(57)【要約】  本発明は、電磁放射又は粒子放射によって、材料粉末を空間選択的に融合し、接続された領域を形成することにより、成形物体を層ごとに製造する加工機１に関する。加工機１は、プロセス空間３を囲むプロセスチャンバー２と、アンパック空間５を囲むアンパックチャンバー４と、材料粉末のためのワークテーブル１１ａ、１２ａ及び構築空間１１ｂ、１２ｂをそれぞれ有する第１の構築シリンダー１１及び第２の構築シリンダー１２であって、ワークテーブル１１ａ、１２ａは、構築空間１１ｂ、１２ｂ内にそれぞれ移動することができる、第１の構築シリンダー１１及び第２の構築シリンダー１２と、プロセス空間３内の動作位置とアンパック空間５内のアンパック位置との間で構築シリンダー１１、１２を移送する搬送装置６とを備える。本発明によれば、搬送装置６は、第１の構築シリンダー１１を動作位置からアンパック位置に、及び第２の構築シリンダー１２をアンパック位置から動作位置に、同時に移送するように構成される。【選択図】図２ｂ
2021522419.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁放射又は粒子放射によって材料粉末を連続的な領域へと空間選択的に固化することにより、成形物体を層ごとに製造する加工機（１）であって、
プロセス空間（３）を包囲するプロセスチャンバー（２）と、
アンパック空間（５）を包囲するアンパックチャンバー（４）と、
材料粉末のためのワークテーブル（１１ａ、１２ａ）及び構築空間（１１ｂ、１２ｂ）をそれぞれ有する、第１の構築シリンダー（１１）及び第２の構築シリンダー（１２）であって、前記ワークテーブル（１１ａ、１２ａ）は、前記構築空間（１１ｂ、１２ｂ）内にそれぞれ変位可能である、第１の構築シリンダー（１１）及び第２の構築シリンダー（１２）と、
前記プロセス空間（３）内の動作位置と前記アンパック空間（５）内のアンパック位置との間で前記構築シリンダー（１１、１２）を移送する搬送装置（６）と、
を備え、
前記搬送装置（６）は、前記第１の構築シリンダー（１１）を前記動作位置から前記アンパック位置に、及び前記第２の構築シリンダー（１２）を前記アンパック位置から前記動作位置に、同時に移送するように構成されることを特徴とする、加工機。
【請求項２】
請求項１に記載の加工機（１）であって、前記第１の構築シリンダー（１１）及び前記第２の構築シリンダー（１２）は、前記搬送装置（６）のキャリア（７）上に配置され、該キャリア（７）は、前記第１の構築シリンダー（１１）及び前記第２の構築シリンダー（１２）のそれぞれの対称軸（Ｂ１、Ｂ２）に対して平行に向けられた回転軸（Ｄ）を有する、加工機。
【請求項３】
請求項２に記載の加工機（１）であって、前記搬送装置（６）の前記キャリア（７）は、前記回転軸（Ｄ）に対して平行に変位可能である、加工機。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の加工機（１）であって、前記プロセスチャンバー（２）及び前記アンパックチャンバー（４）は、実質的に気密に閉鎖することができ、前記動作位置及び前記アンパック位置のそれぞれにおける前記第１の構築シリンダー（１１）の前記構築空間（１１ｂ）及び前記第２の構築シリンダー（１２）の前記構築空間（１２ｂ）は、それぞれ、前記プロセスチャンバー（２）及び前記アンパックチャンバー（４）のそれぞれに対して実質的に気密に接続される、加工機。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の加工機（１）であって、前記第１の構築シリンダー（１１）の前記構築空間（１１ｂ）、前記第２の構築シリンダー（１２）の前記構築空間（１２ｂ）、前記プロセス空間（３）、及び前記アンパック空間（５）は、それぞれ、前記構築シリンダー（１１、１２）を前記動作位置と前記アンパック位置との間で移送する際に、実質的に気密に閉鎖される、加工機。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の加工機（１）であって、前記プロセスチャンバー（２）及び前記アンパックチャンバー（４）は、保護ガス雰囲気を生成する手段を備える、加工機。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の加工機（１）であって、前記プロセスチャンバー（２）及び／又は前記アンパックチャンバー（４）は、正圧又は負圧を生成する手段をそれぞれ備える、加工機。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の加工機（１）であって、前記アンパックチャンバー（４）は、未固化の材料粉末を回収及び／又はリサイクルする手段を備える、加工機。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項に記載の加工機（１）であって、前記第１の構築シリンダー（１１）及び前記第２の構築シリンダー（１２）は、圧縮空気によって動作することができる膨張可能なシール（１３ａ）をそれぞれ備える、加工機。
【請求項１０】
成形体を製造する方法であって、
第１の構築シリンダー（１１）の構築空間（１１ｂ）をプロセス空間（２）に接続することと、
第１の構築空間（１１ｂ）内に配置されたワークテーブル（１１ａ）に材料粉末層を塗布することと、
電磁放射（Ｌ）又は粒子放射によって、前記材料粉末層の領域を空間選択的に固化することと、
前記ワークテーブル（１１ａ）を材料粉末層の厚さの分だけ前記第１の構築空間内に下降させることと、
前記成形体（Ｗ）が完成するまで、前記塗布するステップ、前記固化するステップ、及び前記下降させるステップを繰り返すことと、
前記プロセス空間（３）から前記第１の構築シリンダー（１１）を取り出すために、並進運動を行うことと、
前記第１の構築シリンダー（１１ｂ）の対称軸（Ｂ１）に対して平行な回転軸（Ｄ）の周りに、前記第１の構築シリンダー（１１）の回転運動を行うことと、
前記第１の構築空間（１１ｂ）をアンパック空間（５）に接続するために並進運動を行うことと、
未固化の材料粉末を除去し、リサイクルすることと、
前記完成した成形体を前記第１の構築シリンダー（１１）から取り出すことと、
を含み、
前記第１の構築シリンダー（１１）が前記プロセス空間から前記アンパック空間に移送される間、それと同時に、第２の構築空間（１２ｂ）を有する第２の構築シリンダー（１２）が、前記アンパック空間（５）から前記プロセス空間（３）に移送され、それにより、前記成形体が前記第１の構築シリンダー（１１）から取り出される間に、前記第２の構築シリンダー（１２）内で更なる製造プロセスを実行することができることを特徴とする、方法。
【請求項１１】
前記移送のステップは、前記第１の構築シリンダー（１１）及び前記第２の構築シリンダー（１２）を、前記第１の構築シリンダー（１１）及び前記第２の構築シリンダー（１２）のそれぞれの対称軸（Ｂ１、Ｂ２）に対して平行に向けられた共通の回転軸（Ｄ）の周りに回転させることを含む、請求項１０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電磁放射又は粒子放射、特に集束レーザー放射によって、材料粉末を空間選択的に固化することで、連続的な領域を形成することにより、成形体を層ごとに製造する加工機及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的な種類の加工機は、特に、選択的レーザー溶融又は選択的レーザー焼結の原理に従って成形体を製造する加工機である。特に、金属、金属合金、プラスチック、又はセラミック材料から作製される材料粉末を、使用及び加工することができる。レーザー放射を用いてワーク又は成形体を加工／製造／生産する様々なタイプの加工機を総括して、「レーザー加工機」又は単に「加工機」という用語を以下で用いる。
【０００３】
選択的レーザー溶融又はレーザー焼結の方法により、機械部品、工具、補綴物、宝飾品等の成形体を、対応する成形体の幾何学的記述データに従って、金属製若しくはセラミック材料粉末又はプラスチック粉末から層ごとに構築することによって製造することができる。製造プロセス中、融合される材料粉末が、ワークテーブルに層ごとに塗布（apply:適用、施す）され、幾何学的記述データに応じて、電磁放射又は粒子放射、特に集束レーザー放射に曝露される。この放射は、加熱を生じ、その結果、粉末層の材料粉末の融合又は焼結をもたらし、粉末層の或る特定の領域が固化するようになっている。固化した領域は、塗布された材料粉末層の製造される成形体の断面に対応する。成形体の断面が材料層において固化した後、ワークテーブルは、層厚の分だけ下降され、新たな材料粉末層が塗布される。ここでも再び、成形体の断面を固化することができる。このプロセスは、成形体が層ごとに完全に構築され終わるまで繰り返される。レーザー溶融又はレーザー焼結の動作原理のより正確な記載は、例えば、特許文献１又は特許文献２において見ることができる。
【０００４】
ワークテーブルが位置するとともに、材料粉末層がワークテーブルに塗布される空間は、構築空間と呼ばれる。ワークテーブルは、構築空間の床面を形成する。構築空間又はワークテーブルは、通常、丸い又は矩形の断面を有する円筒形状を有する。ワークテーブルを構築シリンダー内に、製造される成形体の断面に対して垂直に下降させることができる最大距離は、成形体の最大高さを決定付ける。
【０００５】
材料粉末の複数の層による成形体の製造プロセスが完了した後、成形体を取り出さなければならない。このとき、未固化の材料粉末が成形体から分離し、構築空間から除去される。未固化の材料粉末を除去する際、材料粉末が加工機から出ないようにすることが好ましい。さらに、材料粉末は、高価な材料からなる場合があり、そのため、未固化の材料粉末は可能な限り再使用すべきである。したがって、一般的な種類の加工機は、未固化の材料粉末をリサイクルする装置を備える。
【０００６】
多くの加工機に関して、アンパックプロセス（unpacking process：取出しプロセス）は、プロセス空間自体において実行される。このために、プロセス空間は、プロセス空間内にシール状態で到達するためにグローブが取り付けられたアクセス開口を有するプロセスチャンバーによって囲まれ、それにより、加工機の操作者は、グローブを用いて、材料粉末が外部に出ることを不可能にしながら、又は汚染物が外部からプロセス室内に入ることを不可能にしながら、プロセス空間内に到達することができる。しかしながら、アンパックプロセスは、多くの作業時間がかかる場合があり、そのため、加工機をこの時間中に別の成形体の製造のために用いることができなくなる。
【０００７】
特許文献３は、ワークの製造のためのワーク製造セクションと、後処理セクションとを有するレーザー溶融のシステムを開示している。ワーク製造セクションのプロセスチャンバー内において、構築チャンバー内に移動することができるワークテーブル（キャリア）が配置される。構築チャンバーは、ワーク製造セクションから取り出し、後処理セクションに移送することができる。後処理セクションは、複数のステーションを備え、搬送装置によって、それらのステーション間で構築チャンバーを搬送することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】国際公開第９８／２４５７４号
【特許文献２】独国特許出願公開第１９９０５０６７号
【特許文献３】独国実用新案第２０２０１３００９７８７号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、電磁放射又は粒子放射によって、材料粉末を空間選択的に固化することで、連続的な領域を形成することにより、成形体を層ごとに製造する、改善された加工機及び改善された方法を提供するという目的に基づく。特に、アンパックプロセスを製造プロセスと同時に実行することを可能にする加工機を提供するものとする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的は、請求項１に記載の、電磁放射又は粒子放射によって、材料粉末を空間選択的に固化することで、連続的な領域を形成することにより、成形体を層ごとに製造する加工機によって達成される。本発明によれば、本加工機は、第１の構築シリンダーを動作位置からアンパック位置まで移送するとともに、第２の構築シリンダーをアンパック位置から動作位置まで移送するように構成された搬送装置を備える。
【００１１】
本加工機は、プロセス空間を包囲するプロセスチャンバーと、アンパック空間を包囲するアンパックチャンバーとを備える。さらに、本加工機は、第１の構築シリンダー及び第２の構築シリンダーを備え、第１の構築シリンダー及び第２の構築シリンダーのそれぞれは、材料粉末のためのワークテーブル及び構築空間を有し、ワークテーブルは、構築空間内にそれぞれ変位可能である。さらに、本加工機は、プロセス空間内の動作位置とアンパック空間内のアンパック位置との間で構築シリンダーを移送する搬送装置を備える。
【００１２】
また、本発明による上記目的は、成形体を製造する方法であって、第１の構築シリンダーの構築空間をプロセス空間に接続するステップと、第１の構築空間内に配置されたワークテーブルに材料粉末層を塗布するステップと、電磁放射又は粒子放射によって、材料粉末層の領域を空間選択的に固化するステップと、ワークテーブルを材料粉末層の厚さの分だけ第１の構築空間内に下降させるステップと、成形体が完成するまで、塗布するステップ、固化するステップ、及び下降させるステップを繰り返すステップと、プロセス空間から第１の構築シリンダーを取り出すために、並進運動を行うステップと、第１の構築シリンダーの対称軸に対して平行な回転軸の周りに、第１の構築シリンダーの回転運動を行うステップと、第１の構築空間をアンパック空間に接続するために並進運動を行うステップと、未固化の材料粉末（Ｐ）を除去し、リサイクルするステップと、完成した成形体（Ｗ）を第１の構築シリンダーから取り出すステップとを含む、方法によって達成される。本発明によれば、第１の構築シリンダーは、プロセス室からアンパック室に移送されると同時に、第２の構築室を有する第２の構築シリンダーは、アンパック室からプロセス室に移送され、それにより、成形体が第１の構築シリンダーから取り出される間に、第２の構築シリンダー内で更なる製造プロセスを実行することができる。
【００１３】
個別に又は互いに組み合わせて用いることができる有利な実施形態及び更なる発展形態は、従属請求項の主題である。
【００１４】
第１の構築シリンダー及び第２の構築シリンダーは、搬送装置のキャリア上に配置されることが好ましい。キャリアは、例えば、回転式プレート又は回転式本体として構成することができる。特に、キャリアは、第１の構築シリンダー又は第２の構築シリンダーの対称軸に対して平行に向けられた回転軸を有する。したがって、第１の構築シリンダー及び第２の構築シリンダーは、キャリアを回転させることにより、動作位置とアンパック位置との間で同時に移送することができる。したがって、構築シリンダーをキャリア上に共通して配置することにより、構築シリンダーの移送を同時に行う技術的に特に単純かつ効率的な解決策が可能になる。
【００１５】
回転軸は、キャリアの中心に配置され、構築シリンダーは、回転軸から等距離に配置されるため、回転軸は、実質的にキャリアの質量中心に配置され、したがって、不均衡を回避することができることが好ましい。
【００１６】
搬送装置のキャリアは、特に、回転軸に対して平行に変位可能とすることができる。したがって、キャリア上に配置された構築シリンダーは、回転軸に沿って同時に変位することができ、特に上昇又は下降することができる。これにより、プロセス空間又はアンパック空間に対する構築シリンダーの構築空間の気密接続が可能になる。なぜなら、並進運動により、プロセスチャンバー又はアンパックチャンバーの基部におけるシールされた受取り位置に向かって、構築シリンダーの変位をもたらすことができるためである。構築シリンダーを移送するために、レセプタクルから遠ざかる反対方向におけるキャリアの並進を、最初に行わなければならない。好ましい回転運動に伴って、動作位置とアンパック位置との間の構築シリンダーの移送は、キャリアの下降、回転、及び上昇運動の組合せとして実行することができ、そのため、動作位置とアンパック位置との間の構築シリンダーの移送は、技術的に単純であるが効率的な運動パターンを用いて実行することができる。プロセスチャンバー及びアンパックチャンバーは、実質的に気密に閉鎖可能とすることができる。ここでは、「実質的に（substantially）」という用語は、プロセスチャンバー及びアンパックチャンバーが、当該技術分野において一般的な保護ガスの供給速度よりも保護ガスの拡散速度が著しく低くなるようにシールされることを意味する。さらに、動作位置又はアンパック位置における第１の構築シリンダーの構築空間及び第２の構築シリンダーの構築空間は、それぞれ、プロセスチャンバーに対して実質的に気密に接続することができる。このために、加工機は、特に、プロセスチャンバー又はアンパックチャンバーとの構築空間の気密接続を可能にする好適なシール手段を備える。
【００１７】
第１の構築シリンダーの構築空間、第２の構築シリンダーの構築空間、プロセス空間、及びアンパック空間は、それぞれ、構築シリンダーが動作位置とアンパック位置との間で移送される際に、実質的に気密に閉鎖される。このことは、特に、構築シリンダーが動作位置とアンパック位置との間で移送される際に、外気とのガス交換が起こらず、すなわち、外気への保護ガスの損失が起こらないことを意味する。
【００１８】
プロセスチャンバー及び／又はアンパックチャンバーは、保護ガス雰囲気を生成する手段を備えることが好ましい。この手段は、例えば、ガス供給ラインを含むことができる。保護ガス雰囲気を生成することにより、材料粉末又は成形体の、大気中の酸素又は他の空気成分との望ましくない反応を防ぐことができる。大気中の酸素との反応は、特にレーザー溶融又はレーザー焼結中に不利となり得る。そのような望ましくない反応は、例えば、純粋な窒素若しくはアルゴン又は別の好適な不活性ガスによる保護ガス雰囲気を構築することによって回避することができる。
【００１９】
プロセスチャンバー及び／又はアンパックチャンバーは、正圧又は負圧を生成する手段をそれぞれ備えることができる。「正圧（overpressure）」及び「負圧（underpressure）」という用語は、加工機の近位の通常の大気圧に対するものとして理解される。プロセスチャンバー又はアンパックチャンバー内に正圧を生成することで、周囲空気が入ることによる望ましくない汚染を防ぐことができる。例えば、プロセスチャンバー又はアンパックチャンバーが開放される場合に、埃又は他の粒子がプロセスチャンバー又はアンパックチャンバーに入ることを回避すべきである。一方で、プロセスチャンバー及び／又はアンパックチャンバー内に負圧を生成することができる。これは、粒子、例えば、有害な溶接煙又は材料粉末が、加工機のプロセス空間又はアンパック空間から外部に漏れることを確実にするのに用いることができることが有利である。
【００２０】
アンパックチャンバーは、未固化の材料粉末を回収及び／又はリサイクルする手段を備えることが好ましい。この手段は、未固化の材料粉末の吸引装置を含むことができ、この吸引装置によって、成形体を取り出す際に未固化の材料粉末を吸い上げることができる。その後、未固化の材料粉末は再使用することができる。このため、例えば、材料粉末を濾過及び／又は篩分け及び／又は洗浄するプロセスを実行することにより、材料粉末をまずリサイクルすることが必要となり得る。
【００２１】
更なる有利な実施形態を、図面に示されている例示的な一実施形態を参照して、以下により詳細に記載する。本発明はこの実施形態に限定されない。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明に係る、集束レーザー放射によって成形体を製造するレーザー加工機の第１の実施形態の斜視図である。
【図２ａ】第１の例示的な実施形態に係るレーザー加工機の、構築シリンダーの対称軸及び搬送装置の回転軸を通る断面図である。
【図２ｂ】図２ａの断面に対して垂直な、図２ａに示されている搬送装置の回転軸を通る断面図である。
【図３ａ】第２の例示的な実施形態に係るレーザー加工機の断面図である。
【図３ｂ】第２の例示的な実施形態の詳細図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明の好ましい実施形態に関する以下の記載では、同じ参照符号は、同じ又は同種の構成部品を表す。
【００２４】
図１は、レーザー放射によって材料粉末を連続的な領域へと空間選択的に固化することにより、成形体を製造する加工機１の概略図を示している。加工機１は、加工機フレーム８を備え、加工機フレーム８の上に、プロセス空間３を包囲するプロセスチャンバー２と、アンパック空間５を包囲するアンパックチャンバー４とが配置される。レーザービームを生成するレーザービーム源９が、プロセスチャンバー２上に配置される。プロセスチャンバー２内では、特にレーザー溶融又はレーザー焼結によって材料粉末を空間選択的に固化することにより、成形体を層ごとに構築することができる。レーザー溶融又はレーザー焼結の動作原理は、従来技術において、例えば、特許文献１及び特許文献２に記載されている。
【００２５】
吸引システムによって、閉鎖可能なプロセスチャンバー２内に負圧を生成することができ、それにより、加工機１及びその使用者の周囲を、成形体の製造中に生じる溶接煙又は他の粒子、例えば材料粉末による汚染から保護することができる。プロセスチャンバー２は、プロセス空間３を包囲し、プロセス空間３には、プロセスチャンバードア１０を介し
てアクセス可能とすることができる。
【００２６】
プロセスチャンバードア１０は、加工プロセスに応じて作動させることができるロック機構を備えることができる。これにより、プロセスチャンバードア１０が加工プロセスの進行中に開放されることを防ぐことができる。負圧の代わりに、正圧を有する保護ガス雰囲気をプロセスチャンバー２内に構築することもできる。このために、窒素又はアルゴン等の不活性ガスを用いることができる。このため、プロセスチャンバー２は、実質的に気密に閉鎖可能である。
【００２７】
一般的なレーザー溶融の加工機において、プロセスチャンバーは、通常、アクセス開口を有し、これにより、使用者が、シールされたグローブによってプロセス空間３内に到達することを可能にする。シールされたグローブによるプロセス空間３内への到達は、特に、完成形状の部片を取り出す際に行われる。しかしながら、図１に示されている加工機１は、アクセス開口を有せず、２つの覗き窓（viewing windows）のみを有する。本発明によれば、アンパックのプロセスステップは、アンパックチャンバー４内で行われる。このために、より詳細に後述するように、完成形状の部片を伴う構築シリンダーを、アンパックのためにアンパックチャンバー４内に移送する。
【００２８】
加工機１は、粉末リサイクル装置を更に備えることができるが、粉末リサイクル装置は、図１には示されていない。未固化の材料粉末は、粉末リサイクル装置によって、製造プロセス後に再使用されるようにリサイクルすることができる。このために、粉末リサイクル装置は、特に材料粉末吸引装置によって、アンパックチャンバーに動作的に接続することができる。粉末リサイクル装置は、材料粉末用の交換可能な保管容器を備えることができる。
【００２９】
搬送装置６は、加工機フレーム８内で、プロセスチャンバー２及びアンパックチャンバー４の下に配置される。搬送装置６は、プロセスチャンバー２内の動作位置からアンパックチャンバー４内のアンパック位置まで、又はその逆に、構築シリンダー１１、１２を運ぶように機能する。搬送装置６の動作モードは、図２ａ及び図２ｂを参照してより詳細に後述する。
【００３０】
図２ａは、本発明に係る加工機１において用いることができる、本発明に係る搬送装置６の第１の例示的な実施形態の断面図を示している。この断面は、搬送装置６の回転軸Ｄ並びに構築シリンダー１１、１２の対称軸Ｂ１及びＢ２を通るものである。また、図２ａは、プロセス空間３への粉末給送部１７と、プロセスチャンバー２及びアンパックチャンバー４のそれぞれからの粉末戻り部１８とを示している。粉末戻り部１８は、戻された材料粉末をリサイクルする粉末リサイクル装置に接続することができる。
【００３１】
図２ｂは、図２ａにおける断面に対して垂直な断面図を示している。回転軸Ｄは、断面平面にある。昇降装置１６は、構築シリンダー１１、１２に対して回転軸Ｄの周りに９０度オフセットされて配置される２つのばね昇降シリンダー１６ａを備える。このようにして構成された昇降装置１６は、搬送装置のキャリア７が加工機フレーム８に対して均一に昇降されることを可能にする。キャリア７と昇降装置１６との間に配置された複数のリニアガイド１６ｂにより、昇降シリンダー１６ａによってもたらされるキャリア７の昇降運動をガイドする。
【００３２】
搬送装置６は、第１の構築シリンダー１１及び第２の構築シリンダー１２が配置されるキャリア７を備える。ここでは、キャリア７は、いくつかの高さを有する足場様の本体として構成され、構成要素、特に構築シリンダー１１、１２の精密な機械的配置を可能にする。回転ユニット１５は、キャリア７の周りに周方向に配置され、キャリア７の円滑で信
頼性のある回転を可能にする。キャリア７を回転させるために、回転駆動部を回転ユニット１５に動作的に接続することができる。回転ユニット１５は、静止した加工機フレーム８に対して、回転軸受を介して取り付けることができる。構築シリンダー１１、１２と（略）同じ高さにおける昇降装置１６の配置により、搬送装置６の均一な質量分布ももたらされる。したがって、回転ユニット１５の回転軸受に対する機械的応力を小さくすることができる。
【００３３】
構築シリンダー１１、１２は、構築空間１１ｂ、１２ｂをそれぞれ包囲する。ワークテーブル１１ａ、１２ａは、構築シリンダー１１、１２のそれぞれの中に配置され、構築空間１１ｂ、１２ｂ内に変位可能である。構築空間１１ｂ、１２ｂ内でワークテーブル１１ａ、１２ａを昇降させるために、構築シリンダー１１、１２は、昇降装置１１ｃ、１２ｃをそれぞれ備える。昇降装置１１ｃ、１２ｃは、例えば、液圧式駆動部又はボールねじ駆動部を含むことができる。図２ａ及び図２ｂに示されている第１の例示的な実施形態では、昇降装置１１ｃ及び１２ｃは、キャリア７の中央平面上に配置される。
【００３４】
図２ａ及び図２ｂの図において、第１の構築シリンダー１１は、プロセスチャンバー２内の動作位置に配置されている。第２の構築シリンダー１２は、アンパックチャンバー４内のアンパック位置に配置されている。プロセス空間３及びアンパック空間５は、それぞれ、図２ａにおいて断面で示されている。図２ｂにおいて、断面平面は、プロセスチャンバー２とアンパックチャンバー４との間に延在し、そのため、アンパックチャンバー４の後壁のみが示されている。第１の構築シリンダー１１の場合、ワークテーブル１１ａは、初期位置に配置されている。
【００３５】
最初に、材料粉末の層を、ワークテーブル１１ａに塗布することができる。このために、加工機は、粉末層を塗布する装置を備え、この装置は、プロセス空間３内に配置され、粉末給送部１７に接続される。材料粉末が塗布された後、材料粉末層の領域が集束レーザービームによって固化される。この領域は、構築される成形体の断面に対応する。固化の後、ワークテーブル１１ａは、材料粉末層の高さの分だけ構築空間１１ｂ内に下降される。材料粉末層を塗布する方法ステップ、領域を固化する方法ステップ、及びワークテーブル１１ａを下降させる方法ステップを繰り返すことにより、成形体を構築することができる。
【００３６】
製造プロセスの最後には、未固化の材料粉末に取り囲まれた成形体が、第１の構築シリンダー１１の構築空間１１ｂ内に位置する。このとき、ワークテーブル１１ａの位置は、図２ａ及び図２ｂに示されている第２の構築シリンダー１２の位置に対応する。成形体を取り出すために、第１の構築シリンダー１１は、搬送装置６によってアンパックチャンバー４内に移送される。
【００３７】
第１の構築シリンダー１１をアンパックチャンバー４内に移送するために、まず、構築シリンダー１１、１２が配置されたキャリア７を、昇降装置１６によって下降させる。昇降装置１６は、例えば、数ミリメートル〜数センチメートルのストロークを実行するように構成することができる。キャリア７が下降した後、キャリア７を１８０度回転させる。このために、搬送装置６は、回転ユニット１５による回転が行われる回転軸Ｄを有する。キャリア７は、回転軸Ｄの周りに回転可能に取り付けられる。回転軸Ｄは、構築シリンダー１１、１２の対称軸Ｂ１、Ｂ２に対して平行である。回転の後、キャリア７を昇降装置１６によって再び上昇させ、構築シリンダー１１、１２が、プロセス空間３及びアンパック空間５においてこのために設けられた開口と再び同一平面になるようにする。したがって、搬送装置は、第１の構築シリンダー１１を動作位置からアンパック位置に、及び第２の構築シリンダー１２をアンパック位置から動作位置に、同時に移送することができる。
【００３８】
本発明に係る加工機１は、プロセス空間３とは別個のアンパック空間５を有するため、プロセスチャンバー２内で更なる生産プロセスが既に実行されているうちに、完成した成形体を取り出すことができる。アンパックプロセスには多くの時間がかかる場合があるため、そのような加工機の生産性は、別個のアンパック位置を有しない加工機と比較して、著しく増大することができる。さらに、プロセス空間３は、大幅に小さい寸法にすることができ、その結果、より小さなレーザー焦点距離で十分となり得るため、レーザーのために比較的複雑でない光学系を用いることができる。より小さなプロセス空間３は、プロセス空間３内の向上したガスの流れを可能にすることもできる。このガスの流れは、その一方で、有害な溶接煙の除去及び窒素又はアルゴン等の保護ガスの供給を含む。
【００３９】
搬送装置６自体の周囲は、外気からシールされない。それにもかかわらず、構築空間１１ｂ、１２ｂ、プロセス空間３、又はアンパック空間５は、移送中に外気に接触しないものとする。これを確実にするために、搬送装置６は、シール１３と、このシールに動作的に接続される側方ガイド１４とを備え、シール１３及び側方ガイド１４はともに、構築空間１１ｂ、１２ｂ、プロセス空間３、及びアンパック空間５がシールされることを確実にする。第１の例示的な実施形態では、ガイド１４は、プロセス空間３及びアンパック空間５の底部を閉鎖する表面の底側に配置される円形フランジとして構成される。シール１３は、ガイド１４によって摺動可能に支持される。このために、シール１３は、例えば、テフロン（登録商標）製の滑り軸受を備えることができる。円形ガイド１４により、キャリア７が３６０度回転することが可能である。
【００４０】
ワークテーブル１１ａ、１２ａは、シールによって構築シリンダー１１、１２の内壁からシールされることが好ましい。これにより、材料粉末又は保護ガスが外部に漏出することを防ぐことができ、又は、外部からの空気若しくは汚染物が構築空間１１ｂ、１２ｂ内に入ることを防ぐことができる。
【００４１】
図には示されていなくても、加工機１は、加工機１を制御するように構成された制御装置を備えることを理解されたい。特に、制御装置は、粉末層を塗布する装置、粉末リサイクル装置、搬送装置６、及び昇降装置１１ｃ、１２ｃを制御する。
【００４２】
第１の実施形態では、２つの構築シリンダー１１、１２は、円形断面を有し、したがって、円形ワークテーブル１１ａ、１２ａをそれぞれ備える。代替的な実施形態において、この断面は、矩形、特に正方形、多角形、長円形、楕円形とすることもでき、又は非対称の形状とすることもできる。構築空間１１ｂ、１２ｂの寸法は、製造される成形体の最大サイズを決定付けることを理解されたい。構築空間の典型的な寸法は、直径又は高さにおいて数百ミリメートルである。
【００４３】
図２ａ及び図２ｂに示されている搬送装置６では、回転ユニット１５は、周方向の回転軸受を備える。キャリア７の回転は、回転駆動部によって行うことができる。回転ユニット１５及びキャリア７は、互いに固定して接続することができる。
【００４４】
キャリア７自体は、特に構築シリンダー１１、１２及び昇降装置１６の支持フレームとして機能する本体として構成される。昇降装置１６は、キャリア７上で、構築シリンダー１１、１２とおおよそ同じ高さに配置され、構築シリンダー１１、１２に対してオフセットされる。回転ユニット１５及び昇降装置１６のこの配置により、加工機１の操作がより容易になるように、加工機１の作業高さを低減することができる。搬送装置６の機能にとって、軸Ｄの周りの回転、２つの構築シリンダー１１、１２のワークテーブル１１ａ、１２ａの昇降、及び昇降装置１６による昇降を互いに独立して行うことができることが重要である。
【００４５】
第２の例示的な実施形態、すなわち第１の実施形態の変形が、図３ａ及び図３ｂに示されている。第２の例示的な実施形態に係る加工機１の主な構成要素は、第１の例示的な実施形態に係る加工機１の構成要素と実質的に対応する。したがって、全ての参照符号を重ねて記載すること、及び同一の構成要素を繰り返し説明することは省略する。
【００４６】
第２の実施形態と第１の実施形態との相違点は、第１の構築シリンダー１１が動作位置からアンパック位置に移送され、同時に、第２の構築シリンダー１２がアンパック位置から動作位置に移送される場合の昇降運動が実質的に不要になることである。これは、構築シリンダー１１、１２とプロセスチャンバー２との間、又は構築シリンダー１１、１２とアンパックチャンバー４との間に、開閉可能なシール１３ａを配置することによって達成される。閉鎖可能なシール１３ａの好ましい一実施形態は、圧縮空気を印加することによって閉鎖することができる膨張可能なシール１３ａである。膨張可能なシール１３ａを開放するには、圧縮空気を制御された状態で放出することができる。このために、シール１３ａは、例えば、制御可能な弁を備えることができる。
【００４７】
図３ｂは、図３ａに破線で描かれた矩形Ａによって識別される領域の詳細図を示している。第１の構築シリンダーの第１のワークテーブル１１ａの一部を、図３ｂの左縁部において見ることができる。第１の例示的な実施形態とは対照的に、構築シリンダー１１の壁は、ワークテーブル１１ａの移動経路よりも短く、それにより、第１のワークテーブル１１ａは、構築シリンダー１１から突出し、図３ｂに示されている動作位置において、プロセスチャンバー２の底部と同一平面にある。圧縮空気によって動作することができる膨張可能なシール１３ａは、ガイド１４のシール面１４ａに対する圧力によってシール１３ａが構築シリンダー１１を実質的に気密にシールするように、構築シリンダー１１の上縁部に配置される。第２の構築シリンダー１２も同じ様式でシールされる。膨張可能なシール１３ａは、構築シリンダー１１、１２の上縁部に沿って周方向に配置され、構築空間１１ｂ、１２ｂは、プロセス空間３又はアンパック空間５とともに外部からシールされた空間を提供するために、それぞれシールすることができるようになっている。
【００４８】
動作位置とアンパック位置との間での構築シリンダーの交換は、最初に、膨張可能なシール１３ａから圧縮空気を放出することによって達成することができる。これにより、膨張可能なシール１３ａの体積を低減し、シール１３ａとシール面１４ａとの間の接触を断つようにする。圧縮空気は、例えば、制御可能な弁（図示せず）を介して放出することができる。
【００４９】
その後、構築シリンダー１１、１２又はキャリア７全体を、第１の例示的な実施形態と同様に、回転軸の周りに１８０度回転させることができる。回転前及び／又は回転後の搬送装置６の昇降動作はもはや必要とされない。したがって、第２の例示的な実施形態の加工機１は、昇降装置１６を必要とせず、移送プロセスは、比較的複雑でなくなり、時間節約的に行うことができる。
【００５０】
図３ｂから見て取ることができるように、回転を可能にするためには、ワークテーブル１１ａ及び１２ａを構築シリンダー１１、１２の上縁部よりも下に下降させることのみが必要となり得る。この上縁部は、図３ｂに詳細に示されているシール面１４ａの下縁部から僅かな距離にある。回転が行われた後、構築シリンダー１１、１２を再びシールするために、圧縮空気を用いて膨張可能なシール１３ａを再び動作させる。
【００５１】
回転プロセス中、膨張可能なシール１３ａは実質的に開放している。周囲環境との空気又はガスの交換を回避するために、回転ユニット１５とシール面１４ａとの間に摺動シール１３ｂを設けることもできる。この摺動シール１３ｂは、回転運動に際してもシール１３ｂの十分な密封性を保証する好適な材料から作製される。
【００５２】
第２の例示的な実施形態では、回転ユニット１５は、構築シリンダー１１、１２に固定して接続することができる。回転ユニット１５は、更なるシール、例えば、周囲に延在するＯリング１５ａによって、構築シリンダー１１、１２又はキャリア７に対してシールされる。周方向シール１５ａは、膨張可能なシール１３ａ及び摺動シール１３ｂの効果を更に向上させることができる。
【００５３】
図３ｂに示されているように、回転ユニット１５は、周方向に配置された回転軸受１５ｂによって、ガイド１４に対して取り付けられる。例えば、ころ軸受、特にワイヤころ軸受を、回転軸受１５ｂとして用いることができる。これにより、特に、容易な運動、高度なダイナミクス、及び小型の設計を組み合わせることが可能になる。
【００５４】
図３ｂに詳細に示されている回転ユニット１５は、図に示されていない回転駆動部に対する機械的な接点として機能する、周方向に延在する環状突出部１５ｃも有する。回転駆動部は、キャリア７全体の回転、したがって構築シリンダー１１及び１２の回転をもたらすことができる。
【００５５】
上記説明、請求項及び図面に開示された特徴は、個々及び任意の組合せの両方において、本発明をその様々な構成で実行する際に意義深くなり得る。
【符号の説明】
【００５６】
１  レーザー加工機
２  プロセスチャンバー
３  プロセス空間
４  アンパックチャンバー
５  アンパック空間
６  搬送装置
７  搬送装置のキャリア
８  加工機フレーム
９  レーザービーム源
１０  プロセスチャンバードア
１１  第１の構築シリンダー
１１ａ  第１のワークテーブル
１１ｂ  第１の構築空間
１２  第２の構築シリンダー
１２ａ  第２のワークテーブル
１２ｂ  第２の構築空間
１３  シール
１３ａ  膨張可能なシール
１３ｂ  摺動シール
１４  ガイド
１４ａ  シール面
１５  回転ユニット
１５ａ  Ｏリング
１５ｂ  回転軸受
１５ｃ  環状突出部
１６  昇降装置
１６ａ  ばね昇降シリンダー
１６ｂ  リニアガイド
１７  粉末給送部
１８  粉末戻り部
Ｄ  回転軸
Ｂ１  第１の構築シリンダーの対称軸
Ｂ２    第２の構築シリンダーの対称軸
【図１】
2021522419.tif 000003
【図２ａ】
2021522419.tif 000004
【図２ｂ】
2021522419.tif 000005
【図３ａ】
2021522419.tif 000006
【図３ｂ】
2021522419.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】令和3年1月5日(2021.1.5)
【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】
電磁放射又は粒子放射によって材料粉末を連続的な領域へと空間選択的に固化することにより、成形物体を層ごとに製造する加工機（１）であって、
プロセス空間（３）を包囲するプロセスチャンバー（２）と、
アンパック空間（５）を包囲するアンパックチャンバー（４）と、
材料粉末のためのワークテーブル（１１ａ、１２ａ）及び構築空間（１１ｂ、１２ｂ）をそれぞれ有する、第１の構築シリンダー（１１）及び第２の構築シリンダー（１２）であって、前記ワークテーブル（１１ａ、１２ａ）は、前記構築空間（１１ｂ、１２ｂ）内にそれぞれ変位可能である、第１の構築シリンダー（１１）及び第２の構築シリンダー（１２）と、
前記プロセス空間（３）内の動作位置と前記アンパック空間（５）内のアンパック位置との間で前記構築シリンダー（１１、１２）を移送する搬送装置（６）と、
を備え、
前記搬送装置（６）は、前記第１の構築シリンダー（１１）を前記動作位置から前記アンパック位置に、及び前記第２の構築シリンダー（１２）を前記アンパック位置から前記動作位置に、同時に移送するように構成され、
前記プロセスチャンバー（２）及び前記アンパックチャンバー（４）は、実質的に気密に閉鎖することができ、前記動作位置及び前記アンパック位置のそれぞれにおける前記第１の構築シリンダー（１１）の前記構築空間（１１ｂ）及び前記第２の構築シリンダー（１２）の前記構築空間（１２ｂ）は、それぞれ、前記プロセスチャンバー（２）及び前記アンパックチャンバー（４）のそれぞれに対して実質的に気密に接続されることを特徴とする、加工機。
【請求項２】
請求項１に記載の加工機（１）であって、前記第１の構築シリンダー（１１）及び前記第２の構築シリンダー（１２）は、前記搬送装置（６）のキャリア（７）上に配置され、該キャリア（７）は、前記第１の構築シリンダー（１１）及び前記第２の構築シリンダー（１２）のそれぞれの対称軸（Ｂ１、Ｂ２）に対して平行に向けられた回転軸（Ｄ）を有する、加工機。
【請求項３】
請求項２に記載の加工機（１）であって、前記搬送装置（６）の前記キャリア（７）は、前記回転軸（Ｄ）に対して平行に変位可能である、加工機。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の加工機（１）であって、前記第１の構築シリンダー（１１）の前記構築空間（１１ｂ）、前記第２の構築シリンダー（１２）の前記構築空間（１２ｂ）、前記プロセス空間（３）、及び前記アンパック空間（５）は、それぞれ、前記構築シリンダー（１１、１２）を前記動作位置と前記アンパック位置との間で移送する際に、実質的に気密に閉鎖される、加工機。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の加工機（１）であって、前記プロセスチャンバー（２）及び前記アンパックチャンバー（４）は、保護ガス雰囲気を生成する手段を備える、加工機。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の加工機（１）であって、前記プロセスチャンバー（２）及び／又は前記アンパックチャンバー（４）は、正圧又は負圧を生成する手段をそれぞれ備える、加工機。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の加工機（１）であって、前記アンパックチャンバー（４）は、未固化の材料粉末を回収及び／又はリサイクルする手段を備える、加工機。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の加工機（１）であって、前記第１の構築シリンダー（１１）及び前記第２の構築シリンダー（１２）は、圧縮空気によって動作することができる膨張可能なシール（１３ａ）をそれぞれ備える、加工機。
【請求項９】
成形体を製造する方法であって、
第１の構築シリンダー（１１）の構築空間（１１ｂ）をプロセス空間（２）に接続することと、
第１の構築空間（１１ｂ）内に配置されたワークテーブル（１１ａ）に材料粉末層を塗布することと、
電磁放射（Ｌ）又は粒子放射によって、前記材料粉末層の領域を空間選択的に固化することと、
前記ワークテーブル（１１ａ）を材料粉末層の厚さの分だけ前記第１の構築空間内に下降させることと、
前記成形体（Ｗ）が完成するまで、前記塗布するステップ、前記固化するステップ、及び前記下降させるステップを繰り返すことと、
前記プロセス空間（３）から前記第１の構築シリンダー（１１）を取り出すために、並進運動を行うことと、
前記第１の構築シリンダー（１１ｂ）の対称軸（Ｂ１）に対して平行な回転軸（Ｄ）の周りに、前記第１の構築シリンダー（１１）の回転運動を行うことと、
前記第１の構築空間（１１ｂ）をアンパック空間（５）に接続するために並進運動を行うことと、
未固化の材料粉末を除去し、リサイクルすることと、
前記完成した成形体を前記第１の構築シリンダー（１１）から取り出すことと、
を含み、
前記第１の構築シリンダー（１１）が前記プロセス空間から前記アンパック空間に移送される間、それと同時に、第２の構築空間（１２ｂ）を有する第２の構築シリンダー（１２）が、前記アンパック空間（５）から前記プロセス空間（３）に移送され、それにより、前記成形体が前記第１の構築シリンダー（１１）から取り出される間に、前記第２の構築シリンダー（１２）内で更なる製造プロセスを実行することができることを特徴とする、方法。
【請求項１０】
前記移送のステップは、前記第１の構築シリンダー（１１）及び前記第２の構築シリンダー（１２）を、前記第１の構築シリンダー（１１）及び前記第２の構築シリンダー（１２）のそれぞれの対称軸（Ｂ１、Ｂ２）に対して平行に向けられた共通の回転軸（Ｄ）の周りに回転させることを含む、請求項９に記載の方法。
【国際調査報告】
2021522419.tif 000008
2021522419.tif 000009
2021522419.tif 000010
2021522419.tif 000011
2021522419.tif 000012