(57)【要約】【解決手段】積層造形によって物体を製造する装置は、凝固可能な粉末材料の槽をビルドプレートのビルド表面上で受ける処理チャンバと、前記ビルドプレートを前記材料の槽の表面レベルに対して位置決めする支持体と、前記材料の選択部分を凝固させる凝固デバイスと、前記物体が前記ビルドプレートの前記ビルド表面上に構築されるように、前記ビルドプレートの前記ビルド表面を準備するビルドプレート準備手段とを含む。そのような装置を用いて、ビルドプレートのビルド表面上で積層造形によって物体を製造する方法。【選択図】図１
2019521023.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
積層造形によって物体（３、１０３）を製造する装置（１、１０１）であって、
凝固可能な粉末材料（１１、１１１）の槽をビルドプレート（９、１０９）のビルド表面（７、１０７）上で受ける処理チャンバ（５、１０５）と、
前記ビルドプレート（９、１０９）を前記材料の槽の表面レベル（Ｌ）に対して位置決めする支持体（１３、１１３）と、
前記材料（１１、１１１）の選択部分を凝固させる凝固デバイス（１５、１１５）と、
前記物体（３、１０３）が前記ビルドプレート（９、１０９）の前記ビルド表面（７、１０７）上に構築されるように、前記ビルドプレート（９、１０９）の前記ビルド表面（７、１０７）を準備するビルドプレート準備手段（１７、１９、１１７、１１９）と、
前記ビルドプレート（９、１０９）の前記ビルド表面（７、１０７）が、凝固可能な前記粉末材料（１１、１１１）の槽を前記ビルドプレート（９、１０９）の前記ビルド表面（７、１０７）上で受ける前記処理チャンバ（５、１０５）内に収容される第１位置と、前記ビルドプレート（９、１０９）の前記ビルド表面（７、１０７）を準備するために、前記ビルドプレート（９、１０９）の前記ビルド表面（７、１０７）が位置決めされる第２位置との間で前記ビルドプレート（９、１０９）を移動させるために設けられる移動手段（２５、１２５）とを備え、
前記移動手段（２５、１２５）は、前記第１位置と前記第２位置の間で実質的に垂直な軸の周りに前記ビルドプレート（９、１０９）を回転させる前記実質的に垂直な軸を含む、装置（１、１０１）。
【請求項２】
前記ビルドプレート準備手段（１７、１９、１１７、１１９）は、前記物体（３、１０３）を構築する前に前記ビルドプレート（９、１０９）の前記ビルド表面（７、１０７）から物体を分離する分離デバイス（１７、１１７）を含む、請求項１に記載の装置（１、１０１）。
【請求項３】
前記第２位置において、前記ビルドプレート（９、１０９）の前記ビルド表面（７、１０７）は後処理チャンバ（２３、１２３）内に収容される、請求項１または２に記載の装置（１、１０１）。
【請求項４】
前記分離デバイス（１７、１１７）は、前記ビルドプレート（９、１０９）の前記ビルド表面（７、１０７）から前記物体（３、１０３）を分離するために前記後処理チャンバ（２３、１２３）内に収容される、請求項２または３に記載の装置（１、１０１）。
【請求項５】
前記ビルドプレート準備手段（１７、１９、１１７、１１９）は、前記ビルドプレート（９、１０９）の前記ビルド表面（７、１０７）を洗浄および／または平坦化する調整デバイス（１９、１１９）を含む、請求項１から４のいずれかに記載の装置（１、１０１）。
【請求項６】
第１位置決め手段（２７、１２７）が、前記ビルドプレート（９、１０９）の前記ビルド表面（７、１０７）に対して前記分離デバイス（１７、１１７）を相対的に位置決めするために設けられる、請求項２に記載の装置（１、１０１）。
【請求項７】
第２位置決め手段（２９、１２９）が、前記ビルドプレート（９、１０９）の前記ビルド表面（７、１０７）に対して前記調整デバイス（１９、１１９）を相対的に位置決めするために設けられる、請求項５に記載の装置（１、１０１）。
【請求項８】
前記分離デバイス（１７、１１７）は、帯鋸デバイスおよび放電加工（ＥＤＭ）デバイスの少なくとも一つを含む、請求項２に記載の装置（１、１０１）。
【請求項９】
前記調整デバイス（１９、１１９）は、旋盤、フライス装置、研削装置、旋削装置および研磨装置の少なくとも一つを含む、請求項５に記載の装置（１、１０１）。
【請求項１０】
前記装置（１、１０１）は、物体（１０３ａ）をその上で構築するためのさらなるビルド表面（１０７ａ）を有するさらなるビルドプレート（１０９ａ）を含む、請求項１から９のいずれかに記載の装置（１、１０１）。
【請求項１１】
前記ビルドプレート準備手段（１７、１９、１１７、１１９）は、前記ビルドプレート（９、１０９）の前記ビルド表面（７、１０７）の平坦度を測定するビルド表面測定デバイス（３１、１３１）を含む、請求項１から１０のいずれかに記載の装置（１、１０１）。
【請求項１２】
請求項１から１１のいずれかに記載の装置（１、１０１）を用いて、ビルドプレート（９、１０９）のビルド表面（７、１０７）上で積層造形によって物体（３、１０３）を製造する方法であって、
前記処理チャンバ（５、１０５）において前記ビルドプレート（９、１０９）の前記ビルド表面（７、１０７）を受けるステップと、
前記ビルドプレートの前記ビルド表面が、凝固可能な前記粉末材料の槽を前記ビルドプレートの前記ビルド表面上で受ける前記処理チャンバ内に収容される第１位置と、前記ビルドプレートの前記ビルド表面を準備するために前記ビルドプレートの前記ビルド表面が位置決めされる第２位置との間で前記ビルドプレートを移動させるステップであって、前記ビルドプレートを移動させるステップは、実質的に垂直な軸の周りに前記ビルドプレートを回転させることを含む、前記ビルドプレートを移動させるステップと、
前記物体（３、１０３）が前記ビルドプレート（９、１０９）の前記ビルド表面（７、１０７）上に構築されるように、前記ビルドプレート準備手段（１７、１９、１１７、１１９）を用いて前記ビルドプレート（９、１０９）の前記ビルド表面（７、１０７）を準備するステップとを含む、方法。
【請求項１３】
前記ビルドプレート（９、１０９）の前記ビルド表面（７、１０７）を準備するステップは、
前記ビルドプレート（９、１０９）の前記ビルド表面（７、１０７）から物体を分離するステップ、
前記ビルドプレート（９、１０９）の前記ビルド表面（７、１０７）を洗浄および／または平坦化するステップ、および
前記ビルドプレート（９、１０９）の前記ビルド表面（７、１０７）の平坦度を測定するステップの少なくとも一つを含む、請求項１２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
第１の態様によれば、本発明は積層造形によって物体を製造するための装置に関する。
【０００２】
第２の態様によれば、本発明は、第１の態様による装置を使用して、ビルドプレートのビルド表面上に積層造形によって物体を製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
３Ｄ印刷または積層造形は、三次元物体を製造するための種々のプロセスのいずれかを指す。射出成形などの従来の技術は、例えばポリマー製品を大量に製造する場合に、より安価であり得るが、３Ｄ印刷または積層造形は、比較的少量の三次元物体を製造する場合に、より迅速、より柔軟、かつより安価であり得る。
【０００４】
競争圧力の高まりにより、企業は、一定の高品質の製品をより経済的に製造しなければならないだけでなく、製品開発の領域における時間およびコストの節約も求められるため、積層造形が将来においてますます重要になると予想される。製品の寿命は、ますます短くなっている。製品の品質および製品のコストに加えて、市場導入のタイミングが、製品の成功にとってますます重要になってきている。
【０００５】
三次元（３Ｄ）物体を製造するために粉末、紙、またはシート材料を層状のやり方で選択的に凝固させることによって３Ｄ物体を製造することができる。特に、複数の層を順次に焼結させて所望の物体を層ごとのやり方で作り上げるコンピュータ制御の積層造形装置を使用することができる。主として、材料の連続層がコンピュータ制御のもとで配置される付加プロセスが使用される。これらの物体は、ほぼ任意の形状または形態であってよく、３Ｄモデルまたは他の電子データソースから生成される。
【０００６】
三次元物体を印刷するために、例えば、コンピュータ設計パッケージまたは３Ｄスキャナによって、印刷可能なモデルが生成される。通常は、入力は、ＳＴＬファイル、ＳＴＥＰファイル、またはＩＧＳファイルなどの３Ｄ  ＣＡＤファイルである。ＣＡＤファイルからの物体を印刷する前に、ファイルは、モデルを一連の薄い連続層に変換するソフトウェアによって処理される。さらに、連続層の各々の生成を制御するための装置の設定およびベクトルが生成される。
【０００７】
コンピュータ制御の積層造形装置に含まれるレーザが、３Ｄ物体を一連の断面から作り上げるために、これらの設定およびベクトルに従って材料の連続層を凝固させる。同時に、ＣＡＤモデルからの仮想の断面に対応するこれらの層が、このプロセスの最中に結合または融合させられ、最終的な３Ｄ物体が生成される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
装置の運用コストを低減するために、装置の容量を十分に利用し、同時に三次元物体の全製造リードタイムを最小化すること、すなわち製造待ち行列を最小化することを確実にすることが目的である。
【０００９】
三次元物体の製造、特に金属物体の積層造形における課題の一つは、製造された物体の除去による装置の生産性の損失に関する。従来技術の慣例によれば、物体はビルドプレート上に製造され、その物体の製造後のビルドプレートは他のビルドプレートによって置き換えられる。ビルドプレートを交換してさらなる使用のためにビルドプレートを準備することは多くの時間がかかる。
【００１０】
文献ＵＳ２０１５／２６６２１１Ａ１は、トレイ内の印刷媒体から３Ｄ印刷部品を分離するための自動ブレイクアウトシステムと、３Ｄ印刷部品から印刷媒体を取り除くための振動媒体クリーニングシステムとを含む、３Ｄ印刷部品の印刷後処理システムを開示する。
【００１１】
文献ＧＢ２５１８０４４Ａは、ビルドプラットフォーム上にしっかりと取り付けられた多数の凹部または開口部を有する取り外し可能な支持媒体を提供することを含む積層造形の方法を開示している。使用中、粉末状の材料はビルドプラットフォームに融着されない。すなわち、物品はビルドプラットフォームではなく支持媒体に融着される。
【００１２】
本発明の目的は、生産性が改善された積層造形によって物体を製造するための装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
そのために、本発明は請求項１に記載の装置を提供する。前記装置は、凝固可能な材料の槽、特に金属製品を製造するために凝固可能な粉末材料の槽を受ける処理チャンバを含む。前記ビルドプレートを前記材料の槽の表面レベルに対して位置決めするために支持体が設けられる。特に電磁放射の手段によって、前記表面上で前記材料の層を凝固させるために、レーザ装置のような凝固デバイスが設けられる。前記ビルドプレートの前記ビルド表面を準備するためにビルドプレート準備手段が設けられる。準備によって特に、前記ビルドプレートの前記ビルド表面からの物体の分離、前記ビルドプレートの前記ビルド表面の洗浄および／または平坦化、および／または前記ビルドプレートの前記ビルド表面の平坦度の測定が意図される。
【００１４】
本発明によれば、ビルドプレートを交換または除去する必要性がないことにより、生産性が改善される。ビルドプレート準備手段を用いて、ビルドプレートが当該装置内に組み込まれたまま、ビルドプレートのビルド表面が準備される。これにより、ビルドプレートの置き換えによる時間の損失を防ぐことができる。
【００１５】
本発明によれば、前記ビルドプレートの前記ビルド表面が、凝固可能な前記粉末材料の槽を前記ビルドプレートの前記ビルド表面上で受ける前記処理チャンバ内に収容される第１位置と、前記ビルドプレートの前記ビルド表面を準備するために、前記ビルドプレートの前記ビルド表面が位置決めされる第２位置との間で前記ビルドプレートを移動させるために移動手段が設けられる。
【００１６】
前記移動手段は、前記第１位置と前記第２位置の間で実質的に垂直な軸の周りに前記ビルドプレートを回転させる前記実質的に垂直な軸をさらに含む。
【００１７】
本発明の有利な実施の形態を以下に述べる。
【００１８】
前記装置のある実施の形態において、前記ビルドプレート準備手段は、前記物体を構築する前に前記ビルドプレートの前記ビルド表面から物体を分離する分離デバイスを含む。分離デバイスは、前記装置から前記ビルドプレートを除去する必要がなく、前記ビルドプレートの前記ビルド表面からたとえば以前に製造された物体を除去するのに役立つ。
【００１９】
ある実施の形態では、前記ビルドプレートの前記ビルド表面は、前記第２位置において後処理チャンバ内に収容される。前記ビルドプレートの前記ビルド表面を後処理チャンバ内に収容することは、処理チャンバ内で前記ビルドプレートの前記ビルド表面を準備することから生じる汚染を減らすために有利である。
【００２０】
前記分離デバイスは、前記ビルドプレートの前記ビルド表面から前記物体を分離するために前記後処理チャンバ内に収容されてもよい。前記後処理チャンバ内に前記分離デバイスを収容することは、前記後処理チャンバ内で前記分離デバイスから生じるパーティクルを減らすために役立つ。
【００２１】
ある実施の形態では、前記ビルドプレート準備手段は、前記ビルドプレートの前記ビルド表面を洗浄および／または平坦化する調整デバイスを含む。このような調整デバイスは、たとえば前記ビルド表面の特定の凹凸または平坦性を要求する部品を前記ビルドプレートの前記ビルド表面上で製造する前に、要求された表面仕上げを提供するために有利である。
【００２２】
好ましくは、前記装置は、前記ビルドプレートの前記ビルド表面に対して前記分離デバイスを相対的に位置決めするための第１位置決め手段を含む。第１位置決め手段を設けることは、前記ビルド表面上で製造された物体の分離に関して有利である。
【００２３】
ある実施の形態では、第２位置決め手段が、前記ビルドプレートの前記ビルド表面に対して前記調整デバイスを相対的に位置決めするために設けられる。第２位置決め手段を設けることは、前記ビルドプレートの前記ビルド表面の洗浄および／または平坦化に関して有利である。
【００２４】
前記分離デバイスが、帯鋸デバイスおよび放電加工（ＥＤＭ）デバイスの少なくとも一つを含む場合、有利である。そのようなデバイスは、信頼のある正確な方法で前記ビルド表面から物体を除去するために有利である。
【００２５】
前記調整デバイスは、旋盤、フライス装置、研削装置、旋削装置および研磨装置の少なくとも一つを含んでもよい。
【００２６】
前記装置の実用的な実施の形態では、前記装置は、物体をその上で構築するためのさらなるビルド表面を有するさらなるビルドプレートを含む。さらなるビルドプレートを設けることは次の点でさらに生産性を増加させるために役立つ。すなわち、前記処理チャンバに前記ビルド表面が収容された前記ビルドプレートを、最初のビルドプレート上で物体が完成した後で前記処理チャンバに収容される前記さらなるビルドプレートで置き換えることにより、製造プロセスのより継続的なオペレーションを達成することができるという点で役立つ。
【００２７】
好ましくは、前記ビルドプレート準備手段は、前記ビルドプレートの前記ビルド表面の平坦度を測定するビルド表面測定デバイスを含む。ビルド表面測定デバイスは、前記ビルド表面の準備の要求される度合い、すなわち、前記ビルド表面の要求される平坦性を決定するために有利である。
【００２８】
第２の態様によれば、本発明は、請求項１から１１のいずれかに記載の装置を用いて、ビルドプレートのビルド表面上で積層造形によって物体を製造する方法に関する。前記方法は、前記処理チャンバにおいて前記ビルドプレートの前記ビルド表面を受けるステップと、前記ビルドプレートの前記ビルド表面が、凝固可能な前記粉末材料の槽を前記ビルドプレートの前記ビルド表面上で受ける前記処理チャンバ内に収容される第１位置と、前記ビルドプレートの前記ビルド表面を準備するために前記ビルドプレートの前記ビルド表面が位置決めされる第２位置との間で前記ビルドプレートを移動させるステップであって、前記ビルドプレートを移動させるステップは、実質的に垂直な軸の周りに前記ビルドプレートを回転させることを含む、前記ビルドプレートを移動させるステップと、前記物体が前記ビルドプレートの前記ビルド表面上に構築されるように、前記ビルドプレート準備手段を用いて前記ビルドプレートの前記ビルド表面を準備するステップとを含む。
【００２９】
前記方法の利点は前記方法の利点と同様である。
【００３０】
前記ビルドプレートの前記ビルド表面を準備するステップは、前記ビルドプレートの前記ビルド表面から物体を分離するステップ、前記ビルドプレートの前記ビルド表面を洗浄および／または平坦化するステップ、および前記ビルドプレートの前記ビルド表面の平坦度を測定するステップの少なくとも一つを含んでもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
本発明の実施形態を、図面に関連して以下で説明する。
【００３２】
【図１】物体を積層造形するための本発明に係る装置の概略図である。
【００３３】
【図２】物体を積層造形するための本発明に係るさらなる装置の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
図１は、積層造形（アディティブ・マニュファクチャリング）によって物体３を製造するための装置１の概観を示す。装置１は、凝固可能な粉末材料１１の槽を受けるための処理チャンバ５と、後処理チャンバ２３とを備える。粉末材料１１の槽は、ビルドプレート９のビルド表面７上に受けられる。 ビルドプレート９は、支持体１３を介して材料１１の槽の表面レベルＬに対して位置決めされてもよい。支持体１３はシャフト２１内に移動可能に設けられ、ある層を凝固させた後に支持体１３を下降させ、既に形成された物体３の部分の上にさらなる材料の層を凝固させることができる。材料１１の選択部分を凝固させるために凝固デバイス１５が設けられる。図示された実施の形態では、凝固デバイス１５は、支持体１３上に提供された粉末材料１１を溶融させるためにレーザ光線の形態で電磁放射を生成するように構成されたレーザ装置であり、この粉末材料は冷却後、製造されるべき物体３の凝固部分を形成する。しかしながら、本発明はこのタイプの凝固デバイスに限定されない。
【００３５】
物体３は製造された後、典型的にはビルドプレート９のビルド表面７に付着し、ビルド表面７から除去される必要がある。さらに、ビルド表面７は、物体３を構築することおよび／または物体３を取り外すことによって損傷を受ける可能性がある。ビルドプレート９を再利用するために、ビルドプレート９のビルド表面７上に物体３を構築することができるように、ビルドプレート９のビルド表面７を準備するためのビルドプレート準備手段が設けられる。プレート準備手段は、分離デバイス１７、調整デバイス１９および測定デバイス３１を含む。分離デバイス１７は、例えば鋸引きまたは放電加工（ＥＤＭ）によって、物体３を構築する前にビルドプレート９のビルド表面７から、たとえば積層造形によって以前に製造された物体を分離するように設計される。調整デバイス１９は、例えば旋盤、フライス装置、研削装置、旋削装置および／または研磨装置を使用して、ビルドプレート９のビルド表面７を洗浄および／または平坦化するように設計される。装置１は、ビルドプレート９のビルド表面７に対して分離デバイス１７を相対的に位置決めするための第１位置決め手段２７を備える。ビルドプレート９のビルド表面７に対して調整デバイス１９を相対的に位置決めするための第２位置決め手段２９が設けられる。測定デバイス３１は、ビルドプレート９のビルド表面７の平坦度を測定するように設計される。測定デバイス３１は、ビルド表面７の測定された平坦度およびビルド表面７の要求される平坦度に依存してビルド表面７を準備するために、分離デバイス１７および調整デバイス１９と通信するように結合される。
【００３６】
ビルド表面７が処理チャンバ５内に収容される第１位置と、ビルド表面７がビルド表面７を準備するための後処理チャンバ２３に収容される図１に破線で示される第２位置との間でビルドプレート９を移動させるための移動手段２５が設けられる。分離デバイス９は後処理チャンバ２３に収容される。
【００３７】
図２に示すさらなる実施の形態では、装置１０１は、さらなるビルド表面１０７ａを備えたさらなるビルドプレート１０９ａを備える。 ビルドプレート１０９ａはビルドプレート１０９と同様であり、装置１００内で同様に使用してもよい。ビルドプレート１０９ａは支持体１１３ａを介して位置決めされてもよく、支持体１１３ａはシャフト１２１ａ内に移動可能に設けられる。装置１の要素と同様の装置１０１の要素は、１００だけ増やした参照番号を有する。さらなるビルドプレート１０９ａは、さらなるビルドプレート１０９ａのビルド表面１０７ａまたはビルドプレート１０９のビルド表面１０７が処理チャンバ１０５内に収容されるように、移動手段１２５によって第１位置と第２位置との間で移動してもよい。これは、ビルド表面１０７ａ上に物体１０３ａを製造しながらビルド表面１０７を準備するため、またはビルド表面１０７上に物体１０３を製造しながらビルド表面１０７ａを準備するために有益である。
【図１】
2019521023.tif 000003
【図２】
2019521023.tif 000004
【国際調査報告】
2019521023.tif 000005
2019521023.tif 000006