CN116323218A - 缓冲室及具备缓冲室的am系统 - Google Patents

Abstract

在AM系统中，构建粉末材料等微粒不会从能够存在微粒的区域飞散到其他区域的环境。根据一个实施方式，提供一种用于制造造型物的AM系统，该AM系统具有：造型室，该造型室配置有AM装置；以及缓冲室，该缓冲室与所述造型室相连，所述缓冲室具有：入口，该入口与周围环境相连；出口，该出口与所述造型室相连；格栅地板；以及排气口，所述AM系统具有：第一门，该第一门能够对所述缓冲室的所述入口进行开闭；以及第二门，该第二门能够对所述缓冲室的所述出口进行开闭。

Description

缓冲室及具备缓冲室的AM系统

技术领域

本申请涉及缓冲室及具备缓冲室的AM系统。本申请主张基于2020年10月16日申请的日本专利申请号第2020-174652号的优先权。包括日本专利申请号第2020-174652号的说明书、权利要求书、附图以及摘要在内的所有公开内容通过参照而作为整体引用于本申请中。

背景技术

已知有根据表现三维物体的计算机上的三维数据直接造型出三维物体的技术。例如，已知有Additive Manufacturing(AM)(增材制造)法。作为一例，作为沉积方式的AM法而具有直接能量沉积(DED)。DED是通过一边局部地供给金属材料一边使用适当的热源使该金属材料与基材一起熔融、凝固来进行造型的技术。另外，作为AM法的一例，具有粉末床融合(PBF)。PBF针对二维铺满的金属粉体向要造型的部分照射作为热源的激光束、电子束来使金属粉体熔融、凝固或使其烧结，从而造型出三维物体的各层。在PBF中，通过重复这样的工序，能够造型出所希望的三维物体。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特表2018-535320号公报

在DED方式和PBF方式中的任一方式的AM装置中，大多使用金属粉末等微粒作为造型的材料。另外，在AM装置中，也有时不使用粉末材料而使用卷轴状的线材料作为造型的材料，但在熔融材料时产生烟雾等微粒。微粒容易被人吸入，另外，根据微粒的种类而有时在健康上带来影响。在AM装置中，成为造型面的造型板有时由作业人员通过手工作业来设置于造型用的工作台，并且在造型后由作业人员以手工作业取出造型物。在造型前向粉末供给装置补充粉末材料的作业、在造型后取出残留有材料粉末的状态的造型物的作业存在作业人员吸进微粒的风险。

因此，在使用粉末材料的AM装置中，在进行处理粉末材料的作业时，需要穿戴防护服或防护手套、防尘口罩进行作业。为了降低作业人员被暴露于微粒的风险，最好使作业人员不直接接触造型室就能够进行粉末材料的补充、造型物的取出放入。另外，最好构建微粒不会从能够存在粉末材料等微粒的区域飞散到其他区域的环境。

发明内容

本申请的一个目的在于提供一种能够解决或缓和这些问题的至少一部分的结构。

根据一个实施方式，提供一种用于制造造型物的AM系统，该AM系统具有：造型室，该造型室配置有AM装置；以及缓冲室，该缓冲室与所述造型室相连，所述缓冲室具有：入口，该入口与周围环境相连；出口，该出口与所述造型室相连；格栅地板；以及排气口，所述AM系统具有：第一门，该第一门能够对所述缓冲室的所述入口进行开闭；以及第二门，该第二门能够对所述缓冲室的所述出口进行开闭。

附图说明

图1是概略性地表示基于一个实施方式的AM系统的图。

图2是概略性地表示基于一个实施方式的AM系统的图。

图3是概略性地表示基于一个实施方式的AM系统的图。

图4是概略性地表示基于一个实施方式的AM系统的图。

图5是概略性地表示基于一个实施方式的AM系统的图。

图6是概略性地表示基于一个实施方式的AM系统的图。

图7是概略性地表示基于一个实施方式的AM系统的图。

具体实施方式

以下，结合附图对本发明所涉及的缓冲室及具备缓冲室的AM系统的实施方式进行说明。在附图中，对相同或类似的要素标注相同或类似的参照符号，在各实施方式的说明中有时省略与相同或类似的要素相关的重复的说明。另外，各实施方式中示出的特征只要不相互矛盾则也能够适用于其他的实施方式。

图1是概略性地表示基于一个实施方式的AM系统1000的图。图1所示的箭头z表示高度方向。图1所示的AM系统1000具备造型室100和缓冲室200。在造型室100与缓冲室200之间具有门102，通过门102而将造型室100和缓冲室200隔离。门102设置于造型室100的入口侧、缓冲室200的出口侧。在缓冲室200的入口侧具有门202，通过门202而将缓冲室200和周围环境隔离。在图1所示的系统1000中，在造型室100，能够仅经由缓冲室200进行物品的取出和放入。门102、202可以设为例如能够沿横向滑动的滑动式的门、或者能够向近前侧或里侧开闭的门等。若使用滑动式的门作为门102、202，则难以受到差压的影响。特别是，如后所述，缓冲室200有时会使压力比周围环境的压力低，若将隔离周围环境和缓冲室200的门202设为滑动式的门，则难以受到差压的影响。

在一个实施方式中，AM系统1000可以具备用于检测门102、202的开闭状态的传感器以及将门102、202维持在关闭状态的锁定机构。例如，通过控制为仅在门102关闭的状态时能够打开门202、并且仅在门202关闭的状态时能够打开门102，从而能够防止造型室100被直接暴露于周围环境的情况。

在造型室100内配置有用于进行AM造型的AM装置150。AM装置150具备粉末材料的供给装置、激光源或电子束源等热源、气体源、各种动作机构、控制装置等。AM装置150可以是DED方式的AM装置，也可以是PBF方式的AM装置。AM装置能够利用包含现有技术的任意的AM装置。由于AM装置150能够使用任意的装置，因此在本说明书中不作详细说明。

在图1所示的AM系统1000中，在造型室100中进行造型准备、利用了AM装置150的造型处理、以及造型后的处理。在造型准备中，进行粉末材料等造型材料向规定的材料供给装置的补充、以及对AM装置150进行造型用的基底板的设置、进行AM装置所使用的各种更换部件的设置等。造型处理在计算机的自动控制下利用AM装置150进行规定的造型。作为造型后的处理，进行残留的粉末材料等的除去、造型物的取出、造型室的清扫等。

在一个实施方式中，如图1所示，在造型室100和缓冲室200的壁面配置有手套110、210。手套110、210从造型室100和缓冲室200的壁面向内部延伸，能够从造型室100和缓冲室200的外侧访问造型室100和缓冲室200的内部。通过手套110、210，能够从造型室100和缓冲室200的外侧以手工作业进行造型室100和缓冲室200中的作业。例如，能够进行下述的作业：经由缓冲室200将装有粉末材料的容器带入造型室100，并在关闭了门102的密闭的状态下经由手套110将粉末材料填充到AM装置150的材料供给装置。曾装有粉末材料的空的容器经由门102移动到缓冲室200，关闭门102之后再打开门202，从而取出空的容器。

在一个实施方式中，能够代替图1所示的手套110、210而配置或者在此基础上还配置可以横跨造型室100和缓冲室200进行动作的起重机等移动机构201、在造型室100和缓冲室200的内部进行动作的机器人203等。通过使用移动机构201、机器人203，能够保持将造型室100和缓冲室200密闭的状态而在造型室100和缓冲室200的内部进行材料的补充、零件的安装/拆卸等各种作业。在图1中，起重机位于缓冲室200，但是，通过横跨造型室100和缓冲室200而设置供起重机移动的轨道，能够设为可以横跨造型室100和缓冲室200而进行移动的移动机构201。另外，在图1中，机器人203位于造型室100，但机器人203也可以设为能够横跨造型室100和缓冲室200而进行移动的结构，另外，也可以设为具备能够在门102打开的状态下访问造型室100和缓冲室200这两方的机械手的结构。

图2是概略性地表示基于一个实施方式的AM系统1000的图。基于图2所示的实施方式的AM系统1000在图1所示的造型室100与缓冲室200之间配置有造型准备室300。在图2所示的实施方式中，在缓冲室200的出口与造型准备室300的入口之间配置有门302，在造型准备室300的出口与造型室100的入口之间配置有门102。在图示的上述AM系统1000中，在造型室100中进行造型处理，在造型准备室300中进行造型准备等。物品向造型室100的搬入/搬出经由缓冲室200和造型准备室300进行。在图2所示的实施方式中，在造型室100、缓冲室200和造型准备室300中的任一个中都能够具备在图1中说明过的手套110及210、移动机构201和机器人203等。

图3是概略性地表示基于一个实施方式的AM系统1000的图。图3所示的AM系统1000与图1所示的实施方式同样地具备配置有AM装置150的造型室100、以及缓冲室200。在图3所示的实施方式中，缓冲室200具备格栅地板204。格栅地板204是格子状的地板或者设置有多个贯通孔的地板。格栅地板204可以是缓冲室200的整个地板面，也可以是地板面的一部分。图3所示的缓冲室200具备加湿装置206。加湿装置206是用于向缓冲室200内供给雾、水的装置。由于图3所示的缓冲室200具有加湿装置206，因此能够抑制粉末材料等微粒在缓冲室200内的飞散。

如图3所示，基于一个实施方式的缓冲室200在缓冲室200的格栅地板204的下方配置有气水分离装置208。气水分离装置208能够将进入气水分离装置208的气体和液体的混合物分离为气体和液体并分别排出。由于基于图3所示的实施方式的缓冲室200配置有格栅地板204，因此飞散到缓冲室200内的粉末材料等微粒通过重力的作用和后述的排气机构的作用而向配置于格栅地板204的下方的气水分离装置208移动。另外，在为缓冲室200具有加湿装置206的实施方式的情况下，能够利用水分捕获漂浮的微粒并使其向格栅地板204的下方的气水分离装置208移动。

气水分离装置208具备排气口212。在排气口212连结有排气线路214。在排气线路214设有集尘器216。另外，气水分离装置208具备排水口218。在排水口218连结有排水线路219。通过了排水线路219后的液体经由固体/液体分离装置，液体向排水处理场输送，固体被回收后进行再利用等。

基于一个实施方式的缓冲室200具备用于向缓冲室200内取入气体的吸气口220。吸气口220经由过滤器、阀而将外气取入缓冲室200内。在图3中，吸气口220设置在缓冲室200的上表面，但吸气口220也可以设置在缓冲室200的侧面。

基于一个实施方式的缓冲室200能够通过排气口212、排气线路214调整排气量和调整从吸气口220导入的吸气量来调整缓冲室200内的压力。在一个实施方式中，缓冲室200的气压最好控制为，在门102关闭的状态下打开了门202时从缓冲室200的入口朝向缓冲室200内的空气的流速为0.3m/s以上且1.3m/s以下。通过在打开了门202时使空气从缓冲室200的入口朝向缓冲室200内，能够防止在缓冲室200内漂浮的微粒从缓冲室200的入口向周围飞散的情况。但是，如果从缓冲室200的入口朝向缓冲室200内的空气的流速大，则会卷起缓冲室200内的微粒，因此最好不使缓冲室200内的气压太过于小。优选地，最好将缓冲室200内的气压控制为从缓冲室200的入口朝向缓冲室200内的空气的流速为1m/s左右。缓冲室200内的气压的调整能够通过例如调整从排气线路214排出的排气量、从吸气口220取入的外气的量来进行。

在图3所示的AM系统1000中，当打开门102时，首先关闭门202。在打开门102时，若在造型室100与缓冲室200之间压力差较大，则会产生大的空气流而将微粒卷起。因此，在关闭门202之后，将缓冲室200与造型室100之间的压力调整为相同程度。具体而言，调整从排气线路214排出的排气量、吸气口220的阀的开度来使缓冲室200和造型室100的压力为相同程度。之后，能够打开门202而在缓冲室200和造型室100之间进行物品的移动等。

此外，虽然在图3中未图示，但在基于图3所示的实施方式的缓冲室200中，也可以具备图1所示的手套110及210、移动机构201、机器人203等。另外，在图3所示的实施方式中，缓冲室200的出口与造型室100的入口邻接，但也可以如图2所示在缓冲室200与造型室100之间设置造型准备室300。

图4是概略性地表示基于一个实施方式的AM系统1000的图。图4所示的AM系统1000与图1所示的实施方式同样地具备配置有AM装置150的造型室100、以及缓冲室200。图4所示的缓冲室200与图3的缓冲室200同样地具备格栅地板204、排气口212以及排气线路214。

在图4所示的实施方式中，排气线路214具备开口213和能够对开口213进行开闭的可动风门215。可动风门215具备能够以设置于排气线路214的壁面的轴为中心旋转移动的可动部件。可动风门215的可动部件构成为在重力的作用下关闭开口213。在图4所示的实施方式中，由于在排气线路214设置有开口213和可动风门215，因此能够适度地调整缓冲室200内的气压。在门102和门202关闭的情况下等，当缓冲室200的气压变低时，外部气压使可动风门215向排气线路214的内侧旋转，从而开口213被敞开，外气从开口213流向排气线路214。在门202打开的情况下等，在为缓冲室200的气压接近于外部气压的状态时，由于重力的作用，可动风门215的可动部件封闭开口213。通过可动风门215，能够防止缓冲室200内的气压变得过小的情况。

另外，在图4所示的实施方式中，缓冲室200具备用于向缓冲室200内导入非活性气体的吸气口222以及与吸气口222连结的非活性气体供给线路224。在图4所示的实施方式中，通过从非活性气体供给线路224向缓冲室200内导入非活性气体，能够减小缓冲室200内的氧浓度。在利用AM装置150进行的造型中，在对粉末材料等施加热而使其熔融、凝固时，有时为了防止氧化使氧浓度降低而在非活性气体气氛下进行造型。因此，造型室100最好设为氧浓度降低了的非活性气体气氛。在图4所示的实施方式中，由于能够使与造型室100邻接的缓冲室200成为非活性气体气氛，因此在打开了门102时也能够维持造型室100的非活性气体气氛。在基于图4所示的实施方式的AM系统1000中，能够将在其他实施方式中说明过的任意的特征进行组合。

图5是概略性地表示基于一个实施方式的AM系统1000的图。基于图5所示的实施方式的缓冲室200能够移动。如图5所示，缓冲室200能够在与门102连接但不与门202连接的第一位置和与门202连接但不与门102连接的第二位置之间移动。例如，在取出造型后的造型物时，能够使缓冲室200移动到第一位置，打开门102并使造型物从造型室100向缓冲室200移动，之后，关闭门102并使缓冲室200向第二位置移动，再打开门202而取出造型物。在向造型室100搬入物品时，能够使缓冲室200移动到第二位置，打开门202并将物品放入缓冲室200内，关闭门202，并使缓冲室200向第一位置移动，再打开门102而将物品搬入造型室100。在图5所示的实施方式中，由于缓冲室200不会同时与门102和门202这两方都连接，因此不会经由缓冲室200错误地使造型室100露出于周围环境。在基于图5所示的实施方式的AM系统1000中，能够将在其他实施方式中说明过的任意的特征进行组合。

图6是概略性地表示基于一个实施方式的AM系统1000的图。在图6所示的实施方式中，缓冲室200是上表面敞开的箱体，能够如图示那样以旋转轴为中心旋转移动。图6所示的缓冲室200能够在第一位置(图6的实线所示)与第二位置(图6的虚线所示)之间旋转移动，该第一位置是能够经由门102从造型室100访问缓冲室200的位置，该第二位置是能够经由门202向缓冲室200取出放入物品的位置。如图6所示，在造型室100的壁面配置有手套110。在缓冲室200位于第一位置时，作业人员能够使用手套110经由门102从造型室100访问缓冲室200，能够在造型室100与缓冲室200之间进行物品的移动。在基于图6所示的实施方式的AM系统1000中，能够将在其他实施方式中说明过的任意的特征进行组合。

图7是概略性地表示基于一个实施方式的AM系统1000的图。在图7所示的实施方式中，缓冲室200是上表面敞开的箱体，能够如图示那样以旋转轴为中心旋转移动。图7所示的缓冲室200能够在第一位置(图7的实线所示)与第二位置(图7的虚线所示)之间旋转移动，该第一位置是能够经由门102从造型室100访问缓冲室200的位置，该第二位置是能够经由门202向缓冲室200取出放入物品的位置。如图7所示，在造型室100的壁面配置有手套110。在缓冲室200位于第一位置时，作业人员能够使用手套110经由门102从造型室100访问缓冲室200，能够在造型室100与缓冲室200之间进行物品的移动。在图7所示的实施方式中，通过使缓冲室200向第二位置旋转移动，能够使缓冲室200的敞开的上表面露出而向缓冲室200取出放入物品。图7所示的缓冲室200的正面(图7的左侧)的壁面具有作为门202的功能，在缓冲室200旋转移动到第二位置时上表面露出，在缓冲室200位于第一位置时，正面的壁面将缓冲室200与周围环境隔离。在图7所示的缓冲室200中，还可以采用作为滑动式的门的门202。

在上述的实施方式的各图中说明的各个特征也能够适用于其他实施方式。例如，结合图1说明的手套110及210、移动机构201以及机器人203分别也能够适用于其他实施方式。另外，检测门102、202、302的开闭状态的传感器、各门102、202、302的锁定机构也都能够适用于任意的实施方式。另外，结合图2说明的造型准备室300也能够配置在其他实施方式的缓冲室200与造型室100之间。另外，结合图3说明的格栅地板204、加湿装置206、气水分离装置208、集尘器216以及吸气口220分别也能够适用于其他实施方式。结合图4说明的非活性气体供给线路224和可动风门215也能够适用于其他实施方式。结合图5～图7说明的可以移动的缓冲室200也能够适用于其他实施方式。

另外，在上述的实施方式中，图示了针对造型室100连结一个缓冲室200的例子，但也可以在造型室100连结多个缓冲室200，另外，也可以在造型准备室300连结多个缓冲室200。例如，也可以使多个缓冲室200与造型室100连结，并将特定的缓冲室200作为用于使特定的物品移动的专用的缓冲室200。例如，能够将特定的缓冲室200用于粉末材料的供给、残留有粉末材料的造型物的移动，其他的缓冲室200能够用于除粉末材料以外的物品的移动。通过如此设置，能够将格栅地板204、排气机构以及加湿装置206等仅设置于使粉末材料移动的缓冲室200，而不设置于其他缓冲室200。另外，也可以为了使大小、重量不同的物品移动而使尺寸不同的多个缓冲室200与造型室100连结。

从上述的实施方式至少掌握以下的技术思想。

[方式1]根据方式1，提供一种用于制造造型物的AM系统，该AM系统具有：造型室，该造型室配置有AM装置；以及缓冲室，该缓冲室与所述造型室相连，所述缓冲室具有：入口，该入口与周围环境相连；出口，该出口与所述造型室相连；格栅地板；以及排气口，所述AM系统具有：第一门，该第一门能够对所述缓冲室的所述入口进行开闭；以及第二门，该第二门能够对所述缓冲室的所述出口进行开闭。

[方式2]根据方式2，在基于方式1的AM系统中，具有排气机构，该排气机构能够控制从所述排气口排出的气体的排气量。

[方式3]根据方式3，在基于方式2的AM系统中，所述排气机构构成为，在所述第一门打开的状态下，将排气量控制为从所述入口朝向所述缓冲室中的空气的流速为0.3m/s以上且1.3m/s以下。

[方式4]根据方式4，在基于方式2或方式3的AM系统中，所述排气机构具有集尘器。

[方式5]根据方式5，在基于方式1至方式4中的任意一个方式的AM系统中，所述缓冲室具有用于向所述缓冲室内取入气体的吸气口。

[方式6]根据方式6，在基于方式1至方式5中的任意一个方式的AM系统中，所述缓冲室具有加湿装置和配置在所述格栅地板的下方的气水分离装置。

[方式7]根据方式7，在基于方式1至方式6中的任意一个方式的AM系统中，在所述缓冲室的壁面具有手套，该手套用于从所述缓冲室的外侧访问所述缓冲室的内部。

[方式8]根据方式8，在基于方式1至方式7中的任意一个方式的AM系统中，具有移动机构，该移动机构用于在所述缓冲室与所述造型室之间进行物品的移动。

[方式9]根据方式9，在基于方式1至方式8中的任意一个方式的AM系统中，所述缓冲室与用于向所述缓冲室内供给非活性气体的气体供给线路连结。

[方式10]根据方式10，在基于方式1至方式9中的任意一个方式的AM系统中，所述缓冲室能够在所述出口与所述第二门相连的第一位置和所述入口与所述第一门相连的第二位置之间移动。

符号说明

100造型室

102 门

110 手套

150 AM装置

200缓冲室

201移动机构

202 门

203 机器人

204 格栅地板

206加湿装置

208气水分离装置

212排气口

213开口

214排气线路

215可动风门

216集尘器

218排水口

219排水线路

220吸气口

222吸气口

224非活性气体供给线路

300造型准备室

302门

1000AM系统

Claims (10)

1.一种AM系统，用于制造造型物，其特征在于，具有：

造型室，该造型室配置有AM装置；以及

缓冲室，该缓冲室与所述造型室相连，

所述缓冲室具有：

入口，该入口与周围环境相连；

出口，该出口与所述造型室相连；

格栅地板；以及

排气口，

所述AM系统具有：

第一门，该第一门能够对所述缓冲室的所述入口进行开闭；以及

第二门，该第二门能够对所述缓冲室的所述出口进行开闭。

2.根据权利要求1所述的AM系统，其特征在于，

具有排气机构，该排气机构能够控制从所述排气口排出的气体的排气量。

3.根据权利要求2所述的AM系统，其特征在于，

所述排气机构构成为，在所述第一门打开的状态下，将排气量控制为从所述入口朝向所述缓冲室中的空气的流速为0.3m/s以上且1.3m/s以下。

4.根据权利要求2或3所述的AM系统，其特征在于，

所述排气机构具有集尘器。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的AM系统，其特征在于，

所述缓冲室具有用于向所述缓冲室内取入气体的吸气口。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的AM系统，其特征在于，

所述缓冲室具有加湿装置和配置在所述格栅地板的下方的气水分离装置。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的AM系统，其特征在于，

在所述缓冲室的壁面具有手套，该手套用于从所述缓冲室的外侧访问所述缓冲室的内部。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的AM系统，其特征在于，

具有移动机构，该移动机构用于在所述缓冲室与所述造型室之间进行物品的移动。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的AM系统，其特征在于，

所述缓冲室与用于向所述缓冲室内供给非活性气体的气体供给线路连结。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的AM系统，其特征在于，

所述缓冲室能够在所述出口与所述第二门相连的第一位置和所述入口与所述第一门相连的第二位置之间移动。

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