JP2017179593A - 付加製造システムのための反応性金属粉末の回収システム - Google Patents

Abstract

【課題】反応性金属粉末などの金属粉末の回収システムの提供。
【解決手段】システム１００は、容器１６２と、液体を保持するように構成されているタンク１７０の下部への入口と出口とを備えた容器１６２内に選択した圧力を作り出すために容器１６２と流体連通している圧力源１６４とを備えることができる。コントローラ１９０は、入口に入るように空気連行金属粉末の流れを生み出し、液体に浸漬させることによって空気から金属粉末を除去することで回収済み金属粉末を形成する真空状態と、液体から気体への蒸発を引き起こし、気体が出口を通じて出ていく蒸発状態との間で、容器１６２内でかけられる圧力を制御するように圧力源１６４を制御する。凝縮器２００は、気体を凝縮済み液体へ凝縮する。
【選択図】図１

Description

本開示は、一般に、付加製造に関し、より詳細には、付加製造システムのための反応性金属粉末の回収システムに関し、反応性金属粉末に適用されるときに特に有利である。

付加製造（ＡＭ：Ａｄｄｉｔｉｖｅ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ）は、材料を除去するのではなく材料を連続的に積層化することによって物体を製造する幅広い種類のプロセスを含む。したがって、付加製造は、どんな種類の工具、鋳型、または固定具をも使用することなく、廃棄物をほとんどまたは全く出さずに、複雑な幾何学的形状を作り出すことができる。材料の固体ビレットから構成部品を機械加工し、その大部分を切除し廃棄するのではなく、付加製造に使用される材料は、物体を成形するのに必要とされるものだけである。

典型的には、付加製造技法は、被形成物体の３次元コンピュータ支援設計（ＣＡＤ）ファイルを利用し、物体を例えば厚さ１８〜１０２マイクロメートルの複数の層に電子的にスライスし、層ごとの２次元イメージを有するファイルを生成することを含む。次いで、このファイルは、物体を様々なタイプの付加製造システムで造ることができるようにファイルを解釈する準備ソフトウェアシステムの中にロードすることができる。３Ｄプリンティング、ラピッドプロトタイピング（ＲＰ：ｒａｐｉｄ ｐｒｏｔｏｔｙｐｉｎｇ）、およびダイレクトデジタル製造（ＤＤＭ：ｄｉｒｅｃｔ ｄｉｇｉｔａｌ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ）の付加製造形式では、物体を生成するために、材料層が選択的に吐出される。

選択的レーザ溶融法（ＳＬＭ：ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ レーザ ｍｅｌｔｉｎｇ）および直接金属レーザ溶融（ＤＭＬＭ：ｄｉｒｅｃｔ ｍｅｔａｌ レーザ ｍｅｌｔｉｎｇ）などの金属粉末付加製造技法では、金属粉末層は、共に連続的に溶融されて物体を形成する。より具体的には、金属粉末層上にアプリケータを用いて均一に分配された後に、細かい金属粉末層が連続的に溶融される。金属粉末層は、垂直方向に移動することができる。このプロセスは、精密に制御された不活性ガス、例えば、アルゴンまたは窒素の雰囲気を有する処理チャンバ内で行われる。各層が生成された後で、物体の幾何学的形状の各２次元スライスは、金属粉末を選択的に溶融することによって融合させることができる。この溶融は、１００ワットのイッテルビウムレーザなどの高出力レーザによって行うことができ、それによって金属粉末を完全に溶接（溶融）して固体金属を形成する。レーザは、走査ミラーを用いてＸ−Ｙ方向に移動し、金属粉末を完全に溶接（溶融）して固体金属を形成するのに十分な強度を有する。金属粉末層は、続く２次元層ごとに下降され、物体が完全に形成されるまでこのプロセスが繰り返される。

付加製造に使用されるある種の金属粉末は反応性であり、すなわち、それらの金属粉末は、空気などの酸素環境内において粉末形態で発火性または可燃性である。反応性金属粉末の２つの例は、アルミニウムとチタンである。反応性金属粉末は、付加製造機械の清掃、金属粉末のこぼれの清掃などの点で付加製造に関しての課題をもたらす。現在、反応性金属粉末は、それらがあるどんな表面（例えば、ＡＭシステムの処理チャンバ、その周りの床上など）からも湿式分離器、すなわち、湿式真空内に収集される。従来の湿式（浸漬式としても知られている）分離器は、反応性金属粉末をチャンバ内にバキュームし、その中で粉末は液体、例えば水または油の中に浸漬され、それによって安全な取り扱いのために液体・金属粉末スラッジを作り出す。市販の湿式または浸漬式分離器の例には、Ｔｉｇｅｒ−Ｖａｃ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ，Ｉｎｃ．カナダケベック州Ｌａｖａｌから市販のＴｉｇｅｒ−Ｖａｃ ＳＳ−ＩＴ ＥＸモデルまたはＲｕｗａｃ ＵＳＡ、米国マサチューセッツ州Ｈｏｌｙｏｋｅから市販のＲｕｗａｃ ＮＡ、ＮＡ３５もしくはＮＡ２５０のモデルが挙げられる。いずれの湿式分離器でも、湿式分離器上のチャンバ（例えば、タンク）は、いっぱいになり、定期的に空にする必要がある。現在の湿式分離器は、液体と金属粉末を分離せず、それは、費用がかかり複雑な有害廃棄物処分の技法を用いてスラッジの処分を必要とする。

米国特許第６６３８３９７号明細書

本開示の第１の態様は、金属粉末の回収システムであって、容器と、液体を保持するように構成されているタンクの下部への入口と出口とを備えた前記容器内に選択した圧力を作り出すために前記容器と流体連通している圧力源と、前記圧力源を制御するコントローラであって、前記圧力により前記入口に入るように空気連行金属粉末の流れが生み出され、前記空気連行金属粉末を前記液体に浸漬させることによって前記空気から前記金属粉末を除去することで回収済み金属粉末を形成する真空状態と、前記容器内の前記圧力によって前記液体から気体への蒸発が引き起こされ、前記気体が前記出口を通じて出ていく蒸発状態との間で、前記容器内でかけられる前記圧力を制御する、コントローラと、前記容器から前記気体を受け取るために前記容器の前記出口と流体連通し前記気体を凝縮済み液体へ凝縮する凝縮器とを備える回収システムを提供する。

本開示の第２の態様は、処理チャンバおよびコントローラを備えた金属粉末付加製造プリンタと、前記金属粉末の回収システムとを備えた金属粉末付加製造システムであって、前記回収システムは、容器と、液体を保持するように構成されている前記タンクの下部への入口と出口とを備えた前記容器内に可変圧力を作り出すために前記容器と流体連通している圧力源と、前記圧力源を制御するコントローラであって、空気連行金属粉末の流れが前記処理チャンバから前記入口に入り、前記空気連行金属粉末を前記液体に浸漬させることで前記空気から前記金属粉末を除去することによって回収済み金属粉末を形成する真空状態と、前記容器内の前記可変圧力によって前記液体から気体への蒸発が引き起こされ、前記気体が前記出口を通じて出ていく蒸発状態との間で、前記容器内にかけられる前記可変圧力を制御する、コントローラと、前記容器から前記気体を受け取るために前記容器の前記出口と流体連通し前記気体を凝縮済み液体へ凝縮する凝縮器とを備える、金属粉末付加製造システムを提供する。

本開示の第３の態様は、前記金属粉末を気流で連行するステップと、容器内の液体に前記気流を通過させることによって前記気流から前記金属粉末を浸漬分離するステップと、前記液体を前記容器から気体の中に蒸発させ前記気体を前記容器から除去することによって前記金属粉末を回収するステップとを含む金属粉末を回収する方法を提供する。

本開示の例示的な態様は、本明細書中に記載された課題および／または論じられていない他の課題を解決するように設計されている。

本開示のこれらおよび他の特徴は、本開示の様々な実施形態を示す添付図面と併せて見ると本開示の様々な態様の後述の詳細な説明からより容易に理解されよう。

本開示の実施形態による回収システムを含む付加製造システムの概略ブロック図である。 本開示の実施形態による回収システムの概略図である。 本開示の実施形態による回収システムと共に使用するための容器の概略図である。

本開示の図面は、原寸に比例していないことに留意されたい。図面は、本開示の典型的な態様を単に示すものであり、したがって本開示の範囲の限定とみなされるべきではない。図面において、同様の符号は、図面間で同様の要素を表す。

以下の明細書および特許請求の範囲において、いくつかの用語について参照がなされており、以下の意味を有するように定義されるものである。

単数形「ａ」、［ａｎ］、および「ｔｈｅ」は、文脈により別段明示されない限り、複数の参照を含む。

「任意選択の（ｏｐｔｉｏｎａｌ）」または「任意選択で（ｏｐｔｉｏｎａｌｌｙ）」は、続いて説明する出来事または状況は起こっても起こらなくてもよく、この説明は、出来事が起こる例も出来事が起こらない例も含むことを意味する。

近似の言葉は、本明細書および特許請求の範囲の全体を通じて本明細書に使用されるとき、それが関連付けられている基本機能を変化させることなく変更が許容され得る任意の量的な表現の修正に適用することができる。したがって、「約」、「およそ」、および「ほぼ」などの１つまたは複数の言葉によって修飾される値は、特定した正確な値に限定されるものではなく、例えば、述べた値の＋／−１０％とすることができる。少なくともいくつかの例では、近似の言葉は、値を測定する器具の精度に対応し得る。ここおよび本明細書および特許請求の範囲の全体を通じて、範囲の限定は、組み合わせおよび／または相互交換され得、そのような範囲は特定され、文脈または言葉により別段示されない限り、その中に含まれる全ての部分範囲を含む。

上に示したように、本開示は、金属粉末付加製造システムの一部として組み込むことができる金属粉末の回収システムを提供する。回収システムは、湿式または浸漬式分離器の属性を組み込むが、従来の分離器とは対照的に、特に金属粉末が反応性金属粉末を含む場合に、使用された浸漬液体を金属粉末から分離するようにも働いて、それぞれの安全な処分を改善する。すなわち、回収システムは、水を含む浸漬液体から金属粉末を分離し、スラッジとして一緒に処分するのではなく複数の段階で各材料を処分することを可能にする。

本明細書中に使用されるとき、「反応性金属粉末」は、粉末形態で酸素含有雰囲気（例えば、空気）中において燃焼性または発火性のような反応の危険を生じさせる任意の金属粉末を含み得、最も注目すべきはアルミニウムおよびチタンであるが、限定するものではないが、マグネシウム、タンタル、およびジルコニウムなどの他の金属粉末もある。本開示の実施形態は、反応性金属粉末に関して特に説明するが、この教示は他の非反応性金属粉末に適用することもできることが理解されよう。

図１は、上面だけが示されている、物体１０２を発生させるための例示的なコンピュータ化レーザ金属粉末付加製造システム１００の概略／ブロック図を示す。この例では、システム１００は、直接金属レーザ溶融法（ＤＭＬＭ：ｄｉｒｅｃｔ ｍｅｔａｌ ｌａｓｅｒ ｍｅｌｔｉｎｇ）について配置される。本開示の全体的な教示は、選択的レーザ溶融法（ＳＬＭ）などの金属粉末レーザ付加製造の他の形態に等しく適用可能であることが理解される。物体１０２は、円形要素として示されるが、付加製造プロセスは、非常に様々な部品を製造するのに容易に適合され得ることが理解される。

システム１００は、一般に、レーザ金属粉末付加製造制御システム１０４（「制御システム」）と、ＡＭプリンタ１０６とを備える。説明されるように、制御システム１０４は、コード１０８を実行して複数のレーザ１３４、１３６を用いて物体１０２を生成する。制御システム１０４は、コンピュータプログラムコードとしてコンピュータ１１０上で実装されるものとして示される。この点で、コンピュータ１１０は、メモリ１１２と、プロセッサ１１４と、入出力（Ｉ／Ｏ）インターフェース１１６と、バス１１８とを備えるものとして示される。さらに、外部Ｉ／Ｏデバイス／リソース１２０および記憶システム１２２と通信するコンピュータ１１０が示される。概して、プロセッサ１１４は、メモリ１１２および／または記憶システム１２２に記憶されているコンピュータプログラムコード１０８を実行する。コンピュータプログラムコード１０８を実行する間、プロセッサ１１４は、メモリ１１２、記憶システム１２２、Ｉ／Ｏデバイス１２０、および／またはＡＭプリンタ１０６からデータを読み出すおよび／またはそれらへデータを書き込むことができる。バス１１８は、コンピュータ１１０内の各構成要素間に通信リンクを与え、Ｉ／Ｏデバイス１２０は、コンピュータ１１０（例えば、キーボード、ポインティングデバイス、ディスプレイなど）とユーザが交信することを可能にする任意の装置を備えることができる。コンピュータ１１０は、ハードウェアおよびソフトウェアの様々な可能性ある組み合わせを代表するものにすぎない。例えば、プロセッサ１１４は、単一の処理ユニットを備えてもよく、または１つまたは複数の処理ユニットわたって、例えば、クライアントおよびサーバ上の１つまたは複数の位置に分散されてもよい。同様に、メモリ１１２および／または記憶システム１２２は、１つまたは複数の物理的位置に常駐してもよい。メモリ１１２および／または記憶システム１２２は、磁気媒体、光媒体、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読出し専用メモリ（ＲＯＭ）などを含む様々なタイプの非一時的なコンピュータ可読記憶媒体の任意の組み合わせを備えることができる。コンピュータ１１０は、産業用コントローラ、ネットワークサーバ、デスクトップコンピュータ、ラップトップ、ハンドヘルドデバイス等などの任意のタイプの計算装置を含み得る。

示したように、システム１００、および特に制御システム１０４は、コード１０８を実行して物体１０２を生成する。コード１０８は、とりわけ、ＡＭプリンタ１０６を動作させるためのコンピュータ実行可能命令１０８Ｓのセットと、ＡＭプリンタ１０６によって物理的に生成される物体１０２を定義するコンピュータ実行可能命令１０８Ｏのセットとを含むことができる。本明細書中に説明されるように、付加製造プロセスは、コード１０８を記憶する非一時的なコンピュータ可読記憶媒体（例えば、メモリ１１２、記憶システム１２２など）から始まる。ＡＭプリンタ１０６を動作させるためのコンピュータ実行可能命令１０８Ｓのセットは、ＡＭプリンタ１０６を動作させることができる任意の現在知られているまたは後で開発されるソフトウェアコードを含むことができる。

物体１０２を定義するコンピュータ実行可能命令１０８Ｏのセットは、物体の正確に定義された３Ｄモデルを含むことができると共に、ＡｕｔｏＣＡＤ（登録商標）、ＴｕｒｂｏＣＡＤ（登録商標）、ＤｅｓｉｇｎＣＡＤ ３Ｄ Ｍａｘ等などの非常に様々なよく知られているコンピュータ支援設計（ＣＡＤ）ソフトウェアシステムのいずれかから生成することができる。この点において、コード１０８Ｏは、任意の現在知られているファイル形式または後で開発されるファイル形式を含むことができる。さらに、物体１０２を表すコード１０８Ｏは、異なる形式間で変換することができる。例えば、コード１０８Ｏは、３Ｄシステムの立体リトグラフィＣＡＤプログラム用に作り出された標準テッセレーション言語（ＳＴＬ：Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｔｅｓｓｅｌｌａｔｉｏｎ Ｌａｎｇｕａｇｅ）ファイル、または任意のＣＡＤソフトウェアが任意のＡＭプリンタで製造される任意の３次元物体の形状および構成を記述することを可能にするように設計された拡張マークアップ言語（ＸＭＬ：ｅｘｔｅｎｓｉｂｌｅ ｍａｒｋｕｐ−ｌａｎｇｕａｇｅ）ベースの形式である米国機械学会（ＡＳＭＥ：Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ）の規格である付加製造ファイル（ＡＭＦ：ａｄｄｉｔｉｖｅ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ ｆｉｌｅ）を含み得る。物体１０２を表すコード１０８Ｏは、必要に応じて、データ信号のセットに変換され、データ信号のセットとして送受信され、コードに変換され、記憶等もされ得る。いずれにしても、コード１０８Ｏは、システム１００への入力であり得ると共に、部品設計者、知的財産（ＩＰ）提供者、設計会社、システム１００のオペレータもしくは所有者、または他のソースに由来し得る。いずれにしても、制御システム１０４は、コード１０８Ｓおよび１０８Ｏを実行し、物体１０２を一連の薄いスライスに分割し、ＡＭプリンタ１０６を用いて連続した材料層状にこの一連の薄いスライスを組み立てる。

ＡＭプリンタ１０６は、物体１０２のプリンティングのために制御された雰囲気を与えるように封止されている処理チャンバ１３０を備えることができる。物体１０２が上に造られる金属粉末層またはプラットフォーム１３２は、処理チャンバ１３０内に位置決めされる。いくつかのレーザ１３４、１３６は、金属粉末層１３２上の金属粉末層を溶融させて物体１０２を生成するように構成されている。一対のレーザ１３４、１３６が本明細書中に説明されるが、本開示の教示は単一のレーザ１３４または一対よりも多くのレーザ１３４、１３６を用いるシステムに適用可能であることを強調しておく。図１に関して説明されるように、各レーザ１３４、１３６は、各レーザ１３４、１３６が単独で金属粉末を溶融できるフィールドと、レーザ１３４、１３６の両方が金属粉末を溶融できる重複領域とを有する。この点において、各レーザ１３４、１３６は、それぞれ、コード１０８によって定められるようにスライスごとに粒子を融合するレーザビーム１３８、１３８’を発生させることができる。レーザ１３４は、レーザビーム１３８を用いて物体１０２の層を生成するものが示されており、一方、レーザ１３６は、休止状態であるがファントムレーザビーム１３８’を用いるものが示されている。各レーザ１３４、１３６は、任意の現在知られているまたは後で開発されるやり方で較正される。すなわち、各レーザ１３４、１３６は、その個々の精度を確実にするように個々の位置の補正（図示せず）を与えるために、その実際の位置に相関してプラットフォーム１３２に対するそのレーザビームの予想位置を有している。

アプリケータ１４０は、最終的な物体の各連続スライスが生成される何も描かれていないキャンバスとして広がった原材料１４２の薄い層を生成することができる。ＡＭプリンタ１０６の様々な部分が、新しい各層の付加に対応するように移動することができ、例えば金属粉末層１３２が下降され得、ならびに／あるいはチャンバ１３０および／またはアプリケータ１４０は、各層化の後に持ち上げられ得る。このプロセスは、微粒子の金属粉末または反応性金属粉末の形態で様々な原材料を使用することができ、そのストックは、アプリケータ１４０によってアクセス可能にチャンバ１４４内に保持され得る。この場合には、物体１０２は、純金属または合金が含まれ得る「金属」で作製することができる。この金属には、例えば、前述の反応性金属、または他の金属のいずれかを含まれ得る。システム１００は、実際上任意の非反応性金属粉末、すなわち、限定するものではないがコバルトクロムモリブデン（ＣｏＣｒＭｏ）合金、ステンレス鋼、ニッケルクロムモリブデンニオブ合金（ＮｉＣｒＭｏＮｂ）（例えば、インコネル６２５またはインコネル７１８）、ニッケルクロム鉄モリブデン合金（ＮｉＣｒＦｅＭｏ）（例えば、Ｈａｙｎｅｓ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ，Ｉｎｃ．から市販のＨａｓｔｅｌｌｏｙ（登録商標）Ｘ）、またはニッケルクロムコバルトモリブデン合金（ＮｉＣｒＣｏＭｏ）（例えば、Ｈａｙｎｅｓ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ，Ｉｎｃ．から市販のＨａｙｎｅｓ２８２）等などのオーステナイトニッケルクロムベース合金などの非爆発性または非伝導性の粉末と共に使用することもできる。

処理チャンバ１３０は、アルゴンまたは窒素などの不活性ガスで満たされ、とりわけ反応性金属との反応を防ぐために酸素を最小にするまたは酸素をなくすように制御される。制御システム１０４は、不活性ガス源１５４からの処理チャンバ１３０内の気体混合物１６０の流れを制御するように構成されている。この場合には、制御システム１０４は、不活性ガスが気体混合物１６０の内容を制御するようにポンプ１５０および／または流量弁システム１５２を制御することができる。流量弁システム１５２は、１つまたは複数のコンピュータ制御可能な弁、流量センサ、温度センサ、圧力センサ等を含むことができ、特定の気体の流量を精確に制御することができる。ポンプ１５０は、弁システム１５２を備えても備えなくてもよい。ポンプ１５０が省かれる場合、不活性ガスは、処理チャンバ１３０へ導入する前に導管または多岐管に単に入ることができる。不活性ガス源１５４は、収容される材料ための任意の従来のソース、例えば、タンク、槽、または他のソースの形態をとることができる。気体混合物１６０を測定するために必要とされる任意のセンサ（図示せず）を設けることができる。気体混合物１６０は、従来のやり方でフィルタ１７０を用いてフィルタ処理することができる。

動作時、金属粉末層１３２は処理チャンバ１３０内で与えられ、制御システム１０４は不活性ガス源１５４からの処理チャンバ１３０内の気体混合物１６０の流れを制御する。制御システム１０４は、金属粉末層１３２上の金属粉末の層を連続的に溶融して物体１０２を生成するために、ＡＭプリンタ１０６、特にアプリケータ１４０およびレーザ１３４、１３６も制御する。

システム１００の動作後、残留金属粉末が、処理チャンバ１３０内に残ったままである可能性があり、本開示の実施形態による回収システム１５８を用いてその清掃を行うことを必要とする。また、金属粉末は、システム１００のあたり、例えば床上、処理チャンバ１３０の外側などに散乱している可能性があり、特に反応性金属粉末のために回収システム１５８を使用する必要がある。回収システム１５８は、システム１００の一部として組み込むことができ、またはシステム１００と共に使用される別個のシステムとして設けることができる。

図２および図３を参照すると、本開示の実施形態による金属粉末の回収システム１５８は、圧力源１６４に流体結合されている容器１６２を備えることができる。液体材料を封止により収容することができると共にその中で圧力の制御を可能にする容器１６２は、任意の物体を含むことができる。一実施形態では、容器１６２は、おそらく取り外し可能であるが封止可能である蓋１７２を有するタンク１７０と、任意選択で、キャスタ車輪１７４とを備える。容器１６２は、液体１８０を保持するように構成されている容器の下部１７８への入口１７６を備えることもできる。容器１６２は、出口１８２も備える。入口１７６は、導管１８４、例えば、従来の真空システムの端部と同様に金属粉末の入力部として働く外側端（名付けず）を有する配管に流体結合されている。配管１８２の外側端は、任意の現在知られているまたは後で開発される真空アクセサリ、例えば、ワンド、動力付きまたは動力なしブラシ、隙間ツール、剛毛のほこり拭き取りブラシ、室内装飾ツール、（捻じったステムを有するまたは有さない）フロアブラシ等を備えることができる。入口１７６は、気流が下部１７８の液体１８０の中に入ることを可能にするが、配管１８２、例えば容器１６２の底部への落下管、または逆止弁を通じて容器１６２から液体１８０が逃げるのを防ぐ任意の必要な配管または弁を備えることもできる。液体１８０は、水を含むことができるが、液体１８０の中に入り込む金属粉末を内部で捕獲するのを助けることができる浸漬分離器液体に従来から使用されている他の物質、例えば、油、洗剤などを含むこともできる。

本明細書中でさらに説明されるように、圧力源１６４は、容器１６２内に選択された（空気）圧力をもたらすことができるポンプ１５０と同様の任意の形態の真空ポンプを備えることができる。圧力源１６４は、例えば本明細書中に説明される凝縮器２００までさらに延びることができる導管または配管１８４を介して出口１８２で容器１６２と流体連通している。

回収システム１５８は、圧力源１６４を制御するためのコントローラ１９０を備えることもできる。コントローラ１９０は、任意の形態の機械コントローラを含み得る。一実施形態では、コントローラ１９０は、シンプルな電子圧力レギュレータを含み得るが、他の実施形態では、コンピュータ制御された圧力レギュレータを含むことができる。代替として、回収システム１５８が付加製造システム１００の一部として組み込まれる場合、コントローラ１９０は、部分制御システム１０４、例えば、コンピュータ１１０の一部として組み込むことができる。動作時、コントローラ１９０は、とりわけ、容器１６２内でかけられている圧力を制御するために圧力源１６４を制御する。コントローラ１９０は、圧力源１６４を制御して、圧力が（配管１８２を介して）入口１７６に入る空気連行金属粉末の流れを引き起こす真空状態を作り出し、それによって液体１８０内の空気連行金属粉末を浸漬させることによって空気から金属粉末を除去することで回収済み金属粉末１９２（すなわち、液体・金属粉末スラッジ）を形成することができる。すなわち、コントローラ１９０は、金属粉末があり得るどんな位置からも、例えば、処理チャンバ１３０（図１）内、店の床の上などから液体１８０を通じて金属粉末を容器１６２の中にバキュームさせるのに十分な真空、負圧を作り出す。この状態において、気流で連行される金属粉末は、入口１７６に入り、液体１８０の中に導入され、その中で金属粉末は沈降し、液体・金属粉末スラッジの形態の回収済み金属粉末１９２を作り出す。真空状態では、回収システム１５８は、従来の湿式または浸漬式分離器とほぼ同様に動作する。

しかしながら、従来の湿式または浸漬式分離器とは対照的に、図３に示されるように、コントローラ１９０は、圧力源１６４を制御して、容器１６４内の圧力が気体１９４へ液体１８０を蒸発させ液体１８０が出口１８２を通じて出ていく蒸発状態（上向き矢印参照）を作り出すこともできる。コントローラ１９０は、容器１６２内の少なくとも１つの環境特性を変更することによって蒸発状態を作り出す。本実施形態では、導管１８４は、何らかのさらなる金属粉末が配管に入り得る位置から除去され、コントローラ１９０は、とりわけ、圧力源１６４を変えて、液体１８０の蒸発を引き起こすのに十分な容器１６２内の圧力を変更することができる。液体１８０が蒸発するとき、液体のレベルは容器１６２内で下がり、回収された金属は乾燥する。一例では、コントローラ１９０は、さらなる真空金属粉末が容器１６２の中に入るのには負圧が不十分であるが、液体１８０の蒸発を引き起こす（または増大させる）のに負圧が十分であるように負圧の量を減少させることができる。このやり方で、回収済み金属粉末１９２中の液体１８０は、スラッジから除去させられ、容器１６２内に乾燥した金属粉末だけを残す。

図３に示された一実施形態では、回収システム１５８は、容器内の温度を変更させるために容器１６２に結合された加熱要素１９６を備えることもできる。加熱要素１９６は、限定するものではないが電気加熱要素、ガス燃焼式ヒータ、油を燃料とするヒータ等などの任意の現在知られているまたは後で開発される形態のヒータを備えることができる。コントローラ１９０は、例えば液体１８０の温度を上げることによって液体１８０を蒸発させるために、容器１６２内の環境特性を変化させるように加熱要素１９６の動作を制御することができる。もたらされる温度増加は、用途、使用される金属粉末、容器１６２内の回収済み金属粉末の量、容器１６２内の液体１８０の量および成分、ならびに様々な他の要因に応じて変わり得る。加熱要素１９６が容器１６２の底部に示されるが、加熱要素１９６は、容器１６２および／または容器１６２に入る空気を加熱できる任意の位置に位置決めすることができる。

図２を参照すると、回収システム１５８は、（圧力源１６４および導管１８４を介して）容器１６２から気体１９４を受け取り、気体１９４を凝縮して凝縮済み液体２０２、例えば水にするために容器１６２の出口１８２に流体連通している凝縮器２００を備えることもできる。凝縮器２００は、コントローラ１９０によって制御することができ、任意の現在知られているまたは後で開発される商用の凝縮器を含み得る。収集容器２１０は、例えば配管２１２を介して凝縮器２００から凝縮済み液体２０２を収集するために設けることができる。所望であれば、容器２１０は、キャスタ車輪１７４を備えることができる。凝縮済み液体２０２は、従来の技法に従って清掃することができ、続いて再利用または処分することができる。

回収された金属１９２が乾燥するとき、その少なくとも一部は、粉末形態に戻り、酸素含有雰囲気にさらされた場合に発火または燃焼する潜在的な危険をもたらす。この状況に対処するために、一実施形態では、回収システム１５８は、不活性ガスを容器の中に注入するために容器１６２に流体結合された不活性ガス源２５４を備えることもできる。不活性ガスは、ＡＭプリンタ１３０と共に使用するための本明細書に挙げられた不活性ガス、例えば、窒素またはアルゴンのいずれかを含み得る。ここで、容器１６２は、例えば入口１７６および出口１８２に弁を用いて封止状態のままとすることができ、不活性ガスは、例えば弁２５２を介しておよびおそらくコントローラ１９０の制御下で容器へ供給することができ、それによって発火／燃焼の危険を取り除く。容器１６２は、回収済み金属粉末が例えば従来の回収技法を用いて安全に処分または再利用することができるまで、内部に不活性ガスと共に封止されたままとすることができる。代替実施形態では、不活性ガス源２５４および弁２５２は、処理チャンバ１３０に結合された不活性ガス源１５４および弁１５２と同じとすることができる。

動作時、真空状態における回収システム１５８は、圧力源１６４によって作り出された真空から入口１７６に入る気流中の金属粉末を閉じ込める。次いで、金属粉末は、容器１６２内の液体１８０に気流を通過させ回収済み金属粉末１９２を作り出すことによって気流から浸漬分離される。次いで、金属粉末は、液体１８０を容器１６２から気体１９４の中に蒸発させ気体を容器から除去することによって回収することができる。上述したように、この回収は、容器１６２内の少なくとも１つの環境特性、例えば、圧力および／または温度を浸漬分離（真空状態）中の存在するものから変更することを含むことができる。容器１６２から除去された気体１９４は、回収された液体２０２を形成するように凝縮器２００によって凝縮することができ、回収された液体は、収集容器２１０内に収集することができる。次いで、不活性ガスは、回収済み金属粉末を安全に取り扱うために回収された後、容器１６２内に導入（および封止）することができる。

回収システム１５８は、場合によって湿式または浸漬式分離器を備えたいくつかの代替の構造を備えてもよいが、簡潔にするために本明細書中には記載されていない。例えば、図３に示されるように、容器１６２は、湿式または浸漬式分離器にしばしば見られるいくつかの他の構造を備えることもでき、容器１６２内の液体１８０と共に気流を分散させるための分散プレート２６０、気体１９４が内部を通過して出口１８２から出るガスフィルタまたは曇り除去スクリーン２６２（例えば、保持装置と共に鋼綿スクリーン）、弁付き排水口２６４、入口１７６および出口１８２を選択的に開閉する閉鎖弁、容器１６２の壁を貫く液体高さ窓、ハンドル、および回収システム１５８によってもたらされた乾燥した金属粉末を保持し容器１６２からそれを除去することを可能にするための容器１６２内の入れ物２６６などがある。回収システム１５８は、液体１８０、液体１８０のレベル制御等のためのポンプ式フィルタシステム（図示せず）を備えることもできる。

回収システム１５８の様々な部品は、十分な強度および対環境性を与える任意の材料、例えば金属、硬質プラスチックなどで作製することができる。図面は、回収システム１５８の部品の特定の配置を示すが、様々な代替の配置が本開示の範囲内で可能であることを強調しておく。

回収システム１５８は、付加製造に使用され得る金属粉末、特に反応性金属粉末に関しての有害廃棄物処分を容易にする機構を提供する。回収システム１５８は、両者が再利用またはより容易に、せめてより簡単な取り扱いで処分できるように、金属粉末および液体１８０の分離を可能にする。

本明細書中に使用される専門用語は、特定の実施形態を説明するためのものにすぎず、本開示を限定していることが意図されるものではない。本明細書に使用される場合、用語「備える、含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」および／または「備える、含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」は、本明細書に使用されるとき、述べた特徴、整数、ステップ、動作、要素、および／または構成要素の存在を特定するが、１つまたは複数の他の特徴、整数、ステップ、動作、要素、構成要素、および／またはその群の存在または追加を除外しない。

以下の特許請求の範囲内の全てのミーンズプラスファンクションまたはステッププラスファンクション要素の対応する構造、材料、動作、および均等物は、具体的に請求項に記載されたような他の特許請求された要素と組み合わせて機能を実行するために任意の構造、材料、または動作を含むことが意図されている。本開示の説明は、例示および説明の目的のために提示されているが、網羅的であるまたは開示された形態の本開示に限定することは意図されていない。多くの修正および変形は、本開示の範囲および精神から逸脱することなく当業者に明らかであろう。本実施形態は、本開示の原理および実際の応用を最もよく説明すると共に、企図される特定の使用に適している様々な修正を伴う様々な実施形態について当業者が本開示を理解することを可能にするために選択および記載されたものである。

最後に、代表的な実施態様を以下に示す。
［実施態様１］
容器（１６２）と、
液体（１８０）を保持するように構成されているタンク（１７０）の下部（１７８）への入口（１７６）と出口（１８２）とを備えた前記容器（１６２）内に選択した圧力を作り出すために前記容器（１６２）と流体連通している圧力源（１６４）と、
前記圧力源（１６４）を制御するコントローラ（１９０）であって、前記圧力により前記入口（１７６）に入るように空気連行金属粉末の流れが生み出され、前記空気連行金属粉末を前記液体（１８０）に浸漬させることによって前記空気から前記金属粉末を除去することで回収済み金属粉末を形成する真空状態と、前記容器（１６２）内の前記圧力によって前記液体（１８０）から気体（１９４）への蒸発が引き起こされ、前記気体（１９４）が前記出口（１８２）を通じて出ていく蒸発状態との間で、前記容器（１６２）内でかけられる前記圧力を制御する、コントローラ（１９０）と、
前記容器（１６２）から前記気体（１９４）を受け取るために前記容器（１６２）の前記出口（１８２）と流体連通し前記気体（１９４）を凝縮済み液体（２０２）へ凝縮する凝縮器（２００）と
を備えた金属粉末（１００）の回収システム。
［実施態様２］
前記凝縮済み液体（２０２）を前記凝縮器（２００）から収集する収集容器（１６２）をさらに備える、実施態様１記載の回収システム（１５８）。
［実施態様３］
前記金属粉末は、アルミニウムおよびチタンからなる群から選択される反応性金属粉末を含む、実施態様１記載の回収システム（１５８）。
［実施態様４］
前記液体（１８０）は、水を含む、実施態様１記載の回収システム（１５８）。
［実施態様５］
不活性ガス（１９４）を前記容器（１６２）に注入するために前記容器（１６２）に流体結合された不活性ガス源（１９４）をさらに備える、実施態様１記載の回収システム（１５８）。
［実施態様６］
前記容器（１６２）内の温度を変更するために前記容器（１６２）に結合された加熱要素をさらに備える、実施態様１記載の回収システム（１５８）。
［実施態様７］
処理チャンバ（１３０）およびコントローラを（１９０）備えた金属粉末付加製造プリンタと、
金属粉末の回収システム（１５８）と
を備えた金属粉末付加製造システム（１００）であって、
前記回収システム（１５８）は、
容器（１６２）と、
液体（１８０）を保持するように構成されているタンク（１７０）の下部（１７８）への入口（１７６）と出口（１８２）とを備えた前記容器（１６２）内に可変圧力を作り出すために前記容器（１６２）と流体連通している圧力源（１６４）と、
前記圧力源（１６４）を制御するコントローラ（１９０）であって、空気連行金属粉末の流れが前記処理チャンバ（１３０）から前記入口（１７６）に入り、前記空気連行金属粉末を前記液体（１８０）に浸漬させることによって前記空気から前記金属粉末を除去することで回収済み金属粉末を形成する真空状態と、前記容器（１６２）内の前記可変圧力によって前記液体（１８０）から気体（１９４）への蒸発が引き起こされ、前記気体（１９４）が前記出口（１８２）を通じて出ていく蒸発状態との間で、前記容器（１６２）内にかけられる前記可変圧力を制御する、コントローラ（１９０）と、
前記容器（１６２）から前記気体（１９４）を受け取るために前記容器（１６２）の前記出口（１８２）と流体連通し前記気体（１９４）を凝縮済み液体（１８０）（２０２）へ凝縮する凝縮器（２００）と
を備える、金属粉末付加製造システム（１００）。
［実施態様８］
前記金属粉末は、アルミニウムおよびチタンからなる群から選択される反応性金属粉末を含む、実施態様７記載の金属粉末付加製造システム（１００）。
［実施態様９］
不活性ガス（１９４）を前記容器（１６２）に注入するために前記容器（１６２）に流体結合された不活性ガス源（１９４）をさらに備える、実施態様８記載の金属粉末付加製造システム（１００）。
［実施態様１０］
前記不活性ガス源（１９４）は、前記処理チャンバ（１３０）に流体結合されている、実施態様９記載の金属粉末付加製造システム（１００）。
［実施態様１１］
前記液体（１８０）は、水を含む、実施態様７記載の金属粉末付加製造システム（１００）。
［実施態様１２］
前記容器（１６２）は、前記回収済み金属粉が収集される取り外し可能な金属粉末ホルダを備える、実施態様７記載の金属粉末付加製造システム（１００）。
［実施態様１３］
前記容器（１６２）内の温度を変更するために前記容器（１６２）に結合された加熱要素をさらに備える、実施態様７記載の金属粉末付加製造システム（１００）。
［実施態様１４］
金属粉末を気流で連行するステップと、
容器（１６２）内の液体（１８０）に前記気流を通過させることによって前記気流から前記金属粉末を浸漬分離するステップと、
前記液体（１８０）を前記容器（１６２）から気体（１９４）の中に蒸発させ前記気体（１９４）を前記容器（１６２）から除去することによって前記金属粉末を回収するステップと
を含む金属粉末を回収する方法。
［実施態様１５］
前記回収するステップは、前記容器（１６２）内の少なくとも１つの環境特性を前記浸漬分離中に存在するものから変更することを含む、実施態様１４記載の方法。
［実施態様１６］
前記少なくとも１つの環境特性は、前記容器（１６２）内の圧力を含む、実施態様１５記載の方法。
［実施態様１７］
前記少なくとも１つの環境特性は、前記容器（１６２）内の温度をさらに含む、実施態様１６記載の方法。
［実施態様１８］
前記気体（１９４）を凝縮して回収された液体（１８０）を形成するステップと、前記回収された液体（１８０）を収集するステップとをさらに含む、実施態様１４記載の方法。
［実施態様１９］
前記金属粉末は反応性金属粉末を含み、前記液体（１８０）は水を含む、実施態様１４記載の方法。
［実施態様２０］
前記回収するステップの後に不活性ガス（１９４）を前記容器（１６２）へ導入するステップをさらに含む、実施態様１９記載の方法。

１００ システム
１０２ 物体
１０４ 制御システム
１０６ ＡＭプリンタ
１０８ コンピュータプログラムコード
１１０ コンピュータ
１１２ メモリ
１１４ プロセッサ
１１６ 入出力Ｉ／Ｏインターフェース
１１８ バス
１２０ 外部Ｉ／Ｏデバイス／リソース
１２２ 記憶システム
１３０ 処理チャンバ
１３２ 金属粉末層
１３４ レーザ
１３６ レーザ
１３８ レーザビーム
１４０ アプリケータ
１４２ 原材料
１４４ チャンバ
１５０ ポンプ
１５２ 流量弁システム
１５４ 不活性ガス
１５８ 回収システム
１６０ 気体混合物
１６２ 容器
１６４ 圧力源
１７０ タンク
１７２ 封止可能な蓋
１７４ キャスタ車輪
１７６ 入口
１７８ 下部
１８０ 液体
１８２ 出口
１８４ 導管
１９０ コントローラ
１９４ 気体
２００ 凝縮器
２０２ 凝縮済み液体
２１０ 収集容器
２１２ 配管
２６０ 分散プレート
２６２ スクリーン
２６４ 排水口
２６６ 入れ物
１０８Ｏ コンピュータ実行可能命令
１０８Ｓ コンピュータ実行可能命令
１３８’ ファントムレーザビーム

Claims (20)

1. 容器（１６２）と、
   液体（１８０）を保持するように構成されているタンク（１７０）の下部（１７８）への入口（１７６）と出口（１８２）とを備えた前記容器（１６２）内に選択した圧力を作り出すために前記容器（１６２）と流体連通している圧力源（１６４）と、
   前記圧力源（１６４）を制御するコントローラ（１９０）であって、前記圧力により前記入口（１７６）に入るように空気連行金属粉末の流れが生み出され、前記空気連行金属粉末を前記液体（１８０）に浸漬させることによって前記空気から前記金属粉末を除去することで回収済み金属粉末を形成する真空状態と、前記容器（１６２）内の前記圧力によって前記液体（１８０）から気体（１９４）への蒸発が引き起こされ、前記気体（１９４）が前記出口（１８２）を通じて出ていく蒸発状態との間で、前記容器（１６２）内でかけられる前記圧力を制御する、コントローラ（１９０）と、
   前記容器（１６２）から前記気体（１９４）を受け取るために前記容器（１６２）の前記出口（１８２）と流体連通し前記気体（１９４）を凝縮済み液体（２０２）へ凝集する凝縮器（２００）と
   を備える金属粉末（１００）の回収システム。
2. 前記凝縮済み液体（２０２）を前記凝縮器（２００）から収集する収集容器（１６２）をさらに備える、請求項１記載の回収システム（１５８）。
3. 前記金属粉末は、アルミニウムおよびチタンからなる群から選択される反応性金属粉末を含む、請求項１記載の回収システム（１５８）。
4. 前記液体（１８０）は水を含む、請求項１記載の回収システム（１５８）。
5. 不活性ガス（１９４）を前記容器（１６２）に注入するために前記容器（１６２）に流体結合された不活性ガス源（１９４）をさらに備える、請求項１記載の回収システム（１５８）。
6. 前記容器（１６２）内の温度を変更するために前記容器（１６２）に結合された加熱要素をさらに備える、請求項１記載の回収システム（１５８）。
7. 処理チャンバ（１３０）およびコントローラ（１９０）を備えた金属粉末付加製造プリンタと、
   金属粉末の回収システム（１５８）と
   を備えた金属粉末付加製造システム（１００）であって、
   前記回収システム（１５８）は、
   容器（１６２）と、
   液体（１８０）を保持するように構成されているタンク（１７０）の下部（１７８）への入口（１７６）と出口（１８２）とを備えた前記容器（１６２）内に可変圧力を作り出すために前記容器（１６２）と流体連通している圧力源（１６４）と、
   前記圧力源（１６４）を制御するコントローラ（１９０）であって、空気連行金属粉末の流れが前記処理チャンバ（１３０）から前記入口（１７６）に入り、前記空気連行金属粉末を前記液体（１８０）に浸漬させることによって前記空気から前記金属粉末を除去することで回収済み金属粉末を形成する真空状態と、前記容器（１６２）内の前記可変圧力によって前記液体（１８０）から気体（１９４）への蒸発が引き起こされ、前記気体（１９４）が前記出口（１８２）を通じて出ていく蒸発状態との間で、前記容器（１６２）内にかけられる前記可変圧力を制御する、コントローラ（１９０）と、
   前記容器（１６２）から前記気体（１９４）を受け取るために前記容器（１６２）の前記出口（１８２）と流体連通し前記気体（１９４）を凝縮済み液体（１８０）（２０２）へ凝集する凝縮器（２００）と
   を備える、金属粉末付加製造システム（１００）。
8. 前記金属粉末は、アルミニウムおよびチタンからなる群から選択される反応性金属粉末を含む、請求項７記載の金属粉末付加製造システム（１００）。
9. 不活性ガス（１９４）を前記容器（１６２）に注入するために前記容器（１６２）に流体結合された不活性ガス源（１９４）をさらに備える、請求項８記載の金属粉末付加製造システム（１００）。
10. 前記不活性ガス源（１９４）は、前記処理チャンバ（１３０）に流体結合されている、請求項９記載の金属粉末付加製造システム（１００）。
11. 前記液体（１８０）は、水を含む、請求項７記載の金属粉末付加製造システム（１００）。
12. 前記容器（１６２）は、前記回収済み金属粉が収集される取り外し可能な金属粉末ホルダを備える、請求項７記載の金属粉末付加製造システム（１００）。
13. 前記容器（１６２）内の温度を変更するために前記容器（１６２）に結合された加熱要素をさらに備える、請求項７記載の金属粉末付加製造システム（１００）。
14. 金属粉末を気流で連行するステップと、
    容器（１６２）内の液体（１８０）に前記気流を通過させることによって前記気流から前記金属粉末を浸漬分離するステップと、
    前記液体（１８０）を前記容器（１６２）から気体（１９４）の中に蒸発させ前記気体（１９４）を前記容器（１６２）から除去することによって前記金属粉末を回収するステップと
    を含む金属粉末を回収する方法。
15. 前記回収するステップは、前記容器（１６２）内の少なくとも１つの環境特性を前記浸漬分離中に存在するものから変更することを含む、請求項１４記載の方法。
16. 前記少なくとも１つの環境特性は、前記容器（１６２）内の圧力を含む、請求項１５記載の方法。
17. 前記少なくとも１つの環境特性は、前記容器（１６２）内の温度をさらに含む、請求項１６記載の方法。
18. 前記気体（１９４）を凝縮して回収された液体（１８０）を形成するステップと、前記回収された液体（１８０）を収集するステップとをさらに含む、請求項１４記載の方法。
19. 前記金属粉末は反応性金属粉末を含み、前記液体（１８０）は水を含む、請求項１４記載の方法。
20. 前記回収するステップの後に不活性ガス（１９４）を前記容器（１６２）へ導入するステップをさらに含む、請求項１９記載の方法。