JP2019509198A - 付加製造で用いる粒子層を形成するための方法及び装置 - Google Patents
付加製造で用いる粒子層を形成するための方法及び装置 Download PDFInfo
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Abstract
Description
2 粒子
3 レーザビーム
4 作業ゾーン
8 クリーニングアセンブリ
9 ミラー
10 レーザ源
11 個別の粒子層
40 三次元(3D)物体
60 作業トレイ
100 層状化装置
102 粒子2の層
104 容器
106 噴射アセンブリ
108 流れ制御アセンブリ
110 移送アセンブリ
112 キャリア液体
114 気体液体界面
116 環境気体
118 噴射ゾーン
120 粒子保存ユニット
122 層形成ゾーン
124 容器
126 移動基材
128 流れ制御装置
130 ローラ
132 エンドレスコンベアベルト
134 固定基材
136 ポンプ
138 障壁または背面コンポーネント
140 シート部分
142 縁部
144 移送ベルトコンベア
154 周囲気体制御ユニット
156 噴射器
158 噴射点
160 噴射線
162 粒子流路
164 噴霧器
166 噴射レート制御器
168 上面
170 フィルタ
172 開口部
174 コンベアベルト
176 制限領域
178 側壁
180 移動可能な障壁
Claims (74)
- 粒子層を形成するための方法であって、
キャリア液体と周囲気体との間の気体液体界面に画定された噴射ゾーン内で粒子を噴射するステップと、
前記気体液体界面に沿っての前記キャリア液体の流れを制御して、前記粒子を前記噴射ゾーンから層形成ゾーンまで粒子流路に沿って下流に運ぶステップと、
前記層形成ゾーン内で前記粒子を蓄積して前記気体液体界面上に前記粒子層を徐々に形成するステップと、
前記層形成ゾーンから前記粒子層を回収するステップと、を含む前記方法。 - 前記噴射ステップは、前記粒子を、粉末、分散体、溶液、懸濁液、異種混合物、またはそれらの混合物として噴射することを含む請求項1に記載の方法。
- さらに、前記噴射ステップの前に、懸濁液または溶媒中で前記粒子を懸濁または溶解することによって粒子懸濁液または溶液を調製するステップを含む請求項1に記載の方法。
- 前記調製ステップは、前記粒子懸濁液または溶液中の前記粒子の濃度を制御するステップを含む請求項3に記載の方法。
- 前記懸濁液または溶媒の表面張力は、前記キャリア液体の表面張力よりも低い請求項3または4に記載の方法。
- 前記噴射ステップは、前記噴射ゾーン内での前記粒子の送出レートを制御するステップを含む請求項1〜5のいずれか1項に記載の方法。
- 前記噴射ステップは、前記噴射ゾーン内の単一の噴射点において前記粒子を噴射することを含む請求項1〜6のいずれか1項に記載の方法。
- 前記噴射ステップは、前記噴射ゾーン内の複数の離間に配置された噴射点において前記粒子を噴射することを含む請求項1〜6のいずれか1項に記載の方法。
- 前記噴射ステップは、前記噴射ゾーン内の噴射線に沿って前記粒子を噴射することを含む請求項1〜6のいずれか1項に記載の方法。
- 前記噴射線は前記粒子流路に実質的に垂直である請求項9に記載の方法。
- 前記制御ステップは、前記キャリア液体の前記流れを実質的に重力流を用いずに制御することを含む請求項1〜10のいずれか1項に記載の方法。
- 前記制御ステップは、前記気体液体界面から前記気体液体界面の下方の動作深さまで達する前記キャリア液体の上部の流れを制御することを含む請求項1〜11のいずれか1項に記載の方法。
- 前記キャリア液体の前記上部の前記流れを制御することは、少なくとも1つの流れ制御装置を前記動作深さにおいて前記粒子流路に沿った動作速度で動作させるステップを含む請求項12に記載の方法。
- 前記少なくとも1つの流れ制御装置を動作させるステップは、前記キャリア液体の粘度に基づいて前記動作深さ及び前記動作速度の少なくとも一方を選択することを含む請求項13に記載の方法。
- 前記少なくとも1つの流れ制御装置を動作させるステップは、複数の流れ制御装置を動作させることを含む請求項13または14に記載の方法。
- 前記複数の流れ制御装置を動作させるステップは、前記流れ制御装置の各1つを独立に動作させることを含む請求項13〜15のいずれか1項に記載の方法。
- 前記複数の流れ制御装置を動作させるステップは、前記流れ制御装置のうちの少なくとも2つを異なる動作速度で動作させることを含む請求項15または16に記載の方法。
- 前記制御ステップは、前記気体液体界面におけるブラスト噴射の現象を抑制するステップを含む請求項1〜17のいずれか1項に記載の方法。
- 前記気体液体界面における前記ブラスト噴射の現象を抑制するステップは、前記気体液体界面に沿っての前記キャリア液体の前記流れを、前記噴射ゾーン内で噴射された前記粒子の波膨張率により調整することを含む請求項18に記載の方法。
- 前記蓄積ステップは、前記層形成ゾーン内での前記キャリア液体の前記流れを制限するステップを含む請求項1〜19のいずれか1項に記載の方法。
- 前記回収するステップは、前記粒子層を徐々にかつ前記蓄積ステップと同時に除去ステップを含む請求項1〜20のいずれか1項に記載の方法。
- 前記回収するステップは、前記粒子層またはその一部が完全に形成された時点でのみ前記層形成ゾーンから前記粒子層を除去するステップを含む請求項1〜20のいずれか1項に記載の方法。
- さらに、前記粒子層が完全に形成された時点でかつ前記除去ステップの間に、前記噴射ステップを停止するステップと前記粒子層をその上流縁部に対して下流に押すステップとを含む、請求項22に記載の方法。
- 前記回収するステップは、前記粒子層内の側圧を制御するステップを含む請求項1〜23のいずれか1項に記載の方法。
- 前記粒子層内の前記側圧を制御するステップは、前記気体液体界面に沿っての前記キャリア液体の前記流れと前記層形成ゾーンからの前記粒子層の回収レートとの間の比を調整することを含む請求項24に記載の方法。
- 前記蓄積ステップは、前記層形成ゾーン内で前記粒子が蓄積するときの前記粒子流路に沿っての前記気体液体界面のプロファイルをモニタするステップを含む請求項1〜25のいずれか1項に記載の方法。
- さらに、前記周囲気体の組成、圧力、及び供給レートのうちの少なくとも1つを制御するステップを含む請求項1〜26のいずれか1項に記載の方法。
- さらに、前記気体液体界面における前記粒子の平衡表面親和性を制御して前記粒子を前記気体液体界面に維持するステップを含む請求項1〜27のいずれか1項に記載の方法。
- 前記平衡表面親和性を制御するステップは、前記粒子及び前記キャリア液体のうちの少なくとも一方の疎水性または親水性を調整するステップを含む請求項28に記載の方法。
- 前記キャリア液体は、水、水溶液、液体金属、またはそれらの混合物を含む請求項1〜29のいずれか1項に記載の方法。
- 前記粒子は、金属、合金、半導体、セラミックス、誘電体、有機材料、ポリマー、またはそれらの混合物からなる請求項1〜30のいずれか1項に記載の方法。
- 前記粒子は直径が約1ナノメートル〜約10ナノメートルである請求項1〜31のいずれか1項に記載の方法。
- 前記粒子は直径が約10ナノメートル〜約100ナノメートルである請求項1〜31のいずれか1項に記載の方法。
- 前記粒子は直径が約0.1マイクロメートル〜約1マイクロメートルである請求項1〜31のいずれか1項に記載の方法。
- 前記粒子は直径が約1マイクロメートル〜約10マイクロメートルである請求項1〜31のいずれか1項に記載の方法。
- 前記粒子は直径が約10マイクロメートル〜約100マイクロメートルである請求項1〜31のいずれか1項に記載の方法。
- 前記粒子は直径が約0.1ミリメートル〜約1ミリメートルである請求項1〜31のいずれか1項に記載の方法。
- 前記粒子は直径が約1マイクロメートル〜約100マイクロメートルである請求項1〜31のいずれか1項に記載の方法。
- 粒子層を形成するための装置であって、
キャリア液体を受け取るための容器であって、前記キャリア液体が前記容器内に存在するときに前記キャリア液体は周囲気体との気体液体界面を画定する、前記容器と、
前記気体液体界面に画定された噴射ゾーン内で粒子を噴射するように構成された噴射アセンブリと、
前記容器内に配置された流れ制御アセンブリであって、前記キャリア液体が前記容器内に存在するときに、前記流れ制御アセンブリは少なくとも部分的に前記キャリア液体内に浸漬され、前記気体液体界面に沿っての前記キャリア液体の流れを制御するように構成され、前記キャリア液体の前記流れは、前記噴射ゾーンから層形成ゾーンまで粒子流路に沿って前記粒子を下流に運び、前記層形成ゾーンでは、前記粒子が蓄積して、前記気体液体界面上に前記粒子層を徐々に形成する、前記制御アセンブリと、
前記形成された粒子層を前記層形成ゾーンから回収するように構成された移送アセンブリと、を含む前記装置。 - 前記噴射アセンブリは、前記噴射ゾーン内での前記粒子の送出レートを制御するように構成されている請求項39に記載の装置。
- 前記噴射アセンブリは、前記粒子を前記噴射ゾーン内で、粉末、分散体、溶液、懸濁液、異種混合物、またはそれらの組み合わせとして噴射するように構成されている請求項39または40に記載の装置。
- 前記噴射アセンブリは単一の噴射器を含む請求項39〜41のいずれか1項に記載の装置。
- 前記単一の噴射器は、前記噴射ゾーン内の単一の噴射点において前記粒子を噴射するように構成されている請求項42に記載の装置。
- 前記単一の噴射器は、前記噴射ゾーン内の噴射線に沿って前記粒子を噴射するように構成されている請求項43に記載の装置。
- 前記噴射線は前記粒子流路に実質的に垂直である請求項44に記載の方法。
- 前記噴射アセンブリは複数の噴射器を含む請求項39〜41のいずれか1項に記載の装置。
- 前記複数の噴射器は、離間に配置された噴射器の直線配列を含む請求項46に記載の装置。
- 前記噴射アセンブリは噴霧器を含む請求項39〜41のいずれか1項に記載の装置。
- 前記粒子を保存して前記粒子を前記噴射アセンブリに供給するための前記噴射アセンブリに接続された粒子保存ユニットをさらに含む請求項39〜48のいずれか1項に記載の装置。
- 前記流れ制御アセンブリは、前記気体液体界面に沿っての前記キャリア液体の前記流れを実質的に重力流を用いずに制御するように構成されている請求項39〜49のいずれか1項に記載の装置。
- 前記流れ制御アセンブリは、前記気体液体界面から前記気体液体界面の下方の動作深さまで達する前記キャリア液体の上部の流れを制御するように構成されている請求項39〜50のいずれか1項に記載の装置。
- 前記流れ制御アセンブリは少なくとも1つの流れ制御装置を含み、各流れ制御装置は、前記動作深さに配置されて前記気体液体界面に平行な動作速度で動作する請求項51に記載の装置。
- 前記少なくとも1つの流れ制御装置の各1つの前記動作深さは、1センチメートルよりも短い請求項52に記載の装置。
- 前記少なくとも1つの流れ制御装置は少なくとも1つのベルトコンベアを含む請求項52または53に記載の装置。
- 前記少なくとも1つの流れ制御装置は単一の流れ制御装置からなる請求項52〜54のいずれか1項に記載の装置。
- 前記少なくとも1つの流れ制御装置は複数の流れ制御装置からなる請求項52〜54のいずれか1項に記載の装置。
- 前記複数の流れ制御装置は前記粒子流路に平行な並列関係で延びる請求項56に記載の装置。
- 前記流れ制御装置の前記動作速度はすべて等しいわけではない請求項56または57に記載の装置。
- 前記流れ制御装置の各1つは前記流れ制御装置の前記残りの部分から独立に動作する請求項56〜58のいずれか1項に記載の装置。
- 前記流れ制御アセンブリは、前記キャリア液体内に浸漬された固定基材と、前記噴射ゾーンの上流で少なくとも部分的に前記キャリア液体内に浸漬されたポンプとを含む請求項51に記載の装置。
- 前記移送アセンブリは障壁を含み、前記障壁に対して前記粒子が粒子を蓄積して前記粒子層を前記気体液体界面上に徐々に形成する請求項39〜60のいずれか1項に記載の装置。
- 前記移送アセンブリは、周囲面を有する回転シリンダを含み、前記回転シリンダは前記層形成ゾーンの下流端に配置されて、前記粒子層を前記層形成ゾーンから外にその前記周囲面に沿って搬送するように構成されている請求項39〜61のいずれか1項に記載の装置。
- 前記移送アセンブリは、コンベアベルトを含むベルトコンベアを含み、前記ベルトコンベアは、前記層形成ゾーンの下流端に配置されて、前記粒子層を前記層形成ゾーンから外に前記コンベアベルトに沿って搬送するように構成されている請求項39〜61のいずれか1項に記載の装置。
- 前記移送アセンブリは、前記粒子層を徐々にかつ前記層形成ゾーン内での前記粒子の前記蓄積及び前記気体液体界面上での前記粒子層の前記徐々の形成と同時に回収するように構成されている請求項39〜63のいずれか1項に記載の装置。
- 前記移送アセンブリは、前記粒子層またはその一部が完全に形成された時点でのみ前記層形成ゾーンから前記粒子層を回収するように構成されている請求項39〜63のいずれか1項に記載の装置。
- さらに、前記周囲気体の組成、圧力、及び供給レートのうちの少なくとも1つを制御するように構成された周囲気体制御ユニットを含む請求項39〜65のいずれか1項に記載の装置。
- さらに、前記噴射ゾーンの上流に少なくとも部分的に配置された障壁であって、前記粒子の前記流れを前記粒子流路に沿って下流へ促進するように構成された前記障壁を含む請求項39〜66のいずれか1項に記載の装置。
- 前記障壁は下流の方を向く凹部である請求項67に記載の装置。
- 前記障壁は移動可能であり、前記粒子流路に沿って下流に動いて、前記粒子層を前記移送アセンブリの方に前記移送アセンブリ上へと押して前記粒子層を回収するように構成されている請求項67または68に記載の装置。
- 三次元(3D)物体を製造するための付加製造方法であって、
請求項1〜38のいずれか1項に記載の方法を用いて粒子層を形成するステップと、
前記層形成ゾーンから回収された前記粒子層を作業ゾーンに移送するステップと、
前記移送された層の所定の部分を選択的に互いに接合して、前記作業ゾーン内で、前記3D物体を積み重ねで形成する複数の別個の断面領域のうちの1つを形成するステップと、
前記形成、移送、及び接合ステップを複数回繰り返して、前記複数の別個の断面領域を順に積み重ねて、前記3D物体を層ごとに築き上げるステップと、を含む前記付加製造方法。 - 前記請求項39〜69のいずれか1項に記載の装置を含む付加製造システム。
- 付加製造によって三次元(3D)物体を製造するための、請求項1〜38のいずれか1項に記載の方法によって形成された粒子層の使用。
- 付加製造によって三次元(3D)物体を製造するための、請求項39〜69のいずれか1項に記載の装置によって形成された粒子層の使用。
- 付加製造システムにおける前記請求項39〜69のいずれか1項に記載の装置の使用。
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