特許 7100117 三次元構造物を製造する装置及び方法

(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】

(24)【登録日】2022-07-04

(45)【発行日】2022-07-12

(54)【発明の名称】三次元構造物を製造する装置及び方法

(51)【国際特許分類】

   B29C 64/205 20170101AFI20220705BHJP

   B29C 64/153 20170101ALI20220705BHJP

   B29C 64/165 20170101ALI20220705BHJP

   B29C 64/232 20170101ALI20220705BHJP

   B29C 64/236 20170101ALI20220705BHJP

   B33Y 30/00 20150101ALI20220705BHJP

   B33Y 10/00 20150101ALI20220705BHJP

   B22F 10/50 20210101ALI20220705BHJP

   B22F 12/67 20210101ALI20220705BHJP

   B28B 1/30 20060101ALI20220705BHJP

【ＦＩ】

B29C64/205

B29C64/153

B29C64/165

B29C64/232

B29C64/236

B33Y30/00

B33Y10/00

B22F10/50

B22F12/67

B28B1/30

【請求項の数】 12

(21)【出願番号】P 2020509487

(86)(22)【出願日】2018-08-14

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2020-11-05

(86)【国際出願番号】 DE2018000238

(87)【国際公開番号】W WO2019034192

(87)【国際公開日】2019-02-21

【審査請求日】2021-06-08

(31)【優先権主張番号】102017007785.1

(32)【優先日】2017-08-17

(33)【優先権主張国・地域又は機関】DE

(73)【特許権者】

【識別番号】520052363

【氏名又は名称】レンペ・メスナー・シントー・ゲゼルシャフト・ミト・ベシュレンクテル・ハフツング

(74)【代理人】

【識別番号】100069556

【弁理士】

【氏名又は名称】江崎 光史

(74)【代理人】

【識別番号】100111486

【弁理士】

【氏名又は名称】鍛冶澤 實

(74)【代理人】

【識別番号】100191835

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 真介

(74)【代理人】

【識別番号】100208258

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 友子

(72)【発明者】

【氏名】ヴェーデマイヤー・フランク

(72)【発明者】

【氏名】ヴィントゲンス・ルドルフ

【審査官】関口 貴夫

(56)【参考文献】

【文献】特開２０００－３２８１０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－２４６５４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】中国実用新案第２０４８４４８７８（ＣＮ，Ｕ）

【文献】米国特許出願公開第２０１７／０１４４３７２（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２９Ｃ ６４／００－６４／４０

Ｂ３３Ｙ １０／００、３０／００

Ｂ２２Ｆ １０／００、１２／００

Ｂ２８Ｂ １／３０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

層状に塗布される粒子状造形材を圧縮する圧縮手段を備えた圧縮装置（１）と、圧縮装置（１）に接続され、前記圧縮手段を、粒子状造形材を圧縮する方向に平行な直線運動方向（１２）に移動させる駆動手段（３）とを備える、三次元構造を製造する装置において、
層状に塗布すべき粒子状造形材を圧縮する圧縮装置（１）は、少なくとも１つの刃先を備えたブレードを有する圧縮要素（２）が配置されていて、圧縮プロセスで粒子状造形材の粒子（１１）と接触する刃先の一端にある刃先の幅が、粒子状造形材の粒子の直径の０．１倍から３倍の範囲にあることと、
駆動手段（３）にて、調整可能な周波数の選択を含む制御が行われて、圧縮要素（２）の直線運動方向（１２）の動きを起こすことと
を特徴とする、三次元構造を作る装置。

【請求項2】

刃先の幅は、粒子状造形材の粒子の直径の０．３倍から２倍の範囲、又は０．５倍から１倍の範囲であることを特徴とする、請求項１に記載の装置。

【請求項3】

駆動手段（３）は、電気的又は電磁的又は圧電的又は電気油圧式又は空気圧駆動式の駆動手段（３）であることを特徴とする、請求項１又は２に記載の装置。

【請求項4】

製造すべき三次元構造（１）の層状構造が生じる造形ステージ（６）に対して圧縮要素（２）を有する圧縮装置（１）は、造形ステージ（６）の表面上に移動可能に配置されていることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の装置。

【請求項5】

それぞれが少なくとも１つの刃先を有する複数の圧縮要素（２）が圧縮装置（１）に配置されていることを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載の装置。

【請求項6】

圧縮要素（２）は、造形ステージ（６）に対して同じ角度又は異なる角度で互いに平行に配置されていることを特徴とする、請求項５に記載の装置。

【請求項7】

前記粒子状造形材の圧縮に使う少なくとも１つの構造（４、５）が圧縮要素（２）の、前記ブレードのある端部（７）に配置されていることを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項に記載の装置。

【請求項8】

塗布すべき粒子状造形材の層が造形ステージ（６）の上に提供される三次元構造を製造する方法であって、粒子状造形材は少なくとも部分的に圧縮され、三次元構造は、部分的な物理的又は化学的硬化プロセス又は融解プロセスによって層状構成に生じさせる三次元構造を、当該方法において、
圧縮装置（１）に配置され、粒子状造形材の粒子の直径の０．１倍から３倍の範囲にあり、少なくとも１つの刃先を持つブレードを備えた圧縮要素（２）によって粒子状造形材の圧縮が行われ、この際に圧縮要素（２）は駆動要素（３）によって直線運動方向（１２）に移動することと、
前記圧縮の方向に平行な直線運動方向（１２）の圧縮要素（２）の動きが、調整可能な周波数を選択して行われることと
を特徴とする、三次元構造物を製造する方法。

【請求項9】

複数の圧縮要素（２）が圧縮装置（１）に設けられていることを特徴とする、請求項８に記載の方法。

【請求項10】

複数の圧縮要素（２）は、互いに平行に、又は互いに角度を付けて移動することを特徴とする、請求項９に記載の方法。

【請求項11】

複数の圧縮要素（２）は互いに平行に移動し、造形ステージ（６）に対して垂直に、又は垂直から外れて配置されて移動されることを特徴とする、請求項９又は１０に記載の方法。

【請求項12】

複数の圧縮要素（２）は、一度に異なる直線運動方向（１２）に移動することを特徴とする、請求項９から１１のいずれか一項に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、層状の粒状造形材を圧縮する手段と、当該手段を制御された動きに設定する駆動手段とを備える、三次元（３Ｄ）構造を生成する装置に関する。

【背景技術】

【0002】

また、本発明は、少なくとも部分的に圧縮され、層状の部分的な物理的又は化学的硬化プロセス又は溶融プロセスによって三次元構造を生じる造形ステージ上に、塗布される粒子状造形材の層が提供される、三次元構造の製造方法に関する。

【0003】

個々の又は一連の部品、ワークピース、又は金型の生産のために、いわゆる３Ｄプリンティング又はいわゆる３Ｄプリント方法を使用することが知られている。このような印刷方法では、３次元の部品又はワークピースが層状に生成される。装置は、指定された寸法と形状に従って、１つ又は複数の液体材料又は固体材料からコンピューター制御される。プリンティングする部品又はワークピースの仕様は、例えば、いわゆるコンピューター支援設計システム（ＣＡＤ）によって提供可能である。

【0004】

３Ｄ構造がプリントされると、物理的又は化学的な硬化プロセス又は溶解プロセスが行われる。プラスチック、合成樹脂、セラミック、金属は、このような３Ｄプリンティングプロセスの材料として使用される。

【0005】

３Ｄプリンティングプロセスを実装するためのさまざまな製造プロセスシーケンスが知られている。ただし、これらの手順のいくつかには、以下に例として示す工程が含まれる。
・非固結粒子材料の層を形成するための、いわゆる造形ステージへの粒子材料とも呼ばれる粒子状造形材を部分的又は全面的に塗布する工程。
・例えば、選択的圧縮、プリンティング、あるいは、接着剤のような処理剤の塗布、又はレーザーの使用により、所定の部分領域での非固化粒子造形材の塗布層を選択的に固化する工程。
・部品又はワークピースの層状構成のため、後の一層における、前の方法工程を繰り返す工程。この目的のために、新しい層を部分的又は全面に塗布する前に、造形ステージで層状に造形又はプリントされた部品又はワークピースを、造形ステージにて１層分相当又は層厚だけ下げるか、３Ｄプリント装置を、造形ステージに対して１層分相当又は層厚で持ち上げる。
・完成した部品又はワークピースを囲む、ゆるく固まっていない粒子状造形材を、その後に除去する工程。

【0006】

特許文献１（ＷＯ ０２／０８３３２３ Ａ２）は、流体、特に粒子状物質を塗布すべき領域に塗布するための方法及び装置を開示し、流体はブレードの前方で塗布される領域に適用され、ブレードの前進方向で見られる。そして、ブレードは適用された流体の上を移動する。記載された方法は、ブレードが回転運動のように振動することを特徴とする。

【0007】

塗布領域に流体が過剰に塗布されるように方法が操作されると、回転運動のように振動するブレードの一定の動きにより、ブレードの前進方向に見られる過剰な流体が、ブレードローラの前進により、流体又は粒子状の材料が均された液体又は粒状材の前、ブレードの前に生じる。これにより、個々の粒子の塊の間に埋めるべき空隙を許容し、粒子の塊の大きな塊はローラーの動きによって破壊される。粒子材料はローラーで均質化される。ブレードの前にあるこの粒子材料から、小さな部分がブレードの下の隙間に引き込まれ、そこで圧縮され、均一な層として塗布される。

【0008】

ブレードの移動の前方方向で見た振動ブレードの前の領域への流体又は粒子材料の塗布は、例えば、搬送ベルトを介してリザーバから起こってもよい。

【0009】

ブレードの回転運動は、流体が蓄積される方向に、コーティングされる領域の上にある回転軸の周りで起こることが想定される。振動が、回転角が０．１°から５°の範囲にある回転運動で発生する場合、この方法で特に良好な結果を得られる。

【0010】

記載された装置は、結合剤を備えた粒子材料の塗布に使用するのに特に適している。

【0011】

流体を塗布するための方法及び装置が、特許文献２（ＥＰ １ ４９４ ８４１ Ｂ１）から知られている。解決すべき問題は、塗布領域上に少量で塗布される流体のさらに良好な分布が可能な装置と、当該装置の使用を提供することである。

【0012】

底部が開いているホッパーを、コーターブレードの前に吊るし、ブレードにしっかりと接続し、したがってブレードと共振することが想定される。ホッパーは、造形ステージの全長にわたって実行される少なくとも１つのコーターの粒子材料供給を運ぶ。ホッパーのスイング機構が作動すると、ホッパー内の粒子状物質が流動化され、ブレードの前面の底部で開いているホッパーから流出する。したがって、ホッパーは、現在のシフトに必要な量よりはるかに多くの材料を運搬可能である。

【0013】

また、使用される振動ブレードは、好ましくは、駆動モーターシャフトに回転固定式に取り付けられた偏心器を介して駆動されることが開示されている。偏心器から振動ブレードへの動力伝達は、例えば、形状に一体的に、すなわち、偏心器への転がり軸受の直接取り付けによって、又は偏心へのバネ力によって負荷がかけられたローラーによる非積極的な伝達によって、起こり得る。

【0014】

この方法は、接着剤を備えた粒子材料の塗布に使用するのにも特に適している。

【0015】

特許文献３（ＷＯ ２０１６／０３０３７５ Ａ２）は、３Ｄプリンター用のコーター装置及び粒子状造形材の２つの層を塗布する方法を開示している。

【0016】

コーター装置は、粒子状造形材を受け入れるための内部空洞を画定する容器を備えるコーターを有し、粒子状造形材を分配するための開口部に開口し、下向きの塗布表面が形成され、それによって分配された粒子状物質を平らにし、及び／又は圧縮する、広がる表面を持つ造形物の表面を覆うための塗布表面を配置する、塗布要素を有する。

【0017】

コーター装置はまた、塗布表面の傾斜角度を変更可能に調整するように設定された調整装置を備えている。

【0018】

特許文献４（ＤＥ ６９３ ３０ ４９５ Ｔ２）は、３Ｄ部品を製造するためにペースト状の媒体を担持体に塗布する方法及び装置を開示している。

【0019】

解決すべき問題は、ペースト状の媒体を担持体に塗布する方法が作成されることである。これにより、スクリーン印刷のプロセスの信頼性を高め、エラー率を低下可能である。さらに、より高い処理速度を実現する必要がる。

【0020】

この目的を達成するために、担持体上に配置されたマスクによって塗布パターンが事前に決められ、ペースト状の媒体がドクターブレードによって塗布され、ペースト状の媒体がマスクによって残された凹部に押し込まれる。

【0021】

また、この用途で使用されるドクターブレードは、アクチュエータによって、ドクターブレードが前進するとペースト状材料に伝達される振動状態に設定されることも開示されている。結果として、ペースト状材料はマスク又はステンシルの開口部又は凹部によりうまく入り込み、その結果、これらはペースト状媒体で完全に満たされる。振動を加えることによる改善は、ペースト状粒子の転がり摩擦が減少し、エネルギー供給による媒体の温度上昇により粘度が明らかに減少するという事実によって説明できる。

【0022】

ドクターブレードに塗布された媒体のみが振動エネルギーを受け取るため、ここでは粘度が明らかに低下するだけである。結果として、媒体はスクリーンのゆとり部分でより良く動作し、最も密度の高い球形充填物の形で基板上に堆積される。したがって、全体として、スクリーン上のペースト状媒体の供給量を少なくすることで、処理速度が向上し、印刷品質が向上する。

【0023】

特許文献５（ＤＥ １０２ １６ ０１３ Ｂ４）は、流体、特に粒子状材料を塗布すべき領域に塗布する方法及び装置を開示している。

【0024】

その目的は、塗布領域上に少量で適用される流体のさらに良好な分布が可能である装置と、当該装置の使用を提供することである。

【0025】

この目的を達成するために、ブレードの動きの前方方向から見て、ブレードの前のコーティングされる領域に流体が適用され、その後、ブレードは適用された流体の上を移動する。この場合、ブレードは振動されることが意図されて、流体は、ブレードとともに振動し、塗布領域に向かって開いている容器から供給される。ブレードは回転運動のように振動するはずである。

【0026】

また、ブレードを駆動するために偏心器が設けられ、偏心器からブレードへの力の伝達が積極的に又は非積極的に実施可能であることが開示されている。

【0027】

この既知の従来技術の欠点は、大抵の場合、ブレード又は振動ブレードが、例えば偏心器により、ある種の回転運動に設定されなければならないことである。これには、電気モーターなどの対応するドライブと、必要な運動形態を生成又は実装するために必要な機械部品が必要である。これにより、造形に必要な労力とスペースが増加する。さらに、そのような装置の製造はより複雑になり、そのような装置の製造コストも増加する。

【0028】

必要な機構と貯蔵容器への部分的な結合により、そのような装置の最大到達頻度（単位時間当たりの回数）、したがって処理又は圧縮速度が制限される。さらに、材料の用途と圧縮は直接関係していて、相互に影響を及ぼす。（材料の）展開と圧縮とは、よって、独立して分離することはできない。

【0029】

振動を実行するブレードのさらなる欠点は、例えば、圧縮される流体の比較的大きな領域に力が加えられることである。これにより、ブレードが振動しても、すでに圧縮されているがまだ圧縮されていない流体の領域に同時に力が加わる可能性がある。その結果、圧縮の品質が低下することが予想される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0030】

【文献】国際公開第０２／０８３３２３号

【文献】欧州特許第１４９４８４１号明細書

【文献】国際公開第２０１６／０３０３７５号

【文献】欧州特許第０６４４８０９号明細書の翻訳である独国特許第６９３３０４９５号明細書

【文献】独国特許第１０２１６０１３号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0031】

本発明の課題は、複数の層を備える三次元構造を製造する装置及び方法を提供することであり、それにより、個々の層の表面品質が高く、より速い速度で層に塗布される粒子状造形材のより良い圧縮が達成される。

【課題を解決するための手段】

【0032】

この課題は、独立請求項の請求項１に記載の特徴を備えた構成により達成される。さらなる発展は、従属請求項２から７に明記される。

【0033】

この課題は、独立請求項の請求項８に記載の特徴を有する方法によっても達成される。さらなる発展は、従属請求項９から１３に明記される。

【0034】

圧縮要素は、少なくとも１つの刃先を持つブレードとして設計されることが想定されている。圧縮要素のこのナイフのような構成では、刃先の幅が、粒子形状の造形材又は粒子材料の粒子の直径の０．１倍から３倍の範囲にあることが提供される。ここで、刃先の幅は、圧縮プロセス中に粒子状造形材又は粒子材料の粒子と接触する刃先の点又は端で決定される。

【0035】

ブレードの刃先の幅は、好ましくは、粒子形状の造形材又は粒子材料の粒子の直径の０．３倍から２倍の間の範囲にある。刃先の幅は、特に好ましくは、粒子形状の造形材又は粒子材料の粒子の直径の０．５倍から１倍の範囲である。

【0036】

粒子状の造形材又は粒子材料の粒子のサイズ又は直径は、通常０．１ｍｍと０．２ｍｍとの間の範囲にある。粒子形状の造形材又は粒子材料の粒子のサイズは、特に好ましくは直径０．１８ｍｍである。

【0037】

上記の寸法の圧縮要素の刃先の幅の構成により、粒子状造形材又は粒子状材料の表面への力の導入は、粒子状造形材又は粒子材料の１粒子又は数個の粒子の規模の、非常に狭い範囲に制限されるため、圧縮の品質低下の回避が達成される。

【0038】

このようにして、例えば、造形ステージでの圧縮要素の均一な動きと、それに対応する刃先の寸法があれば、隣りにて既に圧縮された粒子の破損は、本発明によって実質的になくすことができる。これにより、粒子状造形材又は粒子状材料の塗布層の圧縮品質が大幅に向上する。

【0039】

本発明はまた、それぞれが刃先を有するこれらの圧縮要素の複数が圧縮装置に配置されることを提供する。そのような圧縮要素は、例えば、対応する刃先を備えた上述のナイフのように形成された金属材料の薄い板部材であってもよい。

【0040】

例えば、圧縮装置に配置された３つのナイフ形の圧縮要素は、例えば、粒子状造形材がこれらの圧縮要素間を貫き抜けるのを防止するように互いに平行で非常に近くに配置してもよい。

【0041】

圧縮要素は、それぞれ個別の駆動手段に接続されていて、それぞれの駆動手段によって直線運動、すなわちいわゆる前後運動に設定されている。

【0042】

駆動手段は電気的に駆動されることが想定される。代替的に、駆動手段は、例えば、磁場を生成するコイルを使用して電磁的に、又は圧電的に作動させてもよい。他の代替手段、例えばカム又はピストン連接棒駆動装置も、積極駆動されるように設計してもよい。それぞれの駆動手段によって生成された動きは、関連する圧縮要素に伝達され、この目的のために駆動要素にしっかりと接続されている。

【0043】

圧縮装置の圧縮要素は、例えば、互いに平行に、かつ造形ステージ、すなわち粒子状造形材又は粒子材料の適用層の圧縮要素の方向を指す表面（以下、表面と呼ぶ）に対して９０度の角度で整列可能である。

【0044】

代替的に、圧縮機構成の圧縮要素は、互いに平行に、かつ造形ステージに対して９０度から外れた角度で配置されることが提供される。このようにして、圧縮要素を造形ステージに対して斜めに配置してもよい。造形ステージの垂直線からの偏差は、例えば０．１度から１５度である。

【0045】

刃先を備えたブレードを備えた圧縮要素の長さは、造形ステージの幅全体に及ぶ可能性がある。圧縮要素の寸法は、例えば、長さ５００ｍｍ、幅３ｍｍ、高さ３０ｍｍに指定してもよい。

【0046】

圧縮要素を備えた圧縮装置は、例えば、造形ステージ上に配置され、圧縮装置は造形ステージ上で移動可能に配置され、従来技術ではよくあるように、造形ステージ上で少なくともＸ及びＹ方向に移動可能であるとしている。層状構造を可能にするために、圧縮装置は、造形ステージの上から、又はそこから離れる方向に、Ｚ方向に移動可能としてもよい。代替的に、造形ステージがＺ方向に移動可能に配置されるようにしてもよい。これは、造形ステージと圧縮装置の間の距離を増減可能であることを意味する。

【0047】

圧縮装置の別の実施形態は、圧縮要素が互いに異なる角度で配置されることを提供する。例えば、３つの圧縮要素は、中央の圧縮要素が造形ステージの上に垂直（９０度）に配置されるように配置できるが、最初の隣接する圧縮要素の角度は９０度を超え、２番目の隣接する圧縮要素の角度は９０度未満である。例えば、８９、９０及び９１度の角度、又は８８、９０及び９２度の角度であり、粒子構造材料を圧縮することを目的とする圧縮要素又はナイフの端部は、造形ステージの上に互いに近くに配置される。

【0048】

意図された場所で造形材を圧縮するとき、粒子状造形材の表面でのナイフ形圧縮要素の効果を最適化するために、圧縮要素は少なくとも１つの構造を備えている。そのような構造は、粒子状造形材と接触する圧縮要素の端部に提供される。

【0049】

そのような構造は、例えば、凹面形状を有してもよい。代替的に、構造は、ここで言及された構造の形態に制限なく、凸状、波状又は鋸歯状でもあり得る。構造の形状は、仕様と状況に合わせて専門家が調整可能である。

【0050】

また、圧縮要素は、この目的のために提供されるその端部に２つの構造を有することが提供される。２つの構造の形状とサイズは同じでも異なっていてもよい。これらの構造により、圧縮要素の端に刃先が形成され、圧縮中に粒子状造形材と接触する。ここを、以下、接触点ともいう一方で、圧縮要素の端の他の領域は造形材と接触しなくなる。

【0051】

少なくとも１つの刃先を備えた刃を有する圧縮要素の場合、刃先は、例えばナイフのように一般的なＶ字形の斜面によって圧縮要素の端部に形成してもよい。代替的に、圧縮要素の端部に、例えば凹形状を有する１つ又はそれより多い構造を導入することにより、圧縮要素の端部で圧縮要素上に１つ又はそれより多い刃先を形成してもよい。ここでは、そのような構造が圧縮要素の縦方向の延長部に延在するとしている。複数の刃先が１つの圧縮要素に形成されている場合、各刃先の幅は上記の寸法に設計されているため、圧縮中、接触すること、つまり粒子状造形材又は粒子状材料の表面への力の適用は、常に非常に狭い領域に制限される。この非常に狭い領域とは、粒子造形材又は粒子材料の１粒子又は数個の粒子の規模である。

【0052】

圧縮要素は、それぞれの駆動手段によって制御されて、互いに独立して移動可能であることが想定される。したがって、圧縮要素は同じ又は異なる動きの実行が可能である。

【0053】

例えば、第１の圧縮要素は造形ステージの方向に移動可能であり、同時に第２の圧縮要素は造形ステージから一方向に移動し、逆もまた同様である。

【0054】

また、各駆動手段を制御し、したがって各圧縮要素をその前後運動のための独自の頻度で制御することも計画される。頻度に加えて、振幅、つまり前後の動きの経路も個別に設定可能である。

【0055】

加えて、正弦波のように制御電圧の駆動手段を駆動する波形の形状も調整可能である。波形の選択は、それに応じて圧縮要素の動きの形状に影響する。例えば、のこぎり波や蛇行波も波形として使用してもよい。

【0056】

粒子状造形材を分配するプロセスと粒子状造形材の圧縮との間で分離又は分離が達成されることが想定される。両方のプロセスの相互の影響は除外される。

【0057】

上述の本発明の特徴及び利点は、以下の本発明の好ましい非限定的な例示的実施形態の以下の詳細な説明を関連する図面とともに注意深く検討した後、よりよく理解及び評価できるであろう。

【図面の簡単な説明】

【0058】

【図1】３つの圧縮要素を備えた本発明による圧縮装置の実施形態。

【図2a】図１の圧縮装置の異なる動作シーケンスの表示。

【図2b】図１の圧縮装置の異なる動作シーケンスの表示。

【図2c】図１の圧縮装置の異なる動作シーケンスの表示。

【図3】それぞれが２つの構造を持つ圧縮要素の端部の部分拡大図。

【図4】圧縮要素の一端の別の拡大図。

【図5a】５つの圧縮要素が互いに平行に配置され、圧縮要素の配列が造形ステージに対して垂直からずれている実施形態。

【図5b】図５ａによる５つの圧縮要素の端部の領域の拡大図。

【図6a】造形ステージの上に異なる角度で配置された３つの圧縮要素を備えた代替実施形態。

【図6b】図６ａによる圧縮要素の端部の領域の拡大図。

【発明を実施するための形態】

【0059】

図１は、造形ステージ６の表面上に配置された本発明による圧縮装置１を示す。圧縮装置１は、造形ステージ６上で少なくともＸ方向及びＹ方向に移動可能に配置されている。これに必要な機械的手段及び動きを制御する制御ユニットは図１には示されていない。これには、先行技術から知られている従来の解決策を使用可能である。生成される三次元（３Ｄ）モデルの層ごとの構造を確保するために、圧縮装置１もＺ方向に移動又は移動可能であることも提供される。代替的に、造形ステージ６は、Ｘ方向、Ｙ方向、及び選択的にＺ方向にも移動できるように設計してもよいことは知られている。

【0060】

圧縮装置１は、３つの駆動手段３を有する。駆動手段３が圧縮要素２に接続され、これにより、駆動手段３は個別に制御可能又は移動可能であることが想定される。

【0061】

圧縮要素２の独立した個々の制御のこの可能性により、圧縮要素２を同じ方法で作動させ、したがって同じ方法で動かし、又は異なるように作動させ、したがって異なる動きをさせることが可能となる。

【0062】

圧縮要素２内の図１に示された同等矢印は、いわゆる圧縮要素２の運動方向１２を示し、いわゆる前後運動で軸方向に直線的又は長手方向に動かされる。図１に例として示されている圧縮要素２の移動方向１２は、互いに平行である。本説明において圧縮要素２の移動の特定の時点を意味する場合、現在の移動方向１２は単純な矢印のみで示され、圧縮要素２が現在移動している方向を示す。

【0063】

図１に示される圧縮要素２は、それらの可能な移動経路上の異なる位置に示されている。これは、圧縮要素２の異なる長さ、又は造形ステージ６から圧縮要素２の端部７の異なる距離によって示される。

【0064】

各圧縮要素２の端部７に、薄層として造形ステージ６に少なくとも部分的に適用される粒子状造形材と接触する接触点８が形成される。接触点８を備えた圧縮要素２の端部７の設計をよりよく識別するために、これらは、拡大鏡のような表現で図１に拡大してさらに示されている。

【0065】

圧縮要素２を同等矢印で示される方向に、すなわち高頻度（単位時間当たり数多く）で十分迅速に動かすことにより、この目的のために設けられた場所で粒子状造形材を圧縮可能である。第１層の意図された位置での粒子状造形材のこの圧縮は、圧縮装置１が造形ステージ６上を例えばＸ方向に移動している間に行われる。圧縮要素２の制御及び振りがそれに応じて迅速に、すなわち高頻度で行われる場合、粒子状造形材の非常に良好で迅速な圧縮が達成される。層の形成又は設計、したがって三次元構造全体は、従来の３Ｄプリンティングプロセスを使用して短時間で測定可能である。三次元構造の生産速度が向上する理由は、圧縮要素の直線的な動きにより、例えば、動きのステアリングや方向変更のための機械部品が不要になることである。

【0066】

粒子状造形材を貯蔵及び塗布するための最新技術に一般的手段は、本発明と共に使用してもよい。接着剤の使用も可能であり、提供される。

【0067】

図２ａ、図２ｂ、及び図２ｃは、例えば異なる動作状態にある３つの圧縮要素２を備えた図１から既に知られている圧縮装置１を示す。個々の圧縮要素を区別するために、複数の圧縮要素は、参照符号２ａによって第１の圧縮要素２ａとして、参照符号２ｂによって第２の圧縮要素２ｂとして、参照符号２ｃによって第３の圧縮要素２ｃとして示される。

【0068】

図２ａの第１の動作状態では、第１の圧縮要素２ａがその最大の振れに達している、すなわち、造形ステージ６からの最短距離、及び造形ステージの接触点８間の領域の粒子状造形材（図２ａには図示せず）に到達した状態が示されている。それに応じて、第１の圧縮要素２ａの第１の端部７ａ及び造形ステージ６が圧縮されている。圧縮要素２ａ、２ｂ、及び２ｃの端部７ａ、７ｂ、及び７ｃの設計をよりよく識別するために、これらは拡大鏡のような表現で図２ａ、２ｂ、及び２ｃに拡大して示される。

【0069】

示された動作状態において、第１の駆動装置３ａは、第１の圧縮要素２ａと造形ステージ６との間の距離が連続的に増加する方向に第１の圧縮要素２ａを移動させる。この移動方向１２は、駆動手段３ａを上向きの矢印で示している。同時に、第２の圧縮要素２ｂは、第２の駆動手段３ｂによって造形ステージ６の方向に動かされ、第３の圧縮要素２ｃは第３の駆動手段３ｃによって動かされる。第２の圧縮要素２ｂは、第３の圧縮要素２ｃよりも造形ステージ６からの距離が短いことが示されている。したがって、第２の端部７ｂの接触点８は次に造形ステージ６の表面の粒子状造形材に到達し、第３の圧縮要素２ｃの第３の端部７ｃの接触点８が圧縮プロセスを実行する前に、粒子状造形材が圧縮されると仮定してもよい。

【0070】

３つの圧縮要素２ａ、２ｂ及び２ｃによる造形ステージ６の表面上の粒子状造形材の選択的圧縮の間、造形ステージ６はＸ及び／又はＹ方向に移動する。代替的に、圧縮装置１が、造形ステージ６上を移動するようにしてもよい。

【0071】

図２ｂは、第１の圧縮要素２ａが造形ステージ６からさらに離れて移動し、第２圧縮要素２ｂ及び第３の圧縮要素２ｃが造形ステージ６の方向に向かって移動を継続する第２の動作状態を示す。圧縮要素の移動方向１２は、したがって、図２ａと図２ｂで同じである。第２の圧縮要素２ｂの第２の端部７ｂの接触点８は、造形ステージ６の表面の粒子状造形材に達し、それに応じて接触点８で粒子状造形材を圧縮する。

【0072】

第２の圧縮要素２ｂの端部７ｂが圧縮プロセスを実行した後、第２の駆動手段３ｂによって移動される第２の圧縮要素２ｂの移動方向１２が逆転し、第２の端部７ｂと造形ステージ６との間の距離が増加する。同時に、第１の圧縮要素２ａ及び第３の圧縮要素２ｃは、それぞれ変化しない移動方向１２での移動を続ける。

【0073】

図２ｃは、第３の圧縮要素２ｃの第３の端部７ｃの接触点８が造形ステージ６の表面上の粒子状造形材に到達し、それに応じて接触点８で粒子状造形材を圧縮する第３の動作状態を示す。この圧縮プロセスの後、第３の駆動手段３ｃによって移動される第３の圧縮要素２ｃの移動方向１２が逆転し、第３の端部７ｃと造形ステージ６との間の距離が増加する。このとき、第２の圧縮要素２ｂは、造形ステージ６から離れる移動を続ける。第１の圧縮要素２ａは、造形ステージ６からその最大距離に達し、その移動方向１２を逆転させ、ここで再び造形ステージ６の方向に移動するため、第１の圧縮要素２ａの第１の端部７ａと造形ステージ６との間の距離は減少する。この説明された動作状態は、圧縮要素２ａ、２ｂ及び２ｃのそれぞれの矢印によって図２ｃに示されている。

【0074】

図３は、圧縮要素２ａ、２ｂ及び２ｃの端部７ａ、７ｂ及び７ｃの部分拡大図を示す。この表示は、圧縮要素２ａ、２ｂ及び２ｃの側面図又は断面図に対応する。図３の例では、圧縮要素２ａ、２ｂ及び２ｃとそれらの移動方向１２は互いに平行に整列している。端部７ａ、７ｂ及び７ｃの拡大図に見られるように、それらはそれぞれ第１の構造４及び第２の構造５を有する。
構造４及び５はそれぞれ凹状に設計されていて、構造４及び構造５は、サイズ及び半径が異なっている。粒子状造形材の圧縮は、好ましくは、構造４及び５によって形成された接触点８で起こる。圧縮要素２ａ、２ｂ、及び２ｃは、同等矢印で示される方向に移動し、造形ステージ６は、例えば、矢印で示される方向に、図３の左に、移動することが意図される。

【0075】

図３は、接触点８での、波形を有する曲線を示す。この曲線は、対応する時間ウィンドウ上及び造形ステージ６上の接点８の動きの経過を表すことを目的とする。このコース（動きの経路）は、圧縮要素２ａ、２ｂ、２ｃの往復運動（同等矢印）と造形ステージ６の横断運動（単一矢印）の重ね合わせから発生する。図示の波形は、よって、造形ステージ６上での圧縮プロセスを表現し、粒子状造形材が、３つの異なる点又は接触点８で、圧縮要素２ａ、２ｂ、２ｃによって同時に圧縮されることを示す。

【0076】

造形ステージ６を、例えば図３に示す方向に動かすことにより、造形ステージ６の表面上の領域９は、圧縮要素２ｃの移動方向１２の往復運動により、圧縮要素２ｃの３つの接触点８によって最初に数回圧縮される。領域９内の３つの異なる接触点８の例では、圧縮要素２ｃによって複数回の圧縮が、そのようにして既に実行された状態である。

【0077】

この領域９には、続いて圧縮要素２ｂが到達する。圧縮要素２ｂの３つの接触点８はまた、領域９内の粒子状造形材を複数回圧縮する。圧縮要素２ｂが領域９を通過した後、圧縮要素２ａは領域９に到達する。圧縮要素２ａの領域９の３つの圧縮点８もまた、領域９の粒子状造形材を複数回圧縮する。領域９の粒子状造形材の粒子１１は、そのようにして何回も圧縮され、これにより、三次元構造を、迅速かつ強固に層状にて造形可能となる。

【0078】

図４は、例として、２つの接触点８を有する圧縮要素２ｃの端部７ｃのさらなる部分拡大図を示す。圧縮要素２ｃの端部７ｃは、部分的にのみ示される第１の凹状構造４ｃを有する。端部７ｃはまた、第１の凹状構造４ｃよりも大きな半径を有する第２の凹状構造５ｃを有する。

【0079】

図４はまた、圧縮要素２ｃの下の矢印によって示される方向に移動又は移動される造形ステージ６を示す。示されている２つの接触点８及び示されていない接触点８による、造形ステージ６の表面上の粒子状造形材（図示せず）の圧縮プロセスは、造形ステージ６の表面上の複数の波状曲線を援用して示されている。圧縮要素２ｃの図示された２つの接触点８に加えて、圧縮要素２ｃの図示されていない接触点８と、圧縮要素２ａ及び２ｂの図示されていない接触点８も、圧縮プロセスに関与する。

【0080】

図５ａは、互いに平行に配置された５つの圧縮要素２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ及び２ｅを備えた本発明の実施形態を示す。この変形例では、圧縮要素２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ及び２ｅは、例えば、垂直線１０に対して５度の角度で、造形ステージ６の上の垂直線１０から離されて配置される。

【0081】

圧縮要素２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ及び２ｅの刃先の刃は、例えば、それぞれの圧縮要素２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ及び２ｅのそれぞれの端部にＶ字形の斜面を備えて設計される。圧縮要素２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ及び２ｅは、それらの駆動手段３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ及び３ｅに接続されていて、これらは図５ａには示されていないが、そのような構成により、互いに動かされる上記の直線往復運動における直線運動方向１２において、互いに平行である。圧縮要素２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ及び２ｅの移動方向１２は、５つの同等矢印によって図５ａに示されている。

【0082】

図５ｂは、図５ａによる圧縮要素２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ及び２ｅの端部の領域の拡大図を示す。図５ｂのこの図では、粒子状造形材のいくつかの粒子１１が、造形ステージ６の上の平面に示されている。圧縮プロセス中に、粒子状造形材の粒子１１と接触している刃先の端部の圧縮要素２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、及び２ｅの刃先の幅は、粒子状造形材の粒子１１の直径よりも小さく選択されたことが明らかに分かる。したがって、圧縮要素２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ及び２ｅの刃先は、粒子１１を特定的に圧縮可能であり、粒子状造形材の隣りの粒子１１は、この圧縮プロセスによって影響を受けない。比較のために、図５ｂに０．１８ｍｍの寸法が示されている。この寸法は、例えば粒子状物質の粒子１１の直径にほぼ対応する。

【0083】

造形ステージ６上での圧縮装置１の対応する動きにより、粒子１１が圧縮要素２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ及び２ｅの３つの刃先全てによって続いて圧縮されることが達成可能である。この目的のために、造形ステージ６にわたる圧縮装置１の移動速度、及び駆動手段３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ及び３ｅを制御するための信号の周波数（単位時間当たりの頻度）は、それに応じて選択されるか、又は互いに調整される。

【0084】

適切な角度（傾斜位置）での圧縮要素２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、及び２ｅの配置は、例えば圧縮機配置１の進行方向における、造形ステージ６上の粒子状造形材の粒子１１の変位に対抗する。

【0085】

また、圧縮要素２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ及び２ｅの整列の角度は、造形ステージ６にわたって調整可能にできることが提供される。角度は、よって、操作中に変更可能である。

【0086】

また、異なる角度に従って造形ステージ６に沿って配置すべく、そして、圧縮要素２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅの３つの刃先の刃の間の距離を維持するべく、圧縮要素２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅを配置することも計画される。その配置をした後は、圧縮要素２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ及び２ｅは、もはや互いに平行ではない。例えば、圧縮要素２ａの角度は０度を、圧縮要素２ｂの角度は２度を、圧縮要素２ｃの角度は４度を、圧縮要素２ｄの角度は６度、そして圧縮要素２ｅは８度の角度を選択してもよい。この実施形態は図示されていない。

【0087】

図６ａは、造形ステージ６の上に異なる角度で配置された３つの圧縮要素２ａ、２ｂ及び２ｃを備えた代替実施形態を示す。図５ａの図とは対照的に、圧縮要素２ａ、２ｂ、及び２ｃは、互いに平行に配置されていない。この実施形態では、圧縮要素２ａ、２ｂ、及び２ｃの配置は、圧縮要素２ａ、２ｂ、及び２ｃの刃先の刃が、例えば共通点に向かって配向されたＶ字形の斜面で配置されるように行われる。３つの圧縮要素２ａ、２ｂ、及び２ｃ全てが、これにより、それらの刃先で粒子１１に衝突して圧縮可能になる。

【0088】

この場合は、図６ｂの圧縮要素２ａ、２ｂ及び２ｃの端部の刃先の領域の拡大図で示されている。３つの刃先全てが粒子状造形材の粒子１１に衝突する場合、例えば、第２の圧縮要素２ｂによって圧縮が実行される一方で、第１の圧縮要素２ａ及び第３の圧縮要素２ｃが現在の位置で粒子に接触することも提供されてもよい。比較のために、０．１６ｍｍの寸法が図６ｂに示されている。この寸法は、例えば、粒子状物質の粒子１１の直径に対応する。

【0089】

加えて、圧縮装置１は、造形ステージ６上での圧縮装置１の移動運動に起因する圧縮プロセスの外乱に対抗するために、３つの圧縮要素２ａ、２ｂ、及び２ｃで傾斜可能である。本配置の特定の利点と三次元構造を作る方法を以下にリストで示す。
・圧縮要素は、移動方向１２に直線運動を行い、層状に塗布される粒子状造形材を圧縮する。
・圧縮要素の直線運動は、造形ステージの進行方向に対して調整可能な角度にしてもよい。
・圧縮要素は、互いに平行に、又は互いに角度を付けて配置してもよい。
・圧縮装置内に、それぞれ個別の駆動手段を備える複数の圧縮要素の配置。
・選択可能な圧縮周波数（頻度）による圧縮要素の駆動手段の制御。
・駆動手段を駆動する電圧又は電流の選択可能な曲線形状による駆動手段の制御。
・圧縮中に粒子構造材料と接触する圧縮要素の端に１つ又はそれより多い構造を持つ圧縮要素の実行。
・凸面、凹面、鋸歯状又は波状の構造の実施。
・鋳造コアの生産分野での三次元構造の生成方法の使用。例えば、プラント及び車両製造の分野での鋳造部品の生産。
・移動すべき圧縮要素の質量を減らすことにより、高頻度（単位時間当たりの回数）で移動可能であり、さらに、粒子状造形材の粒子を複数回圧縮可能である。
・圧縮中の頻度（単位時間当たりの回数）が高いほど、例えば造形ステージの移動速度をより速くできる。
・粒状造形材の圧縮と塗布の分離。
・粒状造形材の圧縮を最適化するために、圧縮要素ごとに異なる構造の使用。

【符号の説明】

【0090】

１ 圧縮装置
２、２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅ 圧縮要素
３、３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅ 駆動手段
４、４ａ、４ｂ、４ｃ 第１の構造物
５、５ａ、５ｂ、５ｃ 第２の構造物
６ 造形ステージ
７、７ａ、７ｂ、７ｃ 圧縮要素の端部
８ 接触点
９ 領域
１０ おもり
１１ 粒状造形材の粒子
１２ 圧縮要素の移動方向（直線的、長手方向軸線）

【図1】

【図2a-2c】

【図3】

【図4】

【図5a】

【図5b】

【図6a】

【図6b】