(57)【要約】【解決手段】積層造形によってオブジェクトを製造する方法であって、−プロセスチェンバ内で材料の槽を受けるステップと、−凝固デバイスを用いて、材料の選択した層部分を表面レベルで凝固させるステップと、−酸化した廃棄粒子を得ることにより廃棄粒子の発火が生じないように酸化レベルを制御することにより、凝固させるステップに起因する廃棄粒子の酸化を制御するステップと、を備える。材料の槽の表面レベルが、オブジェクト作業領域を定義する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
積層造形によってオブジェクトを製造する方法であって、
−プロセスチェンバ内で材料の槽を受けるステップと、
−凝固デバイスを用いて、前記材料の選択した層部分を表面レベルで凝固させるステップと、
−酸化した廃棄粒子を得ることにより前記廃棄粒子の発火が生じないように酸化レベルを制御することにより、前記凝固させるステップに起因する廃棄粒子の酸化を制御するステップと、
を備え
前記材料の槽の表面レベルが、オブジェクト作業領域を定義することを特徴とする方法。
【請求項２】
排出デバイスを用いて、前記プロセスチェンバから、ガスと廃棄粒子の混合物を排出するステップをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
廃棄粒子を収集するために、フィルタデバイスを用いて、排出されたガスと廃棄粒子の混合物をフィルタするステップをさらに備えることを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記フィルタデバイスから除去された廃棄粒子を貯蔵するために、前記フィルタデバイスから除去された廃棄粒子を貯蔵デバイスに移すステップをさらに備えることを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項５】
測定デバイスを用いて、前記プロセスチェンバ内の酸素レベルを測定するステップをさらに備えることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
廃棄粒子が発火せずに酸化した廃棄粒子を得るために、前記酸化を制御するステップにおいて、制御された量の酸素が前記廃棄粒子に供給されることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の方法。
【請求項７】
測定された酸素レベルを考慮して、制御された量の酸素が前記廃棄粒子に供給されることを特徴とする請求項５または６に記載の方法。
【請求項８】
測定された酸素レベルおよび供給された酸素量を考慮して、酸化率を決定するステップをさらに備えることを特徴とする請求項５または６に記載の方法。
【請求項９】
廃棄粒子のサブセットの酸化を防ぐために、前記酸化を制御するステップにおいて、制御された量のチョークが前記廃棄粒子に供給されることを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の方法。
【請求項１０】
前記プロセスチェンバは、前記凝固させるステップにおいて、前記プロセスチェンバに外気が入れるように構成され、
酸化した廃棄粒子を得るために廃棄粒子の酸素レベルを制御するために、前記プロセスチェンバ内で所望の酸素レベルを得るために、前記酸化を制御するステップにおいて、制御された量の不活性ガスが前記プロセスチェンバに供給されることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の方法。
【請求項１１】
測定された酸化率を考慮して、前記制御された量の不活性ガスが供給されることを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記凝固させるステップにおいて、前記プロセスチェンバ内の酸素レベルが５０ｐｐｍ以上１０００ｐｐｍ以下であることを特徴とする請求項１から１１のいずれかに記載の方法。
【請求項１３】
前記酸化を制御するステップは、前記凝固させるステップにおいて実行されることを特徴とする請求項１から１２のいずれかに記載の方法。
【請求項１４】
前記酸化を制御するステップは、前記プロセスチェンバ内で実行され、
前記凝固させるステップにおける前記プロセスチェンバ内の酸素レベルは５０ｐｐｍ以上１０００ｐｐｍ以下であり、
前記酸素レベルは、前記凝固させるステップにおいて一定に保たれることを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記酸化を制御するステップは、前記フィルタするステップにおいて実行されることを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項１６】
前記材料は金属粉末であることを特徴とする請求項１から１５のいずれかに記載の方法。
【請求項１７】
排出されたガスは前記プロセスチェンバに戻されることを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項１８】
前記凝固させるステップにおいて、前記凝固デバイスは、測定された酸素レベルおよび決定された酸化率を考慮して制御されることを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１９】
前記酸化を制御するステップは、除去された廃棄粒子を貯蔵デバイスに移すステップにおいて実行されることを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項２０】
前記フィルタデバイスおよび／または前記貯蔵デバイスは、前記凝固させるステップにおいて前記フィルタデバイスおよび／または前記貯蔵デバイスに外気が入れるように構成され、
酸化した廃棄粒子を得るために廃棄粒子の酸素レベルを制御するために、前記フィルタデバイスおよび／または前記貯蔵デバイスに内で所望の酸素レベルを得るために、前記酸化を制御するステップにおいて、制御された量の不活性ガスが前記フィルタデバイスおよび／または前記貯蔵デバイスに供給されることを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
決定された酸化率を考慮して、前記制御された量の不活性ガスが供給されることを特徴とする請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
積層造形によってオブジェクトを製造する装置であって、
−材料の槽を受けるプロセスチェンバと、
−前記材料の選択した層部分を表面レベルで凝固させる凝固デバイスと、
−酸化した廃棄粒子を得ることにより前記廃棄粒子の発火が生じないように酸化レベルを制御することにより、前記凝固させるステップに起因する廃棄粒子の酸化を制御するように構成された酸化デバイスと、
を備え
前記材料の槽の表面レベルが、オブジェクト作業領域を定義することを特徴とする装置。
【請求項２３】
前記プロセスチェンバから、ガスと廃棄粒子の混合物を排出する排出デバイスをさらに備えることを特徴とする請求項２２に記載の装置。
【請求項２４】
排出された廃棄粒子とガスの混合物から廃棄粒子を収集するように構成されたフィルタデバイスをさらに備えることを特徴とする請求項２３に記載の装置。
【請求項２５】
前記廃棄粒子を貯蔵するように構成された貯蔵デバイスをさらに備えることを特徴とする請求項２２から２４のいずれかに記載の装置。
【請求項２６】
前記酸化デバイスは、前記材料を凝固させている間、前記プロセスチェンバ内の酸素レベルを５０ｐｐｍ以上１０００ｐｐｍ以下に保つように構成されることを特徴とする請求項２２から２５のいずれかに記載の装置。
【請求項２７】
前記プロセスチェンバ内の酸素レベルを測定する測定デバイスをさらに備えることを特徴とする請求項２２から２６のいずれかに記載の装置。
【請求項２８】
排出された廃棄粒子とガスの混合物から廃棄粒子を収集するように構成されたフィルタデバイスをさらに備え、前記測定デバイスは、前記フィルタデバイス内の酸素レベルを測定するように構成されることを特徴とする請求項２７に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
第１の態様では、本開示は、積層造形を用いてオブジェクトを製造する方法に関する。
【０００２】
第２の態様では、本開示は、積層造形を用いてオブジェクトを製造する装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
３Ｄプリンティングまたは積層造形とは、３次元オブジェクトをプリントするための任意の様々な処理のことをいう。大量のポリマー製品を廉価に製造する場合は、射出成形などの従来技術を使うことができる。しかしながら３次元オブジェクトを比較的少量生産する場合は、３Ｄプリンティングまたは積層造形を用いることで、より高速、柔軟、安価な製造が可能となる。
【０００４】
積層造形は、今後さらに重要となると考えられる。なぜなら製造会社は、高品質と製造経済化の両立だけなく、製品開発時間とコストの低減に関しても、競争相手からより強いプレッシャーを受けるからである。実際、製品の寿命は常に短くなりつつある。従って製品の成功のためには、品質やコストだけでなく、市場導入のタイミングがますます重要になっている。
【０００５】
３Ｄオブジェクトの製造を目的として、粉末又は液体の材料を選択的に凝固するように向き付けがされたエネルギービームを用いて、３次元オブジェクトを製造することができる。特に所望のデザインを層ごとに形成するために、コンピュータ制御された積層造形装置を用いて、複数の層を連続的に凝固することができる。この場合、主にコンピュータ制御の下で積層処理が使われ、材料の連続層が積層される。こうしたオブジェクトは３Ｄモデルその他の電子データのソースから製造され、ほぼ任意の形または形状を実現することができる。
【０００６】
３次元オブジェクトをプリントするためには、コンピュータデザインパッケージや３Ｄスキャナーなどを用いて、プリント可能なモデルを作成する必要がある。このときの入力は通常、ＳＴＬファイル、ＳＴＥＰファイルまたはＩＧＳファイルなどの３Ｄ−ＣＡＤファイルである。ファイルは、ＣＡＤファイルからオブジェクトをプリントする前にソフトウェアで処理される必要がある。このソフトウェアは、モデルを一連の薄い層に変換する。さらにこれらの各連続層の作成を制御するために、装置が設定され、ベクトルが生成される。
【０００７】
その後連続断面から３Ｄオブジェクトを形成することを目的として、コンピュータ制御の積層造形装置に備えられたレーザが、液体状、粉末状またはシート状の材料の連続層を凝固する。これにより連続した断面から３Ｄオブジェクトが作られる。このプロセスにおいて、これらの層（ＣＡＤモデルからの仮想的な断面に相当する）が同時に結合または融合される。これにより最終的な３Ｄオブジェクトが製造される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
既知の３次元オブジェクトのプリント方法は、
−プロセスチェンバ内で材料の槽を受けるステップと（このとき、材料の槽の表面レベルがオブジェクト作業領域を定義する）、
−凝固デバイスを用いて、材料の選択した層部分を表面レベルで凝固させるステップと、
を備える。
【０００９】
３次元オブジェクトを製造する（特に積層造形を用いて金属オブジェクトを製造する）ときの課題の１つは、製品の品質を保ちつつ、いかに安全な製造を実現するかにある。
【００１０】
本開示は、高い品質と高い安全性を実現する方法および装置を与えることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この目的のために本発明は、積層造形によってオブジェクトを製造する方法を与える。この方法は、
−プロセスチェンバ内で材料の槽を受けるステップと、
−凝固デバイスを用いて、材料の選択した層部分を表面レベルで凝固させるステップと、
−酸化した廃棄粒子を得ることにより廃棄粒子の発火が生じないように酸化レベルを制御することにより、凝固させるステップに起因する廃棄粒子の酸化を制御するステップと、
を備える。材料の槽の表面レベルが、オブジェクト作業領域を定義する。
【００１２】
凝固中に材料の酸化を低減するために、比較的高いレベルの不活性ガスを含む環境で３次元オブジェクトを製造できることが知られている。これにより、製造されたオブジェクトの品質が向上する。
【００１３】
本開示は、少なくとも部分的に、使用する不活性ガスの量が少ないと、酸素レベルが相対的に高くなる（これは、不活性ガスの供給率の低さとプロセスチェンバへの空気の漏れとの組み合わせによる）という知見に基づく。一般に酸素レベルが高いと、製品の品質に実質的に悪影響が及ぶ可能性がある。従って不活性ガスの供給量を上げることにより、製品の品質を向上させることができるだろう。しかしながら不活性ガスの供給量を上げると、酸素レベルが下がるため、作業環境の安全性が低下するというデメリットが生じる。
【００１４】
代替的に、凝固中の材料の酸化を気密なプロセスチェンバと組み合わせることにより、酸素レベルを下げることができる。これにより酸素レベルが下がり、製品の品質が向上する。しかしながら、作業環境の安全性が低下するというデメリットが生じる。
【００１５】
一定の比較的低い酸素レベルにおいては、凝固プロセスに起因する廃棄粒子を、直接的にまたは凝縮後に、無酸素にまたは少なくとも一定のレベル未満にまで酸化することができる。比較的高い酸素レベルに曝されたとき、これらの廃棄粒子の酸化は比較的高い率で発生する。その結果比較的大量の熱エネルギーが発生し、これらの廃棄粒子が発火する可能性がある。廃棄粒子の発火は、操作者および／または装置にとって危険な環境を生む原因となり得る。なぜなら、廃棄粒子の突然の発火は爆発性だからである。
【００１６】
廃棄粒子を制御された仕方で酸化する方法により、本発明の目的が達成される。廃棄粒子を制御された仕方で酸化することにより、廃棄粒子の酸化により発生する熱を制御することができる。これにより廃棄粒子の温度を、発火温度より低く制御することができる。
【００１７】
前述の方法は、排出デバイスを用いて、プロセスチェンバから、ガスと廃棄粒子の混合物を排出するステップをさらに備えると有用である。この混合物の排出は、制御された酸化のプロセチェンバ内での凝固に対する潜在的な影響を低減させつつ、廃棄物を酸化できる点で有用である。これにより、プロセスチェンバ内を比較的低い酸素レベルに保ち、廃棄粒子の発火のリスクを低減することができる。言い換えれば、廃棄粒子の酸化の制御のプロセスは、プロセスチェンバ内で発生する凝固のプロセスから分離される。
【００１８】
本開示に係る方法のある実施の形態では、前述の排出するステップにおいて、ガス、廃棄粒子および酸化した廃棄粒子の混合物がプロセスチェンバから排出される。これは、廃棄粒子の酸化の制御を、プロセスチェンバ内だけでなく、別の場所でも実現できる点で有利である。これにより、プロセスチェンバ内または別の場所で、廃棄粒子の温度が発火温度より高い温度にまで上昇するリスクをさらに低減することができる。
【００１９】
この点で本方法は、廃棄粒子を収集するために、フィルタデバイスを用いて、排出されたガスと廃棄粒子の混合物をフィルタするステップをさらに備えると有利である。混合物をフィルタすることは、廃棄粒子をフィルタデバイス内に収集しながら、例えばリサイクルすることによって、前述のガスをプロセスチェンバ内で再利用できる点で有利である。これに対し、前述のガスと廃棄粒子との混合物のリサイクルはあまり魅力的でない。なぜならこうした混合物をリサイクルすると、混合ガス中の廃棄物量が増え、これにより作業環境の潜在的な危険度が増すからである。
【００２０】
本開示に係る方法のある実施の形態では、前述のフィルタするステップにおいて、ガス、廃棄粒子および酸化した廃棄粒子の混合物がフィルタされる。排出されたガス、廃棄粒子および酸化した廃棄粒子の混合物をフィルタすることは、廃棄粒子および酸化した廃棄粒子をフィルタデバイス内に収集しながら、例えばリサイクルすることによって、前述のガスをプロセスチェンバ内で再利用できる点で有利である。これに対し、前述のガス、廃棄粒子および酸化した廃棄粒子の混合物のリサイクルはあまり魅力的でない。なぜならこうした混合物をリサイクルすると、混合ガス中の廃棄物量が増え、これにより作業環境の潜在的な危険度が増すからである。
【００２１】
廃棄粒子は材料の凝固により発生するガスの凝縮により形成され得る点に注意する。このような廃棄粒子は、ガスとフィルタデバイスとの接触と同時にまたはその後に発生する凝縮により形成され得る。
【００２２】
前述の方法の実際の実施の形態では、本方法は、フィルタデバイスから除去された廃棄粒子を貯蔵するために、フィルタデバイスから除去された廃棄粒子を貯蔵デバイスに移すステップをさらに備える。これは、危険な作業環境のリスクをさらに低減できる点で有利である。
【００２３】
好ましくは、この貯蔵デバイスは、制御された酸化のために構成される。これにより、プロセスチェンバ内およびフィルタデバイス内の酸化レベルを比較的低く保ち、廃棄粒子の発火のリスクを低減することができる。言い換えれば、廃棄粒子の酸化の制御および廃棄粒子のフィルタのプロセスは、プロセスチェンバ内で発生する凝固のプロセスから分離され、フィルタデバイス内で発生するフィルタのプロセスから分離される。
【００２４】
本方法は、測定デバイスを用いて、プロセスチェンバ内の酸素レベルを測定するステップをさらに備えると有利である。酸素レベルを測定することにより、この酸素レベルを考慮して酸化を制御できるので有利である。
【００２５】
好ましくは、廃棄粒子が発火せずに酸化した廃棄粒子を得るために、酸化を制御するステップにおいて、制御された量の酸素が廃棄粒子に供給される。
【００２６】
本開示の第１の態様に係る方法の好ましい実施の形態では、測定された酸素レベルを考慮して、制御された量の酸素が廃棄粒子に供給される。これは、制御された酸化率（好ましくは、比較的一定の制御された酸化率）を実現でき、これにより廃棄粒子の酸化により発生する熱の量を制御でき、従って廃棄粒子の温度を発火温度より低く保つことができる点で魅力的である。
【００２７】
前述の方法は、測定された酸素レベルおよび供給された酸素量を考慮して、酸化率を決定するステップをさらに備えると有利である。酸化率を決定することにより、廃棄粒子が酸化されたかまたは酸化が発生するかを判断することができる。酸素が存在する環境下で酸化率がゼロであるまたは実質的にゼロであると判断されると、比較的大量の廃棄粒子がすでに酸化されているので、廃棄粒子の発火に関しては比較的安全な作業環境が実現されている。
【００２８】
廃棄粒子のサブセットの酸化を防ぐために、酸化を制御するステップにおいて、制御された量のチョークが廃棄粒子に供給されると有利である。廃棄粒子のサブセットの酸化を防ぐことは、発生する酸化の量を低減でき、これにより時間インターバルの間に生成させる熱エネルギーの量を低減できる点で有利である。酸化により生成される熱エネルギーの量の低減は、廃棄粒子の発火のリスクを低減できる点で有利である。
【００２９】
本開示の第１の態様に係る方法の実用的な実施の形態では、プロセスチェンバは、前述の凝固させるステップにおいて当該プロセスチェンバに外気が入れるように構成される。そして、酸化した廃棄粒子を得るために廃棄粒子の酸素レベルを制御するために、プロセスチェンバ内で所望の酸素レベルを得るために、酸化を制御するステップにおいて、制御された量の不活性ガスがプロセスチェンバに供給される。
【００３０】
このとき、測定された酸化率を考慮して、制御された量の不活性ガスが供給されると有利である。測定された酸化率を考慮して不活性ガスの供給を制御することにより、不活性ガスの供給をより正確に制御することができ、これにより廃棄粒子の酸化をより正確に制御することができる。
【００３１】
好ましくは、凝固させるステップにおいて、プロセスチェンバ内の酸素レベルは５０ｐｐｍ以上１０００ｐｐｍ以下である。酸素レベルが５０ｐｐｍ以上１０００ｐｐｍ以下であることは、製品の品質を比較的高く保ちつつ、制御された酸化を実現できる点で好ましい。
【００３２】
本開示の第１の態様に係る方法のある実施の形態では、酸化を制御するステップは、凝固させるステップにおいて実行される。これは、廃棄粒子を酸化するために凝固するステップを中断することなく効果的な方法を実現できる点で好ましい。これにより、作業観環境を安全に保ち、製品の品質を高く保ちつつ、比較的短時間で製品を製造することができる。
【００３３】
このとき、酸化を制御するステップはプロセスチェンバ内で実行され、凝固させるステップにおけるプロセスチェンバ内の酸素レベルは５０ｐｐｍ以上１０００ｐｐｍ以下であると有利である。酸素レベルは、凝固させるステップにおいて一定に保たれることが好ましく、さらに５０ｐｐｍ以上１０００ｐｐｍ以下に一定に保たれることが好ましい。酸素レベルが５０ｐｐｍ以上１０００ｐｐｍ以下であることは、製品の品質を高く保ちつつ、制御された酸化を実現できる点で好ましい。凝固させるステップにおいてプロセスチェンバ内の酸素レベルを一定に保つことは、酸化率を比較的一定にできる点で有利である。
【００３４】
本開示の第１の態様に係る方法のある実施の形態では、酸化を制御するステップは、凝固させるステップにおいて実行され、フィルタするおよび／または移すステップにおいて実行される。これは、廃棄粒子の酸化の制御を２つの別々の場所で実行することができ、従ってプロセスチェンバ内、フィルタデバイス内または貯蔵デバイス内の廃棄粒子の温度が発火温度より高くなるリスクをさらに低減できる点で有利である。
【００３５】
本開示の第１の態様に係る方法の非常に有用な実施の形態では、材料は金属粉末である。
【００３６】
排出されたガスがプロセスチェンバに戻されると有利である。これは、ガスの消費を比較的少なくできる点で有利である。
【００３７】
凝固させるステップにおいて、凝固デバイスが測定された酸素レベルおよび決定された酸化率を考慮して制御されると有利である。これは、廃棄粒子の酸化の制御を比較的低酸化率で実現でき、従って酸化の制御における廃棄粒子の発火のリスクを低減できる点で有利である。
【００３８】
本開示の第１の態様に係る方法のある実施の形態では、酸化を制御するステップは、フィルタするステップおよび／または移すステップにおいて実行される。これにより、プロセスチェンバ内を比較的低い酸素レベルに保ち、廃棄粒子の発火のリスクを低減することができる。言い換えれば、廃棄粒子の酸化の制御のプロセスは、プロセスチェンバ内で発生する凝固のプロセスから分離される。これは、酸化の制御のプロセスチェンバ内の環境に対する影響を避けることができるまたは著しく低減することができ、製品の品質を高く保ちつつ作業環境を安全に保てる点で有利である。
【００３９】
このとき、フィルタデバイスおよび／または貯蔵デバイスは、凝固させるステップにおいてフィルタデバイスおよび／または貯蔵デバイスに外気が入れるように構成される。酸化した廃棄粒子を得るために廃棄粒子の酸素レベルを制御するために、フィルタデバイスおよび／または貯蔵デバイスに内で所望の酸素レベルを得るために、酸化を制御するステップにおいて、制御された量の不活性ガスがフィルタデバイスおよび／または貯蔵デバイスに供給される。
【００４０】
このとき、決定された酸化率を考慮して、制御された量の不活性ガスが供給される。決定された酸化率を考慮して、不活性ガスの供給を制御することにより、不活性ガスの供給をより正確に制御することができ、これにより廃棄粒子の酸化をより正確に制御することができる。
【００４１】
本開示の第２の態様は、積層造形によってオブジェクトを製造する装置に関する。この装置は、
−材料の槽を受けるプロセスチェンバと、
−材料の選択した層部分を表面レベルで凝固させる凝固デバイスと、
−酸化した廃棄粒子を得ることにより廃棄粒子の発火が生じないように酸化レベルを制御することにより、凝固させるステップに起因する廃棄粒子の酸化を制御するように構成された酸化デバイスと、を備える。材料の槽の表面レベルが、オブジェクト作業領域を定義する。
【００４２】
このとき当該装置が、プロセスチェンバから、ガスと廃棄粒子の混合物を排出する排出デバイスをさらに備えると有利である。混合物を排出する排出デバイスは、プロセスチェンバ内における凝固に対して酸化の制御が及ぼす潜在的な影響を低減しつつ、廃棄粒子を酸化できる点で有用である。これにより、プロセスチェンバ内を比較的低い酸素レベルに保ち、廃棄粒子の発火のリスクを低減することができる。言い換えれば、廃棄粒子の酸化の制御のプロセスは、プロセスチェンバ内で発生する凝固のプロセスから分離される。
【００４３】
このとき、当該装置が排出された廃棄粒子とガスの混合物から廃棄粒子を収集するように構成されたフィルタデバイスをさらに備えると有利である。排出された混合物をフィルタするフィルタデバイスは、廃棄粒子をフィルタデバイス内に収集しながら、例えばリサイクルすることによって、前述のガスをプロセスチェンバ内で再利用できる点で有利である。これに対し、前述のガスと廃棄粒子との混合物のリサイクルはあまり魅力的でない。なぜならこうした混合物をリサイクルすると、混合ガス中の廃棄物量が増え、これにより作業環境の潜在的な危険度が増すからである。
【００４４】
好ましくは、当該装置は、廃棄粒子を貯蔵するように構成された貯蔵デバイスをさらに備える。これは、危険な作業環境のリスクをさらに低減する点で有用である。
【００４５】
このとき、貯蔵デバイスが酸化を制御するように構成されるとさらに有利である。これにより、プロセスチェンバ内およびフィルタデバイス内を比較的低い酸素レベルに保ち、廃棄粒子の発火のリスクを低減することができる。言い換えれば、廃棄粒子の酸化の制御のプロセスは、プロセスチェンバ内で発生する凝固のプロセスから分離され、フィルタデバイス内で発生するフィルタのプロセスから分離される。
【００４６】
本開示の第２の態様に係る装置のある実施の形態では、酸化デバイスは、材料を凝固させている間、プロセスチェンバ内の酸素レベルを５０ｐｐｍ以上１０００ｐｐｍ以下に保つように構成される。酸素レベルが５０ｐｐｍ以上１０００ｐｐｍ以下であることは、製品の品質を比較的高く保ちつつ、制御された酸化を実現できる点で好ましい。
【００４７】
当該装置がプロセスチェンバ内の酸素レベルを測定する測定デバイスをさらに備えると有利である。このような測定デバイスにより、酸素レベルを考慮して酸化を制御できるので有利である。
【００４８】
好ましくは、当該装置は、排出された廃棄粒子とガスの混合物から廃棄粒子を収集するように構成されたフィルタデバイスをさらに備える。測定デバイスは、フィルタデバイス内の酸素レベルを測定するように構成される。これは、廃棄粒子の酸化の制御を２つの別々の場所で実行することができ、従ってプロセスチェンバ内、フィルタデバイス内または貯蔵デバイス内の廃棄粒子の温度が発火温度より高くなるリスクをさらに低減できる点で有利である。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
以下の添付図面を用いて、本開示に係る方法および装置を説明する。
【図１】本発明に係る、積層造形を用いてオブジェクトを製造するように構成された装置の模式図である。
【図２】本発明に係る、積層造形を用いてオブジェクトを製造するように構成された装置の模式図である。
【図３】本発明に係る、積層造形を用いてオブジェクトを製造するように構成された装置の模式図である。
【図４】本発明に係る、積層造形を用いてオブジェクトを製造するように構成された装置の模式図である。
【００５０】
図１に、積層造形を用いてオブジェクト２を製造する装置１の概観を示す。装置１は、いくつかのフレーム部品１１、１２、１３から形成される。この装置は、凝固可能な材料４の槽を受けるプロセスチェンバ３を備える。フレーム部品１１内には、シャフトが形成される。ここで、オブジェクト２を材料４の槽の表面レベルＬに関連付けて位置付けるための支持具５が与えられる。支持具５は、シャフト内に動作可能に与えられる。これにより、ある層が凝固された後、支持具５が下げられ、さらなる材料の層が、すでに形成されたオブジェクト２の頂部で凝固されることが可能となる。装置１の頂部１３に、材料の選択された部分を凝固させるための凝固デバイス７が与えられる。図示された実施形態では、凝固デバイス７はレーザデバイスである。このレーザデバイスは、支持具に与えられた粉末材料を溶解させる目的で、レーザ光７１の形で電磁放射を生成するように構成される。しかしながら本発明は、凝固装置のタイプに限定されない。図示されるように、レーザデバイス７から照射された電磁放射７１は、偏向ユニット７４により偏向される。この偏向ユニット７４は、照射された放射７１を、材料４の層の表面Ｌに向けて導くために、回転可能な光学部品７５を使用する。放射は、偏向ユニット７４の位置に応じて、例えば光線７２、７３に沿って放射されてよい。
【００５１】
装置１は、酸素供給源（図示せず）につながれた酸化デバイス８１を備える。酸素供給源は、酸素が約２０％、窒素が約８０の乾燥した清浄な空気を含んでよい。酸化デバイス８１は、酸素供給源からプロセスチェンバ３に酸素を供給するための供給機８３をさらに備える。プロセスチェンバ３は実質的に密閉されており、ガス供給機６を通してアルゴンまたは窒素などの不活性ガスを充填することができる。
【００５２】
プロセスチェンバ３内の酸素レベルを測定するために、センサ８６を備えた測定デバイス８５が与えられる。測定デバイス８５および酸化デバイス８１は、制御器８７に通信可能に接続される。制御器８７は、供給機８３を通してプロセスチェンバ３に供給される酸素の量を制御するように構成される。このとき制御器８７は、プロセスチェンバ３内の酸素レベルを予め定められた濃度である５０ｐｐｍ以上１０００ｐｐｍ以下に保つために、測定デバイス８５によって測定されたプロセスチェンバ３内の酸素レベルを考慮に入れる。
【００５３】
代替的に、酸素供給源を制御器８７に接続することに代えて（またはこれに追加して）、ガス供給機６を制御器８７に通信可能に接続することにより、装置１のプロセスチェンバ内の酸素レベルを予め定められた濃度である５０ｐｐｍ以上１０００ｐｐｍ以下に保つことも考えられる。この装置１の代替的構成では、空気がプロセスチェンバに漏れる可能性がある。この場合酸素レベルは、測定デバイス８５によって測定されたプロセスチェンバ３内の酸素レベルを考慮しつつ、ガス供給機６を通してプロセスチェンバに供給される不活性ガスの量を制御することにより制御されてもよい。
【００５４】
図２に、本開示に係る装置１０１のさらなる実施の形態が示される。装置１０１の装置１の部品と似た部品には、装置１の部品の符号に１００を足した符号が付される。装置１０１は、ガス、廃棄粒子および酸化した廃棄粒子の混合物を、排出接続部１９０を通してプロセスチェンバ１０３から排出するための、ファン１８９によって構成された排出デバイスを備える。ガスがリターンライン１９５を通してプロセスチェンバ１０３に戻される前に、排出されたガス、廃棄粒子および酸化した廃棄粒子の混合物は、ガスから廃棄粒子を分離するためのフィルタデバイス１９１に導かれる。リターンライン１９５の反対側で第２の供給機１１０を用いてフィルタデバイス１９１に酸素を供給することにより、フィルタデバイス１９１によって収集された廃棄粒子を酸化することができる。
【００５５】
測定デバイス１８５は、第１のセンサ１８６と、第２のセンサ１８８と、を備える。第１のセンサ１８６は、プロセスチェンバ１０３内の酸素レベルを測定するために与えられる。第２のセンサ１８８は、フィルタデバイス１９１内の酸素レベルを測定するために与えられる。測定デバイス１８５および酸化デバイス１８１は、制御器１８７に通信可能に接続される。制御器１８７は、供給機１８３を通してプロセスチェンバ１０３に供給される酸素の量を制御するように構成される。このとき制御器１８７は、プロセスチェンバ１０３内の酸素レベルを予め定められた濃度である５０ｐｐｍ以上１０００ｐｐｍ以下に保つために、測定デバイス１８５によって測定されたプロセスチェンバ１０３内の酸素レベルを考慮に入れる。さらに制御器１８７は、第２の供給機１１０を通してフィルタデバイス１９１に供給される酸素の量を制御するように構成される。このとき制御器１８７は、フィルタデバイス１９１内の第２の酸素レベルを予め定められた濃度である５０ｐｐｍ以上１０００ｐｐｍ以下に保つために、フィルタデバイス１９１内の酸素レベルを考慮に入れる。
【００５６】
フィルタデバイス１９１によって収集された廃棄粒子および酸化した廃棄粒子は、廃棄粒子および酸化した廃棄粒子を貯蔵するための貯蔵デバイス１９７に移すことができる。廃棄粒子は、逆向きの（すなわち、リターンライン９５側からの）ガス流を与えることにより、フィルタデバイス１９１から除去することができる。この目的のために装置１０１は、前述の逆向きのガス流を与えるために、フィルタデバイス１９１の清浄な側に向けられた洗浄ノズル１９０を備える。代替的に、フィルタデバイスを振動させることにより、当該フィルタデバイスから廃棄粒子および酸化した廃棄粒子を除去することを考えることもできる。
【００５７】
装置１０１はさらに、フィルタデバイス１９１にチョークを供給するためのチョーク供給源１０８を、フィルタデバイス１９１のリターンライン１９５の反対側に備える。チョーク供給源１０８は、フィルタデバイス１９１にチョークの層を供給するように構成される。これにより廃棄粒子は、フィルタデバイス１９１に供給されたチョークに固められる。フィルタデバイス１９１に供給されたチョークは、前述の逆向きのガス流または振動を与えることにより、フィルタデバイス１９１から除去されて貯蔵デバイス１９７に貯蔵されてもよい。チョーク供給源１０８は、チョーク供給源１０８から供給されたチョークの量を制御するための制御器１８７に通信可能に接続される。このとき制御器１８７は、前述の測定された酸素レベルおよび／または前述の第２の酸素レベルおよび／または前述のガス、廃棄粒子および酸化した廃棄粒子の混合物に供給された酸素の量を考慮に入れる。
【００５８】
図３に、本発明のさらなる実施の形態に係る、積層造形を用いてオブジェクト２０２を製造する装置２０１の概観を示す。装置２０１の装置１の部品と似た部品には、装置１の部品の符号に２００を加えた符号が付される。前述の実施の形態と同様に、電磁放射を用いて材料の選択された部分を凝固させるための第１の凝固デバイス２０７が与えられる。装置２０１の頂部２１３は、電磁放射を用いて材料の選択された部分を凝固させるための第２の凝固デバイス２０７’をさらに備える。図示されるように、第２の凝固デバイス２０７’から放射された電磁放射２７１’は、第２の回転可能な偏向ユニット２７５’を用いて偏向され、材料２０４の層の表面Ｌに導かれる。
【００５９】
図３に示される実施の形態では、第１の凝固デバイス２０７および第２の凝固デバイス２０７’は、レーザデバイスである。これらは、サポート上に与えられた粉末状の材料（その後これは、冷却されることにより、生成されるべきオブジェクトの凝固部分を形成する）を溶解するために、電磁放射をレーザ光の形で生成するように構成される。しかしながら本発明はこのタイプの凝固デバイスに限定されず、一般的に電磁放射を使う凝固デバイスを含む。さらに、複数の凝固デバイスから放射される電磁放射のタイプは、各凝固デバイスに関して同じものであってよい。しかし、複数の凝固デバイスから放射される電磁放射のタイプは、凝固デバイスのうちの少なくとも２つで異っていてもよい。
【００６０】
図３では、複数の偏向手段２７５、２７５’が、オブジェクト作業領域Ｌで定義される平面に垂直なラインＣの近くに設置されることが分かる。さらにこのラインＣは、オブジェクト作業領域Ｌの幾何学的重心を通る。言い換えれば偏向手段２７５、２７５’は、オブジェクト作業領域Ｌのほぼ真上に設置される。これにより、複数の凝固デバイスの各々は、オブジェクト作業領域のほぼ全体に容易に到達することができる。従って、例えば１つのオブジェクトの異なる部分を同時に凝固することができる。１つのオブジェクトの異なる部分を同時に凝固することにより、このオブジェクトをより高速に製造することができるので、製造時間を全体的に短縮することができる。
【００６１】
図４に、本発明のさらなる実施の形態に係る、積層造形を用いてオブジェクト３０２を製造する装置３０１の概観を示す。装置３０１の装置１０１または２０１の部品と似た部品には、装置１０１または２０１の部品の符号にそれぞれ２００および１００を加えた符号が付される。
【００６２】
装置１を用いて、レーザデバイス７の照射による材料４の凝固に起因する廃棄粒子を、直接的にまたは凝縮後に、プロセスチェンバ３内の酸素レベルが制御された仕方で、酸化することができる。材料４の凝固中に、センサ８６を用いてプロセスチェンバ３内の酸素レベルが測定される。測定された酸素レベルは、制御器８７によって、目標とする酸素レベルと比較される。プロセスチェンバ３内の酸素レベルが所定のレベルより低いと判断されると、当該所定のレベルになるまで、プロセスチェンバ３内に供給機８３を通して酸素が供給される。供給機３を通して酸素が連続的に供給されることにより、プロセスチェンバ３内の酸素レベルは所定の値に保たれる。供給機８３を通した酸素の供給率およびプロセスチェンバ３内の酸素レベルの測定値を基に、制御器８７により酸化率が定められる。酸化率が比較的低いことは、廃棄粒子の生成率が比較的低いこと、または多くの量の廃棄粒子が酸化されていることを示す。目標とする酸素レベル以下で酸化が比較的高い率で発生する場合は、作業状態を比較的安全に保つために、材料の凝固率が低減されてもよい。
【００６３】
装置２０１を用いて、第１のレーザデバイス２０７および第２のレーザデバイス２０７’の照射による材料２０４の凝固に起因する廃棄粒子を、直接的にまたは凝縮後に、プロセスチェンバ２０３内の酸素レベルが制御された仕方（装置１を用いた場合と似た仕方）で、酸化することができる。
【００６４】
装置１０１を用いて、レーザデバイス１０７の照射による材料１０４の凝固に起因する廃棄粒子を、直接的にまたは凝縮後に、プロセスチェンバ１０３内の酸素レベルおよびフィルタデバイス１９１内の第２の酸素レベルが制御された仕方で、酸化することができる。材料１０４の凝固中に、センサ１８６を用いてプロセスチェンバ１０３内の酸素レベルが測定される。測定された酸素レベルは、制御器１８７によって、目標とする酸素レベルと比較される。プロセスチェンバ１０３内の酸素レベルが所定のレベルより低いと判断されると、当該所定のレベルになるまで、プロセスチェンバ１０３内に供給機１８３を通して酸素が供給される。供給機１８３を通して酸素が連続的に供給されることにより、プロセスチェンバ１０３内の酸素レベルは所定の値に保たれる。供給機１８３を通した酸素の供給率およびプロセスチェンバ１０３内の酸素レベルの測定値を基に、制御器１８７により酸化率が定められる。
【００６５】
材料１０４の凝固中に、センサ１８８を用いてフィルタデバイス１９１内の第２の酸素レベルが測定される。測定された第２の酸素レベルは、制御器１８７によって、目標とする酸素レベルと比較される。フィルタデバイス１９１内の第２の酸素レベルが所定のレベルより低いと判断されると、当該所定のレベルになるまで、フィルタデバイス１９１内に第２の供給機１１０を通して酸素が供給される。第２の供給機１１０を通して酸素が連続的に供給されることにより、フィルタデバイス１９１内の酸素レベルは所定の値に保たれる。供給機１１０を通した酸素の供給率およびフィルタデバイス１９１内の酸素レベルの測定値を基に、制御器１８７により酸化率が定められる。
【００６６】
フィルタデバイス１９１内の廃棄粒子および酸化した廃棄粒子を除去した後、除去後のガスが、リターンライン１９５を通してプロセスチェンバ１０３内に戻される。第２の酸化率がゼロである（または比較的低い）と判断されると、廃棄粒子および酸化した廃棄粒子はフィルタデバイス１９１から除去され、洗浄ノズル１９０を用いて逆向きのガス流を与えることにより、貯蔵デバイス１９７に移される。
【００６７】
装置３０１を用いて、第１のレーザデバイス３０７および第２のレーザデバイス３０７’の照射による材料３０４の凝固に起因する廃棄粒子を、直接的にまたは凝縮後に、装置１０１を用いた場合と似た仕方で、酸化することができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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