(57)【要約】本発明は、造形チャンバ（１１３）と、粉末床（１２３）を支えるための造形チャンバ（１１３）内の造形プラットフォーム（１０２）と、粉末床（１２３）を形成するために粉末の層を形成するための層形成デバイスと、粉末を溶融するために粉末床（１２３）にわたってエネルギービームをスキャンするためのスキャナ（１０６）と、粉末床（１２３）にわたってガス流を形成するためのガス回路（１１６）とを備える粉末床溶融装置に関する。ガス回路（１１６）は、ガス回路（１１６）内のガスから粒子を分離するためのセパレータ（１１９）と、ガスを造形チャンバ（１１３）内に推進するためのノズル（１１４）と、ガスを造形チャンバ（１１３）から抜き取り、ガスをセパレータ（１１９）に送達するための排気部（１１５）とを備える。排気部は、粉末床（１２３）および／または造形プラットフォーム（１０２）から拭き取られた粉末を受け取るために位置する排気チャネルまたは開口（１１５ａ、１１５ｂ）を備える。
2021500476.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
造形チャンバと、粉末床を支えるための前記造形チャンバ内の造形プラットフォームと、前記粉末床を形成するように粉末の層を形成するための層形成デバイスと、前記粉末を溶融するために前記粉末床にわたってエネルギービームをスキャンするためのスキャナと、前記粉末床にわたってガス流を形成するためのガス回路とを備え、前記ガス回路は、前記ガス回路内のガスから粒子を分離するためのセパレータと、ガスを前記造形チャンバ内に推進させるためのノズルと、前記造形チャンバからガスを抜き取り、前記ガスを前記セパレータに送達するための排気部とを備え、前記排気部は、前記粉末床および／または造形プラットフォームから拭き取られた粉末を受け取るために位置する排気チャネルまたは開口を備える、粉末床溶融装置。
【請求項２】
前記層形成デバイスは、作業平面内で粉末の層を形成し、前記排気チャネルまたは開口は、前記作業平面に、またはその下方に位置する請求項１に記載の粉末床溶融装置。
【請求項３】
前記排気チャネルまたは開口は、前記粉末床から変位された粉末が前記排気チャネルまたは開口内に落下する、および／または流れるように位置する請求項１または２に記載の粉末床溶融装置。
【請求項４】
前記粉末を前記排気チャネルまたは開口内に拭き取るための機械的手段を備える請求項１乃至３のいずれか一項に記載の粉末床溶融装置。
【請求項５】
前記層形成デバイスは、各層を広げるためのワイパを備え、前記排気チャネルまたは開口は、前記ワイパが粉末を前記粉末床から前記排気チャネルまたは開口内に押し込むように位置する請求項４に記載の粉末床溶融装置。
【請求項６】
前記ワイパは、前記造形チャンバを通るガス流方向に対して直交する方向に移動する請求項５に記載の粉末床溶融装置。
【請求項７】
前記排気部は、前記粉末床の一方の側になるように位置する第１の排気チャネルまたは開口と、前記粉末床の他方の側になるように位置する第２の排気チャネルまたは開口とを備える請求項５または６に記載の粉末床溶融装置。
【請求項８】
前記排気チャネルの底部は、粉末が前記ガス回路内の前記ガス流によって運び去られるように前記排気チャネルに沿って流れるように、前記水平に対して角度が付けられる請求項１乃至７のいずれか一項に記載の粉末床溶融装置。
【請求項９】
前記チャネルの前記底部の角度は、前記粉末の安息角より大きい請求項８に記載の粉末床溶融装置。
【請求項１０】
前記排気部は、前記粉末床にわたって前記ガス流を生成するために前記粉末床の上方に延びる開口を備える請求項１乃至９のいずれか一項に記載の粉末床溶融装置。
【請求項１１】
前記層形成デバイスは、粉末が前記層の形に形成されるように制御されて投与されるホッパを備え、前記セパレータは、粉末が前記セパレータから前記ホッパ内に落下するように前記ホッパの上方に位置する請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の粉末床溶融装置。
【請求項１２】
前記ホッパは、前記層形成デバイスが粉末の層を形成する作業平面の上方から前記造形チャンバ内に粉末を投与するように構成され、粉末は、前記ガス流によって前記排気部から前記セパレータまで搬送される請求項１１に記載の粉末床溶融装置。
【請求項１３】
前記セパレータは、サイクロンセパレータを含む請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の粉末床溶融装置。
【請求項１４】
前記物体を拾い上げ、前記物体を前記造形プラットフォームの上方に上げて、前記物体から自由になる粉末を前記ワイパによって、またはオペレータによって、前記造形プラットフォームから前記排気チャネルまたは開口内に押し込むことができるようにした前記造形チャンバ内のエンドエフェクタを備える、請求項１乃至１３のいずれか一項に記載の粉末床溶融装置。
【請求項１５】
拭き取られた粉末を前記粉末床および／または造形プラットフォームから前記排気部内に収集するための収集ホッパであって、その上側セクション内のガス出口、および前記ガス出口の下方の粉末出口を備える収集ホッパと、ガスを前記ノズルに戻すように輸送するために前記ガス出口に接続されたガス管路とを備え、前記粉末出口は、前記粉末が前記ガス流内で飛沫同伴され、前記セパレータに輸送されるように粉末を前記ガス管路内に供給するように構成される請求項１乃至１４のいずれか一項に記載の粉末床溶融装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粉末床溶融装置に関し、詳細には、それだけには限らないが制御された雰囲気中、典型的には不活性の雰囲気中で粉末床の粉末を融合させるためにレーザを使用した粉末床溶融装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
粉末床溶融装置は、レーザまたは電子ビームなど高エネルギービームを使用して、金属粉末材料など材料の層ごとの凝固を通じて物体を製作する。粉末床を下降させるために造形プラットフォームを下降させ、下降された粉末床に隣接する粉末の山を堆積し、粉末の山をワイパで（一方の側から他方の側へ）広げ、層を形成することによって、造形スリーブ内に含まれる粉末床にわたって粉末層が形成される。次いで、形成される加工物の断面に対応する粉末層の各部分が、これらのエリアをビームで照射することにより凝固される。ビームは、粉末を溶融または焼結し、凝固された層を形成する。層の選択的な凝固後、粉末床は、新たに凝固された層の厚さだけ下降され、必要に応じて粉末のさらなる層が表面の上で広げられ、凝固される。そのようなデバイスの一例が特許文献１に開示されている。
【０００３】
そのようなデバイスによって課される問題は、凝固されていない粉末を後続の造形のためにどのように回収するかである。造形による未凝固粉末の３つの発生源がある。第１に、粉末床とのレーザの衝突は、粉末を粉末床から放出させる可能性がある。典型的には、粉末床にわたってガスナイフが設けられ、この放出される粉末の少なくとも一部は、ガスナイフによってガス排気部へ運び去られる。第２に、各層を形成するために、粉末の必要とされる量より多く投与し、層を形成することが通常である（「転ばぬ先の杖」手法）。しかし、これにより、各層形成の終わりには余分な粉末が存在することになる。典型的には、この余分な粉末は、粉末オーバーフローチャネル内に押し込まれ、容器内に収集される。余分な粉末は、造形のために使用される全粉末のかなりの割合となる。未固結粉末の第３の発生源は、粉末床の未固結粉末であり、これは、デビルドプロセスにおける造形の終わりに回収される。
【０００４】
ＲｅｎｉｓｈａｗのＲｅｎＡＭ（商標）５００機械では、粉末床の未固結粉末は、造形プラットフォームを上昇させ、未固結粉末をオーバーフローチャネル内に押し込むことによって回収される。この粉末は、余分な粉末と共に、下側ホッパ内に集まる。造形チャンバ内へさらに分配し粉末を下側ホッパから上側ホッパに輸送するために、空気圧粉末輸送機構が提供される。
【０００５】
特許文献２は、ガスストリームから粒子状不純物を除去するためのサイクロンセパレータを備える装置を開示している。サイクロンセパレータは、下流フィルタシステムに供給されるガスストリームの粒子負荷を低減するために使用される。ガスストリーム内に存在する原材料粉末の大部分は、サイクロンセパレータを使用して除去することができる。次いで、下流フィルタシステムを動作させ、たとえば粉末材料の蒸発によって形成される溶接スパッタおよびナノ粒子など処理過程排出物を主に濾過することができる。
【０００６】
特許文献３は、粒子をガスストリームから分離するための遠心セパレータを含む保護ガス回収デバイスを構成する装置を開示している。保護ガス回収デバイスは、特許文献４に示されているように粉末回収デバイスに接続させることができる。特許文献４は、構築過程で発生し得る煙を抜き取るために保護ガス回路の排気部を使用することを開示している。排気部は、構築過程の終わりに、粉末をプロセス空間から吸引するために、粉末に近づくように手動で案内することができる。粉末回収デバイスは、収集容器の代わりに、粉末をプロセス空間または対応する排出デバイスに戻す粉末コンベヤシステムを備えてもよい。粉末搬送システムは、コンベヤスクリュであってもよい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許第６０４２７７４号明細書
【特許文献２】欧州特許出願第２９９２９４２号明細書
【特許文献３】ＤＥ１０２０１５２１３１６５Ａ１
【特許文献４】欧州特許出願第２０５２８４５号明細書
【特許文献５】国際公開第２０１８／１５４２８３号パンフレット
【特許文献６】国際公開第２０１０／００７３９６号パンフレット
【特許文献７】国際公開第２０１０／００７３９４号パンフレット
【特許文献８】米国特許第５７５３２７４号明細書
【発明の概要】
【０００８】
発明の第１の態様によれば、造形チャンバと、粉末床をサポートするための造形チャンバ内の造形プラットフォームと、粉末床を形成するように粉末の層を形成するための層形成デバイスと、粉末を溶融するために粉末床にわたってエネルギービームをスキャンするためのスキャナと、粉末床にわたってガス流を形成するためのガス回路とを備え、ガス回路は、ガス回路内のガスから粒子を分離するためのセパレータと、ガスを造形チャンバ内に推進させるためのノズルと、造形チャンバからガスを抜き取り、ガスをセパレータに送達するための排気部とを備える粉末床溶融装置が提供される。
【０００９】
排気部は、粉末床から変位された粉末を受け取るために造形チャンバ内に位置する排気チャネルまたは開口を備えている。一実施形態では、排気チャネルまたは開口は、機械的手段によって搬送された粉末を粉末床および／または造形プラットフォームから受け取るために位置することができる。たとえば、排気チャネルまたは開口は、粉末床および／または造形プラットフォームから（たとえば、ワイパまたはブラシによって）拭き取られた粉末を受け取るために位置することができる。
【００１０】
他の実施形態では、排気チャネルまたは開口は、他の動作で搬送された粉末を受け取るために位置することができる。たとえば、装置は、粉末を排気チャネルもしくは開口に向かって搬送するために造形チャンバの表面を振動させるためのデバイスを備えてもよく、または、チャネルもしくは開口排気部は、粉末床から変位された粉末が排気チャネルもしくは開口内に落下する、および／もしくは流れるように位置することができる。
【００１１】
排気チャネルまたは開口は、粉末床の表面および／または粉末床を囲む表面など表面に沿って搬送された粉末を受け取るために位置することができる。
【００１２】
このようにして、層形成中に投与された余分な粉末、または物体のデビルド中に回収された粉末床の粉末などを、排気部を移動する必要なしにガス回路に回収することができる。これに関して、排気チャネルまたは開口は、造形チャンバ内で固定された場所を有してもよい。
【００１３】
層形成デバイスは、作業平面内で粉末の層を形成するように構成される可能性があり、排気チャネルまたは開口は、作業平面、またはその下方に位置してもよい。このようにして、粉末は、排気部内に回収するために持ち上げられることを必要としない。
【００１４】
装置は、粉末を排気チャネルまたは開口に搬送するために、非空圧手段、たとえば機械的手段を備えてもよい。たとえば、層形成デバイスは、各層を広げるためのワイパを備えてもよく、排気チャネルまたは開口は、ワイパが粉末（余分な粉末またはデビルド中に回収された粉末）を排気チャネルまたは開口内に押し込むように位置してもよい。ワイパは、造形チャンバを通るガス流に対して直交する方向に移動することができる。少なくとも１つの排気チャネルまたは開口は、ワイパが粉末を押し込む粉末床の側に位置することができる。排気部は、２つの排気チャネルまたは開口（第１の排気チャネルまたは開口および第２の排気チャネルまたは開口）を粉末床の両側に１つずつ備えてもよい。
【００１５】
排気部は、粉末床にわたってガス流を生成するために粉末床の上方に延びる開口を備えてもよい。
【００１６】
粉末を排気部に搬送するために、上記のように、振動デバイスなど他の非空圧手段が設けられてもよい。
【００１７】
排気部は、ガス流内で飛沫同伴されない粉末床から変位された粉末の、大部分または実質的にすべてではないにしてもかなりの割合が、非空圧手段によって排気部に搬送されるように配置され得る。
【００１８】
排気チャネルの底部は、粉末がガス回路内のガス流によって運ばれ排気チャネルに沿って流れるように、水平に対して角度が付けられてもよい。この角度は、粉末の安息角より大きくてもよい。
【００１９】
層形成デバイスは、粉末がたとえばワイパに広げられることによって層の形に形成されるように制御された方法で投与されるホッパを備えてもよい。セパレータは、粉末がセパレータからホッパ内に落下するようにホッパの上方に位置することができる。疑義を避けるために、そのような配置は、排気チャネルまたは造形チャンバ内の開口の場所に加えて、もしくはそれとは独立して提供されてよい。ホッパは、作業平面の上方から造形チャンバ内に粉末を投与するように構成され、粉末は、ガス流によって排気部からセパレータまで搬送される。このようにして、ガス流は、造形チャンバ内では、ガスによって運ばれる粒子のない造形チャンバ内の雰囲気を維持するためのガスナイフとして、またガス回路内では、後続の分配のための場所に粉末を搬送するための粉末コンベヤとして働くことができる。したがって、ガスナイフを生成するためのガス回路は別個の粉末搬送システムは必要とされ得ない。
【００２０】
セパレータは、サイクロンセパレータを含み得る。サイクロンセパレータは、１０ミクロン以上の直径を有する粒子など、ミクロンサイズの粉末の大部分をガス流から分離することが可能であることが判明している。後続の造形のためにそのようなミクロンサイズの粒子を回収することが望ましい。１０ミクロン未満のものなど、より小さい粒子がより大きい粒子から分離されることが望ましいことがあり得る。より小さい粒子は、サイクロンを使用したガス流から分離されず、サイクロンから離れたガス流内に飛沫同伴されたままとなることが判明している。ガス回路は、これらのより小さい粒子をガス流から分離するために、メッシュタイプフィルタなど、さらなるフィルタを備えてもよい。
【００２１】
装置は、物体を拾い上げ、それを造形プラットフォームの上方に上げるために、造形容積内にエンドエフェクタを備えることができる。これは、粉末を物体から自由にし、デビルドプロセス中、ワイパまたはオペレータが造形プラットフォームから粉末を払いのけることを可能にできる。機械的マニピュレータは、造形プラットフォームの上方で物体を逆さにすることが可能となる。これは、物体からの粉末の除去を容易にすることができる。機械的マニピュレータは、参照により本明細書に組み込まれる特許文献５に記載の機械的マニピュレータによるものであってよい。
【００２２】
装置は、粉末床および／または造形プラットフォームから拭き取られた粉末を排気部内に収集するための収集ホッパを備え得る。収集ホッパは、その上側セクション内のガス出口と、ガス出口より下方の粉末出口とを備え得る。ガスをノズルに戻すように輸送するために、ガス管路がガス出口に接続される。粉末出口は、粉末がガス流内で飛沫同伴されセパレータに輸送されるように、粉末をガス管路内に供給するように構成される。粉末出口は、ガス管路内への粉末流量を制御するための弁を備え得る。弁は、たとえば、粉末に対する上流の需要、または上流で検出される粉末の遮断／バックアップに基づいて、付加製造装置のコントローラによって操作され得る。
【００２３】
発明の第２の態様によれば、発明の第１の態様による粉末床溶融装置を使用して物体を構築する方法が提供され、この方法は、造形チャンバを通してガスを再循環させるステップと、ガスの再循環中、粉末の量より粉末の層を形成するステップとを含み、余分な粉末は、ガス回路内のガス流によってセパレータに運ばれるようにガス流内に送達される。
【００２４】
発明の第３の態様によれば、発明の第１の態様による粉末床溶融装置を使用して物体を構築する方法が提供され、この方法は、造形チャンバを通してガスを再循環させるステップと、ガスの再循環中、物体を粉末床から取り外すステップとを含み、粉末床の粉末は、ガス回路内のガス流によってセパレータに運ばれるように排気チャネルまたは開口に機械的に送達される。
【００２５】
排気チャネルまたは開口に機械的に送達される粉末の割合に加えて、粉末床から物体を取り外す間のノズルと排気部との間のガス流が、粉末を排気部に送達することができる。たとえば、この方法は、粉末床から物体を取り外す間、ガス流の速度を増大するステップを含んでもよい。ガス流の増大された速度は、装置および／または物体の表面から粉末を拾い上げる／吹き飛ばすように働き、粉末を排気部に運ぶことができる。付加的な製造プロセス中には、かなりの量の粉末がガス流によって粉末床から拾い上げられない／吹き飛ばされないように、ガス速度を閾値未満に保つことが望ましい。しかし、物体の取り外し中には、この制限はもはや適用されず、ガス速度をこの閾値より高く増大することができる。したがって、ガス流は、粉末を粉末床および／または物体から取り除くための噴射として働くことができる。
【００２６】
発明の第２および第３の態様の方法は、作業平面の上方に位置するセパレータに、ガス回路内のガス流を使用して粉末を輸送するステップを含み得る。
【００２７】
発明の第４の態様によれば、ガス導管と、粉末ホッパと、粉末管路内のガス流がガス回路に沿って粉末を輸送するように粉末ホッパからガス導管内に粉末を供給するための供給デバイスを備えるガス回路を備えた粉末輸送システムが提供される。供給デバイスは、供給チューブの出口が導管の側壁から離隔されて位置するようにガス導管内に延びる供給チューブを備える。
【００２８】
収集ホッパおよび供給チューブは、導管内に粉末を重力供給させるように構成される。
【００２９】
供給チューブの出口は、ガス流なしに、粉末が出口の下方において導管で蓄積し、導管の全断面を遮断することなくさらなる粉末流に対して出口を遮断するように配置され得る。このようにガスは、導管内に供給された粉末によって導管を通って流れることを防ぐことはできない
発明の第５の態様によれば、ホッパからの粉末流を制御するためのデバイスであって、粉末が重力下でチューブを通ってホッパから流れることができるようにホッパに接続された供給チャネルと、供給チャネルを出る粉末を受け取るために供給チャネルの下方にそこから離隔されて位置する表面を有する下側部材とを備える。表面は、粉末が表面上に山を形成することができる。輸送しきれない場合、山は、チャネルの開いた端部を遮断するように配置される。デバイスは、さらに下側部材と、粉末を表面から運び去るための原動力を生成するための輸送デバイスを備える。
【００３０】
このようにして、デバイスは、チャネルが遮断されないまま維持されるように原動力が粉末を運び去っているかどうかに基づいて、ホッパからの粉末の流れを自動的に制御する。
【００３１】
輸送デバイスは、表面について粉末を輸送し去るように表面でガス流を生成するためのポンプを備えるガス回路を備え得る。あるいは、輸送デバイスは、表面をわたって出口に粉末を流すように表面を振動するための超音波バイブレータなどバイブレータを備え得る。
【００３２】
デバイスは、複数の供給チャネルを備え得る。その、または各供給チャネルは、下側部材の上方にそこから離隔されて位置する上側部材に設けられ得る。下側部材は、粉末が原動力によってその中へ輸送される１つまたは複数の出口を備え得る。出口は、粉末が原動力によって出口に輸送された後で、重力により粉末が出口を通って出るように配置され得る。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の一実施形態による粉末床溶融装置の概略図である。
【図２】図１に示されている粉末床溶融装置の斜視図である。
【図３】本発明のさらなる実施形態による粉末床溶融装置の概略図である。
【図４】造形チャンバの内側を示すために造形チャンバドアが省略されている、さらなる実施形態による粉末床溶融装置の斜視図である。
【図５】矢印が造形チャンバ内のガス流の一般的な方向を示す、さらなる実施形態による粉末床溶融装置の断面図である。
【図６】さらなる実施形態による粉末床溶融装置のガスマニフォルド／粉末収集ホッパの内側の斜視図である。
【図７】ガスマニフォルド／粉末収集ホッパの内側、およびガス／粉末輸送回路の一部を示すさらなる実施形態による粉末床溶融装置の斜視図である。
【図８】粉末をガスマニフォルド／粉末収集ホッパからガス／粉末輸送回路の配管網内に供給するための供給パイプおよび制御弁の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
図を参照すると、本発明の一実施形態による粉末床溶融装置１０１は、造形容積を画定するように造形スリーブ１０３内で可動の造形プラットフォーム１０２と、作業平面内で造形容積にわたって粉末の層を形成するための層形成デバイスと、粉末を選択的に溶融するために、光窓１０７を通してレーザビームを導き、作業平面にわたってレーザビームを操向するためのスキャナ１０６とを備える。粉末層を連続的に形成することにより、造形容積内に粉末床１２３が形成される。
【００３５】
層形成デバイスは、典型的には、粉末を投与するためのドーザ１０８と、投与された粉末を層の形に広げるためのワイパ１０９とを備える。この実施形態では、ドーザは、粉末をホッパ１１０から表面１０４上に投与するトップドーザである。ドーザ１０８は、特許文献６に開示されているものによるものであってよい。ワイパの下側縁部は、作業平面を画定し、表面１０４と実質的に位置合わせされる。
【００３６】
粉末床の表面を囲む不活性雰囲気を維持するために、造形チャンバ１１３が設けられている。造形チャンバ１１３は、特許文献７に記載の上側および下側チャンバを含むことができる。ガス回路１１６がガスノズル１１４およびガス排気部１１５を介して造形チャンバ１１３と流体連通している。ポンプ１１７は、ガスノズル１１４がガスを造形チャンバ１１３内に推進し、ガス排気部１１５がガスを造形チャンバ１１３から抜き取り、作業平面にわたってガス流（いわゆる「ガスナイフ」）を生成するように、回路周りでガスを圧送する。ガス回路は、定義されたサイズ、たとえば１０ミクロン超を有する粒子をガス流から除去するためのサイクロンデバイスの形態のセパレータ１１９と、定義されたサイズ、たとえば数ミクロン程度以下より小さいサイズを有する粒子を濾過するための微細メッシュフィルタ１２０とをさらに備える。典型的には、金属粉末床溶融プロセスにおいて使用されることになる粉末についての粒子サイズ分布は、１０から１００ミクロンの間の粒子を含むことになり、サイクロンセパレータ１１８は、造形のために許容されるサイズを有する粒子を、造形プロセスのための下側サイズ閾値未満のサイズを有する粒子から分離する。
【００３７】
サイクロンセパレータ１１９は、サイクロンセパレータ１１９によってガス流から分離された粒子がホッパ１１０内に落下することができるように、ホッパ１１０の上方に設けられる。ふるい１２１がセパレータ１１９からの出口とホッパ１１０との間に設けられ、ふるい１２１のメッシュのサイズは、上側サイズ閾値未満の粒子がそこを通ってホッパ１１０内に落下し、一方、上側サイズ閾値より大きい粒子は、ふるい１２１の縁部に移動し、オーバサイズ粒子容器１２２内に落下するように選択される。次いで、ホッパ１１０に戻った粒子は、現在または後続の造形のために再び投与ドージングすることができる。
【００３８】
粉末床溶融装置は、物体が取り付けられる造形基材１０２ａと係合し、粉末が物体から自由になり、作業平面の上方の場所で、また造形容積内に堆積されるように、作業平面の上方の上昇位置で物体を傾斜させるように構成された機械的マニピュレータ１０５をさらに備える。機械的マニピュレータは、特許文献５に記載されているものであってよい。
【００３９】
図２は、粉末床溶融装置の要素のための好ましい配置を示している。ホッパ１１０、ドーザ１０８、およびワイパ１０９は、ガスノズル１１４およびガス排気部１１５によって成るガスナイフに対して直交する層形成方向で粉末床１２３にわたって粉末が広げられるように配置される。図２では、ガス回路１１６の配管網の一部だけが示されている。図２は、層形成方向に粉末床１２３の両側に位置する、ガス排気部１１５のオーバーフローチャネル１１５ａおよび１１５ｂをも示す。これらのチャネルは、造形チャンバ１１３内に開いており、層の形成後に残される余分な粉末は、ワイパ１０９によってチャネル１１５ａ、１１５ｂ内に押し込まれる。各チャネル１１５ａ、１１５ｂの底部は、水平に対して、粉末の安息角より大きい角度にある。このようにして、チャネル１１５ａ、１１５ｂ内に押し込まれる粉末は、排気マニフォルド／粉末収集ホッパ１１５ｃに流れる。しかし、排気チャネル１１５ａ、１５５ｂを下って流れるガスは、チャネル１１５ａ、１１５ｂに沿って粉末の流れを促進する。したがって、排気チャネル１１５ａ、１１５ｂの底部についてより浅い角度が許容されると考えられる。
【００４０】
また、排気マニフォルド／粉末収集ホッパ１１５ｃは、ガスナイフがガス排気部１１５内で作業平面にわたってガスノズル１１４から開口１１５ｄへ生成されるように、作業平面の上方に設けられた開口１１５ｄを介して造形チャンバ１１３と接続される。
【００４１】
作業平面の上方に位置する造形基材１０２ａもまた、図２に示されている。粉末床溶融装置内で構築される物体、特に金属物体は、特許文献８に開示されているように、造形プラットフォーム１０２上に搭載された造形基材１０２ａ上に構築される。機械的マニピュレータ１０５は、造形基材と係合し、造形基材およびそこに接続された物体を作業平面の上方に持ち上げ、ワイパ１０９がその下を移動するために十分なクリアランスがもたらされるように構成され得る。したがって、造形が完了したとき、機械的マニピュレータ１０５は回転され、物体および造形基材１０２ａを図２に示されている位置に上昇させることによりアームが造形基材１０２ａと係合し、造形基材１０２ａを機械的マニピュレータ１０５に固定するように、係合アーム１０５ａ、１０５ｂを配置する。次いで造形プラットフォーム１０２は下降され、機械的マニピュレータ１０５をさらに回転することにより、造形基材１０２ａおよびそこに取り付けられた物体１２４が作業平面上方に上昇する。このプロセス中、物体１２４は、粉末床１２３の粉末から自由になり、この粉末は、造形容積内、造形容積周りの表面上、またはオーバーフローチャネル１１５ａ、１１５ｂ内に落下して戻る。次いで、造形チャンバ１１３内に残る粉末は、ワイパ１０９を使用して粉末をオーバーフローチャネル１１５ａ、１１５ｂ内に押し込むことによって回収される。これは、ワイパ１０９が各ストロークでチャネル１１５ａ、１１５ｂ内に押し込むために使用可能な粉末の量を制御するための造形プラットフォームの段階的な上昇と共に実施され得る。
【００４２】
さらに、ガスナイフの速度は、デビルド中、物体１２４からの粉末の除去を容易にするようにポンプ１１７を適切に制御することによって増大され得る。機械的マニピュレータ１０５は、さらに回転され、物体から粉末をたたき／振動させ、物体を異なる向きでガスナイフに通すように、突然停止を実施し得る。
【００４３】
回収された粉末は、ガス流によってガス回路１１６を通ってサイクロンセパレータ１１９に搬送され、サイクロンセパレータは、回収された粉末がホッパ１１０に戻るように粉末をガス流から分離する。
【００４４】
排気マニフォルド１１５ｄは、粉末をシステムに供給するための入口１１５ｅをさらに備える。
【００４５】
この粉末床溶融装置の利点は、ガスによって運ばれる粉末、余分な粉末、および回収された粉末がすべて、ガスナイフを生成するためにも使用される同じ搬送機構を使用して再使用のためにホッパ１１０に搬送して戻されることである。ガス流それ自体が粉末をホッパに搬送するために使用されるので、ガス回路に加えて別個の搬送システムは必要とされない。このシステムを機械的マニピュレータ１０５と共に使用することは、粉末床１２３からホッパ１１０への粉末の回収の自動化をもたらす。
【００４６】
さらに、粉末は、粉末を不活性雰囲気から除去することなしにホッパ１１０に戻され、空気にさらされることなしに粉末が粉末床溶融装置に戻されることを必要とするという点において、機械から、たとえば取外し可能な造形スリーブ内で粉末を除去するシステムに伴う問題を軽減する。しかし、さらなる実施形態では、サイクロン１１９によって分離された粉末は、粉末を投与するために使用されるホッパ１１０とは別個の容器内に堆積され、その結果、粉末を後続の造形で使用する前にチェックすることができる。たとえば、汚染について粉末をチェックすること、および／または粉末が必要とされる粒子サイズ分布を有するかどうか判定することに望ましい。粉末のこのチェックは、容器が機械上にあるままで実施されても、容器が機械から、たとえば粉末ハンドリング設備へ除去されたとき実施されてもよい。粒子サイズ分布に対する調整など、粉末に対する調整もまた、たとえば粉末を容器内で別の供給源から提供された粉末と混合することによって機械の内外で実施される。次いで、この混合された粉末は、後続の造形で使用するために粉末床溶融装置のホッパ１１０に戻される。
【００４７】
次に、本発明のさらなる実施形態について、図３から図８を参照して述べる。ただし２００番台の符号を使用し、図１および図２を参照して述べた先の実施形態の特徴に対応するこのさらなる実施形態の特徴を参照する。図１および図２を参照して述べた実施形態とは異なるさらなる実施形態の特徴だけについて以下で述べる。残りの特徴については、図１および図２を参照したこれらの特徴についての上記の説明を参照する。
【００４８】
さらなる実施形態では、インサート２３０の外側表面と造形チャンバ２１３の内側表面との間にプレナムチャンバ２３１を形成するために、造形チャンバ２１３内にインサート２３０が設けられる。天井を画定するインサート２３０の上部壁は、ガスがプレナムチャンバ２３１から、造形チャンバ２１３およびインサート２３０によって囲繞された中央の主な容積内に流れることを可能にするために、アパーチャ（図示せず）のアレイを備える。インサート２３０の側壁２３３は、作業表面／粉末床にわたって流れるように下側ガスノズル２１４ａを通って送達される高速ガスのための間隙２３２を画定するように造形チャンバ２３１の床／下側表面２０４から離隔されている下端２３４を有する。上側ガス入口２１４ｂは、プレナムチャンバ２３１の上側領域内にガスを送達する。
【００４９】
フローレギュレータ２３５は、２つのガス入口２１４ａおよび２１４ｂへの不活性ガスの流れを制御する。
【００５０】
この実施形態では、ガス排気部／開口２１５ｄは、ガスと、粉末床および／または造形プラットフォーム１０２から拭き取られた粉末とを共に受け取るために、造形チャンバ２３０の床（処理プレート）２０４に設けられる。インサート２３０の側壁２３６は、ガス流によって排気部／開口２１５ｄへ運ばれた粒子およびワイパ２０９によって排気部／開口２１５ｄへ変位された粉末がガス排気部２１５ｄ内に運ばれる／落下するように、ガス排気部２１５ｄと交差するように床１０４に延びる。第１の実施形態と同様に、２つのオーバーフローチャネル（一方の２１５ａだけが示されている）は、余分な粉末を収集するために、ワイパ２０９の移動の方向で、造形スリーブ２０３の両側に設けられる。排気部２１５ｄおよびオーバーフローチャネル２１５ａは、収集ホッパ２１５ｃに接続される。
【００５１】
ガス管路２１６ａが収集ホッパ２１５ｃの上部セクション内に延びる。この実施形態では、ガス管路２１６ａは、収集ホッパ２１５ｃの幅全体にわたって延びる。ガス管路は、下向きに面するアパーチャ２１６ｂを有するパイプを備える。このようにして、ガス流は、アパーチャ２１６ｂを通ってガス管路２１６ａ内に吸引され（点線矢印によって示されている）、一方、粉末粒子の大部分は、収集ホッパ２１５ｃの下側セクション内に落下する（実線矢印によって示されている）。したがって、ガス流は、収集ホッパ２１５ｃ内に収集される粉末によって妨げられない（収集ホッパ内に収集される粉末の上側表面は、アパーチャ２１６ｂの下方に残る）。
【００５２】
オーバーフローチャネル２１５ａ、２１５ｂからの粉末は、入口２１７ａおよび入口２１７ｂを通って収集ホッパ２１５ｃ内に流れる。
【００５３】
ホッパ２１５ｃの底部は、粉末をガス流回路２１６内に戻るように供給するための供給パイプ２１８に通じる。供給パイプ２１８は、供給パイプ２１８の出口２１８ａがガス導管２１９内に位置するように、ガス回路２１６のガス導管２１９内に延びる。出口２１８ａは、出口２１８ａから分配される粉末が導管２１９内で山を形成することができ、これが最終的にパイプを粉末で充填する前に出口２１８ａを遮断することになるように位置することが好ましい。このようにして、ガスは、導管２１９内に導入されガス流内で飛沫同伴され得、しかしパイプを充填せず導管２１９を遮断しないように妨げられる。
【００５４】
供給パイプ２１８を通る粉末流量を制御するために、弁２２０が作動可能である。弁２２０は、クランプを備え、このクランプを調整し、供給パイプ２１８を様々な度合いで拘束することができる。クランプは、手動で操作可能であっても、コントローラ（図示せず）の制御下でプロセス中に調整することができるようにモータ駆動されてもよい。
【００５５】
先の実施形態と同様に、ガス流内で飛沫同伴される粉末は、サイクロンに運ばれ、これは、粉末をガス流から分離し、粉末をふるい２２１上に堆積する。ふるい２２１は、オーバサイズ粒子を分離し、粉末の残りの部分は、造形で使用するために分配ホッパ２１０内に落ちる。次いで、ガスは、下側入口ノズル２１４ａおよび上側入口ノズル２１４ｂに再循環されて戻り、造形チャンバ２１３を通るガス流を生成する。このようにして、同じガス流回路が、造形チャンバ２１３を通るガス流を生成するために、また粉末を分配ホッパ２１０に輸送するために使用される。
【００５６】
造形の終わりに、その物体は、造形プラットフォーム２０２によって造形スリーブ２０３から上昇される。第１の実施形態と同様に、装置は、物体が取り付けられる造形基材と係合し、粉末が物体から自由になり、作業平面の上方の場所で、および造形容積内に堆積されるように、作業平面の上方の上昇位置で物体を傾斜させるように構成された機械的マニピュレータ（図示せず）をさらに備える。（機械的マニピュレータ有り、または無しで）物体から未固結粉末を供給中には、ノズル２１４ａからのガスの速度を増大するために、下側入口ノズル２１４ａからのガス流が増大され、上側入口ノズル２１４ｂを通るガス流が減少さらには完全に停止されてもよい。この高速ガスは、粉末を物体から吹き飛ばすように働くことができる。ポンプスピードを調整するのではなく、またはポンプスピードを調整することに加えて、フローレギュレータ２３５は、下側ガスノズル２１４ａおよび上側ガスノズル２１４ｂへ流れるガスの比率を変えるように操作される。それに加えて、または代替として、下側ガスノズル２１４ａは、下側ガス流ノズル２１４ａ内のアパーチャのサイズを減少させるためのシャッタ（図示せず）を備え、それによりそこを通るガス流を増大してもよい。
【００５７】
特許請求の範囲に定義されている発明の範囲から逸脱することなしに、上記の実施形態に対して修正および変更がなされ得る。たとえば、粉末は、造形プラットフォーム１０２および／または造形プラットフォーム１０２を囲む表面１０４の振動を使用して排気チャネル１１５ａ、１１５ｂに変位されてもよい。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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