(57)【要約】  チャンバ（２２）に粒状の原料（２６）を供給（８２）し、チャンバ（２２）内でスラグ（３４）により覆われた材料堆積物（３２）を生成する、プログラミング可能な走査（３０）において溶融又は焼結エネルギ（２８）を提供（８４）し、スラグ除去装置（４０，５２）の切断面（３５）が材料堆積物の上面（３３）と一致するようにスラグ除去装置（４０，５２）を位置決め（８６）し、スラグ除去装置によって材料堆積物からスラグを切り離す又は破砕により解放（８８）し、セパレータ（４２）において粒状の原料の再利用可能な部分から除去されたスラグを分離（９２）し、上記作動を繰り返す（９６）ために、材料堆積物の上面に粒状の原料の再利用可能な部分を供給（９４）する、ように作動可能な装置（２０，２１）及び方法（８０）が設けられている。
2016507005.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
粒状の原料を加熱することにより材料の堆積物を形成し、スラグ層を堆積物の上面に形成し、
堆積物の上面に対してスラグ除去装置を動かす駆動機構に取り付けられた該スラグ除去装置によりスラグ及び原料の再利用可能な部分を除去し、
除去されたスラグ及び原料の再利用可能な部分を分離装置に捕集し、
前記分離装置によって、再利用可能な原料から除去されたスラグを分離すること、
を含む方法。
【請求項２】
堆積物の上面に対するスラグの除去の深さを調整することを更に含み、前記スラグ除去装置は、堆積物からスラグを破壊又は切断して解放させ、スラグを原料の最大粒径よりも大きな破片に破壊する、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記スラグ除去装置は、スクレーパ又はプレーナを含む、請求項２記載の方法。
【請求項４】
堆積物を取り囲むチャンバを提供し、
堆積物を支持して、該堆積物を前記チャンバ内で鉛直に位置決めするポジショナを提供し、スラグの除去の調整可能な深さを提供すること、
を更に含む、請求項１記載の方法。
【請求項５】
前記チャンバの上縁と同一平面に堆積物の上面を位置決めし、
前記スラグ除去装置を堆積物の上面にわたって動かすために、前記チャンバの上縁によって前記スラグ除去装置を案内すること、
を更に含む、請求項４記載の方法。
【請求項６】
前記駆動機構は、堆積物の上面に対して調整可能な鉛直方向の位置を有する案内軌道を含み、
前記スラグ除去装置を堆積物の上面にわたって動かすために、前記案内軌道によって前記スラグ除去装置を案内することを更に含む、請求項１記載の方法。
【請求項７】
スラグ除去及び分離後に、堆積物の上面に再利用可能な原料を機械式に運ぶことを更に含む、請求項１記載の方法。
【請求項８】
前記スラグ除去装置は、回転式のスクレーパ又はプレーナを含み、前記駆動機構は、鉛直方向に調整可能な軌道を含み、
前記スラグ除去装置を堆積物の上面にわたって動かすために、案内軌道によって前記スラグ除去装置を案内することを更に含む、請求項１記載の方法。
【請求項９】
堆積物の上面は湾曲しており、前記駆動機構は、前記スラグ除去装置に当接するように堆積物の上面を回転させる、請求項１記載の方法。
【請求項１０】
前記駆動機構は、表面に粒状の原料の流れを受け取る型を回転させ、前記流れは、エネルギ源により加熱され、前記型の表面に溶融池を形成し、該溶融池から、堆積物が、前記型の回転により該型の表面に引き込まれる、請求項９記載の方法。
【請求項１１】
粒状の原料材をチャンバに供給し、
原料をエネルギ源により走査し、前記エネルギ源は、選択的に原料を溶融し又は焼結し、原料の上面にスラグの層を有する材料堆積物を形成し、
スラグ除去装置の切断面に対して材料堆積物の上面を位置決めし、
堆積物の上面に対して前記スラグ除去装置を駆動し、堆積物の上面からスラグを切断又は破壊して解放すること、
を含む方法。
【請求項１２】
分離装置によって、粒状の原料の再利用可能な部分から除去されたスラグを分離すること、及び、
請求項１１の方法を繰り返し、その際、供給ステップは、材料堆積物の上面に粒状の原料の再利用可能な部分を再循環することを含むこと、
を含む、請求項１１記載の方法。
【請求項１３】
堆積物の上面からスラグを切断又は破壊して解放するように作動可能な前記スラグ除去装置と、
堆積物の上面に対して前記スラグ除去装置を機械式に動かすように作動可能な駆動機構と、
前記スラグ除去装置からスラグ材料と原料材の再利用可能な部分とを受け取るように構成された分離装置であって、再利用可能な原料から前記スラグ材料を分離するように作動可能である、分離装置と、
を備える装置。
【請求項１４】
前記スラグ除去装置は、再利用可能な原料材の最大粒径よりも大きな破片にスラグを破壊するように作動可能なスクレーパ装置又はプレーナ装置を含む、請求項１３記載の装置。
【請求項１５】
前記スラグ除去装置の切断面に堆積物の上面を位置決めするように作動可能なポジショナを更に含む、請求項１４記載の装置。
【請求項１６】
前記駆動機構は、堆積物の上面に沿って前記スラグ除去装置を動かすように、堆積物を収容しているチャンバの上縁によって案内されている、請求項１５記載の装置。
【請求項１７】
前記分離装置は、孔付きコンベヤベルト、シェーカースクリーン又は振動シーブを含む、請求項１３記載の装置。
【請求項１８】
堆積物の上面は、湾曲しており、前記駆動機構は、前記スラグ除去装置の切断面にわたって堆積物の上面を回転させるように作動可能である、請求項１３記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して、溶接及び材料接合技術に関し、より詳細には、粒状の原料の選択的レーザ溶融又は焼結後のスラグ除去用の機械及びプロセスに関する。
【０００２】
発明の背景
溶融及び焼結プロセスは、大抵、スラグオーバーレイを生じさせる。スラグ除去は、とりわけ補修、クラッディング又は層形成された製造を形成するために、形成される金属又は他の材料を連続的に層形成しなければならない場合に、困難な場合があり得る。各層の間の手動のスラグ除去は、遅くて非生産的である。
【０００３】
サブマージアーク溶接（ＳＡＷ）、エレクトロスラグ溶接（ＥＳＷ）、選択的レーザ溶融（ＳＬＭ）及び選択的レーザ焼結（ＳＬＳ）が、溶接物、クラッディング及びアディティブマニュファクチャリング（付加製造）による部品を製造するために用いられている。サブマージアーク溶接では、粒状のフラックスが大気との反応から溶融材料を防護するために電極ワイヤ又はストリップと基材との間にアークを埋め込む。このプロセスでは、金属堆積物の表面上にスラグが置かれたままで、スラグは、続いて行われる溶接パスが存在している堆積物の上又は傍で成される前に除去しなければならない。スラグは、手動で除去され、使用されない粒状のフラックスは、吸い込まれ、他の処理のために新しいフラックスと混合される。このプロセスは、同様にサブマージアーククラッディングのために用いられる。エレクトロスラグ溶接又はクラッディング（肉盛）は、処理に際して電流導体として溶融フラックスを提供することによりアークを回避する。他の処理技術には、レーザークラッディング及び原料粉末の選択的レーザ溶融（ＳＬＭ）又は選択的レーザ焼結（ＳＬＳ）が含まれる。
【０００４】
吸引は、スラグが容易に堆積物表面から除去される場合にスラグ及び未使用のフラックスの両方を回収するために、サブマージアーク溶接で用いることができる。しかし、物理的係合がスラグを除去するために要求されている場合、吸引は、十分ではない。粉末床処理（例えばＳＬＭ、ＳＬＳ）において、吸引は、スラグと一緒に又はスラグよりむしろ優先して原料粉末を除去しがちである。なぜならば、粉末はより軽くて、基材に付着していないからである。吸引がスラグ除去に失敗するだけではなく、吸引は、以前の堆積物の上又は傍における追加的な溶融／焼結パスにとって必要とされる未使用の原料を除去してしまう。
【０００５】
本発明を、図面を参照して以下の記載において説明する。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】本発明の態様による、処理用の粒状の原料が層形成された基材を収容しているチャンバの概略断面図である。
【図２】原料の溶融又は焼結が、スラグが層形成された材料堆積物を基材上に形成した後の、図１の機械をみた図である。
【図３】スラグ除去のためにチャンバの縁より上にスラグ層を位置変更している、図１の機械をみた図である。
【図４】図１のチャンバの上に配置され、再利用可能な粒状の原料からスラグを分離するセパレータの上に材料堆積物からスラグを掻き落としている、スラグ除去装置を示す図である。
【図５】回収された原料を更なる層形成又はクラッディングのために材料堆積物の上面に再循環している、図４の機械を示す図である。
【図６】鉛直方向に調整可能な回転スラグ除去装置を備える、本発明の態様を示す図である。
【図７】補修、溶接、層形成又は製造される構成要素を回転させる態様を示す図である。
【図８】開示された機械による作動方法におけるステップを示す図である。
【０００７】
発明の詳細な説明
図１は、補修、クラッディング、溶接又は製造のために構成要素又は基材２４を取り囲んでいる溶融チャンバ２２を備える機械２０を示している。このチャンバは、上縁３８を備えてよく、上縁３８は、平坦であるか又は湾曲していてよく、スラグ除去装置を後述のように案内してよい。可動のポジショナ２５が、基材２４を支持してよく、この基材２４を、チャンバ２２に対して鉛直方向に動かしてよい。粒状の原料２６が、レーザ等のエネルギ源２８による溶融又は焼結のために基材２４の上に配置されている。エネルギ源２８は、合金成分及びフラックスを含んでよい粒状の材料２６を溶融又は焼結するために、プログラミング可能な経路３０で、原料２６にわたって移動してよい。例えば、レーザビームが、加熱のためにレーザエネルギで原料２６の所定の領域を「塗りつぶす」ように、可動のミラー又はプリズムを用いて、プログラミング可能な経路３０を走査するように方向付けされていてよい。原料２６は、溶融又は焼結して、その上にスラグの層を備える固体の層又は本体を形成し得るあらゆる種類の材料又は材料の組み合わせであってよい。
【０００８】
図２は、原料２６の溶融又は焼結により基材２４上に形成された堆積物３２を示している。スラグ層３４は、堆積物３２の上面３３に形成されている。
【０００９】
図３は、ポジショナ２５により上昇（３６）された基材を示しており、これにより、例えば、堆積物３２の上面がチャンバ２２の縁３８と同一平面を成している。
【００１０】
図４は、スクリュとして例示された駆動機構３９に取り付けられた、スクレーパとして例示されたスラグ除去装置４０を示しており、駆動機構３９は、スラグ除去装置を、堆積物３２の上面にわたって動かす。このスラグ除去装置は、スラグ３４を、スラグ除去装置４０の切断面３５上で除去する。ここで「切断面」とは、平面又は回転表面であって、その平面又は回転表面よりも上でスラグ除去装置が材料を堆積物３２とスラグ除去装置４０との間の相対移動中に除去する、平面又は回転表面等の面ジオメトリを意味している。堆積物３２の上面３３は、切断面３５上に位置決めされているので、スラグ３４は除去されている。同様に、堆積物の上面３３の高さレベルの上方に残っている再利用可能な原料２７の少なくとも一部も除去されている。粒子サイズ又は別の基準に基づいて再利用可能な原料からスラグを分離する分離装置４２を設けてよい。この分離は、例えば孔付きコンベヤベルト、シェーカースクリーン又は振動シーブによって実施してよい。搬送装置４４が回収された原料２７を捕集器４６に搬送してよく、又は、分離装置４２によって直接に捕集器を充填してよい。
【００１１】
スラグ除去装置４０は、特に、スクレーパ又はプレーナ等の装置によって構成してよく、この装置は、選択的に、尖端部材又はブレードを備える回転シリンダ、例えばロータリプレーナヘッドとして構成してよい。好適な構成のスラグ除去装置は、堆積物からスラグを破壊又は切断して解放し、このスラグ３４を、再利用可能な原料２７からの分離を容易にするために、再利用可能な原料２７の粒の最大サイズよりも大きな破片に破壊する。スラグ除去装置４０は、堆積物の上面が縁３８又は切断面３５と同一平面を成すように位置決めされた後で、チャンバの上縁３８によって案内されてよい。切断面３５は、図示のように、縁３８と同一平面にあってよい。
【００１２】
図５は、図１のエネルギ源２８の更なる走査３０によって堆積物３２の上に別の堆積物を形成するために、堆積物３２上に、新たな原料２６と一緒に、回収された原料２７を散布している原料供給装置４８を示している。ポジショナ２５は、チャンバ縁３８が原料２６，２７の別の層を保持するように基材２４を降下させてよい。
【００１３】
図６は、堆積物の上面の高さレベルで及び高さレベルの上方でスラグ３４及び再利用可能な原料２７を除去するために、開始位置５６から終了位置５８へ案内軌道５４上を移動する回転ブラシ又はブレードを備える態様２１を示している。案内軌道５４は、切断面３５を堆積物３２の上面３３に位置決めするために鉛直方向に調整可能（５５）であってよい。この態様では、切断面３５は、回転ブラシ又はブレードの回転表面に対してほぼ又は正確に接線方向にある。円筒形の回転ブラシ又はブレード５２は、ワイヤ毛や尖端部材を備えて構成してよく、又は、プレーナヘッドとして構成してよい。
【００１４】
スラグ除去装置４０，５２は、駆動機構、特にモータ駆動式のチェン又はスクリュ駆動装置又はモータ駆動式もしくは液圧式のピストン等の位置変更機構に取り付けてよく、又はその駆動機構によって動かしてよい。駆動機構は、スラグ除去装置を案内して、チャンバ２２に対して所定の切断面３５に沿って移動させる、軌道５４又はチャンバ縁３８等の案内装置を含んでよく、又はそのような案内装置に当接して作動してよい。
【００１５】
本明細書に記載の装置により構成される機械２０，２１は、例えばチャンバ２２、原料供給装置４８、プログラミング可能な走査３０を有するエネルギ源２８、スラグ除去装置４０もしくは５２、駆動機構３９及び分離装置４２を含む。機械２０，２１は、記載のようにスラグ除去及び分離を行うために、電子プロセスコントローラによって自動で制御してよい。そのような機械は、材料堆積物の１つ以上の層をもって基材を自動で補修又はクラッディングし、その都度の堆積の後に自動でスラグを除去するように作動可能である。制御装置、モータ、アクチュエータ及び機械自動化用の相互接続は、そのような要素はプロセス自動化及び制御の技術分野で知られているので、図面には示していない。
【００１６】
図７は、粒状及び／又は液化又は流動化された状態であってよい原料６４を含んでいる原料チャンバ６２を備える態様６０を示している。補修、クラッディング又は溶接又は製造のための構成要素６６、又はより一般的には製造のための型が、その表面６７において原料６４の流れを受け取るように位置決めされている。構成要素６６は、レーザ等のエネルギ源６９に対して駆動機構７１によって回転させられる。エネルギ源６９は、不動であってよく、又は、合金成分及びフラックスを含んでよい粒体材料６４を溶融又は焼結するために、プログラミング可能な経路で、構成要素６６にわたって可動であってよい。例えば、構成要素が回転するときに、レーザビームを、構成要素６６の回転軸線７０に沿って前後に、プログラミング可能な経路を走査するように方向付けされてよい。エネルギ源６９は、構成要素表面６７上に、局所的な溶融池６８を形成する。表面６７が溶融池の下で回転すると、溶融池６８から堆積物３２が、表面６７上に引き込まれる。堆積物３２は、スラグ３４オーバーレイと共に硬化しながら、図示のような定位置のスクレーパ又はカッタ等のスラグ除去装置６２、又は以前の図示のような回転装置等の移動装置の下で回転する。除去された再利用可能な原料２７を、前述のように、除去されたスラグ３４から分離してよい。
【００１７】
図８は、開示された機械によって実施可能な方法８０を示している。方法８０は、特許請求の範囲に記載の下記のステップ及び／又はステップのサブセットを実行するためのソフトフェア又はハードウェアにおけるコントロールロジックにより実施してよい。ステップは：
８２  チャンバに粒状の原料材を供給する；
８４  スラグにより覆われた材料堆積物を形成するように選択的に原料を溶融又は焼結するエネルギ源によって原料を走査する；
８６  スラグ除去装置の切断面に材料堆積物の上面を位置決めする、又は、材料堆積物の上面にスラグ除去装置の切断面を位置決めする；
８８  堆積物の上面にわたってスラグ除去装置を通過させ、又は、スラグ除去装置に対して堆積物を移動させ、上面からスラグを切断又は破砕により解放する；
９０  除去されたスラグ及び粒状の原料の再利用可能な部分を分離装置に受け取る；
９２  分離装置によって、粒状の原料の再利用可能な部分から除去されたスラグを分離する；
９４  材料堆積物の上面に粒状の原料の再利用可能な部分を再循環する；
９６  ステップ８２から１度又は２度以上繰り返す；
を含む。
【００１８】
本明細書には、本発明の様々な態様が図示され、記載されているが、そのような態様は、単なる例として提供されていることが明らかである。本明細書の発明から逸脱することなく、様々な変更、変化及び／又は代替を行ってよい。従って、本発明は、添付の特許請求の範囲の思想や記載範囲によってだけ制限されるものである。
【図１】
2016507005.tif 000003
【図２】
2016507005.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2016507005.tif 000007
【図６】
2016507005.tif 000008
【図７】
2016507005.tif 000009
【図８】
2016507005.tif 000010
【国際調査報告】
2016507005.tif 000011
2016507005.tif 000012