(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
流動層反応器の流動チャンバに金属粉末を導入し、
流動化ガスを前記流動チャンバに流し、
前記金属粉末の粒子の焼結が防止されるよう前記金属粉末の粒子が互いに分離されるように、前記流動化ガスの流れ中で前記金属粉末を運び、
前記金属粉末から吸着水を除去するのに十分な期間及び処理温度で前記流動化ガスに前記金属粉末を露出させることにより、前記金属粉末から前記吸着水を除去する、
ことを含む方法であって、
前記方法は、前記金属粉末の粒径に基づいて前記流動層反応器内の前記金属粉末の異なる粒径を浮遊させることができる選択的流動化システムをさらに備え、
前記方法は、複数の流動チャンバをさらに備え、
前記複数の流動チャンバは、前記金属粉末の異なる粒径を異なる流動層反応器へ分割する、方法。
【請求項２】
前記流動化ガスは、ガスまたは混合ガスを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】
前記流動化ガスは、窒素ガスを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】
付加製造プロセスにおいて前記金属粉末を使用することをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記方法は、前記金属粉末の焼結温度より低い温度に前記流動チャンバを加熱することにより、前記金属粉末から前記吸着水を除去することをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記方法は、前記流動チャンバ内で金属粉末の所望の粒径を浮遊させる流動化ガス流量を選択することをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記複数の流動チャンバは、前記流動化ガスの選択的な流量を使用して各流動チャンバと関連する一定の大きさで金属粉末を分離することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記方法は、前記金属粉末のコールドスプレーを含む付加製造プロセスで使用されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項９】
金属粉末を収容する流動チャンバを有した流動層反応器と、
前記金属粉末の粒子の焼結が防止されるよう前記金属粉末の粒子が互いに分離されるように、前記金属粉末を流動化供給ガス中で浮遊させる前記流動チャンバに流す前記流動化供給ガスを提供するように、前記流動チャンバに接続された流動化ガス供給源と、
前記金属粉末から吸着水を除去するのに十分な前記流動チャンバの温度を維持するヒータと、
前記金属粉末を使用して対象物を形成する付加製造装置と、
を備えたシステムであって、
前記流動層反応器は、前記金属粉末の粒径に基づいて前記流動層反応器内で前記金属粉末の異なる粒径を浮遊させることができる複数の流動チャンバを備える、システム。
【請求項１０】
前記流動化供給ガスは、ガスまたは混合ガスを備えることを特徴とする請求項９に記載のシステム。
【請求項１１】
前記流動化供給ガスは、乾燥した窒素ガスを備えることを特徴とする請求項１０に記載のシステム。
【請求項１２】
前記金属粉末の焼結温度より低い温度に前記流動チャンバを加熱することにより、前記流動層反応器は、前記金属粉末から前記吸着水を除去することを特徴とする請求項９に記載のシステム。
【請求項１３】
前記流動層反応器は、各流動チャンバ内で前記金属粉末の所望の粒径を浮遊させる流動化供給ガスの流量を選択する流量制御装置を備えることを特徴とする請求項９に記載のシステム。
【請求項１４】
前記システムは、前記金属粉末のコールドスプレーを含む付加製造プロセスを実行することを特徴とする請求項９に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、付加製造、特に、付加製造で使用される粉末の熱処理に関する。
【背景技術】
【０００２】
付加製造のための金属粉末の調製において、粉末の表面が非常に速く酸化し得る。粉末の酸化した表面を環境に露出させるときには、水がこの表面に吸着し、酸化物上に吸着し得る。付加製造プロセス中にこの粉末を使用すると、粉末に吸着された水が、形成された端材に空隙を生じさせ得る。付加製造された材料から水を除去する方法は、端材に水素を生成させ、これにより、端材が、より脆いものとなり得る。
【０００３】
付加製造中に金属粉末から吸着水を除去する従来の方法は、様々な脱ガス方法を含む。従来の脱ガス方法は、極低圧真空及び高温の使用を伴う。脱ガス中に極低圧真空を維持するために、複雑化が生じ得る。さらに、従来の高温熱処理方法は、金属粉末の不要な焼結を生じさせ得る。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
方法は、金属粉末を流動層反応器の流動チャンバに導入することを含む。流動化ガスが、流動チャンバに流入する。金属粉末は、流動化ガスの流れ中で運ばれるようになる。金属粉末から吸着水を除去する期間及び処理温度で金属粉末を流動化ガスに露出させることで、吸着水が、金属粉末から除去される。
【０００５】
システムは、流動層反応器を備えており、該流動層反応器は、金属粉末を収容する流動チャンバを有している。流動チャンバに接続される流動化ガス供給源は、流動化供給ガスを提供する。流動化供給ガスは、流動チャンバに流入し、金属粉末を流動化供給ガス中で浮遊させる。ヒータが、金属粉末から吸着水を除去するのに十分な流動チャンバ内部の温度を維持する。そして、金属粉末は、付加製造装置で対象物を形成するように用いられる。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】本発明を組み込む方法の概略的なブロック図である。
【図２Ａ】本発明に従う流動層反応器の例示的な実施例の概略的な断面図である。
【図２Ｂ】本発明に従う流動層反応器の例示的な実施例の概略的な断面図である。
【図３】本発明に従う一連の流動層反応器の例示的な実施例の概略的な断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
図１は、付加製造装置１４での粉末供給物１２の使用前に、粉末供給物１２から水を除去するサイクル１０のフローチャートを示す。サイクル１０は、新しい粉末１６を再生粉末１８と組み合わせて粉末供給物１２を形成することを含む。粉末供給物１２を流動層反応器２０内に移動させ、付加製造装置１４用の粉末供給物１２を調製する。付加製造装置１４により付加製造プロセスを実行した後に、部品２４を残りの粉末２６から分離する２２。残りの粉末２６は、付加製造装置１４から再生され、再生粉末１８になる。そして、再生粉末１８は、粉末供給物１２と再び結合され、サイクル１０で再利用される。
【０００８】
流動層反応器２０は、付加製造装置１４の粉末供給物１２を調製するために使用される。流動層反応器２０は、粉末供給物１２を流動化し粉末供給物１２に熱処理を適用することで粉末供給物１２を調製する。粉末供給物１２の流動化と熱処理とを組み合わせることで、粉末供給物１２から吸着水を除去する有効なプロセスを可能にする。粉末供給物１２を流動化することで、粒子が流動化ガス３４中で浮遊し、粉末供給物１２の個々の粒子が互いに分離する。熱処理の適用中に、粉末供給物１２の粒子が互いに極めて接近していないので、粉末供給物１２の粒子の焼結が防止される。流動層反応器２０を使用することで、粉末供給物１２の非流動化した粒子の静的な特性と、これらの粒子が他の粒子に極めて接近していること、による従来の脱ガス方法に対して、向上がもたらされる。従来の方法では、粉末供給物１２を熱処理するときに、粉末供給物１２の粒子が極めて接近していることにより、粉末供給物１２の焼結が生じ得る。
【０００９】
図２Ａは、本発明に従う流動層反応器２０の例示的な実施例の概略的な断面図を示している。流動層反応器２０が、流動チャンバ２８を備えている。非流動化した粉末３０が、流動チャンバ２８に導入される。流動化プロセスを開始する前は、非流動化した粉末３０が、流動チャンバ２８の底部上で静止している。
【００１０】
図２Ｂは、本発明に従う流動層反応器２０の例示的な実施例の概略的な断面図を示している。流動化ガス３４を流動チャンバ２８に導入するときに、図２Ａの非流動化した粉末３０が、流動化した粉末３２になる。流動チャンバ２８を通して流動化ガス３４を導入するときに、流動化した粉末３２が、流動化ガス３４中で浮遊するようになる。流動化ガス３４は、流動層反応器２０の底部で供給ライン３６を通して流動チャンバ２８に入る。熱電対３８が、流動チャンバ２８内に位置している。熱電対３８は、流動チャンバ２８の内部の温度を制御し、流動化した粉末３２からあらゆる吸着水を除去するのに十分な反応温度を提供する。流動化ガス３４は、流量４０で流動チャンバ２８に導入される。また、流動化ガス３４の存在は、流動化した粉末３２から吸着水を取り出すことの助けとなる。流動化ガス３４は、窒素または任意の他の乾燥したガスを備えることができる。流動化ガス３４は、排出ライン４１を通して流動チャンバ２８から出る。
【００１１】
流動化した粉末３２から吸着水を除去することで、付加製造プロセス中に形成される端材内の空隙が防止される。また、流動層反応器２０を使用することで、非流動化した粉末３０の焼結が防止される。流動化した粉末３２の粒子は、非流動化した粉末３０中にあるときには、静的な位置で互いに接触していない。非流動化した粉末３０を加熱するときに、非流動化した粉末３０の粒子が、これらの粒子が互いに比較的接近していること、及び流動チャンバ２８での高温加熱により、焼結し得る。流動化した粉末３２の粒子が、流動化した粉末３２の他の粒子に極めて接近して静止していないので、流動チャンバ２８の温度上昇時に、流動化した粉末３２の焼結の発生が減少する。本発明の流動層反応器２０を、流動化した粉末３２の焼結なしで実質的に高温に加熱することを可能にする高温焼なましに用いることができる。また、流動層反応器２０の使用により、従来の脱ガス方法で使用される極低圧真空を維持することに関連する複雑化が、未然に防止される。
【００１２】
図３は、本発明に従う流動層反応器２０の例示的な実施例の概略的な断面図である。流動層反応器２０は、第１の流動チャンバ２８Ａ、第２の流動チャンバ２８Ｂ及び第３の流動チャンバ２８Ｃを備えている。第１の流動チャンバ２８Ａは、第１の接続ライン４４により第２の流動チャンバ２８Ｂに流体的に接続されている。第２の流動チャンバ２８Ｂは、第２の接続ライン４６により第３の流動チャンバ２８Ｃに流体的に接続されている。第１の熱電対３８Ａが第１の流動チャンバ２８Ａ内に位置しており、第２の熱電対３８Ｂが第２の流動チャンバ２８Ｂ内に位置しており、第３の熱電対３８Ｃが第３の流動チャンバ２８Ｃ内に位置している。流動化ガス３４は、排出ライン４１を通して流動チャンバ２８Ｃから出る。
【００１３】
流動化プロセス中に、流動化ガス３４の流量は、流動化した粉末３２の一定の大きさを分類するために、第１の流動チャンバ２８Ａ、第２の流動チャンバ２８Ｂ及び第３の流動チャンバ２８Ｃの各々で制御される。流動化ガス３４の第１の流量４０Ａ、第２の流量４０Ｂ及び第３の流量４０Ｃは、第１の流動チャンバ２８Ａ、第２の流動チャンバ２８Ｂ及び第３の流動チャンバ２８Ｃの各々で選択され、第１の粉末粒子５０Ａ、第２の粉末粒子５０Ｂ及び第３の粉末粒子５０Ｃをそれぞれ運ぶ。流動化ガス３４の大きい第１の流量４０Ａは、より大きい第１の粉末粒子５０Ａが流動化ガス３４中で浮遊するようになるように、第１の流動チャンバ２８Ａに導入される。第１の流量４０Ａは、第１の流量制御装置４８Ａによって制御される。第１の粉末粒子５０Ａの大きさより小さい第２の粉末粒子５０Ｂ及び第３の粉末粒子５０Ｃは、第１の流動チャンバ２８Ａから第１の接続ライン４４を通して第２の流動チャンバ２８Ｂに、流動化ガス３４の第１の流量４０Ａで運ばれる。第１の流動チャンバ２８Ａ内で浮遊する第１の粉末粒子５０Ａの大きさの例は、１００μｍより大きい。
【００１４】
第１の流動チャンバ２８Ａと対応する流動化ガス３４の第１の流量４０Ａより遅い、流動化ガス３４の第２の流量４０Ｂは、第２の流動チャンバ２８Ｂに導入される。第２の流動チャンバ２８Ｂにおいて、第２の粉末粒子５０Ｂが、流動化ガス３４中で浮遊するようになる。第２の粉末粒子５０Ｂより小さい第３の粉末粒子５０Ｃは、第２の流動チャンバ２８Ｂから第２の接続ライン４６を通して第３の流動チャンバ２８Ｃに運ばれる。第２の流量制御装置４８Ｂは、第２の流動チャンバ２８Ｂに流入する流動化ガス３４の第２の流量４０Ｂを制御する。第２の流動チャンバ２８Ｂ内で浮遊する第２の粉末粒子５０Ｂの大きさの例は、５０〜１００μｍの範囲の大きさとなり得る。
【００１５】
第２の流動チャンバ２８Ｂと対応する流動化ガス３４の第２の流量４０Ｂより遅い、流動化ガス３４の第３の流量４０Ｃは、第３の流動チャンバ２８Ｃに導入される。第３の流動チャンバ２８Ｃにおいて、第３の粉末粒子５０Ｃは、流動化ガス３４中で浮遊するようになる。第３の流量制御装置４８Ｃは、第３の流動チャンバ２８Ｃに流入する流動化ガス３４の第３の流量４０Ｃを制御する。第３の流動チャンバ２８Ｃ内で浮遊する第３の粉末粒子５０Ｃの大きさの例は、１５〜５０μｍの範囲の大きさとなり得る。
【００１６】
異なる流動チャンバに対し粉末粒径を選択的に制御することで、各流動チャンバに導入される流動化ガス流量及び各流動チャンバの直径に基づいて、粉末を分粒することができる。粉末粒径に基づいて、一定の流量が、各流動層反応器内で異なる粒径を浮遊させるように選択される。
【００１７】
例示的な実施例を参照して本発明を説明してきたが、本発明の範囲から逸脱することなく、様々な変更が行われ、同等のものが本発明の要素に代替され得ることが、当業者により理解されるであろう。さらに、本発明の真の範囲から逸脱することなく、本発明の教示へ特定の状況または材料を適用するために、多くの修正が行われ得る。従って、本発明は、開示された特定の実施例に限定されるものではなく、本発明が添付の特許請求の範囲内にある全ての実施例を含むことが意図される。
【００１８】
以下は、本発明の可能な実施例の非独占的な記載である。
【００１９】
方法は、金属粉末を流動層反応器の流動チャンバに導入することを含む。流動化ガスが、流動チャンバに流入する。金属粉末は、流動化ガスの流れ中で運ばれる。金属粉末から吸着水を除去するのに十分な期間及び処理温度で金属粉末を流動化ガスに露出させることで、吸着水が、金属粉末から除去される。
【００２０】
前項の方法は、追加的及び／または代替的に、以下の特徴、構成及び／または追加の構成要素のうちの任意の１つ以上を任意選択的に含むことができる。
【００２１】
流動化ガスは、望ましい特性を有したガスまたは混合ガスを備え、
流動化ガスは、窒素ガスを備え、
方法は、付加製造プロセスにおいて金属粉末を使用することをさらに含み、
金属粉末の焼結温度より低い温度に流動チャンバを加熱することで、吸着水が金属粉末から除去され、
方法は、金属粉末の粒径に基づいて流動層反応器内で金属粉末の異なる粒径を浮遊させることができる選択的流動化システムをさらに備え、
方法は、流動チャンバ内の金属粉末の所望の粒径を浮遊させる流動化ガス流量を選択することをさらに含み、
方法は、複数の流動チャンバをさらに備え、
複数の流動チャンバは、金属粉末の異なる粒径を異なる流動層反応器に分割し、
複数の流動チャンバは、流動化ガスの選択的な流量を使用して、各流動チャンバと関連する一定の大きさを有する金属粉末を分離し、
方法は、金属粉末のコールドスプレーを含む付加製造プロセスで使用される。
【００２２】
システムは、流動層反応器、流動化ガス供給源、ヒータ及び付加製造装置を備えている。流動層反応器は、金属粉末を収容する流動チャンバを備えている。流動化ガス供給源は、金属粉末を流動化供給ガス中で浮遊させる流動チャンバに流入する流動化供給ガスを提供するように、流動チャンバに接続されている。ヒータは、金属粉末から吸着水を除去するのに十分な流動チャンバ内の温度を維持する。付加製造装置は、金属粉末を使用して対象物を形成する。
【００２３】
前項のシステムは、追加的及び／または代替的に、以下の特徴、構成及び／または追加の構成要素のうちの任意の１つ以上を任意選択的に含むことができる。
【００２４】
流動化供給ガスは、所望の特性を有したガスまたは混合ガスを備え、
流動化供給ガスは、乾燥した窒素ガスを備え、
金属粉末の焼結温度より低い温度に流動チャンバを加熱することで、流動層反応器は、金属粉末から吸着水を除去し、
流動層反応器は、粉末の粒径に基づいて流動層反応器内で金属粉末の異なる粒径を浮遊させることができる複数の流動チャンバを備え、
流動層反応器は、各流動チャンバ内で金属粉末の所望の粒径を浮遊させる流動化供給ガス流量を選択する流量制御装置を備え、
システムは、金属粉末のコールドスプレーを含む付加製造プロセスを実行する。
なお、好ましい方法について、以下に記載する。
好ましい方法は、流動層反応器の流動チャンバに金属粉末を導入し、
流動化ガスを前記流動チャンバに流し、
前記流動化ガスの流れ中で前記金属粉末を運び、
前記金属粉末から吸着水を除去するのに十分な期間及び処理温度で前記流動化ガスに前記金属粉末を露出させることにより、前記金属粉末から前記吸着水を除去する。
好ましくは、前記流動化ガスは、ガスまたは混合ガスを備える。
好ましくは、前記流動化ガスは、窒素ガスを備える。
好ましくは、前記方法は、付加製造プロセスにおいて前記金属粉末を使用することをさらに含む。
好ましくは、前記方法は、前記金属粉末の焼結温度より低い温度に前記流動チャンバを加熱することにより、前記金属粉末から前記吸着水を除去することをさらに含む。
好ましくは、前記方法は、前記金属粉末の粒径に基づいて前記流動層反応器内の前記金属粉末の異なる粒径を浮遊させることができる選択的流動化システムをさらに備える。
好ましくは、前記方法は、前記流動チャンバ内で金属粉末の所望の粒径を浮遊させる流動化ガス流量を選択することをさらに含む。
好ましくは、前記方法は、複数の流動チャンバをさらに備える。
好ましくは、前記複数の流動チャンバは、前記金属粉末の異なる粒径を異なる流動層反応器へ分割する。
好ましくは、前記複数の流動チャンバは、前記流動化ガスの選択的な流量を使用して各流動チャンバと関連する一定の大きさで金属粉末を分離する。
好ましくは、前記方法は、前記金属粉末のコールドスプレーを含む付加製造プロセスで使用される。
また、好ましいシステムについて、以下に記載する。
好ましいシステムは、金属粉末を収容する流動チャンバを有した流動層反応器と、
前記金属粉末を流動化供給ガス中で浮遊させる前記流動チャンバに流す前記流動化供給ガスを提供するように、前記流動チャンバに接続された流動化ガス供給源と、
前記金属粉末から吸着水を除去するのに十分な前記流動チャンバの温度を維持するヒータと、
前記金属粉末を使用して対象物を形成する付加製造装置と、
を備える。
好ましくは、前記流動化供給ガスは、ガスまたは混合ガスを備える。
好ましくは、前記流動化供給ガスは、乾燥した窒素ガスを備える。
好ましくは、前記金属粉末の焼結温度より低い温度に前記流動チャンバを加熱することにより、前記流動層反応器は、前記金属粉末から前記吸着水を除去する。
好ましくは、前記流動層反応器は、前記金属粉末の粒径に基づいて前記流動層反応器内で前記金属粉末の異なる粒径を浮遊させることができる複数の流動チャンバを備える。
好ましくは、前記流動層反応器は、各流動チャンバ内で前記金属粉末の所望の粒径を浮遊させる流動化供給ガスの流量を選択する流量制御装置を備える。
好ましくは、前記システムは、前記金属粉末のコールドスプレーを含む付加製造プロセスを実行する。
【図１】
0006431898.tif 000002
【図２Ａ】
0006431898.tif 000003
【図２Ｂ】
0006431898.tif 000004
【図３】
0006431898.tif 000005