JP6219957B2 - 三次元物体の層状製造装置 - Google Patents

Description

本発明は、三次元物体を層状（layer-wise）に製造する装置に関し、特に、完成物体（finishing object）と共に該物体を囲む未固化粉末をパッケージ化（packaging）することに関する。

三次元体を粉末から層状に製造する場合、固化される粉末は、貯蔵コンテナ（storage container）中に備えられている。そのような貯蔵コンテナから、まず一定量の粉末をいわゆる塗布機（applicator）へ供給し、更にこの塗布機を用いてキャリアプレート（carrier plate）の上に粉末を層状に塗布する。

塗布層の表面は、造形領域（building area）と呼ばれている。エネルギー源によって塗布粉末層の所定の領域（predetermined area）が固化される。固化領域は、塗布された層内に製造されるべき物体に関連した断面（associated cross section）に相当している。

続いて、塗布された粉末の新しい層と製造される物体のそれぞれの断面に対応する相当領域（corresponding area）は、この新しい層内で固化される。一般に、新しい層を塗布する前に、この層の厚みの分だけキャリアプレートが降下する。従って、造形領域は、常に同じ平面内に位置する。

キャリアプレート及び当該キャリアプレート上に位置する層が降下してできる空間をこの技術分野では、構築空間（construction space）と呼ぶ。この構築空間は、壁によって横方向に制限されている。構築空間の底部はキャリアプレートによって形成されている。

生成される物体が完全に仕上がるまで、上記の塗布（coating）、固化（solidifying）及び降下（lowering）が繰り返し行われる。製造された物体は、この状態で、未固化粉末によって囲まれた構築空間中に位置している。

特許文献１から、壁及びキャリアプレートを含む全ての構築空間をレーザー焼結機から取り出せることが知られている。

特許文献２から、造形領域上のハット状コンテナ（hat-like containerによって製造された物体と該物体を囲む未固化粉末とを、構築空間から取り出せることが知られている。ハット状コンテナは、塊（物体）を表しており、当該ハット状コンテナは、容積を囲み、且つ、片側に開口を有し、当該開口は一般に底部に向かって開いている。

特許文献２による従来技術では、ハット状コンテナは、封鎖されていないことが、欠点である。

粉末が非常に高価な粉末である場合、封鎖されていないコンテナは、粉末が無制限に失われてしまうという欠点に結びついてしまう。

封鎖せずにコンテナを使用する場合、粉末を有する装置の内部空間の汚染が発生する可能性がある。これは特に異なる種類の粉末に対して単一及び同一の機械が使用された場合において不利になる。異なる種類の粉末に対して単一及び同一の機械が使用された場合、前に使用した粉末の残量分が、後でこの装置で製造される物体の特性に悪影響を与えるからである。

ＤＥ １９８ ４６ ４７８ Ａ１ ＷＯ ９３／０８９２８ Ａ１ ＥＰ ０７３４８４２ Ａ１

本発明の目的は、封鎖されたコンテナ中のレーザー焼結機から、粉末を漏えいさせることなく製造された物体と該物体を囲む粉末を該コンテナから取り出せる装置を提供することにある。

本発明によれば、製造された物体と該物体を囲む粉末を構築空間から、封鎖要素と共にハット状コンテナへ移動させて、次いで、封鎖要素を用いて該コンテナを封鎖させることによって達成される。

本発明に至る考え方は、底部に向けられたコンテナの開口部によって、製造された物体と該物体を囲む粉末を効果的にパッケージ化し、更に、コンテナを確実に封鎖させるまで、好ましくは１つのオペレーションステップ（operation step）内で行えるという知見に基づくものである。この目的のために、直接キャリアプレートの真上及び、同時に製造される物体の下側に位置付けられた封鎖要素として機能するプレートを配置することが、本発明の方法では選択されている。

好ましい実施形態では、封鎖要素がハット状コンテナの開口部と一致する断面を有する。

本発明の更なる実施形態では、金属から層状に物体を製造する際に必須である基板が、ハット状コンテナ用の封鎖要素として用いられる。そのような基板は、本明細書の一部を構成するものとして特許文献３の内容を援用する。

造形領域において、キャリアプレートの上、即ち製造された物体の下になる封鎖要素の配置は、駆動装置（drive）を同時的に使用することが可能になり、それは、キャリアプレートを降下させるのに使用され、更に、封鎖要素に対して、該封鎖要素をハット状コンテナ中に挿入できるようになる。

ハット状コンテナの開口部が底部に向けられているため、未固化粉末と共に製造された物体のパッケージ化及びコンテナの封鎖は、封鎖要素と、製造された部品及びその周囲の未固化粉末を備える完全ユニットを単純に持ち上げることによって１つのオペレーションステップ内で実行することができる。

本発明を金属製の物体の層状製造に適用すれば、基板は同時に都合よく封鎖要素として使用できるので、別個の封鎖要素が不要になる。

以下、本発明の好適な実施形態は、添付図面を参照しながら説明をする。
本発明による装置の横断面側面図を示す。 図１で開示された要素を示す。 キャリアプレートが再び鉛直下向きに移動した後の状態を示す。

図１は、本発明による装置を示す横断面側面図である。切断線（cutting line）は、造形領域の略中心を通る軸方向に延びている。

製造される物体１は、粉末床２によって囲まれた基板３の上に周知の方法で構築されている。

基板３は、キャリアプレート４の反対側(adversely)に連結されている。基板３とキャリアプレート４との間の連結は、着脱可能に形成されている。どのような種類の着脱連結が適用されたかは、本発明の機能では重要ではないため、着脱連結の特徴は、詳細に図示されていない。フォームフィット（form-fit）又は嵌合固定連結（positive locking connection）、並びに、摩擦又は非剛性連結（non-positive connection）（例えば、接着、真空、又は、バヨネット連結（bayonet connection））が可能である。キャリアプレート４は、図示されていない駆動手段によって上下移動ができる。

造形面５の上方にコンテナ６が取り付けられている。コンテナ６は、造形面に向かって開放されており、造形領域の断面に対応する断面を有している。コンテナ６は、その内壁と構築空間の内壁とが同一平面になる造形面５に配置されている。

コンテナ６は、図示されていない駆動手段によって造形面５と平行な向きに移動可能にホルダー７に装着されている。製造作業中コンテナ６は、粉末を固化するために使用されるエネルギー源のビーム経路の外側に位置している。

製造作業終了後、コンテナは、造形領域よりも上に位置している。封鎖するために周辺方向に延びるように設けられたパッキング（packing）８は、ホルダー７と造形面５との隙間を封鎖している。

図２は、図１で開示された要素を示し、基板３及び当該基板３上で製造された物体１は、コンテナ６中に粉末２と一体に鉛直上向きに移動する。挿入によって、コンテナ６中に空気圧の上昇が生じることがあるので、必要に応じて弁（valve）９を介して排出できるように制御しても良い。

図３は、キャリアプレートが再び鉛直下向きに移動した後の状態を示す。この目的のために、基板３とキャリアプレート４との間の着脱可能な連結が先に解除される。基板３は、キャリアプレート４の外端とコンテナ６の内壁との間の摩擦によって、コンテナ６中に残る。

基板３がコンテナ６の奥まで挿入されると、コンテナ６の下端にフランジが形成される。このフランジング（フランジが形成されること）は、更に運搬が行われている際、製造される物体１又は粉末２を基板３と共に確実にコンテナ６中に残す効果をもたらす。

図示されてない本発明の好ましい実施形態では、別個のキャリアプレートは設けられていない。前述の実施形態でキャリアプレートを降下させるために設けたドライブは、着脱連結が封鎖要素と駆動との間に存在するように封鎖要素と直接係合している。構築空間から完成した物体と共に物体とコンテナを取り出すためには、コンテナは、封鎖要素と共に封鎖され、その後に、封鎖要素と駆動との間の着脱連結が解除される。

本発明は、物体の層状製造において産業利用上の可能性を有する。

１ 物体
２ 粉末（粉末床）
３ 基板
４ キャリアプレート
５ 造形面
６ コンテナ
７ ホルダー
８ パッキング
９ 弁

Claims (10)

1. 構築空間中で粉末状原料物質から三次元物体を層状に製造する装置であって、前記構築空間中で製造された前記三次元物体（１）と、製造された前記物体（１）と該物体（１）を囲む未固化粉末とを収容するコンテナ（６）を備え、前記コンテナ（６）は、
   容積を囲み、且つ、下側に向かって開いていており、更に、
   前記コンテナ（６）の前記開いている側を封鎖することが可能な封鎖要素、製造された前記物体（１）、及び該物体（１）を囲む前記未固化粉末（２）が、前記構築空間の下から前記開いている側を通って前記コンテナ（６）中に前記封鎖要素と共に移動するように備えられていることを特徴とする装置。
2. 前記封鎖要素は、板として形成され、前記板の領域は前記コンテナ（６）の前記開いている側の領域と実質的に一致することを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 前記封鎖要素は、前記粉末状原料物質として与えられる金属粉末から前記三次元物体（１）の層状に製造する際、基板（３）として役立つ要素であることを特徴とする請求項１又は２に記載の装置。
4. 前記封鎖要素は、前記三次元物体（１）を層状に製造する装置のキャリアプレート（４）の上に着脱可能に配置されている事を特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の装置。
5. 前記物体が下降しながらステップバイステップ式に層状に製造されている間、前記封鎖要素と直接係合している駆動装置を備えていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の装置。
6. 請求項１乃至５のいずれか１項に記載の装置中で、製造された三次元物体及び該物体を囲む未固化粉末を取り出す方法において、
   前記製造された三次元物体（１）及び前記物体を囲む未固化粉末は、前記構築空間の下から前記封鎖要素と共に前記コンテナ（６）中に移動することを特徴とする三次元物体及び該物体を囲む未固化粉末を取り出す方法。
7. 前記コンテナ（６）は、前記封鎖要素によって封鎖されていることを特徴とする請求項６に記載の三次元物体及び該物体を囲む未固化粉末を取り出す方法。
8. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の装置における前記封鎖要素は、前記キャリアプレート（４）から解除される、請求項６又は７のいずれか１項に記載された三次元物体及び該物体を囲む未固化粉末を取り出す方法。
9. 請求項１乃至３又は５のいずれか１項に記載の装置であって、直接封鎖要素と係合している駆動装置を備えている請求項６又は７のいずれか１項に記載の三次元物体及び該物体を囲む未固化粉末を取り出す方法。
10. 前記コンテナ（６）は、前記装置から上方向に取り出されることを特徴とする請求項６乃至９のいずれか１項に記載の製造される三次元物体及び該物体を囲む未固化粉末を取り出す方法。

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