(57)【要約】  本発明は、三次元物体を製造するために使用される堆積装置６００のヘッド１００に関する。ヘッドは、表面上に位置決めされるように配置された端部開口を有する第１の端部を有するケーシングを有する。ヘッドは、ケーシング内及び表面上に粒状材料を受け入れるように配置された材料受容装置を更に有する。ピストンは、ピストンが粒状材料を表面に押圧してそれによって粒状材料が堆積体積を形成するように、ケーシングの内側で第１の端部に向かって移動するように配置されている。本発明は、さらに、ヘッド及び対応する方法を有する堆積装置に関する。【選択図】図２ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
堆積体積の層を作製するように配置された堆積装置（６００）のヘッド（１００）であって、前記ヘッド（１００）は、
堆積領域Ａを画定する少なくとも３つの壁区分（１１１ａ、１１１ｂ、…、１１１ｎ）を有するケーシング（１１０）であって、前記３つの壁区分（１１１ａ、１１１ｂ、…、１１１ｎ）は前記ケーシング（１１０）の第１の端部（１１２）から第２の端部（１１３）まで延在し、前記ケーシング（１１０）の前記第１の端部（１１２）は、表面（２１０ａ、２１０ｂ、…、２１０ｎ）上に位置するように配置された端部開口（１１４）を有する、ケーシング（１１０）と、
粒状材料（１２５）を前記ケーシング（１１０）内に受け入れて前記表面（２１０ａ、２１０ｂ、…、２１０ｎ）上に受け入れるように構成された少なくとも１つの材料受容装置（１１５）とを有する、ヘッド（１００）において、
前記ヘッド（１００）は、
ピストン（１３０）であって、前記ピストン（１３０）が前記粒状材料（１２５）を前記表面（２１０ａ、２１０ｂ、…、２１０ｎ）に押圧するように、前記第１の端部（１１２）へ及び前記第２の端部（１１３）へ前記ケーシング（１１０）の内側で移動可能なように配置されたピストン（１３０）であって、
前記ピストン（１３０）が前記第１の端部（１１２）に向かって移動する時にそれによって前記粒状材料（１２５）は堆積体積Ｖを形成する、ピストン（１３０）によって特徴付けられるヘッド（１００）。
【請求項２】
前記少なくとも３つの壁区分（１１１ａ、１１１ｂ、…、１１１ｎ）のうちの少なくとも１つの壁区分（１１１ａ）は、前記表面（２１０ａ、２１０ｂ、…、２１０ｎ）から個別的に後退可能である、請求項１に記載のヘッド（１００）。
【請求項３】
前記少なくとも１つの後退可能な壁区分（１１１ａ）は、機械的に制御された後退と温度制御された後退からなる群の内の少なくとも１つの使用によって後退させられるように構成される、請求項２に記載のヘッド（１００）。
【請求項４】
前記少なくとも１つの後退可能な壁区分（１１１ａ）は、前記表面（２１０ａ、２１０ｂ、…、２１０ｎ）上に形成された少なくとも１つの隣接する堆積体積の高さＨａｄｊに本質的に対応する距離Ｄだけ後退させられるように配置される、請求項２〜３のいずれか一項に記載のヘッド（１００）。
【請求項５】
前記ピストン（１３０）は、供給された前記粒状材料（１２５）を前記堆積領域Ａにわたって広げるように振動を生じさせるようにさらに配置される、請求項１〜４のいずれか一項に記載のヘッド（１００）。
【請求項６】
前記材料受容装置（１１５）が、前記少なくとも３つの壁区分（１１１ａ、１１１ｂ、…、１１１ｎ）のうちの少なくとも１つの壁区分において少なくとも１つの壁開口を有する、請求項１〜５のいずれか一項に記載のヘッド（１００）。
【請求項７】
前記ケーシング（１１０）は、
三角形の堆積領域Ａｔｒｉを形成する３つの壁区分（１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃ）と、
矩形の堆積領域Ａｒｅｃを形成する４つの壁区分（１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃ、１１１ｄ）と、
正方形の堆積領域Ａｓｑｕを形成する４つの壁区分（１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃ、１１１ｄ）と、
六角形の堆積領域Ａｈｅｘを形成する６つの壁区分（１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃ、１１１ｄ、１１１ｅ、１１１ｆ）と、八角形の堆積領域Ａｏｃｔを形成する８つの壁区分（１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃ、１１１ｄ、１１１ｅ、１１１ｆ、１１１ｇ、１１１ｈ）とからなる群のうちの１つを有する、請求項１〜６のいずれか一項に記載のヘッド（１００）。
【請求項８】
堆積装置（６００）において、
前記堆積装置（６００）は、
請求項１〜７のいずれか一項に記載の少なくとも１つのヘッド（１００）と、
粒状材料（１２５）を少なくとも１つの材料受容装置（１１５）に供給するように配置された少なくとも１つの材料供給装置（１２０）と、
表面（２１０ａ）を有する少なくとも１つのベッド（２００）と、
前記ヘッド（１００）を前記ベッド（２００）の前記表面（２１０ａ）上に位置させるように、又は、堆積体積Ｖの前もって堆積させられた層（Ｌ１、Ｌ２、…、Ｌｎ）の表面（２１０ｂ、…、２１０ｎ）上に位置させるように配置された少なくとも１つの位置決め装置（３００）と、
前記堆積体積Ｖの前記粒状材料（１２５）を固体材料に変換するように配置された少なくとも１つの材料変換装置（４００）と、
前記少なくとも１つのヘッド（１００）と、前記少なくとも１つの材料供給装置（１２０）と、前記少なくとも１つのベッド（２００）と、前記少なくとも１つの位置決め装置（３００）と、前記少なくとも１つの材料変換装置（４００）との内ののうちの１つ又は複数を制御するように配置された少なくとも１つの制御ユニット（５００）とによって特徴付けられる堆積装置（６００）。
【請求項９】
前記少なくとも１つの位置決め装置（３００）は、前記ヘッド（１００）を、第１の方向Ｄｘと、前記第１の方向Ｄｘに垂直な第２の方向Ｄｙと、前記第１の方向Ｄｘ及び前記第２の方向Ｄｙに垂直な第３の方向Ｄｚとに移動させるように配置される、請求項８に記載の堆積装置（６００）。
【請求項１０】
前記少なくとも１つの材料変換装置（４００）の各々が、溶融と焼結からなる群の内の１つを利用するように配置される、請求項８〜９のいずれか一項に記載の堆積装置（６００）。
【請求項１１】
前記少なくとも１つの材料変換装置（４００）の各々が、
堆積体積Ｖの各層Ｌ１、Ｌ２、…、Ｌｎに対して個別的に前記粒状材料（１２５）を固体材料に変換するステップと、
堆積体積Ｖの２つ以上の層Ｌ１、Ｌ２、…、Ｌｎに対して同時に前記粒状材料（１２５）を固体材料に変換するステップとからなる群の内の１つを実施するように配置されている、請求項８〜１０のいずれか一項に記載の堆積装置（６００）。
【請求項１２】
前記少なくとも１つの材料供給装置（１２０）が、
前記粒状材料（１２５）を有する少なくとも１つの容器（１２２）と、
前記少なくとも１つの容器（１２２）にそれぞれ取り付けられるように配置された少なくとも１つの管（１２１）であって、前記少なくとも１つの管（１２１）は、前記少なくとも１つの容器（１２２）から前記少なくとも１つの材料受容装置（１１５）に前記粒状材料（１２５）を供給するように配置されている、請求項８〜１１のいずれか一項に記載の堆積装置（６００）。
【請求項１３】
前記少なくとも１つの管（１２１）は、前記粒状材料（１２５）が前記堆積領域Ａにわたって広げられるように、それぞれ、前記少なくとも１つの材料受容装置（１１５）に対して移動可能であるように配置される、請求項１２に記載の堆積装置（６００）。
【請求項１４】
前記少なくとも１つの材料供給装置（１２０）が、供給された前記粒状材料（１２５）を前記堆積領域Ａにわたって広げる振動を引き起こすようにさらに配置される、請求項８〜１３のいずれか一項に記載の堆積装置（６００）。
【請求項１５】
請求項１〜７のいずれか一項に記載の堆積装置（６００）の少なくとも１つのヘッド（１００）を制御するための方法（８００）において、前記方法（８００）は、
前記少なくとも１つのヘッド（１００）を前記表面（２１０ａ、２１０ｂ、…、２１０ｎ）上の所定の位置に移動させるステップ（８０２）と、
前記ケーシング（１１０）の前記端部開口（１１４）を前記表面（２１０ａ、２１０ｂ、…、２１０ｎ）上に位置決めするステップ（８０４）と、
所定量の前記粒状材料（１２５）を前記ケーシング（１１０）内に供給するステップ（８０６）と、
前記粒状材料（１２５）が前記表面（２１０ａ、２１０ｂ、…、２１０ｎ）に押圧されて堆積体積Ｖを形成するように、前記ピストン（１３０）を前記表面（２１０ａ、２１０ｂ、…、２１０ｎ）に向かって押圧するステップ（８０８）と、
前記ケーシング（１１０）を前記表面（２１０ａ、２１０ｂ、…、２１０ｎ）から後退させるステップ（８１０）と、
前記ピストン（１３０）を前記表面（２１０ａ、２１０ｂ、…、２１０ｎ）から後退させるステップ（８１２）とを備える、方法。
【請求項１６】
前記方法（８００）は、
前記供給するステップ（８０６）中に第１の粒状材料（１２５ａ）が前記ケーシング（１１０）内に供給される、前記方法（８００）を初めて実施するステップと、
前記第１の粒状材料（１２５ａ）とは異なる第２の粒状材料（１２５ｂ）が、前記供給するステップ（８０６）中に前記ケーシング（１１０）内に供給される、前記方法（８００）を２回目で実施するステップとを備えることを特徴とする、請求項１５に記載の方法（８００）。
【請求項１７】
前記方法（８００）は、
第１のヘッド（１００ａ）を用いて前記方法（８００）を実施するステップであって、前記供給するステップ（８０６）は、所定量の第１の粒状材料（１２５ａ）を前記第１のヘッド（１００ａ）のケーシング（ｌｌ０ａ）内に供給するステップ（８０６）を有する、ステップと、
第２のヘッド（１００ｂ）を用いて前記方法（８００）を実施するステップであって、前記供給するステップ（８０６）は、前記第１の粒状材料（１２５ａ）とは異なる所定量の第２の粒状材料（１２５ｂ）を前記第２のヘッド（１００ｂ）のケーシング（１１０ｂ）内に供給するステップ（８０６）を有する、ステップとをさらに備える、請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
前記表面（２１０ａ、２１０ｂ、…、２１０ｎ）に向かう前記ピストン（１３０）の前記押圧するステップ（８０８）に用いられる圧力Ｐが、前記表面（２１０ａ、２１０ｂ、…、２１０ｎ）の安定性に基づいて調整される、請求項１５〜１７のいずれか一項に記載の方法（８００）。
【請求項１９】
前記表面（２１０ａ、２１０ｂ、…、２１０ｎ）は、表面積Ａｇａｐを有する少なくとも２つの隣接する堆積体積の間に間隙を有し、前記表面積Ａｇａｐは、前記堆積領域Ａよりも小さく、Ａｇａｐ＜Ａ、
前記位置決めするステップ（８０４）は、前記端部開口（１１４）が前記間隙を覆うように、前記ケーシング（１１０）を位置決めするステップ（８０４）を有し、
前記供給するステップ（８０６）の後かつ前記押圧するステップ（８０８）の前に、前記粒状材料（１２５）が前記間隙内に移動するように、前記ケーシング（１１０）が前記面（２１０ａ、２１０ｂ、…、２１０ｎ）と平行に移動させられる、請求項１５〜１８のいずれか一項記載の方法（８００）。
【請求項２０】
前記プログラムが、コンピュータによって実行されるときに、前記コンピュータに請求項１５〜１９のいずれか一項に記載の方法（８００）を実施させる命令を有するコンピュータプログラム。
【請求項２１】
コンピュータによって実行されるときに、前記コンピュータに請求項１５〜１９のいずれか一項に記載の方法（８００）を実施させる命令を有するコンピュータ可読媒体。
【請求項２２】
請求項１５〜１９のいずれかに記載の方法（８００）を実施するように、堆積装置（６００）を制御するように配置された堆積装置（６００）の制御ユニット（５００）。
【請求項２３】
第１の材料を有する第１の要素と少なくとも１つの第２の材料を有する少なくとも１つの第２の要素とをそれぞれ有する物体であって、前記第１の要素と前記少なくとも１つの第２の要素とが少なくとも１つの機械的結合によって互いに固定される、物体を作製するための、請求項８〜１４のいずれか一項に記載の堆積装置（６００）の使用。
【請求項２４】
前記第１の材料と前記少なくとも１つの第２の材料は互いに接合不可能である、請求項２３に記載の堆積装置（６００）の使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、堆積装置のヘッド、該ヘッドを有する堆積装置、及び、対応する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
積層造形（Additive Manufacturing (AM)）は、コンピュータ制御の下で材料を接合又は固化して三次元物体を構築する製造プロセスである。材料は、最初に、例えば粉末などの粒状材料としうる。三次元物体は、材料の層の後に層を連続的に追加することによって構築されうる。例えば粉体ベッドＡＭシステムでは、粉体ベッド上で粉体を層ごとに圧密をすることで複雑な物体を製造することができる。圧密は、エネルギーの入力によって達成され、これは、焼結を通して又は一緒に溶融することによって、粒子同士を接続させる。典型的なエネルギー源としては、レーザー、電子ビーム、又は、高周波磁場が挙げられる。
【０００３】
従来の粉体ベッドＡＭでは、粉体層が粉体ベッド上に順次広がっている。従って、より早い層は、粉体ベッドにわたって広げられる後続の層を保持する。圧密中に、最もゆるい粉末の最上層の結晶粒は、より早い層と隣接するゆるい結晶粒の両方に融ける。圧密は、例えばレーザーなどの空間的にコンパクトなエネルギー源を用いて、粒子を特定のパターンで局所的に固化し、三次元物体を形成することによって達成される。
【０００４】
従来の粉体ベッドＡＭは、通常、１つの材料に制限されており、従って、２つ以上の材料を有する物体を製造することはできない。というのは、２つ以上の材料を使用すると、例えば、熱伝導率、電気伝導率、及び機械的特性に関連する特定の及び変化する特性が物体に提供しうるという欠点があるからである。
【０００５】
従来の粉体ベッドＡＭに関するさらなる欠点は、通常、製造されるべき物体を取り囲む粉体が破壊されること、すなわち、再利用できないことである。これは、例えば、アルミニウムが使用される場合であり、その結果、従来の粉体ベッドＡＭを使用してアルミニウムから製造される物体の製造コストが増加することになる。
【０００６】
その結果、三次元物体を効率的に生産するために粉体ベッドＡＭを改良する必要がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の実施形態の目的は、本明細書で言及した欠点及び課題を緩和又は解決する解決策を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的及び更なる目的は、独立請求項の主題により達成される。本発明の更なる有利な実施形態は、従属請求項及び他の実施形態によって規定されている。
【０００９】
本発明の第１の態様によれば、上記及び他の目的は、堆積体積の層を作製するように配置された堆積装置のヘッドであって、ヘッドは、
堆積領域を画定しておりかつケーシングの第１の先端部から第２の先端部まで延在する少なくとも３つの壁区分を有するケーシングであって、ケーシングの第１の先端部は、表面上に位置決めされるように配置される先端部開口を有する、ケーシングと、
前記ケーシング内及び前記表面上に粒状材料を受け入れるように構成された少なくとも１つの材料受容装置とを備えるヘッドにおいて、
ケーシングの内側で第１の端部に向かって及び第２の端部に向かって移動可能に配置されたピストンであって、ピストンが第１の端部に向かって移動するときに、ピストンが粒状材料を表面に押圧して粒状材料は堆積体積を形成する、ピストンによって特徴付けられている、ヘッドで達成される。
【００１０】
第１の態様による堆積装置のヘッドを有する利点は、ヘッドが、明確に画定された堆積体積内で表面上に粒状材料を堆積及び／又は形成できることである。このような明確に画定された堆積体積の層を生成することによって、複雑な物体を高い精度で製造することができる。
【００１１】
本発明の一実施形態によれば、少なくとも３つの壁区分のうちの少なくとも１つは、表面から個別的に後退可能である。
【００１２】
この実施形態の利点は、ヘッドが、互いに隣り合った堆積体積を堆積させることができ、すなわち、互いに接触させ、その結果、堆積体積の間に間隙が作製されないことである。これにより、堆積体積の連続層を製造することができる。
【００１３】
本発明の一実施形態によれば、少なくとも１つの後退可能な壁区分は、機械的に制御された後退と温度制御された後退からなる群の内の少なくとも１つの使用によって後退させられるように配置される。
【００１４】
この実施形態による利点は、少なくとも１つの後退可能な壁区分の明確に画定された正確な後退を達成するために、周知の技術的手段を使用できることである。
【００１５】
本発明の一実施形態によれば、少なくとも１つの後退可能な壁区分は、表面上に形成された少なくとも１つの隣接する堆積体積の高さに本質的に対応する距離だけ後退させられるように配置される。
【００１６】
この実施形態による利点は、ヘッドの他の壁区分が表面上に配置される一方で、少なくとも１つの後退可能な壁区分を少なくとも１つの隣接する堆積体積の上部に配置することができることである。これにより、少なくとも１つの隣接する堆積体積の隣に、その間に間隙なく堆積体積を形成することができる。
【００１７】
本発明の一実施形態によれば、ピストンは、供給された粒状材料を堆積領域にわたって広げる振動を引き起こすようにさらに配置される。
【００１８】
本実施形態の利点は、ピストンが粒状材料を表面に押圧する前に、粒状材料を堆積領域にわたってより均等に広げることができることである。
【００１９】
本発明の一実施形態によれば、材料受容装置は、複数の壁区分のうちの少なくとも１つの壁区分において少なくとも１つの壁開口を有する。
【００２０】
この実施形態による利点は、材料受容装置を簡単かつ堅牢な方法で実施できることである。
【００２１】
本発明の一実施形態によれば、ケーシングは、三角形の堆積領域を形成する３つの壁区分と、矩形の堆積領域を形成する４つの壁区分と、正方形の堆積領域を形成する４つの壁区分と、六角形の堆積領域を形成する６つの壁区分と、八角形の堆積領域を形成する８つの壁区分とからなる群の内の１つを有する。
【００２２】
この実施形態による利点は、堆積領域の形状が、間隙なしでより大きな連続領域を形成するために、隣り合う複数の堆積領域を適合させるのに適していることである。
【００２３】
本発明の第２の態様によれば、上記及び他の目的は、
第１の態様による実施形態のいずれか１つに係る少なくとも１つのヘッドと、
少なくとも１つの材料受容装置に粒状材料を供給するように配置された少なくとも１つの材料供給装置と、
表面を有する少なくとも１つのベッドと、
ヘッドをベッドの表面上に又は前もって堆積された堆積体積の層の表面上に位置させるように配置された少なくとも１つの位置決め装置と、
堆積体積Ｖの粒状材料を固形材料に変換するように配置された少なくとも１つの材料変換装置と、
少なくとも１つのヘッドと、前記少なくとも１つの材料供給装置と、前記少なくとも１つのベッドと、前記少なくとも１つの位置決め装置と、前記少なくとも１つの材料変換装置のうちの１つ又は複数を制御するように配置された少なくとも１つの制御ユニットとによって特徴付けられる堆積装置によって達成される。
【００２４】
この実施形態による利点は、堆積装置が、粒状材料を明確に画定された堆積体積内で堆積させることができ、その結果、非常に厳密な幾何学的形状を形成することができることである。それにより、上記の堆積装置によって、高い精度で複雑な物体を製造することができる。
【００２５】
本発明の一実施形態によれば、少なくとも１つの位置決め装置は、ヘッドを第１の方向と、第１の方向に垂直な第２の方向と、第１の方向及び第２の方向に垂直な第３の方向とに移動させるように配置される。
【００２６】
この実施形態の利点は、ヘッドを高い自由度で移動させることができ、堆積体積を表面上のどこにでも堆積させることができることである。
【００２７】
本発明の一実施形態によれば、少なくとも１つの材料変換装置の各々は、溶融と焼結からなる群の内の１つを利用するように構成される。
【００２８】
この実施形態による利点は、材料を固体材料に変換するために周知の技術を使用することができ、これにより実施コストが低減されることである。
【００２９】
本発明の一実施形態によれば、少なくとも１つの材料変換装置の各１つは、
堆積体積の各層に対して個別的に粒状材料を固体材料に変換することと、堆積体積の２つ以上の層に対して同時に粒状材料を固体材料に変換することからなる群の内の１つを実施するように配置される。
【００３０】
この実施形態の利点は、材料の変換を柔軟な方法で行うことができ、生産すべき物体及び／又は使用される材料に適合させることができることである。
【００３１】
本発明の一実施形態によれば、少なくとも１つの材料供給装置は、
粒状材料を有する少なくとも１つの容器と、
少なくとも１つの容器にそれぞれに取り付けられるように配置された少なくとも１つの管であって、少なくとも１つの容器から少なくとも１つの材料受容装置に粒状材料を供給するように配置されている少なくとも１つの管とを有する。
【００３２】
この実施形態の利点は、複雑性の低い材料供給装置を用いて、粒状材料をケーシング内に供給することができることである。
【００３３】
本発明の一実施形態によれば、少なくとも１つの管は、粒状材料が堆積領域にわたって広げられるように、少なくとも１つの材料受容装置に対してそれぞれ移動可能であるように配置される。
【００３４】
本実施形態の利点は、粒状材料の供給中の粒状材料の堆積領域上への広がりを改良することができ、その結果、粒状材料がさらに一様に広がり、より均一な密度で堆積体積を形成及び／又は作製することが可能になり、かつ／又は、ピストンがより効率的かつ正確に表面に材料を押圧することが可能になることである。
【００３５】
本発明の一実施形態によれば、少なくとも１つの材料供給装置は、さらに、供給された粒状材料を堆積領域にわたって広げる振動を引き起こすように構成される。
【００３６】
この実施形態の利点は、粒状材料の供給中の粒状材料の堆積領域にわたる広がりを改良することができ、その結果、粒状材料がさらに一様に広がり、より均一な密度で堆積体積を形成及び／又は作製することが可能になることである。
【００３７】
本発明の第３の態様によれば、上述の目的及び他の目的は、第１の態様による実施形態のいずれか１つに係る堆積装置の少なくとも１つのヘッドを制御する方法であって、当該方法は、
ヘッドを表面上の所定の位置へ移動させるステップと、
ケーシングの端部開口を表面上に位置決めするステップと、
所定量の粒状材料をケーシング内へ供給するステップと、
粒状材料が表面に押圧されて堆積体積を形成するように、ピストンを表面に向かって押圧するステップと、
ケーシングを表面から後退させるステップと、
ピストンを表面から後退させるステップとを備える、方法で達成される。
【００３８】
この実施形態の利点は、粒状材料を明確に画定された堆積体積内で表面上に堆積させるようにヘッドを制御することができることである。
【００３９】
本発明の一実施形態によれば、本方法は、
前記供給するステップ中に第１の粒状材料が前記ケーシング内に供給される、前記方法を初めて実施するステップと、
前記第１の粒状材料とは異なる第２の粒状材料が、前記供給するステップ中に前記ケーシング内に供給される、前記方法を２回目で実施するステップとを備える。
【００４０】
この実施形態の利点は、２つの異なる材料の堆積体積を堆積させるように１つのヘッドを制御することができることである。このようにして、２つ以上の異なる材料を有する、より多く又はより少ない複雑な物体を、１つのヘッドで製造することができる。
【００４１】
本発明の一実施形態によれば、本方法は、
第１のヘッドを用いて前記方法を実施するステップであって、前記供給するステップは、所定量の第１の粒状材料を前記第１のヘッドのケーシング内に供給するステップを有する、ステップと、
第２のヘッドを用いて前記方法を実施するステップであって、前記供給するステップは、第１の粒状材料とは異なる所定量の第２の粒状材料を前記第２のヘッドのケーシング内に供給するステップを有する、ステップとをさらに備える。
【００４２】
この実施形態の利点は、各ヘッドが特定の材料の堆積体積を堆積させるように、２つのヘッドを制御することができることである。このようにして、２つ以上の異なる材料を有する物体を２つのヘッドで製造することができる。
【００４３】
本発明のさらなる実施形態によれば、２つを超えるヘッドを用いて、２つを超える粒状材料を堆積させることができる。したがって、第１の及び第２のヘッド並びに第１の及び第２の粒状材料の本明細書に記載される使用は、本発明によって達成され得るものの１つの例にすぎない。本発明の技術的範囲は、本質的に、任意の数で使用される粒状材料及び／又はヘッドに及ぶ。
【００４４】
本発明の一実施形態によれば、ピストンの表面への押圧に使用される圧力は、表面の安定性に基づいて調整される。
【００４５】
この実施形態の利点は、まだ固化されていない層の表面上に堆積体積が安全に堆積させることができるように、圧力を適応させることができることである。
【００４６】
本発明の一実施形態によれば、表面は、堆積領域よりも小さい表面積を有する少なくとも２つの隣接する堆積体積の間に間隙を有し、
位置決めするステップは、端部開口が間隙を覆うようにケーシングを位置決めするステップを有し、
供給するステップの後かつ押圧するステップの前において、ケーシングは、粒状材料が間隙内に移動するように表面と平行に移動する。
【００４７】
この実施形態の利点は、ヘッドの堆積体積よりも小さい部分的堆積体積を形成することができ、例えば、表面の間隙を充填すること及び／又はより複雑かつ／又は詳細な物体を構築することさえ可能にすることである。
【００４８】
本発明の第４の態様によれば、上記の目的及び他の目的は、プログラムがコンピュータによって実行されるときに、コンピュータに第３の態様による何れかの実施形態による方法を実施させる命令を有するコンピュータプログラムによって達成される。
【００４９】
本発明の第５の態様によれば、上記の目的及び他の目的は、コンピュータが実行する際に、第３の態様による実施形態のいずれかに係る方法をコンピュータに実行させる命令を有するコンピュータ可読媒体によって達成される。
【００５０】
本発明の第６の態様によれば、上記の目的及び他の目的は、上記第３の態様による実施形態の何れかに係る方法を実施するために、堆積装置を制御するように配置された堆積装置の制御ユニットによって達成される。
【００５１】
本発明の第７の態様によれば、上記の目的及び他の目的は、第１の材料を有する第１の要素と少なくとも１つの第２の材料を有する少なくとも１つの第２の要素とをそれぞれ有する物体であって、前記第１の要素と前記少なくとも１つの第２の要素とが少なくとも１つの機械的結合によって互いに固定される、物体を作製するための、第２の態様に係る実施形態のいずれかに係る堆積装置の使用によって実現される。
【００５２】
この実施形態の利点は、異なる材料の要素間の機械的結合を有する物体を製造するために堆積装置を使用できることである。
【００５３】
本発明の一実施形態によれば、第１の材料と少なくとも１つの第２の材料は、互いに接合不能である。
【００５４】
この実施形態の利点は、溶接などを使用して結合できない異なる材料の要素間の機械的結合を有する物体を製造するために堆積装置を使用することができ、
【００５５】
本発明のさらなる用途及び利点は、以下の詳細な説明から明らかであろう。
【００５６】
添付図面は、本発明の異なる実施形態を明確にして説明することを目的としている。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１ａ】図１ａは、本発明の一実施形態による堆積装置を示す。
【図１ｂ】図１ｂは、本発明の一実施形態による堆積装置を示す。
【図２ａ】図２ａは、本発明の一実施形態による堆積装置のヘッドを示す。
【図２ｂ】図２ｂは、本発明の一実施形態による堆積装置のヘッドを示す。
【図３ａ】図３ａは、本発明の様々な実施形態の一つによるケーシングの堆積領域を示す図である。
【図３ｂ】図３ｂは、本発明の様々な実施形態の一つによるケーシングの堆積領域を示す図である。
【図３ｃ】図３ｃは、本発明の様々な実施形態の一つによるケーシングの堆積領域を示す図である。
【図３ｄ】図３ｄは、本発明の様々な実施形態の一つによるケーシングの堆積領域を示す図である。
【図４】図４は本発明の様々な実施形態による、後退可能な壁区分を有するヘッドを示す図である。
【図５ａ】図５ａは、本発明の一実施形態による方法の異なる段階の一つを示す。
【図５ｂ】図５ｂは、本発明の一実施形態による方法の異なる段階の一つを示す。
【図５ｃ】図５ｃは、本発明の一実施形態による方法の異なる段階の一つを示す。
【図５ｄ】図５ｄは、本発明の一実施形態による方法の異なる段階の一つを示す。
【図５ｅ】図５ｅは、本発明の一実施形態による方法の異なる段階の一つを示す。
【図５ｆ】図５ｆは、本発明の一実施形態による方法の異なる段階の一つを示す。
【図６ａ】図６ａは、本発明の一実施形態による、第１のヘッドと第２のヘッドとを有する堆積装置を示す。
【図６ｂ】図６ｂは、本発明の一実施形態による、第１のヘッドと第２のヘッドとを有する堆積装置を示す。
【図７ａ】図７ａは、本発明の種々の実施形態の一つによる接合部を有する物体を示す。
【図７ｂ】図７ｂは、本発明の種々の実施形態の一つによる接合部を有する物体を示す。
【図７ｃ】図７ｃは、本発明の種々の実施形態の一つによる接合部を有する物体を示す。
【図８】図８は、本発明の一実施形態による層の形成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００５８】
本発明は、１つ又は複数の材料から３次元物体を製造することができる堆積装置に関する。堆積装置は、例えば、積層造形装置とすることができ、又は、その一部としうるが、これに限定されない。堆積装置は、本発明の様々な実施形態によるヘッドを有し、ヘッドは、堆積体積の層が作製されるように、堆積装置のベッド上に堆積体積量中の粒状材料を堆積させるように配置される。粒状材料は、例えば、粉末、砂又は粒を有する任意の他の粒状材料としうる。非限定的な例として、材料は、１５マイクロメートル〜１００マイクロメートルの間隔の粒子直径を有しうる。
【００５９】
図１ａ〜１ｂは、本発明の一実施形態による堆積装置６００を概略的に示す。図１ａ〜１ｂに示す実施形態では、堆積装置６００は、位置決め装置３００上に配置されたヘッド１００と、ヘッド１００が堆積体積Ｖ内に粒状材料１２５を堆積させる表面２１０ａ、２１０ｂ、…、２１０ｎを有するベッド２００とを有する。堆積装置６００は、さらに、ヘッド１００に、より具体的には、ヘッドの少なくとも１つの材料受容装置１１５に、粒状材料を供給するように配置される、少なくとも１つの材料供給装置１２０を有する。少なくとも１つの材料供給装置１２０については、以下により詳細に説明する。上述したように、粒状材料１２５は、例えば、粉末であってもよく、容器１２２からヘッド１００に供給されうる。また、位置決め装置３００は、ベッド２００の表面２１０ａ、２１０ｂ、…、２１０ｎ上にヘッド１００を位置決めするように配置されている。表面２１０ａ、２１０ｂ、…、２１０ｎは、実際のベッド２００の表面２１０ａに対応していてもよく、又は、堆積体積Ｖの前もって堆積させられた層Ｌ１、Ｌ２、…、Ｌｎの表面２１０ｂ、…２１０ｎに対応していてもよい。換言すれば、この開示において、表面２１０ｎは、ヘッド１００に面する堆積体積Ｖの層Ｌｎ−１の上面に対応しうる。
【００６０】
堆積装置６００は、図１ａに示される材料変換装置４００をさらに有する。材料変換装置４００は、堆積体積Ｖの粒状材料１２５を固形材料に変換するように配置される。様々な実施形態では、材料変換装置４００は、堆積体積Ｖの粒状材料１２５を固化するように溶融又は焼結を利用するように構成される。溶融及び焼結の両方は、エネルギーの入力に基づいており、例えばレーザー、電子ビーム、又は高周波磁場などの任意の既知のエネルギー源を用いて、当業者によって知られているように、溶融又は焼結を達成しうる。さらに、溶融及び／又は焼結は、堆積体積Ｖの新しい層Ｌ１、Ｌ２、…、Ｌｎが堆積されるたびに実施されてもよく、又は、一定時間だけ堆積体積Ｖの２つ以上の層Ｌ１、Ｌ２、…、Ｌｎに対して実施されうる。したがって、材料変換装置４００は、堆積体積Ｖの各層Ｌ１、Ｌ２、…、Ｌｎに対して個別的に粒状材料１２５の固体材料への変換を行うように配置されうる。材料変換装置４００は、堆積体積Ｖの２つ以上の層Ｌ１、Ｌ２、…、Ｌｎについて、粒状材料１２５の固体材料への変換を同時に行うようにさらに配置されうる。材料変換装置４００は、堆積体積Ｖの１つ以上の層Ｌ１、Ｌ２、…、Ｌｎの部分について、粒状材料１２５の固体材料への変換を行うようにさらに配置されうる。例えば、ヘッド１００が堆積体積Ｖの第１の層Ｌ１の１つの部分を堆積した場合、材料変換装置４００は、第１の層Ｌ１のその部分の変換を開始しつつヘッド１００が第１の層Ｌ１の別の部分を堆積し続けることができる。
【００６１】
図１ａに示される実施形態において、材料変換装置４００は、堆積体積Ｖの１つ以上の層Ｌ１、Ｌ２、…、Ｌｎが堆積装置６００のベッド２００上に残存している間に、粒状材料１２５の固体材料への変換を行うように配置される。しかしながら、いくつかの実施態様において、堆積体積Ｖの１つ以上の層Ｌ１、Ｌ２、…、Ｌｎは、材料変換装置４００によって固体材料に変換される前に、堆積装置６００のベッド２００から移動させられうる。したがって、材料変換装置４００は、堆積装置６００のベッド２００の外部、すなわち、堆積装置６００のベッド２００から離れた位置、例えば、堆積装置６００のベッド２００から一定の距離に配置されうる。このような実施形態では、材料変換装置４００は、例えば、加熱される炉などのチャンバであってもよく、そのチャンバには、堆積体積Ｖの１つ又は複数の層Ｌ１、Ｌ２、…、Ｌｎが移動させられ、熱の形態のエネルギーによって固体材料に変換される。
【００６２】
粒状材料１２５の堆積及び変換を制御するために、堆積装置６００は、図１ａに示されるように、少なくとも１つの制御ユニット５００を有する。少なくとも１つの制御ユニット５００は、ヘッド１００、材料供給装置１２０、ベッド２００、位置決め装置３００、及び、材料変換装置４００のうちの１つ以上を制御するように配置される。例えば、堆積装置６００の異なる部分は、全て、１つの制御ユニット５００によって制御されうるし、堆積装置６００の異なる部分は、互いに通信することができる別個の制御ユニット５００によって制御されうる。制御ユニット５００は、有線通信手段又は無線通信手段（図１ａには示されていない）を通して制御する堆積装置６００の部分に接続されうる。制御ユニット５００は、本発明の実施形態による、堆積体積Ｖを堆積させるための任意の方法を実施するために、堆積装置６００を制御するように配置されうる。
【００６３】
位置決め装置３００は、図１ｂに示されるように、堆積装置６００のヘッド１００を第１の方向Ｄｘと、第１の方向Ｄｘに垂直な第２の方向Ｄｙとに移動させるように配置されうる。このようにして、堆積装置６００のヘッド１００は、ベッド２００の表面２１０ａ、２１０ｂ、…、２１０ｎのどこにでも配置することができる。各位置において、ヘッド１００は、粒状材料１２５の堆積体積Ｖを堆積させることができる。図１ｂに示される実施形態において、位置決め装置３００は、ヘッド１００をベッド２００の一端からベッド２００の反対側の端部まで第１の方向Ｄｘに順次移動させ、それによって、粒状材料１２５の堆積体積Ｖの列を生成する。位置決め装置３００は、さらに、ヘッド１００を第２の方向Ｄｙに移動させて、堆積体積Ｖの前の列の隣にある堆積体積Ｖの新しい列を開始させる。このようにして、ベッド２００は、堆積体積Ｖの層Ｌｎによって段階的に覆われることができる。しかしながら、位置決め装置３００は、様々な実施形態によると、本質的に任意の形状の堆積体積Ｖの領域及び／又は層がベッド２００上に作製されるようにヘッド１００を移動させることもできる。
【００６４】
位置決め装置３００は、第１の方向Ｄｘ及び第２の方向Ｄｙへの移動に加えて、図１ａに示すように、第１の方向Ｄｘ及び第２の方向Ｄｙに垂直な第３の方向Ｄｚへヘッド１００を移動させるように配置することができる。これにより、ヘッド１００は、表面２１０ａ、２１０ｂ、…、２１０ｎに対して、すなわちベッド２００に対して、さらに上下に動かすことができる。ヘッド１００の第３の方向への移動Ｄｚは、例えば、ヘッド１００が新しい位置に移動しようとするときに、ヘッド１００を表面２１０ａ、２１０ｂ、…、２１０ｎから離すように移動させるために使用することができる。ヘッド１００の第３の方向への移動Ｄｚは、堆積体積Ｖの層Ｌ１、Ｌ２、…、Ｌｎを重畳して構築するためにさらに使用されうる。例えば、堆積体積Ｖの層Ｌｎがベッド２００の表面２１０ａ、２１０ｂ、…、２１０ｎに堆積された後、前の層Ｌｎの頂部に新しい層Ｌｎ−１を開始させるように、位置決め装置３００は、ヘッド１００をベッド２００から離れて第３の方向Ｄｚに移動させることができる。ベッド２００をヘッド１００から離す、すなわちベッド２００を下げることによって、同じ効果がさらに達成され得る。
【００６５】
図２ａ〜２ｂは、本発明の実施形態による堆積装置６００のヘッド１００を示す。図２ａ〜２ｂに示すように、ヘッド１００は、ケーシング又は容器又はホルダ１１０と、少なくとも１つの材料受容装置１１５と、ピストン１３０とを有する。少なくとも１つの材料受容装置１１５は、例えば、１つ又は複数の壁開口を有してもよく、この壁開口を通して、材料供給装置１２０によって、粒状材料がケーシング１１０内に供給されうる。ケーシング１１０は、堆積領域Ａを画定する少なくとも３つの壁区分１１１ａ、１１１ｂ、…、１１１ｎ（図３ａ〜３ｄに示される）を有する。これら壁区分１１１ａ、１１１ｂ、…、１１１ｎは、ケーシング１１０の第１の端部１１２から第２の端部１１３まで延びている。ケーシング１１０の第１の端部１１２は、表面２１０ａ、２１０ｂ、…２１０ｎ上に位置するように配置された端部開口１１４を有する。図２ａ〜２ｂに示す実施形態では、ケーシング１１０、それにより端部開口１１４は、堆積装置６００のベッド２００の表面２１０ａ上に直接的に位置決めされる。
【００６６】
材料供給装置１２０は、ヘッド１００の材料受容装置１１５を介してケーシング１１０内及び表面２１０ａ上に粒状材料１２５を供給するように配置される。ケーシング１１０内に材料供給装置１２０によって供給される材料の量は、所定の量とすることができ、例えば、制御ユニット５００などの制御ユニットによって決定されかつ制御されうる。図２ａ〜２ｂに示す実施形態では、材料供給装置１２０は、粒状材料１２５を有する（図１ａに示される）容器１２２に取り付けられるように配置された管１２１を有する。管１２１は、例えば、壁区分１１１ａ、１１１ｂ、…、１１１ｎのうちの少なくとも１つにおいて壁開口を有する材料受容装置１１５を通して、容器１２２からケーシング１１０内に及び表面２１０ａ上に粒状材料１２５を供給するように配置される。さらに、管１２１は、材料受容装置１１５に対して移動可能であり、例えば、少なくとも１つの壁区分１１１ａ、１１１ｂ、…、１１１ｎの壁開口に対して、従って、図２ａ〜２ｂに示されるように、ケーシング１１０に対して移動可能であるように配置されうる。管１２１の壁開口１１５に対する移動によって、粒状材料１２５を堆積領域Ａにわたって広げる。様々な実施形態では、１つ以上の管１２１、１つの容器、及び／又は、１つの壁開口１１５を、１つ以上の粒状材料１２５をケーシング１１０内に搬送するために、材料供給装置１２０内で使用することができる。例えば、第１の管、第１の容器、及び、第１の壁開口を使用して、第１の粒状材料をケーシング１１０内に搬送しうるし、第２の管、第２の容器、及び、第２の壁開口を使用して、第２の粒状材料をケーシング１１０内に搬送しうる。更に、例えばパイプ又はシュートなどの、粒状材料１２５を搬送するための、管以外の手段を材料供給装置１２０に使用することができる。
【００６７】
ピストン１３０は、図２ａ〜２ｂにおいて矢印で示されるように、ケーシング１１０の内側で、第１の端部１１２の方及び第２の端部１１３の方に移動可能となるように配置されている。ピストン１３０が第１の端部１１２に向かって移動させられると、ピストン１３０は、材料供給装置１２０によってケーシング１１０内に供給された粒状材料１２５を表面２１０ａに対して押圧する。これにより、粒状材料１２５は圧縮されて堆積体積Ｖを形成する。ピストン１３０の圧力は、形成された堆積体積Ｖがある安定性を有し、ピストン１３０が形成された堆積体積Ｖから離れる時にその形状を維持できるように選択される。
【００６８】
本発明の種々の実施形態によれば、ピストン１３０及び／又は材料供給装置１２０は、さらに、供給された粒状材料１２５を堆積領域Ａにわたって広げる振動を生じさせるように構成されうる。ピストンｌ３０によって生じる振動により、粒状材料１２５がピストン１３０によって表面２１０ａに対して押圧されている時に、ケーシング１１０内の粒状材料１２５が堆積領域Ａにわたってより均等に広げられる。材料供給装置１２０によって引き起こされる振動により、粒状材料１２５の供給中に、ケーシング１１０内の粒状材料１２５が堆積領域Ａにわたってより均等に広げられる。実施形態において、材料供給装置１２０によって引き起こされる振動により、粒状材料１２５を管１２１内で流動化させ、粒状材料１２５の広がりをさらに改良することができる。堆積領域Ａにわたって供給された粒状材料１２５をさらに均一に広げると、より均一な密度を有する堆積体積Ｖを形成することができる。ピストン１３０及び／又は材料供給装置１２０は、例えば１つ以上の圧電技術及び／又は素子のような公知の技術を用いて振動を引き起こすように構成することができる。
【００６９】
ヘッド１００によって堆積された粒状材料１２５の堆積体積Ｖの大きさや形状は、ケーシング１１０内に供給された粒状材料１２５の量と、ピストン１３０によって与えられる圧力とを組み合わせて、ケーシング１１０の堆積面積Ａの大きさや形状によって決定される。これらの要因のうちの１つ以上は、例えば、製造されるべき物体及び使用される材料の種類に応じて適応され得る。
【００７０】
ケーシング１１０の堆積領域Ａの形状は、ケーシング１１０に含まれる壁区分１１１ａ、１１１ｂ、…、１１１ｎの数によって決まり、ケーシング１１０の堆積領域Ａの大きさは、表面２１０ａ、２１０ｂ、…、２１０ｎに面する含まれる壁区分１１１ａ、１１１ｂ、…、１１１ｎの端部側の長さによって決まる。図３ａ〜３ｄは、本発明の様々な実施形態によるケーシング１１０の堆積領域Ａを示す。図３ａにおいて、ケーシング１１０は、三角形の堆積領域Ａｔｒｉを形成する３つの壁区分１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃを有する。図３ｂは、ケーシング１１０が４つの壁区分１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃ、１１１ｄを有する実施形態を示す。図３ｂに示す実施形態では、壁区分１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃ、１１１ｄの４つの端側の全てが同じ長さを有し、従って、正方形の堆積領域Ａｓｑｕを形成する。しかしながら、実施形態においては、代わりに、４つの壁区分１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃ、１１１ｄの端部側面の長さは、それらが矩形の堆積領域Ａｒｅｃ（図には示されていない）を形成するように選択されうる。図３ｃにおいて、ケーシング１１０は、六角形の堆積領域Ａｈｅｘを形成する６つの壁区分１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃ、１１１ｄ、１１１ｅ、１１１ｆを有する。図３ｄは、ケーシング１１０が八角形の堆積領域Ａｏｃｔを形成する８つの壁区分１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃ、１１１ｄ、１１１ｅ、１１１ｆ、１１１ｇ、１１１ｈを有する場合の実施形態を示す。したがって、壁区分１１１ａ、１１１ｂ、…、１１１ｎの数及びそれらの端面の長さを変更することによって、堆積領域Ａの大きさ及び形状、したがって、堆積体積Ｖの大きさ及び形状を変更することができる。
【００７１】
粒状材料１２５の複数の堆積体積Ｖを互いに接近して堆積させることができるように、ケーシング１１０の壁区分１１１ａ、１１１ｂ、…、１１１ｎは、表面２１０ａ、２１０ｂ、…、２１０ｎから個別的に後退可能としうる。したがって、本発明の実施形態によれば、少なくとも３つの壁区分１１１ａ、１１１ｂ、…、１１１ｎの少なくとも１つの壁区分１１１ａは、表面２１０ａ，２１０ｂ、…、２１０ｎから個別的に後退可能としうる。図４は、本発明の一実施形態による、後退可能な壁区分１１１ａを有するヘッド１００を示す。図４に示されるヘッド１１０のケーシング１１０は、４つの壁区分１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃ、１１１ｄを有し、これらのうちの２つの壁区分１１１ａ、１１１ｃのみが図４に示され、ヘッド１００の断面を示す。図４に示される実施形態では、後退可能な壁区分１１１ａは、表面２１０ａ上に形成された少なくとも１つの隣接する堆積体積の高さＨａｄｊに本質的に対応する距離Ｄだけ後退させられるように配置される。このようにして、後退可能な壁区分１１１ａが距離Ｄだけ後退させられると、後退可能な壁区分１１１ａは、隣接する堆積体積の表面２１０ｂ上に位置するようにケーシング１１０を位置決めすることができつつ、壁区分１１１ｃは表面２１０ａ上に位置決めされる。したがって、ケーシング１１０の端部開口１１４は、隣接する堆積体積Ｖａｄｊに直接的に隣接する表面２１０ａの一部を覆う。堆積体積Ｖがヘッド１００によって堆積されるとき、堆積体積Ｖは、隣接する堆積体積Ｖａｄｊに接する１つのエッジで形成されることになる。言い換えれば、堆積体積Ｖと隣接する堆積体積Ｖａｄｊとの間に間隙は作製されない。様々な実施形態では、ケーシング１１０に含まれる壁区分１１１ａ、１１１ｂ、…、１１１ｎの各々は、個別的に後退可能としうる。従って、堆積体積Ｖの領域は、各堆積体積Ｖが、エッジとエッジの間でその隣接する堆積体積Ｖの１つ以上、例えば、全てで堆積することができる。
【００７２】
少なくとも１つの後退可能な壁区分１１１ａは、機械的に制御された後退及び／又は温度制御された後退の使用によって後退させられるように構成されうる。機械的に制御された後退は、例えば、例えばモータによって制御されるロッドや軸又は同様のものを使用することによって達成され得る。例えば、壁区分１１１ａが回転されているときにそれを持ち上げる及び／又は下げる、ねじ付き回転可能ロッドが使用されうる。また、機械的に制御された後退は、壁区分を後退させるために配置されたバネ荷重及び／又は歯付きシャフトを利用する装置によって達成することができる。温度制御された後退が使用される場合、後退可能な壁区分１１１ａの材料は、温度の変化が材料を制御された方法で膨張及び後退させるように選択される。
【００７３】
本発明の実施形態によれば、堆積装置６００のヘッド１００を制御するための方法８００が提供される。 
この方法８００は、
ヘッド１００を表面２１０ａ、２１０ｂ、…、２１０ｎ上の所定の位置に移動させるステップ８０２と、
ケーシング１１０の端部開口１１４を表面２１０ａ、２１０ｂ、…、２１０ｎ上に位置決めするステップ８０４と、
所定量の粒状材料１２５をケーシング１１０内に供給するステップ８０６と、
粒状材料１２５が表面２１０ａ、２１０ｂ、…、２１０ｎに対して押圧されて堆積体積Ｖを形成するように、ピストン１３０を表面２１０ａ、２１０ｂ、…、２１０ｎに向かって押圧するステップ８０８と、
ケーシング１１０を表面２１０ａ、２１０ｂ、…、２１０ｎから後退させるステップ８１０と、
ピストン１３０を表面２１０ａ、２１０ｂ、…、２１０ｎから後退させるステップ８１２とを有する。
【００７４】
図５ａ〜５ｆは、本発明の一実施形態による、方法８００の異なる段階を示す。なお、図５ｃ〜５ｆには記載されていないが、図５ａ〜５ｂに示されている参照番号も図５ｃ〜５ｆに当てはまる。図５ａにおいて、ヘッド１００は、表面２１０ａ上の所定の位置に移動させられ（８０２）、ケーシング１１０の端部開口１１４は、表面２１０ａ上に位置決めされる（８０４）。所定量の粒状材料１２５のケーシング１１０内への供給が開始された（８０６）。材料を供給するステップ８０６は、前述のように、材料供給装置１２０及び材料受容装置１１５によって実施されうる。材料供給装置１２０は、図５ａ〜５ｂに示されるように、粒状材料１２５が堆積領域Ａにわたって広げられるように、ケーシング１１０に対して移動しうる。図５ｂでは、所定量の粒状材料１２５をケーシング１１０内へ供給するステップ８０６がほぼ終了し、材料供給装置１２０がケーシング１１０の壁区分１１１ｎ内に移動させられている。図５ｃは、ピストン１３０が表面２１０ａに向かって押圧し、粒状材料１２５を表面２１０ａに押圧して堆積体積Ｖを形成させるステップ８０８を示す。押圧するステップ８０８は、形成された堆積体積Ｖに一定の安定性を与えるように選択された圧力Ｐを用いて実施される。圧力Ｐは、例えば、形成された堆積体積Ｖが、いわゆるグリーンボディ、すなわち、圧力Ｐが除去された後に維持され得る所望の形状に粒状材料１２５が押圧される、中間ステージに対応するように選択され得る。圧力Ｐは、例えば、粒状材料１２５の粒の大きさ、堆積領域Ａの大きさ及び形状、堆積体積Ｖの大きさ及び形状、並びに、堆積体積Ｖが固体材料に変換する前に移動するか否かなどの要因に基づいて決定されうる。圧力Ｐは、さらに、表面２１０ａ、２１０ｂ、…、２１０ｎの安定性、したがって、堆積体積Ｖが形成される層Ｌ１、Ｌ２、…、Ｌｎの安定性に基づいて決定されうる。実施形態において、ピストン１３０を表面２１０ａ、２１０ｂ、…、２１０ｎに向かって押圧するステップ８０８に使用される圧力Ｐは、したがって、表面２１０ａ、２１０ｂ、…、２１０ｎの安定性に基づいて調整されうる。実施形態において、圧力Ｐは、例えば、図１ａ〜１ｂを参照して説明した制御ユニット５００などの制御ユニットによって決定されかつ制御されうる。
【００７５】
押圧するステップ８０８によって堆積体積Ｖが形成される時、ヘッド１００は表面２１０ａから遠ざかるように移動させられる。まず、図５ｄに示すように、ケーシング１１０は表面２１０ａから後退させられる（８１０）。ケーシング１１０が後退させられる時（８１０）、図５ｅに示されるように、ピストン１３０は、表面２１０ａから後退させられる（８１２）。ピストン１３０を後退させる前にケーシング１１０を後退させることにより、堆積体積Ｖがピストン１３０に固着してピストン１３０と共に表面２１０ａから後退するリスクが軽減される。堆積体積Ｖがピストン１３０に固着するリスクをさらに低減するために、堆積体積Ｖに面するピストン１３０の表面は、非固着材料又は他の適切な材料で作製されうる。
【００７６】
図５ｆにおいて、ヘッド１００は、方法８００が繰り返されて新しい堆積体積Ｖを形成する、以前に堆積された堆積体積Ｖに隣接する表面２１０ａ上の位置に移動させられている。新しい堆積体積Ｖを、前に堆積された堆積体積Ｖに隣接して、すなわち、接触して堆積させることができるようにするために、壁区分１１１ａは、前に堆積された堆積体積Ｖの頂部に壁区分１１１ａを配置することができるように後退させられている。
【００７７】
方法８００の供給するステップ８０６中にケーシング１１０内に供給される粒状材料１２５は、方法８００が実施されるたびに同じであってもよく、又は異なるものとしうる。例えば、図５ａ〜５ｆに示す実施形態では、第１の粒状材料１２５ａは、図５ａ〜５ｂのケーシング１１０内に供給されることができ（８０６）、第２の粒状材料１２５ｂは、図５ｆのケーシング１１０内に供給されることができる（８０６）。したがって、方法８００は、実施形態において、供給するステップ８０６中に第１の粒状材料１２５ａがケーシング１１０内に供給される、方法８００を初めに実施することを有するステップと、供給するステップ８０６中に第１の粒状材料１２５ａとは異なる第２の粒状材料１２５ｂがケーシング１１０内に供給される、方法８００を２回目で実施するステップとを有しうる。
【００７８】
本発明の実施形態によれば、２つ以上の異なる粒状材料１２５を、２つ以上のヘッド１００によってさらに取り扱うことができる。図６ａ〜６ｂは、上記実施形態による、第１のヘッド１００ａ及び第２のヘッド１００ｂを有する堆積装置６００を示す。図６ａ〜６ｂに示された実施形態において、第１のヘッド１００ａは、第１のケーシング１１０ａを有し、第１の材料供給装置１２０ａから第１の粒状材料１２５ａを受容するように構成されており、第２のヘッド１００ｂは、第２のケーシング１１０ｂを有し、第２の材料供給装置１２０ｂから第２の粒状材料１２５ｂを受容するように構成されている。したがって、方法８００が、図６ａ〜６ｂに示される堆積装置６００によって実施される場合、方法８００は、第１のヘッド１００ａを使用して、材料を供給するステップ８０６は、第１のヘッド１００ａのケーシング１１０ａ内に８０６に所定量の第１の粒状材料１２５ａを供給するステップ８０６を有する、方法８００を実施するステップと、第２のヘッド１００ｂを使用して、材料を供給するステップ８０６は、第１の粒状材料１２５ａとは異なる所定量の第２の粒状材料１２５ｂを第２のヘッド１００ｂのケーシング１１０ｂ内に供給するステップ８０６を有する、方法８００を実施するステップとを有しうる。
【００７９】
図６ａ〜６ｂに示す実施形態では、第１のヘッド１００ａの第１のケーシング１１０ａは、第２のヘッド１００ｂの第２のケーシング１１０よりも大きい堆積領域Ａを有する。したがって、第１の粒状材料１２５ａは、第１の堆積体積Ｖａ内に堆積され、第２の粒状材料１２５ｂは、第１の堆積体積Ｖａよりも小さい第２の堆積体積Ｖｂ内に堆積される。異なる大きさの堆積体積内に異なる粒状材料を堆積させることができるようにするには、例えば、１つの粒状材料をより大きな面積にわたって堆積させるべき場合、及び／又は、別の粒状材料の堆積よりも精度が低い必要がある場合に有用であり得る。
【００８０】
さらに、部分堆積体積が堆積体積Ｖのサブ体積である場合に、部分堆積体積量を堆積させることを可能にする堆積装置６００のヘッド１００を制御するための方法８００が提供される。この方法８００は、例えば、表面２１０ａ、２１０ｂ、…、２１０ｎが、表面積Ａｇａｐを有する少なくとも２つの隣接する堆積体積の間に間隙を有する場合に使用され得る。表面積Ａｇａｐは、堆積面積Ａよりも小さい。Ａｑａｐ＜Ａ。この場合、位置決めするステップ８０４は、ケーシング１１０の端部開口１１４が間隙を覆うように、ケーシング１１０を位置決めするステップ８０４を有しうる。粒状材料１２５をケーシング１１０内に供給したステップ（８０６）の後、ピストン１３０を表面２１０ａ、２１０ｂ、…、２１０ｎに向かって押圧するステップ（８０８）の前に、ケーシング１１０は、前記粒状材料１２５が間隙内に移動するように、表面２１０ａ、２１０ｂ、…、２１０ｎと平行に移動する。換言すれば、ケーシング１１０は、表面２１０ａ、２１０ｂ、…、２１０ｎを横切って前後に移動させられ、少なくとも２つの隣接する堆積体積Ｖａｄｊの頂部上のケーシング１１０内部の粒状材料１２５を間隙内に押し込む及び／又はかき込むことができる。これにより、ピストン１３０が表面２１０ａ、２１０ｂ、…、２１０ｎに向かって押圧される（８０８）と、少なくとも２つの隣接する堆積体積Ｖａｄｊの間の間隙に部分的な堆積体積が形成される。
【００８１】
本発明の実施形態による１つ又は複数のヘッド１００を使用することによって、２つ以上の粒状材料１２５を堆積させるために、粒状材料１２５が互いに溶接可能及び／又は接合可能である必要なく、２つ以上の粒状材料１２５で物体を製造することができる。例えば、２つ以上の材料は、実際には、互いに曲げることができないが、２つ以上の粒状材料１２５は機械的結合によって互いに固定されうる。例えば、図６ａ〜６ｂに示す実施形態による堆積装置６００を用いて、第１の粒状材料１２５ａ及び第２の粒状材料１２５ｂを、第１のヘッド１００ａ及び第２のヘッド１００ｂによって、それぞれ、特定の明確に画定された位置で堆積させ、個別的に固化させることができる。これにより、第１の固化材料１２５ａ及び第２の固化材料１２５ｂからなる本質的に任意のパターンを形成することができる。これにより、第１の固化材料１２５ａ及び第２の固化材料１２５ｂのそれぞれの要素を、製造プロセス中に互いに機械的にロックすることができるように形成することができる。これは、第１の固化材料１２５ａ及び第２の固化材料１２５ｂの幾何学的形状が、第１の固化材料１２５ａ及び第２の固化材料１２５ｂのいずれか又は両方に作用する力が、第１の固化材料１２５ａと第２の固化材料１２５ｂの機械的結合によって打ち消され得るように、非常に正確に形成され得るので、可能である。例えば、第１の粒状材料１２５ａから製造された第１の要素を第２の粒状材料１２５ｂから製造された第２の要素に固定及び／又はロックすることができる、異なるタイプのジョイント、結合、固定又はロックを形成することができる。
【００８２】
図７ａ〜７ｃは、本発明の実施形態による、第１の粒状材料１２５ａから製造及び／又は固化された第１の要素Ｅｌと、第２の粒状材料１２５ｂから製造及び／又は固化された第２の要素Ｅ２との間の機械的結合を有する物体を示す。図７ａは、フィンガージョイント又はカップリングを用いて、第１の要素Ｅ１と第２の要素Ｅ２とが互いにロックされている物体を示している。フィンガージョイントの各フィンガー又はカップリングは、例えば、１つ又は複数の高い層Ｌｎとしうる。図７ｂでは、物体の第１の要素Ｅｌと第２の要素Ｅ２との間に有機ジョイント部又はカップリングが形成されている。有機ジョイント部又はカップリングは、例えば、異なる材料の特性を考慮して、及び／又は第１の要素Ｅ１及び第２の要素Ｅ２に作用する力を考慮して、強いジョイント又は結合を達成するために、数学的最適化を使用して設計されうる。図７ｃは、第１の要素Ｅｌが主部を構成し、第２の要素Ｅ２が表面層を作製するように第１の要素Ｅｌと接合及び／又は結合及び／又は固定されている物体を示す。したがって、この物体は、第２の粒状材料１２５ｂから製造及び／又は固化された第２の要素Ｅ２で被覆することができ、それによって、特定の表面特性を与えることができる。
【００８３】
また、本発明の実施形態によると、１つ又は複数のヘッド１００を使用して、２つ以上の粒状材料１２５を堆積させるために、少なくとも１つ又は複数の材料がドーパントとして、すなわち、ドーパント剤として使用されるように、２つ以上の粒状材料１２５から物体を製造することができる。したがって、少なくとも１つの材料は、ドーピングによって他の材料の１つ以上の特性を変更するために、例えば、他の材料内に含まれるように結合されうる。これは、互いに溶接及び／又は接合することができない２つ以上の固化材料のために、２つ以上の固化材料の間の非常に正確な幾何学的形状及び／又は形態及び／又は結合が提供されうるので、本発明の実施形態によって容易に達成される。
【００８４】
図８は、本発明の一実施形態による層Ｌ１、Ｌ２、…、Ｌｎの形成を示す。図８に示される実施形態では、ヘッド１００は、表面２１０ａ、２１０ｂ、…、２１０ｎをそれぞれ横切って移動することによって、互いにエッジとエッジの間で堆積体積Ｖを堆積させることによって、連続する層Ｌ１、Ｌ２、…、Ｌｎを形成する。ベッド２００の表面２１０ａには、ヘッド１００によって第１の層Ｌ１が形成されている。第１の層Ｌ１の表面２１０ｂは、ヘッド１００が第２の層Ｌ２等を形成する表面である。このようにして、物体を層毎に作製することができる。図８の層Ｌ１、Ｌ２、…、Ｌｎでは同じ高さを有しているが、ヘッド１００は、様々な実施形態において、その代わりに、様々な高さの層Ｌ１、Ｌ２、…、Ｌｎ、及び／又は、その表面にわたって変化する高さを有する１つ以上の層Ｌ１、Ｌ２、…、Ｌｎを形成するように配置されうる。さらに、各層Ｌｎは、層Ｌ１、Ｌ２、…、Ｌｎがそれぞれ１つ以上の材料の１つ以上の要素を共に形成し得るように、１つ以上の材料の堆積体積Ｖを有しうる。
【００８５】
本発明のいくつかの実施形態は、正方形の形状を有する１つ又は２つのヘッド１００を有する堆積装置６００について説明されているが、本発明の実施形態による堆積装置６００は、本発明の範囲から逸脱することなく、任意の形状を有する任意の数のヘッド１００ａ、１００ｂ、…、１００ｎを有しうることに留意されたい。
【図１ａ】
2021533015.tif 000003
【図１ｂ】
2021533015.tif 000004
【図２ａ】
2021533015.tif 000005
【図２ｂ】
2021533015.tif 000006
【図３ａ】
2021533015.tif 000007
【図３ｂ】
2021533015.tif 000008
【図３ｃ】
2021533015.tif 000009
【図３ｄ】
2021533015.tif 000010
【図４】
2021533015.tif 000011
【図５ａ−５ｂ】
2021533015.tif 000012
【図５ｃ−５ｄ】
2021533015.tif 000013
【図５ｅ−５ｆ】
2021533015.tif 000014
【図６ａ】
2021533015.tif 000015
【図６ｂ】
2021533015.tif 000016
【図７ａ】
2021533015.tif 000017
【図７ｂ】
2021533015.tif 000018
【図７ｃ】
2021533015.tif 000019
【図８】
2021533015.tif 000020
【手続補正書】
【提出日】令和3年1月13日(2021.1.13)
【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】
堆積体積の層を作製するように配置された堆積装置（６００）のヘッド（１００）であって、前記ヘッド（１００）は、
堆積領域Ａを画定する少なくとも３つの壁区分（１１１ａ、１１１ｂ、…、１１１ｎ）を有するケーシング（１１０）であって、前記３つの壁区分（１１１ａ、１１１ｂ、…、１１１ｎ）は前記ケーシング（１１０）の第１の端部（１１２）から第２の端部（１１３）まで延在し、前記ケーシング（１１０）の前記第１の端部（１１２）は、表面（２１０ａ、２１０ｂ、…、２１０ｎ）上に位置するように配置された端部開口（１１４）を有する、ケーシング（１１０）と、
粒状材料（１２５）を前記ケーシング（１１０）内に受け入れて前記表面（２１０ａ、２１０ｂ、…、２１０ｎ）上に受け入れるように構成された少なくとも１つの材料受容装置（１１５）とを有する、ヘッド（１００）において、
前記ヘッド（１００）は、
ピストン（１３０）であって、前記ピストン（１３０）が前記粒状材料（１２５）を前記表面（２１０ａ、２１０ｂ、…、２１０ｎ）に押圧するように、前記第１の端部（１１２）へ及び前記第２の端部（１１３）へ前記ケーシング（１１０）の内側で移動可能なように配置されたピストン（１３０）であって、
前記ピストン（１３０）が前記第１の端部（１１２）に向かって移動する時にそれによって前記粒状材料（１２５）は堆積体積Ｖを形成する、ピストン（１３０）によって特徴付けられるヘッド（１００）。
【請求項２】
前記少なくとも３つの壁区分（１１１ａ、１１１ｂ、…、１１１ｎ）のうちの少なくとも１つの壁区分（１１１ａ）は、前記表面（２１０ａ、２１０ｂ、…、２１０ｎ）から個別的に後退可能である、請求項１に記載のヘッド（１００）。
【請求項３】
前記少なくとも１つの後退可能な壁区分（１１１ａ）は、前記表面（２１０ａ、２１０ｂ、…、２１０ｎ）上に形成された少なくとも１つの隣接する堆積体積の高さＨａｄｊに本質的に対応する距離Ｄだけ後退させられるように配置される、請求項２に記載のヘッド（１００）。
【請求項４】
前記材料受容装置（１１５）が、前記少なくとも３つの壁区分（１１１ａ、１１１ｂ、…、１１１ｎ）のうちの少なくとも１つの壁区分において少なくとも１つの壁開口を有する、請求項１〜３のいずれか一項に記載のヘッド（１００）。
【請求項５】
前記ケーシング（１１０）は、
三角形の堆積領域Ａｔｒｉを形成する３つの壁区分（１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃ）と、
矩形の堆積領域Ａｒｅｃを形成する４つの壁区分（１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃ、１１１ｄ）と、
正方形の堆積領域Ａｓｑｕを形成する４つの壁区分（１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃ、１１１ｄ）と、
六角形の堆積領域Ａｈｅｘを形成する６つの壁区分（１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃ、１１１ｄ、１１１ｅ、１１１ｆ）と、八角形の堆積領域Ａｏｃｔを形成する８つの壁区分（１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃ、１１１ｄ、１１１ｅ、１１１ｆ、１１１ｇ、１１１ｈ）とからなる群のうちの１つを有する、請求項１〜４のいずれか一項に記載のヘッド（１００）。
【請求項６】
堆積装置（６００）において、
前記堆積装置（６００）は、
請求項１〜５のいずれか一項に記載の少なくとも１つのヘッド（１００）と、
粒状材料（１２５）を少なくとも１つの材料受容装置（１１５）に供給するように配置された少なくとも１つの材料供給装置（１２０）と、
表面（２１０ａ）を有する少なくとも１つのベッド（２００）と、
前記ヘッド（１００）を前記ベッド（２００）の前記表面（２１０ａ）上に位置させるように、又は、堆積体積Ｖの前もって堆積させられた層（Ｌ１、Ｌ２、…、Ｌｎ）の表面（２１０ｂ、…、２１０ｎ）上に位置させるように配置された少なくとも１つの位置決め装置（３００）と、
前記堆積体積Ｖの前記粒状材料（１２５）を固体材料に変換するように配置された少なくとも１つの材料変換装置（４００）と、
前記少なくとも１つのヘッド（１００）と、前記少なくとも１つの材料供給装置（１２０）と、前記少なくとも１つのベッド（２００）と、前記少なくとも１つの位置決め装置（３００）と、前記少なくとも１つの材料変換装置（４００）との内ののうちの１つ又は複数を制御するように配置された少なくとも１つの制御ユニット（５００）とによって特徴付けられる堆積装置（６００）。
【請求項７】
前記少なくとも１つの位置決め装置（３００）は、前記ヘッド（１００）を、第１の方向Ｄｘと、前記第１の方向Ｄｘに垂直な第２の方向Ｄｙと、前記第１の方向Ｄｘ及び前記第２の方向Ｄｙに垂直な第３の方向Ｄｚとに移動させるように配置される、請求項６に記載の堆積装置（６００）。
【請求項８】
前記少なくとも１つの材料変換装置（４００）の各々が、
堆積体積Ｖの各層Ｌ１、Ｌ２、…、Ｌｎに対して個別的に前記粒状材料（１２５）を固体材料に変換するステップと、
堆積体積Ｖの２つ以上の層Ｌ１、Ｌ２、…、Ｌｎに対して同時に前記粒状材料（１２５）を固体材料に変換するステップとからなる群の内の１つを実施するように配置されている、請求項６又は７に記載の堆積装置（６００）。
【請求項９】
前記少なくとも１つの材料供給装置（１２０）が、
前記粒状材料（１２５）を有する少なくとも１つの容器（１２２）と、
前記少なくとも１つの容器（１２２）にそれぞれ取り付けられるように配置された少なくとも１つの管（１２１）であって、前記少なくとも１つの管（１２１）は、前記少なくとも１つの容器（１２２）から前記少なくとも１つの材料受容装置（１１５）に前記粒状材料（１２５）を供給するように配置されている、請求項６〜８のいずれか一項に記載の堆積装置（６００）。
【請求項１０】
前記少なくとも１つの管（１２１）は、前記粒状材料（１２５）が前記堆積領域Ａにわたって広げられるように、それぞれ、前記少なくとも１つの材料受容装置（１１５）に対して移動可能であるように配置される、請求項９に記載の堆積装置（６００）。
【請求項１１】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の堆積装置（６００）の少なくとも１つのヘッド（１００）を制御するための方法（８００）において、前記方法（８００）は、
前記少なくとも１つのヘッド（１００）を前記表面（２１０ａ、２１０ｂ、…、２１０ｎ）上の所定の位置に移動させるステップ（８０２）と、
前記ケーシング（１１０）の前記端部開口（１１４）を前記表面（２１０ａ、２１０ｂ、…、２１０ｎ）上に位置決めするステップ（８０４）と、
所定量の前記粒状材料（１２５）を前記ケーシング（１１０）内に供給するステップ（８０６）と、
前記粒状材料（１２５）が前記表面（２１０ａ、２１０ｂ、…、２１０ｎ）に押圧されて堆積体積Ｖを形成するように、前記ピストン（１３０）を前記表面（２１０ａ、２１０ｂ、…、２１０ｎ）に向かって押圧するステップ（８０８）と、
前記ケーシング（１１０）を前記表面（２１０ａ、２１０ｂ、…、２１０ｎ）から後退させるステップ（８１０）と、
前記ピストン（１３０）を前記表面（２１０ａ、２１０ｂ、…、２１０ｎ）から後退させるステップ（８１２）とを備える、方法。
【請求項１２】
前記方法（８００）は、
前記供給するステップ（８０６）中に第１の粒状材料（１２５ａ）が前記ケーシング（１１０）内に供給される、前記方法（８００）を初めて実施するステップと、
前記第１の粒状材料（１２５ａ）とは異なる第２の粒状材料（１２５ｂ）が、前記供給するステップ（８０６）中に前記ケーシング（１１０）内に供給される、前記方法（８００）を２回目で実施するステップとを備えることを特徴とする、請求項１１に記載の方法（８００）。
【請求項１３】
前記方法（８００）は、
第１のヘッド（１００ａ）を用いて前記方法（８００）を実施するステップであって、前記供給するステップ（８０６）は、所定量の第１の粒状材料（１２５ａ）を前記第１のヘッド（１００ａ）のケーシング（ｌｌ０ａ）内に供給するステップ（８０６）を有する、ステップと、
第２のヘッド（１００ｂ）を用いて前記方法（８００）を実施するステップであって、前記供給するステップ（８０６）は、前記第１の粒状材料（１２５ａ）とは異なる所定量の第２の粒状材料（１２５ｂ）を前記第２のヘッド（１００ｂ）のケーシング（１１０ｂ）内に供給するステップ（８０６）を有する、ステップとをさらに備える、請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
コンピュータによって実行されるときに、前記コンピュータに請求項１１〜１３のいずれか一項に記載の方法（８００）を実施させる命令を有するコンピュータ可読媒体。
【請求項１５】
第１の材料を有する第１の要素と少なくとも１つの第２の材料を有する少なくとも１つの第２の要素とをそれぞれ有する物体であって、前記第１の要素と前記少なくとも１つの第２の要素とが少なくとも１つの機械的結合によって互いに固定される、物体を作製するための、請求項６〜１０のいずれか一項に記載の堆積装置（６００）の使用。
【国際調査報告】
2021533015.tif 000021
2021533015.tif 000022
2021533015.tif 000023
2021533015.tif 000024