JP7034562B2 - 3dプリンタ - Google Patents
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Description
1.造形用粉末および支持用粉末は、注出可能であるか、または、少なくとも適切な機構により所望のパターンに配置可能である。
2.造形用粉末は、結合剤により強固に結合可能である。
3.支持用粉末は、結合剤により、造形用粉末が結合可能であるのよりもはるかに弱く結合可能である。
4.造形用粉末および支持用粉末は、形状の歪みを防ぐために、プロセス中は主に固体粒子の形態のままである。
1つの実施例では、高炭素鋼の3D印刷された物体を作り出すために、以下のパラメータが使用された。
IRON100に関する仕様および発注情報は、インターネット上のhttp://www.iron-powder.com/wp-content/uploads/2014/03/IRON100_Specifications.pdfで見つけることができる。
化学分析(重量による)
Fe 99.5%+
O 0.200%
C 0.030%
Si 0.030%
流量 29.00sec/50g
粒子サイズ <212ミクロン
中央粒子サイズ:100ミクロン
支持用粉末:OK85
USSilicaの製品であるOK85に関する仕様は、以下のインターネット・アドレスで見つけることができ、以下に複写される。
粒形:球
融点:華氏3100度
無機質:石英
典型的な化学分析:SiO2(二酸化ケイ素)99.8%
粒子サイズ:<425ミクロン
中央粒子サイズ:150ミクロン
ソレルメタル等級RF1
炭素 ケイ素 マンガン リン 硫黄
4.25% 0.15% 0.022% 0.033% 0.013%
入手可能な鋳塊サイズ(約):
185×120×55mm(7.25”×4.7×2.5)
重量(約):
5.54kb(12lbs.)
注出器穴径:小さい方の穴に対しては1mm、大きい方の穴に対しては4mm
注出中の注出器の水平移動速度(1秒間当たりのミリメートルでの):
造形用:2
支持用:8
窯の設定:
ランプ:1時間当たり摂氏600度
保持温度:摂氏1250度
保持時間:4時間。
別の実施例では、以下のことを除いて、同様のパラメータが使用された:
OK85粉末は、最大粒子の25%および最小粒子の5%を除去するためにフィルタを通された
IRON100粉末は、最小粒子の20%を除去するためにフィルタを通された
注出器穴径:小さい方の穴に対しては1mm、大きい方の穴に対しては2mm
注出中の注出器の水平移動速度(1秒間当たりのミリメートルでの):
造形用:16
支持用:20
窯の設定:
ランプ:1時間間当たり摂氏600度
保持温度:摂氏1180度
保持時間:2時間
次に図8Aから図8Dを参照すると、3Dプリンタにより造形用粉末および支持用粉末でパン4を満たすプロセスが完了した後、開口部を有し、この開口部を通る液体の流れを促す形状とされている棚110が、この粉末の上に載せられる。銑片111およびコークス片112が棚110上に配置され、蓋113が、それら全てを覆って配置される。次いで、砂などの不活性粒子状物質が、蓋113にある穴114から注がれる。これは、棚がずり上がるのを防ぎ、かつ、SiO2粉末をきつく詰め込んでおくのを支援し、それにより、溶融銑がSiO2を持ち上げるのを防ぐ。
Claims (21)
- 3次元の目標形状を有する物体を形成するための方法であって、
a)造形用粉末、支持用粉末、および結合剤を用意することと、
b)造形用粉末の3次元形状を集合的に形成する、支持用粉末でパターン化された造形用粉末の一連の層に、前記造形用粉末および前記支持用粉末を分注することと、
c)一連の層に前記造形用粉末と前記支持用粉末を分注した後に、少なくとも前記造形用粉末に前記結合剤を用い、それにより造形用粉末および結合剤で作られた前記物体を形成することであって、前記造形用粉末は、前記結合剤により、前記支持用粉末よりも強固に結合可能であり、前記造形用粉末と前記支持用粉末は前記結合剤を用いる前に結合していないことと、
d)前記支持用粉末から前記物体を分離することと、
を含む、方法。 - 前記造形用粉末および前記支持用粉末は、注出可能である、請求項1に記載の方法。
- 前記結合剤は液体であり、前記造形用粉末は前記結合剤によって濡らすことが可能であり、前記支持用粉末は前記結合剤によって濡らすことが不可能である、請求項1に記載の方法。
- 前記造形用粉末および前記支持用粉末は、前記結合剤が用いられたときに、固体粒子のままである、請求項1に記載の方法。
- 前記結合剤の結合特性を活性化させるために、前記結合剤が加熱される、請求項1に記載の方法。
- 前記造形用粉末が金属粉末であり、前記結合剤が溶融金属である、請求項1に記載の方法。
- 前記造形用粉末が金属粉末であり、前記結合剤が金属であり、前記結合剤が固体粒子の形態で用いられ、次いで、前記結合剤を溶融する温度まで加熱される、請求項1に記載の方法。
- 前記造形用粉末が鉄粉末であり、前記支持用粉末が二酸化ケイ素粉末であり、前記結合剤が溶融鉄-炭素合金である、請求項1に記載の方法。
- 前記造形用粉末が銅であり、前記支持用粉末が二酸化ケイ素粉末であり、前記結合剤が溶融銅-銀合金である、請求項1に記載の方法。
- 前記造形用粉末がセメント粉末であり、前記支持用粉末が二酸化ケイ素粉末であり、前記結合剤が水である、請求項1に記載の方法。
- 3次元の目標形状を有する物体を形成するための方法であって、
a)造形用粉末、支持用粉末、および結合剤を用意することであって、前記造形用粉末は、前記結合剤により、前記支持用粉末よりも強固に結合可能であることと、
b)造形用粉末の3次元形状を集合的に形成する、支持用粉末でパターン化された造形用粉末の一連の層に、前記造形用粉末および前記支持用粉末を分注することと、
c)前記造形用粉末に前記結合剤を用い、それにより造形用粉末および結合剤で作られた前記物体を形成することと、
d)前記支持用粉末から前記物体を分離することと、
を含む、方法であり、
前記結合剤はエポキシであり、前記造形用粉末は前記エポキシによって濡らすことが可能なポリマーであり、前記支持用粉末は前記エポキシによって濡らすことが不可能なポリマーである、方法。 - 3次元の目標形状を有する物体を形成するための方法であって、
a)造形用粉末、支持用粉末、および結合剤を用意することであって、前記造形用粉末は、前記結合剤により、前記支持用粉末よりも強固に結合可能であることと、
b)造形用粉末の3次元形状を集合的に形成する、支持用粉末でパターン化された造形用粉末の一連の層に、前記造形用粉末および前記支持用粉末を分注することと、
c)前記造形用粉末に前記結合剤を用い、それにより造形用粉末および結合剤で作られた前記物体を形成することと、
d)前記支持用粉末から前記物体を分離することと、
を含む、方法であり、
前記結合剤が接着剤であり、前記造形用粉末は前記接着剤によって濡らすことが可能なポリマーであり、前記支持用粉末は前記接着剤によって濡らすことが不可能なポリマーである、方法。 - 3次元の目標形状を有する物体を形成するための方法であって、
a)造形用粉末、支持用粉末、および結合剤を用意することであって、前記造形用粉末は、前記結合剤により、前記支持用粉末よりも強固に結合可能であることと、
b)造形用粉末の3次元形状を集合的に形成する、支持用粉末でパターン化された造形用粉末の一連の層に、前記造形用粉末および前記支持用粉末を分注することと、
c)前記造形用粉末に前記結合剤を用い、それにより造形用粉末および結合剤で作られた前記物体を形成することと、
d)前記支持用粉末から前記物体を分離することと、
を含む、方法であり、
前記造形用粉末が第1のガラス転移温度を有し、前記支持用粉末が前記第1のガラス転移温度よりも高い第2のガラス転移温度を有し、前記結合剤が前記第1のガラス転移温度
よりも高いが前記第2のガラス転移温度よりも低い温度まで加熱することによって用意される、方法。 - 異なる色の2種以上の造形用粉末をさらに含む、請求項1に記載の方法。
- 3次元の物理的物体を作るための装置であって、
(a)フレームと、
(b)容器と、
(c)造形用粉末で少なくとも部分的に満たされる造形用粉末注出器、および支持用粉末で少なくとも部分的に満たされる支持用粉末注出器であって、それぞれが、分注開口部、および前記分注開口部を制御可能に覆う分注栓を有する、造形用粉末注出器および支持用粉末注出器と、
(d)前記容器の上で前記フレームによって支持され、移動要素を含む、注出器移動および分注栓作動アセンブリであって、前記移動要素が、前記造形用粉末注出器および前記支持用粉末注出器に選択的に交互に取付け可能であり、取り付けられた抽出器を3つの直交する次元において制御可能に移動させること、および、前記分注栓を制御することが可能である、注出器移動および分注栓作動アセンブリと、
(e)目標3次元形状を受信するための入力部を含み、前記注出器移動および分注栓作動アセンブリを制御して、前記注出器を移動させ、前記栓を選択的に開き、それにより粉末を前記容器内に注ぎ込ませ、および、それにより、造形用粉末の前記目標形状を集合的に形成する、支持用粉末でパターン化された造形用粉末の一連の層を前記容器内に作り出す、演算アセンブリと、
を備える、装置であり、
第1の補充タンク、および少なくとも1つの第2の補充タンクをさらに含み、前記第1および第2の補充タンクが、それぞれ、注出器がドッキングされ得る対応するドッキング・ステーションを有し、前記注出器が前記補充タンクから物理的に支持され、前記補充タンクから粉末を受け取り、前記第1の補充タンクが造形用粉末を収容し、前記第2の補充タンクが支持用粉末を収容する、装置。 - 3次元の物理的物体を作るための装置であって、
(a)フレームと、
(b)容器と、
(c)造形用粉末で少なくとも部分的に満たされる造形用粉末注出器、および支持用粉末で少なくとも部分的に満たされる支持用粉末注出器であって、それぞれが、分注開口部、および前記分注開口部を制御可能に覆う分注栓を有する、造形用粉末注出器および支持用粉末注出器と、
(d)前記容器の上で前記フレームによって支持され、移動要素を含む、注出器移動および分注栓作動アセンブリであって、前記移動要素が、前記造形用粉末注出器および前記支持用粉末注出器に選択的に交互に取付け可能であり、取り付けられた抽出器を3つの直交する次元において制御可能に移動させること、および、前記分注栓を制御することが可能である、注出器移動および分注栓作動アセンブリと、
(e)目標3次元形状を受信するための入力部を含み、前記注出器移動および分注栓作動アセンブリを制御して、前記注出器を移動させ、前記栓を選択的に開き、それにより粉末を前記容器内に注ぎ込ませ、および、それにより、造形用粉末の前記目標形状を集合的に形成する、支持用粉末でパターン化された造形用粉末の一連の層を前記容器内に作り出す、演算アセンブリと、
を備える、装置であり、
少なくとも2つの注出器を備え、第1の注出器が第1のサイズとされた開口部を有する微細注出器であり、第2の注出器が前記第1の開口部よりも大きい第2のサイズとされた開口部を有する高速注出器である、装置。 - 前記第2のサイズとされた開口部よりも大きい第3のサイズの開口部を有する第3の注出器をさらに備える、請求項16に記載の装置。
- 前記第1および第2の注出器が造形用粉末で満たされる、請求項16に記載の装置。
- 各注出器のための補充タンクを含む、請求項16に記載の装置。
- 3次元の物理的物体を作るための装置であって、
(a)フレームと、
(b)容器と、
(c)造形用粉末で少なくとも部分的に満たされる造形用粉末注出器、および支持用粉末で少なくとも部分的に満たされる支持用粉末注出器であって、それぞれが、分注開口部、および前記分注開口部を制御可能に覆う分注栓を有する、造形用粉末注出器および支持用粉末注出器と、
(d)前記容器の上で前記フレームによって支持され、移動要素を含む、注出器移動および分注栓作動アセンブリであって、前記移動要素が、前記造形用粉末注出器および前記支持用粉末注出器に選択的に交互に取付け可能であり、取り付けられた抽出器を3つの直交する次元において制御可能に移動させること、および、前記分注栓を制御することが可能である、注出器移動および分注栓作動アセンブリと、
(e)目標3次元形状を受信するための入力部を含み、前記注出器移動および分注栓作動アセンブリを制御して、前記注出器を移動させ、前記栓を選択的に開き、それにより粉末を前記容器内に注ぎ込ませ、および、それにより、造形用粉末の前記目標形状を集合的に形成する、支持用粉末でパターン化された造形用粉末の一連の層を前記容器内に作り出す、演算アセンブリと、
を備える、装置であり、
前記注出器が、それぞれ、プラグ・ロッドを含み、前記注出器移動および分注栓作動アセンブリが、前記プラグ・ロッドを垂直に移動させて前記開口部を開閉するプラグ・ロッド作動装置を含む、装置。 - 前記プラグ・ロッド作動装置が、前記プラグ・ロッドを周期的に回転させて、前記注出器の内容物の攪拌も行う、請求項20に記載の装置。
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