(57)【要約】  積層造形部品から支持材料を除去および／または積層造形部品の表面を平滑化する装置および方法が開示されている。装置は、スプレーチャンバ、スプレーチャンバ内の支持表面、および積層造形部品に流体を噴霧する能力を備えた１つ以上のノズルを含むものとできる。流体は、液体および液体によって運ばれる固体粒子を含むものとできる。支持表面は、積層造形部品を支持する能力を備えたものとできる。装置は、流体の少なくともいくらかを保持する能力を備えたタンクを含むものとできる。流体を望ましい温度まで加熱するためにヒータが設けられていてもよい。【選択図】図１
2021505433.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スプレーチャンバ、
前記スプレーチャンバ内にあり、積層造形部品を支持するものとして作られた支持表面、および
前記積層造形部品に浮遊固形媒質流体（ＳＳＭ流体）を噴霧するものとして作られた１つ以上のノズルを含み、
前記ＳＳＭ流体が固体粒子と液体を含む、積層造形部品から支持材料を除去および／または積層造形部品の表面を平滑化する装置。
【請求項２】
前記ＳＳＭ流体の少なくともいくらかを保持する能力を備えたタンクをさらに含む請求項１記載の装置。
【請求項３】
前記ＳＳＭ流体を望ましい温度まで加熱する能力を備えたヒータをさらに含む請求項２記載の装置。
【請求項４】
前記１つ以上のノズルの少なくとも１つが、
前記ＳＳＭ流体の流れを受け入れる第１の流入口、
空気の流れを受け入れる第２の流入口、
ＳＳＭ流体が前記ノズルの外に出ることが可能な流出口をさらに含み、
前記ノズルが、前記ノズルの前記流出口から外に出る前に前記ＳＳＭ流体と前記空気を混ぜ合わせる形状とされている請求項１、２、３のいずれかに記載の装置。
【請求項５】
前記支持表面が前記ＳＳＭ流体の通過を許容する形状とされた１つ以上の開口を有する請求項１記載の装置。
【請求項６】
前記支持表面が時計方向と反時計方向の一方または両方に回転可能であり、
該装置が前記支持表面を回転させるためのアクチュエータをさらに含む請求項５記載の装置。
【請求項７】
前記ノズルが、
実質的に第１の方向へと前記ＳＳＭ流体を噴霧する構成とされた第１のノズル、および
実質的に第２の方向へと前記ＳＳＭ流体を噴霧する構成とされた第２のノズルを含む請求項１記載の装置。
【請求項８】
前記第１の方向が前記第２の方向に対して実質的に直交する請求項７記載の装置。
【請求項９】
前記第１の方向が実質的に水平方向であり、
前記第２の方法が実質的に垂直方向である請求項８記載の装置。
【請求項１０】
前記第１のノズルが、前記第１のノズルと前記支持表面の間の距離を変更するものとして構成された調節可能なマウントに固定されている請求項７記載の装置。
【請求項１１】
前記第２のノズルが、前記第２のノズルと前記支持表面の間の距離を変更するものとして構成された調節可能なマウントに固定されている請求項７記載の装置。
【請求項１２】
前記第１および第２のノズルの一方または両方が、前記ノズルを実質的に平面運動で移動させるものとして構成されたアクチュエータに直接または間接的に接続されている請求項７、８、９、１０、１１のいずれかに記載の装置。
【請求項１３】
前記ＳＳＭ流体のｐＨを監視するものとして構成されたｐＨモニタをさらに含む請求項１記載の装置。
【請求項１４】
前記１つ以上のノズルへ前記ＳＳＭ流体を送り出すためのポンプをさらに含む請求項１記載の装置。
【請求項１５】
前記１つ以上のノズルへの前記空気の流れを調節するためのバルブをさらに含む請求項４記載の装置。
【請求項１６】
前記１つ以上のノズルへの前記ＳＳＭ流体の流れを制御するためのコンピュータをさらに含む請求項４記載の装置。
【請求項１７】
前記コンピュータが、前記１つ以上のノズルへの前記ＳＳＭ流体の流れを制御するバルブを作動させるべくプログラムされている請求項１６記載の装置。
【請求項１８】
前記コンピュータが、動作パラメータを保存するメモリを含む請求項１６記載の装置。
【請求項１９】
前記動作パラメータが、（ａ）前記ＳＳＭ流体の温度、（ｂ）前記ＳＳＭ流体の圧力、（ｃ）前記１つ以上のノズルへと供給される空気の圧力、のうち少なくとも１つを含む請求項１８記載の装置。
【請求項２０】
積層造形部品を任意の場所に支持し、
液体と固体粒子を含む浮遊固形媒質流体（ＳＳＭ流体）を供給し、
前記ＳＳＭ流体を前記積層造形部品に向けて噴霧することを含む、積層造形部品から支持材料を除去および／または積層造形部品の表面を平滑化する方法。
【請求項２１】
空気流を与え、
前記空気流と前記ＳＳＭ流体を混ぜ合わせることをさらに含む請求項２０記載の方法。
【請求項２２】
前記ＳＳＭ流体を噴霧しつつ前記積層造形部品を時計方向または反時計方向に回転させることをさらに含む請求項２０または２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記ＳＳＭ流体の流量を変化させることをさらに含む請求項２０記載の方法。
【請求項２４】
前記流量の変化がバルブの制御を含む請求項２３記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（参照出願）
本特許出願は、２０１７年１２月５日に出願された米国仮特許出願番号第６２／５９５０３０号の優先権を主張するものであって、その開示全体が参照することにより組み込まれるものである。
【０００２】
本開示は概して、３Ｄプリントなどの積層造形技術によって製造された部品の表面仕上げおよび支持材料除去のための方法および装置に関し、とりわけ表面仕上げを滑らかとし部品にダメージを与えることなく不要な支持材料を除去するために、機械的アジテーション(agitation)、流体運動、化学溶解、および加圧浮遊固形媒質流体(pressurized suspended solid media fluid)を用いた部品の表面仕上げおよび支持材料除去のための方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
３次元（３Ｄ）プリント、選択的レーザ焼結法（ＳＬＳ）、光造形法（ＳＬＡ）、熱溶解積層法（ＦＤＭ）、マテリアルジェッティング（ＭＪ）電子ビーム（ｅ−ｂｅａｍ）などを含む積層造形法は、デザイン業界に大変革をもたらした。これらの方法は、金属／合金、セラミックス、および重合体（プラスチックを含む）などのさまざまなビルド材から部品を作成するために用いられる。これらの積層造形技術は、鋳造、射出成形、または鍛造などの従来の製造技術では不可能だった複雑な形状の部品の製造を可能とする。しかしながら積層造形は大きな問題を抱えている。こうした問題のうちの２つが、不要な支持材料の存在および粗い部品表面である。積層造形法の副産物として支持材料が生じるが、これは複雑な形状を可能とするために製造中に部品の層を支持するものである。支持材料はそれ自体が複雑な形状を有する場合があり、とりわけ支持材料が複数の領域に必要とされる場合にはおびただしい量となる。さらに、積層造形は層状に部品を形成するものであるが、各プリント層が正確に望ましい位置で終了するとは限らず、隣の層と連続的に形成されず、外表面が粗くなるので、部品の表面仕上げが粗い。この粗い外表面は視覚的に魅力が乏しく、また部品のテスト中または使用中に発生し得る応力集中の原因となり、早期破損へとつながり得る。
【０００４】
積層造形業界における現在の解決法は、手作業で支持材料を取り除き、部品の表面仕上げを均一にするというものである。部品の種類やそのデザインによっては、手作業の採用は非常に高価となり得る。さらに手作業の場合、過剰な材料除去や不均一な表面仕上げを避けることは難しい。仮に表面仕上げが不均一だと、応力集中がなくならず、早期破損へとつながる。さらに手作業による支持体除去および表面仕上げは長期間にわたって安定したものとなり得ないし、一人の技術者は一度に一部品しか掃除できないので、生産工程にボトルネックが生じる。いずれせよ、多数の部品は言うまでもなく、一つの部品を掃除し平滑化するだけで長い時間がかかる。
【０００５】
積層造形業界が目指している他の解決法は、機械を用いて支持材料を除去し表面仕上げを行うというものである。しかしながらこれらの機械は、処理を改善するために変更可能な処理パラメータの種類が限定的で、またしばしば技術者による作業中の継続的関与を必要とするため、手作業による障害を完全に取り除くことができない。さらに、機械が適切なパラメータに設定されていないことに技術者が気づかずにいると、過剰な材料除去が起き、本質的に部品を駄目にしてしまう。よって自動的に表面仕上げを滑らかなものとし、積層造形技術によって製造された部品から不要な支持材料を除去する方法および装置が長年にわたり切実に求められてきた。
【発明の概要】
【０００６】
本明細書に開示されるものは、機械的アジテーション、流体運動、化学溶解、および浮遊固形媒質を有する加圧流体を用いて、部品自体へのダメージを防ぎながら表面仕上げを滑らかなものとし、かつ不要な支持材料を除去する装置および方法である。
【０００７】
このような装置および方法は、積層造形部品の後処理における手作業コスト、ボトルネック、不一致を減らす道を提供し得る。
【０００８】
これらおよび他の目的、特徴、および利点は、図面および添付のクレームを参照の上、以下の詳細な説明を読むことで容易に理解し得るであろう。
【０００９】
本発明は、積層造形部品から支持材料を除去および／または積層造形部品の表面を平滑化する装置として実施可能である。該装置は、スプレーチャンバ、スプレーチャンバ内の支持表面、および積層造形部品に流体を噴霧する能力を備えた１つ以上のノズルを含むものとできる。本発明の一つの実施の形態では、流体は、液体によって運ばれる固体粒子を有するものであり、本発明の他の実施の形態では、固体粒子は、液体中に浮遊するものである（全体で「ＳＳＭ流体」）。支持表面は、積層造形部品を支持する能力を備えたものとできる。該装置は、ＳＳＭ流体の少なくともいくらかを保持する能力を備えたタンクを含むものとできる。ＳＳＭ流体を望ましい温度まで加熱するためにヒータが設けられていてもよい。
【００１０】
ノズルは、ＳＳＭ流体の流れを受け入れる第１の流入口、圧縮空気の流れを受け入れる第２の流入口、およびＳＳＭ流体と空気が該ノズルの外に出る流出口を含むものとできる。ノズルは、該ノズルの流出口から外に出る前にＳＳＭ流体と圧縮空気を混ぜ合わせる形状とできる。
【００１１】
支持表面は、ＳＳＭ流体を通過させられるサイズと形状を有する開口を有するものとできる。支持表面は、時計方向と反時計方向の一方または両方に回転可能なものとできる。支持表面に回転を生じさせるために、支持表面にアクチュエータが機械的に接続されるものとできる。
【００１２】
ノズルは、実質的に第１の方向へとＳＳＭ流体を噴霧すべく設置された第１のノズルと、実質的に第２の方向へとＳＳＭ流体を噴霧すべく設置された第２のノズルとを含むものとできる。第１の方向は、第２の方向に対して実質的に直交するものとできる。第１の方向は実質的に水平方向、第２の方法は実質的に垂直方向とできる。
【００１３】
第１のノズルは、該ノズルを支持表面に対して近づけるべく、または遠ざけるべく調節可能なマウントに固定されたものとできる。第２のノズルは、該ノズルを支持表面に対して近づけるべく、または遠ざけるべく調節可能なマウントに固定されたものとできる。第１および第２のノズルの一方または両方が、該ノズルを実質的に平面運動で前後に移動させるためのアクチュエータに直接または間接的に接続されるものとできる。
【００１４】
該装置は、以下のうちの１つを含むものとできる：（ａ）ＳＳＭ流体のｐＨを監視するためのｐＨモニタ、（ｂ）１つ以上のノズルへＳＳＭ流体を送り出すためのポンプ、（ｃ）１つ以上のノズルへ空気を送り出すためのポンプ、および／または１つ以上のノズルへの圧縮空気の流れを制御するためのバルブ。
【００１５】
該装置は、ノズルへのＳＳＭ流体の流れを制御するためのコンピュータを含むものとできる。コンピュータは、１つ以上のノズルへの流れを制御する１つ以上のバルブを作動させるべくプログラムされるものとできる。コンピュータは、動作パラメータを保存するメモリを含むものとできる。動作パラメータは、（ａ）ＳＳＭ流体の温度、（ｂ）ＳＳＭ流体の圧力、（ｃ）１つ以上のノズルへと供給される空気の圧力、のうち少なくとも１つを含むものとできる。
【００１６】
本発明は、積層造形部品から支持材料を除去および／または積層造形部品の表面を平滑化する方法として実施可能である。該方法は、（ａ）スプレーチャンバを設け、（ｂ）スプレーチャンバ内に、１つ以上の積層造形部品を支持する能力を備えた支持表面を設け、（ｃ）積層造形部品にＳＳＭ流体を噴霧する能力を備えた１つ以上のノズルを設け、（ｄ）支持表面によって１つ以上の積層造形部品を支持させ、（ｅ）１つ以上の積層造形部品に１つ以上のノズルからＳＳＭ流体を噴霧する、ことを含むものとできる。本発明の方法は、ノズルに空気を供給し、空気をＳＳＭ流体と混ぜ合わせることで行われるものとでき、これはＳＳＭ流体の噴霧の前に行われるものとできる。
【００１７】
支持表面は、１つ以上の積層造形部品がチャンバ内で移動するように回転可能なものとできる。ＳＳＭ流体の噴霧は、ＳＳＭ流体の流量を変化させて行われるものとできる。このような流量変化は、律動的に行われるものとできる。流量変化は、流量制御弁や圧力制御弁などのバルブを制御することによって行われるものとできる。
【００１８】
本発明の本質および目的をより完璧に理解してもらうために、添付の図面および以下の説明を参照されたい。図面を簡単に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、本発明に基づく装置の概略図である。
【図２】図２は、積層造形法によって製造された支持材料付きの部品の概略図である。
【図３】図３Ａ、３Ｂ、３Ｃはそれぞれ、本発明に基づく装置の正面図、側面図、上面図である。
【図４Ａ】図４Ａ、４Ｂ、４Ｃは、本発明に基づく装置の斜視図であり、構成部品およびこれらの構成部品の位置を示すべく、各図でハウジングの一部が外されている。
【図４Ｂ】図４Ａ、４Ｂ、４Ｃは、本発明に基づく装置の斜視図であり、構成部品およびこれらの構成部品の位置を示すべく、各図でハウジングの一部が外されている。
【図４Ｃ】図４Ａ、４Ｂ、４Ｃは、本発明に基づく装置の斜視図であり、構成部品およびこれらの構成部品の位置を示すべく、各図でハウジングの一部が外されている。
【図５】図５Ａ、５Ｂ、５Ｃはそれぞれ、本発明に基づくノズルマニホルドの前面図、側面図、上面図である。
【図６】図６Ａは、図５Ｃに類似するものであり、図６Ｂは、図６ＡのＢ−Ｂ線断面図である。
【図７】図７は、本発明に基づく方法のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
異なる図面に現れる同様の参照番号は、同一または機能的に類似した構造要素を指すことを理解されたい。本発明は開示された側面のみに限定されるものではないことも理解されたい。
【００２１】
本発明はさらに、記載される特定の方法論、材料、または改良に限定されるものではない。よって本発明は本明細書に記載されたものと変わり得る。本明細書で用いられる専門用語は、本発明の特定の実施の形態および側面を説明することを目的とすることも注意されたい。
【００２２】
特に定義されない限り、本明細書で用いられるあらゆる技術的および科学的用語は、本発明が関係する分野の当業者に一般的に理解されるものと同じ意味を持つ。本明細書に記載されるものと同様または等価な任意の方法、装置、または材料が、方法および装置の実施または試行に用いられ得ることを理解されたい。
【００２３】
本明細書には数値範囲が開示されている。該範囲は下限値と上限値を示す。特に言及されない限り、該範囲は（下限値と上限値のいずれにおいても）最小値の大きさに至るまでのあらゆる値を含むものであり、開示された範囲の値の間にある範囲を含む。
【００２４】
さらに、本明細書で用いられる「および／または」は、列挙された要素または条件が１つ以上含まれ得ること、または起こり得ることを示すために用いられる文法的な接続詞を意味するものである。例えば、第１の要素、第２の要素、および／または第３の要素を含む装置とは、以下の構造的配置：第１の要素を含む装置；第２の要素を含む装置；第３の要素を含む装置；第１の要素および第２の要素を含む装置；第１の要素および第３の要素を含む装置；第１の要素、第２の要素、および第３の要素を含む装置；第２の要素および第３の要素を含む装置、のいずれかとして解釈されることを意図したものである。
【００２５】
さらに、本明細書で用いられる「最適化(optimize)」は、何か（設計、システム、または決定）をできるだけ完璧に、機能的に、あるいは効果的にする行為、プロセス、または方法論を意味するものである。例えば最適なプロセスは、該プロセスが動作を許されたパラメータ範囲において該プロセスに可能な、最高の結果を達成し得る。さらに、本明細書で用いられる「決定する(determine)」、「決定された(determined)」、「決定(determining)」は、（例えばセンサから）情報を受け取り、この情報を用いてアルゴリズムまたはプロセスを実行し出力を得る行為を意味するものである。このようなアルゴリズムまたはプロセスの実行は、電子回路によって行われるものとでき、これはこのようなアルゴリズムを実行すべくプログラムされたマイクロプロセッサを含むものとできる。
【００２６】
さて図面を見ると、本発明の実施の形態では、積層造形部品（ＡＭ部品）１９から不要な支持材料１３を除去し、同時にＡＭ部品のビルド材１６の表面仕上げを滑らかにするために、浮遊固形媒質流体（ＳＳＭ流体）７が用いられている。ＳＳＭ流体７は、液状媒質であり、該液状媒質内に小さな固体粒子が浮遊しているもの、および／または該液状媒質によって小さな固体粒子が運ばれるものである。粒子は、支持材料除去のための研磨および／またはＡＭ部品表面の平滑化を促進すべく選択、含有されるものとできる。本発明は、ＡＭ部品１９に付属または付着した支持材料１３を除去し、同時にＡＭ部品１９の表面仕上げを滑らかにするための方法および／または装置１０として実施可能である。本発明の実施の形態では、支持材料１３の除去および／またはビルド材１６の表面平滑化が必要なＡＭ部品１９は、装置１０のスプレーチャンバ(spraying chamber)２５内にあるターンテーブル２２などのプラットフォーム上に設置されるものとできる。支持材料１３を溶解および／または浸食させると共にＡＭ部品１９のビルド材１６の表面を平滑化させるＳＳＭ流体７は、ＡＭ部品１９の上方および／またはＡＭ部品１９の側方に配置されたノズル２８を介してＡＭ部品１９へと噴霧(sprayed)されるものとできる。ＳＳＭ流体７は、たらいのように上側３４が開口したタンク３１から供給されるものとできる。タンク３１は、ターンテーブル２２の下方に配置されるものとできる。媒質ポンプ３７は、タンク３１からＳＳＭ流体７を吸い出し、次にパイプ、チューブ、および／またはホースなどの流体導管４３Ａを介してノズル２８へとＳＳＭ流体７を強制的に送るために用いられ、これが強制空気と共に、ＡＭ部品１９に対するノズル２８からのＳＳＭ流体７の噴霧(spray)を生じさせる。その後ＳＳＭ流体７が元のタンク３１へ集まると、ＳＳＭ流体７はリサイクル可能となり、すなわちタンク３１から吸い出され、ノズル２８へとポンプで送り出され、再度ＡＭ部品１９に対して噴霧される。この動作モードでは、実質的な閉ループシステムが作られるが、例外として、新鮮な強制空気（すなわち「圧縮空気」）が動作中のシステムへと追加され、タンク３１内で望ましいＳＳＭ流体７の水準を維持するためにＳＳＭ流体７が定期的に追加または除去されるものとできる。
【００２７】
ＡＭ部品１９は、さまざまな方法およびさまざまな種類の材料（例えば重合体ｖｓ金属）を用いて製造可能である。利用可能な種類の材料のうちで、特定のビルド材１６（例えば重合体カテゴリ内ではナイロン、または金属カテゴリ内ではアルミニウム）および特定の支持材料(support materials)１３が使用可能である。各種の積層造形法、ビルド材１６および支持材料１３は特有のユニークな特性および特徴を有し得るものであって、効果的かつ効率的な支持材料１３の除去およびビルド材１６の表面平滑化のためにさまざまなパラメータを必要とし得る。さらにＡＭ部品１９は、他のものよりもっとデリケートな特徴を有するデザインを含む、さまざまな形状を有し得るものであって、効果的かつ効率的な支持材料１３の除去および／またはビルド材１６の表面平滑化のために、さらなるパラメータ調節を必要とし得る。本開示の発明に関してここで詳述されるように、噴霧されるＳＳＭ流体７の量、噴霧方向（例えば上方から、および／または側方から）、ＳＳＭ流体７がノズル２８へとポンプで送り出される圧力、ノズル２８でＳＳＭ流体７へと注入される強制空気（あれば）の量、およびＳＳＭ流体７の固形媒質粒子の種類、密度、および濃度を含むＳＳＭ流体７の組成、温度およびｐＨなどの任意の他のパラメータはすべて、これらのパラメータのさまざまな組み合わせ、すなわち「レシピ」を作り出すべく、カスタマイズされるものとできる。よって各「レシピ」は、所与のタイプおよびデザインのＡＭ部品１９に関して、効率的かつ効果的な所与のタイプの支持材料１３の除去、および所与のタイプのビルド材１６の表面平滑化にとりわけ適している。本発明では、ヒューマン・マシン・インターフェース（ＨＭＩ）４０を介してオペレータがこれらのパラメータを設定、記録、変更するものとでき、これは以下でさらに述べるように、モニタ４０Ａおよび汎用コンピュータ４０Ｂを含むものとできる。モニタ４０Ａはタッチスクリーンモニタとすることができる。コンピュータ４０Ｂによって制御される装置１０のこれらの構成要素へと制御信号を送るために、有線または無線通信リンク４０Ｃが用いられるものとできる。通信リンク４０Ｃは、コンピュータ４０Ｂによって制御される装置１０のこれらの構成要素へと制御信号を送るために用いられる有線または無線通信リンクとして具現化可能である。有線通信リンクは、ユニバーサル・シリアル・バス（ＵＳＢ）、バイヨネット・ニール・コンセルマン（ＢＮＣ）、光ファイバ、標準同軸、イーサネット、ＩＥＥＥ１３９４（ファイヤーワイヤー）、サンダーボルト、ＲＳ−２３２、ＤＢ−２５、ＤＣ−３７、ＤＤ−５０などの有線通信プロトコルおよびデザインの器具、または他の有線通信プロトコルまたはデザインを含むものとできる。無線通信リンクは、広域ネットワーク（ＷＡＮ）、ＩＥＥＥ８０２．１１（ワイ・ファイ）、ブルートゥース、セルラー方式（ＣＤＭＡ、ＧＳＭなど）、近距離無線通信（ＮＦＣ）、超短波（ＶＨＦ）、極超短波（ＵＨＦ）、センチメートル波（ＳＨＦ）などの無線通信プロトコルおよびデザインの器具、または他の無線通信プロトコルまたはデザインを含むものとできる。
【００２８】
本発明は、ＡＭ部品１９から支持材料１３を除去し、ＡＭ部品１９の外表面を平滑化するためにＳＳＭ流体７を用いる。ＳＳＭ流体７は、液状媒質（水、油、溶剤、などを含むものとできる）と、液状媒質によって運ばれる、あるいはその中に浮遊する小さな固体粒子からなるものとできる。ＳＳＭ流体７で利用可能な小さな固体粒子の例には、セラミックおよび金属粒子が含まれるが、これに限定されるものではない。金属粒子はいかなるタイプの金属または合金であってもよく、ステンレス鋼およびチタンを含むが、これに限定されるものではない。固体粒子を構成する材料の密度はさまざまであり得る。例えば限定の意図はないが、ある種の材料は低密度、中密度、あるいは高密度であってよく、例えば７０〜１３０ポンド／立方フィートである。液状媒質は、水、ポストプロセス・テクノロジーズ社製ＰｏｌｙＧｏｎｅ（商標）などの支持材料溶剤、および泡立ち防止剤からなる清浄液とすることができる。
【００２９】
液体中の固体粒子の浮遊状態の均一性が、該装置または方法で用いられるＳＳＭ流体７の質の指標となり得る。固体粒子がより均一に浮遊しているほど、質も高いと言える。さらにＳＳＭ流体が用いられるとき、固体粒子が均一に浮遊し続けている程度および固体粒子が浮遊状態から脱落する程度が、ＳＳＭ流体の質の指標となり得る。液状媒質中の固体粒子の望ましい濃度と関連して、固体粒子の浮遊状態または濃度の均一性の一方または両方が減少するにつれＳＳＭ流体７のパフォーマンス（例えば効果および効率）が低下するものと予想される。
【００３０】
本発明は、ハウジング４６、電気系４９、機械系５２、ポンプ系５５、およびスプレーチャンバ２５を含むものとできる。電気系４９は、装置１０のさまざまなポンプ、アクチュエータ、およびセンサに動力を与え、制御する電気部品を含むものとできる。電気系４９はまたＨＭＩ４０を含むものとでき、これはオペレータがさまざまなパラメータを設定し装置１０を操作できるように、汎用コンピュータ４０Ｂに接続されたモニタ４０Ａを含むものとできる。モニタ４０Ａは、モニタを直接押圧することでオペレータがさまざまな動作パラメータを選択および入力可能なように、タッチスクリーン能力を備えるものとできる。機械系５２は、スプレーチャンバ２５内でそれぞれノズル２８を動作させターンテーブル２２を回転させる機械的アクチュエータ５８、６４を含むものとできる。機械系５２はさらに、電子機器冷却用のファン６１と、スプレーチャンバ２５内で起きている処理に関する特定のパラメータ（すなわち温度、圧力、ｐＨなど）を検知可能なセンサを含むものとできる。
【００３１】
ＡＭ部品１９は、不要な支持材料１３を除去し、ビルド材１６の表面を平滑化するためにスプレーチャンバ２５内で処理される。スプレーチャンバ２５内には、スプレーチャンバ２５の底に配置されたタンク３１、アクチュエータ６４へ機械的に接続されたターンテーブル２２、アクチュエータ５８へ機械的に接続され、媒質ポンプ３７へ流体的に接続された第１のノズル２８Ａ、アクチュエータ５８へ機械的に接続され、媒質ポンプ３７へ流体的に接続された第２のノズル２８Ｂ、動作中にＡＭ部品１９、堆積物、および支持材料のデブリがタンク３１内へ落下するのを防ぐ１つ以上の格子６７、および定置洗浄（ＣＩＰ）ノズル７０があるものとできる。
【００３２】
タンク３１は、ターンテーブル２２の下に配置され、処理で用いられるＳＳＭ流体７の大半を保持可能である。媒質ポンプ３７はタンク３１の流出口７３へ接続され、タンク３１からＳＳＭ流体７を吸い出し、処理中のＡＭ部品１９への噴霧のためにＳＳＭ流体７をノズル２８へ強制的に送るために用いられるものとできる。タンク３１は、ＳＳＭ流体７中の固形媒質粒子を浮遊状態に保つことに役立ちつつ、媒質ポンプ３７へとつながる流出口７３へのＳＳＭ流体７の流れを促進するような形状とすることができる。タンク３１は、１つ以上の傾斜側面を有し、ターンテーブル２２から離れて下方へと向かう浮遊粒子の流れを促進する飼い葉桶(trough)形タンク３１を作り、タンク３１の床部に固形媒質がたまることを防ぐ（これにより液体内での固形媒質粒子の濃縮を防ぐ）ものとできる。
【００３３】
本発明の装置１０の実施の形態は、ポート７９を含み、ポート７９Ａを介して水、ポート７９Ｂを介して支持材料溶剤、ポート７９Ｃを介して泡立ち防止剤、をそれぞれ供給するものとできる。装置１０はまた、圧縮空気を供給するためのポート７９Ｄを含むものとでき、これはノズル２８を作動させるため、および／または固形媒質粒子をタンク３１内のＳＳＭ流体７中で浮遊状態に保つために用いられるものとできる。水は施設の給水設備から、あるいはリザーバまたは他の貯蔵容器から供給されるものとできる。水が圧力下で供給される場合、タンク３１への水流を自動的に制御すべくバルブが用いられるものとできる。例えば貯蔵容器からのように水が圧力下で供給されない場合、タンク３１へ自動的に水を与えるべくポンプまたは投与機構(dosing mechanism)が用いられるものとできる。溶剤および泡立ち防止剤は、自らのリザーバまたは貯蔵容器またはタンク、例えばホースや他の管路によって装置１０に接続された５ガロンバケツからそれぞれ供給されるものとできる。溶剤および泡立ち防止剤それぞれのためのホースは、タンク３１へこれらの流体を自動的に与えるために投与機構８２へと接続されるものとでき、このような投与機構８２は電動ポンプまたは水力駆動ポンプとできる。このようなポンプは「ドサトロン」の商標で販売されているもののうちに見いだすことができる。
【００３４】
固形媒質は手作業で（例えばタンク３１へ）与えられてもよいし、望ましいサイズの固体粒子を扱うのにそれが適していればだが、あらかじめ供給液体の１つに混ぜてあって、投与機構８２を作動させることでＳＳＭ流体７へと与えられてもよいし、あるいは両方であってもよい。オペレータは、ＨＭＩ４０を用いて投与機構８２を作動させ、タンク３１へと望ましい量の溶剤および／または泡立ち防止剤を供給することができる。ＳＳＭ流体７は、所定または別の方法で分かっている濃度（体積で）の固形媒質粒子を有するものとでき、これは部分的には固形媒質粒子の密度次第であり、高密度粒子の場合、低密度の粒子が用いられる場合と比べてより少ない体積の粒子が用いられるものとできる。ＨＭＩを用いることでオペレータは、例えば固形媒質材料の密度（例えばポンド／立方フィートの単位で）を入力することで望ましい濃度の固形媒質粒子を投入可能である。あるいはＨＭＩ４０が、望ましい媒質密度に関するオペレータの理解に基づいて、オペレータに「低」、「中」、「高」などの一般的な濃度指標を選択させるものであってもよい。
【００３５】
タンク３１は液体水準センサ８５を含むものとでき、こうしたセンサはＳＳＭ流体７の量が望ましい水準（ＨＭＩ４０を用いて設定可能）以下に低下したことを知らせるために使用可能で、これによりＨＭＩ４０がＳＳＭ流体７の量を増やすようにオペレータに警告するものとできる。固形媒質の量を増やす方法の１つは、手作業または装置１０を作動させもっと多くタンク３１に与えることで、単純により多くの固形媒質を与えることである。水、溶剤、および泡立ち防止剤の比率はあらかじめ決められていてもよいし、オペレータが好きなように変えてもよい。
【００３６】
媒質ポンプ３７の速度は、媒質ポンプ３７から出てくるＳＳＭ流体７の流れを望ましいさまざまなレベルとできるように、調節可能なものとできる。オペレータはＨＭＩ４０を用いて媒質ポンプ３７の速度を調節するものとできる。媒質ポンプ３７の速度は例えば、ポンプ３７の最大速度の任意のパーセントとして設定される。媒質ポンプ３７の速度を決定するに当たり、オペレータまたは装置１０はとりわけ、ＳＳＭ流体７内の固体粒子の濃度および／または密度を考慮するものとでき、粒子をしっかり浮遊状態に維持するには、粒子が高密度または高濃度であるほど媒質ポンプ３７も高速であることが求められるであろうと思われる。
【００３７】
マニホルドが、媒質ポンプ３７とノズル２８の間に（流体的に）配置されるものとできる。このようなマニホルドは、媒質ポンプ３７から流出したものがノズル２８のそれぞれへの流れとなるように配分されることを可能とする。各ノズルはマニホルドの流出口へと流体導管４３によって接続されるものとできる。さらに調節弁とすることが可能なバルブ８８を、マニホルドと各ノズル２８の間に配置することができる。このようなバルブ８８は、所定時間中にノズル２８へ向かって流れ、ノズル２８を通過するＳＳＭ流体７の量を制御するために用いることができる。例えばバルブ８８の１つは単純な開閉式であり、ＳＳＭ流体７を全開で流すか、あるいはまったく流さないものとできる。あるいはバルブ８８の１つは、調節可能な場合、全開位置と完全閉鎖位置の間のバルブ位置の結果として得られるＳＳＭ流体７の流量、例えば４０ガロン／分またはその上下の度合い、を達成すべく調節されるものとできる。オペレータは、バルブ８８の開閉および／またはバルブ８８の調節によって、ＨＭＩ４０を用いた流量の上げ下げを達成することができる。バルブ８８が完全開放されると、ＳＳＭ流体７は比較的自由にバルブ８８を通って流れる。バルブ８８が閉鎖側へ調節されＳＳＭ流体７の流量が絞られると、固形媒質粒子が浮遊状態から脱落し、バルブ８８の上流側で集まりやすくなる。流量が小さいほどこのような状態となりやすい。次にバルブ８８が開放側へ調節されると、集まっていた粒子が流動する液体に取り込まれ始め、これによりＳＳＭ流体７中の固形媒質粒子の濃度が高まる。よって、バルブ８８が完全開放未満に調節された状態で装置１０が動作しているときにＳＳＭ流体７の量がタンク３１内で望ましい水準以下に落ちたことを液体水準センサ８５が知らせたならば、システム中の現在のＳＳＭ流体７へとさらなる流体を与えることに加え、あるいはそれの代わりとして、バルブ８８を開放側へ調節することによってノズル２８を通って流れるＳＳＭ流体７の量を増大させるものとできる。媒質ポンプ３７を通って流れるＳＳＭ流体７の流速を増加させるために、媒質ポンプ３７の吸入口またはタンク３１の流出口７３にレジューサ(reducer)が設置されてもよい。
【００３８】
ヒータ９１がタンク３１内または近傍に配置されるものとでき、例えばタンク３１の内底部近くに設置された水中ヒータとできる。ヒータ９１はＳＳＭ流体７を加熱し、作動中にＳＳＭ流体７を望ましい温度に維持するために用いられるものとできる。望ましい温度はあらかじめ定められていてもよいし、オペレータによって調節されてもよい。装置１０は、温度検知用の温度センサ１０９を含むものとでき、またＳＳＭ流体７を望ましい温度に維持するようにヒータ９１を自動的に調節するための制御装置を含むものとできる。タンク３１内のＳＳＭ流体７は、処理を開始してＡＭ部品１９に対して噴霧を行う前に望ましい温度まで加熱されるものとできるが、ＳＳＭ流体７は、加熱前あるいは部分的に加熱された状態で噴霧され始めるものであってもよい。後者のアプローチでは、処理は低温で始まるものとでき、処理中に時間が経過するにしたがい望ましい温度まで温度が上昇する。ＳＳＭ流体７の温度を徐々に上昇させるアプローチは、支持材料１３の除去に役立ち得る。これはＳＳＭ流体７が通常、任意の温度範囲にわたって支持材料１３を除去可能であるためである。よってＳＳＭ流体７の加熱中にＳＳＭ流体７をＡＭ部品１９へ与えることで、ＳＳＭ流体７が支持材料１３の除去に好適な最低温度に到達したときにＳＳＭ流体７が支持材料１３を除去（かつ露出したビルド材１６を平滑化）し始め、ＳＳＭ流体７が最終的に望ましい温度に近づくにつれより迅速に支持材料１３を除去（かつ露出したビルド材１６を平滑化）するようになる。このやり方では、処理開始時からＳＳＭ流体７が最高温度にある状況と比べて、部品のビルド材１６がそれほど熱くなることがない。ビルド材１６が熱に弱い場合、これはＡＭ部品１９の本体を劣化から守るのに役立つものとなり得る。
【００３９】
第１および第２のノズル２８はチャンバ２５内に設置され、ターンテーブル２２に向けられるものとできる。ターンテーブル２２は処理される１つ以上のＡＭ部品１９を支持するためのものとできる。第１のノズル２８Ａ（側方ノズル）は、垂直方向に（すなわち上下に）駆動するものとでき、その水平位置がターンテーブル２２により近い位置またはより遠い位置に設定可能に配置されるものとできる。第１のノズル２８Ａはターンテーブル２２の表面とほぼ平行にＳＳＭ流体７の噴霧を行い、よってターンテーブル２２上に載置されたＡＭ部品１９の側方表面に影響を与えるものとできる。第２のノズル２８Ｂ（上方ノズル）は、水平方向に（すなわち左右および／または前後に）駆動するものとでき、その垂直位置がターンテーブル２２により近い位置またはより遠い位置に設定可能に配置されるものとできる。第２のノズル２８Ｂはターンテーブル２２の表面に向けて下向きにＳＳＭ流体７の噴霧を行い、よってターンテーブル２２上に載置されたＡＭ部品１９の上向き表面ならびに垂直方向に向けられた表面に影響を与えるものとできる。２つ以上の第１のノズル２８Ａおよび／または２つ以上の第２のノズル２８Ｂを用いてもよい。
【００４０】
ノズル２８は手作業による調節でターンテーブル２２により近い位置またはより遠い位置にセットされてもよいが、ノズル２８の距離を調節するこうした能力もまた自動化可能である。第１および第２のノズル２８がそれぞれ上下と左右（または前後）に動く程度、ならびに動く速度は、ＨＭＩ４０を用いたオペレータによって設定されるものとできる。これらの距離および速度は、それぞれ装置１０によって許容される任意の範囲の移動および速度内とできる。例えば第１のノズル２８Ａは、最大４３ミリメートルで任意の距離だけ上下に移動できるように設定され、始点はターンテーブル２２の上面から６ミリメートル上方とすることができる。第２のノズル２８Ｂは、最大１１２ミリメートルで任意の距離だけ前後に移動できるように設定され、この移動の中心点はターンテーブル２２の中心と揃うものとすることができる。同様に、例えば第１のノズル２８Ａは、速度２２ミリメートル／秒で移動するものとして設定され、第２のノズル２８Ｂは、同じ速度または異なる速度で移動するものとして設定されるものとできる。
【００４１】
図面に描かれた実施の形態は、１つの側方ノズルと１つの上方ノズルを有するものだが、複数の側方および／または上方ノズル２８が用いられるものであってもよい。さらに、図面に描かれた実施の形態は、向きが固定されたノズル２８を示しているが、機構および制御装置を組み込んで、ノズル２８が接続先のアクチュエータ５８から独立したさらに大きな可動範囲を有するものとしてもよい。例えば側方ノズル２８Ａは、上下移動に加えて、独自の軸を中心に左右、上下、および／または回転運動で関節動作を行う構成とされてもよい。同様に、上方ノズル２８Ｂが独自の軸を中心に左右、前後、および／または回転運動で関節動作を行う構成とされてもよい。ノズル２８が関節動作する速度もまた調節可能とできる。
【００４２】
図５および６を参照すると、ノズル２８は（媒質ポンプ３７からの）ＳＳＭ流体７用の流入口、および（ポンプ１０４またはポート７９Ｄからの）圧縮空気用の流入口を備えるものとしてデザインされることができる。より詳しく言えば、こうしたノズル２８は、それぞれＳＳＭ流体７と圧縮空気の供給源が接続されている流入口１０５、１０３を有するマニホルド９５に取り付けられるものとできる。ＳＳＭ流体７は圧縮空気の上流で、マニホルド９５を介してノズル２８へ入るものとできる。インジェクタ１０７を用いてＳＳＭ流体７の流れへ空気ポンプ１０４またはポート７９Ｄからの圧縮空気を加えることができる。空気がＳＳＭ流体７へと注入される場所は、マニホルド９５であってもよいしノズル２８であってもよい。圧縮空気の注入は、ターンテーブル２２上に載置されたＡＭ部品１９へと向かうＳＳＭ流体７の高速流を作り出す。高速のＳＳＭ流体７と支持材料１３の衝突が、ビルド材１６と支持材料１３の間の接続点を破壊する。さらにＡＭ部品１９へのＳＳＭ流体７の衝突、ならびに以後のＡＭ部品１９表面に沿っての流れが、ＳＳＭ流体７中の固体粒子が研磨材となることで、ビルド材１６の外表面を平滑化する。加えてさらに、ＳＳＭ流体７の一部である液体溶剤が、支持材料およびＡＭ部品１９の外表面を化学的に溶解させるように調合され、表面仕上げと不要な支持材料１３の除去にさらに役立つものとできる。
【００４３】
ノズル２８の形状次第で、ＳＳＭ流体７がノズル２８を離れる速度および圧力は、（媒質ポンプ３７の速度および／またはバルブ８８を調節することで）ＳＳＭ流体７の体積流量を変えることで、インジェクタ１０７で注入される空気流の圧力を変えることで、あるいは両者を組み合わせることで、変化させられるものとできる。空気流の圧力は、圧縮空気供給源とノズル２８との間に配置されたバルブ９４Ａを用いることで上下に調節可能である。第１および第２のノズル２８Ａ、２８Ｂに別々のバルブ９４Ａを用いれば、各ノズル２８での空気圧は、同一にも異なる水準にも設定可能である。ノズル２８への空気供給にバルブ９４Ａを用いることに加え、バルブ９４Ａは各ノズル２８への空気供給を選択的にオンまたはオフに切り替えるために用いられてもよい。これは選択された間隔でノズル２８への空気をオンオフ切り替えすることによる「律動(pulsing)」を含むものとでき、これによりノズルを離れるＳＳＭ７流体の速度および圧力を律動的なものとできる。例えば空気供給バルブ９４Ａは５秒ごとにオンとされ、オンとなるごとに１秒間稼働するものとして設定される。空気バルブ９４Ａの開閉の頻度および持続時間は装置１０によって許容される任意の値の範囲内とされ、ＨＭＩ４０を用いてオペレータによって設定されるものとできる。ＳＳＭ流体７の流れを変えるこの能力は、処理全体の効率および有効性を高め、さらには処理中に部品がダメージを受ける恐れを減らすことができる。チャンバ２５はベント９７を含み、ノズル２８を介して空気が注入される際に、チャンバ２５内の余分な空気が過剰または危険なレベルまで蓄積される代わりに、ベント９７を通って逃げるものとできる。
【００４４】
さらに、ＡＭ部品からの支持材料１３の除去および／またはＡＭ部品の表面の平滑化にすべてのノズル２８が必要ではない場合、および／または、いくつかのノズル２８を他のものより高圧または低圧とすること、および／または律動的に作動させることが望ましい場合には、ノズル２８が選択的に使用される、および／または、効率および／または有効性を高めるべくノズル２８が調節されるものとできる。こうした汎用性を可能とするために、媒質ポンプ３７からの（マニホルドそしてノズル２８へと達する）流れのレベルは、その流れの最大レベルの任意のパーセンテージ（例えば６５％）として設定され、および／または、強制給気からの（ノズル２８へと達する）空気の圧力は、その最大圧力の任意のパーセンテージ（例えば４０％）として設定されるものとできる。これらは「システムレベル設定(system level settings)」と称される。また、（ａ）各ノズル２８へのＳＳＭ流体７の流れを制御するバルブ８８が開閉され、開放時に開度（例えば完全開放状態の任意のパーセンテージとして）が変更されるものとでき、および／または、（ｂ）個々のノズル２８それぞれへの給気が（各ノズル２８への給気に接続されたバルブ９４Ａの開閉によって）完全に、または望ましい律動レベルを生むための選択された頻度および持続時間（例えば５秒ごとに１秒間開放）で、オンオフされるものとできる。これらは「ノズルレベル設定(nozzle level settings)」と称される。
【００４５】
例えばある動作モードでは、側方ノズル２８Ａから流れてくるＳＳＭ流体７の圧力が低レベル（例えば流体が７５％、空気が２０％）に設定されて、上方ノズル２８Ｂから流れてくるＳＳＭ流体７の圧力もまた低レベルに設定されるか、あるいは上方ノズル２８Ｂへのバルブ８８が閉じられて側方ノズル２８ＡのみからＳＳＭ流体７が噴霧される。これはシステムレベル設定のみ、またはシステムおよびノズルレベル設定の組み合わせにより達成可能である。このモードはチャンバ２５内で処理中の積層造形部品に低水準のアジテーションを生じるもので、「超低アジテーション」と称される。他の動作モードでは、側方ノズル２８Ａおよび上方ノズル２８Ｂから流れてくるＳＳＭ流体７の圧力が、超低アジテーションよりもわずかに高いレベル（例えば流体が７５％、空気が３０％）に設定され、上方ノズル２８Ｂが短時間、間欠的に動作する（すなわち律動する）（例えば１秒おきに１秒間開放）。ＳＳＭ流体７および空気の圧力は、システムレベル設定のみ、またはシステムおよびノズルレベル設定の組み合わせにより達成可能であり、律動は、少なくとも空気用にノズルレベル設定の使用を必要とする。このモードは「超低アジテーション」よりもアジテーションの度合を高めるもので、「低アジテーション」と称される。さらに他の動作モードでは、側方および上方ノズル２８Ａ、２８Ｂの双方へと流れるＳＳＭ流体７の圧力が中レベル（例えば流体が１００％、空気が５０％）に設定されるが、その後、間欠的に上方調節され、（空気設定を例えば７０％へと増加することにより）ノズル２８Ａ、２８Ｂの双方で律動式に圧力が高められる。このモードは「低アジテーション」の設定よりもアジテーションの度合を高めるもので、「中アジテーション」と称される。さらに他の動作モードでは、側方および上方ノズル２８Ａ、２８Ｂの双方へと流れるＳＳＭ流体７の圧力が高レベル（例えば流体が１００％、空気が７０％以上）に設定される。このモードは高レベルのアジテーションを生じるもので、「高アジテーション」と称される。ノズル２８の他の配置、バルブ８８、９４Ａの開と閉、および高低さまざまな流体圧および空気圧の組み合わせ、および／または低圧高圧の間欠的使用によって、アジテーションレベルにさまざまな変化をもたらすことが可能である。よって「低」、「中」、「高」の用語の使用は、これまでの例で述べた具体的な配置に限定されることを意図するものではなく、むしろ程度がさまざまで相対的なアジテーションを、具体的な要求に応えるべく、好きなように達成し得ることを例示するためのものである。
【００４６】
ＨＭＩ４０は、オペレータが、総合的に所望のレベルのアジテーションを達成する動作パラメータを設定できるものとして、あるいはＨＭＩで示されるオプションから所望のレベルのアジテーションを選択できるものとして、あるいは、アジテーションレベルが、オペレータが選択オプションまたは規定オプションを有する所与の動作レシピと関連して事前格納されるものとして、構成されるものとできる。アジテーションレベルの設定により、装置１０は自動的にノズル２８へのバルブ８８を開閉して圧力を調節し、該レベルのアジテーションを達成することができる。
【００４７】
装置１０にはさらに、ＳＳＭ流体７用のｐＨセンサ１０６、温度センサ１０９、および／または圧力センサ１１２が含まれるものとできる。温度センサ１０９は、タンク３１内のＳＳＭ流体７の温度を検知するものとできる。ｐＨセンサ１０６は、タンク３１内のＳＳＭ流体７のｐＨ値を検知するものとできる。圧力センサ１１２は、バルブ８８またはノズル２８の圧力の変化または圧力がないことを検知するために用いられるものとできる。圧力変化は、除去が必要な障害物があることを示し得る。
【００４８】
カメラ１１５などからなる視覚システムが、支持材料１３の除去速度またはビルド材１６の表面仕上げの発生速度を検知するために含まれるものとできる。視覚システムはまた、任意の時点での表面仕上げの滑らかさのレベルを検知するものとできる。視覚システムによって読み込まれたイメージはまた、支持材料１３を含むＡＭ部品１９のＣＡＤファイルと比較され、進行中の処理を最適化するものとできる。この比較は、ＨＭＩ４０と関連付けられたコンピュータ４０Ｂ、または、いつ所望量の支持材料１３がＡＭ部品１９から除去されたかを検知するための、および／または、いつビルド材１６の特定の表面仕上げが達成されたかを検知するための別のコンピュータによって行われるものとできる。
【００４９】
ターンテーブル２２は、ノズル２８から噴霧されるＳＳＭ流体７がターンテーブル２２を通過してタンク３１へ入れるように、かつターンテーブル２２表面の上面に集まることがないように開口を有するものとできる。ターンテーブル２２は、処理される１つ以上のＡＭ部品１９が好適な手段、例えばＴナット、ボルト、クランプなどを用いてターンテーブル２２へと固定可能な特徴を含むものとできる。
【００５０】
あるいはターンテーブル２２にケージ構造物が設置され、ＡＭ部品１９が処理中に転倒してもケージによって規制されるものとできる。ターンテーブル２２は、ターンテーブル２２を時計方向または反時計方向に回転させるためのアクチュエータ６４へ接続されるものとできる。アクチュエータ６４は、例えばギアを有するシャフトを回転させるサーボモータであって、該ギアならびにターンテーブル２２に接続されたギアにチェーンが取り付けられ、これによりターンテーブル２２を回転させる。回転速度は変更可能であって、ＨＭＩ４０を用いるオペレータによって設定されるものとできる。ターンテーブル２２が回転する速度は、装置１０によって許容される任意の速度とでき、例えばターンテーブル２２が回転する最大ＲＰＭ（回転数／分）のパーセンテージとして表現可能である。１つ以上の格子６７がターンテーブル２２の近傍または下に配置され、支持材料１３または他の不要な堆積物がタンク３１内へ落下するのを防ぐ。装置１０はターンテーブル２２近傍に配置された上側格子６７Ａを含むものとできる。また、ターンテーブル２２の下でタンク３１により近い位置に下側格子６７Ｂが設けられ、上側格子６７Ａ（複数可）あるいはターンテーブル２２の開口を通って落下する不要な支持材料１３の破片または他のデブリや堆積物を捕まえ、こうした破片、デブリ、および／または堆積物が媒質ポンプ３７へ吸い込まれることを防ぐものとできる。あるいは上側格子６７Ａ（複数可）が省略されて下側格子６７Ｂ（複数可）のみが用いられるものであってもよいし、その逆でもよい。
【００５１】
ポンプ系５５は、媒質ポンプ３７とＣＩＰポンプ１１８を含むものとできる。媒質ポンプ３７は、タンク３１の流出口７３と流体連結された流入口を有し、このようなタンク流出口７３は、ＳＳＭ流体７が蓄えられているタンク３１の底部またはその近傍にある。媒質ポンプ３１の出口は、マニホルドとして配置される流体導管４３Ａへと接続され、マニホルドの流出口は、スプレーチャンバ２５内に配置されたノズル２８へ流体接続されるものとできる。調節弁とすることが可能なバルブ８８は、マニホルドとノズル２８の間にインラインで設置され、流れをオンオフするために、あるいはノズル２８へのＳＳＭ流体７の流量を調節するために用いられるものとできる。媒質ポンプ３７の速度もまた、マニホルドおよびノズル２８へのＳＳＭ流体７の流量を増減するように調節されるものとできる。
【００５２】
媒質ポンプ３７は、好ましくは（体積で）最大５０％の固体粒子濃度のＳＳＭ流体７を含むＳＳＭ流体７を扱うのに好適である。このような高い固体濃度を扱える媒質ポンプ３７の能力のお陰で、ＳＳＭ流体７は高圧かつ高速で流れることができる。ＳＳＭ流体７がノズル２８から押し出されてＡＭ部品に噴霧された後、ＳＳＭ流体７はタンク３１へと再び集められ、タンク３１が再びＳＳＭ流体７を媒質ポンプ３７へと供給し、次に媒質ポンプ３７が再びＳＳＭ流体７をノズル２８へと送り出す。
【００５３】
タンク３１は、ＳＳＭ流体７がタンク流出口７３、次いで媒質ポンプ３７へと流れることを助長するようにデザインされているものとできる。固体粒子は溶液から脱落してタンク３１の床に集まり得る。タンク３１は、タンク３１の床にこうした粒子が集まることを防ぐ渦などの流れのパターンを作り出す形状とされるものとできる。タンク３１の床に粒子が集まることを防ぐ他の方法は、媒質ポンプ３７をノズル２８だけでなく、（直接またはマニホルドを介して）タンク３１へと戻るように接続された１つ以上の流体導管４３Ｂ（例えばホース、チューブ、および／またはパイプ）へも接続することで、媒質ポンプ３７を利用することである。バルブ１００は、媒質ポンプ３７と流体導管４３Ｂの間、さもなくば流体導管４３Ｂとインラインで設置されるものとできる。これにより媒質ポンプ３７によってタンク３１から吸い出されたＳＳＭ流体７の一部は、ＳＳＭ流体７の十分な混合状態を維持するため、およびタンク３１の床に粒子が集まることを防止するため、タンク３１へと直接還流されるものとできる。さらに強制給気からの圧縮空気が、ＳＳＭ流体７の十分な混合状態を維持するため、およびタンク３１の床に粒子が集まることを防止するため、タンク３１内のＳＳＭ流体７へと与えられるものとできる。タンク３１内のＳＳＭ流体７へと与えられるこのような空気の量は、バルブ９４Ｂを用いて調節され、ＨＭＩ４０を用いて制御されるものとできる。タンク３１への直接的なＳＳＭ流体７と圧縮空気の同時供給は、ＳＳＭ流体７内の媒質粒子の浮遊状態を維持するのに役立つようにタンク３１内に流れまたはアジテーションを生じる。この流れ／アジテーションは、処理動作中に連続的に、または間欠的に、さまざまなレベルの圧力で発生させられるものとできる。例えばＳＳＭ流体７で高密度および／または高濃度の固形媒質が用いられている場合、流れ／アジテーションは、より高頻度および高圧力下のものとでき、例えば３０秒ごとにオンオフされ、強制空気は圧力が２０ｐｓｉである。上述のごとく、媒質ポンプ３７の速度は調節可能なものとでき、よって媒質ポンプ３７の速度の設定において、オペレータまたはコンピュータ４０Ｂが、ＳＳＭ流体７内の固体粒子の濃度および／または密度に責任を負うものとできる（高密度または高濃度の粒子は、粒子を浮遊状態に保つために媒質ポンプ３７がより高速であることを必要とする）。固形媒質の密度が低い場合、タンク３１へと戻るＳＳＭ流体７および／または空気の流れは、より低頻度および低圧力下のものとでき、例えば２分ごとにオンオフされ、強制空気は圧力が１０ｐｓｉである。これらのパラメータは、固体粒子を浮遊状態に保つために必要に応じて設定されるものとできる。これらのパラメータは、コンピュータ４０Ｂにあらかじめプログラムされたものでも、ＨＭＩ４０を用いてオペレータによって手作業で選択されるものであってもよい。固形媒質の浮遊状態を維持するためにこのようなアプローチを採用することで、タンク３１へ傾斜側面７３を組み込むことの重要性は低下するが、一方または両方が採用されてもよい。
【００５４】
あるＡＭ部品１９または組となったＡＭ部品１９を処理するにあたり、オペレータがＨＭＩ４０を用いて実行時間の長さを設定するものであってもよく、あるいは実行時間が概ね、あるいは所与のレシピに関して、あらかじめ決定されていてもよい。本発明に基づくシステムの動作中、ＳＳＭ流体７からの固体粒子は、チャンバ２５の表面およびチャンバ２５内の構造体（ノズル２８、ターンテーブル２２などを含む）上に集まり、処理が終わりに近づくにつれ処理中のＡＭ部品１９の表面にも集まったりする。装置１０は、これらの表面から固体粒子を洗い流すためのＣＩＰシステム１２１を含むものとできる。ＣＩＰシステム１２１は、直接またはマニホルドを介してＣＩＰノズル７０へと接続されたＣＩＰ１１８ポンプを有し、この洗浄処理に固形媒質を含まない液体溶剤またはただの水を用いるものとできる。この洗浄目的の液体溶剤は、ＳＳＭ流体７から抽出されるものとできる。より具体的には、ＳＳＭ流体７の噴霧処理が終わった後、タンク３１のＳＳＭ流体７中に浮遊する媒質粒子がタンク３１の底へ沈殿するのに十分な時間だけ媒質ポンプ３７がオフされるものとできる。ＣＩＰポンプ１１８へのＣＩＰ流入口１２４は、タンク３１へ接続され、かつタンク３１内のＣＩＰ流入口１２４の開口がタンク３１の底から十分な高さとなるように配置されるものとでき、ＣＩＰポンプ１１８へと入るＳＳＭ流体７から固形媒質粒子が（それらがタンク３１の底へ沈殿してしまうことで）なくなる、あるいは実質的になくなるものとできる。ＣＩＰポンプ１１８およびＣＩＰノズル７０に入ろうとする固体粒子を減らす、またはなくすために、フィルタ１２７がＣＩＰ流入口１２４と組み合わされてもよい。ＣＩＰポンプ１１８は所定時間動作され、タンク３１から流体を吸い出してノズル２８へ強制的に送るものとでき、そこで流体がチャンバ２５内の表面に対して噴霧され、該表面から固形媒質粒子をタンク３１内へと洗い流す。あるいは、このような洗浄目的で清浄な水または清浄な溶剤が供給されてもよい。ＣＩＰノズル７０は好適な任意のノズルとでき、また限定されるものではないが、複数の穴を備えた１本のチューブ、あるいは複数のチューブと複数の穴（または該複数のチューブ上に配置された複数のノズル）からなるシステムからなるものとできる。
【００５５】
たらい１つのみのタンク３１を用いる代わりに、タンク３１が２つの領域：ＳＳＭ流体７を収容する第１の領域、清浄な液体溶剤または水のみを収容する第２の領域、に分割されていてもよい。清浄な液体溶剤／水を収容する領域は、ＣＩＰシステム１２１用に用いられるものであり、清浄な液体溶剤／水を望ましい温度に保つための専用のヒータを含むものとできる。さらにＣＩＰポンプ１１８は、タンク３１から液体溶剤／水をすべて汲み出すために用いられてもよい。
【００５６】
本発明は、積層造形部品の支持材料を除去、および／または、積層造形部品の表面を平滑化する方法として実施可能である。この方法では、スプレーチャンバ、支持表面、１つ以上のノズル、ＡＭ部品、ＳＳＭ流体が準備（２００）されるものとできる。ＡＭ部品は支持表面上に配置され（２０３）、ノズルからＡＭ部品へとＳＳＭ流体が噴霧（２０６）されるものとできる。
【００５７】
第１のノズル２８Ａの水平位置および第２のノズル２８Ｂの垂直位置は、ターンテーブル２２から望ましい距離だけ離れるものとして調節されるものとできる。ＡＭ部品１９は、貫通ドア１３０を介してアクセス可能なスプレーチャンバ２５内でターンテーブル２２上に配置されるものとできる。ＡＭ部品１９はターンテーブル２２上に載置されるものとでき、これはケージ覆いがあってもなくてもよく、あるいはターンテーブル２２に固定されるものとできる。次に貫通ドア１３０が閉じられ、しっかりと封鎖され、スプレーチャンバ２５を基本的に水密とするものとできる。ユーザは次に、ＨＭＩ４０の入力システムを用い、密度、形状、材料、および／または気孔率などＡＭ部品１９および／または支持材料１３およびビルド材１６の特性に基づいて、装置１０のための動作パラメータを選択するものとできる。動作パラメータは、ＳＳＭ流体７を構成する液体および固体粒子の濃度、タンク３１内のＳＳＭ流体７が加熱されて到達すべき温度、維持されるべきｐＨ値、（媒質ポンプ３７の速度と、媒質ポンプ３７とノズル２８の間にあるバルブ８８の開度の一方または両方を設定することによる）ＳＳＭ流体７がノズル２８へ向けてポンプで送り出される際の圧力、ノズル２８へ向かう空気の圧力、各ノズル２８のオンオフおよび／または律動レベル、処理実行時間の長さ、タンク３１のＳＳＭ流体７内で固体粒子を浮遊状態に保つためのアジテーションレベル（すなわち、流体がタンク３１へとポンプで直接送り返される間隔、およびタンク３１へと供給される空気の圧力）、および／または、処理終了時の洗浄時間の長さ、のうち１つ以上が含まれるものとできる。動作パラメータはまた、好ましくはＡＭ部品１９が処理中、ＳＳＭ流体７噴霧によって常に包まれた状態となるように設定されるノズル２８の始点および移動距離用の設定、ならびにノズル２８の移動速度およびターンテーブル２２の回転方向および速度を含むものとできる。こうした距離および速度は、システムによって許容される最小値および最大値の間の任意の値とできる。こうしたパラメータは、ＨＭＩ４０を用いるオペレータによって選択されるさまざまな「レシピ」として装置１０へとあらかじめプログラムされるものとできる。こうしたパラメータは改変され、支持体除去および表面仕上げ処理の効率を高めるために選択されるものとでき、例えばサイクル時間を短くしたり、望ましい外表面粗さを下げたりする。本発明の実施の形態では、例えば、支持材料１３、ビルド材１６、ＡＭ部品１９の形状、表面粗さなどを含むそれらの特性を識別可能な視覚システムを用いて、パラメータのいくつかまたはすべてが、自動的に決定されるものとできる。この時、ＡＭ部品が望ましい結果に向けて処理されるようコンピュータ４０Ｂが対処して、動作パラメータを調節するものとできる。この評価を行う際の一助となるように、視覚システムは、ＡＭ部品１９のＣＡＤモデルファイルおよび他のメタデータを用いることができる。
【００５８】
動作パラメータが入力または別のやり方で選択された後、タンク３１が（選択された動作パラメータに基づいて完全に自動的に、あるいは、オペレータが手作業で固体粒子を加えることで）ＳＳＭ流体７を構成する流体と固形媒質粒子とで満たされるものとできる。液体水準センサ８５は、タンク３１が望ましい水準まで満たされたことを知らせることができ、その時点で注入が停止する。タンク３１内のヒータ９１が作動させられ、ＳＳＭ流体７を望ましい温度まで加熱し始めることができる。この時点で支持体除去および表面仕上げ処理を開始するものとできる。これはＳＳＭ流体７が所望の最終温度まで加熱される前に始まっても、された後に始まってもよい。媒質ポンプ３７が作動させられ、ＳＳＭ流体７をタンク３１から強制的に流出させ、媒質ポンプ３７を介してノズル２８まで送るものとできる。媒質ポンプ３７はまた、ＳＳＭ流体７の一部を強制的に、所定間隔で直接タンク３１に還流させるものとでき、よってタンク３１へ供給される強制空気と共になって、固体粒子が浮遊状態に保たれる。第１および第２のノズル２８は、ＡＭ部品１９が配置されたターンテーブル２２へと向けられるものとできる。ＳＳＭ流体７がノズル２８へ入ると、ＳＳＭ流体７はノズル２８内の圧縮空気流と混ざり合うことができる。このＳＳＭ流体７と圧縮空気の混合は、ＡＭ部品１９に向けて噴霧されるＳＳＭ流体７の高速加圧流を生じ、支持材料１３およびＡＭ部品１９のビルド材１６の表面に影響を与える。
【００５９】
媒質ポンプ３７がノズル２８を介してＳＳＭ流体７を押し出し始めると、アクチュエータ５８が、選択された動作パラメータによって指示される距離範囲および速度でノズル２８を動かすものとできる。選択された動作パラメータによる指示で、ノズル２８からの流れは律動することもできる。第１の（側方）ノズル２８Ａ（複数可）は垂直方向へ動作するものとでき、第２の（上方）ノズル２８Ｂ（複数可）は水平方向へと動作するものとできる。さらに上にＡＭ部品１９が載置されたターンテーブル２２は、選択された動作パラメータによって指示される方向および速度で円運動で回転するものとできる。ノズル２８の垂直水平方向運動（その移動範囲と速度を含む）とターンテーブル２２の回転（および回転速度）の組み合わせによって、ビルド材１６の全外表面が平滑化され、不要な支持材料１３が除去されるものとできる。この組み合わせはまた、ＡＭ部品１９の特定の領域を狙うためにも使用可能である。例えば、ＡＭ部品１９上で支持材料１３が非対称であれば、ＡＭ部品１９は、支持材料１３がたくさんある側がより長時間ターゲットとなるように向けられるものとできる。さらに、ノズル２８によって発生する所与の圧力および速度（ならびに律動）に関して言えば、ＳＳＭ流体７がＡＭ部品１９の外表面および支持材料１３に影響を与える該圧力は、ノズル２８が設置されている場所のターンテーブル２２からの距離、ならびにターンテーブル２２が回転する速度および第１および第２のノズル２８Ａ、２８Ｂがそれぞれ垂直方向、水平方向に作動させられる速度に応じて変わるものとできる。ちなみに、両タイプのノズル２８Ａ、２８Ｂならびにターンテーブル２２は、処理のサイクル時間を短くすると同時に処理の効率および／または有効性を高めるために、例えば表面仕上げおよび支持体除去を良くするために、同時に作動するものとできる。
【００６０】
処理のためのパラメータはさまざまであってよく、および／または、ＡＭ部品１９が作られている特定のビルド材１６および支持材料１３、支持材料１３の形状を含むＡＭ部品１９の形状、および支持材料１３が除去される程度および速度、ならびにビルド材１６が平滑化される程度および速度に責任を負うべくカスタマイズされてもよい。さらに、あるＡＭ部品１９または組となったＡＭ部品１９に対する一度の処理中に、動作パラメータが一定のままである必要はない。例えば、サイクルの開始時においては攻撃的に設定され、次いで自動的に調節、あるいは手作業で調節されて、支持材料１３の残りが少なくなる処理後半にはより攻撃性の低い設定とされてもよい。パラメータのいくつかまたはすべてを決定するのに視覚システムが用いられる場合には、処理中のＡＭ部品１９の評価にも視覚システムが用いられ、例えば、残っている支持材料１３の量、およびこれまでに達成されたビルド材１６の平滑さｖｓ望ましい最終的な平滑さの水準、を含む任意の数の要素に基づいて、動作パラメータへの変更を制御システムに知らせるものとできる。これらの動作パラメータをバランスを取りながら変えることで、支持材料１３が除去されビルド材１６の表面が平滑化される効果および効率を、ＡＭ部品１９にダメージを与えることなく高くできる。さらに、ある目標を他の目標よりも優先させる選択が行われてもよい。例えば、所与の材料から作られた所与のＡＭ部品１９形状に関するビルド材１６表面平滑化ｖｓ支持材料１３除去において、流体圧を減らすこと、空気量を減らすこと、律動量を減らすこと、ＳＳＭ流体７内の固形媒質比を変えること、ＳＳＭ流体７の組成を変えること、またはそれらの組み合わせが好ましい場合がある。所与の動作パラメータの組み合わせがコンピュータ４０Ｂと関連するメモリにレシピとしてセーブされ、将来、動作パラメータをそれぞれ再入力する代わりに、このレシピがオペレータによって選択されるものとできる。
【００６１】
処理中、ＳＳＭ流体７が（例えば流体の蒸発により）最小レベル以下に落ちたことを液体水準センサ８５が知らせると、投与機構８２を用いて追加の流体が自動的に供給され、望ましい濃度にしたがってタンク３１を再び満たすものとできる。同様に、ｐＨレベルが望ましいレベルでなくなったことをｐＨセンサ１０６が知らせると、投与機構８２を用いて追加の流体が与えられ、ｐＨを上方または下方へと調節するものとできる。効率のため、ＳＳＭ流体７は加熱、すなわち最低温度以上に保たれるものとできる。他方で、ＳＳＭ流体７が熱くなりすぎると、ＡＭ部品１９にダメージを与えたり劣化させたりする。こうした場合、ユーザが温度を制御し、加熱されるＳＳＭ流体７が最大温度以上とならないことを確実なものとすることができる。
【００６２】
ＳＳＭ流体７噴霧の所望のサイクル時間が終わりに達すると、媒質ポンプ３７が動作をやめ、ＳＳＭ流体７中の固体粒子がタンク３１の底へと沈殿することが許されるものとできる。次にＣＩＰポンプがタンク３１から（固形媒質粒子がない、あるいは実質的にない）流体を吸い出し始め、強制的にＣＩＰノズル７０を通過させ、スプレーチャンバ２５の表面および内部から、ならびにＡＭ部品１９の表面から、残留固体粒子を除去するものとできる。主たるＡＭ部品１９処理サイクルと洗浄サイクルの両方で、タンク３１内のＳＳＭ流体７からの熱がチャンバ２５内の空気を暖めることができ、この暖気は洗浄サイクル後にＡＭ部品１９を乾かすのに役立つことができる。ＣＩＰサイクルが完了すると、オペレータはスプレーチャンバ２５を開き、ＡＭ部品１９を取り出すものとできる。チャンバ２５からＡＭ部品１９を取り出す前に、オペレータが乾燥の時間を与えてもよく、この乾燥はチャンバ２５内の熱せられた空気によって促進される。
【００６３】
当然ながら、以上に開示した本発明の様々な側面、および他の特徴および機能、またはその代案を望むがままに組み合わせて、他の多くの異なるシステムまたは用途とすることが可能である。現時点では予想も予期もされていない様々な代案、変形、変異、または改良が今後当業者によってなされる可能性もあるが、そうした代案、変形、変異、および／または改良も包含されるものである。
【００６４】
１つ以上の特定の実施の形態に関して本発明を説明してきたが、本発明の他の実施の形態が、本発明の精神と範囲から逸脱することなくなし得ることを理解されたい。とりわけ、本発明の方法は、本明細書に記載の行為および／またはステップの組み合わせとできる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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