(57)【要約】      （修正有）【課題】原材料粉末の複数の層を電磁放射線又は粒子放射線で照射することにより三次元ワークピースを製造する装置の提供。【解決手段】キャリア１６と、キャリア１６上に原材料粉末を塗布する粉末塗布手段１４を収容するプロセスチャンバー１２を有し、装置１０が、さらに、キャリア１６上に塗布された原材料粉末を電磁放射線又は粒子放射線で選択的に照射する照射手段１８を備えており、ガス回路３４はプロセスチャンバー１２へガスを供給し、プロセスチャンバー１２から微粒子の不純物を含んだガスを排出するように適合された循環路３６を備え、原材料粉末回路４２はプロセスチャンバー１２へ原材料粉末を供給し、プロセスチャンバー１２から過剰の原材料粉末を排出するように適合された循環路４４を備える三次元ワークピースの製造装置１０。【選択図】図１
2016052777.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
三次元ワークピースの製造装置（１０）であって、
キャリア（１６）と、前記キャリア（１６）上に原材料粉末を塗布する粉末塗布手段（１４）を収容するプロセスチャンバー（１２）と、
累積的な積層造形法によって前記原材料粉末からなるワークピースを製造するために、前記キャリア（１６）上に塗布された前記原材料粉末を電磁放射線又は粒子放射線で選択的に照射する照射手段（１８）と、
前記プロセスチャンバー（１２）へガスを供給し、前記プロセスチャンバー（１２）から微粒子の不純物を含んだガスを排出するように適合された循環路（３６）を備えるガス回路（３４）と、
前記プロセスチャンバー（１２）へ原材料粉末を供給し、前記プロセスチャンバー（１２）から過剰の原材料粉末を排出するように適合された循環路（４４）を備える原材料粉末回路（４２）とを有し、
乾燥剤を含む乾燥手段（５８、６０）が、前記ガス回路（３４）と前記原材料粉末回路（４２）の少なくとも一方の中に配置されることを特徴とする装置。
【請求項２】
前記乾燥手段（５８、６０）が、前記乾燥剤で充填される湿気透過性の容器を備えることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記乾燥剤がシリカゲルであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の装置。
【請求項４】
第１の乾燥手段（５８）が、前記ガス回路（３４）において、前記循環路（３６）と前記プロセスチャンバー（１２）の少なくとも一方の中に配置されることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項５】
濾過器（４０）が、前記ガス回路（３４）の循環路（３６）の中に配置され、前記第１の乾燥手段（５８）が前記濾過器（４０）内に配置されることを特徴とする請求項４に記載の装置。
【請求項６】
第２の乾燥手段（６０）が、前記原材料粉末回路（４２）において、前記循環路（４４）と前記プロセスチャンバー（１２）の少なくとも一方の中に配置されることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の装置。
【請求項７】
三次元ワークピースの製造装置（１０）の操業方法であって、
プロセスチャンバー（１２）内に収容されたキャリア（１６）上に原材料粉末を塗布する工程と、
累積的な積層造形法によって前記原材料粉末からなるワークピースを製造するために、前記キャリア（１６）上に塗布された前記原材料粉末を電磁放射線又は粒子放射線で選択的に照射する工程と、
ガス回路（３４）の循環路（３６）を通して前記プロセスチャンバー（１２）へガスを供給し、前記ガス回路（３４）の循環路（３６）を通して前記プロセスチャンバー（１２）から微粒子の不純物を含むガスを排出する工程と、
原材料粉末回路（４２）の循環路（４４）を通して前記プロセスチャンバー（１２）へ原材料粉末を供給し、前記原材料粉末回路（４２）の循環路（４４）を通して前記プロセスチャンバー（１２）から過剰の原材料粉末を排出する工程とを有し、
前記ガス回路（３４）の中で循環するガスと前記原材料粉末回路（４２）の中で循環する前記原材料粉末の少なくとも一方は、乾燥剤を含む乾燥手段（５８、６０）によって乾燥されることを特徴とする方法。
【請求項８】
前記乾燥手段（５８、６０）が、前記乾燥剤で充填される湿気透過性の容器を備えることを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記乾燥剤がシリカゲルであることを特徴とする請求項７又は請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記ガス回路（３４）の中で循環するガスを、前記ガス回路（３４）において、前記循環路（３６）と前記プロセスチャンバー（１２）の少なくとも一方の中に配置される第１の乾燥手段（５８）によって乾燥することを特徴とする請求項７から請求項９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
前記ガス回路（３４）の中で循環するガスを、前記ガス回路（３４）の循環路（３６）の中に配置された濾過器（４０）内に配置される第１の乾燥手段（５８）によって乾燥することを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記原材料粉末回路（４２）の中で循環する前記原材料粉末を、前記原材料粉末回路（４２）において、前記循環路（４４）と前記プロセスチャンバー（１２）の少なくとも一方の中に配置される第２の乾燥手段（６０）によって乾燥することを特徴とする請求項７から請求項１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
原材料粉末を原材料粉末供給源（４８）から前記原材料粉末回路（４２）へ供給する前に乾燥すること、及び、ガスをガス供給源（３３）から前記ガス回路（３４）へ供給する前に乾燥することの少なくともいずれか一方を行うことを特徴とする請求項７から請求項１２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
濾過媒質を、前記ガス回路（３４）の循環路（３６）の中に配置された濾過器（４０）内に取り付ける前に乾燥することを特徴とする請求項７から請求項１３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５】
前記濾過媒質を、８０℃以上１００℃以下の温度で、５時間以上１０時間以下、乾燥することを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電磁放射線または粒子放射線で原材料粉末の複数の層を照射することにより三次元ワークピースを製造する装置に関する。さらに、本発明は、電磁放射線または粒子放射線で原材料粉末の複数の層を照射することにより三次元ワークピースを製造する前記の装置を操業する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
粉末層融解は、粉末の、特に、金属、及び／又は、セラミックの原材料を複雑な形状の三次元ワークピースに加工することができる累積的な積層プロセスである。このために、原材料粉末の層がキャリア上に塗布され、製造されるワークピースの所望の幾何学的形状に依存して、位置選択的な方法でレーザー放射される。粉末層の中に浸透したレーザー放射は、原材料粉末粒子を加熱し、その結果として、融解又は焼結を引き起こす。さらに、ワークピースが所望の形状と大きさになるまで、原材料粉末の複数の層が、既にレーザー処理された、キャリア上の層に連続的に塗布される。粉末層融解プロセスによって、粉末の原材料から成形体を製造する装置については、例えば、ＥＰ  １  ７９３  ９７９  Ｂ１に記載されている。粉末層融解は、特に、ＣＡＤデータに基づいて、試作品、工具、交換部品、高価値部品又は医療人工器官、例えば歯科又は整形外科用の人工器官などの製造のために使用され得る。
【０００３】
公知技術による装置は、製造される複数の成形加工体用に複数のキャリアを収容するプロセスチャンバーを有している。粉末層準備システムは、レーザービームで照射される原材料粉末を複数のキャリア上に塗布するために、キャリアを横断して前後に移動されることができる粉末貯蔵容器を有している。プロセスチャンバーには、保護ガス回路に接続された保護ガス流入口と保護ガス流出口が設けられている。保護ガス流入口を通して、例えばアルゴンのような保護ガスが、プロセスチャンバー内に保護ガスの雰囲気を形成するために、プロセスチャンバーへ供給される。保護ガスはプロセスチャンバーを通って流れる間に、例えば残余の原材料粉末粒子や溶接煙粒子のような微粒子の不純物を含まされ、保護ガス流出口を通して、プロセスチャンバーから回収される。
【０００４】
保護ガス回路内には、保護ガスが保護ガス流入口を通してプロセスチャンバーへ再循環される前に、保護ガス回路を通って流れる保護ガスの流れから、微粒子の不純物を濾過する機能を持つ濾過（フィルター）装置が配置される。濾過装置内に設けられた濾過媒質が、保護ガス回路を通って流れる保護ガスの流れから分離された微粒子で満たされた時は、装置の操業は中止され、濾過媒質は交換される。濾過媒質の交換の間に、環境空気と環境空気に含まれる湿気が保護ガス回路に入り込む。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、信頼性の高い方法で操業され、かつ、高品質のワークピースを製造することができる、原材料粉末の複数の層を電磁放射線又は粒子放射線で照射することにより三次元ワークピースを製造する装置を提供することを目的とする。さらに、本発明は、そのような装置を操業する方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
これらの目的は請求項１に記載の装置と請求項７に記載の方法によって達成される。
【０００７】
三次元ワークピースの製造装置は、キャリアと、そのキャリア上に原材料粉末を塗布する粉末塗布手段を収容するプロセスチャンバーを有する。原則として、キャリアはしっかりと固定されたキャリアでもよい。しかしながら、好ましくは、ワークピースが原材料粉末から層状に積み上げられる際、そのワークピースの製造高さが増すにつれて、キャリアが垂直方向における下方向に移動させられるように、キャリアが垂直方向に変位可能に設計される。原材料粉末は、好ましくは金属粉末であり、特には金属合金粉末であるが、セラミック粉末又は異なる物質を含有する粉末であってもよい。粉末はいかなる適切な粒子の大きさ、又は粒子の大きさの分布を有していてもよい。しかしながら、１００μｍ未満の大きさの粒子の粉末を加工処理することが好ましい。
【０００８】
装置は、さらに、累積的な積層造形法によって前記原材料粉末からなるワークピースを製造するために、キャリア上に塗布された原材料粉末を電磁放射線又は粒子放射線で選択的に照射する照射手段を有する。これにより、キャリア上に塗布された原材料粉末は、製造されるワークピースの所望の幾何学的形状に依存して、位置選択的な方法で電磁放射線又は粒子放射線で照射されてもよい。照射手段は、好ましくは、原材料粉末粒子の位置選択的な溶融を引き起こす、原材料粉末上への放射線を照射するように適合される。照射手段は、少なくとも一つの放射源、特にレーザー光源と、その放射源によって放出される放射ビームを誘導し、及び／又は、処理する、少なくとも一つの光学ユニットを有してよい。光学ユニットは、例えば、対物レンズ、特にｆ−θレンズ、及びスキャナ部のような光学要素を有していてよく、スキャナ部は回折光学素子と屈折鏡を有することが好ましい。
【０００９】
三次元ワークピースの製造装置は、さらに、プロセスチャンバーへガスを供給し、プロセスチャンバーから微粒子の不純物を含んだガスを排出するように適合された循環路を備えるガス回路を有している。例えば、循環路の第１の終端部は、ガス、例えば、不活性ガスがプロセスチャンバーへ供給される際に通るプロセスチャンバーのガス流入口に接続されてもよい。循環路の第２の終端部は、プロセスチャンバーのガス流出口に接続されてもよい。キャリア上に塗布された原材料粉末が電磁放射線又は粒子放射線で選択的に照射されている間に、例えば、原材料粉末粒子又は溶接煙粒子のような微粒子の不純物を含むガスが、ガス流出口を通して、プロセスチャンバーから排出されてもよい。微粒子の不純物は、放射エネルギーの過度の吸収、及び／又は照射手段の放射源によって放出される放射ビームの遮蔽を避けるために、プロセスチャンバーから除去される。
【００１０】
好ましくは、プロセスチャンバーは、プロセスチャンバー内を制御された雰囲気に、特に、不活性の雰囲気に維持可能とするために、雰囲気に対して、即ち、プロセスチャンバーを取り囲む環境に対して密封可能とする。このようにして、例えば、アルゴン雰囲気又は他の適切な不活性ガスの雰囲気がプロセスチャンバー内に形成されてもよい。プロセスチャンバー内の雰囲気を制御することによって、原材料粉末を電磁放射線又は粒子放射線で照射する際に、不必要な化学反応、特に、酸化反応が発生するのを防ぐことができる。
【００１１】
ガス流は、例えば、ポンプのような適切な搬送手段によって、ガス回路の循環路及びプロセスチャンバーを通って導かれてもよい。さらに、濾過システムがガス回路の循環路の中に配置されてもよい。これにより、ガスがプロセスチャンバーへ再循環される前に、ガス流内に存在する微粒子の不純物がプロセスチャンバーを出る際にガス流から除去されることを可能にする。ガス回路の循環路を通ってガスを搬送する搬送手段は、好ましくは、その搬送手段が濾過システムの上流でガス流内に存在する微粒子の不純物に晒されないことを確実にするように、循環路において、濾過システムの下流に配置される。
【００１２】
三次元ワークピースの製造装置は、さらに、プロセスチャンバーへ原材料粉末を供給し、プロセスチャンバーから過剰の原材料粉末を排出するように適合された循環路を備える原材料粉末回路を有している。例えば、その循環路の第１の終端部は、原材料粉末が、粉末塗布手段及び、それにより、プロセスチャンバーへ供給される際に通る、粉末塗布手段の原材料流入口へ接続されてもよい。その循環路の第２の終端部はプロセスチャンバーの原材料粉末流出口に接続されてもよい。例えば、プロセスチャンバーの原材料粉末流出口は、プロセスチャンバーの内部に延伸し、プロセスチャンバーから過剰の原材料粉末を回収するように、必要に応じてキャリアの上方へ導かれ得る引出し（抽出）ホースに設けられてもよい。
【００１３】
原材料粉末は、例えば、送風機のような適切な搬送手段によって循環路を通って搬送されてもよい。さらに、スクリーン、及び／又は、濾過装置を備えることができる原材料粉末処理システムが、循環路の中に配置されてもよい。原材料粉末回路の循環路の中に配置される原材料粉末処理システムは、例えば、原材料粉末がプロセスチャンバーへ再循環され、ワーピースを積み上げるために再利用される前に、原材料粉末の粒子がプロセスチャンバー内で電磁放射線又は粒子放射線で照射されて溶融した際に、原材料粉末から形成され得る粗い粒子を除去する働きをする。原材料粉末回路の循環路を通して原材料粉末を搬送する搬送手段は、好ましくは、その搬送手段が原材料粉末処理システムの上流で原材料粉末内に含まれる粗い微粒子に晒されないことを確実にするように、循環路において原材料粉末処理システムの下流に配置される。
【００１４】
最後に、三次元ワークピースの製造装置においては、乾燥剤を含む乾燥手段が、ガス回路と原材料粉末回路の少なくとも一方の中に配置される。乾燥手段をガス回路と原材料粉末回路の少なくとも一方の中に設けることによって、原材料粉末が原材料粉末回路へ供給される時に原材料粉末内に存在する残留湿気が、効果的な方法で除去され得る。加えて、乾燥手段は、ガス回路の循環路の中に配置される濾過システム内に設けられた濾過媒質が交換される時に、装置内に必然的に侵入する湿気を除去するのに有効である。
【００１５】
装置内で、原材料粉末の集塊の形成を引き起こす湿気が避けられる、又は、少なくとも著しく低減されることができる。その結果として、原材料粉末回路を通して原材料粉末を搬送する際、及び、キャリア上に原材料粉末を塗布する際の原材料粉末の処理特性が向上されることができる。加えて、原材料粉末の集塊を引き起こす湿気が原材料粉末内に存在する時、装置の操業制御に関する複数の処理パラメーターを測定する際に発生する測定誤差が最小化されることができる。このように、三次元ワークピースの製造装置のガス回路と原材料粉末回路の少なくとも一方の中に乾燥手段を設けることによって、装置の操業の信頼性が向上されることができる。
【００１６】
さらに、乾燥手段を設けることによって達成される、装置内の湿気の低減が、装置によって作製される三次元ワークピース内の水素を生じる小孔の低減につながるので、装置は高品質の、特に、向上された機械的性質を備えたワークピースの製造を可能にする。さらに、例えば、原材料粉末の融液において水素の高い溶解性により、水素に高い親和性を有し、かつ、それにより、例えば、アルミニウムのように、装置によって水素を生じる小孔を形成しがちな原材料粉末も、高品質のワークピースへ加工処理されることができる。
【００１７】
三次元ワークピースの製造装置で使用される乾燥手段は、乾燥剤で充填される湿気透過性の容器を備えてもよい。例えば、湿気透過性の容器は、湿気がその容器に入り、乾燥剤に吸収されることを可能とするために、複数の開口部が設けられた、例えば、合成樹脂、セラミック、又は、金属材料のような、硬い固体材料からなるものでもよい。しかしながら、その代わりとして、織物、合成樹脂、又は、金属の網目（メッシュ）からなる湿気透過性の容器を備える乾燥手段を設けることも考えられる。
【００１８】
好ましい実施態様においては、乾燥手段内に含まれる乾燥剤はシリカゲルである。シリカゲルは高い効果を持つ乾燥剤であり、同時に、得るのが容易で安価である。もちろん、例えば、ガス回路を通って循環するガス、及び／又は、原材料粉末回路を通って循環する原材料粉末のような、ガス回路、及び／又は、原材料粉末回路内に存在する材料と乾燥剤との間で、不必要な物理的、及び／又は、化学的反応が避けられる限りにおいては、かつ、乾燥剤がガス回路、及び／又は、原材料粉末回路内に一般的に存在する、温度や他の環境条件に耐えられる限りにおいては、装置の乾燥手段内に、他の適切な乾燥剤を使用することも考えられる。
【００１９】
三次元ワークピースの製造装置においては、第１の乾燥手段が、ガス回路において、循環路とプロセスチャンバーの少なくとも一方の中に配置されてもよい。通常、プロセスチャンバーは、プロセスチャンバー内に一般的に存在するガス雰囲気から湿気を除去する機能を持つ、少なくとも一つの第１の乾燥手段を据え付けるのに十分な広さを提供する。例えば、第１の乾燥手段は、プロセスチャンバーのガス流入口を通して、プロセスチャンバーへ供給され、かつ、プロセスチャンバーのガス流出口を通してプロセスチャンバーから回収されるガスについての流路を形成するプロセスチャンバーの領域内に配置されてもよい。プロセスチャンバー内に直接配置される第１の乾燥手段は、プロセスチャンバー内のガス雰囲気から湿気を除去することにおいて、特に、プロセスチャンバーにガス回路の循環路を通してガスが供給されるだけでなく、例えば、ガス回路とは独立した、外部のガス源からプロセスチャンバーへ追加的なガスが供給される場合においては、特に有効である。しかしながら、プロセスチャンバー内に配置される第１の乾燥手段は、もちろん、プロセスチャンバー内のガス雰囲気内に存在する湿気を必ずしも排他的（独占的）に吸収する必要はなく、プロセスチャンバー内で処理される原材料粉末からの湿気を除去してもよい。
【００２０】
ガス回路の循環路の中に配置される第１の乾燥手段は、プロセスチャンバー内の加工処理条件、特に、大量の原材料粉末、高温、原材料粉末を選択的に照射する際に発生する溶接煙、及び、場合により、照射手段によって放出される放射線によって、直接的に影響を受けることから保護され、ガスがプロセスチャンバー内に再循環される前に、プロセスチャンバーを出るガスから湿気を除去することにおいて特に有効である。もちろん、必要であれば、装置にはガス回路の循環路、及び／又は、プロセスチャンバー内に配置されることができる複数の第１の乾燥手段が設けられてもよい。
【００２１】
上述したように、濾過器はプロセスチャンバーを出るガス流から微粒子の不純物を除去するように、ガス回路の循環路の中に配置されてもよい。ガス回路の循環路の中に配置される第１の乾燥手段は、前述の濾過器内に配置されてもよい。例えば、第１の乾燥手段は、ガス回路の循環路の中に配置される濾過器のシリンダー（円筒）部分の中に、自由に垂下された方法で配置されてもよい。濾過器内には、第１の乾燥手段に対する十分な据え付け広さがある。さらに、ガス回路の循環路の中に配置される濾過器内に配置される第１の乾燥手段は、濾過器の濾過媒質を交換する際に、ガス回路の中に導入される湿気を除去することにおいて特に有効である。
【００２２】
第２の乾燥手段が、原材料粉末回路において、循環路とプロセスチャンバーの少なくとも一方の中に配置されてもよい。第１の乾燥手段の場合と同様に、プロセスチャンバーは第２の乾燥手段に対しても十分な据え付け広さを提供する。しかしながら、プロセスチャンバー内に配置され、プロセスチャンバー内に存在する原材料粉末から湿気を除去するように機能する第２の乾燥手段は、好ましくは、典型的にはプロセスチャンバーのより低い領域に配置され、原材料粉末を受けるキャリアの近くに、すなわち、乾燥されるべき原材料粉末に近接して配置される。プロセスチャンバー内に配置される第２の乾燥手段は、プロセスチャンバー内に存在する原材料粉末から湿気を除去することにおいて特に有効である一方で、第２の乾燥手段は、しかしながら、プロセスチャンバー内のガス雰囲気を乾燥することに対しても有効であってよい。
【００２３】
原材料粉末回路の循環路の中に配置される第２の乾燥手段は、プロセスチャンバー内の加工処理条件、特に、大量の原材料粉末、高温、原材料粉末を選択的に照射する際に発生する溶接煙、及び、場合により、照射手段によって放出される放射線によって、直接的に影響を受けることから保護され、原材料粉末がプロセスチャンバー内に再循環される前に、プロセスチャンバーから回収される過剰の原材料粉末から湿気を除去することにおいて特に有効である。第２の乾燥手段は、プロセスチャンバーに原材料粉末を供給する原材料粉末流入口の領域内に、及び／又は、プロセスチャンバーから原材料粉末を排出する原材料粉末流出口の領域内に配置されてもよい。しかしながら、原材料粉末がプロセスチャンバーに再循環される前に、原材料粉末から粗い粒子を除去するために、原材料粉末回路の循環路の中に配置される原材料粉末処理システムの中に第２の乾燥手段を配置することも考えられる。
【００２４】
三次元ワークピースの製造装置の操業方法において、原材料粉末がプロセスチャンバー内に収容されたキャリア上に塗布される。電磁放射線又は粒子放射線が、累積的な積層造形法によって前記原材料粉末からなるワークピースを製造するために、キャリア上に塗布された原材料粉末上に選択的に照射される。ガスがガス回路の循環路を通してプロセスチャンバーへ供給される。微粒子の不純物を含むガスが、ガス回路の循環路を通してプロセスチャンバーから排出される。原材料粉末が、原材料粉末回路の循環路を通してプロセスチャンバーへ供給される。過剰の原材料粉末が、原材料粉末回路の循環路を通してプロセスチャンバーから排出される。ガス回路の中で循環するガスと原材料粉末回路の中で循環する原材料粉末の少なくとも一方は、乾燥剤を含む乾燥手段によって乾燥される。
【００２５】
乾燥手段は、乾燥剤で充填される湿気透過性の容器を備えてもよい。
【００２６】
乾燥剤は、シリカゲルでよい。
【００２７】
ガス回路の中で循環するガスを、ガス回路において、循環路とプロセスチャンバーの少なくとも一方の中に配置される第１の乾燥手段によって乾燥してもよい。
【００２８】
ガス回路の中で循環するガスを、ガス回路の循環路の中に配置された濾過器内に配置される第１の乾燥手段によって乾燥してもよい。
【００２９】
原材料粉末回路の中で循環する原材料粉末を、原材料粉末回路において、第２の循環路とプロセスチャンバーの少なくとも一方の中に配置される第２の乾燥手段によって乾燥してもよい。
【００３０】
三次元ワークピースの製造装置の操業方法において、原材料粉末を、原材料粉末源から原材料粉末回路に供給される前に、乾燥してもよい。例えば、粉末を加熱によって乾燥、又は凍結乾燥してもよい。しかしながら、原材料粉末は、装置の原材料粉末回路へ供給する前に、乾燥剤によって乾燥することも考えられる。外部の源（ソース）から装置へ供給される原材料粉末を乾燥することを確実にすることによって、装置内への湿気の導入は最小化されることができる。
【００３１】
同様に、ガスをガス源（ソース）からガス回路へ供給する前に乾燥してもよい。例えば、ガスを装置のガス回路に供給する前に、ガスを乾燥剤に通して／乾燥剤の上方に向けることによって乾燥してもよい。さらに、外部のソースから装置へ供給されるガスを乾燥することを確実にすることによって、装置内への湿気の導入は最小化されることができる。
【００３２】
プロセスチャンバー、ガス回路、及び／又は、原材料回路が、操業開始時、又は、装置の操業中に、プロセスチャンバー、ガス回路、及び／又は、原材料粉末回路の中の、高い分量の湿気を含む残留ガスを置き換えるのに十分な時間、乾燥されたガスを大量に流される（フラッシングされる）時に、三次元ワークピース製造装置内の湿気はさらに低減されることができる。プロセスチャンバー、ガス回路、及び／又は、原材料粉末回路をフラッシングするプロセスは、制御ユニットの制御のもとで実行されてもよい。前述の制御ユニットは、例えば、ガス及び／又は原材料粉末を、プロセスチャンバー、ガス回路、及び／又は、原材料粉末回路、及び／又は、各々の弁に搬送する搬送手段を制御するように適合されてもよい。
【００３３】
三次元ワークピースの製造装置の操業方法の好ましい実施態様においては、濾過媒質をガス回路の循環路の中に配置された濾過器内に取り付ける前に、乾燥する。ガス回路の循環路の中に配置される濾過器の濾過媒質を交換する際にガス回路の中に導入される湿気の量は、このようにして、著しく低減されることができる。原材料粉末回路の循環路の中に配置される原材料粉末処理システムが、交換可能な濾過媒質を備える濾過器を有する場合は、原材料粉末回路への湿気の導入をできるだけ少なくするために、この濾過媒質も原材料粉末処理システムの濾過器内に取り付ける前に、乾燥してもよい。
【００３４】
濾過媒質を、８０℃以上１００℃以下の温度で、５時間以上１０時間以下、乾燥してもよい。濾過媒質をガス回路の循環路の中に配置される濾過器内に取り付ける前に炉内で夜通し乾燥することによって、ガス回路内の相対湿度は、３％ｒＦ以下に低減されることができ、２％ｒＦ程度の値に到達させることさえ可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
本発明の好ましい実施態様が、以下で添付の図面を参照して詳細に説明される。
【００３６】
【図１】三次元ワークピースの製造装置を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
図１は累積的な積層造形法によって、部品を製造する装置１０を示している。装置１０はプロセスチャンバー１２を有している。プロセスチャンバー１２内に配置される粉末塗布手段１４は、キャリア１６上に原材料粉末を塗布する機能を持つ。プロセスチャンバー１２は、雰囲気に対して、すなわち、プロセスチャンバー１２を取り囲む環境に対して密封可能とされる。キャリア１６は、部品がキャリア１６上の原材料粉末から層状に積み上げられる際、部品の製造高さが増すにつれて、キャリア１６が垂直方向における下方向に移動させられることができるように、垂直方向に変位可能に設計される。
【００３８】
装置１０は、さらに、キャリア１６上に塗布された原材料粉末上にレーザー放射を選択的に照射する照射手段１８を有している。照射手段１８によって、キャリア１６上に塗布された原材料粉末は、製造される部品の所望の幾何学的形状に依存して位置選択的な方法でレーザー放射を受けてもよい。照射手段１８は密封可能な囲い（ハウジング）２０を有している。放射源２４によって供給される放射ビーム２２、特に、例えば、約１０７０から１０８０ｎｍの波長のレーザー光を放出するダイオード励起イッテルビウムファイバーレーザーを備えることができるレーザー光源によって供給されるレーザービームが、開口部２６を通して囲い２０の中に向けられる。
【００３９】
照射手段１８は、さらに、放射ビーム２２を誘導し、処理する光学ユニット２８を備えている。光学ユニット２８は、放射ビーム２２を広げるビームエキスパンダー、スキャナ、及び複数の対物レンズを備えていてよい。その代わりに、光学ユニット２８は集束光学部品とスキャナ部を含むビームエキスパンダーを有していてもよい。スキャナ部により、ビーム路の方向とビーム路に垂直な面内の両方の放射ビーム２２の焦点の位置は、変化され、調整されることができる。スキャナ部は、ガルバノメータースキャナの形式で設計されてよいし、対物レンズはｆ−θレンズでもよい。
【００４０】
装置１０の操業中に、製造される部品の第１の層が、キャリア１６上に塗布された原材料粉末の層を放射ビーム２２で選択的に照射することにより、キャリア１６上に生成される。放射ビーム２２は、製造される部品のＣＡＤデータに対応して、キャリア１６上に塗布された原材料粉末の層の上方に向けられる。製造される部品の第１の層が完成された後で、キャリア１６は、粉末塗布手段１４によって連続的な粉末の層の塗布を可能とするように、垂直方向に下げられる。その後、連続的な粉末の層が照射手段１８によって照射される。このように、一層ごとに、部品がキャリア１６の上に積み上げられる。
【００４１】
プロセスチャンバー１２には、ガス流入口３０とガス流出口３２が設けられている。ガス流入口３０を通して、ガス、例えば、不活性ガス源３３によって提供される不活性ガスが、プロセスチャンバー１２へ供給される。プロセスチャンバー１２内では、ガス流は、例えば、溶接煙や煤煙粒子のような燃焼生成物及び原材料粉末粒子のような、微粒子の不純物を吸収する。従って、プロセスチャンバーのガス流出口３２において、微粒子の不純物を含むガス流がプロセスチャンバー１２から排出される。プロセスチャンバー１２を出るガス／微粒子の混合物は、プロセスチャンバー１２のガス流出口３２と、プロセスチャンバー１２のガス流入口３０とを連結する循環路３６へ供給される。ガス流出口３２を通ってプロセスチャンバー１２から排出されたガスは、循環路３６を通って、プロセスチャンバー１２へ再循環されることができる。
【００４２】
このように、ガス回路３４は、プロセスチャンバー１２、すなわち、プロセスチャンバー１２と循環路３６を通るガスについての流路を形成するプロセスチャンバー１２の領域によって定義される。ポンプの形式で設計され、循環路３６の中に配置される搬送手段３８は、循環路３６を通って、ガス流出口３２からプロセスチャンバー１２を出るガス／微粒子の混合物を搬送する機能を持つ。放射エネルギーの過度の吸収、及び／又は、放射手段１８の放射源２４によって放出される放射ビーム２２の遮蔽を避けるために、ガス流が、ガス流入口３０を通ってプロセスチャンバー１２へ再循環される前に、循環路３６において、搬送手段３８の上流に配置される濾過システム４０によって、ガス流出口３２を通ってプロセスチャンバー１２を出るガス流内に存在する微粒子の不純物が、そのガス流から除去される。
【００４３】
装置１０は、さらに、プロセスチャンバー１２と循環路４４とによって形成される原材料粉末回路４２を有する。循環路４４の第１の終端部は、原材料粉末を粉末塗布手段１４、及び、従って、プロセスチャンバー１２へ供給するように、粉末塗布手段１４の原材料粉末流入口４６へ接続される。循環路４４の第２の終端部は、プロセスチャンバーの原材料粉末流出口５０へ接続される。図１に示される装置の実施態様においては、プロセスチャンバー１２の原材料粉末流出口５０は、プロセスチャンバー１２の内部に延伸し、プロセスチャンバー１２から過剰の原材料粉末を回収するように、必要に応じてキャリア１６の上方へ導かれ得る可撓性の引出しホース５２に設けられる。
【００４４】
原材料粉末は、送風機の形式で設計される搬送手段５４によって、原材料粉末回路４２の循環路４４を通って搬送される。さらに、スクリーン装置を備えた原材料粉末処理システム５６が、原材料粉末がプロセスチャンバー１２へ再循環され、ワークピースを作製するために再利用される前に、プロセスチャンバー１２から排出された原材料粉末から粗い微粒子を除去するために循環路４４の中に配置される。原材料粉末回路４２の循環路４４を通して原材料粉末を搬送する搬送手段５４が、循環路４４において、原材料粉末処理シシテム５６の下流に配置される。
【００４５】
三次元ワークピース製造装置１０においては、第１及び第２の乾燥手段５８、６０が、ガス回路３４と原材料粉末回路４２の中にそれぞれ配置される。具体的には、第１の乾燥手段５８は、ガス回路３４の循環路３６の中に配置される濾過器４０の中に配置される。第２の乾燥手段６０は、原材料粉末流出口５０の領域において、原材料粉末回路４２の循環路４４の中に配置される。第１の乾燥手段５８はガス回路３４を通って流れるガス流から、とりわけ、濾過器４０内に取り付けられた濾過媒質から、湿気を除去することに特に有効である一方で、第２の乾燥手段６０は、おもに、原材料粉末がプロセスチャンバー１２へ再循環される前に、プロセスチャンバー１２から排出される原材料粉末から湿気を除去する機能を持つ。
【００４６】
さらに、装置１０は、原材料粉末源４８を原材料粉末回路４２へ接続する供給路６４の中に配置され、かつ、原材料粉末が原材料粉末回路４２の中に導入される前に、原材料粉末源４８によって供給される原材料粉末を乾燥する機能を持つ、第３の乾燥手段６２を備えている。それに加えて、又は、それに代わり、原材料粉末は原材料粉末回路４２へ供給される前に、加熱によって乾燥、又は、冷凍乾燥されてもよい。加えて、ガス源３３によって供給されるガスを、ガス回路３４の中に導入する前に乾燥する機能を持つ第４の乾燥手段６６が、ガス源３３をガス回路３４へ接続する供給路６８の中に配置される。
【００４７】
三次元ワークピースの製造装置１０で使用される乾燥手段５８、６０、６２、６６の各々は、乾燥剤で充填される湿気透過性の容器を備えている。特に、シリカゲルが、乾燥手段５８、６０、６２、６６内の乾燥剤として用いられてもよい。
【００４８】
乾燥手段５８、６０、６２、６６を装置１０に設けることによって、装置１０内に存在する湿気の量と装置１０に導入される湿気の量は、最小化されることができる。その結果として、装置１０の操業の信頼性と作製されるワークピースの品質が向上されることができる。
【００４９】
装置１０内に存在する湿気をさらに低減するために、プロセスチャンバー１２、ガス回路３４、及び、原材料粉末回路４２は、装置１０の操業開始時に、高い分量の湿気を含む残留ガスを、プロセスチャンバー１２、ガス回路３４、及び、原材料粉末回路４２から置き換えるのに十分な時間、ガス源３３からの乾燥されたガスでフラッシングされる。加えて、濾過媒質は、ガス回路３４の循環路３６の中に配置される濾過器４０内に取り付けられる前に、乾燥される。濾過器４０の濾過媒質を交換する際にガス回路３４の中に導入される湿気の量は、このようにして、著しく低減されることができる。具体的には、濾過媒質は、８０℃以上１００℃以下の温度で、５時間以上１０時間以下、乾燥されてもよい。
【図１】
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