JP2021011110A - 光造形法を用いてセラミック部品を製造する機械のための、ペーストの層を塗布するデバイス - Google Patents

Abstract

【課題】光造形法を用いてセラミック部品を製造する機械のために、層状にペーストを塗布するデバイスを提供すること。【解決手段】該デバイスは、平行移動する刃保持部２と、刃保持部上に配置され、刃保持部の平行移動中にペーストを層状に広げるために、その前にもたらされたペーストを掻き取る１枚の刃３又は少なくとも２枚の並列の刃と、該刃の前に配置されたペースト散布構成要素とを備える。ペースト散布構成要素は、ペーストを押し出すシールドからなり、シールドは、垂直部分４ａを備える細長い要素４で形成され、垂直部分は、ペーストの掻取りを可能にするために、シールドの下側の境界領域３ａを空けたままにしておく一方で、該刃にしっかりと固定され、細長い要素はさらに、突出箇所４ｂを形成するために、刃保持部の前進方向に上部で折り曲げられ、突出箇所の下面は、垂直部分４ａの自由面と共に、ペーストが入る収容エリア４ｃを構成する。【選択図】図２

Description

本発明は、光造形法を用いたセラミック部品の製造に関する。こうしたセラミック部品は、完成したセラミック部品を得るために、洗浄、脱バインダ、及び焼結工程にかけられるべき粗製部品である。

光造形法は一般に、かかる粗製部品を得るために以下のステップを含む。
− コンピュータ支援設計により、製造されるべき部品のコンピュータ・モデルを構築するステップであって、このモデルの寸法は、部品の製造中のセラミック材料の収縮が予測されるため、製造されるべき部品の寸法よりも大きい、ステップ
− 剛性支持体上又は製造中の部品上に、一般に、少なくとも１種のセラミック材料、少なくとも１種の分散剤、少なくとも１種の光硬化性モノマー及び／又はオリゴマー、少なくとも１種の光開始剤、並びに少なくとも１種の可塑剤を含む、光硬化性組成物の第１層を形成するステップ
− 光硬化性組成物の第１層を、該層のモデルから定められたパターンにしたがって照射することによって硬化させ、第１段を形成するステップ
− 第１段の上に、光硬化性組成物の第２層を形成するステップ
− 光硬化性組成物の第２層を、該層用に定められたパターンにしたがって照射することによって硬化させ、第２段を形成するステップ
この照射は、広げられる光硬化性組成物の自由表面のレーザ走査によって、又はダイオード投影システムによって実行される。
− 必要に応じて、グリーン体の部品（ｇｒｅｅｎ ｐｉｅｃｅ）が得られるまで上記のステップを繰り返すステップ

ペーストを使用して製造する場合、剛性支持体は、製造中の部品の様々な層ばかりでなくペーストを支持する作業トレイであり、それぞれの層は、作業トレイを下げて、所定の厚さでペーストを広げることによって形成される。ペーストの予備はタンクに保管され、タンクは、ピストンを使用して層ごとに、ペーストの所定の量に基づいて自動的に空にされる。これにより、作業トレイによって事前に下げられているであろう、製造中の部品の最上層に広げられるべきペースト・ビーズが生成される。

各層は、たとえば直線状に水平方向に前進させることで作業トレイの作業面を掃き取る、掻取り刃により掻き取ることによって広げられる。

こうした条件下で、厚さに関して不規則且つ不均一な層が形成され、厚さは数十ミクロンから数ミリメートルの範囲である。その結果、部品は正しい外観を示さず、内部に好ましからざる内部応力が発生する可能性があり、そのため、製造された部品を廃棄しなければならない。

さらに、層により構築する段階で、著しい掻取り力が生成される可能性があり、その結果、構築中に部品が壊れる。

米国特許第６，７６４，６３６号は、ペーストが刃に沿って上方へ移動するのを防ぐために、ペーストに動きを与えるか、又はペーストの粘度を下げることができるローラ・ベースの掻取りデバイスを開示し、ローラは、ペーストを下方へ移動させることができ、且つブレードを、ペーストを側面に均一に供給するように利用可能にする。しかしこのデバイスは、粘性の高い組成物には適しておらず、使用後にデバイスを洗浄することが困難であるため、使用するのに非常に不便である。

米国特許第６，７６４，６３６号

本発明は、こうした欠点を解決すること、すなわち、ペーストの各拡散層の均一性の欠如を改善し、構築中の部品を破壊する可能性のある過剰な掻取り力を回避し、且つ掻取りデバイスの洗浄をより容易にすることを目的とする。

そのために、本発明によれば、ペーストの均一な拡散が、「押出シールド」と呼ばれる単純な設計の要素によって実現されるよう提供され、押出シールドは、刃の前に設けられ、半アーチの外形などを有し、刃保持部の前方に開空間の範囲を定め、かかる空間はペーストを受容し、ペーストは、シールドの全長にわたって且つ前方への移動に沿って全体に、均一に散布するために、半アーチなどの中で簡単に「再循環」できるので有利である。

したがって、本発明は最初に、光造形法を用いてセラミック部品を製造する機械のために、層状にペーストを塗布するデバイスに関し、該デバイスは、
− 平行移動するよう適合された、刃保持部
− 刃保持部上に配置され、該刃保持部の平行移動中に、大量のペーストを層状に広げるために、１枚の刃又は少なくとも２枚の並列の刃の前にもたらされた大量のペーストを掻き取るよう適合された、１枚の刃又は少なくとも２枚の並列の刃、及び
− １枚の刃又は少なくとも２枚の並列の刃の前に配置された、ペースト散布構成要素
を備えるデバイスにおいて、ペースト散布構成要素は、ペーストを押し出すシールドからなり、シールドは、組み立てられた位置で垂直部分を備える細長い要素で形成され、垂直部分は、ペーストの掻取りを可能にするために、シールドの下側の境界領域を空けたままにしておく一方で、１枚の刃又は少なくとも２枚の並列の刃にしっかりと固定されるか又はしっかりと固定された状態になっており、細長い要素はさらに、突出箇所を形成するために、刃保持部の前進方向に、その上部で折り曲げられ、突出箇所の下面は、押出シールドの垂直部分の自由面と共に、ペーストの散布及び拡散のための、ペーストが入る収容エリアを構成することを特徴とする。

少なくとも２枚の並列の掻取り刃が使用される場合、刃は互いに接合されてもよく、又は離間され、刃の縁部は階段状の高さに配置され、掻取りする先導刃の縁部が、作業面に対して最も高くてもよい。

様々な特定の実施例によれば、
− 押出シールドの垂直部分の自由面は、その凹面が収容エリアに面する湾曲した領域に沿って、突出部分の下面と接合されている。
− 押出シールドの突出要素の下面の自由縁部領域は、収容エリアに向かう返し（ｒｅｔｕｒｎ）を有し、押出シールドの開口を閉じることなく、刃保持部の前方への移動中に、ペーストを下へ方向を変える傾向にある。
− 押出シールドの垂直部分の自由面は垂直であるか、収容エリアに面する凹面で湾曲しているか、又は押出シールドの収容エリアの内側に向かって傾斜している。
− 押出シールドの突出部分の下面は水平であり、平面であるか、又は収容エリアに面する凹面で湾曲している。

押出シールドは、１枚の刃又は複数枚の刃の幅全体を占めることができるので、有利である。

興味深い特定の特徴によれば、押出シールドは、その両端で板によって閉じられており、該板は、収容エリアを越えて延在し、ペーストを押出シールドの収容エリアに向けて確実に誘導することが可能である。閉鎖板の内面は、このエリアに容易にペーストが入るよう誘導するために、収容エリアの外側に向かって傾斜し得るので、有利である。

本発明はまた、光造形法を用いてセラミック部品を製造する機械の作業トレイの上を移動するように設計されたガントリに関し、該ガントリは、上記で定義されたような、掻取り刃又は複数枚の並列な刃がある場合の先導刃の自由縁部が、掻き取ることで作業面上にペーストの層を広げるよう構成されて配置された、少なくとも１つのデバイスを備え、該デバイスは、結合された１枚又は複数枚の刃が作動していないときに、作業面より上に持ち上げられた高い位置で、保持され且つ移動されるよう構成されることを特徴とする。

本発明によるガントリは、上記で定義された２つのデバイスを備えることができ、第１のデバイスは、順方向の掻取り用に作動し、第２のデバイスは、反対方向の掻取り用に作動する。この配置では、２つの刃保持部は互いに平行に配置され、各刃保持部に結合される刃は、外側を向いた状態で互いに反対側に配置されるので有利である。

本発明はまた、光造形法を用いてセラミック材料から粗製部品を製造する機械に関し、それによれば、熱硬化性ペーストの層は、層ごとに定められたパターンにしたがって照射されることにより硬化して連続的に製作され、該機械は、
− 作業面を有する水平作業トレイを囲む枠
− 上記で定義されたガントリ、及び
− 作業トレイに面する照射手段であって、層が広げられると、次の層を広げる前に、予め定められたパターンにしたがって層を硬化させるように各層を照射し、次の層は、定められたパターンにしたがって次に硬化される、照射手段
を備える。

本発明の主題をよりよく理解するために、添付図面を参照して、いくつかの例示的で非限定的な実施例を以下に説明することにする。

本発明の第１の実施例によるデバイスを示す、概略正面斜視図である。 図１の左下の領域の、前部における、垂直面の断面図で区切った拡大図である。 図１のデバイスの正面図である。 図１のデバイスの背面図である。 本発明の第２の実施例による、刃の部分＋ペースト散布器の縦断面図である。 図５のペースト散布器の底面図である。 本発明の第３の実施例による、刃の部分＋ペースト散布器の縦断面図である。 図７のペースト散布器の底面図である。

図１から図４は、光造形法を使ってセラミック部品を製造する方法にしたがってペースト状材料を層状に塗布する、本発明の第１の実施例によるデバイス１を概略的に示す。

デバイス１は、刃保持部２、刃保持部２によって前部に担持された刃３、及び刃３の前部に装着されたペースト散布器４を備える。

刃保持部２は、ここでは、金属又は硬質プラスチックで作られた単純な長方形の板の形で、概略的に示している。

中央の長方形の凹み２ｂは、刃保持部２の前面の下縁部２ａに沿って形成されており、刃保持部２の前の位置で中央の長方形の凹み２ｂが刃３を受容し、刃３は、刃保持部２をその背面まで貫通するネジ５によって凹み２ｂ内に保持される（図４）。刃３は刃保持部２の下部に突出しており、それにより、刃３の縁部３ａは掻取りを実行できる。

ペースト散布器４は、刃３の前に配置され、該ペースト散布器４は、ペースト用の押出シールドの形の金属、プラスチック、又はセラミックで作られた細長い要素からなる。

押出シールド４は、ブレード３に押し付けられた、装着された位置で垂直である部分４ａと、突出した水平部分４ｂとを備え、前部において、いわゆるペーストの収容エリア４ｃを形成する。

エリア４ｃは、円形状の壁の弧によって範囲を定められ、したがって押出シールドは、半アーチの一般的な形状である。

押出シールドの前にもたらされるペーストは、前進する刃保持部２によって加えられる押出しの過程にわたって、押出シールドに沿って全体に散布されることになる。ペーストはまた、「循環」させて確実により適切に散布するために、下へ方向を変える傾向にあるであろう。

押出シールド４はまた、その長手方向の中央線に垂直な閉鎖板又は羽根４ｄによって、それぞれの両端で閉じられており、各板４ｄは、収容領域４ｃを越えて前方に延在する。

閉鎖板４ｄの内面は外側に向かって傾斜しており、これにより、収容領域４ｃ内に容易にペーストを誘導できる。

図５及び図７は、押出シールド４の変形実施例を示し、押出シールドは、それぞれ参照番号５及び６で参照され、シールドの様々な部分に対して、インデックスが関連づけられている。

シールド５の収容エリア５ｃの形状は、上方に丸みを帯びた円錐形と考えることができる。収容エリア５ｃは、まったく十分に作用している。

収容エリア６ｃの形状は、丸みを帯びており、前方に向かって開いていると考えることができる。収容エリア６ｃもまた、まったく十分に作用している。

Claims (11)

1. 光造形法を用いてセラミック部品を製造する機械のために、層状にペーストを塗布するデバイスであって、前記デバイスは、
   平行移動するよう適合された、刃保持部（２）と、
   前記刃保持部上に配置され、前記刃保持部の平行移動中に、大量のペーストを層状に広げるために、１枚の刃又は少なくとも２枚の並列の刃の前にもたらされた前記大量のペーストを掻き取るよう適合された、前記１枚の刃（３）又は前記少なくとも２枚の並列の刃と、
   前記１枚の刃（３）又は前記少なくとも２枚の並列の刃の前に配置された、ペースト散布構成要素と
   を備えるデバイスにおいて、前記ペースト散布構成要素は、前記ペーストを押し出すシールドからなり、前記シールドは、組み立てられた位置で垂直部分（４ａ）を備える細長い要素（４）で形成され、前記垂直部分は、前記ペーストの掻取りを可能にするために、前記シールドの下側の境界領域（３ａ）を空けたままにしておく一方で、前記１枚の刃（３）又は前記少なくとも２枚の並列の刃にしっかりと固定されるか又はしっかりと固定された状態にしており、前記細長い要素はさらに、突出箇所（４ｂ）を形成するために、前記刃保持部の前進方向に、その上部で折り曲げられ、前記突出箇所の下面は、前記押出シールド（４）の前記垂直部分（４ａ）の自由面と共に、前記ペーストの散布及び拡散のための、前記ペーストが入る収容エリア（４ｃ）を構成することを特徴とする、デバイス。
2. 前記押出シールド（４）の前記垂直部分（４ａ）の前記自由面は、その凹面が前記収容エリア（４ｃ）に面する湾曲した領域に沿って、前記突出部分（４ｂ）の前記下面と接合されていることを特徴とする、請求項１に記載のデバイス。
3. 前記押出シールド（４）の前記突出要素（４ｂ）の前記下面の自由縁部領域は、前記収容エリア（４ｃ）に向かう返しを有し、前記押出シールドの開口を閉じることなく、前記刃保持部（２）の前方への移動中に、前記ペーストを下へ方向を変える傾向にあることを特徴とする、請求項１又は２に記載のデバイス。
4. 前記押出シールド（４）の前記垂直部分（４ａ）の前記自由面は垂直であるか、前記収容エリア（４ｃ）に面する凹面で湾曲しているか、又は前記押出シールド（４）の前記収容エリア（４ｃ）の内側に向かって傾斜していることを特徴とする、請求項１から３までのいずれか一項に記載のデバイス。
5. 前記押出シールド（４）の前記突出部分（４ｂ）の前記下面は水平であり、平面であるか、又は前記収容エリア（４ｃ）に面する凹面で湾曲していることを特徴とする、請求項１から４までのいずれか一項に記載のデバイス。
6. 前記押出シールド（４）は、前記１枚の刃（３）又は前記複数枚の刃（３）の幅全体を占めることを特徴とする、請求項１から５までのいずれか一項に記載のデバイス。
7. 前記押出シールド（４）は、その両端で板（４ｄ）によって閉じられており、前記板は、前記収容エリア（４ｃ）を越えて延在し、前記ペーストを前記押出シールド（４）の前記収容エリア（４ｃ）に向けて確実に誘導することが可能であることを特徴とする、請求項１から６までのいずれか一項に記載のデバイス。
8. 前記閉鎖板（４ｄ）の内面は、前記エリアに容易に前記ペーストが入るよう誘導するために、前記収容エリア（４ｃ）の外側に向かって傾斜していることを特徴とする、請求項７に記載のデバイス。
9. 光造形法を用いてセラミック部品を製造する機械の作業トレイの上を移動するように設計されたガントリであって、前記ガントリは、請求項１から８までのいずれか一項で定義されたような、掻取り刃又は複数枚の並列な刃がある場合の先導刃の自由縁部が、掻き取ることで前記作業面上にペーストの層を広げるよう構成されて配置された、少なくとも１つのデバイスを備え、前記デバイスは、前記結合された１枚又は複数枚の刃が作動していないときに、前記作業面より上に持ち上げられた高い位置で、保持され且つ移動されるよう構成されることを特徴とする、ガントリ。
10. 前記ガントリは、請求項１から８までのいずれか一項で定義された２つのデバイスを備え、第１のデバイスは、順方向の掻取り用に作動し、第２のデバイスは、反対方向の掻取り用に作動することを特徴とする、請求項９に記載のガントリ。
11. 光造形法を用いてセラミック材料から粗製部品を製造する機械であって、それによれば、熱硬化性ペーストの層は、層ごとに定められたパターンにしたがって照射されることにより硬化して連続的に製作され、前記機械は、
    作業面を有する水平作業トレイを囲む枠と、
    請求項９及び１０のいずれか一項で定義されたガントリと、
    前記作業トレイに面する照射手段であって、前記層が広げられると、次の層を広げる前に、予め定められた前記パターンにしたがって前記層を硬化させるように各層を照射し、次の層は、前記定められたパターンにしたがって次に硬化される、照射手段と
    を備える、機械。