiocarbamato, O-tiocarbamato, urea, tiourea, O-carbamato, N-carbamato, C-amida, N-amida, guanilo, guanidina e hidracina. El grupo heteroalicíclico puede ser un grupo terminal, como se ha definido esta locución anteriormente en el presente documento, en donde está unido a un único átomo adyacente, o a un grupo de enlace, como se ha definido esta locución anteriormente en el presente documento, conectando dos o más restos en dos o más posiciones de los mismos.

Un grupo heteroalicíclico que incluye uno o más de átomos donantes de electrones tales como nitrógeno y oxígeno, y en el que una relación numérica de átomos de carbono a heteroátomos es de 5:1 o inferior, se incluye bajo la locución "grupo hidrófilo" en el presente documento.

El término "arilo" describe grupos totalmente de carbonos monocíclicos o policíclicos de anillos condensados (es decir, anillos que comparten pares adyacentes de átomos de carbono) que tienen un sistema de electrones pi completamente conjugado. El grupo arilo puede estar sustituido o no sustituido. El arilo sustituido puede tener uno o más sustituyentes, por lo que cada grupo sustituyente puede ser independientemente, por ejemplo, hidroxialquilo, trihaloalquilo, cicloalquilo, alquenilo, alquinilo, arilo, heteroarilo, heteroalicíclico, amina, haluro, sulfonato, sulfóxido, fosfonato, hidroxi, alcoxi, ariloxi, tiohidroxi, tioalcoxi, tioariloxi, ciano, nitro, azo, sulfonamida, C-carboxilato, O-carboxilato, N-tiocarbamato, O-tiocarbamato, urea, tiourea, N-carbamato, O-carbamato, C-amida, N-amida, guanilo, guanidina e hidracina. El grupo arilo puede ser un grupo terminal, como esta expresión se ha definido anteriormente en el presente documento, en donde está unido a un único átomo adyacente, o a un grupo de enlace, como esta expresión se ha definido anteriormente en el presente documento, conectando dos o más restos en dos o más posiciones de los mismos.

El término "heteroarilo" describe un anillo monocíclico o condensado (es decir, anillos que comparten un par de átomos adyacentes) que tiene en el/los anillo(s) uno o más átomos, tales como, por ejemplo, nitrógeno, oxígeno y azufre y, además, que tiene un sistema de electrones pi completamente conjugado. Los ejemplos, sin limitación, de grupos heteroarilo incluyen pirrol, furano, tiofeno, imidazol, oxazol, tiazol, pirazol, piridina, pirimidina, quinolina, isoquinolina y purina. El grupo heteroarilo puede estar sustituido o no sustituido. El heteroarilo sustituido puede tener uno o más sustituyentes, por lo que cada grupo sustituyente puede ser independientemente, por ejemplo, hidroxialquilo, trihaloalquilo, cicloalquilo, alquenilo, alquinilo, arilo, heteroarilo, heteroalicíclico, amina, haluro, sulfonato, sulfóxido, fosfonato, hidroxi, alcoxi, ariloxi, tiohidroxi, tioalcoxi, tioariloxi, ciano, nitro, azo, sulfonamida, C-carboxilato, O-carboxilato, N-tiocarbamato, O-tiocarbamato, urea, tiourea, O-carbamato, N-carbamato, C-amida, N-amida, guanilo, guanidina e hidracina. El grupo heteroarilo puede ser un grupo terminal, como se ha definido esta locución anteriormente en el presente documento, en donde está unido a un único átomo adyacente, o a un grupo de enlace, como se ha definido esta locución anteriormente en el presente documento, conectando dos o más restos en dos o más posiciones de los mismos. Ejemplos representativos son piridina, pirrol, oxazol, indol, purina y similares.

El término "haluro" y "halo" describe flúor, cloro, bromo o yodo.

El término "haloalquilo" describe un grupo alquilo como se ha definido anteriormente, sustituido además con uno o más haluros.

El término "sulfato" describe un grupo terminal -O-S(=O)<2>-OR', como se ha definido esta expresión anteriormente en el presente documento, o un grupo de enlace -OS(=O)<2>-O-, como se han definido estas locuciones anteriormente en el presente documento, en donde R' es como se ha definido anteriormente en el presente documento.

El término "tiosulfato" describe un grupo terminal -O-S(=S)(=O)-OR' o un grupo de enlace -O-S(=S)(=O)-O-, como se han definido estas locuciones anteriormente en el presente documento, en donde R' es como se ha definido anteriormente en el presente documento.

El término "sulfito" describe un grupo terminal -O-S(=O)-O-R' o un grupo de enlace de grupo -O-S(=O)-O-, como se han definido estas locuciones anteriormente en el presente documento, en donde R' es como se ha definido anteriormente en el presente documento.

El término "tiosulfito" describe un grupo terminal -O-S(=S)-O-R' o un grupo de enlace de grupo -O-S(=S)-O-, como se han definido estas locuciones anteriormente en el presente documento, en donde R' es como se ha definido anteriormente en el presente documento.

El término "sulfinato" describe un grupo terminal -S(=O)-OR' o un grupo de enlace de grupo -S(=O)-O-, como se han definido estas locuciones anteriormente en el presente documento, en donde R' es como se ha definido anteriormente en el presente documento.

El término "sulfóxido" o "sulfinilo" describe un grupo terminal -S(=O)R' o un grupo de enlace -S(=O), como se han definido estas locuciones anteriormente en el presente documento, en donde R' es como se ha definido anteriormente en el presente documento.

El término "sulfonato" describe un grupo terminal -S(=O)<2>-R' o un grupo de enlace -S(=O)<2>-, como se han definido estas locuciones anteriormente en el presente documento, en donde R' es como se define en el presente documento.

El término "S-sulfonamida" describe un grupo terminal -S(=O)<2>-NR'R" o un grupo de enlace -S(=O)<2>-NR', como se han definido estas locuciones anteriormente en el presente documento, con R' y R" como se define en el presente documento.

El término "N-sulfonamida" describe un grupo terminal R'S(=O)<2>-NR"- o un grupo de enlace -S(=O)<2>-NR', como se han definido estas locuciones anteriormente en el presente documento, en donde R' y R" son como se define en el presente documento.

El término "disulfuro" se refiere a un grupo terminal -S-SR' o a un grupo de enlace -S-S-, como se han definido estas locuciones anteriormente en el presente documento, en donde R' es como se define en el presente documento.

El término "fosfonato" describe un grupo terminal -P(=O)(OR')(OR") o un grupo de enlace -P(=O)(OR')(O), como se han definido estas locuciones anteriormente en el presente documento, con R' y R" como se define en el presente documento.

El término "tiofosfonato" describe un grupo terminal -P(=S)(OR')(OR") o un grupo de enlace -P(=S)(OR')(O)-, como se han definido estas locuciones anteriormente en el presente documento, con R' y R" como se define en el presente documento.

El término "fosfinilo" describe un grupo terminal -PR'R" o un grupo de enlace -PR'-, como se han definido estas locuciones anteriormente en el presente documento, con R' y R" como se ha definido anteriormente en el presente documento.

La expresión "óxido de fosfina" describe un grupo terminal -P(=O)(R')(R") o un grupo de enlace -P(=O)(R'), como se han definido estas locuciones anteriormente en el presente documento, con R' y R" como se define en el presente documento.

La expresión "sulfuro de fosfina" describe un grupo terminal -P(=S)(R')(R") o un grupo de enlace -P(=S)(R'), como se han definido estas locuciones anteriormente en el presente documento, con R' y R" como se define en el presente documento.

El término "fosfito" describe un grupo terminal -O-PR'(=O)(OR") o un grupo de enlace -O-PH(=O)(O), como se han definido estas locuciones anteriormente en el presente documento, con R' y R" como se define en el presente documento.

El término "carbonilo" o "carbonato" como se usa en el presente documento, describe un grupo terminal -C(=O)-R' o un grupo de enlace -C(=O)-, como se han definido estas locuciones anteriormente en el presente documento, con R' como se define en el presente documento.

El término "tiocarbonilo" como se usa en el presente documento, describe un grupo terminal -C(=S)-R' o un grupo de enlace -C(=S), como se han definido estas locuciones anteriormente en el presente documento, con R' como se define en el presente documento.

El término "oxo" como se usa en el presente documento, describe un grupo (=O), en donde un átomo de oxígeno está enlazado por un doble enlace al átomo (por ejemplo, átomo de carbono) en la posición indicada.

El término "tiooxo" como se usa en el presente documento, describe un grupo (=S), en donde un átomo de azufre está enlazado por un doble enlace al átomo (por ejemplo, átomo de carbono) en la posición indicada.

El término "oxima" describe un grupo terminal =N-OH o un grupo de enlace =N-O-, como se han definido estas locuciones anteriormente en el presente documento.

El término "hidroxilo" describe un grupo -OH.

El término "alcoxi" describe tanto un grupo -O-alquilo como un grupo -O-cicloalquilo, como se define en el presente documento.

El término "ariloxi" describe tanto un grupo -O-arilo como un grupo -O-heteroarilo, como se define en el presente documento.

El término "tiohidroxi" describe un grupo -SH.

El término "tioalcoxi" describe tanto un grupo -S-alquilo como un grupo -S-cicloalquilo, como se define en el presente documento.

El término "tioariloxi" describe tanto un grupo -S-arilo como un grupo -S-heteroarilo, como se define en el presente documento.

El "hidroxialquilo" también se denomina en el presente documento "alcohol" y describe un alquilo, como se define en el presente documento, sustituido con un grupo hidroxi.

El término "ciano" describe un grupo -C=N.

El término "isocianato" describe un grupo -N=C=O.

El término "isotiocianato" describe un grupo -N=C=S.

El término "nitro" describe un grupo -NO<2>.

La expresión "haluro de acilo" describe un grupo -(C=O)R"" en donde R"" es haluro, como se ha definido anteriormente en el presente documento.

El término "azo" o "diazo" describe un grupo terminal -N=NR' o un grupo de enlace -N=N-, como se han definido estas locuciones anteriormente en el presente documento, con R' como se ha definido anteriormente en el presente documento.

El término "peroxo" describe un grupo terminal -O-OR' o un grupo de enlace -O-O-, como se han definido estas locuciones anteriormente en el presente documento, con R' como se ha definido anteriormente en el presente documento.

El término "carboxilato" como se usa en el presente documento abarca C-carboxilato y O-carboxilato.

La expresión "C-carboxilato" describe un grupo terminal -C(=O)-OR' o un grupo de enlace -C(=O)-O-, como se han definido estas locuciones anteriormente en el presente documento, en donde R' es como se define en el presente documento.

La expresión "O-carboxilato" describe un grupo terminal -OC(=O)R' o un grupo de enlace -OC(=O)-, como se han definido estas locuciones anteriormente en el presente documento, en donde R' es como se define en el presente documento.

Un carboxilato puede ser lineal o cíclico. Cuando es cíclico, R' y el átomo de carbono están enlazados entre sí para formar un anillo, en C-carboxilato, y este grupo también se denomina lactona. Como alternativa, R' y O están enlazados entre sí para formar un anillo en O-carboxilato. Los carboxilatos cíclicos pueden funcionar como un grupo de enlace, por ejemplo, cuando un átomo en el anillo formado está enlazado a otro grupo.

El término "tiocarboxilato" como se usa en el presente documento abarca C-tiocarboxilato y O-tiocarboxilato.

La expresión "C-tiocarboxilato" describe un grupo terminal -C(=S)-OR' o un grupo de enlace -C(=S)-O-, como se han definido estas locuciones anteriormente en el presente documento, en donde R' es como se define en el presente documento.

La expresión "O-tiocarboxilato" describe un grupo terminal -OC(=S)R' o un grupo de enlace -OC(=S)-, como se han definido estas locuciones anteriormente en el presente documento, en donde R' es como se define en el presente documento.

Un tiocarboxilato puede ser lineal o cíclico. Cuando es cíclico, R' y el átomo de carbono están enlazados entre sí para formar un anillo, en C-tiocarboxilato, y este grupo también se denomina tiolactona. Como alternativa, R' y O están enlazados entre sí para formar un anillo en O-tiocarboxilato. Los tiocarboxilatos cíclicos pueden funcionar como un grupo de enlace, por ejemplo, cuando un átomo en el anillo formado está enlazado a otro grupo.

El término "carbamato" como se usa en el presente documento abarca N-carbamato y O-carbamato.

La expresión "N-carbamato" describe un grupo terminal R"OC(=O)-NR'- o un grupo de enlace -OC(=O)-NR', como se han definido estas locuciones anteriormente en el presente documento, con R' y R" como se define en el presente documento.

La expresión "O-carbamato" describe un grupo terminal -OC(=O)-NR'R" o un grupo de enlace -OC(=O)-NR', como se han definido estas locuciones anteriormente en el presente documento, con R' y R" como se define en el presente documento.

Un carbamato puede ser lineal o cíclico. Cuando es cíclico, R' y el átomo de carbono están enlazados entre sí para formar un anillo, en O-carbamato. Como alternativa, R' y O están enlazados entre sí para formar un anillo en N-carbamato. Los carbamatos cíclicos pueden funcionar como un grupo de enlace, por ejemplo, cuando un átomo en el anillo formado está enlazado a otro grupo.

El término "tiocarbamato" como se usa en el presente documento abarca N-tiocarbamato y O-tiocarbamato.

La expresión "O-tiocarbamato" describe un grupo terminal -OC(=S)-NR'R" o un grupo de enlace -OC(=S)-NR', como se han definido estas locuciones anteriormente en el presente documento, con R' y R" como se define en el presente documento.

La expresión "N-tiocarbamato" describe un grupo terminal R"OC(=S)NR' o un grupo de enlace -OC(=S)NR', como se han definido estas locuciones anteriormente en el presente documento, con R' y R" como se define en el presente documento.

Los tiocarbamatos pueden ser lineales o cíclicos, como se describe en el presente documento para los carbamatos.

El término "ditiocarbamato" como se usa en el presente documento abarca S-ditiocarbamato y N-ditiocarbamato.

La expresión "S-ditiocarbamato" describe un grupo terminal -SC(=S)-NR'R" o un grupo de enlace -SC(=S)NR', como se han definido estas locuciones anteriormente en el presente documento, con R' y R" como se define en el presente documento.

La expresión "N-ditiocarbamato" describe un grupo terminal R"SC(=S)NR' o un grupo de enlace -SC(=S)NR', como se han definido estas locuciones anteriormente en el presente documento, con R' y R" como se define en el presente documento.

El término "urea", que también se denomina en el presente documento "ureido", describe un grupo terminal -NR'C(=O)-NR"R'" o un grupo de enlace -NR'C(=O)-NR"-, como se han definido estas locuciones anteriormente en el presente documento, en donde R' y R" son como se define en el presente documento y R'" es como se define en el presente documento para R' y R".

El término "tiourea", que también se denomina en el presente documento "tioureido", describe un grupo terminal -NR'-C(=S)-NR"R'" o un grupo de enlace -NR'-C(=S)-NR"-, con R', R" y R'" como se define en el presente documento.

El término "amida" como se usa en el presente documento abarca C-amida y N-amida.

La expresión "C-amida" describe un grupo terminal -C(=O)-NR'R" o un grupo de enlace -C(=O)-NR'-, como se han definido estas locuciones anteriormente en el presente documento, en donde R' y R" son como se define en el presente documento.

La expresión "N-amida" describe un grupo terminal R'C(=O)-NR"- o un grupo de enlace R'C(=O)-N-, como se han definido estas locuciones anteriormente en el presente documento, en donde R' y R" son como se define en el presente documento.

Una amida puede ser lineal o cíclica. Cuando es cíclico, R' y el átomo de carbono están enlazados entre sí para formar un anillo, en C-amida, y este grupo también se denomina lactama. Las amidas cíclicas pueden funcionar como un grupo de enlace, por ejemplo, cuando un átomo en el anillo formado está enlazado a otro grupo.

El término "guanilo" describe un grupo terminal R'R"NC(=N)- o un grupo de enlace -R'NC(=N)-, como se han definido estas locuciones anteriormente en el presente documento, en donde R' y R" son como se define en el presente documento.

El término "guanidina" describe un grupo terminal -R'NC(=N)-NR"R'" o un grupo de enlace -R'NC(=N)-NR"-, como se han definido estas locuciones anteriormente en el presente documento, en donde R', R" y R'" son como se define en el presente documento.

El término "hidrazina" describe un grupo terminal -NR'-NR"R'" o un grupo de enlace -NR'-NR"-, como se han definido estas locuciones anteriormente en el presente documento, con R', R" y R'" como se define en el presente documento.

Como se usa en el presente documento, el término "hidrazida" describe un grupo terminal -C(=O)-NR'-NR"R'" o un grupo de enlace -C(=O)-NR'-NR"-, como se han definido estas locuciones anteriormente en el presente documento, en donde R', R" y R'" son como se define en el presente documento.

Como se usa en el presente documento, el término "tiohidrazida" describe un grupo terminal -C(=S)-NR'-NR"R'" o un grupo de enlace -C(=S)-NR'-NR"-, como se han definido estas locuciones anteriormente en el presente documento, en donde R', R" y R'" son como se define en el presente documento.

Como se usa en el presente documento, el término "alquilenglicol" describe un grupo terminal -O-[(CR'R")z-O]y-R'" o un grupo de enlace -O-[(CR'R")z-O]y-, con R', siendo R" y R'" como se define en el presente documento, y siendo z un número entero de 1 a 10, preferiblemente, de 2 a 6, más preferiblemente 2 o 3, y siendo y un número entero de 1 o más. Preferiblemente, R' y R" son ambos hidrógeno. Cuando z es 2 e y es 1, este grupo es etilenglicol. Cuando z es 3 e y es 1, este grupo es propilenglicol. Cuando y es 2-4, el alquilenglicol se denomina en el presente documento oligo(alquilenglicol).

Cuando y es mayor que 4, el alquilenglicol se denomina en el presente documento poli(alquilenglicol). En algunas realizaciones de la presente invención, un grupo o resto poli(alquilenglicol) puede tener de 10 a 200 unidades de alquilenglicol repetitivas, de tal modo que z es de 10 a 200, preferiblemente 10-100, más preferiblemente 10-50.

El término "silanol" describe un grupo -Si(OH)R'R", o un grupo -Si(OH)<2>R' o un grupo -Si(OH)<3>, con R' y R" como se describe en el presente documento.

El término "sililo" describe un grupo -SiR'R"R'", con R', R" y R'" como se describe en el presente documento.

Como se usa en el presente documento, el término "uretano" o la expresión "resto de uretano" o "grupo uretano" describe un grupo terminal Rx-O-C(=O)-NR'R" o un grupo de enlace -Rx-O-C(=O)-NR'-, siendo R' y R" como se define en el presente documento, y siendo Rx un alquilo, cicloalquilo, arilo, alquilenglicol o cualquier combinación de los mismos. Preferiblemente, R' y R" son ambos hidrógeno.

El término "poliuretano" u "oligouretano" describe un resto que comprende al menos un grupo uretano como se describe en el presente documento en las unidades de estructura principal repetitivas del mismo, o al menos un enlace de uretano, -O-C(=O)-NR'-, en las unidades de estructura principal repetitivas del mismo.

Se aprecia que ciertas características de la invención, que, por motivos de claridad, se describen en el contexto de realizaciones separadas, también pueden proporcionarse en combinación en una única realización. A la inversa, diversas características de la invención, que, por brevedad, se describen en el contexto de una única realización, también pueden proporcionarse por separado o en cualquier subcombinación adecuada o como sea adecuado en cualquier otra realización descrita de la invención. Ciertas características descritas en el contexto de diversas realizaciones no han de considerarse características esenciales de dichas realizaciones, a menos que la realización sea inoperante sin esos elementos.

Diversas realizaciones y aspectos de la presente invención, como se ha esbozado anteriormente en el presente documento y como se reivindica en la siguiente sección de reivindicaciones, hallan soporte experimental en los siguientes ejemplos.

Ejemplos

A continuación, se hace referencia a los siguientes ejemplos, que junto con las descripciones anteriores ilustran algunas realizaciones de la invención de una forma no limitante.

Ejemplo 1

Formulación de material blando

Las formulaciones de material de construcción utilizables en el proceso de fabricación aditiva descrito en el presente documento en cualquiera de las realizaciones respectivas comprenden, en algunas realizaciones, al menos una formulación de material de modelado que presenta (exhibe, caracterizada por), cuando se ha endurecido, una dureza Shore A inferior a 10 o una dureza Shore 00 inferior a 40. Una formulación de este tipo también se denomina en el presente documento "formulación de material blando" o "formulación de modelado de material blando" o "formulación de modelado blando".

En el presente documento y en la técnica, el término "dureza" describe una resistencia de un material a la penetración permanente, cuando se mide en las condiciones especificadas. La dureza Shore A, que también se denomina dureza ShA o dureza Shore de escala A, por ejemplo, se determina siguiendo la norma AST<m>D2240 usando un durómetro de dureza Shore A digital. La dureza Shore 00, que también se denomina dureza Sh00 o dureza Shore de escala 00, por ejemplo, se determina siguiendo la norma ASTM D2240 usando un durómetro de dureza Shore 00 digital. D, A y<00>son escalas comunes de valores de dureza, y cada una se mide usando un durómetro respectivo.

En algunas de cualquiera de las realizaciones descritas en el presente documento, una formulación de material blando como se describe en el presente documento presenta, cuando se ha endurecido, una dureza Shore A en un intervalo de<0>a aproximadamente<1 0>, incluyendo cualquier valor intermedio y subintervalo entre los mismos.

En algunas de cualquiera de las realizaciones descritas en el presente documento, una formulación de material blando como se describe en el presente documento presenta, cuando se ha endurecido, una dureza Shore 00 en un intervalo de 0 a aproximadamente 40, o de 0 a aproximadamente 30, o de 0 a aproximadamente 20 o, por ejemplo, de aproximadamente 10 a aproximadamente 20 o de aproximadamente 10 a aproximadamente 30, incluyendo cualquier valor intermedio y subintervalo entre los mismos.

Otro parámetro que muestra la dureza baja de un material blando obtenible para una formulación de material blando endurecida como se describe en el presente documento es el módulo de compresión.

Por "módulo de compresión" se quiere decir en el presente documento la relación de esfuerzo mecánica a deformación en un material cuando ese material se está comprimiendo. El módulo de compresión también puede considerarse como un módulo de elasticidad aplicado a un material bajo compresión. En algunas realizaciones, el módulo de compresión se determina de acuerdo con la norma ASTM D695. En algunas realizaciones, el módulo de compresión se determina para un objeto cilíndrico sin recubrimiento (impreso de una formulación blanda sometida a prueba en sí) que presenta un radio de 20 mm y una altura de 15 mm, impreso usando una Impresora 3D J750™ de Stratasys. La prueba se realiza usando un sistema instrumental de Lloyd, célula de carga de 100 N, accionado con los siguientes parámetros: Dirección = Compresión; Precarga/Esfuerzo = 0,5 N; precarga/velocidad escalar de esfuerzo = 50 mm/minuto; Velocidad escalar = 50 mm/minuto; Límite =<8>mm. Se extraen datos de esfuerzo frente a deformación de los datos obtenidos y se calculó la pendiente entre valores de deformación de 0,001-0,01. Los datos obtenidos en estas pruebas pueden expresarse como el esfuerzo de compresión al 40 % de deformación, o como la pendiente de una curva de esfuerzo frente a deformación, cuando se mide en un modo de compresión, tomados a valores de deformación de<0 , 001>a<0>,<0 1>.

El mismo sistema de Lloyd puede usarse en pruebas de adhesión, accionado con los siguientes parámetros: Dirección = Tensión; Disminución de velocidad escalar = 2 mm/minuto; Aumento de velocidad escalar = 5 mm/minuto; Disminución de fuerza = -5 N; Tiempo de retención = 1 segundo. Se miden las probetas en los que se usa una formulación blanda sometida a prueba como recubrimiento, y los resultados se notifican como la carga máxima requerida para extraer la platina de la probeta de recubrimiento.

El módulo de compresión puede determinarse, como alternativa, por ejemplo, para un objeto recubierto con Agilus30 cilíndrico hecho de la formulación blanda sometida a prueba, que presenta un radio de 20 mm y una altura de 15 mm, impreso usando una Impresora 3D J750™ de Stratasys. La prueba se realiza usando un sistema instrumental de Lloyd, célula de carga de 100 N, accionado con los siguientes parámetros: Dirección = Compresión; Precarga/Esfuerzo = 0,5 N; precarga/velocidad escalar de esfuerzo = 50 mm/minuto; Velocidad escalar = 50 mm/minuto; Límite = 90 N. El módulo de compresión se determina para un valor de esfuerzo máximo de 90 N. Pueden extraerse datos de esfuerzo frente a deformación de los datos obtenidos y se calculó la pendiente entre valores de deformación de<0>,<0 0 1>-<0>,<0 1>.

En algunas de cualquiera de las realizaciones descritas en el presente documento, una formulación de material blando como se describe en el presente documento presenta, cuando se ha endurecido, Módulo de compresión de al menos 0,01 MPa.

En algunas realizaciones, una formulación de material blando como se describe en el presente documento presenta, cuando se ha endurecido, Módulo de compresión (como se define en el presente documento) de aproximadamente 0,01 a aproximadamente 0,2 MPa, o de aproximadamente 0,02 a aproximadamente 0,2 MPa, de aproximadamente 0,1 a aproximadamente 0,1 MPa, o de aproximadamente 0,02 a aproximadamente 0,1 MPa, o de aproximadamente 0,03 a aproximadamente 0,07 MPa, incluyendo cualquier valor intermedio y subintervalo entre los mismos.

En algunas realizaciones, una formulación de material blando como se describe en el presente documento presenta, cuando se ha endurecido, además de su dureza baja, al menos una resistencia al desgarro moderada.

La resistencia al desgarro (TR) describe la fuerza requerida para desgarrar un material, por lo que la fuerza actúa sustancialmente en paralelo al eje principal de la muestra. La resistencia al desgarro, cuando se mide de acuerdo con la norma ASTM D 624, puede usarse para medir la resistencia a la formación de un desgarro (inicio de desgarro) y la resistencia a la expansión de un desgarro (propagación de desgarro). Habitualmente, una muestra se sujeta entre dos soportes y se aplica una fuerza de tracción uniforme hasta que tiene lugar una deformación. La resistencia al desgarro se calcula entonces dividiendo la fuerza aplicada por el espesor del material. Los materiales con una resistencia al desgarro baja tienden a tener una resistencia a la abrasión deficiente.

En algunas realizaciones, la resistencia al desgarro se determina de acuerdo con la norma ASTM D624 para una probeta como se describe en la misma que tiene un espesor de 2 mm. Los valores se notifican como carga a la carga máxima (N) para una probeta de 2 mm de espesor. En esta prueba también puede medirse el tiempo de rotura. Los valores notificados pueden convertirse en valores de resistencia al desgarro en N/m cuando se dividen por 0,002. Por ejemplo, un valor de 0,3 N equivale a 150 N/m.

La carga a la rotura puede determinarse para un objeto recubierto con Agilus cúbico hecho de la formulación sometida a prueba, que tiene unas dimensiones de 50 * 50 * 50 mm, impreso usando una Impresora 3D J750™ de Stratasys. La prueba se realiza usando un sistema instrumental de Lloyd, célula de carga de 100 N, accionado con los siguientes parámetros: Dirección = Compresión; Precarga/Esfuerzo = 0,5 N; precarga/velocidad escalar de esfuerzo = 50 mm/minuto; Velocidad escalar = 50 mm/minuto; la carga a la rotura se determina como la carga máxima que la muestra puede soportar antes del fallo definitivo.

En algunas de cualquiera de las realizaciones descritas en el presente documento, una formulación de material blando descrita en el presente documento presenta, cuando se ha endurecido, una resistencia al desgarro de al menos 100 N/m, como se determina por la norma ASTM D 624 para una probeta que tiene un espesor de 2 mm.

En algunas realizaciones, una formulación de material blando descrita en el presente documento presenta, cuando se ha endurecido, una resistencia al desgarro, como se determina por la norma ASTM D 624 para una probeta que tiene un espesor de 2 mm, de al menos 150 N y, en algunas realizaciones, presenta una resistencia al desgarro de 150 N/m a 500 Nm, o de 150 a 400 N/m, o de 200 N/m a 400 N/m, o de 200 N/m a 350 N/m, incluyendo cualquier valor intermedio y subintervalo entre los mismos.

En algunas realizaciones, las mediciones de resistencia al desgarro se usan para determinar también el tiempo de rotura de una probeta bajo la fuerza de tracción aplicada.

En algunas realizaciones, una formulación de material blando como se describe en el presente documento presenta, cuando se ha endurecido, un tiempo de rotura, como se mide por la norma ASTM D 624 para una probeta que tiene un espesor de 2 mm, de al menos 9 segundos, por ejemplo, de 9 a 50, o de 9 a 40 o de 9 a 30, o de 15 a 30 segundos.

En algunas de cualquiera de las realizaciones descritas en el presente documento, una formulación de modelado blando como se describe en el presente documento se caracteriza por una buena reactividad, es decir, las capas dispensadas que comprenden la formulación se endurecen cuando se exponen a una condición de curado dentro de un período de tiempo de menos de<1>segundo, y/o una capa endurecida hecha de la formulación de modelado blando exhibe una buena adhesión (por ejemplo, como se muestra a continuación).

En algunas realizaciones, una formulación de modelado blando como se describe en el presente documento se caracteriza por una transición de líquido a sólido en no más de<1>segundo tras la exposición a una condición de curado. En algunas de estas realizaciones, la condición de curado es una irradiación UV, por ejemplo, una irradiación UV a 1 W/cm<2>En algunas realizaciones, la irradiación UV es mediante una lámpara de arco de mercurio (Hg) UV (presión media, haluro metálico). En algunas realizaciones, una formulación de modelado blando como se describe en el presente documento se caracteriza por una transición de líquido a sólido en no más de<1>segundo tras la exposición a una condición de curado (por ejemplo, una irradiación UV a una longitud de onda de aproximadamente 300 nm a aproximadamente 450 nm y una densidad de potencia de aproximadamente 1 W/cm2, por ejemplo, usando una lámpara de arco de mercurio de 250 W).

El período de tiempo requerido para la transición de líquido a sólido puede determinarse usando mediciones de DSC, como se conoce en la técnica.

En algunas de cualquiera de las realizaciones descritas en el presente documento, una formulación de material de modelado blando como se describe en el presente documento se caracteriza por una buena compatibilidad con el sistema de AM, es decir, cumple con los requisitos de funcionamiento del sistema (por ejemplo, en términos de viscosidad y de estabilidad de viscosidad, la estabilidad térmica, etc., como se ha descrito anteriormente en el presente documento).

En algunas de cualquiera de las realizaciones descritas en el presente documento, una formulación de material de modelado blando como se describe en el presente documento se caracteriza por una buena compatibilidad con una AM que es una impresión por inyección de tinta 3D, es decir, es susceptible de inyección, compatible con cabezales de impresión por inyección de tinta, y presenta una viscosidad adecuada para su uso con cabezales de impresión por inyección de tinta como se describe en el presente documento y una estabilidad de viscosidad a 25-75 °C, durante al menos 24, preferiblemente al menos 48, horas.

En algunas de cualquiera de las realizaciones descritas en el presente documento, una formulación de modelado blando como se describe en el presente documento se caracteriza por una estabilidad (estabilidad de período de validez) de al menos un mes, o al menos 2, 3, 4, 5 e incluso al menos<6>meses, es decir, las formulaciones presentan sustancialmente las mismas propiedades (por ejemplo, cualquiera de las propiedades descritas en el presente documento) tras el almacenamiento durante el período de tiempo indicado.

En algunas de cualquiera de las realizaciones descritas en el presente documento, una formulación de modelado blando como se describe en el presente documento se caracteriza por una estabilidad (estabilidad de período de validez) de al menos un mes, o al menos 2, 3, 4, 5 e incluso al menos<6>meses, es decir, las formulaciones presentan sustancialmente la misma apariencia (por ejemplo, color) tras el almacenamiento (por ejemplo, a temperatura ambiente) durante el período de tiempo indicado.

La estabilidad puede determinarse para objetos sin recubrimiento (impresos de una formulación blanda sometida a prueba en sí) o para objetos recubiertos (impresos con un recubrimiento de<0 , 8>mm de un material curable elastomérico (por ejemplo, la familia Agilus, por ejemplo, Agilus30™), impresos todos ellos con la impresora 3D Stratasys J750TM, y presentando una forma de cubo de 25 mm x 25 mm x 25 mm, pesando el objeto obtenido una vez se ha impreso, almacenando el objeto a 50 °C durante 7 días y volviendo a pesar, usando balanzas analíticas, para proporcionar el cambio de peso en % en peso, en relación con el peso inicial después de la impresión.

La estabilidad también puede medirse para un objeto cúbico recubierto con Agilus, impreso de una formulación sometida a prueba en sí, usando la impresora 3D Stratasys J750TM, que presenta unas dimensiones de 50 mm x 50 mm x 50 mm; pesando el objeto obtenido una vez se ha impreso, almacenando el objeto a 50 °C durante 3 días y volviendo a pesar, usando escalas analíticas. El cambio de peso se proporciona en % en peso, en relación con el peso inicial después de la impresión.

La estabilidad también se midió en términos de cambio de color a lo largo del tiempo, observando el cambio de color después de un período de 4 semanas a temperatura ambiente.

La estabilidad dimensional puede determinarse, por ejemplo, para objetos ovalados recubiertos de 60 x 24 x 18 mm recubiertos con una capa de 0,6 mm de un material curable elastomérico (por ejemplo, la familia Agilus, por ejemplo, Agilus30™), tras el almacenamiento a 50 °C durante varios días o a temperatura ambiente durante un mes, y observando distorsiones en el objeto tras el almacenamiento.

La adherencia después de la impresión puede determinarse, por ejemplo, cualitativamente, para un objeto impreso conformado como un cubo, aplicando al objeto un papel de seda y proporcionar una tasa en una escala de 0-3 como sigue: 3 para los casos en los que el papel de seda no pudo retirarse del objeto, y 0 para los casos en los que no se pegó ninguna fibra al objeto una vez que se ha retirado el papel de seda.

De acuerdo con algunas de cualquiera de las realizaciones descritas en el presente documento, la formulación de material blando es una formulación curable y, en algunas realizaciones, la formulación es curable al comprender materiales que son polimerizables cuando se exponen a una condición de curado (por ejemplo, energía de curado), como se describe en el presente documento. Ha de hacerse notar que, como se describe con detalle adicional en lo sucesivo en el presente documento, no todos los materiales en la formulación curable deberían ser curables para volver curable una formulación. Por lo tanto, en todo el presente documento, y con respecto a cualquier formulación descrita en el presente documento, una formulación se define como curable cuando al menos uno de los materiales en la formulación es curable o polimerizable, cuando se expone a una condición de curado.

De acuerdo con algunas de cualquiera de las realizaciones descritas en el presente documento, la formulación es una formulación sintética y no biológica, y se compone esencialmente de materiales sintéticos, como se define en el presente documento.

De acuerdo con algunas de cualquiera de las realizaciones descritas en el presente documento, la formulación comprende agua en una cantidad de menos del 10 %, o menos del<8>%, o menos del 5 %, o incluso menos, en peso, o está desprovista de, como se define en el presente documento, agua.

De acuerdo con algunas de cualquiera de las realizaciones descritas en el presente documento, la formulación es de tal modo que no forma un hidrogel cuando se expone a una condición de curado.

Como se usa en el presente documento y en la técnica, el término "hidrogel" describe un material que comprende una red fibrosa tridimensional como una fase sólida y una solución acuosa encerrada dentro de la red fibrosa. Un hidrogel incluye habitualmente al menos el 80 %, habitualmente al menos el 85 %, en peso, de agua.

Cualquier formulación que presenta la dureza Shore como se indica, preferiblemente en combinación con una o más de, preferiblemente todas, las otras características descritas en el presente documento, se contempla en el proceso de fabricación aditiva descrito en el presente documento.

De acuerdo con algunas realizaciones de cualquiera de las realizaciones descritas en el presente documento, una formulación de material de modelado blando comprende una combinación de materiales curables y material polimérico no curable.

En el presente documento, la locución "no curable" con respecto a un material en la formulación blanda significa que el material no se solidifica cuando se expone a una condición de curado en la que se solidifican los materiales curables. Un material no curable puede ser un material que está desprovisto de grupos polimerizables y/o reticulables, o puede incluir grupos polimerizables y/o reticulables, pero la polimerización y/o reticulación no se efectúa cuando se expone a una condición de curado en la que se solidifican los materiales curables.

En algunas realizaciones, el material no curable está desprovisto de grupos polimerizables y/o reticulables.

En lo sucesivo en el presente documento, se presentan formulaciones de material blando ilustrativas adecuadas para su uso en el contexto de las presentes realizaciones, y que cumplen con los requisitos de proceso, los requisitos de objeto (por ejemplo, como presentar una dureza de un tejido corporal blando como se describe en el presente documento), y son compatibles con una formulación elastomérica curable.

Tales formulaciones de modelado blando se obtienen manipulando el tipo y la cantidad del/de los material(es) no curable(s) y el tipo y la cantidad de materiales curables, de tal modo que se proporcionan propiedades tales como imprimibilidad, compatibilidad con otras formulaciones curables y rendimiento mecánico del objeto impreso.

De acuerdo con algunas de cualquiera de las realizaciones descritas en el presente documento, la formulación de material de modelado blando comprende materiales curables y materiales no curables, y una cantidad total de los materiales no curables varía de aproximadamente el 10 a aproximadamente el 49, o de aproximadamente el 10 a aproximadamente el 30, % en peso, del peso total de la formulación de modelado blando, incluyendo cualquier valor intermedio y subintervalo entre los mismos.

En algunas realizaciones, una cantidad total de los materiales poliméricos no curables varía del 20 al 40, o del 25 al 40, % en peso, del peso total de la formulación de modelado blando, incluyendo cualquier valor intermedio y subintervalo entre los mismos.

De acuerdo con algunas de cualquiera de las realizaciones descritas en el presente documento, la formulación de material de modelado blando comprende materiales curables y materiales no curables, y una relación de la cantidad total de los materiales curables y la cantidad del material polimérico no curable varía de 4:1 a 1,1:1, o de 3:1 a 2:1, incluyendo cualquier valor intermedio y subintervalo entre los mismos.

De acuerdo con algunas de cualquiera de las realizaciones descritas en el presente documento, una cantidad total de los materiales curables varía de aproximadamente el 55 a aproximadamente el 70 por ciento en peso, del peso total de la formulación de modelado blando, incluyendo cualquier valor intermedio y subintervalo entre los mismos.

De acuerdo con algunas de cualquiera de las realizaciones descritas en el presente documento, los materiales curables comprenden al menos un material curable monofuncional y al menos un material curable multifuncional.

De acuerdo con algunas de cualquiera de las realizaciones descritas en el presente documento, una cantidad del material curable monofuncional varía de aproximadamente el 50 % a aproximadamente el 89 % en peso del peso total de la formulación de material blando, incluyendo cualquier valor intermedio y subintervalo entre los mismos.

De acuerdo con algunas de cualquiera de las realizaciones descritas en el presente documento, una cantidad del material curable multifuncional varía de aproximadamente el<1>% a aproximadamente el<10>% en peso del peso total de la formulación de material blando, incluyendo cualquier valor intermedio y subintervalo entre los mismos.

De acuerdo con algunas de cualquiera de las realizaciones descritas en el presente documento, una formulación de material de modelado blando como se describe en el presente documento comprende un material curable monofuncional, un material curable multifuncional y un material polimérico no curable.

En algunas de cualquiera de las realizaciones descritas en el presente documento, la formulación comprende más del 50 %, en peso, de materiales curables, es decir, una cantidad total de los materiales curables monofuncionales y multifuncionales es de al menos el 51 %, en peso, del peso total de la formulación.

En algunas de cualquiera de las realizaciones descritas en el presente documento, una cantidad total de los materiales curables monofuncionales y multifuncionales varía del 51 % al 90 % o al 89 %, en peso y, en algunas realizaciones, varía del 55 % al 70 %, en peso, del peso total de la formulación, incluyendo cualquier valor intermedio y subintervalo entre los mismos.

En algunas de cualquiera de las realizaciones descritas en el presente documento, una cantidad total del/de los material(es) curable(s) monofuncional(es) varía del 50 % al 60 %, o del 55 % al 60 %, en peso, del peso total de la formulación, incluyendo cualquier valor intermedio y subintervalo entre los mismos.

En algunas de cualquiera de las realizaciones descritas en el presente documento, una cantidad total del/de los material(es) curable(s) multifuncional(es) varía del 3 % al 10 %, o del 5 % al 10 %, o es, por ejemplo, el 7 %, en peso, del peso total de la formulación, incluyendo cualquier valor intermedio y subintervalo entre los mismos.

En algunas de cualquiera de las realizaciones descritas en el presente documento, una cantidad total del material no curable varía del 10 % al 49 %, o del 20 % al 45 %, o del 25 % al 40 %, en peso, del peso total de la formulación, incluyendo cualquier valor intermedio y subintervalo entre los mismos.

En algunas de cualquiera de las realizaciones descritas en el presente documento, la formulación comprende:

un material curable monofuncional, como se describe en el presente documento en cualquiera de las realizaciones respectivas, en una cantidad del 50 al 89 por ciento en peso del peso total de la formulación, incluyendo cualquier valor intermedio y subintervalo entre los mismos;

un material polimérico no curable, como se describe en el presente documento en cualquiera de las realizaciones respectivas, en una cantidad que varía del 10 al 49 por ciento en peso del peso total de la formulación, incluyendo cualquier valor intermedio y subintervalo entre los mismos; y

un material curable multifuncional, como se describe en el presente documento en cualquiera de las realizaciones respectivas, en una cantidad que varía del<1>al<10>por ciento en peso del peso total de la formulación, incluyendo cualquier valor intermedio y subintervalo entre los mismos.

En algunas de cualquiera de las realizaciones descritas en el presente documento, una relación de la cantidad total de dichos materiales curables monofuncionales y multifuncionales y la cantidad de dicho material polimérico no curable varía de 4:1 a 1,1:1, o de 3:1 a 2:1, incluyendo cualquier valor intermedio y subintervalo entre los mismos.

En algunas de cualquiera de las realizaciones descritas en el presente documento, los materiales curables y/o no curables comprendidos en la formulación se seleccionan de tal modo que:

(i) el material polimérico no curable presenta un peso molecular de al menos 1000, o al menos 1500 o al menos<2 0 0 0>dalton; y/o

(ii) el material polimérico no curable presenta una Tg inferior a 0, o inferior a -10, o inferior a -20, °C; y/o (iii) al menos el 80 por ciento en peso de la cantidad total de los materiales curables monofuncionales y los multifuncionales incluyen materiales curables que presentan, cuando se han endurecido, una Tg inferior a 0, o inferior a -10, o inferior a -20, °C.

el material polimérico no curable presenta un peso molecular de al menos 1000, o al menos 1500 o al menos 2000 dalton; y el material polimérico no curable presenta una Tg inferior a 0, o inferior a -10, o inferior a -20, °C; y/o al menos el 80 por ciento en peso de la cantidad total de los materiales curables monofuncionales y los multifuncionales incluyen materiales curables que presentan, cuando se han endurecido, una Tg inferior a 0, o inferior a -10, o inferior a -20, °C.

En algunas de cualquiera de las realizaciones descritas en el presente documento, los materiales curables y/o no curables comprendidos en la formulación se seleccionan de tal modo que al menos el 80 por ciento en peso de la cantidad total de los materiales curables monofuncionales y los multifuncionales incluyen materiales curables que presentan, cuando se han endurecido, una Tg inferior a 0, o inferior a -10, o inferior a -20, °C. En algunas realizaciones de este tipo, al menos el 85 %, o al menos el 90 %, o al menos el 95 %, o el 100 %, en peso, del peso total de los materiales curables monofuncionales y multifuncionales incluyen materiales curables que presentan, cuando se han endurecido, una Tg inferior a 0, o inferior a -10, o inferior a -20, °C.

En algunas de cualquiera de las realizaciones descritas en el presente documento, los materiales curables y/o no curables comprendidos en la formulación se seleccionan de tal modo que al menos el 80 por ciento en peso de la cantidad total de los materiales curables monofuncionales y los multifuncionales, como se describe en el presente documento, incluyen materiales curables que presentan, cuando se han endurecido, una Tg inferior a -20 °C.

el material polimérico no curable presenta un peso molecular de al menos 1000, o al menos 1500 o al menos 2000 dalton, como se describe en el presente documento; y el material polimérico no curable presenta una Tg inferior a 0, o inferior a -10, o inferior a -20, °C, como se describe en el presente documento; y al menos el 80 por ciento en peso de la cantidad total de los materiales curables monofuncionales y los multifuncionales, como se describe en el presente documento, incluyen materiales curables que presentan, cuando se han endurecido, una Tg inferior a -20 °C.

el material polimérico no curable presenta un peso molecular de al menos<2 0 0 0>dalton, como se describe en el presente documento; el material polimérico no curable presenta una Tg inferior a -20 °C, como se describe en el presente documento; y al menos el 80 por ciento en peso de la cantidad total de los materiales curables monofuncionales y los multifuncionales, como se describe en el presente documento, incluyen materiales curables que presentan, cuando se han endurecido, una Tg inferior a 0, o inferior a -10, o inferior a -20, °C, como se describe en el presente documento.

En todo el presente documento, "Tg" se refiere a la temperatura de transición vítrea definida como la ubicación del máximo local de la curva E", en donde E" es el módulo de pérdida del material como una función de la temperatura.

En términos generales, a medida que la temperatura se eleva dentro de un intervalo de temperaturas que contiene la temperatura Tg, el estado de un material, particularmente un material polimérico, cambia gradualmente de un estado vítreo a un estado gomoso.

En el presente documento, El "intervalo de Tg" es un intervalo de temperatura en el que el valor E" es al menos la mitad de su valor (por ejemplo, puede ser hasta su valor) a la temperatura Tg como se define anteriormente.

Sin pretender quedar ligado a teoría alguna, se supone que el estado de un material polimérico cambia gradualmente del estado vítreo al estado gomoso dentro del intervalo de Tg como se ha definido anteriormente. En el presente documento, el término "Tg" se refiere a cualquier temperatura dentro del intervalo de Tg como se define en el presente documento.

En el presente documento, la locución "peso molecular", abreviada como PM, cuando se hace referencia a un material polimérico, se refiere al valor conocido en la técnica como Pm, que describe el peso molecular promedio en peso del material polimérico.

En todo el presente documento, siempre que la locución "por ciento en peso", o "% en peso" o "% en peso", se indica en el contexto de las realizaciones de una formulación de modelado, se quiere decir por ciento en peso del peso total de la formulación de modelado sin curar respectiva.

El material polimérico no curable:

En algunas de cualquiera de las realizaciones descritas en el presente documento, el material no curable presenta un peso molecular de al menos 500, o al menos 1000, o al menos 1500 o al menos 2000 dalton, por ejemplo, un peso molecular que varía de 500 a 4000, o de 900 a 4000, preferiblemente de 1000 a 4000, o de 1500 a 4000 o, más preferiblemente de 2000 a 4000, o de 2500 a 4000, o de 1500 a 3500, dalton, incluyendo cualquier valor intermedio y subintervalo entre los mismos.

En algunas de cualquiera de las realizaciones descritas en el presente documento, el material no curable presenta una Tg inferior a 0, o inferior a -10, o inferior a -20, °C, por ejemplo, una Tg en el intervalo de 0 a -40 °C, o de -20 a -40 °C, incluyendo cualquier valor intermedio y subintervalo entre los mismos.

En algunas de cualquiera de las realizaciones descritas en el presente documento, el material no curable presenta un peso molecular de al menos 1000, o al menos 1500 o al menos 2000 dalton, como se describe en el presente documento; y una Tg inferior a 0, o inferior a -10, o inferior a -20, °C, como se describe en el presente documento.

En algunas realizaciones, el material no curable presenta esencialmente las mismas propiedades (por ejemplo, el peso molecular y/o la Tg) en la formulación de material de modelado y en el material endurecido (blando) obtenido tras el curado.

Como se usa en el presente documento, el término "polimérico", con referencia a un material, abarca polímeros y copolímeros, incluyendo copolímeros de bloque.

En el presente documento, el término "copolímero de bloque" describe un copolímero que consiste en alternar regular o estadísticamente dos o más bloques de homopolímero diferentes que difieren en cuanto a su composición o estructura. Cada bloque de homopolímero en un copolímero de bloque representa monómeros polimerizados de un tipo.

Los materiales poliméricos que presentan el PM y/o la Tg mencionados anteriormente incluyen, por ejemplo, polímeros o copolímeros de bloque que comprenden uno o más poli(alquilenglicoles), como se define en el presente documento, incluyendo, por ejemplo, poli(etilenglicol), polipropilenglicol) y copolímeros de bloque de los mismos (por ejemplo, copolímeros de bloque Pluronic®).

En algunas de cualquiera de las realizaciones descritas en el presente documento, el material polimérico no curable comprende polipropilenglicol.

En algunas realizaciones, el material polimérico no curable es poli(propilenglicol) y, en algunas realizaciones, es un polipropilenglicol que tiene un PM de aproximadamente 2000 dalton o superior (por ejemplo, 2000, 2200, 2400, 2500, 2600, 2800 o 3000, dalton, o cualquier valor intermedio entre estos valores, o de un Pm más alto).

En algunas realizaciones, el material polimérico no curable es un copolímero de bloque que comprende al menos un bloque de polipropilenglicol.

En algunas realizaciones, el material polimérico no curable es un copolímero de bloque que comprende uno o más bloque(s) de polipropilenglicol y uno o más bloque(s) de polietilenglicol. Tal copolímero de bloque puede estar compuesto, por ejemplo, por PEG-PPG-PEG, o por PEG-PPG, o por PEG-PPG-p Eg -PPG, o por p Pg -Pe G-PPG, o por cualquier otro número de bloques, en cualquier combinación y en cualquier orden.

En algunas de estas realizaciones, una cantidad total de poli(etilenglicol) en el copolímero de bloque no es superior al<10>por ciento en peso.

Por lo tanto, por ejemplo, en los copolímeros de bloque ilustrativos enumerados anteriormente en el presente documento, la longitud de los bloques de PEG es de tal modo que la cantidad total de PEG no es más del 10 % en peso. Como un ejemplo representativo y no limitante, un copolímero de bloque de PEG-PPG-PEG de acuerdo con estas realizaciones comprende PEG (A % en peso)-PPG (B % en peso)-PEG (C % en peso), en donde A C < 10 y B > 90, respectivamente, por ejemplo, A C = 10 y B = 90, o en donde A C = 7 y B = 93, o en donde A C = 5 y B = 95. De forma similar, un copolímero de bloque de PPG-PEG-PPG comprende PPG (A % en peso)-PEG (B % en peso)-PPG (C % en peso), en donde A C > 90 y B < 10, respectivamente, por ejemplo, A C = 90 y B = 10, o en donde A C = 93 y B = 7, o en donde A C = 95 y B = 5.

En algunas de cualquiera de las realizaciones descritas en el presente documento, el copolímero de bloque tiene un PM de al menos 2000 dalton.

En algunas de cualquiera de las realizaciones descritas en el presente documento para un copolímero de bloque de PEG y PPG, una relación del número de bloques de polipropilenglicol y el número de bloques de polietilenglicol es al menos 1,2:1, o al menos 1,5:1 o al menos 2:1. Un copolímero de bloque ilustrativo de este tipo es PPG-PEG-PPG. Otro copolímero de bloque ilustrativo es PPG-PEG-PPG-PEG-PPG.

Como alternativa, o además, en algunas de cualquiera de las realizaciones descritas en el presente documento para un copolímero de bloque de PEG y PPG, una relación del número total de unidades de estructura principal de polipropilenglicol y el número total de unidades de estructura principal de polietilenglicol en el copolímero de bloque es al menos 2:1, o al menos 3:1 o al menos 4:1, o al menos 5:1, o al menos 6:1. Un copolímero de bloque ilustrativo de este tipo es el copolímero PEG-PPG-PEG, o PEG-PPG-PEG-PPG, o PEG-PPG-PEG-PPG-PEG, que presenta una relación de este tipo.

En algunas de cualquiera de las realizaciones descritas en el presente documento, el material no curable se caracteriza por una solubilidad baja (por ejemplo, inferior al<2 0>% o inferior al<10>%, o inferior), o insolubilidad, en agua.

En el contexto de estas realizaciones, la locución "solubilidad en agua" describe el % en peso de un material polimérico que se añade a<1 00>gramos de agua antes de que la solución se vuelva turbia (no transparente).

En algunas de cualquiera de las realizaciones descritas en el presente documento, el material no curable se caracteriza por una miscibilidad baja (por ejemplo, inferior al<2 0>% o inferior al<10>%, o inferior), o es inmiscible, en agua.

El material polimérico monofuncional:

En algunas de cualquiera de las realizaciones descritas en el presente documento, el material curable monofuncional presenta, cuando se ha endurecido, una Tg inferior a -10, o inferior a -20 °C, por ejemplo, una Tg en el intervalo de 0 a -40 °C, o de -20 a -40 °C, incluyendo cualquier valor intermedio y subintervalo entre los mismos.

En algunas de cualquiera de las realizaciones descritas en el presente documento, los materiales curables monofuncionales utilizables en el contexto de las presentes realizaciones pueden representarse por la Fórmula:

P - R

en donde P es un grupo polimerizable y R es un hidrocarburo, como se describe en el presente documento, opcionalmente sustituido con uno o más sustituyentes como se describe en el presente documento, y más opcionalmente, interrumpido con uno o más heteroátomos.

En algunas de cualquiera de las realizaciones descritas en el presente documento, P es un grupo fotopolimerizable y, en algunas realizaciones, es un grupo curable por UV, de tal modo que el material curable es fotopolimerizable o curable por UV. En algunas realizaciones, P es un grupo acrílico polimerizable tal como acrilato, metacrilato, acrilamida o metacrilamida, y tales materiales curables pueden representarse colectivamente por la Fórmula A:

en donde al menos uno de R<1>y R<2>es y/o comprende un hidrocarburo, como se describe en el presente documento. El grupo (=CH<2>) en la Fórmula I representa un grupo polimerizable y es, de acuerdo con algunas realizaciones, un grupo curable por UV, de tal modo que el material curable monofuncional es un material curable por UV.

En algunas realizaciones, R<1>es un carboxilato y R<2>es hidrógeno, y el compuesto es un acrilato monofuncional. En algunas realizaciones, R<1>es un carboxilato y R<2>es metilo, y el compuesto es metacrilato monofuncional. Los materiales curables en los que R<1>es carboxilato y R<2>es hidrógeno o metilo se denominan colectivamente en el presente documento "(met)acrilatos".

En algunas de cualquiera de estas realizaciones, el grupo carboxilato se representa como -C(=O)-ORa, y Ra es un hidrocarburo como se describe en el presente documento.

En algunas realizaciones, R<1>es amida y R<2>es hidrógeno, y el compuesto es una acrilamida monofuncional. En algunas realizaciones, Ri es amida y R<2>es metilo, y el compuesto es una metacrilamida monofuncional. Los materiales curables en los que R<1>es amida y R<2>es hidrógeno o metilo se denominan colectivamente en el presente documento "(met)acrilamida".

En algunas de cualquiera de estas realizaciones, el grupo amida se representa como -C(=O)-NRbRa, y Ra y Rb se seleccionan cada uno independientemente de hidrógeno e hidrocarburo, siendo al menos uno un hidrocarburo como se describe en el presente documento.

Los (met)acrilatos y (met)acrilamidas se denominan colectivamente en el presente documento materiales (met)acrílicos.

Cuando uno o ambos de R<1>y R<2>comprenden un resto polimérico u oligomérico, el compuesto curable monofuncional de Fórmula A es un material curable monofuncional polimérico u oligomérico ilustrativo, respectivamente. De lo contrario, es un material curable monofuncional monomérico ilustrativo.

En general, la composición química del hidrocarburo (R es la Fórmula P - R, o Ra / Rb, si está presente, en la Fórmula A) determina si el material curable y el material endurecido formado del mismo, es hidrófilo, hidrófobo o anfifílico.

Como se usa en todo el presente documento, el término "hidrófilo" describe una propiedad física de un material o una porción de un material (por ejemplo, un grupo químico en un compuesto) que da cuenta de la formación transitoria de un(os) enlace(s) con moléculas de agua, habitualmente a través de la formación de enlaces de hidrógeno.

Los materiales hidrófilos se disuelven más fácilmente en agua que en aceite u otros disolventes hidrófobos. Los materiales hidrófilos pueden determinarse por, por ejemplo, tener un LogP inferior a 0,5, cuando el LogP se determina en las fases de octanol y agua.

Puede determinarse, como alternativa, o además, que los materiales hidrófilos presentan un equilibrio de lipofilicidad/hidrofilicidad (HLB), de acuerdo con el método de Davies, de al menos 10, o de al menos 12.

Como se usa en todo el presente documento, el término "anfifílico" describe una propiedad de un material que combina tanto la hidrofilicidad, como se describe en el presente documento para materiales hidrófilos, e hidrofobicidad o lipofilicidad, como se define en el presente documento para materiales hidrófobos.

Los materiales anfifílicos comprenden habitualmente tanto grupos hidrófilos como se define en el presente documento como grupos hidrófobos, como se define en el presente documento, y son sustancialmente solubles tanto en agua como en un disolvente inmiscible en agua (aceite).

Los materiales anfifílicos pueden determinarse por, por ejemplo, tener un LogP de 0,8 a 1,2, o de aproximadamente 1, cuando el LogP se determina en las fases de octanol y agua.

Puede determinarse, como alternativa, o además, que los materiales anfifílicos presentan un equilibrio de lipofilicidad/hidrofilicidad (HLB), de acuerdo con el método de Davies, de 3 a 12, o 3 a 9.

Un material hidrófilo o una porción hidrófila de un material (por ejemplo, un grupo químico en un compuesto) es uno que habitualmente está polarizado por carga y es capaz de formar enlaces de hidrógeno.

Los materiales anfifílicos comprenden habitualmente uno o más grupos hidrófilos (por ejemplo, un grupo polarizado por carga), además de grupos hidrófobos.

Los materiales o grupos hidrófilos, y los materiales anfifílicos, incluyen habitualmente uno o más heteroátomos donantes de electrones que forman enlaces de hidrógeno fuertes con moléculas de agua. Tales heteroátomos incluyen, pero sin limitación, oxígeno y nitrógeno. Preferiblemente, una relación del número de átomos de carbono a un número de heteroátomos en materiales o grupos hidrófilos es<10 : 1>o inferior, y puede ser, por ejemplo,<8>:<1>, más preferiblemente 7:1,6:1, 5:1 o 4:1, o inferior. Ha de hacerse notar que la hidrofilicidad y la anfifilicidad de los materiales y grupos pueden resultar también de una relación entre restos hidrófobos e hidrófilos en el material o grupo químico, y no depende únicamente de la relación indicada anteriormente.

Un material hidrófilo o anfifílico puede tener uno o más grupos o restos hidrófilos. Los grupos hidrófilos son habitualmente grupos polares, que comprenden uno o más heteroátomos donantes de electrones, tales como oxígeno y nitrógeno.

Los grupos hidrófilos ilustrativos incluyen, pero sin limitación, un heteroátomo donante de electrones, un carboxilato, un tiocarboxilato, oxo (=O), una amida lineal, hidroxi, un alcoxi (C1-4), un alcohol (C1-4), un heteroalicíclico (por ejemplo, que tiene una relación de átomos de carbono a heteroátomos como se define en el presente documento), un carboxilato cíclico tal como lactona, una amida cíclica tal como lactama, un carbamato, un tiocarbamato, un cianurato, un isocianurato, un tiocianurato, urea, tiourea, un alquilenglicol (por ejemplo, etilenglicol o propilenglicol) y un resto polimérico u oligomérico hidrófilo, como se definen estas expresiones posteriormente en el presente documento, y cualquier combinación de los mismos (por ejemplo, un grupo hidrófilo que comprende dos o más de los grupos hidrófilos indicados).

En algunas realizaciones, el grupo hidrófilo es, o comprende, un heteroátomo donante de electrones, un carboxilato, un heteroalicíclico, un alquilenglicol y/o un resto oligomérico hidrófilo.

Un resto o grupo anfifílico comprende habitualmente uno o más grupos hidrófilos como se describe en el presente documento y uno o más grupos hidrófobos o, puede ser un grupo o resto que contiene heteroátomos en el que la relación del número de átomos de carbono al número de heteroátomos da cuenta de la anfifilicidad.

Un material curable monofuncional hidrófilo o anfifílico de acuerdo con algunas realizaciones de la presente invención puede ser un acrilato hidrófilo representado por la Fórmula A1:

en donde Ri y R<2>son como se define en el presente documento y al menos uno de Ri y R<2>es y/o comprende un resto o grupo hidrófilo o anfifílico, como se define en el presente documento.

En algunas de cualquiera de estas realizaciones, el grupo carboxilato, -C(=O)-ORa, comprende Ra que es un resto o grupo hidrófilo o anfifílico, como se define en el presente documento. Los grupos Ra ilustrativos en el contexto de estas realizaciones incluyen, pero sin limitación, grupos heteroalicíclicos (que tienen una relación de<10 : 1>u<8 : 1>o<6 : 1>o 5:1 o inferior de átomos de carbono a heteroátomos donantes de electrones, tales como morfolina, tetrahidrofurano, oxalidina y similares), hidroxilo, alcoxi C(1-4), tiol, alquilenglicol o un resto polimérico u oligomérico hidrófilo o anfifílico, como se describe en el presente documento. Un acrilato monofuncional monomérico hidrófilo ilustrativo es acriloil morfolina (ACMO).

Los materiales curables monofuncionales oligoméricos hidrófilos o anfifílicos ilustrativos incluyen, pero sin limitación, un derivado oligómero de uretano mono-(met)acrilado de polietilenglicol, un oligómero de poliol mono-(met)acrilado, un oligómero mono-(met)acrilado que tiene sustituyentes hidrófilos, un polietilenglicol mono-(met)acrilado (por ejemplo, metoxipolietilenglicol) y un acrilato de monouretano.

En algunas realizaciones, Ra en la Fórmula A1 es o comprende un poli(alquilenglicol), como se define en el presente documento.

En algunas realizaciones, Ra en la Fórmula A1 comprende tanto un grupo o resto anfifílico como un grupo o resto hidrófobo, como se describe en el presente documento. Tales materiales se denominan en el presente documento materiales curables anfifílicos que comprenden un resto o grupo hidrófobo.

Como se usa en todo el presente documento, el término "hidrófobo" describe una propiedad física de un material o una porción de un material (por ejemplo, un grupo químico o resto en un compuesto) que da cuenta de la falta de formación transitoria de un(os) enlace(s) con moléculas de agua y, por lo tanto, de la inmiscibilidad en agua, y es miscible o soluble en hidrocarburos.

Un material hidrófobo o una porción hidrófoba de un material (por ejemplo, un grupo químico o resto en un compuesto) es uno que habitualmente no está cargado o no está polarizado por carga y no tiende a formar enlaces de hidrógeno. Los materiales o grupos hidrófobos incluyen habitualmente uno o más de un alquilo, cicloalquilo, arilo, alcarilo, alqueno, alquinilo y similares, que o bien no están sustituidos o bien que, cuando están sustituidos, están sustituidos con uno o más de alquilo, cicloalquilo, arilo, alcarilo, alquenilo, alquinilo y similares, o por otros sustituyentes, tales como sustituyentes que contienen átomos donantes de electrones, pero una relación del número de átomos de carbono a un número de heteroátomos en materiales o grupos hidrófobos es al menos<1 0>:<1>, y puede ser, por ejemplo,<1 2>:<1>, más preferiblemente 15:1, 16:1, 18:1 o 20:1, o superior.

Los materiales hidrófobos se disuelven más fácilmente en aceite que en agua u otros disolventes hidrófilos. Los materiales hidrófobos pueden determinarse por, por ejemplo, tener un LogP superior a 1, cuando el LogP se determina en las fases de octanol y agua.

Puede determinarse, como alternativa, o además, que los materiales hidrófobos presentan un equilibrio de lipofilicidad/hidrofilicidad (HLB), de acuerdo con el método de Davies, inferior a 9, preferiblemente inferior a<6>.

Un material hidrófobo h puede tener uno o más grupos o restos hidrófobos que vuelven hidrófobo el material. Tales grupos o restos son habitualmente grupos no polares, como se ha descrito anteriormente en el presente documento. En algunas realizaciones, el grupo o resto hidrófobo es, o comprende, un hidrocarburo, como se define en el presente documento, preferiblemente de al menos<6>átomos, tal como una cadena de alquileno de, por ejemplo, al menos<6>átomos de carbono de longitud. Cuando el hidrocarburo está sustituido con o interrumpido por heteroátomos o grupos que contienen heteroátomos, es aplicable la relación indicada anteriormente entre el número de átomos de carbono y heteroátomos.

Un material curable monofuncional hidrófobo de acuerdo con algunas realizaciones de la presente invención puede ser un acrilato hidrófobo representado por la Fórmula A2:

en donde R<1>y R<2>son como se define en el presente documento y al menos uno de R<1>y R<2>es y/o comprende un grupo o resto hidrófobo, como se define en el presente documento.

En algunas de cualquiera de estas realizaciones, el grupo carboxilato, -C(=O)-ORa, comprende Ra, que es un grupo hidrófobo, como se define en el presente documento. Los acrilatos monofuncionales monoméricos hidrófobos ilustrativos incluyen acrilato de isodecilo, acrilato de laurilo, acrilato de estearilo, acrilato de linolenilo, acrilato de bisfenilo y similares.

En algunas realizaciones, Ra en la Fórmula A2 es o comprende una cadena de alquileno de al menos<6>átomos de carbono de longitud, preferiblemente no sustituida.

En algunas de cualquiera de las realizaciones descritas en el presente documento, el material curable monofuncional comprende un material curable monofuncional hidrófobo.

En algunas de estas realizaciones, el material curable monofuncional hidrófobo es un acrilato monofuncional hidrófobo, que también se denomina en el presente documento "acrilato monofuncional de tipo II".

En algunas de cualquiera de las realizaciones descritas en el presente documento, el material curable monofuncional comprende un material curable monofuncional hidrófilo o anfifílico.

En algunas de cualquiera de las realizaciones descritas en el presente documento, el material curable monofuncional comprende un material curable monofuncional anfifílico.

En algunas de estas realizaciones, el material curable monofuncional anfifílico es un acrilato monofuncional anfifílico que no comprende un grupo hidrófobo como se describe en el presente documento, que también se denomina en el presente documento "acrilato monofuncional de tipo I".

En algunas de cualquiera de las realizaciones descritas en el presente documento, el material curable monofuncional comprende un material curable monofuncional anfifílico que comprende un resto o grupo hidrófobo como se describe en el presente documento, que también se denomina en el presente documento "acrilato monofuncional de tipo II". En algunas de cualquiera de las realizaciones descritas en el presente documento, el material curable monofuncional comprende una combinación de un material curable monofuncional anfifílico y un material curable monofuncional hidrófobo (por ejemplo, una combinación de acrilato monofuncional de tipo I y un acrilato monofuncional de tipo II). En algunas de estas realizaciones, una relación en peso del material curable monofuncional anfifílico y el material curable monofuncional hidrófobo puede variar de 2:1 a 1:2, y preferiblemente varía de 2:1 a 1:1 o de 1,5:1 a 1:1, o de 1,5:1 a 1,1:1, incluyendo cualquier valor intermedio y subintervalo entre cualquiera de los anteriores.

En algunas de cualquiera de las realizaciones descritas en el presente documento, el material curable monofuncional comprende una combinación de un acrilato monofuncional hidrófobo y un acrilato monofuncional anfifílico que comprende un grupo hidrófobo como se describe en el presente documento (por ejemplo, una combinación de dos acrilatos monofuncionales de tipo II).

En algunas de estas realizaciones, una relación en peso del material curable monofuncional anfifílico y el material curable monofuncional hidrófobo puede variar de 2:1 a 1:2, y preferiblemente varía de 2:1 a 1:1 o de 1,5:1 a 1:1, o de

1,5:1 a 1,1:1, incluyendo cualquier valor intermedio y subintervalo entre cualquiera de los anteriores.

En algunas de cualquiera de las realizaciones descritas en el presente documento, el material curable monofuncional comprende un acrilato monofuncional anfifílico que comprende un grupo hidrófobo como se describe en el presente documento (por ejemplo, un acrilato monofuncional de tipo II).

En algunas de cualquiera de las realizaciones descritas en el presente documento, el material curable monofuncional es de tal modo que presenta, cuando se ha endurecido, una Tg inferior a 0 °C, preferiblemente inferior a -10 °C, o inferior a -20 °C, o inferior, por ejemplo, que varía de -20 a -70 °C. En casos en los que el material curable monofuncional comprende una combinación de dos o más materiales, al menos uno de estos materiales presenta, cuando se ha endurecido, una Tg baja como se describe en el presente documento, y opcional y preferiblemente, todos los materiales presentan una Tg de este tipo.

En lo sucesivo en el presente documento, se describen realizaciones adicionales de materiales curables monofuncionales.

El material curable multifuncional:

Como se describe en el presente documento, los materiales curables multifuncionales son materiales curables monoméricos, oligoméricos o poliméricos que presentan dos o más grupos polimerizables. Tales materiales también se denominan en el presente documento agentes de reticulación.

De acuerdo con algunas de cualquiera de las realizaciones descritas en el presente documento, el material curable multifuncional es un material curable difuncional. Tales materiales proporcionan un grado de reticulación bajo y, por lo tanto, proporcionan una dureza más baja del material endurecido.

De acuerdo con algunas de cualquiera de las realizaciones descritas en el presente documento, el material curable multifuncional presenta, cuando se ha endurecido, una Tg inferior a -10, o inferior a -20 °C, y puede estar, por ejemplo, en un intervalo de -10 a -70 °C.

Un material curable multifuncional ilustrativo de acuerdo con algunas realizaciones de la presente invención puede representarse por la Fórmula B:

Fórmula B

en donde:

cada uno de R<3>, R<4>y R<5>es independientemente hidrógeno o un alquilo C(1-4);

L<1>es un resto de enlace, un resto o unidad de ramificación (en caso de que n sea mayor que<1>) o está ausent L<2>es un resto de enlace, un resto o unidad de ramificación (en caso de que k no sea 0) o está ausente; L<3>es un resto de enlace, un resto o unidad de ramificación (en caso de que m sea mayor 1) o está ausente; cada uno de P<1>y P<2>es independientemente un hidrocarburo, o un grupo o resto oligomérico o polimérico, como se definen estos términos en el presente documento, o está ausente;

cada uno de X<1>, X<2>y X<3>es independientemente un carboxilato, una amida, o está ausente; y

cada uno de n, m y k es 0, 1, 2, 3 o 4,

siempre que n m k sea al menos<2>.

Los materiales curables multifuncionales de Fórmula B en los que uno, dos o todos de X<1>, X<2>y X3, cuando están presentes, es un carboxilato, son acrilatos multifuncionales. Cuando uno o más de R3, R4y R5, cuando están presentes, es metilo, los materiales curables son metacrilatos multifuncionales.

Los materiales curables multifuncionales en los que uno, dos o todos de X<1>, X<2>y X3, cuando están presentes, es carboxilato, puede incluir una combinación de restos funcionales de acrilato y metacrilato.

En algunas realizaciones, el material curable multifuncional de acrilato o metacrilato es monomérico, de tal modo que ninguno de Pi y P<2>es un resto polimérico u oligomérico. En algunas de estas realizaciones, uno o ambos de P<1>y P<2>es un grupo hidrófilo o anfifílico como se describe en el presente documento, por ejemplo, un alquilenglicol, o cualquier otro grupo de enlace hidrófilo o anfifílico, o es un resto hidrocarbonado sustituido o no sustituido de cadena corta (por ejemplo, de<1 - 6>átomos de carbono), como se define en el presente documento.

En algunas realizaciones, uno o ambos de P<1>y P<2>es un resto polimérico u oligomérico como se define en el presente documento, y el compuesto curable es un material curable multifuncional oligomérico, por ejemplo, un acrilato o metacrilato multifuncional oligomérico, como se describe en el presente documento para X<1>, X<2>y/o X<3>. Si tanto P<1>como P<2>están presentes, L<2>puede ser, por ejemplo, un resto de enlace tal como un hidrocarburo, que comprende alquilo, cicloalquilo, arilo y cualquier combinación de los mismos. Los materiales curables ilustrativos de este tipo incluyen diacrilato de polietilenglicol etoxilado o metoxilado y diacrilato de bisfenol A etoxilado.

Otros ejemplos no limitantes incluyen diacrilato de polietilenglicol, dimetacrilato de polietilenglicol, uretano diacrilato de polietilenglicol-polietilenglicol, un oligouretano acrilado y un oligómero de poliol parcialmente acrilado.

En algunas realizaciones, uno o más de P<1>y P<2>es, o comprende, un resto de poli(alquilenglicol), como se define en el presente documento.

Los acrilatos multifuncionales ilustrativos se describen en la sección de Ejemplos que sigue.

En algunas de cualquiera de las realizaciones descritas en el presente documento, el/los material(es) curable(s) monofuncional(es) y el/los material(es) curable(s) multifuncional(es) son curables cuando se exponen a la misma condición de curado.

En algunas realizaciones, el/los material(es) curable(s) monofuncional(es) y el/los material(es) curable(s) multifuncional(es) son ambos fotopolimerizables y, en algunas realizaciones, ambos son curables por UV.

En algunas realizaciones, el/los material(es) curable(s) monofuncional(es) y el/los material(es) curable(s) multifuncional(es) son ambos compuestos acrílicos y, en algunas realizaciones, ambos son (met)acrilatos o ambos son acrilatos.

Iniciadores:

En algunas de cualquiera de las realizaciones descritas en el presente documento, la formulación de material de modelado blando comprende además uno o más agentes que promueven la polimerización de los materiales curables, y se denominan en el presente documento iniciadores.

En algunas de cualquiera de las realizaciones descritas en el presente documento, los materiales curables como se describe en el presente documento y un iniciador forman conjuntamente un sistema curable. Un sistema de este tipo puede comprender además un inhibidor, como se describe en lo sucesivo en el presente documento.

Ha de hacerse notar que los compuestos/agentes que forman una parte de un sistema curable, incluso si no son curables por sí mismos, no se consideran en el presente documento como materiales no curables, y mucho menos materiales poliméricos no curables como se describe en el presente documento.

En algunas de cualquiera de las realizaciones descritas en el presente documento, un "sistema curable" comprende uno o más materiales curables y, opcionalmente, uno o más iniciadores y/o catalizadores para iniciar el curado de los materiales curables y, más opcionalmente, una o más condiciones (también denominadas en el presente documento condiciones de curado) para inducir el curado, como se describe en el presente documento.

Los uno o más iniciadores se seleccionan de acuerdo con los materiales curables seleccionados. Habitualmente, los iniciadores se seleccionan adicionalmente de acuerdo con el tipo de polimerización de los materiales curables. Por ejemplo, se selecciona un iniciador de radicales libres para iniciar una polimerización por radicales libres (por ejemplo, como en el caso de los materiales curables acrílicos); un iniciador catiónico se selecciona para iniciar una polimerización catiónica, y así sucesivamente. Además, los fotoiniciadores se usan en caso de que uno o más de los materiales curables sean fotopolimerizables.

En algunas de cualquiera de las realizaciones descritas en el presente documento, el sistema curable es un sistema fotocurable y el iniciador es un fotoiniciador.

En algunas realizaciones, el sistema curable comprende compuestos acrílicos y el fotoiniciador es un fotoiniciador de radicales libres.

Un fotoiniciador de radicales libres puede ser cualquier compuesto que produzca un radical libre al exponerse a radiación tal como radiación ultravioleta o visible y que, por lo tanto, inicie una reacción de polimerización. Los ejemplos no limitantes de fotoiniciadores adecuados incluyen benzofenonas (cetonas aromáticas) tales como benzofenona, metil benzofenona, cetona de Michler y xantonas; fotoiniciadores de tipo óxido de acilfosfina tales como óxido de 2,4,6-trimetilbenzolidifenilfosfina (TMPO), óxido de 2,4,6-trimetilbenzoiletoxifenilfosfina (TEPO) y óxidos de bisacilfosfina (BAPO); benzoínas y éteres alquílicos de bezoína tales como benzoína, éter metílico de benzoína y éter isopropílico de benzoína y similares. Ejemplos de fotoiniciadores son alfa-amino cetona y óxido de bisacilfosfina (BAPO). Otros ejemplos incluyen fotoiniciadores de la familia Irgacure®.

Un fotoiniciador de radicales libres puede usarse solo o en combinación con un coiniciador. Los coiniciadores se usan con iniciadores que necesitan una segunda molécula para producir un radical que sea activo en los sistemas de radicales libres fotocurables. La benzofenona es un ejemplo de un fotoiniciador que requiere una segunda molécula, tal como una amina, para producir un radical libre. Después de absorber la radiación, la benzofenona reacciona con una amina ternaria por extracción de hidrógeno, para generar un radical alfa-amino que inicia la polimerización de acrilatos. Un ejemplo no limitante de una clase de coiniciadores son alcanolaminas tales como trietilamina, metildietanolamina y trietanolamina.

En algunas de cualquiera de las realizaciones descritas en el presente documento, las formulaciones de material de modelado comprenden un sistema curable por radicales libres y comprenden además un inhibidor de radicales, para evitar o ralentizar la polimerización y/o el curado antes de exponerse a la condición de curado.

En algunas de cualquiera de las realizaciones descritas en el presente documento, el sistema curable polimerizable o curado a través de polimerización catiónica, y también se denominan en el presente documento sistemas polimerizables catiónicos o curables catiónicos.

En algunas realizaciones, un material polimerizable catiónico es polimerizable o curable por exposición a radiación. Los sistemas que comprenden un material de este tipo pueden denominarse sistemas catiónicos fotopolimerizables o sistemas catiónicos fotoactivables.

En algunas realizaciones, un sistema curable catiónico comprende además un iniciador catiónico, que produce cationes para iniciar la polimerización y/o el curado.

En algunas realizaciones, el iniciador es un fotoiniciador catiónico, que produce cationes cuando se expone a radiación.

Los fotoiniciadores catiónicos adecuados incluyen, por ejemplo, compuestos que forman ácidos apróticos o ácidos de Bronsted tras la exposición a luz ultravioleta y/o visible suficiente para iniciar la polimerización. El fotoiniciador usado puede ser un único compuesto, una mezcla de dos o más compuestos activos, o una combinación de dos o más compuestos diferentes, es decir, coiniciadores. Los ejemplos no limitantes de fotoiniciadores catiónicos adecuados incluyen sales de arildiazonio, sales de diarilyodonio, sales de triarilsulfonio, sales de triarilselenonio y similares. Un fotoiniciador catiónico ilustrativo es una mezcla de sales de hexafluoroantimonato de triarilsolfonio.

Los ejemplos no limitantes de fotoiniciadores catiónicos adecuados incluyen hexafluoroantimonato de P-(octiloxifenil)fenilyodonio UVACURE 1600 de Cytec Company (EE. UU.), (4-metilfenil)(4-(2-metilpropil)fenil)-hexafluorofosfato de yodonio conocido como Irgacure 250 o Irgacure 270 disponible de Ciba Specialty Chemicals (Suiza), sales de hexafluoroantimonato de arilsulfonio mixtas conocidas como UVI 6976 y 6992 disponibles de Lambson Fine Chemicals (Inglaterra), hexafluoroantimonato de diarilyodonio conocido como PC 2506 disponible de Polyset Company (EE. UU.), tetrakis (pentafluorofenil) borato de (tolilcumil) yodonio conocido como fotoiniciador Rhodorsil® 2074 disponible de Bluestar Silicones (EE. UU.), bis(4-dodecilfenil)-(OC-6-11)-hexafluoroantimoniato de yodonio conocido como Tego PC 1466 de Evonik Industries AG (Alemania).

En algunas de cualquiera de las realizaciones descritas en el presente documento, una cantidad de un iniciador (por ejemplo, fotoiniciador de radicales libres) varía del 1 al 5, o del 1 al 3, por ciento en peso, incluyendo cualquier valor intermedio y subintervalo entre los mismos. En realizaciones ilustrativas, una combinación de dos o más iniciadores (por ejemplo, fotoiniciadores) y una cantidad de cada uno varía del 1 al 3, por ciento en peso.

Componentes adicionales:

De acuerdo con algunas de cualquiera de las realizaciones descritas en el presente documento, la formulación de material de modelado blando comprende además componentes no curables adicionales, tales como, por ejemplo, inhibidores, tensioactivos, dispersantes, colorantes (agentes colorantes), estabilizantes y similares. Se contemplan tensioactivos, dispersantes, colorantes y estabilizantes usados comúnmente. Las concentraciones ilustrativas de cada componente, si está presente, varían de aproximadamente el<0 , 01>a aproximadamente el<1>, o de aproximadamente el 0,01 a aproximadamente el 0,5, o de aproximadamente el 0,01 a aproximadamente el 0,1, por ciento en peso, del peso total de la formulación que contiene el mismo. En lo sucesivo en el presente documento se describen componentes ilustrativos.

En algunas de cualquiera de las realizaciones descritas en el presente documento, la formulación comprende un inhibidor de curado, es decir, un agente que inhibe o reduce una cantidad del curado en ausencia de una condición de curado. En algunas realizaciones, el inhibidor es un inhibidor de polimerización por radicales libres. En algunas realizaciones, una cantidad de un inhibidor (por ejemplo, un inhibidor de radicales libres) varía del<0 , 01>al<2>, o del<1>al 2, o del 0,05 al 0,15, o es el 0,1, por ciento en peso, incluyendo cualquier valor intermedio y subintervalo entre los mismos, dependiendo del tipo de inhibidor usado. Se contemplan inhibidores usados comúnmente, tales como inhibidores de radicales.

En realizaciones ilustrativas, un inhibidor de radicales libres tal como NPAL, o equivalentes del mismo, se usa en una cantidad del 0,01 al 1, o del 0,05 al 0,2, o del 0,05 al 0,15, o es el 0,1, por ciento en peso.

En realizaciones alternativas, se emplea un inhibidor de radicales libres que está desprovisto de grupos nitro o nitroso. Son inhibidores ilustrativos de este tipo los de la familia Genorad™ (por ejemplo, Genorad18).

En realizaciones ilustrativas, un inhibidor de radicales libres de este tipo se usa en una cantidad del 0,1 al 3, o del 0,1 al 2, o del 0,5 al 2, o del 1 al 1,5, por ciento en peso, incluyendo cualquier valor intermedio y subintervalo entre los mismos.

En realizaciones ilustrativas, la formulación de material de modelado blando comprende un tensioactivo. Los tensioactivos ilustrativos son los comercializados como aditivos de superficie BYK. En algunas realizaciones, el tensioactivo es un material curable, preferiblemente curable tras la exposición a la misma condición de curado que los materiales curables en la formulación. En algunas realizaciones, el tensioactivo es un tensioactivo curable por UV y, en algunas realizaciones, el tensioactivo es un tensioactivo BYK curable por UV (por ejemplo, BYK UV-3150 o BYK UV-3500).

En algunas realizaciones, una cantidad del tensioactivo en la formulación varía del 0,1 al 1 %, en peso, como se describe en el presente documento.

Formulaciones de modelado blando ilustrativas:

En algunas de cualquiera de las realizaciones descritas en el presente documento, la formulación de material de modelado blando comprende material(es) polimérico(s) no curable(s) como se describe en el presente documento, y un sistema curable acrílico que comprende un acrilato monofuncional (por ejemplo, una combinación de un acrilato monofuncional anfifílico y uno hidrófobo), un fotoiniciador de radicales libres y, opcionalmente, un inhibidor de radicales libres.

En algunas realizaciones, la formulación comprende además uno o más de los componentes adicionales como se describe en el presente documento.

En algunas realizaciones, la formulación comprende además un agente colorante, como se describe en el presente documento, por ejemplo, de tal modo que proporciona un color de coloración roja y similar a la carne a las formulaciones, o una coloración de piel o de pigmentación de piel, a las formulaciones y objetos o porciones de los mismos hechos de las mismas. Los colores similares a la carne ilustrativos que son adecuados para su uso con materiales acrílicos incluyen, sin limitación, los fabricados por Prosthetic Research Specialists, Inc. como "Sistema de color carne"; y los pigmentos de color comercializados por Kingsley Mfg. Co.

En algunas realizaciones, una concentración del colorante depende del uso previsto de la formulación y de las propiedades visuales deseadas del objeto, y puede variar de 0,01 a 5, o de 0,01 a 1, o de 0,1 a 1, incluyendo cualquier valor intermedio y subintervalo entre los mismos.

En algunas de cualquiera de las realizaciones descritas en el presente documento, la formulación de material de modelado blando comprende:

un acrilato anfifílico monofuncional, como se describe en el presente documento en cualquiera de las realizaciones respectivas, en una cantidad del 25-35 por ciento en peso;

un acrilato hidrófobo monofuncional, como se describe en el presente documento en cualquiera de las realizaciones respectivas, en una cantidad del 25-30 por ciento en peso;

un acrilato multifuncional, como se describe en el presente documento en cualquiera de las realizaciones respectivas, en una cantidad del 5-10 por ciento en peso; y

un material polimérico no curable que presenta un peso molecular de al menos 1000, o al menos 1500 o al menos 2000 dalton; y una Tg inferior a 0, o inferior a -10, o inferior a -20, °C, como se describe en el presente documento en cualquiera de las realizaciones respectivas, en una cantidad del 30-35 por ciento en peso.

En algunas de estas realizaciones, el material polimérico no curable comprende un polipropilenglicol y/o un copolímero de bloque que comprende al menos un bloque de polipropilenglicol, presentando cada uno un peso molecular de al menos<2 0 0 0>dalton, como se describe en el presente documento en cualquiera de las realizaciones respectivas.

En algunas de estas realizaciones, el acrilato multifuncional es un acrilato difuncional y, en algunas realizaciones, es un diacrilato de uretano.

En algunas de estas realizaciones, el acrilato anfifílico monofuncional comprende una cadena hidrocarbonada de al menos<6>átomos de carbono y al menos<2>grupos de alquilenglicol.

En algunas de estas realizaciones, el acrilato hidrófobo monofuncional comprende una cadena hidrocarbonada de al menos<8>átomos de carbono.

Posteriormente en el presente documento se presentan formulaciones ilustrativas.

De acuerdo con algunas de cualquiera de las realizaciones descritas en el presente documento, el material de construcción sin curar comprende dos o más formulaciones de material de modelado blando como se describe en el presente documento, comprendiendo cada uno una combinación diferente de materiales curables y no curables de acuerdo con las presentes realizaciones, y opcionalmente presentan cada uno, cuando se han endurecido, unos valores de dureza Shore A diferentes en el intervalo de 1-10 y/o unos valores de dureza Shore 00 diferentes en el intervalo de 0-40.

En algunas realizaciones, tales dos o más formulaciones de material de construcción representan un sistema de formulación de una formulación de modelado blando.

La Tabla 1.1 a continuación presenta formulaciones ilustrativas de acuerdo con las presentes realizaciones, que exhiben una dureza Shore de escala A 0 o una dureza Shore 00 de 0 a aproximadamente 40, como se describe en el presente documento.

La locución "acrilato monofuncional de tipo I" como se usa en la Tabla 1.1, abarca acrilatos monofuncionales hidrófilos o hidrófilos anfifílicos, más específicamente uno o más material(es) curable(s) monomérico(s), oligomérico(s) o polimérico(s) que presenta(n) un grupo acrilato como grupo polimerizable y uno o más heteroátomos (por ejemplo, O, N o ambos) o grupos que contienen heteroátomos (por ejemplo, carboxilato, amida, alquilenglicol y combinaciones de los mismos) que imparten una naturaleza hidrófila o anfifílica. Véase también la Fórmula A1 en donde R<1>es C(=O)-O-Ra, y Ra es un resto hidrófilo o anfifílico que no incluye un grupo o resto hidrófobo como se describe en el presente documento. Los materiales ilustrativos incluyen acrilatos de poli(etilenglicol) terminados en alcoxi (por ejemplo, tal como el comercializado como AM130); acrilatos de uretano (por ejemplo, tales como los comercializados como Genomer®, por ejemplo, Genomer 1122); acriloil morfolina y cualquiera de los otros materiales curables respectivos descritos en el presente documento.

La locución "acrilato monofuncional de tipo II" abarca uno o más material(es) curable(s), hidrófobo(s) o hidrófobo(s) anfifílico(s), monomérico(s), oligomérico(s) o polimérico(s), preferiblemente monomérico(s), que presenta(n) un grupo acrilato como grupo polimerizable y al menos un resto o grupo hidrófobo, por ejemplo, un hidrocarburo de al menos<6>átomos de carbono de longitud, como se define en el presente documento. Véase también la Fórmula A2 en donde R<1>es C(=O)-O-Ra, y Ra es o comprende un resto o grupo hidrófobo.

Los materiales ilustrativos de este tipo incluyen compuestos de Fórmula A1 como se describe en el presente documento que presentan, como Ra, grupos tales como grupos nonil fenilo, isodecilo y/o laurilo, opcionalmente en combinación con grupos alquilenglicol, por ejemplo, los comercializados por Sartomer como SR395; SR504D, SR335, SR7095 y más.

La locución "material polimérico no curable" como se usa en la sección de ejemplos en el presente documento abarca uno o más material(es) polimérico(s), preferiblemente anfifílico(s), desprovisto(s) de un grupo acrilato polimerizable o cualquier otro grupo polimerizable que participe en la polimerización tras la exposición a condiciones que inician la polimerización de acrilato (por ejemplo, desprovisto(s) de un grupo fotopolimerizable o un grupo que se polimeriza tras la exposición a radiación a una longitud de onda que induce la polimerización de acrilato). Preferiblemente, el/los material(es) polimérico(s) no curable(s) incluye(n) uno o más copolímeros de bloque de PEG y PPG, también conocidos con el nombre comercial "Pluronic®", en cualquier orden y número de bloques, en cualquier PM y presentando una diversidad de valores de Tg cuando se han endurecido. Preferiblemente, el/los material(es) polimérico(s) no curable(s) incluye(n) uno o más copolímeros de bloque de PEG y PPG tales como PEG-PPG-PEG y PPG-PEG-PPG, presentando no más del 10 % en peso de PEG, y/o una relación de PEG/PPG como se describe en el presente documento, presentando un PM de al menos 500, preferiblemente al menos 900 y más preferiblemente de al menos 2.000, dalton y/o presentando, cuando se ha(n) endurecido, una Tg inferior a 20, preferiblemente inferior a 0, más preferiblemente inferior a -20, °C. Preferiblemente, estos materiales se caracterizan por una solubilidad baja (por ejemplo, inferior al<2 0>% o inferior al<10>%, o inferior), o insolubilidad en agua.

La locución "acrilato multifuncional" como se usa en la sección de Ejemplos en el presente documento abarca uno o más material(es) curable(s) monomérico(s), oligomérico(s) o polimérico(s) que presenta(n) dos o más grupos acrilato polimerizables. Tales materiales también se denominan en el presente documento agentes de reticulación. Los materiales ilustrativos de este tipo incluyen, pero sin limitación, diacrilatos de uretano tales como, por ejemplo, los comercializados como Ebecryl 230; di-, tri- o tetraacrilatos alifáticos tales como, por ejemplo, triacrilato de trimetilolpropano, opcionalmente etoxilado (por ejemplo, materiales comercializados como Fotómero 4072, Fotómero 4158, Fotómero 4149, Fotómero 4006, Miramer M360, SR499), triacrilato de glicerilo, tetraacrilato de pentaeritritol, opcionalmente etoxilado (por ejemplo, comercializado como Fotómero 4172), diacrilato de hexanodiol, PEGDA y más; diacrilatos de epoxi tales como los comercializados como Fotómero 3005, Fotómero 3015, Fotómero 3016, Pgotomer 3316. Preferiblemente, el acrilato multifuncional presenta, cuando se ha endurecido, una Tg inferior a 20 °C, o inferior a 0 °C, o inferior.

La locución "polisiloxano" abarca materiales orgánicos e inorgánicos no curables que comprenden una estructura principal de polisiloxano, incluyendo, como ejemplos no limitantes, PDMS y derivados del mismo y copolímeros de bloque que contienen el mismo.

Los términos "fotoiniciador" e "inhibidor" son como se define en el presente documento.

Todas las formulaciones presentadas en la Tabla 1.1 comprenden uno o más fotoiniciadores en una cantidad que varía del 1 al 5 % en peso (por ejemplo, el 3 % en peso).

Los fotoiniciadores ilustrativos incluyen los de la familia Irgacure®, por ejemplo, I819, I184 y una combinación de los mismos.

Todas las formulaciones presentadas en la Tabla 1.1 comprenden uno o más inhibidores (inhibidores de polimerización por radicales libres) en una cantidad que varía del<0 , 01>al<1>% en peso (por ejemplo, el<0 , 1>% en peso), salvo que se indique lo contrario. Los inhibidores ilustrativos incluyen sal de aluminio de tris(N-nitroso-N-fenilhidroxilamina) (NPAL) e inhibidores de la familia Genorad™, tales como, por ejemplo, G18.

Algunas de las formulaciones presentadas en la Tabla 1.1 comprenden además componentes no reactivos adicionales (aditivos) como se describe en el presente documento.

En una formulación ilustrativa (BM219) se usa un agente tensioactivo curable por UV - BYK UV-3500 -polidimetilsiloxano modificado con poliéter y con funcionalidad acrilo.

Tabla 1.1

continuación

Se han preparado formulaciones ilustrativas adicionales, que comprenden un acrilato multifuncional que no sea diacrilato de uretano y/o en una cantidad del 1 al 3 % en peso, y/o que comprenden compuestos de polisiloxano en una cantidad del 5-10 % en peso, y todas ellas presentaban una dureza Shore A 0.

Ejemplo 2

Formulación de material líquida

Una formulación de material de construcción que proporciona, tras la exposición a una condición de curado, un material líquido o similar a un líquido también se denomina en el presente documento formulación de material de construcción líquida o formulación de material líquida. En algunas realizaciones, una formulación de este tipo tiene por objeto permanecer líquida o formar un material similar a un líquido tras dispensarse y exponerse a una condición de curado, como se describe en el presente documento.

En todo el presente documento y en la técnica, el término "líquido" describe un fluido que no cambia su volumen en respuesta al esfuerzo. Los materiales líquidos se caracterizan por su fluidez, es decir, la capacidad de fluir a medida que las moléculas se mueven pasando unas junto a otras; una viscosidad, es decir, una resistencia al esfuerzo de cizallamiento; por un módulo de cizallamiento (G) muy bajo o nulo; y por una relación de módulo de pérdida de cizallamiento a módulo de almacenamiento de cizallamiento (G"/G', o tan delta) superior a 1, habitualmente superior a<1 0>.

En el presente documento, un "material similar a un líquido" describe un material similar a un gel o similar a una pasta que presenta propiedades similares a las de un líquido, presentando, por ejemplo, un módulo de cizallamiento bajo, por ejemplo, inferior a 100 kPa o inferior a 50 kPa o inferior a 10 kPa; y/o por una relación de módulo de pérdida de cizallamiento a módulo de almacenamiento por cizallamiento (tan<6>) superior a<1>, o por un comportamiento de adelgazamiento por cizallamiento y, por lo tanto, su fluidez, viscosidad y fluidez se asemejan a las de un líquido.

En algunas realizaciones de la presente invención, los materiales líquidos y similares a líquidos presentan una o más de las siguientes características:

una viscosidad de no más de<1 00 0 0>centipoises;

una relación entre el módulo de pérdida de cizaNamiento y el módulo de almacenamiento de cizallamiento (tan delta) mayor que<1>;

un comportamiento de adelgazamiento por cizallamiento y/o tixotrópico;

un comportamiento de adelgazamiento térmico;

un módulo de almacenamiento de cizallamiento inferior a 20 kPa; y

fluidez cuando se somete a una presión positiva inferior a 1 bar o inferior a 0,5 bar.

El módulo de almacenamiento de cizallamiento, G', también se denomina en el presente documento indistintamente "módulo de cizallamiento de almacenamiento", y refleja un comportamiento elástico de un material. Los materiales líquidos son habitualmente no elásticos y, por lo tanto, presentan un módulo de almacenamiento de cizallamiento bajo.

El módulo de pérdida de cizallamiento, G', también se denomina en el presente documento indistintamente "módulo de cizallamiento de pérdida", y refleja un comportamiento viscoso de un material.

El módulo de cizallamiento de almacenamiento y el módulo de cizallamiento de pérdida pueden determinarse opcionalmente usando un reómetro de cizallamiento, por ejemplo, un reómetro rotacional controlado por deformación, a una temperatura y frecuencia indicadas (por ejemplo, usando procedimientos bien conocidos en la técnica).

La relación entre el módulo de pérdida de cizallamiento y el módulo de almacenamiento de cizallamiento, G"/G', también conocida como "tan delta", refleja el comportamiento viscoelástico de un material. Los materiales líquidos son habitualmente más viscosos y no elásticos y, por lo tanto, para líquidos o materiales similares a líquidos, esta relación es superior a 1. Los geles son habitualmente elásticos y, por lo tanto, esta relación para materiales de gel o similares a un gel es inferior a<1>.

En todo el presente documento, la expresión "adelgazamiento por cizallamiento" describe una propiedad de un compuesto fluídico o un material que se ve reflejada por una disminución en su viscosidad (aumento en su fluidez) tras la aplicación de fuerzas de cizallamiento (bajo deformación por cizallamiento). En algunas de las presentes realizaciones, un material de adelgazamiento por cizallamiento es de tal modo que exhibe una reducción significativa, por ejemplo, de al menos el<10 0>%, en su módulo de cizallamiento tras aumentar la deformación por cizallamiento de aproximadamente el 1 % a más del 50 %.

En todo el presente documento, el término "tixotrópico" describe una propiedad de un compuesto o material fluídico que se ve reflejada por un adelgazamiento por cizallamiento dependiente del tiempo, es decir, su viscosidad disminuye en correlación con el momento en el que se aplican las fuerzas de cizallamiento, y vuelve a su valor original cuando se cesa la aplicación de las fuerzas de cizallamiento. En algunas de las presentes realizaciones, un material tixotrópico es de tal modo que exhibe una reducción significativa, por ejemplo, de al menos el<1 0 0>%, en su módulo de cizallamiento bajo una deformación del 50 %.

En todo el presente documento, la expresión "adelgazamiento térmico" describe una propiedad de un compuesto fluídico o un material que se ve reflejada por una disminución en su viscosidad (aumento en su fluidez) tras la aplicación de energía térmica (aumento de temperatura). En algunas de las presentes realizaciones, los materiales de adelgazamiento térmico presentan una disminución en la viscosidad o módulo de cizallamiento en al menos el<2 0>%, o al menos el 50 %, o incluso el 100 %, tras calentarse a una temperatura de 40 a 95 °C, incluyendo cualquier valor intermedio y subintervalo entre los mismos.

La formulación de material de construcción líquida puede comprender una o más formulaciones, comprendiendo cada una uno o más materiales no curables en una cantidad de al menos el 50 %, preferiblemente al menos el 60 %, o al menos el 70 %, o al menos el 80 %, o al menos el 90 %, o el 100 %, en peso, del peso total de la segunda formulación de material de construcción.

Debido a que la formulación de material líquida se compone principalmente de materiales no curables, cuando se expone a una condición de curado, esta experimenta un endurecimiento mínimo o esencialmente nulo (por ejemplo, no más del<2 0>% o no más del<10>% en peso, del material, se endurece, por ejemplo, se polimeriza), manteniendo de este modo esencialmente la misma fluidez o viscosidad, que la de la formulación dispensada, de tal modo que el material obtenido tras la exposición a una condición de curado es un material líquido o similar a un líquido, como se define en el presente documento.

En algunas de cualquiera de las realizaciones descritas en el presente documento, una o más formulaciones en las formulaciones de construcción de material líquidas son de tal modo que, tras la exposición a una condición de curado, proporcionan un segundo material que presenta una viscosidad de no más de<10 . 0 00>centipoises, o de no más de 1.000 centipoises, o de no más de 100 centipoises, por ejemplo, de 10-50 centipoises.

En algunas de cualquiera de las realizaciones descritas en el presente documento, la(s) formulación(es) de material de construcción líquida(s) presenta(n) una viscosidad que es diferente de la viscosidad del segundo material en no más del 20%, preferiblemente en no más del 10%. Por lo tanto, un cambio en la viscosidad o la fluidez de la formulación de material de construcción líquida tras la exposición a una condición de curado es mínimo (por ejemplo, no más del<10>%) o incluso nulo.

En algunas de cualquiera de las realizaciones descritas en el presente documento para la formulación de material de construcción líquida, el material no curable es o comprende un material polimérico y, en algunas realizaciones, el material polimérico es o comprende uno o más polímero(s) anfifílico(s) y/o hidrófilo(s).

En algunas de cualquiera de las realizaciones descritas en el presente documento para la formulación de material de construcción líquida, el material no curable es o comprende un poli(alquilenglicol), como se define en el presente documento. El material no curable puede ser un poli(alquilenglicol) en sí o puede comprender una o más cadenas o bloques de poli(alquilenglicol).

En algunas de cualquiera de las realizaciones descritas en el presente documento, el material no curable comprende un poli(alquilenglicol) que tiene un peso molecular de menos de<2 0 0 0>gramos/mol y, en algunas realizaciones, el poli(alquilenglicol) es un polímero que tiene un peso molecular de<2 0 0>a<2 0 0 0>o de<2 0 0>a<1 0 0 0>o de<2 0 0>a 800 o de 200 a 600, o de 400, gramos/mol.

En algunas de cualquiera de las realizaciones descritas en el presente documento, el poli(alquilenglicol) es un poli(etilenglicol). Como alternativa, es un poli(propilenglicol).

Otros materiales no curables adecuados para su inclusión en la formulación de material de construcción líquida, en lugar o además de un poli(alquilenglicol) como se describe en el presente documento, incluyen, pero sin limitación, copolímeros de bloque que comprenden uno o más bloques de poli(alquilenglicol), por ejemplo, copolímeros de bloque de poli(etilenglicol) y polipropilenglicol), tales como los comercializados con el nombre comercial Pluronic®, polioles tales como dioles (por ejemplo, propanodiol), gliceroles y polioles superiores.

Los materiales no curables adicionales adecuados para su inclusión en la formulación líquida incluyen uno o más aceites, tales como, pero sin limitación, uno o más de un aceite vegetal, un aceite sintético, un aceite de hidrocarburo, un aceite de silicona, un ácido graso, un aceite mineral y un aceite de parafina. En algunas realizaciones, el aceite presenta una viscosidad o cualquiera de las propiedades descritas en el presente documento que caracterizan un material líquido o similar a un líquido.

En algunas de cualquiera de las realizaciones descritas en el presente documento, la formulación de construcción líquida comprende además agua.

En algunas de cualquiera de las realizaciones descritas en el presente documento, la formulación de construcción líquida comprende un material curable, opcionalmente en combinación con un material no curable, pero está desprovista de un catalizador o iniciador que induce el curado (por ejemplo, la polimerización) del material curable. En tales realizaciones, se minimiza o se anula el endurecimiento de la formulación de construcción líquida tras la exposición a una condición de curado, y el material líquido o similar presenta propiedades de fluidez que son similares a las de la formulación de construcción líquida, como se describe en el presente documento.

En algunas de cualquiera de las realizaciones descritas en el presente documento, el material líquido presenta un módulo de cizallamiento de menos de 20 kPa, o de menos de 15 kPa, o de menos de 10 kPa, o de menos de 5 kPa, presentando de este modo una consistencia de un gel muy blando y fluido. Las formulaciones que proporcionan un material de este tipo también se denominan en el presente documento formulaciones que proporcionan un material similar a un líquido.

En algunas de estas realizaciones, la formulación de material de construcción líquida comprende un material curable, opcional y preferiblemente en combinación con un material no curable, como se describe en el presente documento en cualquiera de las realizaciones respectivas.

De acuerdo con algunas de estas realizaciones, el material curable es o comprende un material curable monofuncional, como se define en el presente documento.

Preferiblemente, el material curable está en una cantidad de no más del 50 %, preferiblemente no más del 40 %, o no más del 30 %, o no más del 20 %, e incluso del 15 %, el 10 %, en peso, o menos, del peso total de la formulación de material líquida. En algunas realizaciones, una cantidad del material curable en la formulación de material de construcción líquida varía del 10 al 25 por ciento en peso.

De acuerdo con algunas de cualquiera de las realizaciones descritas en el presente documento, el material curable es anfifílico o hidrófilo (por ejemplo, como se describe en el Ejemplo 1 en el presente documento).

De acuerdo con algunas de cualquiera de las realizaciones descritas en el presente documento, el material curable es de tal modo que, cuando se ha endurecido, proporciona un material soluble en agua o miscible en agua, como se define en el presente documento.

De acuerdo con algunas de cualquiera de las realizaciones descritas en el presente documento, el material curable es de tal modo que, cuando se ha endurecido, proporciona un material de adelgazamiento por cizallamiento y/o tixotrópico y/o de adelgazamiento térmico, como se define en el presente documento.

Las formulaciones de material de construcción líquidas ilustrativas incluyen formulaciones que comprenden un poli(alquilenglicol) como se describe en el presente documento, en una cantidad de al menos el 50 % y hasta el 100 %, en peso, opcionalmente en combinación con uno o más materiales curables como se describe en el presente documento, en una cantidad total del 10 a 25 % en peso, y más opcionalmente, en combinación con componentes adicionales como se describe en el presente documento.

En general, en algunas realizaciones, la formulación de material de construcción líquida se selecciona de tal modo que el segundo material (líquido) es soluble en agua o miscible en agua, como se define en el presente documento.

En general, en algunas realizaciones, la formulación de material de construcción líquida se selecciona de tal modo que el segundo material es un material de adelgazamiento por cizallamiento, como se define en el presente documento.

En general, en algunas realizaciones, la formulación de material de construcción líquida se selecciona de tal modo que el segundo material es un material tixotrópico, como se define en el presente documento.

En general, en algunas realizaciones, la formulación de material de construcción líquida se selecciona de tal modo que el segundo material es un material de adelgazamiento térmico, como se define en el presente documento.

En algunas de cualquiera de las realizaciones descritas en el presente documento, el material de construcción sin curar comprende dos o más segundas formulaciones de material de construcción, como se describe en el presente documento, por ejemplo, una o más formulaciones que proporcionan un segundo material líquido, que presenta una viscosidad que es sustancialmente la misma que la de la formulación sin curar, como se describe en el presente documento, y que comprende un material no curable, y una o más formulaciones que proporcionan un material similar a un líquido, presentando un esfuerzo de cizallamiento de no más de 20 kPa, como se describe en el presente documento, y que comprende materiales curables y no curables, como se describe en el presente documento.

En algunas de estas realizaciones, la dispensación es de tal modo que unas estructuras huecas pequeñas, que presentan al menos una dimensión en la escala milimétrica, como se define en el presente documento, se rellenan con una formulación que proporciona un material líquido, y unas estructuras huecas más grandes se rellenan con una formulación que proporciona un material similar a un líquido.

Cuando se dispensa y se endereza la formulación de material de construcción líquida descrita en este ejemplo, el sistema de AM, por ejemplo, por medio del controlador, asegura opcional y preferiblemente que la capa recién dispensada está en un entorno de aire en calma.

Como se usa en el presente documento, "entorno de aire en calma" se refiere a un entorno en el que no hay ningún flujo de aire, o en el que el aire fluye a una velocidad escalar menor que 3 m/s.

Ejemplo 3

Caracterización de objetos texturizados tridimensionales

Se imprimieron varios objetos tridimensionales con diversas combinaciones entre formulaciones de material. La formulación de material usada para formar las porciones de pared de los objetos texturizados (véase la figura 5, la porción de pared306) era "VeroPureWhite" (Stratasys Ltd., Israel), denominada en este ejemplo y la formulación de material usada para formar las porciones interiores de los objetos texturizados (véase la figura 5, las porciones interiores304) era "SUP706" (Stratasys Ltd., Israel).

Las figuras 25A-F son visualizaciones de datos de objeto informático que describen varias combinaciones de formulaciones de material usadas para investigar el efecto de la relación de formulación sobre las propiedades mecánicas de los objetos impresos. Las figuras 25A-C corresponden a una combinación en la que las ubicaciones entrelazadas se seleccionan de acuerdo con una función de modulación de Simplex, y las figuras 25D-E corresponden a una combinación en la que las ubicaciones entrelazadas se seleccionan de acuerdo con una función de modulación de Worley con un período de aproximadamente 1 mm. El porcentaje del área de una célula (véase la figura 5, la célula302) que estaba ocupada por las porciones de pared (fuera del área total de la célula) era de aproximadamente el 0,5 % (las figuras 25A y 25<d>), aproximadamente el 0,6 % (las figuras 25B y 25E) y aproximadamente el 0,7 % (las figuras 25C y 25F). El tamaño de célula era de aproximadamente 1,25 mm. El efecto del porcentaje de la porción de pared para estas dos funciones de modulación sobre las propiedades mecánicas de los objetos impresos se resume en la Tabla 3.1, a continuación.

Tabla 3.1

Las figuras 26A-D son visualizaciones de datos de objeto informático que describen varias combinaciones de formulaciones de material, usadas para investigar el efecto del tamaño de célula sobre las propiedades mecánicas de los objetos impresos. La figura 26A corresponde a un tamaño de célula de aproximadamente 1 mm, la figura 26B corresponde a un tamaño de célula de aproximadamente 1,5 mm, la figura 26C corresponde a un tamaño de célula de aproximadamente 2 mm, y la figura 26D corresponde a un tamaño de célula de aproximadamente 2,5 mm. Las ubicaciones entrelazadas se seleccionaron de acuerdo con una función de modulación de Perlin, y el porcentaje del área de una célula que estaba ocupada por las porciones de pared era de aproximadamente el 0,5 %. El efecto del tamaño de célula para esta función de modulación y este porcentaje de porción de pared sobre las propiedades mecánicas de los objetos impresos se resume en la Tabla 3.2, a continuación.

Tabla 3.2

Las figuras 27A-C son visualizaciones de datos de objeto informático que describen varias combinaciones de formulaciones de material, usadas para investigar el efecto de la función de modulación sobre las propiedades mecánicas de los objetos impresos. La figura 27A corresponde a una combinación en la que las ubicaciones entrelazadas se seleccionan de acuerdo con una función de modulación de Simplex, la figura 27B corresponde a una combinación en la que las ubicaciones entrelazadas se seleccionan de acuerdo con una función de modulación de Worley con un período de 1 mm, y la figura 27C corresponde a una combinación en la que las ubicaciones entrelazadas se seleccionan de acuerdo con una función de modulación de Perlin. El porcentaje del área de una célula que estaba ocupada por las porciones de pared era de aproximadamente el 0,5 %, y el tamaño de la célula era de aproximadamente 1,25 mm. El efecto de la función de modulación para este porcentaje de porción de pared y este tamaño de célula sobre las propiedades mecánicas de los objetos impresos se resume en la Tabla 3.3, a continuación.

Tabla 3.3

Este ejemplo muestra que, al seleccionar parámetros de AM, incluyendo el porcentaje de porción de pared, el tamaño de célula y el tipo de modulación, las propiedades mecánicas de las regiones texturizadas pueden controlarse y adaptarse a las propiedades mecánicas del tejido óseo trabecular. Por ejemplo, aumentando el tamaño de la célula, también se aumentan la rigidez y la resistencia del objeto.

Ejemplo 4

Objetos fabricados ejemplificados

Las figuras<8>A-H y<8>J-L son imágenes de diversas formas de objetos fabricados de acuerdo con las enseñanzas descritas en el presente documento. Específicamente,

la figura<8>A muestra un hueso largo (un fémur, en este ejemplo), la figura<8>B muestra un objeto de hueso de fémur durante una operación de atornillado a lo largo de una dirección longitudinal a través de una estructura de anillo flexible (no se muestra la estructura de anillo), la figura<8>C muestra un objeto de sección de columna vertebral, la figura<8>D muestra un objeto de hueso732con una estructura de tumor óseo734, la figura<8>E muestra un objeto de hueso de fémur durante una operación de atornillado a lo largo de una dirección transversal a través de una estructura de anillo flexible (no se muestra la estructura de anillo), la figura<8>F muestra un objeto de hueso cortado, mostrando el núcleo361que imita la médula ósea, la región texturizada300que imita la región de hueso trabecular, y la cubierta352que imita la región de hueso cortical, la figura<8>G muestra una sección transversal de un objeto de hueso largo longitudinal (un objeto de fémur, en este ejemplo), mostrando también el núcleo361que imita la médula ósea, la región texturizada300que imita la región de hueso trabecular, y la cubierta352que imita la región de hueso cortical, la figura<8>H muestra estructuras internas de un objeto de vértebra que muestra la región texturizada300que imita la región de hueso trabecular, y la cubierta352que imita la región de hueso cortical, la figura<8>J muestra un objeto de vértebra posteriormente al atornillado sin estructura de anillo, que muestra una grieta cerca del orificio del tornillo, la figura<8>K muestra otro objeto de vértebra posteriormente al atornillado y la figura<8>L muestra un objeto de vértebra posteriormente al atornillado con una estructura de anillo que muestra que la anillo de la estructura de anillo flexible354detiene la propagación de grietas.

La figura<8>I es una representación de datos de objeto informático para AM de una columna vertebral que incluye una vértebra, discos, nervios y médulas espinales, mostrado cada uno en un color diferente por motivos de claridad de la presentación.

Ejemplo 5

Funciones de modulación y campo de distancia

El presente ejemplo describe un método que incluye seleccionar un vóxel de un espacio de construcción tridimensional y, para el vóxel seleccionado, determinar un valor de campo de distancia en relación con una parte tridimensional en el espacio de construcción tridimensional. El método puede usarse para preparar datos de objeto informático para su uso en los sistemas110y10de acuerdo con algunas realizaciones de la presente invención. Al menos parte de la descripción a continuación también se describe en la solicitud de patente internacional n.° PCT/US2017/019340, presentada el 24 de febrero de 2017.

El valor de campo de distancia puede usarse para seleccionar al menos una regla de selección de material, y se aplica una característica del vóxel a la al menos una regla de selección de material para identificar una designación de material para el vóxel. La designación de material indica que no va a colocarse ningún material en el vóxel cuando la regla de selección de material no identifica ningún material para el vóxel y la designación de material indica que va a colocarse al menos un material en el vóxel cuando la al menos una regla de selección de material identifica el al menos un material para el vóxel. La designación de material para el vóxel se emite entonces para su uso en la construcción de la parte tridimensional usando un sistema de fabricación aditiva.

En algunas realizaciones de la presente invención, el método incluye seleccionar un vóxel en un espacio de construcción tridimensional, determinar un primer valor de campo de distancia para el vóxel en relación con una frontera de una primera parte tridimensional situada en el espacio de construcción tridimensional, y determinar un segundo valor de campo de distancia para el vóxel en relación con una frontera de una segunda parte tridimensional situada en el espacio de construcción tridimensional. El primer valor de campo de distancia y el segundo valor de campo de distancia se usan entonces para establecer una designación de material para el vóxel.

Para construir una parte usando la fabricación aditiva, han de proporcionarse instrucciones a la impresora para indicar qué material, de haber alguno, debería colocarse en cada una de las ubicaciones disponibles de cada capa de impresión. En el pasado, estas instrucciones se producían identificando las fronteras exteriores de cada parte en cada rebanada usando representaciones de frontera. Un material de parte se designó entonces para cada ubicación que se situó a lo largo de la frontera de la parte. Si la parte fuera a ser sólida, el conjunto de materiales para la parte también se designaba para cada ubicación dentro de las fronteras de la parte. En tales sistemas, todas las transiciones de material, ya sea de un material a otro material, o de un material a un espacio abierto, tenían que describirse mediante una representación de frontera.

Los inventores de la presente invención han descubierto que basarse en tales representaciones de frontera para controlar las transiciones entre materiales crea varios problemas. En primer lugar, la realización de operaciones de modelado de redondeo, autoelevación y desplazamiento en las que las representaciones de frontera se desplazan hacia dentro o hacia fuera para producir las instrucciones de impresión puede producir errores o resultados inesperados debido a la interferencia entre representaciones de frontera desplazadas. Esto tiene lugar habitualmente cuando la topología de la parte es compleja. En segundo lugar, las operaciones booleanas, tales como la resta o la unión, que se realizan entre dos partes diferentes cuando se generan instrucciones de impresión, puede fallar si las representaciones de frontera de las partes no definen un objeto cerrado. Cualquier abertura en la parte hará que las operaciones booleanas se limiten a la propia representación de frontera en lugar del volumen completo de la parte. En tercer lugar, es extremadamente difícil definir retículas usando representaciones de frontera debido a que las retículas requieren un número enorme de mallas, dando como resultado una cantidad grande de datos. En cuarto lugar, no es posible formar gradientes de material en los que una mezcla de materiales cambia a lo largo de alguna dimensión de la parte.

En las realizaciones descritas a continuación, los problemas asociados con las representaciones de frontera se superan usando campos de distancia. En una realización, se crea un campo de distancia dividiendo el espacio de construcción tridimensional, que contiene la(s) parte(s) que va(n) a fabricar, en una matriz tridimensional de vóxeles. La distancia más cercana de cada vóxel a una frontera de parte se determina entonces de tal modo que, si el vóxel está dentro de la parte, la distancia se establece como un valor positivo, si el vóxel está en el exterior de la parte, la distancia se establece como un valor negativo y, si el vóxel está en la frontera de parte, la distancia es cero. Esto produce una matriz tridimensional de valores de campo de distancia. Cada parte tiene su propio campo de distancia asociado. Como resultado, cuando hay múltiples partes en el espacio de construcción, cada vóxel tiene múltiples valores de campo de distancia diferentes, cada uno asociado con una parte separada.

Una vez que se han determinado los campos de distancia, estos se usan para seleccionar al menos una regla de selección de material para cada vóxel. Cada regla de selección de material identifica una designación de material para el vóxel usando al menos una característica del vóxel, tal como el valor de campo de distancia del vóxel y la posición del vóxel en el espacio de construcción, por ejemplo. En algunas realizaciones, la regla de selección de material incluye una función periódica que es una función de los valores de campo de distancia y/o la posición en el espacio de construcción, de tal modo que un intervalo de valores de salida producidos por la función periódica no está asociado con ningún material designado para el vóxel y otro intervalo de valores de salida producidos por la función periódica está asociado con un material que se designa para el vóxel. Tales funciones periódicas permiten que se definan retículas en el espacio de construcción.

La figura 9 muestra un ejemplo de un sistema simplificado para asignar materiales a vóxeles y fabricar partes usando los materiales asignados. En la figura 9, un ordenador 9066 actúa como un ordenador de anfitrión para un sistema de fabricación aditiva 9068 y se comunica con el sistema 9068 a través de una o más líneas de comunicación 9070. En algunas realizaciones, el ordenador 9066 es interno al sistema 9068, tal como una parte de un conjunto de controlador interno para el sistema 9068. En otras realizaciones, el ordenador 9066 es externo al sistema de fabricación aditiva 9068.

La figura 10 muestra un diagrama de bloques de una arquitectura de ejemplo para el ordenador 9066. Como se muestra, el ordenador 9066 incluye hardware basado en ordenador adecuado, tal como una interfaz de usuario 9082, un controlador de memoria 9084, un procesador 9086, una unidad de procesamiento de gráficos 9087, un medio de almacenamiento 9088, un controlador de entrada/salida (E/S) 9090 y un adaptador de comunicación 9092. El ordenador 9066 también puede incluir una diversidad de componentes adicionales que están contenidos en los ordenadores, servidores, dispositivos multimedios, dispositivos de procesamiento de señales y/o controladores de impresoras convencionales.

La interfaz de usuario 9082 son una o más interfaces accionadas por usuario (por ejemplo, teclados, paneles táctiles, visualizadores de pantalla táctil, monitores de visualización y otros controles accionadas por los ojos, la voz, el movimiento o las manos) configurados para hacer funcionar el ordenador 9066. El controlador de memoria 9084 son uno o más conjuntos de circuitos que interconectan los componentes del ordenador 9066 con uno o más módulos de memoria de acceso aleatorio (RAM) volátil de los medios de almacenamiento 9088. El procesador 9086 son una o más unidades de procesamiento informático configuradas para hacer funcionar el ordenador 9066, opcionalmente, con el controlador de memoria 9084, y preferiblemente con una circuitería de procesamiento relacionada (por ejemplo, matrices de puertas programables, componentes digitales y analógicos, y similares). Por ejemplo, el procesador 9086 puede incluir una o más unidades basadas en microprocesador y/o basadas en microcontrolador, una o más unidades centrales de procesamiento y/o una o más unidades de procesamiento de extremo frontal.

La unidad de procesamiento de gráficos 9087 contiene un número grande de transistores que se disponen para realizar cálculos relacionados con gráficos por ordenador 3D de una forma rápida y eficiente. Tales cálculos incluyen el mapeo de texturas y polígonos de representación que representan objetos 3D.

El medio de almacenamiento 9088 son uno o más dispositivos de almacenamiento de datos o medios de almacenamiento informático internos y/o externos para el ordenador 9066, tales como módulos de RAM volátil, módulos de memoria de solo lectura, medios ópticos, medios magnéticos (por ejemplo, unidades de disco duro), medios de estado sólido (por ejemplo, memoria flash y unidades de estado sólido), medios analógicos, y similares. Los medios de almacenamiento 9088 pueden mantener uno o más programas de preprocesamiento y/o posprocesamiento (no mostrados) analizados más adelante.

El controlador de E/S 9090 son uno o más conjuntos de circuitos que interconectan el controlador de memoria 9084, el procesador 9086 y los medios de almacenamiento 9088 con diversos componentes de entrada y salida del ordenador 9066, incluyendo la interfaz de usuario 9082 y el adaptador de comunicación 9092. El adaptador de comunicación 9092 son uno o más adaptadores transmisores/receptores cableados y/o inalámbricos configurados para comunicarse a través de las líneas de comunicación 9070.

Los comandos desde el ordenador 9066 a los componentes de los sistemas 9068 pueden realizarse con una o más de la interfaz de usuario 9082, el controlador de memoria 9084, el procesador 9086, los medios de almacenamiento 9088, el controlador de entrada/salida (E/S) 9090, el adaptador de comunicación 9092 y/u otras implementaciones de hardware y software adecuadas, como es entendido por los expertos en la materia.

La figura 11 proporciona un diagrama de flujo de un método para generar instrucciones de impresión a partir de modelos de partes usando campos de distancia. La figura 12 proporciona un diagrama de bloques de un sistema 9200 usado para implementar el método de la figura 11. De acuerdo con una realización, el sistema 9200 se implementa en el ordenador 9066.

En la etapa 9100, se reciben datos de parte que incluyen las mallas 9202, los mapas de textura 9204, los mapas de protuberancias 9206, los mapas de brillo 9208, las características de punto 9209 y una resolución de parte, que se almacenan en los medios de almacenamiento 9088. Las mallas 9202 describen fronteras planas de la parte y pueden definirse como triángulos interconectados o cuadriláteros interconectados. Los mapas de textura 9204 describen la ubicación y la geometría de las texturas de superficie que van a aplicarse en el exterior de cada una de las superficies descritas por las mallas 9202. Los mapas de protuberancias 9206 proporcionan descripciones de características superficiales más grandes presentes en superficies particulares de las mallas 9202. La figura 13 proporciona un ejemplo de una porción de una parte que muestra dos superficies 9300 y 9302 que tienen texturas marcadas por los cuadrados elevados 9304 y una protuberancia de superficie 9306 representada por el cuadrado elevado grande. Los cuadrados pequeños 9304 se describirían en los mapas de textura 9204 mientras que la protuberancia de superficie 9306 se describiría en los mapas de protuberancias 9206. Los mapas de brillo 9208 indican un nivel deseado de brillo para diferentes superficies de la parte.

Las características de punto 9209 describen conjuntos de reglas de selección de material que van a usarse para porciones de la parte que tienen unas características específicas. Los ejemplos de características de parte que pueden usarse como base para asignar conjuntos de reglas de selección de material incluyen identificadores de un cuerpo o malla, coordenadas de textura de superficie e intervalos de normal a la superficie. Por lo tanto, en algunas realizaciones, diferentes porciones de una parte tienen diferentes conjuntos de reglas de selección de material, de tal modo que, a los mismos valores de campo de distancia, se usarán diferentes materiales para diferentes áreas alrededor de la parte. A continuación, se proporciona una descripción adicional del uso de tales características de punto.

Las mallas 9202, los mapas de textura 9204 y los mapas de protuberancias 9206 se proporcionan a un proceso de cálculo de rebanadas 9210 ejecutado por la unidad de procesamiento de gráficos 9087, que realiza las etapas 9101 9116, 9120, 9122 y 9124 de la figura 11 descritas más adelante.

En la etapa 9101, el proceso de cálculo de rebanada 9210 define un espacio de construcción tridimensional y orienta las partes descritas por las mallas 9202, los mapas de textura 9204 y los mapas de protuberancias 9206 en el espacio de construcción tridimensional para formar los modelos digitales orientados 9091. De acuerdo con una realización, el espacio de construcción se define orientando en primer lugar las partes digitales y, entonces, definiendo un recuadro delimitador alrededor de las partes orientadas para proporcionar una envolvente de estructura de soporte alrededor de las partes.

La figura 14 proporciona una vista tridimensional de un modelo de parte tridimensional 402 orientado en un espacio de construcción tridimensional 400. En la figura 14, hay una dirección -Z 406, una dirección Z 408, una dirección X 410 y una dirección Y 412. Se muestra que una rebanada 400 del espacio de construcción 400 incluye una colección de vóxeles, tales como el vóxel 414. Aunque en la figura 14 solo se muestra una única rebanada, hay múltiples rebanadas en el espacio de construcción 400 de tal modo que los vóxeles llenan la totalidad del espacio de construcción 400. Las dimensiones de los vóxeles se basan en la resolución establecida para la parte.

En la etapa 9102, el proceso de cálculo de rebanada 9210 establece valores para la memoria intermedia de Z 9095 para cada rebanada en el espacio de construcción 400. La memoria intermedia de Z para una rebanada contiene un valor para cada vóxel en la rebanada, en donde la magnitud del valor de la memoria intermedia de Z representa la magnitud de la distancia vertical entre el vóxel y la frontera de STL más cercana de la parte. La frontera de STL de la parte se construye a partir de la combinación de una o más mallas 9202, los mapas de textura 9204 aplicados a esas mallas, y mapas de protuberancias 9206 aplicados a esas mallas. En la etapa 9102, esta distancia se determina mirando en la dirección -Z 406 desde el vóxel y, por lo tanto, la memoria intermedia de Z se denomina memoria intermedia de -Z. El signo del valor de memoria intermedia de Z indica si el vóxel está en el interior o en el exterior de la parte, indicando valores negativos que el vóxel está en el exterior de la parte e indicando valores positivos que el vóxel está en el interior de la parte. Inicialmente, todos los valores de memoria intermedia de -Z para una rebanada se establecen a un valor negativo máximo, lo que indica que ninguna porción de la parte es visible en la dirección -Z 406 desde ninguno de los vóxeles.

Una operación de representación es realizada entonces por la GPU 9087 usando las mallas 9202, los mapas de textura 9204 y los mapas de protuberancias 9206 para construir una descripción de las fronteras de STL de la parte en el espacio de construcción tridimensional 400 y para proyectar esa descripción sobre la rebanada. En particular, cada superficie en las mallas 9202 se representa una cada vez y los mapas de textura 9204 y los mapas de protuberancias 9206 se aplican a las superficies representadas para producir las fronteras de STL para la superficie y las fronteras de STL resultantes para las superficies se proyectan sobre la rebanada identificando los vóxeles que están directamente por encima de las fronteras de STL en el espacio de construcción tridimensional. Para cada vóxel que está directamente por encima de las fronteras de STL de una superficie, la distancia entre la frontera de STL y el vóxel se compara con la distancia actual almacenada en la memoria intermedia de -Z para el vóxel. Si la distancia a la superficie que se está proyectando actualmente tiene una magnitud menor que el valor almacenado en la memoria intermedia de -Z, se considera que la superficie actual está más cerca del vóxel que cualquier superficie de la parte representada previamente y la memoria intermedia de -Z se actualiza con la distancia a la frontera de STL actual.

El signo del valor de distancia almacenado en la memoria intermedia de -Z se establece para indicar si el vóxel está en el interior o en el exterior de la parte. Esto puede determinarse basándose en el ángulo entre la normal exterior de la superficie actual y la dirección Z 408. De acuerdo con una realización, la identidad de la superficie actual también se almacena en una memoria intermedia adicional para la rebanada. Si la distancia entre la frontera de STL actual y el vóxel es más grande que la magnitud del valor de la memoria intermedia de -Z para el vóxel, el valor de memoria intermedia de Z permanece sin cambios. Esto tendrá lugar cuando la superficie actual esté oculta del vóxel por otra superficie de la parte, que está más cerca del vóxel. Por lo tanto, después de que cada superficie de la parte por debajo de la rebanada actual se haya representado y proyectado sobre la rebanada, la memoria intermedia de Z contiene valores que indican la distancia más corta en la dirección Z entre el vóxel y la frontera de STL de la parte y una memoria intermedia adicional indica la identidad de esas superficies que son las más cercanas. Esto se repite para cada rebanada en el espacio de construcción 400.

La carga de memorias intermedias de Z usando unidades de procesamiento gráfico es común en la representación de modelos informáticos 3D de objetos sobre planos 2D. Sin embargo, no se conoce el uso de tales unidades de procesamiento gráfico para cargar memorias intermedias de Z asociadas con vóxeles como parte de la construcción de partes tridimensionales.

Después de que se hayan formado las memorias intermedias de -Z para todas las rebanadas en el espacio de construcción 400, se selecciona la rebanada más baja en el espacio de construcción 400 en la etapa 9104. En la etapa 9106, se realiza una operación de representación en la dirección Z para cargar una memoria intermedia de Z para la rebanada seleccionada. Esta representación es idéntica a la representación realizada en la dirección -Z con la excepción de que la vista se cambia a la dirección Z 408. Después de la etapa 9106, la rebanada seleccionada tiene un valor de memoria intermedia de Z para cada vóxel y un valor de memoria intermedia de -Z para cada vóxel en donde el valor de memoria intermedia de Z proporciona la distancia vertical más corta entre el vóxel y la parte en la dirección Z 408 y el valor de memoria intermedia de -Z proporciona la distancia más corta entre el vóxel y la parte en la dirección -Z 406.

Aunque se han descrito anteriormente las etapas 9102 y 9106 con referencia a una parte en el espacio de construcción 400, en otras realizaciones, múltiples partes están presentes en el espacio de construcción 400. Cuando múltiples partes están presentes en el espacio de construcción 400, se crear una memoria intermedia de -Z y una memoria intermedia de Z separadas para cada parte para cada rebanada en el espacio de construcción 400.

En la etapa 9108, las fronteras de silueta para la rebanada seleccionada se determinan a partir de la(s) memoria(s) intermedia(s) de Z. En particular, los valores de la memoria intermedia de Z para pares de vóxeles se examinan para identificar las transiciones de un valor negativo al valor negativo de mayor magnitud posible. Tales transiciones representan una frontera entre en donde una porción de una parte está por encima de un vóxel y en donde ninguna parte de la pieza está por encima del vecino del vóxel. Puede observarse un ejemplo de una frontera de este tipo en la figura 14 en donde los vóxeles 420 y 422 se sitúan a lo largo una frontera de este tipo. El vóxel 420 se sitúa por debajo de la parte 402 y tiene un valor de memoria intermedia de Z de -4. El vóxel 422, que es vecino del vóxel 420, no está por debajo de ninguna porción de la parte y, como tal, tiene el valor negativo más grande posible, por ejemplo, -10000, en la memoria intermedia de Z. La repetición de esta comparación por pares para cada par produce fronteras de silueta, tales como la frontera de silueta 424 en donde se considera que los vóxeles dentro de la frontera están por debajo de una porción de la parte y que los vóxeles en el exterior de la silueta no están por debajo de ninguna porción de una parte. Obsérvese que, cuando múltiples partes están presentes en el espacio de construcción 400, se repite la etapa 9108 para cada memoria intermedia de Z para la rebanada seleccionada en la etapa 9104.

En la etapa 9110, el proceso de cálculo de rebanada 9210 determina las intersecciones de las fronteras de STL con la rebanada actual. En la figura 14, la intersección de la frontera de STL y la rebanada 400 se muestra como la frontera 430, mostrada en líneas de puntos. La intersección de las fronteras de STL con la rebanada puede hallarse examinando la memoria intermedia de Z y la memoria intermedia de -Z para identificar los píxeles vecinos en donde el valor de la memoria intermedia de Z cambia de un valor negativo a un valor de 0 o de un valor negativo a un valor positivo. Tales cambios en los valores de memoria intermedia de Z indican una transición de estar en el exterior de la parte a estar dentro de la parte. La etapa 9110 se realiza para las memorias intermedias de Z de cada parte.

En la etapa 9112, se selecciona un único vóxel en la rebanada actual. En la etapa 9114, se determina un valor de campo de distancia a las fronteras de STL de la parte para el vóxel. Este valor de campo de distancia es la distancia de magnitud más corta entre el vóxel y cualquier porción de las fronteras de STL de la parte. En la etapa 9116, si el vóxel actual está en el exterior de la parte, la distancia a la frontera de silueta se determina para el vóxel actual.

De acuerdo con una realización, las etapas 9114 y 9116 se realizan conjuntamente usando un algoritmo de muestreo. Un ejemplo de un algoritmo de muestreo de este tipo se muestra en el diagrama de flujo de la figura 15, que se explica con referencia a la figura 16. En la figura 16, una vista superior de una rebanada 620 se muestra con una matriz de vóxeles, incluyendo el vóxel 600 actual. Una frontera de STL 612 que corta a la rebanada 600 se muestra como una línea de trazo continuo y una frontera de silueta 610 se muestra como una línea de puntos.

En la etapa 500 de la figura 15, el vóxel actual, el vóxel 600 de la figura 16, se examina para determinar si está en una frontera de STL en la rebanada actual. Por ejemplo, en la figura 16, se consideraría que el vóxel 650 está en la frontera de STL 612, debido a que la frontera de STL 612 corta al vóxel 650. Si el vóxel actual está en la frontera de STL en la etapa 500, el valor de campo de distancia se establece a 0 para el vóxel actual en la etapa 502.

Si el vóxel actual no está en la frontera de STL en la etapa 500, como se muestra con el vóxel 600 actual de la figura 16, se realiza la etapa 504 de la figura 15 en donde el valor de campo de distancia para el vóxel 600 actual se establece al menor de los dos valores de memoria intermedia de Z para el vóxel actual. En particular, se comparan las magnitudes del valor de distancia de Z en la memoria intermedia de Z y la memoria intermedia de -Z y la magnitud más pequeña se establece como el valor de campo de distancia para el vóxel actual. Además, el signo del valor de campo de distancia se establece basándose en si el vóxel está en el interior o en el exterior de la parte. Si el vóxel está en el interior de la parte, el valor de campo de distancia se establece como un valor positivo y si el vóxel está en el exterior de la parte, el valor de campo de distancia se establece a un valor negativo.

En la etapa 506, se identifica un anillo de vóxeles alrededor del vóxel actual en la rebanada actual. Por ejemplo, en la figura 16, un primer anillo 602 indicado por el sombreado de puntos rodea el vóxel 600 actual. En la etapa 508, se selecciona un vóxel en el anillo identificado. Si este vóxel de anillo seleccionado está en la frontera de STL en la etapa 510, la distancia entre el vóxel de anillo seleccionado y el vóxel 600 actual se usa como una distancia de prueba. Si el vóxel de anillo no está en la frontera de STL, se usa una combinación del más pequeño de los dos valores de memoria intermedia de Z para el vóxel de anillo y la distancia entre el vóxel de anillo y el vóxel actual para determinar la distancia de prueba en la etapa 514. En particular, se comparan entre sí los valores de memoria intermedia de Z en la memoria intermedia de /-Z para el vóxel de anillo y se selecciona la magnitud más pequeña de los dos valores de memoria intermedia de Z como un componente vertical de la distancia a la parte. Una componente horizontal de la distancia de la parte se calcula como la distancia entre el vóxel de anillo y el vóxel 600 actual. Elevando al cuadrado la componente vertical de la distancia y la componente horizontal de la distancia, sumando los cuadrados, y tomando la raíz cuadrada de la suma se obtiene la distancia entre el vóxel 600 actual y las porciones de la parte por encima o por debajo del vóxel de anillo. Obsérvese que, si ninguna porción de la parte está por encima o por debajo del vóxel de anillo, cada una de las memorias intermedias de Z contendrá valores de una magnitud grande.

El valor de distancia de prueba calculado en la etapa 512 o 514 se compara entonces con el valor de campo de distancia almacenado actual para el vóxel 600 actual en la etapa 516. Si la distancia de prueba es menor que el valor de campo de distancia actual, la distancia de prueba se establece como el nuevo valor de campo de distancia actual. Si la magnitud de la distancia de prueba no es menor que la magnitud del valor de campo de distancia actual, el valor de campo de distancia actual sigue siendo el mismo.

En la etapa 518, el método determina si el vóxel de anillo está en la frontera de silueta, tal como la frontera de silueta 610 de la figura 16. Si el vóxel de anillo está en la frontera de silueta, se establece una distancia que es la más corta a la frontera de silueta para el vóxel 600 actual en la menor de una distancia almacenada previamente a la frontera de silueta para el vóxel 600 actual y la distancia entre el vóxel de anillo y el vóxel actual en la etapa 520. Por lo tanto, si el vóxel de anillo está en la frontera de silueta y la distancia entre el vóxel de anillo y el vóxel actual es menor que las distancias identificadas previamente entre el vóxel actual y la frontera de silueta, la distancia más corta entre el vóxel 600 actual y la frontera de silueta se actualiza para reflejar la distancia entre el vóxel de anillo y el vóxel 600 actual.

Si el vóxel de anillo no está en la frontera de silueta o después de que se haya actualizado la distancia a la frontera de silueta, el proceso de la figura 15 determina si hay más vóxeles de anillo en el anillo seleccionado actual. Si hay más vóxeles de anillo, el proceso vuelve a la etapa 508 y se selecciona el siguiente vóxel en el anillo actual. Las etapas 510-522 se repiten entonces. Cuando todos los vóxeles en un anillo actual han sido procesados en la etapa 522, el método determina si hay más vóxeles alrededor del anillo actual en la etapa 524. Si hay más vóxeles alrededor del anillo actual en la etapa 524, el proceso vuelve a la etapa 506 y se selecciona el siguiente anillo alrededor del anillo actual de vóxeles. Por ejemplo, después de que se haya procesado el anillo 602, se procesa el anillo 604, entonces, el anillo 606, entonces, el anillo 608. En el procesamiento de anillos sucesivos, no se cruzan las fronteras de STL. En este sentido, una vez que se ha alcanzado una frontera de STL, los vóxeles en el otro lado de la frontera no se procesan. Por ejemplo, el vóxel 652 no se procesa como parte del anillo 608 debido a que la frontera de STL 612 separa el vóxel 652 del vóxel 600 actual. Lo mismo es cierto para anillos de vóxeles que se procesan dentro de una parte. Específicamente, cuando un vóxel actual está ubicado dentro de una parte, los vóxeles en el exterior de la parte no se usan para determinar el campo de distancia para el vóxel.

Cuando no hay ningún vóxel más alrededor del anillo actual en la etapa 524, el proceso finaliza y el valor de campo de distancia almacenado para el vóxel actual se emite como el campo de distancia final 9212 (las figuras 10 y 12). Este valor de campo de distancia tendrá una magnitud que representa la distancia más corta entre el vóxel actual y cualquier frontera de STL de la parte y un signo que indicará si el vóxel actual está dentro de la parte o es exterior a la parte. Además, cuando el valor de campo de distancia se actualiza para el vóxel actual, también se almacenan una o más características asociadas con el valor de campo de distancia, tal como la posición del punto más cercano en la frontera de STL, identificadores del cuerpo o malla en la que está ubicado el punto más cercano, coordenadas de textura de superficie, y la normal a la superficie en el punto más cercano, por ejemplo. De acuerdo con una realización, las diferentes características de la parte tienen diferentes conjuntos de reglas de selección de material asociadas con las mismas. Como resultado, diferentes porciones de la parte pueden tener diferentes reglas de selección de material asociadas con las mismas. De forma similar, se emite la distancia más corta a la frontera de silueta 9216, así como la ubicación del punto de frontera de silueta más cercano 9218.

Cuando hay múltiples partes en el espacio de construcción 400, las etapas de la figura 15 se repiten para cada parte para generar un valor de campo de distancia 9212, un punto de frontera de STL que es el más cercano 9214, una distancia más cercana a la silueta 9216 y el punto de frontera de silueta más cercano 9218 para el vóxel para cada parte. Es posible que un único vóxel esté en el exterior de todas las partes, que esté ubicado en una única parte mientras está en el exterior de otras partes, o que esté ubicado dentro de múltiples partes.

Volviendo a la figura 11, después de que se hayan determinado los valores de campo de distancia y la distancia a la frontera de silueta para el vóxel seleccionado en las etapas 9114 y 9116, respectivamente, un material para el vóxel en la etapa 9118 es determinado por una unidad de selección de material 9226. La figura 17 proporciona un diagrama de flujo que muestra etapas iniciales al realizar la selección de material.

En la etapa 9700, se examinan los campos de distancia para determinar si el vóxel está en al menos una parte. Esta determinación puede realizarse determinando si hay al menos un valor de campo de distancia no negativo almacenado para el vóxel. Si el vóxel está en al menos una parte, todos los valores de campo de distancia negativos para el vóxel se ignoran en la etapa 9702. Por lo tanto, si un vóxel está ubicado dentro de al menos una parte, las reglas de selección de material 9220 asociadas con el vóxel que está en el interior de la(s) parte(s) controlan la selección de material y se ignoran las reglas de selección de material 9220 asociadas con el vóxel que está en el exterior de otras partes. Obsérvese que, si solo hay una parte en el espacio de construcción, no habrá campos de distancia negativos que ignorar en la etapa 9702.

En la etapa 9704, la unidad de selección de material 9226 determina si hay múltiples partes en el espacio de construcción. Si solo hay una parte en el espacio de construcción, en la etapa 9706 se realiza un proceso de selección de material de una única parte. Un ejemplo de un proceso de identificación de material de una única parte de este tipo se analiza más adelante. Si hay múltiples partes en la etapa 9704, en la etapa 9708 se realiza un proceso de selección de material de múltiples partes. Un ejemplo de un proceso de selección de material de múltiples partes de este tipo se analiza a continuación.

Volviendo a la etapa 9700, si el vóxel no está en ninguna de las partes en el espacio de construcción, la posición del vóxel con respecto a la frontera de silueta se examina en la etapa 9710 para determinar si el vóxel está en una región de soporte directo para una parte. Una región de soporte directo es una región en el espacio de construcción ubicada dentro de una silueta de una parte. Tales regiones de soporte directo requieren material de soporte suficiente para soportar la parte a medida que se construye esta. Determinar si un vóxel está en una región de soporte directo implica mirar el/los valor(es) de memoria intermedia de Z para el vóxel. Si cualquiera del/de los valor(es) de la memoria intermedia de Z es negativo y tiene una magnitud menor que la magnitud máxima, el vóxel está en una región de soporte directo. Si el vóxel está en una región de soporte directo, se establece una designación de soporte directo en la etapa 9712 para el vóxel.

Si el vóxel no está en una región de soporte directo en la etapa 9710, se examina la posición del vóxel para determinar si este está en una región de soporte en ángulo para la parte en la etapa 9714. Para algunas partes, además de proporcionar soporte adicional en las regiones de soporte directo, también se proporciona un soporte adicional en el exterior de la silueta de la parte de tal modo que el soporte adicional tiene una superficie en ángulo y no es completamente vertical. Para determinar si el vóxel está en una región de soporte en ángulo para la parte, la distancia a la frontera de silueta más cercana para la parte se combina con la distancia vertical a la parte desde ese punto más cercano en la frontera de silueta para determinar un ángulo entre el vóxel y la porción de la parte por encima de la frontera de silueta en relación con el plano xy de la rebanada. Si este ángulo es mayor que algún ángulo máximo establecido para la región de soporte en ángulo, se considera que el vóxel está dentro de la región de soporte en ángulo en la etapa 9714. Si el ángulo calculado es menor que el ángulo máximo para la región de soporte en ángulo, se considera que el vóxel está en el exterior de la región de soporte en ángulo para la parte. Si el vóxel está dentro de la región de soporte en ángulo en la etapa 9714, se establece una designación de que el vóxel está en la región de soporte en ángulo en la etapa 9716. Después de la etapa 9714 o la etapa 9716, el proceso pasa a la etapa 9704 para determinar si hay múltiples partes en el espacio de construcción.

La figura 18 proporciona un diagrama que muestra una región de soporte completo 800, una región de soporte angular 802 y una región de soporte de relleno 804 para una parte 806. La región de soporte completo 800 incluye áreas en el exterior de la parte que están dentro de la frontera de silueta 810 de la parte. La región de soporte angular 802 incluye áreas que están dentro de un ángulo 812 del punto 814 de la parte en la frontera de silueta 810. La región de soporte completo 800, la región de soporte angular 802 y la región de soporte de relleno 804 pueden incluir, cada una, materiales diferentes y/o funciones de modulación diferentes entre sí. En general, la región de soporte completo 800 incluirá materiales y funciones de modulación que proporcionan más soporte que la región de soporte de relleno 804. La región de soporte angular 802 puede incluir los mismos materiales y funciones de modulación que la región de soporte completo 800 o puede incluir diferentes materiales o funciones de modulación.

La figura 19 proporciona un diagrama de flujo para realizar la etapa 9706 de la figura 17 en el que se realiza una identificación de material con respecto a una única parte en el espacio de construcción. En la etapa 900 de la figura 19, las características de punto para la porción más cercana de la parte al vóxel se recuperan de las características de punto 9209 por la unidad de selección de material 9226. Estas características de punto se usan para identificar un conjunto de reglas de selección de material 9220 que van a usarse cuando se determina el material para vóxeles cerca de la porción de parte. De acuerdo con una realización, el conjunto de reglas de selección de material contiene una regla de selección de material separada 9224 para cada uno de un conjunto de intervalos 9222 de valores de campo de distancia. De acuerdo con algunas realizaciones, cada regla de selección de material es una regla estática que asigna un mismo material con la misma densidad a lo largo de todo el intervalo de valores de campo de distancia, y una regla de modulación que varía la composición de los vóxeles a lo largo del intervalo de valores de campo de distancia.

En la etapa 902, la unidad de selección de material 9226 recupera los conjuntos de reglas de selección de material identificados en las características puntuales y en la etapa 904 usa el campo de distancia y la designación de región (es decir, región de soporte directo, región de carga, de haber alguna, para el vóxel para identificar qué regla de selección de material usar.

De acuerdo con una realización, los intervalos 9222 describen bandas de materiales en relación con la frontera de STL en donde cada banda tiene una regla de selección de material asociada 9224. Dentro de un intervalo 9222, la regla de selección de material 9224 puede simplemente designar un único material para su uso dentro del intervalo. Para otros intervalos, la regla de selección de material 9224 consiste en una o más funciones que se evalúan para producir valores de salida. Los grupos de valores de salida se asignan a diferentes designaciones de material. Por ejemplo, algunos valores de salida de las funciones pueden asignarse a un primer material mientras que otros valores de salida se asignan a un segundo material. Otras veces, un grupo de valores de salida se asigna a un material mientras que los valores de salida restantes no se asignan a ningún material, lo que significa que no se coloca ningún material en el vóxel. Por ejemplo, de acuerdo con una realización, se definen las siguientes bandas y funciones:

paraa>D>b

f(x, D) >0—> designación de material1

f(x, D)<0 →designación de material 2

f(x, D)= 0 →designación de material3

parab>D> 0

g(x, D)> 0designación de material4

g{x, D) <0designación de material5

9(x, D) =0designación de material<6>

paraD= 0

h{x) ><0>designación de material7

h{x) <<0>designación de material<8>

h{x) =<0>designación de material9

o 0 >D> -cy soporte directo

k(x, D)> 0 →designación de material10

k(x, D)< 0 →designación de material11

k(x, D)= 0 →designación de material12

para 0 >D> -cy soporte en ángulo

i(x, D)>0 →designación de material13

/(x, D) < 0 →designación de material14

/(x, D) = 0 →designación de material15

para 0 >D> -cy sin brillo

m(x, D)>0 →designación de material16

m(x, D)<0 →designación de material17

m(x, D) =0 →designación de material18

para 0 >D > -c y brillo

n( x, D) >0 →designación de material19

n(x, D) <0 →designación de material20

n(x,D)= 0 →designación de material21

para -c >D > -d y soporte directo

o(x, D) > 0 →designación de material21

o(x, D) < 0 →designación de material22

o(x, D) = 0 →designación de material23

para -c >D > -c y soporte en ángulo

p(x, D) > 0 →designación de material24

p( x, D) < 0 →designación de material25

p(x, D) = 0 →designación de material26

para -c >D > -d y, de lo contrario

g(x,D) >0 →designación de material27

g( x, D) < 0 →designación de material28

g(x, D) = 0 →designación de material29

en donde D es el valor de campo de distancia, a, b, -c y -d son valores de intervalo para los valores de campo de distancia, x es la ubicación tridimensional del vóxel en el espacio de construcción,f{x, D), g(x, D), h(x, D), k(x, D),/( x,D), m(x, D), n(x, D), o(x, D),p(x, D) y g(x, D) son funciones de modulación y las designaciones de materiales 1 29 son posibles materiales y no materiales que van a usarse para el vóxel. Aunque se enumeran como materiales separados 1-29, los expertos en la materia reconocerán que una o más de las designaciones de materiales pueden ser iguales.

Las funciones de modulación pueden ser funciones periódicas o aperiódicas de una o más características del vóxel, tal como la posición del vóxel en el espacio de construcción, o el campo de distancia D para el vóxel. Para funciones periódicas, la posición en el espacio de construcción o el campo de distancia o una combinación de estos dos valores puede usarse para controlar la frecuencia de la función periódica, un cambio temporal en la función periódica y/o la magnitud de la función periódica. La función de modulación también puede ser una función de ruido basándose en la posición del vóxel en el espacio de construcción o basándose en el campo de distancia. En realizaciones adicionales, la función de modulación es una combinación de una función periódica y una función ruidosa. Por ejemplo, en una realización, la función periódica se basa tanto en la posición en el espacio de construcción como en el campo de distancia y la salida de la función periódica se filtra mediante un filtro ruidoso basándose en la posición del vóxel en el espacio de construcción. En otra realización adicional más, la función de modulación es la suma del valor de campo de distancia y una función periódica base de la posición del vóxel en el espacio de construcción.

En los ejemplos anteriores, se han descrito tres intervalos de valores para las funciones con tres designaciones de material asociadas. Cuando la función de modulación proporciona un valor constante, solo se identificará un único material que produce una banda de material sólido a lo largo del conjunto establecido por el campo de distancia. En otras realizaciones, se usan otros intervalos de valores para emitir la función de modulación, permitiendo que se use cualquier número de materiales dentro del intervalo de valores de campo de distancia establecidos para la función de modulación. En realizaciones adicionales, uno o más de los intervalos de valores para la función de modulación pueden asociarse con un espacio vacío, dando como resultado que no se asigne ningún material al vóxel. Por ejemplo, es posible asignar un material cuando la salida de la función de modulación es mayor o igual que<0>y asignar un espacio vacío al vóxel cuando la salida de la función de modulación es menor que 0. Esto permite que se construya una banda porosa de material cambiando la porosidad del material basándose en el campo de distancia y/o la posición en el espacio de construcción.

La frecuencia de la función de modulación puede cambiar como una función continua del campo de distancia o puede fijarse en el valor del campo de distancia al comienzo o al final del intervalo de campos de distancia asociados con la función de modulación. De forma similar, de forma similar, la amplitud de la función de modulación puede variar continuamente como una función de los valores de campo de distancia o puede establecerse al valor del campo de distancia al comienzo o al final del intervalo de valores de campo de distancia asociados con la función de modulación.

Como se muestra en el conjunto de ejemplo de reglas de selección de material anteriormente, la selección de una regla de selección de material también puede basarse en si el vóxel está ubicado en una región de soporte directo o en una región de soporte en ángulo como se designa para el vóxel en las etapas 9712 y 9716 anteriormente. Además, los mapas de brillo 9208 pueden consultarse en busca de la porción de la parte más cercana al vóxel para determinar si esa porción de la parte ha de tener un nivel de brillo particular. Este nivel de brillo puede usarse entonces junto con el campo de distancia para seleccionar la regla de selección de material para aplicar al vóxel.

Volviendo a la figura 19, en la etapa 906, el valor de campo de distancia del vóxel y/o la posición del espacio de construcción del vóxel se aplican a la regla de selección de material seleccionada para seleccionar un material o ningún material para el vóxel. En algunas realizaciones, como se ha mostrado anteriormente, la regla de selección de material 9224 es una función de una característica del vóxel, tal como el valor de campo de distancia o la posición del espacio de construcción del vóxel, y el valor de campo de distancia o la posición del espacio de construcción del vóxel se aplican a la función para generar un valor de salida que se usa entonces para seleccionar el material o la ausencia de material para el vóxel.

Si hay más de una parte en el espacio de construcción, se realiza una selección de material de múltiples partes en la etapa 9708 de la figura 17. La figura 20 proporciona un diagrama de flujo de un método para realizar una selección de material de múltiples partes.

En la etapa 1000, la unidad de selección de material 9226 accede a las características de punto 9209 para recuperar las características para los puntos de frontera de STL más cercanos 9214 para las múltiples partes. Entonces, estas características se usan para determinar si las reglas de selección de material designadas para el punto de frontera de STL han de mezclarse con las reglas de selección de material para los puntos de frontera de STL de otras partes o si ha de realizarse una selección entre las reglas de selección de material de las diversas partes de tal modo que solo se usan las reglas de selección de material de una única parte.

Si solo han de usarse las reglas de selección de material de una única parte, el proceso continúa en la etapa 1002 en donde se selecciona una de las partes usando los puntos de frontera de STL más cercanos de las diversas partes. En particular, las características 9209 de los puntos de frontera de STL más cercanos indicarán a cuál de las partes ha de darse prioridad cuando se selecciona un conjunto de reglas de selección de material. Después de que se haya seleccionado la parte con prioridad en la etapa<1 0 0 2>, la selección de material de una única parte se realiza en la etapa 1004 usando el proceso descrito anteriormente para la figura 19.

La figura 21 proporciona un ejemplo de una vista en sección transversal superior de una parte construida usando el proceso de construcción de una única parte de la figura 19. En la figura 21, la parte está definida por una frontera de STL 1100 que se divide en dos regiones 1102 y 1104, teniendo cada una unas características respectivas. Para la región<1 1 0 2>, se definen tres bandas de reglas de selección de material en el exterior de la parte y se definen cuatro bandas de reglas de selección de material en el interior de la parte. En particular, en el exterior de la frontera de STL hay una banda 1106 construida por una función de modulación que modula entre producir dos materiales diferentes dando como resultado un área de soporte con estructura. La banda 1108 incluye una función de modulación aperiódica que proporciona una cantidad constante de un único material de soporte. La banda 1110 consiste en una función de modulación aperiódica que asigna un espacio de aire a los vóxeles en la banda. Dentro de la frontera de STL, la banda<1 11 2>se representa por una función de modulación aperiódica que proporciona un material de recubrimiento de densidad constante. La banda 1114 se describe mediante una función de modulación que modula entre el recubrimiento de la banda 1112 y un material cortical hallado en una banda cortical 1116. La banda cortical 1116 tiene un espesor variable como se indica por el espesor más ancho 1118 y el espesor más estrecho 1120. Por lo tanto, el tamaño de la banda cortical 1116 varía basándose en cuál sea el punto de frontera de STL más cercano. La banda cortical 1116 se describe mediante una función de modulación aperiódica que proporciona un material cortical de intensidad constante. La banda 1122 se describe mediante una función de modulación con ruido que modula entre el material cortical de la banda 1116 y un material medular. La función de ruido aumenta la cantidad de material medular a medida que aumenta el campo de distancia.

La región 1104 contiene las bandas 1106 y 1108 del exterior de la región 1102 pero solo incluye la banda interior 1122 de la región<1 1 0 2>.

Volviendo a la figura 20, cuando las características de punto 9209 para los puntos de parte más cercanos indican que las reglas de selección de material de dos partes diferentes han de mezclarse en la etapa<1 0 0 0>, el proceso continúa en la etapa 1006. En la etapa 1006, se seleccionan al menos dos de las partes en el espacio de construcción. El número de partes que se seleccionan se basa en las designaciones almacenadas en las características de punto 9209 para todas las partes en el espacio de construcción. Tales características pueden incluir campos de distancia umbral que requieren que el vóxel esté a no más de una cierta distancia de la frontera del STL para que las reglas de selección de material de la parte se usen durante la mezcla. En otras realizaciones, ciertas características de punto 9209 indicarán que las reglas de selección de material de una parte solo han de mezclarse cuando esté presente un cierto número de otras partes en el espacio de construcción.

En la etapa 1008, se recuperan las reglas de selección de material 9220 asociadas con las partes seleccionadas en la etapa 1006 e identificadas en las características de punto 9209. En la etapa 1010, el campo de distancia respectivo del vóxel y la designación de región, de haber alguna, del vóxel en relación con cada parte seleccionada en la etapa 1006 se usan para identificar qué reglas de selección de material van a seleccionarse para la mezcla. En la etapa 1012, se mezclan o se fusionan uno o ambos de los materiales y las funciones de modulación de las reglas de selección de material seleccionadas. De acuerdo con una realización, mezclar o fusionar funciones de modulación implica ponderar las funciones de modulación usando los campos de distancia y sumar o multiplicar las funciones de modulación ponderadas para formar una función fusionada. La ponderación es de tal modo que, si un vóxel está dentro de dos partes, el peso de una función de modulación de una de las partes aumenta a medida que aumenta el valor de campo de distancia para esa parte. Cuando el vóxel está ubicado en el exterior de dos partes, es cierto lo contrario y la ponderación de la función de modulación en relación con una parte disminuye a medida que aumenta la magnitud del campo de distancia para la parte. En otras realizaciones, la mezcla o fusión se realiza usando una función aleatoria y seleccionando qué material aplicar basándose en si la salida de la función aleatoria está por encima o por debajo de un umbral. El umbral se establece como una función del campo de distancia para una de las partes, de tal modo que es más probable que se seleccione un material de una parte particular para el vóxel a medida que aumenta el campo de distancia para esa parte. Esto produce un área fusionada a lo largo de las porciones superpuestas de las dos partes en donde el contenido de material de los vóxeles cambia gradualmente a lo largo del área fusionada.

Después de que las funciones de material/modulación se hayan mezclado en la etapa 1012, se aplican los campos de distancia para una o más de las partes a las funciones mezcladas en la etapa 1014 junto con la región de espacio de construcción para el vóxel para producir un valor calculado que se usa entonces para seleccionar el material para el vóxel en la etapa 1016.

La figura 22 proporciona un ejemplo de selección de material de múltiples partes en la que la selección de una única parte en la etapa 1002 elimina la interferencia entre partes. A veces, las mallas 9202 para diferentes partes se describirán de tal modo que las partes se solapen cuando el diseñador pretendiese que las partes estuvieran separadas. Puede llevar mucho tiempo eliminar tal interferencia. En la etapa 1002, tal interferencia se elimina automáticamente seleccionando solo una de las partes cuando las mallas 9202 describen un vóxel como si estuviera en dos partes diferentes.

En el ejemplo de la figura 22, hay dos partes 1200 y 1202. Las líneas de puntos 1204 indican la frontera de STL para la parte 1202 como se describe por las mallas 202 y la línea de trazo continuo 1205 indica la frontera de STL para la parte 1200. Como se muestra en la figura 22, la frontera de STL 1204 está dentro de la parte 1200 y, como tal, la descripción de las fronteras de STL muestra una interferencia entre las partes 1200 y 1202. Seleccionando una única parte en la etapa 1002, en este caso, la parte 1200, es posible eliminar la interferencia descrita en las mallas 202 para proporcionar una nueva frontera de parte 1206 (mostrada en negrita) para la parte 1202. Por lo tanto, en el área de interferencia 1208 en donde se superponen las partes 1200 y 1202, la selección de la parte 1200 en la etapa 1002 desplaza de forma eficaz la frontera 1204 a la frontera 1206 para la parte 1202, eliminando de ese modo la interferencia entre las dos partes.

La figura 23 proporciona un ejemplo de mezcla de dos funciones de modulación usando un campo de distancia. En la figura 23, se mezcla un campo de modulación de giroide en la sección 1300 con una retícula de Schwartz como se muestra en la sección 1302 a lo largo de un área de mezcla 1304. En la mezcla de la figura 23, las dos funciones de modulación se ponderan de tal modo que, a medida que aumenta el campo de distancia desde la frontera de STL que define el giroide, la función de modulación de giroide se pondera con un valor menor y la retícula de Schwartz se pondera con un valor mayor. Esto produce una transición fluida desde la retícula de giroide a la retícula de Schwartz.

La figura 24 muestra la mezcla de material de partes a lo largo de una porción superpuesta de dos partes 1400 y 1402. En la región mezclada 1404, la cantidad de material asociado con la parte 1400 disminuye gradualmente y la cantidad de material asociado con la parte 1402 aumenta gradualmente a lo largo de la extensión desde la parte 1400 a la parte 1402. Por lo tanto, a medida que disminuye la magnitud del campo de distancia para la parte 1400, disminuye la cantidad de material de parte para la parte 1400 en la región mezclada. De forma similar, a medida que disminuye el campo de distancia para la parte 1402 a lo largo de la región mezclada 1404, disminuye la cantidad de material asociado con la parte 1402 en la región mezclada.

Volviendo a la figura 11, después de que se haya determinado el material para un vóxel en la etapa 9118, el proceso determina si han de procesarse más vóxeles en la etapa 9120. Si hay más vóxeles en la rebanada actual, se selecciona un nuevo vóxel volviendo a la etapa 9112 y se repiten las etapas 9114, 9116 y 9118 para el nuevo vóxel. Cuando se han procesado todos los vóxeles para la rebanada actual en la etapa 9120, el mapa de bits de material para la rebanada está completo y se emite como el mapa de bits de material 9228. En la etapa 9122, el proceso determina si hay más rebanadas. Si hay más rebanadas, el proceso de cálculo de rebanadas 9210 sube una rebanada en la etapa 9124 y, entonces, vuelve a la etapa 9106 para realizar operaciones de representación en la dirección Z para la nueva rebanada. Las etapas 9108, 9110, 9112, 9114, 9116, 9118 y 9120 se repiten entonces para la nueva rebanada. Obsérvese que, aunque se ha indicado que la selección de materiales para cada vóxel en una rebanada se realiza antes de que se cargue la memoria intermedia de Z para cada rebanada, y otras realizaciones, la operación de representación se realiza en la dirección Z para cada rebanada antes de determinar los materiales para los vóxeles en cualquiera de las rebanadas. Después de que se hayan cargado las memorias intermedias de Z para cada rebanada, cada rebanada es procesada a su vez por la unidad de selección de material 9226 para identificar el material para cada vóxel en la rebanada.

Después de que se hayan formado mapas de bits de material 9228 para cada rebanada, una unidad de conversión de impresión 9230 realiza una etapa de conversión de impresión 9126 para formar unas instrucciones de impresión 9237. Esta etapa de conversión de impresión puede ser tan sencilla como transferir los mapas de bits de material 9228 como los mapas de bits 9232. En otras realizaciones, los mapas de bits de material 9228 se convierten en trayectorias de herramienta 9234 que describen cómo debería moverse un cabezal de impresión a lo largo de una rebanada para depositar material. En una realización, se usa un algoritmo de cuadrados marchantes para identificar las trayectorias de herramienta 9234 a partir de los mapas de bits 9228. En una realización adicional, los mapas de bits de material 9228 para cada rebanada se convierten en las mallas 9236 que proporcionan descripciones tridimensionales de las fronteras de parte. Tales mallas pueden aplicarse como entrada a otras impresoras o como entrada a sistemas de CAD. En una realización, se usa un algoritmo de cubos marchantes para identificar las mallas 9236 a partir de los mapas de bits 9228. Después de que los mapas de bits de material 9228 se hayan convertido en las instrucciones de impresión 9237, las instrucciones de impresión se comunican a través del adaptador de comunicación 9092 de tal modo que la parte se pueda fabricar en la etapa 9128.

Por lo tanto, las realizaciones anteriores pueden cargar un modelo de CAD en una GPU, usar la GPU para calcular los campos de distancia con signo para cada vóxel, asignar un material a cada vóxel basándose en los campos de distancia con signo y emitir imágenes adecuadas para la impresión.

Las diversas realizaciones calculan varios campos de distancia diferentes para cada vóxel en una rebanada, incluyendo la distancia euclidiana 3D al punto más cercano del modelo de CAD, la distancia 2D al punto más cercano en la sección transversal del modelo en la rebanada y la distancia 2D a la silueta del modelo.

Cada campo de distancia puede incluir información de transformada de características para el vóxel, en donde la característica es el punto de origen en el modelo usado para registrar la distancia notificada para ese vóxel en el campo de distancia. Las transformadas de características pueden incluir identificadores del cuerpo o malla, coordenadas de textura de superficie, la normal a la superficie y la posición del punto de origen.

De acuerdo con una realización, la asignación de material a cada vóxel se convierte en una función de la información de distancia y los parámetros controlados por el usuario.

La métrica de distancia puede ser la norma euclidiana o una norma diferente, tal como una norma Lp o de bisel. Los cálculos en la GPU usan la memoria intermedia de Z para producir la componente de profundidad de la distancia en proyecciones planas.

Los cálculos en la GPU usan una transformada de distancia para calcular la distancia 3D, la distancia seccional 2D o la distancia desde regiones de autosoporte.

Los campos de distancia pueden usarse para modular las funciones de portadora, tales como retículas implícitas y funciones de ruido, para producir estructuras con una conformidad y una porosidad variables.

Los campos de distancia pueden usarse para realizar operaciones de desplazamiento y booleanas.

Los campos de distancia pueden usarse para interpolar de forma fluida un modelo de CAD a otro. Los campos de distancia pueden usarse para ajustar interferencias y espacios entre partes.

Los campos de distancia pueden usarse para crear unos desplazamientos de espesor variable.

Los campos de distancia pueden combinarse con texturas de superficie y volumétricas para crear texturas en capas y onduladas.

Los campos de distancia pueden combinarse con datos de vóxel, tales como exploración de TAC y datos de IRM para producir modelos con propiedades de material variables volumétricamente.

Los resultados pueden guardarse como imágenes de mapa de bits para su uso en impresoras que usan imágenes. Los resultados pueden trazarse en forma de contornos vectoriales para impresoras 3D que usan trayectorias de herramienta.

Los resultados pueden reconstruirse para dar modelos de sólido 3D.

Los cálculos en la GPU usan convolución o muestreo para calcular la distancia seccional 2D, la distancia de silueta y las componentes planas de la distancia 3D. De acuerdo con una realización, estos cálculos se realizan de forma iterativa para calcular recursivamente distancias de una forma eficiente.

La información de distancia puede usarse para modular funciones explícitas e implícitas, tales como aquellas que describen retículas, para producir estructuras con propiedades del material a granel variables, tal como la conformidad y la porosidad. Las funciones pueden describir formas, huecos en formas, texturas, propiedades de material variables y retículas en forma de viga, de panal y de topología mixta.

En las realizaciones descritas a continuación, hay componentes de CPU y GPU. El componente de CPU:

1. Lee datos de malla, texturas, y datos de parámetros de rebanado.

2. Envía los datos de la malla y la información relacionada a la GPU.

3. Proporciona una interfaz de usuario para ver e interaccionar con los datos de rebanada.

4. Guarda las imágenes creadas en la GPU al disco.

El componente de GPU:

1. Produce información de profundidad acerca del modelo usando la memoria intermedia de Z.

2. Combina la información de profundidad en estructuras con diferente información de distancia.

3. Calcula la composición de cada vóxel usando la información de distancia.

4. Incluye bibliotecas para calcular retículas, realizar operaciones de modelado de sólidos, calibrar color, etc.

En una realización, las diversas realizaciones se implementan usando Javascript, Node.js y Electron para la CPU y OpenGL ES para el código de la GPU. Otras realizaciones se implementan usando C# en .NET o Mono y OpenGL 3.3.

Aplicaciones adicionales:

1. Registrar información de textura, de la normal y otra información geométrica (colectivamente, "información de superficie") junto con información de distancia mientras se calcula el campo de distancia.

2. Usar información de superficie y un mapa de bits para elegir un color para asignar al modelo.

3. Usar información de superficie y un mapa de bits para elegir un material entre varios materiales posibles, posiblemente usando difuminado.

4. Usar información de superficie y un mapa de bits para compensar el modelo para crear un mapa de desplazamiento físico.

5. Usar información de superficie y un mapa de bits para cambiar el brillo del resultado impreso.

6. Usar información de superficie y un mapa de bits para cambiar el acabado superficial del resultado impreso.

7. Usar información de superficie y u mapa de bits para cambiar la dureza del material que es la más cercana al valor de la textura en la superficie.

8. Usar información de superficie y un mapa de bits para cambiar la transparencia del material que es la más cercana al valor de la textura en la superficie.

9. Usar información de superficie y un mapa de bits para cambiar las propiedades mecánicas, tales como la rigidez, del material más cercano al valor de la textura en la superficie.

10. Usar información de superficie y un mapa de bits para modificar la presencia de material de soporte en la superficie de una parte.

11. Usar información de superficie y un mapa de bits para modular funciones implícitas usadas en el volumen de la parte o en las estructuras de soporte que rodean la misma.

12. Usar información de superficie y varios mapas de bits para producir varios mapas de desplazamiento que pueden combinarse a través de operaciones booleanas para crear texturas de superficie que incluyen extremos protuberantes.

13. Usar información de superficie y varios mapas de bits con material transparente para producir efectos de superficie (animados o 3D) lenticulares.

14. Usar cualquier combinación de 2-9 conjuntamente.

15. El uso de texturas volumétricas 3D con información de campo de distancia para cambiar la composición de ubicación de material, posiblemente en combinación con 2-9.

En la figura 9, el ordenador 9066 se mostró como un anfitrión para un único sistema de fabricación aditiva autónomo. Como alternativa, el ordenador 9066 puede funcionar como un servidor local para múltiples sistemas de fabricación aditiva 9068. Por ejemplo, los sistemas 9068 pueden ser parte de un sistema de producción global para fabricar productos OEM industriales o de consumo. En este sentido, el ordenador 9066 puede realizar las etapas de la figura 11 y también puede realizar una o más etapas de procesamiento adicionales, tales como estimaciones de tiempo de ejecución, gestión de cola de impresora, gestión de cola de posprocesamiento, y similares. Como se muestra, el ordenador 9066 puede incluir opcionalmente uno o más servidores 9072 y uno o más ordenadores de anfitrión 9074 asociados con cada sistema 9068, en donde el servidor 9072 puede comunicarse con los ordenadores de anfitrión 9074 a través de una o más líneas de comunicación 9076 (por ejemplo, líneas de red).

En aún otra realización, el ordenador 9066 y los sistemas 9068 pueden ser parte de un centro de servicio bajo demanda. En esta realización, el ordenador 9066 puede funcionar como un servidor basado en la nube, por ejemplo, en donde los clientes pueden enviar modelos digitales (por ejemplo, archivos de datos de STL) desde sus ordenadores personales 9078 a través de Internet a través de una o más líneas de red o de comunicación 9080 al ordenador 9066 (por ejemplo, al servidor 9072).

En esta aplicación, el ordenador 9066 puede realizar las etapas de la figura 11, así como una o más etapas de procesamiento adicionales, tales como cálculos de volumen de material de soporte, cotización de precios, estimaciones de tiempo de ejecución, gestión de cola de impresora, gestión de cola de posprocesamiento, estimaciones de envío, y similares. Por ejemplo, en algunas realizaciones, el ordenador 9066 puede generar cálculos de volumen de material de soporte, tiempos de construcción y cotización de precios como se analiza en Nehme y col., la patente de EE. UU. n.° 8.818.544. El centro de servicio también puede incluir uno o más puestos de posimpresión (por ejemplo, puestos de retirada de soporte, puestos de acabado superficial, puestos de envío, y similares, no mostrados), en donde el ordenador 9066 también puede comunicarse opcionalmente con el/los puesto(s) de posimpresión.

De acuerdo con algunas realizaciones de la invención, se proporciona un método que comprende: seleccionar un vóxel en un espacio de construcción tridimensional; para el vóxel seleccionado, determinar un valor de campo de distancia en relación con una parte tridimensional en el espacio de construcción tridimensional; usar el valor de campo de distancia para seleccionar al menos una regla de selección de material; aplicar una característica del vóxel a la al menos una regla de selección de material para identificar una designación de material para el vóxel, en donde la designación de material indica que no va a colocarse ningún material en el vóxel cuando la regla de selección de material no identifica ningún material para el vóxel y en donde la designación de material indica que va a colocarse al menos un material en el vóxel cuando la al menos una regla de selección de material identifica el al menos un material para el vóxel; y emitir la designación de material para el vóxel para su uso en la construcción de la parte tridimensional usando un sistema de fabricación aditiva.

De acuerdo con algunas realizaciones de la invención, el método usa la distancia más corta para determinar el valor de campo de distancia.

De acuerdo con algunas realizaciones de la invención, el valor de campo de distancia está en un primer intervalo de valores si el vóxel está en el exterior de la parte, está en un segundo intervalo de valores si el vóxel está dentro de la parte y es un valor singular si el vóxel está en la frontera de la parte.

De acuerdo con algunas realizaciones de la invención, el vóxel forma parte de una estructura de retícula.

De acuerdo con algunas realizaciones de la invención, el uso del primer valor de campo de distancia y el segundo valor de campo de distancia para establecer una designación de material comprende el uso del primer valor de campo de distancia para identificar una primera función, usar el segundo valor de campo de distancia para identificar una segunda función, fusionar la primera función con la segunda función para formar una función fusionada, y usar la función fusionada para establecer la designación de material.

De acuerdo con algunas realizaciones de la invención, la primera función describe un primer patrón de retícula, la segunda función describe un segundo patrón de retícula y la función fusionada describe una retícula de transición que realiza una transición del primer patrón de retícula al segundo patrón de retícula sobre un área de fusión.

De acuerdo con algunas realizaciones de la invención, el uso del primer valor de campo de distancia y el segundo valor de campo de distancia para establecer una designación de material comprende el uso del primer valor de campo de distancia para determinar que el vóxel está en el interior de la primera parte tridimensional, usar el segundo valor de campo de distancia para determinar que el vóxel está en el interior de la segunda parte tridimensional y establecer la designación de material para el vóxel a un conjunto de materiales para la primera parte tridimensional en lugar de un segundo conjunto de materiales para la segunda parte tridimensional.

De acuerdo con algunas realizaciones de la invención, el establecimiento de la designación de material para el vóxel al conjunto de materiales para la primera parte tridimensional en lugar del segundo conjunto de materiales para la segunda parte tridimensional comprende identificar una porción que es la más cercana de la primera parte tridimensional al vóxel, recuperar una característica asociada con la porción más cercana, y usar la característica para decidir establecer la designación de material para el vóxel al conjunto de materiales para la primera parte tridimensional.

Ejemplo 6

Formulaciones curables elastoméricas

En todo el presente documento, la locución "formulación elastomérica curable" también se denomina en el presente documento "formulación de material de modelado elastomérico", "formulación de modelado elastomérica" o simplemente "formulación elastomérica", y describe una formulación que, cuando se ha endurecido, presenta propiedades de un caucho o materiales similares al caucho, también denominados elastómeros en el presente documento y en la técnica.

Los elastómeros, o cauchos, son materiales flexibles que se caracterizan por una Tg baja (por ejemplo, inferior a la temperatura ambiente, preferiblemente inferior a 10 °C, inferior a 0 °C e incluso inferior a -10 °C).

Son formulaciones ilustrativas de este tipo las comercializadas como las familias Tango™, Tango+™ y Agilus™ (por ejemplo, Agilus™30).

Tales formulaciones ilustrativas se describen en el documento WO2017/208238.

Siempre que se indique "Agilus" o "formulación de Agilus" (por ejemplo, Agilus™30), se quiere decir una formulación de la familia Agilus™ (por ejemplo, una formulación como se describe en el documento WO2017/208238).

De acuerdo con algunas de cualquiera de las realizaciones descritas en el presente documento, la formulación de modelado curable elastomérica comprende al menos un material curable elastomérico.

La locución "material curable elastomérico" describe un material curable, como se define en el presente documento, que, tras la exposición a energía de curado, proporciona un material curado que presenta propiedades de un elastómero (un caucho o material similar al caucho).

Los materiales curables elastoméricos comprenden habitualmente uno o más grupos polimerizables (curables), que experimentan a polimerización tras la exposición a una condición de curado (por ejemplo, energía de curado) adecuada, enlazados a un resto que confiere elasticidad al material polimerizado y/o reticulado. Tales restos comprenden habitualmente alquilo, cadenas de alquileno, hidrocarburo, grupos o cadenas de alquilenglicol (por ejemplo, oligo o poli(alquilenglicol) como se define en el presente documento, restos de uretano, oligouretano o poliuretano, como se define en el presente documento, y similares, incluyendo cualquier combinación de los anteriores, y también se denominan en el presente documento "restos elastoméricos".

Un material curable elastomérico puede ser un material monofuncional o multifuncional, o una combinación de los mismos.

Un material curable monofuncional elastomérico de acuerdo con algunas realizaciones de la presente invención puede ser un compuesto que contiene vinilo representado por la Fórmula I:

Fórmula I

en donde al menos uno de Ri y R2 en la Fórmula I es y/o comprende un resto elastomérico, como se describe en el presente documento.

El grupo (=CH<2>) en la Fórmula I representa un grupo polimerizable y es, de acuerdo con algunas realizaciones, un grupo curable por UV, de tal modo que el material curable elastomérico es un material curable por UV.

Por ejemplo, Ri en la Fórmula I es o comprende un resto elastomérico como se define en el presente documento y R<2>es, por ejemplo, hidrógeno, alquilo C(1-4), alcoxi C(1-4), o cualquier otro sustituyente, siempre que este no interfiera con las propiedades elastoméricas del material curado.

En algunas realizaciones, Ri en la Fórmula I es un carboxilato como se describe en el presente documento, R<2>es hidrógeno, y el compuesto es un monómero de acrilato monofuncional. En algunas realizaciones, R1 en la Fórmula I es un carboxilato como se describe en el presente documento, y R2 es metilo, y el compuesto es un monómero de metacrilato monofuncional. Los materiales curables en los que R1 es carboxilato y R2 es hidrógeno o metilo se denominan colectivamente en el presente documento "(met)acrilatos".

En algunas de cualquiera de estas realizaciones, el grupo carboxilato se representa por -C(=O)-ORc, y Rc es un resto elastomérico como se describe en el presente documento.

En algunas realizaciones, R1 en la Fórmula I es amida como se describe en el presente documento, R2 es hidrógeno, y el compuesto es un monómero de acrilamida monofuncional. En algunas realizaciones, R1 en la Fórmula I es amida como se describe en el presente documento, R2 es metilo, y el compuesto es un monómero de metacrilamida monofuncional. Los materiales curables en los que Ri es amida y R2 es hidrógeno o metilo se denominan colectivamente en el presente documento "(met)acrilamida".

En algunas realizaciones, la amida se presenta por -C(=O)-NRdRe, y Rd y Re se seleccionan de hidrógeno y un resto elastomérico, siendo al menos uno un resto elastomérico, como se define en el presente documento. Cuando uno o ambos de R1 y R2 en la Fórmula I comprenden un resto polimérico u oligomérico, el compuesto curable monofuncional de Fórmula I es un material curable monofuncional polimérico u oligomérico ilustrativo. De lo contrario, es un material curable monofuncional monomérico ilustrativo.

En materiales elastoméricos multifuncionales, los dos o más grupos polimerizables están enlazados entre sí a través de un resto elastomérico, como se describe en el presente documento.

En algunas realizaciones, un material elastomérico multifuncional puede representarse por la Fórmula I como se describe en el presente documento, en el que R1 comprende un material elastomérico que termina en un grupo polimerizable, como se describe en el presente documento.

Por ejemplo, un material curable elastomérico difuncional puede representarse por la Fórmula I*:

Fórmula I*

en donde E es un resto de enlace elastomérico como se describe en el presente documento, y R'2 es como se define en el presente documento para R2 en la Fórmula I.

En otro ejemplo, un material curable elastomérico trifuncional puede representarse por la Fórmula II:

Fórmula II

en donde E es un resto de enlace elastomérico como se describe en el presente documento, y R<'2>y R<"2>son cada uno independientemente como se define en el presente documento para R<2>en la Fórmula I.

En algunas realizaciones, un material curable elastomérico multifuncional (por ejemplo, difuncional, trifuncional o superior) puede representarse colectivamente por la Fórmula III:

Fórmula III

En donde:

R<2>y R<'2>son como se define en el presente documento;

B es una unidad de ramificación difuncional o trifuncional como se define en el presente documento (dependiendo de la naturaleza de X<1>);

X<2>y X<3>están cada uno independientemente ausentes, son un resto elastomérico como se describe en el presente documento, o se selecciona de un alquilo, un hidrocarburo, una cadena de alquileno, un cicloalquilo, un arilo, un alquilenglicol, un resto de uretano y cualquier combinación de los mismos; y

X<1>está ausente o se selecciona de un alquilo, un hidrocarburo, una cadena de alquileno, un cicloalquilo, un arilo, un alquilenglicol, un resto de uretano y un resto elastomérico, estando cada uno opcionalmente sustituido (por ejemplo, terminado) con un resto de met(acrilato) (OC(=O) CR"<2>=CH<2>), y cualquier combinación de los mismos o, como alternativa, X<1>es:

en donde:

la línea curva representa el punto de unión;

B' es una unidad de ramificación, siendo igual a o diferente de, B;

X<'2>y X<'3>son cada uno independientemente como se define en el presente documento para X<2>y X3; y R<" 2>y R<' " 2>son como se define en el presente documento para R<2>y R'2.

siempre que al menos uno de X1, X<2>y X<3>sea o comprenda un resto elastomérico como se describe en el presente documento.

La expresión "unidad de ramificación", como se usa en todo el presente documento, describe un resto de enlace, preferiblemente alifático o alicíclico, de múltiples radicales. Por "de múltiples radicales" se quiere decir que el resto de enlace tiene dos o más puntos de unión de tal modo que este se enlaza entre dos o más átomos y/o grupos o restos. Es decir, la unidad de ramificación es un resto químico que, cuando se une a una única posición, grupo o átomo de una sustancia, crea dos o más grupos funcionales que están enlazados a esta única posición, grupo o átomo, y por lo tanto "ramifica" una única funcionalidad en dos o más funcionalidades.

En algunas realizaciones, la unidad de ramificación se deriva de un resto químico que tiene dos, tres o más grupos funcionales. En algunas realizaciones, la unidad de ramificación es un alquilo ramificado o un resto de enlace ramificado como se describe en el presente documento.

También se contemplan materiales curables elastoméricos multifuncionales que presentan 4 o más grupos polimerizables, y pueden presentar estructuras similares a las presentadas en la Fórmula III, al tiempo que incluyen, por ejemplo, una unidad de ramificación B con una ramificación más alta, o que incluyen un resto X<1>que presenta dos restos de (met)acrilato como se define en el presente documento, o similares a los presentados en la Fórmula II, al tiempo que incluyen, por ejemplo, otro resto de (met)acrilato que está unido al resto elastomérico.

En algunas realizaciones, el resto elastomérico, por ejemplo, Rc en la Fórmula I o el resto indicado como E en las Fórmulas I*, II y III, es o comprende un alquilo, que puede ser lineal o ramificado, y que es preferiblemente de 3 o más o de 4 o más átomos de carbono; una cadena de alquileno, preferiblemente de 3 o más o de 4 o más átomos de carbono de longitud; un alquilenglicol como se define en el presente documento, un oligo(alquilenglicol) o un poli(alquilenglicol), como se define en el presente documento, preferiblemente de 4 o más átomos de longitud, un uretano, un oligouretano o un poliuretano, como se define en el presente documento, preferiblemente de 4 o más átomos de carbono de longitud, y cualquier combinación de los anteriores.

En algunas de cualquiera de las realizaciones descritas en el presente documento, el material curable elastomérico es un material curable (met)acrílico, como se describe en el presente documento y, en algunas realizaciones, es un acrilato.

En algunas de cualquiera de las realizaciones descritas en el presente documento, el material curable elastomérico es o comprende un material curable elastomérico monofuncional y, en algunas realizaciones, el material curable elastomérico monofuncional se representa por la Fórmula I, en donde R<1>es -C(=O)-ORa y Ra es una cadena de alquileno (por ejemplo, de 4 o más, preferiblemente 6 o más, preferiblemente 8 o más, átomos de carbono de longitud), o una cadena de poli(alquilenglicol), como se define en el presente documento.

En algunas realizaciones, el material curable elastomérico es o comprende un material curable elastomérico multifuncional y, en algunas realizaciones, el material curable elastomérico multifuncional se representa por la Fórmula I*, en donde E es una cadena de alquileno (por ejemplo, de 4 o más, o 6 o más, átomos de carbono de longitud) y/o una cadena de poli(alquilenglicol), como se define en el presente documento.

En algunas realizaciones, el material curable elastomérico es o comprende un material curable elastomérico multifuncional y, en algunas realizaciones, el material curable elastomérico multifuncional se representa por la Fórmula II, en donde E es un alquilo ramificado (por ejemplo, de 3 o más, o de 4 o más, o de 5 o más, átomos de carbono de longitud).

En algunas de cualquiera de las realizaciones descritas en el presente documento, el material curable elastomérico es un acrilato o metacrilato elastomérico (también denominado elastómero acrílico o metacrílico), por ejemplo, de Fórmula I, I*, II o III y, en algunas realizaciones, el acrilato o metacrilato se selecciona de tal modo que, cuando se ha endurecido, el material polimérico presenta una Tg inferior a 0 °C o inferior a -10 °C.

Los materiales curables de acrilato y metacrilato elastoméricos ilustrativos incluyen, pero sin limitación, ácido 2-propenoico, 2-[[(butilamino)carbonil]oxi]etilo (un acrilato de uretano ilustrativo), y compuestos comercializados con los nombres comerciales SR335 (acrilato de laurilo) y SR395 (acrilato de isodecilo) (de Sartomer). Otros ejemplos incluyen compuestos comercializados con los nombres comerciales SR350D (un trimetacrilato de trimetilolpropano trifuncional (TMPTMA), SR256 (2-(2-etoxietoxi)acrilato de etilo, SR252 (dimetacrilato de polietilenglicol (600)), SR561 (un diacrilato de hexano diol alcoxilado) (de Sartomer).

Ha de hacerse notar que otros materiales acrílicos, que presentan, por ejemplo, también se contemplan uno o más grupos acrilamida en lugar de uno o más grupos acrilato o metacrilato.

En algunas de cualquiera de las realizaciones descritas en el presente documento, el material curable elastomérico comprende uno o más material(es) elastomérico(s) curable(s) monofuncional(es) (por ejemplo, un acrilato elastomérico monofuncional, como se representa, por ejemplo, en la Fórmula I) y uno o más material(es) elastomérico(s) curable(s) multifuncionales (por ejemplo, difuncional(es)) (por ejemplo, un acrilato elastomérico difuncional, como se representa, por ejemplo, en la Fórmula I*, II o III) y en cualquiera de las realizaciones respectivas como se describe en el presente documento.

En algunas de cualquiera de las realizaciones descritas en el presente documento, una cantidad total del/de los material(es) elastomérico(s) curable(s) es de al menos el 40 %, o al menos el 50 %, o al menos el 60 %, y puede ser de hasta el 70 % o incluso el 80 %, del peso total de una formulación de material de modelado elastomérico como se describe en el presente documento.

En algunas de cualquiera de las realizaciones descritas en el presente documento, la formulación de modelado curable elastomérica comprende además partículas de sílice.

En algunas de cualquiera de las realizaciones descritas en el presente documento, las partículas de sílice tienen un tamaño de partícula promedio inferior a 1 micrómetro, en concreto, las partículas de sílice son partículas submicrónicas. En algunas realizaciones, las partículas de sílice son partículas de tamaño nanométrico, o nanopartículas, que tienen un tamaño de partícula promedio en el intervalo de 0,1 nm a 900 nm, o de 0,1 nm a 700 nm, o de 1 nm a 700 nm, o de 1 nm a 500 nm o de 1 nm a 200 nm, incluyendo cualquier valor intermedio y subintervalo entre los mismos.

En algunas realizaciones, al menos una porción de tales partículas puede agregarse, tras introducirse en la formulación. En algunas de estas realizaciones, el agregado tiene un tamaño promedio de no más de 3 micrómetros, o no más de 1,5 micrómetros.

Cualquier formulación comercialmente disponible de partículas de sílice submicrónicas es utilizable en el contexto de las presentes realizaciones, incluyendo sílice pirogénica, sílice coloidal, sílice precipitada, sílice en capas (por ejemplo, montmorillonita) y autoensamblaje asistido por aerosol de partículas de sílice.

Las partículas de sílice pueden ser de tal modo que presentan una superficie hidrófoba o hidrófila. La naturaleza hidrófoba o hidrófila de la superficie de las partículas está determinada por la naturaleza de los grupos de superficie en las partículas.

Cuando la sílice es sin tratar, en concreto, se compone sustancialmente de átomos de Si y O, las partículas presentan habitualmente grupos de superficie de silanol (Si-OH) y, por lo tanto, son hidrófilas. La sílice coloidal sin tratar (o sin recubrimiento), la sílice pirógena, la sílice precipitada y la sílice en capas presentan, todas ellas, una superficie hidrófila, y se consideran sílice hidrófila.

La sílice en capas puede tratarse para presentar hidrocarburos de cadena larga que terminan mediante amonio cuaternario y/o amonio como grupos de superficie, y la naturaleza de su superficie se determina por la longitud de las cadenas hidrocarbonadas. La sílice hidrófoba es una forma de sílice en la que los grupos hidrófobos se enlazan a la superficie de las partículas, y también se denomina sílice tratada o sílice funcionalizada (sílice que se hace reaccionar con grupos hidrófobos).

Las partículas de sílice que presentan grupos de superficie hidrófobos tales como, pero sin limitación, alquilos, preferiblemente alquilos medios a altos de 2 o más átomos de carbono de longitud, preferiblemente de 4 o más, o 6 o más, átomos de carbono de longitud, cicloalquilos, arilo y otros hidrocarburos, como se define en el presente documento, o polímeros hidrófobos (por ejemplo, polidimetilsiloxano), son partículas de sílice hidrófoba.

Las partículas de sílice como se describe en el presente documento pueden ser, por lo tanto, sin tratar (no funcionalizadas) y, como tal, son partículas hidrófilas.

Como alternativa, las partículas de sílice como se describe en el presente documento pueden tratarse o funcionalizarse, haciéndose reaccionar para formar enlaces con los restos en su superficie.

Cuando los restos son restos hidrófilos, las partículas de sílice funcionalizadas son hidrófilas.

Las partículas de sílice que presentan grupos de superficie hidrófilos tales como, pero sin limitación, hidroxi, amina, amonio, carboxi, silanol, oxo y similares, son partículas de sílice hidrófila.

Cuando los restos son restos hidrófobos, como se describe en el presente documento, las partículas de sílice funcionalizadas son hidrófobas.

En algunas de cualquiera de las realizaciones descritas en el presente documento, al menos una porción de, o todas, las partículas de sílice presentan una superficie hidrófila (es decir, son partículas de sílice hidrófilas, por ejemplo, de sílice sin tratar, tal como sílice coloidal).

En algunas de cualquiera de las realizaciones descritas en el presente documento, al menos una porción de, o todas, las partículas de sílice presentan una superficie hidrófoba (es decir, son partículas de sílice hidrófobas).

En algunas realizaciones, las partículas de sílice hidrófobas son partículas de sílice funcionalizadas, en concreto, partículas de sílice tratadas con uno o más restos hidrófobos.

En algunas de cualquiera de las realizaciones descritas en el presente documento, al menos una porción de, o todas, las partículas de sílice son partículas de sílice hidrófobas, funcionalizadas por grupos funcionales curables (partículas que presentan grupos curables en su superficie).

Los grupos funcionales curables pueden ser cualquier grupo polimerizable como se describe en el presente documento. En algunas realizaciones, los grupos funcionales curables son polimerizables por la misma reacción de polimerización que los monómeros curables en la formulación y/o cuando se exponen a la misma condición de curado que los monómeros curables. En algunas realizaciones, los grupos curables son grupos (met)acrílicos (acrílicos o metacrílicos), como se define en el presente documento.

Las partículas de sílice funcionalizadas y sin tratar hidrófilas e hidrófobas como se describe en el presente documento pueden ser materiales disponibles comercialmente o pueden prepararse usando métodos bien conocidos en la técnica. Por "al menos una porción", como se usa en el contexto de estas realizaciones, se quiere decir al menos el 10 %, o al menos el 20 %, o al menos el 30 %, o al menos el 40 %, o al menos el 50 %, o al menos el 60 %, o al menos el 70 %, o al menos el 80 %, o al menos el 90 %, o al menos el 95 %, o al menos el 98 %, de las partículas.

Las partículas de sílice también pueden ser una mezcla de dos o más tipos de partículas de sílice, por ejemplo, dos o más tipos de cualquiera de las partículas de sílice descritas en el presente documento.

En algunas de cualquiera de las realizaciones descritas en el presente documento, una cantidad de las partículas de sílice en una formulación de material de modelado que comprende la misma varía de aproximadamente el 1 % a aproximadamente el 20 %, o de aproximadamente el 1 % a aproximadamente el 15 %, o de aproximadamente el 1 % a aproximadamente el 10 %, en peso, del peso total de la formulación de material de modelado.

En algunas de cualquiera de las realizaciones descritas en el presente documento, una cantidad de las partículas de sílice en un sistema de formulación como se describe en el presente documento varía de aproximadamente el 1 % a aproximadamente el 20 %, o de aproximadamente el 1 % a aproximadamente el 15 %, o de aproximadamente el 1 % a aproximadamente el 10 %, en peso, del peso total del sistema de formulación.

En algunas realizaciones, el sistema de formulación comprende una formulación. En algunas realizaciones, el sistema de formulación comprende dos o más formulaciones, y las partículas de sílice están comprendidas dentro de 1, 2 o todas las formulaciones.

La cantidad de las partículas de sílice puede manipularse según se desee para controlar las propiedades mecánicas del material de modelado curado y/o el objeto o parte en este que comprende el mismo. Por ejemplo, una cantidad más alta de partículas de sílice puede dar como resultado un módulo elástico más alto del material de modelado curado y/o el objeto o parte del mismo que comprende el mismo.

En algunas de cualquiera de las realizaciones descritas en el presente documento, una cantidad de las partículas de sílice es de tal modo que una relación en peso del/de los material(es) elastomérico(s) curable(s) y las partículas de sílice en las una o más formulaciones de material de modelado varía de aproximadamente 50:1 a aproximadamente 4:1 o de aproximadamente 30:1 a aproximadamente 4:1 o de aproximadamente 20:1 a aproximadamente 2:1, incluyendo cualquier valor intermedio y subintervalo entre los mismos.

De acuerdo con algunas de cualquiera de las realizaciones descritas en el presente documento, la formulación de material de modelado elastomérico comprende además uno o más material(es) curable(s) adicionales.

El material curable adicional puede ser un material curable monofuncional, un material curable multifuncional o una mezcla de los mismos, y cada material puede ser un monómero, un oligómero o un polímero, o una combinación de los mismos.

Preferiblemente, pero no obligatoriamente, el material curable adicional es polimerizable cuando se expone a la misma energía de curado a la que es polimerizable el material elastomérico curable, por ejemplo, tras la exposición a irradiación (por ejemplo, irradiación UV-vis).

En algunas realizaciones, el material curable adicional es de tal modo que, cuando se ha endurecido, el material polimerizado presenta una Tg superior a la de un material elastomérico, por ejemplo, una Tg superior a 0 °C, o superior a 5 °C o superior a 10 °C.

En algunas realizaciones, el material curable adicional es un material curable no elastomérico, que presenta, por ejemplo, cuando se ha endurecido, una Tg y/o un módulo elástico que son diferentes de los que representan materiales elastoméricos.

En algunas realizaciones, el material curable adicional es un acrilato o metacrilato ((met)acrilato) monofuncional. Los ejemplos no limitantes incluyen acrilato de isobornilo (IBOA), metacrilato de isobornilo, acriloil morfolina (ACMO), acrilato de fenoxietilo, comercializado por Sartomer Company (EE. UU.) con el nombre comercial SR-339, oligómero de acrilato de uretano tal como el comercializado con el nombre CN 131B, y cualquier otro acrilato y metacrilato utilizable en metodologías de AM.

En algunas realizaciones, el material curable adicional es un acrilato o metacrilato ((met)acrilato) multifuncional. Los ejemplos no limitantes de (met)acrilatos multifuncionales incluyen diacrilato de neopentilglicol propoxilado (2), comercializado por Sartomer Company (EE. UU.) con el nombre comercial SR-9003, tetraacrilato de ditrimetilolpropano (DiTMPTTA), tetraacrilato de pentaerititol (TETTA) y pentaacrilato de dipentaerititol (DiPEP) y un diacrilato de uretano alifático, por ejemplo, tal como el comercializado como Ebecryl 230. Los ejemplos no limitantes de oligómeros de (met)acrilato multifuncionales incluyen diacrilato o dimetacrilato de polietilenglicol etoxilado o metoxilado, diacrilato de bisfenol A etoxilado, uretano diacrilato de polietilenglicol-polietilenglicol, un oligómero de poliol parcialmente acrilado, diacrilatos de uretano a base de poliéster, tales como los comercializados como CNN91.

Cualquier otro material curable, preferiblemente materiales curables que presentan una Tg como se define en el presente documento, se contemplan como un material curable adicional.

En algunas de cualquiera de las realizaciones descritas en el presente documento, la formulación de material de modelado elastomérico comprende además un iniciador, para iniciar la polimerización de los materiales curables.

Cuando todos los materiales curables (elastoméricos y adicionales, si están presentes) son fotopolimerizables, un fotoiniciador es utilizable en estas realizaciones.

Cuando todos los materiales curables (elastoméricos y adicionales, si están presentes) son compuestos acrílicos o, de lo contrario, son fotopolimerizables por polimerización por radicales libres, un fotoiniciador de radicales libres, como se describe en el presente documento, es utilizable en estas realizaciones.

Una concentración de un fotoiniciador en una formulación elastomérica curable que contiene el mismo puede variar de aproximadamente el 0,1 a aproximadamente el 5 por ciento en peso, o de aproximadamente el 1 a aproximadamente el 5 por ciento en peso, incluyendo cualquier valor intermedio y subintervalo entre los mismos. De acuerdo con algunas de cualquiera de las realizaciones descritas en el presente documento, la formulación de material de modelado elastomérico comprende además uno o más material(es) no curable(s) adicionales, por ejemplo, uno o más de un colorante, un dispersante, un tensioactivo, un estabilizante y un inhibidor, como se describe en el presente documento para una formulación de material de modelado blando.

En algunas de cualquiera de las realizaciones descritas en el presente documento, el material curable elastomérico es un material curable por UV y, en algunas realizaciones, es un (met)acrilato elastomérico, por ejemplo, un acrilato elastomérico.

En algunas de cualquiera de las realizaciones descritas en el presente documento, se incluye un componente curable adicional en la formulación de material de modelado elastomérico y, en algunas realizaciones, este componente es un acrilato o metacrilato curable por UV.

En algunas de cualquiera de las realizaciones descritas en el presente documento, las partículas de sílice son partículas de sílice funcionalizadas con (met)acrilato.

En algunas de cualquiera de las realizaciones descritas en el presente documento, la formulación de material de modelado elastomérico comprende uno o más acrilatos elastoméricos monofuncionales, uno o más acrilatos elastoméricos multifuncionales, uno o más acrilatos o metacrilatos monofuncionales y uno o más acrilatos o metacrilatos multifuncionales.

En algunas de estas realizaciones, la formulación de material de modelado elastomérico comprende además uno o más fotoiniciadores, por ejemplo, de la familia Irgacure®.

En algunas de cualquiera de las realizaciones descritas en el presente documento, todos los materiales curables y las partículas de sílice de la formulación de modelado elastomérica se incluyen en una única formulación de material. En algunas de cualquiera de las realizaciones descritas en el presente documento, la formulación de modelado elastomérica comprende dos o más formulaciones de material de modelado y forma un sistema de formulación elastomérica que comprende una formulación curable elastomérica como se describe en el presente documento. En algunas de estas realizaciones, una formulación de material de modelado (por ejemplo, una primera formulación, o Parte A) comprende un material curable elastomérico (por ejemplo, un acrilato elastomérico) y otra formulación de material de modelado (por ejemplo, una segunda formulación, o Parte B) comprende un material curable adicional. Como alternativa, cada una de las dos formulaciones de material de modelado comprende un material curable elastomérico y una de las formulaciones comprende además un material curable adicional.

Como alternativa adicional, cada una de las dos formulaciones de material de modelado en el sistema de formulación elastomérica comprende un material curable elastomérico, pero los materiales elastoméricos son diferentes en cada formulación. Por ejemplo, una formulación comprende un material curable elastomérico monofuncional y otra formulación comprende un material elastomérico multifuncional. Como alternativa, una formulación comprende una mezcla de materiales curables elastoméricos monofuncionales y multifuncionales en una relación W y otra formulación comprende una mezcla de materiales curables elastoméricos monofuncionales y multifuncionales en una relación Q, en donde W y Q son diferentes.

Siempre que cada una de las formulaciones de material de modelado comprenda un material elastomérico como se describe en el presente documento, una o más de las formulaciones de material de modelado en el sistema de formulación elastomérica pueden comprender además un material curable adicional. En realizaciones ilustrativas, una de las formulaciones comprende un material adicional monofuncional y otra comprende un material adicional multifuncional. En realizaciones ilustrativas adicionales, una de las formulaciones comprende un material curable oligomérico y otra formulación comprende un material curable monomérico.

Cualquier combinación de materiales elastoméricos y curables adicionales como se describe en el presente documento se contempla para su inclusión en las dos o más formulaciones de material de modelado que forman el sistema de formulación elastomérica. Seleccionar la composición de las formulaciones de material de modelado y el modo de impresión permite la elaboración de objetos que presentan una diversidad de propiedades de una forma controlable, como se describe con detalle adicional en lo sucesivo en el presente documento.

En algunas realizaciones, las una o más formulaciones de material de modelado en un sistema de formulación elastomérica se seleccionan de tal modo que una relación de un material curable elastomérico y un material curable adicional proporciona un material similar al caucho como se describe en el presente documento.

En algunas realizaciones, partículas de sílice, uno o más fotoiniciadores y, opcionalmente, otros componentes, se incluyen en una o ambas formulaciones de material de modelado.

En formulaciones de material de modelado ilustrativas de acuerdo con algunas de cualquiera de las realizaciones descritas en el presente documento, todos los materiales curables son (met)acrilatos.

En cualquiera de las formulaciones de material de modelado ilustrativas descritas en el presente documento, una concentración de un fotoiniciador varía de aproximadamente el 1 % a aproximadamente el 5 % en peso, o de aproximadamente el 2 % a aproximadamente el 5 %, o de aproximadamente el 3 % a aproximadamente el 5 %, o de aproximadamente el 3 % a aproximadamente el 4 % (por ejemplo, el 3, el 3,1, el 3,2, el 3,25, el 3,3, el 3,4, el 3,5, el 3,6, el 3,7, el 3,8, el 3,85, el 3,9, incluyendo cualquier valor intermedio entre los mismos) %, en peso, del peso total de la formulación o el sistema de formulación que comprende la misma.

En cualquiera de las formulaciones de material de modelado ilustrativas descritas en el presente documento, una concentración de un inhibidor varía del 0 a aproximadamente el 2 % en peso, o del 0 a aproximadamente el 1 %, y es, por ejemplo, el 0, el 0,1, el 0,2, el 0,3, el 0,4, el 0,5, el 0,6, el 0,7, el 0,8, el 0,9 o aproximadamente el 1 %, en peso, incluyendo cualquier valor intermedio entre los mismos, del peso total de la formulación o un sistema de formulación que comprende la misma.

En cualquiera de las formulaciones de material de modelado ilustrativas descritas en el presente documento, una concentración de un el varía del 0 a aproximadamente el 1 % en peso, y es, por ejemplo, el 0, el 0,01, el 0,05, el 0,1, el 0,5 o aproximadamente el 1 %, en peso, incluyendo cualquier valor intermedio entre los mismos, del peso total de la formulación o el sistema de formulación que comprende la misma.

En cualquiera de las formulaciones de material de modelado ilustrativas descritas en el presente documento, una concentración de un dispersante varía del 0 a aproximadamente el 2 % en peso, y es, por ejemplo, el 0, el 0,1, el 0,5, el 0,7, el 1, el 1,2, el 1,3, el 1,35, el 1,4, el 1,5, el 1,7, el 1,8 o aproximadamente el 2 %, en peso, incluyendo cualquier valor intermedio entre los mismos, del peso total de la formulación o el sistema de formulación que comprende la misma.

En formulaciones de material de modelado ilustrativas de acuerdo con algunas de cualquiera de las realizaciones descritas en el presente documento, una concentración total de un material curable elastomérico varía de aproximadamente el 30 % a aproximadamente el 90 % en peso, o de aproximadamente el 40 % a aproximadamente el 90 %, en peso, o de aproximadamente el 40 % a aproximadamente el 85 %, en peso.

Por "concentración total" se quiere decir en el presente documento un peso total en todas de las (una o más) formulaciones de material de modelado elastomérico, o en un sistema de formulación elastomérica como se describe en el presente documento.

En algunas realizaciones, el material curable elastomérico comprende un material curable elastomérico monofuncional y un material curable elastomérico multifuncional.

En algunas realizaciones, una concentración total del material curable elastomérico monofuncional varía de aproximadamente el 20 % a aproximadamente el 70 %, o de aproximadamente el 30 % a aproximadamente el 50 %, en peso, incluyendo cualquier valor intermedio y subintervalo entre los mismos. En realizaciones ilustrativas, una concentración total del material curable elastomérico monofuncional varía de aproximadamente el 50 % a aproximadamente el 70 %, o de aproximadamente el 55 % a aproximadamente el 65 %, o de aproximadamente el 55 % a aproximadamente el 60 % (por ejemplo, el 58 %), en peso, incluyendo cualquier valor intermedio y subintervalo entre los mismos. En realizaciones ilustrativas, una concentración total del material curable elastomérico monofuncional varía de aproximadamente el 30 % a aproximadamente el 50 %, o de aproximadamente el 35 % a aproximadamente el 50 %, o de aproximadamente el 40 % a aproximadamente el 45 % (por ejemplo, el 42 %), en peso, incluyendo cualquier valor intermedio y subintervalo entre los mismos.

En algunas realizaciones, una concentración total del material curable elastomérico multifuncional varía de aproximadamente el 10 % a aproximadamente el 30 %, en peso. En realizaciones ilustrativas, una concentración del material curable elastomérico monofuncional varía de aproximadamente el 10 % a aproximadamente el 20 %, o de aproximadamente el 10 % a aproximadamente el 15 % (por ejemplo, el 12 %, en peso. En realizaciones ilustrativas, una concentración del material curable elastomérico monofuncional varía de aproximadamente el 10 % a aproximadamente el 30 %, o de aproximadamente el 10 % a aproximadamente el 20 %, o de aproximadamente el

15 % a aproximadamente el 20 % (por ejemplo, el 16 %), en peso.

En formulaciones de material de modelado ilustrativas de acuerdo con algunas de cualquiera de las realizaciones descritas en el presente documento, una concentración total de un material curable adicional varía de aproximadamente el 10 % a aproximadamente el 40 % en peso, o de aproximadamente el 15 % a aproximadamente el 35 %, en peso, incluyendo cualquier valor intermedio y subintervalo entre los mismos.

En algunas realizaciones, el material curable adicional comprende un material curable monofuncional.

En algunas realizaciones, una concentración total del material curable adicional monofuncional varía de aproximadamente el 15 % a aproximadamente el 25 %, o de aproximadamente el 20 % a aproximadamente el 2 (por ejemplo, el 21 %), en peso, incluyendo cualquier valor intermedio y subintervalo entre los mismos. En realizaciones ilustrativas, una concentración del material curable elastomérico monofuncional varía de aproximadamente el 20 % a aproximadamente el 30 %, o de aproximadamente el 25 % a aproximadamente el 3 (por ejemplo, el 28 %), en peso, incluyendo cualquier valor intermedio y subintervalo entre los mismos.

En formulaciones de material de modelado elastomérico ilustrativas o en sistemas de formulación que comprenden las mismas de acuerdo con algunas de cualquiera de las realizaciones descritas en el presente documento, el material curable elastomérico comprende un material curable elastomérico monofuncional y un material curable elastomérico multifuncional; una concentración total del material curable elastomérico monofuncional varía de aproximadamente el

30 % a aproximadamente el 50 % (por ejemplo, de aproximadamente el 40 % a aproximadamente el 45 %) o de aproximadamente el 50 % a aproximadamente el 70 % (por ejemplo, de aproximadamente el 55 % a aproximadamente el 60 %) en peso; y una concentración total del material curable elastomérico multifuncional varía de aproximadamente el 10 % a aproximadamente el 20 % en peso; y la(s) una o más formulación(es) comprende(n) además un material curable monofuncional adicional a una concentración total que varía de aproximadamente el 20 % a aproximadamente el 30 %, en peso.

De acuerdo con algunas de cualquiera de las realizaciones descritas en el presente documento, la(s) una o más formulación(es) de modelado comprende(n) al menos un material curable monofuncional elastomérico, al menos un material curable multifuncional elastomérico y al menos un material curable monofuncional adicional.

De acuerdo con algunas de cualquiera de las realizaciones descritas en el presente documento, una concentración total del material monofuncional curable varía del 10% al 30%, en peso del peso total de la(s) una o más formulación(es) de modelado.

De acuerdo con algunas de cualquiera de las realizaciones descritas en el presente documento, una concentración total del material curable monofuncional elastomérico varía del 50 % al 70 %, en peso, del peso total de la(s) una o más formulación(es) de modelado.

De acuerdo con algunas de cualquiera de las realizaciones descritas en el presente documento, una concentración total del material curable multifuncional elastomérico varía del 10 % al 20 %, en peso, del peso total de la(s) una o más formulación(es) de modelado.

De acuerdo con algunas de cualquiera de las realizaciones descritas en el presente documento, una concentración total del material monofuncional curable varía del 10 % al 30 %, en peso; una concentración total del material curable monofuncional elastomérico varía del 50 % al 70 %, en peso; y una concentración total del material curable multifuncional elastomérico varía del 10% al 20%, en peso, del peso total de la(s) una o más formulación(es) de modelado.

De acuerdo con algunas de cualquiera de las realizaciones descritas en el presente documento, una concentración total del material monofuncional curable varía del 20 % al 30 %, en peso, del peso total de la(s) una o más formulación(es) de modelado.

De acuerdo con algunas de cualquiera de las realizaciones descritas en el presente documento, una concentración total del material curable monofuncional elastomérico varía del 30 % al 50 %, en peso, del peso total de la(s) una o más formulación(es) de modelado.

De acuerdo con algunas de cualquiera de las realizaciones descritas en el presente documento, una concentración total del material curable multifuncional elastomérico varía del 10 % al 30 %, en peso, del peso total de la(s) una o más formulación(es) de modelado.

De acuerdo con algunas de cualquiera de las realizaciones descritas en el presente documento, una concentración total del material monofuncional curable varía del 20 % al 30 %, en peso; una concentración total del material curable monofuncional elastomérico varía del 30 % al 50 %, en peso; y una concentración total del material curable multifuncional elastomérico varía del 10% al 30%, en peso, del peso total de las una o más formulaciones de modelado.

En las formulaciones de material de modelado ilustrativas descritas en el presente documento, se proporciona una concentración de cada componente como su concentración cuando se usa una formulación de material de modelado o como su concentración total en dos o más formulaciones de material de modelado.

En algunas realizaciones, una formulación de material de modelado elastomérico (o las dos o más formulaciones de material de modelado) como se describe en el presente documento, se caracteriza, cuando se ha endurecido, por una resistencia al desgarro de al menos 4.000 N/m, o al menos 4.500 N/m o al menos 5.000 N/m, por lo que la resistencia al desgarro se determina de acuerdo con la norma ASTM D 624.

En algunas realizaciones, una formulación de material de modelado elastomérico (o las dos o más formulaciones de material de modelado) como se describe en el presente documento, se caracteriza, cuando se ha endurecido, por una resistencia al desgarro superior en al menos 500 N/m, o en al menos 700 N/m, o en al menos 800 N/m, a la de la(s) misma(s) formulación(es) de material de modelado desprovista(s) de dichas partículas de sílice, cuando se ha endurecido.

En algunas realizaciones, una formulación de material de modelado elastomérico (o las dos o más formulaciones de material de modelado) como se describe en el presente documento, se caracteriza, cuando se ha endurecido, por una resistencia a la tracción de al menos 2 MPa.

En algunas realizaciones, una formulación de material de modelado elastomérico (o las dos o más formulaciones de material de modelado) como se describe en el presente documento, es de tal modo que un objeto que consiste en el material de modelado curado y que presenta dos juntas tóricas y un tubo que conecta los anillos, se caracteriza por la resistencia al desgarro bajo un alargamiento constante de al menos una hora, o al menos un día.

De acuerdo con algunas de cualquiera de las realizaciones descritas en el presente documento, el material curable elastomérico se selecciona de un monómero curable elastomérico monofuncional, un oligómero curable elastomérico monofuncional, un monómero elastomérico curable multifuncional, un oligómero curable elastomérico multifuncional y cualquier combinación de los mismos, como se describe en el presente documento para un material curable elastomérico en cualquiera de las realizaciones respectivas y cualquier combinación de los mismos.

En algunas realizaciones, el material curable elastomérico comprende uno o más materiales seleccionados de los materiales representados por la Fórmula I, I*, II y III, como se describe en el presente documento en cualquiera de las realizaciones respectivas y cualquier combinación de los mismos.

De acuerdo con algunas de cualquiera de las realizaciones descritas en el presente documento, el material curable elastomérico y las partículas de sílice están en la misma formulación.

De acuerdo con algunas de cualquiera de las realizaciones descritas en el presente documento, el sistema de formulación curable elastomérico comprende además al menos un material curable adicional.

De acuerdo con algunas de cualquiera de las realizaciones descritas en el presente documento, el material curable adicional se selecciona de un monómero curable monofuncional, un oligómero curable monofuncional, un monómero curable multifuncional, un oligómero curable multifuncional y cualquier combinación de los mismos, como se describe en el presente documento para un material curable adicional en cualquiera de las realizaciones respectivas y cualquier combinación de los mismos.

De acuerdo con algunas de cualquiera de las realizaciones descritas en el presente documento, el material curable elastomérico, las partículas de sílice y el material curable adicional están en la misma formulación.

De acuerdo con algunas de cualquiera de las realizaciones descritas en el presente documento, el material curable elastomérico es un material elastomérico curable por UV.

De acuerdo con algunas de cualquiera de las realizaciones descritas en el presente documento, el material curable elastomérico es un elastómero acrílico.

Ejemplo 7

Combinación de datos de objeto informático

Las figuras 28A-D son ilustraciones esquemáticas de una combinación de datos de objeto informático, que puede usarse para elaborar un objeto con una estructura adicional. Las ilustraciones son para el caso en el que el objeto 350 es un hueso y la estructura adicional es un tumor óseo356a, pero un experto en la materia, provisto de los detalles descritos en el presente documento, sabría cómo ajustar el proceso para otros tipos de objetos y estructura adicional.

Las figuras 28A y 28B ilustran los datos de objeto informático de entrada. Como se muestra en las figuras 28A y 28B, dos conjuntos de datos de objeto informático de entrada se proporcionan por separado para el objeto350(izquierda) y la estructura adicional (derecha). La figura 28A ilustra una realización en la que los datos de objeto informático que corresponden al objeto350describen el objeto con un hueco357que es compatible en cuanto a forma y tamaño con la forma y el tamaño de la estructura356a, y la figura 28B ilustra una realización en la que los datos de objeto informático que corresponden al objeto350describen el objeto como un objeto completo, independientemente de la forma y el tamaño de la estructura adicional.

Los dos conjuntos de datos son registrados y combinados por el ordenador. Los datos combinados de acuerdo con algunas realizaciones de la presente invención se ilustran en la figura 28C. Como se muestra, el conjunto de datos correspondiente a la estructura356ainvalida el conjunto de datos correspondientes al objeto350en la ubicación de la estructura356a. El registro y la combinación de datos pueden dar como resultado porciones superpuestas o porciones que tienen la misma frontera (dentro de cierto intervalo, por ejemplo, aproximadamente 0,2 mm). En la ilustración ejemplificada, el registro y la combinación de datos dan como resultado la retirada de algunas características del objeto350(el núcleo261, la cubierta352y el recubrimiento358, en el presente ejemplo) en la ubicación ocupada por la estructura356a, pero opcional y preferiblemente no en otras ubicaciones. La figura 28D ilustra una situación no deseada en la que la combinación resulta de la retirada de características (el núcleo361en el presente ejemplo) también en ubicaciones adyacentes a la estructura356a.

Las reglas para tal invalidación de datos y retirada de características pueden predefinirse, por ejemplo, basándose en la forma, el tamaño, el color, el tipo o la asignación de material. Como alternativa, o adicionalmente, las reglas para tal invalidación de datos y retirada de características pueden ser de acuerdo con instrucciones recibidas del operador, por ejemplo, usando la interfaz de usuario o el ordenador.

Aunque la invención se ha descrito junto con sus realizaciones específicas, es evidente que muchas alternativas, modificaciones y variaciones serán evidentes para los expertos en la materia. Además, la mención o identificación de cualquier referencia en esta solicitud no deberá interpretarse como una aceptación de que tal referencia esté disponible como técnica anterior de la presente invención. En la medida en la que se usen encabezamientos de sección, estos no deberían interpretarse como necesariamente limitantes.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un método para fabricar aditivamente un objeto (350) que presenta propiedades de un tejido corporal duro, comprendiendo el método:

dispensar (202) y solidificar (203) una pluralidad de formulaciones de material no biológico para formar secuencialmente una pluralidad de capas endurecidas en un patrón configurado correspondiente a una forma del objeto, en donde para al menos una porción de dichas capas, dicha dispensación comprende formar elementos de vóxel que contienen diferentes formulaciones de material en ubicaciones entrelazadas para formar una región texturizada tridimensional (300) que se extiende sobre dicha porción, y en donde dichas formulaciones de material y dichas ubicaciones entrelazadas se seleccionan de tal modo que dicha región texturizada exhibe, una vez se ha endurecido, una variación de esfuerzo de como máximo el ± 20 % a lo largo de un intervalo de deformación de aproximadamente el 0,1 % a aproximadamente el 0,3 %;

en donde dicha dispensación comprende dispensar al menos una de dichas formulaciones de material para formar una cubierta (352) que rodea al menos parcialmente dicha región texturizada, de tal modo que, una vez que dicha región texturizada y dicha cubierta se han endurecido, una dureza de dicha cubierta es superior a una dureza de dicha región texturizada, y en donde dichas ubicaciones entrelazadas de dicha región texturizada se seleccionan de acuerdo con una función de modulación que comprende una función de ruido.

2. El método de la reivindicación 1, en donde dicha función de ruido se selecciona del grupo que consiste en una función de ruido de Simplex, una función de ruido de Simplex abierta, una función de ruido de Worley, una función de ruido de Perlin y una función de ruido de ondícula.

3. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 y 2, en donde dicha función de modulación comprende una función periódica.

4. El método de acuerdo con la reivindicación 3, en donde dicha función de modulación tiene un período de 2 o menos milímetros.

5. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 y 2, en donde dicha función de modulación comprende una función aperiódica.

6. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-5, en donde dichas formulaciones de material comprenden una primera formulación de material que proporciona, tras dicha solidificación, un primer material y una segunda formulación de material que proporciona, tras dicha solidificación, un segundo material, en donde dichas ubicaciones entrelazadas se seleccionan para formar una pluralidad de elementos de textura dentro de dicha región texturizada, teniendo cada elemento de textura una porción interior hecha de dicho segundo material rodeada al menos parcialmente por una porción de pared hecha de dicho primer material.

7. El método de acuerdo con la reivindicación 6, en donde dicha porción de pared es más dura que dicha porción interior.

8. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-7, en donde dichas formulaciones de material comprenden una primera formulación de material que proporciona, tras dicha solidificación, un material que tiene una resistencia a la tracción de aproximadamente 40 a aproximadamente 60 MPa de acuerdo con la norma ASTM D-638-03 y un módulo de elasticidad de aproximadamente 1000 MPa a aproximadamente 2600 MPa de acuerdo con la norma ASTM D-638-04, y una segunda formulación de material que proporciona, tras dicha solidificación, un material que tiene un módulo de elasticidad de aproximadamente 10 kPa a aproximadamente 100 kPa de acuerdo con la norma ASTM D-575.

9. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-5, en donde dichas formulaciones de material comprenden una primera formulación de material que proporciona, tras dicha solidificación, un material que tiene una resistencia a la tracción de aproximadamente 40 a aproximadamente 60 MPa de acuerdo con la norma ASTM D-638-03 y un módulo de elasticidad de aproximadamente 1000 MPa a aproximadamente 2600 MPa de acuerdo con la norma ASTM D-638-04, y una segunda formulación de material que proporciona, tras dicha solidificación, un material seleccionado del grupo que consiste en (i) un material que tiene un módulo de elasticidad de aproximadamente 10 kPa a aproximadamente 100 kPa o de aproximadamente 10 kPa a aproximadamente 50 kPa de acuerdo con la norma ASTM D-575; (ii) un material que tiene un módulo de elasticidad de aproximadamente 0,1 MPa a aproximadamente 1 MPa de acuerdo con la norma ASTM D-575; y (iii) un material que presenta una dureza Shore A inferior a 10 o una dureza Shore 00 inferior a 30.

10. El método de acuerdo con la reivindicación 9, en donde dichas formulaciones de material comprenden una tercera formulación de material que presenta al menos uno de:

una viscosidad de no más de 10000 centipoises;

una relación entre el módulo de pérdida de cizallamiento y el módulo de almacenamiento de cizallamiento mayor que 1;

un módulo de cizallamiento inferior a 20 kPa; fluidez cuando se somete a una presión positiva de no más de 1 bar; un comportamiento de adelgazamiento por cizallamiento y/o tixotrópico; y

un comportamiento de adelgazamiento térmico.

11. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-10, en donde dicha dispensación comprende dispensar al menos una de dichas formulaciones de material para formar un recubrimiento sobre dicha cubierta, de tal modo que, una vez que dicha región texturizada, dicha cubierta y dicho recubrimiento se han endurecido, una dureza de dicho recubrimiento es superior a una dureza de dicha cubierta.

12. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-11, en donde dicha dispensación comprende dispensar al menos una de dichas formulaciones de material para formar una estructura de anillo flexible en dicha cubierta, en donde un interior de dicha estructura de anillo se hace de la misma formulación de material o formulaciones de material que dicha cubierta.

13. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-12, en donde dicha dispensación comprende dispensar al menos una de dichas formulaciones de material para formar un núcleo rodeado por dicha región texturizada y/o dicha cubierta, de tal modo que, una vez que dicha región texturizada y dicho núcleo se han endurecido, una dureza de dicha región texturizada es superior a una dureza de dicho núcleo.

14. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-13, en donde dicha dispensación comprende dispensar al menos una de dichas formulaciones de material para formar una sección que tiene la forma de un tumor óseo, y que tiene unas propiedades mecánicas que difieren de las propiedades mecánicas de cualquier vóxel adyacente a dicha sección en el exterior de dicha sección.

15. Un objeto (350) hecho de una pluralidad de materiales no biológicos y que es elaborable mediante el método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-14.