JP2021520453A - 粉末製造のためのシステムおよび方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本願は、2018年4月4日出願の米国仮特許出願第62/652,473号、および2018年4月4日出願の米国仮特許出願第62/652,483号の優先権を主張するものであり、各文献はここにその全体が援用される。
図1A〜図2Bに、バルク材から形成される長形加工物12から粒子を生産する、粉末を生産する旋盤装置10を示す。旋盤装置10は、高度に制御可能な状態で、加工物12から実質的に均一の所定の粒度またはPSDの粒子を生産するように構成される。加工物12は、概して、長形部材であり、その長形部材は、第1の端部または近位端14と、第2の端部または遠位端16と、近位端14と遠位端16との間を延びる長形の本体18とを備える。加工物12は、加工物12のバルク材から制御可能な粒度の粒子を生産するために、機械的に磨損、切削、切り抜き、機械加工、打撃、はつり、彫り出し、または別法で接触されるように構成された、バルク材の供給源または供給材料として働く。加工物12は、鍛造、注型成形、または押出し成形できる材料から長形部材またはロッドになるように形成される。材料は、概して、高品質またはプレミアム品質のものであり、汚染のない、既知の組成の未使用材料とすることができる。一部の例では、材料は再利用材料とすることができる。材料は、鋼、ニッケル、アルミニウム、チタン、白金、レニウム、ニオブ、およびそれらの合金など、金属材料とすることができる。材料は、7000系アルミニウムなど、高機能または高融点の合金とすることもできる。他の事例では、加工物12は、ウラン、希土類元素、ポリマー、およびセラミックを含むことができる。例えば、材料は、Solvay S.A.製造のTorlon(登録商標)ポリアミド‐イミドなど、エンジニアードポリマーとすることもできる。一部の例では、アトマイズ化による影響を受けることになる、析出硬化強化剤を有する材料は、難題をもたらすことなく、本明細書で開示する装置10および方法と共に使用することができる。
旋盤装置10および加工物12について説明してきたが、ここで、旋盤装置10を用いて粉末を生産するための方法を詳細に説明する。粉末を生産する方法を実行するためのステップのフローチャートを図4に示す。一部の例では、図4の方法のステップの多くが、旋盤装置10に関連付けられた自動制御システムによって自動的に実行される。具体的には、旋盤装置10の動作パラメータを選択および調節するためのステップの多くを、自動的に実行することができる。一部の例では、形成予定の粉末について、ユーザがコントローラまたは制御システムに指示を与えてよい。例えば、ユーザは、形成予定の粉末に関して、目標の粒度、粒度分布、またはPSDを手動で入力してよい。ユーザは、生産予定の粉末の総体積または総質量も入力できる。その場合、コントローラまたは制御システムは、選択された特徴を有する粉末を生産するための動作パラメータまたはプログラムを算出し、プログラムを実行するために旋盤装置10に動作指示を出すように構成することができる。指定量の粉末が生産され、プログラムが完了すると、コントローラまたは制御システムは、ドライバ24を停止し、一部の例では、粉末の生産が完了したことをユーザに通知するように構成することができる。
旋盤装置10および粉末を生産する方法の特性を説明してきたが、ここで、粉末を生産するように旋盤装置10を制御するための制御システム100の電気要素を詳細に説明する。システム100の概略図を図5に示す。システム100は加工物12を含む旋盤装置10を備え、加工物12は、粒子を生産するように、カッタ38によって接触されるように構成される。システム100はさらに、旋盤装置10の電気機械部品に電気的に接続されるコントローラ110を備える。例えば、コントローラ110は、少なくとも、リテーナアセンブリ20の駆動機構またはドライバ24、およびカッタアセンブリ34、36の往復動駆動機構40に電気的に接続することができる。コントローラ110は、旋盤装置10のコンピュータプロセッサ、または旋盤装置10と有線通信もしくは無線通信する別個の電子デバイスのプロセッサとすることができる。例えば、図5に示すように、コントローラ110は、当技術分野で知られているように、コンピュータタブレット、端末、ラップトップ、デスクトップ、または同様のコンピュータ装置など、携帯型または据え置き型のコンピュータ装置112に関連付けることができる。
一部の例では、システム100はさらに、コントローラ110と有線通信または無線通信するユーザインターフェースモジュール124を備える。概略的には、ユーザインターフェースモジュール124は、目標粒子粒度および粒子の他の特徴についてのインプットなど、ユーザインプットを受信する。コントローラ110は、それらインプットを処理し、前述のように、少なくとも部分的に、受信されたユーザインプットに基づいて、旋盤装置10の動作を制御することができる。コントローラ110は、形成されている粒子および/または製造プロセスについての通知およびフィードバックをユーザインターフェースモジュール124に提供することもできる。例えば、コントローラ110は、製造プロセスの様々な面が完了したときに通知を発することができる。コントローラ110は、粉末形成プロセスの進捗をモニタリングし、例えば、残り時間を見積もることもできる。このような情報および通知は、ユーザインターフェースモジュール124に提供することができる。ユーザインターフェースモジュール124によって、視覚的表示器126などのフィードバック装置がユーザに情報を提供できる。
12 長形加工物
14 近位端
16 遠位端
18 本体
20 リテーナアセンブリ
22 ロック構造
24 ドライバ(駆動機構)
26 回転スピンドル
28 ドライブシャフト
30 モータ
32 リニアアクチュエータ
34 カッタアセンブリ
36 カッタアセンブリ
38 カッタ
40 ドライバ(駆動機構)
42 共振構造
44 ホッパ
45 粉末収集システム
46 真空ポンプ
48 放射線源
60 ベース
62 先端部
64 湾曲面
66 ベース
68 先端部
70 湾曲面
72 面
74 ベース
76 湾曲面
78 湾曲面
80 縁部
90 粒子
100 制御システム
110 コントローラ
112 コンピュータ装置
114 インプット要素
116 通信インターフェース
118 センサ
120 センサ
122 センサ
124 ユーザインターフェースモジュール
126 視覚的表示器
610 画面
612 フィールド
614 フィールド
616 フィールド
618 セクション
630 画面
632 セクション
634 セクション
636 カウントダウンタイマ
650 画面
652 文字通知
654 セクション
656 グラフ
658 セクション
Claims (27)
- 長形加工物を用意することと、
複数の粒子を含む粉末を生産するように、少なくとも1つの所定の振動数に従って、前記長形加工物の外面を往復動カッタと繰り返し接触させることであって、生産される粒子の少なくとも95%が、約10μmから約200μmの範囲にある粒径または最大寸法を有するよう、繰り返し接触させることと
を含む、粉末生産方法。 - 前記長形加工物は、注型成形材料、鍛造材料、または押出し成形可能な材料を含む、請求項1に記載の方法。
- 前記長形加工物は鍛造金属ロッドを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記鍛造金属ロッドは、鋼、ニッケル、アルミニウム、チタン、白金、レニウム、ニオブ、およびそれらの合金のうちの1つまたは複数を含む、請求項3に記載の方法。
- 前記長形加工物は、ウラン、希土類元素、ポリマー、およびセラミックのうちの少なくとも1つを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記複数の粒子のうちの少なくとも95%の粒子が、目標粒度の10%以内の粒径を有する、請求項1に記載の方法。
- 前記目標粒度は、約15μmから約100μmの範囲にある粒径または最大寸法を含む、請求項6に記載の方法。
- 前記複数の粒子のうちの少なくとも95%の粒子が、約15μmから約100μmの範囲にある粒径を有する、請求項1に記載の方法。
- 前記複数の粒子のうちの少なくとも99%の粒子が、約15μmから約100μmの範囲にある粒径を有する、請求項1に記載の方法。
- 少なくとも1つの所定の振動数に従って、前記長形加工物を前記カッタと繰り返し接触させることは、所定の第1の期間中に、第1の振動数に従って前記長形加工物を接触させ、その後、所定の第2の期間中に、前記第1の振動数とは異なる第2の振動数に従って前記長形加工物を接触させることを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記第1の振動数に従って前記長形加工物を繰り返し接触させることは、第1の複数の粒子を生産し、前記第1の複数の粒子のうちの少なくとも95%の粒子が、第1の目標粒度の10%以内の粒径または主寸法を有する、請求項10に記載の方法。
- 前記第2の振動数に従って前記長形加工物を繰り返し接触させることは、第2の複数の粒子を生産し、前記第2の複数の粒子のうちの少なくとも95%の粒子が、前記第1の目標粒度とは異なる第2の目標粒度の10%以内の粒径または主寸法を有する、請求項11に記載の方法。
- 第1の目標粒度の粒子および第2の目標粒度の粒子を含む目標粒子粒度分布を選択することと、前記少なくとも1つのカッタによって前記長形加工物を接触させる前に、選択された粒子粒度分布に基づいて、前記第1の期間および前記第2の期間を決定することと
をさらに含む、請求項10に記載の方法。 - 前記粉末を生産することは前記粒子に気孔を取り入れず、その結果、前記複数の粒子が前記長形加工物の気孔率と実質的に同じ気孔率を有する、請求項1に記載の方法。
- 前記長形加工物が前記カッタによって接触されるときに、選択された回転速度で前記長形加工物を回転させることをさらに含み、前記回転速度は、生産予定の目標粒子粒度に基づいて決定される、請求項1に記載の方法。
- 前記長形加工物を少なくとも1つのカッタと繰り返し接触させることは、前記長形加工物の第1の部分を第1のカッタと接触させることと、前記長形加工物の第2の部分を第2のカッタと接触させることとを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記粉末が生産される後に、熱、研磨力、および化学物質のうちの少なくとも1つを粒子に加えることによって、前記複数の粒子を球形化することをさらに含む、請求項1に記載の方法。
- 前記複数の粒子を前記長形加工物から除去するのを助けるために、前記長形加工物を前記カッタと接触させる間に、前記長形加工物をレーザ光に曝露することをさらに含む、請求項1に記載の方法。
- 長形加工物から粒子を除去するように、前記長形加工物の外面に接触するように構成される、少なくとも1つのカッタと、
前記カッタを往復移動させて前記長形加工物と接触解離させるように構成される、前記少なくとも1つのカッタに機械連結される、少なくとも1つのドライバと、
前記少なくとも1つのドライバに電気接続される、インプット要素を備える、少なくとも1つのコントローラであって、前記コントローラは、前記インプット要素から受信される1つまたは複数の動作パラメータに従って、前記ドライバが前記カッタを往復移動させて前記長形加工物と接触解離させるように構成され、前記長形加工物と前記カッタとの繰り返しの接触が複数の粒子を含む粉末を生産する、少なくとも1つのコントローラと
を備え、
前記複数の粒子の少なくとも95%は、約10μmから約200μmの範囲にある粒径を有する、
複数の粒子を含む粉末を生産するためのシステム。 - 前記動作パラメータは、前記長形加工物の回転速度、前記カッタの往復振動数、または前記長形加工物に対する前記カッタの振幅のうちの1つまたは複数を含む、請求項19に記載のシステム。
- 前記カッタと前記長形加工物との前記繰り返しの接触によって形成される前記複数の粒子を受容するように構成される収集容器をさらに備える、請求項19に記載のシステム。
- 前記収集容器は、前記粉末を前記収集容器中に吸引するように構成される真空装置を備える、請求項21に記載のシステム。
- 前記収集容器は、前記少なくとも1つのコントローラに電気接続される1つまたは複数のセンサを備え、前記1つまたは複数のセンサは、生産される粉末の特徴を測定するように構成され、前記少なくとも1つのコントローラは、前記1つまたは複数のセンサによって検出される情報に基づいて、前記少なくとも1つのドライバの前記1つまたは複数の動作パラメータを修正するように構成される、請求項22に記載のシステム。
- 前記1つまたは複数のセンサは、前記粒子の平均粒子体積、中央粒子体積、粒子体積分布、粉末総重量、粉末総体積、または平均球形度のうちの少なくとも1つを検出するように構成される、請求項23に記載のシステム。
- 前記少なくとも1つのコントローラは、前記インプット要素によって目標粒子粒度を受信するように、また選択される粒度の粒子を生産するように前記ドライバの前記1つまたは複数の動作パラメータを自動的に調節するように構成される、請求項19に記載のシステム。
- 選択される前記目標粒子粒度は、前記ドライバが動作している間に、ユーザによって動的に調節できる、請求項25に記載のシステム。
- 所定の回転速度で鍛造金属加工物を回転させることと、
所定の振動数で、前記鍛造金属加工物の外面を、カッタインサートを備えるカッタと繰り返し接触させることと、
前記カッタインサートと前記鍛造金属加工物の前記外面との接触によって生産される粒子を収集することと
を含む、金属粉末を生産する方法であって、
前記所定の回転速度および前記所定の振動数は、目標粒子粒度を有する粒子を得るように選択され、
収集される前記粒子の少なくとも95%は、前記目標粒子粒度の10%以内の粒径または主寸法を有する、方法。
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