JP2019077164A - ３次元の物体を付加製造する装置 - Google Patents

Abstract

【課題】プロセス要件を達成及び維持するためのより速く且つ／又はコスト集約性の低い方法を可能にする装置を提供する。【解決手段】造形材料の層を連続して層ごとに選択的に照射及び固化することによって３次元の物体を付加製造する装置が提供され、造形材料は、装置のプロセスチャンバ（５）内でエネルギービームによって固化することができ、この装置は、製造プロセス中に装置のプロセスチャンバ（５）から生成される粒子及び／又は残留物を加えることが可能なプロセスガスを局部的に吸引するように適合された吸引デバイス（２）を備え、この吸引デバイス（２）は、内部吸引体積（８）を画定する基体（７）と吸引手段（９）とを備え、吸引手段（９）は、吸引手段（９）の回転軸（１０）、特に中心軸の周りに回転可能に支持されており、回転軸（１０）の周りを回転することによって内部吸引体積（８）内にプロセスガスの吸引流（４）を生成するように適合される。【選択図】図１

Description

本発明は、造形材料の層を連続して層ごとに選択的に照射及び固化することによって３次元の物体を付加製造（積層造形）する装置に関し、造形材料は、装置のプロセスチャンバ内でエネルギービームによって固化することができ、この装置は、製造プロセス中に装置のプロセスチャンバから生成される粒子及び／又は残留物を加えることが可能なプロセスガスを局部的に（局所的に）吸引するように適合された吸引デバイスを備える。

付加製造装置は、従来技術からよく知られており、造形平面内に配置された造形材料の層を選択的に照射してこの造形材料を選択的に固化するために使用されるエネルギービームを生成するように適合された照射デバイスを備える。造形材料の照射のため、煙霧、煙、若しくは燻りなどの粒子及び／若しくは残留物、又はたとえば製造プロセス中に撹拌され若しくは部分的に蒸発される造形材料の粒子が生成される。これらの残留物は、それぞれの粒子及び／又は残留物を加えることが可能なプロセスガスの流れ、特にプロセスガスの吸引流を介して、プロセスチャンバの外へ案内することができる。残留物をプロセスチャンバから一掃するために、比較的大きいプロセスガスの流れが必要とされ、このプロセスガスは、プロセスチャンバ全体を通って流れ、たとえば造形平面全体の上で残留物が加えられる。本出願の範囲内で、「造形平面」という用語は、エネルギービームで直接照射することができる造形材料の平面を指す。

さらに、知られている装置は、典型的には、プロセスチャンバの不活性化のための不活性化デバイスを備え、プロセスチャンバ内の周囲ガス、たとえば空気を置き換えるプロセスガスが、プロセスチャンバ内へ流される。周囲の空気、特に製造プロセスを損なう周囲の空気中に含有される酸素を置き換えるために、プロセスガスとして、たとえばアルゴンなどの不活性ガスを使用することができる。規定されたプロセス品質要件を達成又は維持するために、典型的には、規定された程度の不活性化が必要である。たとえば、周囲の空気をプロセスガスで約９９％のレベルまで置き換えることが必要とされる可能性がある。したがって、プロセスチャンバ内の周囲の空気を置き換える際、周囲の空気を徐々に置き換えるには、プロセスチャンバの体積よりはるかに大きい体積のプロセスガスをプロセスチャンバ内へ流す必要があるため、プロセスチャンバの不活性化は、時間及び費用について集約的である。

本発明の目的は、プロセス要件を達成及び維持するためのより速く且つ／又はコスト集約性の低い方法を可能にする装置を提供することである。

この目的は、本発明において、請求項１に記載の装置によって実現される。本発明の有利な実施形態は、従属請求項に準拠する。

本明細書に記載の装置は、エネルギービームによって固化することができる粉末状の造形材料（「造形材料」）の層を連続して層ごとに選択的に照射及び固化することによって３次元の物体、たとえば技術的構成要素を付加製造する装置である。それぞれの造形材料は、金属、セラミック、又はポリマーの粉末とすることができる。それぞれのエネルギービームは、レーザビーム又は電子ビームとすることができる。それぞれの装置は、たとえば、選択的レーザ焼結装置、選択的レーザ溶融装置、又は選択的電子ビーム溶融装置とすることができる。

この装置は、その動作中に使用される複数の機能ユニットを備える。例示的な機能ユニットには、プロセスチャンバや、プロセスチャンバ内に配置された造形材料層を少なくとも１つのエネルギービームで選択的に照射するように適合された照射デバイス等が挙げられる。エネルギービームを生成するために、造形平面上へ案内することができるエネルギービームを生成し、特に集束させるように適合された任意のビーム源を使用することができる。ビーム源の例示的な実施形態は、レーザダイオードなどのレーザビーム源及び電子ビーム源とすることができる。

本発明は、プロセスチャンバからのプロセスガスを局部的に吸引するように適合された吸引デバイスを提供するという概念に基づいており、プロセスガスは、残留物を加えることができ、それによって吸引デバイスによって生成されるプロセスガスの吸引流を介して残留物をプロセスチャンバの外へ輸送することができる。プロセスガスの吸引流を局部的に生成し、したがってプロセスチャンバからのプロセスガスを局部的に吸引することによって、プロセスチャンバ全体又は造形平面全体それぞれにプロセスガスの流れを生成することが不要になり、プロセスガスの吸引流が生成されるプロセスチャンバの領域又は体積を、プロセスガスの吸引流が有効であるプロセスチャンバの領域又は体積内にそれぞれ局部的に制限することが可能になる。残留物を外へ案内するために必要である体積を低減させることによって、プロセスガスの吸引流を生成するための労力、たとえば時間並びに費用を低減させることができる。したがって、事前規定された不活性化レベルを局部的に充たすだけでよくなり、プロセスチャンバの残り部分は、同じレベルまで不活性化する必要はなく、局部的に満たされる事前規定された不活性化要件に比べて、より低いレベルのままにすることができる。

生成されたプロセスガスの吸引流は、たとえば、所与の流れ特性で、たとえば所与の流れプロファイル、流速などで、プロセスチャンバを通って局部的に流れるガス状の流体流である。このガス状の流体流は、プロセスチャンバを通って流れる間に、残留物、たとえば装置の動作中に生成される（固化されていない）粒状の造形材料、特に煙又は煙残留物を充填することが可能である。ガス状の流体流は、典型的には不活性であり、すなわち典型的には不活性ガス、たとえばアルゴン、窒素、二酸化炭素などの流れである。

本発明はさらに、吸引デバイスが、（内部吸引体積を画定する）基体と吸引手段とを備えており、この吸引手段は、吸引手段の回転軸、特に中心軸の周りに回転可能に支持されており、吸引手段は、回転軸の周りを回転することによって内部吸引体積内にプロセスガスの吸引流を生成するように適合されることを提案する。したがって、回転軸の周りを回転することによって、吸引手段は、内部吸引体積に隣接した体積内に、すなわち吸引デバイスに隣接した体積内に拡がる内部吸引体積内のプロセスガスに対して、局部的な吸引作用を生成するように適合され、それぞれの体積内のプロセスガスは、吸引手段によって吸引され、したがってプロセスチャンバの外へ案内することができる。したがって、吸引デバイスは、内部吸引体積の周りの体積に、たとえば内部吸引体積の下の体積に局部的な吸引作用を生成してプロセスチャンバからガスを抜き取ることが可能である。

基体が内部吸引体積を画定するという吸引デバイスの構造により、エネルギービームが造形材料、特に吸引デバイスの下の造形材料を直接照射することが可能になり、エネルギービームは、内部吸引体積を通過したり、又は内部吸引体積を通って誘導され、それによって吸引デバイスの基体を通過することができる。たとえば、吸引デバイスの基体は、環状及び／又はリングの形状を構成し、エネルギービームは、基体によって囲まれた内部吸引体積を通過したり、又は内部吸引体積を通って誘導される。したがって、より詳細には後述するように、エネルギービームの動きに応じて吸引デバイスを動かすこと、特に吸引デバイスをエネルギービームとともに動かすことが可能であり、またエネルギービームが一定の位置で保持される場合、吸引デバイスもまた一定の位置で保持することができ、造形平面は、吸引デバイス及びエネルギービームに対して動かされる。

回転軸の周りを回転することによって、吸引手段は、プロセスガスの吸引流を生成したり、且つ／又は別個の流れ生成ユニットによって生成されたプロセスガスの吸引流の作用を増大させる。したがって、吸引手段は、吸引手段にわたって流れる別個に生成されたプロセスガスの吸引流によって間接的に駆動させることが可能である。別法又は追加として、吸引手段は、たとえば（電気）モータなどの駆動部によって、直接駆動させ、それによってプロセスガスの吸引流自体を生成することもできる。いずれの場合も、吸引手段は、プロセスガスを特に基体内へ案内し、それによってプロセスチャンバからの残留物で充填されたプロセスガスの除去を可能にする。

吸引デバイスの基体は、好ましくは、吸引手段を部分的に収容し、たとえば基体は、基体に吸引手段が回転可能に支持される形状を構成する。たとえば、基体は、内部吸引体積の方に向いている（対向する）環状のスリット、又はＣ字状の横断面を含むことができ、Ｃ字の開口は、基体又は内部吸引体積それぞれの中心の方に向けられている。したがって、生成されたプロセスガスの吸引流は、内部吸引体積から、基体の開口内へ（径方向に）流れることができ、吸引手段は、回転可能に支持され、生成されたプロセスガスの吸引流が吸引手段を通って又は吸引手段にわたって流れることを可能にし、それによってプロセスガスの吸引流を基体内へ、特に基体を備えた吸引チャネル内へ案内する。吸引手段の回転軸、特に中心軸は、たとえば、内部吸引体積及び／又は吸引手段の配置の点で対称な対称軸とすることができる。たとえば、吸引デバイスの基体は、本質的に、リング形状を構成することができ、中心軸は、リング形状の中心を通って延びる。

この装置の第１の実施形態によれば、吸引デバイスは、制限領域、特にエネルギービームを介して造形材料が直接照射される固化区間（ｚｏｎｅ）からプロセスガスを吸引するように適合することができる。この実施形態により、制限領域内でプロセスガスの吸引流を生成することが可能になる。特に、制限領域は、エネルギービームを使用して造形材料を直接照射する固化区間とすることができる。固化区間はまた、「溶融プール」と呼ぶことができ、すなわちエネルギービームが造形材料を直接照射し、たとえば造形材料を少なくとも部分的に溶融することによって造形材料を固化する造形平面内の区間である。吸引デバイスによってプロセスガスが吸引される体積を制限又は低減することによって、プロセスチャンバ内全体にプロセスガスの吸引流を生成するために使用される吸引デバイスに比べて、吸引デバイスによって生成する必要のあるプロセスガスの流れを低減させることができる。したがって、より小さい規模の流れ生成ユニットなどのそれぞれのユニットを選択することができる。さらに、この装置は、プロセスチャンバの残り部分でプロセスガスの吸引流を生成する必要を省くことができることから、固化区間又は固化区間を本質的に含む制限領域内だけでプロセスガスの吸引流を生成することを可能にすることができる。

制限区間から残留物が適切に除去されることを保証するために、制限区間が内部吸引体積に隣接して、特に内部吸引体積の下に位置するように、吸引デバイスを位置決めすることができる。したがって、生成されたプロセスガスの吸引流は、制限区間内で有効になり、それによって、制限区間内で生成され、すなわち制限区間内に位置する残留物で充填されたプロセスガスを、プロセスガスの吸引流によって除去することができる。したがって、吸引デバイスを、造形平面の制限領域、特に固化区間の上に密接して位置決めすることができる。

吸引手段は、吸引デバイスによって生成されるプロセスガスの流れを吸引チャネル内へ案内するように適合され、基体を備え、特に基体を通って延びる吸引チャネルが、吸引デバイスの少なくとも１つのプロセスガス排気口に連結されるように、この装置をさらに改善することができる。したがって、吸引デバイスによって生成されるプロセスガスの吸引流は、吸引手段を介して案内され、したがって吸引チャネルに入り、プロセスガス排気口の方へ案内される。プロセスガス排気口はたとえば、プロセスガスをプロセスチャンバの外へ案内する。吸引チャネルは、基体に備えられて、たとえば基体に取り付けられ、好ましくは基体を通って延び、吸引デバイスの基体は、吸引チャネル及び／又はプロセスガス排気口を備える。プロセスガス排気口は、プロセスガスの吸引流をプロセスチャンバの外へ、たとえばフィルタユニットなどの後処理ユニット内へ案内する構造、たとえば別のチャネルに連結するために使用される。

さらに、プロセスガス排気口は、プロセスガスの吸引流を生成するように適合された流れ生成ユニットに連結し、したがってプロセスガス排気口及び吸引チャネルを通ってプロセスガスを吸引することが可能である。また、生成されたプロセスガスの吸引流を使用して、吸引手段を駆動することができ、それによってプロセスガスを、制限領域から内部吸引体積を通って吸引チャネル内へ吸引し、プロセスガス排気口を通ってプロセスチャンバの外へ、たとえば後処理ユニット内へ流すことが可能になる。

この装置の別の実施形態は、吸引手段が、回転軸の周りに回転可能に支持された複数の羽根を備え、これらの羽根が、プロセスガスを制限領域から内部吸引体積を介して吸引チャネル内へ、特にプロセスガス排気口の方へ運搬するように適合されることを提案する。これらの羽根は、概して、任意の形状を構成することができ、たとえばプロセスガスの吸引流の流れ特性に対して実現される作用に関して選択することができる。たとえば、各羽根は、規定された迎角（ピッチ）で配置することができ、たとえば回転軸を含む平面に対して規定された角度で配置することができ、追加又は別法として、各羽根は、回転軸を含む平面に本質的に直交する平面に対して規定された角度で配置することも可能である。追加として、各羽根は、湾曲した少なくとも１つの羽根領域、すなわち凹状に形成された１つの羽根領域、及び／又は凸状に形成された１つの羽根領域を含むことができる。追加又は別法として、少なくとも１つの羽根の少なくとも１つの領域は、翼状の形状を構成することができる。

この装置は、吸引チャネルの直径が一定であるか、又は吸引デバイスの円周に沿って変動し、特に吸引チャネルが、リング又は渦巻状の形状を構成することができるように、さらに改善することができる。特に、吸引デバイスの円周に沿って変動する吸引チャネルの直径を、特に渦巻状の形状を提供することによって、吸引チャネル内で増大する量のプロセスガスがプロセスガス排気口へ適切に運搬されることが保証される。吸引チャネル内のプロセスガスの量は、吸引デバイスの円周の周りでプロセスガスが内部吸引体積から吸引チャネル内へ吸引手段を通過して流れるために増大する。したがって、吸引チャネル内へ径方向に流れるプロセスガスがひき続き吸引チャネル内で案内されるとき、プロセスガス排気口に向かうプロセスガスの量は、吸引チャネル内で増大する。したがって、吸引チャネル内で案内され、徐々に、たとえば一定に増大する量のプロセスガスを適切に受け取るように、吸引チャネルの直径は、プロセスガス排気口に向かって増大することができる。

吸引手段を介して、特に少なくとも１つの羽根を介して流れるプロセスガスの吸引流によって、吸引手段は、間接的に駆動することができるか、且つ／又は駆動ユニット、特にモータによって直接駆動することができる。第１の代替形態によれば、吸引デバイスは、吸引デバイスを通って流れるプロセスガスの吸引流を生成する十分な流れ生成ユニットを備えることができ、又はそれに連結することができる。プロセスガスの吸引流は、内部吸引体積を通り吸引手段を介して吸引デバイスの吸引チャネル内へ流れることによって吸引手段を駆動し、それによって吸引手段を回転軸の周りで回転させる。上述した実施形態の第２の代替形態によれば、吸引デバイスに別個（別体）の駆動ユニットを割り当てることができるか、又は吸引デバイスは、それぞれの駆動ユニットを備えることができる。駆動ユニットは、吸引手段を直接（又は伝動装置を介して）駆動し、それによって吸引手段を回転させる。吸引手段の回転駆動を使用して、内部吸引体積内及び／又は内部吸引体積に隣接する体積内に配されたプロセスガスに対する吸引作用を吸引手段に生成させることによって、プロセスガスの吸引流を生成することができる。当然ながら、たとえばプロセスガス排気口の下流に流れ生成ユニットを配置し、駆動ユニットで吸引手段を直接駆動させることによって、両方の代替形態を組み合わせることも可能である。

この装置は、吸引デバイスに連結された不活性化デバイスを提供することによってさらに改善することができる。不活性化デバイスは、プロセスガスの不活性化流の少なくとも一部をプロセスチャンバの制限領域へ案内するように適合された少なくとも１つのプロセスガス出口、特に少なくとも１つのノズル及び／又は少なくとも１つのスリットを備える。したがって、プロセスガス（典型的には、新しいプロセスガス）の不活性化流をプロセスチャンバの制限領域、特に造形平面の固化区間へ案内するように適合された不活性化デバイスが提供される。この実施形態により、プロセスチャンバの局部的な不活性化が可能になり、局部的な不活性化により、たとえばプロセス品質、特に固化区間における周囲の空気の置き換えに関するプロセス要件が、プロセスガスの不活性化流を介して制限区間上へ局部的に流れるプロセスガスによって満たされることが保証されるため、プロセスチャンバの残り部分をプロセスガスで溢れさせる必要はなくなる。したがって、局部的な不活性化により、プロセス要件を、特にすなわち酸素などの制限区間内に残っている不純物の量に関する事前規定された不活性化レベルを局部的に充たすだけでよくなり、プロセスチャンバの残り部分は、より低い不活性化レベル（より多くの不純物が許容される）への不活性化で十分であるため、プロセスガスの節約が可能になる。

したがって、不活性化デバイスは、少なくとも１つのプロセスガス出口、言い換えればプロセスガスの不活性化流が流れることができる開口を備える。少なくとも１つのプロセスガス出口は、たとえば、ノズル及び／又はスリットなどとして形成することができる。少なくとも１つのプロセスガス出口の配置は、それぞれの制限領域上へプロセスガスの流れを誘導すること、特に造形平面又は回転軸に対して角度を付けて誘導することを可能にすることができ、この角度は、たとえば３０°〜７０°で任意に選択することができ、好ましくは４５°とすることができる。さらに、少なくとも１つのプロセスガス出口の開口径は、少なくとも１つのプロセスガス出口を通るプロセスガスの必要とされる流れに関連して選択することができる。当然ながら、プロセスガス出口の量及び不活性化デバイス上のプロセスガス出口の分布は、任意に選択することができ、特に対称とすることができる。さらに、少なくとも１つのプロセスガス出口を通るプロセスガスの流れは、たとえば少なくとも１つのプロセスガス出口の開口（流れ面積）のサイズを変動させることによって、又はプロセスガスの不活性化流の圧力、特に少なくとも１つのプロセスガス出口を流れるときの圧力を変動させることによって、変動させることができる。

有利には、この装置は、少なくとも１つのプロセスガス出口の上流に配置された蓄圧器を備え、蓄圧器は、プロセスガスの不活性化流を圧力下で（圧力を加えて）貯蔵するように適合される。蓄圧器は、たとえば、プロセスガスの不活性化流を生成するように適合された流れ生成ユニットの下流に配置することができ、プロセスガスの不活性化流は、蓄圧器内へ案内されて、圧力下で貯蔵される。また、詳細には後述するように、吸引手段を使用して、プロセスガスの不活性化流を生成することも可能である。「上流」及び「下流」という用語は、それぞれの構造に対するプロセスガスの流れが流れる方向を指し、たとえば第１の構成要素内のプロセスガスの流れは、第１の構成要素の上流に配置された第２の構成要素をすでに通過したものである。典型的には、プロセスガスの不活性化流を蓄圧器内へ案内する構造、たとえばプロセスガスを案内するチャネルの直径は、少なくとも１つのプロセスガス出口の開口の直径より大きくされて、プロセスガスの不活性化流の流れる面積が低減され、それにより蓄圧器内の圧力が増大する。したがって、少なくとも１つのプロセスガス出口から外へ流れるプロセスガスの不活性化流は、流れ直径が低減され、したがって制限領域の方へより速く且つより照準を定めて流れる。

好ましくは、不活性化デバイスは、蓄圧器に連結又は連通され、特に蓄圧器に配置された複数のプロセスガス出口を備え、蓄圧器内に圧力下で貯蔵されているプロセスガスの不活性化流は、プロセスガス出口を通って制限領域へ案内される。蓄圧器上のプロセスガス出口の配置は、任意とすることができ、特に対称とすることができる。個々のプロセスガス出口を通って流れるプロセスガスの個々の不活性化部分流は合流して、制限領域内、特に固化区間内のプロセスガスの不活性化流へ進む。さらに、複数のプロセスガス出口は、吸引デバイスが不活性化デバイスの下に配置されている状態で、その結果得られるプロセスガスの流れを回転軸の方へ、特に不活性化デバイス下の、特に内部吸引体積下の回転軸上の一点へ誘導することができるように配置することができる。

この装置の別の実施形態によれば、内部吸引体積は、対称の形状、特に回転対称の形状、好ましくはリング形状を構成することができる。したがって、リング形状の中心軸は、吸引手段の回転軸を画定することができる。内部吸引体積の対称の形状により、プロセスガスの吸引流を吸引デバイスの位置及び／又は動き方向とは本質的に無関係に、一定に生成できることが保証される。非対称の内部吸引体積、したがって非対称のプロセスガスの吸引流は、特に制限区間内で、不均等に又は横方向に変動するプロセス特性をもたらすはずである。したがって、プロセスガスの吸引流に対する能動的な制御又は調整がそれぞれ必要になるはずである。したがって、内部吸引体積の対称の形状により、本質的に対称なプロセスガスの吸引流の生成が可能になる。したがって、吸引デバイスが異なる方向に動いても、プロセスガスの吸引流に対して同じ作用が得られる。したがって、蓄圧器もまた、対称の形状を構成することができる。

さらに、吸引デバイス及び造形平面は、互いに対して可動とすることができる。第１の代替形態では、吸引デバイスは、造形平面上のエネルギービーム（のスポット）の現在の位置に対応して、造形平面に対して可動とすることができ、エネルギービームは、吸引デバイスの基体によって囲まれた内部吸引体積を貫通して照射する。したがって、吸引デバイスは、エネルギービームとともに位置決めすることができ、したがって制限区間、たとえばエネルギービームが造形材料を現在直接照射する固化区間内にプロセスガスの吸引流を生成するように、造形平面に対して動かされる。言い換えれば、吸引デバイスは、エネルギービームが造形平面上で案内されるエネルギービーム経路をたどり、それによって造形材料の照射と同時にプロセスガスの吸引流を生成することが可能になり、したがって製造プロセス中に生成される残留物を生成されると同時に運搬することが可能になる。したがって、局部的に制限された不活性化を提供することによって、固化区間内で規定されたプロセス要件が適切に満たされることを保証することができ、プロセスチャンバの残り部分は、同じ高い不活性化レベルにする必要はない。プロセスチャンバの残り部分内の周囲の空気を、規定された程度、たとえば５％の周囲の空気又は不純物が残る程度まで変位させれば十分であり、局部的には、たとえば９９％以上の不活性化を実現することができる。

別の代替形態によれば、吸引デバイスは、特にエネルギービームを生成するように適合された照射デバイスとともに、定位置に固定することができる。言い換えれば、吸引デバイスは、エネルギービームに対して定位置に固定することができる。この代替形態によれば、造形平面は、エネルギービーム及び吸引デバイスに対して動かすことができ、吸引デバイスは、制限領域、特に固化区間内にプロセスガスの吸引流を生成するように適合される。したがって、エネルギービーム及び吸引デバイスの相対位置は固定され、造形平面は、エネルギービームと吸引デバイスの両方に対して動かすことができる。当然ながら、造形平面及び吸引デバイス及びエネルギービーム間の動きの組合せが可能である。

好ましくは、不活性化デバイス及び吸引デバイスは、複合モジュールを形成する。特に、不活性化デバイスは、吸引デバイスの上に配置することができ、蓄圧器は、吸引デバイスの基体に連結され、特に不活性化デバイス及び吸引デバイスは、一体的に構築することができる。当然ながら、吸引デバイスを不活性化デバイスの上に配置することもできる。この実施形態によって、不活性化デバイスは、複合モジュールを作業ヘッドに連結するための少なくとも１つの締結手段を備えることができる。複合モジュールは、不活性化デバイスの少なくとも１つのプロセスガス出口から制限領域内へ流れ、それによって吸引デバイスの基体によって囲まれた内部吸引体積を通って流れるプロセスガスの不活性化流を生成するように適合される。さらに、複合モジュールは、制限領域からのガスを吸引するプロセスガスの吸引流を生成するように適合され、プロセスガスの吸引流は、制限領域から内部吸引体積を通って流れ、吸引手段によって吸引チャネル内へ案内され、吸引チャネルからプロセスガス排気口を通って除去される。

この装置は、吸引デバイス及び／又は不活性化デバイス及び照射デバイスの少なくとも一部が、装置の作業ヘッドに取り付けられ、吸引デバイス及び／又は不活性化デバイスが、吸引デバイス及び／又は不活性化デバイスを作業ヘッド上に取り付けるための少なくとも１つの締結手段を備えるように、さらに改善することができる。したがって、吸引デバイス及び不活性化デバイスによって形成される複合モジュールを作業ヘッドに取り付けることができる。本出願の範囲内で、作業ヘッドとは、この装置に割り当てられる構造であり、製造プロセスに必要とされる少なくとも１つ、典型的には複数の構成要素をともに取り付けて、たとえばともに動かし又は位置決めすることができる。たとえば、作業ヘッドは、不活性化デバイス及び吸引デバイス及び不活性化デバイスに対する締結手段を備えることができる。したがって、製造プロセス中に作業ヘッドを位置決めすることによって、作業ヘッドに取り付けられたデバイスも同様に位置決めすることができ、デバイスは、固定された相対位置を維持する。さらに、２つ以上の吸引デバイス及び２つ以上の不活性化デバイスを設けることもできる。したがって、プロセスチャンバ内で独立して動かすことができる複数の作業ヘッドを使用することができる。

この装置は、プロセスガスの不活性化流及びプロセスガスの吸引流が、閉ガスループ内を流れ、プロセスガスの不活性化流が、少なくとも１つのプロセスガス出口を通ってプロセスチャンバの制限領域に入るように、さらに改善することができる。プロセスガスは、内部吸引体積を通って流れるプロセスガスの吸引流によって制限領域から吸引され、吸引手段を介して吸引チャネル内へ案内される。プロセスガスの吸引流は、吸引チャネル内でプロセスガス排気口の方へ案内される。「吸引流」及び「不活性化」流に関連する圧力は、プロセスチャンバ内に存在するプロセスパラメータ、特にプロセスチャンバ内の周囲圧力に関連して規定することができる。

本出願の範囲内で、不活性化デバイスを介してプロセスチャンバ内へ流れるプロセスガスは、典型的に新しいプロセスガスを含有し、局部的にプロセスチャンバ内へ流れてプロセスチャンバ内の少なくとも１つのそれぞれの領域の不活性化を実現するプロセスガスの不活性化流と見なすことができる。さらに、プロセスガスの吸引流は、プロセスチャンバから局部的に吸引され、典型的に残留物が加えられたプロセスガスを含有するプロセスガスの流れを指す。装置の特有の構造に応じて、プロセスガスの流れ全体が閉ガスループ内を流れることができ、プロセスガスは、それぞれの領域の局部的な不活性化を実現するプロセスガスの不活性化流として、プロセスチャンバ内へ流れる。同時に、プロセスガスは、内部吸引体積を通って流れるプロセスガスの吸引流を生成し、このプロセスガスの吸引流が吸引手段によって吸引チャネルに入ってプロセスガス排気口の方へ案内されることによって、プロセスチャンバ、特にプロセスチャンバの制限領域から除去される。

プロセスガス排気口は、たとえば、プロセスガスの吸引流から残留物を濾過（分離）し、それによってプロセスガスの吸引流を清浄にするように適合された流れ生成ユニット及び／又はフィルタユニットに連結することができる。清浄なプロセスガスは、次にリサイクルし、プロセスガスの不活性化流として制限領域内へ供給することができる。したがって、プロセスガス排気口は、（たとえば、フィルタユニット及び／又は流れ生成ユニットを介在させて）不活性化デバイスの蓄圧器のプロセスガス吸気口に連結することができる。

したがって、閉プロセスガスループが形成される。プロセスガスループ内を流れるプロセスガスを提供するために、プロセスガスの不活性化流及び／又はプロセスガスの吸引流を生成する別個の流れ生成ユニットを有することが可能である。すでに上述したように、吸引手段は、駆動ユニットによって駆動され、したがってプロセスガスを流すことが可能であり、プロセスチャンバから除去されたプロセスガスは、プロセスガスの吸引流として流れ、（十分な清浄化、たとえば濾過後）プロセスガスの不活性化流としてプロセスチャンバ内へ再び供給することができ、蓄圧器及び少なくとも１つのプロセスガス出口を通って流れる。当然ながら、少なくとも１つの流れ生成ユニットと、吸引手段（駆動ユニット又は流れによって駆動される）を介したプロセスガスの吸引流の生成との組合せも実行可能である。

さらに、本発明は、３次元の物体を付加製造する装置、特に上述した装置向けの吸引デバイスに関するものであり、この吸引デバイスは、製造プロセス中に装置のプロセスチャンバから生成される粒子及び／又は残留物を加えることが可能なプロセスガスを局部的に吸引するように適合され、吸引デバイスは、内部吸引体積を画定する基体と吸引手段とを備え、吸引手段は、吸引手段の回転軸、特に中心軸の周りに回転可能に支持されており、吸引手段は、回転軸の周りを回転することによって内部吸引体積内にプロセスガスの吸引流を生成するように適合される。

さらに、本発明は、３次元の物体を付加製造する装置、特に上述した装置向けの不活性化デバイスに関連し、不活性化デバイスは、プロセスガスの不活性化流の少なくとも一部をプロセスチャンバの制限領域へ案内するように適合された少なくとも１つのプロセスガス出口、特に少なくとも１つのノズル及び／又は少なくとも１つのスリットを備える。

この装置に関して記載するすべての特徴、詳細、及び利点は、吸引デバイス及び不活性化デバイスに移行可能であることが自明である。

本発明の例示的な実施形態について、図を参照して説明する。これらの図は概略図である。

本発明の装置のモジュールの斜視図である。 図１のモジュールの上面図である。 図１、２のモジュールの横断面図ＩＩＩ−ＩＩＩである。 図１〜３のモジュールの横断面図ＩＶ−ＩＶである。

図１は、３次元の物体を付加製造（積層造形）する装置（図示せず）の複合モジュール１を示す。複合モジュール１は、吸引デバイス２及び不活性化デバイス３を備え、吸引デバイス２及び不活性化デバイス３は、複合モジュール１を形成し、すなわち一体的に構築されている。

吸引デバイス２は、プロセスガスの吸引流４を生成するように適合され、プロセスガスは、装置のプロセスチャンバ５の制限領域から、たとえば装置の照射デバイス（図示せず）によって生成されるエネルギービームが造形平面６の固化区間（固化ゾーン）内に配置された造形材料を直接照射する固化区間から、吸引される。プロセスガスは、煙及び造形材料粒子などの製造プロセス中に生成される粒子及び／又は残留物を加えることが可能である。

吸引デバイス２（図１、２参照）は、たとえば回転対称の内部吸引体積８を画定する基体７を備える。さらに、吸引手段９が、たとえば吸引手段９の中心軸（対称軸）である回転軸１０の周りに回転可能に支持される。基体７は、Ｃ字状の横断面を含み（図３、４参照）、Ｃ字状の横断面の開口は、環状スリットとして配置され、内部吸引体積８の方に向いている（対向している）。吸引手段９は、基体７のＣ字形状内に配置され、特にピボット軸受を介して支持される。

吸引手段９は、回転軸１０の周りを回転することによって内部吸引体積８内にプロセスガスの吸引流４を生成するように適合される。したがって、吸引手段９が回転軸１０の周りを回転することによって生成される吸引作用により、プロセスチャンバ５からプロセスガスを吸引することができ、造形平面６から、特にエネルギービームが造形材料を直接照射する固化区間からの残留物が加えられたプロセスガスを運搬することが可能になる。エネルギービーム（図示せず）は、内部吸引体積８を通過し、たとえば回転軸１０に沿って造形平面６内の造形材料を照射することができる。

吸引手段９は、回転軸１０の周りに対称に配置された複数の羽根１１を備える。羽根１１は、湾曲しており、特に翼状であり、回転軸１０を含む平面に対して角度を付けて配置され、回転軸１０の周りで吸引手段９が回転する結果、プロセスガスの吸引流４が吸引チャネル１２内へ案内される。吸引チャネル１２は、基体７を備え、特に吸引チャネル１２は、基体７を通って延びる。吸引デバイス２、特に基体７の円周に沿って、吸引チャネル１２の直径１３は徐々に、たとえば一定に増大する。したがって、吸引チャネル１２は、プロセスガスが吸引手段９の内周に沿って吸引チャネル１２内へ一定に供給されるため、吸引チャネル１２内で案内されるプロセスガスの量が増大することを考慮に入れて、渦巻状の形状を構成する。吸引チャネル１２は、プロセスガス排気口２０の方へ延び、プロセスガス排気口２０は、プロセスガスの吸引流４を介して輸送されるプロセスガスを外部へ案内し、プロセスガスの吸引流４をプロセスチャンバから外へ、たとえば装置のフィルタユニット（図示せず）又は（外部）環境へ案内するために使用される。

したがって、エネルギービームが造形材料を直接照射する固化区間からプロセスガスを輸送することができ、プロセスガスは、吸引流４により内部吸引体積８を通って運搬され、吸引手段９を介して吸引チャネル１２に入り、プロセスガス排気口２０の方へ案内される。

さらに、不活性化流１４が生成され、プロセスガス吸気口１５を介して、たとえば吸引デバイス２の上に配置された不活性化デバイス３の蓄圧器１６内へ供給される。不活性化デバイス３は、プロセスガスの不活性化流１４を吸引デバイス２の下の制限領域内で回転軸１０の方へ案内するために、回転軸１０に向かって規定された角度、たとえば４５°で配置された複数、たとえば８つのプロセスガス出口１７をさらに備える（図３参照）。プロセスガス出口１７は、たとえば、ノズルとして構築され、プロセスガス出口１７の直径は、プロセスガス吸気口１５の直径よりはるかに小さく、その結果、流れる面積が低減され、蓄圧器１６内に貯蔵されるプロセスガスの不活性化流１４の圧力が増大する。したがって、個々のプロセスガス出口１７から流れる不活性化部分流１８の直径はより小さくなり、プロセスガスは、制限領域、特に造形平面６内の固化区間、の方へより速く且つより照準を定めて流れる。

この例示的な実施形態による制限領域は、内部吸引体積８の下に位置し、複合モジュールは、造形平面６の上に密接して位置決めされ、それによって製造プロセス中に、特に固化区間内で生成される残留物が、プロセスガスの吸引流４を介してプロセスチャンバ５から除去されることが保証される。さらに、プロセスガスの不活性化流１４により、制限領域の不活性化が保証される。制限領域の位置は、造形平面６上のエネルギービームの現在の位置とともに変動するため、複合モジュール１は、可動に配置される。したがって、複合モジュール１は、エネルギービームの現在の位置に応じて、造形平面の上のそれぞれの位置へ動かすことができる。特に、複合モジュール１は、エネルギービームが造形平面６内で案内されるビーム経路をたどることができる。

言い換えれば、造形平面６及び複合モジュール１は、たとえば複合モジュール１を造形平面６に対して若しくはその逆に動かすことによって、又は両方の動きの組合せによって、互いに対して可動である。したがって、複合モジュール１は、煙及び燻りなどの造形材料を照射することによって生成される残留物をプロセスガスの吸引流４によって運び去ることができ、プロセスガスが内部吸引体積８を介して吸引され、吸引手段９を介して吸引チャネル１２に入り、プロセスガス排気口２０の方へ案内されることを保証するように、特にエネルギービームの現在の位置に対応して複合モジュール１を動かすことができる。

複数のプロセスガス出口１７を介して制限領域へ、特に造形平面６の固化区間の方へ案内されるプロセスガスの不活性化流１４もまた、それによって複合モジュール１とともに動かされ、固化区間の不活性化を保証することができる。当然ながら、複合モジュール１をたとえば装置の照射ユニットとともに定位置に固定し、造形平面６を照射デバイス（特にエネルギービームのそれぞれの位置、）及び複合モジュール１に対して可動にすることも可能である。

不活性化デバイス３は、複合モジュール１を付加製造装置の構造に、たとえば照射デバイス（図示せず）及び複合モジュール１を保持し運搬する作業ヘッドに、締結するための締結要素１９をさらに備える。

また、不活性化流１４及び吸引流が閉プロセスガスループを形成することも可能であり、プロセスチャンバからプロセスガスの吸引流４を介して吸引されるプロセスガスは、プロセスガス排気口２０の外へ輸送され、たとえばプロセスガスの吸引流４から残留物を除去することができるフィルタユニット内へ供給される。濾過されたプロセスガスは、次に、プロセスガスの不活性化流１４を介してプロセスチャンバ内へ戻し、プロセスガス吸気口１５内へ供給し、それによって蓄圧器１６内へ流すことができ、蓄圧器１６からのプロセスガスの不活性化流１４は、部分流１８に分割され、プロセスガス出口１７を通って制限領域の方へ案内されることができる。

１ 複合モジュール
２ 吸引デバイス
３ 不活性化デバイス
４ プロセスガスの吸引流
５ プロセスチャンバ
６ 造形平面
７ 基体
８ 内部吸引体積
９ 吸引手段
１０ 回転軸
１１ 羽根
１２ 吸引チャネル
１３ 吸引チャネル１２の直径
１４ プロセスガスの不活性化流
１５ プロセスガス吸気口
１６ 蓄圧器
１７ プロセスガス出口
１８ 不活性化部分流
１９ 締結要素
２０ プロセスガス排気口

Claims (15)

1. 造形材料の層を連続して層ごとに選択的に照射及び固化することによって３次元の物体を付加製造する装置であって、前記造形材料は、前記装置のプロセスチャンバ（５）内でエネルギービームによって固化することができ、前記装置は、製造プロセス中に前記装置の前記プロセスチャンバ（５）から生成される粒子及び／又は残留物を加えることが可能なプロセスガスを局部的に吸引するように適合された吸引デバイス（２）を備える装置において、前記吸引デバイス（２）は、内部吸引体積（８）を画定する基体（７）と吸引手段（９）とを備え、前記吸引手段（９）は、前記吸引手段（９）の回転軸（１０）、特に中心軸の周りに回転可能に支持されており、前記回転軸（１０）の周りを回転することによって前記内部吸引体積（８）内にプロセスガスの吸引流（４）を生成するように適合されることを特徴とする装置。
2. 前記吸引デバイス（２）は、制限領域、特に前記エネルギービームを介して造形材料が直接照射される造形平面（６）の固化区間からプロセスガスを吸引するように適合されることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
3. 前記吸引手段（９）は、前記吸引デバイス（２）によって生成される前記プロセスガスの吸引流（４）を、前記基体（７）を備えた吸引チャネル（１２）内へ、特に前記基体（７）を通って延びる吸引チャネル（１２）内へ案内するように適合され、前記吸引チャネル（１２）は、少なくとも１つのプロセスガス排気口（２０）に連結されることを特徴とする、請求項１又は２に記載の装置。
4. 前記吸引手段（９）は、前記回転軸（１０）の周りに回転可能に支持された複数の羽根（１１）を備え、前記羽根（１１）は、プロセスガスを前記制限領域から前記内部吸引体積（８）を介して前記吸引チャネル（１２）内へ、特に前記プロセスガス排気口（２０）の方へ運搬するように適合されることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一つに記載の装置。
5. 前記吸引チャネル（１２）の直径（１３）は一定であるか、又は前記吸引デバイス（２）の円周に沿って変動し、特に前記吸引チャネル（１２）は、渦巻状の形状を構成することを特徴とする、請求項３又は４に記載の装置。
6. 前記吸引手段（９）は、前記吸引デバイス（２）によって生成される前記プロセスガスの吸引流（４）によって駆動され、且つ／又は前記吸引手段（９）は、駆動ユニット、特にモータによって駆動されることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一つに記載の装置。
7. 前記吸引デバイス（２）に連結された不活性化デバイス（３）を有し、前記不活性化デバイス（３）は、プロセスガスの不活性化流（１４）の少なくとも一部を前記プロセスチャンバ（５）の制限領域へ案内するように適合された少なくとも１つのプロセスガス出口（１７）、特に少なくとも１つのノズル及び／又は少なくとも１つのスリットを備えることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一つに記載の装置。
8. 前記少なくとも１つのプロセスガス出口（１７）の上流に配置された蓄圧器（１６）を有し、前記蓄圧器（１６）は、前記プロセスガスの不活性化流（１４）を圧力下で貯蔵するように適合されることを特徴とする、請求項７に記載の装置。
9. 前記不活性化デバイス（３）は、前記蓄圧器（１６）に連結され、特に前記蓄圧器（１６）上に配置された複数のプロセスガス出口（１７）を備え、前記蓄圧器（１６）内に圧力下で貯蔵されている前記プロセスガスの不活性化流（１４）は、前記プロセスガス出口（１７）を通って前記制限領域へ案内されることを特徴とする、請求項８に記載の装置。
10. 前記内部吸引体積（８）は、対称の形状、特に回転対称の形状、好ましくはリング形状に構成されることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一つに記載の装置。
11. 前記吸引デバイス（２）及び造形平面（６）は、互いに対して可動であることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか一つに記載の装置。
12. 前記吸引デバイス（２）及び／又は前記不活性化デバイス（３）及び照射デバイスの少なくとも一部は、前記装置の作業ヘッド上に取り付けられ、前記吸引デバイス（２）及び／又は前記不活性化デバイス（３）は、前記吸引デバイス（２）及び／又は前記不活性化デバイス（３）を前記作業ヘッド上に取り付けるための少なくとも１つの締結手段（１９）を備えることを特徴とする、請求項１〜１１のいずれか一つに記載の装置。
13. 前記不活性化デバイス（３）及び前記吸引デバイス（２）は、複合モジュール（１）を形成することを特徴とする、請求項１〜１２のいずれか一つに記載の装置。
14. 前記プロセスガスの不活性化流（１４）及び前記プロセスガスの吸引流（４）は、閉ガスループ内を流れ、前記プロセスガスの不活性化流（１４）は、前記少なくとも１つのプロセスガス出口（１７）を通って前記プロセスチャンバ（５）の前記制限領域に入り、前記プロセスガスの吸引流（４）は、前記制限領域から前記吸引手段（９）を介して吸引され、前記吸引チャネル（１２）を通って前記プロセスガス排気口（２０）へ流れることを特徴とする、請求項１〜１３のいずれか一つに記載の装置。
15. ３次元の物体を付加製造する装置、特に請求項１〜１４のいずれか一つに記載の装置向けの吸引デバイス（２）であって、製造プロセス中に前記装置のプロセスチャンバ（５）から生成される粒子及び／又は残留物を加えることが可能なプロセスガスを局部的に吸引するように適合される吸引デバイスにおいて、前記吸引デバイス（２）は、内部吸引体積（８）を画定する基体（７）と吸引手段（９）とを備え、この吸引手段（９）は、前記吸引手段（９）の回転軸（１０）、特に中心軸の周りに回転可能に支持されており、前記回転軸（１０）の周りを回転することによって前記内部吸引体積（８）内にプロセスガスの吸引流（４）を生成するように適合されることを特徴とする吸引デバイス。

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