(57)【要約】付加製造装置は、物体が構築される構築チャンバ（１０１）と、フローデバイス（１ａ、１ｂ）とを備える。フローデバイス（１ａ、１ｂ）は、コアンダ表面（１１、１２）を有する本体（２）と、加圧ガス源に連結可能な通路（１０）とを備える。通路（１０）は、コアンダ表面（１１、１２）に隣接して配設された開口部（５、６）を有し、使用時に、コアンダ表面（１１、１２）上にわたってガスの噴流を方向づける。コアンダ表面に隣接する空間は、空間の中に引き込まれた、および／または、空間から推進されたガスが、構築チャンバ（１０１）を通るガス流を生じさせるように、構築チャンバ（１０１）と流体連通する。
2017523303.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体が構築される構築チャンバと、フローデバイスとを備える付加製造装置であって、前記フローデバイスは、コアンダ表面を有する本体と、加圧ガス源に連結可能な通路とを備え、前記通路は、前記コアンダ表面に隣接して配設された開口部を有し、使用時に、前記コアンダ表面上にわたってガスの噴流を方向づけ、前記コアンダ表面に隣接する空間は、前記空間の中に引き込まれた、および／または、前記空間から推進されたガスが、前記構築チャンバを通るガス流を生じさせるように、前記構築チャンバと流体連通することを特徴とする付加製造装置。
【請求項２】
前記開口部は、前記コアンダ表面上にわたって前記ガスの噴流を方向づけるように配置され、前記コアンダ表面に付着する前記ガスの噴流のコアンダ効果が、前記コアンダ表面に隣接する前記空間の中に追加のガスを引き込むように、前記表面は、前記噴流の方向から逸れていることを特徴とする請求項１に記載の付加製造装置。
【請求項３】
前記本体は、前記コアンダ表面を囲む間隙を画定し、前記間隙の少なくとも１つの側は、前記構築チャンバの中に開口することを特徴とする請求項１または２に記載の付加製造装置。
【請求項４】
前記開口部は、１または複数のスリットを備え、前記１または複数のスリットは、前記間隙の周囲のかなりの割合に延在することを特徴とする請求項３に記載の付加製造装置。
【請求項５】
前記本体は、前記間隙の両側が前記構築チャンバに開口するように、前記構築チャンバ内に収容されることを特徴とする請求項３または４に記載の付加製造装置。
【請求項６】
前記開口部は、より幅広い前記間隙に比べて狭いことを特徴とする請求項３乃至５のいずれか一項に記載の付加製造装置。
【請求項７】
前記コアンダ表面は、前記ガス流に対して、上流縁部と、下流縁部とを備え、前記開口部は、前記上流縁部に向かって配設されることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の付加製造装置。
【請求項８】
前記通路またはさらなる通路のさらなる開口部を備え、前記さらなる開口部は、前記本体のさらなるコアンダ表面上にわたってガスの噴流を方向づけるように配置されることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の付加製造装置。
【請求項９】
前記さらなるコアンダ表面は、前記さらなる開口部によって生成される前記噴流の方向から逸れていることを特徴とする請求項８に記載の付加製造装置。
【請求項１０】
前記本体は、狭い端部に向かって先が細くなる断面を有し、前記コアンダ表面は、前記狭い端部の一方側に配設され、前記さらなるコアンダ表面は、前記狭い端部の他方側に配設されることを特徴とする請求項８または９に記載の付加製造装置。
【請求項１１】
前記通路は、前記本体内の内部通路であることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の付加製造装置。
【請求項１２】
前記構築チャンバ内にガス流を生成するために、少なくとも２つの前記フローデバイスを備えることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の付加製造装置。
【請求項１３】
前記フローデバイスは、構築プラットホーム上方の容積の両側に位置し、一方のフローデバイスは、ガスを前記容積の中に推進するように配置され、他方のフローデバイスは、前記容積からガスを引き出すように配置されることを特徴とする請求項１２に記載の付加製造装置。
【請求項１４】
レーザービームを生成するためのレーザーと、前記レーザービームを前記構築チャンバの窓を通して導光し、前記構築チャンバ内の材料を圧密化するための光学モジュールとを備え、前記フローデバイスの前記コアンダ表面は、前記窓に隣接して配設され、前記構築チャンバ内に前記窓を横切るガス流を生じさせることを特徴とする請求項１乃至９および請求項１１のいずれか一項に記載の付加製造装置。
【請求項１５】
前記コアンダ表面は、前記窓の形状に合うように成形されることを特徴とする請求項１４に記載の付加製造装置。
【請求項１６】
前記コアンダ表面は、前記窓の下の容積内のガスが、前記コアンダ表面に隣接する前記空間の中に引き込まれ、前記窓を横切るガス流を生じさせるように配設されることを特徴とする請求項１４または１５に記載の付加製造装置。
【請求項１７】
材料床を横切って移動することができ、流動性材料を前記材料床にわたって広げるためのワイパーを備え、前記コアンダ表面は、前記ワイパーと共に移動するように配置されることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の付加製造装置。
【請求項１８】
前記材料床を横切るガス流を生成するための入口ノズルと、出口ノズルとを備え、前記装置は、前記ワイパーで材料を広げながら、前記材料床の材料を圧密化するように配置され、前記コアンダ表面は、前記ワイパーを横切る前記ガス流を成形するように配置されることを特徴とする請求項１７に記載の付加製造装置。
【請求項１９】
前記コアンダ表面は、前記ガス流と略平行な方向にガスを引き込み、および／または、推進するように整列されることを特徴とする請求項１８に記載の付加製造装置。
【請求項２０】
前記ワイパーは、ガス流方向に対して垂直な方向への移動を通じて粉末を広げるように配置されることを特徴とする請求項１８または１９に記載の付加製造装置。
【請求項２１】
前記ワイパーは、ガス流方向と平行な方向への移動を通じて粉末を広げるように配置されることを特徴とする請求項１８または１９に記載の付加製造装置。
【請求項２２】
付加製造機のためのフローデバイスであって、前記フローデバイスは、狭い端部に向かって先が細くなる本体を備え、前記本体は、加圧ガス源に連結可能な内部通路を有し、前記内部通路は、複数の開口部を有し、１つの開口部は、前記狭い端部の一方側の前記本体のコアンダ表面上にわたってガスの噴流を方向づけるように配置され、別の開口部は、前記狭い端部の他方側の前記本体のさらなるコアンダ表面上にわたって前記ガスの噴流を方向づけるように配置されることを特徴とするフローデバイス。
【請求項２３】
付加製造を用いて物体を構築する方法であって、前記方法は、フローデバイスを使用して、付加製造機の構築チャンバ内の構築プラットホームを横切るガスの流れを生成するステップを含み、前記フローデバイスは、コアンダ表面を有する本体と、加圧ガス源に連結可能な通路とを備え、前記通路は、前記コアンダ表面に隣接して配設された開口部を有し、使用時に、前記コアンダ表面上にわたってガスの噴流を方向づけ、前記コアンダ表面に隣接する空間は、前記空間の中に引き込まれた、および／または、前記空間から推進されたガスが前記構築チャンバを通るガス流を生じさせるように、前記構築チャンバと流体連通することを特徴とする方法。
【請求項２４】
請求項２３に記載の方法を使用して製造されることを特徴とする物体。
【請求項２５】
流動性材料の層状の圧密化により３次元物体を製造するための付加製造装置であって、前記装置は、前記流動性材料の床を支持するための下降可能な構築プラットホームと、前記床の作業面で流動性材料を選択的に圧密化し、前記物体を形成するためのエネルギービームと、前記床にわたって流動性材料を広げるためのワイパーであって、前記エネルギービームを用いた前記流動性材料の圧密化中に移動可能であるワイパーと、前記ワイパーを越えるガス流に影響を及ぼすためのアクティブフローデバイスであって、前記ワイパーと共に移動可能なアクティブフローデバイスとを備えることを特徴とする付加製造装置。
【請求項２６】
前記アクティブフローデバイスは、前記ガス流内の乱流を低減するように配置されることを特徴とする請求項２５に記載の付加製造装置。
【請求項２７】
前記作業面を横切るガス流を生成するための、構築チャンバ内のガス入口と、ガス出口とを備え、前記ガス流は、前記流動性材料の圧密化中に前記ワイパーが移動して粉末を広げるときに、前記ワイパーを越え、前記アクティブフローデバイスは、前記ワイパーの近傍で前記ガス流に影響を及ぼすことを特徴とする請求項２５または２６に記載の付加製造装置。
【請求項２８】
前記アクティブガスフローデバイスは、前記構築チャンバからガスを吸い込むための少なくとも１つの開口部を、前記アクティブガスフローデバイス内に備えることを特徴とする請求項２５乃至２７のいずれか一項に記載の付加製造装置。
【請求項２９】
前記アクティブガスフローデバイスは、前記構築チャンバの中にガスを推進するための少なくとも１つの開口部を、前記アクティブガスフローデバイス内に備えることを特徴とする請求項２５乃至２８のいずれか一項に記載の付加製造装置。
【請求項３０】
前記開口部は、前記アクティブフローデバイスの表面に沿ってガスの噴流を生成することを特徴とする請求項２９に記載の付加製造装置。
【請求項３１】
前記表面は、コアンダ表面であることを特徴とする請求項３０に記載の付加製造装置。
【請求項３２】
前記表面は、前記噴流の方向に平行に延在する表面であることを特徴とする請求項３０に記載の付加製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、付加製造装置、および、そのような装置で使用するためのフローデバイス（flow device）に関する。本発明は、特に、選択的レーザー溶解（ＳＬＭ：ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ  ｌａｓｅｒ  ｍｅｌｔｉｎｇ）および選択的レーザー焼結（ＳＬＳ：ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ  ｌａｓｅｒ  ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ）のための装置に対する適用性を有するが、これに限定するものではない。
【背景技術】
【０００２】
構成部材を生産するための付加製造方法またはラピッドプロトタイピング法（rapid prototyping methods）は、集束されたレーザービームまたは電子ビームを使用する、粉末材料などの材料の層ごとの圧密化を含む。ＳＬＭまたはＳＬＳでは、構築チャンバ内に粉末層が堆積され、集束されたレーザービームが、構築される構成部材の断面に対応する粉末層の部分にわたり走査され、それにより、レーザーが走査する点にある粉末が、焼結または融着のいずれかにより圧密化される。層の圧密化後、構築表面は、新たに圧密化された層の厚さ分だけ下げられ、さらなる粉末の層が表面上にわたって広げられ、必要に応じて圧密化される。典型的には、レーザーまたは電子ビームは、チャンバの窓を通ってチャンバの中に入射することになる。
【０００３】
材料、特に金属のＳＬＭ／ＳＬＳ中に、かなりの量の凝縮物が、構築チャンバ内で生成される場合がある。凝縮物が、構築されている構成部材上に定着し（settling on）一体化されること、および／または、凝縮物が、レーザーもしくは電子ビームがチャンバの中に入射する窓を閉塞することなどの望ましくない影響を防止するために、この凝縮物は構築チャンバから取り除かれるべきである。チャンバを通るガス流（gas flow）を導入することにより、構築チャンバから凝縮物を取り除くことが周知されており、凝縮物は、このガス流に同伴され、ガス流と共にチャンバから出ていく。
【０００４】
非特許文献１は、ＳＬＭを用いて製造された試験片へのガス流の影響を調査している。弱いガス流の領域は、高い多孔性および低い圧縮強度を有する試験片と一致することがみられ、ガス流均一性は、構造物を、それらの強度および密度が均質になるように生産することを可能にする重要なプロセス変数であるということが認識されている。この文献内で開示されたガス流レールは、気孔率および強度の位置によるばらつきを招き、これは、ガスがガスレールの長さに沿って進むときの摩擦損失に起因すると考えられた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開第２０１０／００７３９６号パンフレット
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Ｂ．Ｆｅｒｒａｒ，ｌ．Ｍｕｌｌｅｎ，Ｅ．Ｊｏｎｅｓ，Ｒ．Ｓｔａｍｐ．Ｃ．Ｊ．Ｓｕｔｃｌｉｆｆｅ，“Ｇａｓ  ｆｌｏｗ  ｅｆｆｅｃｔｓ  ｏｎ  ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ  ｌａｓｅｒ  ｍｅｌｔｉｎｇ  （ＳＬＭ）  ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ  ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ”，Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｖｏｌｕｍｅ  ２１２，Ｐａｇｅｓ  ３５５  ｔｏ  ３６４
【発明の概要】
【０００７】
本発明の第１の態様によれば、中部で物体が構築される構築チャンバと、フローデバイスとを備える付加製造装置であって、フローデバイスは、コアンダ表面を有する本体と、加圧ガス源に連結可能な通路とを備え、通路は、コアンダ表面に隣接して配設された開口部を有し、使用時に、コアンダ表面上にわたってガスの噴流を方向づける、付加製造装置であり、コアンダ表面に隣接する空間は、空間の中に引き込まれた、および／または、空間から推進されたガスが、構築チャンバを通るガス流を生じさせるように、構築チャンバと流体連通する、付加製造装置が提供される。
【０００８】
使用時に、コアンダ表面上にわたって方向づけられたガスの噴流（または、いわゆる「コアンダ噴流」）は、コアンダ効果により、表面に向かって引き寄せられ、および表面に沿って進み、これは、表面に隣接する空間の中に追加のガスを引き込む吸引力を生成する。典型的には、コアンダ表面は、噴流の方向から逸れている。このようなデバイスを使用し、チャンバを通るガス流を生成することにより、チャンバを通るガスを吹き込むことにより生成された気流と比べ、構築チャンバから凝縮物を捕捉し移送することを改善することができる。このようなデバイスは、構築チャンバを横切る、より均一なガス流を生成し、構築物の特性のばらつきを低減することができる。
【０００９】
本体は、コアンダ表面を囲む間隙（aperture）を画定することができ、間隙の少なくとも１つの側は、構築チャンバの中に開口する。１つの実施形態では、コアンダ表面は、間隙を画定する本体の内部表面の、全体ではないが、かなりの部分を形成する。このような間隙は、コアンダ表面に沿った噴流の移動によって生成される吸引力を増加させるのに役立つことができ、チャンバを通る略層流（プラグ流と記載されることもある）を伴う管状のガス（tube of gas）を生成することができる。このような管状のガスは、構築チャンバを通るガスを吹き込むことにより生成された、より乱れた乱流に比べ、より良好に凝縮物を巻き込み、運び去ることができる。
【００１０】
コアンダ表面は、ガス流に対して、上流縁部と、下流縁部とを備えることができ、開口部は、上流縁部に向かって配設される。開口部は、１または複数のスリットを備えることができ、この１または複数のスリットは、間隙の周りのかなりの割合、例えば、間隙の周囲の少なくとも半分に延在することができる。
【００１１】
通路またはさらなる通路のさらなる開口部は、本体のさらなるコアンダ表面上にわたって、そして、本体が間隙を画定する場合には、外側に面する（間隙を画定しない）コアンダ表面上にわたって、ガスの噴流を方向づけるように配置され得る。さらなるコアンダ表面は、さらなる開口部によって生成される噴流の方向から逸れることができる。１つの実施形態では、本体は、狭い（下流）端部に向かって先が細くなる涙滴形などのような断面を有し、コアンダ表面は、狭い端部の一方側に配設され、さらなるコアンダ表面は、狭い端部の他方側に配設される。このようにして、ガスは、コアンダ効果によって本体の両側の空間の中に引き込まれ、この流れは、本体の狭い端部のあたりで収束する。
【００１２】
通路は、本体内の内部通路とすることができる。本体は、好ましくは、狭い端部よりも、本体のより幅広い（上流）端部寄りに配設される、内部通路からの開口部および／またはさらなる開口部を画定することができる。
【００１３】
開口部／さらなる開口部は、本体によって画定された、より幅広い間隙に比べて狭い。このようにして、開口部／さらなる開口部は、加圧空気の噴流を生成し、間隙は、周囲から空気を引き込むのに十分な広さを有する。
【００１４】
間隙は、構築チャンバへの入口または出口とすることができる。
【００１５】
あるいは、本体は、間隙の両側が構築チャンバに開口するように、構築チャンバ内に収容され得る。このようにして、ガスは、構築チャンバから間隙の中に引き込まれ、また、間隙の他方側から構築チャンバの中に排出され、構築チャンバを通るガス流循環を生成する。本体を構築チャンバ内に適切に配置することは、ガス流が構築プラットホーム上を通過することを確実にし、この容積（volume）からの凝縮物の除去を促進する。
【００１６】
本装置は、構築チャンバ内にガス流を生成するために、少なくとも２つの上述されたフローデバイスを備えることができる。フローデバイスは、構築プラットホーム上方の容積の両側に位置することができ、一方のフローデバイスは、ガスを容積の中に推進するように配置され、他方のフローデバイスは、容積からガスを引き出すように配置される。このような配置は、構築プラットホーム上にわたり管状の層流（tube of laminar flow）を作り出すことができ、これは、チャンバを通るガスを吹き込むことにより生成される、より乱れたガス流に比べ、構築チャンバから凝縮物を捕捉し移送することを改善することができる。
【００１７】
本装置は、レーザービームを生成するためのレーザーと、レーザービームを構築チャンバの窓を通して導光し、構築チャンバ内の材料を圧密化するための光学モジュールとを備えることができ、フローデバイスのコアンダ表面は、窓に隣接して配設され、構築チャンバ内に窓を横切るガス流を生じさせる。
【００１８】
このようにして、フローデバイスは、例えば付加製造プロセスによって生成された凝縮物による、窓の表面の汚染を防止／低減することができる。窓上に定着する凝縮物は、例えば、レーザービームを散乱させる、および／または、レーザービームを所望の経路から変えてしまうことにより、窓を通過するレーザービームに影響を与える恐れがある。
【００１９】
コアンダ表面は、窓の形状に合うように成形され得る。例えば、窓は、円形などの湾曲した断面形状を有することができ、コアンダ表面は、窓の湾曲した断面形状に沿うように対応して湾曲することができる。コアンダ表面は、窓の周囲の少なくとも２５％、好ましくは少なくとも４０％の周りに延在することができる。
【００２０】
コアンダ表面は、窓の下の容積内のガスが、コアンダ表面に隣接する空間の中に引き込まれ、窓を横切るガス流を生じさせるように配設され得る。
【００２１】
本装置は、材料床を横切って移動することができ、流動性材料を材料床にわたって広げるためのワイパーを備えることができ、コアンダ表面は、ワイパーと共に移動するように配置される。本装置は、材料床を横切るガス流を生成するための入口ノズルと、出口ノズルとを備えることができる。本装置は、ワイパーで材料を広げながら、材料床の材料を圧密化するように配置され得る。コアンダ表面は、例えば乱流を低減するなど、ワイパーを横切るガス流を成形するように配置され得る。コアンダ表面は、ガス流と略平行な方向にガスを引き込み、および／または、推進するように整列され得る。ワイパーは、ガス流方向に対して垂直な方向、または、ガス流方向と平行な方向への移動を通じて粉末を広げるように配置され得る。
【００２２】
本発明の別の態様によれば、付加製造機のためのフローデバイスであって、このフローデバイスは、狭い端部に向かって先が細くなる本体を備え、本体は、加圧ガス源に連結可能な内部通路を有し、内部通路は、複数の開口部を有し、１つの開口部は、狭い端部の一方側の本体のコアンダ表面上にわたってガスの噴流を方向づけるように配置され、別の開口部は、狭い端部の他方側の本体のさらなるコアンダ表面上にわたってガスの噴流を方向づけるように配置される、フローデバイスが提供される。
【００２３】
フローデバイスの本体は、付加製造機の構築チャンバの高温環境で使用されるのに適するような材料から作製される。
【００２４】
本発明の別の態様によれば、付加製造を用いて物体を構築する方法であって、この方法は、フローデバイスを使用して、付加製造機の構築チャンバ内の構築プラットホームを横切るガスの流れを生成するステップを含み、フローデバイスは、コアンダ表面を有する本体と、加圧ガス源に連結可能な通路とを備え、通路は、コアンダ表面に隣接して配設された開口部を有し、使用時に、コアンダ表面上にわたってガスの噴流を方向づけ、コアンダ表面に隣接する空間は、空間の中に引き込まれた、および／または、空間から推進されたガスが構築チャンバを通るガス流を生じさせるように、構築チャンバと流体連通する、方法が提供される。
【００２５】
この製造方法は、より低い気孔率、および／または、より高い圧縮強度などの改善された特性を有する物体を結果としてもたらすことができる。
【００２６】
本発明のさらなる態様によれば、流動性材料の層状の圧密化により３次元物体を製造するための付加製造装置であって、この装置は、流動性材料の床を支持するための下降可能な構築プラットホームと、床の作業面で流動性材料を選択的に圧密化し、物体を形成するためのエネルギービームと、床にわたって流動性材料を広げるためのワイパーであって、エネルギービームを用いた流動性材料の圧密化中に移動可能であるワイパーと、ワイパーを越えるガス流に影響を及ぼすためのアクティブフローデバイスであって、ワイパーと共に移動可能なアクティブフローデバイスとを備える、付加製造装置が提供される。
【００２７】
アクティブフローデバイスは、ガス流内の乱流を低減するように配置され得る。
【００２８】
本装置は、作業面を横切るガス流を生成するための、構築チャンバ内のガス入口と、ガス出口とを備えることができ、ガス流は、流動性材料の圧密化中にワイパーが移動して粉末を広げるときに、ワイパーを越え、アクティブフローデバイスは、ワイパーの近傍でガス流に影響を及ぼす。
【００２９】
アクティブガスフローデバイスは、構築チャンバからガスを吸い込むための少なくとも１つの開口部を、アクティブガスフローデバイス内に備えることができる。
【００３０】
アクティブガスフローデバイスは、構築チャンバの中にガスを推進するための少なくとも１つの開口部を、アクティブガスフローデバイス内に備えることができる。開口部は、アクティブフローデバイスの表面に沿ってガスの噴流を生成することができる。表面は、コアンダ表面とすることができる。表面は、噴流の方向に平行に延在する表面とすることができる。フローデバイス／ワイパーの表面に沿って高速ガス流を生成することで、ワイパーが作業面を横切って移動するときに、ワイパーと交差するガス流から生成される乱流を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の１つの実施形態によるフローデバイスを示す斜視図である。
【図２】一部が切り取られた、図１に示されるフローデバイスを示す斜視図である。
【図３】本発明の一実施形態による付加製造装置を一方の側から示す概略図である。
【図４】図３に示される付加製造装置を別の側から示す概略図である。
【図５】構築チャンバの窓を横切るガス流を生成するための、本発明の別の実施形態によるフローデバイスを示す斜視図である。
【図６】ワイパーと共に移動することができるように取り付けられた、本発明の別の実施形態によるガスフローデバイスを示す斜視図である。
【図７】ワイパーと共に移動することができるように取り付けられた、本発明のさらに別の実施形態によるガスフローデバイスを示す斜視図である。
【図８】図７に示されるガスフローデバイスを示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
図１および図２を参照すると、付加製造装置で使用するためのフローデバイス１は、間隙／口１３を画定する本体２と、本体２を支持するための脚部３、４とを備える。本体２によって画定された間隙／口１３は略楕円形を有し、長さは、その幅よりも大幅に大きい。
【００３３】
本体２は、例えば脚部３または４を通る通路を介し加圧ガス源（図示せず）に連結可能なプレナム（plenum）９を備え、プレナム９は、Ｔ型の内部通路１０を介し本体２の開口部５、６に連結される。プレナム９から通路１０／開口部５、６に入っていく加圧ガスの閉じ込め（confinement）は、開口部５、６でガスの噴流を生成する。
【００３４】
本体２は、幅広い上流端部７から、この実施形態では点８である狭い下流端部まで先が細くなる、涙滴形の断面を有する。開口部５、６は、本体２の上流端部７付近に配設され、本体１の内側に面する表面１１および外側に面する表面１２上にわたってガスの噴流をそれぞれ方向づける。この実施形態では、開口部５、６は、本体２によって画定されたループの全長に延びる略連続したスリットであり、適切なウェブ（web）（図示せず）が、本体２の上流端部７を定位置に保持する。
【００３５】
各表面１１、１２は、噴流の方向から逸れている。表面１１、１２の湾曲および表面１１、１２に対する噴流の方向は、使用時にガスの各噴流が、対応する表面１１、１２に向かって、コアンダ効果により（破線矢印によって示されるように）引き寄せられ、表面８、９に隣接する空間に追加の周囲ガスを引き込むように配置される。
【００３６】
図３および図４を参照すると、１対のこのようなマニホールド１ａ、１ｂが付加製造装置の構築チャンバ１０１内に位置し、構築チャンバ１０１内にガス流を生成する。付加製造装置は、選択的レーザー溶解粉末１０４によって構築される物体１０３を支持するための構築プラットホーム１０２を備える。プラットホーム１０２は、物体１０３の連続層が形成されるにつれて、チャンバ１０１内で下げられ得る。粉末１０４の層は、物体１０３が構築されるにつれて、分注装置１０８およびワイパー１０９によって形成される。例えば、分注装置１０９は、特許文献１に記載されるような装置とすることができる。レーザーモジュール１０５は、粉末１０４を溶解するためのレーザーを生成し、レーザーは、光学モジュール１０６によって必要に応じて方向づけられる。レーザーは、窓１０７を介して構築チャンバに入射する。
【００３７】
マニホールド１ａ、１ｂは、構築プラットホーム１０２上方の容積の両側に位置し、各マニホールド１ａ、１ｂの間隙の両側が、構築チャンバ１０１に開口する。マニホールド１ａ、１ｂは、間隙の横径を構築プラットホーム１０２と平行にして配設される。このようにして、マニホールド１ａが、ガス、典型的には不活性ガスを構築チャンバ１０１から引き出し、ガスを構築プラットホーム１０２上方の容積の中に推進し、そして、マニホールド１ｂが、構築プラットホーム１０２上方の容積からガスを引き出し（矢印および点線によって示されるように）、構築プラットホーム１０２上にわたって略平面状（または扁平状）の層流を作り出す。層流は、構築されている物体／複数の物体の気孔率および圧縮強度などの特性のばらつきを低減することができる。太めの点線で表されるように、マニホールド１ａの点８からの流れは、中央開口部からの流れよりも速くなり得る。速く流れるガスのこのスリーブ（sleeve）は、構築プラットホーム１０２上方の容積から凝縮物を捕捉し移送することを強化することができる。
【００３８】
マニホールド１ｂによって排出されたガスおよび凝縮物を捉えるために、出口１１０が配置される。出口１１０とマニホールド１ｂとの間のいかなる隙間も好適に小さくされ、凝縮物が出口から外れる機会を低減する。１つの実施形態（図示せず）では、出口１１０およびマニホールド１ｂは、物理的に結合される。例えば、図３に示すような、構築チャンバ１０１の中に延在するフレアー状の本体を備える出口１１０ではなく、マニホールド１ｂが、出口の中にガスを吸い込むためにコアンダ効果を生成する、先が細くなる表面１１を有して、構築チャンバ１０１の壁の一部として形成されてもよい。
【００３９】
ガスは、ガス再循環ループ１１１を通って、出口１１０から入口１１２へ、ならびに、マニホールド１ａおよび１ｂ内の開口部５および６へ再循環される。ポンプ１１３は、入口１１２および開口部５、６における所望のガス圧力を維持する。ガスは、マニホールド１ａ、１ｂの脚部３ａ、３ｂおよび４ａ、４ｂを通って開口部５および６に送られる。フィルタ１１４が再循環ループ１１１内に設けられ、流れに捕捉された凝縮物をガスから濾過する。１よりも多くの入口１１２が、構築チャンバ１０１内に設けられ得ることが理解されよう。さらに、構築チャンバ１０１の外側に延在するのではなく、再循環ループ１１１は、構築チャンバ１０１内に含まれ得る。
【００４０】
付加製造装置を使用して構築された物体は、構築されている物体の周りの容積から凝縮物を取り除くことが改善されるため、より欠陥の少ないものとすることができる。特に、物体上に定着し、物体に一体化される凝縮物の量が低減され得る。
【００４１】
物体は、ガス流が改善されるため、より低い気孔率、および／または、より高い圧縮強度を有することができる。物体／複数の物体の気孔率および／または圧縮強度のばらつきが、より少なくなり得る。
【００４２】
ガス流は、窓１０７上の凝縮物の定着も低減／排除することができる。窓１０７上の凝縮物の定着は、レーザーの方向および焦点に影響を与える場合があり、これは、構築精度に影響を与える恐れがある。
【００４３】
図５は、窓１０７を横切るガス流を生成するための専用のガスフローデバイス２０１を示す。このようなガスフローデバイス２０１は、ガスフローデバイス１ａおよび１ｂと連携して、または、それらから独立して設けられ得る。ガスフローデバイス２０１は、円形窓１０７のための環状座部２０３を提供する、中空本体２０２を備える。このフローデバイスは、構築チャンバ１０１の壁の間隙内に嵌められ、窓１０７を通る構築チャンバへの光学アクセスを提供する。
【００４４】
中空本体２０２は、窓１０７の直下の容積の中へガスを推進するための入口２１２ａを提供する弧状入口部分２１２と、窓１０７の直下の容積からガスを引き出すための出口２１０ａを提供する弧状出口部分２１０とを備える。入口および出口部分２１２、２１０は共に、窓１０７の直下の空間を包囲する。
【００４５】
中空本体２０２の出口部分２１０は、２つのプレナムチャンバ２０９ａおよび２０９ｂを画定し、入口部分２１２は、単一のプレナムチャンバ２１５を画定する。チャンバ２０９ａ、２０９ｂ、および２１５は、加圧ガスの発生源（図示せず）に連結可能である。チャンバ２０９ａ、２０９ｂ、および２１５は、共に連結され、それにより、同じガス源によって加圧されてもよい。チャンバ２１５からのガスは、入口２１２ａから出て、窓１０７の下面を横切って（矢印によって示されるように）流れることができる。入口２１２ａの弧は、窓１０７の全幅を横切るガス流を提供するのに十分である。
【００４６】
出口部分２１０は、チャンバ２０９ａおよび２０９ｂから開口部２０５、２０６に入っていく加圧ガスの閉じ込めが、外面２０１１、２０１２上にわたるガスの噴流をそれぞれ生成するように配置される、開口部２０５および２０６を備える。開口部２０５、２０６は、出口部分２１０の周りに延びる弧状スリットである。
【００４７】
少なくとも表面２０１１は、出口２０５によってもたらされる噴流の方向から離れるように湾曲するコアンダ表面を提供する。表面２０１１の湾曲は、噴流が、コアンダ効果により（破線矢印によって示されるように）表面２０１１に向かって引き寄せられ、窓１０７の下の空間から出口２１０ａの中にガスを引き込む低圧力を作り出すように、開口部２０５によって形成された噴流の方向に対し配置される。このようにして、入口２１２ａから推進されたガス、および、出口２１０ａの中に引き込まれたガスは、窓１０７の下面を横切るガス流を形成する。このようなガス流は、付加製造プロセス中に生成された凝縮物が、窓１０７上に定着することを防止するのに役立つことができる。
【００４８】
図６は、本発明のさらなる実施形態を示す。図３および図４に示される実施形態の特徴に対応するこの実施形態の特徴には、同じ参照符号が３００番台で付与されている。
【００４９】
構築チャンバ内の入口および出口（図示せず）は、ガス再循環ループに連結され、粉末床３０４の作業面３０４ａを横切るガス流を生成する。
【００５０】
この実施形態のガスフローデバイス３０１は、ワイパー３０９上に取り付けられていること以外は、図１および図２に示されるものと同様である。この実施形態では、ワイパー３０９は、粉末と接触するための円筒形構成要素３０９ａと、ワイパー３０９の手前の粉末塊（powder heap）３０４ｂをガス流から保護するためのカウル（cowl）３０９ｂとを備える。ガスフローデバイス３０１は、ワイパー３０９の一方側からガスを引き込み、ワイパー３０９の他方側へとガスを推進する。その結果、ガスフローデバイス３０１は、ワイパー３０９がガス流内に存在していても、層状のガス流が維持されるように、ワイパーを（ワイパー３０９の一方側からワイパー３０９の他方側へ）横切って越えるガス流に影響を及ぼす。このようにして、レーザービーム３１８ａ、３１８ｂを用いた粉末の圧密化中に生成されたデブリ（debris）は、所望するようにガス出口へ運び去られる。
【００５１】
単一のレーザービーム３１８ａ、３１８ｂ、または複数のレーザービーム３１８ａ、３１８ｂは、ワイパー３０９を用いて粉末層を広げる間に、ワイパー３０９の両側の粉末床３０４にわたって走査され得る。あるいは、各レーザービーム３１８ａ、３１８ｂは、ワイパー３０９の特化された側を走査することができる。
【００５２】
図７および図８は、本発明のさらなる実施形態を示す。図３、図４、および図６に示される実施形態の特徴に対応するこの実施形態の特徴には、同じ参照符号が４００番台で付与されている。この実施形態は、作業面４０４ａを横切るガス流が、ワイパーが動かされ粉末層を広げる方向Ｗに垂直になるように生成されるという点で、図６に示される実施形態とは異なる。
【００５３】
この実施形態では、ワイパー３０９は、１対のワイパーブレード４０９ａ、４０９ｃを含む、Ｕ型の筐体を備える。ワイパーブレード４０９ａは、方向Ｗの一方にワイパー４０９が移動している間に粉末を広げるためのものであり、ワイパーブレード４０９ｃは、方向Ｗの対向する他方にワイパー４０９が移動している間に粉末を広げるためのものである。ワイパー筐体は、別の形状を有してもよく、ワイパー４０９は、単一のワイパーブレード４０９ａ、４０９ｃのみを備えてもよいことが理解されよう。
【００５４】
ワイパー筐体は、可撓性導管４９３を介して加圧ガスの発生源に連結されたプレナムチャンバ４９９を画定する。筐体の長さに沿った位置で間隔をあけて配置された、この実施形態ではスロットである一連の開口部４０６ａ、４０６ｂは、筐体の表面に平行な加圧ガスの噴流を、構築チャンバ内の入口４１２と出口（図示せず）との間に生成されるガス流と平行な方向に方向づける。ワイパー４０９の外面に沿って方向づけられたガスの高速噴流は、略層状のガス流がワイパー４０９の近傍で維持されるように、ワイパー４０９を越えるガス流に影響を及ぼす。したがって、入口と出口との間のガス流内にワイパーが存在することにより引き起こされる妨害／乱流が低減される。このようにして、ワイパー４０９を用いて粉末を広げている間に、レーザービーム４１８ａ、４１８ｂを用いた粉末の圧密化中に生成されたデブリは、ガス流によって所望するように運び去られる。
【００５５】
本明細書に記載された本発明の範囲から逸脱することなく、上述された実施形態に修正および変更が加えられ得ることが理解されよう。例えば、図７および図８に示される実施形態は、ワイパーが移動し粉末を広げる方向Ｗに垂直の方向に、層状のガス流を生成するために配置されたコアンダ表面を有する、ワイパー４０９上のガスフローデバイスを提供するように修正されてもよい。それぞれ図１および図２に示されるフローデバイスに類似する２つのコアンダフローデバイスが、ワイパーの両端に取り付けられ、ワイパーの長手方向に沿って層状のガス流を生成してもよい。
【図１】
2017523303.tif 000003
【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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【手続補正書】
【提出日】平成29年3月7日(2017.3.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流動性材料の層状の圧密化により３次元の物体を製造するための付加製造装置であって、前記付加製造装置は、前記流動性材料の床を支持するための下降可能な構築プラットホームと、前記床の作業面で流動性材料を選択的に圧密化し、前記物体を形成するためのエネルギービームと、前記床にわたって流動性材料を広げるためのワイパーであって、前記エネルギービームを用いた前記流動性材料の圧密化中に移動可能であるワイパーと、前記ワイパーを越えるガス流に影響を及ぼすためのアクティブフローデバイスであって、前記ワイパーと共に移動可能なアクティブフローデバイスとを備えることを特徴とする付加製造装置。
【請求項２】
前記アクティブフローデバイスは、前記ガス流内の乱流を低減するように配置されることを特徴とする請求項１に記載の付加製造装置。
【請求項３】
前記作業面を横切るガス流を生成するための、構築チャンバ内のガス入口と、ガス出口とを備え、前記ガス流は、前記流動性材料の圧密化中に前記ワイパーが移動して粉末を広げるときに、前記ワイパーを越え、前記アクティブフローデバイスは、前記ワイパーの近傍で前記ガス流に影響を及ぼすことを特徴とする請求項１または２に記載の付加製造装置。
【請求項４】
前記アクティブフローデバイスは、前記構築チャンバからガスを吸い込むための少なくとも１つの開口部を、前記アクティブフローデバイス内に備えることを特徴とする請求項３に記載の付加製造装置。
【請求項５】
前記アクティブフローデバイスは、前記構築チャンバの中にガスを推進するための少なくとも１つの開口部を、前記アクティブフローデバイス内に備えることを特徴とする請求項３又は４に記載の付加製造装置。
【請求項６】
前記開口部は、前記アクティブフローデバイスの表面に沿ってガスの噴流を生成することを特徴とする請求項５に記載の付加製造装置。
【請求項７】
前記表面は、コアンダ表面であることを特徴とする請求項６に記載の付加製造装置。
【請求項８】
前記表面は、前記噴流の方向に平行に延在する表面であることを特徴とする請求項６に記載の付加製造装置。
【請求項９】
物体が構築される構築チャンバと、フローデバイスとを備える付加製造装置であって、前記フローデバイスは、コアンダ表面を有する本体と、加圧ガス源に連結可能な通路とを備え、前記通路は、前記コアンダ表面に隣接して配設された開口部を有し、使用時に、前記コアンダ表面上にわたってガスの噴流を方向づけ、前記コアンダ表面に隣接する空間は、前記空間の中に引き込まれた、および／または、前記空間から推進されたガスが、前記構築チャンバを通るガス流を生じさせるように、前記構築チャンバと流体連通することを特徴とする付加製造装置。
【請求項１０】
前記開口部は、前記コアンダ表面上にわたって前記ガスの噴流を方向づけるように配置され、前記コアンダ表面に付着する前記ガスの噴流のコアンダ効果が、前記コアンダ表面に隣接する前記空間の中に追加のガスを引き込むように、前記コアンダ表面は、前記噴流の方向から逸れていることを特徴とする請求項９に記載の付加製造装置。
【請求項１１】
前記本体は、前記コアンダ表面を囲む間隙を画定し、前記間隙の少なくとも１つの側は、前記構築チャンバの中に開口することを特徴とする請求項９または１０に記載の付加製造装置。
【請求項１２】
前記開口部は、１または複数のスリットを備え、前記１または複数のスリットは、前記間隙の周囲のかなりの割合に延在することを特徴とする請求項１１に記載の付加製造装置。
【請求項１３】
前記本体は、前記間隙の両側が前記構築チャンバに開口するように、前記構築チャンバ内に収容されることを特徴とする請求項１１または１２に記載の付加製造装置。
【請求項１４】
前記開口部は、より幅広い前記間隙に比べて狭いことを特徴とする請求項１１乃至１３のいずれか一項に記載の付加製造装置。
【請求項１５】
前記コアンダ表面は、前記ガス流に対して、上流縁部と、下流縁部とを備え、前記開口部は、前記上流縁部に向かって配設されることを特徴とする請求項９乃至１４のいずれか一項に記載の付加製造装置。
【請求項１６】
前記通路またはさらなる通路のさらなる開口部を備え、前記さらなる開口部は、前記本体のさらなるコアンダ表面上にわたってガスの噴流を方向づけるように配置されることを特徴とする請求項９乃至１５のいずれか一項に記載の付加製造装置。
【請求項１７】
前記さらなるコアンダ表面は、前記さらなる開口部によって生成される前記噴流の方向から逸れていることを特徴とする請求項１６に記載の付加製造装置。
【請求項１８】
前記本体は、狭い端部に向かって先が細くなる断面を有し、前記コアンダ表面は、前記狭い端部の一方側に配設され、前記さらなるコアンダ表面は、前記狭い端部の他方側に配設されることを特徴とする請求項１６または１７に記載の付加製造装置。
【請求項１９】
前記通路は、前記本体内の内部通路であることを特徴とする請求項９乃至１８のいずれか一項に記載の付加製造装置。
【請求項２０】
前記構築チャンバ内にガス流を生成するために、少なくとも２つの前記フローデバイスを備えることを特徴とする請求項９乃至１９のいずれか一項に記載の付加製造装置。
【請求項２１】
前記フローデバイスは、構築プラットホーム上方の容積の両側に位置し、一方のフローデバイスは、ガスを前記容積の中に推進するように配置され、他方のフローデバイスは、前記容積からガスを引き出すように配置されることを特徴とする請求項２０に記載の付加製造装置。
【請求項２２】
レーザービームを生成するためのレーザーと、前記レーザービームを前記構築チャンバの窓を通して導光し、前記構築チャンバ内の材料を圧密化するための光学モジュールとを備え、前記フローデバイスの前記コアンダ表面は、前記窓に隣接して配設され、前記構築チャンバ内に前記窓を横切るガス流を生じさせることを特徴とする請求項９乃至１７および請求項１９のいずれか一項に記載の付加製造装置。
【請求項２３】
前記コアンダ表面は、前記窓の形状に合うように成形されることを特徴とする請求項２２に記載の付加製造装置。
【請求項２４】
前記コアンダ表面は、前記窓の下の容積内のガスが、前記コアンダ表面に隣接する前記空間の中に引き込まれ、前記窓を横切るガス流を生じさせるように配設されることを特徴とする請求項２２または２３に記載の付加製造装置。
【請求項２５】
材料床を横切って移動することができ、流動性材料を前記材料床にわたって広げるためのワイパーを備え、前記コアンダ表面は、前記ワイパーと共に移動するように配置されることを特徴とする請求項９乃至２０のいずれか一項に記載の付加製造装置。
【請求項２６】
前記材料床を横切るガス流を生成するための入口ノズルと、出口ノズルとを備え、前記付加製造装置は、前記ワイパーで材料を広げながら、前記材料床の材料を圧密化するように配置され、前記コアンダ表面は、前記ワイパーを横切る前記ガス流を成形するように配置されることを特徴とする請求項２５に記載の付加製造装置。
【請求項２７】
前記コアンダ表面は、前記ガス流と略平行な方向にガスを引き込み、および／または、推進するように整列されることを特徴とする請求項２６に記載の付加製造装置。
【請求項２８】
前記ワイパーは、ガス流方向に対して垂直な方向への移動を通じて粉末を広げるように配置されることを特徴とする請求項２６または２７に記載の付加製造装置。
【請求項２９】
前記ワイパーは、ガス流方向と平行な方向への移動を通じて粉末を広げるように配置されることを特徴とする請求項２６または２７に記載の付加製造装置。
【請求項３０】
付加製造機のためのフローデバイスであって、前記フローデバイスは、狭い端部に向かって先が細くなる本体を備え、前記本体は、加圧ガス源に連結可能な内部通路を有し、前記内部通路は、複数の開口部を有し、１つの開口部は、前記狭い端部の一方側の前記本体のコアンダ表面上にわたってガスの噴流を方向づけるように配置され、別の開口部は、前記狭い端部の他方側の前記本体のさらなるコアンダ表面上にわたって前記ガスの噴流を方向づけるように配置されることを特徴とするフローデバイス。
【請求項３１】
付加製造を用いて物体を構築する方法であって、前記方法は、フローデバイスを使用して、付加製造機の構築チャンバ内の構築プラットホームを横切るガスの流れを生成するステップを含み、前記フローデバイスは、コアンダ表面を有する本体と、加圧ガス源に連結可能な通路とを備え、前記通路は、前記コアンダ表面に隣接して配設された開口部を有し、使用時に、前記コアンダ表面上にわたってガスの噴流を方向づけ、前記コアンダ表面に隣接する空間は、前記空間の中に引き込まれた、および／または、前記空間から推進されたガスが前記構築チャンバを通るガス流を生じさせるように、前記構築チャンバと流体連通することを特徴とする方法。
【請求項３２】
請求項３１に記載の方法を使用して製造されることを特徴とする物体。
【国際調査報告】
2017523303.tif 000011
2017523303.tif 000012
2017523303.tif 000013