JP2018047687A - 三次元的な物体を製造するための装置 - Google Patents

Abstract

【課題】非常に長く、強くスモークにさらされる構造プロセスにおいても、積層プロセス又は構造プロセスの監視が中断なく可能であるように、装置又は方法を発展形成すること。【解決手段】三次元的な物体２を製造する装置１であって、物体２を支持する支持台５を備えた構造空間４と、構造材料６の層を支持台５上へ提供する装置９と、構造材料６への照射装置１２と、照射装置１２のビームの焦点１７内で形成される構造材料６の溶融・固化プロセスの光学的な検出及び／若しくは撮影のためのカメラ装置２０とを含む装置１において、構造プロセス及び／又はカメラ監視プロセスの進行時にカメラ保護ガラス３０の部分がガラス洗浄装置３１を通して案内されるようにカメラ保護ガラス３０が駆動可能に支持されており、カメラ保護ガラス３０の一部が洗浄中にカメラ光学素子の前方に配置されている。【選択図】図１

Description

本発明は、請求項１の前提部分の更なる特徴を有する、三次元的な物体を製造するための装置、ＳＬＭ装置又はＳＬＳ装置に関するものである。加えて、本発明は、請求項１３の特徴を有する対応する方法に関するものでもある。

請求項１の前提部分との関連において三次元的な物体を製造するための装置について言及される場合には、これにより、「３Ｄプリンタ」として知られた装置全体が述べられており、これら装置は、粉体状、液体状又は濃い液体状の構造材料を支持台上へ、又は既に形成された層上へ層状に提供することで三次元的な対象物を構成するように形成されているとともに適しており、層は、選択的に、ビーム、特にレーザビームによって固化された状態へ移行され、その結果、所望の部材がメモリされた構造データに基づき層状に構成されることが可能である。特に、合成樹脂−レーザ焼結装置若しくは合成樹脂−レーザ溶融装置、金属粉体−レーザ焼結装置若しくは金属粉体−レーザ溶融装置又はステレオリソグラフィー装置が述べられ、これら装置では、液体状で樹脂性の材料が、層状に提供され、使用可能な構造データに合わせて選択的に固化される。

上述の装置においてはハウジング内に構造空間が配置されており、この構造空間内には、形成される物体を支持するための支持台が設けられている。そのほか、支持装置上へ、又は既に形成された層上へ構造材料を層状に提供するための装置が存在する。照射装置は、層の上方において、提供された構造材料を固化するためにこの構造材料へ選択的に照射するために存在し、照射装置の少なくとも１つのビームがメモリされた構造データに依存して材料へ案内される。多くの場合、照射装置の少なくとも１つのビームの案内は、構造データに依存してスキャン装置を介して行われるが、固定して又は可動に配置され得る多数の照射源によって構造材料の選択的な照射がなされる装置も本発明の対象の範囲内にある。１つのみの照射源、例えばレーザをメモリされた構造データに依存して特定して、及び選択的に構造材料の表面上に案内することも可能である。

進行する構造材料の構造プロセス及び／又は積層プロセスを改善するためにカメラ装置を設けることが望ましく、このカメラ装置は、照射装置のビームの焦点内で形成される構造材料の溶融プロセス若しくは固化プロセスの光学的な検出及び／若しくは撮影に適している。しかし、このようなカメラは、支持装置上の構造材料の積層プロセスの光学的な検出及び／若しくは監視若しくは撮影のために用いられることが可能であり、換言すれば、構造プロセス自体が、例えば構造材料の品質管理を行うために、構造材料の選択的な固化時に観察され、監視され、撮影されることができ、及び／又は構造材料コーティングの量的なチェックを行うために積層プロセスの露光前に既に監視されることが可能である。なぜなら、欠陥なしに設けられた構造材料層は生じる部材の品質にとって極めて重要であるためである。

公知のように、カメラ装置、スキャナ又はその他の露光要素の光学的なフロントレンズは、このようなＳＬＭ装置若しくはＳＬＳ装置又はその他の３Ｄプリンタ装置の構造空間内で生じ得る例えばスモーク残滓、構造材料の飛散又はこれに類するものによる汚染に対して影響を受けやすい。この理由から、カメラ保護ガラスを構造プロセスのゾーンとカメラ光学素子の間に配置することに既に移行されている（例えば特許文献１）。

カメラ光学素子と構造プロセスのゾーンの間にビーム反射ガラスを設けることも既に議論されている。なぜなら、例えば貴金属のような所定の材料ではレーザビームの「それ自体での」反射によりレーザの放電の妨害に至ることがあり、これが構造プロセスにネガティブに影響するためである（特許文献２）。

このような「カメラ保護ガラス」は、できる限り汚染がないように保持される必要がある。このために、スモーク残滓及び蒸気がカメラ保護ガラス装置又は反射ガラス装置によってできる限り遠ざけるように構造空間内で気体流を案内することが既に議論されている。

独国特許出願公開第１０２０１００５２２０６号明細書 独国特許出願公開第１０２０１４００５９１５号明細書

本発明の基礎をなす課題は、非常に長く、強くスモークにさらされる構造プロセスにおいても、積層プロセス又は構造プロセスの監視が中断なく可能であるように、請求項１の前提部分の特徴を有する装置あるいは請求項１３の特徴を有する方法を発展形成することにある。特に、特にカメラ保護ガラスの装置の手動の洗浄は省略され得るべきである。しかし、特に、カメラ保護ガラスのための洗浄要素が一時的に、又は部分的にビーム経路を通過し、これによっても構造プロセスの妨害に至ることも回避されるべきである。

上記課題は、構造プロセス及び／又はカメラ監視プロセスの進行時にカメラ保護ガラス及び／又はビーム反射ガラスの複数の部分がガラス洗浄装置を通して連続的に案内されるようにカメラ保護ガラス及び／又はビーム反射ガラスが形成及び駆動可能に支持されており、カメラ保護ガラス又は反射ガラスの少なくとも１つの部分が洗浄中にカメラ光学素子の前方に配置されていることによって解決される。

これにより、本発明の核心は、カメラ保護ガラス又は反射ガラスのそれぞれ一部が連続的に又は振動するように又は回転するように洗浄装置を通って案内され得るように、カメラ又は固化照射源のビーム経路の側方近傍に配置されている、少なくとも１つのガラス洗浄装置である。ここで、洗浄プロセスが構造プロセス及び／又は監視プロセスをネガティブに損なわないか、全く中断しないことが本質的である。カメラ保護ガラス又は反射ガラスは、カメラのレンズの前方又は照射装置の前方に水平に配置されることができるとともに、垂直な軸線周りに回転駆動されることが可能である。しかし、カメラ保護ガラスの傾斜した配置を設定すること、及び回転軸線を適当に傾斜させて設定することも本発明の範囲にある。しかし、基本的には、カメラ保護ガラス又は反射ガラスをカメラ装置の前方で振動するように往復動させるとともに、このとき一方側に、又は両側に、カメラ保護ガラス又は反射ガラスが往復動するときにその下側を洗浄する洗浄要素を設けることも可能である。洗浄要素は、洗浄されるべきガラス表面、特にガラス下側に対して相対的に運動可能であるべきである。この相対運動は、例えば、ガラスが運動するか、又は例えばブラシ若しくはリップの形態の洗浄要素が往復動するか、若しくは回転駆動されるか、若しくは振動するように駆動されることでもたらされる。超音波洗浄要素又は超音波槽も本発明の範囲内にある。ガラス洗浄装置は、構造空間に対してカプセル化されているべきであり、ガラス下側から剥離された汚染が構造表面へ落下しないことを保証する必要がある。このために、スモーク残滓及びこれに類するものを収容する収集容器が設けられている。

カメラ保護ガラスは、洗浄過程をサポートする、汚染をはじくコーティングも備えることが可能である。

カメラ保護ガラスの運動又は反射ガラスの運動を最小に制限するために、本発明の範囲では、汚染度合いが継続的に、又は時間的な間隔をもって検出され、構造プロセス又は監視プロセスを損なうガラス下側の汚染が本当に存在する場合にのみ洗浄が行われれば有利である。このことは、光学的なセンサによって行われることが可能である。しかし、光学的なセンサが例えば基準パターンがカメラ保護ガラス又は反射ガラスの下方で明瞭性及びコントラストについて評価するカメラ自体によって形成されることも可能である。洗浄されるべきガラス板又は洗浄要素のモータによる駆動部の速度は、ガラスの汚染度合いに依存して制御されることが可能である。汚染度合いは、様々な態様で算出されることができ、例えば、粒子及び／又は液体付着のために用いられる、付着性の粒子に反応する表面波センサによっても算出されることが可能である。また、特に長い構造プロセスにおいて、洗浄容器をできる限りコンパクトに維持するために、洗浄容器が構造プロセス中に空にされることができれば、目的にかなうものでもある。

以下に、本発明を実施例に基づいて説明する。

回転する保護ディスクを有する、本発明による装置を示す図である。 カメラ保護ガラス板が往復変位可能に配置され、２つの洗浄装置が設けられた、類似のように構成された装置を示す図である。

まず、図１を参照する。

図１については、三次元的な物体２を製造するための装置１が概略的にのみ図示されており、この図においては、装置１のハウジング３に構造空間４が配置されていて、この構造空間内には、形成される物体２あるいは構造材料６を支持するための支持台５が設けられている。構造材料は、構造空間４のようにプロセスチャンバ底部８に埋め込まれた配量チャンバ７内で準備して保持される。構造材料６を供給するための装置９は、例えば配量チャンバ７及び構造空間４の上方において走行可能なドクター装置（Ｒａｋｅｌｖｏｒｒｉｃｈｔｕｎｇ）として形成されており、このドクター装置は、配量チャンバ７において構造材料を受け取り、構造空間４の範囲で薄い層を提供し、過剰な構造材料６をオーバーフロー容器１０へ投げ捨てる。

プロセスチャンバ１１の上方又は上部範囲に照射装置１２が設けられており、この照射装置は、供給される構造材料６のその固化のための選択な照射に用いられ、この実施例では、レーザ１３のビーム１４がスキャナ１５を通って案内され、スキャナのミラー１６が構造データによって制御される。その結果、構造材料へ照射されるレーザビーム１４の焦点１７が構造材料を溶かし、又は溶融し、これによって固化することが可能である。

さらに、装置の上部範囲、すなわちプロセスチャンバの上方又はプロセスチャンバカバーには、照射装置１２のビームの焦点１７内で形成される構造材料６の溶融プロセス又は固化プロセスの光学的な検出及び／又は撮影のための、及び／又は構造材料６の積層化プロセス（Ｂｅｓｃｈｉｃｈｔｕｎｇｓｐｒｏｚｅｓｓ）の光学的な検出及び／又は監視及び／又は撮影のためのカメラ装置２０が設けられており、カメラ装置２０の光学素子（Ｏｐｔｉｋ）がカメラ保護ガラス３０によって、又はスキャナの光学素子がビーム反射ガラスによって、進行する構造プロセスから分離されている。

ビーム反射ガラスがカメラ保護ガラス３０としても用いられることができるとともに、カメラ保護ガラスが適当な形成においてビーム反射ガラスとして用いられることができるため、この実施例では両光学的な要素であるカメラ及びスキャナの前方にカメラ保護ガラスのみが配置又は設置されていることが指摘される。

しかし、一方ではカメラのために、他方ではスキャナのために、後述の適当な態様で洗浄されることが可能なそれぞれ別々のカメラ保護ガラスを設けることも本発明の範囲内にある。

カメラ保護ガラス３０は、進行する構造プロセス時及び／又はカメラ監視プロセス時にこのカメラ保護ガラス３０の部分がガラス洗浄装置３１によって連続的に案内されるように形成及び駆動可能に支持されており、洗浄中にはカメラ保護ガラスの少なくとも１つの他の部分がカメラ光学素子及び／又は照射光学素子の前方にとどまる。

図１に図示された実施例では、カメラ保護ガラス３０は水平に配置されているとともに、電気モータ３３によって垂直な軸線３２周りに回転駆動される。

ガラス洗浄装置３１は、カメラ装置２０及び／又は照射光学素子、すなわちスキャナ１５の光軸の側方近傍に配置されている。

ガラス洗浄装置３１はブラシとして形成された洗浄要素３５を含んでおり、この洗浄要素は、カメラ保護ガラス３０の下側３６に作用し、この下側に付着したスモーク残滓粒子及びこれに類するものを収集容器３７へ剥離させる。

ガラス洗浄装置３１は、全体的にプロセスチャンバ１１に対してカプセル化されており、すなわち、ガラス洗浄装置３１内、あるいは収集容器３７内に存在する粒子が構造表面へ至ることがないことが保証されている。

本発明は、ガラス洗浄装置内又はガラス洗浄装置に配置された、カメラ保護ガラス３０の汚染を検出することが可能なセンサ４０を更に含んでいる。好ましくは、このセンサ４０は、粒子がカメラ保護ガラスの下側に付着しているかどうか、あるいは粒子がどのようにカメラ保護ガラスの下側に付着しているかをカメラ保護ガラスの透過率によって特定する光学的なセンサである。

ガラス板又は洗浄要素３５のモータによる駆動部３３の速度は、センサ４０によって検出されたカメラ保護ガラス３０の汚染度合いの結果に依存して制御できる。

収集容器３７は、構造プロセス中に吸引装置４１によって吸引され、これにより空にされることが可能である。

図２には、大部分において図１と同一の装置が図示されている。ただし、電気モータ３３が軸線３２及びカメラ保護ガラス３０を回転駆動するように形成されているわけではなく、カメラ保護ガラス３０が不図示の案内要素を介して左右へ変位可能に支持されている。電気モータ３３はローラセット５０を備えており、このローラセットによって、カメラ保護ガラス３０が左右へ摩擦接触によって変位される。

照射装置１２のカメラ及び／又は光学的な要素の左右には、２つのガラス洗浄装置が配置されており、カメラ保護ガラス３０は、このカメラ保護ガラス３０の全ての範囲が時間的な間隔をもって洗浄されることができるとともにカメラ保護ガラス３０の一部分が常にカメラ光学素子又は照射光学素子の前方にとどまるように、左右へ走行することが可能である。

１ 装置
２ 物体
３ ハウジング
４ 構造空間
５ 支持台
６ 構造材料
７ 配量チャンバ
８ プロセスチャンバ底部
９ 装置
１０ オーバーフロー容器
１１ プロセスチャンバ
１２ 照射装置
１３ レーザ
１４ ビーム
１５ スキャナ
１６ ミラー
１７ 焦点
２０ カメラ装置
３０ カメラ保護ガラス
３１ ガラス洗浄装置
３２ 垂直な軸線
３３ 電気モータ
３５ 洗浄要素
３６ 下側
３７ 収集容器
４０ センサ
４１ 吸引装置
５０ ローラセット

Claims (13)

1. 三次元的な物体（２）を製造するための装置（１）、特にＳＬＭ装置又はＳＬＳ装置（選択的レーザ溶融装置又は選択的レーザ焼結装置）であって、
   −前記装置（１）のハウジング（３）内に配置され、形成される前記物体（２）を支持するための支持台（５）を内部に備えた構造空間（４）と、
   −構造材料（６）の層を前記支持台（５）上又はそれ以前に形成された層上へ提供するための装置（９）と、
   −提供された前記構造材料（６）を固化するために該構造材料へ選択的に照射するための照射装置（１２）であって、当該照射装置（１２）の少なくとも１つのビーム（１４）がメモリされた構造データに依存して前記材料（６）へ案内される照射装置と、
   −前記照射装置（１２）の前記ビームの焦点（１７）内で形成される前記構造材料（６）の溶融プロセス若しくは固化プロセスの光学的な検出及び／若しくは撮影のための、並びに／又は支持装置上の前記構造材料（６）の積層プロセスの光学的な検出及び／若しくは監視及び／若しくは撮影のためのカメラ装置（２０）であって、当該カメラ装置（２０）の光学素子又は前記照射装置（１２）の光学素子が、カメラ保護ガラス（３０）によって、進行する構造プロセスから分離されているカメラ装置と
   を本質的に含む、前記装置において、
   −構造プロセス及び／又はカメラ監視プロセスの進行時に前記カメラ保護ガラス（３０）の複数の部分がガラス洗浄装置（３１）を通して案内されるように前記カメラ保護ガラス（３０）が形成及び駆動可能に支持されており、前記カメラ保護ガラス（３０）の少なくとも１つの部分が洗浄中にカメラ光学素子及び／又は照射光学素子の前方に配置されていることを特徴とする装置。
2. 前記カメラ保護ガラス（３０）が垂直な軸線（３２）周りに回転駆動されていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 少なくとも１つのガラス洗浄装置（３１）が、前記カメラ装置及び／又は前記照射装置（１２）の光軸の側方近傍に配置されていることを特徴とする請求項２に記載の装置。
4. 前記ガラス洗浄装置（３１）が、前記カメラ保護ガラス（３０）の下側（３６）に作用する少なくとも１つの洗浄要素（３５）を含んでいることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の装置。
5. 前記洗浄要素（３５）が、ブラシ、リップ若しくはその他の払しょく要素であるか、又は超音波槽内に配置された洗浄ユニットとして形成されていることを特徴とする請求項４に記載の装置。
6. 前記ブラシ又は前記払しょく要素が前記カメラ保護ガラス（３０）に対して機械的に運動可能であることを特徴とする請求項５に記載の装置。
7. 前記ガラス洗浄装置（３１）が前記プロセスチャンバに対してカプセル化されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の装置。
8. 前記ガラス洗浄装置（３１）が、前記カメラ保護ガラス（３０）から取り除かれたスモーク残滓のための収集容器（３７）を含んでいることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の装置。
9. 前記カメラ保護ガラス（３０）の汚染を検出するセンサ（４０）が、前記ガラス洗浄装置（３１）内に、又は該ガラス洗浄装置に配置されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の装置。
10. 前記センサ（４０）が、カメラ（２０）又は表面波センサによって形成されていることを特徴とする請求項９に記載の装置。
11. ガラス板及び／又は前記洗浄要素（３５）のモータによる駆動部（３３）の速度が、前記カメラ保護ガラス（３０）の汚染度合いの結果に依存して制御可能であることを特徴とする請求項４又は請求項４を引用する請求項５〜１０のいずれか１項に記載の装置。
12. 前記収集容器（３７）が構造プロセス中に空にされることが可能であることを特徴とする請求項８又は請求項８を引用する請求項９〜１１のいずれか１項に記載の装置。
13. 三次元的な物体（２）を製造するための装置（１）、特にＳＬＭ装置又はＳＬＳ装置における光学的なカメラ保護ガラス（３０）を洗浄するための方法であって、以下の特徴：
    −前記装置（１）のハウジング（３）内に配置された構造空間（４）であって、該構造空間内で、形成される前記物体（２）を支持するための支持台（５）が高さ調整可能に支持されている、前記構造空間を設けること；
    −前記支持台（５）又はそれ以前に形成された層へ構造材料（６）の層を提供するための装置（９）を設けること；
    −提供された前記構造材料（６）を固化するために該構造材料へ選択的に照射するための照射装置（１２）であって、当該照射装置（１２）の少なくとも１つのビームがメモリされた構造データに依存して前記材料（６）へ案内される照射装置を設けること；
    −前記照射装置（１２）の少なくとも１つの前記ビーム（１４）の焦点（１７）内で形成される前記構造材料（６）の溶融プロセス若しくは固化プロセスの光学的な検出及び／若しくは撮影のための、並びに／又は支持装置上の前記構造材料の積層プロセスの光学的な検出及び／若しくは監視及び／若しくは撮影のためのカメラ装置（２０）であって、当該カメラ装置（２０）の光学素子の前方又は前記照射装置（１２）の光学素子の前方にカメラ保護ガラス（３０）が配置されているカメラ装置を設けること
    を有する方法において、
    構造プロセス及び／又はカメラ監視プロセス及び／又は積層プロセスの進行時に前記カメラ保護ガラス（３０）の一部がガラス洗浄装置（３１）を通して連続的に案内されるように、及び、このように実行される、前記カメラ保護ガラス（３０）の少なくとも１つの前記一部の洗浄中に、前記カメラ保護ガラス（３０）の別の一部が前記カメラ装置の光学素子又は前記照射装置（１２）の光学措置の前方にとどまるように、前記カメラ保護ガラス（３０）の可動の支持がなされることを特徴とする方法。

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