JP7290676B2 - 金属3dプリンタ用原料粉末の保管庫、および金属3dプリンタ用原料粉末の保管方法 - Google Patents
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Description
[1] 内側に密閉空間を有し、前記密閉空間に金属3Dプリンタ用原料粉末を収容する保管容器を1以上載置可能な保管庫本体と、
前記密閉空間にパージガスを供給するパージガス供給経路と、
前記パージガス供給経路に位置し、前記密閉空間への前記パージガスの流量を調整する流量調節器と、
前記密閉空間を加熱する加熱器と、
前記密閉空間の温度を測定する温度測定器と、
前記温度測定器の測定値に応じて前記加熱器の出力を調整する温度調節器と、を備える、金属3Dプリンタ用原料粉末の保管庫。
[2] 前記密閉空間の雰囲気ガスを排気ガスとして前記保管庫本体の外側に排出する排気経路と、
前記排気経路に位置する酸素濃度測定器と、
前記排気経路に位置する水分濃度測定器と、をさらに備える、前項[1]に記載の金属3Dプリンタ用原料粉末の保管庫。
[3] 前記流量調節器と、前記酸素濃度測定器および前記水分濃度測定器の一方又は両方とが、有線又は無線の電気信号線により接続される、前項[2]に記載の金属3Dプリンタ用原料粉末の保管庫。
[4] 前記酸素濃度測定器による測定値、及び前記水分濃度測定器による測定値の一方又は両方を表示する、表示器をさらに備える、前項[2]又は[3]に記載の金属3Dプリンタ用原料粉末の保管庫。
[5] 前記加熱器の表面に位置する、接触防止板をさらに備える、前項[1]乃至[4]のいずれかに記載の金属3Dプリンタ用原料粉末の保管庫。
[6] 前項[1]乃至[5]のいずれかに記載の金属3Dプリンタ用原料粉末の保管庫を用いる、金属3Dプリンタ用原料粉末の保管方法であって、
保管庫本体の内側の密閉空間に金属3Dプリンタ用原料粉末を収容する保管容器を1以上載置し、
前記密閉空間に所要の流量でパージガスを供給し、
前記密閉空間の温度を所要の温度とする、金属3Dプリンタ用原料粉末の保管方法。
[7] 前記密閉空間の酸素濃度を3体積%以下に維持し、
前記密閉空間の露点温度を-30℃以下に維持する、前項[6]に記載の金属3Dプリンタ用原料粉末の保管方法。
先ず、本発明を適用した一実施形態である金属3Dプリンタ用原料粉末の保管庫の構成について説明する。図1は、本発明を適用した一実施形態である金属3Dプリンタ用原料粉末の保管庫の構成の一例を示す模式図である。
図1に示すように、本実施形態の金属3Dプリンタ用原料粉末の保管庫(以下、単に「保管庫」という場合がある)1は、キャビネット(保管庫本体)2、ヒータ(加熱器)3、パージガス供給経路L1、排気経路L2、流量調節器4、酸素濃度測定器5、水分濃度測定器6、ヒータカバー(接触防止板)7、温度測定器8A、温度調節器8B、及びモニタ(表示器)9を備えて、概略構成されている。
開閉扉は、閉塞した際、保管庫1が設置された環境から密閉空間Pに酸素および水分が透過しない程度に封止(シール)されることが好ましい。
また、開閉扉には、開放した際、信号が発信されるようにセンサーを設けることが好ましい。
パージガスの種類は、原料粉末と反応しないものであれば、特に限定されない。パージガスとしては、窒素ガス、ヘリウムガス、アルゴンガス等の不活性ガスが挙げられる。また、パージガスは、原料粉末に含まれる水分除去の観点から、水分含有量が少なく、乾燥していることが好ましい。具体的には、パージガスの露点は、-50℃以下が好ましく、-60℃以下がより好ましい。本実施形態の保管庫1に適用するパージガスとしては、露点-50℃以下の窒素ガスが好ましい。
吹き出し口L1a,L1bは、密閉空間Pの底部付近に所定の間隔をあけて配置されている。密閉空間Pの底部付近からパージガスを導入することで、密閉空間Pの雰囲気ガスを下側から上側へ対流させることができる。
また、吹き出し口L1a,L1bは、吹き出したパージガスが背面板2Aに配置されたヒータ3に当たる向きに調整されている。パージガスをヒータ3に吹き付けることで、加温されたパージガスを密閉空間Pに供給できる。
次に、本発明を適用した一実施形態である金属3Dプリンタ用原料粉末の保管方法について説明する。
本実施形態の金属3Dプリンタ用原料粉末の保管方法(以下、単に「保管方法」という場合がある)は、上述した保管庫1を用いて行う。
次に、酸素濃度測定器5による雰囲気ガス中の酸素濃度が5体積%未満となった際、ヒータ3の昇温機能をONにして、キャビネット2内の密閉空間Pの加熱を開始する。
密閉空間P内の温度は、所要の温度に維持される。密閉空間P内の温度としては、原料粉末の保管容器Qの耐熱性の観点から、室温(25℃)~110℃とすることができる。
また、原料粉末の乾燥促進の観点から、密閉空間P内の温度は、40~100℃が好ましく、40~80℃がより好ましく、40~60℃がさらに好ましい。
さらに、作業者の安全確保の観点から、密閉空間P内の温度は、25~50℃がもっとも好ましい。
パージガスの供給量を50L/min以上とすることで、パージ時間短縮の効果が得られる。また、パージガスの供給量を10L/min以下とすることで、庫内雰囲気保持時のガス節約の効果が得られる。
ここで、本実施形態の保管方法では、キャビネット2内の密閉空間Pの酸素濃度が16体積%以下で開閉扉を開放しようとした場合、開閉扉がロックされ、警報を鳴らし、パージガス供給経路L1から空気を供給する措置をとる。また、開閉扉を開放すると自動的にパージガスの供給が停止する措置をとる。これらの措置により、作業者の安全が確保される。
また、本実施形態の保管庫1および保管方法によれば、最適な雰囲気下で原料粉末を保管できるため、金属3Dプリンタで使用する原料粉末の品質を維持することができ、造形物の性能維持に寄与する。
また、本実施形態の保管庫1および保管方法によれば、保管庫1で保管することで、吸湿した原料粉末を乾燥できる。これにより、金属3Dプリンタによる造形物の性能維持に寄与する。
実施例1の保管庫として、上述した実施形態の保管庫1を用いた。保管庫1の仕様、及び運転条件は、以下の通り。
・保管庫1の容量:1190L
・パージガス:窒素ガス(露点-50℃)
・パージガス供給量:0~25L/min(自動調節)
・酸素濃度設定値:3体積%
・温度設定値:50℃
比較例1の保管庫の仕様、及び運転条件は、以下の通り。
・保管庫の容量:1190L
・パージガス:窒素ガス(露点-50℃)
・パージガス供給量:25L/min(定量供給)
・酸素濃度設定値:なし
・温度設定値:なし
環境雰囲気中に開放された保管庫の扉を閉めて、パージガスの供給を開始し、庫内の酸素濃度を24時間制御した際の庫内の酸素濃度の推移とパージガスの消費量を比較した。
図3に、実施例1および比較例1の保管庫内の酸素濃度の推移を示す。また、図4に、実施例1および比較例1の保管庫におけるパージガスの消費量を示す。
図3及び図4に示すように、実施例1の保管庫によれば、パージガスの流量制御によって庫内雰囲気を任意の酸素濃度(3体積%)で保持することができ、パージガスの消費量を比較例1の保管庫よりも節約できることを確認した。
環境雰囲気中に開放された保管庫の扉を閉めて、パージガスの供給を開始し、庫内の雰囲気が許容される保管環境(露点、及び酸素濃度)に到達するまでの時間とパージガスの消費量を比較した。
以下の表1に、許容される保管環境(露点、及び酸素濃度)に到達するまでの時間を示す。また、図5に、実施例1および比較例1の保管庫における、許容される保管環境(露点-30℃)に到達するまでのパージガスの消費量を示す。
表1に示すように、実施例1の保管庫によれば、庫内の露点、あるいは酸素濃度が目標値となるまで、パージガスの流量を一時的に増加させることができるため、許容される保管環境(露点、及び酸素濃度)に到達するまでの時間を比較例1の保管庫よりも短縮できた。
また、図5に示すように、実施例1の保管庫によれば、許容される保管環境(露点-30℃)に到達するまでの時間を短縮できるため、比較例1の保管庫と比較して、当該保管環境に到達するまでのパージガスの消費量を大幅に削減できることを確認した。
実施例2の保管庫として、実施例1と同じものを使用した。保管庫1の仕様、及び運転条件は、以下の通り。
・保管庫1の容量:1190L
・パージガス:窒素ガス(露点-74℃)
・パージガス供給量:5~50L/min(自動調節)
・露点設定値:-70℃
・温度設定値:なし
比較例2の保管庫の仕様、及び運転条件は、以下の通り。
・保管庫の容量:1190L
・パージガス:なし
・露点設定値:なし
・温度設定値:なし
環境雰囲気中に開放された保管庫の扉を閉めて、パージガス供給を開始し、庫内の露点を24時間制御した際の庫内の露点の推移を比較した。
図6に、実施例2及び比較例2の保管庫内の露点の推移を示す。また、図7に、実施例2及び比較例2の、保管粉末の吸着水分量を示す。
図6に示すように、実施例2の保管庫によれば、露点-74℃のパージガスを供給することによって、比較例2の保管庫と比較して、到達露点を大幅に低減できることを確認した。
2・・・キャビネット(保管庫本体)
3・・・ヒータ(加熱器)
4・・・流量調節器
5・・・酸素濃度測定器
6・・・水分濃度測定器
7・・・ヒータカバー(接触防止板)
8A・・・温度測定器
8B・・・温度調節器
9・・・モニタ(表示器)
10・・・断熱材
11・・・金属板
12・・・導線
E1~E4・・・電気信号線
M1,M2・・・電気信号線
P・・・密閉空間
L1・・・パージガス供給経路
L2・・・排気経路
Q・・・保管容器
Claims (7)
- 内側に密閉空間を有し、前記密閉空間に金属3Dプリンタ用原料粉末を収容する保管容器を1以上載置可能な保管庫本体と、
前記密閉空間にパージガスを供給するパージガス供給経路と、
前記パージガス供給経路に位置し、前記密閉空間への前記パージガスの流量を調整する流量調節器と、
前記密閉空間を加熱する加熱器と、
前記密閉空間の温度を測定する温度測定器と、
前記温度測定器の測定値に応じて前記加熱器の出力を調整する温度調節器と、
前記密閉空間の雰囲気ガスを排気ガスとして前記保管庫本体の外側に排出する排気経路と、を備える、金属3Dプリンタ用原料粉末の保管庫。 - 前記排気経路に位置する酸素濃度測定器と、
前記排気経路に位置する水分濃度測定器と、をさらに備える、請求項1に記載の金属3Dプリンタ用原料粉末の保管庫。 - 前記流量調節器と、前記酸素濃度測定器および前記水分濃度測定器の一方又は両方とが、有線又は無線の電気信号線により接続される、請求項2に記載の金属3Dプリンタ用原料粉末の保管庫。
- 前記酸素濃度測定器による測定値、及び前記水分濃度測定器による測定値の一方又は両方を表示する、表示器をさらに備える、請求項2又は3に記載の金属3Dプリンタ用原料粉末の保管庫。
- 前記加熱器の表面に位置する、接触防止板をさらに備える、請求項1乃至4のいずれか一項に記載の金属3Dプリンタ用原料粉末の保管庫。
- 請求項1乃至5のいずれか一項に記載の金属3Dプリンタ用原料粉末の保管庫を用いる、金属3Dプリンタ用原料粉末の保管方法であって、
保管庫本体の内側の密閉空間に金属3Dプリンタ用原料粉末を収容する保管容器を1以上載置し、
前記密閉空間に所要の流量でパージガスを供給し、
前記密閉空間の温度を所要の温度とする、金属3Dプリンタ用原料粉末の保管方法。 - 前記密閉空間の酸素濃度を3体積%以下に維持し、
前記密閉空間の露点温度を-30℃以下に維持する、請求項6に記載の金属3Dプリンタ用原料粉末の保管方法。
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