JP2019034552A - 付加製造技術により少なくとも1つのセラミックス及び/又は金属材料からなる少なくとも1つの部品を製造する方法及びその装置 - Google Patents
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- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P10/00—Technologies related to metal processing
- Y02P10/25—Process efficiency
Abstract
Description
コンピュータ援用設計によって、製造される部品のコンピュータモデルを構築するステップ。このモデルのサイズは、部品の製造中のセラミックス材料の収縮を予測するように、製造される部品のサイズよりも大きい。
付加製造技術を用いて部品を製造するステップであって、以下のステップを含む。
少なくとも1つのセラミックス材料と、少なくとも1つの分散剤と、少なくとも1つの光硬化性モノマー及び/又はオリゴマーと、少なくとも1つの光開始剤と、少なくとも1つの可塑剤とを概して含む光硬化性組成物の第1の層を、硬質サポート(支持体)上に、又は製造される部品上に形成するステップ。
層モデルから定義されたパターンに従って、照射により光硬化性組成物の第1の層を硬化させて第1のステージを形成するステップ。
第1のステージの上に光硬化性組成物の第2の層を形成するステップ。
光硬化性組成物の第2の層を、層のために規定されたパターンに従って照射することによって硬化させて、第2のステージを形成し、この照射は広げられた光硬化性組成物の自由表面をレーザ走査することによって、又は発光ダイオード投影システムによって実行されるステップ。
必要に応じて、グリーン体部品を得るために、上記のステップを繰り返すステップ。
(1)コンピュータ支援設計によって、製造される少なくとも1つの部品のコンピュータモデルを構築するステップと、
(2)セラミックス又は金属の光硬化性組成物(CPCb又はMPCb)を基礎にして、製造されるべき少なくとも1つの部品を作動トレイ上に形成するステップであって、光硬化性組成物が、
少なくとも1つの粉末セラミックス材料又は少なくとも1つの粉末金属材料からなる鉱物部分と、
脱脂中の加熱により破壊することができ、少なくとも1つの光硬化性モノマー及び/又はオリゴマーと少なくとも1つの光開始剤とを含む有機部分とを含むステップとを含む方法において、
流動することができ、一度流動すると硬化させることができる基礎のCPCb又はMPCbとは異なる少なくとも1つの材料が調製され、この材料は脱脂プロセス中の加熱により破壊することができる犠牲有機材料(SOM)であるか、又は追加のセラミックス又は金属組成物のCPCa又はMPCaであり、
作業トレイ上に少なくとも1つの部品を構築するために、連続するCPCb又はMPCb層が形成され、該CPCb又はMPCb層は、CPCb又はMPCb層のモデルから予め定義されたパターンに従って照射することによって硬化するたびに形成され、部品の中空部分を形成するため及び/又は別のセラミックス又は金属材料からなる少なくとも1つの部分を挿入するために、
少なくとも1つの硬化したCPCb又はMPCb層内に少なくとも1つの凹部をその上面から加工により形成するステップと、
少なくとも1つの凹部を充填するためにSOM又はCPCa又はMPCaを少なくとも1つの凹部内に堆積させるステップと、
近傍のCPCb又はMPCb層と同じ高さの硬い水平面を得るために、少なくとも1つの凹部内に配置されたSOM又はCPCa又はMPCaを硬化させるステップとを実行し、
1つ以上の凹部が形成されるたびに、凹部はコンピュータモデルから予め定義された少なくとも1つのパターンに従って画定され、深さは、製造される少なくとも1つの部品の連続性を確実にするように選択され、
1つ以上の凹部は、別のCPCa又はMPCaを中に挿入するために、CPCa又はMPCaからなる層の一部にも形成することができ、
一旦硬化した層が積み重ねられると、少なくとも1つの未硬化部分を除去するために洗浄が施され、次いで脱脂及び焼結が施されることが可能な1つ以上のグリーン体部品が得られることを特徴とする方法に関する。
少なくとも1つの光硬化性モノマー及び/又はオリゴマーと、少なくとも1つの光開始剤とを含む光硬化性材料、又は
凹部内に流動可能であり(特に圧力下で流動可能であり)、室温に戻ったときに硬化するために熱溶融性であるプラスチック材料が使用可能である。
作業面を含む作業トレイを取り囲むフレームと、
作業トレイ上に基礎のセラミックス又は金属光硬化性組成物(CPCb又はMPCb)を供給して層状に広げるための手段と、
光硬化されたCPCb又はMPCb層の上部から光硬化されたCPCb又はMPCb層内に少なくとも1つの凹部を形成することができる切削加工手段と、
切削加工の結果として生じる屑を吹き飛ばすための手段及び吸引するための手段と、
凹部が設けられた層を仕上げるために、流動することができる犠牲有機材料(SOM)又はセラミックス又は金属光硬化性組成物(CPCa又はMPCa)によって、光硬化CPCb又はMPCbの各層内に形成された少なくとも1つの凹部を充填するための手段と、
作業面の上方に配置され、一旦広げられたCPCb又はMPCbの各層を硬化させるために、CPCb又はMPCbの各層に照射することができ、硬化したCPCb又はMPCbの層内に作製された凹部内に一旦配置されたCPCa又はMPCaを硬化させるために、SOM(光硬化性の場合)、CPCa、又はMPCaに照射することができる照射手段とを備える。
CPCb又はMPCbの上を通過するときにCPCb又はMPCbを均一な層に広げる少なくとも1つの掻き取りブレードの前方で、移動可能な少なくとも1つの吐出ノズルによってCPCb又はMPCbが供給される。
照射される層を各ステップで上に形成するために、内部において作業トレイを段階的に下降させることができる、懸濁液で充填されるタンクと、
懸濁液が照射される表面全体に確実に分配されるためのリコータと
を含むことができる。
ロボットアームを使用することによって、又は、
作業トレイの水平軸xに沿ってそれを動かすことを可能にするスライドと、作業トレイの水平軸yに沿ってそれを動かすことを可能にするスライドとの両方を有するガントリー上に、又は、
掻き取りブレードの水平前進軸xに沿ったその移動を可能にするために、少なくとも1つの掻き取りブレードを有し、水平軸yに沿ってそれを動かすことを可能にするスライドも含むガントリー上に、移動可能に取り付け可能である。
セラミックスペーストの層は、軸xに沿って移動する掻き取り装置2を用いて作業トレイ3上に堆積される。
このようにして堆積された層は、レーザビームを当てることによって正方形の部分内で重合される。
硬化されたばかりの層は、中に3つの凹部E1、E2、E3を形成するためにレーザ加工され、ガントリー8は軸yに沿って移動し、ホルダー11は軸xに沿って移動し、このレーザ加工の動作は、レーザ照射と同時に塵を吹き飛ばし吸引しながら実行される。
第1のノズル9を用いて、凹部E1、E2、E3に第2の光硬化性組成物を堆積させた。それは、レーザビームを当てることによって重合される。
凹部E2内に堆積されたばかりの層は、凹部E4をその中に形成するためにレーザ加工され、ガントリー8は軸yに沿って移動し、ホルダー11は軸xに沿って移動し、この装置の動作は、レーザ照射と同時に塵を吹き飛ばし吸引しながら実行される。
第2のノズル10を用いて、凹部E4内に第3の光硬化性組成物を堆積させた。これは、レーザビームを当てることによって重合される。
Claims (15)
- セラミックス材料及び金属材料のうちから選択された少なくとも1つの材料からなる少なくとも1つの部品を付加製造技術によって製造する方法であって、前記少なくとも1つの部品を、グリーン状態で形成し、次いで洗浄、脱脂、及び焼結を施し、前記方法は、
(1)コンピュータ支援設計によって、製造される少なくとも1つの部品のコンピュータモデルを構築するステップと、
(2)セラミックス又は金属の光硬化性組成物(CPCb又はMPCb)を基にして、製造されるべき前記少なくとも1つの部品を作業トレイ上に形成するステップであって、前記光硬化性組成物が、
少なくとも1つの粉末セラミックス材料又は少なくとも1つの粉末金属材料からなる鉱物部分と、
脱脂中の加熱により破壊することができ、少なくとも1つの光硬化性モノマー及び/又はオリゴマーと少なくとも1つの光開始剤とを含む有機部分と
を含む、形成するステップとを含む方法において、
流動することができ、一度流動すると硬化させることができる前記基礎のCPCb又はMPCbとは異なる少なくとも1つの材料が調製され、前記材料は脱脂プロセス中の加熱により破壊することができる犠牲有機材料(SOM)であるか、又は追加のセラミックス又は金属組成物のCPCa又はMPCaであり、
前記作業トレイ上に前記少なくとも1つの部品を構築するために、連続するCPCb又はMPCb層が形成され、該CPCb又はMPCb層は、前記CPCb又はMPCb層のモデルから予め定義されたパターンに従って照射することによって硬化するたびに形成され、前記部品の中空部分を形成するため及び/又は別のセラミックス又は金属材料からなる少なくとも1つの部分を挿入するために、
少なくとも1つの硬化したCPCb又はMPCb層内に少なくとも1つの凹部をその上面から加工により形成するステップと、
前記少なくとも1つの凹部を充填するためにSOM又はCPCa又はMPCaを前記少なくとも1つの凹部内に堆積させるステップと、
近傍のCPCb又はMPCb層と同じ高さの硬い水平面を得るために、前記少なくとも1つの凹部内に配置されたSOM又はCPCa又はMPCaを硬化させるステップとを実行し、
1つ以上の凹部が形成されるたびに、凹部はコンピュータモデルから予め定義された少なくとも1つのパターンに従って画定され、深さは、製造される少なくとも1つの前記部品の連続性を確実にするように選択され、
1つ以上の凹部は、別のCPCa又はMPCaを中に挿入するために、CPCa又はMPCaからなる層の一部にも形成することができ、
一旦硬化した層が積み重ねられると、少なくとも1つの未硬化部分を除去するために洗浄が施されることができ、次いで脱脂及び焼結が施されることができる1つ以上のグリーン体部品が得られることを特徴とする方法。 - 掻き取りにより層状に広げられたペースト粘稠度を有するCPCb又はMPCb、又は
懸濁液の槽内にトレイを浸漬することによって塗布され、これによって毎回硬化されるCPCb層又はMPCb層を形成し、このようにして形成された層を掻き取ることにより使用される懸濁CPCb又はMPCb
を使用することを特徴とする請求項1に記載の方法。 - SOMとして、
少なくとも1つの光硬化性モノマー及び/又はオリゴマーと、少なくとも1つの光開始剤とを含む光硬化性材料、又は
凹部内に流動可能であり、特に圧力下で流動可能であり、室温に戻ったときに硬化するために熱溶融性であるプラスチック材料
を使用することを特徴とする請求項1又は2に記載の方法。 - 前記少なくとも1つの凹部を形成するために、切削加工を実行することを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の方法。
- 少なくとも1つの凹部を形成するために、特に、レーザ出力を1〜3ワットに設定し、レーザ変位速度を1〜100ミリメートル/秒に設定する条件下で、レーザ加工を実行することを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の方法。
- 各加工ステップにおいて、前記加工を実行するのと同時に屑が吹き飛ばされ吸引されることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の方法。
- 前記SOM又はCPCa又はMPCaを前記少なくとも1つの凹部内に吐出ノズルによって塗布することを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の方法。
- 前記硬化は、レーザ出力を70〜700ミリワットに設定し、レーザ変位速度を1000〜6000ミリメートル/秒に設定した条件下で、各SOM又はCPCa又はMPCa層のレーザ照射、及び前記凹部内に配置された光硬化性SOM層のレーザ照射によって行うことを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の方法。
- 付加製造技術を用いた請求項1〜8のいずれか1項に記載の方法により、セラミックス材料及び金属材料のうちから選択される少なくとも1つの材料からなる少なくとも1つの部品を製造するための装置において、
作業面を含む作業トレイ(3)を取り囲むフレーム(4)と、
作業トレイ上に基礎のセラミックス又は金属光硬化性組成物(CPCb又はMPCb)を供給して層状に広げるための手段と、
光硬化されたCPCb又はMPCb層の上部から前記光硬化されたCPCb又はMPCb層内に少なくとも1つの凹部を形成することができる切削加工手段と、
前記切削加工の結果として生じる屑を吹き飛ばすための手段(13)及び吸引するための手段(14)と、
凹部が設けられた層を仕上げるために、流動することができる犠牲有機材料(SOM)又はセラミックス又は金属光硬化性組成物(CPCa又はMPCa)によって、光硬化CPCb又はMPCbの各層内に形成された前記少なくとも1つの凹部を充填するための手段と、
前記作業面の上方に配置され、一旦広げられたCPCb又はMPCbの各層を硬化させるために、前記CPCb又はMPCbの各層に照射することができ、硬化したCPCb又はMPCbの層内に作製された前記凹部内に一旦配置されたCPCa又はMPCaを硬化させるために、光硬化性の場合に前記SOM、前記CPCa、又は前記MPCaに照射することができる照射手段と
を備えることを特徴とする装置。 - 前記装置は、ペーストの形態でCPCb又はMPCbを層状に塗布することができるようになっており、前記装置は、
少なくとも1つの掻き取りブレード(6)を備え、前記少なくとも1つの掻き取りブレード(6)の自由縁部が前記作業面上にCPCb又はMPCbペーストの層を広げることができるように、前記作業面の上方で前記フレーム(4)上を移動可能であるガントリー(5)を含むか、又は
前記CPCb又はMPCbの上を通過するときに前記CPCb又はMPCbを均一な層に広げる少なくとも1つの掻き取りブレードの前方で、移動可能な少なくとも1つの吐出ノズルによって前記CPCb又はMPCbが供給されるようになっていることを特徴とする請求項9に記載の装置。 - 前記装置は、懸濁液の形態でCPCb又はMPCbを層状に塗布することができるようになっており、前記装置は、
前記懸濁液で充填されるタンクであって、照射される層を各ステップで上に形成するために、内部において前記作業トレイを段階的に下降させることができる、前記タンクと、
前記懸濁液が照射される表面全体に確実に分配されるためのリコータと
を備えることを特徴とする請求項9に記載の装置。 - 少なくとも1つのSOM又はCPCa又はMPCaを前記作業面上に供給するための前記手段は、対応する組成物を内部に塗布するために、対応する凹部の上方で移動可能な少なくとも1つの吐出ノズル(9、10)によって構成されていることを特徴とする請求項9〜11のいずれか1項に記載の装置。
- 前記ノズル(9、10)又は前記ノズル(9、10)のうちの少なくとも1つは、タンク、特にピストン供給タンクに接続されたホースによってSOM又はCPCb又はMPCb又はCPCa又はMPCaが供給されるようになっていることを特徴とする請求項10又は12に記載の装置。
- 前記ノズル(9、10)又は前記ノズル(9、10)の少なくとも1つには、その上部を形成するカートリッジによってSOM又はCPCb又はMPCb又はCPCa又はMPCaが供給され、前記カートリッジは、SOM又はCPCb又はMPCb又はCPCa又はMPCaのストックを含み、前記装置に取り付けられるか、又は取り付けられない供給タンクから詰め替え可能であるか、又は空になったときにフルカートリッジと交換可能であり、ロボットアームによって交換が保証できるようになっていることを特徴とする請求項10又は12に記載の装置。
- 前記ノズル(9、10)又は前記ノズル(9、10)のうちの少なくとも1つは、
ロボットアームを使用することによって、又は、
前記作業トレイの水平軸xに沿って動かすことを可能にするスライドと、前記作業トレイの水平軸yに沿って動かすことを可能にするスライドとの両方を有するガントリー上に、又は、
掻き取りブレードの水平前進軸xに沿った移動を可能にするために、少なくとも1つの掻き取りブレードを有し、水平軸yに沿って動かすことを可能にするスライドも含むガントリー上に、
移動可能に取り付けられていることを特徴とする請求項10又は12に記載の装置。
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