特表 2024-529867 粉体調整装置

(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】2024-08-14

(54)【発明の名称】粉体調整装置

(51)【国際特許分類】

   B22F 12/55 20210101AFI20240806BHJP

   B29C 64/135 20170101ALI20240806BHJP

   B29C 64/214 20170101ALI20240806BHJP

   B29C 64/268 20170101ALI20240806BHJP

   B29C 64/321 20170101ALI20240806BHJP

   B33Y 10/00 20150101ALI20240806BHJP

   B33Y 30/00 20150101ALI20240806BHJP

   B22F 10/28 20210101ALI20240806BHJP

   B22F 10/73 20210101ALI20240806BHJP

   B22F 12/67 20210101ALI20240806BHJP

   B22F 12/30 20210101ALI20240806BHJP

   B22F 12/40 20210101ALI20240806BHJP

【ＦＩ】

B22F12/55

B29C64/135

B29C64/214

B29C64/268

B29C64/321

B33Y10/00

B33Y30/00

B22F10/28

B22F10/73

B22F12/67

B22F12/30

B22F12/40

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2024501189

(86)(22)【出願日】2022-05-31

(85)【翻訳文提出日】2024-01-09

(86)【国際出願番号】 IT2022050152

(87)【国際公開番号】W WO2023007518

(87)【国際公開日】2023-02-02

(31)【優先権主張番号】102021000020180

(32)【優先日】2021-07-28

(33)【優先権主張国・地域又は機関】IT

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】524011096

【氏名又は名称】モルフィカ エス．アール．エル．

(74)【代理人】

【識別番号】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100229448

【弁理士】

【氏名又は名称】中槇 利明

(72)【発明者】

【氏名】カレファティ，サンテ

(72)【発明者】

【氏名】ヴァレンティ，ニコライ

【テーマコード（参考）】

4F213

4K018

【Ｆターム（参考）】

4F213WA25

4F213WB01

4F213WL03

4F213WL32

4F213WL43

4F213WL52

4F213WL74

4K018CA50

(57)【要約】

【要約】
付加製造のための粉末調整装置が記載され、該装置は、金属、プラスチック、樹脂、ポリマー及び複合構成要素などの材料の粉末床を作業面上に堆積させるのに適した集塵及び配置システム、レーザ源、光学システム及び機械的手段を使用して層を焼結することによって、デジタル３Ｄモデルから開始して３次元物体を作成するように設計される。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

収集領域の方向に上方からの粉末分配、およびピストンの水平動作による「投与係数」の正確な調整を有する粉末調整装置であって、
金属粉末及び／又は樹脂及び／又はポリマー材料の粒子を２つの収集領域に収集して搬送するように設計された２つのダクトであって、前記２つのダクトは、２つのピストンを有するレーザ加工機の上面に接続されている、２つのダクトと、
金属粉末及び／又は樹脂及び／又はポリマー材料の床を収容するように設計され、ピストンに動作可能に接続された、作業プレートと、
レーザ源によって放出された電磁放射ビームを前記作業プレートの所定の領域に伝達して集束させるように設計され、レーザ加工機の上面に接続された光学系と、を含み、
２つの収集領域内に金属粉末及び／又は樹脂及び／又はポリマー材料の前記粒子を収集して搬送するように設計された前記ダクトは、前記収集領域内で水平方向に動作することによって所定量の前記金属粉末及び／又は樹脂及び／又はポリマー材料の前記粒子を導入するのに必要な２つのピストンの「Ｌ」及び逆「Ｌ」の形状の左右端部に設けられ、粉末の無駄を少なくし、その結果、制御されたリサイクルプロセスを確実にし、前記ピストンは、工作機械の前記ダクトの端部に動作可能に接続されることを特徴とする、粉末調整装置。

【請求項2】

前記ダクトは、垂直方向に「Ｌ」および逆「Ｌ」の形状の垂直形を有し、金属材料からできており、前記ダクトは、前記作業プレートの両端に位置することを特徴とする、請求項１に記載の粉末調整装置。

【請求項3】

前記ダクトは、前記「Ｌ」および逆「Ｌ」の形状の右端および左端に２つの開口部を有して作られ、前記開口部は、前記開口部は、前記金属粉末および／または樹脂および／またはポリマー材料の粒子を前記収集領域内に放出および配置することを容易にするために必要であることを特徴とする、請求項１に記載の粉末調整装置。

【請求項4】

金属粉末および／または樹脂および／またはポリマー材料の前記粒子は、工作機械の前記作業プレートの下部の左右の端部に動作可能に接続された２つのピストンの垂直動作によって、前記収集領域内のドクターブレードまたはリコータのレベルに位置決めされることを特徴とする、請求項１に記載の粉末調整装置。

【請求項5】

前記ドクターブレードまたはリコータは、付加製造用途のために前記作業プレート内に金属粉末粒子および／または樹脂および／またはポリマー材料の床を広げるように設計され、前記ドクターブレードまたはリコータは、前記作業プレートの左右に粉末床を広げることができ、前記ドクターブレードまたはリコータは、工作機械内で前記作業プレートに動作可能に接続されることを特徴とする、請求項４に記載の粉末調整装置。

【請求項6】

前記作業プレートは、付加製造用途に必要な前記作業プレート内に拡散される金属粉末および／または樹脂材料および／またはポリマーの粒子の量に基づいて所定の位置に配置され、前記作業プレートは、付加製造用途のためのレーザの作用に続く層の固化後に垂直下方移動を行うのに必要なピストンに動作可能に接続されることを特徴とする、請求項１に記載の粉末調整装置。

【請求項7】

前記光学系は、付加製造プロセスを実行するために、前記レーザ源によって発せられた電磁放射のビームのスポットの直径およびＺ軸に沿った位置を修正し、前記レーザ源によって発せられた前記電磁放射のビームを前記作業プレートの所定の領域に集束するために必要な１つ又は複数の固定及び／又は可動の反射及び／又は透過光学要素からなることを特徴とする、請求項１に記載の粉末調整装置。

【請求項8】

前記光学系は、少なくとも前記レーザ源を備え、前記レーザ源は、一体的または非一体的であり、前記光学系と接続されることを特徴とする、請求項１に記載の粉末調整装置。

【請求項9】

付加製造プロセスによるレーザ焼結のための方法であって、前記方法は、
ダクト内の金属粉末および／または樹脂および／またはポリマー材料を収集するステップと、
一対のピストンの機械的作用によって、前記金属粉末および／または樹脂および／またはポリマー材料を収集領域内に配置するステップと、
一対のピストンの垂直動作によって、前記収集領域内の前記金属粉末および／または樹脂および／またはポリマー材料をドクターブレードまたはリコータの高さに上昇させるステップと、
ドクターブレード又はリコータが、金属粉末及び／又は樹脂及び／又はポリマー材料の床を作業プレート上に広げる粉末散布ステップと、
レーザが、光学素子のセットの助けを借りて、前記作業プレート内の金属粉末および／または樹脂および／またはポリマー材料の床に電磁放射線）のビームを放出するレーザ焼結ステップと、
を含む、方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、請求項１のプリアンブルに記載の粉末調整装置に関する。特に、本発明は、粉末床溶融結合技術を用いた、または金属粉末および／または樹脂材料および／またはポリマーの床を用いた付加製造のための革新的な粉末調整装置に関する。

【背景技術】

【0002】

付加製造（ＡＭ）は、例えば、削りくずが機械的に除去される材料のブロックから始まるチップ除去、切断、及び穿孔による機械加工などの従来のサブトラクティブ技術とは対照的に、デジタルモデルから始まる物体を製造するための一連の工業用付加製造プロセスであり、特定の物体のコンピュータ化された３Ｄモデルから始まって、金属、プラスチック、樹脂、ポリマー、及び複合材構成要素などの異なるタイプの材料の焼結又は堆積プロセスのために工作機械によって処理される層又は結果として得られる層のスキームを得るために、機械の制御システムに組み込まれたソフトウェアの助けを借りて、又はオンラインサービスから、層への細分を実行することが可能である。

【0003】

この技術の主な特徴は、プロジェクト図面によって必要とされるように、最終部品の形状に非常に近い形状を有する部品の作成を可能にする製造プロセスであることである。ＡＭファミリーでは、異なる特性を有するいくつかの技術が特定できる。例えば、金属、プラスチック、樹脂、ポリマー、および複合材部品などの材料の粉末床のレーザーを用いた選択的融解／焼結（選択的レーザビーム溶融－ＳＬＢＭ又は選択的レーザビーム焼結－ＳＬＢＳ）あるいは粉末床融解又はＰＢＦとしても知られる技術や、バインダージェット鋳造技術、溶融フィラメント製造技術、金属、プラスチック樹脂、ポリマー、および複合材構成要素などの材料からの粉塵が、エネルギー源と相互作用する前に構築支持体上に堆積する、ステレオリソグラフィ（ＳＬＡ）技術、及び、１つ又は複数のノズルを用いて粉末を支持体に噴霧し、同時にエネルギービームを当てるレーザビームによるメタルの堆積（レーザビームメタル堆積－ＬＢＭＤ）技術、及び選択的電子ビーム溶融（ＳＥＢＭ）技術などがある。

【0004】

金属、プラスチック、樹脂、ポリマー、および複合材部品などの材料の粉末床技術、すなわちＰＢＦでは、レンズシステムおよびスキャナによるレーザビームが、金属、プラスチック、樹脂、ポリマー、および複合材部品などの材料の粉末を、３次元部品の構築のためにコンパクトな材料を得なければならないある所定の領域のみで溶融させるのに必要な高出力密度熱源として使用される。特に、特別なホッパーに収容された粉末は、供給システムによって、構築面上に、特にドクターブレード又はリコータの前に送られ、一般に２０～６０μｍの厚さの層に分配され、次いで、所望の形状に従ってビームレーザによって選択的に当てられる。基板は、レーザビームが当たらない粉末の床と共に、構築中の部品のための機械的支持を提供する。実際には、第１の層が完成した後、プラットフォームが下降され、新しい粉末が分配され、既に堆積された層は移動してはならない。ビルドプレートはまた、プロセス中に生成される熱を放散するという重要なタスクを有し、場合によっては、構築中の部品との熱勾配を低下させるために、ビルドプレートを加熱することさえでき、これは、高電圧、残留物の形成、および結果として生じる構成要素の変形につながる可能性がある。作業領域を最大限に利用するために、同じ粉末床内で複数の部品を構築することも可能である。通常、粉末床プロセスは、材料の酸化を防止するために不活性ガスが吹き込まれるチャンバ内で行われる。これらの特徴は、航空宇宙から医療、自動車から宝飾品までの様々な分野における部品の製造のための、粉末床技術の工業市場へのアクセスを可能にした。特に、従来の製造技術と比較して、粉末床技術の大きな柔軟性を前提として、非常に高いレベルの部品カスタマイズを達成することが可能である。

【0005】

粉末床またはＰＢＦプロセスは、密度、微細構造および機械的特性に関して、製造される部品の最終特性を決定する様々な要因によって特徴付けられ、特に、放射線－物質相互作用または電磁放射線のエネルギーの材料の吸収特性および粉末床の温度に依存する。材料の吸収特性は、密度、熱伝導率、比熱及び放射率などのパラメータを含み、材料自体の温度と共に変化し、粉末床溶融結合付加製造技術において、材料処理プロセスを決定する。

【0006】

レーザ出力、粉末床上のレーザ走査速度、レーザビームの形状、及び使用される材料などのプロセスパラメータの選択は、製造される構成要素の構造および表面品質、ならびにシステムの生産性に影響を及ぼし、これは、高い空間分解能、毛管プロセス制御、ならびに粉末床の前処理および新たに溶融された材料の後処理を実行する能力などの利点によっても、産業分野、特に今日の鋳造および／または熱間成形および／またはダイカストによってカバーされる部門におけるこのタイプの機械の使用にとって決定的になる。

【0007】

レーザ源による溶融プロセスは、不活性ガス（例えば、窒素、アルゴン等）の雰囲気下で作業チャンバ内にて行われ、その内部には、粉末の付加を制御し、したがって、構成要素の実現、選択的溶融プロセスから生じる煙霧の吸引、および生産プロセスへの支持ガスの導入を保証することを可能にする、いくつかの取扱デバイスが存在する。

【0008】

それぞれの供給装置の構成材料の貯蔵が空であり、交換および／または再装填されなければならない場合に、製造プロセスの中断を回避するために構成材料の連続供給を確実にするシステムに関する欧州特許第３７１８７４５号明細書、または、必要な量の粉末を投与するために複数の適切な溝を備えるローラを回転させることによって粉末を落下させる粉末を供給するための装置に関する欧州特許第３６９３１０３号明細書、および、所望の量の粉末を供給することができる粉末供給装置および３Ｄ物体製造装置に関する欧州特許第３６９５９２２号明細書など、付加製造技術のための多くの粉末調整装置が当技術分野で知られている。

【0009】

公知の技術の主な欠点は、粉末装填システムが主に底部からであり、「投与係数」が空気圧で管理され、後続の製造プロセスのためにリサイクルされる残留ダストのかなりの蓄積を引き起こすので、製造プロセスのために「投与」される粉末の量があまり正確ではない粉末調整装置に関し、さらに、当技術分野で公知の上部装填システムは、粉末をドクターブレードに向かって搬送するためにローラシステムを利用し、この場合も粉末の分布をあまり正確ではなくし、搬送システムの溝に応じて「個別の」投与量に限定される。

【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、不正確な投与手順のない単純なシステムを有する機械的および技術的解決策を通じて、作業面の所定の領域においてレーザ技術によって実行される処理に固有の層に必要な量の粉末を搬送するように設計された粉末調整装置（１００）によって、上述の従来技術の問題を解決することである。別の目的は、付加製造プロセスに依存する外科的投与によって、リサイクルされる粉末の量を最小限にすることができる機械的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】

本発明の上記及び他の目的及び利点は、以下の説明から明らかになるように、請求項１に記載されたような粉体調整装置によって達成される。本発明の好ましい実施形態および重要な変形形態は、従属請求項の主題である。

【0012】

添付の特許請求の範囲はすべて、本説明の不可欠な部分を形成することが理解される。

【0013】

添付の特許請求の範囲から明らかなように、本発明の範囲から逸脱することなく、記載されたものに対して無数の変形および修正（例えば、形状、寸法、配置、および同等の機能を有する部品に関する）を行うことができることは直ちに明らかであろう。

【図面の簡単な説明】

【0014】

本発明は、添付の図面を参照して、非限定的な例として提供される、本発明のいくつかの好ましい実施形態によってより良く説明される。

【0015】

【図1】本発明による粉末調節装置（１００）を示す図である。

【図2】本発明によるピストン（１０２）の作動を伴う粉末調節装置（１００）を示す図である。

【図3】本発明によるピストン（１０４）の作動を伴う粉末調節装置（１００）を示す図である。

【図4】本発明によるレーザ（１１４）のアクション中のダスト調節装置（１００）を示す図である。

【図5】本発明による第２のダクト（１０１）に近くの位置にあるドクターブレード（１０３）および第２の位置（１０２）の作動を伴う粉末調節装置（１００）を示す図である。

【図6】本発明による第２の位置（１０４）の実施例を伴う粉末調節装置（１００）を示す図である。

【図7】本発明による次の層（１１３）の上でのレーザ（１１４）のアクション中のダスト調節装置（１００）を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

付加製造のための粉末調整装置（１００）は、作業表面上で金属、樹脂、高分子、および複合物構成成分などの材料の粉末床を堆積させるのに適した塵収集および配置システム、レーザ源、光学システムおよび機械的手段を使用して層を焼結することによってデジタル３Ｄモデルから開始して３次元物体を作成するように設計される。図１からわかるように、粉末調整装置は、互いに鏡面対称な２つのダクト（１０１）、作業プレート（１０５）、光学システム（１０７）からなる。前記ダクト（１０１）は、金属塵（１０９）および／または樹脂および／または高分子材料を、レーザの上面および２－ピストン動作機（１０２）と接続され、導管（１０１）と呼ばれる、互いに鏡面対称な２つの収集領域（１１０）に収集／運搬するように設計される。前記作業プレート（１０５）は、金属粉末（１０９）および／または樹脂および／または高分子材料の床をピストン（１０６）と動作的に接続した状態で収容するように設計される。前記光学システム（１０７）は、レーザから発せられた電磁輻射（１１１）のビームを前記作業プレート（１０５）の所定の領域内に運搬および焦点合わせするよう設計されており、前記光学システムはレーザ動作機の上面に接続されている。

【0017】

付加製造のための粉末調整装置（１００）は、逆「Ｌ」および「Ｌ」字型の垂直形状を有する２つのダクト（１０１）を備え、これらのダクトを通して、金属粉末（１０９）を制御された方法で、および／または樹脂および／または高分子材料を垂直落下させて導入することが可能であり、これらのダクトは金属材料でできており、図１からわかるように、前記作業プレート（１０５）の両端に位置する。

【0018】

有利には、前記ダクト（１０１）は、「Ｌ」字および逆「Ｌ」字形状の右端および左端に２つの開口部を備えて作製され、前記開口部（１１２）は、図２から分かるように、前記収集領域（１０８）内の前記金属および／または樹脂および／またはポリマー材料のダスト粒子（１０９）の出口および位置決めを容易にするために必要である。

【0019】

さらに、前記ダクト（１０１）は、逆「Ｌ」および「Ｌ」の形状の左右の端部に、前記収集領域（１１０）に所定量の前記金属および／または材料粉末（１０９）の粒子、樹脂および／またはポリマーを導入するのに必要な２つのピストン（１０２）を備え、図３から分かるように、前記ピストン（１０２）は、工作機械の前記ダクト（１０１）の端部に動作可能に接続され、粉塵のより少ない廃棄、したがって制御されたリサイクルプロセスを確実にする。

【0020】

付加製造のための粉末調整装置（１００）は、工作機械内の前記作業プレート（１０５）の下部の左右端に動作可能に接続された２つのピストン（１０４）を備え、２つのピストンは、図３から分かるように、垂直移動動作を通じて、金属粉末（１０９）及び／又は樹脂及び／又はポリマー材料の粒子を前記収集領域（１０８）内に位置決めする。さらに、付加製造のためのダスト調整装置（１００）は、付加製造用途のために前記作業プレート（１０５）内に金属粉末粒子（１０９）および／または樹脂および／またはポリマー材料の床を敷設するように設計されたドクターブレードまたはリコータ（１０３）を備え、前記ドクターブレードまたはリコータ（１０４）は、前記作業プレート（１０５）の左右に粉末床を広げることができ、前記ドクターブレードまたはリコータ（１０４）は、図３、図４および図７から分かるように、例えば工作機械内のアクチュエータおよび／または摺動レールなどの操作手段によって前記作業プレート（１０５）に動作可能に接続される。

【0021】

付加製造のための粉末調整装置（１００）は、付加製造用途に必要な、作業プレート（１０５）内に散布される金属粉末粒子（１０９）および／または樹脂および／またはポリマー材料の量に基づいて所定の位置に配置された作業プレート（１０５）を備え、前記作業プレートは、付加製造用途のための前記レーザ（１１４）の作用に続く前記層（１１３）の固化後に垂直下方移動を実行するために必要なピストン（１０８）に動作可能に接続されている。

【0022】

有利には、付加製造のための粉末調整デバイス（１００）は、図４、５、および７に示すように、付加製造プロセスを実行するために、前記レーザ（１１４）によって放出された前記電磁放射ビーム（１１１）のスポットの直径およびＺ軸に沿った位置を変更し、前記レーザ（１１４）によって放出された前記電磁放射ビーム（１１１）を前記作業プレート（１０５）の所定の領域に集束させるのに必要な１つまたは複数の固定および／または可動の反射および／または透過光学要素からなる光学システム（１０７）を備える。

【0023】

付加製造のための粉末調整装置（１００）は、粉末床溶融技術を使用して３次元物体の作成を集中させるように設計され、
前記ダクト（１０１）内の前記金属粉（１０９）および／または樹脂および／またはポリマー材料を収集するステップと、
一対のピストン（１０２）の機械的作用によって、前記金属粉末（１０９）および／または樹脂および／またはポリマー材料を前記収集領域（１０８）内に配置するステップと、
一対のピストン（１０４）の垂直動作によって、前記収集領域（１０８）内の前記金属粉末（１０９）および／または樹脂および／またはポリマー材料を前記ドクターブレードまたはリコータ（１０３）の高さに上昇させるステップと、
ドクターブレード又はリコータ（１０３）が、金属粉末（１０９）及び／又は樹脂及び／又はポリマー材料の床を作業プレート（１０５）上に広げる粉末散布ステップと、
レーザ（１１４）が、光学素子（１０７）のセットの助けを借りて、前記作業プレート（１０５）内の金属粉末（１０９）および／または樹脂および／またはポリマー材料の床に電磁放射線（１１１）のビームを放出するレーザ焼結ステップと、
を含む。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【国際調査報告】