(57)【要約】【課題】封入チャンバおよび低圧作動雰囲気を有する付加製造システムが提供される。【解決手段】付加製造システム２０は、低圧作動雰囲気を有する封入チェンバー３４を形成するように使用可能な封入ハウジング２２と、封入ハウジング２２内の付加製造積層ハウジング２４と、を備える。付加製造システム２０は、概して、封入ハウジング２２、積層ハウジング２４、フィルタシステム２６、不活性ガス源２８、ポンプシステム３０および制御装置システム３２を含む。封入ハウジング２２は、低圧作動雰囲気を有する封入チャンバ３４を形成する。低圧作動雰囲気は、付加製造ワークピースＷが付加製造されるところの、積層ハウジング２４によって形成される少なくとも積層チャンバ３６を包囲する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
低圧作動雰囲気の封入チャンバを有する封入ハウジングと、
封入ハウジング内の付加製造積層チャンバと、
を備えることを特徴とする付加製造システム。
【請求項２】
封入チャンバが、積層チャンバを画成する付加製造積層ハウジングを完全に収容することを特徴とする請求項１に記載の付加製造システム。
【請求項３】
低圧作動雰囲気が、約１０-2〜１０-4トルの分圧であることを特徴とする請求項１に記載の付加製造システム。
【請求項４】
低圧作動雰囲気が、約１０-3〜１０-4トルの分圧であることを特徴とする請求項１に記載の付加製造システム。
【請求項５】
積層チャンバが、正圧を含むことを特徴とする請求項１に記載の付加製造システム。
【請求項６】
積層チャンバが、不活性ガス流を受けることを特徴とする請求項５に記載の付加製造システム。
【請求項７】
積層チャンバが、不活性ガス流を受けることを特徴とする請求項１に記載の付加製造システム。
【請求項８】
不活性ガス流が、１分間当たり約１０リットルであることを特徴とする請求項７に記載の付加製造システム。
【請求項９】
積層ハウジングと連通するフィルタシステムをさらに備えることを特徴とする請求項２に記載の付加製造システム。
【請求項１０】
フィルタシステムが、積層ハウジング内へ不活性ガスを流通させるように不活性ガス源と連通することを特徴とする請求項９に記載の付加製造システム。
【請求項１１】
フィルタシステムが、封入チャンバ内に存在することを特徴とする請求項９に記載の付加製造システム。
【請求項１２】
低圧作動雰囲気の封入チャンバを有する封入ハウジングと、
封入チャンバ内の付加製造積層ハウジングと、
を備え、
付加製造積層ハウジングが、付加製造積層ハウジング内に正圧の積層チャンバを形成するように不活性ガス流と連通することを特徴とする付加製造システム。
【請求項１３】
低圧作動雰囲気が、作動中、約１０-3〜１０-4トルの分圧であることを特徴とする請求項１２に記載の付加製造システム。
【請求項１４】
積層チャンバが、１分間当たり約１０リットルで不活性ガス流を受けることを特徴とする請求項１３に記載の付加製造システム。
【請求項１５】
積層ハウジングと連通するフィルタシステムをさらに備えることを特徴とする請求項１２に記載の付加製造システム。
【請求項１６】
フィルタシステムが、封入ハウジング内に存在することを特徴とする請求項１５に記載の付加製造システム。
【請求項１７】
付加製造積層チャンバ内で付加製造することを含み、付加製造積層チャンバが、低圧作動雰囲気内に存在することを特徴とする、付加製造システムを作動させる方法。
【請求項１８】
低圧作動雰囲気が、封入ハウジング内に形成されることを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
付加製造積層チャンバが、付加製造積層ハウジング内に形成され、付加製造積層ハウジングが、封入ハウジング内に完全に収容されることを特徴とする請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
付加製造積層ハウジング内へ不活性ガスを流通させることをさらに含むことを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、付加製造システムに関し、より詳しくは、真空中での付加製造装置の作動に関する。
【背景技術】
【０００２】
付加製造（Ａｄｄｉｔｉｖｅ  Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ）（ＡＭ）装置は、典型的に、作動中に溶融物質に対する汚染が生じる可能性を減らすために、積層チャンバ内において不活性ガスまたは真空環境を利用する。電子ビームタイプの装置は、典型的に、積層チャンバ内において真空を利用するのに対して、レーザ粉末床タイプの装置は、真空環境がレーザビームをゆがめるため積層に影響を及ぼす傾向があるので、典型的に、積層チャンバ内において一定の流量の不活性ガスを利用する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
有効ではあるが、そのような処理チャンバは、それでも、関連する湿気、ちり等を含む大気が積層チャンバへ入ることを許容する可能性がある。積層チャンバ内におけるほぼ一定の流量の不活性ガス、あるいは真空引きは、リークの影響を最小にするよう作動されるが、それでもなお汚染は発生する。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本開示の１つの開示された非限定的実施例による付加製造システムは、封入ハウジングを含み、封入ハウジングは、低圧作動雰囲気の封入チャンバと、封入ハウジング内の付加製造積層チャンバとを有する。
【０００５】
本開示のもう１つの実施例は、封入チャンバが、積層チャンバを画成する付加製造積層ハウジングを完全に収容する、ことを含む。
【０００６】
本開示の前述の実施例のいずれかのさらなる実施例は、低圧作動雰囲気が、約１０-2〜１０-4トルの分圧である、ことを含む。
【０００７】
本開示の前述の実施例のいずれかのさらなる実施例は、低圧作動雰囲気が、約１０-3〜１０-4トルの分圧である、ことを含む。
【０００８】
本開示の前述の実施例のいずれかのさらなる実施例は、積層チャンバが、正圧を含む、ことを含む。
【０００９】
本開示の前述の実施例のいずれかのさらなる実施例は、積層チャンバが、不活性ガス流を受ける、ことを含む。
【００１０】
本開示の前述の実施例のいずれかのさらなる実施例は、積層チャンバが、不活性ガス流を受ける、ことを含む。
【００１１】
本開示の前述の実施例のいずれかのさらなる実施例は、不活性ガス流が、１分間当たり約１０リットルである、ことを含む。
【００１２】
本開示の前述の実施例のいずれかのさらなる実施例は、積層ハウジングと連通するフィルタシステムを含む。
【００１３】
本開示の前述の実施例のいずれかのさらなる実施例は、フィルタシステムが、積層ハウジング内へ不活性ガスを流通させるように不活性ガス源と連通する、ことを含む。
【００１４】
本開示の前述の実施例のいずれかのさらなる実施例は、フィルタシステムが、封入チャンバ内に存在する、ことを含む。
【００１５】
本開示の１つの開示された非限定的実施例による付加製造システムは、低圧作動雰囲気の封入チャンバを有する封入ハウジングと、封入チャンバ内の付加製造積層ハウジングと、を備え、付加製造積層ハウジングが、付加製造積層ハウジング内に正圧の積層チャンバを形成するように不活性ガス流と連通する。
【００１６】
本開示の前述の実施例のいずれかのさらなる実施例は、低圧作動雰囲気が、作動中、約１０-3〜１０-4トルの分圧である、ことを含む。
【００１７】
本開示の前述の実施例のいずれかのさらなる実施例は、積層チャンバが、１分間当たり約１０リットルで不活性ガス流を受ける、ことを含む。
【００１８】
本開示の前述の実施例のいずれかのさらなる実施例は、積層ハウジングと連通するフィルタシステムを含む。
【００１９】
本開示の前述の実施例のいずれかのさらなる実施例は、フィルタシステムが、封入ハウジング内に存在する、ことを含む。
【００２０】
本開示の１つの開示された非限定的実施例による、付加製造システムを作動させる方法は、付加製造積層チャンバ内で付加製造することを含み、付加製造積層チャンバが、低圧作動雰囲気内に存在する。
【００２１】
本開示の前述の実施例のいずれかのさらなる実施例は、低圧作動雰囲気が、封入ハウジング内に形成される、ことを含む。
【００２２】
本開示の前述の実施例のいずれかのさらなる実施例は、付加製造積層チャンバが、付加製造積層ハウジング内に形成され、付加製造積層ハウジングが、封入ハウジング内に完全に収容される、ことを含む。
【００２３】
本開示の前述の実施例のいずれかのさらなる実施例は、付加製造積層ハウジング内へ不活性ガスを流通させることを含む。
【００２４】
前述の特徴および要素は、そうではないと明示されない限り、非排他的に、種々の組合せに組まれてもよい。これらの特徴および要素ならびにその作動は、以下の説明と添付図面を参照することで、より明らかになる。しかし、理解すべきことは、以下の説明および図面は、その性質上、模範的で、非限定的であることを意図していることである。
【００２５】
開示された非限定的実施例の以下の詳細説明から、種々の特徴が、当業者には明らかになる。図面中の構成要素は、必ずしも一定の縮尺で描かれているというものではない。さらに、図面中の類似参照符号は、全図面を通して対応部品を指す。詳細説明を伴う図面は、以下の通り、手短に説明できる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】付加製造（ＡＭ）装置の概略断面図である。
【図２】付加製造（ＡＭ）装置の作動を示す流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
図１は、付加製造（ＡＭ）システム２０を概略的に示す。付加製造システム２０は、概して、封入ハウジング２２、積層ハウジング２４、フィルタシステム２６、不活性ガス源２８、ポンプシステム３０および制御装置システム３２を含む。封入ハウジング２２は、低圧作動雰囲気を有する封入チャンバ３４を形成する。低圧作動雰囲気は、付加製造ワークピースＷが付加製造されるところの、積層ハウジング２４によって形成される少なくとも積層チャンバ３６を包囲する。特定のシステムが別個に定義されるが、そうではなく、システムの各々またはいずれも、ハードウェアおよび／またはソフトウェアを介して組み合わされても、あるいは分離されてもよいことを理解すべきである。
【００２８】
限定せずに例えば、レーザ粉末床、レーザ自由形状製作、レーザ粉末堆積、コールドスプレー等の、不活性ガス源２８によって生じる正圧下で作動される付加製造技術は、積層チャンバ３６内で実行される。不活性ガスは、アルゴン、窒素などを含むが、これらに限定されるものではない。一実施例における不活性ガスは、１分間当たり約１０リットルで供給される。
【００２９】
封入チャンバ３４は、制御装置システム３２の制御下で、ポンプシステム３０によって生成される低圧作動雰囲気の状態にある。一実施例における作動雰囲気は、約１０-2〜１０-3トルの圧力であってもよい。
【００３０】
封入ハウジング２２は、積層チャンバ３６内からの大気汚染の有効な除去を容易にする。１つの開示された非限定的実施例における積層ハウジング２４と関連フィルタシステム２６は、封入ハウジング２２内に収容される。したがって、封入ハウジング２２は、複数の付加製造装置の１つまたは複数の積層チャンバ３４を収容する。その結果、より高品質なワークピースＷ、および、より少ない不活性ガスの消費が達成できる。汚染源となり得る種々の他のシステム、例えばフィルタシステム２６、あるいはその構成要素などを、封入ハウジング２２内に配置してもよいことを理解すべきである。その上、比較的に複雑な積層ハウジング２４に比べ、比較的に単純な封入ハウジング２２のリークを修理することはその複雑さの度合いに起因して比較的に容易である。
【００３１】
フィルタシステム２６は、不活性ガス源２８から、封入ハウジング２２を通って延びる入口導管４０を介して不活性ガスを受ける。不活性ガス流フィルタシステム２６から、不活性ガスは、付加製造のための清浄な環境を保証するために、弁４４を有する導管４２を通して積層チャンバ３６内へ流通される。弁４４は、不活性ガスの流量を制御するために、制御装置システム３２に応答して作動させてもよい。不活性ガスは、積層チャンバ３６内に不活性ガス環境を提供し、導管４６を通してフィルタシステム２６へ戻すことによって排気される。レーザ溶融中、汚染不活性ガス「ガス凝縮物」、または不活性ガス、金属粉末の溶融あるいは蒸発生成物、および粉末不純物燃焼生成物の混合物は、フィルタシステムを通してリサイクルされる。種々の連通路が、代替的に、あるいは追加的に設けられてもよいことを理解すべきである。
【００３２】
図２を参照する。システム２０を作動させる方法１００は、最初、例えば、約１０-3〜１０-4トルの分圧へ、封入ハウジング２２内の作動雰囲気をポンプで低減することを含む（ステップ１１０）。
【００３３】
次に、積層チャンバ３６が所望の低酸素含有量に到達するまで、積層ハウジング２４を、不活性ガス源２８からの不活性ガスでフラッシュする（ステップ１２０）。一実施例では、約２００ｐｐｍ（百万分率）。
【００３４】
次に、積層チャンバ３６内への不活性ガス流を、所定の作動流量に安定させる（ステップ１３０）。封入ハウジング２２の作動雰囲気を、それから、例えば、約１０-2〜１０-3トルの分圧でもよい作動雰囲気に安定させる（ステップ１４０）。
【００３５】
次に、付加製造技術を開始する（ステップ１５０）。付加製造技術は、組み立ての詳細および多構成要素構造を最小化するように、比較的に複雑な構成要素の製造を促進する。付加製造プロセスは、三次元情報、例えば三次元コンピュータモデルを使用する構成要素を製作する、すなわち「成長させる」。三次元情報は、各スライスが、そのスライスの所定高度に対する構成要素の断面を定義するように、複数のスライスに変換する。特定の付加製造プロセスを開示するが、積層構築または付加制作を利用する任意の他の適切な急速製造法も代替的に使用できることを理解すべきである。
【００３６】
付加製造技術の実行中、封入ハウジング２２内の作動雰囲気は、制御装置システム３２に応答するポンプシステム３０の作動によって制御される。つまり、付加製造技術の実行は、封入ハウジング２２内の圧力を変化させてもよく、したがって、例えば、付加製造されているワークピース物質の種類に基づいて補正される（ステップ１７０）。
【００３７】
１つまたは複数の付加製造装置内およびその周囲から大気汚染を効果的に除去することによって、積層チャンバ３６は、より高品質な積層物、およびより少ない不活性ガスの消費を提供することになる。また、積層チャンバのリークよりも、ハウジングのリークは、その複雑さの度合いに起因して、検知して修理することが比較的に簡単である。
【００３８】
図面全体を通して流れ図およびブロック図を含んで本明細書で説明および図示する要素は、要素間の論理的境界を暗示する。しかし、ソフトウェアまたはハードウェア工学の実践により、図示の要素およびそれらの機能は、コンピュータで処理可能なメディアを介して、それに保存されたプログラム命令を実行可能なプロセッサを有する装置で実行されてもよい。モノリシックソフトウェア構成として、独立型ソフトウェアモジュールとして、あるいは外部ルーチン、コード、サービス等を使用するモジュールとして、またはこれらのいずれの組合せで実行してもよい。すべてのそのような実施例は、本開示の範囲内にあり得る。
【００３９】
説明の文脈における（特に以下の請求項の文脈における）用語「ある」、「その」および類似語の使用は、本明細書で明記しない、あるいは特に、文脈において矛盾しない限り、単数と複数とをカバーすると理解すべきである。量に関連して使用する修飾子「約」は、記述値を含み、文脈に従う意味を有する（例えば、特定の量の測定に関連する誤差の度合いを含む）。本明細書に開示のすべての範囲は、端点を含み、それら端点は、相互に独立に結合可能である。「前方へ」「後方へ」、「上部の」、「下部の」、「上方に」、「下方に」等の相対的な位置用語は、通常の操作上の状態を参照しており、それ以外に限定するものと解釈すべきではないことは理解すべきである。
【００４０】
異なる非限定的な実施例は特定の図解構成要素を有するが、本発明の実施例は、それらの特定の組合せに限定されない。非限定的な実施例のいずれかからの特徴または構成要素のいくつかを、他の非限定的な実施例のいずれかからの特徴または構成要素との組合せで使用することも可能である。
【００４１】
類似参照符号は、全図面を通して、対応または類似要素を識別する、と理解すべきである。また、特定の構成要素配置が図解実施例に開示されるが、そこから他の配置も利益を得ることも理解すべきである。
【００４２】
特定のステップシーケンスが図示、説明および主張されるが、ステップは、特に明記しない限り、分離または係合されて、いずれの順序で実行されてもよく、本開示からの利益を得る、と理解すべきである。
【００４３】
前述の説明は、限界によって定義するというよりはむしろ、模範的なものである。本明細書には種々の非限定的な実施例が開示されるが、本技術における通常の知識を有する者は、上記の教示を参照する種々の修正および変形が、添付の請求項の範囲内に該当する、と認識するであろう。したがって、添付の請求項の範囲内で、開示が、具体的に説明されたものとは異なって実践されてもよい、と理解すべきである。その理由で、添付の請求項は、真の範囲および内容を判定するよう検討されなければならない。
【符号の説明】
【００４４】
２０…付加製造システム
２２…封入ハウジング
２４…積層ハウジング
２６…フィルタシステム
２８…不活性ガス源
３０…ポンプシステム
３２…制御装置システム
３４…封入チャンバ
３６…積層チャンバ
４０…入口導管
４２…導管
４４…弁
４６…導管
Ｗ…付加製造ワークピース
【図１】
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【図２】
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