(57)【要約】【課題】キャリア要素と結合手段との結合に対して、フェイルセーフティが改善された積層造形の装置を提供すること。【解決手段】エネルギービームによって固化することができる造形材料層を連続して層ごとに選択的に照射及び固化することによって３次元の物体を積層造形する装置（１）は、造形材料及び／又は造形するべき少なくとも１つの物体を搬送する少なくとも１つのキャリア要素（３）を有するキャリアデバイス（２）と、少なくとも１つのキャリア要素（３）を駆動するように構成された駆動ユニット（４）とを有し、駆動ユニット（４）は、少なくとも１つの結合手段（５）を介してキャリア要素（３）に結合され、キャリア要素（３）と少なくとも１つの結合手段（５）との結合を固定するように構成された少なくとも１つの固定ユニット（１０）が設けられ、固定ユニット（１０）は、結合手段（５）上に軸方向に向けられる固定力を印加するように構成される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エネルギービームによって固化することができる造形材料層を連続して層ごとに選択的に照射及び固化することによって３次元の物体を積層造形する装置（１）であって、造形材料及び／又は造形するべき少なくとも１つの物体を搬送する少なくとも１つのキャリア要素（３）を有するキャリアデバイス（２）と、前記少なくとも１つのキャリア要素（３）を駆動するように構成された駆動ユニット（４）とを有し、前記駆動ユニット（４）が、少なくとも１つの結合手段（５）を介して前記キャリア要素（３）に結合される装置において、
前記キャリア要素（３）と前記少なくとも１つの結合手段（５）との結合を固定するように構成された少なくとも１つの固定ユニット（１０）を有し、前記固定ユニット（１０）が、前記結合手段（５）上に軸方向に向けられる固定力を印加するように構成されることを特徴とする装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エネルギービームによって固化することができる造形材料層を連続して層ごとに選択的に照射及び固化することによって３次元の物体を積層造形（付加製造；ａｄｄｉｔｉｖｅｌｙ  ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ）する装置に関し、この装置は、造形材料及び／又は造形するべき少なくとも１つの物体を搬送する少なくとも１つのキャリア要素を有するキャリアデバイスと、少なくとも１つのキャリア要素を駆動するように構成された駆動ユニットとを有し、駆動ユニットは、少なくとも１つの結合手段を介してキャリア要素に結合される。
【背景技術】
【０００２】
同様の装置は、従来技術から知られており、エネルギービームを生成して選択的に照射し、それによって造形材料を固化させるように構成された照射デバイスを備える。造形材料は、典型的には、キャリアデバイスに割り当てられた搬送要素によって搬送され、それにより、エネルギービームによって選択的に照射することができる造形平面が形成される。製造プロセス中、いくつかの造形材料層が連続して照射され、各照射ステップ後、新しい造形材料層が造形平面上に、並びにその前に塗布及び／又は照射された造形材料層上に塗布される。
【０００３】
したがって、層の照射が終了した後、キャリア要素は、Ｚ方向に、すなわち下方へ動かされ、それにより、新しい造形材料層のための空間が提供される。キャリア要素の可動の配置を可能にするために、キャリアデバイスは、少なくとも１つの結合手段、たとえばスピンドルを介してキャリア要素に結合された駆動ユニットを備える。駆動ユニットによって、結合手段を駆動し、それによって結合手段に結合されたキャリア要素を動かすことが可能である。
【０００４】
さらに、キャリア要素内の対応する凹部内に結合手段を締め付ける（クランプする）ことによって、結合手段をキャリア要素に結合させることが、従来技術から知られている。しかし不都合なことに、結合手段は、たとえばキャリア要素と装置のハウジングとの間の摩擦のため、凹部から切り離され、すなわち引き出されることがあり、キャリア要素にかかる対応する摩擦力が締付け力を超過し、その結果、結合手段がキャリア要素から切り離されることがある。結合手段がキャリア要素から切り離されることで、キャリア要素の移動性が失われる。したがって、装置の障害が生じることがある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
したがって、目的は、フェイルセーフティが改善された装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この目的は、請求項１に記載の装置によって本発明で実現される。本発明の有利な実施形態は、従属請求項に準拠する。
【０００７】
本明細書に記載する装置は、エネルギービームによって固化することができる粉末状の造形材料（「造形材料」）層を連続して層ごとに選択的に照射及び固化することによって
３次元の物体、たとえば技術的構成要素を積層造形する装置である。それぞれの造形材料は、金属、セラミック、又はポリマーの粉末とすることができる。それぞれのエネルギービームは、レーザビーム又は電子ビームとすることができる。それぞれの装置は、たとえば、選択的レーザ焼結装置、選択的レーザ溶融装置、又は選択的電子ビーム溶融装置とすることができる。
【０００８】
この装置は、その動作中に使用される複数の機能ユニットを備える。例示的な機能ユニットには、プロセスチャンバ、プロセスチャンバ内に配置された造形材料層を少なくとも１つのエネルギービームで選択的に照射するように構成された照射デバイス、及び所与の流動特性、たとえば所与の流動プロファイル、流速などでプロセスチャンバを通って少なくとも部分的に流れるガス状流体流を生成するように構成された流れ生成デバイスが挙げられる。ガス状流体流は、プロセスチャンバを通って流れる間に、固化されていない粒状の造形材料、特に装置の動作中に生成される煙又は煙残留物で充填することが可能である。ガス状流体流は、典型的には不活性であり、すなわち典型的には不活性ガス、たとえばアルゴン、窒素、二酸化炭素などの流れである。
【０００９】
本発明は、キャリア要素と少なくとも１つの結合手段との結合を固定するように構成された少なくとも１つの固定ユニットが設けられ、固定ユニットは、結合手段上に軸方向に向けられる（誘導される）固定力を印加するように構成されるという概念に基づいている。従来技術とは異なり、本発明は、結合手段をキャリア要素に締め付けるのではなく、結合手段上に軸方向に向けられる（誘導される）固定力を印加することを提案する。締付け力（クランプ力）は、典型的には、径方向に印加される。
【００１０】
したがって、結合手段に軸方向に作用する固定力は、たとえば摩擦のために結合手段上に印加され、結合手段をキャリア要素、たとえばキャリア要素内の凹部から引き出すように向けられる（誘導される）力を打ち消す。したがって、結合手段をキャリア要素から切り離す力を直接打ち消す固定力を印加する固定ユニットが設けられるため、結合手段とキャリア要素との結合が改善される。したがって、固定ユニットは、結合手段がキャリア要素から引き出されなくなり、したがって、結合手段とキャリア要素との間の結合が固定されることを保証する。キャリアデバイスは、上述した積層造形プロセスに使用される様々なタイプの装置に割り当てることができ、たとえばキャリアデバイスは、造形モジュールに割り当てることができ、キャリアデバイスは、造形材料及び現在造形されている物体を搬送し、特にキャリアデバイスは、エネルギービームによって選択的に照射されるように、造形材料層が塗布された造形板を搬送することができる。キャリアデバイスは、積層造形プロセスのための造形材料を提供する投与モジュールに割り当てることも可能である。さらに、固定ユニットは、封止機能を提供することができ、固定ユニットは、固定ユニットに隣接する２つの空間を封止する。
【００１１】
この装置の有利な実施形態によれば、結合手段は、駆動領域及び保持領域を備え、結合手段は、駆動領域内で駆動ユニットと相互作用し、保持領域内でキャリア要素と相互作用するように構成される。言い換えれば、駆動ユニットは、駆動領域内で結合手段と相互作用し、すなわち駆動領域内で結合手段に駆動力を印加する。保持領域は、結合要素がキャリア要素に結合される領域を指し、たとえば結合手段におけるキャリア要素内の凹部内に受け取られる領域を指す。特に、駆動領域及び保持領域は、結合手段の異なる位置に配置され、たとえば駆動領域は、結合手段の下端付近に配置され、保持領域は、結合手段の上端付近に配置される。
【００１２】
この装置は、固定ユニットが、キャリア要素に対する結合要素の位置を機械的に固定するように構成されることにより、さらに改善することができる。したがって、固定ユニットは、結合要素及びキャリア要素を互いに対して固定し、したがって、結合手段上に印加
される駆動力が、結合手段とキャリア要素との結合を介してキャリア要素上に伝達されることを確実にする。したがって、キャリア要素を結合手段とともに駆動させることができるため、キャリアデバイスと結合されたり又はキャリアデバイス内に収容される造形板の位置を明確に決めることができることを保証することができる。
【００１３】
有利には、結合手段は、キャリア要素内の開口内に部分的に配置される。この実施形態によれば、結合手段の一部が、キャリア要素内の開口内に配置されており、特に結合手段の保持領域が、キャリア要素内の開口内に受け取られる。したがって、キャリア要素は、結合手段を挿入することができる開口を提供する。開口は、加えて、結合手段の案内を提供し、横方向の相対位置（特にＸ方向及びＹ方向）を固定化する。
【００１４】
この装置は、結合手段がキャリア要素の開口から突出し、固定ユニットが、結合手段の保持領域内で開口に隣接して配置され、駆動領域が、開口の反対側に配置され、固定ユニットが、駆動領域の方向に開口から引き出されないように結合手段を固定するように構成されることにより、さらに改善することができる。
【００１５】
したがって、駆動領域及び保持領域は、結合手段の異なる位置に配置され、結合手段は、保持領域でキャリア要素の開口から突出する。固定ユニットは、結合手段の保持領域内で開口に隣接して配置され、固定ユニットは、駆動領域に対して開口の反対側に配置される。したがって、固定ユニットは、結合手段を開口から引き出すことができることを保証する。
【００１６】
有利には、固定ユニットの物理的及び／又は幾何学的な寸法、特に直径は、開口より大きい。この実施形態は、有利には、固定ユニットの物理的及び／又は幾何学的な寸法が開口より大きいため、結合手段がキャリア要素の開口から引き出されるのを防止し、それによって固定ユニットが開口を通過することを防止し、したがってキャリア要素の開口に対する結合手段の相対位置を保証する。
【００１７】
この装置の別の実施形態によって、固定ユニット及び開口は、ポジティブ・ロッキング連結として構成される。したがって、ポジティブ・ロッキング連結は、開口と固定ユニットとの絡み合い、特に固定ユニットが開口に係合することによって生成される。したがって、力がかかっていない状態でも、結合手段がキャリア要素から切り離されることが防止される。
【００１８】
この装置の有利な実施形態によれば、固定ユニットは、固定ディスクとして構築される。したがって、固定ディスクは、開口から引き出されないように結合手段を提供するように構成され、それにより、固定ディスクは、開口の周りでキャリア要素の少なくとも一部との接触を維持する。
【００１９】
固定ユニットは、ロッキング手段、特にねじ及び／又はボルトを介して、結合手段に連結することができ、ロッキング手段は、固定ユニットを保持領域に、特に結合手段の上部にロックする。たとえば、固定ユニットは、結合手段の保持領域内へねじ留めすることができ、保持領域は、結合手段の上部に位置する。ロッキング手段、すなわちねじは、結合手段を開口から引き出す傾向のある力を打ち消す軸方向の固定力を提供する。
【００２０】
この装置の別の実施形態によれば、２つの固定ユニットを設けることができ、１つの固定ユニットが、開口の各側に隣接して位置する。したがって、２つの固定ユニットは、互いに反対側に位置し、キャリア要素は、両固定ユニット間に配置される。開口の各側に固定ユニットを設けることによって、結合手段を開口から引き出す傾向のある力だけでなく、結合手段を開口に押し込む傾向のある力に関しても、キャリア要素に対する結合手段の
相対位置が保証される。言い換えれば、開口の両側に配置された２つの固定ユニットを設けることによって、結合手段とキャリア要素との結合を改善することができる。
【００２１】
有利には、結合手段は、スピンドルとして構築することができる。したがって、駆動ユニットを使用してスピンドルナットを駆動することができ、スピンドルナットは、スピンドルを駆動し、したがって、スピンドルを上方及び／又は下方へ動かし、スピンドルとともに、結合されたキャリア要素を動かす。
【００２２】
加えて、この装置は、開口内で結合手段を締め付ける（クランプする）ように構成された締付けデバイスを備えることができる。したがって、締付けデバイスは、結合手段を開口に対して固定する締付け力を結合手段上に印加するように構成される。
【００２３】
本発明の例示的な実施形態について、図を参照して説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の装置を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
この図は、エネルギービームによって固化することができる造形材料層を連続して層ごとに選択的に照射及び固化することによって３次元の物体を積層造形する装置１の詳細を示す。装置１は、たとえば製造プロセス中に造形材料及び造形するべき物体を搬送する造形板を搬送するキャリア要素３を有する搬送デバイス（キャリアデバイス）２を備える。キャリア要素は、造形材料を直接搬送することも可能である。
【００２６】
キャリアデバイス２は、キャリア要素３を駆動するように構成された駆動ユニット４、たとえばモータをさらに備える。キャリア要素３を駆動するために、駆動ユニット４は、キャリア要素３に結合された結合手段５と相互作用するように構成される。この例示的な実施形態によれば、結合手段５は、駆動ユニット４によって駆動されるスピンドルナット６と相互作用するねじ付きスピンドルとして構築される。スピンドルナット６はまた、駆動ユニット４の一部と見なすことができ、特に駆動ユニット４、結合手段５、及びスピンドルナット６は、スピンドルドライブを形成することができる。スピンドルナット６は、定位置で、たとえば装置１のハウジングに固定されているため、スピンドルナット６を駆動する結果、結合要素５が（スピンドルナットの）横方向に動く。言い換えれば、スピンドルナット６を駆動することで、結合手段５の駆動領域７上に駆動力が印加され、結合手段５が上方又は下方（スピンドルナット６の回転方向に対応）へ動かされる。結合手段５は、結合手段５の上部に実質的に配置された保持領域８をさらに備える。結合手段５は、保持領域８でキャリア要素３内の開口９から突出する。
【００２７】
結合手段５とキャリア要素３との結合を固定するために、ロッキング手段１１、たとえばねじを介して結合手段５にロックされる第１の固定ユニット１０が設けられる。固定ユニット１０は、開口９に係合し、それによってキャリア要素３とのポジティブ・ロッキング連結を生成する。
【００２８】
この図から導出することができるように、固定ユニット１０の直径１２は、開口９の直径１３より大きい。したがって、固定ユニット１０は、結合手段５上に印加される駆動力及びキャリア要素３と装置１のハウジング（図示せず）との間の摩擦のために結合手段５が開口９から引き出されること、すなわち引き抜かれることを防止する。
【００２９】
第１の固定ユニット１０は、駆動力及びキャリア要素３と装置１のハウジングとの間の摩擦のために結合手段５が開口９から引き出される可能性がないことを保証する。
【００３０】
加えて、装置１は、開口９内で結合手段５を締め付ける締付け力（クランプ力）を結合手段５上に印加するように構成された締付けデバイス１４を備える。この追加の締付け力により、結合手段５がキャリア要素３に対して固定され、特に結合手段５が開口９内でキャリア要素３に対して回転することが防止される。
以上の開示から以下の付記が提案される。
（付記１）
エネルギービームによって固化することができる造形材料層を連続して層ごとに選択的に照射及び固化することによって３次元の物体を積層造形する装置（１）であって、造形材料及び／又は造形するべき少なくとも１つの物体を搬送する少なくとも１つのキャリア要素（３）を有するキャリアデバイス（２）と、前記少なくとも１つのキャリア要素（３）を駆動するように構成された駆動ユニット（４）とを有し、前記駆動ユニット（４）が、少なくとも１つの結合手段（５）を介して前記キャリア要素（３）に結合される装置において、
前記キャリア要素（３）と前記少なくとも１つの結合手段（５）との結合を固定するように構成された少なくとも１つの固定ユニット（１０）を有し、前記固定ユニット（１０）が、前記結合手段（５）上に軸方向に向けられる固定力を印加するように構成されることを特徴とする装置。
（付記２）
前記結合手段（５）は、駆動領域（７）及び保持領域（８）を備え、前記結合手段（５）は、前記駆動領域（７）内で前記駆動ユニット（４）と相互作用し、前記保持領域（８）内で前記キャリア要素（３）と相互作用するように構成されることを特徴とする、付記１に記載の装置。
（付記３）
前記固定ユニット（１０）は、前記キャリア要素（３）に対する前記結合手段（５）の位置を機械的に固定するように構成されることを特徴とする、付記１又は２に記載の装置。
（付記４）
前記結合手段（５）は、前記キャリア要素（３）内の開口（９）内に部分的に配置されることを特徴とする、付記１〜３のいずれか一つに記載の装置。
（付記５）
前記結合手段（５）は、前記キャリア要素（３）の前記開口（９）から突出し、前記固定ユニット（１０）は、前記結合手段（５）の前記保持領域（８）内で前記開口（９）に隣接して配置され、前記駆動領域（７）は、前記開口（９）の反対側に配置され、前記固定ユニット（１０）は、前記駆動領域（７）の方向に前記開口（９）から引き出されないように前記結合手段（５）を固定するように構成されることを特徴とする、付記４に記載の装置。
（付記６）
前記固定ユニット（１０）の物理的及び／又は幾何学的な寸法（１２）、特に直径は、前記開口（９）より大きいことを特徴とする、付記４又は５に記載の装置。
（付記７）
前記固定ユニット（１０）及び前記開口（９）は、ポジティブ・ロッキング連結として構成されることを特徴とする、付記４〜６のいずれか一つに記載の装置。
（付記８）
前記保持領域（８）は、前記結合手段（５）の上部領域内に位置し、前記キャリア要素（３）に面していることを特徴とする、付記４〜７のいずれか一つに記載の装置。
（付記９）
前記固定ユニット（１０）は、固定ディスクとして構築されることを特徴とする、付記１〜８のいずれか一つに記載の装置。
（付記１０）
前記固定ユニット（１０）は、ロッキング手段（１１）、特にねじ及び／又はボルトを介して、前記結合手段（５）に連結され、前記ロッキング手段（１１）は、前記固定ユニット（１０）を前記保持領域（８）に、特に前記結合手段（５）の上部にロックすることを特徴とする、付記１〜９のいずれか一つに記載の装置。
（付記１１）
前記結合手段（５）は、スピンドルであることを特徴とする、付記１〜１０のいずれか一つに記載の装置。
（付記１２）
前記開口（９）内で前記結合手段（５）を締め付けるように構成された締付けデバイス（１４）を有することを特徴とする、付記４〜１１のいずれか一つに記載の装置。
【符号の説明】
【００３１】
１  装置
２  キャリアデバイス
３  キャリア要素
４  駆動ユニット
５  結合手段（結合要素）
６  スピンドルナット
７  駆動領域
８  保持領域
９  開口
１０  固定ユニット
１１  ロッキング手段
１２  固定ユニットの直径
１３  開口の直径
１４  締付けデバイス
【図１】
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