MOLDES PERMEABLES A LOS GASES CAMPO DE LA TÉCNICA La presente invención se refiere a moldes permeables a los gases y a métodos para fabricarlos. ANTECEDENTES DE LA TÉCNICA Los moldes consisten de dos o más segmentos opuestos que se unen para formar una cavidad de molde en donde se forma un artículo a partir de un material moldeable. Los moldes permeables a los gases son moldes que permiten que un gas fluya hacia dentro o fuera de la cavidad del molde durante la operación de moldeo. Típicamente, la permeabilidad del molde al flujo de gas se logra equipando el molde con varias ventilas distribuidas en porciones seleccionadas de la superficie de moldeo. Por ejemplo, moldes para fabricar articulos a partir de perlas de polímero expandido como, por ejemplo, poliestireno expandido ("EPS", por sus siglas en inglés) contienen varias ventilas para conducir el vapor en el molde para provocar que las perlas de polímero se expandan adicionalmente y unan entre ellas. Los moldes de moldeo por inyección contienen ventilas que permiten la salida del aire atrapado en el molde durante el proceso de inyección. Herramientas de formación de vacio, tales como las herramientas utilizadas para la termoformación de hojas de plástico, contienen ventilas para producir un vacío entre la herramienta y la hoja de plástico que debe formarse contra la
superficie de la herramienta. La forma más común de crear tales ventilas en moldes permeables a los gases es efectuar algún tipo de paso de perforación en la superficie de moldeo, por ejemplo, punzonado o perforación a través de algún medio mecánico, eléctrico, óptico o químico. En el caso de moldes de perlas de EPS, la formación convencional de ventilas consiste en la perforación de orificios con hombros de diámetro de eje principal comprendido entre aproximadamente 0.16 cm y aproximadamente 0.64 cm. Después de la perforación de estos orificios con hombro, se coloca a presión en los orificios un aditamento cilindrico que tiene superficies de extremo ranuradas y la superficie de moldeo es después maquinada para asegurar que el aditamento esté al ras con la superficie de moldeo. Los procesos convencionales para la formación de ventilas son costosos y requieren de mucho tiempo. Además, restringen la colocación de ventilas a áreas accesibles para la herramienta que se utilizará para fabricar la ventila. Si se requiere de una ventila en un área por otra parte inaccesible, es necesario seccionar el artículo de tal manera que se pueda tener acceso al área deseada, formar la ventila o las ventilas en la sección removida, y reintegrar después la sección removida en el artículo. Otro inconveniente es que la orientación de las ventilas con relación a la superficie de
moldeo es restringida por la técnica de perforación empleada y la accesibilidad de la porción de la superficie en la cual se debe colocar una ventila individual. Cuando la forma de la superficie es curva o es compleja o cuando el acceso es limitado, es probable que la ventila tenga una orientación no óptima. Cuando se utilizan técnicas tales como técnica de perforación láser o perforación química, la orientación de la ventila de conducción de fluido de diámetro pequeño es habitualmente limitada a una orientación casi perpendicular con relación a la superficie del artículo. En un avance reciente de la técnica, de conformidad con lo descrito en la Solicitud de Patente Norteamericanas copendiente Número 60/501,981, presentada el 11 de septiembre de 2003, de Rynerson et al., y Solicitud de Patente Norteamericana Número 60/502,068, presentada el 11 de septiembre de 2003 de Rynerson et al., se emplea una fabricación libre de sólidos para producir moldes permeables a los gases que tienen ventilas formadas in situ puesto que el molde mismo se construye en forma de capas a partir de material en partículas. El término "proceso de fabricación libre de sólidos" como se utiliza aquí y en las reivindicaciones adjuntas se refiere a cualquier proceso que resulte en un artículo tridimensional útil e incluye un paso de formar secuencialmente la forma del artículo una capa a la vez a partir de polvo. Los procesos de fabricación Ibre de
sólidos se conocen también en la técnica como "proceso de fabricación en capas". Se conocen también a veces en la técnica como "procesos de fototipado rápidos" o "fabricación rápida" cuando el proceso de fabricación de capa por capa se utiliza con el objeto de producir un pequeño número de un artículo particular. Un proceso de fabricación de forma libre sólida puede incluir una o varias operaciones de formación post fabricación que incrementen las propiedades físicas y/o mecánicas del artículo. Los procesos de fabricación libres de sólidos preferidos incluyen el proceso de impresión tridimensional ("3DP", por sus siglas en inglés) y el proceso de Sinterización Láser Selectiva ("SLS", por sus siglas en inglés) . Un ejemplo del proceso 3DP puede encontrarse en la Patente Norteamericana Número 6,036,777 de Sachs, expedida el 14 de marzo de 2000. Un ejemplo del proceso SLS puede encontrarse en la Patente Norteamericana Número 5,076,869 de Bourell et al., expedida el 31 de diciembre de 1991. En otro avance reciente, se ha desarrollado una técnica para producir moldes permeables a los gases que eliminan el uso de ventilas convencionales. Estos moldes son maquinados a partir de bloques de material parcialmente sinterizado que tiene porosidad abierta. El término "porosidad abierta" como se utiliza aquí y en las reivindicaciones adjuntas se refiere a porosidad en un material que está interconectado de tal manera que ofrezca comunicación de fluido a través del
material. La porosidad abierta en estos moldes permite el pasaje de gas en la cavidad del molde y hacia fuera de dicha cavidad a través de la pared del molde. La eliminación de las ventilas de las superficies de moldeo tiene ventajas. Una ventaja es que los artículos fabricados a partir de estos moldes no presentan protuberancias ni patrones que resultan de las ventilas en la superficie de moldeo. Otra ventaja es que para operaciones en las cuales se moldean materiales en partículas, por ejemplo, moldeo de perlas de EPS, cualquier tamaño de partícula puede utilizarse sin preocuparse si las partículas fluyen por las ventilas o taponean por las ventilas. Un inconveniente de estos moldes de porosidad abierta de la técnica anterior es que su permeabilidad a los gases depende primariamente del espesor de la pared del molde y del grueso y de la cantidad de la porosidad. Puesto que la porosidad debilita el molde, el espesor de la pared debe ser incrementado en comparación del espesor que podría manejarse de emplearse un material sólido, pero este espesor incrementado de la pared reduce la permeabilidad a los gases. Con el objeto de compensar el espesor incrementado de las paredes, se puede incrementar el grueso y la cantidad de las porosidades. En ciertas aplicaciones, un equilibrio operativo de resistencia y permeabilidad puede alcanzarse pero en otras aplicaciones, no se puede lograr. Además, el alcanzar un
equilibrio operativo puede lograrse a costa de la regularidad de la superficie de moldeo debido al grueso de la porosidad en la superficie de moldeo. DIVULGACIÓN DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere a moldes y segmentos de molde permeables a los gases que tienen superficies de moldeo libres de ventilas, lisas, pero que superan los inconvenientes de la interdependencia estricta del espesor de la pared de molde, grueso y cantidad de porosidad abierta, y permeabilidad a los gases que afectan los métodos de la técnica anterior. Estos moldes y segmentos de molde permeables a los gases tienen paredes de molde con porosidad abierta en donde la permeabilidad a los gases de la porosidad abierta es incrementada por la permeabilidad a los gases ofrecida por ventilas ciegas. El término "ventila ciega" como se utiliza aqui y en las reivindicaciones adjuntas se refiere a una depresión en la superficie de lado externo de la pared de molde que provoca un incremento sustancial de la permeabilidad a los gases a través de la pared del molde en el área adyacente a la depresión. Una ventila ciega puede ser de tamaño y forma similar a una ventila convencional, pero no es necesario que sea de tamaño y forma similar a una ventila convencional. Sin embargo, en todos los casos, las ventilas ciegas difieren de las ventilas convencionales en la medida en que las ventilas ciegas no atraviesan la superficie de
moldeo. El uso de ventilas ciegas ofrece varias ventajas. Una ventaja es que la superficie de moldeo es una superficie ininterrumpida, evitando por consiguiente los problemas de protuberancias y patrones de ventilas que pueden formarse en la superficie del artículo moldeado en el lugar en donde las ventilas abiertas intersectan la superficie de moldeo del molde o segmento de molde. Otra ventaja es que permite la reducción del grueso de la porosidad abierta y por consiguiente ofrece una superficie de moldeo más lisa sin sacrificar la permeabilidad a los gases. Una tercera ventaja es que permite incrementar el espesor de la pared sin comprometer la permeabilidad a los gases del molde o del segmento del molde, proporcionado de esta forma, un molde o segmento de molde más fuerte y más robusto de lo que se puede obtener con los moldes o segmentos de molde permeables a los gases de porosidad abierta de la técnica anterior. La presente invención incluye también métodos para fabricar estos moldes y segmentos de molde permeables a los gases. En modalidades preferidas de la presente invención, tales métodos comprenden el uso de fabricación y sinterización libre de sólidos para construir moldes permeables a los gases y segmentos de molde permeables a los gases que tienen porosidad abierta en donde las ventilas ciegas se construyen en el molde o segmento de molde durante la fabricación lbre
de sólidos. La presente invención incluye también modalidades en donde el molde o segmento de molde es maquinado a partir de bloques sinterizados que tienen porosidad abierta y una o varias ventilas ciegas se forman en la superficie externa del molde o segmento del molde. La presente invención incluye también modalidades en donde un segmento de molde EPS permeable a los gases forma parte de una estructura unitaria con una cámara de vapor. Una cámara de vapor es un pleno que rodea un segmento de molde de EPS permeable a los gases. Una cámara de vapor contiene uno o varios puertos para conducir selectivamente gas hacia dentro de la cavidad de cámara de vapor o fuera de ella y las paredes de la cámara de vapor mismas son impermeables a los gases. El segmento de molde de EPS permeable a los gases, sin embargo, tiene porosidad abierta. La permeabilidad a los gases del segmento de molde de EPS permeable a los gases puede incrementarse a través de una o varias ventilas, que pueden ser ventilas abiertas o ventilas ciegas o una combinación de ambas pero no es necesario que las tenga. La expresión "ventila abierta" como se utiliza aquí y en las reivindicaciones adjuntas se refiere a una ventila que se extiende de manera ininterrumpida a través de la pared de un molde, desde la superficie externa del molde hacia su superficie de moldeo. La presente invención incluye también métodos para fabricar tales estructuras unitarias en donde la
estructura unitaria es construida por fabricación libre de sólidos. En tales métodos, se impermeabiliza la cámara de vapor a los gases mediante infiltración con un líquido solidificable. Las modalidades de estructura unitaria de la presente invención tienen la ventaja de utilizar la cámara de vapor para reforzar el molde permeable a los gases contra fuerzas dirigidas tanto hacia fuera como hacia dentro a las cuales se enfrenta durante la operación de moldeo. En contraste, cuando la cámara de vapor no se fabrica de manera integral con el segmento de molde permeable a los gases, puede solamente sujetar el segmento de molde permeable a los gases contra fuerzas dirigidas hacia fuera. BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS Los aspectos esenciales de las características y méritos de la presente invención se entenderán mejor con referencia a los dibujos adjuntos. Se entenderá sin embargo que los dibujos están diseñados para ilustrar solamente la presente invención y no como una definición de los límites de dicha invención. La Figura 1 es un corte transversal esquemático de un sistema de molde de perlas de EPS de la técnica anterior. La Figura 2A es un vista superior de una porción de un molde permeable a los gases de conformidad con una modalidad preferida de la presente invención. La Figura 2B es una vista en corte transversal de la pared de
molde del molde permeable a los gases mostrado en la Figura 2A. La figura 3A es una vista superior de una porción de un molde permeable a los gases que tiene ventilas ciegas de configuraciones geométricas diferentes de conformidad con una modalidad preferida de la presente invención. La Figura 3B es una vista en corte transversal de la pared de molde del molde permeable a los gases mostrado en la Figura 3A tomada a lo largo del plano 3B-3B. La Figura 3C es una vista en corte transversal de la pared de molde del molde permeable a los gases mostrado en la Figura 3A tomada a lo largo del plano 3C-3C. La Figura 4 es una vista en corte transversal de una estructura unitaria de una cámara de vapor y un segmento de molde permeable a los gases de conformidad con una modalidad preferida de la presente invención. MODALIDADES PREFERIDAS DE LA INVENCIÓN En esta sección, se describirán ciertas modalidades preferidas de la presente invención con suficientes detalles para que una persona con conocimientos en la materia pueda practicar la presente invención. Se entenderá sin embargo que el hecho de describir aquí un número limitado de modalidades preferidas no limita de ninguna manera el alcance de la presente invención de conformidad con lo establecido en las reivindicaciones adjuntas.
La presente invención incluye, entre sus modalidades, moldes permeables a los gases para todas las aplicaciones en las cuales se utilizan moldes permeables a los gases, por ejemplo, para el moldeo de perlas para EPS, para moldeo por inyección, para formación en vacío, etcétera. De la misma manera, la presente invención incluye, entre sus modalidades, métodos para fabricar estos moldes permeables a los gases. Sin embargo, para claridad de ilustración y para ser más conciso, se describen solamente modalidades que se refieren a moldes permeables a los gases para moldeo de perlas de EPS. De manera similar, mientras los métodos de la presente invención que emplean fabricación libre de sólidos puede practicarse con cualquier proceso de fabricación libre de sólidos, por ejemplo, 3DP, SLS, etcétera, para claridad de ilustración y mayor concisión, se describen solamente las modalidades preferidas que emplean el proceso 3DP. Con referencia ahora a la Figura 1, en un sistema de moldeo de perlas de EPS convencional 2, perlas de EPS 4 parcialmente expandidas se cargan en un molde de perlas de EPS 6 cerrado a través de un puerto de inyección (no ilustrado) . El molde 6 consiste de un primer segmento de molde 8 y un segundo segmento de molde 10. La superficie externa 12 de la pared 14 de primer segmento de molde y la primer cámara de vapor 16 definen una primera cavidad 18 de cámara de vapor. De manera similar, la superficie externa 20 de la pared 22 de segundo
segmento de molde y la segunda cámara de vapor 24 definen una segunda cavidad 26 de cámara de vapor. En el método de flujo pasante, El vapor 29 es introducido en la primera cavidad de cámara de vapor 18 a través de un primer puerto 28. El vapor es conducido a través de un primer conjunto de ventilas 30 en la pared 14 de primer segmento de molde, pasa a través de la masa de perlas de EPS 4 en la cavidad de molde 32, un segundo grupo de ventilas 34 en la pared 22 de segundo segmento de molde, en la segunda cavidad de molde 26, y después sale a través del segundo puerto 36. El vapor 29 calienta las perlas de EPS 4 provocando que un agente de soplado, como por ejemplo pentano dentro de las perlas de EPS 4 expanda adicionalmente las perlas de EPS 4, que se fusionan después juntas en la Forma definida por el molde 6. Después de terminar el paso de formación de vapor, el artículo moldeado que se formó a partir de las perlas de EPS 4 expandidas es enfriado mediante la aplicación de un vacío a la primera cavidad de cámara de vapor 28 y segunda cavidad de cámara de vapor 26, y/o mediante el rociado de agua sobre las superficie externas 12, 20 del molde 6 a través de boquillas de rociado (no ilustrada) . El molde 6 es después abierto y el artículo moldeado es removido. Una operación de moldeo de perlas de EPS se describe con mayores detalles en la Patente Norteamericana Número 5,454,703 de Bishop, expedida el 3 de octubre de 1995.
Con referencia ahora a la Figura 2A se muestra una porción 50 de la superficie externa 52 de una pared de molde 54 de un molde de EPS permeable a los gases que tiene ventilas ciegas 54, de conformidad con una modalidad preferida de la presente invención. La Figura 2B muestra un corte transversal de la porción 50, a lo largo del plano 2B-2B. La pared de molde 54 tiene una porosidad abierta (indicado por punteado) que ofrece comunicación de fluido entre la superficie externa 52 y la superficie de moldeo 62 con el objeto de permitir la entrada y salida de vapor de la cavidad de molde cuya superficie de moldeo 62 definiría parcialmente en uso. Ventilas ciegas 56 se extienden desde la superficie externa 52 hasta una profundidad 64 del espesor de pared de molde 66 dejando un espesor 68 de pared de extremo de ventila ciega entre el fondo 70 de las ventilas ciegas 56 y la superficie de moldeo 62. En modalidades de la presente invención, las ventilas ciegas pueden tener cualquier configuración geométrica que proporciona una mejora local sustancial de la permeabilidad a los gases de la pared de molde, y un molde permeable a los gases o segmento de molde permeable a los gases único puede contener ventilas de configuraciones geométricas diferentes. Las Figura 3A-3C muestran una modalidad preferida de la presente invención que tiene ventilas ciegas de configuraciones geométricas diferentes. Con referencia a la
Figura 3A, se muestra una porción plana 80 de un superficie externa 82 de una pared de molde 84 permeable a los gases que tiene varias ventilas ciegas, generalmente designadas por el número de referencia 86. Entre las varias ventilas ciegas 86, se encuentran una primera ventila ciega 88, una segunda ventila ciega 90 y una tercera ventila ciega 92 cuya intersección con la superficie externa 82 es circular; una cuarta ventila ciega 94 cuya intersección con la superficie externa 82 define un ovalado alargado; una quinta ventila ciega 96 cuya intersección con la superficie externa 82 es triangular; una sexta ventila ciega 98 cuya intersección con la superficie externa 82 define un cuadrado; y una séptima ventila ciega 100 cuya intersección con la superficie externa 82 define un rectángulo. La Figura 3B muestra una sección transversal de pared de molde 84 a lo largo de un plano 3B-3B, que es perpendicular a la superficie externa 82. La Figura 3B revela lo siguiente: la primera ventila ciega 88 es un cilindro recto; la segunda ventila ciega 90 es emisférica; y la tercera ventila ciega 92 es cónica. La Figura 3B revela también lo siguiente: la cuarta ventila ciega 94 tiene paredes laterales paralelas 102, 104 y un fondo curvo 106; las paredes inclinadas 108, 110 de la quinta ventila ciega 96 se une en un ápice 112; las paredes paralelas 114, 116 de la sexta ventila ciega 98 terminan en un fondo plano 118; y las paredes opuestas, 120, 122 de la séptima ventila ciega 100
están redondeadas en donde se unen con un fondo plano 1124 . En modalidades de la presente invención, el espesor de pared de extremo de ventila ciega, es decir, el espesor de pared de molde entre el extremo interno de una ventila ciega y la superficie de moldeo, puede ser de cualquier espesor - o rango de espesores en el caso en el cual la ventila ciega no tiene un fondo totalmente paralelo con la superficie de moldeo - que proporciona una integridad estructural local suficiente para mantener el segmento de pared de molde entre el extremo interior de la ventila ciega y la superficie de moldeo intacto y continuo y durante el uso del molde o segmento de molde poroso. El espesor de pared de extremo de ventila ciega puede ser el mismo entre todas las ventilas ciegas o variar de ventila ciega a ventila ciega para un segmento de molde o molde permeable. Por ejemplo, con referencia a la Figura 3A, se muestra una octava ventila ciega 126, una novena ventila ciega 128, y una décima ventila ciega 130, todas las cuales son cilindros rectos. La Figura 3C muestra un corte transversal de pared de molde 84 a lo largo del plano 3C-3C, que es perpendicular a la superficie externa 82. Con referencia a la Figura 3C, se puede observar que el espesor de pared de molde 132, 134 asociado con la octava ventila ciega 126 y novena ventila ciega 128 son iguales entre ellos y diferentes del espesor de pared de molde 136 asociado con la décima ventila ciega 130.
En modalidades de la presente invención, el espesor de pared de molde, el grueso y la cantidad de porosidad abierta, el número, distribución y configuración geométrica o configuraciones geométricas de las ventilas ciegas, y el espesor de pared de extremo de ventila ciega o espesores de pared de extremo de ventila ciega en un segmento de molde o molde permeable a los gases se determinan tomando en cuenta la permeabilidad a los gases y las resistencia que se requieren para un molde o segmento de molde particular. En general, estos parámetros serán determinados mediante la aplicación de los principios y conocimientos por parte de las personas con conocimientos en la materia aplicables a los moldes y segmentos de moldes de porosidad abierta de la técnica anterior. Sin embargo, en estas modalidades se deben considerar que las permeabilidad global a los gases del molde o segmento de molde permeable a los gases es la suma de las contribuciones a la permeabilidad a los gases de la porosidad abierta y de las ventilas ciegas. En estas modalidades en donde ventilas abiertas están también presentes, su contribución a la permeabilidad a los gases debe también considerarse. El material de pared de molde entre el extremo interno de la ventila ciega y la superficie de moldeo proporcionará una cierta resistencia al flujo de gas. Pero una resistencia sustancialmente menor a la resistencia del espesor de pared de molde completo en áreas alejadas de la
ventila ciega. La configuración geométrica óptima de ventila ciega y el espesor de pared de extremo de ventila ciega pueden determinarse tomando en cuenta un análisis de flujo de fluido combinado con 'Características mecánicas y químicas fundamentales de flujo a través de medios porosos. Por ejemplo, se sabe en el campo de transporte de fluido que la eficiencia de flujo es afectada por la forma de los orificios, y la ventila ciega y el material poroso en su extremo y en la zona aledaña pueden considerarse como una serie y red de orificios que interconectan. La persona con conocimientos en la materia puede guiarse para elaborar las modalidades de la presente invención midiendo la permeabilidad a los gases de los materiales de pared de molde deseados con varias cantidades y niveles de grueso de porosidad abierta en función del espesor en el rango de diferenciales de presión contemplado durante la operación de moldeo en la cual se utilizará el molde o segmento de molde permeable a los gases. Lineamientos similares se obtendrán a través de la prueba de la resistencia mecánica de los materiales deseados de pared de molde que tienen varias cantidades y niveles de grueso de porosidad abierta en función del espesor. Una prueba de carga de 4 puntos de módulo de ruptura (MOR, por sus siglas en inglés) ofrece una medición útil de dicha resistencia mecánica. Se prefiere pero no se requiere que el número, distribución y configuración
geométrica de las ventilas ciegas se seleccionen de tal manera que la resistencia mecánica. No sea sustancialmente disminuida del nivel que tendría el molde o segmento de molde permeable sin la presencia de las ventilas ciegas. En todas las modalidades de la presente invención que utilizan una o varias ventilas ciegas, es preferible que el espesor de pared de extremo de ventila ciega esté dentro del rango comprendido entre aproximadamente 10% y aproximadamente 70% del espesor local de la pared de molde, es decir, del espesor de la pared de molde en donde se localiza la ventila ciega. Con mayor preferencia, el espesor de pared de extremo de ventila ciega estará dentro de un rango de aproximadamente 20% a aproximadamente 40% del espesor total de la pared de molde, y con mayor preferencia, es de aproximadamente 30% del espesor total de la pared de molde. El molde o segmento de molde puede comprender cualquier material conocido en la técnica por se adecuado para fabricar moldes con relación a la aplicación con la cual se debe utilizar el molde o segmento de molde. Por ejemplo, el material de molde puede comprender un metal, cerámica, polímero o material compuesto. Preferentemente, el material de molde es un metal seleccionado dentro del grupo que consiste de aluminio, titanio, níquel o hierro o una aleación que contiene uno o varios de estos metales. Con mayor preferencia, el material de molde es un polvo de acero
inoxidable, por ejemplo, grado 316 o 420. La presente invención incluye también métodos para fabricar moldes y segmentos de moldes permeables a los gases que contienen una o varias ventilas ciegas. En tales modalidades del método, los moldes o segmentos de molde permeables a los gases que tienen porosidad abierta son maquinados a partir de bloques u otras formas de material adecuado que tiene porosidad abierta en forma de la técnica anterior. Ventilas ciegas se forman en superficies externas de tales moldes o segmentos de molde permeables los gases, por ejemplo, mediante maquinado, ya sea durante o después del maquinado de los moldes o segmentos de moldes. En otras modalidades de método de este tipo, los moldes o segmentos de moldes permeables a los gases son prensados y sinterizados por métodos metalúrgicos de polvo hasta su forma final o casi su forma neta seguido por maquinado. Estas modalidades, algunas o la totalidad de las ventilas ciegas pueden ser formadas directamente durante las operaciones metalúrgicas de polvo o pueden ser formadas después, mediante maquinado. La presente invención incluye también modalidades de método en donde un molde o segmento de molde permeable a los gases con porosidad abierto es fabricado mediante fabricación libre de sólidos seguido por sinterización. Aún cuando en algunas de las menos preferidas de estas modalidades, una o varias
ventilas ciegas se forman después de paso de fabricación libre de sólidos ya sea antes o después del paso de sinterización, en las modalidades más preferidas, una o varias ventilas ciegas se forman en el molde o segmento de molde durante el paso de fabricación libre de sólidos. Preferentemente, el proceso 3DP es empleado como la fabricación libre de sólidos. El proceso 3DP es conceptualmente similar la impresión con inyección de tinta. Sin embargo, en lugar de tinta, el proceso 3DP deposita un aglomerante sobre la capa superficial de una cama de polvo. Este aglomerante es impreso en la capa de polvo según una sección bidimensional de una representación electrónica tridimensional del molde o segmento de molde que se está fabricando. Una capa tras otra es impresa hasta la formación de todo el molde o de todo el segmento de molde. El polvo puede comprender un metal, cerámica, polímero o material compuesto. Preferentemente, el polvo es un metal seleccionado dentro del grupo que consiste de aluminio, titanio, niquel o hierro, o una aleación que contiene uno o varios de estos metales. Con mayor preferencia, el polvo es un polvo de acero inoxidable, por ejemplo, grados 316 o 420 y tiene un tamaño de partículas de 106 mieras (malla estadounidense -140) /+45 mieras (malla estadounidense +325) . El aglomerante puede comprender al menos uno de los siguientes: un polímero y un carbohidrato. Ejemplos de aglomerantes adecuados se
proporcionan en la Patente Norteamericana Número 5,076,869 de Bourell et al. expedida el 31 de diciembre de 1991 y en la Patente Norteamericana Número 6,585,930 de Liu et al, expedida el 1 de julio de 2003. El molde o segmento de molde permeable a los gases después del paso de impresión es un artículo unido, que consiste tipicamente de aproximadamente 30 a más de 60% en volumen de polvo, según la densidad de empaque de polvo, y de aproximadamente 10% en volumen de aglomerante, el resto siendo espacio vacío. El molde o segmento de molde impreso es relativamente frágil . El molde o segmento de molde impreso es después sinterizado a una temperatura elevada para incrementar sus propiedades físicas y/o mecánicas. Por ejemplo, cuando el polvo utilizado es un acero inoxidable 316 que tiene un tamaño de particula de 106 mieras (malla estadounidense -140) /+45 mieras (malla estadounidense +325) la sinterización puede efectuarse a una temperatura de 135° C En una atmósfera de 50% en volumen de hidrógeno/50% en volumen de argón a 108 kPa (815 torr) durante una hora con velocidades de calentamiento y enfriamiento de aproximadamente 5° C por minuto. A continuación se describirá la fabricación de un segmento de molde a partir de un segmento de molde de perlas de EPS permeable a los gases de conformidad con una modalidad preferido de la presente invención. Primero, se crea una
representación electrónica tridimensional del segmento de molde como archivo CAD y se convierte después en el archivo de formato STL. Después, se crea un archivo de CAD de una representación electrónica tridimensional del conjunto de ventilas ciegas que el segmento de molde debe tener. El archivo de CAD del conjunto de ventilas ciegas es después convertido en el archivo de formato STL. Las personas con conocimientos en la materia reconocerán que en la creación de cada uno de los archivos CAD de ventila ciega y segmentos de molde, las dimensiones de ambos deben ajustarse para tomar en cuenta cualquier cambio dimensional como por ejemplo encogimiento que puede efectuarse durante el paso de sinterización subsiguiente. Por ejemplo, con el objeto de compensar el encogimiento, una ventila ciega cilindrica que debe tener un diámetro final de 0.046 cm puede diseñarse para imprimirse con un diámetro de 0.071 cm. Los dos archivos de formato STL son comparados para cerciorarse que las ventilas ciegas individuales estarán en posiciones deseadas en el segmento de molde. Cualquier corrección o modificación deseada a los archivos STL puede efectuarse. Los dos archivos en formato STL son después combinados utilizando un programa de software apropiado que efectúa una operación boleana como por ejemplo una operación de sustracción binaria para restar la representación tridimensional de las ventilas ciegas de la representación tridimensional del segmento de
molde. Un ejemplo de un programa de este tipo es el software Magics RP disponible en Materialise NV, Leuven, Bélgica. Correcciones son modificaciones deseadas pueden también efectuarse a la representación electrónica resultante, por ejemplo, removiendo ventilas ciegas de áreas en donde no eran deseadas. El paso de combinación de archivos resulta en un archivo electrónico tridimensional del segmento de molde que contiene el conjunto deseado de ventilas ciegas. Un programa de seccionamiento convencional puede utilizarse para convertir este archivo electrónico en otro archivo electrónico que comprende el segmento de molde representado como secciones bidimensionales. Este archivo electrónico puede ser revisado para determinar la presencia de errores y se puede efectuar cualquier corrección o modificación deseada y es después empleado por un aparato de procesamiento 3DP con el objeto de crear una versión impresa del segmento de molde. Un ejemplo de un aparato de procesamiento 3DP de este tipo es una unidad ProMetal® Modelo RTS 300 disponible en Extrude Hone Corporation, Irwin, PA 15642. El método divulgado en los párrafos anteriores para la producción de una representación electrónica de un segmento de molde permeable a los gases utilizable por un dispositivo de fabricación libre de sólidos de un segmento de molde permeable a los gases utilizable por un dispositivo de
fabricación libre de sólidos es solamente una de nuestras formas de fabricar una representación electrónica. El método exacto utilizado es a criterio del diseñador y dependerá de factores tales como la complejidad de tamaño del segmento de molde, el tamaño y número de ventilas ciegas, las instalaciones de procesamiento por computadora disponibles, y la cantidad de tiempo de cómputo disponible después del procesamiento del archivo electrónico o de los archivos electrónicos. Por ejemplo, en ciertos casos, puede ser cómodo incluir las ventilas ciegas en el archivo CAD inicial como parte de la representación electrónica tridimensional del segmento de molde permeable a los gases. En otros casos, puede ser deseable eliminar el paso de comparar los archivos STL del conjunto de ventilas ciegas y del segmento de molde antes de combinar los dos archivos. La presente invención incluye también modalidades en las cuales un segmento de molde de perlas de EPS permeable a los gases y una cámara de vapor, conforman una estructura unitaria. La parte de segmento de molde permeable a los gases de la estructura unitaria tiene porosidad abierta y la permeabilidad a los gases de su pared de molde puede incrementarse durante una o varias ventilas, que pueden ser abiertas o ciegas o una combinación de las dos, pero no necesariamente. La parte de cámara de vapor de la estructura unitaria es impermeable a los gases de proceso utilizados de
la operación de moldeo de perlas de EPS. La Figura 4 muestra una sección transversal de una estructura de 150 de segmento de molde permeable a los gases/cámara de vapor unitaria. La estructura unitaria 150 comprende una porción de cámara de vapor 152 y una porción 154 de segmento de molde permeable a los gases. La porción de cámara de vapor 152 tiene paredes 156 que han sido infiltradas como un líquido solidificable para volverlas impermeables a los gases durante el proceso de moldeo de perlas de EPS. La porción de cámara de vapor 152 tiene un puerto de gas 158 para introducir y remover gases de proceso en la cavidad 160 de cámara de vapor y a partir de dicha cavidad. La porción de cámara de vapor 152 tiene también puertos para agua 162 para insertar chorros de agua controlables (no ilustrados) que pueden ser utilizados durante el proceso de moldeo para enfriar la porción de segmento de molde 154 permeable a los gases. Montantes 164 se extienden entre la pared externa 159 de porción de cámara de vapor y la superficie externa 166 de la pared 172 de molde de porción de segmento de molde permeable a los gases. Los montantes 164 permiten que la porción de cámara de vapor 152 refuerce la pared de molde 172 contra fuerzas dirigidas tanto hacia dentro como hacia fuera de la cavidad de molde 168 durante la operación de moldeo. Los montantes 164 son preferentemente paredes de tipo infiltrado 156 para incrementar su resistencia.
La periferia 170 de pared de molde 172 de la porción 154 de segmento de molde permeable a los gases intersecta la porción de cámara de vapor 152. Aún cuando la pared de molde 172 cerca de su periferia 170 pueda contener cierto infiltrante 174 (indicado por sombreado que no tienen punteado) , la pared de molde 172 en general tiene porosidad abierta 176 (indicada por punteado) . Preferentemente, la pared de molde 172 tiene también varias ventilas ciegas 178 que se extienden hacia dentro a partir de su superficie interna 166, para incrementar la permeabilidad a los gases proporcionada por la porosidad abierta 176. La pared de molde 172 puede también tener una o varias ventilas abiertas 180 para proporcionar permeabilidad adicional a los gases. Sin embargo, ventilas abiertas 180 son menos deseables que ventilas ciegas 178 puesto que las ventilas abiertas 180 interrumpen la continuidad de la superficie de moldeo 182, provocando por consiguiente imperfecciones superficiales en los artículos moldeados . La presente invención incluye también modalidades de método para fabricar estructuras unitarias de cámara de vapor/segmento de molde permeable a los gases. En estas modalidades, la estructura unitaria es construida por una fabricación libre de sólidos. La estructura unitaria es después sinterizada para reforzar la porción de segmento de molde permeable a los gases al nivel necesario para su uso.
La estructura unitaria es después calentada en presencia de un infiltrante líquido solidificable de tal manera que el infiltrante infiltre la porción de cámara de vapor manteniendo la pared de molde de la porción de segmento de molde permeable a los gases generalmente libre de infiltrante. La estructura unitaria es después enfriada para solidificar el infiltrante. Un maquinado ligero puede emplearse para limpiar las superficies o para proporcionar acabado de otra forma a la construcción de la estructura unitaria. En una modalidad preferida, el polvo utilizado es o bien acero inoxidable 316 o bien acero inoxidable 420 que tiene un tamaño de partículas dentro de un rango de aproximadamente 106 mieras (malla estadounidense -140) /45 mieras (malla estadounidense +325) y el infiltrante es un bronce, más preferentemente un bronce que contiene aproximadamente 90% en peso de cobre y aproximadamente 10% en peso de estaño. Sin embargo, el polvo puede comprender cualquier metal, cerámica, polímero, o material compuesto adecuado. Preferentemente, el polvo es un metal seleccionado dentro del grupo que consiste de aluminio, titanio, níquel o hierro o una aleación que contiene uno o varios de estos metales. El infiltrante es preferentemente un metal derretido o una aleación de metal que humidifica bien el polvo, es líquido debajo del punto de ablandamiento del polvo, y se solidifica a una temperatura
que se encuentra por enzima de las temperatura de procesamiento más alta que se contempla alcanzará la estructura unitaria durante el proceso de moldeo de perlas de EPS. Mientras se mostraron y describieron solamente algunas modalidades de la presente invención, es evidente a las personas con conocimientos en la materia que muchos cambios y modificaciones pueden efectuarse a las mismas sin salirse del espíritu y alcance de la invención descrita en las reivindicaciones adjuntas. Todas las Patentes estadounidenses y Solicitudes de Patentes estadounidenses mencionadas aquí se incorporan por referencia como si estuviesen totalmente reproducidas .