特表 2022-515624 粉末スプレー３Ｄ印刷用のヘッド

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2022-02-21

(54)【発明の名称】粉末スプレー３Ｄ印刷用のヘッド

(51)【国際特許分類】

   B23K 26/14 20140101AFI20220214BHJP

   B33Y 30/00 20150101ALI20220214BHJP

   B23K 26/34 20140101ALI20220214BHJP

   B22F 10/73 20210101ALI20220214BHJP

   B22F 10/25 20210101ALI20220214BHJP

   B22F 12/50 20210101ALI20220214BHJP

   B22F 12/44 20210101ALI20220214BHJP

   B28B 1/30 20060101ALI20220214BHJP

【ＦＩ】

B23K26/14

B33Y30/00

B23K26/34

B22F10/73

B22F10/25

B22F12/50

B22F12/44

B28B1/30

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2021537814

(86)(22)【出願日】2019-12-27

(85)【翻訳文提出日】2021-06-25

(86)【国際出願番号】 EP2019087112

(87)【国際公開番号】W WO2020136268

(87)【国際公開日】2020-07-02

(31)【優先権主張番号】1874350

(32)【優先日】2018-12-28

(33)【優先権主張国・地域又は機関】FR

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【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】セバル ジャン－リュック

(72)【発明者】

【氏名】カドュー ギヨーム

【テーマコード（参考）】

4E168

4G052

4K018

【Ｆターム（参考）】

4E168BA35

4E168BA81

4E168BA86

4E168BA87

4E168FA01

4E168FB03

4G052DA02

4G052DB12

4G052DC06

4K018AA03

4K018AA06

4K018AA07

4K018AA10

4K018AA14

4K018AA24

4K018AA33

4K018BA02

4K018BA03

4K018BA04

4K018BA08

4K018BA13

4K018BA17

(57)【要約】

本発明は、積層造形機械用の粉末分配ヘッド（１）に関し、上記ヘッド（１）は、
高エネルギービームが溶融ポイントに向かって通過できるように設計された貫通開口部と、
貫通開口部の周りに均一に分布し溶融ポイントに向かって収束するＮ個の粉末搬送ダクトを含む本体（２）と、
を備え、
分配ヘッド（１）は更に、貫通開口部の周りに均一に分布された粉末入口及びＮ個の粉末出口を有する粉末分配チャンバを含む分配部材（３）を備え、本体（２）及び分配部材（３）は、本体（２）に対する分配部材（３）の相対位置に従って、それぞれの粉末搬送ダクトに対して粉末出口を流体接続又は接続解除するように、互いに対して移動することができるように構成されている。
【選択図】図１１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

積層造形機械用の粉末分配ヘッド（１；５；８）であって、
高エネルギービーム（Ｌ）を溶融ポイントに向かって通過できるように設計された貫通開口部（Ｏ）と、
前記溶融ポイントに向かうＮ個の粉末搬送ダクト（２１；９２）を含み、該ダクトが前記貫通開口部（Ｏ）の周りに均一に分布し且つ前記溶融ポイントに向かって収束する、本体（２；６；９）と、
を備え、
前記分配ヘッド（１；５；８）が更に、少なくとも１つの粉末分配チャンバ（３１，３２；７１，７２；１０１，１０２））を含む分配部材（３；７；１０）を備え、当該少なくとも１つの粉末分配チャンバ（３１，３２；７１，７２；１０１，１０２））は、ガスによって輸送される粉末用の入口（３１１、３２１；３１１、３２１；３１１、３２１；７１１、７２１；１０１１、１０２１）と、各粉末出口がそれぞれの粉末搬送ダクト（２１；９２）に接続できるようにされた、前記貫通開口部（Ｏ）の周りに均一に分布されたＮ個の粉末出口（３１２；１０２２）と、を有し、
前記本体（２；６；９）及び前記分配部材（３；７；１０）が、本体（２；６；９）に対する前記分配部材（３；７；１０）の相対位置に応じた粉末搬送ダクト（２１；９２）に対し前記粉末出口（３１２、３２２；１０２２）を流体接続又は接続解除するように、互いに対して移動できるように構成されており、前記Ｎが２以上である、粉末分配ヘッド。

【請求項2】

前記分配部材が、
貫通開口部（Ｏ）の周りに均一に分布している第１の粉末入口（３１１；７１１；１０１１）及びＮ個の第１の粉末出口（３１２）を有する第１の粉末分配チャンバ（３１；７１；１０１）と、
第２の粉末入口（３２１；７２１；１０２１）及びＮ個の第２の粉末出口（３２２；１０２２）を有する第２の粉末分配チャンバ（３２；７２、１０２）と、
を含み、
前記本体（２；９）及び前記分配部材（３；１０）は、前記第１の粉末出口（３１２）又は前記第２の粉末出口（３２２；１０２２）がそれぞれの前記粉末搬送ダクト（２１；９２）に流体接続される少なくとも１つの位置を有する、請求項１に記載の粉末分配ヘッド。

【請求項3】

前記分配部材が、
前記貫通開口部（Ｏ）の周りに均一に分布している第１の粉末入口（７１１）及びＮ個の第１の粉末出口を有する第１の粉末分配チャンバ（７１）と、
第２の粉末入口（７２１）及びＮ個の第２の粉末出口を有する第２の粉末分配チャンバ（７２）と、
を含み、前記分配部材（７）が更に、第１の粉末出口及び第２の粉末出口を共通の粉末搬送ダクト（２１）に同時に接続する１又は２以上の粉末混合手段を含む、請求項１に記載の粉末分配ヘッド（５）。

【請求項4】

前記本体（２；９）は、前記粉末を再循環容器（ＲＡ、ＲＢ）に除去するように構成された粉末リサイクル回路（２２、２３）を更に含み、
前記分配部材（３；１０）は、前記第１の粉末出口（３１２）又は前記第２の粉末出口（３２２）が前記搬送ダクト（２１）から接続解除されたときに、前記第１の粉末出口（３１２）又は前記第２の粉末出口（３２２）を前記リサイクル回路（２２、２３）に流体接続するように構成されている、請求項２に記載の粉末分配ヘッド。

【請求項5】

前記本体は、粉末（ＰＡ、ＰＢ）をそれぞれのリサイクル容器（ＲＡ、ＲＢ）に除去するように各々が構成された２つのリサイクル回路（２２、２３）を含み、前記第１の出口（３１１）及び前記第２の出口（３２２）が、前記粉末搬送ダクト（２１）から接続解除されたときに、前記第１の出口（３１１）及び前記第２の出口（３２２）がそれぞれの前記リサイクル回路（２２、２３）に接続されるように構成されている、請求項４に記載の粉末分配ヘッド。

【請求項6】

前記分配部材は更に、ガス入口（３３１）及びＮ個のガス出口（３３２）を有するパージガス分配チャンバ（３３）を含み、
前記本体（２）及び前記分配部材（３）は、前記ガス出口（３３２）が前記粉末搬送ダクト（２１）、前記第１のリサイクル回路（２２）、又は前記第２のリサイクル回路（２３）に流体接続される少なくとも１つの位置を有する、請求項４又は請求項５に記載の粉末分配ヘッド。

【請求項7】

前記本体（９）は、前記粉末出口（１０２２）と流体連通するように設計され且つ前記溶融ポイントに向かって前記第１の粉末（ＰＡ）又は前記第２の粉末（ＰＢ）を搬送するように構成されたＮ個の外部粉末搬送ダクト（９２）を含む、請求項２、又は４から６の何れか１項に記載の粉末分配ヘッド（８）。

【請求項8】

前記本体は、前記貫通開口部（Ｏ）の周りに均一に分布し且つ前記溶融ポイントに向かって収束するＮ個の粉末搬送ダクト（２１）を含み、前記第１のリサイクル回路（２２）及び前記第２のリサイクル回路（２３）は各々、粉末搬送ダクト（２１）の入口（２１１）に各々隣接するＮ個の入口（２２１；２３１）を有し、
前記第１及び第２の粉末分配チャンバ（３１、３２）並びに前記ガスチャンバ（３３）は各々、Ｎ個の出口（３１３；３２２；３３２）をリング上に分布させ、前記Ｎ個の出口（３１３；３２２；３３２）の各々が前記本体のＮ個の入口（２１１；２２１；２３１）の１つに面するようになり、前記Ｎは２以上である、請求項６に記載の粉末分配ヘッド（１）。

【請求項9】

液体入口（２４１）と液体出口（２４２）との間で液体冷却剤を循環させるように構成された冷却回路（２４）を更に備える、請求項１～８の何れか１項に記載の粉末分配ヘッド（１；５；８）。

【請求項10】

前記ヘッドが積層造形によって得られ、前記冷却回路は、前記本体（２）の様々な外部及び内部部分を通過する組み込みネットワークの形態である、請求項１～９の何れか１項に記載の粉末分配ヘッド（１；５；８）。

【請求項11】

請求項１～１０の何れか１項に記載の粉末分配ヘッド（１；５；８）を備える粉末噴射積層造形機械。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、３Ｄ印刷を使用する製造分野に関するものであり、自動車分野又は航空分野などの多くの技術分野で採用されている。

【背景技術】

【0002】

より具体的には、本発明は、粉末噴射３Ｄプリンターのヘッド、及びこのようなヘッドを含むプリンターに関する。

【0003】

積層造形又は３Ｄ印刷は、デジタルモデルに基づいて、例えば金属又はプラスチック材料などの材料の層を重ね合わせることによって、物体を製造できるようにする方法の集合を意味する。

【0004】

この製造プロセスにより、材料の除去を伴う従来の機械加工技術を使用して作成できるものよりも複雑な形状を作成することができる。

【0005】

粉末噴射積層造形は、最も有望な積層造形技術の１つである。この技術は、例えばレーザービームなどの高エネルギービームを使用して１又は２以上の粉末を溶融し、十分に制御された寸法の堆積物を設けることからなる。材料の層を連続して積み重ねて、機能的技術部品を生成する。

【0006】

更に、この技術は、材料の除去が、例えば、完成部品の８０％程に達する可能性がある従来の機械加工と比較して、材料の節減を可能にする。

【0007】

粉末噴射３Ｄプリンターは、粉末を粉末搬送ダクトに分配する粉末ディスペンサーを介して少なくとも１つの粉末供給源に接続された印刷ヘッドを有する。粉末は、例えば、アルゴンなどのキャリアガスのストリーム中に搬送され、溶融ポイントに運ばれて、例えばレーザービームなどのビームによって溶融されることになる。

【0008】

従来技術の既知の３Ｄプリンターでは、ディスペンサーの設置は、スペース及び保守上の理由から、一般的に機械チャンバの外側で印刷ヘッドから離れている。

【0009】

これは、搬送ダクトがかなり長いことを意味し、開始から粉末の到着までの応答時間が極めて長くなる。この応答時間は、レーザーショットなしでは印刷ヘッドの２つの動きの間の粉末の流れを止めることができないので、有害である。従って、これにより、構成要素の製造中の粉末の大幅な損失を引き起こす可能性がある。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

本発明の目的は、粉末損失を制限することができる粉末分配ヘッド及びこのような分配手段を備えた３Ｄ製造機械を提案することによって、上記の問題に対する解決策を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0011】

この目的のために、本発明の１つの主題は、積層造形機械用の印刷ヘッドとしても知られる粉末分配ヘッドであり、上記ヘッドは、
－溶融ポイントにつながる少なくとも１つの粉末搬送ダクトを含み、製造が行われている基板上に実質的に配置することができる本体と、
－粉末と相互作用するために、高エネルギービームが溶融ポイントに向かって通過できるように設計された貫通開口部と、
を含む。

【0012】

高エネルギービームは、例えば、レーザービームである。

【0013】

本発明によれば、上記分配ヘッドは更に、第１の粉末入口及び少なくとも１つの第１の粉末出口を有する少なくとも第１の粉末分配チャンバを含む分配部材を備え、本体及び分配部材は、互いに相対移動して、本体に対する上記分配部材の相対位置に従って粉末搬送ダクトに対して第１の粉末出口を流体的に接続又は接続解除するように構成されている。この相対移動は、例えば、一方が他方に対して並進又は回転移動とすることができる。

【0014】

従って、分配部材が印刷ヘッドから離れている既知のプリンターとは異なり、本発明によれば、粉末分配部材は、３Ｄ印刷ヘッド内に含まれる。これにより、粉末を溶融ポイントまで運ぶ粉末搬送ダクトの長さが大幅に短縮される。

【0015】

更に、ヘッド本体と分配部材との間の相対移動のお陰で、レーザーが遮断されたときに粉末の供給を迅速に遮断することができる。これにより、粉末が大幅に節減される。

【0016】

１つの実施形態によれば、分配部材は、
－第１の粉末入口及び少なくとも１つの第１の粉末出口を有する第１の粉末分配チャンバと、
－第２の粉末入口及び少なくとも１つの第２の粉末出口を有する第２の粉末分配チャンバと、
を含むことができる。

【0017】

本体及び分配部材は、第１の粉末出口又は第２の粉末出口が粉末搬送ダクトに流体接続される少なくとも１つの位置を有する。

【0018】

従って、複数材料構成要素を製造するために、第１の粉末から異なる種類の第２の粉末に切り替えることが可能である。

【0019】

有利には、分配部材は、第１のチャンバから出るある割合の第１の粉末と、第２のチャンバから出るある割合の第２の粉末とから構成される混合物を粉末搬送ダクトに送るように構成された混合手段を備える。

【0020】

これにより、粉末の混合物で構成される物体の製造が可能になる。更に、ＰＡとＰＢの２つの粉末の比例計量により、製造中にＰＡ及びＰＢの濃度を変更することで特性を変更できる構成要素の製造が可能になる。

【0021】

有利なことに、本体は更に、粉末をリサイクル容器に除去するように構成された粉末リサイクル回路を含み、分配部材は、第１の粉末出口又は第２の粉末出口が搬送ダクトから接続解除されたときに、第１の粉末出口又は第２の粉末出口をリサイクル回路に流体接続するように構成される。

【0022】

これは、粉末をリサイクルすることができ、キャリアガスの一定の流れを維持して、粉末の残留物がダクト内に沈殿するのを防ぐことができることを意味する。

【0023】

１つの実施形態によれば、本体は、粉末をそれぞれのリサイクル容器に除去するように各々が構成された２つのリサイクル回路を含み、第１の出口及び第２の出口は各々、粉末搬送ダクトから切り離されたときに、それぞれのリサイクル回路に接続されるように構成される。

【0024】

従って、２つの粉末をリサイクルすることができる。

【0025】

有利には、分配部材は更に、パージガス、ガス入口と少なくとも１つのガス出口とを有する、好ましくはアルゴンなどの純ガス用のパージガス分配チャンバを含み、本体及び分配部材は、ガス出口が粉末搬送ダクト、第１のリサイクル回路又は第２のリサイクル回路に流体接続されている少なくとも１つの位置を有する。

【0026】

パージガスにより、様々な回路、特に第１チャンバ及び第２チャンバから粉末残留物をパージすることができる。

【0027】

１つの実施形態によれば、本体は、粉末出口と流体連通するように設計され且つ第１の粉末又は第２の粉末を溶融ポイントに向かって運ぶように構成された外部粉末搬送ダクトを含むことができる。

【0028】

これにより、印刷ヘッド内部の主搬送ダクトを介して通過することなく粉末を注入することが可能となる。具体的には、積層造形ヘッドは、レーザービームに関連する熱と、製造プロセスにおいて構成要素から放出される放射線に晒される。従って、第１の粉末が高い入熱を必要とし、第２の粉末が必要としない場合、第１の粉末は主搬送ダクトを介して注入され、第２の粉末は、外部ダクトを介して注入される。これにより、第２の粉末を不必要に加熱することなく溶融池に含めることができる。

【0029】

有利には、粉末分配ヘッドは、上記流体用の入口と出口との間で冷却流体、例えば液体を循環させるように構成された冷却回路を更に備える。

【0030】

液体を使用した冷却により、ヘッドの良好な冷却が保証される。ヘッド本体に熱が伝わり、ヘッドの先端が極めて細かくて脆弱であるので、スラグの付着効果が加速し、従って、粉末の集束した流れが劣化する。

【0031】

ヘッド内の水循環ネットワークは、内部機械部品及びシールのための熱シールドを構成し、特に本体は、冷却システムと交換するための極めて高い表面積の恩恵を受けることができる。

【0032】

本発明の１つの実施形態によれば、本体は円錐形を有し、貫通開口部は、円錐のベースと頂点との間に配置されている。

【0033】

本発明の別の実施形態によれば、分配部材は、円錐のベースと協働するように設計されたリングの形状を有し、これに対して回転することができる。

【0034】

有利なことに、貫通開口部は円錐の軸を通過する。この場合、コーンのベースに対するリングの回転は、コーンの軸を中心に行うことができる。

【0035】

有利なことに、本体は、貫通開口部の周りに均一に分布し、溶融ポイントに向かって収束するＮ個の粉末搬送ダクトを含む。Ｎは２以上とすることができる。

【0036】

有利には、第１及び／又は第２のリサイクル回路は、粉末搬送ダクトの入口に隣接するＮ個の入口を有する。

【0037】

有利には、第１及び／又は第２の粉末分配チャンバ及び／又はガスチャンバは、リング上に均一に分布されたＮ個の出口を有する。

【0038】

上記の特定の特徴を組み合わせた１つの実施形態によれば、積層造形機械用の粉末分配ヘッドは、
－高エネルギービームが溶融ポイントに向かって通過できるように設計された貫通開口部と、
－溶融ポイントに向かってつながるＮ個の粉末搬送ダクトを含む本体と、
を備え、上記ダクトは、貫通開口部の周りに均一に分布し、溶融ポイントに向かって収束する。

【0039】

分配ヘッドは更に、粉末（粉末はガスによって輸送される）用の入口と、貫通開口部の周りに均一に分布されるＮ個の粉末出口と、を有する少なくとも１つの粉末分配チャンバを含む分配部材を備えることができ、各粉末出口は、それぞれの粉末搬送ダクトに接続されるようにされ、本体及び分配部材は、上記の分配部材の本体に対する相対位置に従って粉末搬送ダクトに対して粉末出口を流体接続又は接続解除するように、互いに対して移動できるように構成され、Ｎは２以上である。

【0040】

複数の粉末搬送ダクト及び複数の粉末出口は、粉末が溶融ポイントまで均一に分配及び搬送されて、より良好に溶融することができることを意味する。具体的には、分配チャンバにより、粉末が粉末出口を介して搬送ダクトの上流に分配することが可能にされ、その後、粉末はそれぞれの搬送ダクトによって搬送され、レーザービームの周囲に分配されるように溶融ポイントに到達し、溶融ポイントに極めて迅速に到達することができる。

【0041】

この構成は、従来技術の既知の積層造形ヘッドと比較して有利である。具体的には、既知の積層造形ヘッドでは、粉末搬送ダクトの上流に分布がなく、粉末は単一の経路を介して到着する。この場合、粉末はリング状のくぼみを介して本体内に分配され、次に集束コーン又は同心ノズルに分配される必要がある。この分配には十分なバッファー量が必要であり、焦点で均一な流れを得るのに必要な応答時間が大幅に長くなる。従って、このシステムでは、「一時停止」時間を観察して粉末の均一な流れを確保する必要があり、この結果、粉末の損失と時間の損失につながる。

【0042】

１つの実施形態によれば、分配部材は、
－貫通開口部の周りに均一に分布している第１の粉末入口及びＮ個の第１の粉末出口を有する第１の粉末分配チャンバと、
－第２の粉末入口及びＮ個の第２の粉末出口を有する第２の粉末分配チャンバと、
を備えることができ、本体及び分配部材が、第１の粉末出口又は第２の粉末出口がそれぞれの粉末搬送ダクトに流体接続される少なくとも１つの位置を有する。

【0043】

更に別の実施形態によれば、分配部材は、
－貫通開口部の周りに均一に分布された第１の粉末入口及びＮ個の第１の粉末出口を有する第１の粉末分配チャンバと、
－第２の粉末入口及びＮ個の第２の粉末出口を有する第２の粉末分配チャンバと、
を備え、分配部材は、第１の粉末出口及び第２の粉末出口を共通の粉末搬送ダクトに同時に接続する１又は２以上の粉末混合手段を更に備える。

【0044】

有利には、第１の粉末出口及び第２の粉末出口から構成される各ペアは、混合手段によってそれぞれの粉末搬送ダクトに接続することができる。

【0045】

別の実施形態によれば、
－本体は、貫通開口部の周りに均一に分布し、溶融ポイントに向かって収束するＮ個の粉末搬送ダクトを含み、第１のリサイクル回路及び第２のリサイクル回路は各々が、粉末搬送ダクトの入口に隣接するＮ個の入口を有し、
－第１及び第２の粉末分配チャンバとガスチャンバが各々、リング上に分配されたＮ個の出口を有し、Ｎ個の出口の各々が、本体のＮ個の入口の１つに面して、Ｎは２以上である。

【0046】

搬送ダクトと粉末出口が複数であることは、粉末を溶融ポイントまで均一に分配及び搬送できることを意味する。言い換えれば、粉末は、レーザービームの周りに分布するように溶融ポイントに達し、この粉末のより良い溶融を可能にする。

【0047】

粉末分配ヘッドは、有利には、３Ｄ印刷を使用して製造することができる。この場合、粉末分配ヘッドは、様々な外部及び内部本体部分を通過することにより、本体の全てのレベルで機能する組み込み冷却ネットワークを備えることができる。

【0048】

ヘッドが一般に冷却カラーを備えている既知のシステムとは異なり、本発明による冷却システムは、本体全体を内側及び外側に通過する冷却ダクトのネットワークである。これにより、外側に向けて熱シールドを生成することを可能にし、部材の内部冷却を確保する。

【0049】

本発明はまた、上記の説明による粉末分配ヘッドを備えた粉末噴射積層造形機械に関する。

【0050】

上記の実施形態の特徴は、別々に又は一緒に、或いは様々に組み合わせて考慮することができる。

【0051】

添付図面を参照した以下の説明を読むことにより、本発明はよりよく理解され、更なる特徴及び利点が明らかになるであろう。

【図面の簡単な説明】

【0052】

【図1】従来技術による既知の３Ｄ印刷設備の概略及び部分図である。

【図2】本発明によるプリントヘッドの全体図である。

【図3】図２による分配部材を示す図である。

【図4】図２によるヘッド本体の主要部分を示す図である。

【図5】図３の分配部材の垂直断面図である。

【図6】図４の主本体の垂直断面図である。

【図7】図２による印刷ヘッドの垂直断面図である。

【図8】本発明による印刷ヘッド本体の分解図である。

【図9】図２のヘッドの変形形態である。

【図10】図２のヘッドの変形形態である。

【図11】２つの粉末を混合するための手段を備えた印刷ヘッドの断面図である。

【図12】低温状態で粉末の混合物を作成できる、図１１のヘッドの変形形態を示している。

【図13】低温状態で粉末の混合物を作成できる、図１１のヘッドの変形形態を示している。

【発明を実施するための形態】

【0053】

図１は、従来技術の既知の粉末噴射３Ｄ印刷設備の例を示している。この設備は、粉末ＰＡの第１の供給源Ａ及び粉末ＰＢの第２の供給源Ｂに接続された印刷ヘッドＴを備える。物体Ｍを製造するために、搬送ダクトＰは、レーザー源Ｌによって放出されたビームがこれらの粉末を別々に又は混合物の形で溶融する溶融ポイントＦまで粉末ＰＡ、ＰＢを搬送する。各粉末はキャリアガスにより搬送される場合、リサイクルシステムにより、未使用の粉末ＰＡ、ＰＢをそれぞれの粉末回収容器ＲＡ、ＲＢに回収することが可能となる。

【0054】

図示されていない他の例では、施設は、単一材料施設とすることができ、或いは、より多くの粉末供給源を含むこともできる。

【0055】

この施設はまた、パージガスＧの供給源、並びにスイッチオーバーシステムＣとしても知られる粉末分配システムを含む。このシステムにより、粉末ＰＡ、ＰＢの供給源Ａ、Ｂ、及びガス供給源Ｇを搬送ダクトＰ又は粉末回収容器ＲＡ、ＲＢに接続及び接続解除することができるようになる。

【0056】

この設備は、最終的に、印刷ヘッドＴを移動させるための移動システムＺと、特に製造中に平面Ｘ、Ｙの２つの方向に物体Ｍを移動させるように設計された移動システムＤとを備える。最後に、制御システムＣＴは、施設を制御する。

【0057】

施設はまた、粉末ＰＡ及びＰＢを計量するための、図示されていない装置を含むことができる。

【0058】

粉末は、炭素鋼及びステンレス鋼などの金属粉末、又は何れかの金属合金、例えば、ニッケル基、コバルト基、チタン、銅又はアルミニウムの合金、セラミック、金属間化合物、並びにポリマー又は他の複合材料とすることができる。粉末は、完全な構成要素の製造、摩耗した構成要素の補修、又は金属構成要素の表面コーティングをするために、別々に又は別個の層で使用できる。

【0059】

更に、図示の例では、粉末分配システムは施設内にあるが、ヘッドＴから離れている。しかしながら、ほとんどの既知の３Ｄプリンターでは、粉末分配システムはプリンターの外部にある。

【0060】

図２は、本発明の第１の実施形態による粉末分配ヘッド１の全体図を示している。ヘッド１は、全体が円錐形の本体２と分配部材３とを備える。

【0061】

図３は、分配部材３の第１の例示的な実施形態を示している。この例示的な実施形態では、分配部材３はリングの形態である。

【0062】

図示されていない他の例示的な実施形態では、分配部材は、リングの形状とは異なる形状を有することができる。例えば、分配部材は、円盤状又は矩形形状とすることができる。

【0063】

図４は、ボディ２の部分図を示す。より具体的には、図４は、本明細書の残りの部分で本体２Ａと呼ばれる本体の一部を示している。

【0064】

図示の例の主本体２Ａは、全体が円筒形であり、分配部材３のリングを受け入れることを目的としたリングの形態のボア２０を有する。図１を参照して説明したように、本体は、レーザービームＬが通過する貫通開口部Ｏも有する。

【0065】

図２に示すようにヘッドが組み立てられるとき、分配部材３のリングは、主本体２Ａと接触している。より具体的には、リングは、主本体２Ａのボア２０に挿入される。２つの構成要素２Ａ及び３は、リングが主本体に対して回転できるように、又はその逆に、リングが固定されている場合、リングに対して回転するのは主本体であるように配置されている。

【0066】

図５は、リング３の回転軸を通過する垂直断面図を示している。図示されるように、リング３は、第１の粉末ＰＡを分配することを目的とした環状の第１のチャンバ３１を有する。第１のチャンバ３１は、第１の粉末ＰＡの供給源に接続されることを意図した粉末入口３１１を有する。また、第１のチャンバ３１は、粉末ＰＡを分配することを可能にする複数の粉末出口３１２を有する。

【0067】

リング３はまた、第２の粉末ＰＢを分配することを目的とした第２のチャンバ３２を有する。第２のチャンバ３２は、第２の粉末ＰＢの供給源に接続されることを意図した粉末入口３２１を有する。これはまた、第２の粉末ＰＢを分配することを可能にする複数の粉末出口３２２を有する。

【0068】

リング３は更に、アルゴンなどのパージガスＧを分配することを目的とした第３のチャンバ３３を有する。第３のチャンバ３３は、パージガス供給源に接続することを目的としたガス入口３３１を有する。第３のチャンバ３３はまた、パージガスＧを分配することを可能にする複数のガス出口３３２を有する。

【0069】

３つのチャンバ３１、３２、３３の出口は、３つの連続する出口の各セットが、第１のチャンバ３１の第１の出口３１２、第２のチャンバ３２の第２の出口３２２、及び第３チャンバの３３の第３の出口３３２を含む必要があるように均一に配置される。

【0070】

図６は、図４の主本体２Ａを通り、その中心軸を実質的に通過する垂直断面図を示している。

【0071】

主本体２Ａは、溶融ポイントまで粉末を運ぶ複数の粉末搬送ダクト２１を有する。各ダクト２１は、粉末出口３１２、３２２又はガス出口３３２に面するように設計された入口２２１を有する。これらのダクト２１の１つが図６に表示されている。

【0072】

主本体２Ａはまた、粉末をリサイクル容器ＲＡ、ＲＢにそれぞれ除去するように構成された２つの粉末リサイクル回路２２、２３を備える。

【0073】

第１のリサイクル回路２２は、図４に示されるように、複数の入口２２１及び出口２２２を有する。第２のリサイクル回路２３は、図４に示すように、複数の入口２３１及び出口２３２を有する。出口２２２及び２３２は、それぞれリサイクルコンテナＲＡ、ＲＢに接続することを目的としている。

【0074】

有利には、粉末搬送ダクト２１の数、及び各リサイクル回路２２、２３の入口２２１、２３１の数は、粉末出口３１２、３２２の数及びガス出口３３２の数に等しい。搬送ダクト２１及びリサイクル回路２２、２３の入口２１１、２２１、２３１は均一に配置されており、３つの連続する入口の各セットは、搬送ダクトの入口２１１、第１のリサイクル回路の入口２２１及び第２のリサイクル回路の入口２３１を含まなければならない。

【0075】

一例として、分配リング３が本体２に対して回転するとき、以下の構成が可能である。

【0076】

構成１：第１の粉末ＰＡの注入。
－粉末ＰＡの各第１の出口３１２は、粉末搬送ダクト２１に流体接続されている。この場合、構成要素は第１の粉末ＰＡに基づいて製造される。
－各第２の粉末出口３２２は、第２の粉末ＰＢをリサイクルするために、第２のリサイクル回路２３の入口２３１に接続されている。
－各ガス出口３３２は、第１の粉末ＰＡの残留物をこの回路からパージするように、第１のリサイクル回路２２の入口２２１に接続され、この残留物は容器ＲＡに送られる。

【0077】

代替の使用法によれば、粉末ＰＢが必要でない場合、その供給を遮断することができる。

【0078】

構成２：第２の粉末ＰＢの注入。
－粉末ＰＢの各第２の出口３２２は、粉末搬送ダクト２１に流体接続されている。この場合、構成要素は第２の粉末ＰＢに基づいて製造される。
－粉末ＰＡの各第１の出口３１２は、第１の粉末ＰＡをリサイクルするために、第１のリサイクル回路２２の入口２２１に接続されている。
－各ガス出口３３２は、第２の粉末ＰＢの残留物をこの回路からパージするように、第２のリサイクル回路２３の入口２３１に接続され、この残留物は、容器ＲＢに送られる。

【0079】

代替の使用法によれば、粉末ＰＡが不要な場合、その供給を遮断することができ、回路がパージされるとすぐにリサイクルガスを遮断することができる。

【0080】

構成３：粉末の注入を遮断する。
－各ガス出口３３２は、粉末搬送ダクト２１に流体接続されている。この場合、溶融ポイントでの粉末の注入が遮断される。
－粉末ＰＡの各第１の出口３１２は、第１の粉末ＰＡをリサイクルするために、第１のリサイクル回路２２の入口２２１に接続することができる。
－各第２の粉末出口３２２は、第２の粉末ＰＢをリサイクルするために、第２のリサイクル回路２３の入口２３１に接続することができる。

【0081】

図４及び図６に示されるように、主本体２Ａはまた、液体入口２４１と液体出口２４２との間で液体冷却剤を循環させるように構成された冷却回路２４を含むことができる。

【0082】

同様に任意選択的に、主本体は、貫通開口Ｏにガスのストリームを供給するためのダクト２７を含むことができる。このガスのストリームは、粉末が貫通開口部Ｏに引き戻されるのを防ぐのに役立つ。

【0083】

主本体はまた、溶融ポイントにガスのストリームを供給する供給ダクト２８を含むことができる。このガスのストリームは、特に粉末がポイントに過度に狭く集束しないようにすることで、粉末により覆われる領域のサイズを適合化するのに役立つ。これは、レーザービームによる粉末のより良好な溶融に寄与する。

【0084】

図７は、図２から６に示される印刷ヘッド１の垂直断面を示している。この図は、上記のように、分配部材３を備えた本体２のレイアウトを示している。

【0085】

図７の実施形態では、図８にも示されているように、本体２は、円錐形の全体形状であり、３つの部分：
－コーンのベース２５及び粉末搬送ダクト２１の上部２１Ａを含む本体２Ａ；
－粉末搬送ダクト２１の下部２１Ｂを含む、円錐形の中間本体２Ｂ；及び
－中間本体２Ｂを本体２Ａに固定し、円錐２６の頂点を形成する外側本体２Ｃ
を含む。

【0086】

この有利な構成により、既存のモデルと比較して、印刷ヘッドの保守が簡素化される。

【0087】

図９は、本発明による３Ｄ印刷ヘッドの変形形態を示している。９０°の肘部を備えたこのヘッド１’は、主に、チューブＴＢ、特に内径が１００ミリメートル以上であるチューブの内部を補修するために材料を付加することを目的としている。

【0088】

上記の印刷ヘッド１と比較した主な相違点は、分配部材３の上方に位置する従来技術から知られている接続及び他の構成要素の高さを低減する９０°の肘部を有するその形状にある。これらの接続は、主に分配部材３の片側に配置されている。これによりチューブ内への挿入が容易となる。

【0089】

より具体的には、ヘッド１’は、レーザービームＬを溶融ポイントに向けて反射することができるミラーＭＲを備える。

【0090】

図１０は、図９の３Ｄ印刷ヘッド１’の変形形態を示している。ヘッド１”は更に、ヘッド１”のベース上にクイックカップリングシステムＣＲを備えている。このクイックカップリングシステムＣＲにより、ヘッドの迅速な保守及び交換が可能となる。

【0091】

図１１は、ヘッド５が、図２のヘッド１の本体２と実質的に同様の本体６を含む第２の実施形態を示している。主な相違点は、分配部材７にある。図１１に示す例では、分配リング７は、それぞれ粉末入口７１１、７２１を有する２つの分配チャンバ７１、７２を含む。また、分配リング７は、第１のチャンバ７１から離れる第１の粉末ＰＡの割合と第２のチャンバ７２から離れる第２の粉末ＰＢの割合とから構成される混合物を粉末搬送ダクト２１に送るように構成された混合手段を備える。

【0092】

混合手段は、例えば、一方が第１のチャンバ７１に接続され、他方が第２のチャンバ７２に接続されて、粉末搬送ダクト２１の入口２１１に向かって収束した（交差収束）カナルのペアを含むことができる。

【0093】

２つの粉末ＰＡ、ＰＢの比例計量により、粉末ＰＡ及びＰＢの濃度に応じて可変である、部品の製造が可能になる。

【0094】

この場合、粉末ＰＡ及びＰＢを計量するための、図示されていない装置が、ヘッド５の外側に提供される。

【0095】

図示されていない実施形態では、３つ以上の粉末の比例混合物が使用される。

【0096】

図１２及び１３は、粉末の混合物の作成を可能にする図１１のヘッドの変形形態を示しており、これらの粉末の混合物は、外部ダクト９２を通過するため、それほど強く加熱されない。

【0097】

或いは、外部ダクト９２のみに粉末が供給される。

【0098】

粉末分配ヘッド８は、本体９及び分配部材１０を備える。

【0099】

分配部材１０は、前述のヘッド５の分配部材７と実質的に同様である。分配部材１０は、粉末の混合物を粉末搬送ダクト２１に運ぶことを可能にする混合手段を含まないという点で異なる。

【0100】

分配部材１０は、粉末入口１０１１及び１又は２以上の粉末出口（図１３には見えない）を備えた第１の粉末分配チャンバ１０１を含み、これらの各々は、第１の粉末ＰＡを粉末搬送ダクト２１に注入することを意図している。分配部材１０はまた、粉末ＰＢのための入口１０２１及び１又は２以上の粉末出口１０２２を備えた第２の粉末分配チャンバ１０２を備える。

【0101】

本体９は、図１１を参照して説明した本体６と同様である。本体９は、主本体９Ａ、中間本体９Ｂ、外側本体９Ｃを備える。主本体９Ａは更に、出口１０２２を本体９Ａの周辺に接続することを可能にする内部ダクト９１を備える。

【0102】

本体９は更に、例えば、主本体の周りにねじ止めされるリングの形態の追加本体９Ｄを備える。追加本体９Ｄは、内部ダクト９１を介して粉末出口１０２２と流体連通するように設計された粉末搬送外部ダクト９２を備える。このようにして、第２の粉末ＰＢは、外部ダクト９２を介して溶融ポイントに運ばれ、混合され冷却されて溶融池に入る。

【符号の説明】

【0103】

５ 粉末分配ヘッド
６ 本体
７ 分配部材
２１ 粉末搬送ダクト

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【国際調査報告】