特許 6987279 平滑化装置付き粉末層３次元プリンタ

(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】6987279

(24)【登録日】2021年12月2日

(45)【発行日】2021年12月22日

(54)【発明の名称】平滑化装置付き粉末層３次元プリンタ

(51)【国際特許分類】

   B29C 64/218 20170101AFI20211213BHJP

   B29C 64/321 20170101ALI20211213BHJP

   B33Y 30/00 20150101ALI20211213BHJP

   B22F 12/63 20210101ALI20211213BHJP

   B22F 12/50 20210101ALI20211213BHJP

   B22F 3/16 20060101ALI20211213BHJP

   B28B 1/30 20060101ALI20211213BHJP

   B29C 64/188 20170101ALI20211213BHJP

   B29C 64/165 20170101ALN20211213BHJP

   B33Y 10/00 20150101ALN20211213BHJP

【ＦＩ】

   B29C64/218

   B29C64/321

   B33Y30/00

   B22F12/63

   B22F12/50

   B22F3/16

   B28B1/30

   B29C64/188

   !B29C64/165

   !B33Y10/00

【請求項の数】12

【全頁数】11

(21)【出願番号】特願2020-563761(P2020-563761)

(86)(22)【出願日】2019年5月21日

(65)【公表番号】特表2021-519713(P2021-519713A)

(43)【公表日】2021年8月12日

(86)【国際出願番号】US2019033242

(87)【国際公開番号】WO2019231748

(87)【国際公開日】20191205

【審査請求日】2021年1月13日

(31)【優先権主張番号】16/151,569

(32)【優先日】2018年10月4日

(33)【優先権主張国】US

(31)【優先権主張番号】62/677,309

(32)【優先日】2018年5月29日

(33)【優先権主張国】US

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】516046581

【氏名又は名称】ザ エクスワン カンパニー

(74)【代理人】

【識別番号】100091568

【弁理士】

【氏名又は名称】市位 嘉宏

(72)【発明者】

【氏名】ストラウド、アダム、ダブリュー

(72)【発明者】

【氏名】ルーカス、リック、ディー

(72)【発明者】

【氏名】マッコイ、マイケル、ジョン

(72)【発明者】

【氏名】デュガン、アンソニー、エス

(72)【発明者】

【氏名】ボルト、ジョゼフ、ジェイ

【審査官】 ▲高▼村 憲司

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１８−０１２２８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１７／００６６１９０（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２０１６−２２１８７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１７−１３２０５９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２９Ｃ ６４／００ − ６４／４０

Ｂ３３Ｙ １０／００ − ９９／００

Ｂ２２Ｆ １０／００ − １２／９０

Ｂ２８Ｂ １／３０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

粉末層３次元プリンタであって、
粉末床を収容するように適合された造形ボックスと、
回転軸を有する反転ローラを備え、当該反転ローラは当該回転軸に沿って延びる複雑な粉末係合面を有し、当該粉末床に堆積した粉末の表面にせん断力を与えるように適合されている、平滑化装置と、
当該平滑化装置を、当該造形ボックスを横切って移動させるように適合されたキャリッジと
を具備するものであり、
前記複雑な粉末係合面の少なくとも一部が、隆起、溝、稜、縦溝、ローレット目、およびエッジから成る群から選択された構造を有する、
粉末層３次元プリンタ。

【請求項2】

前記複雑な粉末係合面の少なくとも一部が、前記回転軸に沿って延びる１本以上の縦溝を有する、請求項１の粉末層３次元プリンタ。

【請求項3】

前記１本以上の縦溝の各々が、前記回転軸と平行な直線状の溝から成る、請求項２の粉末層３次元プリンタ。

【請求項4】

前記１本以上の縦溝の各々が、前記回転軸の周りにねじれている螺旋状の溝から成る、請求項２の粉末層３次元プリンタ。

【請求項5】

前記１本以上の縦溝のねじり比が、１対１．９０ｃｍないし１対１２７ｃｍの範囲である、請求項４の粉末層３次元プリンタ。

【請求項6】

前記複雑な粉末係合面の少なくとも一部が、前記回転軸に沿って延びるローレット目を有する、請求項１の粉末層３次元プリンタ。

【請求項7】

前記ローレット目が菱形のパターンから成る、請求項６の粉末層３次元プリンタ。

【請求項8】

前記ローレット目が真直ぐな稜線のパターンから成る、請求項６の粉末層３次元プリンタ。

【請求項9】

前記平滑化装置が、前記キャリッジ上に配置された仕上げローラをさらに具備し、当該仕上げローラは、前記キャリッジが前記造形ボックスを横切って移動する際に前記反転ローラに追従するように垂直方向に調節可能であることを特徴とする、請求項１の粉末層３次元プリンタ。

【請求項10】

前記キャリッジ上に配置された粉末ディスペンサをさらに具備し、当該粉末ディスペンサと前記垂直方向に調節可能な仕上げローラとの間に前記反転ローラが配置されることを特徴とする、請求項９の粉末層３次元プリンタ。

【請求項11】

前記造形ボックス内に造形粉末を供給するように適合された粉末ディスペンサをさらに具備し、前記平滑化装置は前記キャリッジ上に配置された仕上げローラをさらに具備し、当該仕上げローラは前記キャリッジが前記造形ボックスを横切って移動する際に前記反転ローラに追従するように垂直方向に調節可能であり、当該粉末ディスペンサと前記平滑化装置は互いに独立に移動可能であることを特徴とする、請求項１の粉末層３次元プリンタ。

【請求項12】

前記ローレット目が菱形のパターンから成る、請求項６の粉末層３次元プリンタ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、複雑な粉末係合面を有する反転ローラを含む平滑化装置を有する粉末層３次元プリンタに関する。

【背景技術】

【0002】

今日、さまざまな種類の３次元プリンタが存在する。３次元プリンタとは、１つ以上の材料を系統的に積み重ねることにより３次元の物品の電子的表現を物品それ自体に変換する装置である。本発明の装置は、順次積み重ねられた粉末層の予め選択された領域を選択的に結合させることにより３次元の物品を作り出す種類の３次元プリンタに特に有用である。この種類の３次元プリンタは、３次元物品を構築するための造形材料として粉末の層を用いるので、本明細書では「粉末層３次元プリンタ」と呼ぶことにする。このような粉末をベースとする３次元プリンタの例として、結合剤噴射３次元プリンタ、選択的焼結３次元プリンタ、および電子ビーム溶融３次元プリンタが挙げられるが、これらに限定されるものではない。

【0003】

「粉末」という用語は、当技術分野では「粒子状物質」または「粒子」と呼ばれることもあると理解されたい。「粉末」という用語は、本明細書では、どのような名称であれ、３次元プリンタで層形成材料として使われるあらゆる材料を意味するものと解釈されるべきである。粉末は、粉末の形態を取り得る物質であれば、例えば金属、プラスチック、セラミックス、炭素、黒鉛、複合材料、鉱物およびこれらの組み合わせなど、いかなる種類のもので構成してもよい。本明細書で使用する「造形粉末」という用語は、粉末層を形成するために用いられる粉末であって、粉末層３次元プリンタで物品を構築するための材料となる粉末を意味する。

【0004】

粉末層３次元プリンタの動作中、造形粉末の第１の層は垂直方向に割り出しできる造形プラットフォームの上に堆積し、次いで、第１の粉末層の上に後続の粉末層が一度に１層ずつ堆積していく。選択された粉末層の選択部分が互いに結合されるように処理することにより、１つ以上の３次元物品が形成される。堆積した粉末層のうち互いに結合していない部分を、本明細書では「粉末床」と総称する。

【0005】

粉末層を形成するプロセスを当技術分野では「リコーティング」と呼ぶことがあり、本明細書ではその呼称を用いる。リコーティングを行う特定の粉末層３次元プリンタの装置またはそのような複数の装置の組合せを当技術分野では「粉末リコータ」またはより簡潔に「リコータ」と呼ぶことがあり、本明細書ではその呼称を用いる。

【0006】

一部の粉末層３次元プリンタでは、まず、貯蔵部内で粉末を支持するプラットフォームを所定量だけ上方に割り送ることによって貯蔵部壁の上方に所定量の粉末を上昇させ、次に、例えばドクターブレードや反転ローラを用いて当該プラットフォームまたは粉末床の上面全体に当該所定量の粉末を押し出すことによって、上部が開いた定置式の粉末貯留部から所定量の造形粉末を移送することにより、各粉末層を形成する。そのようなリコータの例は、Ｃｉｍａらに付与された米国特許第５，３８７，３８０号に記載されている。そのようなリコータは、一般的に、リコーティング方向の長さが数十センチメートル以下の比較的小型の粉末床と一緒での使用に限られる。

【0007】

一部の粉末層３次元プリンタでは、移動式の粉末ディスペンサを具備するリコータによって、造形プラットフォームまたは既存の粉末床の上に各粉末層を堆積させ、当該ディスペンサは、当該造形プラットフォームまたは当該粉末床の上をトラバースする際に開口スリットを介して造形粉末を分配する。そのようなリコータの例は、Ｈｏｃｈｓｍａｎｎらに付与された米国特許第７，７９９，２５３Ｂ２号に記載されている。そのようなリコータは、粉末層の最上部を平滑にするように適合された装置を含んでも含まなくてもよい。本明細書で使用する「平滑化」という用語は、或る量の粉末に対して次の少なくとも１つの操作を実施することを意味する。すなわち、（ａ）当該或る量の粉末の少なくとも一部を層に形成すること、（ｂ）当該或る量の粉末から成る層の少なくとも一部の表面の粗さを低減すること、および（ｃ）当該或る量の粉末から成る層の少なくとも一部を圧縮すること、のうちの少なくとも１つである。本明細書では、或る量の粉末を平滑化するための機構を「平滑化装置」と呼ぶ。

【0008】

平滑化装置を有するリコータの先行技術の一例を図１Ａ、１Ｂに示す。図１Ａに示す先行技術のリコータ２に含まれるブリッジ部３は、その両端部に、粉末床（図示せず）を横切ってリコータ２を選択的に移動させるための一対の平行なトロリー（図示せず）にリコータ２を取り付けるように適合された第１のトロリーマウント４ａおよび第２のトロリーマウント４ｂを有する。図１Ｂは、図１Ａの切断面１Ｂ-１Ｂに沿って切断したリコータ２の断面図である。リコータ２は、上部粉末貯蔵部５と、粉末分配機構７と、滑らかな円筒面を有する電動式反転ローラ６の形態をとる粉末平滑化装置とを含む。動作中、リコータ２は矢印Ａで示す方向に移動し、上部粉末貯蔵部５および下部粉末貯蔵部８から弁を介して粉末支持板９の上に粉末（図示せず）を分配し、さらにそこから粉末床（図示せず）の上に粉末を分配する。反転ローラ６は、粉末分配機構７に追従し、堆積した粉末にローラの滑面を接触させ、堆積した粉末を滑らかにする。

【0009】

当技術分野に今日存在する滑面を有する円筒形ローラは、その所期の目的達成に概して有効であるが、堆積した粉末の平滑化のためのリコーティング速度に関して改善の余地がある。単一層の平滑化速度がわずかに上昇するだけでも、粉末床で１つ以上の物品を生産するのに必要な数百層または数千層を積算した場合に有意な差が生じる。

【発明の概要】

【0010】

本発明は、粉末床を収容するように適合された造形ボックスと、回転軸と当該回転軸に沿って延びる複雑な粉末係合面とを有する反転ローラを具備する平滑化装置と、当該平滑化装置を造形ボックスを横切って移動させるように適合されたキャリッジとを具備する粉末層３次元プリンタを提供する。

【0011】

当該反転ローラの一部の実施態様において、当該複雑な粉末係合面の少なくとも一部は、当該回転軸に沿って延びる１本以上の縦溝を有している。当該１本以上の縦溝は、当該回転軸と平行な直線状の溝を含んでもよいし、当該回転軸の周りにねじれている螺旋状の縦溝を含んでもよい。当該螺旋状の縦溝のねじり比は、約１対約０．７５インチないし約１対約５０インチの範囲とすることができる。

【0012】

当該反転ローラはさらに、当該回転軸に沿って延びるローレット目付きの複雑な粉末係合面を含んでもよい。一部の実施態様において、当該ローレット目は、菱形パターンまたは真直ぐな稜線パターンを有する。

【0013】

当該粉末層３次元プリンタの当該平滑化装置の或る実施態様は、当該キャリッジの上に配置された垂直方向に調節可能な仕上げローラをさらに具備することができ、当該仕上げローラは、当該キャリッジが当該造形ボックスを横切って移動する際に当該反転ローラに追従する。一部の実施態様では、当該キャリッジ上に粉末ディスペンサを配置し、当該粉末ディスペンサと当該垂直方向に調節可能な仕上げローラとの間に当該反転ローラが配置されるようにしてもよい。別の実施態様では、当該粉末ディスペンサと当該平滑化装置は互いに独立に移動可能である。

【図面の簡単な説明】

【0014】

本発明の特徴の重要度および利点を、添付の図面を参照して以下により詳しく説明する。ただし、添付の図面は説明目的のためにのみ作成されており、本発明の範囲を規定するものではないことを理解されたい。

【0015】

【図1A】粉末分配機構と反転ローラとを有する先行技術のリコータの等角図である。

【0016】

【図1B】図１Ａの先行技術のリコータを、図１Ａの切断面１Ｂ−１Ｂに沿って切断した等角断面図である。

【0017】

【図2】粉末層３次元プリンタ１０の一実施態様の概略斜視図である。

【0018】

【図3A】リコータの一実施態様の等角側面図である。

【0019】

【図3B】リコータの実施態様の等角底部斜視図である。

【0020】

【図4】一実施態様に従って縦溝が設けられた面を有する反転ローラの等角斜視図である。

【0021】

【図5】一実施態様に従ってローレット目の付いた面を有する反転ローラの側面図である。

【発明を実施するための形態】

【0022】

本セクションでは、本発明の好ましい実施態様のいくつかを、当業者が過度な実験を行うことなく本発明を実施できるよう十分詳細に示す。ただし、本セクションに記載された限られた数の好ましい実施態様は、特許請求の範囲に示す本発明の範囲を何ら制限するものではないことを理解されたい。

【0023】

本セクションまたは本明細書の他のいずれかの部分に値の範囲が記載される場合、当該範囲は常に、両端点とその間にあるすべての点をあたかもそれらが明示的に記載されているかのように含むことを理解されたい。他に明記しない限り、本明細書で使用する用語「約」および「実質的に」は、その「約」および「実質的に」という語が修飾する値または状態に関連する通常の計測限度および／または製造限度を意味するものとして解釈されたい。特に断りのない限り、本明細書で使用する「実施態様」という用語は、本発明の実施態様を意味する。

【0024】

本発明のリコータは、粉末層３次元プリンタに特に有用である。リコータは任意の種類の粉末層３次元プリンタとともに使用できるが、本セクションでは簡潔化のため、粉末層３次元プリンタの種類としては結合剤噴射式３次元プリンタのみを論じる。結合剤噴射式３次元プリンタは、インクジェット印刷用に開発されたものによく似た印刷ヘッドを用いて結合剤を噴射するので、当技術分野では「３次元インクジェットプリンタ」と呼ばれることもある。基本的な結合剤噴射式３次元印刷プロセスは、マサチューセッツ工科大学（ＭＩＴ）で１９８０年代に発明され、さらに１９９０年代に開発されたものであり、以下を含む数々の米国特許に記述されている。Ｓａｃｈｓらの５，４９０，８８２号、Ｃｉｍａらの第５，４９０，９６２号、Ｃｉｍａらの第５，５１８，６８０号、Ｂｒｅｄｔらの第５，６６０，６２１号、Ｓａｃｈｓらの第５，７７５，４０２号、Ｓａｃｈｓらの第５，８０７，４３７号、Ｓａｃｈｓらの第５，８１４，１６１号、Ｂｒｅｄｔらの第５，８５１，４６５号、Ｃｉｍａらの第５，８６９，１７０号、Ｓａｃｈｓらの第５，９４０，６７４号、Ｓａｃｈｓらの第６，０３６，７７７号、Ｓａｃｈｓらの第６，０７０，９７３号、Ｓａｃｈｓらの第６，１０９，３３２号、Ｓａｃｈｓらの第６，１１２，８０４号、Ｖａｃａｎｔｉらの第６，１３９，５７４号、Ｓａｃｈｓらの第６，１４６，５６７号、Ｖａｃａｎｔｉらの第６，１７６，８７４号、Ｇｒｉｆｆｉｔｈらの第６，１９７，５７５号、Ｍｏｎｋｈｏｕｓｅらの第６，２８０，７７１号、Ｓａｃｈｓらの第６，３５４，３６１号、Ｓａｃｈｓらの第６，３９７，７２２号、Ｓｈｅｒｗｏｏｄらの第６，４５４，８１１号、Ｙｏｏらの第６，４７１，９９２号、Ｓａｃｈｓらの第６，５０８，９８０号、Ｍｏｎｋｈｏｕｓｅらの第６，５１４，５１８号、Ｃｉｍａらの第６，５３０，９５８号、Ｓａｃｈｓらの第６，５９６，２２４号、Ｓａｃｈｓらの第６，６２９，５５９号、Ｔｅｕｎｇらの第６，９４５，６３８号、Ｓａｃｈｓらの第７，０７７，３３４号、Ｓａｃｈｓらの第７，２５０，１３４号、Ｐａｙｕｍｏらの第７，２７６，２５２号、Ｐｒｙｃｅらの第７，３００，６６８号、Ｓｅｒｄｙらの第７，８１５，８２６号、Ｐｒｙｃｅらの第７，８２０，２０１号、Ｐａｙｕｍｏらの第７，８７５，２９０号、Ｐｒｙｃｅらの第７，９３１，９１４号、Ｗａｎｇらの第８，０８８，４１５号、Ｂｒｅｄｔらの第８，２１１，２２６号、およびＷａｎｇらの第８，４６５，７７７号。

【0025】

説明を容易にするために、本明細書の幾つかの箇所で記述する本発明のリコータからの粉末の放出は、望ましい量の粉末の観点からのものである。本発明のリコータからの粉末の放出量および当該リコータからの粉末の放出速度のうちの一方または両方の制御が、本発明に含まれると理解されたい。

【0026】

図２は、粉末層３次元プリンタ１０の形態を取る一実施態様の概略斜視図を示す。粉末層３次元プリンタ１０は、垂直方向に割り出しできる造形プラットフォーム（図示せず）を有する取り外し可能な造形ボックス１２を含み、さらに粉末床１４、リコータ１６、および選択的に配置可能な結合剤噴射式印刷装置１８を備える。動作中、リコータ１６は造形プラットフォームまたは粉末床１４の上を移動し、造形プラットフォームまたは粉末床１４の上に粉末層を堆積させる。リコータ１６によって堆積された粉末の表面には欠陥があることが一般的なので、結合剤噴射式印刷装置１８によって粉末床に結合剤を塗布する前に欠陥を除去または修正する必要がある。粉末床１４の既存の頂面の上に均一な厚さの粉末層を形成するために、堆積した粉末を平滑化装置２０を用いて滑らかにする。この操作は、リコータ１６が粉末を分配する際の粉末床１４のトラバース時に行ってもよいし、その後の粉末床１４のトラバース時に行ってもよい。所望であれば、さらに別の粉末層を堆積させてもよく、あるいは、結合剤噴射式印刷装置１８を粉末床１４の上で移動させて新たな堆積層の上に結合剤を選択的に堆積させてから、結合剤噴射式印刷装置１８を粉末床１４の外側に退避させて、粉末床１４の上に次の粉末層が堆積できるようにしてもよい。

【0027】

図３Ａ、３Ｂはそれぞれ、粉末層３次元プリンタと共に使用するように適合されたリコータ３０の一実施態様の側面図および側面斜視図である。リコータ３０は、移動式粉末ディスペンサ３２と、複雑な粉末接触面３８を有するモータ駆動式反転ローラ３６を含む平滑化装置３４とを含み、これらはすべて、造形ボックス内の粉末床を選択的にトラバースできるようにキャリッジ４０によって支持されている。粉末ディスペンサ３２は、所望の量の造形粉末を収容するホッパー４２と、粉末を選択的に放出させる開口（図示せず）とを含む。粉末ディスペンサ３２の要素および機構は特に限定されず、粉末層３次元プリンタの粉末床に選択された量または制御された量の粉末を分配するように適合された任意の様々な粉末ディスペンサを含めることができる。平滑化装置３４および粉末ディスペンサ３２は、リコータ３０に接続しているように示されているが、いくつかの実施態様では、平滑化装置３４は、粉末ディスペンサ３２と物理的に接続されている必要はなく、粉末ディスペンサ３２から分離して独立に操作可能であってもよいことを理解されたい。そのような構成にすることで、互いの動きを協調させることがある一方で、平滑化装置の動きをリコータの他の部分の動きから独立させることができる。例えば、リコータと粉末ディスペンサが物理的に接続されていない場合、平滑化装置は、粉末ディスペンサの進行方向とは反対、垂直、または斜めの方向に移動するように操作することができる。

【0028】

平滑化装置３４は、複雑な粉末係合面３８を有する反転ローラ３６を含む。ここで、ローラの反転とは、ローラの回転軸周りの回転方向が、粉末床の平面に沿ってローラが転動する場合に回転するであろう方向とは逆の方向であることを意味する。反転ローラ３６は、好ましくは、ユーザが回転速度を調節可能なように電動化されている。

【0029】

複雑な粉末係合面３８は、反転ローラの機械加工されたまたはラッピングされた面であり、円筒形ローラが普通の円筒面を有する場合に比べて、粉末床に塗布されるおよび／または粉末床に含まれる粉末とローラとの間の相互作用、摩擦および／またはせん断力を増大させる効果がある。複雑な粉末係合面３８は、ローラの円筒面には、非限定的な例として隆起、溝、稜、縦溝、ローレット目、エッジなどの構造を含めることができる。複雑な粉末係合面３８は、表面を形成するためにビードブラストまたはビットブラストを施した面であってもよい。

【0030】

反転ローラ３６の反転する複雑な粉末係合面３８は、反転ローラ３６が粉末床を横切って移動する際に、粉末床に堆積した粉末の表面にせん断力を与える。かくして、反転ローラ３６が粉末床表面の高位部から余分な粉末を除去し、粉末層の低位部または窪みに粉末を再分配することにより、造形ボックスから余分な粉末を除去する。

【0031】

いくつかの実施態様において、反転ローラは、反転ローラの回転軸の少なくとも一部に沿って延びる１本以上の縦溝を含む。縦溝は、反転ローラの面に形成された細長い溝または凹部を含んでおり、それが造形ボックス上に堆積したまたは造形ボックス内に収容された粉末と係合するように適合されたエッジを形成する。複雑な粉末係合面は、好ましくは、回転軸の少なくとも一部に沿って延びる１本以上の縦溝を含む。一部の実施態様では、当該１本以上の縦溝は、反転ローラの全長にわたって延びている。一部の実施態様では、縦溝の本数は、約２〜約４０本、好ましくは約２〜約１０本の範囲とすることができる。縦溝は、真直ぐ、すなわち反転ローラの回転軸と平行に延びるものでも、あるいは、回転軸の周りにねじれている螺旋状のものでもよい。

【0032】

螺旋状縦溝のねじり比は特に限定されず、設計上の考慮事項に応じて変えることができる。本明細書で使用する「ねじり比」という用語は、インチ単位のローラの長さまたは距離に対するローラの回転軸周りの縦溝の回転数を意味し、回転数と距離（インチ単位）との比（回転数：距離）で表すことができる。一般に、材料を少なめに除去するには高めのねじり比が望ましく、材料を多めに除去するには低めのねじり比が望ましい。一部の実施態様では、縦溝のねじり比は、約１対約１．９０ｃｍである約１対約０．７５インチ（１：０．７５）から約１対約１２７ｃｍである約１対約５０インチ（１：５０）の範囲であってよく、好ましくは、約１対約５．０８ｃｍである約１対約２インチ（１：２）から約１対約３８．１ｃｍである約１対約１５インチ（１：１５）の範囲である。或る特定の実施態様において、ねじり比は約１対約１７．８ｃｍである約１対約７インチ（１：７）である。縦溝の形状は特に限定されないが、縦溝は、粉末床の最上部粉末層から余分な粉末を削ぎ取るように適合された、粉末床に接触するエッジを含むことが好ましい。縦溝は、粉末床から削ぎ取られた余分な粉末を受け取って除去するための通路または凹部を含んでもよい。

【0033】

図４は、複数の縦溝（そのうちの１つを参照番号５４で表す）を含む複雑な粉末係合面５２を有する反転ローラ５０の一実施態様を示している。縦溝５４は螺旋状であり、回転軸５６に沿って延びている。

【0034】

その他の実施態様では、複雑な粉末係合面は、反転ローラの回転軸の少なくとも一部に沿ったローレット目を含んでもよい。ローレット目は、直線、斜線または交差線の稜線パターンや、正方形または菱形のパターンを含んでもよい。図５は、本発明の一実施態様に従う反転ローラ６０を示している。この反転ローラ６０は、回転軸６６に沿って延びる菱形パターンのローレット目６４を有する複雑な粉末係合面６２を含んでいる。

【0035】

反転ローラの構成材料は、ステンレス鋼などの金属、セラミックス、またはその他の剛性のある機械加工可能な材料を含むことができる。多くの実施態様において、複雑な粉末係合面は、反転ローラの本体に所望のパターンを機械加工することによって作成できる。代案として、反転ローラの上に、所望の複雑な粉末係合面を有する外皮またはスリーブを施してもよい。また、反転ローラの直径は特に限定されない。一部の実施態様では、反転ローラの直径は約０．２５〜約６インチ、好ましくは約０．２５〜約２インチの範囲であり、実施態様によっては約０．２５〜約１インチの範囲である。

【0036】

反転ローラによって形成された粉末床の表面は、多くの印刷操作に適しているかもしれないが、粉末層をさらに平滑化および／または稠密化することが好ましいこともある。この目的のために、図３Ａ、図３Ｂに示すように、平滑化装置３４は、キャリッジ４０が造形ボックスを横切って移動する際に反転ローラ３６に追従する垂直方向に調節可能な仕上げローラ３５を含んでもよい。仕上げローラ３５の面が反転ローラ３６の複雑な粉末係合面３８の最下部より上方または下方にあるよう調節できるように、仕上げローラ３５は垂直方向、すなわちキャリッジ４０の進行方向に対して法線方向または直交方向に調節可能である。仕上げローラは、仕上げローラ面が反転ローラ３６の複雑な粉末係合面３８より下方にあるように配置するのが好ましい。或る特定の実施態様では、仕上げローラ３５は、凹凸のない滑らかな円筒面を有する普通の円筒とすることができる。実施態様によっては、仕上げローラ３５は電動式で、反転ローラ３６と同じ方向または反対方向に転動または回転することができる。余分な粉末が反転ローラによって除去または再分配された状態で、仕上げローラは、堆積した粉末をさらに平滑化して稠密化するのに最小限の粉末を圧迫またはこて押しするように適合されている。仕上げローラの直径は、反転ローラの直径と同じであっても、異なっていてもよい。仕上げローラの直径は特に限定されない。一部の実施態様では、仕上げローラの直径は約０．２５〜約６インチ、好ましくは約０．２５〜約２インチの範囲であり、一部の実施態様では約０．２５〜約１インチの範囲である。

【0037】

また、一部の実施態様では、平滑化装置は選択的に使用できること、すなわち、選択された層に対してのみ、および／または選択された層の選択された部分に対してのみ、或いはすべての層に対して使用できることを理解されたい。さらに、一部の実施態様では、複数の平滑化装置を使用してもよい。かかる平滑化装置は、粉末層３次元プリンタと共に使用することができ、同種のまたは異種の反転ローラおよび仕上げローラを含むことができる。

【0038】

実施例
９ミクロンの３１６ステンレス鋼粉末を粉末床に散布した。第１の試行では、図１Ａ、１Ｂに示すものと同様のリコータを使用し、平滑化装置は普通の滑らかな円筒体とした。第２の試行では、図３Ａ、３Ｂに示すものと同様の本発明によるリコータを使用し、平滑化装置は図４に示す縦溝付きの反転ローラを有するものとした。第３の試行では、図３Ａ、３Ｂに示すものと同様の本発明によるリコータを使用し、平滑化装置は図４に示すローレット目付きの反転ローラを有するものとした。リコーティング工程で、有意な欠陥を伴わずに均一な粉末層が得られる処理速度を測定した。第１の試行では約５ｍｍ／秒、第２の試行では約８５ｍｍ／秒、第３の試行では約１２５ｍｍ／秒の速度が得られた。

【0039】

本発明のごく少数の実施態様のみを示し、説明してきたが、当業者にとっては、請求項に記載される発明の精神と範囲から逸脱することなく本発明に多くの変更と修正を行えることは明らかである。本明細書で特定される米国のすべての特許および特許出願、ならびに米国外のすべての特許および特許出願等の文書は、法の下で認められる最大限の範囲で、本明細書に省略せずに記載されているかの如く参照により本明細書に組み込まれる。

【図1A】

【図1B】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図4】

【図5】