JP6820346B2 - 材料粉末の場所選択的な硬化により成形品を製造する造形装置 - Google Patents

Description

本発明は、材料粉末を場所的に選択して硬化させて、つながった領域を形成することにより成形品を製造する造形装置であって、
・加工すべき材料粉末用の粉末入口と、余剰の材料粉末用の粉末出口とを備えたプロセス室と、
・前記プロセス室内の材料粉末を準備するための、前記粉末入口に接続された、または接続可能な粉末供給装置と、
・前記余剰の材料粉末から加工すべき材料粉末を回収するための、前記粉末出口に接続された、または接続可能な粉末再処理装置と、を含む
造形装置に関する。

本発明は特に、選択的レーザー溶融法または選択的レーザー焼結法の原理により成形品を製造する造形装置に関する。選択的レーザー溶融法の分野に関する先行技術については例えば、独国特許出願公開第１９９０５０６７号明細書（DE 199 05 067 A1）、独国特許出願公開第１０１１２５９１号明細書（DE 101 12 591 A1）、国際公開第９８／２４５７４号（WO 98/24574 A）、独国特許出願公開第１０２００９０３８１６５号明細書（DE 10 2009 038 165 A1）、独国特許出願公開第１０２０１２２２１６４１号明細書（DE 10 2012 221 641 A1）および欧州特許出願公開第２０５２８４５号明細書（EP 20 52 845 A2）を参照することができる。

選択的レーザー溶融法により、機械部品、工具、プロテーゼ、装飾品等のような成形品を、相応の成形品のジオメトリ記載データに従って、金属またはセラミックの材料粉末を層状に積み重ねることにより製造できることが公知である。この場合、１つの製造プロセスで複数の粉末層を相次いで互いに重ねて、次の粉末層を重ねる前に各粉末層を、通常は集束されたレーザービームによって、成形品のモデルの選択された横断面領域に相応する所定の領域で加熱し、これにより照射された領域の材料粉末は溶融されてつながった強化された区分を形成する。この場合、レーザービームは、成形品の選択された横断面領域のジオメトリ記載データに応じて、または場合によっては成形品から導き出されたデータに応じて、各粉末層の上をそれぞれガイドされる。材料粉末は、選択的レーザー溶融法の場合には通常、結合材および融剤を含まない、金属、セラミック、または金属セラミック混合物の材料粉末として設けられ、レーザービームにより溶融温度へと加熱される。この場合、レーザービームのエネルギは、材料粉末がレーザービームが当たる個所において、層厚さ全体にわたってできるだけ完全に融解するように選択される。レーザービームと材料粉末との相互作用区域にわたって通常、保護ガス雰囲気、例えばアルゴン雰囲気が維持される。

冒頭で述べた形式の装置は例えば欧州特許出願公開第２０５２８４５号明細書（EP 2 052 845 A2）により公知である。この公知の装置は、選択的レーザー溶融法の原理により機能する造形装置である。この装置は、消費されてない余剰材料粉末をプロセス室から回収するための粉末再処理装置または粉末回収装置を含む。粉末回収装置は、プロセス室から粉末を取り出す粉末取出し装置と、プロセス室から取り出された粉末を捕集するための粉末捕集装置とを含む。この場合、粉末回収装置は、粉末回収が、外部に対して閉鎖された領域で保護ガス雰囲気内で実施可能であるように構成されていて、プロセス室に接続されている。公知の造形装置の粉末取出し装置は、プロセス室内に突入する吸込管を備えた粉末吸引装置を含み、吸込管の吸込開口は、プロセス室内側の様々な個所へと導入可能である。粉末回収装置はふるい装置を有しており、このふるい装置によって、造形装置のそれ以前の造形プロセスからの未使用の余剰材料粉末のうち粗い成分を捕捉することができる。この場合、ふるいを通過した微細な粉末は瓶形の捕集容器内へと到る。この捕集容器はふるい装置から分離することができ、プロセス室の粉末入口個所に接続することができる。公知の造形装置では、粉末入口個所はプロセス室ハウジングの上面に位置している。ここから材料粉末を、プロセス室内の粉末層準備装置の貯えカセット内に投入することができる。

欧州特許出願公開第２０５２８４５号明細書（EP 20 52 845 A2）により公知の、加工すべき材料粉末の補給を上方のプロセス室インターフェースを介して、層準備装置の粉末保管容器内へもたらすという原理は、独国特許出願公開第１０２０１２２２１６４１号明細書（DE 10 2012 221 641 A1）により公知の造形装置では用いられていない。独国特許出願公開第１０２０１２２２１６４１号明細書（DE 10 2012 221 641 A1）により公知の造形装置は、粉末入口の入口開口がプロセス室の底面に設けられている粉末搬送装置を有している。この公知の粉末搬送装置の粉末供給装置は、粉末入口を材料粉末貯蔵部に接続する搬送通路を有しており、この搬送通路は、その内部に、材料粉末をプロセス室の粉末入口へと搬送するための長手方向に配置された粉末搬送スクリュを備える。類似のコンセプトは独国特許出願公開第１０２００９０３８１６５号明細書（DE 10 2009 038 165 A1）による造形装置でも採用されている。

従来技術による上述した造形装置は、一般的に、様々な成形品の製造においてその機能が確実であることを示している。

例えば欧州特許出願公開第２０５２８４５号明細書（EP 20 52 845 A2）において既に、複数の材料粉末から１つの成形品を製造する可能性も言及されている。異なる金属であれ、または金属とセラミック等から交互に成る区域であれ、異なる材料物質から成る区域を含むような成形品の需要が十分に存在している。このような成形品は例えば、装飾品、義歯エレメント、極めて微細なフィルタシステム等であってよい。この場合通常、異なる区域の材料は混合されてはならない。このことは、第１の区域の製造後、造形装置の粉末を通すシステム全体からこれまでの材料粉末を、造形プロセスにおける成形品の次の区域のためのこれまでの材料粉末とは異なる材料粉末が使用できるようになるまで、除去しなければならないことを意味している。このような手順は、組み込まれた粉末再処理装置を含む造形装置では困難である。なぜならば特に、造形プロセスのために事前に使用された粉末の粉末再処理装置の様々な構成要素のクリーニングは一般的に困難であり、手間がかかるからである。

本発明の課題は、造形プロセスにおける粉末交換を比較的僅かな手間で可能にし、これによりその都度使用される粉末の材料純度に対する高い要求を満たすことができる、冒頭で述べた形式の造形装置を提供することである。

この課題を解決するために本発明によれば、冒頭で述べた形式の造形装置であって、粉末供給装置と粉末再処理装置とが、交換モジュールとして構成された１つの構成群を成すようにまとめられており、前記交換モジュールは接続インターフェースを、すなわち少なくとも１つの入口インターフェースと少なくとも１つの出口インターフェースとを有しており、前記インターフェースは、プロセス室の粉末入口および粉末出口の該当する接続インターフェースと接続互換性があり、これにより一方では、前記プロセス室からの余剰の粉末を前記プロセス室の粉末出口から前記粉末再処理装置へと前記少なくとも１つの入口インターフェースを介して供給することができ、他方では前記粉末再処理装置によって処理された材料粉末を前記少なくとも１つの出口インターフェースを通して前記プロセス室へと前記プロセス室の粉末入口を介して供給することができることを特徴とする、造形装置が提供される。

交換モジュールは造形装置から分離させることができ、例えばこの分離された交換モジュールの材料粉末とは例えば物質が、かつ／または粒度分布が異なっている材料粉末を取り扱うために準備されている同じ形式の交換モジュールにより置き換えることができる。この場合、交換モジュールの交換前に、プロセス室内に存在する全ての材料粉末をプロセス室から取り出し、特に完全に交換モジュール内へと装入し、これにより後続の交換モジュールの接続後に、先行して行われた造形ステップの材料粉末残留物が不純物となり得ないように、準備されるべきである。プロセス室からの材料粉末の除去は通常、比較的簡単に行うことができる。なぜならば、プロセス室は通常、観察可能なジオメトリを有しているので、プロセス室の各個所に粉末吸引装置を、例えば粉末吸引ホースを到達させることができるからである。

本発明のコンセプトによれば、粉末供給装置および粉末再処理装置の一般的に複雑な入り組んだジオメトリは、これに関して問題とはならない。なぜならばこれらの構成要素は交換モジュール内にまとめられていて、各交換モジュールは常に同じ材料粉末と共に作動させることができ、これにより交換モジュールにおいて手間のかかるクリーニング工程は不要だからである。

本発明の特に好適な構成によれば、各交換モジュールは、造形装置から分離されている分離位置から所定の接続位置へと移行可能であり、交換モジュールはこの接続位置で、互いに対応する接続インターフェースが互いに接続されるように、または接続可能であるように、造形装置内に組み込まれている。この場合、特に好適な態様によれば、交換モジュールが分離位置から接続位置へと移行する際に、互いに対応する全ての接続インターフェースが自動的に正確に互いに接続されるように、配置を行うことができる。この場合、接続インターフェースは、交換モジュールとプロセス室との間に、外部に対して良好にシールされた移行部が、所要の粉末運動のために提供されるように互いに接続されている。交換モジュールが接続位置へ移行する際に自動的に正確に行われる接続というコンセプトは、本発明の範囲では、その他の供給管路の接続にも、例えば、電流伝達インターフェース、データ伝達インターフェース、保護ガス管路インターフェース、水管路インターフェース等の正確な接続にも転用することができる。

交換モジュールにおける粉末再処理装置は好適には、特にプロセス室からの余剰の材料粉末から粗い成分を捕捉するためのふるい装置を、例えば超音波ふるい装置を有している。このような粗い成分は、造形プロセスにおいて、例えば溶融物飛沫が粉末床へと到り、ここで複数の粉末粒子がそれぞれ１つの成形体となって、上述した粗い成分を形成するような場合に生じる恐れがある。このようなことが、成形品の領域とはならない、したがって余剰の材料粉末を含む粉末床の領域で生じると、該当する粗い成分は最終的には粉末再処理装置もしくはふるい装置へと到り、そこで分離される。

ふるい装置は、交換モジュールの接続位置で、出口側で出口インターフェースに接続されていて、これによりふるいにかけられた材料粉末は、出口インターフェースを通ってプロセス室の粉末入口に、加工すべき材料粉末として供給可能である。有利には、本発明の別の構成によれば、ふるい装置と出口インターフェースとの間に、ふるいにかけられた材料粉末のためのバッファ容器が設けられているので、プロセス室における各粉末層準備のために常に十分な貯えが存在している。特に、ふるい装置の下流には、ふるいにかけられた粉末をプロセス室の粉末入口へと搬送するための搬送手段が接続されていることが提案され、このような搬送手段は、その他は交換モジュールの一部、かつ／または造形装置の一部であってよい。搬送手段が搬送スクリュ装置である場合は特に、この搬送スクリュ装置が、交換モジュールの出口インターフェースと、交換モジュールの接続位置でこの出口インターフェースに接続される、プロセス室に配属された接続インターフェースとを貫通することが想定されてよい。搬送スクリュは、交換モジュールが造形装置から分離される場合は、好適には交換モジュールに留まる。

ふるい装置の下流には例えば粒径測定装置、好適には光学的な粒径測定装置を接続することができ、その測定結果は、特にふるいにかけられた粉末の粒径分布を自動的に検出するために利用される。粒径分布が明らかに変化すると、機械制御装置は、該当する粒径を備えた粉末をプロセス内にもたらすことを要求する例えばアラーム信号を発することができるので、プロセス室に供給される粉末の所望の粒径分布は少なくともほぼ再び達成される。これに関しては、国際公開第２０１４／１６７１００号（WO 2014/167100 A1）が参照され、その内容はこの言及により本出願の開示内容に加えられるべきである。粒径分布の補償はほぼ自動化することができる。

本発明の同じく好適な構成によれば、交換モジュールは、プロセス室からの余剰の材料粉末を、かつ場合によっては、同じ材料の付加的に取り込まれた新規粉末ストックを収容するための、入口インターフェースの下流に接続された粉末収容容器を有している。この粉末収容容器は、当該造形プロセスのために常に十分な粉末を収容すべき比較的大きな収容容積を有するメインタンクとすることができる。

本発明の上述した構成の態様によれば、この粉末収容容器は、交換モジュールの所定の接続位置において、プロセス室の粉末出口よりも下方に配置することができ、これにより余剰の粉末はプロセス室の粉末出口から重力の支援下でこの粉末収容容器内へと到ることができる。好適にはプロセス室の粉末出口はプロセス室ハウジングの底面に位置しているので、この粉末収容容器はほぼ完全にプロセス室の下方に配置されている。

粉末収容容器を有する本発明の構成の別の態様によれば、粉末収容容器は粉末出口を有しており、粉末収容容器の粉末出口とふるい装置の粉末入口との間には、粉末収容容器からふるい装置へと材料粉末を搬送するための搬送装置が設けられている。これにより、造形装置の継続運転中、必要に応じて繰り返しふるいにかけられる材料粉末をバッファ容器内へと運ぶことができ、バッファ容器からプロセス室へと供給される。

粉末収容容器からふるい装置へと材料粉末を搬送するための搬送装置は、例えばガス流搬送装置、特に粉末粒子をガス流によって搬送するように構成された、ガス流循環路を備えた保護ガス流搬送装置であってよい。このようなガス流搬送装置は、本発明の態様によれば、出口側で、ガス流から粉末粒子を分離してふるい装置へと供給するように構成されたセパレータを、好適にはサイクロンセパレータを有していてよい。選択的には、または付加的には、搬送装置は、スクリュ搬送装置、または類似のものを有していてもよい。

本発明の同じく好適な構成は、プロセス室の粉末出口および／またはプロセス室の粉末入口がプロセス室底面に開口していることを特徴とする。このことも、プロセス室のアクセス困難な個所が材料粉末によって不要に汚染されない材料粉末取り扱いを可能にする措置であって、これによりプロセス室の粉末のクリーニングは比較的僅かな手間で行うことができる。

さらに、交換モジュールがキャスタ、および場合によってはガイドローラを有していることが提案されていて、これにより交換モジュールは、所定の接続位置へと、もしくは分離位置へと移動するためにキャスタ上で移動可能である。したがって交換モジュールの移動は極めて簡単に可能である。

さらに、保護ガス搬送装置が設けられており、交換モジュールの、粉末によって貫流される全ての構成部分は、保護ガス搬送装置によって保護ガスで、例えばアルゴンでパージ可能であり、これにより前記構成要素は、保護ガス雰囲気下で作動可能であることが提案される。プロセス室のパージのため、およびプロセス室にそれぞれ接続される交換モジュールおよび場合によっては存在する別の構成要素のパージのために構成されている保護ガス装置が設けられていてもよい。

自動的なシール装置を設けることができ、このシール装置は、接続インターフェースで、ここの該当する接続を外部に対してシールするために効果的であり、これにより交換モジュールとプロセス室とは交換モジュールを切り離す際に外部に対して閉鎖されていて、外部空気の意図的ではない進入はほぼ遮断される。

本発明による造形装置の付加的な別の構成が請求項１２〜１６に記載されている。この別の構成は、造形プロセス中、パージガスによりプロセス室をパージするためのパージ装置の存在に関し、この場合、パージガスのプロセス煙凝縮物のような固体粒子を集める傾向にあるパージ装置の全ての構成要素は１つの交換モジュール内に格納されている。このような構成要素には、パージガスによって貫流されるフィルタ装置、およびパージガス流を発生させるガス圧送装置が含まれてよい。上記交換モジュールは、別個の、この目的のためだけに設けられた交換モジュールであってよい。しかしながら好適には、交換モジュールは、粉末供給装置および粉末再処理装置も含む交換モジュールである。好適にはパージ装置は、パージガスが、プロセス室と、ガス圧送装置と、フィルタ装置とを直列接続状態で含む１つのパージガス循環路内を流されるように構成されている。

本発明の別の好適な構成は、造形プロセスの終了後に、または開始前に、ガス流によりプロセス室から残りの材料粉末を吸引する吸引装置を有しており、この場合、場合によってはこの吸引装置固有の圧送ポンプと、場合によっては固有の粉末セパレータも交換モジュール内に格納されている。

したがって、この別の構成に関しても、本発明の包括的な態様は、材料粉末によって汚染される恐れがあり、容易にクリーニングすることができない、できるだけ多くの構成要素が交換モジュール内に格納され、これにより、造形装置から交換モジュールを取り外した後は、造形装置に留まっているその他の構成要素を、例えば平滑化スライダまたはその構成要素、および吸引装置の吸引取り扱い手段（吸引ホース）を、簡単かつ迅速にクリーニングすることができ、かつ／または簡単かつ迅速に交換することができることが明らかである。

このような本発明の思想は、プロセス室チャンバもそれとして交換可能とし、例えば交換モジュールの一部とすることによりさらに発展させることができる。この場合、プロセス室と交換モジュールとの間の上記インターフェースは、その他は、中断されていない一貫した管路によって置き換えることができる。この場合、プロセス室チャンバが、このプロセス室チャンバに隣接する、またはこのプロセス室チャンバにつながっている、照射装置、または造形プラットフォームの昇降駆動装置、および／または平滑化スライダ用の駆動装置のような構成要素から容易に分離可能であるようになっているとさらに好適である。他方、平滑化スライダおよびその駆動装置がプロセス室チャンバ内に留まっていることも想定されてよい。さらに、造形プラットフォームの昇降駆動装置および／または造形プラットフォームを含む造形シリンダも、交換可能であり、場合によっては交換モジュールの構成部分である態様が考えられる。

したがって、例えば図５に概略的に示した、プロセス室を含む構成要素は、交換モジュールの構成部分であってよい。出願人は、上述の拡張された、とりわけプロセス室チャンバの交換可能性という本発明による態様を、分割出願において引き続き追求すること、かつ／またはこの態様に関する請求項を本願に含むことを保留している。

本発明の別の好適な態様は請求項１５に記載されており、これによると交換モジュールは、造形装置の制御装置とその他は連通可能なデータ処理装置を有しており、これにより交換モジュールの状態報告を制御装置に送信し、場合によっては制御装置から制御情報を受け取る。造形プロセスの制御の際に制御装置はこの情報を考慮することができる。状態報告とは、例えば、交換モジュール内に貯えられた材料粉末の種類、量、および／または粒径であってよい。

本発明の対象はさらに、本発明による造形装置のための交換モジュールである。この交換モジュールは、上述した形式の粉末供給装置と粉末再処理装置とを含む。さらに交換モジュールは、交換モジュールに関し交換モジュールに属するものとして上述されたその他の、ないし全ての特徴も含むことができる。

本発明による造形装置には好適には、同じ形式の複数の交換モジュールが、異なる材料粉末のために設けられており、これら交換モジュールは互いに交換可能に造形装置内に組み込み可能である。

本発明を以下に、図面を参照しながら実施例につき詳しく説明する。

本発明による造形装置を、接続位置にある交換モジュールと共に示す図である。 図１の装置を、分離位置で造形装置から分離された交換モジュールと共に示す図である。 図１および図２の交換モジュールを示す正面図である。 図１および図２の交換モジュールを示す側面図である。 図１および図２の交換モジュールを示す背面図である。 粉末をガイドする、もしくはガスをガイドする、交換モジュールの主要な構成部分を、プロセス室に近づけられた所定の接続位置で概略的に示す断面図である。 粉末をガイドする、もしくはガスをガイドする、本発明による交換モジュールの別の構成の主要な構成部分を、プロセス室に近づけられた所定の接続位置で示す図４の断面図と同様の断面図である。 図５に示した構成要素を含むことができる交換モジュールを、図３ｃと同様の視点で示す背面図である。

図１および図２によれば、本発明による造形装置は、様々な構成要素、とりわけプロセス室のためのハウジングを有している。プロセス室はフロントプロセス室ドア２を有しており、このプロセス室ドア２には２つの観察窓４と２つの操作部６とが設けられている。これらの操作部６は、図示されていない操作用手袋によって外部に対して密閉されている（グローブボックス原理）。プロセス室ドア２を造形プロセスの終了後に開放することができ、製造された成形品を、この成形品が載置されている基板プレートと共にプロセス室から取り出すことができる。

フラットスクリーン８は、様々な情報を視覚的に表示するために使用され、場合によってはビデオカメラによって撮影されたプロセス室内部の画像を中継するためにも使用される。造形装置のハウジングはキャスタ１０の上に立っているので、造形装置を容易に動かすことができる。ハウジングドア１２，１４の後方には、造形装置の様々な構成要素、例えばプロセスコンピュータ、保護ガス容器、選択的レーザー溶融法のためのレーザー装置用の電流供給構成要素等が位置している。ハウジングはさらに材料粉末を選択的に溶融するための照射装置を含む。選択的レーザー溶融法による成形品の構成の際の基本的な手順は、先行技術に関する冒頭で述べた文献から読み取ることができ、その内容は参照により本明細書に含まれる。

材料粉末から成形品を層状に積み重ねて形成する場合、通常、各粉末層には、成形品の一部と成る領域内には位置せず、したがって余剰の粉末材料として残る粉末材料が生じる。さらに、事前に準備されたその下の粉末層の上に、もしくはベースの造形プレートの上に、個々の各粉末層を準備する場合にも余剰の材料粉末が生じる。この余剰の材料粉末は、本発明の範囲では交換モジュールにおける再処理装置に供給される。

交換モジュール１６は図１では、造形装置のハウジングにおける接続位置で示されており、交換モジュール１６用の収容スペースに配属された閉鎖ドア１８は開放状態で示されている。

交換モジュール１６もキャスタ２０の上に立っているので、図１に示した所定の接続位置から簡単に引き出して、例えば図２に示したような分離位置へと移動させることができる。交換モジュール１６のハウジングにおける凹部２４に設けられた把持棒２２によって簡単に、交換モジュール１６を接続位置へと押すことができ、交換モジュール１６を接続位置から引き出すことができる。

図２、図３ｂ、図３ｃでは符号２６で接続インターフェース群が概略的に示されている。この接続インターフェース群２６は、交換モジュール１６を所定の接続位置へと押し込む際に自動的に接続状態となり、これにより交換モジュール１６と造形装置の互いに対応する接続インターフェースがあとは自動的に正確に互いに接続される。ハウジング内の接続位置へと押し込む際に交換モジュール１６をガイドする機械的ガイドが設けられていてもよい。好適にはロック手段、例えば、接続位置への接近の際に交換モジュール１６を引き付けて接続位置に保持する電磁的なロック手段（図示せず）が設けられていてもよい。

図４にはその他に、実質的に内部のガスもしくは粉末を案内する交換モジュール１６の構成要素が、造形装置に対して相対的に、交換モジュール１６の所定の接続位置に近付けられた位置で示されている。この場合、造形装置の照射装置等のような他の構成要素は本発明の説明のために重要ではないので、図４では造形装置は概略的に示されたプロセス室により表されている。

プロセス室２８内には、公知の形式でステップ式に造形シリンダ等の中に配置可能な造形プラットフォーム３０が位置しており、この造形プラットフォーム上では成形品が材料粉末層から、各層を場所的に選択して照射することにより、次第に構成される。各粉末層は、成形品の、各層に配属された横断面領域に相当する領域で溶融される。次に照射すべき材料粉末層を準備するために、プロセス室底面に設けられた粉末入口３２を介して材料粉末がプロセス室２８に供給される。図４において符号３４で示された平滑化スライダは、図４の左から右へかつ右から左へ往復運動可能であり、これにより粉末入口３２からプロセス室２８内にもたらされる材料粉末を連行して、造形プラットフォーム３０上に、もしくは先行して行われた粉末準備ステップにより残された既に照射された粉末層上に平滑に引き延ばす。このようにして次の照射および溶融プロセスのために新たな粉末層が準備される。平滑化スライダ３４は、少なくとも図４の右側に向かう運動の際に、粉末入口３２に到達する直前に制御されて持ち上げられ、粉末入口３２上方を擦過した後再び下降させることができる。これにより平滑化スライダは、材料粉末の、プロセス室底面２９を越えて上方に向かって突出した各量を、図４の左側に向かう運動の際に連行することができ、これにより次の粉末層を準備することができる。このとき生じる余剰の材料粉末を、平滑化スライダ３４は相応の形式で再び右側への移動の際に連行して、前へと押すことができる。これによりこの余剰の粉末は、同じくプロセス室底面２９に設けられている好適にはスリット状の粉末出口３６内へと到ることができる。平滑化スライダ３４、または少なくとも平滑化スライダ３４の材料粉末に接触する部材、または粉末が付着する傾向にある部材は、好適には容易に交換可能である。

粉末出口３６は接続管路部材３８を介して接続インターフェース４０に接続されている。粉末入口３２は接続管路区分４２を介して接続インターフェース４４に接続されている。図４に示されたように、交換モジュール１６が所定の接続位置へと移行される際には、粉末出口３６に配属された接続インターフェース４０は交換モジュール１６の入口インターフェース４６に接続可能であり、これ対して粉末入口３２に配属された接続インターフェース４４は出口インターフェース４８に同時に接続可能である。図４には、接続位置に到る直前の状態が示されている。

入口インターフェース４６には、交換モジュール１６内の、材料粉末のために比較的大きな収容容積を有するメインタンクである捕集容器５０が接続されている。入口インターフェース４６の下流に接続された捕集容器５０の入口５２は捕集容器の最も高い個所に位置しており、これに対して出口５４は捕集容器５０の最も低い個所に、すなわち捕集容器５０の、下方に向かって円錐状に減径する領域に、位置している。捕集容器５０の出口５４はスクリュコンベヤ装置５６へと開口しており、このスクリュコンベヤ装置５６は、捕集容器５０の出口５４から出た粉末を、図４の右側に向かってガス流搬送装置６２の粉末供給部６０へと搬送する。

ガス流搬送装置６２は、ガス流を圧送するポンプ６４、このポンプ６４下流に接続されたバッファ６６、およびサイクロンセパレータ６８を含むガス循環路を有している。ガス流搬送装置の上記構成要素は、ガス流管路エレメント７０により互いに接続されて１つの循環路を成している。

ガス流搬送装置６２の搬送運転時に、矢印で示されたガス流は、粉末供給部６０にたまった材料粉末をそれぞれ連行して、ガス流から分離するためにサイクロンセパレータ６８へとガイドする。ポンプ６４はガス流を維持するために働く。

サイクロンセパレータ６８で分離された材料粉末は、中間タンク７２を経由して超音波ふるい装置７６の形態の粉末再処理装置７４へと到り、超音波ふるい装置では供給された材料粉末の粗い成分が捕捉され、容器７８へと排出される。容器７８内に集まった粉末は、その粗い粒子の形態では、造形装置における造形のためには通常使用されない。

ふるい装置７６を通過する微細な粒子の粉末は中間タンク８０へと到り、中間タンクから出て、スクリュコンベヤ装置８２へと供給される。スクリュコンベヤ装置は、ふるい工程で再処理された材料粉末を、プロセス室の粉末入口３２へと供給する。

交換モジュール１６が所定の接続位置から外へ移動されるとすぐに、インターフェース４０，４４，４６，４８を好適には自動的に外部に対してシールする自動シール手段が備えられているが、これは図示されていない。ガス流搬送装置６２では、好適には保護ガス、特にアルゴンがポンプ６４によって循環させられる。

以下に、図５および図６に示された本発明の別の実施例を説明する。本発明のこの別の実施例は、図１〜図４につき既に説明した本発明の第１の実施例の特徴全てを含み、これらの特徴の符号はそれぞれ同じ参照符号を図面において使用する。したがって、両実施例に存在するこのような特徴の説明については、第１の実施例の上述した説明を参照することができる。以下に、図５および図６を参照して、第１の実施例に対して付加的な第２の実施例の特徴を説明する。

第２の実施例にも示されたような特徴における本発明の主要な態様は、成形品の製造のための造形プロセスに関連して材料粉末によって汚染される全てのフィルタ構成要素、ポンプ構成要素、粉末用の捕集タンクもしくは貯蔵タンクを、好適には１つの共通の交換モジュールに格納することであり、これにより、１つの造形プロセスの完全な終了後には、実質的に全ての材料粉末を交換モジュールに残して、交換モジュールと共にその他の造形装置から取り除くことができる。これにより造形装置のその他の部分、特にプロセス室や、プロセス室から当該交換モジュール用の接続インターフェースへと通じている、成形品の製造に関して場合によっては粉末粒子に接触する管路を、必要に応じて簡単かつ迅速にクリーニングすることができ、したがって、場合によっては別の材料粉末から成る成形品の製造のための次の造形プロセスのために準備することができる。したがって大きく遅延することなく、当該別の材料粉末を含む別の交換モジュールを、造形装置において使用することができる。

プロセス室２８は、造形プロセスの間に、保護ガス、例えばアルゴンにより継続的に貫流されて浄化されるものであって、このために保護ガス循環路内に組み込まれるように調整されている。この保護ガス循環路の構成要素には、プロセス室２８から外へ通じている管路部材９０が含まれ、この管路部材は外側に位置する接続インターフェース９２を、この接続インターフェースに接続互換性がある交換モジュール１６ａの接続インターフェース９４のために備えている。交換モジュール１６ａに関して、接続インターフェース９４は入口インターフェースであって、この入口インターフェースからは第１の管路部材９６が予備フィルタ９８へと通じており、プロセス室２８から吸い出された保護ガスから、粉末粒子、凝縮混合物、埃粒子等のような粗い汚染粒子を除去する。出口側では、予備フィルタ９８が管路１００を介して微細フィルタ、例えばＨＥＰＡフィルタに接続されている。この微細フィルタは、予備フィルタを通過した微細な粒子を保護ガス循環路からろ過するために用いられる。この微細フィルタは出口側で、ガス流を保護ガス循環路内で維持するために働くガス圧送ポンプ１０４に接続されている。ポンプ１０４は管路１０６を介して出口インターフェース１０８に接続されていて、この出口インターフェースは、プロセス室２８への保護ガス供給のためのガス入口インターフェース１１０と接続互換性がある。管路部材１１２は、入口インターフェース１１０をプロセス室２８の内部へと接続している。交換モジュールが造形装置における所定の接続位置へと挿入されるとすぐに、互いに対応する接続インターフェース９２，９４もしくは１０８，１１０も自動的に正確に、外部に対してシールするように互いに接続される。

造形プロセスの準備においてまず、プロセス室ドアの閉鎖後に、プロセス室と、保護ガス循環路のその他の構成要素９０〜１１２とを排気することができる。このために、ポンプ１０４を真空ポンプとして利用することができる。この場合、ポンプ出口におけるバルブ装置（図示せず）の切り換えにより、圧送空気が外部へと分岐されるようにしなければならない。保護ガス循環路の排気が十分に行われたら、バルブの切り換えによりまず、保護ガス源からの（例えば、圧力容器からの）保護ガスの供給を保護ガス循環路内で行うことができ、この場合、保護ガスを、バルブ装置の相応の切り換え後に最終的には、ポンプ１０４によって保護ガス循環路内で循環させることができる。保護ガス循環路内における保護ガスの循環は、造形プロセスの実施中に行われる。このような造形プロセスではプロセス煙が生じることがあり、これは凝縮して固体粒子を生ぜしめ、この固体粒子は保護ガスによって連行される。場合によっては舞い上がった粉末粒子も保護ガス循環路内に到り、同じく保護ガスを汚染する恐れがある。上述したように、フィルタ９８，１０２は、このような不純物を保護ガスからろ過するために働き、これにより最終的には清浄にされた保護ガスを再びプロセス室２８へと戻すことができる。

図５では符号１１４により粉末吸引装置のフレキシブルなホースが示されている。このホースはプロセス室２８内に設けられていて、これにより材料粉末を、特に成形品の製造後に、プロセス室から保護ガス流と共に吸い出す。この吸い出される粉末は、造形プラットフォーム上で製造された成形品を取り囲む余剰の粉末、またはプロセス室２８内に、または接続管路部材３８もしくは４２内にまだ残っているその他の材料粉末であってよい。吸引ホース１１４はプロセス室ドア２がまだ閉鎖されている状態でもオペレータにより手動で案内移動することができる。オペレータは、このために、手袋操作開口６（図１および図２参照）から、この開口でシールされている手袋内に手を入れて、吸引ホース１１４を掴んで動かすことができる。吸引ホース１１４は接続管部材１１６を介して外側に位置する出口インターフェース１１８に接続されている。出口インターフェース自体は、交換モジュール１６ａの相補的なインターフェース１２０に接続互換性を有している。交換モジュール１６ａのインターフェース１２０は、交換モジュール１６ａの管路１２２を介して、図５において背後に位置する図示されていない、保護ガス流を維持するためのポンプに接続されている。このポンプの上流には、粉末セパレータ、好適にはサイクロンセパレータ（同様に図５には示されていない）が接続されている。粉末セパレータにより保護ガス流から分離された粉末はメインタンク５０へ到り、したがって次の成形品の造形プロセスの際に使用することができる。保護ガスは、該当する接続インターフェース１１２を有する相応の管路を介してプロセス室２８へと戻される。吸引ホース１１４に接続されたポンプとその下流に接続されたセパレータとは、ポンプ６４およびセパレータ６８の構成形式であってよい。吸引ホース１１４は迅速かつ容易に交換可能である。粉末吸引装置の１つの変化態様によれば、粉末吸引ホースは、交換モジュール１６ａの構成要素でもあって、膨張可能なホース、または被せることができるホースとして、相応に形成された管路１２２に、インターフェース１１８を通ってプロセス室２８内へと導入されるように、もしくはプロセス室２８から好適には外部に対してシールされて引き出すことができるように配置されていてよい。粉末吸引ホースはこの場合、交換モジュールがその接続インターフェースから取り外された場合、交換モジュールに留まる。粉末吸引装置の基本的な構成および機能形式は、例えば既に引用した欧州特許出願公開第２０５２８４５号明細書（EP 2 052 845 A2）により公知である。

図５の実施例では、同様に、粉末に汚染される危険のあるクリーニングすべき粉末吸引装置の全ての構成要素が交換モジュール１６ａ内に設けられているので、粉末吸引ホース１１４を使用する十分に入念な粉末吸引工程後、実質的に全ての粉末が交換モジュール１６ａ内にある。造形装置の、粉末に接触するその他全てのエレメントは、特にプロセス室２８は、極めて簡単かつ迅速に、念入りにクリーニングすることができ、したがって、別の交換モジュールを使用する、場合によっては別の材料粉末による次の造形プロセスのために準備される。

図６にはさらに、電流供給インターフェース１３０とデータラインインターフェース１３２とが交換モジュール１６ａに略示されていて、これらのインターフェースは、交換モジュール１６ａが造形装置における所定の接続位置に到ると、造形装置の相応に接続互換性を持った電流供給インターフェースとデータラインインターフェースとに自動的に正しく接続される。電流供給インターフェース１３０と、このインターフェースに接続されたラインとを介して、ポンプ、コンベヤスクリュ、ふるい装置等のような、交換モジュール１６ａの電気的な消費器に、電気エネルギが供給される。

データラインインターフェース１３２は、交換モジュールの特性値データや、場合によってはその他の情報が記憶されている、交換モジュール１６ａにおける電子的なデータ処理装置に接続されている。

造形装置には、データラインインターフェース１３２と接続互換性をもったデータラインインターフェースが設けられており、このインターフェースは、当該のデータ伝達ラインを介して造形装置の制御装置に接続されている。これらデータラインインターフェース間のデータ伝達接続部の形成後、造形装置の制御装置が、交換モジュール１６ａのデータ処理装置からデータを読み出すことができ、当該交換モジュール１６ａによる運転に関して注意すべき特別な点に対して対応する。このような特別な点は特に、交換モジュール内に貯えられた材料粉末等に依存する造形プロセス制御に関する。

選択的な構成によれば、交換モジュールのデータ処理装置と造形装置の制御装置との間のデータ伝達はワイヤレスに、例えば無線通信または変調されたＩＲ照射等により行われることが想定されてよい。

プロセス室には場合によっては、プロセス室内の保護ガス雰囲気を壊すことなく、プロセス室からの対象物の取り出しもしくはプロセス室への対象物の投入を可能にするロックが設けられていてよい。

Claims (15)

1. 材料粉末を場所的に選択して硬化させて、つながった領域を形成することにより成形品を製造する造形装置であって、
   加工すべき材料粉末用の粉末入口（３２）と、余剰の材料粉末用の粉末出口（３６）とを備えたプロセス室（２８）と、
   前記プロセス室（２８）内の材料粉末を準備するための、前記粉末入口（３２）に接続された、または接続可能な粉末供給装置（８０，８２）と、
   前記余剰の材料粉末から加工すべき材料粉末を回収するための、前記粉末出口（３６）に接続された、または接続可能な粉末再処理装置（７４）と、
   を含む造形装置において、
   前記粉末供給装置（８０，８２）と前記粉末再処理装置（７４）とが、交換モジュール（１６；１６ａ）として構成された１つの構成群を成すようにまとめられており、前記交換モジュールは接続インターフェースを、すなわち少なくとも１つの入口インターフェース（４６）と少なくとも１つの出口インターフェース（４８）とを有しており、前記インターフェースは、前記プロセス室（２８）の前記粉末入口（３２）および前記粉末出口（３６）の該当する接続インターフェース（４０，４４）と接続互換性があり、これにより一方では、前記プロセス室（２８）からの余剰の粉末を前記プロセス室の粉末出口（３６）から前記粉末再処理装置（７４）へと前記少なくとも１つの入口インターフェース（４６）を介して供給することができ、他方では前記粉末再処理装置（７４）によって処理された材料粉末を前記少なくとも１つの出口インターフェース（４８）を通して前記プロセス室（２８）へと前記プロセス室の粉末入口（３２）を介して供給することができ、
   前記交換モジュール（１６；１６ａ）内の前記粉末再処理装置（７４）は、前記プロセス室（２８）からの余剰の材料粉末から粗い成分を捕捉するためのふるい装置（７６）を有しており、
   前記造形装置には、パージガスにより、前記プロセス室（２８）をパージするためのパージ装置が設けられており、前記パージ装置は以下の特徴、すなわち、
   前記プロセス室（２８）内に前記パージガスを入れるためのガス入口と、
   前記プロセス室（２８）からパージガスを出すためのガス出口と、
   前記ガス出口の下流に接続されたフィルタ装置（９８，１０２）と、前記フィルタ装置（９８，１０２）に直列に接続されたガス圧送装置（１０４）と、
   前記ガス出口、前記フィルタ装置（９８，１０２）、前記ガス圧送装置（１０４）を含むガス管路系と、
   を有しており、
   前記フィルタ装置（９８，１０２）と前記ガス圧送装置（１０４）とは、１つの交換モジュール（１６ａ）内に格納されており、前記ガス管路系は、前記ガス出口に配属されたプロセス室側の接続インターフェース（９２）と、該接続インターフェースに解離可能に接続された、もしくは接続可能な交換モジュール側の接続インターフェース（９４）とを有しており、前記交換モジュール（１６ａ）は分離位置から所定の接続位置へと移行可能であり、これにより前記交換モジュールは前記接続位置では、前記ガス管路系の前記接続インターフェース（９２，９４）が互いに接続されるように、または接続可能であるように、前記造形装置内に組み込まれている、ことを特徴とする、
   材料粉末を場所的に選択して硬化させることにより成形品を製造する造形装置。
2. 前記交換モジュール（１６；１６ａ）は分離位置から所定の接続位置へと移行可能であり、前記交換モジュールは前記接続位置では、互いに対応する前記接続インターフェース（４０，４４，４６，４８）が互いに接続されるように、または接続可能であるように、前記造形装置内に組み込まれている、請求項１記載の造形装置。
3. 前記交換モジュール（１６；１６ａ）が前記分離位置から前記接続位置へと移行する際に、互いに対応する全ての接続インターフェース（４０，４４，４６，４８）が自動的に互いに正確に接続されるように、配置が行われている、請求項２記載の造形装置。
4. 前記ふるい装置（７６）は出口側で前記出口インターフェース（４８）に接続されていて、または接続可能であって、これによりふるいにかけられた材料粉末は、前記出口インターフェース（４８）を通って前記プロセス室（２８）の前記粉末入口（３２）に、加工すべき材料粉末として供給可能である、請求項１から３までのいずれか１項記載の造形装置。
5. 前記ふるい装置（７６）の下流には、ふるいにかけられた粉末を前記プロセス室（２８）の前記粉末入口（３２）へと搬送するための搬送手段（８２）が接続されている、請求項４記載の造形装置。
6. 前記交換モジュール（１６；１６ａ）は、前記プロセス室（２８）からの余剰の材料粉末（５１）を収容するための、前記入口インターフェース（４６）の下流に接続された粉末収容容器（５０）を有している、請求項１から５までのいずれか１項記載の造形装置。
7. 前記粉末収容容器（５０）は粉末出口（５４）を有しており、前記粉末収容容器（５０）の前記粉末出口（５４）と前記粉末再処理装置（７４）の粉末入口（５３）との間には、前記粉末収容容器（５０）から前記粉末再処理装置（７４）へと材料粉末（５１）を搬送するための搬送装置（６２）が設けられている、請求項６記載の造形装置。
8. 前記粉末収容容器（５０）から前記粉末再処理装置（７４）へと材料粉末を搬送するための前記搬送装置（６２）は、ガス流搬送装置を有しており、前記ガス流搬送装置は、粉末粒子をガス流によって搬送するように構成されており、前記ガス流搬送装置（６２）はセパレータ（６８）を有しており、前記セパレータは、前記ガス流から粉末粒子を分離し、前記粉末再処理装置（７４）へと供給するように構成されている、請求項７記載の造形装置。
9. 前記プロセス室（２８）の前記粉末出口（３６）および／または前記プロセス室（２８）の前記粉末入口（３２）はプロセス室底面（２９）に開口している、請求項１から８までのいずれか１項記載の造形装置。
10. 保護ガス搬送装置を有しており、前記交換モジュール（１６；１６ａ）の、粉末によって貫流される全ての構成部分は、前記保護ガス搬送装置によって保護ガスでパージ可能であり、これにより前記構成部分は、保護ガス雰囲気下で作動可能である、請求項１から９までのいずれか１項記載の造形装置。
11. 同じ形式の複数の交換モジュール（１６；１６ａ）が設けられており、前記交換モジュール（１６；１６ａ）は互いに交換可能に、所定の接続位置で前記造形装置と組み合わせ可能である、請求項１から１０までのいずれか１項記載の造形装置。
12. 前記ガス管路系は、前記ガス圧送装置（１０４）および前記フィルタ装置の下流に直列に接続された、交換モジュール側の接続インターフェース（１０８）と、該接続インターフェースに、前記交換モジュール（１６ａ）の前記所定の接続位置で解離可能に接続された、もしくは接続可能な、前記プロセス室（２８）の前記ガス入口に配属されるプロセス室側の接続インターフェース（１１０）とを有しており、前記ガス管路系は、前記交換モジュール（１６ａ）の前記所定の接続位置で、前記プロセス室（２８）を含むパージガス回路を形成し、これにより前記パージ装置のパージ運転の際に前記ガス圧送装置（１０４）がパージガスを前記パージガス回路において循環させるように圧送でき、この場合前記パージガスが前記フィルタ装置（９８，１０２）を貫流して不純物を除去するように、構成されている、請求項１から１１までのいずれか１項記載の造形装置。
13. 造形プロセスの終了後に、または開始前に、ガス流により前記プロセス室（２８）から残りの材料粉末を吸引する吸引装置が設けられており、前記吸引装置は、前記プロセス室（２８）内に設けられた、または装備することができる吸引取り扱い手段（１１４）と、該吸引取り扱い手段に接続された、ガス流を発生させるための圧送ポンプと、前記ガス流から材料粉末を分離するセパレータとを有しており、前記圧送ポンプと前記セパレータとは、前記粉末供給装置（８０，８２）および前記粉末再処理装置（７４）も含む前記交換モジュール（１６ａ）内に格納されており、前記セパレータは、前記ガス流から分離された材料粉末が前記粉末再処理装置（７４）へと到るように構成されている、請求項１から１２までのいずれか１項記載の造形装置。
14. 前記交換モジュール（１６；１６ａ）は、前記交換モジュール（１６；１６ａ）の特性値データおよび／または状態データが記憶されているデータ処理装置を含み、前記造形装置は、前記交換モジュール（１６；１６ａ）の前記データ処理装置にデータ伝達接続可能な制御装置を有しており、これにより特性値データおよび／または状態データを読み出し、前記造形装置の制御の際に前記データを考慮する、請求項１から１３までのいずれか１項記載の造形装置。
15. 請求項１から１４までのいずれか１項記載の造形装置のための交換モジュール（１６；１６ａ）であって、前記造形装置によって造形プロセスにおいて成形品を製造するために材料粉末を準備するための粉末供給装置（８０，８２）と、造形プロセスにおいて生じる余剰の材料粉末を再処理するための粉末再処理装置（７４）とを有している、造形装置のための交換モジュール（１６；１６ａ）。

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