JP2022084545A - セラミックスまたは金属材料からグリーン体部品グリーン体部品を製造するための機械 - Google Patents

Abstract

【課題】懸濁液を供給し塗布するための装置の提供。【解決手段】 この機械は、幅および長さを有するバット（Ｂ）の底部によって構成される水平受容面と、懸濁液塗布器（１）および外部タンク（Ｒ）を含む。塗布器（１）は、外部タンク（Ｒ）から供給される懸濁液リザーブ（６）、リザーブ（６）内の少なくとも１つの真空形成装置、およびリザーブ（６）に接続され、面（１０）に面して形成された少なくとも１つの穴（Ｔ）を含み、１つまたは複数の真空形成装置は、１つまたは複数の穴（Ｔ）から放出される懸濁液の量を調節するように制御され、塗布器（１）は、バット（Ｂ）の幅に沿って配置され、少なくとも印刷幅を有し、バット（Ｂ）の長さに沿って平行移動して、１つまたは複数の穴（Ｔ）を通して懸濁液を面（１０）上に塗布できるように構成される。【選択図】図１

Description

本発明は、光造形によってセラミックスまたは金属材料のグリーン体部品を製造するための機械に関するものであり、そのようなグリーン体部品は、完成したセラミックスまたは金属モデルを得るために洗浄、脱バインダー、および焼結操作に供されることを意図される。

光造形では、一般的に、これらのグリーン体部品を得るために、次のステップを含む。
・製造される部品のコンピューターモデルは、コンピューター援用設計によって構築され、その寸法は、部品の製造中のセラミックスまたは金属材料の収縮を可能にするために、製造される部品の寸法よりもわずかに大きくされる。
・部品は以下のように製造される。
・それぞれ少なくとも１つのセラミックスまたは金属粉末によって形成されたセラミックスまたは金属材料と、少なくとも１つのモノマーおよび／または１つのオリゴマーおよび１つまたは複数のモノマーおよび／またはオリゴマーの重合の少なくとも１つの開始剤、および適切な場合、可塑剤、溶媒、分散剤、および重合阻害剤のうちの少なくとも１つを含む有機部分とを含む、硬化性組成物の第１の層が、剛性のある支持体上に形成される。
・光硬化性組成物の第１の層が、この層に対してモデルから形成されたパターンでの照射によって（例えば、層の自由表面のレーザー走査またはダイオード投影システムによって）硬化され、第１の段階を形成する。
・硬化性組成物の第２の層が第１の層上に形成される。
・硬化性組成物の第２の層が、その層に対して形成されたパターンでの照射によって硬化され、第２の段階を形成し、この照射は第１の層と同様に行われる。
・任意選択で、上記のステップを繰り返して、グリーン状態の部品を得る。

次に、前述のように、完成した部品を得るために、グリーン体部品を洗浄して未硬化の組成物を除去し、洗浄されたグリーン体部品は脱バインダーされ、洗浄されて脱バインダーされたグリーン体部品は焼結されて、完成した部品が得られる。

硬化性組成物は、懸濁液の形態とすることができる。剛性のあるサポートは、構築される部品と懸濁液の様々な層を支える作業プレートであり、層の各々は通常、作業プレートを下げ、事前定義された厚さの懸濁液を広げることによって形成される。懸濁液の供給は、各々の層で事前定義された量の懸濁液が自動的に空になるタンク（バットまたはカートリッジまたは圧力ポット）に保管される。これにより、作業プレートによって事前に下げられた、製造中の部品の最上層に広がる懸濁液のビードが形成される。各々の層は通常、例えば真っ直ぐな水平方向に移動することによって、作業プレートの作業面を掃引するスクレーパーによって広げられる。

層が形成されるたびに、ストランドは、そのタンクから出現し、スクレーパーが前進するにつれてプレートが層を形成する懸濁液で覆われるように計算された高さまで、プレートとスクレーパーの間をプレートの幅を横切って伸びる。

このシステムは以下の理由から大型の機械には適していない。
・プレートの長さに沿ってスクレーパーによって押された懸濁液ビードが、壊れやすい重合部品にぶつかり、部品に過度の応力を発生させる。
・ビードが幅全体にわたって均一な高さであることを保証することは非常に困難であるため、プレートが適切に覆われないリスクが存在し、このリスクを回避するために必要な量よりもはるかに多くの懸濁液を使用する必要がある。これにより、追加の作業が発生する。

懸濁液は、その全幅にわたってスクレーパーの前方にあるノズルを通して供給されるべきであることが出願人によって提案された。この解決策は幅分布の問題を解決するが、スクレーパーの移動中の懸濁液の連続的な供給がより複雑になるため、大きなプレートに対しては長さ分布の問題はまだ解決されていない。新しい懸濁液ストランドを適用するためにスクレーパーが特定の時間に停止すると、部品の表面欠陥、つまり停止位置のマークが生成され、スクレーパーの前方に連続的な懸濁液ストランドを適用すると、スクレーパーの全前進中にこの操作を全幅にわたって制御することが困難になり、必要以上の懸濁液を適用することにつながり、追加の作業が発生する。

これらの不利な点を克服するために、出願人は、第１の層に対しては水平受容面上、そして他の各々の層に対しては前に硬化したパターンを有する各々の層上での懸濁液の供給および塗布は、外部燃料タンクから供給される懸濁液リザーブを有する塗布器システムによって実施され、層の積み重ねは、各々の層の形成において懸濁液で満たすバット内で行われるべきであると提案した。

したがって、本発明によれば、懸濁液の堆積は、制御された方法で、有利には、先行技術の前述の状況のように過剰な懸濁液なしに、層の幅および長さ全体にわたって実施することができる。

さらに、バットの漸進的充填は、照射される新しい層で硬化パターンを有する層を覆うために、スタックを支持するプレートが各々の層の形成で段階的に下げられる、懸濁液で最初に充填されたバットで作業する場合と比較して利点を提供する。これらの利点は、周囲温度との交換の結果としての懸濁液の反応性の低下を回避し、バットの底部での懸濁液のセラミックスまたは金属部分の沈降を回避し、そして懸濁液が照射される層を覆うことを可能にするためにあまりにも高すぎる懸濁液の粘度レベルを下げるのに必要となる高い剪断応力を回避することである。

したがって、本発明の目的は、放射線硬化性懸濁液の層が、各々の層に対して形成されたパターンに従って照射によって互いの上に連続的に硬化される、光造形技術によって部品を製造するための機械であって、この機械は、
第１の層および第１の層から互いの上に形成された後続の層を受容するように構成された水平受容面と、
各々の層形成において、ある量の懸濁液を供給し、それを第１の層については水平受容面上に、そして後続の層の各々については既に硬化した各々のパターン化された層上に塗布するように構成された供給・塗布装置であって、供給・塗布装置および水平受容面は、積層方向に互いに対して移動可能である、供給・塗布装置と、
各々の層が塗布された後に各々の層を照射して、既に形成されたパターンでそれを硬化させるための照射装置とを備える、機械において、
水平受容面は、長さおよび幅を有するバットの底部によって構成され、供給・塗布装置は、懸濁液塗布器および外部タンクを含み、懸濁液塗布器は、外部タンクから供給される懸濁液リザーブ、懸濁液リザーブ内の少なくとも１つの真空形成装置、および懸濁液リザーブに接続され、水平受容面に面して形成された少なくとも１つの穴を含み、少なくとも１つの真空形成装置は、少なくとも１つの穴から放出される懸濁液の量を調節するように制御され、懸濁液塗布器は、バットの幅に沿って配置され、少なくとも印刷幅を有し、バットの長さに沿って平行移動して、少なくとも１つの穴を通して懸濁液を受容面上に塗布できるように構成されることを特徴とする、機械である。

本発明に係る機械の特定の一実施形態によれば、少なくとも１つの真空形成装置は、少なくとも１つの穴から放出される懸濁液の量を制御するために真空タッピングに接続される。

塗布器は直方体であり、水平受容面に面するアクティブ面は、少なくとも１つの穴が形成される、塗布器の放出面とすることができる。

アクティブ面に形成される少なくとも１つの形成された穴は、塗布器のアクティブ面の全幅にわたって形成される単一のスリットまたは塗布器のアクティブ面の全幅にわたって均一に分配された複数の穴によって構成することができる。

懸濁液は、塗布器の全幅にわたって均一に分配された、外部タンクからのいくつかの供給によって懸濁液リザーブに供給することができ、内部懸濁液分配チューブは、懸濁液リザーブに浸して取り付けることができる。

懸濁液リザーブは、有利には、区画に分割することができ、各々の区画は、少なくとも１つの真空タッピングおよび外部タンクからの懸濁液の少なくとも１つの供給によって真空形成装置に連結される。したがって、各区画は、独自の供給システムと独自の真空システムを有する。利点は、１つの区画が何らかの理由で懸濁液が空になった場合でも、これは他の区画の邪魔をしないことである。この配置により、懸濁液塗布器内の懸濁液のレベルをより良好に制御できることも見出されている。

機械は、塗布器が静止している間、特に層の横方向の縁部で静止している間、またはその並進運動中、懸濁液リザーブキャビティへの懸濁液の供給を制御するための装置を含むことができる。塗布器が動いている間に懸濁液を供給することの利点は、硬化中に部品に機械的ストレスまたはビーディングの問題を引き起こし、後で塗布器との干渉を引き起こす可能性がある、塗布器の前方の懸濁液の量を最小限に抑えることである。

本発明に係る機械は、バット内の未硬化懸濁液の量のためのセンサと、各々の層に対して、塗布器による懸濁液の供給を、懸濁液量センサによってバット内で検出された未硬化懸濁液のレベルの関数として調節するコントローラとを含むことができる。

懸濁液量センサは、レベルセンサおよび体積センサのうちの１つとすることができる。

塗布器のアクティブ面は、少なくとも１つの穴を通して堆積された懸濁液の掻き取りを可能にするように構成された少なくとも１つのブレード（Ｌ）を有し、このブレードは、少なくとも１つの穴から塗布器の移動方向に後退して配置することができる。

移動方向における塗布器の前面は、押しシールドの形態を有することができる。

バットは、過剰の未硬化懸濁液を排出するためのオーバーフローを備えることができる。オーバーフローは、バット内の未硬化懸濁液の量のセンサによって検出された懸濁液のレベルの関数として制御できる。

本発明の目的をよりよく説明するために、添付の図面を参照して、限定としてではなく、例示として、特定の実施形態を以下に説明する。

本発明に係る機械の懸濁液塗布器の正面図である。 図１の装置の上面図である。 図１のＩＩＩ－ＩＩＩによる断面図である。 図２のＩＶ－ＩＶによる縦断面図である。 本発明に係る機械内に配置された図１の塗布器の正面図である。 本発明に係る機械の動作を示す概略図である。 懸濁液塗布器が前進するときの層の形成を示す。 機械のバットに見られる層の形成を示す。 追加の材料による層の形成を示す。 過剰な材料ｄ）の吸引による層の形成を示す。 本発明に係る機械の懸濁液塗布器の分解斜視図であり、塗布器は、図１～図４に示されるものの変形によるものである。

図１～図５を参照すると、使用位置が水平である細長い上部プレート２によって形成され、その端部の各々が下向きに曲げられて、より厚い横プレート３を形成する長方体の一般的な形状を有する懸濁液塗布器１が図示されていることが分かる。これらの壁２および３の各々の側で、側部プレート４がネジ５によって固定されている。

したがって、懸濁液リザーブ６（図４）が形成され、これは、プレート２、３、および４によって区切られ、下面または解放面（ＦＬ）は、プレート３および４の縁部によって形成され、スリット状の穴Ｔを有する（図３を参照）。

横プレート３は、塗布器ホルダー８にネジを固定する通路のための穴７を有する。塗布器ホルダー８は、その塗布器１と共に、水平な受容面１０を縁取るレール９にスライド可能に取り付けられている（図５を参照）。

凹部１１は、上部プレート２に設けられており、その各々が、ホース１３の端部フィッティング１２を受け入れるのに適している。ホース１３は中間接続部１４に接続され、そこからホース１５が延び、２つのホース１５は中間接続部（図示せず）に結合され、そこから外部懸濁液タンク（図６のＲ）に接続するためのホースが延びる。

凹部１１は、各々がリザーブ６内に浸る内部懸架分配チューブ１６に接続されている。

リザーブ６への懸濁液の供給は、例えば、塗布器１が静止している間、特に受容面の横方向縁部で、懸濁液を供給するために１つまたは複数の分配弁を開くようにプログラムされた装置（図示せず）によって制御される。

プレート２はまた、ホース１８によってペアで中間接続部１９に接続され、そこから真空形成装置（図示せず）への接続が行われる真空タッピング１７を有する。

プレート４の各々は、図示の例では、その下縁部に沿ってスクレーピングブレードＬを有し、これは、ここでは、押しシールドの形態を有する（図３）。この形態の詳細は、２０１９年７月８日に出願人の名前で出願された「光造形によってセラミックスピースを製造するための機械用にペーストの層を塗布するための装置（Ｄｅｖｉｃｅ ｆｏｒ ａｐｐｌｙｉｎｇ ｌａｙｅｒｓ ｏｆ ｐａｓｔｅ ｆｏｒ ａ ｍａｃｈｉｎｅ ｆｏｒ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ ｃｅｒａｍｉｃ ｐｉｅｃｅｓ ｂｙ ｓｔｅｒｅｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）」というタイトルのフランス特許出願に見出すことができる。例えば、入口角度が大きい（例えば、４５°）か、層流を促進する場合は、入口角度が小さい、傾斜したブレードなど、他の形状のスクレーピングブレードを使用することができる。

図示の例では、懸濁液塗布器は２つのブレードＬを有し、その各々が２つの移動方向のうちの１つでアクティブとなる。

本発明に係る機械は、以下のように動作する。
（ａ）塗布器１を移動させることによって、バット（Ｂ）の底部に懸濁液の第１の層Ｃを形成する（図６）。懸濁液のリザーブ６はタンクＲから事前に充填されている。この操作では、懸濁液の望ましくない堆積を回避し、この堆積を調整するために真空が必要である。
（ｂ）所望のパターンに従って第１の層を硬化させる。
（ｃ）塗布器１を１層の高さだけ持ち上げる。
（ｄ）塗布器１を反対方向に移動することによって第２の層Ｃを形成する
（ｅ）第２の層Ｃを硬化させる。
グリーン体部品の構築のためにステップ（ｃ）および（ｅ）を繰り返す。

図６は、塗布器１がバットＢの底部から毎回１層ずつ上昇する本発明に係る機械を示している。

あるいはまた、図７ｂ、図７ｃ、または図７ｄに示すように、作業面を下げることもできる。言い換えれば、各々の層の形成で下降するのはバットの底部である。

ここで図７ａを参照すると、塗布器１が懸濁液リザーブ６から前の層に懸濁液を堆積させると、波Ｖが塗布器の前方に形成され、これが前部ブレードによってこすり落とされることが分かる。

（リザーブ６を充填する）初期位置、（実際の堆積中の）中間位置、および（堆積後の）最終位置にある塗布器１を示す図７ｂを参照すると、オーバーフローＴＰが、開始位置の反対側のタンクの縁部に設けられていることが分かる。オーバーフローＴＰに落ちる懸濁液は、有利には、外部燃料タンクＲに戻すことができる。

図７ｃを参照すると、未硬化の場所における前の層のレベルが、層の残りの部分と比較して低すぎる状況が表されていることが分かる。この場合、不足している懸濁液材料の供給が行われる。

図７ｄを参照すると、未硬化の場所における前の層のレベルが、層の残りの部分と比較して高すぎる状況が表されていることが分かる。この場合、過剰なスラリー材料の吸引が行われる。

図８を参照すると、懸濁液リザーブ６が上部プレート２に垂直で、懸濁液出口スリットＴの近傍まで下向きに延在する３つの仕切り２０によって区画（図示の例では４つ）に分割されているという点で塗布器１とは異なる塗布器１’が示されていることが分かる。

塗布器１の構成要素と同一の塗布器１’の構成要素は、同じ符号によって示されている。

仕切り２０によって形成される区画は、実質的に同じ容積であり、各々は、図５に示されるようなホース１３と同様のホースによって懸濁液が供給され、真空タッピング１７によって真空形成装置に接続される。

図示の例では、仕切り２０は、区画の各々から懸濁液が出るのを容易にするために、底部が面取りされている。

ホース１３の端部フィッティング１２を受け入れる凹部１１の内部に取り付けられた内部分配チューブ１６は、図８には示されていない。

したがって、各々の区画には独自の供給システムと真空システムがあり、区画ごとに供給と真空引きを制御できる。

また、必要に応じて前壁４に入れて、その堆積中の懸濁液の挙動を観察することができる制御窓２１が、図８に示されている。

Claims (13)

1. 光造形技術によって部品を製造するための機械であって、放射線硬化性懸濁液の層が、各々の層に対して形成されたパターンに従って重なり合わされて連続的に照射によって硬化される、前記機械において、
   第１の層および第１の層から順に重ね合わせて形成された後続の層を受容するように構成された水平受容面（１０）と、
   各々の層の形成において、ある量の懸濁液を供給し、それを第１の層については前記水平受容面（１０）上に、そして後続の層の各々については既に硬化した各々のパターン化された層上に塗布するように構成された供給・塗布装置であって、前記供給・塗布装置および前記水平受容面（１０）は、積層方向に相互に移動可能である、供給・塗布装置と、
   各々の層が塗布された後に前記各々の層を照射して、既に形成されたパターンで硬化させるための照射装置と
   を備える、前記機械において、
   前記水平受容面（１０）は、長さおよび幅を有するバット（Ｂ）の底部によって構成され、前記供給・塗布装置は、懸濁液塗布器（１）および外部タンク（Ｒ）を含み、前記懸濁液塗布器（１）は、前記外部タンク（Ｒ）から供給される懸濁液リザーブ（６）、前記懸濁液リザーブ（６）内の少なくとも１つの真空形成装置、および前記懸濁液リザーブ（６）に接続され、前記水平受容面（１０）に面して形成された少なくとも１つの穴（Ｔ）を含み、前記少なくとも１つの真空形成装置は、前記少なくとも１つの穴（Ｔ）から放出される懸濁液の量を調節するように制御され、前記懸濁液塗布器（１）は、前記バット（Ｂ）の幅に沿って配置され、少なくとも印刷幅を有し、前記バット（Ｂ）の長さに沿って平行移動して、前記少なくとも１つの穴（Ｔ）を通して懸濁液を前記受容面（１０）上に塗布できるように構成されることを特徴とする、機械。
2. 前記少なくとも１つの真空形成装置は、前記少なくとも１つの穴（Ｔ）から放出される懸濁液の量を制御するために真空タッピング（１７）に接続されることを特徴とする、請求項１に記載の機械。
3. 前記懸濁液塗布器（１）は直方体であり、前記水平受容面（１０）に面するアクティブ面は、前記少なくとも１つの穴（Ｔ）が形成される、前記懸濁液塗布器（１）の放出面（ＦＬ）であることを特徴とする、請求項１または２に記載の機械。。
4. 前記アクティブ面に形成される前記少なくとも１つの穴（Ｔ）は、前記懸濁液塗布器（１）の前記アクティブ面の全幅にわたって形成される単一のスリットまたは前記懸濁液塗布器（１）の前記アクティブ面の全幅にわたって均一に分配された複数の穴によって構成されることを特徴とする、請求項３に記載の機械。
5. 前記懸濁液は、前記懸濁液塗布器（１）の全幅にわたって均一に分配された、前記外部タンク（Ｒ）からのいくつかの供給によって前記懸濁液リザーブ（６）に供給され、内部懸濁液分配チューブ（１６）は、前記懸濁液リザーブに浸して取り付けることができるようになっていることを特徴とする、請求項３または４に記載の機械。
6. 懸濁液リザーブ（６）は、各々が、少なくとも１つの真空タッピング（１７）によって真空形成装置に連結され、前記外部タンク（Ｒ）からの懸濁液の少なくとも１つの供給を伴う区画に分割されることを特徴とする、請求項１～５のいずれか一項に記載の機械。
7. 前記懸濁液塗布器（１）が静止している間、特に層の横方向の縁部で静止している間、またはその並進運動中、懸濁液リザーブキャビティ（６）への懸濁液の供給を制御するための装置を含むことを特徴とする、請求項１～６のいずれか一項に記載の機械。。
8. 前記バット（Ｂ）内の未硬化懸濁液の量のためのセンサと、
   各々の層に対して、前記塗布器による懸濁液の供給を、懸濁液量センサによって前記バット（Ｂ）内で検出された未硬化懸濁液のレベルの関数として調節するコントローラと
   をさらに含むことを特徴とする、請求項１～７のいずれか一項に記載の機械。
9. 前記懸濁液量センサは、レベルセンサおよび体積センサのうちの１つであることを特徴とする、請求項８に記載の機械。
10. 前記懸濁液塗布器（１）の前記アクティブ面は、前記少なくとも１つの穴（Ｔ）を通して堆積された懸濁液の掻き取りを可能にするように構成された少なくとも１つのブレード（Ｌ）を有し、前記ブレード（Ｌ）は、前記少なくとも１つの穴（Ｔ）から前記懸濁液塗布器（１）の移動方向に後退して配置されていることを特徴とする、請求項４～９のいずれか一項に記載の機械。
11. 移動方向における前記懸濁液塗布器（１）の前面（４）は、押しシールドの形態を有することを特徴とする、請求項４～９のいずれか一項に記載の機械。
12. 前記バット（Ｂ）は、過剰の未硬化懸濁液を排出するためのオーバーフローを備えていることを特徴とする、請求項１～１１のいずれか一項に記載の機械。
13. 前記オーバーフローは、前記バット（Ｂ）内の未硬化懸濁液の量のセンサによって検出された懸濁液のレベルの関数として制御されるという事実を特徴とする、請求項８～１１と組み合わせた請求項１１に記載の機械。

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