特許 6872526 付加製造装置の粉体搬送システム及び方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6872526

(24)【登録日】2021年4月21日

(45)【発行日】2021年5月19日

(54)【発明の名称】付加製造装置の粉体搬送システム及び方法

(51)【国際特許分類】

   B65G 53/42 20060101AFI20210510BHJP

   B22F 7/02 20060101ALI20210510BHJP

   B29C 64/20 20170101ALI20210510BHJP

   B33Y 30/00 20150101ALI20210510BHJP

【ＦＩ】

   B65G53/42

   B22F7/02

   B29C64/20

   B33Y30/00

【請求項の数】12

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2018-504194(P2018-504194)

(86)(22)【出願日】2016年7月27日

(65)【公表番号】特表2018-524245(P2018-524245A)

(43)【公表日】2018年8月30日

(86)【国際出願番号】US2016044262

(87)【国際公開番号】WO2017019769

(87)【国際公開日】20170202

【審査請求日】2019年4月25日

(31)【優先権主張番号】62/197,153

(32)【優先日】2015年7月27日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】515313837

【氏名又は名称】ディーエムジー モリ ユーエスエイ

【氏名又は名称原語表記】ＤＭＧ Ｍｏｒｉ ＵＳＡ

(74)【代理人】

【識別番号】100104662

【弁理士】

【氏名又は名称】村上 智司

(72)【発明者】

【氏名】ハイアット エイ グレゴリー

(72)【発明者】

【氏名】ベネット リン ジェニファー

【審査官】 小川 悟史

(56)【参考文献】

【文献】 米国特許出願公開第２００３／０２０６８２０（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１２／０１４５６８３（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２００７−１６７８０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−２８７０１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−２５５０７９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２２Ｆ ７／０２

Ｂ３３Ｙ ３０／００

Ｂ６５Ｇ ５３／００−５３／２８

Ｂ６５Ｇ ５３／３２−５３／６６

Ｂ２９Ｃ ６４／２０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

付加製造装置の加工チャンバと、
付加製造装置のキャリアガス源と、
加工チャンバ内に配設され、付加製造工程の間に加工チャンバ内に配設される基板に粉体を向けるように構成された付加製造装置のノズルと、
第１の粉体を保持するように構成された付加製造装置の粉体フィーダと、
前記キャリアガス源及び前記粉体フィーダと流体連通する入力部と、前記ノズルと流体連通する出力部とを有する粉体搬送管路と、
前記粉体搬送管路に配設され、前記粉体搬送管路の前記入力部と流体連通する流入口と、前記粉体搬送管路の前記出力部と流体連通する第１流出口と、第２流出口とを有する粉体制御弁であって、前記流入口から入る入力流体流を、前記第１流出口に供給される出力流体流と前記第２流出口に供給される戻り流体流とに分けるように構成された再循環状態を有する粉体制御弁と、
前記粉体制御弁の前記第２流出口と流体連通する戻り管路と、
前記粉体フィーダから独立して設けられ、前記戻り管路を介して前記粉体制御弁と流体連通する粉体戻りタンクとを備え、
前記粉体制御弁は、前記入力流体流をすべて前記第１流出口に送る第１状態と、前記入力流体流をすべて前記第２流出口に送る第２状態との２つの状態をとることができる粉体搬送システム。

【請求項2】

前記粉体制御弁は、可変出力流体流及び可変戻り流体流を提供するように構成された絞り弁からなる請求項１記載の粉体搬送システム。

【請求項3】

前記粉体制御弁は、第１状態と第２状態とを有するバイナリ弁からなる請求項１記載の粉体搬送システム。

【請求項4】

前記粉体戻りタンクは、前記付加製造装置の前記粉体フィーダと接続管路を介して流体連通し、前記接続管路には戻り弁が配設されている請求項１記載の粉体搬送システム。

【請求項5】

前記粉体戻りタンクの内部と前記粉体戻りタンクの外部とを流体連通する排気ポートをさらに備えた請求項１記載の粉体搬送システム。

【請求項6】

前記排気ポートは、前記付加製造装置の加工チャンバに流体連結された請求項５記載の粉体搬送システム。

【請求項7】

前記キャリアガス源を前記粉体搬送管路から独立して前記ノズルに流体連結する補給管路をさらに備えた請求項１記載の粉体搬送システム。

【請求項8】

第２の粉体を分配する第２粉体フィーダと、
前記キャリアガス源及び前記第２粉体フィーダと流体連通する入力部と、前記ノズルと流体連通する出力部とを有する第２粉体搬送管路と、
前記第２粉体搬送管路に配設され、前記第２粉体搬送管路の前記入力部と流体連通する流入口と、前記第２粉体搬送管路の前記出力部と流体連通する第１流出口と、第２流出口とを有する第２粉体制御弁であって、その前記流入口から入る第２入力流体流を、その前記第１流出口に供給される第２出力流体流とその前記第２流出口に供給される第２戻り流体流とに分けるように構成された再循環状態を有する第２粉体制御弁と、
前記第２粉体制御弁の前記第２流出口と流体連通する第２戻り管路と、
前記第２粉体フィーダから独立して設けられ、前記第２戻り管路を介して前記第２粉体制御弁と流体連通する第２粉体戻りタンクとをさらに備えた請求項１記載の粉体搬送システム。

【請求項9】

前記粉体搬送管路の前記出力部と前記第２粉体搬送管路の前記出力部の両方に流体連通する混合チャンバをさらに備えた請求項８記載の粉体搬送システム。

【請求項10】

付加製造装置のノズルに粉体を搬送する方法であって、
粉体搬送管路の入力部を通るキャリアガスの入力流体流を供給することと、
粉体フィーダから前記入力流体流に粉体を分配することと、
前記粉体搬送管路に配設された粉体制御弁により、前記入力流体流を、前記粉体搬送管路の出力部を通る出力流体流と、戻り管路を通る戻り流体流とに分けることと、
前記出力流体流を前記ノズルに送ることと、
前記戻り流体流を粉体フィーダから独立して設けられた粉体戻りタンクに送ることを備え、
前記粉体制御弁は、前記入力流体流がすべて前記出力流体流に送られる搬送状態と、前記入力流体流がすべて前記戻り流体流に送られる戻り状態とを有する方法。

【請求項11】

前記粉体制御弁は、前記出力流体流及び前記戻り流体流の流量を調整するために調節することができる請求項１０記載の方法。

【請求項12】

戻り粉体を前記粉体戻りタンクから前記付加製造装置の粉体フィーダに移送することをさらに備えた請求項１０記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、概して、付加製造に関し、より具体的には、付加製造装置で用いられる粉体搬送システム及び方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、荒加工技術（例えば、鋳造、転造、鍛造、押出成形、スタンピング）と仕上げ加工技術（例えば、機械加工、溶接、はんだ付け、研磨）の組み合わせにより材料を所望の形状及び組立部品に加工している。最終的な使用可能な形態（「ネットシェイプ」）の複雑な組立部品を生産するには、適切な形状の所望の材料で部品を形成することだけでなく、部品に所望の冶金的特性（例えば、様々な熱処理、加工硬化、複雑なミクロ組織）の組み合わせを与えることも必要である場合が多く、通常、時間、工具及び労力の点でかなりの投資が必要である。

【0003】

前記荒処理及び仕上げ処理の１つまたは複数は、コンピュータ数値制御（ＣＮＣ）工作機械などの製造センタを用いて行うことができる。ＣＮＣ工作機械は、製造過程を自動化するために、精密にプログラムされた指令を用いる。このような指令は、コンピュータ支援設計（ＣＡＤ）及び／またはコンピュータ支援製造（ＣＡＭ）プログラムを用いて生成することができる。ＣＮＣ機械の例として、ミーリング加工機、旋盤、ミルターン加工機、プラズマ切断機、放電加工機（ＥＤＭ）及びウォータージェット切断機が挙げられるが、これらに限定されない。複数の異なる加工処理を実施可能な、複数の工具タイプを有する単一の機械を提供するＣＮＣマシニングセンタが開発されている。このようなマシニングセンタは、基本的に、１つまたは複数の工具を保持する主軸保持部やタレット保持部などの１つまたは複数の工具保持部と、一対のチャックなどのワーク保持部とを含むことができる。ワーク保持部は、工具がワークに当接して、該ワークから材料が除去される除去製造処理を行う間、静止状態であっても移動（並進移動及び／または回転移動）してもよい。

【0004】

原価、費用、複雑さやその他の要因から、従来の除去製造工程のすべてまたはその一部の代わりとなるであろう付加製造技術が開発されている。ワークから材料を正確に除去することを重視している除去製造処理とは対照的に、付加製造処理は、通常はコンピュータ制御環境において、材料の連続層を作成することにより材料を付加して三次元物体を形成するものである。付加製造技術は、効率を改善し、無駄を削減することができ、その上、従来の製造技術を用いた場合には複数の構成部品から組み立てなくてはならない複雑な構造を継ぎ目なく構成することを可能にするなどして製造能力を拡大することができる。本明細書及び添付の請求項では、「複数」という語は、一貫して、「２つ以上」を意味すると解釈される。除去処理を付加技術で置き換え可能な状況は、付加処理での使用に利用可能な材料の範囲や、付加技術を用いて達成可能なサイズ及び表面仕上げ、材料を付加できる速度などのいくつかの要因に依存している。付加処理は、すぐに使用できる状態の複雑な精密ネットシェイプ構成品を有利に加工することができる。しかしながら、場合によっては、このような付加処理は、ある程度の仕上げを必要とする「ニアネットシェイプ」製品を生産することもできる。

【0005】

付加製造技術には、レーザー焼結，レーザー溶融，電子ビーム溶解などの粉末床溶融結合処理、レーザー直接積層，レーザークラッディングなどの指向性エネルギー堆積処理、熱溶解積層などの材料押出、連続式またはドロップ・オン・デマンド式を含む材料噴射、結合剤噴射、液槽重合、超音波積層造形を含むシート積層が含まれるが、これらに限定されない。いくつかの指向性エネルギー堆積処理では、基板材料の小溜まりを溶かすレーザーの集束ビームに１つまたは複数のノズルから粉体が注入される。この溜まりに接触する粉体が溶けて、基板上に堆積物を生成する。

【0006】

付加製造装置で用いられる材料堆積システムは、通常、開ループ制御を用いて、ノズルに対して一定の粉体流量を提供する。この方法は、堆積ヘッドと基板との相対移動の速度の加速または減速時など、定常状態が乱れたときに、堆積軌道形態にムラを生じることがある。より最近では、粉体を搬送する速度を調整できるフィードバックシステムを用いた材料堆積システムが提案されている。しかしながら、従来の粉体搬送システムは、粉体要求の変化に適応するのが遅く、これにより、付加製造処理を遅らせる、且つ／または堆積された付加材料にムラを生じる場合がある。

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0007】

本開示のある特定の態様に従い、キャリアガス源、粉体フィーダ及びノズルを有する付加製造装置の粉体搬送システムが提供される。このシステムは、前記キャリアガス源及び前記粉体フィーダと流体連通する入力部と、前記ノズルと流体連通する出力部とを有する粉体搬送管路を含む。該粉体搬送管路には粉体制御弁が配設されており、該粉体制御弁は、前記粉体搬送管路の入力部と流体連通する流入口と、前記粉体搬送管路の出力部と流体連通する第１流出口と、第２流出口とを有し、前記流出口から入る入力流体流を、前記第１流出口に供給される出力流体流と前記第２流出口に供給される戻り流体流とに分けるように構成された再循環状態を有する。前記粉体制御弁の戻りポートには戻り管路が流体連通し、前記戻り管路には収集器が流体連通する。

【0008】

本開示の付加的な態様に従い、付加製造装置のノズルに粉体を搬送する方法であって、粉体搬送管路の入力部を通るキャリアガスの入力流体流を供給することと、前記入力流体流に粉体を混入させることと、前記入力流体流を、前記粉体搬送管路の出力部を通る出力流体流と戻り管路を通る戻り流体流とに分けることを含む方法が提供される。この方法は、さらに、前記出力流体流を前記ノズルに送ることと、前記戻り流体流を収集器に送ることを含む。

【図面の簡単な説明】

【0009】

開示する方法及び装置のより完全な理解のために、以下の添付図面により詳細に図示した実施形態を参照すべきである。

【0010】

【図1】本開示の一実施形態にかかる粉体移送システムを含む材料堆積装置の概略図である。

【0011】

【図2】図１の粉体移送システムの拡大概略図である。

【0012】

【図3】本開示の別の実施形態にかかる粉体移送システムを含む材料堆積装置の概略図である。

【0013】

【図4】本開示のさらに別の実施形態にかかる粉体移送システムを含む材料堆積装置の概略図である。

【0014】

【図5】ここに開示する粉体移送システムで用いる粉体制御弁の一実施形態の斜視図である。

【0015】

【図6】ここに開示する粉体移送システムで用いる粉体制御弁の代替実施形態の斜視図である。

【0016】

【図7】ここに開示する粉体移送システムで用いる粉体制御弁のさらに別の代替実施形態の斜視図である。

【0017】

図面は必ずしも正確な縮尺ではないこと、及び、開示した実施形態は、図式的に、また、部分図で図示されていることもあることが理解されるべきである。場合によっては、開示した方法及び装置の理解に必要でない詳細、または他の詳細の認識を困難にするような詳細は、省略されている可能性がある。当然のことながら、本開示はここに図示した特定の実施形態に限定されないことが理解されるべきである。

【発明を実施するための形態】

【0018】

ここに開示する方法と併せて任意の適切な付加製造装置を採用することができる。いくつかの実施形態では、付加製造処理を行うように構成されたコンピュータ数値制御機械を用いて方法を行うが、ロボットシステムなどの他のタイプのシステムを用いてもよい。前記機械は、本願の譲受人であるＤＭＧ／Ｍｏｒｉ Ｓｅｉｋｉ ＵＳＡから複数のバージョンが入手可能なＮＴシリーズ機とすることができる。或いは、ＤＭＧ／Ｍｏｒｉ ＳｅｉｋｉのＤＭＵ−６５（５軸立形の工作機械）工作機械、または、軸の向きまたは数が異なる他の工作機械を、ここに開示する装置及び方法と併せて用いてもよい。

【0019】

図１に、キャリアガス源１２と、粉体フィーダ１４と、ノズル１６とを有する付加製造システムの粉体搬送システム１０を概略的に図示している。ノズル１６は、付加製造システムの加工チャンバ１５内に配設することができる。ノズル１６は、ビルド物体を作成するために付加材料層が形成される基板１７に向けることができる。したがって、エネルギービーム源及び／またはガイドや集束光学機器（図示せず）などの付加製造システムの他の構成要素も加工チャンバ１５内に設けることができる。

【0020】

粉体搬送管路１８は、キャリアガス源１２及び粉体フィーダ１４と流体連通する入力部１８Ａと、ノズル１６と流体連通する出力部１８Ｂとを有する。キャリアガス源１２は、入力部１８Ａを通るキャリアガスの入力流体流を生成し、粉体フィーダ１４は、入力流体流に粉体粒子が混入して該入力流体流によって運ばれるように、入力流体流に粉体を導入する。前記キャリアガスは、アルゴン、窒素、ヘリウム、二酸化炭素、または、これらのガスを混合したものを含む他のガスとすることができる。

【0021】

システム１０は、さらに、入力流体流をノズル１６に向けられる出力流体流と戻り流体流とに分けるフローセパレータを含むことができる。図１の実施形態では、フローセパレータは、粉体制御弁２０として示されている。より具体的には、図２に最も良く示すように、粉体制御弁２０は、粉体搬送管路１８に配設され、入力部１８Ａと流体連通する入力ポート２２と、出力部１８Ｂと流体連通する出力ポート２４と、戻りポート２６とを有する。

【0022】

粉体制御弁２０は、再循環状態に設定することができ、該再循環状態では、粉体制御弁２０は、入力ポート２２から入る入力流体流を出力ポート２４に供給される所望の出力流体流と戻りポート２６に供給される所望の戻り流体流とに分けるように構成されている。いくつかの実施形態では、所望の出力及び戻り流体流は固定されている。例えば、所望の出力流体流は、入力流体流の３分の２に固定することができ、所望の戻り流体流は、入力流体流の３分の１に固定することができる。所望の出力及び戻り流体流に対して他の固定比率を用いてもよい。固定された所望の流体流を提供する実施形態では、粉体制御弁２０は、単一の動作位置を有することができる。或いは、粉体制御弁２０は、２つの動作位置を有するバイナリ弁とすることができる。第１の動作位置では、バイナリ弁は、所望の固定流を搬送することができ、一方、第２の動作位置では、バイナリ弁は、デフォルト流を提供する、例えば、入力流体流の１００％を戻りポート２６に向けることができる。或いは、バイナリ弁は、入力流体流をすべて出力ポート２４に向ける第１の動作位置と、入力流をすべて戻りポート２６に向ける第２動作位置とを有することができる。

【0023】

他の実施形態では、所望の出力及び戻り流体流は可変である。例えば、所望の出力及び戻り流体流は、入力流体流の割合として表すことができ、所望の出力流体流及び所望の戻り流体流の個々の割合は、時間とともに変化することができる。可変の所望の流体流を提供する実施形態では、粉体制御弁２０は、出力流体流及び戻り流体流に対して可変流量を提供するために調節することができるアナログまたは絞り弁とすることができる。より具体的には、粉体制御弁２０は、出力ポート２４と戻りポーと２６とに向けられる入力流体流の割合を変更するために調節することができる。

【0024】

固定された所望の流体流または可変の所望の流体流のいずれかを提供するために用いることができる弁の例として、三方弁、サーボ弁、比例弁、分配弁、電子制御弁または他のタイプの流体流規制装置が挙げられる。またさらに、粉体制御弁２０は、所望の固定または可変流体流を実現するために複数の弁を含むことができる。

【0025】

粉体制御弁２０の戻りポート２６を通るように方向づけられた粉体は、収集して再利用するために戻り管路３０を通すことができる。図１及び図２に示すように、戻り管路３０は、粉体制御弁２０の戻りポート２６と流体連通する。戻り管路３０は、戻り流体流を収集器に向ける。該収集器は、図１の実施形態においては粉体フィーダ１４である。他の実施形態では、収集器は、以下に詳しく論じるように、専用の粉体戻りタンクとすることができる。

【0026】

動作時、入力流体流は粉体制御弁２０を通過し、このとき、該入力流体流を出力流体流と戻り流体流とに分けることができる。戻り流体流は、キャリアガス中の粉体粒子の懸濁を維持するのに十分である最小戻り流量を維持するように設定することができ、よって、戻り流体流中の粉体を再利用のために収集することができる。さらに、入力流体流は、その時点でノズルにおいて必要とされる粉体の質量流量より大きい粉体の質量流量を運ぶのに十分であるように選択することができる。尚、余剰分は戻り管路３０を通るように方向づけられる。よって、付加処理における外乱または堆積パラメータの変更により必要とされる粉体の量が増加または減少した場合、その増加または減少した粉体要求に迅速に応じるように粉体制御弁２０を動作させることができる。

【0027】

粉体制御弁２０の実施形態例を図５乃至図７に図示している。例えば、図５には、粉体制御弁２０を、出力管５４及び戻り管５６に対して相対的にスライド移動可能な入力管５２を有するスライド弁アセンブリ５０として示している。出力管５４は、粉体搬送管路１８の出力部１８Ｂと流体連通することができ、一方、戻り管５６は、戻り管路３０と流体連通することができる。入力管５２を出力及び戻り管５４，５６に対して相対的に位置決めするために、入力管５２にはスライドアクチュエータ５８が連結されている。スライドアクチュエータ５８は、入力流体流がすべて出力管５４に進入する、または、入力流体流がすべて戻り管５６に進入する、または、入力流体流が部分的に入力管５２及び戻り管５６の両方に進入するように、入力管５２を位置決めすることができる。

【0028】

図６には、粉体制御弁２０をぜん動ポンプアセンブリ６０として図示している。粉体搬送管路１８の入力部１８Ａは、Ｔ分岐６２の流入口端に接続されており、一方、粉体搬送管路１８の出力部１８Ｂ及び戻り管路３０は、Ｔ分岐６２の流出口端に接続されている。出力部１８Ｂの柔軟部分には出力ぜん動ポンプ６４が係合しており、戻り管路３０の柔軟部分には戻りぜん動ポンプ６６が係合している。ぜん動ポンプ６４，６６にはシューを有する回転子（図示せず）が設けられており、該回転子は、それぞれ、シューを回転させながら前記柔軟部分を挟んで巻き、これにより、出力部１８Ｂ及び戻り管路３０内で流体流を前進させるように構成されている。ポンプ６４，６６は、出力部１８Ｂ及び戻り管路３０内を通る所望の流体流を生み出すように順次または同時に動作するように、別々に制御することができる。ぜん動ポンプを用いることにより、粉体及びキャリアガスが搬送管路１８及び戻り管路３０内に完全に封じ込められ、これにより、粉体とぜん動ポンプアセンブリ６０との潜在的な相互汚染が避けられる。

【0029】

必要に応じて、粉体搬送システム１０は、ノズル１６に対してキャリアガス補給を提供し、これにより、ノズルからの搬送速度を一定とすることができる。図１に示すように、キャリアガス補給管路４０は、キャリアガス源１２などのキャリアガス源をノズル１６に流体連結することができる。ノズル１６への補給キャリアガス流を制御するために、補給管路４０に補給弁４２が配設されている。補給弁４２は、粉体制御弁２０の状態を基に補給キャリアガスをノズル１６に提供するように制御することができる。例えば、粉体制御弁２０が、入力流体流の２０％を粉体搬送管路１８の出力部１８Ｂに搬送する（したがって、入力流体流の８０％が戻り管路３０に向けられる）ように構成されている場合、補給弁４２は、ノズル１６が入力流体流の１００％に等しいキャリアガス流を有効に受けとれるように、入力流体流の８０％に等しい純粋キャリアガス流を提供するように駆動することができる。よって、粉体制御弁２０の状態に関わらず、ノズル内を通る全ガス流は一定のままであり、よって、ノズル速度も一定のままである。

【0030】

図７には、代替的な粉体制御弁２０を、逆ぜん動ポンプアセンブリ７０の形態で図示している。この実施形態では、粉体搬送管路１８の入力部１８Ａは、Ｙ分岐７２の流入口端に接続されており、一方、粉体搬送管路１８の出力部１８Ｂ及び戻り管路３０は、Ｙ分岐７２の流出口端に接続されている。Ｙ分岐７２は、図示のように、流入口端が流出口端の下方に位置するような姿勢である。出力部１８Ｂの柔軟部分には出力ぜん動ポンプ７４が係合しており、戻り管路３０の柔軟部分には戻りぜん動ポンプ７６が係合している。ぜん動ポンプ７４，７６は、図６の実施形態に関して前述したものと同様に動作し、回転子が、それぞれ、各管の柔軟部分を挟んで巻くシュー（図示せず）を回転させて出力部１８Ｂ及び戻り管路３０内で流体流を前進させる。

【0031】

図３は、ノズル１１６への出力流体流量を、より広い流量の範囲において素早く切り替えることができる、代替実施形態にかかる粉体搬送システム１００を図示している。このシステム１００は、キャリアガス源１１２及び粉体フィーダ１１４と流体連通する第１，第２及び第３搬送管路１１８Ａ，１１８Ｂ，１１８Ｃを含んでいる。図３には単一のキャリアガス源１１２及び粉体フィーダ１１４を示しているが、各搬送管路１１８Ａ，１１８Ｂ，１１８Ｃが専用のガス源及び粉体フィーダを有していてもよく、これにより、堆積させる合金の混合物を変動させることが可能となる。第１，第２及び第３搬送管路１１８Ａ，１１８Ｂ，１１８Ｃに、それぞれ、第１，第２及び第３粉体制御弁１２０Ａ，１２０Ｂ，１２０Ｃを配設することができる。粉体制御弁１２０Ａ，１２０Ｂ，１２０Ｃの下流にそれぞれ位置する搬送管路１１８Ａ，１１８Ｂ，１１８Ｃの出力部は、混合チャンバ１４０と流体連通する。混合チャンバ１４０はノズル１１６と流体連通する。粉体制御弁１２０Ａ，１２０Ｂ，１２０Ｃも、粉体戻りタンク１３５につながる戻り管路１３０と流体連通する。いくつかの実施形態では、粉体戻りタンク１３５は、システムの適切な動作を確実にもたらすために大気圧以下に維持することができる。ノズル１１６は、付加製造システムの加工チャンバ１１５内に配設され、ビルド物体を作成するために付加材料層が形成される基板１１７に向けられる。したがって、動力源や集束光学機器（図示せず）などの付加製造システムの他の構成要素も、加工チャンバ１１５内に設けることができる。

【0032】

第１，第２及び第３搬送管路１１８Ａ，１１８Ｂ，１１８Ｃは、それぞれ異なる入力流を提供するサイズとすることができる。例えば、第１搬送管路１１８Ａは、第１粉体制御弁１２０Ａに第１流量Ａを提供するサイズとすることができる。第２搬送管路１１８Ｂは、第２粉体制御弁１２０Ｂに、第１流量Ａと異なる第２流量Ｂを提供するサイズとすることができる。例えば、第２流量“Ｂ”は、第１流量Ａの２倍とすることができる。またさらに、第３搬送管路１１８Ｃは、第１及び第２流量Ａ及びＢと異なる第３流量Ｃを提供するサイズとすることができる。例えば、第３流量Ｃは、第１流量Ａの４倍とすることができる。流量が異なる搬送管路を設けることにより、図３の粉体搬送システムは、ノズル１１６に搬送される粉体の量を素早く切り替えることができる。いくつかの実施形態では、粉体制御弁１２０Ａ，１２０Ｂ，１２０Ｃはバイナリであり、よって、入力流がすべて戻り管路１３０に向けられるオフ位置と、入力流が部分的に戻り管路１３０と混合チャンバ１４０の両方に向けられる動作位置との間で移動可能である。したがって、バイナリ弁を用いる場合、このシステムは、ノズル１１６に搬送される粉体の量の変更を瞬時に行うことができる。これらのバイナリ弁を用いる実施形態では、様々な個々の粉体制御弁１２０Ａ，１２０Ｂ，１２０Ｃまたはこれらの組み合わせを開くことにより最大７つのそれぞれ異なる正確な流量が得られること、及び、流量の切り替えが事実上瞬時に行われることが認識されるであろう。或いは、粉体制御弁１２０Ａ，１２０Ｂ，１２０Ｃは、戻り管路１３０及び混合チャンバ１４０への出力流量の変更をより段階的または傾斜的に行う調節弁とすることができる。

【0033】

図４には、異なる粉体材料の使用が可能であり、戻り回路を通してより直接的に粉体を回収する、さらなる実施形態にかかる粉体搬送システム２００を図示している。このシステム２００は、同じまたは異なるキャリアガス源２１２と流体連通する第１及び第２搬送管路２１８Ａ，２１８Ｂを含んでいる。第１及び第２搬送管路２１８Ａ，２１８Ｂには、それぞれ、第１及び第２粉体フィーダ２１４Ａ，２１４Ｂが連通する。

【0034】

第１搬送管路２１８Ａには第１粉体制御弁２２０Ａが配設されており、該第１粉体制御弁２２０Ａは、第１搬送管路２１８Ａの出力部を介して第１ノズル２１６Ａと流体連通する。第１粉体制御弁２２０Ａは、第１粉体戻り管路２３０Ａを介して第１粉体戻りタンク２３５Ａとも連通する。

【0035】

第２搬送管路２１８Ｂには第２粉体制御弁２２０Ｂが配設されており、該第２粉体制御弁２２０Ｂは、第２搬送管路２１８Ａの出力部を介して第１ノズル２１６Ａと流体連通することができる。或いは、極細線で示すように、第２粉体制御弁２２０Ｂは、第１ノズル２１６Ａとは別個の第２ノズル２１６Ｂと流体連通することができる。第１及び第２粉体制御弁２２０Ａ，２２０Ｂがともに第１ノズル２１６Ａと連通する場合、出力流体流をノズル２１６Ａに到達する前に混合するために混合チャンバ２４０を設けることができる。第２粉体制御弁２２０Ｂは、第２粉体戻り管路２３０Ｂを介して第２粉体戻りタンク２３５Ｂとも連通する。

【0036】

第１及び第２ノズル２１６Ａ，２１６Ｂは、付加製造システムの加工チャンバ２１５内に配設し、ビルド物体を作成するために付加材料層が形成される基板２１７に向けることができる。したがって、動力源や集束光学機器（図示せず）などの付加製造システムの他の構成要素も加工チャンバ２１５内に設けることができる。

【0037】

第１及び第２粉体戻りタンク２３５Ａ，２３５Ｂは、戻り流体流からキャリアガスを分離し、これにより、該タンク２３５Ａ，２３５Ｂを減圧し、戻り粉体をタンク２３５Ａ，２３５Ｂ内に蓄積させるように構成することができる。例えば、各タンクは、排気ポート２３６Ｂで図示するように、周囲環境と流体連通した通気または排気ポートを含み、これにより、戻りキャリアガスを大気中に放出することができる。或いは、戻りキャリアガスは、排気ポート２３６で図示するように、排気ポートを加工チャンバ２１５に流体連結するなどして付加製造システムで再利用することができる。どちらの実施形態でも、排気ポートは、粉体戻りタンク２３５Ａ，２３５Ｂを減圧し、戻り流体流から戻りキャリアガスを分離して、粉体をタンク内に蓄積させる。

【0038】

第１及び第２粉体戻りタンク２３５Ａ，２３５Ｂは、さらに、タンク２３５Ａ，２３５Ｂからフィーダ２１４Ａ，２１４Ｂへの粉体の移送を可能にすることにより、収集した粉体の再利用を容易にするように構成することができる。図４に示すように、第１及び第２粉体戻りタンク２３５Ａ，２３５Ｂは、それぞれ、接続管路２３７Ａ，２３７Ｂを介して第１及び第２粉体フィーダ２１４Ａ，２１４Ｂと流体連通する。粉体搬送システムの動作中、第１及び第２粉体フィーダ２１４Ａ，２１４Ｂはキャリアガス源２１２により加圧され、一方、粉体戻りタンク２３５Ａ，２３５Ｂは減圧され、これにより、タンクからフィーダへの粉体の移送を防止することができる。粉体をタンクからフィーダに流入させるために、接続管路２３７Ａ，２３７Ｂに戻り弁２３８Ａ，２３８Ｂを配設することができる。より具体的には、戻り弁２３８Ａ，２３８Ｂは、粉体フィーダ２１４Ａ，２１４Ｂが加圧されていないまたは負圧であるときに開いて、粉体を戻りタンク２３５Ａ，２３５Ｂから流出させることができる。戻り弁２３８Ａ，２３８Ｂは、自動機械的作動（すなわち、粉体の質量がフィーダ内の圧力超えたときに開く逆止弁または重力駆動式の弁など）、手動機械的作動（すなわち、使用者により直接開かれる）、手動電気的作動（すなわち、弁に連結されたアクチュエータを作動させる）、自動電気的作動（すなわち、弁に連結されたアクチュエータを作動させるセンサ）、または他の動作スキームにより動作させることができる。

【0039】

第１及び第２粉体フィーダ２１４Ａ，２１４Ｂに２つの異なる粉体が提供される場合、合金混合物をすぐさま変更することができる。すなわち、第１及び第２粉体制御弁２２０Ａ，２２０Ｂを調節することにより、第１ノズル２１６Ａに提供される第１粉体と第２粉体の比を調整することができる。

【0040】

或いは、第１及び第２粉体フィーダ２１４Ａ，２１４Ｂの両方に同じ粉体が提供される場合、粉体搬送システム２００は、粉体フィーダ２１４Ａ，２１４Ｂ間で切り替えることによって連続的に動作させることができる。すなわち、第１粉体フィーダ２１４Ａがノズルに粉体を供給している間、第２粉体フィーダ２１４Ｂをオフラインにして補充することができ、この逆も然りである。２つの粉体フィーダ２１４Ａ，２１４Ｂ間で切り替えることにより、ノズルに粉体を連続的に供給することができる。

【産業上の利用可能性】

【0041】

ここで説明した粉体搬送システム及び方法は、３Ｄプリンタなどの付加製造装置のノズルに粉体流を提供するために用いることができる。

【0042】

ここに引用した、出版物、特許出願及び特許を含むすべての参考文献は、参照により引用される。ある特定の実施形態を「好ましい」実施形態とする記述、及び、実施形態、特徴または範囲を好ましいとする他の記載は、制限的なものと見なされず、請求項は、現在あまり好ましくないと考えられ得る実施形態を包含すると見なされる。ここに説明したすべての方法は、特に記載のない限り、または、文脈により明確に否定されない限り、任意の適切な順序で行うことができる。ここに挙げたすべての例、または例示的な文言（例えば、「など」）の使用は、開示した主題を明確にすることを意図しており、請求の範囲に制限を課すものではない。実施形態例の性質または利点に関するここでの陳述は、制限的なものであることを意図しておらず、添付の請求項は、このような陳述により制限されると見なされるべきではない。より広く言えば、明細書におけるどの文言も、非請求要素を請求項に記載された主題の実施に必要不可欠であると示していると解釈されるべきでない。請求の範囲は、適用法により認められている場合、そこに挙げた主題のすべての変更形態及び同等物を含む。さらに、そのすべての可能な変形形態おける上述した要素のどのような組み合わせも、特に記載のない限り、または、文脈により明確に否定されない限り、請求項に包含される。加えて、様々な実施形態の態様を相互に組み合わせる、または相互に代用することができる。ここでの参考文献または特許についての記述は、「先行」と示されていたとしても、当該参考文献または特許は本開示に対する先行技術として利用可能であるという容認を構成することを意図するものではない。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】