JP2018523015A

JP2018523015A - 積層造形製造装置及びかかる装置に使用する流れ装置

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Publication number: JP2018523015A
Application number: JP2018503591A
Authority: JP
Inventors: ジョンサトクリフクリストファー
Original assignee: Renishaw PLC
Current assignee: Renishaw PLC
Priority date: 2015-07-23
Filing date: 2016-07-25
Publication date: 2018-08-16
Also published as: WO2017013454A3; WO2017013454A2; US11033968B2; US20180333779A1; EP3325240A2; CN107921659A

Abstract

本発明は、材料を層ごとに固化させて部品を製造する積層造形製造装置用の流れ装置に関する。流れ装置は、少なくとも１つの入口開口（１１３ａ、２１３ａ）を内に有する第１部材（１２１ａ、２２１ａ）と、３つ以上の下流の開口（１１３ｄ、２１３ｄ）を内に有する第２部材（１２１ｄ、２２１ｄ）を備える。第１及び第２部材（１１３ａ、１１３ｄ、２１３ａ、２１３ｄ）は、入口開口（１１３ａ、２１３ａ）から下流の開口（１１３ｄ、２１３ｄ）の各々までの最短の流体経路が実質的に同じ状態で、第２部材（１２１ｄ、２２１ｄ）の下流の開口（１１３ｄ、２１３ｄ）が第１の部材（１２１ａ、２２１ａ）の入口開口（１１３ａ、２１３ａ）と流体的に連通するように、接続されている。

Description

本発明は、積層造形製造装置及びかかる装置に使用する流れ装置に関する。本発明は、特に、選択的レーザ溶融（ＳＬＭ）及び選択的レーザ焼結（ＳＬＳ）のための装置に適用されるが、限定されるわけではない。

構成部品を生産するための積層造形製造又は急速試作品製造方法は、集束されたレーザビーム又は電子ビームを用いての、粉末材料のような材料の層ごとの固化を含んでいる。ＳＬＭ又はＳＬＳにおいては、粉末層が構築チャンバ内に堆積され、集束されたレーザビームが、レーザが走査する点における粉末が焼結又は融合のいずれかによって固化されるように、構成されている構成部品の断面に対応する粉末層の部分にわたって走査される。層の固化の後、構築面が新たに固化された層の厚さ分下げられ、そしてさらなる粉末層が表面上に広げられ、必要に応じて固化される。典型的には、レーザビームはチャンバ内の窓を通してチャンバに入る。

材料のＳＬＭ／ＳＬＳの間、特に金属の場合、かなりの量の凝縮物（ｃｏｎｄｅｎｓａｔｅ）が構築チャンバ内で生成され得る。この凝縮物は、凝縮物が構築されている構成部品に定着したり組み込まれたりする、及び／又は、凝縮物がレーザビームのチャンバに入る窓を閉塞するような望ましくない作用を防ぐために、構築チャンバから取り除かれるべきである。凝縮物が同伴されて凝縮物が排気口を通るガス流とともにチャンバを出るように、チャンバを通るガス流を導入することによって、凝縮物を構築チャンバから除去することは知られている。

特許文献１（ＵＳ６２１５０９３）は、ノズルを介して保護ガス流を溶融点に向けることを開示している。ノズルはレーザビームと共に移動する。

特許文献２（ＤＥ１０２００４０３１８８１Ａ１）は、複数の吸引開口を有する環状の装置を提供することを開示している。環状の装置の内部へのガス流を提供するためのノズルが設けられている。

特許文献３（米国特許第６５８３３７９号）は、処理チャンバの底部に保護ガス流を供給するための第１の入口開口及び出口開口と、ゾーン相互作用から上昇するガス成分によってビーム注入窓が汚染されるのを防ぐべく、ビーム注入窓に隣接する第２の入口開口とを開示している。

特許文献４（米国特許第５８７６７６７号）は、作業平面（ｗｏｒｋｉｎｇｐｌａｎｅ）に面するレンズの画像側表面に隣接して配置されたリングノズルを開示している。リングノズルは、その出口が画像側表面に対して配向されているので、排出された流れが画像側表面に沿って中心に向かって接線方向に打ち込まれる。ガスは、レンズの中心に向かって半径方向に流れ、そこから作業平面に向かう方向に流れる。

特許文献５（ＵＳ２００９／０２６６８０３Ａ１）は、レーザが処理チャンバに入る結合窓を横切るガス流を提供するための装置を開示している。第１のギャップは、結合窓の表面上を実質的に接線方向にストロークする第１のガスを供給する。第２のギャップは、第２のギャップから逃げるガスが、最初にセクションによって形成された溝に流入し、そして作業平面に向かう下向きの運動量を得るように、中空の円筒セクションの形状を有している壁セクションに設けられている。中空の円筒セクションの縁部を通過した後、ガスは、結合窓の表面まで、表面に沿って実質的に平行にある距離をもって流れる。この装置は、わずかに混合する窓を横切る２つの実質的な層流を生成すると言われている。

米国特許第６２１５０９３号明細書独国特許公開第１０２００４０３１８８１号公報米国特許第６５８３３７９号明細書米国特許第５８７６７６７号明細書米国特許公開第２００９／０２６６８０３号公報国際特許公開第２０１０／００７３９６号公報）

窓に平行なガス流を発生させる装置が、凝縮物運搬ガスを流れに同伴させ、凝縮物を窓に近接させ得ることは判明している。さらに、構築チャンバを通る均一なガスの流れを達成させるために、その幅に亘る等しいガスの速度をもたらすガスノズルを提供することが望まれている。

本発明の第１の態様によれば、部品を構築するべく材料が層ごとに固化される積層造形製造装置であって、窓を有する構築チャンバ、作業平面において材料を固化させるため前記窓を介して供給可能なエネルギービームを生成する放射源、作業平面を横切るガスナイフを生成するように配列された下部ガスノズル及び排気口、及び下部ガスノズルの上方に配置された上部ガスノズルを備え、上部ガスノズルは凝縮物が噴流内に取り込まれ排気口に運ばれるように、それから放出されるガスの噴流が窓の内面から離れる下方に向けられるように、方向付けられている積層造形製造装置が提供される。

このようにして、ガスナイフによって捕捉されない、凝固プロセスによって生成された凝縮物が、ガスの噴流（上部ガスノズル内の開口から押し出される加圧ガスから直接に形成されるガスの流れ）によって窓の内面に凝結することが防止される。窓に隣接する位置からのガスの噴流を窓の内側表面から離して向けることは、ガスの噴射を内側表面に平行に向けることと比較して、窓に凝結する凝縮物の量を減少させることが判明した。

上部ガス流ノズルは、構築チャンバ内において排気口に向けられたガスの噴流を生成するように配向されてもよい。例えば、ガスの噴流は、作業平面に対して鋭角に向けられてもよい。あるいは、上部又はさらなる上部のガス流ノズルが、構築チャンバ内において作業平面に垂直にガスの噴流を生成するように方向付けられてもよい。ガスの噴流を排気口に向けて下方へ、且つ窓の内面から離して向けることにより、噴流内に取り込まれた凝縮物は、窓の内面の横断を含む経路に沿ってではなく、むしろ内面から離れて抽出点まで運ばれる。

当該上部ガスノズル又は各上部ガスノズルは、ガスの噴流を発生させるための１つ以上の開口を備えていてもよい。当該開口又は各開口の法線は、排気口に向かって下方に、且つ窓の内面から離れる方向に延在していてもよい。上部ガスノズルは、当該開口又は各開口に通じる通路を備えていてもよく、開口における通路の壁の接線は、必要な方向にガスの噴流を発生させるべく、光学窓の内面に対して角度付けられている。

当該又は各上部ガスノズルは、光学窓に隣接して配置されてもよい。

ガス流ノズルは、排気口の側とは反対の窓の側に配置されてもよい。このようにして、ガスの噴流は、作業平面から窓への凝縮物の直接の経路を遮断することができる。

当該又は各上部ガス流ノズルは、窓の幅に亘って延在するシート状のガス噴流を生成するための１つ以上の開口を備えていてもよい。好ましくは、当該又は各上部ガスの流れ装置は、構築チャンバの幅に亘って延在する複数の出口開口を備えている。

当該又は各上部ガスノズルは、少なくとも１つの入口開口を内に有する第１部材と、３つ以上の下流の開口を内に有する第２部材とを備え、下流の開口は、入口開口から下流の開口の各々への最短の流れ経路が実質的に同じであるように、入口開口と流体的に連通している。

したがって、第２の態様では、部品を構築するべく材料が層ごとに固化される積層造形製造装置用の流れ装置が提供され、当該流れ装置は、少なくとも１つの入口開口を内に有する第１の部材と、３つ以上の下流の開口を内に有する第２の部材とを備え、第１及び第２の部材は、第２の部材の下流の開口が第１の部材の入口開口と入口開口から下流の開口の各々まで、実質的に同じ最短の流体経路でもって流体的に連通するように接続されている。

当該又は各上部ガスノズル／流れ装置は、第１の部材と第２の部材との間に少なくとも１つの中間部材を備え、当該少なくとも１つの中間部材は、複数の中間開口であって、２つ以上の中間開口が第１の部材の入口開口と流体的に連通し、且つ中間開口の各々が第２の部材の２つ以上の下流の開口と流体的に連通している。

上側ガスノズル／流れ装置は、複数の中間部材を備え、中間部材の各々の２つ以上の中間開口は、中間部材の同じ中間開口、又は当該中間部材の上流方向の直前の第１の部材の入口開口と流体的に連通していてもよい。

一実施形態では、上部ガス流ノズル／流れ装置の部材は、同心の円筒の長さに沿って離間された開口を有する一連の同心の円筒を備えていてもよい。各円筒の開口は、一連の隣接する円筒の開口から同心の円筒の中心軸の周りに１８０度オフセットされていてもよい。

別の実施形態では、上部ガス流ノズル／流れ装置の部材は、各対のプレートの間に挟まれた分割部材を有する複数のプレートを備え、分割部材は、対の各プレート内の開口間のガスの流れのための通路を提供している。当該又は各分割部材は、１つ以上の通路を画定するための１つ以上のスロットを内に有するプレートを備えていてもよい。当該又は各スロットは、一組の連結された長手方向アームを備え、アームは、等しい長さであり、（正多角形の半径の完全な組の場合のように）隣接するアームの各対の間で等しい角度で異なる方向に延在していてもよい。

一実施形態では、当該又は各下流の開口は、積層造形製造装置の構築チャンバの屋根又は壁に開口を備えてもよい。一実施形態では、上部ガスノズル／流れ装置の各部材は、構築チャンバの屋根又は壁を形成するべく、一緒に固定されてもよい。

別の実施形態では、当該又は各上部ガスノズル／流れ装置は、構築チャンバとは別のガス流れ装置を備え、そして構築チャンバ内に配置されてもよい。このようにして、上部ガスノズル／流れ装置は、構築チャンバ内の流れ装置の開口のクリーニング／交換及び／又は再配置のために、構築チャンバから取り外し可能であってもよい。例えば、一実施形態では、１つ以上の開口を画定する上部ガスノズル／流れ装置の外側部材が、開口の向きを変えるように回転可能であってもよく、開口によって生成されるガスの噴流の方向を変える。

流れ装置は、第１、第２及び／又は中間の部材の材料を加熱／冷却するための加熱及び／又は冷却の装置を備えていてもよい。

本発明の第３の態様によれば、部品を製造するために材料が層ごとに固化される積層造形製造装置が提供され、この積層造形製造装置は、本発明の第２の態様による流れ装置を備えている。

本発明の第４の態様によれば、部品を構築するべく材料が層ごとに固化される積層造形製造装置用の流れ装置を製造する方法が提供され、当該方法は、第１の部材に少なくとも１つの入口開口を形成し、且つ第２の部材３つ以上の下流の開口を形成し、そして第２の部材の下流の開口が第１の部材の入口開口と入口開口から下流の開口の各々まで、実質的に同じ最短の流体経路でもって流体的に連通するように接続することを含んでいる。

第１及び第２の部材は、プレート又は円筒のような薄肉部材を備え、開口は当該薄肉部材から材料を除去することによって形成されてもよい。材料はレーザ切断によって除去されてもよい。

この方法は、少なくとも１つの中間部材を形成し、且つ第１の部材、第２の部材、及び少なくとも１つの中間部材を、中間開口の２つ以上が第１の部材の入口開口と流体的に連通し、且つ中間開口の各々が第２の部材の２つ以上の下流の開口と流体的に連通するように、第１の部材と第２の部材との間に少なくとも１つの中間部材を有して共に接続することを含んでいてもよい。

この方法は、複数の中間部材を形成し、且つ第１の部材、第２の部材、及び複数の中間開口を、中間部材の各々の２つ以上の中間開口が、中間部材の同じ中間開口、又は当該中間部材の上流方向の直前の第１の部材の入口開口と流体的に連通するように、第１の部材と第２の部材との間に複数の中間部材を有して共に接続することを含んでいてもよい。

本発明の第５の態様によれば、部品を構築するべく材料が層ごとに固化される積層造形製造装置が提供され、当該積層造形製造装置は、窓を有する構築チャンバ、作業平面において材料を固化させるため窓を介して供給可能なエネルギービームを生成する放射源、作業平面を横切るガスナイフを生成するように配列された下部ガスノズル及び排気口、及び下部ガスノズルの上方に配置された上部ガスノズルを備え、上部ガスノズルは、凝縮物が噴流内に取り込まれ排気口に運ばれるように、それから放出されるガスの流れが窓の内面から離れて下方に向けられるように、方向付けられている。

このようにして、凝固プロセスによって生成されガスナイフによって捕捉されない凝縮物が、窓の内面に凝結することがガスの流れによって防止される。ガスの流れを窓に隣接する位置から窓の内面から離れる方向に向けると、ガスの流れを内面と平行に向けるのと比較して、窓に凝結する凝縮物の量を減少させることが判明した。

上部ガス流ノズルは、構築チャンバ内において、排気口に向けられたガスの流れを生成するように配向されてもよい。例えば、ガスの流れは、作業平面に対して鋭角に向けられてもよい。代わりに、当該上部の又はさらなる上部のガス流ノズルが、構築チャンバにおいて作業平面に垂直にガスの流れを生成するように配向されていてもよい。ガスの流れを排気口に向かって窓の内面から離れる方向に向けることによって、流れに取り込まれた凝縮物は、窓の内面の横断を含む経路に沿ってよりもむしろ、抽出点まで内面から離れて運ばれる。

当該又は各上部ガスノズルは、ガスの流れを生成するための１つ以上の開口を備えてもよい。当該又は角開口の法線は、排気口に向かって下方で、且つ窓の内面から離れる方向に延在してもよい。上部ガスノズルは、当該又は各開口に通じる通路を備えていてもよく、開口における通路の壁の接線は、必要な方向にガスの流れを発生させるべく、光学窓の内面に対して角度付けられている。

当該又は各上部ガスノズルは、光学窓に隣接して配置されてもよい。ガス流ノズルは、排気口の側とは反対の窓の側に配置されてもよい。このようにして、ガスの流れは、作業平面から窓までの凝縮物の直接の経路を遮断し得る。

当該又は各上部ガス流ノズルは、窓の幅に亘って延在するシート状のガスの流れを生成するための１つ以上の開口を含んでいてもよい。好ましくは、当該又は各上部ガスの流れ装置は、構築チャンバの幅に亘って延在する複数の出口開口を含んでいる。

当該又は各上部ガスノズルは、少なくとも１つの入口開口を内に有する第１部材と、３つ以上の下流の開口を内に有する第２部材とを備え、当該下流の開口は、入口開口から下流の開口の各々への最短の流体経路が実質的に同じであるように、入口開口と流体的に連通していてもよい。

図１は、本発明の第１の態様による積層造形製造装置の概略図である。図２は、図１に示される積層造形製造装置の別の側面からの概略図である。図３ａは、本発明の一実施形態による流れ装置のゴースト斜視図である。図３ｂは、開口の相対的な角度位置を示している、図３ａに示された流れ装置の概略図である。図４は、本発明の別の実施形態による流れ装置の分解図である。

図１及び図２を参照するに、本発明の一実施形態による積層造形製造装置は、構築容積を画定し且つ粉末が堆積され得る表面を画定する隔壁１１５及び１１６を有する構築チャンバ１０１を備えている。構築プラットフォーム１０２は、選択的レーザ溶融粉末１０４によって物体１０３が構築される作業領域を画定している。当該プラットフォーム１０２は、物体１０３の連続する層が形成されるにつれ、適切な機構１１７を使用して構築容積１１６内で下降され得る。利用可能な構築容積は、構築プラットフォーム１０２を下げることができる程度によって画定される。粉末１０４の層は、物体１０３が分配装置１０８及びワイパー１０９によって構築されるにつれ形成される。例えば、分配装置１０８は、特許文献６（ＷＯ２０１０／００７３９６）に記載されているような装置であってもよい。レーザモジュール１０５は、粉末１０４を溶融するためのレーザを生成し、レーザは、コンピュータ１６０の制御の下の光学モジュール１０６によって要求されるように粉末ベッド１０４上に導かれる。レーザは窓１０７を介してチャンバ１０１に入る。窓は、例えば、窓がｆ‐θレンズのようなレンズを含む場合には、平坦な内面１０７ａ又は湾曲した内面を有する窓であってもよい。

レーザ溶融プロセスの間に生成される凝縮物を制御するためのガス流システムは、複数のガス出口１１２ａを備える第１のガスノズル１１２と、ガス入口１１０ａを備えるガス排出口１１０とを備えている。ガス出口１１２ａ及びガス入口１１０ａは、構築プラットフォーム１０２上に形成された粉末床１０４の作業平面を横切る水平ガス流（ガスナイフ）を生成するように配置されている。ノズル１１２及び排気口１１０は、矢印１１８で示されるように、ノズル１１２から排気口１１０への流れ方向を有する層流を生成する。ガスは、ガス再循環ループ（図示せず）を介して、排気口１１０からノズル１１２に再循環される。ポンプが、ガス入口１１２及びガス出口１１０において、所望のガス圧力を維持する。再循環ループには、流れに陥れられた凝縮物をろ過するためのフィルタが設けられている。

ガス流システムは、構築チャンバ１０１の上部コーナーに窓１０７に隣接して配置された上部ガスノズル１１３をさらに備えている。上部ガスノズル１１３からの出口１１３ｄは、窓１０７の内面１０７ａから排出口１１０に向かい（矢印１１９で示されるように）下向きに向けられた、構築チャンバ１０１を通るガス流を生成するように、配向されている。ガス流は、粉末床１０４と窓１０７との間の空間をガス流が横切るように、作業平面１０４ａに対して角度付けられた方向に向けられている。このようにして、ガスナイフ１１８の上方に上昇する凝縮物は、流れ１１９によって捕捉され、排気口１１０に運ばれる。

排気口１１０の上方で構築チャンバ１０１の反対側の上部コーナーに、さらなる上部ガスノズル１１４が配置されている。さらなる上部ガスノズル１１４からの出口１１４ｄは、窓１０７の内面１０７ａから排出口１１０に向かって（矢印１２０によって示されるように）鉛直下方に向けてガス流を生成するように配向されている。ガス流１２０は、構築チャンバ１０１の壁に沿って排気口１１０に向けられ、ガスナイフ１１８のガスと、窓１０７の内面１０７ａに隣接する構築チャンバ１０１の上部領域に凝縮物を運ぶ流れ１１９のガスの循環を制限する。

図３ａ及び図３ｂを参照するに、上部ガスノズル１１３、１１４用に使用される流れ装置が示されている。流れ装置は、一連の、この実施形態では４つの、同心の管１２１ａ乃至１２１ｄを備えている。管１２１ｂ乃至１２１ｄは両端が閉鎖され、管１２１ａは一端が閉鎖され、他端の開口１２５がガスの流れ装置への入口を提供している。管１２１ａ乃至１２１ｄは、対応する開口１１３ａ乃至１１３ｄを備えている。図３ｂは、管１２１ａ乃至１２１ｄの開口１１３の相対的な角度方向を示している。図３ｂは、開口１１３ａ乃至１１３ｄが流れ装置に沿う同じ長手方向位置に配置されていることを示していると解釈されるべきではなく、実際には、管１２１の長さに沿う開口１１３ａ乃至１１３ｄの位置は、図３ａに示されるように、オフセットされていることが理解されよう。

管１２１ａは、管１２１ａの長さに沿って中心に位置される単一の（入口）開口１１３ａを備えている。管１２１ｂは、２つの中間開口１１３ｂを備えており、一方が管１２１ｂに沿って４分の１に位置され、他方が管１２１ｂに沿って途中の３／４に位置されている。管１２１ｃは、管１２１ｃの長さに沿って、８分の１、８分の３、８分の５、及び８分の７の位置にある４つの中間開口１１３ｃを備えている。管１２１ｄは、管１２１ｄの長さに沿って、１６分の１、１６分の３、１６分の５、１６分の７、１６分の９、１６分の１１、１６分の１３、及び１６分の１５の位置にある８つの中間開口１１３ｄを備えている。他の実施形態では、上述した開口のパターンに従って間隔を置いて配置された開口を備えた状態で、さらなる同心管が設けられ得ることが理解されよう。さらに、第１の管１２１ａは、２つの入口を提供するために両端で開口され、そして、外側の管１２１ｂ乃至１２１ｄでの開口の数が増加するのに対応して、等しく離隔された２つの開口を備えてもよい。

連続する管１２１ａ乃至１２１ｄの開口１１３ａ乃至１１３ｄは、１８０度の角度をなしてオフセットされている。しかしながら、別の実施形態では、開口１１３ａ乃至１１３ｄが全て同じ方向（角度オフセットなし）に配向されている。

開口１１３ａから開口１１３ｄまでのガスの経路長が、開口１１３ｄの各々について実質的に同じである、開口１１３ａ乃至１１３ｄのラビリンス設計は、各開口１１３ｄにおいて生成されるガス速度が実質的に等しいことを保証している。このようにして、同時に構築チャンバ１０１の幅にわたって均一なガス流１１９を保証しながら、（図２に示すように）チャンバ１０１の側部から上部ガスノズル１１３、１１４にガスを導入することができる。

流れ装置１１３、１１４、又は流れ装置１１３、１１４の最も外側の管１１３ｄは、当該流れ装置からのガス流の方向を調整するために（手動又はモータの制御下で）回転可能であってもよい。このようにして、ユーザは、所望のようにガス流の方向を調整することができる。

図４は、構築チャンバ１０１の屋根又は壁として使用することができる、本発明による別の流れ装置を示す。この実施形態では、開口を画定する部材が同心管であるのではなく、むしろ、流れ装置が、開口２１３ａ乃至２１３ｄを有する一連の平行なプレート２２１ａ乃至２２１ｄと、スロット２２４ａ乃至２２４ｃを有する一連の分割プレート２２２ａ乃至２２２ｃとを備えている。分割プレート２２２ａ乃至２２２ｃは、隣接するプレート２２１ａ乃至２２１ｄの開口２１３ａ乃至２１３ｄを結ぶ通路を形成するように、プレート２２１ａ乃至２２１ｃの間に挟まれている。スロット２２４ａ乃至２２４ｃは、上流側のプレート２２１ａ乃至２２１ｃにおける１つの開口２１３ａ乃至２１３ｃが、下流側のプレート２２１ｂ乃至２２１ｄの４つの開口１１３ｂ乃至１１３ｄに流体的に接続されるように、Ｘ字状に形成されている。この実施形態では、第１のプレート２２１ａは単一の入口開口２１３ａを、第２のプレート２２１ｂは４つの等しく離隔された中間開口２１３ｂを、第３のプレート２２１ｃは、１６個の等しく離隔された中間開口２１３ｃを、及び第４の最後のプレート２２１ｄは６４個の出口開口２１３ｄを備えている。図３ａ及び図３ｂを参照して説明した流れ装置の第１の実施形態と同様に、開口２１３ａから開口２１３ｄへのガスの経路長が、開口２１３ｄの各々について実質的に同じである開口２１３ａ乃至２１３ｄのラビリンス設計は、各開口２１３ｄで生成されるガス速度が最小の圧力降下で実質的に等しいことを保証する。このようにして、ガスは、同時に構築チャンバ１０１の２次元領域を横切る均一な流れを保証しながら、中心位置において入口開口２１３ａに導入され得る。

構築チャンバ１０１の屋根又は壁に位置され得る、光学窓１０７などの要素に対しては適切な調整を行うことができる。さらに、流れ装置のいくつかの開口１１３ｄのみについて、等しい流速を提供することが望ましい場合がある。これは、プレートにおいてのスロット及び開口の適切な設計によって達成され得る。

コンピュータ１６０は、プロセッサユニット１６１、メモリ１６２、ディスプレイ１６３、キーボード、タッチスクリーンなどのユーザ入力装置１６４、光学モジュール１０６、レーザモジュール１０５、及びモータ（図示せず）などのレーザ溶融装置のモジュールへのデータ接続を備えている。モータは、分配装置１０８、ワイパー１０９及び構築プラットフォーム１０２（及び移動可能な場合には流れ装置）の動きを駆動する。外部データ接続１６５は、コンピュータ１６０への走査命令のアップロードを提供する。レーザユニット１０５、光学ユニット１０６、構築プラットフォーム１０２の移動及び流れ装置は、走査命令に基づいてコンピュータ１６０によって制御される。

請求項に定義された本発明の範囲から逸脱することなく、上述の実施形態に対して修正及び変更走査がなされることは理解されよう。

例えば、流れ装置は、通路のラビリンス内に捕捉された凝縮物を燃焼させるべく、円筒／プレートを加熱するための加熱装置を備えてもよい。追加的又は代替的に、流れ装置は、構築中に、流れ装置内に凝縮物が堆積するのを容易にするべく、円筒／プレートを冷却する装置を備えてもよい。凝縮物は、その後、構築の間、又はワイパーによる粉末層の展開中のように、粉末がレーザビームによって固化されていないときの期間中などの適切な時点で、焼失されてもよい。

Claims

部品を構築するべく材料が層ごとに固化される積層造形製造装置用の流れ装置であって、少なくとも１つの入口開口を内に有する第１の部材と、３つ以上の下流の開口を内に有する第２の部材とを備え、前記第１及び第２の部材は、前記第２の部材の下流の開口が前記第１の部材の入口開口と前記入口開口から前記下流の開口の各々まで、実質的に同じ最短の流体経路でもって流体的に連通するように接続されていることを特徴とする流れ装置。
前記第１の部材と前記第２の部材との間に少なくとも１つの中間部材を備え、当該少なくとも１つの中間部材は、複数の中間開口であって、２つ以上の中間開口が前記第１の部材の前記入口開口と流体的に連通し、且つ中間開口の各々が第２の部材の２つ以上の下流の開口と流体的に連通していることを特徴とする請求項１に記載の流れ装置。
複数の中間部材を備え、中間部材の各々の２つ以上の中間開口は、中間部材の同じ中間開口、又は当該中間部材の上流方向の直前の第１の部材の入口開口と流体的に連通していることを特徴とする請求項２に記載の流れ装置。
同心の円筒の長さに沿って離間された開口を有する一連の同心の円筒を備えることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の流れ装置。
各円筒の開口は、一連の隣接する円筒の開口から、同心の円筒の中心軸の周りに１８０度オフセットされていることを特徴とする請求項４に記載の流れ装置。
前記部材は、各対のプレートの間に挟まれた分割部材を有する複数のプレートを備え、前記分割部材は、前記対の各プレート内の前記開口間のガスの流れのための通路を提供することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の流れ装置。
前記又は各分割部材は、１つ以上の通路を画定するための１つ以上のスロットを内に有するプレートを備えることを特徴とする請求項６に記載の流れ装置。
前記又は各スロットは、一組の連結された長手方向アームを備え、前記アームは、等しい長さであり、隣接するアームの各対の間で等しい角度で異なる方向に延在することを特徴とする請求項７に記載の流れ装置。
前記又は各下流の開口は、前記積層造形製造装置の構築チャンバの屋根又は壁に開口を備えることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載の流れ装置。
前記流れ装置は、前記第１、第２及び／又は中間部材の材料を加熱／冷却するための加熱及び／又は冷却の装置を備えることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一項に記載の流れ装置。
部品を構築すべく材料が層ごとに固化される積層造形製造装置であって、請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の流れ装置を備えることを特徴とする積層造形製造装置。
部品を構築するべく材料が層ごとに固化される積層造形製造装置用の流れ装置を製造する方法であって、当該方法は、第１の部材に少なくとも１つの入口開口を形成し、且つ第２の部材３つ以上の下流の開口を形成し、そして前記第２の部材の下流の開口が前記第１の部材の入口開口と前記入口開口から前記下流の開口の各々まで、実質的に同じ最短の流体経路でもって流体的に連通するように接続することを含むことを特徴とする方法。
前記第１及び第２の部材は薄肉部材を備え、前記開口は当該薄肉部材から材料を除去することによって形成されることを特徴とする請求項１２に記載の方法。
少なくとも１つの中間部材を形成し、且つ前記第１の部材、前記第２の部材、及び前記少なくとも１つの中間部材を、前記中間開口の２つ以上が前記第１の部材の前記入口開口と流体的に連通し、且つ中間開口の各々が前記第２の部材の２つ以上の下流の開口と流体的に連通するように、前記第１の部材と前記第２の部材との間に前記少なくとも１つの中間部材を有して共に接続することを含むことを特徴とする請求項１２又は１３に記載の方法。
複数の中間部材を形成し、且つ前記第１の部材、前記第２の部材、及び複数の中間開口を、中間部材の各々の２つ以上の中間開口が、中間部材の同じ中間開口、又は当該中間部材の上流方向の直前の第１の部材の入口開口と流体的に連通するように、前記第１の部材と前記第２の部材との間に複数の中間部材を有して共に接続することを含むことを特徴とする請求項１４に記載の方法。
部品を構築するべく材料が層ごとに固化される積層造形製造装置であって、
窓を有する構築チャンバ、
作業平面において材料を固化させるため前記窓を介して供給可能な
エネルギービームを生成する放射源、
前記作業平面を横切るガスナイフを生成するように配列された下部ガスノズル及び排気口、及び
前記下部ガスノズルの上方に配置された上部ガスノズルを備え、
前記上部ガスノズルは凝縮物が噴流内に取り込まれ前記排気口に運ばれるように、それから放出されるガスの噴流が前記窓の内面から離れる下方に向けられるように、方向付けられていることを特徴とする積層造形製造装置。
前記上部ガス流ノズルは、前記構築チャンバ内において、前記排気口に向けられたガスの流れの噴流を生成するように配向されていることを特徴とする請求項１６に記載の積層造形製造装置。
前記上部ガスノズルは、前記光学窓に隣接して配置されていることを特徴とする請求項１６又は１７に記載の積層造形製造装置。
前記ガスの流れは、前記作業平面に対して鋭角に向けられていることを特徴とする請求項１６乃至１８のいずれか一項に記載の積層造形製造装置。
前記ガス流ノズルは、前記排気口とは反対側の前記窓の側に配置されていることを特徴とする請求項１９に記載の積層造形製造装置。
前記上部ガス流ノズルは、前記窓の幅に亘って延在するガスのシート状噴流を生成するため、１つ以上の開口を備えていることを特徴とする請求項１９又は２０に記載の積層造形製造装置。
前記上部ガス流ノズルは、前記構築チャンバにおいて前記作業平面に垂直にガスの流れを生成するように配向されていることを特徴とする請求項１７又は請求項１８に記載の積層造形製造装置。
前記上部ガスノズルは、前記ガスの流れを発生させるため、１つ以上の開口を備えることを特徴とする請求項１６乃至２２のいずれか一項に記載の積層造形製造装置。
前記開口又は各開口の法線は、前記排気口に向かって下方に、且つ前記窓の内面から離れる方向に延在することを特徴とする請求項２３に記載の積層造形製造装置。
前記上部ガスノズルは、前記開口又は各開口に通じる通路を備え、前記開口における前記通路の壁の接線は、必要な方向にガスの噴流を発生させるべく、前記光学窓の前記内面に対して角度付けられていることを特徴とする請求項２３に記載の積層造形製造装置。
前記上部ガスノズルは、少なくとも１つの入口開口を内に有する第１の部材と、３つ以上の下流の開口を内に有する第２の部材とを備える流れ装置であり、前記下流の開口は、前記入口開口から前記下流の開口の各々までの最短の流体経路が実質的に同じであるように、前記入口開口と流体的に連通していることを特徴とする請求項１６乃至２５のいずれか一項に記載の積層造形製造装置。
前記流れ装置は、前記第１の部材と前記第２の部材との間に少なくとも１つの中間部材を備え、当該少なくとも１つの中間部材は、複数の中間開口であって、２つ以上の中間開口が前記第１の部材の前記入口開口と流体的に連通し、且つ中間開口の各々が第２の部材の２つ以上の下流の開口と流体的に連通していることを特徴とする請求項２６に記載の積層造形製造装置。
前記流れ装置は、複数の中間部材を備え、中間部材の各々の２つ以上の中間開口は、中間部材の同じ中間開口、又は当該中間部材の上流方向の直前の第１の部材の入口開口と流体的に連通していることを特徴とする請求項２７に記載の積層造形製造装置。
前記流れ装置の前記部材は、内に画定された開口を有する一連の同心の円筒を備えることを特徴とする請求項１６乃至２８のいずれか一項に記載の積層造形製造装置。
各円筒の開口は、一連の隣接する円筒の開口から、同心の円筒の中心軸の周りに１８０度オフセットされていることを特徴とする請求項２９に記載の積層造形製造装置。
前記流れ装置の前記部材は、各対のプレートの間に挟まれた分割部材を有する複数のプレートを備え、前記分割部材は、前記対の各プレート内の前記開口間のガスの流れのための通路を提供することを特徴とする請求項１６乃至２８のいずれか一項に記載の積層造形製造装置。
前記分割部材又は各分割部材は、１つ以上の通路を画定するための１つ以上のスロットを内に有するプレートを備えることを特徴とする請求項３１に記載の積層造形製造装置。
前記又は各スロットは、一組の連結された長手方向アームを備え、前記アームは、等しい長さであることを特徴とする請求項３２に記載の積層造形製造装置。
前記アームは、隣接するアームの各対の間で等しい角度で異なる方向に延在していることを特徴とする請求項３３に記載の積層造形製造装置。
前記流れ装置の前記開口又は各下流の開口は、前記構築チャンバの屋根又は壁に開口を備えていることを特徴とする請求項１６乃至３４のいずれか一項に記載の積層造形製造装置。
前記流れ装置の各部材が、前記構築チャンバの屋根又は壁を形成するべく一緒に固定されていることを特徴とする請求項３５に記載の積層造形製造装置。
前記上部ガスノズル／流れ装置は、前記構築チャンバとは別で、前記構築チャンバ内に配置されたガス流れ装置を備えることを特徴とする請求項１６乃至３６のいずれか一項に記載の積層造形製造装置。
前記上部ガスノズル／流れ装置又は前記１つ以上の開口を画定する前記上部ガスノズル／流れ装置の外側部材は、前記開口の向きを変更すべく回転可能であり、前記開口によって生成されたガスの流れの方向を変更することを特徴とする請求項３７に記載の積層造形製造装置。
部品を構築するべく材料が層ごとに固化される積層造形製造装置であって、窓を有する構築チャンバ、作業平面において材料を固化させるため前記窓を介して供給可能なエネルギービームを生成する放射源、前記作業平面を横切るガスナイフを生成するように配列された下部ガスノズル及び排気口、及び前記下部ガスノズルの上方に配置された上部ガスノズルを備え、前記上部ガスノズルは、それから放出されるガスの流れが前記窓の内面から離れる下方に向けられるように、方向付けられていることを特徴とする積層造形製造装置。
前記上部ガス流ノズルは、前記構築チャンバ内において、前記排気口に向けられたガスの流れを生成するように配向されていることを特徴とする請求項３９に記載の積層造形製造装置。
前記上部ガスノズルは、前記光学窓に隣接して配置されていることを特徴とする請求項３９又は４０に記載の積層造形製造装置。
前記ガスの流れは、前記作業平面に対して鋭角に向けられていることを特徴とする請求項３９乃至４１のいずれか一項に記載の積層造形製造装置。
前記ガス流ノズルは、前記排気口とは反対側の前記窓の側に配置されていることを特徴とする請求項４２に記載の積層造形製造装置。
前記上部ガス流ノズルは、前記窓の幅に亘って延在するガスのシート状噴流を生成するため、１つ以上の開口を備えていることを特徴とする請求項４２又は４３に記載の積層造形製造装置。
前記上部ガス流ノズルは、前記構築チャンバにおいて前記作業平面に垂直にガスの流れを生成するように配向されていることを特徴とする請求項３９乃至４１のいずれか一項に記載の積層造形製造装置。
前記上部ガスノズルは、前記ガスの流れを発生させるため、１つ以上の開口を備えることを特徴とする請求項３９乃至４５のいずれか一項に記載の積層造形製造装置。
前記開口又は各開口の法線は、前記排気口に向かって下方に、且つ前記窓の内面から離れる方向に延在することを特徴とする請求項４６に記載の積層造形製造装置。
前記上部ガスノズルは、前記開口又は各開口に通じる通路を備え、前記開口における前記通路の壁の接線は、必要な方向にガスの噴流を発生させるべく、前記光学窓の前記内面に対して角度付けられていることを特徴とする請求項４６に記載の積層造形製造装置。
前記上部ガスノズルは、少なくとも１つの入口開口を内に有する第１の部材と、３つ以上の下流の開口を内に有する第２の部材とを備える流れ装置であり、前記下流の開口は、前記入口開口から前記下流の開口の各々までの最短の流体経路が実質的に同じであるように、前記入口開口と流体的に連通していることを特徴とする請求項３９乃至４８のいずれか一項に記載の積層造形製造装置。
前記流れ装置は、前記第１の部材と前記第２の部材との間に少なくとも１つの中間部材を備え、当該少なくとも１つの中間部材は、複数の中間開口であって、２つ以上の中間開口が前記第１の部材の前記入口開口と流体的に連通し、且つ中間開口の各々が第２の部材の２つ以上の下流の開口と流体的に連通していることを特徴とする請求項４９に記載の積層造形製造装置。
前記流れ装置は、複数の中間部材を備え、中間部材の各々の２つ以上の中間開口は、中間部材の同じ中間開口、又は当該中間部材の上流方向の直前の第１の部材の入口開口と流体的に連通していることを特徴とする請求項５０に記載の積層造形製造装置。
前記流れ装置の前記部材は、内に画定された開口を有する一連の同心の円筒を備えることを特徴とする請求項５０又は請求項５１に記載の積層造形製造装置。
各円筒の開口は、一連の隣接する円筒の開口から、同心の円筒の中心軸の周りに１８０度オフセットされていることを特徴とする請求項５２に記載の積層造形製造装置。
前記流れ装置の前記部材は、各対のプレートの間に挟まれた分割部材を有する複数のプレートを備え、前記分割部材は、前記対の各プレート内の前記開口間のガスの流れのための通路を提供することを特徴とする５０又は請求項５１に記載の積層造形製造装置。
前記分割部材又は各分割部材は、１つ以上の通路を画定するための１つ以上のスロットを内に有するプレートを備えることを特徴とする請求項５４に記載の積層造形製造装置。
前記又は各スロットは、一組の連結された長手方向アームを備え、前記アームは、等しい長さであることを特徴とする請求項５５に記載の積層造形製造装置。
前記アームは、隣接するアームの各対の間で等しい角度で異なる方向に延在していることを特徴とする請求項５６に記載の積層造形製造装置。
前記流れ装置の前記開口又は各下流の開口は、前記構築チャンバの屋根又は壁に開口を備えていることを特徴とする請求項５４乃至５７のいずれか一項に記載の積層造形製造装置。
前記流れ装置の各部材が、前記構築チャンバの屋根又は壁を形成するべく一緒に固定されていることを特徴とする請求項５８に記載の積層造形製造装置。
前記上部ガスノズル／流れ装置は、前記構築チャンバとは別で、前記構築チャンバ内に配置されたガス流れ装置を備えることを特徴とする請求項３９乃至５８のいずれか一項に記載の積層造形製造装置。
前記上部ガスノズル／流れ装置又は前記１つ以上の開口を画定する前記上部ガスノズル／流れ装置の外側部材は、前記開口の向きを変更すべく回転可能であり、前記開口によって生成されたガスの流れの方向を変更することを特徴とする請求項６０に記載の積層造形製造装置。