(57)【要約】積層造形システムにおける、マテリアルハンドリングのためのシステムと方法が提供される。環境制御は、パウダーを溶融することから形成される、ビルドピースの特性を変化させる、および／またはパウダーのマテリアル特性を、変化させる物質への、パウダーの曝露を低減することができる。パウダーは、ＰＢＦシステムで使用するために、混合することができる。例えば、印刷動作を通過したパウダーは、再使用パウダーを、新しいパウダーと混合することにより、再使用することができる。印刷動作の後でパウダーは、回収し、再使用し、新しいパウダーへ、リサイクルする等ができる。パウダーは、より良い再使用可能性のために浄化される。【選択図】図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
メタルパウダーをトランスポートする装置において、
チャンバと、
チャンバを介してメタルパウダーをトランスポートするトランスポータと、および
前記メタルパウダーのマテリアル特性を変化させる物質への前記メタルパウダーの曝露を低減する環境を前記チャンバ内に作成する環境システムと、
を備えた装置。
【請求項２】
前記環境システムは、不活性ガスを、前記チャンバに注入する、不活性ガスシステムを含む、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記不活性ガスは、アルゴンガスを含む、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記環境システムは、前記チャンバ内に、真空環境を作る真空ポンプを含む、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記物質は酸素を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記物質は、水を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記チャンバに接続されたメタルアトマイザーをさらに備え、前記メタルアトマイザーは、リサイクルされた、３次元印刷された構造物を含む、１つまたは複数のメタルソースから、メタルパウダーを作る、請求項１に記載の装置。
【請求項８】
パウダーベッド溶融システムのための装置において、
チャンバと、
前記チャンバを介して、前記メタルパウダーを、トランスポートするトランスポータと、
前記チャンバに接続された、真空ポンプと、
を備えた、装置。
【請求項９】
パウダーベッド溶融システムのための装置において、
チャンバと、
前記チャンバを介して、前記メタルパウダーを、トランスポートするトランスポータと、
前記チャンバに、不活性ガスを注入する不活性ガスシステムと、
を備えた装置。
【請求項１０】
前記不活性ガスシステムは、前記チャンバから置き換えられた空気を除去するように、さらに構成され、前記空気は、前記不活性ガスにより置き換えられる、請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
前記不活性ガスは、アルゴンガスを含む、請求項９に記載の装置。
【請求項１２】
メタルパウダーをトランスポートする装置において、
チャンバと、
前記チャンバを介して、前記メタルパウダーをトランスポートするトランスポータと、
前記メタルパウダーを溶融することから形成された、ビルドピースの特性を、物質に晒されないメタルパウダーを溶融することから形成された、ビルドピースの特性とは異ならせる、前記物質への前記メタルパウダーの曝露、を低減する環境をチャンバに作る環境システムと、
を備えた、装置。
【請求項１３】
前記特性は、マテリアル特性である、請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
パワーベッド溶融システムのための装置において、
第１のメタルパウダーと、第２のメタルパウダーを受け取る第１のチャンバと、
前記第１のチャンバに接続された第２のチャンバと、
少なくとも、前記第１のメタルパウダー、または前記第２のメタルパウダーの特性に基づいて、前記第２のチャンバから、前記第１のチャンバへの、前記第２のメタルパウダーの投与量を制御する投与量コントローラと、
を備える、装置。
【請求項１５】
前記第２のメタルパウダーは、パウダーベッド溶融システムからのメタルパウダーである、請求項１４に記載の装置。
【請求項１６】
３次元印刷処理の後、前記パウダーベッド溶融システムから、前記第２のメタルパウダーを回収するパウダー回収システムをさらに備えた、請求項１５に記載の装置。
【請求項１７】
前記特性を決定する、パウダーキャラクタライザをさらに備える、請求項１５の装置。
【請求項１８】
前記パウダーキャラクタライザは、流動性を決定する流動性決定部を備え、前記特性は、前記流動性を含む、請求項１７に記載の装置。
【請求項１９】
前記パウダーキャラクタライザは、汚染量を決定する汚染決定部を備え、前記特性は、前記汚染量を含む、請求項１７に記載の装置。
【請求項２０】
前記パウダーキャラクタライザは、印刷履歴を決定する印刷履歴決定部を備え、前記特性は、前記印刷履歴を含む、請求項１７に記載の装置。
【請求項２１】
前記パウダーキャラクタライザは、印刷性能を決定する印刷性能決定部を備え、前記特性は、前記印刷性能を含む、請求項１７に記載の装置。
【請求項２２】
前記第１のチャンバに接続され、前記第１のメタルパウダーを、前記第１のチャンバへ投与するように構成された、第３のチャンバをさらに備えた、請求項１４に記載の装置。
【請求項２３】
前記第１のチャンバは、パイプを備え、前記第１のメタルパウダーは、前記パイプを介して移動する、請求項１４に記載の装置。
【請求項２４】
前記第１のチャンバに接続されたメタルアトマイザーをさらに備え、前記メタルアトマイザーは、リサイクルされた、３次元印刷された構造物を含む、１つまたは複数のソースから、前記第１のメタルパウダーを作る、請求項１４に記載の装置。
【請求項２５】
パウダーベッド溶融システムのための装置において、
前記パウダーベッド溶融システムから、メタルパウダーを受け取るチャンバであって、前記チャンバは、第１のポートと、第２のポートを有するチャンバと、
前記メタルパウダーの特性を決定する、パウダーキャラクタライザと、
前記特性に基づいて、前記メタルパウダーを再使用するかどうかを、決定するコントローラと、
前記メタルパウダーは、再使用されるべきであると、前記コントローラが決定した場合、前記第１のポートを介して、前記メタルパウダーをトランスポートし、前記メタルパウダーは再使用すべきでない、と前記コントローラが決定した場合、前記メタルパウダーを、前記第２のポートを介してトランスポートする、パウダートランスポータと、
を備えた、装置。
【請求項２６】
前記第２のポートに結合された、メタルアトマイザーをさらに備え、前記メタルアトマイザーは、前記第２のポートを介して、トランスポートされた前記メタルパウダーを加熱して液体メタルにし、前記液体メタルから新しいメタルパウダーを産出する、請求項２５に記載の装置。
【請求項２７】
前記メタルアトマイザーは、さらに、リサイクルした、３次元印刷された構造物を加熱して、液体メタルにし、請求項２６に記載の装置。
【請求項２８】
前記メタルパウダーを浄化する、浄化コンポーネントをさらに備え、前記浄化コンポーネントは、前記第１のポートに結合されている、請求呼応２５に記載の装置。
【請求項２９】
前記メタルパウダーと新しいメタルパウダーを受け取る第２のチャンバと、
メタルパウダーに対する、新しいメタルパウダーの比を決定する、投与量コントローラと、
前記比に基づいて、前記第２のチャンバ内で、前記メタルパウダーを、新しいメタルパウダーと混合する混合器と、
を備えた請求項２５に記載の装置。
【請求項３０】
パワーベッド溶融システムのための装置において、
前記パウダーベッド溶融システムから、メタルパウダーを受け取るチャンバと、
前記メタルパウダーを浄化する、浄化コンポーネントと、
前記メタルパウダーを、前記チャンバにトランスポートし、前記チャンバから前記浄化されたメタルパウダーを、トランスポートするパウダートランスポータと、
を備えた装置。
【請求項３１】
前記浄化コンポーネントは、前記メタルパウダーを加熱する真空炉を備えた、請求項３０の装置。
【請求項３２】
前記浄化されたメタルパウダーと、新しいメタルパウダーを受け取る第２のチャンバと、浄化されたメタルパウダーに対する、新しいメタルパウダーの比を決定し、前記比に基づいて前記第２のチャンバ内で、前記浄化されたメタルパウダーを、前記新しいメタルパウダーと混合する投与コントローラと、
をさらに備えた、請求項３０の装置。
【請求項３３】
前記第２のチャンバに接続された、メタルアトマイザーをさらに備え、前記メタルアトマイザーは、リサイクルされた、３次元印刷された構造物を含む、１つまたは複数のメタルソースから、前記新しいメタルパウダーを作る、請求項３２に記載の装置。
【請求項３４】
パウダーベッド溶融（ＰＢＦ）システムのための装置において、
メタルパウダーを溶融することにより、３次元印刷された構造物を作るＰＢＦ装置と、
前記ＰＢＦ装置に接続された、メタルアトマイザーとを備え、前記メタルアトマイザーは、リサイクルされた、３次元印刷された構造物を含む、１つまたは複数のメタルソースから前記メタルパウダーを作る、装置。
【請求項３５】
前記１つまたは複数のメタルソースは、さらに、前記ＰＢＦ装置から、リサイクルされたパウダーをさらに含む、請求項３４に記載の装置。
【請求項３６】
チャンバ内に、メタルパウダーをトランスポートする方法において、
前記メタルパウダーのマテリアル特性を変化させる物質への、前記メタルパウダーの曝露を、低減する環境を前記チャンバ内に作るステップと、
前記チャンバを介して前記メタルパウダーを、トランスポートするステップと、
を備えた、方法。
【請求項３７】
前記環境を作ることは、不活性ガスを、前記チャンバに注入するステップを備える、請求項３６に記載の方法。
【請求項３８】
前記不活性ガスは、アルゴンガスを含む、請求項３７に記載の方法。
【請求項３９】
前記環境を作ることは、前記チャンバ内に、真空を作るステップを備える、請求項３６に記載の方法。
【請求項４０】
前記物質は、酸素を含む、請求項３６に記載の方法。
【請求項４１】
前記物質は、水を含む請求項３６に記載の方法。
【請求項４２】
リサイクルされた、３次元印刷された構造物を含む、１つまたは複数のメタルソースから、前記メタルパウダーを作るステップをさらに備えた、請求項３６に記載の方法。
【請求項４３】
チャンバ内のメタルパウダーをトランスポートする方法において、
前記チャンバ内に、真空を作るステップと、
前記チャンバ内の真空を介して、前記メタルパウダーを、トランスポートするステップと
を備えた方法。
【請求項４４】
チャンバ内のメタルパウダーを、トランスポートするための方法において、
不活性ガスを、前記チャンバに注入するステップと、
前記チャンバ内の前記不活性ガスを介して、前記メタルパウダーをトランスポートするステップと、を備えた方法。
【請求項４５】
前記不活性ガスシステムは、前記チャンバから、置き換えられた空気を除去するように、さらに構成されたクローズドシステムであり、前記空気は、前記不活性ガスにより置き換えられる、請求項４４に記載の方法。
【請求項４６】
前記不活性ガスは、アルゴンガスを含む、請求項４４に記載の方法。
【請求項４７】
メタルパウダーをトランスポートする方法において、
前記メタルパウダーを溶融することから形成された、ビルドピースの特性を、物質に晒されないメタルパウダーを溶融することから形成されたビルドピースの前記特性とは異ならせる、前記物質への前記メタルパウダーの曝露を、低減する環境をチャンバ内に作るステップと、
前記チャンバを介して前記メタルパウダーを、トランスポートするステップと、
を備えた方法。
【請求項４８】
前記特性は、マテリアル特性である、請求項４７に記載の方法。
【請求項４９】
パワーベッド溶融システムのための方法において、
第１のメタルパウダーを、第１のチャンバに受け入れるステップと、
少なくとも、前記第１のメタルパウダー、または第２のメタルパウダーの特性に基づいて、前記第１のチャンバに接続された、第２のチャンバから、前記第１のチャンバへ、第２のメタルパウダーを投与するステップと、
を備えた方法。
【請求項５０】
前記第２のメタルパウダーは、前記パウダーベッド溶融システムからの、メタルパウダーである、請求項４９に記載の方法。
【請求項５１】
３次元印刷プロセスの後で、前記パウダーベッド溶融システムから、前記第２のメタルパウダーを回収するステップをさらに備えた、請求項５０に記載の方法。
【請求項５２】
前記特性を決定することをさらに備えた、請求項５０に記載の方法。
【請求項５３】
前記特性を決定するステップは、流動性を決定するステップを備え、前記特性は、流動性を含む、請求項５２に記載の方法。
【請求項５４】
前記特性を決定することは、汚染量を決定するステップを備え、前記特性は、汚染量を含む、請求項５２に記載の方法。
【請求項５５】
前記特性を決定するステップは、印刷履歴を決定するステップを備え、前記特性は、印刷履歴を含む、請求項５２に記載の方法。
【請求項５６】
前記特性を決定するステップは、印刷性能を決定するステップを備え、前記特性は、印刷性能を含む、請求項５２に記載の方法。
【請求項５７】
前記第１のチャンバへ前記第１のパウダーを受け入れることは、前記第１のメタルパウダーを、前記第１のチャンバへ投与するステップを備える、請求項４９に記載の方法。
【請求項５８】
前記第１のチャンバを介して、前記第１のメタルパウダーを、トランスポートするステップをさらに備える、請求項４９に記載の方法。
【請求項５９】
リサイクルされた、３次元印刷された構造物を含む、１つまたは複数のメタルソースから、前記第１のメタルパウダーを作るステップをさらに備えた、請求項４９に記載の方法。
【請求項６０】
パワーベッド溶融システムの方法において、
パワーベッド溶融システムからのメタルパウダーを、チャンバに受け入れるステップであって、前記チャンバは、第１のポートと、第２のポートを含む、ステップと、
前記メタルパウダーの特性を、決定するステップと、
前記特性に基づいて、前記メタルパウダーを再使用するかどうかを、決定するステップと、
前記メタルパウダーを再使用するとの決定に応答して、前記第１のポートを介して、前記メタルパウダーをトランスポートし、前記メタルパウダーを再使用しないとの決定に応答して、前記第２のポートを介して、前記メタルパウダーをトランスポートするステップと、
を備えた、方法。
【請求項６１】
前記第２のポートからの前記メタルパウダーを、メタルアトマイザーにトランスポーズするステップと、
前記メタルパウダーを加熱して液体メタルにし、前記液体メタルから、新しいパウダーを作るステップと、
をさらに備えた、請求項６０に記載の方法。
【請求項６２】
リサイクルされた、３次元印刷された構造物を、液体メタルに加熱するステップをさらに備えた、請求項６１に記載の方法。
【請求項６３】
前記第１のポートからの前記メタルパウダーを、浄化コンポーネントにトランスポートするステップと、
前記メタルパウダーを浄化するステップと、をさらに備えた、請求項６０の方法。
【請求項６４】
メタルパウダー対新しいメタルパウダーの比に基づいて、第２のチャンバ内において前記メタルパウダーを、新しいメタルパウダーと混合するステップをさらに備えた、請求項６０に記載の方法。
【請求項６５】
パウダーベッド溶融システムのための方法において、
前記パウダーベッド溶融システムからのメタルパウダーを、チャンバに受け入れるステップと、
前記チャンバ内で、前記メタルパウダーを浄化するステップと、
前記チャンバから、前記浄化されたメタルパウダーをトランスポートするステップと、
を備えた、方法。
【請求項６６】
前記メタルパウダーを加熱するステップをさらに備えた、請求項６５に記載の方法。
【請求項６７】
浄化されたメタルパウダー対新しいメタルパウダーの比に基づいて、第２のチャンバ内で前記浄化されたメタルパウダーと、新しいメタルパウダーを混合するステップをさらに備えた、請求項６５に記載の方法。
【請求項６８】
リサイクルされた、３次元印刷された構造物を含む、１つまたは複数のメタルソースから、前記新しいメタルパウダーを作るステップをさらに備えた、請求項６７に記載の方法。
【請求項６９】
パウダーベッド溶融（ＰＢＦ）システムのための方法において、
メタルパウダーを溶融することにより、３次元印刷された構造物を作るステップと、
リサイクルされた、３次元印刷された構造物を含む、１つまたは複数のメタルソースから、前記メタルパウダーを作るステップを備えた、方法。
【請求項７０】
前記１つまたは複数のメタルソースは、さらに、前記ＰＢＦ装置からのリサイクルパウダーをさらに含む、請求項６９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この出願は、２０１７年５月２６日に出願された「積層造形におけるマテリアルハンドリング」というタイトルの米国特許出願第１５／６０７，０５５の優先権を主張し、参照することによりその全体が明示的に組み込まれる。
【背景技術】
【０００２】
この開示は、一般的に積層造形システムに関し、特に、積層造形システムにおけるマテリアルハンドリングに関する。
【０００３】
３次元（「３−Ｄ」）プリンターシステムとも呼ばれる積層造形（「ＡＭ」）システムは、一般的な製造プロセスを用いて作ることが困難な、または不可能ないくつかの形状を含む幾何学的に複雑な形状を備えた、構造物（ビルドピース（build pieces）とも呼ばれる）を製造することができる。パウダーベッド溶融（「ＰＢＦ」）システムＡＭシステムは、レイヤ毎にビルドピースを作る。各レイヤまたは「スライス」は、粉末の層を堆積（deposit）し、粉末の部分をエネルギビームに晒すことにより形成される。エネルギビームは、層内のビルドピースの断面に一致する粉末層の溶融エリアに適用される。溶融された粉末は、冷却され、融合されてビルドピースのスライスを形成する。処理は、反復されてビルドピースの次のスライスを形成することができる、等。各層は、従前の層の上に堆積される。結果として得られる構造は、ゼロから（from the ground up）スライスごとに組み立てられた、ビルドピースである。
【０００４】
いくつかの場合において、大気中に発見された物質は、ＰＢＦシステムで使用される粉末の１つまたは複数の材料特性を変化させる可能性がある。たとえば、ＰＢＦシステムで使用されるいくつかの金属粉末は、水、酸素、および大気中の他の物質と反応する可能性がある。大気中の水（例えば、湿度）および酸素に晒すことは、粉末材料を酸化させる、例えば、鉄を酸化鉄に変えて、鉄粉末を酸化させることにより、いくつかの粉末の材料特性を変化させる可能性がある。この場合、変化される材料特性は、粉末材料の化学特性である。他の例において、湿度は、例えば、粉末を湿らせ、一緒に凝集させることにより、いくつかの粉末を物理的に変化させる可能性があり、粉末が管、開口部等を流れる能力が低下する。この場合、変化された材料特性は、バルクパウダーの物理的特性であり、たとえば、バルクパウダーの流動性であり、それは、流動性に影響を与える複数の材料特性の結果でありえる。
【発明の概要】
【０００５】
ＡＭシステムにおける材料ハンドリングのための装置および方法のいくつかの態様は、以下により完全に記載されるであろう。
【０００６】
種々の態様において、金属粉末をトランスポート（transport）するための装置は、チャンバ（chamber）を介して金属粉末をトランスポートするトランスポータ（transporter）、および金属粉末の材料特性を変化させる物質への金属粉末の曝露（exposure）を減少させるチャンバ内の環境を作る環境システムを含むことができる。
【０００７】
種々の態様において、パウダーベッド融合システムの装置は、チャンバ、チャンバを介して金属粉末をトランスポートするトランスポータ、およびチャンバに接続された真空ポンプを含むことができる。
【０００８】
種々の態様において、パウダーベッド融合システムのための装置は、チャンバ、チャンバを介して金属粉末をトランスポートするトランスポータ、不活性ガスをチャンバに注入する不活性ガスシステムを含むことができる。
【０００９】
種々の態様において、金属粉末を運ぶ装置は、チャンバを介して金属粉末を運ぶトランスポータ、物質に晒されない金属粉末を溶融することから形成される、ビルドピースの特性とは異なる金属粉末を溶融することから規制される、ビルドピースの特性を生じさせる物質への、金属粉末の曝露を減少させる環境を、チャンバ内に作る環境システムを含むことができる。
【００１０】
種々の態様において、パウダーベッド溶融システムのための装置は、第１の金属粉末と第２の金属粉末を受け入れる第１のチャンバと、前記第１のチャンバに接続された第２のチャンバと、少なくとも第１の金属粉末または第２の金属粉末の特性に基づいて、第２のチャンバから第１のチャンバへの、第２の金属粉末の投与量（dose）を制御する投与量コントローラを含むことができる。
【００１１】
種々の態様において、パウダーベッド溶融システムのための装置は、パウダーベッド溶融システムから、メタルパウダーを受け入れるチャンバであって、第１のポートと第２のポートを含むチャンバと、メタルパウダーの特性を決定するパウダーキャラクタライザ（powder characterizer）、特性に基づいてメタルパウダーを再使用するかどうかを決定するコントローラと、メタルパウダーを再使用すべきであるとコントローラが判断した場合、第１のポートを介してメタルパウダーをトランスポートし、メタルパウダーは、再使用しないとコントローラが判断する場合には、第２のポートを介して、メタルパウダーをトランスポートするパウダートランスポータと、を含むことができる。
【００１２】
種々の態様において、パワーベッド溶融システムのための装置は、パウダーベッド溶融システムから、メタルパウダーを受け入れるチャンバと、メタルパウダーを浄化する浄化システムと、メタルパウダーを、チャンバにトランスポートし、浄化されたメタルパウダーを、チャンバからトランスポートするパウダートランスポータとを含むことができる。
【００１３】
種々の態様において、パウダーベッド溶融システムは、メタルパウダーおよびＰＢＦ装置に接続されたメタルアトマイザー（metal atomizer）により３次元印刷された構造物を作る、パウダーベッド溶融装置を含むことができる。メタルアトマイザーは、リサイクルされた、３次元印刷された構造物を含む、１つまたは複数のメタルソースから、メタルパウダーを作ることができる。メタルアトマイザーは、例えば、メタルソースから、メタルを加熱および溶解するメタルアトマイザーと、液体メタルを噴霧してメタルパウダーを形成するアトマイゼーションシステム（atomization system）を含むことができる。
【００１４】
種々の態様において、メタルパウダーをチャンバ内にトランスポートする方法は、メタルパウダーの材料特性を変化させる物質への、メタルパウダーの曝露を減少させる環境を、チャンバ内に作ることと、メタルパウダーを、真空を介してチャンバ内にトランスポートすることを含むことができる。
【００１５】
種々の態様において、メタルパウダーをチャンバ内にトランスポートする方法は、チャンバ内に真空を作ることと、真空を介してメタルパウダーをチャンバ内にトランスポートすることと、を含むことができる。
【００１６】
種々の態様において、メタルパウダーをチャンバ内にトランスポートする方法は、不活性ガスをチャンバ内に注入することとと、不活性ガスを介して、メタルパウダーをチャンバ内にトランスポートすることとを含むことができる。
【００１７】
種々の態様において、メタルパウダーをトランスポートする方法は、物質に晒されない、メタルパウダーを溶融することから形成された、ビルドピースの特性とは異なるメタルパウダーを溶融することから形成された、ビルドピースの特性を生じさせる物質へのメタルパウダーの曝露を、減少させる環境をチャンバ内に作ることと、チャンバを介してメタルパウダーをトランスポートすることとを含むことができる。
【００１８】
種々の態様において、パウダーベッド溶融システムのための方法は、第１のメタルパウダーを第１のチャンバ内に受け入れることと、少なくとも第１のメタルパウダー、または第２のメタルパウダーの特性に基づいて、第１のチャンバに接続された、第２のチャンバから第２のメタルパウダーを、第１のチャンバ内に投与することとを、含むことができる。
【００１９】
種々の実施形態において、パウダーベッド溶融システムのための方法は、パウダーベッド溶融システムからのメタルパウダーをチャンバ内に受け入れることであって、チャンバは第１のポートと第２のポートとを含む、受け入れることと、メタルパウダーの特性を決定することと、特性に基づいて、メタルパウダーを再使用するかどうかを判断することと、メタルパウダーを再使用すると判断したことに応答して、第１のポートを介してメタルパウダーをトランスポートすることと、メタルパウダーを再使用しないと決定したことに応答して、メタルパウダーをトランスポートすることと、を含むことができる。
【００２０】
種々の態様において、パウダーベッド溶融システムからのパウダーベッドをチャンバ内に受け入れることと、メタルパウダーをチャンバ内に投与することと、浄化されたメタルパウダーをチャンバからトランスポートすることを含むことができる。
【００２１】
種々の態様において、パウダーベッド溶融の方法は、メタルパウダーを溶融して、３次元印刷された構造物を作ることと、リサイクルされた、３次元印刷された構造物を含む１つまたは複数のメタルソースから、メタルパウダーを作ることと、を含むことができる。
【００２２】
他の態様は、説明のために、いくつかの実施形態のみを図示および記載した、以下の詳細な記述から、当業者には容易に明らかであろう、当業者には理解されるように、ここに記載した概念は、他のおよび異なる実施形態を可能とし、いくつかの詳細は、この開示から逸脱することなく種々の他の観点において変更可能である。したがって、図面と詳細な記述は、本質的に説明であり、制限をするものではない。種々の態様について、例として詳細な記述に提示するが、添付図面に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１Ａ】図１Ａは、異なる動作ステージの期間における例示ＰＢＦシステムを説明する。
【図１Ｂ】図１Ｂは、異なる動作ステージの期間における例示ＰＢＦシステムを説明する。
【図１Ｃ】図１Ｃは、異なる動作ステージの期間における例示ＰＢＦシステムを説明する。
【図１Ｄ】図１Ｄは、異なる動作ステージの期間における例示ＰＢＦシステムを説明する。
【図２】図２は、メタルパウダーをトランスポートする例示装置を説明する。
【図３】図３は、不活性ガス環境に、不活性ガスをトランスポートするための例示装置を説明する。
【図４】図４は、メタルパウダーを、真空環境にトランスポートするための、例示装置を説明する。
【図５】図５は、メタルパウダーを、トランスポートする例示装置を説明する。
【図６】図６は、メタルパウダーを、チャンバ内にトランスポートする、例示方法のフローチャートを説明する。
【図７】図７は、ＰＢＦシステムに関する、２つのメタルパウダーを、混合することができる例示装置を説明する。
【図８】図８は、ＰＢＦシステムのための、メタルパウダーを混合することができる、他の例示装置を説明する。
【図９】図９は、ＰＢＦシステムに関するメタルパウダーを混合する、例示方法のフローチャートである。
【図１０】図１０は、ＰＢＦシステムに関する２つのメタルパウダーを混合することができる、他の例示装置を説明する。
【図１１】図１１は、ＰＢＦシステムに関する、例示パウダーリカバリーシステムを説明する。
【図１２】図１２は、ＰＢＦシステムにおいて、メタルパウダーをリカバリングする、例示方法のフローチャートである。
【図１３】図１３は、ＰＢＦシステムに関する、例示パウダー浄化システムを説明する。
【図１４】図１４は、ＰＢＦシステムにおいて、パウダーを浄化する、例示方法のフローチャートである。
【図１５】図１５は、環境制御を用いた、パウダーの再使用、およびリサイクルを含む、例示ＰＢＦシステムを説明する。
【図１６】図１６は、例示パウダーリサイクルエコシステムを説明する。
【図１７】図１７は、パウダーリサイクルエコシステムにおける、パウダーリサイクルの例示方法のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
添付した図面に関連して、以下に述べる詳細な説明は、ここに開示された、概念の種々の例示実施形態の記載を、提供することを意図するものであり、開示を実施することのできる、唯一の実施形態を表すことを、意図したものではない。この開示で使用される「例示」は、「例、インスタンス、またはイラストレーションとして機能する」ことを意味し、この開示で提示された、他の実施形態に対して、必ずしも好適であるとか、または利点を有すると、理解されるべきではない。詳細な記載は、概念の範囲を、当業者に完全に伝える、完全な（a through and complete）開示を提供する目的のための、特定の詳細を含む。しかしながら、この開示は、これらの特定の詳細無しに、実施することができる。いくつかのインスタンスにおいて、この開示を通して提示された、種々の概念を曖昧にすることを避けるために、よく知られた構造と、コンポーネントは、ブロック図の形態で示すことができ、または完全に省略することができる。
【００２５】
この開示は、パウダーベッド溶融（ＰＢＦ）システムのような、ＡＭシステムにおける材料ハンドリングに向けられている。特に、種々の例示実施形態は、物質に晒されていない、パウダーを溶融することから形成された、ビルドピースの特性とは異なるパウダーを、溶融することから形成された、ビルドピースの特性を生じさせる、および／またはパウダーの材料特性を変化させる、物質へのパウダーの曝露を、減少させる態様を説明するために、種々の例示実施形態が提示される。いくつかの場合、ビルドピースの特性は、材料特性であり得る。用語「物質」は、物質的な存在を指すと理解されるべきである。この点に関して、電磁波（例えば、可視光）、音響波（acoustic wave）（例えば、音波（sound wave））、および熱エネルギ（例えば、熱放射、熱伝導）等は、ここで使用される用語では、物質ではない。
【００２６】
ある物質へのパウダーの曝露は、ＰＢＦシステムに使用するパウダーの効力を弱める可能性がある。例えば、大気中の酸素は、いくつかのパウダーマテリアルを酸化する可能性があり、それは、ビルドピースの、マテリアル性能パラメータを、弱める可能性がある、合金化剤（alloying agents）を追加する可能性がある。さらに、パウダーマテリアルの酸化は、粗いマイクロ構造を有した、ビルドピースを、生じる可能性があり、それは、ビルドピースの品質を弱める可能性がある。他の例において、大気中の水、すなわち、湿度へのパウダーの曝露は、ＰＢＦシステムにおける、パウダーの効果を弱める可能性がある。湿度は、パウダーの粒子間の結露により、パウダーを凝固（clump together）させる可能性がある。凝固したパウダーは、螺旋状の刃先や、パイプのような、ＰＢＦシステムの種々のパーツを、容易に詰まらせる可能性がある。
【００２７】
種々の例示実施形態は、ＰＢＦシステムに使用する、パウダーを混合する態様を、説明するために提示される。たとえば、印刷動作を通過してきたパウダーは、再使用パウダーを、新しいパウダーと混合することにより、再使用することができる。特に、再使用パウダーが、印刷動作からの、汚染のレベルが低い場合、再使用パウダーは、再使用するために、新しいパウダーのパーセンテージを低くして、混合することができる。一方、再使用パウダーが、印刷動作からの汚染が高いレベルの場合、再使用パウダーは、新しいパウダーのパーセンテージを、高くして混合する必要がある。種々の例示実施形態において、再使用パウダーは、例えば、汚染レベルのような、再使用パウダーの特性に基づいて、新しいパウダーのチャンバに、投与することができる。
【００２８】
種々の例示実施形態は、印刷動作後に、パウダーを回収（recover）する態様を、説明するために提示される。例えば、ＰＢＦ装置下部に位置するチャンバは、印刷動作後に、溶融されなかったメタルパウダーを、受け入れることができる。チャンバは、汚染レベルのような、パウダーの特性を決定することができるキャラクタライザ（characterizer）を含むことができる。汚染レベルが、再使用するのにあまりにも高い場合、パウダーは、第１のポートを介してチャンバに廃棄され、チャンバは、それをリサイクリングシステムに導き、リサイクリングシステムは、例えば、パウダーを溶融して、液体メタルから新しいパウダーを作ることができる。汚染レベルが十分高くない場合、パウダーは、第２のポートを介して破棄され、第２のポートは、ＰＢＦ装置内で、パウダーを再使用するシステムに導く。例えば、パウダーは、上記段落で記載したように、新しいパウダーと混合することができる。
【００２９】
種々の例示実施形態は、パウダーを浄化する態様を、説明するために提示される。例えば、浄化システムは、ＰＢＦ装置で再使用されるパウダーを、浄化することができる。浄化システムは、例えば、パウダーを溶融せずに、汚染を減らすように、パウダーを加熱する加熱炉を含むことができる。さらに、パウダーリサイクリングエコシステムは、ＰＢＦ装置のための新しいパウダーを作るために、３次元印刷された構造物を、リサイクルするように、作ることができる。
【００３０】
多くのアプリケーションでは、ここに開示されたシステムと方法は、ＰＢＦ製造業者のコストを低減し、およびＰＢＦ製造の環境的影響を少なくするように、インプリメントすることができ、それにより、３Ｄ印刷された製品に関するよりも、多くの持続可能な製造プラットフォームを提供することができる。
【００３１】
図１Ａ−Ｄは、異なる動作段階での、例示ＰＢＦシステム１００の、それぞれの側面図を説明する。上述したように、図１Ａ−Ｄで説明される特定の実施形態は、この開示の原理を採用する、ＰＢＦシステムの多くの適切な例の１つである。この開示における図１Ａ−Ｄおよび他の図のエレメントは、必ずしも縮尺通りに描画されておらず、ここに記載した概念をより良く説明するために、より大きく、またはより小さく描画されていることに、留意する必要がある。ＰＢＦシステム１００は、メタルパウダーの各層を堆積することができる堆積器１０１と、エネルビームを発生することができるエネルギビームソース１０３と、パウダーを溶融するためにエネルギを印加することができる偏向器（deflector）１０５と、ビルドピース１０９のような、１つまたは複数のビルドピースを、サポートすることができる、ビルドプレート１０７を含むことができる。ＰＢＦシステム１００は、またパウダーベッドレセプタクル（powder bed receptacle）内に位置する、ビルドフロア（build floor）１１１を含むことができる。パウダーベッドレセプタクル１１２の壁は、一般に、パウダーベッドレセプタクルの境界を定義し、パウダーベッドレセプタクルは、側面からの壁１１２間に、サンドイッチされ、下部のビルドフロア１１１の一部と、境を接する。ビルドフロア１１１は、ビルドプレート１０７を漸進的に下げることができるので、堆積器１０１は、次の層を堆積することができる。全体のメカニズムは、他のコンポーネントを含むことができる、チャンバ１１３に常駐することができ、それにより、機器を保護し、大気および温度の調整を可能にし、汚染リスクを緩和することができる。堆積器１０１は、メタルパウダーのようなパウダー１１７を含むホッパー１１５と、堆積されたパウダーの各層の上部を、同じレベルにすることができるレベラー（1eveller）１１９を含むことができる。
【００３２】
特に、図１Ａを参照すると、この図は、ビルドピース１０９のスライスが溶融された後で、かつ、パウダーの次の層が堆積される前の、ＰＢＦシステム１００を示す。実際、図１Ａは、ビルドピース１０９の現在の状態を形成するために、例えば１５０スライスから形成された、複数の層、例えば、１５０層に、すでに堆積され、溶融されたスライスを有する時点を説明する。すでに堆積された複数の層は、パウダーベッド１２１を作成し、それは、堆積されたが、溶融されていないパウダーを含む。
【００３３】
図１Ｂは、ビルドフロア１１１を、パウダー層の厚み１２３だけ、下げることができる段階における、ＰＢＦシステムを示す。ビルドフロア１１１の降下は、ビルドピース１０９とパウダーベッド１２１を、パウダー層の厚み１２３だけ降下させるので、ビルドピースとパウダーベッドの上部は、パウダーベッドレセプタクル壁１１２の上部よりも、パウダー層の厚みに等しい量だけ、低くなる。このように、例えば、パウダー層厚み１２３に等しい、一致した厚みを有するスペースを、ビルドピース１０９、およびパウダー１２１の上部に作ることができる。
【００３４】
図１Ｃは、ビルドピース１０９と、パウダーベッド１２１の上面に作られ、パウダーベッドレセプタクル壁１１２に、境界を接するスペース内にパウダー１１７を堆積するように、堆積器１０１が位置する段階における、ＰＢＦシステム１００を示す。この例において、堆積器１０１は、ホッパー１１５からパウダー１１７を開放しながら、定義されたスペースの上部に漸進的に移動する。レベラー１１９は、開放されたパウダーを、同じレベルにして、パウダー層厚み１２３（図１Ｂ参照）に、実質的に等しい厚みを有する、パウダー層１２５を形成することができる。したがって、ＰＢＦシステムのパウダーは、パウダーサポート構造により、サポートすることができ、パウダーサポート構造は、例えば、ビルドプレート１０７、ビルドフロア１１１、ビルドピース１０９，壁１１２等を含むことができる。図示したパウダー層の厚み１２５（すなわち、パウダー層厚み１２３（図１B））は、図１Ａを参照して従前に説明した、１５０の従前に堆積された層を含む例に使用される、実際の厚みよりも大きいことに留意する必要がある。
【００３５】
図１Ｄは、パウダー層１２５（図１Ｃ）の堆積に続いて、エネルギビームソース１０３が、エネルギビーム１２７を発生し、偏向器１０５が、エネルギビームを印加して、ビルドピース１０９内の、次のスライスを溶融する段階での、ＰＢＦシステム１００を示す。種々の例示実施形態において、エネルギビームソース１０３は、電子ビームソースであり得、この場合、エネルギビーム１２７は、電子ビームを構成する。偏向器１０５は、溶融するように指定された領域にわたって、電子ビームをスキャンさせるように、電子ビームを、選択的に偏向する電界または磁界を、発生することができる偏向板を含むことができる。
【００３６】
種々の実施形態において、エネルギビームソース１０３は、レーザであり得、この場合、エネルギビームは、レーザビームである。偏向器１０５は、溶融する、選択された領域をスキャンするように、レーザビームを操作するために、反射、および／または屈折を用いる、光学システムを含むことができる。種々の実施形態において、偏向器１０５は、エネルギビームを位置づけるために、エネルギビームソースを、回転、および／または変換することができる、１つまたは複数のジンバル、およびアクチュエータを含むことができる。種々の実施形態において、エネルギビームソース１０３、および／または偏向器１０５は、エネルギビームを変調する、例えば、偏向器がスキャンするとき、エネルギビームをオン、オフすることにより、エネルギビームは、パウダー層の適切な領域にのみ、印加することができる。例えば、種々の実施形態において、エネルギビームは、デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）により変調することができる。
【００３７】
図２は、メタルパウダーをトランスポートする、例示装置２００を説明する。装置２００は、チャンバ２０１、トランスポータ２０３，および環境システム２０５を含むことができる。この例において、装置２００は、メタルパウダーを、パウダー生産システム２０７からＰＢＦ装置２０９へ、トランスポートすることができる。種々の実施形態において、環境システム２０５は、メタルパウダーのマテリアル特性を、変化させる物質への、メタルパウダーの曝露を、低減する環境を、チャンバ２０１内に作ることができる。メタルパウダーが、鉄メタルパウダーの場合、酸素および大気中の水（すなわち、湿度）は、鉄メタパウダーのマテリアル特性を、変化させる物質の例である。なぜならば、これらの物質は、パウダーの鉄材料を、化学変化である、酸化させるからである。湿度は、パウダーを凝固させ、したがって、パウダーのマテリアル特性、すなわち、原末（bulk powder）のマテリアル特性である、パウダーの流動性を、変化させる可能性がある。種々の実施形態において、環境システム２０５は、酸素、および／または大気中の湿度への、メタルパウダーの曝露を、低減することができる。
【００３８】
酸素と湿度は、ＰＢＦシステムで使用される、パウダーのマテリアル特性を、変化させることができる、空気中の物質の例である。上述した例示ケースの場合、パウダーのマテリアル特性に対する変化は、また、ＰＢＦシステムの性能に対して、ネガティブな影響を与える可能性がある。例えば、酸化されたパウダーは、メタル構造物の中に、不純物を有するビルドピースを生じることができる。パウダーを凝固させると、トランスポートが困難となり、堆積が困難となり、パウダーが詰まった通路を生じ、不均一な層等を生じる可能性がある。
【００３９】
フッ素は、パウダーのマテリアル特性を変更することができる、物質の他の例である。しかしながら、フッ素は、空気中に発見される共通の物質ではない。特に、フッ素は、いくつかの金属に対する酸化剤であり、マテリアル特性の変化であり、化学変化を引き起こすことができる。
【００４０】
さらに、パウダーのマテリアル特性を必ずしも変更することなくＰＢＦシステムの性能に、ネガティブな影響を与える可能性がある、いくつかの物質がある。例えば、パウダーをカーボンに晒すと、パウダー自身のマテリアル特性を、変更しないかもしれない。しかしながら、ビルドピースが、パウダーとカーボンの混合物から形成されると、ビルドピースのマテリアル特性は、カーボン無しのパウダーから形成されるビルドピースとは、異なる可能性がある。例えば、マテリアルパウダー内のカーボンは、パウダーが溶融されると、形成されるメタルの強度に、影響を及ぼす可能性がある。さらに、カーボンは、反作用を示すことができ、ビルドピースがクールダウン（cools down）すると、ある物質と反応することができる。種々の実施形態において、環境システム２０５は、パウダーを溶融することから形成された、ビルドピースのマテリアル特性を、物質に晒されていない、パウダーを溶融することから形成された、ビルドピースのマテリアル特性とは、異ならせる物質への、マテリアルパウダーの曝露を、低減することができる。いくつかのケースにおいて、そのような物質は、パウダー自身のマテリアル特性を変更しない。
【００４１】
さらに、パウダーと接触し、パウダーに吸着され、パウダーと混合される可能性がある、いくつかの物質は、メルトプール（melt pools）を取得するために、パウダーが加熱されると、ＰＢＦシステムの性能に、ネガティブに影響を与える可能性がある。たとえば、いくつかの物質は、メルトプールを撒き散らさせ、正しく形成することができない、等の可能性がある。これらの場合に、ビルドピースの特性、例えば、所望の形状は、これらの物質を有さないパウダーから形成された、ビルドピースと異なり得る。種々の実施形態において、環境システム２０５は、パウダーを溶融して形成されたビルドピースの特性が、物質に晒されていないパウダーを溶融することから形成された、ビルドピースの特性とは、異ならせる物質への、メタルパウダーの曝露を低減することができる。いくつかの場合において、そのような物質は、パウダー自身のマテリアル特性を変更しない。
【００４２】
要約すると、環境システムの種々の実施形態は、メタルパウダーのマテリアル特性を変化させる物質への、マテリアルパウダーの曝露を低減し、マテリアルパウダーを溶融することから形成された、ビルドピースのマテリアル特性を、物質に晒されていない、メタルパウダーを溶融することから形成された、ビルドピースのマテリアル特性とは、異ならせる物質への、メタルパウダーへの曝露を低減し、および／またはパウダーを溶融することから形成されたビルドピースの特性を、物質に晒されていないパウダーを溶融することから形成された、ビルドピースの特性とは、異ならせる物質への、メタルパウダーの曝露を、低減する環境を、チャンバ内に作ることができる。
【００４３】
トランスポート２０３は、チャンバ２０１内の環境システム２０５により作られた環境を介して、メタルパウダーを、トランスポートすることができる。種々の実施形態において、トランスポータ２０３は、チャンバ２０１内、例えばコンベヤベルトであり得る。種々の実施形態において、トランスポータ２０３は、チャンバ２０１の外側、例えば、パウダーを移動させるために、チャンバを振動させるバイブレータであり得る。
【００４４】
図３は、不活性ガス環境に、メタルパウダー３０１をトランスポートする例示装置３００を説明する。装置３００は、チャンバ、コンベヤベルト３０５を含むトランスポータ、およびアルゴン環境システム３０７を含む、環境システムを含むことができる。アルゴン環境システム３０７は、チャンバ３０３内のポート３０９を介して、アルゴンガスを注入することができ、空気がアルゴンガスにより置き換わると、チャンバ内のポート３１１を介して、大気中の空気を除去することができる。いくつかの実施形態において、アルゴン環境システム３０７は、チャンバ３０３内のすべての空気を、メタルパウダー３０１をトランスポートする前に、アルゴンガスと入れ替えることができる。アルゴンガスは、空気より重いので、他の実施形態において、アルゴン環境システム３０７は、メタルパウダー３０１が、アルゴンガスのみの環境を介してトランスポートできるように、チャンバ内の空気の一部のみを入れ替えるように、アルゴンガスを注入することができる。たとえば、アルゴンガスは、チャンバ３０３の下半分がアルゴンガスのみを含み、チャンバの上半分は、空気のみを含むように、空気の半分と交換することができる。この場合、例えば、メタルパウダー３０１は、チャンバ３０３の下半分を介してトランスポートすることができるので、メタルパウダーは、アルゴンガスの空間内に留まる。
【００４５】
図３の例において、アルゴン環境システム３０７は、システムが、チャンバから置換された空気を除去する、閉じられたシステムである。他の実施形態において、アルゴン環境システム３０７のような不活性ガス環境システムは、オープンシステムであり得る。例えば、アルゴンガスにより置き換えられる空気は、チャンバを取り囲む環境に排出することができる。
【００４６】
図４は、真空環境において、メタルパウダー４０１をトランスポートするための、例示装置を説明する。装置４００は、チャンバ４０３、コンベアベルト４０５を含む、トランスポータ、および真空ポンプ４０７を含む環境システムを含むことができる。真空ポンプ４０７は、ポート４０９を介して、チャンバ４０３に接続することができ、ポートを介して真空を引き抜くことにより、チャンバから大気中の空気を除去することができる。コンベアベルト４０５は、チャンバ４０３内の真空を介して、メタルパウダー４０１をトランスポートすることができる。コンベアベルト４０５は、チャンバ内部に存在し得る、トランスポータの一例である。
【００４７】
図５は、メタルパウダー５０１を、トランスポートするための例示装置５００を説明する。装置５００は、チャンバ５０３、チャンバに接続されたバイブレータ５０５を含むトランスポータ、および真空ポンプ５０７を含む環境システムを含むことができる。真空ポンプ５０７は、ポート５０９を介してチャンバ５０３に接続することができ、ポートを介して真空を引き抜くことにより、チャンバから待機中の空気を除去することができる。
【００４８】
チャンバ５０３は、傾けることができ、バイブレータ５０５は、傾けられたチャンバを介してスライドするように、メタルパウダー５０１を誘導する周波数で、チャンバを振動させることができる。メタルパウダー５０１の流動性は、液状化による。バイブレータ５０５は、チャンバ外部にあり得る、トランスポータの一例である。
【００４９】
図６は、チャンバにメタルパウダーをトランスポートする例示方法のフローチャートである。例えば、種々の実施形態において、この方法は、パウダー産出システム、例えば、パウダー産出システム２０７からＰＢＦ装置、例えば、ＰＢＦ装置２０９へ、メタルパウダーをトランスポートするために使用することができる。特に、この方法は、メタルパウダーのマテリアル特性を変化させる物質への、メタルパウダーの曝露を、低減する環境をチャンバに作る（６０１）ことを含む。種々の実施形態において、例えば、メタルパウダーが、鉄メタルパウダーの場合、酸素および大気中の水（すなわち、湿度）は、酸素を防止、または低減するために、チャンバ内の環境から除去することができる。種々の実施形態において、湿度により生じたパウダー塊（powder mass）の凝集（clumping）の量を、防止または低減するためにチャンバ環境から、湿度を除去することができる。種々の実施形態において、環境システム２０５は、大気中の酸素、および／または湿度を介して、メタルパウダーの曝露を、低減することができる。環境が作られた後で、この方法は、チャンバ内の環境を介して、メタルパウダーをトランスポートする（６０２）ことを含む。
【００５０】
図７は、ＰＢＦシステムに関する、２つのメタルパウダーを混合することができる、例示装置７００を説明する。第１のチャンバ７０１は、第１のメタルパウダー７０３、および第２のメタルパウダー７０５を受け入れることができる。第２のチャンバ７０７は、投与量コントローラ７０９を介して、第１のチャンバ７０１に接続することができる。投与量コントローラ７０９は、第１のメタルパウダー、第２のメタルパウダー、または第１および第２のメタルパウダーの特性に基づいて、第２のチャンバ７０７から第１のチャンバ７０１への、第２のメタルパウダー７０５の投与量を制御することができる。このように、例えば、装置７００は、特定の特性に基づいて、第１のメタルパウダー７０３と、第２のメタルパウダー７０５の混合物を作ることができる。説明の目的のために、投与量コントローラ７０９が、第２のメタルパウダー７０５を投与開始したが、第２のメタルパウダーは、第１のメタルパウダー７０３とまだ混合していない時点における装置７００を図７に示す。第１および第２の粉末の混合物は、同じチャンバ内に、第１および第２の粉末の存在のみを含むことができ、必ずしも２つの粉末の混合を含まないことを理解されたい。例えば、他方のパウダーの上に載っている一方のパウダーは、混合物になり得る。種々の実施形態において、例えば、チャンバの攪拌（agitation）、チャンバを通る混合物の移動などによって、2つの粉末を積極的に混合することができる。
【００５１】
混合物は例えば、ＰＢＦシステムに使用することができ、混合は、ＰＢＦシステムに使用するために、混合パウダーの所望の品質を達成するように、制御することができる。種々の実施形態において、第１または第２のパウダーは、新しいパウダーであり、他方のパウダーは、印刷動作の期間に溶融されなかったので、印刷動作の後で回収された(recovered）パウダーであり得る。
【００５２】
種々の実施形態において、特性は流動性を含むことができる。たとえば、ＰＢＦシステムは、混合パウダーの流動性の最小量を必要とすることができ、パウダーは、混合パウダーの所望の流動性を達成するために、流動性特性に基づいて、混合することができる。
【００５３】
種々の実施形態において、特性は、汚染の量を含むことができる。例えば、PBFシステムでは、混合粉末の汚染量が、最大量未満である必要があり、混合物の汚染量が、最大量未満になるように、汚染量を含む特性に基づいて、粉末を混合することができる。
【００５４】
種々の実施形態において、特性は、印刷履歴を含むことができる。例えば、第１のパウダーは、新しいパウダーであり得、第２のパウダーは、ＰＢＦシステムの印刷動作から回収されたパウダーであり得る。印刷動作の間、種々のファクターが溶融されていないパウダーを劣化させ得る。この場合、回収されたパウダーは、１回以上の印刷動作に使用されることによる劣化により、効果が低減される可能性がある。ＰＢＦシステムは、第２のパウダーを何回印刷動作に使用したかに基づいて、混合物内の第１および第２のパウダーの比を調整することができる。このように、例えば、１度または複数回印刷動作に使用したパウダーは、パウダーを、適切な比で新しいパウダーと混合することにより、再使用することができる。
【００５５】
種々の実施形態において、特性は、印刷性能を含むことができる。例えば、第１のパウダーは、新しいパウダーであり得、第２のパウダーは、ＰＢＦシステムの印刷動作から回収したパウダーであり得る。印刷動作の期間、パウダーの性能を決定することができる。この場合、回収された粉末は、良好に機能した可能性があり（たとえば、一貫した溶融プールを形成できるようになった）、したがって、印刷プロセスで良好に機能しなかった粉末よりも、高い比率で混合される。
【００５６】
図８は、ＰＢＦシステムの２つのメタルパウダーを混合することができる、例示装置８００を説明する。第１のチャンバ８０１は、第１のメタルパウダー８０３と、第２のメタルパウダー８０５を受け入れることができる。第２のチャンバ８０７は、投与量コントローラ８０９を介して、第１のチャンバ８０１に接続することができる。第３のチャンバ８１１は、また投与量コントローラ８０９を介して、第１のチャンバ８０１に接続することができる。投与量コントローラ８０９は、第１のメタルパウダー、または第２のメタルパウダー、または第１のメタルパウダーと第２のメタルパウダーの両方の特性に基づいて、第２のチャンバ８０７から、第１のチャンバ８０１への、第２のメタルパウダー８０５の投与量を、制御することができ、第３のチャンバ８１１から第１のチャンバへの、第１のメタルパウダーの投与量を制御することができる。図８は、第１のチャンバ８０１内の、第１および第２のメタルパウダー混合物８１３を説明する。
【００５７】
第３のチャンバ８１１は、入口パイプ８１５を通して、第１の金属粉末８０３を受け取ることができる。種々の実施形態において、例えば、入口パイプ８１５は、パウダー産出システム、例えば、パウダー産出システム２０７に接続することができ、第１のメタルパウダー８０３は、入口パイプを介してパウダー産出システムから受け取られる新しいメタルパウダーであり得る。
【００５８】
第２のチャンバ８０７は、入口パイプ８１７を介して第２のメタルパウダーを受け取ることができる。種々の実施形態において、たとえば、入口パイプ８１７は、パウダー回収システム（この例は以下に記載する）に接続することができ、第２のメタルパウダー８０５は、入口パイプを介して、パウダー回収システムから受け取られたメタルパウダーであり得る。
【００５９】
第１および第２のメタルパウダー混合物８１３は、出口パイプ８１９を介して、第１のチャンバ８０１から出ることができる。種々の実施形態において、例えば、出口パイプ８１９は、ＰＢＦ装置、例えばＰＢＦ装置２０９に接続することができ、第１および第２のメタルパウダー混合物８１３は、出口パイプを介して、ＰＢＦ装置に配送することができる。
【００６０】
例示装置７００のように、装置８００は、特定の特性に基づいて、第１のメタルパウダーと、第２のメタルパウダーの混合物を作成することができる。混合物は、例えば、ＰＢＦシステムにおいて使用することができ、制御された混合は、ＰＢＦシステムに使用するために、混合されたパウダーの所望の品質に、対処することができる。
【００６１】
図９は、ＰＢＦシステムに関する、メタルパウダーを混合する例示方法のフローチャートである。例えば、種々の実施形態において、この方法は、パウダー産出システム２０７のようなパウダー産出システムからのメタルパウダーを、ＰＢＦ装置２０９のようなＰＢＦ装置から回収したパウダーと、混合するのに使用することができる。特に、この方法は、少なくとも第１のメタルパウダー、または第２のメタルパウダーの特性に基づいて、第１のメタルパウダーを、チャンバに受け入れ（９０１）、第２のメタルパウダーを、チャンバに投与することを含む。種々の実施形態において、第２のメタルパウダーは、第１のチャンバに接続された、第２のチャンバから投与することができる。種々の実施形態において、混合されたパウダーは、例えば、ＰＢＦシステムにおいて使用することができ、混合は、ＰＢＦシステムにおいて使用するために、混合パウダーの所望の品質を達成するために、制御することができる。種々の実施形態において、第１または第２のパウダーは、新しいパウダーであり得、他方のパウダーは、印刷オペレーションの期間に溶融されなかったので、印刷オペレーションの後で、回収されたパウダーであり得る。特性は、例えば、流動性、汚染量、印刷履歴、印刷性能等を含むことができる。
【００６２】
図１０は、ＰＢＦシステムに関する２つのメタルパウダーを混合することができる例示装置１０００を説明する。第１のチャンバ１００１は、第１のメタルパウダー１００３と、第２のメタルパウダー１００５を受け取ることができる。この例では、第１のチャンバ１００１は、パイプである。第１のチャンバ１００１は、コンテナ１００７に接続されている。コンテナ１００７からの第１のメタルパウダー１００３は、バイブレータ１００９によって第１のチャンバを介して、トランスポートすることができる。第２のチャンバ１０１１は、投与量コントローラ１０１３を介して、第１のチャンバ１００１に接続することができる。装置１０００は、第２のチャンバ１０１１と、第２のメタルパウダー１００５を含むコンテナ１０１７との間に接続された、キャラクタライザ１０１５を含むことができる。キャラクタライザ１０１５は、第２のメタルパウダー１００５の特性を決定することができ、その特性情報を、信号ライン１０１９を介して、投与量コントローラ１０１３に送信することができる。投与量コントローラ１０１３は、第２のメタルパウダー１００５の特性情報に基づいて、第２のチャンバ１０１１から第１のチャンバ１００１への、第２のメタルパウダー１００５の投与量を、制御することができる。このようにして、例えば、装置１０００は、第２のメタルパウダーの、特定の特性に基づいて、第１のメタルパウダー１００３と、第２のメタルパウダー１００５の、制御された混合物を作ることができる。投与量コントローラ１０１３は、相対制御（例えば、第１および第２のメタルパウダーの比）または絶対制御（たとえば、第１および／または第２のパウダーの合計量）に基づいて、第２のメタルパウダー１００５の投与量を制御することができる。
【００６３】
この例において、第１のチャンバ１００１は、投与量コントローラ１００８を介して、ＰＢＦ装置１０２１に接続される。投与量コントローラ１００８は、混合されたメタルパウダー（すなわち、第１のメタルパウダー１００３と第２のメタルパウダー１００５の制御された混合物）が、ＰＢＦシステムの堆積器１０２５により、受け取ることができるように、ＰＢＦ装置１０２１への混合されたメタルパウダー１０２３の投与量を制御することができる。このように、例えば、ＰＢＦ装置１０２１には、第１のメタルパウダー１００３と、第２のメタルパウダー１００５の制御された混合物を供給することができる。
【００６４】
種々の実施形態において、キャラクタライザ１０１５は、第２のメタルパウダーの流動性を決定する流動性決定部、第２のメタルパウダーの汚染の量を決定する汚染決定部、第２のメタルパウダーの印刷履歴を決定する印刷履歴決定部、第２のメタルパウダーの印刷性能を決定する印刷性能決定部等を含むことができる。
【００６５】
図１１は、ＰＢＦシステムに関する例示パウダー回収システム１１００を説明する。パウダー回収装置１１００は、パウダー回収チャンバ１１０１、キャラクタライザ１１０３、コントローラ１１０５、トランスポータ１１０７、第１のポート１１０９、および第２のポート１１１１を含むことができる。パウダー回収システム１１００は、ＰＢＦ装置１１１３の下部に位置することができる。ＰＢＦ装置１１１３の下部のみが図１１に示されている。パウダー回収システム１１００は、パウダーが印刷動作を経た後、ＰＢＦ装置からパウダー１１１５を受け取ることができる。例えば、ＰＢＦ装置のビルドプレート１１１７は、モータ１１１９に接続することができる。印刷動作の後で、モータ１１１９は、ビルドプレート１１１７を回転して、パウダーベッドを、ふるい（sieve）１１２１上に廃棄することができる。ふるい１１２１は、パウダーベッド内のビルドピースをキャプチャすることができ、溶融されていないパウダー、すなわちパウダー１１１５が、パウダー回収チャンバ１１０１を通って、キャラクタライザ１１０３上に落ちることができる。
【００６６】
キャラクタライザ１１０３は、パウダー１１１５の特性を決定することができ、特性情報を、コントローラ１１０５に送信することができる。例えば、キャラクタライザ１１０３は、パウダー１１１５の汚染の量を、決定することができる。特性情報に基づいて、コントローラ１１０５は、パウダー１１１５を再使用するかどうかを、決定することができる。例えば、コントローラ１１０５は、パウダー１１１５があまりにも汚染されていて、再使用できないかどうかを決定することができる。パウダー１１１５が、再使用されるべきであると、コントローラ１１０５が、決定する場合、コントローラは、第１のポート１１０９を（第２のポート１１１１を閉じたままで）オープンするように、制御することができ、トランスポータ１１０７を制御して、パウダー１１１５を、第１のポートに移動させることができるので、パウダーは、再使用パイプ１１２３に破棄される。例えば、パウダーが、それほど汚染されていない場合、パウダーは、ＰＢＦ装置により再使用することができる。他方、パウダー１１１５は、再使用されるべきでないと、コントローラ１１０５が決定する場合、コントローラは、第２のポート１１１１を（第１のポート１１０９を閉じた状態で）オープンするように、制御することができ、パウダー１１１５を、第２のポート上に移動させて、パウダーがリサイクルパイプ１１２５に、破棄されるように、トランスポータ１１０７を制御することができる。例えば、パウダーが、あまりにも汚染されていて、再使用できない場合、パウダーは、リサイクルされてＰＢＦ装置に関する、新しいパウダーを作ることができる。このように、例えば、ＰＢＦ装置の印刷動作を通過したパウダーは、パウダーが再使用、リサイクル等に適しているかどうかの判断に基づいて、再使用したり、リサイクルしたりすることができるので、無駄を省き、ＰＢＦシステムのランニングコストを低く抑えることができる。
【００６７】
図１２は、ＰＢＦシステムにおけるメタルパウダーを回収する、例示方法のフローチャートである。印刷動作を通過したメタルパウダーは、第１のポートと第２のポートを含むチャンバに受け入れることができる（１２０１）。パウダーの特性は、決定することができる（１２０２）。例えば、汚染レベル、印刷履歴（例えば、印刷動作において、パウダーが再使用された回数）等を決定することができる。この方法は、特性に基づいてメタルパウダーを再使用するかどうかを、決定することができる（１２０３）。パウダーを再使用すべきであると決定した場合、パウダーは、第１のポートを介して、トランスポートすることができる（１２０４）。種々の実施形態において、第１のポートは、再使用されるパウダーを、ＰＢＦシステム内にトランスポートする、再使用経路に接続することができる。たとえば、再使用経路は、新しいパウダーと混合させるように、パウダーをトランスポートするパイプを含むことができ、混合されたパウダーは、再使用のために、堆積器へトランスポートすることができる。種々の実施形態において、パウダーは、混合される前に、あるいはＰＢＦシステムにおいて直接使用される前に、浄化システムにより浄化することができる。パウダーを再使用すべきでないと判断した場合、パウダーは、第２のポートを介してトランスポートすることができる（１２０５）。種々の実施形態において、第２のポートは、リサイクルされるパウダーをトランスポートするリサイクルパスに、接続することができる。たとえば、リサイクルパスは、パウダーを溶融して、液体メタルから新しいパウダーを作る、メタルアトマイザーに、パウダーをトランスポートする、パイプを含むことができる。
【００６８】
図１３は、ＰＢＦシステムのための、例示パウダー浄化システム１３００を説明する。パウダー浄化システム１３００は、浄化チャンバ１３０１、浄化システム１３０３、およびコンベアベルト１３０５を含むことができる。ＰＢＦ印刷動作からのパウダー１３０７は、コンベアベルト１３０５により、チャンバ１３０１に、トランスポートすることができる。浄化システム１３０３は、パウダー１３０７を浄化することができる。例えば、浄化システム１３０３は、パウダーを溶融する、または焼結することなく、汚染を除去するために、パウダーを加熱することができる、浄化炉を含むことができる。種々の実施形態において、浄化炉は、パウダーを、真空環境で加熱することができる、真空炉であり得る。コンベアベルト１３０５は、チャンバ１３０１から、浄化されたパウダー１３０９を、トランスポートすることができる。種々の実施形態において、浄化されたパウダー１３０９は、ＰＢＦシステムにおいて再使用することができる。
【００６９】
図１４は、ＰＢＦシステムにおいて、パウダーを浄化する、例示方法のフローチャートである。印刷動作を通過したメタルパウダーは、チャンバに受け入れることができる（１４０１）。パウダーは、浄化することができる（１４０２）。例えば、パウダーは、パウダーを溶融したり、焼結したりすることなく、汚染を除去するために加熱することができる。種々の実施形態において、パウダーは、加熱されている間、真空環境に置くことができる。パウダーは、チャンバからトランスポートすることができる（１４０３）。種々の実施形態において、浄化されたパウダーは、ＰＢＦシステムにおいて再使用することができる。
【００７０】
図１５は、環境制御を用いたパウダーの再使用、およびリサイクルを含む、例示ＰＢＦシステム１５００を説明する。ＰＢＦシステム１５００は、３−Ｄビルドピースを印刷するための、印刷動作を実行することができる、ＰＦ装置１５０１を含むことができる。ＰＢＦ装置は、ＰＢＦ印刷動作のためのパウダーを、堆積することができる、堆積器１５０３を含むことができる。明瞭さのために、ＰＢＦ装置の他のコンポーネントは、図示していない。ＰＢＦ装置１５０１の印刷動作の後で、パウダー１５０５は、図１１のパウダー回収装置１１００のようなパウダー回収装置１５０により、回収することができる。パウダー回収装置１５０７のパウダーキャクタライザ１５０９は、汚染レベルのようなパウダー１５０５の特性を決定することができる。パウダー回収装置１５０７は、パウダー１５０５を再使用するか、リサイクルするかどうか等を決定することができる。
【００７１】
パウダー回収装置１５０７が、パウダー１５０５を再使用することを決定した場合、パウダーは、再使用パウダー１５１１のパイプに、堆積することができる。再使用パウダー１５１は、例えば、浄化炉を含むことができる、図１３の浄化システム１３００のような浄化システム１５１５に、トランスポートすることができる。浄化システム１５１５は、再使用パウダー１５１１を浄化して、浄化されたパウダー１５１７を作ることができる。ＰＢＦシステム１５００は、浄化されたパウダー１５１７を、再使用チャンバ１５１９に、トランスポートすることができ、そこから浄化されたパウダーは、例えば、図１０の装置１０００に関して記載したと同様の方法で、パウダーパイプ１５２７内に、混合されたパウダー１５２５を作るために、新しいパウダー１５２３と混合するための、投与量コントローラ１５２１により投与することができる。バイブレータ１５２９は、パウダーパイプ１５２７を振動させて、混合されたパウダー１５２５を、パウダーパイプを介して、投与量コントローラ１５２４にトランスポートし、投与量コントローラ１５２４は、ＰＢＦ装置１５０１の印刷動作に使用するために、混合されたパウダーを堆積器１５０３へ投与することができる。
【００７２】
他方、パウダー回収装置１５０７が、パウダー１５０５を再使用しないと決定した場合、パウダーは、リサイクルパウダー１５３１のパイプに、堆積することができる。ＰＢＦシステム１５００は、リサイクルパウダー１５３１を、メタルアトマイザー１５３３にトランスポートすることができ、メタルアトマイザー１５３３は、リサイクルパウダーを加熱して、溶融し、新しい（リサイクルされた）パウダー１５２３を作ることができる。ＰＢＦシステム１５００は、新しい（リサイクルされた）パウダーを、浄化されたパウダー１５１７と混合するためのパウダーパイプ１５２７に、トランスポートすることができる。
【００７３】
ＰＢＦシステム１５００は、メタルパウダーのマテリアル特性を変化させる物質への、パウダーの曝露を、低減する環境を作ることができる、環境システム１５３５を含むことができる。例えば、環境システム１５３５は、図２の環境システム２０５と同様に動作することができる。環境システム１５３５は、パウダーのマテリアル特性を変化させる、および／または曝露されたパウダーから形成された、ビルドピースの特性を変化させる物質への、パウダーの曝露を低減する環境において、ＰＢＦシステム内のパウダーのトランスポート、ハンドリング、および使用を行うことができるように、ＰＢＦシステム１５００の種々のコンポーネントに、種々のポイントで接続することができる。
【００７４】
種々の実施形態において、パウダートランスポート、ハンドリング、および使用は、クローズドシステム、例えば、気密システムにおいて達成することができる。種々の実施形態において、クローズドシステムの異なるセクション間にエアーロック（air-lock）を配置することができるので、セクションは、他のセクションからシールドすることができ、例えば、残りのセクションにおける環境を維持しながら、外からアクセスすることができる。種々の実施形態において、ビルドピースは、検査することができ、リジェクトされたビルドピースは、リサイクルされたパウダーとともに、リサイクルすることができる。したがって、上述した種々の例示実施形態および他の実施形態は、パウダーの効率的な再使用、リサイクリング等を可能とし、ＰＢＦシステムに対するコスト削減を提供し、そのようなシステムのネガティブな環境の影響を低減することができる。
【００７５】
図１６は、リサイクルされた材料を介して、新しいパウダー合金を生成する能力を、提供することができる例示パウダーリサイクルエコシステム１６００を説明する。ＰＢＦシステム１５００のようなＰＢＦシステムは、ＰＢＦ装置１６０３とメタルアトマイザー１６０５を含むことができる。種々の例示実施形態において上述したように、ＰＢＦシステム１６０１は、また、パウダーを再使用し、リサイクルし、制御された環境を作成し維持し、パウダーを浄化し、再使用パウダーと、新しいパウダーを投与する等のための、コンポーネントを含むことができる。ＰＢＦ装置１６０３は、ビルドピースを印刷するためのパウダーを受け取ることができる。パウダーは、メタルアトマイザー１６０５により作ることができる新しいパウダー１６０６を含むことができる。新しいパウダー１６０６は、チャンバ１６０７を介して、ＰＢＦ装置に、トランスポートすることができる。チャンバ１６０７内の環境は、新しいパウダーのマテリアル特性を変化させる物質への、新しいパウダー１６０６の曝露を低減するように作成および維持することができる。たとえば、そのような環境を作成し維持するための、上述した種々の方法を使用することができる。ＰＢＦ装置１６０３は、パーツ１６０８のようなビルドピースを印刷することができる。この例において、パーツ１６０８は、車１６０９の自動車パーツである。
【００７６】
車１６０９が新しい車として構築するとき、パーツ１６０８も新しい。パウダーリサイクルシステム１６００において、パーツ１６０８は、パーツがその目的を果たしたとき、ＰＢＦシステム１６０１に、戻すことができる。例えば、パーツ１６０８は、パーツが故障した場合、パーツが定期点検の期間に交換された場合、（図１６の例に示すように）車１６０９の寿命の場合に、戻すことができる。パーツ１６０８がＰＢＦシステム１６０１に戻されると、パーツは、メタルアトマイザー１６０５で溶融することができ、溶融されたメタルは、新しいパウダーを作るために、使用することができる。メタルアトマイザー１６０５は、また、ＰＢＦ装置１６０３からのリサイクルパウダー１６１３を溶融することができ、リサイクルパウダーからの溶融されたメタルを、例えばパーツ１６０８からの溶融されたメタルと、混合することができる。メタルアトマイザー１６０５は、また、新しいメタル１６１５を受け取ることができ、新しいメタルを溶融して、この溶融したメタルを、同様に溶融されたメタルの混合物に追加することができる。言い換えれば、メタルアトマイザー１６０５は、ＰＢＦシステム１６０１の必要性、および各メタルソースの利用可能性に応じて、これらの３つのメタルソース、すなわち、パーツ１６０８からのメタル、リサイクルパウダー１６１３からのメタル、および新しいメタル１６１５の２以上の種々の組み合わせから、新しいパウダー１６０６を作ることができ、または、これら３つのソースの１つから、新しいパウダーを作ることができる。このように、例えば、リサイクルエコシステムは、自動車製造業者の材料コストを低減し、および自動車製造業の環境への影響を、低減するように作ることができる。
【００７７】
図１７は、パウダーリサイクルエコシステムにおける、パウダーリサイクルの例示方法のフローチャートである。ＰＢＦシステムは、リサイクルされた、３次元印刷された構造物から、メタルパウダーを作ることができる（１７０１）。例えば、パウダーリサイクルエコシステム１６００は、ＰＢＦシステム１６０１を用いたリサイクリングの例示システムを説明する。ＰＢＦシステムは、メタルパウダーを溶融することにより、３次元印刷された構造物を作ることができる（１７０２）。
【００７８】
従前の記述は、当業者がここに記載した種々の態様を実施することを可能にするために提供される。この開示を通して提示した、これらの例示実施形態に対する種々の変形は、当業者には容易に理解されるであろう。したがって、特許請求の範囲は、この開示を通して提示された、例示実施形態に限定することを意図するものではなく、特許請求の範囲の文言に一致する全範囲に一致する。当業者により知られている、または後に知られるようになる、この開示を通して記載した、例示実施形態のエレメントに等価なすべての構造および機能は、特許請求の範囲に包含されることが意図される。さらに、ここに開示されたすべてのものは、そのような開示が、特許請求の範囲に明示的に記載しているか否かに関係なく、公衆に捧げることを意図していない。特許請求の範囲の構成要件は、構成要件が「means for」のフレーズを用いることを、明示的に記載していない限り、または、方法クレームの場合に、構成要件が「step for」のフレームを用いることを記載している限り、３５Ｕ．Ｓ．Ｃ．§１１２（ｆ）の規定、または適用可能な管轄区域における類似の法に基づいて解釈されない。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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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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【国際調査報告】
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