知財求人 - 知財ポータルサイト「IP Force」
(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】
(24)【登録日】2021-12-27
(45)【発行日】2022-02-04
(54)【発明の名称】支持体を除去するための装置および方法
(51)【国際特許分類】
B29C 64/40 20170101AFI20220128BHJP
B33Y 40/00 20200101ALI20220128BHJP
B29C 64/379 20170101ALI20220128BHJP
【ＦＩ】
B29C64/40
B33Y40/00
B29C64/379
【請求項の数】
20
(21)【出願番号】P 2018562222
(86)(22)【出願日】2017-06-01
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2019-07-11
(86)【国際出願番号】 US2017035500
(87)【国際公開番号】W WO2017210460
(87)【国際公開日】2017-12-07
【審査請求日】2020-05-28
(31)【優先権主張番号】15/611,435
(32)【優先日】2017-06-01
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(31)【優先権主張番号】62/344,122
(32)【優先日】2016-06-01
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(73)【特許権者】
【識別番号】519127340
【氏名又は名称】ポストプロセス テクノロジーズ インク
(74)【代理人】
【識別番号】100085453
【弁理士】
【氏名又は名称】野▲崎▼ 照夫
(72)【発明者】
【氏名】ハッチンソン， ダニエル ジョシュア
【審査官】池田 安希子
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１１－００５６６８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平１０－１１３６２６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００３－１４４８８２（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許第０８４５９２８０（ＵＳ，Ｂ２）
【文献】米国特許出願公開第２００９／０２４１９９７（ＵＳ，Ａ１）
【文献】米国特許第０５４９９６４３（ＵＳ，Ａ）
【文献】特開２００５－２６２１７２（ＪＰ，Ａ）
【文献】中国特許出願公開第１６７２８１７（ＣＮ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｂ２９Ｃ ６４／４０
Ｂ３３Ｙ ４０／００
Ｂ２９Ｃ ６４／３７９
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
３Ｄプリント部品から支持構造材料を除去する方法であって、前記３Ｄプリント部品はその形成中、前記支持構造材料によって仮支持されて形成されたものであり、
部品を処理するための第１のタンクを設け、前記第１のタンクは、第１の面、第２の面、および底面を有し、前記第１の面は前記第２の面と対向し、マニホルドの第１のセクションは、前記第１の面の上部に配置されて、前記第１の面に沿って液体塊の下向きの流れを方向づけるものであって、マニホルドの第２のセクションは、前記第１の面と前記底面との連結部に近く、前記底面に沿って前記第２の面に向かう液体塊の横向きの流れを方向づけるものであり、
前記第１のタンクを液体塊で満たし、
前記液体塊に渦を発生させ、
前記液体塊に前記支持構造材料を有する前記３Ｄプリント部品を入れ、前記渦の力によって前記渦内で前記液体塊に前記３Ｄプリント部品を浮遊させ、
前記３Ｄプリント部品から前記支持構造材料を除去することを含む方法。
【請求項2】
前記第１のタンクは、前記第２の面と前記底面との連結部の近くに第３のマニホルドを有し、前記第２の面に沿って液体塊の上向きの流れを方向づけるものである請求項１記載の方法。
【請求項3】
各マニホルドは、ほぼ等しい圧力で液体塊の流れを方向づけるものである請求項２記載の方法。
【請求項4】
各マニホルドは孔を有し、各孔は孔径を有し、各孔径は、前記第１のタンク内の望ましい位置に前記３Ｄプリント部品を維持するために液体塊の最適な流れを生じるのに適切なサイズとされており、かつ他の孔径とサイズが相違し得るものである請求項２記載の方法。
【請求項5】
前記第１のタンクと液体のやり取りが可能な第２のタンクを設けることをさらに含む請求項１記載の方法。
【請求項6】
前記第１のタンクと第２のタンクを液体塊で満たすことをさらに含み、前記第２のタンクの液体塊のレベルが、前記第１のタンクの液体塊のレベルよりも低いものである請求項５記載の方法。
【請求項7】
前記第２のタンクから前記第１のタンクへと、複数のマニホルドを介して前記液体塊をポンプで送り込むことをさらに含む請求項６記載の方法。
【請求項8】
前記第１のタンクの上部で、前記第１のタンクから前記第２のタンクへと前記液体塊を放出することをさらに含む請求項７記載の方法。
【請求項9】
前記第１のタンクと前記第２のタンクとの間に設けられた壁を越えて前記第２のタンクへと流れ込むように、前記第１のタンクから前記第２のタンクへと前記液体塊を流れさせることをさらに含む請求項５記載の方法。
【請求項10】
前記第１のタンクへと、前記液体塊内に渦を生じさせるように配置された複数のマニホルドを介して前記液体塊をポンプで送り込むことをさらに含む請求項１記載の方法。
【請求項11】
前記第１のタンク内の前記マニホルドの各セクションは概ね同じ平面内に流れを方向づけるものである請求項１記載の方法。
【請求項12】
３Ｄプリント部品から支持構造材料を除去する方法であって、前記３Ｄプリント部品はその形成中、前記支持構造材料によって仮支持されて形成されたものであり、
第２のタンクと液体のやり取りが可能な第１のタンクを設け、前記第１のタンクは、第１の面、第２の面、および底面を有し、前記第１の面は前記第２の面と対向しており、
前記第２のタンクおよび前記第１のタンクを液体塊で満たし、前記第２のタンクの前記液体塊のレベルが、前記第１のタンクの前記液体塊のレベルよりも低く、
前記第２のタンクから前記第１のタンクへと、少なくとも１つのマニホルドを介して前記液体塊をポンプで送り込み、前記少なくとも１つのマニホルドの第１のセクションは、前記第１の面の上部に配置されて、前記第１の面に沿って前記液体塊の下向きの流れを方向づけるものであって、前記少なくとも１つのマニホルドの第２のセクションは、前記第１の面と前記底面との連結部に近く、前記底面に沿って前記第２の面に向かう前記液体塊の横向きの流れを方向づけるものであり、
前記第１のタンクに入っている前記液体塊に渦を生じさせ、
前記第１のタンクから前記第２のタンクへと両タンクとの間に設けられた壁を越えて前記液体塊を流れさせ、
前記３Ｄプリント部品を前記第１のタンクに入れ、
前記３Ｄプリント部品を、前記第１のタンク内で、前記液体塊の液面下の前記渦の中で浮遊させ、
前記３Ｄプリント部品が前記第１のタンク内で回転し、前記支持構造材料が前記３Ｄプリント部品から除去されることを含む方法。
【請求項13】
前記３Ｄプリント部品に超音波を照射することをさらに含む請求項１２記載の方法。
【請求項14】
前記第１のタンクから前記第２のタンクへ流れる間に前記液体塊に酸素供給することをさらに含む請求項１２記載の方法。
【請求項15】
前記第１のタンクから前記第２のタンクへ流れる間に前記液体塊を冷却することをさらに含む請求項１２記載の方法。
【請求項16】
３Ｄプリント部品から支持構造材料を除去する支持構造材料除去装置であって、前記３Ｄプリント部品はその形成中、前記支持構造材料によって仮支持されて形成されたものであり、
液体塊の一部と前記支持構造材料を有する前記３Ｄプリント部品を収容するための第１のタンクチャンバを共同で形成する第１の面、第２の面、および底面を有し、前記第１の面が前記第２の面と対向する第１のタンクと、
前記液体塊の一部を収容するための第２のタンクチャンバを共同で形成する壁と基部を有し、前記第１のタンクチャンバと前記第２のタンクチャンバとは液体のやり取りが可能である第２のタンクと、
前記第２のタンクから前記第１のタンクへと前記液体塊を流れさせるためのポンプと、
前記第１のタンク内の前記液体塊に回転流を生じさせるためのマニホルドであって、その第１のセクションは、前記第１の面の上部に配置されて、前記第１の面に沿って前記液体塊の下向きの流れを方向づけるものであり、その第２のセクションは、前記第１の面と前記底面との連結部に近く、前記底面に沿って前記第２の面に向かう前記液体塊の横向きの流れを方向づけるものであるマニホルドと、と、
前記第１のタンクと前記第２のタンクとの間に設けられた堰とを含み、
前記第１のタンクの前記液体塊が、前記第２のタンクへと流れ込むことが可能で、かつ前記第２のタンクの前記液体塊のレベルよりも高いレベルに維持される支持構造材料除去装置。
【請求項17】
前記第１のタンク内の前記３Ｄプリント部品に対して超音波放射をもたらすための１つ以上の超音波変換器をさらに含む請求項１６記載の支持構造材料除去装置。
【請求項18】
前記第２のタンク内部に配置された、前記第２のタンク内に存在する前記液体塊のレベル測定値をマイクロプロセッサへと伝達するためのレベル指示器をさらに含む請求項１６記載の支持構造材料除去装置。
【請求項19】
前記ポンプが、吸込みパイプおよび吐出しパイプに接続され、前記吸込みパイプは前記第２のタンクと液体のやり取りが可能であり、前記吐出しパイプは前記マニホルドと液体のやり取りが可能である請求項１６記載の支持構造材料除去装置。
【請求項20】
前記第１のタンクチャンバ内に配置されたバスケットをさらに有し、前記液体塊の通過を許すが前記３Ｄプリント部品の通過は阻止する穴あき壁と、その穴あき壁の１つを通過して内部へのアクセスを許す開口部とを備え、前記バスケットはさらに、前記第１のタンク内での前記バスケットの位置決めのために開口部を通って装置にフィット可能な全体形状を有している請求項１６記載の支持構造材料除去装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は概して、３次元プリントによって形成された部品から支持材料を除去するための装置および方法に関する。
【背景技術】
【0002】
３Ｄプリント部品から支持材料を除去するための様々なシステムが存在する。これらのシステムはしばしば、このような支持材料を腐食させる液体媒質中で３Ｄプリント部品を揺動させる方法に関する。３次元物体のさらなる公知の支持体除去方法には、支持体除去タンク内の温度を上下させて支持材料を融解させる方法が含まれ、この場合、支持材料は部品よりも低い融点を有する。公知のシステムは、未加工部品が沈められるタンクを１つだけ用いるものであってもよいし、様々な温度または液体を含む様々な特性の様々な環境を提供する複数のタンクを有するものであってもよい。
【0003】
Ｎａｒｏｖｌｙａｎｓｋｙに対する米国特許第８６３６８５０号は、液体ジェットを用いて３Ｄ物体から支持構造を除去するための方法を開示している。該８５０号のプロセスは大まかに、ソリッドフリーフォームファブリケーションによって作成された２つ以上の物体をセルへと挿入する工程を含み、セルの上面側には高圧液体ジェットを受け取る入り口があり、セルの周壁には複数の排水孔がある。
【0004】
Ｓｗａｎｓｏｎに対する米国特許第８４５９２８０号は、貯蔵タンクとベースユニットからなる支持構造除去システムを開示している。この容器は、容器本体と、３Ｄ部品を保持するための多孔床と、多孔床の下に回転可能に設置された羽根車とからなる。羽根車は磁力で回転し、部品の周囲の溶液を撹拌する。さらにタンクは、不要な支持材料の除去を促進するようにｐＨと温度を調整するための手段を有する場合もある。
【0005】
Ｔａｆｏｙａに対する米国特許第７５４６８４１号は、液体撹拌とタンク内の熱を用いた支持材料の除去装置を開示している。タンク内の熱電対とマイクロプロセッサとの間の通信を用いてタンク内の温度をモニタし、これに基づいてコンディションを調整する。
【0006】
上述の各システムはしばしば、部品間の相違に適応するために、工程中に手動調整が必要となる。上述のものを含む従来技術の支持材料除去システムは、特定のタイプの部品に最適なデザインとすることができ、周知かつテスト済みのサイズ、形状、材料の部品に対してはうまく作動する。だが新たなタイプの部品がシステムに導入されると、エネルギと時間の利用効率を最適化できるように、オペレータによる熱、ｐＨ、時間などのパラメータのセッティングの調整がたくさん必要とされる。
【0007】
したがって現行の支持体除去システムの欠点には、いろいろな部品に用いられたときの効率の悪さが含まれる。さらにタンク内での部品の重心の移動は、非効率性を高め、タンクの壁や装置の部品にデリケートな部品が衝突する危険性を生じさせる。このような衝突は、部品の破損の原因となり、またタンク内でのでたらめな動きによって非効率性を高める。
【0008】
いろいろな材料および部品形状、サイズに対する効率的な支持材料除去には、部品および部品周囲の環境における変化に対応し得るシステムが必要である。システムはさらに、直接または間接的に部品のパラメータを測定可能であり、各部品独自の特性に自動的に適合可能であることが望ましい。したがって、急成長分野である３次元プリントで遭遇する多様化の進む部品の種類に効率的に対処できる支持体除去装置の需要が存在する。
【発明の概要】
【0009】
本開示は、支持材料除去のエネルギ効率を改善する装置を説明する。本開示は、タンクの中で部品を最適な位置に維持しながら、タンク内のコンディションの変化と部品の構造的変化に自動的に対応する支持体除去装置を説明する。液体の流れ、熱、超音波放射、および測定性能の新規な組み合わせによる部品動作およびタンクパラメータの管理は、エネルギの利用を減らし、部品へのダメージのリスクを最小化すべきものである。
【0010】
水圧が３Ｄプリント部品を循環および浮遊させ、同時に超音波周波数で照射する。本発明の特徴としては、タンクのほぼ中央に部品位置を維持する能力がある。これはタンクの特定の位置に配置された複数の孔を有するマニホルドを用いることで、さもなければ浮かんでしまう部品を沈めたり、さもなければ沈んでしまう部品を浮かす液流を作り出す回転液体流を作り出すことで達成可能である。この回転流コンディションでは、部品はタンク中央に沈んだ状態で、液体の流れと共に回転し得る。一実施例においては、１つ以上のマニホルドがタンクの底に、１つが堰壁に配置されるものとされる。マニホルドに連結されたポンプの位置は、特注のポンプではない市販のポンプの使用を可能とする。
【0011】
液体塊中での部品の回転は、液体塊の成分と部品との間に摩擦を発生させ、支持材料除去へとつながる。支持材料の除去は、回転する物体に対してタンク内で接線方向に配置された超音波変換器によって促進され得る。超音波発生器は、タンク内の指定された液体塊内に熱を生じさせ、これが支持体の除去を促進し、また回転する部品との直接的相互作用によってキャビテーションを起こす。部品は、概ねタンク内の中心点の周囲を循環し、部品それ自体も回転する。タンク内の部品の動きは、規則的な揺れを生じる。部品が液体塊内で自転および循環するとき、部品の面は超音波に晒され、これにより、部品の動きの循環および回転効果および超音波による支持体破壊の促進を介して、支持体除去にシナジー効果が生じる。
【0012】
部品への超音波照射は、部品全体にわたってほぼ均一に、熱とキャビテーションを生じ得る。ただしタンク内の加熱ユニットもまた、支持体除去のための熱を生じるために用いられ得る。加熱ユニットと超音波発生器は協調的に作動可能であり、超音波発生器のパワーを減らす必要がある場合には、液体塊の温度を最適なレベルに保つことによって加熱器が埋め合わせできるものである。超音波放射を用いることの利点は、液体塊にキャビテーションを起こせることで、これは加熱器やポンプでは生じ得ない。超音波装置の使い過ぎは、流体が枯渇するなど、液体塊を劣化させかねない。部品の材料は変形や層間剥離を起こしやすく、超音波コンポーネントに関するエネルギ利用の頻繁な最適化が重要である。
【0013】
超音波変換器はまた液体塊をかき混ぜる能力を有し得る。超音波変換器を用いた加熱は、通常の加熱ユニットを用いた場合よりもたくさんのエネルギを必要とし得るが、超音波変換器は、部品に対する超音波放射特有の効果により、複数の効果を有し得る。超音波変換器が行っている仕事を上下に調整している場合にも、該装置は特徴的である。超音波放射は、振動を生じることによって部品表面に作用し、よって超音波発生器によって行われている仕事は、加熱のみでなくなり、支持体除去へのシナジー効果を発生させ、より短時間に支持材料除去を生じせしめる。
【0014】
本発明の支持体除去装置は、アウトプットタンクすなわち部品収容タンクとインプットタンクの、２つの連結タンクを含むことができる。液体塊、これは洗浄剤とすることができる、は、インプットタンクの底から、マニホルドを介して、アウトプットタンクへと流れ、アウトプットタンク内に圧力および回転流を生じる。この構成においては、作業中にアウトプットタンクから流体を引き出す吸引手段が存在しない。アウトプットタンクからの流体は継続的に、アウトプットタンクの頂部で堰を越えてアウトプットタンクからインプットタンクへと流れ戻る。
【0015】
本発明のこの実施の形態では、インプットタンクの液体レベルはアウトプットタンクのそれよりも低いものとでき、これにより液体塊が、アウトプットタンクとインプットタンクの間の仕切り（「堰」とも呼ばれる）を越えてアウトプットタンクから排出可能とされており、これにより堰を形成している。堰は、液体塊に酸素供給と冷却の両方を行うが、これは支持体除去に最適なコンディションを保つための必須機能である。堰を越えてインプットタンクへと入る液体の流れは、液体塊に対して同時に酸素供給と温度低下を可能とするものであり、これらのパラメータを調整するための高価な、あるいはエネルギを消費するような追加的な特徴が必要ないため、重要である。堰は、酸素供給、ｐＨ、蒸発を望ましいバランスに維持するように調整される必要があるであろう。
【0016】
装置を用いることで液体塊は消費され、最終的には代替が必要となる。だが使用中はずっと、アウトプットタンク中の液体塊のレベルは維持され、満杯とされ得る。液体塊が消費されるにつれ、インプットタンクの液体レベルは下がる。レベルが所定のポイントまで低下すると、インプットタンクの液体レベルセンサが作動し、液体塊を補充するようにオペレータに信号を送るものとできる。他の支持体除去装置およびシステムとは異なり、本発明の支持体除去装置は、タンクを空にして再度満たすことをユーザに求めることはなく、むしろ、レベルが所定のポイントまで低下したときにインプットタンクを満たすだけで、システムの動作を実質上無期限に維持するのに十分であるように、熱および他のコンディションによる消費量が最低限となるように液体塊が調整される。
【図面の簡単な説明】
【0017】
本発明の好適な実施の形態を添付の図面を参照して以下に例示する。
【発明を実施するための形態】
【0018】
以下の記載では、本発明の様々な実施の形態を詳細に説明する。ただしそのような細部は、本発明の理解を容易ならしめるために、かつ本発明を実施するための典型的な実施の形態を説明するために含まれるものである。本発明の範囲内に留まった他の変形例および実施の形態も可能であるのだから、このような細部は、説明される特定の実施の形態に本発明を限定するものとして使用されるべきではない。
【0019】
さらに、本発明を十分に理解してもらうために細部が述べてあるが、本発明を実施するためにこのような特定の細部が必要とされないことは当業者にとっては明らかである。他にも、本発明を不明確としないために、公知の方法、データのタイプ、プロトコール、手順、コンポーネント、ネットワーキング機器、プロセス、インターフェース、電気的構造、回路、などの細部は詳細には説明されておらず、ブロック図の形式で示されてもいない。
【0020】
明細書および請求項中で用いられている「支持体」、「支持材料」、「支持構造」との用語は、その最も広い意味で解釈されるべきものであり、３Ｄ物体の形成中に仮支持に用いられるが完成品に望まれるものではない１つ以上の材料を含む。支持体は、３Ｄ物体の形成に用いられるモデリング材料とは異なる材料を含むもの、またはモデリング材料と３Ｄ物体の形成に用いられるモデリング材料とは異なる材料との組み合わせを含むものであってもよい。
【0021】
まず図１を参照すると、本発明の支持体除去装置の一実施例が図示されている。支持材料除去装置は蓋１０を有し、オペレータがこれを開けて支持材料を有する３Ｄプリント部品４０（図８に図示）を投入可能となっている。コントロールパネル１２はユーザに、温度や時間などの所定の初期パラメータをインプット可能とするものとできる。フロントパネル８は、タンク、ポンプ、および支持体除去装置１００の他の内部コンポーネントにアクセスできるように開放可能である。
【0022】
次に図２を参照すると、支持体除去装置１００に含まれることがあり得る様々なコンポーネントを断面側面図が図示している。蓋１０が開放位置にあるとき、部品４０は、あるいは部品収容タンク１６と呼ばれることもあるアウトプットタンク１６へと置かれ、部品４０は部品バスケット２４に収容され得る。バスケット２４はアウトプットチャンバ内に配置されるものとできる。バスケット２４は、液体塊の通過を許すが部品の通過は阻止する穴あき壁と、その穴あき壁の１つを通過してバスケット２４の内部へのアクセスを許す開口部とを備えるものとできる。バスケットは、第１のタンク内でのバスケットの位置決めのために開口部を通ってバスケット２４が装置にフィット可能な全体形状を有するものとできる。アウトプットタンク１６は、液体塊２８に圧力をかけてマニホルド１４を流れさせるポンプ３０（図３Ａに図示）の作動に応じてインプットタンク１８から循環的に流れてくる液体塊２８で満たされている。本発明の実施例によってはタンクは１つだけでもよく、これは部品収容タンク１６と呼ばれる。ＰＣ１３はコントロールパネル１２の中央に配置されたものとして図示されている。超音波発生器７０はアウトプットタンク１６の下に図示されている。
【0023】
支持体除去装置１００の作動中、液体塊２８のエネルギは調整可能で、液体塊２８への酸素供給すなわち空気混和で適切な化学的性質を保つことができる。必要となったときに酸素供給（空気混和）および温度低下を行うための追加のコンポーネントを導入することを避けるために、堰２０はアウトプットタンク１６とインプットタンク１８の間に存在するものとできる。堰２０はアウトプットタンク１６とインプットタンク１８の間の壁３６、または超音波に対するその作用よって減衰壁と呼ばれる、から構成されるものとできる。アウトプットタンク１６から壁３６を越えてインプットタンク１８のより低い地点へと向かう液体塊２８の流れは、液体塊において適切な温度および酸素供給状態を達成するためのパッシブなシステムを作り出す。ポンプ３０からアウトプットタンク１６への流れによって作り出されるアウトプットタンク１６の陽圧が、アウトプットタンク１６からの能動的な吸引の必要なしに壁３６越しの越流を生じさせ、アウトプットタンク１６からの吸引によって生じる部品４０へのダメージの可能性を排除するシステムを作り出す。インプットタンク１８には、アウトプットタンク１６の陽圧に対応する陰圧が存在する。支持体除去装置１００の作動中、液体塊は自然に蒸発する。実施例によっては継続的なものである液体レベルセンサ２６は、液体塊２８のレベルに注意が必要となったときにユーザに告知する。他の実施例は、単一のタンクまたは複数のタンクを有することができる。
【0024】
本発明の一実施例では、支持体除去装置１００の特徴は、アウトプットタンク１６とインプットタンク１８の、２つの連結タンクを含むことであり、アウトプットタンク１６は部品４０を収容し、インプットタンク１８は調整済みの液体塊２８を収容可能である。好適な実施例では、液体塊２８、これは洗浄剤とすることができる、は、インプットタンク１８の下方領域から、マニホルド１４の複数のノズル孔３４を介して、アウトプットタンク１６へとポンプ３０を介して送り込まれ、アウトプットタンク１６内に水圧および回転流を生じる。好適な実施例では、ポンプ３０はインプットタンク１８の下に位置する。ポンプ３０の位置は重要となり得るが、これは、実施例によってはポンプ３０が自給式ではなく、この場合はポンプ吸込み口上方からポンプ３０へと供給されるように液体塊２８が汲み上げられなくてはならないためである。マニホルド１４のノズル孔３４は、アウトプットタンク１６内で環状流すなわち渦を生じさせるべく、液体塊２８の流れを方向づけることが可能なように配置されている。この流れは、超音波、熱、および化学的処理を含むがこれに限定されるものではない支持体除去手段に対して、部品４０のすべての面が均一に晒されることを可能とする。本発明の一実施例では、作業中にアウトプットタンク１６からインプットタンク１８へと液体塊２８を引き出す吸引手段が存在しない。代わりに、液体塊２８は、液体塊２８がインプットタンク１４からアウトプットタンク１６へとポンプで送り出されたときに堰２０を越えて流れる。一実施例では、ポンプ３０は磁気結合遠心ポンプである。ポンプ３０は、インプットタンク１８またはアウトプットタンク１６のレベルより低い位置に設けるものとできる。一実施例では、ポンプ３０は５０／６０Ｈｚで作動するモータを備える。
【0025】
好適な実施例では、インプットタンクの液体レベル１９は、アウトプットタンク１６のそれよりも低く、液体塊２８が、アウトプットタンク１６とインプットタンク１８の間の壁３６を越えてアウトプットタンク１６から排出可能とされており、これにより堰２０を形成している。堰２０は壁３６を有しており、アウトプットタンク１６とインプットタンク１８の間で液体塊２８を隔てる。堰２０はマニホルド１４の上側部分の真上に位置すべきものであり、アウトプットタンク１６内で回転流が持続することを可能とし、同時に液体塊２８が堰２０を越えて層流状に流れることも可能とする。好適な実施例では、アウトプットタンク１６での液体塊２８レベルとインプットタンク１８での液体レベルとの間の距離は、２インチ～１２インチである。
【0026】
堰２０は、液体塊２８に酸素供給と冷却の両方を行うが、これは支持体除去に最適なコンディションを保つための必須機能である。液体塊２８が堰２０を越えてインプットタンク１８へと流れ込むときに得られる冷却効果は、温度の設定が低い場合であっても、液体塊２８の温度を非常に厳しい精度で制御可能とする。よって堰２０は、通常であれば破損する危険があったり温度オーバーシュートによって変化するかもしれないデリケートな部品４０をユーザが加工することを可能とする。アウトプットタンク１６とインプットタンク１８を分離して堰２０を形成する壁３６は、同時に酸素供給すなわち空気混和と温度低下を可能とするものであり、これらのパラメータを調整するための高価な、あるいはエネルギを消費するような追加的な特徴が必要ない。液体塊２８および堰２０は、酸素供給、ｐＨ、蒸発を調整するために利用可能なカスケードを作り出す。堰２０のパラメータは、支持体除去の効率を考えて最適化されている。
【0027】
したがってアウトプットタンク１６とインプットタンク１８の液体塊２８のレベルは、監視および維持される。蒸発、あるいは機械的、化学的、または他の手段によって液体塊２８が消費すなわち消耗すると、消費分には代替の必要が生じ得る。液体塊２８が消費されるにつれ、インプットタンク１８の液体レベルは下がる。インプットタンク１８の液体塊２８のレベルが所定のポイントまで低下すると、インプットタンク１８の液体レベルセンサ２６、これは継続的な液体レベルセンサとできる、が作動し、液体塊２８を補充すなわち元に戻すようにオペレータに信号を送るものとできる。他の支持体除去装置およびシステムとは異なり、本発明の支持体除去装置１００は、システムを完全に空にして再度満たすことをユーザに求めることはなく、むしろ、液体塊２８のレベルが所定のポイントまで低下したときにシステムを満たすだけで、システムの動作を無期限に維持するのに十分であるように、液体塊２８のコンディションが調整される。
【0028】
支持体除去装置１００は、支持体除去用のアウトプットタンク４０の中で部品４０を最適な位置に維持しながら、アウトプットタンク１６およびインプットタンク１８内のコンディションの変化と部品４０の構造的変化とに自動的に対応可能である。部品４０の位置、循環、および回転の管理は、アウトプットタンク１６のパラメータに対応するものとでき、これは液体塊２８の流れ、熱、超音波、および測定性能を含むパラメータの組み合わせによって左右され、支持体除去装置１００のエネルギの利用効率を最大化し、部品４０へのダメージを最小化する。
【0029】
液体塊２８をタンクマニホルド１４の一組のノズル孔を通過させてアウトプットタンク内へとポンプで送り込む際に生じるアウトプットタンク内の液体塊２８の流れは、大まかに言えばアウトプットタンク内で回転しており、液体塊２８が渦巻きとなり、部品４０が、液体塊２８の回転流が原因で、液体塊２８の表面に概ね接触しない。マニホルド１４のノズル孔３４の位置およびマニホルド１４のノズル孔３４から生じる液体塊２８の流れの方向が、液体塊２８の表面とアウトプットタンク１６の底面および側面との間に部品４０を浮遊させる渦を作り出す。本発明の他の実施例では、単一のポンプが、タンク内で部品４０を効果的に回転させるのに十分な流れを生じ得る。
【0030】
次に図３Ａ～Ｃを参照すると、マニホルド１４とノズル孔３４が図示されている。アウトプットタンク１６内のマニホルド１４のノズル孔３４の位置は、液体塊２８の回転流を作り出すのに重要である。図３Ｃは継続的レベルセンサ３９を図示しており、これは液面に浮くことでインプットタンク１８内の液体塊レベルの情報を伝達する。図３Ｃには沈降板３７が図示されている。
【0031】
図３Ａ～Ｃおよび図４Ａ、４Ｂに図示されるように、好適な実施例では、マニホルド１４の３つのセクションがアウトプットタンクを囲むように配置されており、マニホルド１４の各セクションはアウトプットタンク１６の２つの面の連結部でアウトプットタンク１４の異なる表面に沿って配置されている。マニホルド１４の２つのセクションは、アウトプットタンク１４の対向する面、すなわち第１および第２の面に配置可能である（図４Ａに図示されるように、ノズル孔３４はアウトプットタンク１６の対向する面に隣接するマニホルドセクション上に互いに９０度で配置されている）。隣り合うマニホルド１４のセクションは、一連の直列するノズル孔３４を有しており、ノズル孔３４は隣り合うマニホルド１４の各セクションで９０度オフセットされており、ノズル孔３４が液体塊２８を隣接する面と平行に噴出し、アウトプットタンク９０の３つの面に沿う概ね９０度の角度で３つの方向に向かう液体塊２８の回転流を生じる。このマニホルド１４のセクションとノズル孔３４の配置が、液体塊２８の循環する回転流を引き起こし、アウトプットタンク１６内に渦を生じさせる。マニホルド１４の各セクションは、アウトプットタンク１６の全幅にわたって延在し、マニホルド１４の該セクションに沿って様々な数のノズル孔３４を有し得るが、実施例は多様なものとできる。好適な実施例では、それぞれマニホルド１４の各セクションに沿って直列に並んだノズル孔３４の数は５つである。マニホルド１４のセクションの数は、液体塊２８に適切な圧力を生じさせ、適切な回転流を作り出してアウトプットタンク１６の中心位置に部品４０を維持するために重要となり得る。本発明の一実施例では、マニホルド１４の各セクションは、マニホルド注入口４２を介してポンプ３０からほぼ等しい圧力で、ポンプ３０から液体塊２８を供給される。本発明の装置および方法は、特定の数のタンクに限られるものではない。マニホルド１４のセクションは、アウトプットタンク１６の面どうしの連結部に沿って横方向に延在するものとできる。
【0032】
次に図４Ａ、４Ｂを参照すると、マニホルドおよびそのセクションが図示されている。マニホルド１４はノズル孔３４を有する。ノズル孔３４の直径は、支持体除去のための液体塊２８の圧力を最適化するための所望のコンディションによって変わり得る。マニホルド１４のセクションとノズル孔３４は、アウトプットタンク１６の面の平面に液体塊２８を進ませてアウトプットタンク１６内の中央に部品４０の位置を維持する渦が生じるように（図８参照）、アウトプットタンク１６を囲むように概ね対称的に（図２参照）かつおおよそアウトプットタンク１６の面に沿う端部すなわち面連結部に配置されている。表１は液体塊２８の流れに孔サイズがどのような影響を及ぼし得るかを示している。
【0033】
【表1】
【0034】
次に図５を参照すると、オーバーフロー排液管５２が図示されている。沈殿排液管５４が図示されている。掃除用ポート５６が図示されている。各目的の排出口の数は限定されていない。
【0035】
次に図６を参照すると、ポンプ３０とマニホルド１４の一部が図示されている。
【0036】
次に図７を参照すると、断面背面図に、液体塊２８を汲み出して濾過するメカニズムが図示されている。フィルタ３２は、支持体除去中に生じる粒状物質を取り除く。ポンプ３０は、液体をマニホルド１４に押し込む圧力を発生させる。ポンプ３０は、本発明の支持体除去装置１００と共に用いられる場合には、市販のポンプとすることができ、特注でなくてもよい。本発明は市販のポンプに限られるものでもない。ポンプ３０は、アウトプットタンク１６内の中央位置に部品が維持されるような回転流を生じるのに十分な圧力を、アウトプットタンク１６内で吸引を行う必要なしに発生させる。超音波発生器７０すなわち超音波モータは、特に数を限定するものではないが、１６～２４個の超音波変換器にパワーを供給する。
【0037】
水圧が３Ｄプリント部品を循環および浮遊させ、同時に超音波エネルギで照射する。本発明の主要な機能的特徴は、アウトプットタンク１６のほぼ中央に部品４０の位置を維持する能力である。部品４０の位置の維持は、タンク４０の全体にわたってセクションが配置されたマニホルド１４を用いることで、さもなければ浮かんでしまう部品４０を沈めたり、さもなければ沈んでしまう部品４０を浮かす液流を作り出す回転液体流、すなわち渦を作り出すことで達成され得る。本発明の装置および方法によって作り出された回転流コンディションでは、部品４０はタンク中央に沈んだ状態で、部品４０の軸を中心に回転すると共にタンクの中心軸周りを循環させられる。一実施例においては、１つ以上のマニホルドまたはマニホルドのセクションがアウトプットタンク１６沿いの所定の位置でタンクの壁に配置され、これは壁３６の堰２０のすぐ近くに配置されるものを含む。図７はポンプ３０の位置がタンク１８、４０両方の外側であることを示しており、ポンプ３０はタンク１８、４０のコンディションに影響を受けず（タンクに沈まないことも含む）、これは特注のポンプではない市販のポンプの使用を可能とする。ただし特注のポンプも本発明の考慮に入っている。
【0038】
液体塊２８中での部品４０の回転は、液体塊２８の成分と部品４０との間に摩擦を発生させ、支持体除去へとつながる。一実施例では、支持体の除去は、回転する部品４０に対してアウトプットタンク１６内で接線方向に配置された超音波変換器２２によって促進される。超音波発生器４２は、アウトプットタンク１６内の液体塊２８内に熱を生じさせ、これが複数の直接および非直接的な手段を介した支持体除去を引き起こし、また回転する部品４０との直接的相互作用によってキャビテーションを起こす。部品４０は液体塊２８内で自転するので、部品４０の各面は超音波に晒され、これにより、液体塊２８内での回転効果および超音波による支持体除去の促進を介して、支持体除去にシナジー効果が生じ得る。
【0039】
次に図８を参照すると、断面側面図は、アウトプットタンク１６内のカーブした矢印によって示されるように、３Ｄプリント部品４０の付随する回転と共に、ポンプ３０によるポンピング間の液体塊２８の流れを図示している。図８に図示されるように、３Ｄプリント部品４０がアウトプットタンク１６の中心で回転すると、３Ｄ部品４０の様々な表面が超音波変換器２２からの接線方向の放射に晒される。超音波変換器２２は、部品４０がアウトプットタンク１６内で回転するときに部品４０を照射する。部品４０は超音波変換器２２に対して接線方向に動くものであり、部品４０の回転は、部品４０のすべての面が超音波に晒されることを可能とする。部品４０は、概ねアウトプットタンク１６内の中心点の周囲を循環し、部品４０は回転する。アウトプットタンク１６内での部品４０の回転は、規則的な揺れを生じる。したがってこのプロセス中の部品４０の動きは、超音波変換器２２からの均一な照射と共に、洗浄剤内での３Ｄプリント部品４０の継続的な回転動作による摩擦を介して支持材料除去を生じ、よってポンプの作用、加熱器、化学反応、および超音波変換器の間で、支持体除去にシナジー効果が生じる。
【0040】
部品４０への超音波照射は、部品全体にわたってほぼ均一に、熱とキャビテーションを生じるが、これはそれがアウトプットタンク１６で回転および循環し、部品４０の各面を超音波に晒すためである。さらに加熱ユニットもまた、支持体除去促進のための熱を生じるために用いられ得る。加熱ユニットと超音波発生器７０は協調的に作動可能であり、超音波発生器７０の周波数を弱める（下げる）必要がある場合には、塊の温度を最適なレベルに保つことによって加熱ユニットが埋め合わせできるものである。加熱ユニットは、前記加熱手段が、液体塊に触れるようにアウトプットチャンバ１６の内部に位置決めされた内側端部と、アウトプットチャンバ１６に収容された液体塊への熱入力をコントロールするために前記マイクロプロセッサへと通信可能に接続された外側端部とを有する加熱要素からなるものとして配置可能である。超音波を用いることの利点は、液体塊２８にキャビテーションを起こせることで、これは加熱器やポンプ３０では生じ得ない。超音波変換器２２の使い過ぎは、例えば、液体内の成分を加熱により気化させ液体から抜けさせることで、液体塊２８が枯渇するなど、液体塊２８を劣化させかねない。部品４０の材料は変形や層間剥離に対してエネルギ感度が高くなる場合があり、システム内のエネルギの最適化が重要である。
【0041】
超音波変換器２２の使用は二重の効果を有するものであり、超音波変換器２２は、単なる加熱器というよりむしろ液体塊２８のかき混ぜ用コンポーネントと見なし得る。超音波変換器２２を用いた加熱は、通常の加熱ユニットを用いた場合よりもたくさんのエネルギを必要とし得るが、超音波変換器２２は複数の効果を有する。超音波は、振動を生じることによって微視的に部品４０の表面に作用し、よって超音波変換器２２によって行われている仕事は、加熱のみでなくなり、支持体除去へのシナジー効果を発生させ、プロセスの効率を高める。
【0042】
支持体除去装置を構成するコンポーネントが様々な材料から形成可能なことは明らかであって、とりわけ様々なｐＨ範囲のアルカリ性洗浄水溶液の存在および使用を考えれば、材料をそのように選択、すなわち用いることで早すぎる腐食に耐える能力を備えることができる。タンクは３０４および／または３１６ＳＳ、あるいは３１６ＳＳよりも耐食性に優れた合金鋼から形成可能である。したがって、最も望ましく、よって好まれるのは、アウトプットタンクおよびインプットタンクの作業面と頂部とノズルヘッドをステンレススチールで作り、パイプと継手をポリアミド（ＰＡ）やアクリロニトリル―ブタジエン―スチレン（ＡＢＳ）などのポリマ材料から作り、キャビネットおよび貯蔵キャビネットを低品位のステンレススチールで作ることである。なお、保持タンク、ノズルヘッド、作業面、および一体作業プラットフォームは代わりに、ポリプロピレン、ポリオキシメチレン、ポリフェニレン、ＡＢＳ、またはＰＡなど、支持体除去装置の全体重量を軽減可能でかつ十分な耐食性を維持できる材料から形成されてもよい。同様に、ポンプ、熱電対、加熱要素３８、レベル指示器、および、とりわけそれぞれの露出した操作可能なコンポーネントは、高品位のステンレススチールから作られるか、エポキシなどの不浸透性で耐食性の材料で被覆される。
【0043】
本発明は特定の好ましい実施の形態に関して説明してきたが、本発明の精神および範囲から逸脱することなく改造および変更がなし得ることは当業者であれば容易に理解できる。なお、出願人は、上述かつ添付の図面に図示された特定の細部に限定されることは意図していない。
【0044】
関連出願の相互参照
本願は、２０１６年６月１日に出願された「支持体除去装置」との名称の米国仮特許出願番号第６２／３４４１２２号の優先権を主張するものであり、この仮特許出願全体を参照するものである。
本願は、２０１６年６月１日に出願された「支持体除去装置」との名称の米国仮特許出願番号第６２／３４４１２２号の優先権を主張するものであり、この仮特許出願全体を参照するものである。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】