(57)【要約】      （修正有）【課題】基材上に所望パターンで多層の固化材料を順次堆積させて所定形状の３次元物体を作製するアーク溶接式の３次元プリント装置の提供。【解決手段】３次元プリント装置は材料を分配するプリント・ヘッダを含み、プリント・ヘッダは少なくとも１つのアーク溶接トーチ１を含む。トーチは、軸方向に伸びる第１ノズル４と、ノズル内に略同軸的に配置され遠位端に及び／又はノズル外に配置された先端部３ａを有する軸方向に伸びる非消耗電極３と、電極に給電する手段と、電極を酸化条件から保護するよう保護ガスをノズルに供給する手段と、電極中に形成された軸方向に伸びる貫通孔７と、先端部内で終端する貫通孔内に配置された細長い非帯電ガイド部８ｂとを含む。プリント・ヘッダはガイド部分及び／又は電極によって帯電されないように電極に対しガイド部を通して供給される消耗材料ワイヤを含む。【選択図】図２
2018103263.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材上に所望のパターンで複数層の固化材料を順次堆積させることによって所定の形状の３次元物体を作製する装置であって、
前記装置は、前記３次元物体を構築するよう前記材料を供給するためのプリント・ヘッダを含むアーク溶接式の３次元プリント装置であり、
前記プリント・ヘッダは、少なくとも１つのアーク溶接トーチ（１）を含み、
前記アーク溶接トーチ（１）は、
軸方向に伸びる第１のノズル（４）と、
前記第１のノズル（４）内に実質的に同軸的に配置され、その遠位端（４ａ）におよび／または前記第１のノズル（４）の外側に配置された先端部（３ａ）を有する、軸方向に伸びる非消耗電極（３）と、
前記電極に給電するための手段と、
前記電極（３）を酸化条件からシールドするよう保護ガス（１１）を前記第１のノズル（４）に供給するための手段と、
前記電極（３）中に形成された軸方向に伸びる貫通孔（７）と、
前記先端部（３ａ）の内側で終端する前記貫通孔（１）内に配置された細長い非帯電性ガイド部分（８ｂ）と、
を含み、
前記プリント・ヘッダは、さらに、前記ガイド部分（８ｂ）によっておよび／または前記電極によって帯電されないように前記電極に対して前記ガイド部分（８）を通して供給される消耗材料ワイヤを含むものである、
装置。
【請求項２】
前記アーク溶接式の３次元プリント装置はガス・メタル・アーク溶接（ＧＭＡＷ）式の３次元プリント装置であり、および／または、前記消耗材料ワイヤが金属ワイヤである、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記消耗材料ワイヤが、導電性粉末、導電性繊維、または導電性粉末と導電性繊維の組合せ、を含むフィラメント材料である、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記消耗材料ワイヤが、フィラメント非金属材料、好ましくは金属表面を有する非金属材料を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記非消耗電極（３）がアーク針電極および／またはタングステン電極である、請求項１乃至４のいずれかに記載の装置。
【請求項６】
前記アーク溶接トーチ（１）は軸方向に伸びる要素（２）を含み、前記要素（２）は、前記ガイド部分（８）と前記第１のノズル（４）の間に配置されていて、前記アーク溶接トーチ（１）を前記プリント・ヘッダに接続するものである、請求項１乃至５のいずれかに記載の装置。
【請求項７】
保護ガス（１１）を前記第１のノズル（４）に供給する前記手段は、前記材料ワイヤ（９）の一部分を包囲する軸方向に伸びる環状の第２のノズル（６）を含み、
前記第２のノズル（６）は一組の外周ノズル出口開口（６ａ）を含み、
前記第２のノズル（６）から前記ノズル出口開口（６ａ）を通って出る保護ガス（１１）が、前記第１のノズル（４）の内壁によって前記第１のノズル（４）の遠位端（４ａ）に向けて案内される、
請求項１乃至６のいずれかに記載の装置。
【請求項８】
前記ガイド部分が電気絶縁材料の導管を含み、前記導管を通して前記材料ワイヤ（９）が前記電極（３）に対して供給され、前記導管が前記電極内に同軸的に配置され、前記材料ワイヤ（９）が前記電極に対して同軸的に供給される、請求項１乃至７のいずれかに記載の装置。
【請求項９】
前記導管がセラミックを含む、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記装置は２つのアーク溶接トーチ（１）を含み、
第１のアーク溶接トーチの前記ガイド部分（８）を通して供給される前記消耗材料ワイヤ（９）がアルミニウムであり、
第２のアーク溶接トーチの前記ガイド部分を通して供給される前記消耗材料ワイヤが、鋼鉄、プラスチックおよびゴム状のものの中の1つである、
請求項１乃至９のいずれかに記載の装置。
【請求項１１】
さらに、前記プリント・ヘッダに作用的な近接性で配置された基材と、直角座標系の“Ｘ”、“Ｙ”および“Ｚ”軸に沿って３次元で所定のシーケンスおよびパターンで前記プリント・ヘッダおよび前記基材を互いに相対的に移動させるための機械的手段であって、前記プリント・ヘッドを所定の増分距離だけ前記基材に対して相対的におよび多層の前記固化材料を形成するよう各連続層の形成の開始前に堆積された各連続層に対して相対的に変位させるための機械的手段と、を含み、
前記多層の前記固化材料は、前記プリント・ヘッダから排出された後で固化するにしたがって互いに順次形成されるものである、
請求項１乃至１０のいずれかに記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基材（base member：ベース（基礎）部材）上に所望のパターンで多層の固化材料（solidifying material）を順次堆積させることによって所定の形状の３次元物体（physical objects：物理的オブジェクト）を製造するための装置（３Ｄプリント装置、３Ｄプリンタ）に関し、特に、アーク溶接（ＧＭＡＷ、ガス・メタル・アーク溶接）式の３次元プリント装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
本明細書において、技術的背景を例示する次の従来技術を参照する。
［１］Horrii, T. Kirihara, S., "Freefrom fabrication method of alloys and intermetallic compounds by 3D Micro Welding", Transactions of JWRI, Vol. 37 (2008), No. 2
［２］中国実用新案公告第２０４４７０６０２号
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】中国実用新案公告第２０４４７０６０２号
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Horrii, T. Kirihara, S., "Freefrom fabrication method of alloys and intermetallic compounds by 3D Micro Welding", Transactions of JWRI, Vol. 37 (2008), No. 2
【発明の開示】
【０００５】
３次元（３Ｄ）プリント（印刷）は、ディジタル３Ｄ物体（オブジェクト）（立体）モデルおよび３Ｄ物体ディスペンサ（供給器、分配器）に基づいて３Ｄ物体を作製する積層造形（additive manufacturing：付加製造）プロセスに関連する。３Ｄプリントにおいて、ディスペンサは、少なくとも２次元で移動し、所定のプリント・パターンに従って材料を供給または分配する。３Ｄ物体（立体物）を構築するために、プリントされる物体を保持するプラットフォーム（台）が、ディスペンサが多層の材料を積層または形成することができるように調整される。換言すれば、３Ｄ物体は、一度に１層として、多層の材料をプリントすることによって、プリントされてもよい。ディスペンサが３次元で移動する場合、プラットフォームの移動は必要ない。例えば、速度、精度、カラー・オプション（色彩の選択肢）およびコストのような３Ｄプリントの特徴または機能は、異なる分配機構および材料に対して変化する。
【０００６】
例えば、ステレオ（立体）リソグラフィ、溶融堆積モデル化、選択的レーザ焼結および３Ｄプリント（印刷）のような種々の自由形状製作方法がある。３次元物体の製造のためのプリント・プロセスの中で、材料の使用において、最も経済的であり機械の設計に関して最も有利なプロセスは、溶融堆積モデル化（ＦＤＭ）プロセスである。これには、押出しベースのディジタル製造システムが関係する。例えば、溶融フィラメント製造（ＦＦＭ）、溶融押出し製造（ＭＥＭ）または選択的堆積モデル化（ＳＤＭ）のような、僅かな差異を有し実質的に類似する他の既知の諸プロセスもある。
【０００７】
これらの方法で形成された多くの物体は、実際の製品、特に金属製品に要求される機械的特性を達成することができない。さらに、金属用のラピッド・プロトタイピングまたは高速な試作の方法は少なく、製造用の金属材料は限られる。
【０００８】
金属物体の３Ｄプリントのためのより新しい手法（アプローチ）が、文献［１］に記載されており、３Ｄ微細溶接（３ＤＭＷ）と称される。文献［１］には、プリント・ヘッダ、アーク制御装置、システム制御コンピュータおよびビデオ監視装置の４つの部分からなるガス・メタル・アーク溶接（ＧＭＡＷ）ベース（式）の３次元プリント装置が開示されている。プリント・ヘッダには、Ｘ−Ｙ−Ｚ段、溶接トーチ、および２つのワイヤ・フィーダ（供給器）がある。アーク制御装置には、微細ＴＩＧ溶接機が含まれる。これらの全ての部品またはコンポーネントはコンピュータ・システムによって制御される。
【０００９】
参考文献［１］に開示されているプリント・ヘッダ４０およびプロセスの概略図が、図４Ａに示されている。金属基板４１が、アーク溶接用のアーク溶接トーチ４４のタングステン電極４３の下のｘ−ｙ段４２上に配置される。図４Ｂに示されているように、直径約２００μｍの細い金属ワイヤ４９の先端部に適用された（当てられた）微細アークによって、直径約１ｍｍの小さい金属ビードまたはビーズ４６が形成される。金属ワイヤ４９はワイヤ・フィーダ４４によって供給される。ここでは、２つの異なるワイヤ・フィーダ４５が使用される。溶融ビード４６は、金属基板４１にまたは予め形成された（複数の）ビードに溶接される。このプロセスを継続し、コンピュータ・システムの制御下で各層４７毎にビードを組立てることによって、３Ｄ金属物体４８を製造することができる。３Ｄモデルは、３Ｄコンピュータ支援設計（ＣＡＤ）ソフトウェアによって設計され、市販のソフトウェアによって一組の（複数の）薄層にスライス（薄切り）される。
【００１０】
また、参考文献［２］には、タングステン針電極を用いるガス・メタル・アーク溶接（ＧＭＡＷ）ベースの３次元プリント装置が開示されている。
【００１１】
参考文献［１］および［２］に示されている従来技術のＧＭＡＷベースの３Ｄプリント装置の困難性の１つは、金属ワイヤがアーク溶接トーチの外部にあるワイヤ・フィーダを通して供給されることである。換言すれば、通常、アーク溶接トーチの電極およびノズルの概して外側に存在する導管の形態のガイド（案内）部を通して、その電極の先端部に隣接する溶接領域に、金属ワイヤが供給される。そのような外部ワイヤ・フィーダは、或るワークピース（加工対象物）を溶接するときに途中に入り込む可能性があり、シールド・ガスの外部の環境にワイヤの各部分を露出させる可能性があり、それによって、結果的に、ワイヤの酸化が生じ、従って溶接不良が生じる可能性がある。さらに、微細構造化されたまたは複雑な部品形状を有するワークピースをプリントするときに、クリアランス（隙間）の問題が生じる可能性がある。
【００１２】
発明の目的
本発明の３次元物体（物理的オブジェクト）を作製するための装置は、３次元物体（物理的オブジェクト）を作製するための既知の装置に関連する前述の既知の問題を解消するために開発された。従って、本発明の目的は、３次元物体（物理的オブジェクト）、特に金属物体または金属材料を含む物体、を製造するための改良された装置を実現することである。
【００１３】
発明の概要
上述の目的は、各独立請求項のそれぞれの特徴を含む３次元物体（物理的オブジェクト）を製造するための３次元プリント装置（３Ｄプリント装置）によって達成（解決）される。本発明の有利な実施形態および適用例は、各従属請求項に記載されている。
【００１４】
本発明の第１の一般的な態様（特徴）によれば、前記目的（課題）は、基材上に所望のパターンで複数層の固化材料を順次堆積させることによって所定の形状の３次元物体（物理的オブジェクト）を形成するための、アーク溶接ベース（式）の装置（に基づく装置）（ガス・アーク溶接ベースの装置とも称される）によって、達成（解決）される。従って、その装置は、所謂ワイヤ＋アーク積層造形装置（ＷＡＡＭ装置）である。そのアーク溶接ベースの装置は、ガス・メタル・アーク溶接（ＧＭＡＷ）ベースの装置であることが好ましい。
【００１５】
３Ｄプリント装置は、前記３次元物体（物理的オブジェクト）を構築するように前記固化材料を分配または供給するためのプリント・ヘッダ（分配ヘッドとも称される）を含んでいる。
【００１６】
プリント・ヘッダは、流動性材料または流体材料を押し出してもよい。流動性材料は、例えばＴＩＧ溶接機のような溶接システムによって加熱された金属であってもよい。この態様によれば、プリント・ヘッダは、例えばガス・タングステン・アーク溶接用の、少なくとも１つのアーク溶接トーチを含んでもよい。そのアーク溶接トーチは、軸方向に伸びる第１のノズルと、軸方向に伸びる非消耗電極とを含むものである。従って、その電極は３Ｄプリント・プロセス期間中に溶融しない。その電極は、第１のノズル内に実質的に同軸的に配置され、その遠位端に配置されたおよび／または前記第１のノズルの外側に配置された先端部を有する。
【００１７】
アーク溶接トーチは、さらに、前記電極に給電する（電気を供給する）ための手段と、前記電極を酸化条件からシールド（遮蔽、遮断、保護）するために、例えば不活性ガスのような保護ガスを前記第１のノズルに供給する手段とを含んでいる。
【００１８】
アーク溶接トーチは、さらに、前記電極中におよび／または電極ハウジング中に形成された軸方向に伸びる貫通孔（スルーホール）と、前記先端部の内側で終端する前記貫通孔内に配置された細長い非帯電性（非導電性）ガイド部分とを含んでいる。その貫通孔は、電極が空洞状であるような中空であってもよい。前記材料ワイヤが前記ワイヤ・ガイド部および／または前記電極によって帯電（electrified：導通、通電）されないように、前記ガイド部分を通して前記電極に消耗材料ワイヤが供給され即ち送り込まれる。
【００１９】
従って、電極および／または電極ハウジングの内部にある消耗材料ワイヤ用のガイド部を有する所定の形状の３次元物体（物理的オブジェクト）を作製するためのアーク溶接ベース（式）の３Ｄプリント装置が実現される。
【００２０】
従って、材料ワイヤがアーク溶接トーチの全体的に外部にあるワイヤ・フィーダを通して供給される従来技術の装置の諸問題を回避することができることは、本発明の特別な利点である。電極または電極ハウジングの内部に消耗材料ワイヤを供給することによって、即ち非溶融（未溶融）電極によって包囲された状態で消耗材料ワイヤを供給することによって、より微細に構造化されたまたは複雑な部分（部品）形状をプリントすることができ、消耗ワイヤを保護ガスによってより良好にシールド（保護）することができる。別の利点は、その溶接トーチは、その溶接トーチを回転させることを必要とすることなく、任意の方向に移動させることができて、３Ｄ物体をはるかに速くプリントできること、である。さらに、消耗材料ワイヤは、電極によって予熱され、従ってより多くのワイヤを溶融材料のプールに供給することができる。
【００２１】
本発明の好ましい態様によれば、消耗材料ワイヤは金属ワイヤである。この態様によれば、アーク溶接ベースの３次元プリント装置は、ガス・メタル・アーク溶接（ＧＭＡＷ）ベースの３次元プリント装置である。しかし、消耗材料ワイヤ用の材料としての金属は、本発明を実施する好ましい一例であるに過ぎず、本発明はこのタイプ（種類）の材料に限定されないこと、に留意されたい。また、消耗材料ワイヤの材料は、フィラメント非金属材料または複合材料であってもよいし、または、フィラメント非金属材料または複合材料を含んでもよい。従って、ここで使用される“ワイヤ”という用語は、金属ワイヤに限定されることなく、他のタイプのフィラメント（細繊維状、糸状）材料をも指す。一例として、消耗材料ワイヤは、導電性粉末を含むフィラメント材料、例えば、ミクロンの導電性粉末、導電性繊維、または導電性粉末と導電性繊維の組合せ、であってもよい。一例として、消耗材料ワイヤは、金属表面または被覆（コーティング）を有するフィラメント材料であってもよい。消耗材料ワイヤの材料は、プラスチック材料、セラミック材料または複合材料の中の１つであってもよいし、またはその１つを含んでもよい。消耗材料ワイヤの材料は、金属表面を有する、プラスチック材料、セラミック材料または複合材料の中の１つであってもよい。
【００２２】
本発明の好ましい態様によれば、非消耗電極は、アーク針電極および／またはタングステン電極である。
【００２３】
本発明の別の態様によれば、アーク溶接トーチは、ガイド部分と前記第１のノズルの間に配置された軸方向に伸びる要素を含んでもよく、アーク溶接トーチをプリント・ヘッダに接続してもよく、それによってコンパクトでありそれにもかかわらず安定した設計が可能になる。
【００２４】
本発明のさらに別の態様によれば、前記第１のノズルに保護ガスを供給する前記手段は、軸方向に伸びる環状の第２のノズルを含んでもよい。この態様によれば、第２のノズルは、一組の、外周（円周、周囲）上の複数のノズル出口開口を含み、前記各ノズル出口開口を通って前記第２のノズルから出る保護ガスは、その第１のノズルの内壁によって軸方向に第１のノズルの遠位端に向けて案内（誘導）される。第２のノズルは、前記軸方向に伸びる要素内に配置されてもよい。消耗ワイヤの一部は、第２のノズルを通して供給されてもよい。従って、消耗材料ワイヤの一部分が第２のノズルの内側に案内されてもよく、換言すれば、第２のノズルは材料ワイヤの一部分を包囲してもよい。この実施形態から結果的に得られる利点は、消耗ワイヤが、保護ガスによってより良好にシールドされ、より少なく空気に曝されることである。
【００２５】
本発明の別の態様によれば、そのガイド部は、電気的に絶縁された材料の導管を含んでもよく、その導管を通して材料ワイヤが前記電極に対して供給され、前記導管が前記電極内に同軸的に配置され、前記ワイヤが前記電極に対して同軸的に供給される。一例として、前記導管はセラミックを含んでもよい。
【００２６】
本発明の別の態様によれば、３Ｄプリント装置は、１つより多い（２つ以上の）アーク溶接トーチを含んでもよい。一例として、３Ｄプリント装置は、２つのアーク溶接トーチを含んでもよい。この実施形態によれば、第１のアーク溶接トーチの前記ガイド部分を通して供給される消耗材料ワイヤは、金属、例えばアルミニウムであってもよい。また、第２のアーク溶接トーチの前記ガイド部分を通して供給されるフィラメント材料（第２の材料）は、第１のアーク溶接トーチの前記第１のガイド部分を通して供給されるその材料と異なる材料である。その第２の材料は、スチール（鋼鉄）、プラスチックおよびゴム状のものの中の１つであってもよい。
【００２７】
本発明の別の態様によれば、３Ｄプリント装置は、前記プリント・ヘッダに作用的な近接性で（作用するよう極めて近接して）配置された基材と、直角座標系の“Ｘ” 軸、“Ｙ” 軸および“Ｚ”軸に沿って３次元で所定のシーケンス（順序）およびパターンで前記プリント・ヘッダおよび前記基材を互いに相対的に移動させるための機械的手段であって、前記プリント・ヘッドを所定の増分（インクリメント、漸増）距離だけその基材に対して相対的におよび多層の前記固化材料を形成するよう各連続層の形成の開始前に堆積された各連続層に対して相対的に変位させるための機械的手段と、を含んでもよい。その多層の固化材料は、前記プリント・ヘッダから排出された後で固化するにしたがって、互いに上に順次構築または形成されるものである。
【００２８】
さらに、本発明の他の詳細および利点を、図面を参照して以下に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】図１は、３Ｄプリント装置のプリント・ヘッダのアーク溶接トーチの一実施形態の概略図である。
【図２】図２は、図１に示されたアーク溶接トーチの断面図である。
【図３】図３は、プリント・プロセス期間におけるアーク溶接トーチの先端部の断面図である。
【図４】図４Ａは、従来技術で知られているガス・メタル・アーク溶接（ＧＭＡＷ）ベースの３Ｄプリント装置の概略的な斜視図である。図４Ｂは、ＧＭＡＷベースの３Ｄプリント装置を使用する３Ｄプリント・プロセスの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
図１は、ガス・メタル・アーク溶接（ＧＭＡＷ）ベースの３次元プリント装置のアーク溶接トーチ１の実施形態の概略図を示している。
【００３１】
プリント・ヘッダの残部およびＧＭＡＷベースの３Ｄプリント装置の他の構成要素（部品）は図示されていない。これらの構成要素は、従来技術で知られており、従ってここでは詳細には説明しない。一例として、本発明のアーク溶接トーチとの組合せで使用し得るであろうそのような構成要素を記載している参考文献［１］および［２］が参照される。一例として、本発明の３Ｄプリント装置は、さらに、図４Ａに示されているように、前記プリント・ヘッドおよびアーク溶接トーチに作用的な近接性で（in close, working proximity：作用（動作）上有効な近接性で、作用するよう極めて接近して）配置される基材４２を含んでもよい。本発明の３Ｄプリント装置は、さらに、参考文献［１］に記載されているような、直角座標系の“Ｘ” 軸、“Ｙ” 軸および“Ｚ”軸に沿って３次元で所定のシーケンスおよびパターンで前記プリント・ヘッダおよび前記基材を互いに相対的に移動させるための機械的手段であって、前記プリント・ヘッドを所定の増分（インクリメント）距離だけ前記基材に対して相対的におよび多層の前記固化材料を形成するよう各連続層の形成の開始前に堆積された各連続層に対して相対的に変位させるための機械的手段、を含んでいる。その多層の固化材料は、前記プリント・ヘッダから排出された後で固化するにしたがって、互いに上に順次構築または形成されるものである。
【００３２】
図１に示されたアーク溶接トーチ１は、基材４６の上に所望のパターンで多層４７の固化材料を順次堆積することによって図４Ｂに示されたような所定の形状の３次元物体（物理的オブジェクト）４８を形成するための装置のプリント・ヘッダに、組み込まれる。その装置は、ＧＭＡＷベースの３Ｄプリント装置である。
【００３３】
ガス・タングステン・アーク溶接用のアーク溶接トーチ１は、軸方向に伸びる環状の第１のノズル４を含み、そのノズルを通して、例えばアルゴンまたはヘリウムまたはその混合物のような不活性シールド・ガス１１が、プリント・ヘッダのハウジング中を通って伸びる（貫通する）供給手段から供給される。ノズル４は、電力源から導電体を通して供給（給電）され且つプリント・ヘッダ（図示せず）のハウジング中を通って伸びる（貫通する）タングステン電極３の周囲に、配置される。
【００３４】
電極３は、第１のノズル４内に実質的に同軸的に配置され、その遠位端４ａに配置された先端部３ａを有する。電極３は、純粋なタングステンまたはタングステン合金のロッド（棒状体）であってもよい。従って、ここではタングステンという用語が使用されるが、この用語は、純粋なタングステンに限定されるよう意図されることなく、ＧＴＡＷ電極に通常使用される全ての既知のタングステン合金を含む、と理解されるべきである。
【００３５】
アーク溶接トーチ１は、さらに、電極３が中空（空洞）になるように前記電極３中に形成された軸方向に伸びる貫通孔７を含んでいる。貫通孔７は、ボアまたは掘削孔であってもよい。さらに、前記貫通孔７内に配置された細長い非帯電性（非導電性）中空ガイド部分が設けられる。ガイド部分は、前記貫通孔７内に配置され先端部３ａの内側で終端するガイド下側部分８ｂと、ガイド上側部分８ａとを有する。
【００３６】
アーク溶接トーチ１は、アーク溶接トーチ１をプリント・ヘッダの別の部分に接続するために、ガイド部分８と前記第１のノズル４の間に配置された 軸方向に伸びる要素（エレメント）２を含んでいる。
【００３７】
消耗金属ワイヤ９は、前記金属ワイヤ・ガイド部８ｂによってまたは前記電極３によって前記金属ワイヤが帯電（導電）されないように、前記電極３に対してガイド部分８を通して供給される。金属ワイヤは、アーク溶接トーチ１の外側に配置されたワイヤ・フィード（供給装置、供給口）によって供給することができる。
【００３８】
さらに、アーク溶接トーチ１は、前記電極３を酸化条件（環境）からシールドまたは保護するために、前記第１のノズル４に保護ガス１１を供給するための手段を含んでいる。前記第１のノズル４に保護ガス１１を供給するための前記手段は、電極３の先端部３ａの上流の金属ワイヤの一部分を包囲する 軸方向に伸びる環状の第２のノズル６を含んでいる。第２のノズル６は、1組の、外周（円周、周囲）上の複数のノズル出口開口６ａを有する。前記第２のノズル６から前記ノズル出口開口６ａを通して出る保護ガス１１が、第１のノズル４の内壁によって、第１のノズル４の遠位端４ａに向かって第１のノズル４と電極３の間にある通路または流路５を通って実質的に軸方向に案内される。これが図３に示されている。
【００３９】
ワイヤ９が電極３によって予備加熱されるので、より多くのワイヤが溶接パドル１０に供給され得る。さらに、ガイド下側部分８ｂが、第１のノズル４内にある電極３内に配置されているので、ワイヤ９は常にシールド・ガス１１の外皮（外層）内にあって、その結果、そのワイヤの酸化によって生じる問題がなくなる（図３をも参照）。
【００４０】
上述したように、提案された３Ｄプリント装置は、微細タングステン不活性ガス（ＴＩＧ）溶接と、積層製造（layered manufacturing）技術とを組み合わせたものである。アーク溶接トーチ１のアークによって細い金属ワイヤ９が溶融され、金属ビード４６が形成される。供給された金属ワイヤ９の完全な溶融に起因して、製造された各部品は実用的な強度を有し、形成された構造は充分（完全）に緻密または高密度である。さらに、異なる金属タイプの２つの金属ワイヤを成形段階で混合することによって金属間（インターメタルック）物体（オブジェクト）を製造することが可能であり、組成の分布（配分）を制御することができる。例えば、アルミニウム−スチール（鉄鋼）金属間合金の３Ｄオブジェクトをプリントすることができる。さらに、この手法では、例えば、アルミニウム−プラスチック、アルミニウム−ゴム、等のように、金属材料を非金属材料と接合させることが可能である。
【符号の説明】
【００４１】
１  アーク溶接トーチ
２  アーク溶接トーチをプリント・ヘッダに接続する要素
３  電極
３ａ  電極の先端部
４  第１のノズル
４ａ  第１のノズルの遠位端
５  通路
６  第２のノズル
６ａ  ノズル出口開口部
７  貫通孔
８ａ  ガイド上側部分
８ｂ  ガイド下側部分
９  消耗ワイヤ
１０  溶接パドル
１１  保護ガス
４０  プリント・ヘッダ
４１  金属基板
４２  ｘ−ｙ段
４３  タングステン電極
４４  アーク溶接トーチ
４５  ワイヤ・フィーダ
４６  金属ビード
４７  層
４８  プリントされた３Ｄ物体
４９  消耗ワイヤ
【図１】
2018103263.tif 000003
【図２】
2018103263.tif 000004
【図３】
2018103263.tif 000005
【図４】
2018103263.tif 000006
【外国語明細書】
2018103263000001.pdf
2018103263000002.pdf
2018103263000003.pdf
2018103263000004.pdf