特許 7601867 付加製造又は付加製造装置のための粒子分離装置

(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】2024-12-09

(45)【発行日】2024-12-17

(54)【発明の名称】付加製造又は付加製造装置のための粒子分離装置

(51)【国際特許分類】

   B22F 10/73 20210101AFI20241210BHJP

   B22F 10/28 20210101ALI20241210BHJP

   B07B 7/083 20060101ALI20241210BHJP

   B07B 9/00 20060101ALI20241210BHJP

   B01D 50/00 20220101ALI20241210BHJP

   B28B 1/30 20060101ALI20241210BHJP

   B33Y 40/00 20200101ALI20241210BHJP

   B22F 10/25 20210101ALI20241210BHJP

   B22F 12/50 20210101ALI20241210BHJP

【ＦＩ】

B22F10/73

B22F10/28

B07B7/083

B07B9/00 Z

B01D50/00 501C

B01D50/00 501J

B28B1/30

B33Y40/00

B22F10/25

B22F12/50

【請求項の数】 12

(21)【出願番号】P 2022524199

(86)(22)【出願日】2020-10-20

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2022-12-26

(86)【国際出願番号】 FR2020051892

(87)【国際公開番号】W WO2021079057

(87)【国際公開日】2021-04-29

【審査請求日】2023-05-17

(31)【優先権主張番号】1911930

(32)【優先日】2019-10-24

(33)【優先権主張国・地域又は機関】FR

(73)【特許権者】

【識別番号】517160927

【氏名又は名称】アッドアップ

(74)【代理人】

【識別番号】100094569

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 伸一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100103610

【弁理士】

【氏名又は名称】▲吉▼田 和彦

(74)【代理人】

【識別番号】100109070

【弁理士】

【氏名又は名称】須田 洋之

(74)【代理人】

【識別番号】100098475

【弁理士】

【氏名又は名称】倉澤 伊知郎

(74)【代理人】

【識別番号】100130937

【弁理士】

【氏名又は名称】山本 泰史

(74)【代理人】

【識別番号】100144451

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 博子

(74)【代理人】

【識別番号】100170634

【弁理士】

【氏名又は名称】山本 航介

(72)【発明者】

【氏名】デヴロー セバスティアン

【審査官】廣野 知子

(56)【参考文献】

【文献】米国特許第０４２６０４７８（ＵＳ，Ａ）

【文献】実開昭５５－１１５３１９（ＪＰ，Ｕ）

【文献】中国特許出願公開第１０９６６３９１９（ＣＮ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２２Ｆ １／０５２、３／１０５、１０／２５、１０／２８

Ｂ０７Ｂ ７／０８３、７／１０、９／００

Ｂ２９Ｃ ６４／１５３、６４／３１４

Ｂ０１Ｄ ５０／００

Ｂ２８Ｂ １／３０

Ｂ３３Ｙ ４０／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

選択的付加製造のための粒子を分離するための分離装置であって、前記粒子はガス流に含まれており、前記分離装置は、
少なくとも１つの乾式気流分離器（１０１）であって、前記乾式気流分離器（１０１）は、回転速度が可変の分離タービンを備え、前記乾式気流分離器（１０１）は、前記分離タービンの回転速度によって決まる粒子サイズに従って、前記ガス流に含まれる前記粒子を選択する、乾式気流分離器（１０１）と、
前記ガス流に含まれる前記粒子を抽出するための抽出装置（１０２）と、
を備え、
前記乾式気流分離器（１０１）及び前記抽出装置（１０２）は、前記乾式気流分離器（１０１）を出たガス流が前記抽出装置（１０２）を循環するように、かつ、前記抽出装置（１０２）を出た前記ガス流が前記乾式気流分離器（１０１）を循環するように、流体連通しており、
粒子を分離するための前記分離装置は、前記乾式気流分離器（１０１）と前記抽出装置（１０２）との間で前記ガス流を循環させるための装置（１０３）をさらに備える、分離装置。

【請求項2】

前記粒子を抽出するための前記抽出装置（１０２）は、バグフィルタを備える、請求項１に記載の分離装置。

【請求項3】

前記粒子を抽出するための前記抽出装置（１０２）は、サイクロン（３０１）及びバグフィルタ（３０２）を備え、前記サイクロン（３０１）及び前記バグフィルター（３０２）は、前記サイクロン（３０１）を出たガス流が前記バグフィルタ（３０２）を循環するように、流体連通している、請求項１に記載の分離装置。

【請求項4】

ガス流を浄化及び／又は脱湿及び／又は脱酸素するための装置（４０１）をさらに備える、請求項１から３のいずれかに記載の分離装置。

【請求項5】

前記抽出装置（１０２）の出口を、乾前記式空気分離装置（１０１）の入口（５０２）に、又は分離された粒子を収集するための装置（５０３）に選択的に接続するための装置（５０１）をさらに備える、請求項１から４のいずれかに記載の分離装置。

【請求項6】

少なくとも２つの乾式気流分離器（１０１、６０１）を備え、
前記少なくとも２つの乾式気流分離器（１０１、６０１）は、上流に位置する一方の前記乾式気流分離器（１０１）から出るガス流が下流に位置する他方の前記乾式気流分離器（６０１）を循環するように互いに流体連通しており、
前記２つの乾式気流式分離器（１０１、６０１）の各々は、回転速度が独立して可変である分離タービンを備え、
前記２つの乾式気流分離器（１０１、６０１）の各々は、前記分離タービンの回転速度によって決まる粒子サイズに従って、前記ガス流に含まれる粒子を選択する、
請求項１から４のいずれかに記載の分離装置。

【請求項7】

下流に配置された前記乾式気流分離器（６０１）の出口を上流に配置された前記乾式気流分離器（１０１）の入口に、又は前記分離された粒子を収集するための装置（６０３）に選択的に接続するための装置（６０２）を備える、請求項６に記載の分離装置。

【請求項8】

選択的付加製造装置（７０１）及び請求項１から７のいずれかに記載の分離装置を備える組立体であって、前記選択的付加製造装置は、前記分離装置を備えるか、又は前記分離装置に接続される、組立体。

【請求項9】

粉末材料を分配するための分配システム（７０２）をさらに備え、前記分配システム（７０２）は、前記分離装置から来る粒子を受け取るように構成されている、請求項８に記載の組立体。

【請求項10】

未使用の粒子を収集するための収集装置（７０３）をさらに備え、前記収集装置（７０３）は、粒子を分離するための前記分離装置の入口に接続されている、請求項８又は９に記載の組立体。

【請求項11】

前記収集装置（７０３）と、前記粒子を分離するための前記分離装置の入口との間に装着された濾過装置（７０４）をさらに備える、請求項８に記載の組立体。

【請求項12】

前記濾過装置（７０４）は、３００μｍから１５００μｍの間のメッシュサイズを有する保護ふるいを備える、請求項１１に記載の組立体。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、付加製造の一般的な分野に関し、より詳細には、物体、例えば金属物体を製造する分野に関する。

【背景技術】

【0002】

選択的付加製造は、粉体材料（例えば、金属又はセラミック粉末）の連続層において選択されたゾーンを固化することによって、３次元物体を作成するものである。固化ゾーンは、３次元物体の連続した断面に対応する。固化は、例えば、エネルギー源を使用して行われる全体的又は部分的な選択的溶融によって層ごとに行われる。

【0003】

粉末、例えば金属粉末は、粒子の集合体で構成されており、最適な製造を実現するために、特にサイズごとに分離する必要がある。
この粒子の分離を行うために、一定のメッシュをもつ物理的ふるいを使用することが知られている。このメッシュは、通常６３μｍ（２３０ＵＳメッシュ）である。
物理的ふるいは、分離される粒子の大きさを調整できないという欠点がある。さらに、ふるい上の粒子の通気性が低いという問題もある。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

従って、本発明は、付加製造及び付加製造装置のための粒子分離装置を提案することでこれらの欠点を改善することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本発明の一般的な目的は、先行技術の制限を解消することである。
詳細には、この目的のために、本発明は、付加製造のための粒子を分離するための分離装置を提案する。粒子は、ガス流に含まれる。分離装置は、少なくとも１つの乾式気流分離器を備え、乾式気流分離器は、回転速度が可変である分離タービンを備える。乾式気流分離器は、分離タービンの回転速度によって決まる粒子サイズに従って、ガス流に含まれる粒子を選択する。また、粒子を分離するための分離装置は、ガス流に含まれる粒子を抽出するための抽出装置を備える。乾式気流分離器及び抽出装置は、乾式気流分離器を出たガス流が抽出装置を循環するように及び抽出装置を出たガス流が乾式気流分離器を循環するように、流体連通している。また、粒子を分離するための分離装置は、気流分離器と抽出装置との間でガス流を循環させるための装置を備える。

【0006】

また、本発明は、選択的付加製造装置及び分離装置を備える組立体を提案する。選択的付加製造装置は、分離装置を備えるか又は分離装置に接続される。

【0007】

１つの実施形態では、組立体は、粉体材料を分配するための分配システムをさらに備え、分配システムは、分離装置から来る粒子を受け取るように構成されている。

【0008】

１つの実施形態では、組立体は、未使用の粒子を収集するための収集装置をさらに備え、収集装置は、粒子を分離するための分離装置の入口に接続されている。

【0009】

１つの実施形態では、組立体は、収集装置と、粒子を分離するための分離装置の入口との間に装着された、濾過装置をさらに備える。

【0010】

１つの実施形態では、濾過装置は、３００μｍから１５００μｍの間のメッシュサイズを有する保護ふるいを備える。
本発明のさらなる特徴及び利点は、単に例示的かつ非限定的であり、添付の図面と合わせて読む必要がある以下の説明から明らかになるであろう。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】分離装置の第１の実施形態を示す。

【図2a】分離タービンを示す。

【図2b】分離タービンの回転速度とタービンによって分離される粒子の直径との間の関係をグラフ形式で示す。

【図3】分離装置の第２の実施形態を示す。

【図4】分離装置の第３の実施形態を示す。

【図5】分離装置の第４の実施形態を示す。

【図6】分離装置の第５の実施形態を示す。

【図7a】選択的付加製造装置の実施形態を示す。

【図7b】選択的付加製造装置の実施形態を示す。

【図8】選択的付加製造装置の実施形態を示す。

【発明を実施するための形態】

【0012】

図１は、粒子、例えば金属粒子を分離するための分離装置の第１の実施形態を示す。粒子は、ガス流に含まれ、付加製造に使用されることが意図されている。この装置は、少なくとも１つの乾式気流分離器１０１を備え、この乾式気流分離器１０１は、回転速度が可変の分離タービンを備え、分離タービンの回転速度によって決まる粒子サイズに従って、ガス流に含まれる粒子を選択する。

【0013】

また、分離器は、ガス流に含まれる粒子を抽出するための抽出装置１０２を備える。
乾式気流分離器１０１及び抽出装置１０２は、乾式気流分離器１０１を出たガス流が抽出装置１０２を循環するように及び抽出装置１０２を出たガス流が乾式気流分離装置１０１を循環するように流体連通している。
また、この分離装置は、ガス流を気流分離器１０１と抽出装置１０２との間で循環させるための装置１０３を有する。

【0014】

分離装置において、乾式気流分離器１０１は、分離器に導入されたガス流からＤｃ１より大きい粒子を除去することにより、第１のサイズＤｃ１より小さい粒子を分離する。ガス流から除去されたＤｃ１より大きい粒子は、乾式気流分離器１０１によって出口１０４を通って排除されることになる。従って、乾式空気分離器１０１の出口において、ガス流は、実質的にＤｃ１より小さいサイズの粒子のみを含むことになる。次に、抽出装置１０２は、ガス流から粒子を抽出することができる。抽出装置１０２によって抽出された粒子は、Ｄｃ１より小さいサイズを有する。気流分離器１０１によって排除された粒子は、Ｄｃ１よりも大きいサイズを有する。

【0015】

この実施形態では、分離装置への粒子、例えば金属粒子の装填は、２つの異なる方法で達成することができる。２つの実線矢印１０５及び１０６は、これらの２つの方法を示し、１０５は、気流分離器１０１の上部を経由し、１０６は、気流分離器１０１のシュート１０７を経由する。
この分離器１０１において、「カットサイズ」として知られる分離される粒子のサイズは、分離タービンの回転速度によって決まることになる。この回転速度は、制御装置によって可変である。

【0016】

このような分離タービンは、図２ａに示されている。図２ｂは、分離タービンの回転速度と、タービンによって分離される粒子の直径との関係を示す。
この装置は、抽出する粒子のサイズを動的に選択できる利点を有する。また、これは、先行技術の装置、特にふるいに基づく装置を使用する場合よりも、粒子の良好な通気、良好な乾燥、及び良好な分離（ｄｅｃｏｈｅｓｉｏｎ）を可能にする。より詳細には、乾式気流分離器は、分離された粒子のサイズを変更することができるという利点と、従来のふるいのように目詰まりしないという利点を有する。

【0017】

１つの実施形態では、ガス流を循環させるための装置１０３は、ファンである。
１つの実施形態では、この粒子を抽出するための装置１０２は、バグフィルタを備える。例えば、目詰まり防止機能を有するバグフィルタを使用することが可能である。
バグフィルタは、ガス流から粒子を抽出するための他のタイプのフィルタよりも良好に機能するという利点を有する。

【0018】

図３に示す１つの実施形態では、この粒子を抽出するための装置１０２は、サイクロン３０１及びバグフィルタ３０２を備える。サイクロン３０１及びバグフィルタ３０２は、サイクロン３０１を出たガス流がバグフィルタ３０２を循環するように、流体連通している。
例えば、目詰まり防止機能を有するバグフィルタを使用することが可能である。

【0019】

サイクロンは、ガス流に混合する固体微粒子をガス流から分離するために、ガス流に急速な回転を与える装置である。
サイクロンは、バグフィルタに加わる応力を低減するという利点を有する。
この実施形態では、分離装置への粒子、例えば金属粒子の装填は、２つの異なる方法で達成することができる。２つの実線矢印１０５及び１０６は、これらの２つの方法を示し、１０５は、気流分離器１０１の上部を経由し、１０６は、気流分離器１０１のシュート１０７を経由する。

【0020】

図４に示す１つの実施形態では、分離装置は、ガス流を浄化及び／又は脱湿及び／又は脱酸素するための装置４０１を備える。浄化及び／又は除湿及び／又は脱酸素のための装置４０１は、不活性ガスの消費を制限することを可能にする。
この実施形態では、分離装置への粒子、例えば金属粒子の装填は、２つの異なる方法で達成することができる。２つの実線矢印１０５及び１０６は、これらの２つの方法を示し、１０５は、気流分離器１０１の上部を経由し、１０６は、気流分離器１０１のシュート１０７を経由する。

【0021】

図５に示す１つの実施形態では、分離装置は、抽出装置１０２の出口を、乾式気流分離器１０１の入口５０２に又は分離された粒子を収集するための装置５０３に選択的に接続するための装置５０１を有する。
乾式気流分離器１０１のこの入口５０２は、場合によっては気流分離装置のシュートとして知られており、循環ガス流の中にすでに存在する粒子と混合し、乾式気流分離器１０１によって処理されることになる粒子の導入を可能にする。

【0022】

抽出装置１０２の出口を乾式気流分離器１０１の入口５０２に選択的に接続することを可能にするこの装置５０１の存在は、ガス流の再循環を保証することができるという利点、従って、湿っている場合を含めて、粒子の良好な分散を保証するという利点を有する。
抽出装置１０２の出口を乾式気流分離器１０１の入口５０２に選択的に接続することを可能にするこの装置５０１は、例えばフラップとすることができる。
この実施形態では、分離装置への粒子、例えば金属粒子の装填は、２つの異なる方法で達成することができる。２つの実線矢印１０５及び１０６は、これらの２つの方法を示し、１０５は、気流分離器１０１の上部を経由し、１０６は、気流分離器１０１のシュート１０７を経由する。

【0023】

図６に示す１つの実施形態では、分離装置は、少なくとも２つの乾式気流分離器１０１及び６０１を有する。
２つの乾式気流分離器１０１及び６０１は、一方の乾式気流分離器１０１から出るガス流が他方の乾式気流分離器６０１を循環するように、互いに流体連通している。
乾式気流分離器１０１及び６０１の各々は、分離タービンを備え、その回転速度は独立して可変である。

【0024】

２つの乾式気流分離器１０１及び６０１の各々は、分離タービンの回転速度によって決まる粒子のサイズに従って、ガス流に含まれる粒子を選択する。
この実施形態では、随意的に、下流に位置する乾式気流分離器６０１の出口を上流に位置する乾式気流分離器１０１の入口に選択的に接続するための装置６０２、又は分離した粒子を収集するための装置６０３を追加することが可能である。
この実施形態は、そのサイズが値の範囲内にある粒子、例えば金属粒子を選択することを可能にする。これは、所定の第１の直径よりも大きい直径を有する粒子、及び所定の第２の直径よりも小さい直径を有する粒子を排除することを可能にする。

【0025】

詳細には、上流の乾式気流分離器１０１は、Ｄｃ１より大きい粒子を分離することにより、第１のサイズＤｃ１より小さい粒子を選択する。次に、下流の乾式気流分離器６０１は、第２のサイズＤｃ２よりも小さい粒子を選択するようにタービン回転数が調整され、Ｄｃ２よりも小さいサイズの粒子を選択する。従って、サイズＤｃ２がサイズＤｃ１より小さい場合、下流の乾式気流分離器６０１によって排除された粒子は、Ｄｃ２とＤｃ１との間のサイズを有することになる。随意的に、乾式気流分離器１０１の入口５０２を通して、Ｄｃ２とＤｃ１との間のサイズを有するこれらの粒子を再循環させることが可能である。この再循環は、乾燥を改善することを可能にする。また、Ｄｃ２とＤｃ１との間のサイズを有するこれらの粒子を、使用のために収集装置６０３の方に向けることも可能である。抽出装置１０２によって抽出された粒子は、Ｄｃ２より小さいサイズを有する。上流の乾式気流分離器１０１によって排除された金属粒子は、Ｄｃ１より大きいサイズを有することになる。

【0026】

金属付加製造粉末への適用において、この実施形態は、小さすぎる金属粒子（典型的には３ミクロン５／１５）を除去することを可能にし、従って、煙霧及び懸濁粒子の生成が少なく、その後のこれらの金属粒子の付加製造装置での使用中にエネルギー源の良好な集束を得ることを可能にする。
この実施形態では、分離装置への粒子、例えば金属粒子の装填は、２つの異なる方法で達成することができる。２つの実線矢印１０５及び１０６は、これらの２つの方法を示し、１０５は、気流分離器１０１の上部を経由し、１０６は、気流分離器１０１のシュート１０７を経由する。

【0027】

本発明の１つの実施形態は、選択的付加製造装置に関する。この選択的付加製造装置は、粒子、例えば金属粒子を分離するための上記で説明したような装置を備える又はその装置に接続される。
従って、選択的付加製造装置及び粒子を分離するための装置は、組立体を形成する。

【0028】

図７ａ及び図７ｂに示される１つの実施形態では、選択的付加製造装置７０１は、粒子、例えば金属粒子を含む粉末材料を分配するためのシステム７０２をさらに備え、この分配システムは、分離装置から粒子を受け取るようになっている。
１つの実施形態では、選択的付加製造装置７０１は、未使用の粒子、例えば未使用の金属粒子を収集するための装置７０３を有し、この収集装置は、粒子、例えば金属粒子を分離するための分離装置の入口に接続されている。好ましくは、選択された入口は、乾式気流分離器の１つの上部となる。

【0029】

１つの実施形態では、濾過装置７０４が、収集装置７０３と分離器１０１の入口との間に装着される。この濾過装置は、例えば、５００μｍの好ましいメッシュサイズを有する保護ふるいである。この濾過装置の存在は、分離器１０１を損傷する可能性のある粗いドロスを貯留するという利点を有する。

【0030】

図８は、このような付加製造装置の実例である。この装置は、以下のものを備える。すなわち、
－付加製造粉末（金属粉末、セラミック粉末など）の様々な層が連続的に堆積され、３次元物体（図では、もみの木の形状の物体８０２）を製造することができる水平プレート８０１などの支持体。
－層形成ローラー又はスプレッダーに製造用粉末を供給するように設計された、粉末材料を分配するための分配システム７０２。分配システム７０２は、計量装置８０３、スライド８０４、及びストリップ８０５を備える。
－粉末、例えば金属粉末をプレート上に分配するための装置８０６。この装置８０６は、例えば、粉末の様々な連続層を分散させるためのスプレッダー８０７及び／又は層形成ローラーを備える（両頭矢印Ａに沿った移動）。
－薄く分散された層を融合するための（完全に又は部分的に）、例えばレーザービーム及び／又は電子ビームを放出する供給源などの、エネルギー源８０９を有する組立体８０８。
－予め記憶された情報（メモリＭ）に応じて装置の様々な構成要素を制御する制御ユニット８１０。
－層が堆積されている間に、プレート８０１の支持体を降下させるための機構８１１（両頭矢印Ｂに沿った移動）。

【0031】

装置の構成要素は、例えば電子ビームが使用される場合、不活性ガス回路及び／又は少なくとも１つの真空ポンプ８１３に接続可能な密閉チャンバ８１２内に配置される。

【符号の説明】

【0032】

１０１ 乾式気流分離器
１０２ 抽出装置
１０３ 装置
１０４ 出口
１０７ シュート

【図1】

【図2-a】

【図2-b】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7-a】

【図7-b】

【図8】