(57)【要約】      （修正有）【課題】三次元物体内における残留粉末の除去を簡易化する三次元物体の生成的な製造方法を提供する。【解決手段】ａ）製造装置の支持体５又は先に塗工された層に粉末材料１１を層状に塗工し、ｂ）層における三次元物体３の断面に対応する位置に、エネルギー放射８’を用いて前記粉末材料１１を選択的に固化し、ｃ）前記三次元物体３が完成するまで前記塗工と前記固化を繰り返す。前記三次元物体３は、その表面における開口部１４に開けた少なくとも一つの空洞１３を有し、前記粉末材料１１は、前記空洞１３内に延長し、前記開口部１４を介して前記空洞から取り出し可能なブローチ加工部材１２が形成されるように固化される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ａ）製造装置の支持体（５）又は先に塗工された層に粉末材料（１１）を層状に塗工し、
ｂ）層における三次元物体（３）の断面に対応する位置に前記粉末材料（１１）を選択的に固化し、
ｃ）前記三次元物体（３）が完成するまで前記塗工と前記固化を繰り返すことを含む、三次元物体（３）の生成的な製造方法であって、
前記三次元物体（３）は、前記三次元物体（３）の表面における開口部（１４）に開けた少なくとも一つの空洞（１３）を有し、
前記粉末材料（１１）は、前記空洞（１３）内に延長し、前記開口部（１４）を介して前記空洞から取り出し可能なブローチ加工部材（１２）が形成されるように固化されることを特徴とする製造装置を用いた三次元物体（３）の生成的な製造方法。
【請求項２】
前記三次元物体（３）が完成した後、案内路を形成するために、前記空洞（１３）の前記開口部（１４）から前記ブローチ加工部材（１２）を取り出し、
前記空洞（１３）内の前記粉末材料（１１）が除去されるように前記開口部（１４）と前記案内路に流体を適用することをさらに含む請求項１に記載の製造方法。
【請求項３】
前記ブローチ加工部材（１２）は、帯板形状、波形形状、らせん形状、又はそれらを組み合わせた形状を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の製造方法。
【請求項４】
前記ブローチ加工部材（１２）は、押付部材又はかかりを有することを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の製造方法。
【請求項５】
前記ブローチ加工部材（１２）は、把持部材（１５）を有することを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の製造方法。
【請求項６】
前記ブローチ加工部材（１２）は、前記空洞（１３）の内壁に接触せず、且つ、均一に延在する内壁を有し通路の形状となる空洞（１３）において、好ましくは前記経路の中立軸に実質的に沿って延長することを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載の製造方法。
【請求項７】
前記空洞（１３）は、前記三次元物体（３）の表面において少なくとも２つの開口部（１４、１４’）に開け、両方の開口部（１４、１４’）における前記空洞（１３）から前記ブローチ加工部材（１２）を取り出し可能なことを特徴とする請求項１乃至６の何れか一項に記載の製造方法。
【請求項８】
前記ブローチ加工部材（１２）は、前記ブローチ加工部材（１２）が前記三次元物体（３）の前記空洞（１３）の異なる枝に進む分岐点を有することを特徴とする請求項１乃至７の何れか一項に記載の製造方法。
【請求項９】
複数のブローチ加工部材（１２、１２’）が、前記三次元物体（３）における一つ又は複数の空洞（１３）に形成されることを特徴とする請求項１乃至８の何れか一項に記載の製造方法。
【請求項１０】
製造装置の支持体（５）又は先に塗工された層に粉末材料（１１）を層状に繰り返し塗工し、三次元物体（３）に対応する位置に前記粉末材料（１１）が固化される、生成的な製造方法により製造される三次元物体（３）のデータセットの生成方法であって、
前記三次元物体（３）の表面における開口部（１４）に開けた少なくとも一の空洞（１３）を備える完成した三次元物体（３）の形状を定義するデータセットを生成し、
前記空洞（１３）内に延長し、前記開口部（１４）を介して前記空洞（１３）から取り出し可能なブローチ加工部材（１２）の形状を定義するデータにより前記データセットを補足することを特徴とするデータセットの生成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、三次元物体の生成的な製造方法及び対応データセットの生成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１（DE 199 37 260 B4）は、三次元物体を生成的に製造する既知の方法と装置を開示する。この方法及び装置は、ａ）装置の支持体又は先に塗工された層に粉末材料を層状に塗工する工程と、ｂ）層における上記三次元物体の断面に対応する位置にエネルギー放射により粉末材料を選択的に固化する工程と、ｃ）上記三次元物体が完成するまで上記ａ）の塗工工程とｂ）の固化工程を繰り返す工程を含む。
【０００３】
特許文献２（DE 295 06 716 U1）は、三次元物体を生成的に製造する既知の後処理方法を開示する。この方法では、残留粉末を除去するために、エアガンを用いて三次元物体を空気で吹き払う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】独国特許発明第１９９３７２６０号明細書
【特許文献２】独国実用新案第２９５０６７１６号明細書
【発明の概要】
【０００５】
本発明は、三次元物体内における残留粉末の除去を簡易化する三次元物体の生成的な製造方法を提供することを目的とする。この三次元物体は、請求項１の特徴を含む方法と請求項１０の特徴を有するデータセットの生成方法により達成される。また、従属項は本発明の更なる有利な具体例を規定する。
【０００６】
本発明による三次元物体は、大きな負担なしに内部の残留粉末を放出できるという利点を有する。例えば細長い形状のブローチ加工部材は、少なくとも案内路を生成するために、三次元物体の通路又はある程度角度の付いた空洞における残留粉末の放出を可能にする。経路と空洞の全断面のそれぞれが徐々に露呈されるように粗粒の有無にかかわらず気流が加えられる場合には、この案内路は最小流量の流れを許可する。
【０００７】
ブローチ加工部材は、三次元物体の製造時に用いるデータの要素である。ブローチ加工部材は、空洞の内壁に接触しないように配置される。均一に延在する内壁の経路の形状である空洞において、ブローチ加工部材は経路の中立軸と等しく又は少なくとも略沿って延長する。三次元物体の各空洞に対して、分離したブローチ加工部材を設けてもよい。同様に、一つの空洞において二つの部材を配置してもよい。すなわち、ブローチ加工部材がブローチ加工に適した角度の地点を示す分岐点で分かれる場合があり、空洞における開口部の両方のどちらからでも取り出しできる。
【０００８】
ブローチ部材は細長い形状を有し得るが、この形状に限られない。三次元物体用のデータセットの要素である各種類の幾何学的形状を用いることが可能であり、案内路を露呈できる。ブローチ加工部材は平坦な通路断面用の帯板形状、波形形状、又はらせん形状、又はこれらを組み合わせた形状を有し得る。従って、大きな角度が付いた空洞、通路、又は湾曲した通路のそれぞれから残留粉末を放出可能である。
【０００９】
本発明の更なる特徴及び目的は、以下の添付図面に基づく実施形態の説明から明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】三次元物体を製造する装置の概略図を示す。
【図２】図１の装置により製造される三次元物体の断面図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１は、レーザ焼結装置として例示的に具体化された三次元物体３の製造装置の概略図を示す。
【００１２】
上記レーザ焼結装置は、上部に開口を有し、その内に支持体５を備えるフレーム１と、製造される三次元物体３を支持し、垂直移動可能な支持体５を備える。フレーム１は、上部２において造形領域６を囲む。好ましくは、フレーム１と支持体５は、レーザ焼結装置から取り外し可能且つ交換可能な代替フレームを形成する。支持体５は、固化される各層の上側が造形領域６の面に沿うように、少なくとも造形領域６の面の下方において支持体５を垂直移動するリフト機構４と連結する。
【００１３】
さらに、粉末材料１１の層を塗工する塗工装置１０が設けられる。粉末材料１１として、全てのレーザ焼結可能な粉末が使用され得る。例えば、合成粉末、金属粉末、セラミック粉末、鋳物砂、及び複合材料粉末などが挙げられる。金属含有粉末状材料、任意の金属や合金を含む粉末材料、及び金属含有要素や非金属含有要素との混合物も考慮され得る。
【００１４】
塗工装置１０は、粉末材料１１の層がそれぞれ支持体５の上方及び最後に固化された層の上方に沿うように、造形領域６の上方における所定の高さに移動される。さらに上記装置は、偏向手段９により造形領域６における任意の位置に集中されるレーザビーム８、８’を発生するレーザ７形状の放射装置を備える。従って、レーザビーム８、８’は、製造される三次元物体３の断面に対応する位置に粉末材料１１を選択的に固化できる。
【００１５】
レーザ焼結装置は、新たに塗工された粉末層を固化に必要な粉末材料１１の加工温度近くに予熱するために、造形領域６の上方に加熱装置（不図示）を備える場合がある。
【００１６】
参照符号１００は、フレーム１、支持体５、及び塗工装置１０が配置される筐体を示している。好ましくは、筐体１００はレーザビーム８、８’導入用の入射口を上部領域に有する。また、好ましくは、筐体１００は気密に形成され、その内部に不活性ガスを導入できる。さらに、本製造装置において制御装置４０が提供される。この制御装置４０によって、造形処理を行うため及びレーザ７によるエネルギーの影響を制御するために本製造装置が協調的に制御される。上記制御装置４０は、三次元物体３を製造するために、三次元物体３の形状をＣＡＤデータなどで定義したデータセットを用いる。
【００１７】
本製造装置の操作では、最初に、第１粉末層の所望の厚さ単位で、支持体５の上側が造形領域６の面の下方に沿うまで、リフト機構４により支持体５が降下される。次に、塗工装置１０によって第１の粉末材料１１の層が支持体５上に塗工され、平坦化される。加熱装置が設けられる場合には、加熱装置を用いて最上部の粉末層１１の全体的な温度を固化に必要な加工温度より数℃低い温度に予熱できる。その後、制御装置４０は、固化される粉末材料１１の層の位置に対して偏向レーザビーム８、８’が選択的に作用するように偏向手段９を制御する。従って、粉末材料１１はそれらの位置で固化及び/又は焼結され、これにより三次元物体３が生成される。
【００１８】
次に、支持体５は、次層の所望の厚さ単位でリフト機構４により下降される。第２の粉末材料層は塗工装置１０により塗工且つ平坦化され、さらにレーザビーム８、８’により選択的に固化される。これらの工程は所望の物体３が製造されるまで繰り返される。
【００１９】
図２は、図１の装置により製造される三次元物体３の断面図を示す。
【００２０】
三次元物体３は、自身の下面において開口部１４に開けた空洞１３を有する。三次元物体３の製造中、空洞１３内に延長し、開口部１４を介して空洞１３から取り出し可能なブローチ加工部材１２が追加的に形成されるように、粉末材料１１が固化される。図２に示す実施形態では、空洞１３は、三次元物体３の上面において第２の開口部１４’にも開けている。ブローチ加工部材１２は第２の開口部１４’を介して空洞１３からも取り出し可能である。
【００２１】
このように、ブローチ加工部材１２は、最終的な三次元物体３における固有の構成要素ではない。レーザ焼結処理により三次元物体３を完成させた後、ブローチ加工部材１２が空洞１３の開口部１４から取り出され、案内路（pilot channel）が生成される。案内路は、レーザ焼結処理後に空洞１３から取り除くべき残留粉末材料１１の除去を簡略化する。ブローチ加工要素１２が取り出された後、流体が開口部１４、そして生成された案内路に加えられる。その結果、空洞１３内の粉末材料１１は除去され、空洞１３の全断面が徐々に露呈される。例えば、流体は粗粒の有無に関わらず加圧空気であってもよく、三次元物体３の表面に沿って吹き付けられる。それにより粉末材料１１は、ベンチュリノズル（Venturi-nozzle）と同様の動圧より、例えば開口部１４から吸い込まれる。従って、上記加圧空気は他の開口部１４’を介して空洞１３内へ吸い込まれる。あるいは、加圧空気を開口部１４内に直接吹き付けてもよい。その結果、残留粉末材料１１が他の開口部１４’から排出される。
【００２２】
上述の流体は、加圧空気に限定されるものではなく、不活性ガスなどの他の気体、又は水や油などの液体であってもよい。
【００２３】
図示の実施形態において、ブローチ加工部材１２は細長い形状である。しかし、本発明はこの形状に限られず、ブローチ加工要素は帯板形状、波形形状、らせん形状、又は他の適当な形状を有し得る。例えば、波形形状においては、正弦波、矩形波、又は鋸歯状波の波形に振動する。
【００２４】
ブローチ加工部材１２の断面が、使用される粉末材料を考慮して適切に寸法決めされている場合、ブローチ加工部材１２は折り曲げ可能であることが好ましい。これは、角度の付いた空洞からブローチ加工部材１２を取り出す際に有利となる。例えば、取り出す際にブローチ加工部材１２は伸縮され得る。
【００２５】
同様に、ブローチ加工部材１２を接合部と共に、又は複数のチェーンリンク（chain links）から成るチェーンとして形成することが考えられる。
【００２６】
ブローチ加工部材１２は、ブローチ加工部材１２を取り出す際に大量の粉末材料１１を取り込むかかり（barbs）又は押付部材（共に不図示）を備える場合がある。
【００２７】
図示の実施形態において、ブローチ加工部材１２は、ブローチ加工部材１２の把持を容易にする把持部材１５を有する。しかしながら、把持部材１５を設けなくてもよい。
【００２８】
図２から分かるように、ブローチ加工部材１２は空洞１３の内壁に接触しない。図示の実施形態において、空洞１３は均一に延在する内壁を有し、通路１３の形状となる。好ましくは、ブローチ加工部材１２は実質的に通路１３の中立軸に沿って延長する。従って、案内路の理想的な経路が確保される。しかしながら、ブローチ加工部材１２の経路は、必ずしも通路１３の中立軸に沿って延長する必要はない。
【００２９】
図２では、第２のブローチ加工部材１２’が追加的に図示されている。第２のブローチ加工部材１２’は、第１のブローチ加工部材１２とは分離して形成され、第３の開口部１４’’から取り出し可能である。
【００３０】
上記実施形態には図示されていないが、ブローチ加工部材１２は、ブローチ加工部材１２が三次元物体３の空洞の異なる枝に進む分岐点を有する場合がある。好ましくは、ブローチ加工部材１２は、三次元物体におけるブローチ加工部材の非分岐部分に結合する開口部から取り出される。
【００３１】
また、三次元物体３の一つの空洞１３において、いくつかの分離したブローチ加工部材１２を形成することが考えられる。同様に、分離したブローチ加工部材１２は空洞１３の異なる枝に部分的に延長することが考えられる。
【００３２】
また、本発明は、三次元物体３のデータセットを生成する方法に関する。上記三次元物体３は、三次元物体３の生成的な製造方法を用いて製造される。例えば、上記データセットは三次元物体３のＣＡＤデータを含み、それによりレーザ焼結装置は三次元物体３を製造する。また、レーザ焼結装置は製造方法を実行する。レーザ焼結装置によって、粉末材料１１は装置の支持体５又は先に塗工された層に繰り返し且つ層状に塗工される。粉末材料１１はエネルギー放射８’により三次元物体３に対応する位置に固化される。三次元物体３は、自身の表面における開口部に開けた少なくとも一つの空洞１３を有する。
【００３３】
本発明による三次元物体３のデータセットを生成する方法は、以下のステップを含む。
【００３４】
初めに、完成した三次元物体の寸法及び形状を定義するデータセットが一般的な方法で生成される。例えば、これらは三次元物体３の通常のＣＡＤデータである。
【００３５】
次に、ブローチ加工部材１２の寸法と形状を定義するデータを用いてデータセットが完成する。ブローチ加工部材１２は、空洞１３内に延長し、開口部１４を介して空洞１３から取り出し可能である。それにより、ブローチ加工部材１２はレーザ焼結装置により固有の三次元物体３とともに製造される。
【００３６】
本発明の技術的範囲は図示の実施形態に限定されず、提供される更なる変形や改良は請求項に規定する本発明の技術的範囲に属する。
【００３７】
例えば、本発明の製造装置はレーザ焼結に適用できるだけでなく、原料と粉末材料の各々が塗工される各層に用いられる粉体に基づいた生成方法の全てに適用可能である。そこでは、エネルギー放射などにより粉末が固化される。エネルギー放射は必ずしもレーザビーム８’である必要はなく、例えば電子ビームや粒子ビームであってもよい。さらに、例えばマスクなど、全表面に対する放射が可能である。エネルギー放射に換えて、粉末材料を選択的に接着する接着剤や結合剤を各々所望の位置に適用できる。
【図１】
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【図２】
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【外国語明細書】
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