(57)【要約】      （修正有）【課題】材料除去装置を提供する。【解決手段】第１の入口１０４及び第１の出口１０６を有するエンクロージャ１０２と、表面上に微粒子を有する３Ｄ印刷されたワークピース１１４を位置決めするための、エンクロージャ１０２内に収容された回転可能なプラットフォーム１１０と、第１の入口１０４に接続され、３Ｄ印刷されたワークピース１１４に加圧流体を選択的に適用するように構成された加圧流体アプリケータ１０８と、回転可能なプラットフォーム１１０又は３Ｄ印刷されたワークピース１１４の少なくとも一方に調整可能な振動周波数を印加するように構成された振動源１２４と、３Ｄ印刷されたワークピース１１４から除去された材料を収集するように構成された、第１の出口１０６に接続された材料再生ユニット１２６とを有する材料除去装置１００。【選択図】図１
2018039252.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
材料除去装置（１００，２００，３００）であって、
第１の入口（１０４）及び第１の出口（１０６）を有するエンクロージャ（１０２）と、
表面上に微粒子を有する３Ｄ印刷されたワークピース（１１４）を位置決めするための、エンクロージャ（１０２）内に収容された回転可能なプラットフォーム（１１０）と、
第１の入口（１０４）に接続され、３Ｄ印刷されたワークピース（１１４）に加圧流体を選択的に適用するように構成された加圧流体アプリケータ（１０８）と、
回転可能なプラットフォーム（１１０）又は３Ｄ印刷されたワークピース（１１４）の少なくとも一方に調整可能な振動周波数を印加するように構成された振動源（１２４）と、
３Ｄ印刷されたワークピース（１１４）から除去された材料を収集するように構成された、第１の出口（１０６）に接続された材料再生ユニット（１２６）と
を備える材料除去装置（１００，２００，３００）。
【請求項２】
第２の入口（１３４）と、３Ｄ印刷されたワークピース（１１４）に真空を適用するために第２の入口に接続された真空ユニット（１３６）とを有する、請求項１に記載の材料除去装置（１００，２００，３００）。
【請求項３】
振動源（１２４）は、機械的アクチュエータを含む、請求項１に記載の材料除去装置（１００，２００，３００）。
【請求項４】
振動源（１２４）は、音響周波数発生器を含む、請求項１に記載の材料除去装置（１００，２００，３００）。
【請求項５】
ユーザがエンクロージャ（１０２）内で加圧流体アプリケータ（１０８）を操作できるように構成されたグローブボックス（１３８）をさらに含む、請求項１に記載の材料除去装置（１００，２００，３００）。
【請求項６】
加圧流体は圧縮空気を含む、請求項１に記載の材料除去装置（１００，２００，３００）。
【請求項７】
３Ｄ印刷されたワークピース（１１４）から除去される材料は、粉末金属を含む、請求項１に記載の材料除去装置（１００，２００，３００）。
【請求項８】
３Ｄ印刷されたワークピース（１１４）から除去される材料は、粉末プラスチックを含む、請求項１に記載の材料除去装置（１００，２００，３００）。
【請求項９】
回転可能なプラットフォーム（１１０）は、複数の軸上で回転可能である、請求項１に記載の材料除去装置（１００，２００，３００）。
【請求項１０】
振動源（１２４）は、脈動振動周波数を印加する、請求項１に記載の材料除去装置（１００，２００，３００）。
【請求項１１】
直接レーザー溶融（ＤＭＬＭ）プロセスを使用して製造された３Ｄ印刷されたワークピース（１１４）の表面から金属微粒子を除去するための装置であって、
第１の入口（１０４）、第２の入口（１３４）及び第１の出口（１０６）を有するエンクロージャ（１０２）と、
表面上に金属微粒子を有する３Ｄ印刷されたワークピース（１１４）を位置決めするための、エンクロージャ（１０２）内に収容された回転可能なプラットフォーム（１１０）と、
第１の入口（１０４）に接続され、３Ｄ印刷されたワークピース（１１４）に加圧流体を選択的に適用するように構成された加圧流体アプリケータ（１０８）と、
第２の入口に接続され、３Ｄ印刷されたワークピース（１１４）に真空を選択的に適用するように構成された真空ユニット（１３６）と、
回転可能なプラットフォーム（１１０）又は３Ｄ印刷されたワークピース（１１４）の少なくとも一方に調整可能な振動周波数を印加するように構成された振動源（１２４）と、
３Ｄ印刷されたワークピース（１１４）から除去された材料を収集するように構成された、第１の出口（１０６）に接続された材料再生ユニット（１２６）と
を備える装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、一般的に、積層造形法に関し、より詳細には、積層造形された対象物から残留材料を除去するための装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
積層造形法（ＡＭ；additive manufacturing）は、材料の除去ではなく、材料の連続的な層形成により対象物を製造する多種多様なプロセスを含む。このように、積層造形法は、いかなる種類の工具、鋳型又は固定具も使用せずに、かつ廃棄材料をほとんど又は全く伴わずに複雑な形状を生成することができる。大部分が切り取られて廃棄される、材料の固体ビレットから対象物を機械加工する代わりに、積層造形法に使用される唯一の材料は対象物を成形するために必要な材料である。
【０００３】
選択的レーザー溶融（ＳＬＭ）及び直接金属レーザー溶融（ＤＭＬＭ）などの金属粉末積層造形技術では、金属粉末層が連続的に溶融して対象物を形成する。このプロセスは、不活性ガス、例えばアルゴン又は窒素の精密に制御された雰囲気を有する処理チャンバ内で行われる。いったん各層が形成されると、金属粉末を選択的に溶融することによって、対象物の形状の各２次元スライスを融着させることができる。溶融は、金属粉末を完全に溶接（溶融）して固体金属を形成するために、１００ワットのイッテルビウムレーザーなどの高出力レーザーによって実行することができる。レーザーは走査ミラーを使用してＸ−Ｙ方向に移動し、金属粉末を完全に溶接（溶融）して固体金属を形成するのに十分な強度を有する。後続の２次元層ごとに金属粉末ベッドを下げ、３次元対象物が完全に形成されるまでプロセスを繰り返す。
【０００４】
多くの積層造形技術では、得られた３Ｄ対象物の表面上に残留粉末が残ることがある。いかなる残留粉末も、対象物のその後の熱処理、例えば焼きなまし、ケース硬化、テンパリング又は析出硬化の前に除去しなければならない。残留粉末を除去せずに３Ｄ対象物を熱処理すると、３Ｄ対象物の幾何学的形状が変わることがある。
【０００５】
現在の粉末除去技術は、３Ｄ対象物の手動操作を必要とすることがある。３Ｄ対象物は、大きくて重いものであり得るので、手動操作が面倒である。現行の粉末除去技術は、粉体を空気中及び作業現場に飛散させ、紛失又は汚染された材料をもたらすおそれがある。材料の再利用が面倒になることがある。除去された粉末物質の吸入及び摂取を低減させるために、呼吸保護が必要な場合がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】欧州特許第２０２４１６８号明細書
【発明の概要】
【０００７】
本開示の第１の態様は、材料除去装置を提供し、材料除去装置は、第１の入口及び第１の出口を有するエンクロージャと、表面上に微粒子を有する３Ｄ印刷されたワークピースを位置決めするための、エンクロージャ内に収容された回転可能なプラットフォームと、第１の入口に接続され、３Ｄ印刷されたワークピースに加圧流体を選択的に適用するように構成された加圧流体アプリケータと、回転可能なプラットフォーム又は３Ｄ印刷されたワークピースの少なくとも一方に調整可能な振動周波数を印加するように構成された振動源と、３Ｄ印刷されたワークピースから除去された材料を収集するように構成された、第１の出口に接続された材料再生ユニットとを含む。
【０００８】
本開示の第２の態様は、直接レーザー溶融（ＤＭＬＭ）プロセスを使用して製造された３Ｄ印刷されたワークピースの表面から金属微粒子を除去するための装置を提供し、本装置は、第１の入口、第２の入口、及び第１の出口を有するエンクロージャと、表面上に金属微粒子を有する３Ｄ印刷されたワークピースを位置決めするための、エンクロージャ内に収容された回転可能なプラットフォームと、第１の入口に接続され、３Ｄ印刷されたワークピースに加圧流体を選択的に適用するように構成された加圧流体アプリケータと、第２の入口に接続され、３Ｄ印刷されたワークピースに真空を選択的に適用するように構成された真空ユニットと、回転可能なプラットフォーム又は３Ｄ印刷されたワークピースの少なくとも一方に調整可能な振動周波数を印加するように構成された振動源と、３Ｄ印刷されたワークピースから除去された材料を収集するように構成された、第１の出口に接続された材料再生ユニットとを含む。
【０００９】
本開示の例示的な態様は、本明細書に記載された問題及び／又は論じられていない他の問題を解決するように構成される。
【００１０】
本開示のこれらの及び他の特徴は、本開示の様々な実施形態を示す添付の図面と併せて、本開示の様々な態様の以下の詳細な説明から、より容易に理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本開示の実施形態による開放状態の材料除去装置の正面図である。
【図２】本開示の実施形態による材料除去装置の斜視図である。
【図３】本開示の実施形態による閉鎖状態の材料除去装置の斜視図である。
【図４】本開示の実施形態による、３Ｄ印刷されたワークピースから材料を除去する方法のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本開示の図面は必ずしも一定の比率ではないことに留意されたい。図面は、本開示の典型的な態様だけを示すことを目的としており、したがって、本開示の範囲を限定するものとみなすべきではない。図面においては、図面間で類似する符号は類似する要素を示す。
【００１３】
以下の明細書及び特許請求の範囲において、いくつかの用語に言及するが、それらは以下の意味を有すると規定する。
【００１４】
「任意の（ｏｐｔｉｏｎａｌ）」又は「任意に（ｏｐｔｉｏｎａｌｌｙ）」は、続いて記載された事象又は状況が生じてもよいし、また生じなくてもよいことを意味し、かつ、その説明が、事象が起こる場合と、それが起こらない場合とを含むことを意味する。任意選択的な特徴は、機械又は装置自体に存在しても存在しなくてもよく、その説明は、その特徴が存在する場合と存在しない場合とを含む。
【００１５】
本明細書に示すように、本開示は、積層造形された対象物から残留材料を除去するための装置及び方法を提供する。示しているように、積層造形法（ＡＭ）は、材料の除去ではなく、材料の連続的な層形成により対象物を製造するプロセスを含むことができる。積層造形法は、いかなる種類の工具、鋳型又は固定具も使用せずに、かつ廃棄材料をほとんど又は全く伴わずに複雑な形状を生成することができる。大部分が切り取られて廃棄される、金属又はプラスチックの固体ビレットから対象物を機械加工する代わりに、積層造形法に使用される唯一の材料は部品を成形するために必要な材料である。積層造形プロセスには、一般に、限定するものではないが、３Ｄ印刷、ラピッドプロトタイピング（ＲＰ）、直接デジタル製造（ＤＤＭ）、選択的レーザー溶融（ＳＬＭ）及び直接金属レーザー溶融（ＤＭＬＭ）が含まれる。本開示に関して、積層造形法は、対象物が粉末金属、粉末プラスチック、又は他のいくらかの微粒子から製造される任意のプロセスを含んでもよい。そのような積層造形技術は、結果として生じる３Ｄ対象物上に残留材料が残ることがある。残留材料は、未使用の金属粉末、プラスチック粉末、又は積層造形プロセスから残された他の微粒子を含んでもよい。他の積層造形プロセスが同様の問題を提起し、本開示の教示が本明細書で述べた以外の特定の積層造形プロセスに限定されないことが強調される。
【００１６】
図１は、本開示の一実施形態による材料除去装置１００を示す。材料除去装置１００は、積層造形された対象物から残留金属粉末、プラスチック粉末、又は任意の他の微粒子を除去するために使用することができる。いかなる残留粉末も、対象物のその後の熱処理、例えば焼きなまし、ケース硬化、テンパリング又は析出硬化の前に除去しなければならない。残留粉末を除去せずに３Ｄ対象物を熱処理すると、３Ｄ対象物の幾何学的形状が変わることがある。材料除去装置１００は、様々な形状の対象物（３Ｄ印刷されたワークピース）のための材料除去の安全な手段を提供する。
【００１７】
この例では、材料除去装置１００はエンクロージャ１０２を含む。図１は、開放状態のエンクロージャ１０２を示す。閉鎖状態では、エンクロージャ１０２のドア１５４が閉じられて、３Ｄ印刷されたワークピース１１４が全面から囲まれ、３Ｄ印刷されたワークピース１１４が外部環境から隔離される。ドア１５４は、ヒンジ１５８によって、或いはドア１５４に開放状態から閉鎖状態への移動を提供するために現在知られているか又は後に開発される任意の他の手段によって、エンクロージャ１０２の壁１６０に取り付けることができる。ドア１５４は、ドア１５４が閉鎖状態にあるときに、エンクロージャ１０２の外側のユーザが３Ｄ印刷されたワークピースを見ることができるように構成された窓１５６を含んでもよい。窓１５６は、ガラス、アクリル、或いは現在知られているか又は後に開発される任意の他の透明又は半透明材料を含むことができる。開放状態では、ドア１５４は、３Ｄ印刷されたワークピース１１４及びエンクロージャ１０２の内部１５２全体にアクセスするために開かれている。開放状態では、３Ｄ印刷されたワークピース１１４は、エンクロージャ１０２の内部１５２へ、及びそこから移動することができる。一実施形態では、３Ｄ印刷されたワークピース１１４は、開口部１４２を介してエンクロージャ１０２内に移動することができる。開口部１４２は、エンクロージャ１０２によって許容される３Ｄ印刷されたワークピース１１４のサイズを制限しないように、エンクロージャ１０２の内部１５２全体へのアクセスを提供することができる。
【００１８】
エンクロージャ１０２は、複数の入口１０４及び出口１０６を有してもよい。一実施形態では、エンクロージャ１０２は、１つの入口（第１の入口）１０４及び１つの出口１０６を有する。加圧流体アプリケータ１０８は、エンクロージャ１０２の第１の入口１０４に接続されてもよい。加圧流体アプリケータ１０８は、一端には第１の入口１０４に接続された加圧流体導管１６２を含み、反対端には加圧流体ノズル１６４を含むことができる。加圧流体ノズル１６４は、ノズル、バルブ、又は現在知られているか又は後に開発される流体流を調整する他の手段であってもよい。加圧流体アプリケータ１０８は、３Ｄ印刷されたワークピース１１４に加圧流体を印加するように構成することができる。加圧流体アプリケータ１０８は、加圧流体源１６６によって供給されてもよい。加圧流体源１６６は、空気、窒素、水、又は３Ｄ印刷されたワークピース１１４に適用された場合に材料除去を助けるのに適した任意の他の流体の供給源を含んでもよい。一実施形態では、加圧流体源１６６は、圧縮空気の供給源を含む。圧縮空気の適用は、３Ｄ印刷されたワークピース１１４の表面付近に乱流を生成し、３Ｄ印刷されたワークピース１１４の表面に力を加えることによって、３Ｄ印刷されたワークピース１１４から材料を除去するのを助けることができる。加圧流体アプリケータ１０８は、任意の方向でエンクロージャ１０２全体にわたって配置可能とすることができる。加圧流体導管１６２は、例えばプラスチックホースのように、任意の方向に延在することができる可撓性であってもよい。一実施形態では、加圧流体導管１６２は、加圧流体ホースを含むことができる。
【００１９】
加圧流体ノズル１６４は、手動で操作可能であり、遠隔操作可能であり、又は自律的に動作可能であり得る。一実施形態では、加圧流体ノズル１６４は自律的であり、所望の周波数で脈動するようにプログラム可能である。最適脈動周波数は、３Ｄ印刷されたワークピース１１４の幾何学的形状に依存してもよい。一実施形態では、加圧流体ノズル１６４はプログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）１６８によって制御される。ＰＬＣ１６８は、ＰＬＣ１６８により提供された信号が加圧流体ノズル１６４からの流体の流れを自動的に調整することができるように、加圧流体ノズル１６４又は第１の入口１０４に接続されてもよい。一実施形態では、加圧流体アプリケータ１０８は、押しボタンコントローラ１７０によってロボット制御される。押しボタンコントローラ１７０は、加圧流体ノズル１６４又は第１の入口１０４に接続され、押しボタンコントローラ１７０のユーザ操作制御によって提供される信号が、加圧流体ノズル１６４からの流体流れをユーザの入力によって決定されたパターンでロボット制御することができる。
【００２０】
図４に示すように、一実施形態では、加圧流体アプリケータ１０８を自律的関節運動アーム１７２に取り付けることができる。自律的関節運動アーム１７２は、ＰＬＣ１６８によって制御することができる。ＰＬＣ１６８は、自律的関節運動アーム１７２に接続されて、ＰＬＣ１６８によって提供される信号が自律的関節運動アーム１７２を予めプログラムされたパターンで自動的に動かすようにすることができる。所定のパターンは、３Ｄ印刷されたワークピース１１４の幾何学的形状を使用して決定することができる。一実施形態では、自律的関節運動アーム１７２は、押しボタンコントローラ１７０によってロボット制御される。押しボタンコントローラ１７０は、自律的関節運動アーム１７２に接続されて、押しボタンコントローラ１７０のユーザ操作制御によって提供される信号が、自律的関節運動アーム１７２をユーザの入力によって決定されるパターンでロボット的に動かすことができる。３Ｄ印刷されたワークピース１１４に加圧流体を印加することにより、３Ｄ印刷されたワークピース１１４が回転してエンクロージャ１０２内で振動している間に、３Ｄ印刷されたワークピース１１４の表面上の残留材料の移動度を増加させることができる。制御信号の接続は、簡略化及び明瞭化のために、ＰＬＣ１６８と、押しボタンコントローラ１７０と、１つの自律的関節運動アーム１７２との間に示してある。一実施形態では、同様の制御信号の接続が各自律的関節運動アーム１７２に適用される。
【００２１】
図１に戻って、エンクロージャ１０２は、エンクロージャ１０２内に回転可能に固定され得る回転可能なプラットフォーム１１０を含む。３Ｄ印刷されたワークピース１１４は、ボルト、クランプ、留め金、バイス、又は他の固定手段によって回転可能なプラットフォーム１１０に固定されてもよい。一実施形態では、３Ｄ印刷されたワークピース１１４は、ボルトを介して回転可能なプラットフォーム１１０に固定される。回転可能なプラットフォーム１１０は、複数の開口部１１２を含むことができる。開口部１１２は、３Ｄ印刷されたワークピース１１４内に製造された複数の開口部１１６と一致するように、回転可能なプラットフォーム１１０上に配置することができる。一実施形態では、３Ｄ印刷されたワークピース１１４は、開口部１１２及び開口部１１６を通ってボルト（図示せず）によって回転可能なプラットフォーム１１０に固定される。回転可能なプラットフォーム１１０は、回転可能なプラットフォーム１１０が開口部１１６の様々なパターンを有する様々な異なる３Ｄ印刷されたワークピース１１４を受け入れることができるように、複数のパターンの開口部１１２を含むことができる。
【００２２】
図２は、本開示の一実施形態による材料除去装置２００を示す。この例では、回転可能なプラットフォーム１１０は、１以上の軸を中心に回転可能であり得る。一実施形態では、回転可能なプラットフォーム１１０は、２つの軸を中心に回転可能であり得る。一実施形態では、回転可能なプラットフォーム１１０は、３つの軸を中心に回転可能であり得る。回転可能なプラットフォーム１１０は、水平軸１１８、垂直軸１２０、又は第３の軸１２２を中心に回転することができる。一実施形態では、第３の軸１２２は、水平軸１１８及び垂直軸１２０に対して垂直である。回転可能なプラットフォーム１１０は、単一の軸のみ（１１８、１２０又は１２２）、２つの軸のみ（１１８と１２０、又は１１８と１２２、又は１２０と１２２）、又は３つの軸すべて（１１８、１２０、及び１２２）を中心に回転可能であってもよい。回転可能なプラットフォーム１１０は、ジョイント１７４によってエンクロージャ１０２に接続することができる。ジョイント１７４は、実施形態によって必要とされるように、回転可能なプラットフォーム１１０が１つ、２つ、又は３つの軸を中心に回転することを可能にすることができる。ジョイント１７４は、ユニバーサルジョイント、ボール及びソケットジョイント、ナックルジョイント、ピンジョイント、或いは現在知られているか又は後に開発される他のジョイントであってもよい。一実施形態では、ジョイント１７４はユニバーサルジョイントを含む。
【００２３】
回転可能なプラットフォーム１１０は、手動で回転してもよく、遠隔で回転してもよく、自律的に回転してもよい。一実施形態では、回転可能なプラットフォーム１１０は、ジョイント１７４に接続されたハンドクランクホイール１７６、又は現在知られているか又は後に開発される任意の他の機械装置を使用して手動で回転される。一実施形態では、回転可能なプラットフォーム１１０はプログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）１６８によって制御される。ＰＬＣ１６８は、ＰＬＣ１６８によって提供された信号がジョイント１７４を予めプログラムされたパターンで自動的に回転させるように、ジョイント１７４に接続されてもよい。一実施形態では、回転可能なプラットフォーム１１０は、押しボタンコントローラ１７０によってロボット制御される。押しボタンコントローラは、押しボタンコントローラ１７０のユーザ操作制御によって提供される信号が、各回転軸に対してジョイント１７４を別々に回転させるように、ジョイント１７４に接続されてもよい。
【００２４】
振動源１２４は、３Ｄ印刷されたワークピース１１４に振動周波数を印加することができる。振動源１２４は、振動モータ、機械アクチュエータ、油圧アクチュエータ、空気圧アクチュエータ、音響周波数発生器、或いは現在知られているか又は後に開発される３Ｄ印刷されたワークピース１１４に振動周波数を印加する任意の手段を含んでもよい。一実施形態では、振動源１２４は、３Ｄ印刷されたワークピース１１４と接触している回転可能なプラットフォーム１１０に振動周波数を直接印加する。一実施形態では、振動源１２４は、回転可能なプラットフォーム１１０に固定された空気圧アクチュエータである。振動源１２４は、手動で操作可能であり、遠隔操作可能であり、又は自律的に動作可能であり得る。一実施形態では、振動源１２４は異なる振動周波数を提供することができる。最適な周波数は、３Ｄ印刷されたワークピース１１４から材料を除去する速度が最も速くなる周波数とすることができる。最適な周波数は、３Ｄ印刷されたワークピース１１４の幾何学的形状に依存してもよい。振動源１２４は、振動周波数及び振幅を変化させる振動パターンを適用するように変調及び構成されてもよい。一実施形態では、振動源１２４はプログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）１６８によって制御される。ＰＬＣ１６８は、振動源１２４に接続され、ＰＬＣ１６８によって提供される信号が、振動源１２４によって提供される振動の周波数及び／又は振幅を予めプログラムされたパターンで自動的に変化させるようにすることができる。所定のパターンは、３Ｄ印刷されたワークピース１１４の幾何学的形状を使用して決定することができる。一実施形態では、振動源１２４は、押しボタンコントローラ１７０によってロボット制御される。押しボタンコントローラ１７０は、振動源１２４に接続され、押しボタンコントローラ１７０のユーザ操作制御によって提供される信号が、振動源１２４によって提供される振動の周波数及び／又は振幅を、ユーザの入力により決定されるパターンで変化させることができる。
【００２５】
図１に戻って、エンクロージャ１０２は、出口１０６を含むことができる。一実施形態では、出口１０６は、エンクロージャ１０２の底面１４６に配置され、重力が作用する。一実施形態では、エンクロージャ１０２の底面１４６は、出口１０６が底面１４６の狭い最下部に位置するように漏斗状である。そのような実施形態では、３Ｄ印刷されたワークピース１１４から除去された材料は、重力によって出口１０６を通って移動することができる。重力が３Ｄ印刷されたワークピース１１４から除去された材料を出口１０６を通して移動させるのに十分でない実施形態では、真空又は換気ファン（図示せず）を出口１０６に適用することができる。出口１０６は、３Ｄ印刷されたワークピース１１４から除去された材料を収集容器１３０に収集するように構成された材料再生ユニット１２６に接続されてもよい。一実施形態では、格子１２８がエンクロージャ１０２に取り付けられ、格子１２８が出口１０６用のフィルタとして機能するようにしてもよい。格子１２８は、他の対象物が通過することを防止するフィルタとして作用し、３Ｄ印刷されたワークピース１１４から除去された材料が出口１０６を通って材料再生ユニット１２６に通過することを可能にする。格子１２８は、３Ｄ印刷されたワークピース１１４から除去された材料によって通過可能であって、例えばナット、ボルト、ワッシャ、及びツールなどの他の対象物を遮る、有孔プレート、ワイヤメッシュなどであってもよい。一実施形態では、格子１２８は、回転可能なプラットフォーム１１０と出口１０６との間で、エンクロージャ１０２の底面１４６に配置される。一実施形態では、格子１２８は、漏斗状の底面１４６の最も広い部分に配置される。
【００２６】
収集容器１３０は、出口１０６の下に配置され、重力が作用し、任意選択的にダクト１３２を介して出口１０６に接続されてもよい。或いは、収集容器は、エンクロージャ１０２から離れて配置され、出口１０６を収集容器１３０に接続するのに十分な長さを有するダクト１３２を介して出口１０６に接続されてもよい。
【００２７】
一実施形態では、エンクロージャ１０２は、任意選択の第２の入口１３４を含んでもよい。真空ユニット１３６は、エンクロージャ１０２の第２の入口１３４に接続することができる。真空ユニット１３６は、一端に第２の入口１３４に接続された真空導管１７８を含み、反対端に真空ノズル１８０を含むことができる。真空ノズル１８０は、ノズル、バルブ、又は現在知られているか又は後に開発される流体を調整する他の手段であってもよい。真空ユニット１３６は、３Ｄ印刷されたワークピース１１４に吸引を適用するように構成することができる。真空ユニット１３６は、真空源１８２に接続することができる。真空源は、真空ポンプ、又は現在知られているか又は後に開発される他の真空源を含むことができる。加圧流体に加えて吸引を３Ｄ印刷されたワークピース１１４に適用することにより、加圧流体を単独で適用することと比較して、３Ｄ印刷されたワークピース１１４からの材料除去の速度を増加させることができる。真空ユニット１３６は、任意の方向でエンクロージャ１０２全体にわたって配置可能とすることができる。真空導管１７９は、例えばプラスチックホース、織鋼ホースなどのように、任意の方向に延在することができる可撓性であってもよい。真空ユニット１３６は、手動で操作可能であり、遠隔操作可能であり、又は自律的に動作可能であり得る。一実施形態では、真空ユニット１３６は、加圧流体アプリケータ１０８について説明したのと同様に、プログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）１６８によって制御される。一実施形態では、真空ユニット１３６は、加圧流体アプリケータ１０８について説明したのと同様に、押しボタンコントローラ１７０によって制御される。真空ユニット１３６は、可変ＣＦＭ（立方フィート毎分）吸引又は脈動吸引を有することができる。一実施形態では、真空ユニット１３６によって３Ｄ印刷されたワークピース１１４から除去された材料を廃棄することができる。一実施形態では、真空ユニット１３６によって３Ｄ印刷されたワークピース１１４から除去された材料を収集して再利用することができる。一実施形態では、３Ｄ印刷されたワークピース１１４から除去された材料を収集容器１３０に収集することができる。
【００２８】
図３は、引き続き図１を参照して、本開示の一実施形態による材料除去装置３００を示す。エンクロージャ１０２は、ドア１５４内にグローブボックス１３８を含むことができる。グローブボックス１３８は、３Ｄ印刷されたワークピース１１４がエンクロージャ１０２の内側に封止されている間に、エンクロージャ１０２の外側のユーザが、加圧流体アプリケータ１０８及び任意選択の真空ユニット１３６を手動で操作することができるように構成されたグローブ１４０を含むことができる。一実施形態では、グローブ１４０は、グローブ１４０が加圧流体アプリケータ１０８、任意選択の真空ユニット１３６、３Ｄ印刷されたワークピース１１４、及びエンクロージャ１０２内の他の手動で操作可能なツール又は装置に達するように、エンクロージャ１０２に接続されている。一実施形態では、グローブ１４０は、エンクロージャ１０２が閉鎖状態で密閉されたままであるように、エンクロージャ１０２に取り付けられる。
【００２９】
図１及び図２を参照して、本開示による操作方法について説明する。操作時には、３Ｄ印刷されたワークピース１１４は、回転可能なプラットフォーム１１０に取り付けられる。３Ｄ印刷されたワークピース１１４は、ボルト、クランプ、留め金、バイス、又は他の固定手段を使用して回転可能なプラットフォーム１１０に取り付けることができる。一実施形態では、３Ｄ印刷されたワークピース１１４は、開口部１１２及び開口部１１６を通ってボルト（図示せず）によって回転可能なプラットフォーム１１０に取り付けられる。
【００３０】
回転可能なプラットフォーム１１０は、エンクロージャ１０２の内部１５２がエンクロージャ１０２の外部の環境から隔離されるように、ドア１５４を閉じることによってエンクロージャ１０２内に収容される。一実施形態では、エンクロージャ１０２が閉鎖状態にある場合には、回転可能なプラットフォーム１１０及び３Ｄ印刷されたワークピース１１４は、エンクロージャ１０２内に封止される。エンクロージャ１０２は、第１の入口１０４及び第１の出口１０６を有することができる。一実施形態では、加圧流体アプリケータ１０８が第１の入口１０４に接続され、加圧流体アプリケータがエンクロージャ１０２の内部全体にわたって延在可能であり、任意の方向に延在し得るように可撓性を有する。
【００３１】
回転可能なプラットフォーム１１０は、エンクロージャ１０２内で回転して、加圧流体アプリケータ１０８及び任意選択の真空ユニット１３６のために３Ｄ印刷されたワークピース１１４のすべての表面へのアクセスを提供することができる。説明したように、回転可能なプラットフォーム１１０は、手動で回転してもよく、遠隔で回転してもよく、自律的に回転してもよい。回転可能なプラットフォーム１１０は、水平軸１１８、垂直軸１２０、及び第３の軸１２２、或いは軸１１８、１２０、及び１２２の任意の組合せを中心として回転することができる。
【００３２】
加圧流体は、加圧流体アプリケータ１０８を介して３Ｄ印刷されたワークピースに加えられてもよい。加圧流体アプリケータ１０８は、空気、窒素、水、又は３Ｄ印刷されたワークピース１１４に適用されたときに材料除去を助けるのに適した任意の他の流体の供給源に取り付けられてもよい。一実施形態では、加圧流体アプリケータ１０８は、圧縮空気の供給源を含む。圧縮空気の適用は、３Ｄ印刷されたワークピース１１４の表面付近に乱流を生成し、３Ｄ印刷されたワークピース１１４の表面に力を加えることによって、３Ｄ印刷されたワークピース１１４から材料を除去するのを助けることができる。上述したように、加圧流体アプリケータ１０８は、手動で操作可能であり、遠隔操作可能であり、又は自律的に動作可能であり得る。一実施形態では、加圧流体アプリケータ１０８は、自律的であり、所望の周波数で脈動するようにプログラム可能である。所望の周波数は調整可能であってもよい。最適脈動周波数は、３Ｄ印刷されたワークピース１１４の幾何学的形状に依存してもよい。一実施形態では、加圧流体アプリケータ１０８はプログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）１６８によって制御される。一実施形態では、加圧流体アプリケータ１０８は、押しボタンコントローラ１７０によって制御される。上述したように、図４に示すように、一実施形態では、加圧流体アプリケータ１０８を自律的関節運動アームに取り付けることができる。３Ｄ印刷されたワークピース１１４に加圧流体を印加することにより、３Ｄ印刷されたワークピース１１４が回転してエンクロージャ１０２内で振動している間に、３Ｄ印刷されたワークピース１１４の表面上の残留材料の移動度を増加させることができる。
【００３３】
振動周波数は、振動源１２４を介して３Ｄ印刷されたワークピース１１４に加えることができる。振動源１２４は、振動モータ、アクチュエータ、音響周波数発生器、又は３Ｄ印刷されたワークピース１１４に振動周波数を印加する任意の手段を含むことができる。一実施形態では、振動源１２４は、３Ｄ印刷されたワークピース１１４と接触している回転可能なプラットフォーム１１０に振動周波数を直接印加する。一実施形態では、振動源１２４は、回転可能なプラットフォーム１１０に固定された空気圧アクチュエータを含む。上述したように、振動源１２４は、手動で操作可能であり、遠隔操作可能であり、又は自律的に動作可能であり得る。一実施形態では、振動源１２４は異なる振動周波数を提供することができる。最適な周波数は、３Ｄ印刷されたワークピース１１４から材料を除去する速度が最も速くなる周波数とすることができる。最適な周波数は、３Ｄ印刷されたワークピース１１４の幾何学的形状に依存してもよい。振動源１２４は、振動周波数及び振幅を変化させる振動パターンを適用するように変調及び構成されてもよい。一実施形態では、振動源１２４はプログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）１６８によって制御される。一実施形態では、振動源１２４は、押しボタンコントローラ１７０によって遠隔制御される。
【００３４】
３Ｄ印刷されたワークピース１１４から除去された材料は、材料再生ユニット１２６を介して収集することができる。一実施形態では、材料再生ユニット１２６は、エンクロージャ１０２の底面１４６に配置されて、重力が作用する出口１０６に接続されてもよい。一実施形態では、エンクロージャ１０２の底面１４６は、出口１０６が底面１４６の狭い最下部に位置するように漏斗状である。そのような実施形態では、３Ｄ印刷されたワークピース１１４から除去された材料は、重力によって出口１０６を通って移動することができる。重力が３Ｄ印刷されたワークピース１１４から除去された材料を移動させるのに十分でない実施形態では、出口１０６に真空を適用することができる。出口１０６は、３Ｄ印刷されたワークピース１１４から除去された材料を収集容器１３０に収集するように構成された材料再生ユニット１２６に接続されてもよい。上述したように、一実施形態では、格子１２８がエンクロージャ１０２に取り付けられ、格子１２８が出口１０６用のフィルタとして機能するようにしてもよい。
【００３５】
真空ユニット１３６を介して３Ｄ印刷されたワークピースに真空を適用することができる。真空ユニット１３６は、真空源１８２に取り付けることができる。３Ｄ印刷されたワークピース１１４に真空を適用することにより、加圧流体を単独で適用することと比較して、３Ｄ印刷されたワークピース１１４からの材料除去の速度を増加させることができる。上述したように、真空ユニット１３６は、手動で操作可能であり、遠隔操作可能であり、又は自律的に動作可能であり得る。一実施形態では、真空ユニット１３６は自律的であり、所望の周波数で脈動するようにプログラム可能である。所望の周波数は調整可能であってもよい。最適脈動周波数は、３Ｄ印刷されたワークピース１１４の幾何学的形状に依存してもよい。一実施形態では、真空ユニット１３６はプログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）１６８によって制御される。一実施形態では、加圧流体アプリケータ１０８は、押しボタンコントローラ１７０によって制御される。上述したように、一実施形態では、真空ユニット１３６を自律的関節運動アームに取り付けることができる。
【００３６】
本明細書で使用する用語は、特定の実施形態のみを説明するためのものであり、本開示を限定するものではない。本明細書で使用されるように、単数形「１つの（ａ、ａｎ）」及び「この（ｔｈｅ）」は、文脈が別途明確に示していない限り、複数形も含むものとする。「備える、含む、有する（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」、及び／又は「備える、含む、有する（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という用語は、本明細書で使用される場合、記載された特徴、整数、ステップ、動作、要素、及び／又は対象物の存在を特定するが、１以上の他の特徴、整数、ステップ、動作、要素、対象物、及び／又はそれらのグループの存在、又は追加を排除するものではないことが、さらに理解されるであろう。
【００３７】
特許請求の範囲のすべてのミーンズ又はステッププラスファンクション要素の対応する構造、材料、動作、及び均等物は、具体的に請求された他の請求要素と組合せて機能を実行するための任意の構造、材料、又は動作を含むものとする。本開示の記載は、例示及び説明の目的で提示されているが、網羅的であることを意図するものではなく、或いは開示した形式における開示に限定されるものではない。多くの変更及び変形は、本開示の範囲及び趣旨から逸脱することなく、当業者には明らかであろう。本開示の原理及び実際の応用を最もよく説明し、想定される特定の使用に適するように様々な変更を伴う様々な実施形態の開示を他の当業者が理解できるようにするために、実施形態を選択し説明した。
［実施態様１］
材料除去装置（１００，２００，３００）であって、
第１の入口（１０４）及び第１の出口（１０６）を有するエンクロージャ（１０２）と、
表面上に微粒子を有する３Ｄ印刷されたワークピース（１１４）を位置決めするための、エンクロージャ（１０２）内に収容された回転可能なプラットフォーム（１１０）と、
第１の入口（１０４）に接続され、３Ｄ印刷されたワークピース（１１４）に加圧流体を選択的に適用するように構成された加圧流体アプリケータ（１０８）と、
回転可能なプラットフォーム（１１０）又は３Ｄ印刷されたワークピース（１１４）の少なくとも一方に調整可能な振動周波数を印加するように構成された振動源（１２４）と、
３Ｄ印刷されたワークピース（１１４）から除去された材料を収集するように構成された、第１の出口（１０６）に接続された材料再生ユニット（１２６）とを含む材料除去装置（１００，２００，３００）。
［実施態様２］
第２の入口（１３４）と、３Ｄ印刷されたワークピース（１１４）に真空を適用するために第２の入口に接続された真空ユニット（１３６）とを有する、実施態様１に記載の材料除去装置（１００，２００，３００）。
［実施態様３］
振動源（１２４）は、機械的アクチュエータを含む、実施態様１に記載の材料除去装置（１００，２００，３００）。
［実施態様４］
振動源（１２４）は、音響周波数発生器を含む、実施態様１に記載の材料除去装置（１００，２００，３００）。
［実施態様５］
ユーザがエンクロージャ（１０２）内で加圧流体アプリケータ（１０８）を操作できるように構成されたグローブボックス（１３８）をさらに含む、実施態様１に記載の材料除去装置（１００，２００，３００）。
［実施態様６］
加圧流体は圧縮空気を含む、実施態様１に記載の材料除去装置（１００，２００，３００）。
［実施態様７］
３Ｄ印刷されたワークピース（１１４）から除去される材料は、粉末金属を含む、実施態様１に記載の材料除去装置（１００，２００，３００）。
［実施態様８］
３Ｄ印刷されたワークピース（１１４）から除去される材料は、粉末プラスチックを含む、実施態様１に記載の材料除去装置（１００，２００，３００）。
［実施態様９］
回転可能なプラットフォーム（１１０）は、複数の軸上で回転可能である、実施態様１に記載の材料除去装置（１００，２００，３００）。
［実施態様１０］
振動源（１２４）は、脈動振動周波数を印加する、実施態様１に記載の材料除去装置（１００，２００，３００）。
［実施態様１１］
直接レーザー溶融（ＤＭＬＭ）プロセスを使用して製造された３Ｄ印刷されたワークピース（１１４）の表面から金属微粒子を除去するための装置であって、
第１の入口（１０４）、第２の入口（１３４）、及び第１の出口（１０６）を有するエンクロージャ（１０２）と、
表面上に金属微粒子を有する３Ｄ印刷されたワークピース（１１４）を位置決めするための、エンクロージャ（１０２）内に収容された回転可能なプラットフォーム（１１０）と、
第１の入口（１０４）に接続され、３Ｄ印刷されたワークピース（１１４）に加圧流体を選択的に適用するように構成された加圧流体アプリケータ（１０８）と、
第２の入口に接続され、３Ｄ印刷されたワークピース（１１４）に真空を選択的に適用するように構成された真空ユニット（１３６）と、
回転可能なプラットフォーム（１１０）又は３Ｄ印刷されたワークピース（１１４）の少なくとも一方に調整可能な振動周波数を印加するように構成された振動源（１２４）と、
３Ｄ印刷されたワークピース（１１４）から除去された材料を収集するように構成された、第１の出口（１０６）に接続された材料再生ユニット（１２６）と
を備える装置。
【符号の説明】
【００３８】
１００  材料除去装置
１０２  エンクロージャ
１０４  入口
１０６  出口
１０８  加圧流体アプリケータ
１１０  回転可能なプラットフォーム
１１２  開口部
１１４  ワークピース
１１６  開口部
１１８  水平軸
１２０  垂直軸
１２２  第３の軸
１２４  振動源
１２６  材料再生ユニット
１２８  格子
１３０  収集容器
１３２  ダクト
１３４  第２の入口
１３６  真空ユニット
１３８  グローブボックス
１４０  グローブ
１４２  開口部
１４６  底面
１５２  内部
１５４  ドア
１５６  窓
１５８  ヒンジ
１６０  壁
１６２  加圧流体導管
１６４  加圧流体ノズル
１６６  加圧流体源
１６８  プログラマブルロジックコントローラＰＬＣ
１７０  押しボタンコントローラ
１７２  自律的関節運動アーム
１７４  ジョイント
１７６  ハンドクランクホイール
１７８  真空導管
１７９  真空導管
１８０  真空ノズル
１８２  真空源
２００  材料除去装置
３００  材料除去装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【外国語明細書】
2018039252000001.pdf