(57)【要約】      （修正有）【課題】積層方式で３Ｄ部品を生産する回転付加製造システムを提供する。【解決手段】積層方式で３Ｄ部品４４を生産する回転付加製造システム１０は、サイロ支持体１４と、ツール支持体１６と、複数のサイロ３０と、部品デベロッパー３２とを備える。ツール支持体１６は、サイロ支持体１４の第１の面を覆い、サイロ支持体１４に対して中心軸１８の周りに回転するように構成される。サイロ３０はそれぞれ、サイロ支持体１４に取付けられ、第１の面に対向するサイロ支持体１４の第２の面から中心軸１８に沿って延在する。部品デベロッパー３２は、ツール支持体１６によって支持され、サイロ支持体１４に対するツール支持体１６の回転中に積層方式でサイロ３０のそれぞれのサイロ内で３Ｄ部品４４を構築するように構成される。【選択図】図１
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【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
積層方式で３Ｄ部品を生産する回転付加製造システムであって、
サイロ支持体と、
前記サイロ支持体の第１の面を覆い、前記サイロ支持体に対して中心軸の周りに回転するように構成されるツール支持体と、
前記サイロ支持体に取付けられた複数のサイロであって、該サイロのそれぞれは、前記第１の面に対向する前記サイロ支持体の第２の面から前記中心軸に沿って延在する、複数のサイロと、
前記ツール支持体によって支持され、前記サイロ支持体に対する前記ツール支持体の回転中に積層方式で前記サイロのそれぞれのサイロ内で３Ｄ部品を構築するように構成される部品デベロッパーと、
を備える、回転付加製造システム。
【請求項２】
前記部品デベロッパーは、各サイロ内でビルド材料のビルド層の部品部分を選択的に加熱して、対応する前記部品の層を形成するように構成される選択的励起デバイスを備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記選択的励起デバイスは、前記ビルド層の前記部品部分に電磁エネルギーを方向付けるように構成される複数のレーザー源を備える、請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記励起デバイスは、少なくとも１つのレーザー源と、対応する前記部品の前記層を形成するように、前記少なくとも１つのレーザー源から前記ビルド層の前記部品部分に電磁エネルギーを方向付けるように構成されるレーザーダイレクターとを備える、請求項２に記載のシステム。
【請求項５】
前記選択的励起デバイスは、
前記部品部分に対応する前記ビルド層のプリントエリア上にプリント材料を塗布するように構成される印刷デバイスと、
前記ビルド層に熱を加えるように構成される少なくとも１つの加熱素子を備える加熱デバイスと、
を備え、前記ビルド層の前記プリントエリア上の前記プリント材料は前記部品部分の熱を吸収する、請求項２に記載のシステム。
【請求項６】
前記少なくとも１つの加熱素子は少なくとも１つの赤外加熱素子を含む、請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
前記少なくとも１つの加熱素子は少なくとも１つのフラッシュランプを含む、請求項５に記載のシステム。
【請求項８】
前記少なくとも１つの加熱素子のそれぞれは電子ビームを放出するように構成される、請求項５に記載のシステム。
【請求項９】
前記印刷デバイスはインク噴射ヘッドを備える、請求項５に記載のシステム。
【請求項１０】
前記選択的励起デバイスから各ビルド層に加えられる熱量は、前記中心軸からの半径方向距離の増加とともに増加する、請求項２に記載のシステム。
【請求項１１】
前記選択的励起デバイスは、前記中心軸からの半径方向距離の増加とともに減少する距離だけ、前記中心軸に沿って前記サイロ支持体から変位される、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１２】
前記選択的励起デバイスから放出される熱量は、前記中心軸からの半径方向距離の増加とともに増加する、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１３】
前記部品デベロッパーは、各ビルド層内の前記ビルド材料の状態を検出するように構成されるビルド層分析器を備え、前記ビルド材料の前記状態は、粉末状態、融解状態、及び固体状態からなる群から選択される、請求項２に記載のシステム。
【請求項１４】
前記ツール支持体と前記サイロ支持体との間に断熱体を更に備える、請求項２に記載のシステム。
【請求項１５】
前記部品デベロッパーは、各サイロのビルド平面内でビルド材料を分配して、前記サイロ支持体に対する前記ツール支持体の回転中に各ビルド層を形成するように構成されるスプレッダーを備える、請求項２に記載のシステム。
【請求項１６】
前記回転付加製造システムは、ビルド材料を収容するように構成される少なくとも１つのコンテナーを備え、
前記部品デベロッパーは、前記少なくとも１つのコンテナーから前記スプレッダーに前記ビルド材料を送出するように構成される送出デバイスを備える、請求項１５に記載のシステム。
【請求項１７】
前記少なくとも１つのコンテナーのそれぞれは、一対の前記サイロの前記方位角位置の間にある方位角位置を有する、請求項１６に記載のシステム。
【請求項１８】
前記複数のサイロのそれぞれは、
前記サイロ支持体から前記中心軸に沿って延在する１つ以上の側壁と、
前記サイロの内部に収容され、前記１つ以上の側壁及び前記サイロ支持体に対して前記中心軸に沿って移動するように構成されるビルドプラテンと、
を備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項１９】
前記１つ以上の側壁及び前記サイロ支持体に対して前記中心軸に沿って前記ビルドプラテンのそれぞれの移動を駆動するように構成される少なくとも１つのガントリーを更に備える、請求項１８に記載のシステム。
【請求項２０】
前記複数のサイロのそれぞれは前記サイロ支持体に取外し可能に取付けられる、請求項１８に記載のシステム。
【請求項２１】
前記複数のサイロのうちの少なくとも１つのサイロは、前記サイロの前記内部内でかつ前記１つ以上の側壁の間に取外し可能なインサートを備え、該取外し可能なインサートは前記ビルドプラテンを受取る内部キャビティを画定する、請求項１８に記載のシステム。
【請求項２２】
前記ツール支持体及び前記サイロ支持体を支持するように構成されるフレームを更に備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項２３】
前記サイロ支持体は、前記フレームに対して前記中心軸の周りに回転するように構成される、請求項２２に記載のシステム。
【請求項２４】
サイロ支持体と、該サイロ支持体を覆うツール支持体と、前記サイロ支持体に取付けられた複数のサイロと、前記ツール支持体によって支持された部品デベロッパーとを備える回転付加製造システムを使用して積層方式で複数の３Ｄ部品を構築する方法であって、
ａ）中心軸の周りにおけるサイロ支持体に対する前記ツール支持体の回転中に、前記部品デベロッパーのスプレッダーを使用して前記サイロのそれぞれのサイロのビルド平面内にビルド層を形成するステップと、
ｂ）前記中心軸の周りにおける前記サイロ支持体に対する前記ツール支持体の回転中に、前記部品デベロッパーの選択的励起デバイスを使用して各ビルド層内に部品部分を形成するステップであって、前記部品部分は前記３Ｄ部品のそれぞれの３Ｄ部品の層に対応する、ステップと、
ｃ）前記３Ｄ部品のうちの少なくとも１つの３Ｄ部品を印刷するために、制限された回数だけ、形成するステップａ）及びｂ）を繰返すステップと、
を含む、方法。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、３次元（３Ｄ）部品の付加製造のためのシステム及び方法に関し、より詳細には、ビルド材料層を選択的に硬化及び溶融させることによって３Ｄ部品を構築する回転付加製造システム及びプロセスに関する。
【背景技術】
【０００２】
付加製造は、概して、３次元（３Ｄ）部品が、部品のコンピューターモデルを利用して製造されるプロセスである。付加製造システムの基本動作は、３次元コンピューターモデルを薄い断面になるようにスライスすることと、その結果を２次元位置データに変換することと、そのデータを、１つ以上の付加製造技法を使用して積層方式で３次元部品を製造する制御機器に給送することとからなる。付加製造は、作製方法に対する多くの異なるアプローチを必要とし、多くの異なるアプローチは、例えば、溶融堆積モデリング（fused deposition modeling：熱溶解積層法）、インク噴射法、選択的レーザー焼結法、粉末／結合剤噴射法、電子ビーム溶融法、電子写真画像形成法、及びステレオリソグラフィープロセスを含む。
【０００３】
特定の例として、選択的レーザー焼結法（ＳＬＳ：selective laser sintering）ベースの付加製造システムにおいて、３Ｄ部品は、粉末ベースビルド材料の層を含む部品ベッドにわたってレーザービームをトレースすることによって、積層方式で３Ｄ部品のデジタル表現から印刷することができる。各層について、レーザービームは、粉末層の表面上でその層についての断面を描画し、描画されたパターンを焼結又は融解固化させる。層が完成した後に、システムのプラットフォーム又は部品ベッドが、単一層増分だけ下げられる。その後、粉末ベースビルド材料の未使用層を、直前の層を覆うように塗布することができ、レーザービームは、粉末の未使用層にわたって描画して、次の層をパターニングすることができ、このパターニングされた層は、直前の層に同様に十分に接合される。このプロセスは、連続する各層について繰返すことができる。その後、レーザーによって処理されない粉末は、３Ｄ部品が部品ベッドから取外されると、単に払いのけられ又は除去され、結果として得られる３Ｄ部品は、後続の処理又は洗浄を受けることができる。
【考案の概要】
【考案が解決しようとする課題】
【０００４】
本開示の実施形態は、積層方式で３Ｄ部品を生産する回転付加製造システム、及び、システムを使用して積層方式で１つ以上の３Ｄ部品を構築する方法を対象とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
幾つかの実施形態において、システムは、サイロ支持体と、ツール支持体と、複数のサイロと、部品デベロッパー（part developer：部品現像装置）とを備える。ツール支持体は、サイロ支持体の第１の面を覆い、サイロ支持体に対して中心軸の周りに回転するように構成される。サイロはそれぞれ、サイロ支持体に取付けられ、第１の面に対向するサイロ支持体の第２の面から中心軸に沿って延在する。部品デベロッパーは、ツール支持体によって支持され、サイロ支持体に対するツール支持体の回転中に積層方式でサイロのそれぞれのサイロ内で３Ｄ部品を構築するように構成される。
【０００６】
システムの幾つかの実施形態において、部品デベロッパーは、各サイロ内でビルド材料のビルド層の部品部分を選択的に加熱して、対応する部品の層を形成するように構成される選択的励起デバイスを備える。幾つかの実施形態において、選択的励起デバイスは、ビルド層の部品部分に電磁エネルギーを方向付けるように構成される複数のレーザー源、又は、少なくとも１つのレーザー源と、レーザー源からビルド層の部品部分に電磁エネルギーを方向付けるように構成されるレーザーダイレクターとを備える。
【０００７】
幾つかの実施形態において、選択的励起デバイスは、印刷デバイス及び加熱デバイスを備える。印刷デバイスは、部品部分に対応するビルド層のプリントエリア上にプリント材料を塗布するように構成される。加熱デバイスは、ビルド層に熱を加えるように構成される少なくとも１つの加熱素子を備える。ビルド層のプリントエリア上のプリント材料は部品部分の熱を吸収する。印刷デバイスの幾つかの実施形態はインク噴射ヘッドを備える。少なくとも１つの加熱素子の実施形態は、赤外加熱素子、フラッシュランプ、電子ビームを放出するように構成される素子、又は他の適した加熱素子を含む。
【０００８】
幾つかの実施形態において、選択的励起デバイスから各ビルド層に加えられる熱量は、中心軸からの半径方向距離の増加とともに増加する。幾つかの実施形態において、選択的励起デバイスは、中心軸からの半径方向距離の増加とともに減少する距離だけ、中心軸に沿ってサイロ支持体から変位される。幾つかの実施形態において、選択的励起デバイスから放出される熱量は、中心軸からの半径方向距離の増加とともに増加する。
【０００９】
幾つかの実施形態において、部品デベロッパーは、各ビルド層の温度及び各ビルド層内のビルド材料の状態のうちの少なくとも一方を検出するように構成されるビルド層分析器を備える。幾つかの実施形態において、ビルド層分析器を使用して検出されるビルド材料の状態は、粉末状態、融解状態、又は固体状態を含む。幾つかの実施形態において、ビルド層分析器は、例えば１つ以上の赤外検出器等の少なくとも１つの温度センサーを備える。幾つかの実施形態において、ビルド層分析器は複数の静電容量センサーを備える。
【００１０】
幾つかの実施形態において、システムは、ツール支持体を冷却するように構成される冷却ユニットを備える。幾つかの実施形態において、システムは、サイロ支持体及び／又はサイロのそれぞれを加熱するように構成される加熱ユニットを備える。幾つかの実施形態において、システムは、ツール支持体とサイロ支持体との間に断熱体を備える。
【００１１】
幾つかの実施形態において、部品デベロッパーは、各サイロのビルド平面内でビルド材料を分配して、サイロ支持体に対するツール支持体の回転中に各ビルド層を形成するように構成されるスプレッダーを備える。幾つかの実施形態において、スプレッダーはナイフ又はドクターブレードを備える。幾つかの実施形態において、スプレッダーは、中心軸を横断する回転軸を有するローラーを備える。スプレッダーのローラーは円錐又は円柱とすることができる。
【００１２】
幾つかの実施形態において、回転付加製造システムは、ビルド材料を収容するように構成される少なくとも１つのコンテナーを備え、部品デベロッパーは、少なくとも１つのコンテナーからスプレッダーにビルド材料を送出するように構成される送出デバイスを備える。幾つかの実施形態において、少なくとも１つのコンテナーは、ツール支持体及び／又はサイロ支持体によって支持される。幾つかの実施形態において、少なくとも１つのコンテナーのそれぞれは、ビルド材料を支持するように構成されるベースと、ベースを、中心軸に沿ってサイロ支持体に対して移動させるように構成される電動リフト機構とを備える。幾つかの実施形態において、少なくとも１つのコンテナーのそれぞれは、一対のサイロの方位角位置の間にある方位角位置を有する。幾つかの実施形態において、送出デバイスはオーガーを備える。
【００１３】
幾つかの実施形態において、ビルド材料は粉末材料を含む。粉末材料の例示的な実施形態は、半結晶ポリマー、金属、又はアモルファスポリマーを含む。
【００１４】
システムの幾つかの実施形態において、複数のサイロのそれぞれは、サイロ支持体から中心軸に沿って延在する１つ以上の側壁と、サイロの内部に収容されるビルドプラテンとを備える。ビルドプラテンは、１つ以上の側壁及びサイロ支持体に対して中心軸に沿って移動するように構成される。幾つかの実施形態において、システムは、１つ以上の側壁及びサイロ支持体に対して中心軸に沿ってビルドプラテンのそれぞれの移動を駆動するように構成される少なくとも１つのガントリーを備える。
【００１５】
幾つかの実施形態において、複数のサイロのそれぞれはサイロ支持体に取外し可能に取付けられる。
【００１６】
幾つかの実施形態において、複数のサイロのうちの少なくとも１つのサイロは、サイロの内部内でかつ１つ以上の側壁の間に取外し可能なインサートを備える。取外し可能なインサートはビルドプラテンを受取る内部キャビティを画定する。
【００１７】
幾つかの実施形態において、システムは、ツール支持体及びサイロ支持体を支持するように構成されるフレームを備える。幾つかの実施形態において、ツール支持体はフレームに対して中心軸の周りに回転するように構成される。幾つかの実施形態において、サイロ支持体は、フレームに対して中心軸の周りに回転するように構成される。
【００１８】
方法の幾つかの実施形態において、ビルド層は、中心軸の周りにおけるサイロ支持体に対するツール支持体の回転中に、スプレッダーを使用してサイロのうちの１つ以上のサイロのビルド平面内に形成される。部品部分は、中心軸の周りにおけるサイロ支持体に対するツール支持体の回転中に、選択的励起デバイスを使用して各ビルド層内に形成される。部品部分は３Ｄ部品のそれぞれの３Ｄ部品の層に対応する。これらのステップは、その後、３Ｄ部品のうちの少なくとも１つが印刷されるまで繰返される。幾つかの実施形態において、部品のそれぞれは、部品部分に取付けられる対応するビルド層の残りから分離される。
【００１９】
この概要は、以下で詳細な説明において更に述べられる選択された概念を簡略化された形態で導入するために提供される。この概要は、特許請求される主題の重要な特徴又は本質的な特徴を特定することを意図されないし、特許請求される主題の範囲を決定するときの補助として使用されることも意図されない。特許請求される主題は、背景で述べた任意の又は全ての欠点を解決する実装態様に限定されない。
【００２０】
定義
別途指定されない限り、本明細書で使用される以下の用語は、以下で規定される意味を有する。
【００２１】
用語「コポリマー（copolymer）」は、２つ以上のモノマー種を有するポリマーを指し、ターポリマー（すなわち、３つのモノマー種を有するコポリマー）を含む。
【００２２】
要素についての用語「少なくとも１つ（at least one）」及び「１つ以上（one or more of）」は、交換可能に使用され、単一の要素及び複数の要素を含む同じ意味を有し、要素の終りの接尾辞「（複数の場合もある）」で示すこともできる。例えば、「少なくとも１つのポリアミド（at least one polyamide）」、「１つ以上のポリアミド（one or more polyamides）」、及び「ポリアミド（複数の場合もある）（polyamide (s)）」は、交換可能に使用され、同じ意味を有することができる。
【００２３】
用語「好ましい（preferred）」及び「好ましくは（preferably）」は、一定の状況下で一定の利益を与えることができる本開示の実施形態を指す。しかし、他の実施形態もまた、同じか又は他の状況下で好ましい場合がある。さらに、１つ以上の好ましい実施形態の列挙は、他の実施形態が有用でないことを示唆せず、また、本開示の範囲から他の実施形態を排除することを意図されない。
【００２４】
「の上（above）」、「の下（below）」、「上部（top）」、「下部（bottom）」等のような指向性配向は、３Ｄ部品の印刷軸に沿う方向を参照して行われる。印刷軸が垂直なｚ軸である実施形態において、層印刷方向は、垂直なｚ軸に沿って上方向である。これらの実施形態において、用語「の上」、「の下」、「上部」、「下部」等は、垂直なｚ軸に基づく。
【００２５】
「材料を提供する（providing a material）」等のような用語「提供する（providing）」は、請求項において述べられるとき、提供されるアイテムの任意の特定の供給又は受取りを必要とすることを意図されない。むしろ、用語「提供する」は、明確にしかつ読み易くするために、請求項（複数の場合もある）の後続の要素において言及されることになるアイテムを挙げるために使用されるだけである。
【００２６】
別途指定されない限り、本明細書で言及される温度は、大気圧（すなわち、一気圧）に基づく。
【００２７】
用語「ほぼ（about）」及び「実質的に（substantially）」は、当業者に知られている予想される変動（例えば、測定における制限及び変動性）のために、測定可能な値及び範囲に関して本明細書で使用される。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本開示の実施形態による例示的な回転付加製造システムの概略側面図である。
【図２】本開示の実施形態による例示的な回転付加製造システムの等角図である。
【図３】本開示の例示的な実施形態を示すシステムの一部分の簡略化された側面断面図である。
【図４】本開示の例示的な実施形態を示すシステムの一部分の簡略化された側面断面図である。
【図５】本開示の例示的な実施形態を示すシステムの一部分の簡略化された側面断面図である。
【図６】本開示の例示的な実施形態を示すシステムの一部分の簡略化された側面断面図である。
【図７】本開示の例示的な実施形態によるスプレッダーの簡略化された底面図である。
【図８】本開示の実施形態による例示的な選択的励起デバイスの簡略化された断面図である。
【図９】本開示の実施形態による例示的なツール支持体及び選択的励起デバイスの一部分の簡略化された上面図である。
【図１０】本開示の実施形態による例示的な選択的励起デバイスの簡略化された側面断面図である。
【図１１】本開示の実施形態によるツール支持体及び例示的な選択的励起デバイスの一部分の簡略化された上面図である。
【図１２】本開示の実施形態による、サイロの作業エリアを覆う例示的な加熱デバイスの簡略化された側面断面図である。
【図１３】本開示の実施形態による、サイロの作業エリアを覆う例示的なビルド層分析器の簡略化された側面断面図である。
【図１４】本開示の実施形態による例示的なサイロの簡略化された側面断面図である。
【図１５Ａ−Ｄ】本開示の例示的な実施形態による、中心軸１８又はｚ軸に垂直に延在する平面で切取られたインサート１４０を有するサイロ３０の簡略化された断面図である。
【図１６】本発明の実施形態による回転付加製造システムを使用して複数の３Ｄ部品を構築する方法のフローチャートである。
【図１７】本開示の例示的な実施形態によるサイロ回転機構の簡略化された上面図である。
【考案を実施するための形態】
【００２９】
本開示の実施形態は、添付図面を参照して以降でより完全に述べられる。同じ又は同様の参照符号を使用して識別される要素は、同じ又は同様の要素を指す。しかし、本開示の種々の実施形態は、多くの異なる形態で具現化することができ、本明細書で述べる実施形態に限定されるものと見なされるべきでない。むしろ、これらの実施形態は、本開示が徹底的かつ完全であるように提供され、本開示の範囲を当業者に完全に伝えるであろう。
【００３０】
具体的詳細が、実施形態の徹底的な理解を提供するために以下の説明において与えられる。しかし、実施形態を、これらの具体的詳細なしで実施することができることが当業者によって理解される。例えば、回路、システム、ネットワーク、プロセス、フレーム、支持体、コネクタ、モーター、プロセッサ、及び他のコンポーネントが、実施形態を不必要な詳細において曖昧にしないために、示されない又はブロック図の形態で示される場合がある。
【００３１】
本開示の実施形態は、フローチャート図及びブロック図を使用して述べられる場合もある。フローチャートは、オペレーションを順次プロセスとして述べることができるが、オペレーションの多くは、並列に又は同時に実施され得る。さらに、オペレーションの順序を変更することができる。プロセスは、そのオペレーションが完了すると終了するが、図に含まれない又は本明細書で述べられない更なるステップを含み得る。
【００３２】
本開示の実施形態は、回転付加製造システム及び３Ｄ部品を構築するプロセスに関する。図１及び図２は、それぞれ、本開示の実施形態による例示的な回転付加製造システム１０の概略側面図及び等角図である。
【００３３】
システム１０は、１つ以上のプロセッサを示すコントローラー１２（図１）を備え、１つ以上のプロセッサは、システム１０のメモリ内にローカルに又はシステム１０の遠隔にあるメモリ内に記憶することができる命令を実行して、本明細書で述べる１つ以上の機能を実施するようにシステム１０のコンポーネントを制御するように構成される。任意の適した特許主題の適格性を有するコンピューター可読媒体をメモリのために利用することができ、メモリは、例えば、ハードディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、光記憶デバイス、又は磁気記憶デバイスを含む。こうしたコンピューター可読媒体又はメモリは、一時的波又は信号を含まない。
【００３４】
コントローラー１２のプロセッサは、１つ以上のコンピューターベースシステムのコンポーネントである。コントローラー１２は、本明細書で述べる１つ以上の機能を実施するようにシステム１０のコンポーネントを制御するために使用される、１つ以上の制御回路、マイクロプロセッサベースエンジン制御システム、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）等の１つ以上のプログラマブルハードウェアコンポーネント、及び／又は、デジタル制御式ラスターイメージングプロセッサシステムを含む。コントローラー１２は、例えば、ホストコンピューター又はリモートロケーションから受信される印刷命令に基づいて同期方式でシステム１０のコンポーネントを制御する。
【００３５】
コントローラー１２は、適した有線又は無線通信リンクを通じてシステム１０のコンポーネントと通信する。コントローラー１２は、例えばネットワーク接続（例えば、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）接続）を通じて等、適した有線又は無線通信リンクを通じて、ホストコンピューター又は他のコンピューター及びサーバ等の外部デバイスと通信する。
【００３６】
コントローラー１２は、システム１０を使用して構築される３Ｄ部品のスライスされた層に関する情報を受信する。コントローラー１２は、ビルドプロセスを実施するためにシステム１０のコンポーネントを制御し、ビルドプロセス中に、部品のスライスは、積層方式で３Ｄ部品を印刷するために個々に構築される。以下でより詳細に論じるように、幾つかの実施形態において、システム１０は、複数の３Ｄ部品が同時に構築されるビルドプロセスを促進させる。
【００３７】
システム１０は、サイロ支持体１４及びツール支持体１６を備える。支持体１４及び１６は、概して、円の（図２）又は他の適した形状を有するトレイの形態である。ツール支持体１６は、サイロ支持体１４を覆い、サイロ支持体１４に対して中心軸１８の周りに回転するように構成される。しかし、支持体１４及び１６の他の構成は、本開示の範囲内である。
【００３８】
本説明において、図２に示すように、サイロ支持体１４及びツール支持体１６に平行でかつ中心軸１８から外方に向かう方向は半径方向Ｒと呼ばれ、サイロ支持体１４及びツール支持体１６に平行でかつ半径方向Ｒに垂直な方向は本明細書で方位角方向φと呼ばれ、サイロ支持体１４及びツール支持体１６に垂直な方向は本明細書で垂直方向Ｚと呼ばれる。本明細書で使用される用語「半径方向位置（radial position）」は中心軸１８から特定の半径方向距離にある位置を指す。本明細書で使用される用語「方位角位置（azimuthal position）」は所定の基準地点に対して特定の方位角にある位置を指す。本明細書で使用される用語「垂直位置（vertical position）」は特定の地点で中心軸１８に交差する平面上の位置を指す。
【００３９】
サイロ支持体１４及びツール支持体１６は、図１に示すように、システム１０のフレーム２０によって支持される。ツール支持体１６は、フレーム２０に対して中心軸１８の周りで回転するように構成される。幾つかの実施形態において、サイロ支持体１４は、フレーム２０に対して中心軸１８の周りに固定方位角位置を有する。他の実施形態において、サイロ支持体１４は、フレーム２０及びツール支持体１６に対して中心軸１８の周りに回転するように構成される。
【００４０】
ツール支持体１６及び／又はサイロ支持体１４を、任意の適した技法を使用して中心軸１８の周りに回転するように支持することができる。幾つかの実施形態において、ツール支持体１６は、フレーム２０に接続されるシャフト２２に取付けられる。シャフト２２は、中心軸１８の周りに回転するようにツール支持体１６を支持する。幾つかの実施形態において、サイロ支持体１４は、フレーム２０によって支持されるシャフト２４に取付けられる。幾つかの実施形態において、シャフト２４は、フレーム２０に対して中心軸１８の周りに回転するようにサイロ支持体１４を支持する。
【００４１】
システム１０は、互いに及び／又はフレーム２０に対する中心軸１８の周りのツール支持体１６及び／又はサイロ支持体１４の回転を駆動するように構成される１つ以上のモーター２６及び駆動機構２８を備える。１つ以上の駆動機構２８は、任意の適した形態をとることができ、ギアドライブ、ベルトドライブ、又は他の適した駆動機構を含むことができる。
【００４２】
サイロ支持体１４は、３Ｄ部品がその中で構築される複数のサイロ３０のための支持構造物として役立つ。サイロ３０のそれぞれは、サイロ支持体１４に取付けられ、図１及び図２に示すように、中心軸１８に沿ってサイロ支持体１４及びツール支持体１６から外方に延在する。本明細書で使用するとき、「サイロ（silo）」は、３Ｄ部品がその中で構築される内部領域を画定する連続する側壁を有する構造物を含み、サイロは典型的な３Ｄプリンターより実質的に小さい体積を有する。幾つかの実施形態において、サイロ３０はサイロ支持体１４に取外し可能に取付けられる。すなわち、サイロ支持体１４に対するサイロ３０の取付けは、例えば手による、サイロ３０の容易な取外し及び置換を可能にするように構成される。他の実施形態において、サイロ３０はサイロ支持体１４に固定して取付けられ得る。
【００４３】
ツール支持体１６は、部品デベロッパー３２のための支持構造物として役立ち、部品デベロッパー３２は、サイロ３０のそれぞれのサイロ内にて積層方式で１つ以上の３Ｄ部品を構築するように構成される。結果として、システム１０は、複数の３Ｄ部品を同時に印刷するように構成される。
【００４４】
幾つかの実施形態において、ツール支持体１６は、ビルドプロセス全体を通してサイロ支持体１４に対して軸１８の周りに、図２の矢印３３で示す方向等、同じ方向に連続的に回転する。他の実施形態において、ツール支持体１６は、ビルドプロセス中にサイロ支持体に対して軸１８の周りに同じ方向に非連続的に回転する。すなわち、ツール支持体１６は、非一定速度で軸１８の周りに回転することができる及び／又はサイロ支持体１４に対して中心軸１８の周りにその回転を周期的に止めることができる。幾つかの実施形態において、ツール支持体１６は、ビルドプロセス中にサイロ支持体１４に対して軸１８の周りにその回転方向を周期的に反転することができる。
【００４５】
上記で述べたように、幾つかの実施形態において、サイロ支持体１４は、フレーム２０に対して固定方位角位置を有する。サイロ支持体１４は、部品デベロッパー３２を使用したサイロ３０内での１つ以上の３Ｄ部品のビルドプロセス中にこの固定方位角位置をとる。ビルドプロセスの完了に続いて、サイロ支持体１４は、フレーム２０に対して回転して、サイロ３０をサイロ支持体１４から取外すことができる、フレーム２０に対するロード／アンロードロケーションと整列状態になるように各サイロ３０の方位角位置を調整するように構成される。
【００４６】
サイロ３０のそれぞれは、システム１０の一部分の簡略化された側面断面図である図３に最もよく示されるように、サイロ支持体１４から中心軸１８に沿って延在する１つ以上の側壁３４を有する。例えば、サイロ３０は、円筒形であり、単一の側壁３４を有することができる、又は、サイロ３０は、長方形又は別の多面の断面形状を有し、複数の側壁３４を有することができる。幾つかの実施形態において、１つ以上の側壁の一部分を、サイロ支持体１４によって形成することができる。
【００４７】
サイロ３０のそれぞれは、各サイロ３０の内部３８内にビルドプラテン３６を備える。ビルドプラテン３６は、ビルドプロセス中にビルド材料のビルド層４２及び３Ｄ部品４４を支持するビルド表面４０を有する。ビルドプラテン３６は、ビルド材料がサイロ３０から漏出するのを防止する１つ以上の側壁３４とのシールを形成するために、サイロ３０の内部３８の断面積に応じてサイズ決定される。システム１０は、１つ以上のガントリー機構４６を備え、１つ以上のガントリー機構４６は、部品デベロッパー３２による現在の一番上のビルド層４２’の処理後に、中心軸１８（ｚ軸）に沿ってサイロ３０の側壁３４に対して各ビルドプラテン３６を下げて、新しい一番上のビルド層４２’のための空間を作るように構成される。ガントリー機構４６は、電動化され、任意の適した形態をとり得る。
【００４８】
ビルドプロセス中に、現在の一番上のビルド層４２’は、図３に示すように、サイロ３０のそれぞれに対する開口５２に隣接する作業エリア５０のビルド平面４８内に形成される。最初に、ビルドプラテン３６の表面４０は、ビルド平面４８に隣接する位置まで持上げられて、第１の一番上のビルド層４２’を支持する。表面４０は、第１の一番上のビルド層４２’を受取る剥離又は使い捨て層を含むことができる。部品デベロッパー３２は、それぞれの一番上のビルド層４２’を処理して、３Ｄ部品４４のスライスに対応する部品部分５４を含む処理されたビルド層４２にする。部品部分５４は、下にある部品部分５４（存在する場合）に接合される。ガントリー機構４６は、その後、ビルドプラテン３６を、中心軸１８又はｚ軸に沿って、次の一番上のビルド層４２’の厚さに対応する距離だけ下げ、部品デベロッパー３２は、一番上のビルド層４２’を処理して、３Ｄ部品４４の次のスライスの部品部分５４を含む別の処理されたビルド層４２を形成する。このプロセスは、３Ｄ部品４４がサイロ３０内で印刷されるまで継続する。
【００４９】
サイロ３０がサイロ支持体１４に取付けられたままである間に、印刷された３Ｄ部品をサイロ３０から放出することができる、又は、サイロ３０をサイロ支持体１４から切離した後に、部品をサイロ３０から取出すことができる。幾つかの実施形態において、部品４４を形成する層４２を、例えばビルドプラテン３６を下げることによって、サイロのうちの１つのサイロから放出することができ、その間、残りのサイロ３０内では、部品４４が構築され続ける。その後、新しい部品を、層４２が放出されたサイロ３０内で開始することができる。部品４４を含む層４２がサイロ３０から取出された後、部品部分５４を形成するために使用されなかったビルド層４２のビルド材料は、３Ｄ部品４４から分離され、将来のビルドプロセスにおいて使用され得る。
【００５０】
本明細書で述べる層ごとの構築プロセスを、溶融堆積モデリング、ポリジェット（PolyJet）、及び／又は他の付加製造技法等の他の付加製造技法と組合せることができる。
【００５１】
ビルド材料は任意の適した形態をとることができる。幾つかの実施形態において、ビルド材料は粉末材料であり、ビルド材料は、半結晶ポリマー、金属、アモルファスポリマー、セラミック、その組合せ、及び／又は他の適した材料であり得る。システム１０を使用してポリマー材料で３Ｄ部品を印刷するとき、ビルド材料は粒子状物質又はフィラメントフィラーを含み得る。
【００５２】
システム１０の幾つかの実施形態は、ビルドプロセス中に使用するビルド材料を収容するようにそれぞれが構成される１つ以上のビルド材料コンテナー５６を備える。幾つかの実施形態において、コンテナー５６は、図１、図２、及び図３に示すようにツール支持体１６によって支持される。幾つかの実施形態において、コンテナー５６は、図２及び図３に示すようにツール支持体１６上で中心に位置する。幾つかの実施形態において、コンテナー５６は、中心軸１８に実質的に同軸である円筒コンテナーである。コンテナー５６の更なる例示的な実施形態は、ツール支持体１６上の中心に合わされていないロケーションにコンテナー５６を位置決めすること及び／又は非円筒形コンテナー５６を使用することを含む。この実施形態によれば、ビルド材料５７（図３）は、概して、コンテナー５６の底５８にある又はその近くにあるロケーションから分配される。
【００５３】
幾つかの実施形態において、１つ以上のビルド材料コンテナー５６は、図１の仮想線で示し、また、図４に示すシステム１０の一部分の簡略化された断面図で示すように、サイロ支持体１４によって支持される。幾つかの実施形態において、ビルド材料５７は、図４に示すように、コンテナー５６の内部６２内に位置するベース６０上で支持される。幾つかの実施形態において、単数又は複数のコンテナー５６はそれぞれ、図１で示すような、サイロ３０のうちの２つのサイロの方位角位置の間にある方位角位置を有する。
【００５４】
幾つかの実施形態において、システム１０は、ビルド材料５７をコンテナー５６から部品デベロッパー３２に送出する送出デバイス６６を備える。送出デバイス６６は任意の適した形態をとることができる。
【００５５】
幾つかの実施形態において、送出デバイス６６は、中心軸１８に対して半径方向経路に沿ってビルド材料５７を送出して、サイロ支持体１４の上部表面６８にわたって及び／又はサイロ３０の作業エリア５０内等で、部品デベロッパー３２が処理するビルド材料５７を分配するように構成される機構を含む。幾つかの実施形態において、送出デバイス６６の機構は、図３に示すようにオーガー７０を含む。幾つかの実施形態において、オーガー７０は、ビルド材料コンテナー５６から半径方向に延在し、コンテナー５６の底５８に隣接してビルド材料５７にアクセスする。幾つかの実施形態において、オーガー７０は、ビルド材料５７が放出される１つ以上の開口７４を有するチューブ７２内に収容される。オーガー７０の回転は、半径方向経路に沿ってコンテナー５６からビルド材料５７を駆動し、部品デベロッパー３２が処理するために上部表面６８又は作業エリア５０にわたってビルド材料５７を放出する。
【００５６】
幾つかの実施形態において、例えば、コンテナー５６がサイロ支持体１４によって支持される場合、送出デバイス６６は、図４に示すように電動ガントリー機構７６を含む。ガントリー機構７６は、ベース６０を中心軸１８（ｚ軸）に沿ってコンテナー５６に対して移動させて、部品デベロッパー３２が処理するために、ビルド材料５７の部分７７をサイロ支持体１４の上部表面６８の上に持上げるように構成される。
【００５７】
幾つかの例示的な実施形態において、部品デベロッパー３２は、図１に示すように、スプレッダー８０、選択的励起デバイス８２、及び／又はビルド層分析器８６を含む。幾つかの実施形態において、これらのコンポーネントはそれぞれ、ツール支持体１６によって支持され、ビルドプロセス中にサイロ支持体１４に対して中心軸１８の周りにツール支持体１６とともに回転する。
【００５８】
スプレッダー８０の実施形態は、送出デバイス６６から受取られるビルド材料５７を分配して、各サイロ３０の作業エリア５０のビルド平面４８内で一番上のビルド層４２’を形成するように構成される。幾つかの実施形態において、スプレッダー８０は、各サイロ３０の作業エリア５０及び一番上のビルド層４２’によって覆われる半径方向位置に広がる半径方向位置にわたって半径方向に延在する。
【００５９】
幾つかの実施形態において、スプレッダー８０は、本開示の例示的な実施形態による、システム１０の一部分の簡略化された断面図である図３及び図５に示すように、回転軸９２を有するローラー９０を備える。幾つかの実施形態において、回転軸９２は、概して半径方向に延在する。ローラー９０は、送出デバイス６６によって送出されるビルド材料５７を各サイロ３０の作業エリア５０内で広げて、一番上のビルド層４２’を形成するように構成される。幾つかの実施形態において、ローラー９０は、一番上のビルド層４２’の上部表面９４を平坦化し、一番上のビルド層４２’が、図３及び図５に示すように、ｚ軸に沿って測定された場合に均一の厚さを有するようにする。幾つかの実施形態において、ローラー９０は、ビルド材料５７を作業エリア５０内にプレスして、一番上のビルド層４２’を形成する。幾つかの実施形態において、ローラー９０は、円柱又は円錐（図３）とすることができる。
【００６０】
幾つかの実施形態において、スプレッダー８０は、図４、図６の断面図、及び図７に示すツール支持体１６の底面図に示すように、ナイフ又はドクターブレード１００を備える。ブレード１００は、概して、半径方向に、作業エリア５０及び開口５２の半径方向位置に重なる半径方向位置にわたってサイロ３０まで延在する。幾つかの実施形態において、ブレード１００は、中心軸１８又はｚ軸に沿ってサイロ支持体１４及び作業エリア５０に向かって延在する。幾つかの実施形態において、ブレード１００は、図７に示すように凸形状を有する。
【００６１】
ブレード１００は、サイロ支持体１４に対するツール支持体１６の回転方向３３に対してブレードの前側１０２で、ビルド材料５７を受ける。例えば、ビルド材料５７を、図４に示す送出デバイス６６を使用してブレード１００の前側１０２に送出することができ、送出デバイス６６は、ビルド材料５７の部分７７をサイロ支持体１４の表面６８の上に持上げる。送出デバイス６６が、オーガー７０等の、サイロ支持体１４にわたる半径方向経路に沿ってビルド材料５７を送出するための機構を備えるとき、ビルド材料５７を、図６に示すように、例えば、スロット１０６を通してブレード１００の前側１０２に送出することができる。
【００６２】
幾つかの実施形態において、ブレード１００は、ビルド層４２’の上部表面９４を平坦化し、ビルド層４２’が、図６に示すように、ｚ軸に沿って測定された場合に均一な厚さを有するようにする。幾つかの実施形態において、ブレード１００は、ビルド材料５７を作業エリア５０内にプレスして、一番上のビルド層４２’を形成する。
【００６３】
一番上のビルド層４２’が所与のサイロ３０内で形成された後、ツール支持体１６がサイロ支持体１４に対して回転して、層４２’を処理するために選択的励起デバイス８２を位置決めする。選択的励起デバイス８２は、層４２’の部品部分を熱的に励起して、ビルド層４２’の部分を融解、溶融、及び／又はその他の方法で変換し、軸１８の周りにおけるサイロ支持体１４に対するツール支持体１６の回転中に３Ｄ部品４４の層を形成する部品部分５４にする。幾つかの実施形態において、選択的励起デバイスは、各サイロ３０の作業エリア５０及び一番上のビルド層４２’によって覆われる半径方向位置に広がる半径方向位置にわたって半径方向に延在する。選択的励起デバイス８２は、任意の適した形態をとり得る。選択的励起デバイス８２の例示的な実施形態は、加熱素子、印刷デバイス、レーザーデバイス、及び／又は他の適したデバイスを含む。
【００６４】
図８は、本開示の実施形態による、例示的な選択的励起デバイス８２の簡略化された断面図である。幾つかの実施形態において、選択的励起デバイス８２は、１つ以上のレーザー源１１０を備え、１つ以上のレーザー源１１０はそれぞれ、電磁エネルギー又はレーザービーム１１２を放出して、一番上のビルド層４２’の部分５４’を励起し、部分５４’を部品部分５４に変換するように構成される。幾つかの実施形態において、選択的励起デバイス８２は複数のレーザー源１１０を備える。幾つかの実施形態において、レーザー源１１０は、作業エリア５０及び開口５２の半径方向位置を横切ってサイロ３０まで延在する列に形成される。幾つかの実施形態において、レーザー源１１０はそれぞれ、異なる半径方向位置に配向する。幾つかの実施形態において、レーザー源１１０は、ツール支持体１６上で同じ又は同様の（すなわち、１度〜５度以内の）方位角位置を有する。幾つかの実施形態において、レーザー源１１０は、同じ半径方向位置を有する複数のレーザー源１１０及び同じ方位角位置を有する複数のレーザー源１１０を含むレーザー源のアレイを含む。レーザー源の例示的なアレイは、Hedlund他（国際公開第２０１６／０８５９６５号）において開示されている。
【００６５】
部品部分５４を形成するためにツール支持体１６がサイロ支持体１４及び一番上のビルド層４２’に対して軸１８の周りに回転するときに、レーザー源１１０は、選択的に起動されて、部品部分５４になるように熱的に変換される層４２’の部分５４’にだけレーザービーム１１２を放出する。
【００６６】
幾つかの実施形態において、レーザー源１１０は、図８に示すように、電磁エネルギー又はレーザービーム１１２を直接一番上のビルド層４２’に放出する。代替的に、レーザー源１１０を、１つ以上の光学素子（例えば、ミラー、レンズ、プリズム等）を通して一番上のビルド層４２’にルーティングすることができる。
【００６７】
幾つかの実施形態において、選択的励起デバイス８２は、図９のツール支持体１６の一部分の簡略化された上面図に示すように、単一のレーザー源１１０及びレーザーダイレクター１１４を備える。幾つかの実施形態において、レーザー源１１０から出力されるレーザービーム１１２は、図９のビーム１１２’によって示すように、レーザーダイレクター１１４によって層４２’の部品部分５４’に方向付けられる。幾つかの実施形態において、レーザーダイレクター１１４は、回転ポリゴンミラー（図９）、デジタル光処理チップ、又は他の適したデバイスの形態である。レーザーダイレクター１１４が回転ポリゴンミラーを含むとき、レーザー源１１０は、ビーム１１２のパルスを放出するように選択的に起動され、それにより、回転ポリゴンミラーは、図９の仮想線で示すビーム１１２’によって示すように、ビルド層４２’上の所望のロケーションにおいてビーム１１２のパルスをビーム１１２’として反射する。
【００６８】
幾つかの実施形態において、ビーム１１２及び／又はビーム１１２’は、中心軸１８に垂直に延在する平面に実質的に平行である。幾つかの実施形態において、選択的励起デバイス８２は、本開示の実施形態による例示的な選択的励起デバイス８２の簡略化された側面断面図である図９及び図１０に示すように、ビーム１１２’を部品部分５４’に方向付ける光学部品１１６（例えば、ミラー、レンズ、プリズム等）を備える。幾つかの実施形態において、光学部品１１６は、ウェッジミラーを含み、ウェッジミラーは、軸１８及び部品部分５４’に実質的に平行に移動するようにビーム１１２’を方向付ける。
【００６９】
図１１は、ツール支持体１６及び例示的な選択的励起デバイス８２の一部分の簡略化された上面図であり、例示的な選択的励起デバイス８２は印刷デバイス１２０及び少なくとも１つの加熱デバイス１２２を備える。印刷デバイス１２０は、図１１に示すように、ツール支持体１６がサイロ支持体１４に対して回転するときに、一番上のビルド層４２’の所望の部品部分５４’上のプリントエリア１２５にプリント材料を塗布することによって画像１２４を印刷するように構成される。
【００７０】
印刷デバイス１２０は、任意の適した形態をとり得る。幾つかの実施形態において、印刷デバイス１２０は、各サイロ３０の作業エリア５０及び一番上のビルド層４２’によって覆われる半径方向位置に広がる半径方向位置にわたって半径方向に延在する。印刷デバイス１２０は、プリントヘッド１２６のアレイ等の１つ以上のプリントヘッド１２６を備える。１つ以上のプリントヘッド１２６のそれぞれは、従来の技法を使用して一番上のビルド層４２’のプリントエリア１２５にプリント材料を放出するように構成されるインク噴射ヘッドである。他の適した形態の印刷デバイス１２０は、転写印刷デバイスを含み、転写印刷デバイスにおいて、画像１２４は、最初に、中間基材（例えば、フィルム、ローラー等）に印刷され、その後、中間基材から一番上のビルド層４２’に転写される。
【００７１】
図１２は、本開示の実施形態による、サイロ３０の作業エリア５０を覆う例示的な加熱デバイス１２２の側面断面図である。加熱デバイス１２２は一番上のビルド層４２’に熱を加えるように構成される。
【００７２】
プリント材料は、加熱デバイス１２２によって加えられる熱を吸収するように選択される。画像１２４を受取らない一番上のビルド層４２’の上部表面のエリアは、プリントエリア１２５ほどには、加熱デバイス１２２から放出される熱を吸収しない。プリントエリア１２５の更なる加熱により、対応するビルド材料が部品部分５４に変形して、下にある任意の部品部分５４に接合し、一方、画像１２４を受取らなかった一番上のビルド層４２’の残りのエリアは融解しない。
【００７３】
加熱デバイス１２２は、任意の適した形態をとることができ、中心軸１８の周りにおけるサイロ支持体１４に対するツール支持体１６の回転中に、サイロ３０の作業エリア５０の一番上のビルド層４２’に熱を加えるように構成される１つ以上の加熱素子１２８を備えることができる。幾つかの実施形態において、１つ以上の加熱素子は、各サイロ３０の作業エリア５０及び一番上のビルド層４２’を覆うために半径方向に延在する。１つ以上の加熱素子１２８はそれぞれ、赤外加熱素子を含むことができ、赤外加熱素子は、プリントエリア１２５内のプリント材料が吸収するために調整される波長範囲内の電磁放射を放出する。少なくとも１つの加熱素子のそれぞれの加熱素子の更なる例示的な実施形態は、フラッシュランプ、電子ビーム（Ｅビーム）を放出するように構成される加熱素子、タングステンハロゲンバルブ、レーザー源、又は別の適した加熱素子を含む。
【００７４】
幾つかの実施形態において、加熱デバイス１２２等の選択的励起デバイス８２によって一番上のビルド層４２’に加えられる熱又は電磁エネルギーは、中心軸１８からの半径方向距離とともに変化する。選択的励起デバイス８２によって一番上のビルド層４２’に加えられる熱は中心軸からの半径方向距離の増加とともに増加する。これにより、選択的励起デバイス８２が一番上のビルド層に対して均一な照射量の熱エネルギーを提供することを可能にする。半径方向に沿ってエネルギー強度を変化させることで、軸１８からの半径方向距離が異なるために生じる、サイロ支持体１４に対するツール支持体１６の回転中の一番上のビルド層４２’の部分の変化する線速度を補償し得る。
【００７５】
選択的励起デバイス８２は、中心軸からの半径方向距離の増加とともにより多くの熱を放出する。選択的励起デバイス８２は、半径方向に延在する複数の加熱素子を備えることができ、中心軸からより大きい半径方向距離に位置する加熱素子は、より大きい量の熱又は電磁エネルギーを放出する。例えば、半径方向に分配される図８に示すレーザー源１１０は、中心軸１８からより大きい距離に位置するレーザー源１１０が、中心軸１８のより近くに位置するレーザー源より大きいエネルギーを有するビーム１１２を放出するように構成することができる。同様の構成を、加熱デバイス１２２の加熱素子１２８（図１１）について使用することができる。
【００７６】
また、選択的励起デバイス８２は、ほぼ同じ量の熱エネルギーを放出する複数の加熱素子を備え得る。中心軸１８からの半径方向距離の増加とともに一番上のビルド層４２’に加えられる熱エネルギーを増加させることは、増加する半径方向距離において加熱素子の数を増加させることによって達成され得る。例えば、加熱デバイス１２２は、図１１に示すように、増加する半径方向距離において増加する数の加熱素子１２８を備えることができる。同様の構成は、レーザー源１１０並びに本明細書で述べる他の加熱素子及びデバイスのために使用され得る。
【００７７】
他の実施形態において、選択的励起デバイス８２の加熱素子は、同様の量の熱エネルギーを放出するが、サイロ支持体１４の表面６８又は一番上のビルド層４２’の表面９４から或る距離だけ変位され、その距離は、図１２に示すように、中心軸１８からの半径方向距離の増加とともに増加する。表面６８及び９４から更に遠くに位置する加熱素子１２８は、表面６８及び９４のより近くに位置する、軸１８からより大きい半径方向距離にある加熱素子１２８に比べて、少ない照射量の熱エネルギーを下にある表面に加える。
【００７８】
幾つかの実施形態において、シールド及び／又は反射コンポーネントを、作業エリア５０の一番上のビルド層４２’に加えられる熱エネルギーの照射量を制御するために使用することができる。例えば、シールドは、選択的励起デバイス８２の１つ以上の加熱素子から放出される熱エネルギーのより多くが、中心軸１８からより短い半径方向距離にある一番上のビルド層４２’の部分に達するのをブロックし得る。ミラー又は他の光学素子等の反射素子は、選択的励起デバイス８２の１つ以上の加熱素子から放出される熱エネルギーのより多くを、例えば、中心軸１８からより長い半径方向距離にある一番上のビルド層４２’の部分に方向付け得る。他の技法を、中心軸１８から変化する半径方向距離にある一番上のビルド層４２’に所望の可変照射量の熱エネルギーを提供するために使用することもできる。
【００７９】
ビルド層分析器８６の実施形態は、それぞれの一番上のビルド層４２’の温度及び／又はそれぞれの一番上のビルド層４２’内のビルド材料の状態を検出するように構成される。幾つかの実施形態において、コントローラー１２は、検知された温度又は状態を使用して、選択的励起デバイス８２による一番上のビルド層４２’の部分の加熱、サイロ支持体１４に対するツール支持体１６の回転速度、又はビルドプロセスの他の態様等の部品デベロッパー３２を使用して実施されるビルドプロセスの態様を制御する。
【００８０】
幾つかの実施形態において、分析器８６は、図１３に示すように、各サイロ３０の作業エリア５０及び一番上のビルド層４２’によって覆われる半径方向位置に広がる半径方向位置にわたって半径方向に延在する。分析器８６は、一番上のビルド層４２’が選択的励起デバイス８２によって処理された後に一番上のビルド層４２’を分析するように構成することができる。分析器８６は、ツール支持体１６の観点から、サイロ支持体１４の回転運動に対して選択的励起デバイス８２の上流に位置し得る。他の構成を使用することもできる。
【００８１】
分析器８６は、図１３に示すように、温度センサーの形態の１つ以上の素子１３０を含み得る。少なくとも１つの温度センサー１３０のそれぞれは、ツール支持体１６が軸１８の周りでサイロ支持体１４に対して回転するときに一番上のビルド層４２’の下にある部分の温度を検出する。１つ以上の温度センサー１３０は赤外センサーであり得る。他の適した温度センサーを使用することもできる。１つ以上のセンサー１３０によって検知される温度は、コントローラー１２によって使用されて、層４２’内の所望の部品部分５４’が、部品部分５４になるように粉末ビルド材料を結晶化、融解、又は溶融するのに十分な量の熱エネルギーを受取ったか否か等、一番上のビルド層４２’のビルド材料の状態を判定することができる。
【００８２】
他の実施形態において、１つ以上の素子１３０は静電容量センサーであり得る。１つ以上の静電容量センサー１３０はそれぞれ、例えば、ビルド材料が、粉末形態、融解形態、又は溶融固化形態であるのか等、下にある一番上のビルド層４２’の部分内のビルド材料の状態によって影響を受ける、下にある一番上のビルド層４２’の部分の静電容量を検出するように構成される。
【００８３】
幾つかの実施形態において、部品デベロッパー３２は、図２に示すように平坦化デバイス１３６を備える。平坦化デバイス１３６は、選択的励起デバイス８２によって処理が完了した後に表面９４（図８、図１０、図１２）を平坦化又は平らにして、一番上のビルド層４２’内に部品部分５４を形成するように構成される。これにより、部品４４の構築中にビルド層４２の所望の厚さを維持する。
【００８４】
上記で述べたように、ビルドプロセスに続いて、３Ｄ部品４４を形成するために使用されなかったビルド材料を、３Ｄ部品４４から分離し、別のビルドプロセスにおいて再使用することができる。しかし、このビルド材料の部分的加熱は、その結晶化温度、融解温度、又は溶融温度等の、その特性の一部に悪影響を及ぼし得る。結果として、ビルド層４２を形成し、ビルドプロセス中に使用されないビルド材料の量を低減することが望ましい。
【００８５】
システム１０は、任意選択で、図１４に示すように、１つ以上の側壁３４の間のサイロ３０に取外し可能に挿入することができる１つ以上のインサート１４０を備え得る。サイロインサート１４０は、任意の適した形態をとることができ、任意の適した技法を使用してサイロ３０に取付けられ得る。インサート１４０は、小さい３Ｄ部品４４を収容するためにサイロ３０の内部体積３８を低減するために使用され得る。結果として、インサート１４０は、所与のビルドプロセスについて必要とされるビルド材料の量を低減するために使用され得る。
【００８６】
任意のインサート１４０は、ビルドプラテン３６を備えることができ、ビルドプラテン３６は、インサート１４０の内部１４２の断面積に応じてサイズ決定されて、側壁とのシールを形成し、それにより、ビルド材料がサイロ３０から漏出するのを防止する。例示的な実施形態において、ビルドプラテン３６は、中心軸１８又はｚ軸に実質的に垂直である平面内に位置する。各インサート１４０の内部１４２の断面形状は、構築される所与の部品４４を収容するように所望に応じて形成することができる。図１５Ａ〜図１５Ｄは、本開示の例示的な実施形態による、中心軸１８又はｚ軸に垂直に延在する平面で切取られたインサート１４０を有するサイロ３０の簡略化された断面図である。例えば、インサート１４０の断面形状は、円形（図１５Ａ）、楕円形（図１５Ｂ）、長方形（図１５Ｃ）、正方形（図１５Ｄ）、又は他の所望の形状とすることができる。
【００８７】
幾つかの実施形態において、システム１０は、図１に示すように、サイロ支持体１４及び／又はサイロ３０を加熱するように構成される加熱ユニット１５０を備える。この加熱により、サイロ３０内のビルド材料を最適温度範囲内に維持する。加熱ユニット１５０は任意の適した形態をとることができる。幾つかの実施形態において、加熱ユニット１５０は、抵抗加熱素子、ヒートバルブ（例えば、ハロゲンバルブ）、又は他の適した加熱素子等の１つ以上の加熱素子を備える。加熱ユニット１５０の加熱素子は、所望の加熱を提供するためにサイロ支持体１４にわたって分配される。加熱ユニット１５０は、各サイロ３０内のビルドプラテン３６を加熱するように構成される１つ以上の加熱素子を備えることもできる。
【００８８】
幾つかの実施形態において、システムは、ツール支持体１６及び／又は部品デベロッパー３２のコンポーネントを冷却するように構成される冷却ユニット１５２を備える。冷却ユニット１５２は、ビルドプロセス中に実施される加熱に対抗することによって、部品デベロッパー３２のコンポーネントを動作温度範囲内に維持する。冷却ユニット１５２は任意の適した形態をとることができる。冷却ユニット１５２は、ヒートシンク又は別の適した受動冷却コンポーネント等の１つ以上の受動冷却コンポーネントを備え得る。冷却ユニット１５２は、ファン、ブロワー、水冷却システム、又は別の適した能動冷却コンポーネント等の１つ以上の能動冷却コンポーネントを備え得る。冷却ユニット１５２の冷却コンポーネントは、所望の冷却を提供するためにツール支持体１６にわたって分配され得る。システム１０は、任意選択で、図１に示すように、ツール支持体１６とサイロ支持体１４との間の熱伝達を低減するために、ツール支持体１６とサイロ支持体１４との間に位置決めされた断熱層１５４も備え得る。
【００８９】
幾つかの実施形態において、サイロ支持体１４、ツール支持体１６、並びにサイロ支持体１４及びツール支持体１６に取付けられるコンポーネントは、ハウジング内に収容される。ビルド材料５７が粉末形態であるとき、粉塵がハウジング内に蓄積する場合があり、粉塵は、システム１０のコンポーネント及びシステム１０を使用して実施されるビルドプロセスに悪影響を及ぼす場合がある。システム１０は、浮遊粉塵を捕捉するように構成される空気ろ過システム１６０を備え得る。空気ろ過システム１６０は、例えば、ブロワーファン及びフィルター等の任意の適した形態をとることができる。
【００９０】
更なる実施形態は、回転付加製造システム１０を使用して複数の３Ｄ部品を構築する方法を対象とする。方法は、概して、上述した技法の１つ以上の技法に従って、サイロ３０の１つ以上のサイロ内で３Ｄ部品４４を構築することを含む。
【００９１】
図１６は、回転付加製造システム１０を使用して複数の３Ｄ部品４４を構築する方法のフローチャートである。ステップ１７０にて、ビルド層４２’は、部品デベロッパー３２のスプレッダー８０を使用してアクティブなサイロ３０のそれぞれのサイロ内のビルド平面４８内で形成される。上記で論じたように、このステップの実施形態は、例えば、ビルド材料５７をスプレッダー８０に給送する送出デバイス６６の使用を含み得る。スプレッダー８０は、ローラー９０、ブレード１００の形態、又は別の適したスプレッダーとすることができる。幾つかの実施形態において、ステップ１７０は、ツール支持体１６が中心軸１８の周りでサイロ支持体１４に対して回転するときに実施される。
【００９２】
方法の１７２にて、部品部分５４は、部品デベロッパー３２の選択的励起デバイス８２を使用して各ビルド層内に形成される。部品部分５４のそれぞれは、ビルド層内の３Ｄ部品４４の部分に対応する。幾つかの実施形態において、選択的励起デバイス８２は、ビルド層の部品部分を選択的に加熱して、対応する部品４４の層を形成する。選択的励起デバイス８２は、本明細書で述べる形態のうちの任意の形態をとることができ、本明細書で述べるように、１つ以上のレーザー源、１つ以上の加熱素子を伴う印刷デバイス、及び／又は他の適したコンポーネントを備えることができる。
【００９３】
方法の１７４にて、ステップ１７０及び１７２が、制限された回数だけ繰返されて、サイロ３０のそれぞれのサイロ内で３Ｄ部品４４を形成する。幾つかの実施形態において、これは、例えば、処理されたビルド層４２を各サイロ３０のビルド平面４８又は作業エリア５０から出して、各サイロ３０のビルド平面４８内で形成される新しいビルド層４２’のための空間を作るために、例えばガントリー機構４６を使用して、サイロ内でビルドプラテン３６を下げることを含む。
【００９４】
３Ｄ部品４４の１つ以上の３Ｄ部品の構築が完了すると、方法の幾つかの実施形態において、部品４４はシステム１０から放出される。上記で述べたように、これは、ビルドプラテン３６を下げることによって、サイロ３０を取外すことによって、又は別の適した技法を使用することよって、サイロ３０の底を通して部品を下げることを含むことができる。幾つかの実施形態において、サイロ３０のうちの１つのサイロからのビルド層４２及び３Ｄ部品４４のこの放出中に、他のサイロ３０内でビルドプロセス（１７０及び１７２）の実施を継続することができる。ビルド層４２及び部品４４がサイロ３０から放出された後、サイロ３０はリセットされて、サイロ３０内での新しいビルドプロセスを開始することができる。例えば、ビルド層４２及び完成した部品４４を取外すために下げられたビルドプラテン３６を、新しい一番上のビルド層４２’を受取るために再び上げることができる。結果として、システム１０の実施形態は、３Ｄ部品４４を実質的に連続的に構築するように動作することができる。
【００９５】
幾つかの実施形態において、システム１０は、サイロ回転機構１８０を備え、サイロ回転機構１８０は、図１７の簡略化された上面図に示すように、中心軸１８の周りのサイロ支持体１４の回転中に、その対応する中心軸１８２の周りでサイロ３０のそれぞれを回転させるように構成される。それらの軸１８２の周りのサイロ３０の回転は、サイロ支持体１４に対する方向３３への軸１８の周りのツール支持体１６の回転と同期され、それにより、サイロ３０内の一番上のビルド層４２’の上部表面９４は、スプレッダー８０、選択的励起デバイス８２、分析器８６、及び／又はツール支持体１６によって支持される他のコンポーネント等のツール支持体１６上で支持されるコンポーネントに対して回転するのでなく実質的に併進する。
【００９６】
幾つかの例示的な実施形態において、機構１８０は、サイロのそれぞれの周りに延在する駆動ベルト１８４及び駆動ギア１８６を含む。駆動ギア１８６は、駆動ベルト１８４と互いにかみ合い、サイロ支持体に対して方向３３へのツール支持体１６の回転中に方向１８８へのベルト１８４の移動を駆動する。ベルト１８４は、ギア歯を有することができるサイロのリング１９０に係合し、方向１９２へのサイロの軸１８２の周りのサイロ３０のそれぞれの回転を駆動する。駆動ギア１８６は、例えば、ベルト又はギア列等の適した機械的リンケージを通して１つ以上のモーター２６（図１）によって駆動することができる。ベルト１８４及び／又はギア１８６を、ギア列又は他の適した機構によって置換えることができる。
【００９７】
本明細書で使用するとき、用語「約」又は「実質的に（substantially）」は、±１０％を指し、このシンボルは、別途述べない限り、最大１０％の許容範囲での等価性を示す。語「例示的（exemplary）」は、「例、事例、又は例証として役立つこと（serving as an example, instance or illustration）」を意味するとして本明細書で使用される。「例示的」として述べる任意の実施形態は、必ずしも、他の実施形態に比べて好ましい又は有利であると解釈されない、及び／又は、他の実施形態からの特徴の包含を排除しない。
【００９８】
明確にするために別個の実施形態の文脈で述べられる本発明の或る特定の特徴を、単一の実施形態において組合せて提供することもできることが理解される。逆に、簡潔にするために単一の実施形態の文脈で述べられる本発明の種々の特徴を、別個に、又は任意の適した部分的組合せで、又は本発明の任意の他の述べる実施形態において適するように、提供することもできる。種々の実施形態の文脈で述べる或る特定の特徴は、実施形態がこれらの要素なしでは機能しない場合を除いて、これらの実施形態の本質的な特徴であるとみなされない。
【００９９】
本開示の実施形態が好ましい実施形態を参照して述べられたが、本開示の趣旨及び範囲から逸脱することなく形態及び詳細において変更を行うことができることを当業者は認識するであろう。
【図１】
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【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【手続補正書】
【提出日】令和1年8月30日(2019.8.30)
【手続補正１】
【補正対象書類名】実用新案登録請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
積層方式で３Ｄ部品を生産する回転付加製造システムであって、
サイロ支持体と、
前記サイロ支持体の第１の面を覆い、前記サイロ支持体に対して中心軸の周りに回転するように構成されるツール支持体と、
前記サイロ支持体に取付けられた複数のサイロであって、該サイロのそれぞれは、前記第１の面に対向する前記サイロ支持体の第２の面から前記中心軸に沿って延在する、複数のサイロと、
前記ツール支持体によって支持され、前記サイロ支持体に対する前記ツール支持体の回転中に積層方式で前記サイロのそれぞれのサイロ内で３Ｄ部品を構築するように構成される部品デベロッパーと、
を備える、回転付加製造システム。
【請求項２】
前記部品デベロッパーは、各サイロ内でビルド材料のビルド層の部品部分を選択的に加熱して、対応する前記部品の層を形成するように構成される選択的励起デバイスを備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記選択的励起デバイスは、前記ビルド層の前記部品部分に電磁エネルギーを方向付けるように構成される複数のレーザー源を備える、請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記選択的励起デバイスは、
少なくとも１つのレーザー源と、
対応する前記部品の前記層を形成するように、前記少なくとも１つのレーザー源から前記ビルド層の前記部品部分に電磁エネルギーを方向付けるように構成されるレーザーダイレクターと
を備える、請求項２に記載のシステム。
【請求項５】
前記選択的励起デバイスは、
前記部品部分に対応する前記ビルド層のプリントエリア上にプリント材料を塗布するように構成される印刷デバイスと、
前記ビルド層に熱を加えるように構成される少なくとも１つの加熱素子を備える加熱デバイスと、
を備え、
前記ビルド層の前記プリントエリア上の前記プリント材料は前記部品部分の熱を吸収する、請求項２に記載のシステム。
【請求項６】
前記少なくとも１つの加熱素子は少なくとも１つの赤外加熱素子を含む、請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
前記少なくとも１つの加熱素子は少なくとも１つのフラッシュランプを含む、請求項５に記載のシステム。
【請求項８】
前記少なくとも１つの加熱素子のそれぞれは電子ビームを放出するように構成される、請求項５に記載のシステム。
【請求項９】
前記印刷デバイスはインク噴射ヘッドを備える、請求項５に記載のシステム。
【請求項１０】
前記選択的励起デバイスから各ビルド層に加えられる熱量は、前記中心軸からの半径方向距離の増加とともに増加する、請求項２に記載のシステム。
【請求項１１】
前記選択的励起デバイスは、前記中心軸からの半径方向距離の増加とともに減少する距離だけ、前記中心軸に沿って前記サイロ支持体から変位される、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１２】
前記選択的励起デバイスから放出される熱量は、前記中心軸からの半径方向距離の増加とともに増加する、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１３】
前記部品デベロッパーは、各ビルド層内の前記ビルド材料の状態を検出するように構成されるビルド層分析器を備え、前記ビルド材料の前記状態は、粉末状態、融解状態、及び固体状態からなる群から選択される、請求項２に記載のシステム。
【請求項１４】
前記ツール支持体と前記サイロ支持体との間に断熱体を更に備える、請求項２に記載のシステム。
【請求項１５】
前記部品デベロッパーは、各サイロのビルド平面内でビルド材料を分配して、前記サイロ支持体に対する前記ツール支持体の回転中に各ビルド層を形成するように構成されるスプレッダーを備える、請求項２に記載のシステム。
【請求項１６】
前記回転付加製造システムは、ビルド材料を収容するように構成される少なくとも１つのコンテナーを備え、
前記部品デベロッパーは、前記少なくとも１つのコンテナーから前記スプレッダーに前記ビルド材料を送出するように構成される送出デバイスを備える、請求項１５に記載のシステム。
【請求項１７】
前記少なくとも１つのコンテナーのそれぞれは、一対の前記サイロの方位角位置の間にある方位角位置を有する、請求項１６に記載のシステム。
【請求項１８】
前記複数のサイロのそれぞれは、
前記サイロ支持体から前記中心軸に沿って延在する１つ以上の側壁と、
前記サイロの内部に収容され、前記１つ以上の側壁及び前記サイロ支持体に対して前記中心軸に沿って移動するように構成されるビルドプラテンと、
を備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項１９】
前記１つ以上の側壁及び前記サイロ支持体に対して前記中心軸に沿って前記ビルドプラテンのそれぞれの移動を駆動するように構成される少なくとも１つのガントリーを更に備える、請求項１８に記載のシステム。
【請求項２０】
前記複数のサイロのそれぞれは前記サイロ支持体に取外し可能に取付けられる、請求項１８に記載のシステム。
【請求項２１】
前記複数のサイロのうちの少なくとも１つのサイロは、前記サイロの前記内部でかつ前記１つ以上の側壁の間に取外し可能なインサートを備え、該取外し可能なインサートは前記ビルドプラテンを受取る内部キャビティを画定する、請求項１８に記載のシステム。
【請求項２２】
前記ツール支持体及び前記サイロ支持体を支持するように構成されるフレームを更に備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項２３】
前記サイロ支持体は、前記フレームに対して前記中心軸の周りに回転するように構成される、請求項２２に記載のシステム。