JP6057719B2

JP6057719B2 - 立体物体の積層式製造のための装置

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Publication number: JP6057719B2
Application number: JP2013000609A
Authority: JP
Inventors: マイク　グレーベ; グレーベマイク; ディークマンヴォルフガング; クロイツユルゲン
Original assignee: Evonik Degussa GmbH
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Priority date: 2012-01-06
Filing date: 2013-01-07
Publication date: 2017-01-11
Anticipated expiration: 2033-01-07
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Description

本発明は、立体物体の積層式製造のための装置、積層式製造法並びに相応の成形体に関する。

試作品の素早い供給は、最近ではしばしば課せられる課題である。それを可能にする方法は、ラピッド・プロトタイピング／ラピッド・マニュファクチュアリング又はアディティブ・ファブリケーション法とも呼ばれている。特に適しているのは、粉末状の原材料を基礎として加工し、この際、積層式に、選択的な溶融及び固化によって所望の構造体を製造する方法である。その場合、オーバーハング部及びアンダーカット部での支持構造を、省くことができる。それというのも、この溶融される領域を取り囲む造形フィールド面（Baufeldebene）が、十分な支持作用を提供するからである。同様に、支持を取り除くための後加工は不要となる。前記方法は、小規模生産の製造にも適する。造形室温度は、造形プロセスの間に、積層式に製造された構造物の歪みが起きないように選択される。

ラピッド・プロトタイピングのためにとりわけ良好に適した方法は、選択的レーザー焼結（selektive Laser-Sinter）（ＳＬＳ）である。この方法では、プラスチック粉末がチャンバ内で選択的に短時間、レーザー光線で露光され、これにより、レーザー光線に当たる粉末粒子が溶融する。それらの溶融した粒子同士は互いに溶け合い、そして迅速に凝固して再びひとかたまりの固体となる。常に新しく設けられた層に繰り返し露光させることにより、この方法を用いて、立体物体を簡単かつ迅速に製造することができる。

粉末状のポリマーから成形体を製造するためのレーザー焼結（ラピッド・プロトタイピング）の方法は、特許文献１及び特許文献２（両者ともDTM Corporation）に詳しく説明されている。多くのポリマー及びコポリマー、例えばポリアセテート、ポリプロピレン、ポリエチレン、イオノマー及びポリアミドがこの用途のために特許の保護が請求されている。

その他の良好に適した方法は、例えば特許文献３に記載されたＳＩＶ（選択的接合抑制（Selektive Verbindungsinhibition））方法、又は特許文献４に記載された方法である。両者の方法は、粉末の溶融のために平面型の赤外線加熱装置を用いて行われる。溶融の選択性は、第一の方法の場合には抑制剤の施与により、第二の方法の場合にはマスクを通じて達成される。更なる方法は、特許文献５に記載されている。前記方法では、溶融のために必要なエネルギーは、マイクロ波発生器により導入され、その際、この選択性はサセプタの施与により達成される。更なる方法は、特許文献６に記載されており、そこでは、溶融のために必要なエネルギーは、電磁線により導入され、その際、またもや同様に、この選択性はアブソーバの施与により達成される。

上記の方法における一つの問題は、申し分の無い層の塗工がうまくいきうるために使用される粉末が流動性でなければならないことである。申し分の無い層の塗工の場合にのみ、高品質の立体物体を製造することができる。流動性が十分でない場合には、造形フィールドの領域は、粉末で成層できないか、又は不十分にのみ成層できるにすぎない。その上、粉末床にすじ、波紋又は亀裂が生ずることがある。このことは、プロセスにおいて問題となり、こうして該プロセスの終わりには、製造された立体物体は欠陥を有する。

使用される粉末の流動性は、例えば特許文献７に記載されるような添加剤の添加によって向上させることができる。この手法の欠点は、添加される添加剤が、その際、製造される立体物体中の構成要素となることであり、これは、多くの用途の場合にこの物体には望ましくないことがある。その上、流動性を高めるための添加剤の添加は、大抵は、製造された立体物体の型崩れも高める。非常に細かい粉末は、その上、添加剤の添加によっても流動性にすることができないか、又は制限されてのみ流動性にすることができるにすぎない。しかしながら、造形部材の表面品質を高めて、型崩れの傾向を最小にするためには、望ましくはできるだけ細かい粉末を使用するべきである。

ＵＳ６，１３６，９４８ＷＯ９６／０６８８１ＷＯ０１／３８０６１ＥＰ１０１５２１４ＤＥ１０３１１４３８ＷＯ２００５／１０５４１２ＥＰ１４４３０７３

従って、本発明の課題は、立体物体の製造に際して、流動性の悪い粉末の塗工を改善することである。

前記課題は、本発明による装置によって解決される。本発明の第一の対象は、造形室（４０）を含む立体物体（成形体）の積層式の製造のための装置であって、前記造形室（４０）は、高さ調節可能な造形プラットフォーム（６）と、電磁線の作用によって固化可能な材料の層を前記造形プラットフォーム（６）上に塗工する装置（７）と、物体（５）に対応する層の箇所の照射のための照射装置とを有し、前記照射装置は、電磁線を発する放射源（１）と、制御ユニット（３）と、電磁線の放射経路中に存在するレンズ（８）とを含む前記装置において、前記の層の塗工のための装置（７）がスライダ（Schieber）（ドクターブレード（Rakel））として構成されており、電磁線の作用により固化可能な材料（以下、粉末と呼ぶ）の層（造形フィールド）に向かい合う側の前記スライダの縁部（２６）は、途切れた直線（nicht durchgehende Gerade）として構成されており、かつ塗工方向に対して垂直にかつ造形フィールド面に対して平行に移動しうる装置である。従って、前記のスライダは、造形フィールド面に向かい合っている開口部（Aussparungen）を有する。その開口部は、スライダ内の領域であり、それを通じて固化可能な材料は、造形プラットフォーム上の全面に塗工される。好ましくは、前記開口部は規則的に配置されている。

物体の"対応する箇所"は、物体のスライスされた輪郭の各一層であって、レーザー光線の制御によって毎ステップに粉末床中で焼結もしくは溶融がなされる層である。

開口部は、種々の幾何学形状をとることができる。例えば、前記開口部は、半円形、三角形、台形又は矩形であってよい。少なくとも２つの、好ましくは少なくとも５つの、特に好ましくは少なくとも１０の開口部が含まれていることが好ましい。矩形の開口部によって、櫛状のスライダが生ずる。三角形又は台形の開口部は、例えば、その先端が造形フィールド面の方向を指す三角形の加工部（Sicke）をもたらすことができる。

驚くべきことに、本発明による装置によって、流動性の悪い粉末も塗工できるので、添加剤の添加を低減でき、あるいは完全に省くことができることが明らかになった。その際、前記課題は、塗工されるべき粉末に向かい合う側の縁部が途切れた直線として構成されており、かつ塗工方向に対して垂直にかつ造形フィールド面に対して平行に動きうるスライダの形で構成されている装置（７）を使用することによって解決できることは特に驚くべきことである。好ましくは、該装置は、粉末塗工に際して、追加的に塗工方向に対して垂直にかつ造形フィールド面に対して平行に動かされる。

図１は、本発明による立体物体の製造のための装置の原理的な構成を示している。図２Ａは、先行技術による従来の塗工装置の正面図を示している。図２Ｂは、先行技術による従来の塗工装置の側面図を示している。図３Ａは、更なる従来の塗工装置の正面図を示している。図３Ｂは、更なる従来の塗工装置の側面図を示している。図４Ａは、本発明による塗工装置の実施形態の正面図を示している。図４Ｂは、本発明による塗工装置の実施形態の側面図を示している。図５Ａは、本発明による装置の更なる実施形態の正面図を示している。図５Ｂは、本発明による装置の更なる実施形態の上面図を示している。図６Ａは、本発明による装置の更なる実施形態の正面図、側面図及び上面図を示している。図６Ｂは、本発明による装置の更なる実施形態の正面図、側面図及び上面図を示している。図６Ｃは、本発明による装置の更なる実施形態の正面図、側面図及び上面図を示している。図７Ａは、更なる一実施形態の正面図を示している。図７Ｂは、更なる一実施形態の側面図を示している。

図１は、本発明による立体物体の製造のための装置の原理的な構成を示している。造形部材は、造形フィールドの中央に配置される。レーザー（１）から、レーザー光線（２）は、スキャンシステム（３）によってレンズ（８）を通じて、温度調節されかつ不活性化された、好ましくは窒素で不活性化された、形成されるべき物体（５）の粉末表面（４）に向けられる。その際、該レンズは、残りの光学コンポーネント、例えばスキャナーのミラーなどのコンポーネントと造形室雰囲気とを分離するという役目を有する。しばしば、該レンズは、全作業野にわたってできる限り一様なフォーカスを保証するためにＦθレンズ系として構成される。造形室内には、固化されるべき材料を造形プラットフォーム（６）に塗工するための塗工装置（７）が存在し、その際、該塗工装置は、粉末に向かい合う側の縁部が途切れた直線として構成されており、かつ塗工方向に対して垂直にかつ造形フィールド面に対して平行に動きうるスライダの形で構成されている。

更に、該装置が、造形室の温度調節のための加熱エレメントを有することが好ましい。それにより、前記造形室は、例えば、立体物体の製造のために理想的な温度に調節できる。

図２Ａには、先行技術による従来の塗工装置の正面図が示されている。該塗工装置は、固定された２つのスクレーパ（１７）及び（１８）によって形成されるホッパとして構成されている。粉末計量供給は、上側から該ホッパ中へと行われる。造形フィールド面に向かい合った塗工装置の部分は、２つの真っ直ぐな縁部（１３）及び（１４）によって区画された、開口部のない途切れていない面（１２）として構成されている。粉末（１１）は、すぐ前の層もしくは造形フィールド面（１０）上に塗工される。この実施形態の側面図は、図２Ｂに示されている。

図３Ａには、更なる従来の塗工装置の正面図が示されている。該塗工装置は、一層の粉末層（２４）を塗工する、開口部のない単純な矩形のスクレーパ（１５）として構成されている。塗工されるべき粉末（１６）は、その際、すぐ前の層もしくは造形フィールド面（２３）上に、該スクレーパ（１５）によって塗られる。造形フィールド面に向かい合った縁部（２５）は、ここでも途切れていない面として構成されている。その側面図は、図３Ｂに示されている。粉末供給は、この実施形態では、下からでも上からでも行うことができる。

図４Ａには、本発明による塗工装置の実施形態の正面図が示されている。該塗工装置は、ここでは、一層の粉末層（２２）を塗工する、単純なスクレーパ（１９）として構成されている。塗工されるべき粉末（２０）は、その際、該スクレーパ（１９）によって、すぐ前の層もしくは造形フィールド面（２１）上に塗られる。先行技術に対して、造形フィールド面に向かい合ったスクレーパの縁部（２６）は、図４Ｂに示される側面図で確認できるように、途切れていない直線として構成されていない。抜かれた領域の割合は、造形フィールド面に向かい合った縁部の全長に対して、高くても７０％でかつ低くても３０％であることが好ましい。抜かれた領域の割合が４０％〜６０％であることが好ましい。抜かれた領域の割合が４５％〜５５％であることが特に好ましい。該装置は、変位ベクトル（Ortsaenderungsvektor）が成層方向に対して垂直でかつ造形フィールド面に対して平行にそろっている、振動する直進運動を行うことができる状態にある。粉末供給は、この実施形態では、下からでも上からでも行うことができる。

前記のスクレーパは、例えば金属材料又はプラスチック材料から製造されていてよい。好ましくは、粉末の塗工に際して可逆的に逸れるもしくは偏向されることがなく、従って弾性でない材料が使用される。

図５Ａには、本発明による装置の更なる実施形態の正面図が示されている。該塗工装置は、ここでは、一層の粉末層（３０）を塗工する、単純なスクレーパ（２７）として構成されている。塗工されるべき粉末（２８）は、その際、該スクレーパ（２７）によって、すぐ前の層もしくは造形フィールド面（２９）上に塗られる。先行技術に対して、前記スクレーパは、矩形の平坦な面として構成されていない。つまり、該塗工装置は、少なくとも好ましくは少なくとも２つの加工部（３１）を、特に少なくとも５つの加工部（３１）を有する。この実施形態によって、造形フィールド面に向かい合う側のスクレーパの縁部は、同様に直線として構成されていない。図５Ｂに示される上面図において、この実施形態を理解できる。加工部（３１）の先端の角度は、１５０゜未満であるべきである。この角度は、１２０゜未満であることが好ましい。この角度は、９０゜未満であることが特に好ましい。その加工部先端の間隔は、好ましくは少なくとも３ｍｍで最大５０ｍｍである。該装置は、変位ベクトルが成層方向に対して垂直でかつ造形フィールド面に対して平行にそろっている、振動する直進運動を行うことができる状態にある。

図６Ａ、図６Ｂ及び図６Ｃには、本発明による装置の更なる実施形態の正面図、側面図及び上面図が示されている。該塗工装置は、ここでは、一層の粉末層（３５）を塗工するスクレーパ（３２）として構成されている。塗工されるべき粉末（３３）は、その際、該スクレーパ（３２）によって、すぐ前の層もしくは造形フィールド面（３４）上に塗られる。この実施形態においては、図４Ａ及び図４Ｂに示される実施形態が、図５Ａ及び図５Ｂに示される実施形態と組み合わされている。該装置は、変位ベクトルが成層方向に対して垂直でかつ造形フィールド面に対して平行にそろっている、振動する直進運動を行うことができる状態にある。

改善された粉末塗工のために、今までに挙げられた複数の実施形態を組み合わせることができる。並べて接続された複数のスクレーパの開口部は、一貫した粉末床を作成できるように構成されている。該装置の振動運動は、この場合には省くことができる。

更なる一実施形態は、図７Ａ（正面図）及び図７Ｂ（側面図）に示されている。粉末塗工は、複数のワイヤ（３９）の複数の列（３８）によって行われる。

塗工された層の品質は、粉末塗工の後に、本発明による装置によって造形フィールド面を、ローラもしくはスクレーパによって平坦になでることによって更に高めることができる。前記のローラもしくはスクレーパは、金属製、セラミック製及び耐熱プラスチック製から選択することができる。好適な耐熱プラスチックは、例えばポリイミド、ポリアリールエーテルケトン、ポリフェノーレンスルフィド、ポリアリールスルホン又はフルオロポリマーである。

更なる一実施形態においては、立体物体の積層式の製造のための装置は、粉末充填層（Pulverschuettung）の密度を高めるために、造形プラットフォーム（６）を振動させる振動ジェネレータを更に含んでよい。

粉末の塗工可能性のために、塗工されるべき粉末を定期的にほぐすことが好ましい。そのことは、塗工されるべき粉末を通じた好適な装置の回転運動又は直進運動によって行うことができる。そのことは、粉末塗工の間に又は計量供給の際にもすでに行うことができる。この措置によって、塗工されるべき粉末中での塊の形成に対抗される。

特に細かく流動性の悪いもしくは流動性のない粉末は、先行技術の粉末塗工のための装置に付着する傾向にある。この付着は、粉末の塗工の際には造形フィールドにすじをもたらす。これらの付着物は、取り去り装置（Abstreifvorrichtung）によって、例えばブラシによって取り除くことができる。かかる取り去り装置は、当業者に公知である。粉末塗工のための装置は、該取り去り装置上を通り、その際には付着物が取り除かれ、次いでそれはオーバーフロー部に落ちる。取り去り装置の材質は、粉末塗工のための装置上での付着物を取り除くのに十分な力が保証されるが、同時に該粉末塗工のための装置の損傷をもたらさないように選択されるべきである。前記取り去り装置は、例えばプラスチック又は金属からなっていてよい。

同様に、本発明の対象は、立体物体の積層式の製造方法であって、本発明による塗工装置（７）によって、粉末塗工の間に、粉末に対して、塗工方向の力に加えて、成層方向に対して垂直でかつ造形フィールド面に対して平行に向けられている更なる力が作用する前記方法である。特に、立体物体の積層式の製造方法であって、該方法が、高さ調節可能な造形プラットフォーム（６）と、電磁線の作用によって固化可能な粉末の層を前記造形プラットフォーム（６）上に塗工する装置（７）と、物体（５）に対応する層の箇所の照射のための照射装置とを有し、前記照射装置は、電磁線を発する放射源（１）と、制御ユニット（３）と、電磁線の放射経路中に存在するレンズ（８）とを含む造形室（１０）を含む前記装置において実施され、かつ前記の固化可能な粉末の塗工の間に、該粉末に対して、塗工方向の力に加えて、成層方向に対して垂直でかつ造形フィールド面に対して平行に向けられている力がもたらされる前記方法が好ましい。

上述の方法は、特に、流動性の悪いもしくは流動性のない、及び／又は非常に細かいポリマー粉末の塗工のために適している。

以下に、粉末から本発明による成形部材を製造できる本発明による方法を詳細に説明するが、本発明はそれらに制限されるものではない。

基本的に、当業者に公知のあらゆるポリマー粉末が、本発明による装置もしくは本発明による方法で使用するのに適している。適しているのは、特に熱可塑性樹脂及び熱弾性樹脂、例えばポリエチレン（ＰＥ、ＨＤＰＥ、ＬＤＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリアミド、ポリエステル、ポリエステルエステル、ポリエーテルエステル、ポリフェニレンエーテル、ポリアセタール、ポリアルキレンテレフタレート、特にポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）及びポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリビニルアセタール、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリフェニレンオキシド（ＰＰＯ）、ポリオキシメチレン（ＰＯＭ）、ポリスチレン（ＰＳ）、アクリルニトリル−ブタジエン−スチレン（ＡＢＳ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリエーテルスルホン、熱可塑性ポリウレタン（ＴＰＵ）、ポリアリールエーテルケトン、特にポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエーテルケトンケトン（ＰＥＫＫ）、ポリエーテルケトン（ＰＥＫ）、ポリエーテルエーテルケトンケトン（ＰＥＥＫＫ）、ポリアリールエーテルエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＥＫ）もしくはポリエーテルケトンエーテルケトンケトン（ＰＥＫＥＫＫ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリアリーレンスルフィド、特にポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、熱可塑性ポリイミド（ＰＩ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、ポリフッ化ビニリデン並びに前記熱可塑性樹脂のコポリマー、例えばポリアリールエーテルケトン（ＰＡＥＫ）／ポリアリールエーテルスルホン（ＰＡＥＳ）コポリマー、混合物及び／又はポリマーブレンドである。特に好ましくは、ポリマー粉末は、少なくとも１種のポリアミド又はポリアリールエーテルケトンを含む。殊に好ましいポリマー粉末は、ポリアミドを含有するか、又はポリアミドからなり、特にＰＡ６、ＰＡ６６、ＰＡ６１０、ＰＡ６１３、ＰＡ１０１０、ＰＡ１０６、ＰＡ１１、ＰＡ１２、ＰＡ１０１２、ＰＡ１０１３又はそれらの混合物を含有するか、又はそれらからなる。

更に、例えば鉄、チタンもしくはアルミニウムを含むかあるいはそれらからなる金属粉末又はセラミック粉末が適している。好ましくは、ポリマー粉末が使用される。

作業においては、まず、一般には、コンピュータにおいて、構築プログラムなどに基づき、製造されるべき物体（５）の形状に関するデータを作成もしくは保存する。これらのデータは、物体の製造のために、該物体を、物体の寸法に比して薄い多数の水平な層で分割し、そして形状データが、例えばデータセットの形で、例えばＣＡＤデータの形で、前記の多数の層それぞれについて用意されるように処理する。各層についてのデータの作成及び処理は、その際、各層の製造前にか、また各層の製造と同時に行うことができる。

引き続き、まず、造形プラットフォーム（６）は、高さ調節装置によって最も高い位置に動かされ、そこで造形プラットフォーム（６）の表面は造形室の表面と一平面にあり、引き続き第一の材料層の予定された厚さ分だけ下降させることで、生じたくり抜き部の内側に、側方が該くり抜き部の壁部で区画され、かつ下方が造形プラットフォーム（６）の表面で区画されている下降した領域が形成される。塗工装置（７）によって、続いて、固化されるべき材料の第一の層を、予定された層厚で、前記くり抜き部と造形プラットフォーム（６）とによって形成される中空部もしくは下降した領域中に導入し、場合により加熱によって好適な作業温度にまで、例えば１００℃〜３６０℃、好ましくは１２０℃〜２００℃にまで加熱する。それに従って、制御ユニット（３）は、偏向装置を、偏向された光線（２）が順次層の全ての位置に当たり、そこで材料を焼結もしくは溶融するように制御する。このようにして、まず、固い基礎層を形成することができる。第二段階においては、造形プラットフォーム（６）を、高さ調節装置を用いて、ある層厚分だけ下降させ、そして塗工装置（７）によって、それにより生ずる下降した領域中のくり抜き部内に、第二の材料層を導入して、場合により再びヒータによって加熱する。

一実施形態において、偏向装置は、今回は、制御ユニット（３）によって、偏向された光線（２）が、くり抜き部の内表面に接する材料層の領域にのみ当たり、そこで該材料層が焼結によって固化され、それにより、前記層の残留する粉末形の材料を完全に取り囲む、約２〜１０ｍｍの壁厚を有する第一の、例えばリング状の壁層が生ずるように制御してよい。この制御のパートは、それゆえ、形成されるべき物体（５）を取り囲むコンテナ壁部を、各層における物体の形成と同時に作成するアレンジを表す。

造形プラットフォーム（６）を後続の層の層厚分だけ下降させ、材料を塗工し、そして前記と同様に加熱した後に、ここで物体（５）の製造自体を開始できる。このために、制御ユニット（３）は、偏向装置を、偏向された光線（２）が、制御ユニットに記憶された製造されるべき物体（５）の座標に相応して固化されるべき層の位置に当たるように制御する。他の層の場合にも同様の措置をとる。物体を、残りの焼結されていない材料と一緒に取り囲み、こうして造形プラットフォーム（６）が作業台の下に下降したときに材料の流出を妨げるコンテナ壁部の形でのリング状の壁領域の所望の製造の場合には、各物体層に際して、装置によってそのリング状の壁層は、その下にあるリング状の壁層上へと焼結される。壁部の作成は、ＥＰ１０３７７３９号に相応して交換コンテナを使用するか又はしっかり取り付けられたコンテナが使用される場合には省くことができる。

冷却後に、形成された物体を装置から取り出すことができる。

本発明による方法で製造された立体物体又は造形部材は、同様に本発明の対象である。

本発明の更なる対象は、ＤＩＮＥＮＩＳＯ６１８６（方法Ａ、流れ口直径１５ｍｍ）によれば流動性ではない、５０μｍ未満の平均粒度ｄ５０を有するポリマー粉末を、立体物体の積層式の製造のために用いる使用である。ＤＩＮＥＮＩＳＯ６１８６によれば流動性ではない、３５μｍ未満のｄ５０値を有するポリマー粉末が好ましい。その際、ＤＩＮＥＮＩＳＯ６１８６によれば流動性ではない、２０μｍ未満のｄ５０値を有するポリマー粉末が特に好ましい。

ｄ５０値は、その際、ＭａｌｖｅｒｎＭａｓｔｅｒｓｉｚｅｒ２０００によって測定される（乾式測定、２０〜４０ｇの粉末がＳｃｉｒｏｃｃｏ乾式分散装置によって計量供給される。振動式トラフの供給速度は、７０％であり、分散空気圧は３バールである。試料の測定時間は、５秒（５０００回の個々の測定）であり、屈折率と青色光値（Bluelichtwert）は、１．５２に固定している。評価は、Ｍｉｅ理論による）。

立体物体の寸法精度（Masshaltigkeit）は、６ｍ²／ｇの、ＩＳＯ９２７７によるＢＥＴ表面積を少なくとも有するポリマー粉末を使用することによって高めることができる。特に、少なくとも８ｍ²／ｇのＩＳＯ９２７７によるＢＥＴ表面積を有するポリマー粉末を使用することが特に好ましい。特に、少なくとも１０ｍ²／ｇのＩＳＯ９２７７によるＢＥＴ表面積を有するポリマー粉末を使用することが殊に好ましい。

ＢＥＴ表面積は、本発明の範囲においては、ＩＳＯ９２７７に従って、ＭｉｃｒｏｍｅｒｉｔｉｃｓＴｒｉＳｔａｒ３０００を使用して窒素のガス吸着によって断続的な容量法において測定される：約０．０５と約０．２０の間の相対圧力Ｐ／Ｐ０での７つの測定点、Ｈｅ（９９．９９６％）によるデッドボリュームの較正、試料準備真空下で２３℃で１時間＋８０℃で１６時間、比表面積は、脱ガスされた試料に対する。評価は、多点測定によって行った。

好適なポリマー粉末は、上述の熱可塑性体及び熱弾性体である。

本発明によるポリマー粉末の製造方法は当業者に公知である。例としては、ここでは、噴霧乾燥、溶融吹き付け、アニオン重合又は冷間粉砕（Kaltvermahlung）を挙げることができる。本発明による粉末の特に好適な製造方法は、再沈殿である。その際、ポリマーは好適な溶剤中に溶解され、次いで晶出される。

更なる説明をしなくても、当業者は、上述の記載内容を最も広い範囲で利用できることから出発する。好ましい実施形態及び例は、それゆえ、単に説明的に解釈されるべきであって、決して何ら制限する開示として解されるべきではない。

以下に、本発明を実施例をもとに詳細に説明する。本発明の選択的な実施形態は、同様に得られる。

実施例は、特に記載がない限り、以下の説明に相応して行われる。造形室は、プロセス温度よりも２０℃低い温度にまで１８０分にわたり予熱される。次いで、その造形室内の温度を、プロセス温度にまで高める。造形室内の温度の分布は、常に均一ではなく、従って、高温計によって測定される温度が、造形室温度／プロセス温度として定義される。第一の露光前に、各１５０μｍの粉末層厚を有する４０層を塗工する。レーザー（１）から、レーザー光線（２）は、スキャンシステム（３）によってレンズ（８）を通じて、温度調節されかつ不活性化（Ｎ₂）された造形フィールド面（４）に向けられる。該レンズは、造形フィールド面全体にわたってできる限り一様なフォーカスを保証するためにＦθレンズ系として構成される。

露光されるべき造形部材は、造形フィールドの中央に配置される。５０ｍｍの辺長を有する正方形の面が、レーザーによって溶融される。次いで、造形プラットフォーム（６）を、０．１５ｍｍだけ降下させ、そして通常の塗工装置もしくは本発明によるスライダ（７）によって新たな粉末層を、１００ｍｍ／秒の速度で塗工する。引き続き、対応する箇所をレーザーによって焼結させる。この段階を、５０ｍｍの高さの立体造形部材（５）が生ずるまで繰り返す。露光が完了した後に、なおも４０の更なる層を塗工し、それから加熱エレメントを止め、冷却段階を開始する。その都度一層に必要な時間は、造形プロセス全体で４０秒未満である。

少なくとも１２時間の冷却時間の後に、造形部材を取り出し、付着した粉末を取り除く。

例１（本発明によるものではない）
造形プロセスは、ＥＯＳＧｍｂＨ社製のＥＯＳＩＮＴＰ３６０で実施する。第１表の粉末特性値を有するＰＡ１２粉末を加工する。該粉末は、図２に示されるように、ＥＯＳＩＮＴＰ３６０の成層装置で塗工する。塗工された粉末層の品質は悪い。造形フィールドにすじが認められる。造形フィールド面のかなりの箇所で、粉末が塗工されていないか、又は非常に僅かな粉末しか塗工されていない。プロセス温度は１６９℃である。照射パラメータは、レーザー出力１９．０Ｗ、スキャン速度１１００ｍｍ／秒、照射ラインの間隔０．３ｍｍである。製造された立体物体は、激しい表面欠陥を有する。

例２（本発明によるものではない）
造形プロセスは、ＥＯＳＧｍｂＨ社製のＥＯＳＩＮＴＰ３８０で実施する。第１表の粉末特性値を有するＰＡ１２粉末を加工する。該粉末は、図２に示されるように、ＥＯＳＩＮＴＰ３８０の成層装置で塗工する。塗工された粉末層の品質は悪い。造形フィールドにすじが認められる。造形フィールド面のかなりの箇所で、粉末が塗工されていないか、又は非常に僅かな粉末しか塗工されていない。プロセス温度は１７０℃である。照射パラメータは、レーザー出力３６．０Ｗ、スキャン速度２０００ｍｍ／秒、照射ラインの間隔０．３ｍｍである。製造された立体物体は、激しい表面欠陥を有する。

例３（本発明によるものではない）
造形プロセスは、ＥＯＳＧｍｂＨ社製のＦＯＲＭＩＧＡで実施する。第１表の粉末特性値を有するＰＡ１２粉末を加工する。該粉末は、図３Ａ／３Ｂに記載される先行技術によるＦＯＲＭＩＧＡ社の慣用の成層装置で塗工する。塗工された粉末層の品質は悪い。造形フィールド面の広い範囲で、粉末が塗工されていないか、又は非常に僅かな粉末しか塗工されていない。立体物体の製造は、不可能である。プロセス温度は１６６℃である。

例４（本発明によるものではない）
造形プロセスは、ＥＯＳＧｍｂＨ社製のＥＯＳＩＮＴＰ３６０で実施する。第３表の粉末特性値を有するＰＰ粉末を加工する。該粉末は、図２に示されるように、ＥＯＳＩＮＴＰ３６０の成層装置で塗工する。塗工された粉末層の品質は悪い。造形フィールドに深いすじが認められる。造形フィールド面の多くの箇所で、粉末が塗工されていないか、又は非常に僅かな粉末しか塗工されていない。プロセス温度は、１２３℃である。立体物体の製造は、不可能である。

例５（本発明によるものではない）
造形プロセスは、ＥＯＳＧｍｂＨ社製のＥＯＳＩＮＴＰ３６０で実施する。第４表の粉末特性値を有するＰＥＥＫ粉末を加工する。該粉末は、図２に示されるように、ＥＯＳＩＮＴＰ３６０の成層装置で塗工する。プロセス温度は１９９℃である。塗工された粉末層の品質は悪いか、あるいは連続した粉末層を塗工することができない。

例６（本発明による）
該試験は、ＥＯＳＧｍｂＨ社製のＥＯＳＩＮＴＰ３６０の造形室中で実施する。第１表の粉末特性値を有するＰＡ１２粉末を加工する。プロセス温度は１６９℃である。該粉末は、４つのスクレーパが１０ｍｍの間隔で並んで取り付けられている装置で塗工する。個々のスクレーパの形状は、図４Ａ／図４Ｂに示されている。開口部は、それぞれ１０ｍｍの広さの幅である。抜かれた領域の割合は、５０％である。該装置は、振幅４ｍｍ及び振動数１０Ｈｚでの振動する直進運動を行い、その変位ベクトルは、成層装置に対して垂直にかつ造形フィールド面に対して平行に向けられているので、粉末の均一な分布が保証されている。粉末は、問題なく塗工することができる。造形フィールド面は、完全に成層される。照射パラメータは、レーザー出力３６．０Ｗ、スキャン速度２０００ｍｍ／秒、照射ラインの間隔０．３ｍｍである。製造された立体物体は、表面欠陥を有さない。

例７（本発明による）
該試験は、ＥＯＳＧｍｂＨ社製のＥＯＳＩＮＴＰ３６０の造形室中で実施する。第１表の粉末特性値を有するＰＡ１２粉末を加工する。プロセス温度は１６９℃である。該粉末は、図５Ａ／図５Ｂに形状が示されている装置で塗工する。加工部の先端の角度は、９０゜である。該装置は、振幅１ｍｍ及び振動数１００Ｈｚでの振動する直進運動を行い、その変位ベクトルは、成層装置に対して垂直にかつ造形フィールド面に対して平行に向けられている。粉末は、問題なく塗工することができる。造形フィールド面は、完全に成層される。照射パラメータは、レーザー出力３６．０Ｗ、スキャン速度２０００ｍｍ／秒、照射ラインの間隔０．３ｍｍである。製造された立体物体は、表面欠陥を有さない。

例８（本発明による）
該試験は、ＥＯＳＧｍｂＨ社製のＥＯＳＩＮＴＰ３６０の造形室において実施する。第１表からの粉末特性値を有するＰＡ１２粉末を加工する。プロセス温度は、１６９℃である。該粉末は、２つのスクレーパが２５ｍｍの間隔で並んで取り付けられている装置で塗工する。それらのスクレーパの後方に、鋼製ローラ（直径２５ｍｍ）が、造形フィールド面の平坦化のために取り付けられている。スクレーパの形状は、図６Ａ／図６Ｂ／図６Ｃに示されている。開口部は、それぞれ１２ｍｍの広さの幅である。抜かれた領域の割合は、５５％である。加工部の先端の角度は、８０゜である。該装置は、振幅４ｍｍ及び振動数２０Ｈｚでの振動する直進運動を行い、その変位ベクトルは、成層装置に対して垂直にかつ造形フィールド面に対して平行に向けられている。粉末は、問題なく塗工することができる。造形フィールド面は、完全に成層される。照射パラメータは、レーザー出力３６．０Ｗ、スキャン速度２０００ｍｍ／秒、照射ラインの間隔０．３ｍｍである。製造された立体物体は、表面欠陥を有さない。

例９（本発明による）
該試験は、ＥＯＳＧｍｂＨ社製のＥＯＳＩＮＴＰ３６０の造形室において実施する。第１表からの粉末特性値を有するＰＡ１２粉末を加工する。プロセス温度は、１６９℃である。該粉末は、図７Ａ／図７Ｂに示される櫛状の装置で塗工される。該装置は、真鍮製の剛毛（剛毛長２０ｍｍ、直径１ｍｍ、１００ｍｍ長あたりに６０本の剛毛）の１０の列（列間隔３ｍｍ）からなる。該装置は、振幅２ｍｍ及び振動数１００Ｈｚでの振動する直進運動を行い、その変位ベクトルは、成層装置に対して垂直にかつ造形フィールド面に対して平行に向けられている。粉末は、問題なく塗工することができる。造形フィールド面は、完全に成層される。照射パラメータは、レーザー出力３６．０Ｗ、スキャン速度２０００ｍｍ／秒、照射ラインの間隔０．３ｍｍである。製造された立体物体は、表面欠陥を有さない。

例１０（本発明による）
該試験は、ＥＯＳＧｍｂＨ社製のＥＯＳＩＮＴＰ３６０の造形室において実施する。第２表からの粉末特性値を有するＰＡ６粉末を加工する。該粉末は、図７Ａ／図７Ｂに示される櫛状の装置で塗工される。該装置は、真鍮製の剛毛（剛毛長２０ｍｍ、直径１ｍｍ、１００ｍｍ長あたりに６０本の剛毛）の８つの列（列間隔３ｍｍ）からなる。該装置は、振幅１ｍｍ及び振動数２００Ｈｚでの振動する直進運動を行い、その変位ベクトルは、成層装置に対して垂直にかつ造形フィールド面に対して平行に向けられている。粉末は、問題なく塗工することができる。造形フィールド面は、完全に成層される。プロセス温度は、１９９℃である。照射パラメータは、レーザー出力３６．０Ｗ、スキャン速度２０００ｍｍ／秒、照射ラインの間隔０．３ｍｍである。製造された立体物体は、表面欠陥を有さない。

例１１（本発明による）
該試験は、ＥＯＳＧｍｂＨ社製のＥＯＳＩＮＴＰ３６０の造形室において実施する。第３表からの粉末特性値を有するＰＰ粉末を加工する。プロセス温度は、１２３℃である。該粉末は、３つのスクレーパが２０ｍｍの間隔で並んで取り付けられている装置で塗工する。第一の２つのスクレーパの形状は、図６Ａ／図６Ｂ／図６Ｃに示されている。第三のスクレーパは、図５Ａ／図５Ｂに相応して構成されている。第一の２つのスクレーパの開口部は、それぞれ１２ｍｍの広さの幅である。抜かれた領域の割合は、５５％である。加工部の先端の角度は、それぞれ８０゜である。該装置は、振幅２ｍｍ及び振動数５０Ｈｚでの振動する直進運動を行い、その変位ベクトルは、成層装置に対して垂直にかつ造形フィールド面に対して平行に向けられている。粉末は、問題なく塗工することができる。造形フィールド面は、完全に成層される。照射パラメータは、レーザー出力３６．０Ｗ、スキャン速度２０００ｍｍ／秒、照射ラインの間隔０．３ｍｍである。製造された立体物体は、表面欠陥を有さない。

例１２（本発明による）
該試験は、ＥＯＳＧｍｂＨ社製のＥＯＳＩＮＴＰ３６０の造形室において実施する。第４表からの粉末特性値を有するＰＥＥＫ粉末を加工する。プロセス温度は、１９９℃である。該粉末は、３つのスクレーパが２０ｍｍの間隔で並んで取り付けられている装置で塗工する。第一の２つのスクレーパの形状は、図６Ａ／図６Ｂ／図６Ｃに示されている。第三のスクレーパは、図５Ａ／図５Ｂに相応して構成されている。第一の２つのスクレーパの開口部は、それぞれ１２ｍｍの広さの幅である。抜かれた領域の割合は、５５％である。加工部の先端の角度は、それぞれ８０゜である。該装置は、振幅５ｍｍ及び振動数４０Ｈｚでの振動する直進運動を行い、その変位ベクトルは、成層装置に対して垂直にかつ造形フィールド面に対して平行に向けられている。粉末は、問題なく塗工することができる。造形フィールド面は、完全に成層される。

［本発明の態様］
１．造形室（４０）を含む立体物体の積層式の製造のための装置であって、前記造形室（４０）は、高さ調節可能な造形プラットフォーム（６）と、電磁線の作用によって固化可能な材料の層を前記造形プラットフォーム（６）上に塗工する装置（７）と、物体（５）に対応する層の箇所の照射のための照射装置とを有し、前記照射装置は、電磁線を発する放射源（１）と、制御ユニット（３）と、電磁線の放射経路中に存在するレンズ（８）とを含む前記装置において、前記の層の塗工のための装置（７）がドクターブレードとして構成されており、電磁線の作用により固化可能な材料の層に向かい合う側の前記ブレードの縁部（２６）は、開口部を有し、かつ塗工方向に対して垂直にかつ前記造形フィールド面に対して平行に移動しうる、立体物体の積層式の製造のための装置。
２．１に記載の立体物体の積層式の製造のための装置であって、塗工装置（７）が少なくとも２つの開口部を有することを特徴とする前記装置。
３．１又は２に記載の立体物体の積層式の製造のための装置であって、塗工装置（７）が少なくとも２つの加工部を有することを特徴とする前記装置。
４．３に記載の立体物体の積層式の製造のための装置であって、加工部の先端の角度の大きさが、大きくても１５０゜であることを特徴とする前記装置。
５．１から４までのいずれか１に記載の立体物体の積層式の製造のための装置であって、粉末に向かい合う側の縁部の開口部の割合が、造形フィールド面に向かい合う側の縁部の全長に対して、低くても３０％でかつ高くても７０％であることを特徴とする前記装置。
６．１又は２に記載の立体物体の積層式の製造のための装置であって、粉末が、櫛状の塗工装置（７）によって塗工されることを特徴とする前記装置。
７．１から６までのいずれか１に記載の立体物体の積層式の製造のための装置であって、複数の塗工装置（７）が互いに組み合わされていることを特徴とする前記装置。
８．１から７までのいずれか１に記載の立体物体の積層式の製造のための装置であって、塗工装置（７）が塗工方向に対して垂直にかつ造形フィールド面に対して平行に動くことを特徴とする前記装置。
９．１から８までのいずれか１に記載の立体物体の積層式の製造のための装置であって、塗工装置（７）が振動ジェネレータを含むことを特徴とする前記装置。
１０．立体物体の積層式の製造方法であって、１から９までのいずれか１に記載の塗工装置（７）によって粉末が塗工され、その粉末塗工の間に、粉末に対して、塗工方向の力に加えて、成層方向に対して垂直でかつ造形フィールド面に対して平行に向けられている更なる力が作用する前記方法。
１１．１０に記載の方法であって、塗工されるべき粉末は、塗工装置（７）の回転運動又は直進運動によってほぐされることを特徴とする前記方法。
１２．１０又は１１に記載の方法であって、粉末塗工のための塗工装置（７）が、付着物の取り去り装置によって清浄化されることを特徴とする前記方法。
１３．ＤＩＮＥＮＩＳＯ６１８６（方法Ａ、流れ口直径１５ｍｍ）によれば流動性ではない、５０μｍ未満の平均粒度ｄ５０を有するポリマー粉末を、立体物体の積層式の製造のために用いる使用。
１４．１０から１２までのいずれか１に記載の方法により製造される、立体物体又は造形部材。

Ａ立体物体の製造のための装置、Ｂ塗工装置、Ｃ塗工装置、Ｄ本発明による塗工装置、Ｅ本発明による塗工装置、Ｆ本発明による塗工装置、Ｇ本発明による塗工装置、１照射源、レーザー、２レーザー光線、３スキャンシステム、４粉末表面、５形成されるべき物体、６造形プラットフォーム、７電磁線の作用によって固化可能な材料の層の塗工装置、８レンズ、９オーバーフロー容器、１０造形フィールド面、１１（塗工されるべき）粉末、１２開口部のない途切れていない面、１３第一の真っ直ぐな縁部、１４第二の真っ直ぐな縁部、１５スクレーパ、１６（塗工されるべき）粉末、１７スクレーパ、１８スクレーパ、１９スクレーパ、２０（塗工されるべき）粉末、２１造形フィールド面、２２粉末層、２３造形フィールド面、２４（塗工されるべき）粉末、２５造形フィールド面に向かい合う縁部、２６スクレーパの縁部、２７スクレーパ、２８（塗工されるべき）粉末、２９造形フィールド面、３０粉末層、３１加工部、３２スクレーパ、３３（塗工されるべき）粉末、３４造形フィールド面、３５粉末層、３７加工部、３８複数のワイヤの複数の列、３９複数のワイヤ、４０造形室

Claims

造形室（４０）を含む立体物体の積層式の製造のための装置であって、前記造形室（４０）は、高さ調節可能な造形プラットフォーム（６）と、電磁線の作用によって固化可能な材料の層を前記造形プラットフォーム（６）上に塗工する装置（７）と、物体（５）に対応する層の箇所の照射のための照射装置とを有し、前記照射装置は、電磁線を発する放射源（１）と、制御ユニット（３）と、電磁線の放射経路中に存在するレンズ（８）とを含む前記装置において、前記の層の塗工のための装置（７）がドクターブレードとして構成されており、電磁線の作用により固化可能な材料の層に向かい合う側の前記ブレードの縁部（２６）は、開口部を有し、かつ塗工方向に対して垂直にかつ前記造形フィールド面に対して平行に移動しうる、立体物体の積層式の製造のための装置。
請求項１に記載の立体物体の積層式の製造のための装置であって、塗工装置（７）が少なくとも２つの開口部を有することを特徴とする前記装置。
請求項１又は２に記載の立体物体の積層式の製造のための装置であって、塗工装置（７）が少なくとも２つの加工部を有することを特徴とする前記装置。
請求項３に記載の立体物体の積層式の製造のための装置であって、加工部の先端の角度の大きさが、大きくても１５０゜であることを特徴とする前記装置。
請求項１から４までのいずれか１項に記載の立体物体の積層式の製造のための装置であって、粉末に向かい合う側の縁部の開口部の割合が、造形フィールド面に向かい合う側の縁部の全長に対して、低くても３０％でかつ高くても７０％であることを特徴とする前記装置。
請求項１又は２に記載の立体物体の積層式の製造のための装置であって、粉末が、櫛状の塗工装置（７）によって塗工されることを特徴とする前記装置。
請求項１から６までのいずれか１項に記載の立体物体の積層式の製造のための装置であって、複数の塗工装置（７）が互いに組み合わされていることを特徴とする前記装置。
請求項１から７までのいずれか１項に記載の立体物体の積層式の製造のための装置であって、塗工装置（７）が塗工方向に対して垂直にかつ造形フィールド面に対して平行に動くことを特徴とする前記装置。
請求項１から８までのいずれか１項に記載の立体物体の積層式の製造のための装置であって、塗工装置（７）が振動ジェネレータを含むことを特徴とする前記装置。
立体物体の積層式の製造方法であって、請求項１から９までのいずれか１項に記載の塗工装置（７）によって粉末が塗工され、その粉末塗工の間に、粉末に対して、塗工方向の力に加えて、成層方向に対して垂直でかつ造形フィールド面に対して平行に向けられている更なる力が作用する前記方法。
請求項１０に記載の方法であって、塗工されるべき粉末は、塗工装置（７）の回転運動又は直進運動によってほぐされることを特徴とする前記方法。
請求項１０又は１１に記載の方法であって、粉末塗工のための塗工装置（７）が、付着物の取り去り装置によって清浄化されることを特徴とする前記方法。
請求項１０から１２までのいずれか１項に記載の方法であって、粉末が、ＤＩＮＥＮＩＳＯ６１８６（方法Ａ、流れ口直径１５ｍｍ）によれば流動性ではない、５０μｍ未満の平均粒度ｄ５０を有するポリマー粉末であることを特徴とする前記方法。