(57)【要約】  粉末形成用装置（１０）は、ワークピース（１２）上に少なくとも１つのエネルギービーム（１６）を放射するためのエネルギー源（１４）を備え、エネルギービーム（１６）は、少なくとも部分的にワークピース（１２）を溶融して、ワークピース（１２）において少なくとも１つの溶融材料の液たまりを形成するように構成され、粉末形成用装置（１０）は、ワークピース（１２）に力を及ぼすことにより、少なくとも溶融材料の滴を前記液たまりから放出させ、固化させて粉末の粒子（１８）を形成するように構成されている。【選択図】図１
2019530803.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークピース上に少なくとも１つのエネルギービームを放射するためのエネルギー源を備え、前記エネルギービームは、少なくとも部分的に前記ワークピースを溶融して前記ワークピースにおいて少なくとも１つの溶融材料の液たまりを形成するように構成される粉末形成用装置において、
前記粉末形成用装置は、前記ワークピースに力を及ぼすことにより、少なくとも溶融材料の滴を前記液たまりから放出させ、固化させて粉末の粒子を形成するように構成されることを特徴とする粉末形成用装置。
【請求項２】
前記ワークピースは、当該ワークピースに形成された複数の細長い溝を備え、それぞれの前記溝は前記ワークピースの中心軸から外へ延びて前記ワークピースの周縁部で終端し、
それぞれの前記溝は、前記ワークピースの表面を流れる溶融材料を前記周縁部に向かって運ぶように構成され、
それぞれの前記溝は、前記周縁部から外へ放出される溶融材料の滴の形状および大きさを決定する断面形状および断面の大きさを有していることを特徴とする請求項１記載の粉末形成用装置。
【請求項３】
前記エネルギー源は、複数の前記溝が前記エネルギー源により形成されるように前記ワークピースを溶融するよう構成されることを特徴とする請求項２記載の粉末形成用装置。
【請求項４】
軸を中心に前記ワークピースを回転させるように構成されたモータをさらに備え、
それによって前記ワークピースに遠心力を加えることにより、前記滴を前記軸から外へ放出させることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の粉末形成用装置。
【請求項５】
前記ワークピースを振動させるように構成された振動手段をさらに備え、
前記ワークピースの振動により、前記滴を前記液たまりから放出させることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の粉末形成用装置。
【請求項６】
磁力または静電力を前記ワークピースに及ぼすように構成された帯電手段をさらに備え、
前記ワークピースに及ぼされた磁力または静電力により、前記滴を前記液たまりから放出させることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の粉末形成用装置。
【請求項７】
前記エネルギー源は、1,000,000平方ミクロン（1,000,000μｍ２）（1ｍｍ２）未満の表面積を有する前記ワークピースの一部に、前記エネルギービームを集束させるように構成されることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の粉末形成用装置。
【請求項８】
前記エネルギー源は、10平方ミクロン（10μｍ２）未満の表面積を有する前記ワークピースの一部に、前記エネルギービームを集束させるように構成されることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の粉末形成用装置。
【請求項９】
前記エネルギー源は、レーザービーム、コリメート光ビーム、マイクロプラズマ溶接光、電子ビーム、および粒子加速器で構成されているグループから選択されることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の粉末形成用装置。
【請求項１０】
前記エネルギービームを、前記ワークピース上に向けられる複数の別々のエネルギービームに分割するためのエネルギー分割手段をさらに備えることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の粉末形成用装置。
【請求項１１】
複数の別々のエネルギービームを前記ワークピース上に放射するための複数のエネルギー源を備えることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の粉末形成用装置。
【請求項１２】
複数の別々のエネルギービームを前記ワークピースにおける共通の焦点に集束させるための集束手段をさらに備えることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の粉末形成用装置。
【請求項１３】
前記ワークピースが円筒形状であることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項に記載の粉末形成用装置。
【請求項１４】
前記ワークピースが円錐形状であることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１項に記載の粉末形成用装置。
【請求項１５】
前記ワークピースが、金属粉末を形成するための金属材料で実質的に構成されることを特徴とする請求項１〜１４のいずれか１項に記載の粉末形成用装置。
【請求項１６】
前記ワークピースが、チタン、ステンレス鋼、合金鋼および金属ベースの陶性合金で構成されているグループから選択された金属で実質的に構成されることを特徴とする請求項１〜１５のいずれか１項に記載の粉末形成用装置。
【請求項１７】
前記ワークピースが、非金属粉末を形成するための非金属材料で構成されることを特徴とする請求項１〜１４のいずれか１項に記載の粉末形成用装置。
【請求項１８】
前記ワークピースが、セラミック、金属酸化物、陶性合金、複合材料、または粉末の形成に適した他の材料で実質的に構成されることを特徴とする請求項１〜１４のいずれか１項に記載の粉末形成用装置。
【請求項１９】
前記ワークピースの位置、速度および／または表面形状を決定するように構成された走査手段をさらに備えることを特徴とする請求項１〜１８のいずれか１項に記載の粉末形成用装置。
【請求項２０】
前記走査手段は、それぞれの粉末の粒子の大きさおよび形状を測定するように構成されることを特徴とする請求項１９記載の粉末形成用装置。
【請求項２１】
積み重ねられた粉末の粒子を前記粉末形成用装置から取り出すための弁ユニットをさらに備えることを特徴とする請求項１〜２０のいずれか１項に記載の粉末形成用装置。
【請求項２２】
少なくとも１つのエネルギービームをエネルギー源からワークピース上に放射して、当該ワークピースを少なくとも部分的に溶融するステップであって、前記ワークピースにおいて少なくとも１つの溶融材料の液たまりを形成するステップと、
前記ワークピースに力を及ぼし、少なくとも溶融材料の滴を前記液たまりから外に放出させ、固化させて粉末の粒子を形成するステップと、
を備えることを特徴とする粉末の形成方法。
【請求項２３】
複数の溝が前記ワークピースに形成されるように、前記エネルギー源を前記ワークピースに集中させるステップであって、それぞれの溝は前記ワークピースの中心軸から外へ延びて前記ワークピースの周縁部で終端するステップと、
前記溶融材料の滴が前記周縁部から外へ放出されるように、前記溶融材料が、前記溝を通って、前記ワークピースの表面を前記周縁部に向かって流れることを可能にするステップと、
を備えることを特徴とする請求項２２記載の粉末の形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粉末形成用装置および粉末形成用プロセスに関し、特に、金属粉末形成用装置および金属粉末形成用プロセスに関するが、それらに限られない。
【背景技術】
【０００２】
粉末は多種多様な産業の製造プロセスで使用される。特に金属粉末は、例えば３Ｄ印刷などの積層造形プロセスで使用される。
【０００３】
金属粉末形成用の周知のプロセスは、原料の金属の粉砕と、製粉と、水およびガス噴霧とを含んでいる。これらのプロセスは実施のために多大な時間を必要とし、かつ、低品質であり非常に不規則な大きさおよび寸法を有する粉末の粒子の生成をもたらす。この均一性の欠如は、３Ｄ印刷用のこれらの粉末の有用性を著しく低下させている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、少なくとも部分的に、これらの問題を改善して解決する粉末製造用装置および粉末製造用プロセスを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本願発明の一態様により粉末形成用装置が提供され、当該粉末形成用装置は、ワークピース上に少なくとも１つのエネルギービームを放射するためのエネルギー源を備え、前記エネルギービームは、少なくとも部分的に前記ワークピースを溶融して前記ワークピースにおいて少なくとも１つの溶融材料の液たまりを形成するように構成され、
前記粉末形成用装置は、前記ワークピースに力を及ぼすことにより、少なくとも溶融材料の滴（bead）を前記液たまりから放出させ、固化させて粉末の粒子を形成するように構成されている。
【０００６】
前記粉末形成用装置は、軸を中心に前記ワークピースを回転させるように構成されたモータをさらに備えてもよく、それによって前記ワークピースに遠心力を加えることにより、前記滴を前記軸から外に放出させている。
【０００７】
前記ワークピースは、当該ワークピースに形成された複数の細長い溝を備えてもよく、それぞれの溝は前記ワークピースの中心軸から外へ延びて前記ワークピースの周縁部で終端し、それぞれの溝は、前記ワークピースの表面を流れる溶融材料を前記周縁部に向かって運ぶように構成され、それぞれの溝は、前記周縁部から外へ放出される溶融材料の滴の形状および大きさを決定する断面形状および断面の大きさを有している。
【０００８】
前記エネルギー源は、複数の前記溝が前記エネルギー源により形成されるように前記ワークピースを溶融するよう構成されてもよい。
【０００９】
前記粉末形成用装置は、前記ワークピースを振動させるように構成された振動手段をさらに備えてもよく、前記ワークピースの振動により、前記滴を前記液たまりから放出させている。
【００１０】
前記粉末形成用装置は、磁力または静電力を前記ワークピースに及ぼすように構成された帯電手段をさらに備えてもよく、前記ワークピースに及ぼされた磁力または静電力により、前記滴を前記液たまりから放出させている。
【００１１】
前記エネルギー源は、1,000,000平方ミクロン（1,000,000μｍ２）（1ｍｍ２）未満の表面積を有する前記ワークピースの一部に、前記エネルギービームを集束させるように構成されてもよい。
【００１２】
前記エネルギー源は、10平方ミクロン（10μｍ２）未満の表面積を有する前記ワークピースの一部に、前記エネルギービームを集束させるように構成されてもよい。
【００１３】
前記エネルギー源は、レーザービーム、コリメート光ビーム、マイクロプラズマ溶接光、電子ビーム、または粒子加速器のうちのいずれか１つから選択されてもよい。
【００１４】
前記粉末形成用装置は、前記エネルギービームを、前記ワークピース上に向けられる複数の別々のエネルギービームに分割するためのエネルギー分割手段をさらに備えてもよい。
【００１５】
前記粉末形成用装置は、複数の別々のエネルギービームを前記ワークピース上に放射するための複数のエネルギー源を備えてもよい。
【００１６】
前記粉末形成用装置は、複数の別々のエネルギービームを前記ワークピースにおける共通の焦点に集束させるための集束手段をさらに備えてもよい。
【００１７】
前記ワークピースが、金属粉末を形成するための金属材料で実質的に構成されてもよい。
【００１８】
前記ワークピースが円筒形状でもよい。
【００１９】
前記ワークピースが円錐形状でもよい。
【００２０】
前記ワークピースがチタンで実質的に構成されてもよい。
【００２１】
前記ワークピースがステンレス鋼または合金鋼で実質的に構成されてもよい。
【００２２】
前記ワークピースが、純粋な金属、金属合金、金属ベースの陶性合金、または他の金属材料で実質的に構成されてもよい。
【００２３】
前記ワークピースが、非金属粉末を形成するための非金属材料で構成されてもよい。
【００２４】
前記ワークピースが、セラミック、金属酸化物、陶性合金、複合材料、または粉末の形成に適した他の材料で実質的に構成されてもよい。
【００２５】
前記粉末形成用装置は、前記ワークピースの位置、速度および／または表面形状を決定するように構成された走査手段をさらに備えてもよい。
【００２６】
前記走査手段は、それぞれの粉末の粒子の大きさおよび形状を測定するように、さらに構成されてもよい。
【００２７】
前記粉末形成用装置は、積み重ねられた粉末の粒子を当該粉末形成用装置から取り出すための弁ユニットをさらに備えてもよい。
【００２８】
本願発明のさらなる一態様により粉末形成用プロセスが提供され、当該粉末形成用プロセスは、
少なくとも１つのエネルギービームをエネルギー源からワークピース上に放射して、当該ワークピースを少なくとも部分的に溶融するステップであって、前記ワークピースにおいて少なくとも１つの溶融材料の液たまりを形成するステップと、
前記ワークピースに力を及ぼし、少なくとも溶融材料の滴を前記液たまりから外に放出させ、固化させて粉末の粒子を形成するステップと、を備えている。
【００２９】
前記粉末形成用プロセスは、
複数の溝が前記ワークピースに形成されるように、前記エネルギー源を前記ワークピースに集中させるステップであって、それぞれの溝は前記ワークピースの中心軸から外へ延びて前記ワークピースの周縁部で終端するステップと、
前記溶融材料の滴が前記周縁部から外へ放出されるように、前記溶融材料が、前記溝を通って、前記ワークピースの表面を前記周縁部に向かって流れることを可能にするステップと、をさらに備えている。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
これから本願発明は、実施例として、添付された図面を参照しつつ説明される。
【図１】本願発明の一実施形態による粉末形成用装置を示す図である。
【図２】本願発明のさらなる実施形態による粉末形成用装置を示す図である。
【図３】本願発明のさらなる実施形態による粉末形成用装置を示す図である。
【図４】本願発明のさらなる実施形態による粉末形成用装置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
図１を参照すると、本願発明の第１の実施形態による粉末形成用装置が示されており、ほとんどの場合、参照番号１０で言及されている。
【００３２】
粉末形成用装置１０は、ワークピース１２と、少なくとも１つのエネルギービーム１６をワークピース１２上に放射するためのエネルギー源１４とを備え、エネルギービーム１６は、少なくとも部分的にワークピース１２を溶融し、ワークピース１２において少なくとも１つの溶融材料の液たまりを形成するように構成される。粉末形成用装置１０は、ワークピース１２に力を及ぼすことにより、溶融材料の滴をこの液たまりから放出させ、固化させて粉末の粒子１８を形成するように構成される。
【００３３】
より具体的には、ワークピース１２は形状が円筒形である。
【００３４】
あるいは、ワークピース１２は形状が円錐形である。
【００３５】
ワークピース１２は、金属粉末の粒子を形成するための金属材料で実質的に構成されることが好ましい。例えばワークピース１２は、チタン、ステンレス鋼または合金鋼、もしくは金属ベースの陶性合金のいずれかで実質的に構成されることが好ましい。
【００３６】
代替的な実施形態において、ワークピース１２が、例えばセラミック、金属酸化物、陶性合金、複合材料、または非金属粉末の形成用の他の適切な非金属材料など、の非金属材料で実質的に構成されてもよい。
【００３７】
図４に示されるように、複数の細長い溝２６がワークピース１２に形成され、それぞれの溝２６が、ワークピース１２の中心軸から外へ延びて当該ワークピース１２の周縁部２８で終端するよう、エネルギー源１４がワークピース１２を溶融するように構成されてもよい。
【００３８】
それぞれの溝２６は、ワークピース１２の表面２２を流れる溶融材料を周縁部２８に向かって運ぶように構成され、かつ、それぞれの溝２６は、周縁部２８から放出される溶融材料の滴の形状および大きさを決定する断面形状および断面の大きさを有している。
【００３９】
粉末形成用装置１０は、その長手方向軸を中心に高速でワークピース１２を回転させるように構成されたモータ２０を、さらに備えてもよい。図１に表現されたモータ２０は、その軸を中心に時計回り方向にワークピース１２を回転させるように構成される。
【００４０】
エネルギー源１４は、レーザービーム、コリメート光ビーム、マイクロプラズマ溶接光、電子ビーム、または粒子加速器のうちのいずれかであることが好ましい。
【００４１】
エネルギー源１４は、1,000,000平方ミクロン（1,000,000μｍ２）未満の表面積、好ましくは10,000平方ミクロン（10,000μｍ２）未満の表面積を有するワークピース１２の一部に、エネルギービーム１６を集束させるように構成される。
【００４２】
使用時において、このワークピース１２の一部の温度を上昇させて溶融させ、溶融材料の小さな液たまりを形成させるのに十分な時間にわたって、エネルギービーム１６がこのワークピース１２の一部上に向けられる。ワークピース１２の回転運動により、ワークピース１２および液たまりで遠心力を及ぼしている。これにより、溶融材料の滴が形成され、液たまりから、ワークピース１２の回転軸から半径方向に外へ放出される。ワークピース１２の回転速度が速いため、溶融材料の液たまりが形成されたほとんど直後に、この溶融材料の滴が放出される。
【００４３】
放出された溶融材料の滴は、ワークピース１２の周囲の空気または真空を通って移動するにつれて固化し、単独の粉末の粒子１８を形成する。この溶融された滴の表面張力により、形成される粉末の粒子１８は、略完全な球状である。移動している球状の粉末の粒子１８は、粉末形成用装置１０の作用面２２で静止するまで、周囲の空間を通って移動する。このプロセスは、さらなる粉末の粒子１８を生成するために繰り返される。粉末の粒子１８は、作用面２２上に形成された備蓄２４上に積み重ねられる。
【００４４】
粉末形成用装置１０は、定期的に開くことにより備蓄２４に集められた粉末を粉末形成用装置１０から放出させる弁ユニット（図示せず）をさらに備え、その後の使用のために当該粉末を包装し、貯蔵できるようにしている。この粉末生成プロセスは、ワークピース１２における全ての原材料が使い果たされたときに停止される。
【００４５】
粉末形成用装置１０は走査手段（図示せず）をさらに備え、当該走査手段は、使用中のワークピース１２の位置、回転速度および／または表面形状、ならびに粉末形成用装置１０を使用して形成された粉末の粒子１８のそれぞれの粒子の大きさおよび形状を、リアルタイムで決定するように構成される。これらのデータは組合せ論理回路と共に使用され、形成された粉末の粒子１８の大きさおよび振動数に影響を与える粉末形成用装置１０のパラメータおよび構成要素を制御している。このパラメータは特に、ワークピース１２が回転する速度、エネルギービーム１６がワークピース１２に向けられる時間、エネルギービーム１６の強度、および、それぞれの粉末の粒子１８用にエネルギービーム１６を集束させるワークピース１２の一部の表面積を含んでいる。
【００４６】
この走査手段はまた、それぞれの粉末の粒子１８がワークピース１２から備蓄２４まで移動して固化する間に、空中を通る当該それぞれの粉末の粒子１８の大きさおよび形状を決定するようにも構成される。これらのデータはエネルギービーム１６の方向および強度を制御するためにさらに使用され、当該制御は、必要ならば、空中を通る当該粉末の粒子１８にエネルギービーム１６を向けて、その粉末の粒子１８の冷却速度を制御することを含んでいる。
【００４７】
前述の走査手段および組合せ論理回路はまた、エネルギービーム１６が選択的に作用する前述のワークピース１２の一部の順序やそれぞれの位置を制御するように構成されている。このことにより、使用中に、ワークピース１２の形状が実質的に均一な状態を保ち、かつ偏りがないように、ワークピース１２が一貫性のある均一な方法で加工されることをもたらしている。
【００４８】
図１に示される実施形態は、単独のエネルギービーム１６を放射するように構成された単独のエネルギー源１４を備えている。しかしながら、この粉末形成プロセスの速度を向上させるために、粉末形成用装置１０は、複数のエネルギービームをワークピース１２の複数の一部に、同時に又は連続的に放射するように構成された複数のエネルギー源を代替的に備えてもよい。
【００４９】
あるいは粉末形成用装置１０は単独のエネルギー源１４を備えてもよく、当該単独のエネルギー源１４は、この単独のエネルギー源１４により放射された単独のエネルギービームを、複数の別々のエネルギービームに分割するためのエネルギー分割手段と連携して動作し、当該複数の別々のエネルギービームは、ワークピース１２上の複数の一部に向けられている。
【００５０】
複数の個々のエネルギービームをワークピース１２上に向けるように構成された本発明の実施形態において、粉末形成用装置１０は集束手段をさらに備え、当該集束手段は使用時に、１つ以上の前述の個々のエネルギービームをワークピース１２上の共通の焦点に集束させるように構成される。
【００５１】
図２を参照すると、本発明のさらなる実施形態による粉末形成用装置１０が示されている。粉末形成用装置１０は、この粉末形成用装置１０がモータ２０を備えていないことを除いて、全ての重要な点において図１に示される実施形態と同一である。その代わりに、粉末形成用装置１０は振動手段２６を備え、当該振動手段２６は、振動運動でワークピース１２を前後に動かすように構成される。振動手段２６は、作動面２２に対してワークピース１２を正弦波状に上下に動かすように構成された、単純な駆動輪２８およびピストン３０の形態で表現されている。
【００５２】
使用時において、エネルギービーム１６がエネルギー源１４から放射され、ある期間にわたってワークピース１２の一部に向けられることにより、そのワークピース１２の一部を溶融させて、溶融材料の小さな液たまりを形成させる。ワークピース１２の振動運動により、溶融材料の滴を液たまりから、ワークピース１２から外に放出させる。
このプロセスは、その後の粉末の粒子でも繰り返される。
【００５３】
図３を参照すると、本発明のさらなる実施形態による粉末形成用装置１０が示されている。粉末形成用装置１０は、この粉末形成用装置１０が振動手段２６を備えていないことを除いて、全ての重要な点において図３に示される実施形態と同一である。その代わりに、粉末形成用装置１０は帯電手段３２を備え、当該帯電手段３２は、磁力または静電力をワークピース１２に加えるように構成される。
【００５４】
使用時において、エネルギービーム１６がエネルギー源１４から放射され、ある期間にわたってワークピース１２の一部に向けられることにより、そのワークピース１２の一部を溶融させて、溶融材料の小さな液たまりを形成させる。前述の磁力または静電気力により、溶融材料の滴を液たまりから、ワークピース１２から外に放出させる。このプロセスは、その後の粉末の粒子でも繰り返される。
【００５５】
図４を参照すると、本発明のさらなる実施形態による粉末形成用装置１０が示されている。粉末形成用装置１０のこの実施形態において、ワークピース１２が溶融されて複数の溝２６を形成し、それぞれの溝２６が、ワークピース１２の中心軸から外へ延びて当該ワークピース１２の周縁部２８で終端するように、エネルギービーム１６もまた、向けられている。
【００５６】
ワークピース１２の回転運動により、ワークピース１２や、その表面に形成された溶融材料に遠心力を及ぼしている。このことにより、この溶融材料が、ワークピース１２の中心軸からワークピース１２の周縁部２８に向かって外に流れている。溶融材料が周縁部２８に向かって流れると、この溶融材料を細長い溝２６のそれぞれに流入させ、当該細長い溝２６に沿って移動させている。溶融材料が溝２６の端部に達すると、遠心力により、溶融材料の滴を溝２６の出口およびワークピース１２から半径方向に外へ放出させる。
【００５７】
単独の溶融材料の滴が図４に示されており、当該滴は、ワークピース１２から図の右下側に向かって半径方向に外へ移動している。しかしながら、粉末形成用装置１０が使用されているとき、多数の滴が周縁部２８で形成され、そのときのいつでも、ワークピース１２から外に放出されることが理解されよう。
【００５８】
エネルギービーム１６がワークピース１２上に選択的に向けられ、形成される溝２６のそれぞれがワークピース１２の周縁部２８で特定の断面形状および大きさを有するようにしている。当該断面形状および大きさが、ワークピース１２から放出される溶融材料の滴の形状および大きさを決定し、かつ、その後に形成される粉末の粒子１８の形状および大きさを決定する。このことは、製造された粉末の粒子１８の形状、大きさおよび形態を正確に制御することを可能にする点で有利である。したがって、非常に規則的な形状、大きさおよび形態を有する粉末の粒子１８を製造することができる。
【００５９】
溝２６は、溶融材料がワークピース１２の表面上に大まかに形成されている間に、同時に形成されることが好ましい。粉末の粒子１８が形成されている間、粉末形成用装置１０により、溝２６の形状、大きさおよび形態が連続的に監視され、制御される。このことは、ワークピース１２で構成されている材料が使い果たされるまで、ワークピース１２を継続的に使用することができる、ということをもたらしている。
【００６０】
本明細書に開示される粉末形成用装置１０は、各々が略球状である粉末の粒子を形成することを可能にする点で有利である。この粒子の大きさおよび形状は非常に均一であり、したがって、特に３Ｄ印刷などの積層造形産業のプロセス（additive industrial fabrication processes）における使用に非常に適している。
【００６１】
粉末形成用装置１０は、粉末の粒子を高速で形成することができる点でさらに有利である。
【００６２】
本発明のさらなる一態様によると、粉末の粒子１８の形成用プロセスが提供され、当該粉末の粒子１８の形成用プロセスは：
少なくとも１つのエネルギービーム１６をエネルギー源１４からワークピース１２上に放射して、ワークピース１２を少なくとも部分的に溶融するステップであって、ワークピース１２において少なくとも１つの溶融材料の液たまりを形成するステップと；
ワークピース１２に力を及ぼし、少なくとも溶融材料の滴を前記液たまりから外に放出させ、固化させて粉末の粒子１８を形成するステップと；
前述の工程を繰り返して、さらなる粉末の粒子１８を形成するステップと、を備えている。
【００６３】
この粉末の粒子１８の形成用プロセスは、複数の溝２６がワークピース１２に形成され、それぞれの溝２６はワークピース１２の中心軸から外へ延びてワークピース１２の周縁部２８で終端するように、エネルギー源１４をワークピース１２に集中させるステップと、溶融材料の滴が周縁部２８から外に放出されて粉末の粒子１８を形成するように、溶融材料が、溝２６を通って、ワークピース１２の表面を周縁部２８に向かって流れることを可能にするステップと、をさらに備えている。
【００６４】
当業者が対処することが明らかであるような、さらなる修正および変形は、本願発明の範囲内にあると見なされる。
【００６５】
本発明の前述の説明において、文脈上明白な表現または必要な意味合いにより必要とされる場合を除いて、用語「含む（comprise）」、または、例えば「含む（comprises）」や「含む（comprising）」などの変形は包括的な意味で使用され、すなわち、述べられた特徴の存在を特定するが、本発明の様々な実施形態における、さらなる特徴の存在または追加を排除するものではない。
【図１】
2019530803.tif 000003
【図２】
2019530803.tif 000004
【図３】
2019530803.tif 000005
【図４】
2019530803.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成30年5月25日(2018.5.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粉末形成用装置および粉末形成用プロセスに関し、特に、金属粉末形成用装置および金属粉末形成用プロセスに関するが、それらに限られない。
【背景技術】
【０００２】
粉末は多種多様な産業の製造プロセスで使用される。特に金属粉末は、例えば３Ｄ印刷などの積層造形プロセスで使用される。
【０００３】
金属粉末形成用の周知のプロセスは、原料の金属の粉砕と、製粉と、微粒子化とを含んでいる。これらのプロセスは実施のために多大な時間を必要とし、かつ、低品質であり非常に不規則な大きさおよび寸法を有する粉末粒子の生成をもたらす。この均一性の欠如は、３Ｄ印刷用のこれらの粉末の有用性を著しく低下させている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、少なくとも部分的に、これらの問題を改善して解決する粉末製造用装置および粉末製造用プロセスを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本願発明の一態様により粉末形成用装置が提供され、当該粉末形成用装置は、
ワークピース上に少なくとも１つのエネルギービームを放射するためのエネルギー源であって、前記エネルギービームは、少なくとも部分的に前記ワークピースを溶融して前記ワークピースにおいて少なくとも１つの溶融材料の液たまりを形成するように構成されるエネルギー源と、
前記ワークピースの位置、速度および／または表面形状を決定するように構成された走査手段と、を備え、
前記粉末形成用装置は、前記ワークピースに力を及ぼすことにより、少なくとも溶融材料の滴（bead）を前記液たまりから放出させ、固化させて粉末の粒子を形成するように構成されている。
【０００６】
前記粉末形成用装置は、前記走査手段と共に動作して、形成された粉末の粒子の大きさおよび振動数に影響を与える前記粉末形成用装置のパラメータを制御するように構成された組合せ論理回路をさらに備えることが好ましい。
【０００７】
前記組合せ論理回路により制御される前記パラメータは、前記エネルギービームの強度、および、前記エネルギービームを集束させる前記ワークピースの表面積を備えることが好ましい。
【０００８】
前記走査手段は、それぞれの粉末の粒子が前記ワークピースから備蓄まで移動する間に、空中を通る当該それぞれの粉末の粒子の大きさおよび形状を決定するようにさらに構成され、前記組合せ論理回路は、空中を通る当該粉末の粒子に前記エネルギービームを向けて、その粉末の粒子の冷却速度を制御するようにさらに構成されることが好ましい。
【０００９】
前記粉末形成用装置は、軸を中心に前記ワークピースを回転させるように構成されたモータをさらに備えてもよく、それによって前記ワークピースに遠心力を加えることにより、前記滴を前記軸から外に放出させている。
【００１０】
前記ワークピースは、当該ワークピースに形成された複数の細長い溝を備えてもよく、それぞれの溝は前記ワークピースの中心軸から外へ延びて前記ワークピースの周縁部で終端し、それぞれの溝は、前記ワークピースの表面を流れる溶融材料を前記周縁部に向かって運ぶように構成され、それぞれの溝は、前記周縁部から外へ放出される溶融材料の滴の形状および大きさを決定する断面形状および断面の大きさを有している。
【００１１】
前記エネルギー源は、複数の前記溝が前記エネルギー源により形成されるように前記ワークピースを溶融するよう構成されてもよい。
【００１２】
前記粉末形成用装置は、前記ワークピースを振動させるように構成された振動手段をさらに備えてもよく、前記ワークピースの振動により、前記滴を前記液たまりから放出させている。
【００１３】
前記粉末形成用装置は、磁力または静電力を前記ワークピースに及ぼすように構成された帯電手段をさらに備えてもよく、前記ワークピースに及ぼされた磁力または静電力により、前記滴を前記液たまりから放出させている。
【００１４】
前記エネルギー源は、1,000,000平方ミクロン（1,000,000μｍ２）（1ｍｍ２）未満の表面積を有する前記ワークピースの一部に、前記エネルギービームを集束させるように構成されてもよい。
【００１５】
前記エネルギー源は、10平方ミクロン（10μｍ２）未満の表面積を有する前記ワークピースの一部に、前記エネルギービームを集束させるように構成されてもよい。
【００１６】
前記エネルギー源は、レーザービーム、コリメート光ビーム、マイクロプラズマ溶接光、電子ビーム、または粒子加速器のうちのいずれか１つから選択されてもよい。
【００１７】
前記粉末形成用装置は、前記エネルギービームを、前記ワークピース上に向けられる複数の別々のエネルギービームに分割するためのエネルギー分割手段をさらに備えてもよい。
【００１８】
前記粉末形成用装置は、複数の別々のエネルギービームを前記ワークピース上に放射するための複数のエネルギー源を備えてもよい。
【００１９】
前記粉末形成用装置は、複数の別々のエネルギービームを前記ワークピースにおける共通の焦点に集束させるための集束手段をさらに備えてもよい。
【００２０】
前記ワークピースが、金属粉末を形成するための金属材料で実質的に構成されてもよい。
【００２１】
前記ワークピースが円筒形状でもよい。
【００２２】
前記ワークピースが円錐形状でもよい。
【００２３】
前記ワークピースがチタンで実質的に構成されてもよい。
【００２４】
前記ワークピースがステンレス鋼または合金鋼で実質的に構成されてもよい。
【００２５】
前記ワークピースが、純粋な金属、金属合金、金属ベースの陶性合金、または他の金属材料で実質的に構成されてもよい。
【００２６】
前記ワークピースが、非金属粉末を形成するための非金属材料で構成されてもよい。
【００２７】
前記ワークピースが、セラミック、金属酸化物、陶性合金、複合材料、または粉末の形成に適した他の材料で実質的に構成されてもよい。
【００２８】
前記粉末形成用装置は、前記ワークピースの位置、速度および／または表面形状を決定するように構成された走査手段をさらに備えてもよい。
【００２９】
前記走査手段は、それぞれの粉末の粒子の大きさおよび形状を測定するように、さらに構成されてもよい。
【００３０】
前記粉末形成用装置は、積み重ねられた粉末の粒子を当該粉末形成用装置から取り出すための弁ユニットをさらに備えてもよい。
【００３１】
本願発明のさらなる一態様により粉末形成用プロセスが提供され、当該粉末形成用プロセスは、
少なくとも１つのエネルギービームをエネルギー源からワークピース上に放射して、当該ワークピースを少なくとも部分的に溶融するステップであって、前記ワークピースにおいて少なくとも１つの溶融材料の液たまりを形成するステップと、
前記ワークピースに力を及ぼし、少なくとも溶融材料の滴を前記液たまりから外に放出させ、固化させて粉末の粒子を形成するステップと、を備えている。
【００３２】
前記粉末形成用プロセスは、
複数の溝が前記ワークピースに形成されるように、前記エネルギー源を前記ワークピースに集中させるステップであって、それぞれの溝は前記ワークピースの中心軸から外へ延びて前記ワークピースの周縁部で終端するステップと、
前記溶融材料の滴が前記周縁部から外へ放出されるように、前記溶融材料が、前記溝を通って、前記ワークピースの表面を前記周縁部に向かって流れることを可能にするステップと、をさらに備えている。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
これから本願発明は、実施例として、添付された図面を参照しつつ説明される。
【図１】本願発明の一実施形態による粉末形成用装置を示す図である。
【図２】本願発明のさらなる実施形態による粉末形成用装置を示す図である。
【図３】本願発明のさらなる実施形態による粉末形成用装置を示す図である。
【図４】本願発明のさらなる実施形態による粉末形成用装置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
図１を参照すると、本願発明の第１の実施形態による粉末形成用装置が示されており、ほとんどの場合、参照番号１０で言及されている。
【００３５】
粉末形成用装置１０は、ワークピース１２と、少なくとも１つのエネルギービーム１６をワークピース１２上に放射するためのエネルギー源１４とを備え、エネルギービーム１６は、少なくとも部分的にワークピース１２を溶融し、ワークピース１２において少なくとも１つの溶融材料の液たまりを形成するように構成される。粉末形成用装置１０は、ワークピース１２に力を及ぼすことにより、溶融材料の滴をこの液たまりから放出させ、固化させて粉末の粒子１８を形成するように構成される。
【００３６】
より具体的には、ワークピース１２は形状が円筒形である。
【００３７】
あるいは、ワークピース１２は形状が円錐形である。
【００３８】
ワークピース１２は、金属粉末の粒子を形成するための金属材料で実質的に構成されることが好ましい。例えばワークピース１２は、チタン、ステンレス鋼または合金鋼、もしくは金属ベースの陶性合金のいずれかで実質的に構成されることが好ましい。
【００３９】
代替的な実施形態において、ワークピース１２が、例えばセラミック、金属酸化物、陶性合金、複合材料、または非金属粉末の形成用の他の適切な非金属材料など、の非金属材料で実質的に構成されてもよい。
【００４０】
図４に示されるように、複数の細長い溝３６がワークピース１２に形成され、それぞれの溝３６が、ワークピース１２の中心軸から外へ延びて当該ワークピース１２の周縁部３８で終端するよう、エネルギー源１４がワークピース１２を溶融するように構成されてもよい。
【００４１】
それぞれの溝３６は、ワークピース１２の表面を流れる溶融材料を周縁部３８に向かって運ぶように構成され、かつ、それぞれの溝３６は、周縁部３８から放出される溶融材料の滴の形状および大きさを決定する断面形状および断面の大きさを有している。
【００４２】
粉末形成用装置１０は、その長手方向軸を中心に高速でワークピース１２を回転させるように構成されたモータ２０を、さらに備えてもよい。図１に表現されたモータ２０は、その軸を中心に時計回り方向にワークピース１２を回転させるように構成される。
【００４３】
エネルギー源１４は、レーザービーム、コリメート光ビーム、マイクロプラズマ溶接光、電子ビーム、または粒子加速器のうちのいずれかであることが好ましい。
【００４４】
エネルギー源１４は、1,000,000平方ミクロン（1,000,000μｍ２）未満の表面積、好ましくは10,000平方ミクロン（10,000μｍ２）未満の表面積を有するワークピース１２の一部に、エネルギービーム１６を集束させるように構成される。
【００４５】
使用時において、このワークピース１２の一部の温度を上昇させて溶融させ、溶融材料の小さな液たまりを形成させるのに十分な時間にわたって、エネルギービーム１６がこのワークピース１２の一部上に向けられる。ワークピース１２の回転運動により、ワークピース１２および液たまりで遠心力を及ぼしている。これにより、溶融材料の滴が形成され、液たまりから、ワークピース１２の回転軸から半径方向に外へ放出される。ワークピース１２の回転速度が速いため、溶融材料の液たまりが形成されたほとんど直後に、この溶融材料の滴が放出される。
【００４６】
放出された溶融材料の滴は、ワークピース１２の周囲の空気または真空を通って移動するにつれて固化し、単独の粉末の粒子１８を形成する。この溶融された滴の表面張力により、形成される粉末の粒子１８は、略完全な球状である。移動している球状の粉末の粒子１８は、粉末形成用装置１０の作用面２２で静止するまで、周囲の空間を通って移動する。このプロセスは、さらなる粉末の粒子１８を生成するために繰り返される。粉末の粒子１８は、作用面２２上に形成された備蓄２４上に積み重ねられる。
【００４７】
粉末形成用装置１０は、定期的に開くことにより備蓄２４に集められた粉末を粉末形成用装置１０から放出させる弁ユニット（図示せず）をさらに備え、その後の使用のために当該粉末を包装し、貯蔵できるようにしている。この粉末生成プロセスは、ワークピース１２における全ての原材料が使い果たされたときに停止される。
【００４８】
粉末形成用装置１０は走査手段（図示せず）をさらに備え、当該走査手段は、使用中のワークピース１２の位置、回転速度および／または表面形状、ならびに粉末形成用装置１０を使用して形成された粉末の粒子１８のそれぞれの粒子の大きさおよび形状を、リアルタイムで決定するように構成される。これらのデータは組合せ論理回路と共に使用され、形成された粉末の粒子１８の大きさおよび振動数に影響を与える粉末形成用装置１０のパラメータおよび構成要素を制御している。このパラメータは特に、ワークピース１２が回転する速度、エネルギービーム１６がワークピース１２に向けられる時間、エネルギービーム１６の強度、および、それぞれの粉末の粒子１８用にエネルギービーム１６を集束させるワークピース１２の一部の表面積を含んでいる。
【００４９】
この走査手段はまた、それぞれの粉末の粒子１８がワークピース１２から備蓄２４まで移動して固化する間に、それぞれ空中を通る当該粉末の粒子１８の大きさおよび形状を決定するようにも構成される。これらのデータはエネルギービーム１６の方向および強度を制御するためにさらに使用され、当該制御は、必要ならば、空中を通る当該粉末の粒子１８にエネルギービーム１６を向けて冷却速度を制御することを含んでいる。
【００５０】
前述の走査手段および組合せ論理回路はまた、エネルギービーム１６が選択的に作用する前述のワークピース１２の一部の順序やそれぞれの位置を制御するように構成されている。このことにより、使用中に、ワークピース１２の形状が実質的に均一な状態を保ち、かつ偏りがないように、ワークピース１２が一貫性のある均一な方法で加工されることをもたらしている。
【００５１】
図１に示される実施形態は、単独のエネルギービーム１６を放射するように構成された単独のエネルギー源１４を備えている。しかしながら、この粉末形成プロセスの速度を向上させるために、粉末形成用装置１０は、複数のエネルギービームをワークピース１２の複数の一部に、同時に又は連続的に放射するように構成された複数のエネルギー源を代替的に備えてもよい。
【００５２】
あるいは粉末形成用装置１０は単独のエネルギー源１４を備えてもよく、当該単独のエネルギー源１４は、この単独のエネルギー源１４により放射された単独のエネルギービームを、複数の別々のエネルギービームに分割するためのエネルギー分割手段と連携して動作し、当該複数の別々のエネルギービームは、ワークピース１２上の複数の一部に向けられている。
【００５３】
複数の個々のエネルギービームをワークピース１２上に向けるように構成された本発明の実施形態において、粉末形成用装置１０は集束手段をさらに備え、当該集束手段は使用時に、１つ以上の前述の個々のエネルギービームをワークピース１２上の共通の焦点に集束させるように構成される。
【００５４】
図２を参照すると、本発明のさらなる実施形態による粉末形成用装置１０が示されている。粉末形成用装置１０は、この粉末形成用装置１０がモータ２０を備えていないことを除いて、全ての重要な点において図１に示される実施形態と同一である。その代わりに、粉末形成用装置１０は振動手段２６を備え、当該振動手段２６は、振動運動でワークピース１２を前後に動かすように構成される。振動手段２６は、作動面２２に対してワークピース１２を正弦波状に上下に動かすように構成された、単純な駆動輪２８およびピストン３０の形態で表現されている。
【００５５】
使用時において、エネルギービーム１６がエネルギー源１４から放射され、ある期間にわたってワークピース１２の一部に向けられることにより、そのワークピース１２の一部を溶融させて、溶融材料の小さな液たまりを形成させる。ワークピース１２の振動運動により、溶融材料の滴を液たまりから、ワークピース１２から外に放出させる。
このプロセスは、その後の粉末の粒子でも繰り返される。
【００５６】
図３を参照すると、本発明のさらなる実施形態による粉末形成用装置１０が示されている。粉末形成用装置１０は、この粉末形成用装置１０が振動手段２６を備えていないことを除いて、全ての重要な点において図２に示される実施形態と同一である。その代わりに、粉末形成用装置１０は帯電手段３２を備え、当該帯電手段３２は、磁力または静電力をワークピース１２に加えるように構成される。
【００５７】
使用時において、エネルギービーム１６がエネルギー源１４から放射され、ある期間にわたってワークピース１２の一部に向けられることにより、そのワークピース１２の一部を溶融させて、溶融材料の小さな液たまりを形成させる。前述の磁力または静電気力により、溶融材料の滴を液たまりから、ワークピース１２から外に放出させる。このプロセスは、その後の粉末の粒子でも繰り返される。
【００５８】
図４を参照すると、本発明のさらなる実施形態による粉末形成用装置１０が示されている。粉末形成用装置１０のこの実施形態において、ワークピース１２が溶融されて複数の溝３６を形成し、それぞれの溝３６が、ワークピース１２の中心軸から外へ延びて当該ワークピース１２の周縁部３８で終端するように、エネルギービーム１６もまた、向けられている。
【００５９】
ワークピース１２の回転運動により、ワークピース１２や、その表面に形成された溶融材料に遠心力を及ぼしている。このことにより、この溶融材料が、ワークピース１２の中心軸からワークピース１２の周縁部３８に向かって外に流れている。溶融材料が周縁部３８に向かって流れると、この溶融材料を細長い溝３６のそれぞれに流入させ、当該細長い溝３６に沿って移動させている。溶融材料が溝２６の端部に達すると、遠心力により、溶融材料の滴を溝３６の出口およびワークピース１２から半径方向に外へ放出させる。
【００６０】
単独の溶融材料の粉末の粒子１８が図４に示されており、当該粉末の粒子１８は、ワークピース１２から図の右下側に向かって半径方向に外へ移動している。しかしながら、粉末形成用装置１０が使用されているとき、多数の滴が周縁部３８で粉末の粒子１８を形成し、そのときのいつでも、粉末の粒子１８がワークピース１２から外に放出されることが理解されよう。
【００６１】
エネルギービーム１６がワークピース１２上に選択的に向けられ、形成される溝３６のそれぞれがワークピース１２の周縁部３８で特定の断面形状および大きさを有するようにしている。当該断面形状および大きさが、ワークピース１２から放出される溶融材料の滴の形状および大きさを決定し、かつ、その後に形成される粉末の粒子１８の形状および大きさを決定する。このことは、製造された粉末の粒子１８の形状、大きさおよび形態を正確に制御することを可能にする点で有利である。したがって、非常に規則的な形状、大きさおよび形態を有する粉末の粒子１８を製造することができる。
【００６２】
溝３６は、溶融材料がワークピース１２の表面上に大まかに形成されている間に、同時に形成されることが好ましい。粉末の粒子１８が形成されている間、粉末形成用装置１０により、溝３６の形状、大きさおよび形態が連続的に監視され、制御される。このことは、ワークピース１２で構成されている材料が使い果たされるまで、ワークピース１２を継続的に使用することができる、ということをもたらしている。
【００６３】
本明細書に開示される粉末形成用装置１０は、各々が略球状である粉末の粒子を形成することを可能にする点で有利である。この粒子の大きさおよび形状は非常に均一であり、したがって、特に３Ｄ印刷などの積層造形産業のプロセス（additive industrial fabrication processes）における使用に非常に適している。
【００６４】
粉末形成用装置１０は、粉末の粒子１８を高速で形成することができる点でさらに有利である。
【００６５】
本発明のさらなる一態様によると、粉末の粒子１８の形成用プロセスが提供され、当該粉末の粒子１８の形成用プロセスは：
少なくとも１つのエネルギービーム１６をエネルギー源１４からワークピース１２上に放射して、ワークピース１２を少なくとも部分的に溶融するステップであって、ワークピース１２において少なくとも１つの溶融材料の液たまりを形成するステップと；
ワークピース１２に力を及ぼし、少なくとも溶融材料の滴を前記液たまりから外に放出させ、固化させて粉末の粒子１８を形成するステップと；
前述の工程を繰り返して、さらなる粉末の粒子１８を形成するステップと、を備えている。
【００６６】
この粉末の粒子１８の形成用プロセスは、複数の溝３６がワークピース１２に形成され、それぞれの溝３６はワークピース１２の中心軸から外へ延びてワークピース１２の周縁部２８で終端するように、エネルギー源１４をワークピース１２に集中させるステップと、溶融材料の滴が周縁部３８から外に放出されて粉末の粒子１８を形成するように、溶融材料が、溝３６を通って、ワークピース１２の表面を周縁部３８に向かって流れることを可能にするステップと、をさらに備えている。
【００６７】
当業者が対処することが明らかであるような、さらなる修正および変形は、本願発明の範囲内にあると見なされる。
【００６８】
本発明の前述の説明において、文脈上明白な表現または必要な意味合いにより必要とされる場合を除いて、用語「含む（comprise）」、または、例えば「含む（comprises）」や「含む（comprising）」などの変形は包括的な意味で使用され、すなわち、述べられた特徴の存在を特定するが、本発明の様々な実施形態における、さらなる特徴の存在または追加を排除するものではない。 
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークピース上に少なくとも１つのエネルギービームを放射するためのエネルギー源であって、前記エネルギービームは、少なくとも部分的に前記ワークピースを溶融して前記ワークピースにおいて少なくとも１つの溶融材料の液たまりを形成するように構成されるエネルギー源と、
前記ワークピースの位置、速度および／または表面形状を決定するように構成された走査手段と、を備える粉末形成用装置において、
前記粉末形成用装置は、前記ワークピースに力を及ぼすことにより、少なくとも溶融材料の滴を前記液たまりから放出させ、固化させて粉末の粒子を形成するように構成されることを特徴とする粉末形成用装置。
【請求項２】
前記走査手段と共に動作して、形成された粉末の粒子の大きさおよび振動数に影響を与える前記粉末形成用装置のパラメータを制御するように構成された組合せ論理回路をさらに備えることを特徴とする請求項１記載の粉末形成用装置。
【請求項３】
前記組合せ論理回路により制御される前記パラメータは、前記エネルギービームの強度、および、前記エネルギービームを集束させる前記ワークピースの表面積を備えることを特徴とする請求項２記載の粉末形成用装置。
【請求項４】
前記走査手段は、粉末の粒子のそれぞれが前記ワークピースから備蓄まで移動する間に、空中を通る当該粉末の粒子のそれぞれの大きさおよび形状を決定するようにさらに構成され、
前記組合せ論理回路は、空中を通る当該粉末の粒子に前記エネルギービームを向けて、その粉末の粒子の冷却速度を制御するようにさらに構成されることを特徴とする請求項２または３に記載の粉末形成用装置。
【請求項５】
前記ワークピースは、当該ワークピースに形成された複数の細長い溝を備え、それぞれの前記溝は前記ワークピースの中心軸から外へ延びて前記ワークピースの周縁部で終端し、
それぞれの前記溝は、前記ワークピースの表面を流れる溶融材料を前記周縁部に向かって運ぶように構成され、
それぞれの前記溝は、前記周縁部から外へ放出される溶融材料の滴の形状および大きさを決定する断面形状および断面の大きさを有していることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の粉末形成用装置。
【請求項６】
前記エネルギー源は、複数の前記溝が前記エネルギー源により形成されるように前記ワークピースを溶融するよう構成されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の粉末形成用装置。
【請求項７】
軸を中心に前記ワークピースを回転させるように構成されたモータをさらに備え、
それによって前記ワークピースに遠心力を加えることにより、前記滴を前記軸から外へ放出させることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の粉末形成用装置。
【請求項８】
前記ワークピースを振動させるように構成された振動手段をさらに備え、
前記ワークピースの振動により、前記滴を前記液たまりから放出させることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の粉末形成用装置。
【請求項９】
磁力または静電力を前記ワークピースに及ぼすように構成された帯電手段をさらに備え、
前記ワークピースに及ぼされた磁力または静電力により、前記滴を前記液たまりから放出させることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の粉末形成用装置。
【請求項１０】
前記エネルギー源は、1,000,000平方ミクロン（1,000,000μｍ２）（1ｍｍ２）未満の表面積を有する前記ワークピースの一部に、前記エネルギービームを集束させるように構成されることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の粉末形成用装置。
【請求項１１】
前記エネルギー源は、10平方ミクロン（10μｍ２）未満の表面積を有する前記ワークピースの一部に、前記エネルギービームを集束させるように構成されることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の粉末形成用装置。
【請求項１２】
前記エネルギー源は、レーザービーム、コリメート光ビーム、マイクロプラズマ溶接光、電子ビーム、および粒子加速器で構成されているグループから選択されることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の粉末形成用装置。
【請求項１３】
前記エネルギービームを、前記ワークピース上に向けられる複数の別々のエネルギービームに分割するためのエネルギー分割手段をさらに備えることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項に記載の粉末形成用装置。
【請求項１４】
複数の別々のエネルギービームを前記ワークピース上に放射するための複数のエネルギー源を備えることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１項に記載の粉末形成用装置。
【請求項１５】
複数の別々のエネルギービームを前記ワークピースにおける共通の焦点に集束させるための集束手段をさらに備えることを特徴とする請求項１〜１４のいずれか１項に記載の粉末形成用装置。
【請求項１６】
前記ワークピースが実質的に円筒形状であることを特徴とする請求項１〜１５のいずれか１項に記載の粉末形成用装置。
【請求項１７】
前記ワークピースが実質的に円錐形状であることを特徴とする請求項１〜１６のいずれか１項に記載の粉末形成用装置。
【請求項１８】
前記ワークピースが、金属粉末を形成するための金属材料で実質的に構成されることを特徴とする請求項１〜１７のいずれか１項に記載の粉末形成用装置。
【請求項１９】
前記ワークピースが、チタン、ステンレス鋼、合金鋼および金属ベースの陶性合金で構成されているグループから選択された金属で実質的に構成されることを特徴とする請求項１〜１８のいずれか１項に記載の粉末形成用装置。
【請求項２０】
前記ワークピースが、非金属粉末を形成するための非金属材料で構成されることを特徴とする請求項１〜１４のいずれか１項に記載の粉末形成用装置。
【請求項２１】
前記ワークピースが、セラミック、金属酸化物、陶性合金、複合材料、または粉末の形成に適した他の材料で実質的に構成されることを特徴とする請求項１〜１７のいずれか１項に記載の粉末形成用装置。
【請求項２２】
前記走査手段は、それぞれの粉末の粒子の大きさおよび形状を測定するように構成されることを特徴とする請求項１〜２１のいずれか１項に記載の粉末形成用装置。
【請求項２３】
積み重ねられた粉末の粒子を前記粉末形成用装置から取り出すための弁ユニットをさらに備えることを特徴とする請求項１〜２２のいずれか１項に記載の粉末形成用装置。
【請求項２４】
少なくとも１つのエネルギービームをエネルギー源からワークピース上に放射して、当該ワークピースを少なくとも部分的に溶融するステップであって、前記ワークピースにおいて少なくとも１つの溶融材料の液たまりを形成するステップと、
走査手段を使用して、前記ワークピースの位置、速度および／または表面形状を決定するステップと、
前記ワークピースに力を及ぼし、少なくとも溶融材料の滴を前記液たまりから外に放出させ、固化させて粉末の粒子を形成するステップと、
を備えることを特徴とする粉末の形成方法。
【請求項２５】
複数の溝が前記ワークピースに形成されるように、前記エネルギー源を前記ワークピースに集中させるステップであって、それぞれの溝は前記ワークピースの中心軸から外へ延びて前記ワークピースの周縁部で終端するステップと、
前記溶融材料の滴が前記周縁部から外へ放出されるように、前記溶融材料が、前記溝を通って、前記ワークピースの表面を前記周縁部に向かって流れることを可能にするステップと、
を備えることを特徴とする請求項２４記載の粉末の形成方法。 
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図４】
2019530803.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成30年9月6日(2018.9.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークピース上に少なくとも１つのエネルギービームを放射するためのエネルギー源であって、前記エネルギービームは、少なくとも部分的に前記ワークピースを溶融して前記ワークピースにおいて少なくとも１つの溶融材料の液たまりを形成するように構成されるエネルギー源と、
前記ワークピースの位置、速度および／または表面形状を決定するように構成されたセンサ手段と、を備える粉末形成用装置において、
前記粉末形成用装置は、前記ワークピースに力を及ぼすことにより、少なくとも溶融材料の滴を前記液たまりから放出させ、固化させて粉末の粒子を形成するように構成され、
前記センサ手段は、前記粉末形成用装置により形成されたそれぞれの粉末の粒子の大きさおよび形状を決定するように構成され、
前記センサ手段と共に動作して、形成された粉末の粒子の大きさおよび振動数に影響を与える前記粉末形成用装置のパラメータを制御するように構成された組合せ論理回路をさらに備え、
前記組合せ論理回路により制御される前記パラメータは、前記エネルギービームの強度、前記ワークピースに及ぼされる力、および、前記エネルギービームを集束させる前記ワークピースの表面積を備えることを特徴とする粉末形成用装置。
【請求項２】
前記センサ手段は、粉末の粒子のそれぞれが前記ワークピースから備蓄まで移動する間に、空中を通る当該粉末の粒子のそれぞれの大きさおよび形状を決定するようにさらに構成され、
前記組合せ論理回路は、空中を通る当該粉末の粒子に前記エネルギービームを向けて、その粉末の粒子の冷却速度を制御するようにさらに構成されることを特徴とする請求項１記載の粉末形成用装置。
【請求項３】
前記ワークピースは、当該ワークピースに形成された複数の細長い溝を備え、それぞれの前記溝は前記ワークピースの中心軸から外へ延びて前記ワークピースの周縁部で終端し、
それぞれの前記溝は、前記ワークピースの表面を流れる溶融材料を前記周縁部に向かって運ぶように構成され、
それぞれの前記溝は、前記周縁部から外へ放出される溶融材料の滴の形状および大きさを決定する断面形状および断面の大きさを有していることを特徴とする請求項１または２に記載の粉末形成用装置。
【請求項４】
前記エネルギー源は、複数の前記溝が前記エネルギー源により形成されるように前記ワークピースを溶融するよう構成されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の粉末形成用装置。
【請求項５】
軸を中心に前記ワークピースを回転させるように構成されたモータをさらに備え、
それによって前記ワークピースに遠心力を加えることにより、前記滴を前記軸から外へ放出させることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の粉末形成用装置。
【請求項６】
前記ワークピースを振動させるように構成された振動手段をさらに備え、
前記ワークピースの振動により、前記滴を前記液たまりから放出させることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の粉末形成用装置。
【請求項７】
磁力または静電力を前記ワークピースに及ぼすように構成された帯電手段をさらに備え、
前記ワークピースに及ぼされた磁力または静電力により、前記滴を前記液たまりから放出させることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の粉末形成用装置。
【請求項８】
前記エネルギー源は、1,000,000平方ミクロン（1,000,000μｍ２）（1ｍｍ２）未満の表面積を有する前記ワークピースの一部に、前記エネルギービームを集束させるように構成されることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の粉末形成用装置。
【請求項９】
前記エネルギー源は、10平方ミクロン（10μｍ２）未満の表面積を有する前記ワークピースの一部に、前記エネルギービームを集束させるように構成されることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の粉末形成用装置。
【請求項１０】
前記エネルギー源は、レーザービーム、コリメート光ビーム、マイクロプラズマ溶接光、電子ビーム、および粒子加速器で構成されているグループから選択されることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の粉末形成用装置。
【請求項１１】
前記エネルギービームを、前記ワークピース上に向けられる複数の別々のエネルギービームに分割するためのエネルギー分割手段をさらに備えることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の粉末形成用装置。
【請求項１２】
複数の別々のエネルギービームを前記ワークピース上に放射するための複数のエネルギー源を備えることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の粉末形成用装置。
【請求項１３】
複数の別々のエネルギービームを前記ワークピースにおける共通の焦点に集束させるための集束手段をさらに備えることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項に記載の粉末形成用装置。
【請求項１４】
前記ワークピースが実質的に円筒形状であることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１項に記載の粉末形成用装置。
【請求項１５】
前記ワークピースが実質的に円錐形状であることを特徴とする請求項１〜１４のいずれか１項に記載の粉末形成用装置。
【請求項１６】
前記ワークピースが、金属粉末を形成するための金属材料で実質的に構成されることを特徴とする請求項１〜１５のいずれか１項に記載の粉末形成用装置。
【請求項１７】
前記ワークピースが、チタン、ステンレス鋼、合金鋼および金属ベースの陶性合金で構成されているグループから選択された金属で実質的に構成されることを特徴とする請求項１〜１６のいずれか１項に記載の粉末形成用装置。
【請求項１８】
前記ワークピースが、非金属粉末を形成するための非金属材料で構成されることを特徴とする請求項１〜１５のいずれか１項に記載の粉末形成用装置。
【請求項１９】
前記ワークピースが、セラミック、金属酸化物、陶性合金、複合材料、または粉末の形成に適した他の材料で実質的に構成されることを特徴とする請求項１〜１５のいずれか１項に記載の粉末形成用装置。
【請求項２０】
積み重ねられた粉末の粒子を前記粉末形成用装置から取り出すための弁ユニットをさらに備えることを特徴とする請求項１〜１９のいずれか１項に記載の粉末形成用装置。
【請求項２１】
少なくとも１つのエネルギービームをエネルギー源からワークピース上に放射して、当該ワークピースを少なくとも部分的に溶融するステップであって、前記ワークピースにおいて少なくとも１つの溶融材料の液たまりを形成するステップと、
センサ手段を使用して、前記ワークピースの位置、速度および／または表面形状を決定するステップと、
組合せ論理回路を使用し、前記センサ手段と共に動作して、形成された粉末の粒子の大きさおよび振動数に影響を与える前記粉末形成用装置のパラメータを制御するステップであって、前記組合せ論理回路により制御される前記パラメータは、前記エネルギービームの強度、前記ワークピースに及ぼされる力、および、前記エネルギービームを集束させる前記ワークピースの表面積を備えるステップと、
前記ワークピースに力を及ぼし、少なくとも溶融材料の滴を前記液たまりから外に放出させ、固化させて粉末の粒子を形成するステップと、
センサ手段を使用して、前記粉末形成用装置により形成されたそれぞれの粉末の粒子の大きさおよび形状を決定するステップと、
を備えることを特徴とする粉末の形成方法。
【請求項２２】
複数の溝が前記ワークピースに形成されるように、前記エネルギー源を前記ワークピースに集中させるステップであって、それぞれの溝は前記ワークピースの中心軸から外へ延びて前記ワークピースの周縁部で終端するステップと、
前記溶融材料の滴が前記周縁部から外へ放出されるように、前記溶融材料が、前記溝を通って、前記ワークピースの表面を前記周縁部に向かって流れることを可能にするステップと、
を備えることを特徴とする請求項２１記載の粉末の形成方法。 
【国際調査報告】
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