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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lamination-Molding-Vorrichtung bzw. Vorrichtung zum schichtweisen Formen bzw. Schichtformungsvorrichtung.
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Beschreibung des Standes der Technik
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Bei einem selektiven Lasersinterverfahren unter Verwendung eines Laserstrahls wird eine Pulvermaterialschicht durch gleichmäßiges Ausbreiten eines Pulvermaterials auf einem Formungstisch gebildet, wird eine gesinterte Schicht durch Einstrahlen eines Laserstrahls an eine vorbestimmte Stelle in der Pulvermaterialschicht und Sintern der Pulvermaterialschicht gebildet, wird eine neue Pulvermaterialschicht durch gleichmäßiges Ausbreiten eines Pulvermaterials auf der gesinterten Schicht gebildet, wird eine neue, an einer darunter liegenden gesinterten Schicht haftende Sinterschicht durch Einstrahlen eines Laserstrahls auf die neue Pulvermaterialschicht und Sintern der neuen Pulvermaterialschicht gebildet und ein gewünschter dreidimensional geformter Gegenstand, der ein integrierter Sinterkörper ist, wird durch Wiederholen der oben erwähnten Prozesse und Beschichten bzw. Laminieren einer Vielzahl von gesinterten Schichten gebildet.
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Insbesondere sollte, wenn ein Metallpulvermaterial durch den Laserstrahl gesintert wird, um das Pulvermaterial vor Verfall zu schützen und eine stabile Strahlung des Laserstrahls mit erforderlicher Energie zu ermöglichen, ein Zustand, in dem möglichst kein Sauerstoff um eine vorbestimmte Formungsregion vorhanden ist, beibehalten werden. Aus diesem Grund ist eine Schichtformungsvorrichtung zum Durchführen eines Verfahrens zum selektiven Lasersintern von Metallen unter Verwendung eines Laserstrahls so konfiguriert, dass sie ein Inertgas wie Stickstoffgas in eine geschlossene Kammer zuführt und einen Laserstrahl zu einer vorbestimmten Bestrahlungsregion unter einer Atmosphäre ausstrahlt, bei der eine Sauerstoffkonzentration in der Kammer ausreichend niedrig ist.
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Zusätzlich, wenn das Metallpulvermaterial mit dem Laserstrahl bestrahlt und gesintert wird, wird ein Teil des Metallmaterials zu Dampf, und insbesondere Rauch, der als Dämpfe bezeichnet wird, wird erzeugt. Wenn die Dämpfe die Kammer füllen, kann der Laserstrahl abgeschirmt werden, so dass der Laserstrahl, der die benötigte Energie aufweist, einen gesinterte Position nicht erreichen kann und es kann ein minderwertiges Sintern auftreten.
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Aus diesem Grund müssen, bei dem Schichtformungsverfahren unter Verwendung eines Laserstrahls, die Dämpfe aus der Kammer entfernt werden, während eine Atmosphäre mit wenig Sauerstoff innerhalb der Kammer aufrechterhalten wird. Wie in der Patentliteratur 1 offenbart, ist eine Schichtformungsvorrichtung zum Ausstoßen eines Inertgases, das Dampf aus der Kammer enthält, während ein sauberes Inertgas in die Kammer gegeben wird, bekannt. Zusätzlich wird in der Schichtformungsvorrichtung gemäß der Patentliteratur 1 das Inertgas in der Kammer zirkuliert durch Entfernen der Dämpfe aus dem Inertgas einschließlich des Abgebens der Dämpfe nach außerhalb der Kammer und Rückführen des Inertgases zurück in die Kammer. Als Ergebnis ist die Kammer so konfiguriert, dass eine saubere Inertgasatmosphäre darin aufrechterhalten wird.
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Zusätzlich kann ein elektrostatischer Abscheider, der als ein Rauch- bzw. Dampfsammler bezeichnet wird, als eine Vorrichtung zum Entfernen von Dämpfen aus einem Inertgas verwendet werden. Im Allgemeinen enthält ein elektrostatischer Abscheider einen Ladeabschnitt mit einer Aufladungselektrode, die konfiguriert ist, um Dämpfe und anderen Staub positiv oder negativ durch Koronaentladung zu laden, und einen Staubsammelabschnitt, der konfiguriert ist, um den geladenen Staub unter Verwendung der Coulombkraft zu sammeln. Bei der Verwendung eines solchen elektrostatischen Abscheiders wird auch Staub allmählich auf der Aufladungselektrode abgeschieden, und dann kann die Koronaentladung nicht normal durchgeführt werden. Aus diesem Grund ist das Reinigen und Entfernen des auf der Aufladungselektrode abgelagerten Staubes regelmäßig durchzuführen, und es ist zum Beispiel, wie in der Patentliteratur 2 offenbart, ein elektrostatischer Abscheider bekannt, der konfiguriert ist, um Staub, der an einer Aufladungselektrode angebracht ist, durch Aufblasen von Luft zu entfernen.
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[Patentliteratur]
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- Patentliteratur 1: Japanisches Patent Nr. 4131260
- Patentliteratur 2: Japanische Gebrauchsmusterveröffentlichung Nr. H04-022049
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Wenn die Reinigung der Aufladungselektrode durchgeführt wird, muss der Ladevorgang an der Elektrode unterbrochen werden, da der entfernte Staub vorübergehend aufsteigt. Aus diesem Grund wird während des Reinigens der Aufladungselektrode eine Staubsammelkapazität vorübergehend verringert. In der Schichtformungsvorrichtung, die einen solchen elektrostatischen Abscheider als einen Dampfsammler enthält, können die erzeugten Dämpfe, wenn die Reinigung der Aufladungselektrode während der Bildung der gesinterten Schichten durchgeführt wird, nicht ausreichend entfernt werden und die Qualität des Formens kann sich verschlechtern.
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Unter Berücksichtigung der oben erwähnten Umstände ist die vorliegende Erfindung hauptsächlich darauf gerichtet, eine Schichtformungsvorrichtung vorzusehen, bei der ein Rauch- bzw. Dampfsammler kontinuierlich für eine lange Zeitdauer betrieben werden kann durch Entfernen von an einer Aufladungselektrode befestigten bzw. anhaftenden Dämpfen während die Bildung einer gesinterten Schicht nicht durchgeführt wird und ein Einfluss auf einen dreidimensionalen Artikel aufgrund einer vorübergehenden Abnahme einer Staubsammelkapazität minimiert wird.
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Die vorliegende Erfindung stellt eine Schichtformungsvorrichtung bereit, die enthält: eine Kammer, die geschlossen ist; eine Laserstrahlungsvorrichtung, die konfiguriert ist, um einen Laserstrahl auf eine vorbestimmte Bestrahlungsregion auf einer Pulvermaterialschicht zu strahlen, die durch gleichmäßiges Ausbreiten eines Pulvermaterials in der Kammer gebildet wird, und eine gesinterte Schicht zu bilden; und eine Inertgaszufuhr/Abgabevorrichtung, die so konfiguriert ist, dass sie ein Inertgas in die Kammer zuführt, so dass die Kammer immer mit dem Inertgas auf eine vorbestimmte Konzentration oder mehr gefüllt wird und Dämpfe an die Außenseite der Kammer abgibt, wobei die Inertgaszufuhr/Abgabevorrichtung umfasst: eine Inertgaszufuhrvorrichtung, die konfiguriert ist, um das Inertgas in die Kammer zuzuführen; und einen Dampfkollektor, der einen Ladeabschnitt mit einer Aufladungselektrode enthält, die so konfiguriert ist, dass sie die Dämpfe positiv oder negativ auflädt, einen Aufladungselektrodenreiniger, der konfiguriert ist, um die an der Aufladungselektrode haftenden Dämpfe zu entfernen, und einen Staubsammelabschnitt, der konfiguriert ist, um die geladenen Dämpfe zu sammeln, wobei der Aufladungselektrodenreiniger die Dämpfe entfernt, wenn die Bildung der gesinterten Schichten im Betrieb durch die Laserstrahlungsvorrichtung nicht durchgeführt wird.
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Bei der Schichtformungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist der Aufladungselektrodenreiniger, der konfiguriert ist, um die an der Aufladungselektrode des Dampfsammlers anhaftenden Dämpfe zu entfernen, bereitgestellt und der Aufladungselektrodenreiniger entfernt die Dämpfe, wenn die Bildung der gesinterten Schichten durch die Laserstrahlungsvorrichtung nicht durchgeführt wird. Aus diesem Grund kann der Dampfsammler für eine lange Zeitdauer kontinuierlich betrieben werden und ein Einfluss auf eine Abnahme der Staubsammelkapazität während des Reinigens der Aufladungselektrode kann minimiert werden.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist eine Konfigurationsansicht einer Schichtformungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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2 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie D-D der 1, die nur eine vordere Kammer 11 zeigt.
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3 ist eine Perspektivansicht eines Neuschichtaufträgers 33.
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4 ist eine Perspektivansicht des Neuschichtaufträgers 33 aus einem anderen Blickwinkel.
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5 ist eine detaillierte Konfigurationsansicht eines Dampfsammlers 6.
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6 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie E-E der 5.
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7 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie F-F der 5.
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8 ist eine detaillierte Konfigurationsansicht einer anderen Ausführungsform des Dampfsammlers 6.
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Detaillierte Beschreibung der Erfindung
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Nachfolgend wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Varianten einer Vielzahl von Komponenten, die nachstehend beschrieben werden, können beliebig kombiniert und implementiert werden.
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Wie in 1 gezeigt, enthält eine Schichtformungsvorrichtung 1 der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Kammer 10, die so konfiguriert ist, dass sie im Wesentlichen geschlossen ist. Die Kammer 10 ist durch einen Faltenbalg 17 in eine vordere Kammer 11, die eine Formungskammer 111 aufweist, die so konfiguriert ist, dass sie die Bildung eines dreidimensionalen Gegenstandes durchführt, und einer hinteren Kammer 13 unterteilt mit einer Antriebskammer 131, in der das meiste einer Verarbeitungskopfantriebsvorrichtung 15 untergebracht ist. Zwischen der Formkammer 111 und der Antriebskammer 131 befindet sich ein Verbindungsabschnitt 19 mit einem kleinen Spalt, durch den ein Inertgas hindurchtreten kann.
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Die Verarbeitungskopfantriebsvorrichtung 15 ist durch eine Y-Achsen-Antriebsvorrichtung 152, die konfiguriert ist, um einen Verarbeitungskopf 153, der in der Formkammer 111 angeordnet ist, in einer Y-Achsenrichtung zu bewegen und eine X-Achsen-Antriebsvorrichtung 151 gebildet, die konfiguriert ist, um die Y-Achsen-Antriebsvorrichtung 152 in einer X-Achsenrichtung zu bewegen. Der Verarbeitungskopf 153 umfasst einen Spindelkopf (nicht gezeigt) und eine Z-Achsen-Antriebsvorrichtung (nicht gezeigt), die so konfiguriert ist, dass sie den Spindelkopf in einer Z-Achsenrichtung bewegt. Der Spindelkopf ist so konfiguriert, dass ein Schneidwerkzeug, wie ein Schaftfräser oder dergleichen, am Spindelkopf montiert und gedreht werden kann. Man beachte, dass die X-Achse eine horizontale Steuerachse des Verarbeitungskopfes 153 ist, die Y-Achse eine horizontale Steuerachse senkrecht zur X-Achse ist und die Z-Achse eine vertikale Steuerachse des Verarbeitungskopfes 153 ist. In der oben erwähnten Konfiguration ist der Verarbeitungskopf 153 so konfiguriert, dass er den Spindelkopf zu einer beliebigen Position in der Formkammer 111 bewegt, so dass ein Schneiden in Bezug auf eine gesinterte Schicht durchgeführt werden kann. Das Schneiden in Bezug auf die gesinterten Schichten unter Verwendung des Schneidwerkzeugs kann durchgeführt werden, wann immer eine vorbestimmte Anzahl von gesinterten Schichten gebildet sind. Zusätzlich kann auch dann, wenn ein Neuschichtaufträger 33 mit einem Vorsprung der gesinterten Schicht kollidiert, ein Schneiden in Bezug auf die gesinterte Schicht durchgeführt werden, um den Vorsprung zu entfernen.
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Wie in 2 gezeigt ist, ist eine Pulverschichtbildungsvorrichtung 3 in der vorderen Kammer 11 installiert. Die Pulverschichtbildungsvorrichtung 3 enthält einen Grundrahmen 31 mit einem Formungsbereich R und den Neuschichtaufträger 33, der auf dem Grundrahmen 31 angeordnet und in einer horizontalen Einzelachsenrichtung (Richtung des Pfeils B) bewegbar ist. Ein Formungstisch 39, der in einer Aufwärts/Abwärtsrichtung (Richtung des Pfeils A) bewegbar ist, ist in dem Formungsbereich R installiert. Während der Verwendung der Schichtformungsvorrichtung 1 ist eine Formungsplatte 81 auf dem Formungstisch 39 angeordnet und eine Pulvermaterialschicht 83 wird darauf ausgebildet. Der Formungsbereich R entspricht im Wesentlichen der gesamten oberen Fläche des Formungstisches 39, die einen Arbeitsbereich zeigt, in dem das Formen durchgeführt wird, d.h. der gesamte Maximalbereich, in dem die Pulvermaterialschicht 83 gebildet werden kann zur Bildung der gesinterten Schichten und der dreidimensionaler Gegenstand kann erzeugt werden.
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Wie in 3 und 4 gezeigt ist, enthält der Neuschichtaufträger 33 einen Materialaufnahmeabschnitt 331, der so konfiguriert ist, dass er ein Pulvermaterial speichert, das von einer Materialzufuhrvorrichtung 113 zugeführt wird, eine Materialzufuhreinheit 332, die auf einer oberen Fläche des Materialaufnahmeabschnitts 331 installiert ist und als Aufnahmemund für das Pulvermaterial dient, und eine Materialausstoßeinheit 333, die auf einer unteren Fläche des Materialaufnahmeabschnitts 331 installiert ist und so konfiguriert ist, dass sie das Pulvermaterial in dem Materialaufnahmeabschnitt 331 ausstößt. Die Materialausstoßeinheit 333 hat eine Schlitzform, die sich in einer horizontalen Einzelachsenrichtung (Richtung des Pfeils C) erstreckt, senkrecht zur Bewegungsrichtung (Richtung des Pfeils B) des Neuschichtaufträgers 33. Zusätzlich ist ein Paar von Klingen 35 bzw. 37 auf beiden Seitenflächen des Neuschichtaufträgers 33 angebracht. Die Klingen 35 und 37 planarisieren ein Pulvermaterial, das aus einer Materialabgabeeinheit abgegeben wird, um die Pulvermaterialschicht 83 zu bilden. Weiterhin ist das Pulvermaterial ein Metallpulver, wie ein Eisenpulver oder dergleichen, und hat beispielsweise eine kugelförmige Gestalt mit einem durchschnittlichen Pulverteilchendurchmesser von 20 μm.
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Eine Laserstrahlungsvorrichtung 2 ist oberhalb der vorderen Kammer 11 installiert, und ein Laserstrahl L, der von der Laserstrahlungsvorrichtung 2 ausgegeben wird, durchläuft ein Fenster 112, das in der vorderen Kammer 11 installiert ist, um auf einen vorbestimmten Bestrahlungsbereich der Pulvermaterialschicht 83 abgestrahlt zu werden, die auf dem Formungsbereich R ausgebildet sind, um gesinterte Schichten zu bilden. Der vorbestimmte Bestrahlungsbereich liegt in dem Formbereich R und stimmt annähernd mit einem Bereich überein, der von einer Umrissform eines gewünschten dreidimensionalen Gegenstandes umgeben ist. Die Laserstrahlungsvorrichtung 2 kann so konfiguriert sein, dass sie den Formbereich R mit dem Laserstrahl L zweidimensional abtastet und beispielsweise eine Laserquelle enthält, die konfiguriert ist, um einen Laserstrahl L zu erzeugen, und ein Paar von Galvano-Scannern, die konfiguriert sind, um den Laserstrahl L zweidimensional in dem Formungsbereich R zu scannen bzw. abzutasten bzw. um den Formungsbereich R mit dem Laserstrahl L zweidimensional abzutasten. Der Typ des Laserstrahls L ist nicht begrenzt, solange das Pulvermaterial gesintert werden kann und beispielsweise ein CO2-Laser, ein Faserlaser, ein YAG-Laser und so weiter sein. Das Fenster 112 ist aus einem Material gebildet, durch das der Laserstrahl L hindurchtreten kann. Wenn beispielsweise der Laserstrahl L ein Faserlaser oder ein YAG-Laser ist, kann das Fenster 112 aus Quarzglas gebildet sein.
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Eine Dampfdiffusionsvorrichtung 41 ist auf einer oberen Oberfläche der vorderen Kammer 11 installiert, um das Fenster 112 zu bedecken. Die Dampfdiffusionsvorrichtung 41 umfasst ein rohrförmiges Gehäuse 411 und ein rohrförmiges Diffusionselement 412, das in dem Gehäuse 411 angeordnet ist. Ein Inertgaszufuhrraum 413 ist zwischen dem Gehäuse 411 und dem Diffusionselement 412 gebildet. Zusätzlich ist ein Öffnungsabschnitt 414 in einer unteren Fläche des Gehäuses 411 innerhalb des Diffusionselements 412 gebildet. In dem Diffusionselement 412 sind mehrere Poren 415 gebildet und ein sauberes Inertgas, das in den Inertgaszufuhrraum 413 zugeführt wird, wird durch die Poren 415 in einen Reinraum 416 gefüllt. Dann wird das in den Reinraum 416 eingefüllte saubere Inertgas durch den Öffnungsabschnitt 414 unter die Dampfdiffusionsvorrichtung 41 ausgestoßen. Die Dampfdiffusionsvorrichtung 41 verhindert, dass das Fenster 112 mit den Dämpfen verunreinigt wird, die erzeugt werden, wenn die gesinterten Schichten gebildet werden, und hilft, die Dämpfe zu eliminieren bzw. beseitigen, die einen Strahlungsweg des Laserstrahls L von dem durchqueren Strahlungsweg und überträgt die Dämpfe zu Seitenplatten der vorderen Kammer 11.
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Als nächstes wird eine Inertgaszufuhr/Abgabevorrichtung 4 beschrieben. Die Inertgaszufuhr/Abgabevorrichtung 4 umfasst die Dampfdiffusionsvorrichtung 41, eine Inertgaszufuhrvorrichtung 43, einen Dampfsammler 6, Führungskästen 45 und 47, Zufuhranschlüsse 511, 512, 513, 514 und 515 und Auslassanschlüsse 531, 532 und 533 für ein Inertgas und an die Teile angeschlossene Rohre. Ferner ist das Inertgas ein Gas, das im Wesentlichen nicht mit dem Pulvermaterial reagiert und ein geeignetes Gas wird aus Stickstoffgas, Argongas, Heliumgas und so weiter entsprechend der Art des Pulvermaterials ausgewählt.
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In der Ausführungsform sind ein Neuschichtaufträger-Zufuhranschluss 511, ein Kammerzufuhranschluss 512, ein Nebenversorgungsanschluss 513, ein Dampfdiffusionsvorrichtungs-Zufuhranschluss 514 und ein Antriebskammer-Zufuhranschluss 515 als die Zufuhranschlüsse für das Inertgas installiert. Zusätzlich sind ein Kammerauslassanschluss 531, ein Neuschichtaufträger-Auslassanschluss 532 und ein Nebenauslassanschluss 533 als Auslassanschlüsse für das Inertgas installiert.
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Der Neuschichtaufträger-Zufuhranschluss 511 ist so installiert, dass er einer Einbauposition des Kammerauslassanschlusses 531 entspricht und dem Kammerauslassanschluss 531 zugewandt ist. Vorzugsweise ist der Neuschichtaufträger-Zufuhranschluss 511 auf einer Seite des Neuschichtaufträgers 33 entlang der Richtung des Pfeils C installiert, um dem Kammerauslassanschluss 531 gegenüberzuliegen, wenn der Neuschichtaufträger 33 an einer gegenüberliegenden Seite in Bezug auf eine Einbauposition der Materialzufuhrvorrichtung 113 angeordnet ist mit einem vorbestimmten Bestrahlungsbereich der dazwischen angeordnet ist.
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Der Kammerausstoßanschluss 531 ist auf einer Seitenplatte der vorderen Kammer 11 installiert und ist um einen vorbestimmten Abstand von einem vorbestimmten Bestrahlungsbereich getrennt, um dem Neuschichtaufträger-Zufuhranschluss 511 gegenüberzuliegen. Zusätzlich ist eine Saugvorrichtung 534 installiert, indem sie mit dem Kammerausstoßanschluss 531 verbunden ist. Die Saugvorrichtung 534 hilft, die Dämpfe effizient von dem Strahlungsweg des Laserstrahls L zu beseitigen. Zusätzlich kann durch die Saugvorrichtung 534 eine große Menge an Dämpfen durch den Kammerausstoßanschluss 531 ausgestoßen werden und die Dämpfe können nicht leicht in die Formungskammer 111 diffundieren.
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Der Kammerzufuhranschluss 512 ist an einem Ende des Basisrahmens 31 installiert, um dem Kammerausstoßanschluss 531 gegenüberzuliegen, wobei der vorbestimmte Bestrahlungsbereich dazwischen angeordnet ist. Wenn der Neuschichtaufträger 33 durch den vorbestimmten Bestrahlungsbereich hindurchgeht und der Neuschichtaufträger-Zufuhranschluss 511 an einer Position angeordnet ist, die dem Kammerauslassanschluss 531 direkt gegenüberliegt, wobei der vorbestimmte Bestrahlungsbereich nicht dazwischen angeordnet ist, wird der Neuschichtaufträger-Zufuhranschluss 511 selektiv umgeschaltet um geöffnet zu sein, während der Kammerzufuhranschluss 512 umgeschaltet wird, um geschlossen zu sein. Aus diesem Grund ist es vorteilhaft, dass eine Strömung des Inertgases immer in der gleichen Richtung erzeugt wird und ein stabiles Sintern durchgeführt wird, weil der Kammerzufuhranschluss 512 Inertgas in Richtung des Kammerauslassanschlusses 531 zuführt, wobei das Inertgas den gleichen vorbestimmten Druck und die gleiche Strömungsrate wie das Inertgas aufweist, das von der Neuschichtaufträger-Zufuhranschluss 511 zugeführt wird.
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Der Neuschichtaufträger-Ausstoßanschluss 532 ist entlang der Richtung des Pfeils C an einer Seitenfläche gegenüber einer Seite des Neuschichtaufträgers 33 installiert, auf der der Neuschichtaufträger-Zufuhranschluss 511 installiert ist. Wenn das Inertgas nicht von dem Neuschichtaufträger-Zufuhranschluss 511 zugeführt werden kann, mit anderen Worten, wenn das Inertgas von dem Kammerzufuhranschluss 512 zugeführt wird, da die Strömung des Inertgases an einer Stelle erzeugt wird, die näher an dem vorbestimmten Bestrahlungsbereich liegt und einige der Dämpfe entladen werden, können die Dämpfe effizienter aus dem Strahlenpfad bzw. -Gang des Laserstrahls L beseitigt werden.
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Zusätzlich ist der Nebenversorgungsanschluss 513 an der Seitenplatte der vorderen Kammer 11 installiert, um dem Kammerauslassanschluss 531 gegenüberzuliegen und so konfiguriert, dass sie ein sauberes Inertgas, das von dem Dampfsammler 6 zugeführt wird und von dem die Dämpfe entfernt worden sind, in das Formungskammer 111 zuführt. Der Dampfdiffusionsvorrichtungs-Zufuhranschluss 514 ist an der oberen Seite der vorderen Kammer 11 installiert und so konfiguriert, dass sie das Inertgas in die Dampfdiffusionsvorrichtung 41 zuführt. Der Antriebskammer-Zufuhranschluss 515 ist an der hinteren Kammer 13 installiert und konfiguriert, um das Inertgas in die Antriebskammer 131 zuzuführen. Der Nebenabgabeanschluss 533, der an der Oberseite des Kammerauslassanschlusses 531 installiert ist und so konfiguriert ist, dass er Inertgas, das eine große Menge an verbleibenden Dämpfen enthält, in eine obere Seite der vorderen Kammer 11 abgibt.
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Die Inertgaszufuhrvorrichtung 43 führt das Inertgas, wie Stickstoff oder dergleichen, in die Kammer 10 zu. Die Inertgaszufuhrvorrichtung 43 der Ausführungsform ist aus der ersten Inertgaszufuhrvorrichtung 431 und der zweiten Inertgaszufuhrvorrichtung 432 Vorrichtung zusammengesetzt. Eine Vorrichtung, die in der Lage ist, eine Konzentration des Inertgases zu verwalten, ist als die erste Inertgaszufuhrvorrichtung 431 bevorzugt. Beispielsweise kann die erste Inertgaszufuhrvorrichtung 431 eine Vorrichtung sein, die einen Filmtyp-Stickstoffabscheider aufweist, der konfiguriert ist, um Stickstoffgas aus der umgebenden Luft zu extrahieren. Während die zweite Inertgaszufuhrvorrichtung 432 eine Vorrichtung sein kann, die die gleiche Konfiguration wie die erste Inertgaszufuhrvorrichtung 431 aufweist, da die zweite Inertgaszufuhrvorrichtung 432 mit Versorgungsanschlüssen verbunden ist, die an einer Position angeordnet sind, die relativ weit von dem Bestrahlungsbereich entfernt ist, wo die Wichtigkeit des Managements der Inertgaskonzentration relativ gering ist, kann die zweite Inertgaszufuhrvorrichtung 432 eine Funktion eine Konzentration des Inertgases zu verwalten nicht aufweisen. Beispielsweise kann die zweite Inertgaszufuhrvorrichtung 432 beispielsweise eine Stickstoffgasflasche sein.
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Der Dampfsammler 6 ist beispielsweise ein elektrostatischer Abscheider, der so konfiguriert ist, dass er die Dämpfe in dem Inertgas durch Koronaentladung laden und die Dämpfe unter Verwendung der Coulomb-Kraft sammeln kann. Die Führungskästen 45 und 47 sind auf einer stromaufwärtigen Seite bzw. einer stromabwärtigen Seite des Dampfsammlers 6 installiert. Das Inertgas, das die aus der vorderen Kammer 11 abgegebenen Dämpfe enthält, wird über den Führungskasten 45 dem Dampfsammler 6 zugeführt, und das saubere Inertgas, aus dem die Dämpfe in dem Dampfsammler 6 entfernt worden sind, wird dem Nebenversorgungsanschluss 513 der vorderen Kammer 11 durch den Führungskasten 47 zugeführt. Die Wiederverwendung des Inertgases wird mit der oben erwähnten Konfiguration möglich.
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Wie in den 1 und 2 gezeigt ist, ist für ein Inertgasversorgungssystem die erste Inertgaszufuhrvorrichtung 431 mit dem Neuschichtaufträger-Zufuhranschluss 511 und dem Kammerzufuhranschluss 512 verbunden, und die zweite Inertgaszufuhrvorrichtung 432 ist mit dem Dampfdiffusionsvorrichtungsversorgungsanschluss 514 und dem Antriebskammer-Zufuhranschluss 515 verbunden. Zusätzlich sind der Dampfsammler 6 und der Nebenversorgungsanschluss 513 durch den Führungskasten 47 verbunden. Die erste Inertgas-Zufuhrvorrichtung 431 und die zweite Inertgas-Zufuhrvorrichtung 432 liefern sauberes Inertgas mit einem vorbestimmten Druck und einer Strömungsrate in die Kammer 10. Das in die hintere Kammer 13 zugeführte Inertgas wird über den Verbindungsabschnitt 19 zwischen der Formungskammer 111 und der Antriebskammer 131 in die Formungskammer 111 geführt.
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Wie in den 1 und 2 gezeigt ist, sind in einem Dampfabzugs bzw. -Abfuhrsystem der Kammerauslassanschluss 531, der Neuschichtaufträger-Auslassanschluss 532 und der Nebenauslassanschluss 533 mit dem Dampfsammler 6 über den Führungskasten 45 verbunden. Das saubere Inertgas, nachdem die Dämpfe in dem Dampfsammler 6 entfernt wurden, wird in die vordere Kammer 11 zurückgeführt, um wiederverwendet zu werden.
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Der Dampfsammler 6 der Ausführungsform ist ein sogenannter trocken-elektrostatischer Abscheider vom einstufigen Typ (Cottrell-Typ), bei dem ein Ladeabschnitt 63 mit einer Aufladungselektrode 631 konfiguriert ist, um die Dämpfe positiv zu laden, und einen Staubsammelabschnitt 65, der konfiguriert ist, die geladenen Dämpfe zu sammeln, sind integral ausgebildet sind. Wie in den 5 und 6 gezeigt ist, sind eine Vielzahl von positiven Elektrodenplatten 652 in vorbestimmten Intervallen installiert und eine Vielzahl von Aufladungselektroden 631 mit einer Nadelform sind an den positiven Elektrodenplatten 652 angebracht. Die positiven Elektrodenplatten 652 und die Aufladungselektrode 631 können durch ein Spannungsversorgerelement (nicht gezeigt) positiv aufgeladen werden. Staubsammelplatten 651 sind in den Intervallen zwischen den positiven Elektrodenplatten 652 installiert. Die Staubsammelplatten 651 sind geerdet und drehbar ausgebildet. Vorzugsweise ist, um das Inertgas in dem Dampfsammler 6 effizient zu zirkulieren, ein Lüftermotor 69 installiert.
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Unreines Inertgas, das eine große Menge an Dämpfen enthält, das aus der vorderen Kammer 11 abgegeben wird, wird von einer Ansaugöffnung 61 zu dem Ladeabschnitt 63 geliefert. Die Aufladungselektrode 631 in dem Ladeabschnitt 63 lädt die Dämpfe im Inertgas durch Koronaentladung positiv auf. Die positiv geladenen Dämpfe werden auf die Staubsammelplatten 651 gezogen und auf diesen gesammelt, während sie durch die positiven Elektrodenplatten 652 aufgrund der Coulomb-Kraft in dem Staubsammelabschnitt 65 abgestoßen werden. Das saubere Inertgas, aus dem die Dämpfe entfernt worden sind, wird von einem Auslassanschluss 67 über den Führungskasten 47 in die vordere Kammer 11 zurückgeführt.
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Wenn die Dämpfe aus dem Inertgas entfernt werden, wie oben beschrieben wird, sammeln sich die Dämpfe an der Aufladungselektrode 631 und der Staubsammelplatte 651 an. Aus diesem Grund enthält der Dampfsammler 6 einen Aufladungselektrodenreiniger 71 und einen Staubsammelplattenreiniger 73, die als Mittel dienen, um die an der Aufladungselektrode 631 und der Staubsammelplatte 651 anhaftenden Dämpfe zu entfernen.
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Beispielsweise ist der Aufladungselektrodenreiniger 71 so konfiguriert, dass er Inertgas aus einer Düse 711, die oberhalb der Aufladungselektrode 631 installiert ist, zu der Aufladungselektrode 631 ausstößt. Das aus der Düse 711 ausgestoßene Inertgas ist vorzugsweise die gleiche Art wie das Inertgas, das in die Kammer 10 zugeführt wird. Ferner sind die Düsen 711 vorzugsweise aus einem nicht leitfähigen Material wie einem Harz oder dergleichen gebildet, so dass ein Kurzschluss zwischen den Düsen 711, der Aufladeelektrode 631 und den positiven Elektrodenplatten 652 nicht auftritt und vorzugsweise so konfiguriert, dass die Aufladungselektrode 631 über eine große Fläche durch eine kleine Anzahl von Düsen 711 gereinigt werden kann. Beispielsweise kann eine fächerförmige Düse, die so konfiguriert ist, dass sie das Inertgas in einer Fächerform ausstößt, um die gesamte Aufladungselektrode 631 zu bedecken, wie durch die gestrichelten Pfeile in 5 und 7 gezeigt ist, als die Düse 711 verwendet werden.
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Vorzugsweise enthält der Aufladungselektrodenreiniger 71 ferner eine pulsierend- bzw. intermittierend- bzw. unterbrochen-Ausstoß-Steuereinheit 712, die konfiguriert ist, um das unterbrochene Ausstoßen des Inertgases aus der Düse 711 zu steuern. Wenn das Inertgas unterbrochen ausgestoßen wird, kann eine größere Strömungsrate des Inertgases unterbrochene in die Aufladungselektrode 631 injiziert werden als die während einer kontinuierlichen Injektion bzw. Einspritzung, und die Reinigungswirkung wird verbessert. Darüber hinaus kann bei der Reinigung verwendetes Inertgas eingespart werden.
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Zusätzlich enthält die Inertgaszufuhr/Abgabevorrichtung 4 vorzugsweise ein Abzweigrohr 49, das konfiguriert ist, um ein Zufuhrziel des von der Inertgaszufuhrvorrichtung 43 zugeführten Inertgases in die Kammer 10 und die Düse 711 aufzuteilen. In der Ausführungsform, spezifisch wie in den 1 und 2 gezeigt ist, ist das Abzweigrohr 49 zwischen der ersten Inertgas-Zufuhrvorrichtung 431, der Neuschichtaufträger-Zufuhranschluss 511 und dem Kammerzufuhranschluss 512 installiert. Infolgedessen besteht keine Notwendigkeit, eine Inertgas-Zufuhrvorrichtung separat zu installieren, um die Aufladungselektrode 631 zu reinigen, und Kosten können reduziert werden.
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Beispielsweise ist der Staubsammelplattenreiniger 73 durch einen plattenförmigen Abstreifer bzw. Schaber 731 gebildet, der so installiert ist, dass er sich einer Seitenfläche der Staubsammelplatte 651 nähert oder nahe ist, wie in den 5 und 6 gezeigt ist. Beim Reinigen der Staubsammelplatte 651 wird die Staubsammelplatte 651 durch einen Motor (nicht gezeigt) gedreht und die anhaftenden Dämpfe werden durch den Schaber 731 abgeschabt.
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Die von dem Aufladungselektrodenreiniger 71 und dem Staubsammelplattenreiniger 73 entfernten Dämpfe fallen auf einen unterhalb der Aufladungselektrode 631 und der Staubsammelplatte 651 installierten Eimer bzw. auf eine unterhalb der Aufladungselektrode 631 und der Staubsammelplatte 651 installierte Schaufel 75.
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Hier wird ein Schichtformungsverfahren in der Schichtformungsvorrichtung 1 der Ausführungsform beschrieben. Zuerst wird die Formungsplatte 81 auf dem Formungstisch 39 platziert und eine Höhe des Formungstisches 39 wird auf eine geeignete Position eingestellt. In diesem Zustand wird der Neuschichtaufträger 33 von einer linken Seite zu einer rechten Seite des Formungsbereichs R in der Richtung des Pfeils B bewegt und die Pulvermaterialschicht 83 mit einer vorbestimmten Dicke wird auf der Formungsplatte 81 gebildet. Als nächstes wird eine gesinterte Schicht als eine erste Schicht erhalten durch Abstrahlung des Laserstrahls L auf die Pulvermaterialschicht 83 in dem vorbestimmten zu sinternden Bestrahlungsbereich. In ähnlicher Weise wird die Höhe des Formungstisches 39 gemäß einer Schicht der Pulvermaterialschicht 83 abgesenkt und der Neuschichtaufträger 33 wird von der rechten Seite zur linken Seite des Formungsbereichs R bewegt, wobei die Pulvermaterialschicht 83 mit einer vorbestimmten Dicke gebildet wird, um die gesinterte Schicht zu bedecken, die die erste Schicht auf dem Formungstisch 39 ist. Als nächstes wird eine gesinterte Schicht als eine zweite Schicht durch Abstrahlen des Laserstrahls L auf die Pulvermaterialschicht 83 in dem vorbestimmten zu sinternden Bestrahlungsbereich erhalten. Wenn der oben erwähnte Prozess wiederholt wird, werden gesinterte Schichten als dritte Schicht und nachfolgende Schichten sequentiell gebildet. Gesinterte Schichten, die oberhalb und unterhalb benachbart sind, sind stark anhaftend bzw. verklebt.
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Zusätzlich kann, wenn eine vorbestimmte Anzahl von gesinterten Schichten gebildet wird, ein Schneiden in Bezug auf die gesinterten Schichten durchgeführt werden. Zusätzlich kann auch dann, wenn der Neuschichtaufträger 33 mit einem Vorsprung der gesinterten Schicht kollidiert, ein Schneiden in Bezug auf die gesinterte Schicht durchgeführt werden, um den Vorsprung zu entfernen.
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Das heißt, ein Schichtformungsverfahren wird im Allgemeinen in einen Wiederbeschichtungsprozess unter Bildung der Pulvermaterialschicht 83 durch Absenken des Formentisches 39 und Bewegen des Neuschichtaufträgers 33, eines Strahlungsprozesses zum Bilden von gesinterten Schichten durch Abstrahlen des Laserstrahls L auf die Pulvermaterialschicht 83 und ein Schneideprozess zum Schneiden der gesinterten Schichten unterteilt. Natürlich werden während des Strahlungsprozesses Dämpfe neu erzeugt.
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Ferner enthält eine Steuervorrichtung 9 der Schichtformungsvorrichtung 1 einen Zeitgeber, um eine Strahlungszeit zu messen, die eine kumulative Zeit der Strahlung des Laserstrahls L ist. Nachdem eine Strahlungszeit einen beliebig bestimmten Sollwert überschritten hat, wird ein Reinigungsstartsignal an den Dampfsammler 6 ausgegeben, wenn der nächste Wiederbeschichtungsvorgang oder Schneidvorgang beginnt. Mit anderen Worten ist die Steuervorrichtung 9 so konfiguriert, dass sie das Reinigungsstartsignal zu einem vorbestimmten Zeitpunkt ausgibt, wenn der Strahlungsprozess im Betrieb nicht durchgeführt wird.
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Während der Dampfsammler 6 im Normalzustand die Dämpfe aus dem Inertgas im Betrieb der Schichtformungsvorrichtung 1 entfernt, beginnt die Reinigung der Aufladungselektrode 631 und der Staubsammelplatte 651, wenn das Reinigungsstartsignal von der Steuervorrichtung 9 der Schichtformungsvorrichtung 1 eingegeben wird.
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Insbesondere werden zuerst die Aufladung zu den positiven Elektrodenplatten 652 und der Aufladungselektrode 631 und die Drehung des Lüftermotors 69 gestoppt. Als nächstes werden die an der Aufladungselektrode 631 und der Staubsammelplatte 651 haftenden Dämpfe durch das oben erwähnte Verfahren durch den Aufladungselektrodenreiniger 71 und den Staubsammelplattenreiniger 73 entfernt. Dann werden das Laden der positiven Elektrodenplatten 652 und der Aufladungselektrode 631 und die Drehung des Lüftermotors 69 wieder gestartet und ein Messwert des Zeitgebers wird auf 0 zurückgesetzt. Der oben erwähnte Reinigungsvorgang wird beendet, bevor der nächste Strahlungsprozess beginnt.
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Gemäß der oben erwähnten Schichtformungsvorrichtung 1 kann eine kontinuierliche Betriebszeit des Dampfsammlers 6 verlängert werden, ohne einen Einfluss auf die Qualität oder die Dauer des Formens auszuüben.
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Ferner, wie in 8 gezeigt ist, kann der Dampfsammler 6 ein zweistufiger Typ (ein Penney-Typ) sein, in dem der Ladeabschnitt 63 und der Staubsammelabschnitt 65 separat installiert sind. Das heißt, der Dampfsammler 6 dieser Variante enthält den Ladeabschnitt 63, in dem die Aufladungselektrode 631, die positiv geladen ist und eine Nadelform aufweist, und eine Gegenelektrode 632, die geerdet ist, einander gegenüberliegend angeordnet sind und der Staubsammelabschnitt 65, in der die positiven Elektrodenplatten 652, die positiv geladen sind, und die Staubsammelplatte 651, die geerdet ist, abwechselnd installiert sind. Ferner sind in 8 Bauteile, die die gleichen wie bei der Ausführungsform sind, mit denselben Bezugszeichen versehen.
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Zusätzlich kann anstelle der Aufladungselektrode 631 mit der Nadelform ein Metalldraht oder eine bürstenförmige Elektrode verwendet werden. Zusätzlich kann durch die Aufladungselektrode 631 auch das negative Aufladen der Dämpfe durchgeführt werden.
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Zusätzlich kann der Aufladungselektrodenreiniger 71 auch eine andere Konfiguration aufweisen. Zum Beispiel, während eine fächerförmige Düse, die konfiguriert ist, um das Inertgas in einer Fächerform auszustoßen, als die Düse 711 in der Ausführungsform verwendet werden kann, kann eine Düse 711, die so konfiguriert ist, dass sie Inertgas in Richtung der Aufladungselektrode 631 linear ausstoßen kann, über jeder Reihe der Ladeelektroden 631 installiert werden.
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Zusätzlich kann der Staubsammelplattenreiniger 73 eine andere Konfiguration aufweisen. Beispielsweise kann eine Konfiguration des Durchführens einer Reinigung durch Ausstoßen des Inertgases aus der Düse 711 wie in dem Aufladungselektrodenreiniger 71 der Ausführungsform vorgesehen sein, und eine Konfiguration des Durchführens einer Reinigung durch Anwenden einer Vibration an die Staubsammelplatte 651 unter Verwendung eines hämmernden Vorrichtung oder dergleichen kann vorgesehen sein. Wenn der Dampfsammler 6 ein nasser-Typ elektrostatischer Abscheider ist, kann die Reinigung durch Einspritzen einer Reinigungsflüssigkeit, wie Wasser oder dergleichen, durchgeführt werden.
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Zusätzlich kann die Inertgaszufuhr/Abgabevorrichtung 4 ein Schaltventil umfassen, das konfiguriert ist, um anstelle des Abzweigrohres 49 das Zufuhrziel des von der Inertgaszufuhrvorrichtung 43 zugeführten Inertgases entweder an die Kammer 10 oder die Düse 711 zu schalten. Wie oben beschrieben, wird die Reinigung der Aufladungselektrode 631 durchgeführt, wenn die Bildung der gesinterten Schicht nicht durchgeführt wird. Aus diesem Grund ist, da die Notwendigkeit das Inertgas der Kammer 10, insbesondere in der Nähe des Bestrahlungsbereichs während des Reinigens der Aufladungselektrode 631 zuzuführen, niedrig ist, das Zufuhrziel des Inertgases der Inertgaszufuhrvorrichtung 43 auf die Düse 711 umgeschaltet werden kann. Selbst wenn eine Zufuhrmenge des Inertgases der Inertgaszufuhrvorrichtung 43 relativ klein ist, kann beim Reinigen der Aufladungselektrode 631 eine ausreichende Strömungsrate gesichert werden.
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Zusätzlich kann, während des Reinigungsvorgangs während des Wiederbeschichtungsvorgangs oder des Schneidprozesses in der Ausführungsform durchgeführt wird, eine weitere Konfiguration bereitgestellt werden, solange der Strahlungsprozess und der Reinigungsprozess nicht gleichzeitig durchgeführt werden. Beispielsweise kann eine Konfiguration, bei der der Reinigungsvorgang nur während des Wiederbeschichtungsvorgangs durchgeführt wird, und der Reinigungsvorgang nicht während des Schneidvorgangs durchgeführt wird, um die Sammlung der Dämpfe aufrechtzuerhalten, bereitgestellt werden. Zusätzlich kann es eine Konfiguration geben, bei der von dem Dampfsammler 6 nach Beendigung des Reinigungsprozesses ein Reinigungsbeendigungssignal an die Steuervorrichtung 9 der Schichtformungsvorrichtung 1 ausgegeben wird und die Steuervorrichtung 9 wartet ohne den nächsten Strahlungsprozess zu starten bis das Reinigungsbeendigungssignal eingegeben wird. Diese Konfiguration wird jedoch nicht benötigt, solange eine für den Reinigungsvorgang erforderliche Zeit ausreichend kleiner ist als die Dauer des Wiederbeschichtungsvorgangs oder des Schneidvorgangs.
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Zusätzlich kann es eine oder drei oder mehr Inertgaszufuhrvorrichtungen 43 geben. Zusätzlich können die Anzahl und die Positionen der Zufuhr/Abgabeanschlüsse für das Inertgas, die an der Kammer 10 installiert sind, nicht wie in der Ausführungsform sein Solange die Kammer 10 mit dem Inertgas auf eine vorbestimmte Konzentration gefüllt ist und die Dämpfe entsprechend abgeführt werden.
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Zusätzlich wird, während die Strahlungsdauer des Laserstrahls L gemessen wird und das Reinigungsstartsignal ausgegeben wird, nachdem die Strahlungsdauer einen Sollwert in der Ausführungsform überschritten hat, eine andere Form vorgesehen werden, solange das Reinigungsstartsignal zu einem vorbestimmten Zeitpunkt ausgegeben werden kann, wenn der Strahlungsprozess im Betrieb nicht durchgeführt wird. Zum Beispiel wird die Fläche oder die Anzahl der gesinterten Schichten, deren Bildung bereits durchgeführt wurde, so gemessen, dass es erst ist, bis das Messergebnis einen vorbestimmten Wert überschreitet, Dass das Reinigungsstartsignal an den Dampfsammler 6 ausgegeben werden kann, wenn der nächste Wiederbeschichtungsvorgang oder der Schneidvorgang gestartet wird. Weiterhin bezieht sich "im Betrieb" der Schichtformungsvorrichtung 1 als eine Periode von einem Startpunkt eines ersten Wiederbeschichtungsprozesses bis zum Abschluss des Formens eines gewünschten dreidimensionalen Gegenstands.
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Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die Konfiguration der in den Zeichnungen gezeigten Ausführungsformen beschränkt, wie in einigen Beispielen, die bereits speziell beschrieben wurden und verschiedenartig modifiziert oder angewendet werden können, ohne vom Geist der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
