JP2018510799A - 粉末材料から三次元モデルを層状生成するための方法及びシステム - Google Patents

Abstract

粉末材料から三次元物体を層状生成するための方法及びシステムは、鉛直方向に可動なワークトップ（２）上に粉末材料及び好適な結合剤を順次適用することを含む。堆積は、粉末材料の適用機器（１）及び結合剤の適用機器（３）によって実施される。２つの適用機器（１及び３）は、互いにかつワークトップ（２）に対して平行な２つの水平面に沿って、相互に垂直な２つの方向において作業し、それらの最終位置間で両移動方向において適用を実施する。適用機器（１及び３）は、プロセスに依存して異なる最適速度で移動し、かつそれぞれの物質を堆積する。方法及びシステムは、鋳造産業において、三次元コンピュータモデルから直接完全な砂型及び／又は高精度なコアを層状生成するために、広範な適用を有する。これらは、鋳物形状を生産するために必要な時間を短縮し、かつ精度を向上させ、かつまた、物理的なモデルを必要とせずに、より複雑な形状を生成できるようにする。【選択図】 図５

Description

本発明は、純粋な粉末材料から、又は活性剤が予め混合された粉末材料から、三次元モデルを層状に生成するための方法及びシステムであって、層に堆積し、かつモデルの固体を生成中の箇所にのみ結合剤を添加することにより各層の粒子を結合させることによる、方法及びシステムの開発に関する。この手法は、その後、パターン全体が構成されるまで繰り返される。方法及びシステムは、様々な分野、特に三次元コンピュータモデルから直接、完全な高精度砂型及び／又はコアを生成するための鋳造において、広範な適用例を有する。方法及びシステムは、物理的な型を構成する必要をなくし、物理的なモデルを使用する必要なく、非常に複雑な鋳造模型を生成できるようにし、これにより、鋳造工作物を生産する時間枠を短縮して、新しい設計、型、及び重量削減技術の開発を可能にする。

粉末材料から三次元モデルを層状生成するための公知のシステムがあり（米国特許出願公開第２０１３／０２２０５７０А１号明細書）、ここでは、バルク粉末材料が機器によって堆積され、この機器は、それに続く適用によって、その初期位置に迅速に戻る。この機器がその初期位置に戻ると、第２の機器が作動され、次に、作業領域全体を横断することによって結合剤を適用し、その運転を完了すると、初期位置に戻る。それゆえ、これらのアクションが、非衝突的なサイクルで順次的に行われる結果、待機時間が生じてしまう。

他の公知のシステムでは、粉末材料及び結合剤を堆積するための手段は、一方向の移動か（米国特許出願公開第２０１３／０２２０５７０А１号明細書、米国特許第８５６７４７７Ｂ２号明細書）、又は、同一の移動速度及び一又は二方向の移動を行う単一のトレイに載置される（米国特許出願公開第２００１／００５０４４８А１号明細書、米国特許第８，０２１，１３９Ｂ２号明細書）。

国際公開第０１／９６０４８А１号パンフレットは、一方向移動の粉体適用機器を備えるシステム、及び同一平面の上側を動く結合剤の適用機器を、移動方向に対して垂直に適用するためのシステムに関し、両システムは、一方向に動作してから、アイドリングして初期位置へ戻り、そのため、他方のシステムがそのアクションを完了するまで待機する。さらに、結合剤の適用機器は、一回のパスではワークトップの全幅にわたって結合剤を堆積させずに、むしろ、段階的にそこを走査する。

公知の解決法の不都合な点は、粉末材料用の適用機器の初期位置戻り時間が重なり合わずに存在するために、全体的な生産性が低減されることに起因して、動作サイクルが長いことである。粉末材料の適用機器の一方向の移動、及びアイドリング状態での戻り運転、及び結合剤の適用機器の同じ方向の又は垂直な移動は、両機器が、各動作サイクルの最中に、初期位置へ戻るための待機時間を有する必要があることを意味する。

本特許の課題は、砂型を生産する古典的な方法に代わる、三次元モデルの層状生成用のシステムを確立することであり、鋳物形状の生産時間を短縮し、精度を向上させ、ならびに工作物を処理する必要なく（例えばキャスティング角度、区画線など）、より複雑な形状の生成を可能にする。さらに、形状及びコアのアセンブリに対するニーズによって技術的な限界を課されることなく、コアが一体化された、複合型マルチクラスター形状の生成を可能にする。

この問題は、動作運動、及び初期の粉末材料の投与、ならびに機械の作業領域におけるその適用を体系づけるための新しい方法及び新しいシステムを開発することによって、解決される。

鉛直方向に可動なワークトップ上への、粉末材料及び好適な結合剤の複数回の順次適用を含む、粉末材料から三次元モデルを層状生成するための方法が開発され、ここでは、粉末材料は、粉末材料の適用機器によって堆積され、結合剤は、生成中の物体のそれぞれの層上の予め設定されたパターンを辿る結合剤の適用機器によって選択的に適用され、それにより、上述の機器が、各機器の２つの異なる最終位置間で互いに垂直に前後に移動して、それぞれ粉末材料及び結合剤を順次に適用し、上述の機器の前記移動は、ワークトップの上側で、互いに平行な２つの実質的に水平な平面に沿って、実施される。本発明によれば、２つの適用機器は、最終位置間でのそれらの移動の期間中に、それぞれ粉末材料及び結合剤を両方向において堆積する。粉末材料から三次元モデルを層状生成するための方法のための適用動作サイクルは：
− 適用機器による、一方向における粉末材料の適用段階、
− それに続く、結合剤の適用機器によって、垂直方向において粉末材料層上に結合剤を選択的に適用する段階、
− 次の動作サイクルの期間中に適用される粉末材料層の厚さに等しい距離だけ１ステップで、ワークトップを下げる段階、
− 適用機器が戻る期間中の、同じ順序での適用段階の繰り返し、及び
− それに続く、さらにもう１ステップ、ワークトップを下げる段階
を含む。

上述の適用サイクルは、三次元モデルが生成されるまで、複数回繰り返される。

好ましくは、各動作サイクルの期間中、粉末材料の適用機器は、適用機器の最終位置のうちの１つに配置されている供給機器によって積載される。積載は、全体的に結合剤の適用機器の戻り動作段階内に実施され、積載材料の量は、２つの層の粉末材料を適用するのに十分である。

好ましくは、粉末材料の適用段階は、層の平準化及び平滑化プロセスを含み、それにより、平行な平面に沿った移動に関する、粉末材料の適用機器及び結合剤の適用機器の相互の設定が、粉末材料の適用、平準化、及び平滑化に起因する平面を基準として、実施される。

本発明の好ましい実施形態では、結合剤は、結合剤の適用機器に配置された１組のノズルによる微量噴射によって選択的に適用されるため、これらは、適用範囲に隙間なく、ワークトップの作業面全体にわたって適用できるようにし、結合剤は、積載ステップなしで、結合剤の適用機器に連続的に供給される。

機器は、粉末材料から三次元モデルを層状生成するためのシステムの一部として、粉末材料を適用するために開発される。この機器は、ハウジングと、バルク粉末材料用の容器と、機器に沿って容器の下側に配置された投与ローラと、ローラ用の駆動機構と、投与ローラの両側面に配置された２つのリミッターと、投与ローラの下側に配置された支持体と、投与ローラの下側に、中心にある長手方向平滑化要素の両側面に対称的に配置された粉末材料用の２つのシュートとからなる。投与ローラは、粉末材料の適用機器の移動方向に応じて、両方向に回転し得るため、材料は、平滑化要素の両側でシュートを通して交互に供給され得る。

好ましくは、容器は、２つの層に十分な粉末材料を保持する必要がある。

好ましくは、粉末材料を適用するための機器はまた、２つのバルブを有し、これらバルブは、投与ローラの移動方向に応じて、一方の粉末材料シュートを開放させる一方で、他方のシュートを閉鎖し、それにより、動作モードでは、機器の移動方向において平滑化要素の前側にあるシュートが開放する。

鉛直方向に摺動するワークトップと、粉末材料の適用機器と、生成中の物体の単一層内の予め設定されたパターンを辿る結合剤の適用機器と、適用機器内へと粉末材料を供給するための積載機器と、システムの作動及び制御をもたらす制御装置と、適用機器用のガイドとからなる、粉末材料から三次元モデルを層状生成するためのシステムが、本発明の方法により開発される。適用機器は、各機器用のそれぞれの最終位置間で、垂直方向の２つの経路（ｔｒａｊｅｃｔｏｒｉｅｓ）において、前記ガイドに沿った前後の移動を可能にするように、構成され、２つの上述の適用機器は、互いにかつワークトップに対して平行な２つの水平面において、移動し、かつ粉末材料及び結合剤をそれぞれ適用することができる。本発明によれば、適用機器の上述の最終位置は、他方の機器の動作領域外にある。２つの適用機器は、それらの最終位置間で、それぞれ粉末材料及び結合剤を両方向において適用できるように、設計されている。

粉末材料からモデルを層状生成するためのシステムの好ましい実施形態では、２つの適用機器のガイドは、相互に垂直であり、かつ互いにある距離で配置されている。高い位置にあるガイドは、それぞれの適用機器の上側に取り付けられ、低い位置にあるガイドは、それぞれの適用機器の下側に取り付けられて、２つの適用機器が、動作中に衝突することなく、互いに確実に通過するようにする。

好ましい実施形態では、粉末材料用の適用機器は、本発明通りの上述の機器である。

好ましい実施形態では、粉末材料用の適用機器の初期位置は、積載機器の下側にある。

一実施形態では、結合剤の適用機器は、微量噴射の原理に基づいており、かつノズルを備えるいくつかの互い違いの適用ヘッドを有し、適用ヘッドの数は、それらの全作業幅が、対象機器の移動方向における作業面の幅に等しくなるようにし、作業面全体をカバーできるようにする数である。

別の代替的な実施形態では、結合剤の適用機器は、微量噴射の原理に基づいており、かつノズルを備える１つ又は複数の互い違いの適用ヘッドであって、その全作業幅は、対象機器の移動方向における作業面の幅よりも狭い、適用ヘッドと、結合剤の適用機器の経路に対して横方向に適用ヘッドを線形移動させるための作動機器とを有する。

三次元生成のための提案の方法及びシステムの利点は、同様の既存の及び公知の機械の全てのポジティブな特徴を保持することに加えて、プロセスが著しく迅速に処理され、それゆえ、結果として得られる鋳型を安価にすることである。

プロセスは、システムの構造の結果として高速であり、粉末材料の１つの層の堆積後に粉末材料の適用機器が初期（開始）位置に戻る必要がなく、むしろ、結合物質を適用する期間中、その第２の最終位置に留まる。同じ方法で、結合剤の適用機器は、その初期位置に戻ることなく動作パスを行った後、粉末材料の適用機器が新しい層を堆積して初期位置に戻るのを待機し、その後、結合剤の適用機器は、結合物質の新しい層を適用しながら、その開始位置に戻る。

２つの適用機器は、相互に垂直な関係にあり、かつそれぞれのプロセスに最適なシステム特有の速度で垂直な経路に沿って移動する。これにより、アイドリング運動のない、必要なサイクルの実施を可能にし、それにより、設備の全体的な生産性を増加させる。

提案の解決法は、粉末材料の適用機器が２つの方向において動作し得るときに、粉末材料の適用機器の初期位置における待機期間のない、動作サイクルを可能にする構造を提案することによって、公知の解決法の上述の欠点を回避する。粉末材料の適用機器へ材料が積載される量は、１回の積載で前後に動く（材料の２つの層を堆積する）ことができるように設定され、この積載は、第２のサイクルに続く初期位置において実施され得る。さらには、粉末材料を積載し、第２の適用機器によって結合剤を適用するためのプロセス時間は、重なり合う。粉末材料の適用機器のアイドリング状態での戻りパス及び結合剤の適用機器の二方向走査運転をなくすことで、動作サイクルの生産性は、システム全体の全体的な生産性と共に、増加する。

本発明による方法及びシステムは、工作物を処理する必要なく（例えばキャスティング角度、区画線など）、より複雑な形状を生成できるようにする。この結果は、技術的な角度及び限界を決定する、物理的なモデル及びその抜出に関する条件をなくすことによって、達成される。

さらに、方法及びシステムは、形状及びコアが同時に生産されるため、これらのアセンブリに対する技術的な限界はなく、コアが一体化された複合型マルチクラスター形状を生成できるようにする。それゆえ、別個に及び部品で形状及びコアを構成する必要がなく、さらなるアセンブリ及び型穴のモデリングの必要性をなくす。

本発明による粉末材料から三次元モデルを層状生成するための方法及びシステムは、例として提示する好ましい実施形態を通して、添付の図面を参照して詳述され、好ましい実施形態は、本発明の範囲を限定しない。

本発明による、相互に垂直な方向にある２つの最終位置間の適用機器の経路を概略的に示す。 本発明による、適用機器１及び３が初期位置にある、粉末材料から三次元モデルを層状生成するためのシステムの概略図を示す。 連続的な動作サイクルの開始時の、適用機器１及び３が初期位置にある、図２のシステムの単純化したイメージを示す。矢印は、粉末材料の適用機器１の移動方向を示す。 粉末材料の適用機器１が第１の堆積パスを行って、その初期位置の反対側の第２の最終位置にあり、結合剤の適用機器３が移動して、その第１の選択的な適用を行うときの動作サイクルの第２の段階の開始時のシステムを示す。矢印は、結合剤の適用機器３の移動方向を示す。 結合剤の適用機器３が結合剤の第１の選択的な適用を行って、初期位置の反対側の第２の最終位置にあるときの、動作サイクルの次の段階におけるシステムを示す。ワークトップ２は、動作サイクルの次の段階の最中に堆積される粉末材料層の厚さに等しい距離だけ１ステップで下げられる。 粉末材料の適用機器１が、次の堆積の最中にその第２の最終位置からその初期位置へ移動する一方で、結合剤の適用機器３がその第２の最終位置にあるときの、動作サイクルの次の段階におけるシステムを示す。 粉末材料の適用機器１が粉末材料の次の層を堆積して、２回のパスに十分な材料が積載されるその初期位置にある一方で、結合剤の適用機器３がその第２の最終位置からその初期位置まで移動して結合剤を堆積するときの、動作サイクルの次の段階におけるシステムを示す。 粉末材料の適用機器１が、２回のパスに十分な新しい材料を積載されたその初期位置にあり、結合剤の適用機器３が、その第２の選択的な適用を終了し、かつまたその初期位置にあり、それにより、ワークトップ２は、動作サイクルの次の段階の最中に堆積される粉末材料層の厚さに等しい距離だけ１ステップで下げられるときの、動作サイクルの最後の段階にあるシステムを示す。それにより、システム全体が、新しいサイクルの開始のために、図２と類似した初期状態にある。 本発明による、粉末材料の適用機器の好ましい実施形態の断面図を示す。 互い違いの適用ノズルを備える結合剤の適用機器を概略的に示す。

本発明による、粉末材料からの三次元モデルの層状生成方法は、粉末材料及び好適な結合剤を、鉛直方向に可動なワークトップ２上へ、複数回、順次に適用することを含む。粉末材料は、例えば、粒径約０．２ｍｍの鋳物砂（鋳型砂）とし得、及び好適な結合剤は、フラン樹脂とし得る。当業者には、粉末材料は、このために好適な任意の材料とし得ること、及び結合剤は、それぞれの粉末材料を結合するのに好適な任意の材料とし得ることが明白である。

粉末材料の適用機器１、及び生成中の物体の１つの層上に予め設定されたパターンを辿って結合剤を堆積させる結合剤の適用機器３によって、それぞれ適用が行われる。上述の適用機器１及び３は、各機器のそれぞれの最終位置間にある、垂直な２つの経路に沿って前後に移動する。２つの適用機器１及び３は、互いにかつワークトップ２に対して平行で本質的に水平な２つの平面において、それぞれ粉末材料及び結合剤を適用して、それらの最終位置間で両移動方向において適用を実施する。適用機器１及び３は、プロセスに依存して異なる最適速度で移動して、それぞれの物質を堆積する。

本発明による方法は：
− 適用機器１による一方向における粉末材料層の堆積段階（図２ｂ又は図３）、
− それに続いて、結合剤の適用機器３によって、粉末材料層上に、垂直方向に、結合剤を選択的に適用する段階（図４）、
− 次の動作サイクル段階の期間中に堆積される粉末材料層の厚さに等しい距離だけ１ステップで、ワークトップ２を下げる段階（図５）、
− 適用機器１及び３の逆方向の移動において、それぞれの適用段階を同じ順序で繰り返し（図６及び図７）、及び
− それに続き、ワークトップ２を下げる段階（図８）
を含む適用動作サイクルにおいて、実施される。

実際には、１回の全動作サイクルは、粉末材料の適用機器及び結合剤の適用機器の２つのこのような動作からなる。

上述の適用動作サイクルは、三次元物体が生成されるまで、複数回繰り返される。

粉末材料は、作業領域にわたって一回の運転で堆積され、これにより、動作速度をかなり改善する。材料の堆積は、用量を適用機器の移動の速度と連携させることによって、実施される。

結合剤が選択的に適用されたゾーンは、粉末材料を一緒に結合させ固体構造にする一方で、残りの材料は、その粉体形態のままにすることによって、ワークトップ２上で形状２２を三次元で生成する輪郭を描く。

好ましくは、各動作サイクルでは、粉末材料の適用機器１は、粉体適用機器１の初期位置に配置された積載機器４によって積載され、それにより、結合剤の適用機器３が戻るときのその作業段階の期間中に、積載が完了する（図７）。積載材料の量は、２つの層を堆積するのに十分である必要があり、粉末材料適用システム１は、１つの層を堆積し、結合剤が適用される第２の最終位置において待機し、再度再積載されるようにするために初期位置へ戻りながら、別の層を堆積し得るようにする。それゆえ、再積載時間は、動作サイクルを延ばすことなく、動作サイクル内に含まれており、これにより、システムの全体的な生産性を改善する。

好ましい実施形態では、粉末材料適用段階はまた、層の平準化及び平滑化を含み、それにより、粉末材料の適用機器１及び結合剤の適用機器３の移動のための平行な平面の相互の経路の設定が、粉末材料の堆積、平準化、及び平滑化に起因する平面に基づいて実施される。

好ましくは、結合物質は、適用範囲に隙間が全くない状態で、ワークトップ２の作業面全体にわたって適用できるように位置決めされた結合剤の適用機器３に配置された１組のノズルによる微量噴射によって、選択的に適用される（図１０）；結合物質は、積載遅延なく、適用機器３に連続的に供給される。

本発明によれば、上述の方法を使用しかつ図２に概略的に示される、三次元モデルの層状生成用のシステムは、鉛直方向に可動なワークトップ２と、粉末材料の適用機器１と、生成中の物体の層の上側を、予め設定されたパターンに沿って移動する結合剤の適用機器３と、粉末材料の適用機器１を再積載するための積載機器４と、適用機器１及び３のそれぞれのためのガイド１１及び１２を作動させかつ制御する制御装置（図示せず）とからなる。適用機器１及び３は、他方の機器の移動範囲外に配置される各機器のための２つの異なる最終位置間で、相互に垂直な方向にある上述のガイド１１及び１２に沿った前後の移動を可能にするように、設計される（図１）。前記２つの適用機器１及び３の移動、及び粉末材料及び結合剤のそれぞれの堆積は、互いにかつワークトップ２に対して平行な２つの平面において実施される。前記２つの適用機器１及び３は、二方向の動作を可能にするように構成されて、粉末材料及び結合剤のそれぞれを、それらの最終位置間での両方向の移動で堆積することを可能にする。

粉末材料は、活性化剤と予め混合され得る。

好ましい実施形態では、鉛直方向に可動なワークトップ２は、三次元物体が生成される容器５の鉛直方向に可動な底部である。

システムの軸受構造は、ワークトップ２用の持上げシステム１０を備えるベースプレート上に配置された金属骨組とし得、容器５はそれに沿って移動する。

システム構造全体が、マルチレベル構造であるとみなされ得る。機械のフレームに固定された容器は、ワークトップ２−この場合−容器底部用の持上げシステムも収納する第１のレベルにおいて、移動する。粉末材料及び結合剤は、それらのアクチュエータと一緒にこれらのアクションを行うのに必要な機器も収納する第２のレベルにおいて、適用される。第３のレベルは、動作プロセス用の積載機器、ならびに電気システム及び制御システムを収納する。

粉末材料から三次元物体を層状生成するためのシステムの動作サイクルについては、方法に関連して上記で説明されている。これらの相互に垂直な及び連続的な運動力学は、それぞれのプロセスに対して最適速度で及び可能な限り最短の時間枠内で、動作サイクルを完了できるようにする。

好ましい実施形態では（図２）、それぞれ２つの適用機器１及び３のためのガイド１１及び１２は、相互に垂直に、かつ上下に配置される。上部のガイド１１又は１２は、それぞれの適用機器１又は３の上側に配置される一方、底部のガイド１１又は１２は、それぞれの適用機器１又は３の下側に置かれる。このようにして、２つの適用機器１及び３が、それらの動作の最中に衝突することなく、互いに確実に通過するようにする。

本発明の実施形態に関する図２に示す例では、ガイドは、各適用機器のための一対の平行なレールとして構成される。この場合、上部のガイド１１は、駆動機構（図示せず）によって作動される結合剤の適用機器３の上側に配置される。底部のガイド１２は、粉末材料の適用機器１の下側に配置され、粉末材料の適用機器はそのレールに沿って移動する。２つのガイドは、移動平面を確実に平行にする必要がある。

図２に示すように、その初期位置では、粉末材料の適用機器１は、積載機器４の下側に配置される。

好ましい実施形態では、結合剤の適用機器３は、微量噴射の原理に基づいており、かつその両側でビームの形態をとり、結合剤注入ノズルを備える１８の互い違いの適用ヘッドがある。適用ヘッドの数は、それらの全作業幅（それらのトラック１９及び２０によって表わされる）が、この機器の移動軸に沿った作業面２１の幅に等しくなるような数にされる（図１０）。これにより、適用を一回のパスで実施可能にする。システムがより低コストで構成される必要がある場合、１つ以下の適用ヘッドが、作業面全体をカバーするためにこれらがビームに沿って垂直に移動するように使用され、かつそのように設計され得る。

図９に示す好ましい実施形態では、粉末材料の適用機器は、ハウジング２３と、バルク粉末材料用の容器９と、機器の長さに沿って容器９の下側に配置された投与ローラ６と、ローラ用のアクチュエータ（図示せず）とを含む。投与ローラ６の両上面には、粉末材料用の２つのリミッター２５がある。投与ローラ６の下側には支持体１３があり、投与ローラ６は、ハウジング２３の側面で軸受に取り付けられる（図示せず）。投与ローラ６の下方に平行して、粉末材料を供給するための２つのシュート１６及び１７がある。粉末材料を供給するためのシュート１６及び１７は、中心にある長手方向の平滑化要素７の両側に対称的に取り付けられている。投与ローラ６は、粉末材料を輸送しかつ投与するための長手方向溝２４を備えた特殊な弾性カバーを有し、粉末材料の適用機器１の経路に依存して両方向に回転し得るため、粉末材料は、機器の経路に沿って、平滑化要素７の前側に配置された２つのシュートの一方を経由して両側で交互に供給され得る。粉末材料用の容器９は、２つの層に十分な量に適合するように、満たされている。上述の適用機器１は、本発明の方法の通り、バルク粉末材料の二方向の堆積を提供する。

好ましくは、平滑化要素７は、移動方向に対して横方向に振動し、特殊な耐摩耗性コーティングを有する。

材料の残りの量が堆積されないようにするために、設計は、シュート１６及び１７を開放する２つのバルブ８及び１４を含む。図９に示す実施形態では、バルブ８及び１４はＬ字形状であるが、別の好適な構成を使用してもよい。好ましくは、バルブ８及び１４は、投与ローラ６の回転軸に対して平行に延びる旋回軸１５で、ハウジング２３の側壁にヒンジで取り付けられている。バルブ８及び１４は、投与ローラ６の回転方向に応じて、開閉する。バルブ８は、シュート１７を閉鎖するように設計されており、及びバルブ１４は、機器の移動方向に沿って、シュート１６が平滑化要素１７の後ろ側に配置されると、対応するシュートを閉鎖するように、設計されている。例えば、シュート１７が、機器の経路に対して平滑化要素７の後ろ側になる場合、前記シュート１７は、この方向においてはバルブ８によって閉鎖されるが、同時にシュート１６は開放される。

粉末材料の適用機器は、一方の端部で、所定の速度及び加速度での作動をもたらす駆動機構にしっかりと取り付けられたビームとみなされ得る。他方の端部では、別の駆動要素に柔軟に取り付けられる。この柔軟な結び付きによって、いずれの構造的な又は取り付けの不正確さも補償できるようにし、温度歪み又は非均質材料の使用から生じる長手方向の変形にも対応できるようにする。これは、柔軟性要素によって可能にされ、柔軟性要素は、輸送システムの軸に沿った変形を可能にする。２つのリニアアクチュエータは、シャフトによってもたらされる剛性連結を介して同期され、一方の端部が他方の端部よりも確実に遅れないようにする。

この分野の専門家には、粉末材料から三次元物体を層状生成するための方法及びシステムに対して多くの修正を行い得ることは明らかであり、これらはまた、添付の特許請求の範囲において定義される本発明によって網羅される。全てのシステムの部分は、技術的に等価の構成要素で置き換えられ得る。

技術的特徴の参照符号が、特許請求の範囲をさらに明瞭にするためにのみ特許請求の範囲に含まれ、それゆえ、これらの参照符号は、それにより設計された構成要素の解釈に関して限定するものではない。

Claims (13)

1. 鉛直方向に可動するワークトップ（２）上への粉末材料及び好適な結合剤の順次適用を含む、粉末材料からの三次元物体の層状生成方法であって、前記粉末材料の堆積は、適用機器（１）によって実施され、前記結合剤は、生成中の前記三次元物体の層にわたって予め設定されたパターンを辿る別の適用機器（３）によって選択的に堆積され、それにより、前記適用機器（１及び３）は、各機器に対する２つの最終位置間で、相互に垂直な２つの方向において前後に移動して、前記粉末材料及び前記結合剤をそれぞれ順次に堆積し、２つの前記適用機器（１及び３）の前記移動、及び前記粉末材料及び前記結合剤の対応する適用は、互いにかつ前記ワークトップ（２）に対して平行な２つの垂直な水平面に沿って実施される、粉末材料からの三次元物体の層状生成方法において、
   前記２つの上述の適用機器（１及び３）は、それぞれの最終位置間での両方向の移動において、それぞれ前記粉末材料及び前記結合剤を堆積し、かつ
   動作サイクルは、前記適用機器（１）による一方向における粉末材料層の適用サイクルと、それに続いて、垂直な経路に沿って移動することによる、前記結合剤の適用機器（３）による前記粉末材料層上への結合剤の選択的堆積サイクルを含み、前記ワークトップ（２）が、前記動作サイクルの次の段階の期間中に適用される前記粉末材料層の厚さに等しい距離だけ１ステップで下げられる段階と、前記適用機器（１及び３）の戻り移動において、同じ順序で適用段階を繰り返し、それに続き、前記ワークトップ（２）が別のステップだけ下げられる段階とが、順次に行われ、前記適用サイクルは、前記三次元物体が完成するまで複数回繰り返すことを特徴とする、粉末材料からの三次元物体の層状生成方法。
2. 前記各動作サイクルの期間中、前記粉末材料の適用機器（１）は、前記粉末材料の適用機器（１）の前記最終位置のうちの１つに配置された積載機器（４）によって供給され、それにより、積載は、その戻り経路における前記結合剤の適用機器（３）の作業段階の最中に完了し、前記粉末材料の積載量は、２つの層を堆積するのに十分であることを特徴とする、請求項１に記載の粉末材料からの三次元物体の層状生成方法。
3. 前記粉末材料の前記適用段階は、前記粉末材料層を平準化及び平滑化するためのプロセスを含み、それにより、前記粉末材料の適用機器（１）及び前記結合剤の適用機器（３）の前記移動のための前記平行な平面の相互の経路設定が、前記粉末材料の前記堆積、平準化、及び平滑化に起因した前記平面を基準とすることを特徴とする、請求項１又は２に記載の粉末材料からの三次元物体の層状生成方法。
4. 前記結合剤の前記適用が、結合した物質が積載遅延なく前記適用機器（３）に連続的に供給される間に、適用範囲に隙間が全くなく、前記ワークトップ（２）の作業面全体にわたって適用できるように位置決めされた前記結合剤の適用機器（３）に配置された１組のノズルによる微量噴射によって、選択的に堆積されることを特徴とする、請求項１乃至３に記載の粉末材料からの三次元物体の層状生成方法。
5. 粉末材料から三次元モデルを層状生成するためのシステムの一部として、粉末材料を適用するための機器が、ハウジング（２３）と、バルク粉末材料用の容器（９）と、前記機器の長さに沿って前記容器（９）の下側に配置された容量投与ローラ（６）と、前記ローラ用の駆動機構と、前記容量投与ローラ（６）の両側に設置された２つのリミッター（２５）と、前記容量投与ローラ（６）の下側に取り付けられた支持体（１３）と、粉末材料を供給するための２つのシュート（１６）及び（１７）とからなり、前記シュートは、前記容量投与ローラ（６）の下側に、中心にある長手方向の平滑化要素（７）の両側に対称的に配置され、前記容量投与ローラ（６）は、粉末材料の適用機器（１）の経路に依存して両方向の回転を可能にするような形状にされて、前記平滑化要素（７）の両側で前記シュート（１６又は１７）を介して前記粉末材料が交互に供給され得るようにする、粉末材料の適用機器。
6. 前記容器（９）は、２つの層を堆積するのに十分なバルク粉末材料を保持できることを特徴とする、請求項５に記載の粉末材料の適用機器。
7. ２つのバルブ（８及び１４）であって、前記容量投与ローラ（６）の回転方向に依存して、一方のバルブが、粉末材料の前記堆積のために前記シュートの一方（１６又は１７）を開放し、同時に他方のシュート（１６又は１７）を閉鎖することを可能にし、それにより、動作中、前記粉末材料の適用機器の移動方向において前記平滑化要素（７）の前側に配置された前記シュートが開放されるようにするように設計された２つのバルブ（８及び１４）を特徴とする、請求項５又は６に記載の粉末材料の適用機器。
8. 鉛直方向に可動するワークトップ（２）と、粉末材料の適用機器（１）と、生成中の前記三次元物体の層の上側を、予め設定されたパターンに沿って移動する結合剤の適用機器（３）と、前記粉末材料の適用機器（１）を再積載するための積載機器（４）と、前記システムを作動及び制御するための制御装置と、前記適用機器（１及び３）のそれぞれのためのガイド（１１及び１２）とを含み、前記適用機器（１及び３）は、各適用機器用の２つの交互の開始／終了位置間で相互に垂直な２つの方向において、前記ガイド（１１及び１２）に沿って前後の移動を可能にするように設計され、前記２つの適用機器（１及び３）は、互いにかつ前記ワークトップ（２）に対して平行な２つの水平面内において、移動でき、かつそれぞれが前記粉末材料及び結合剤の前記堆積を適用できる、粉末材料から三次元物体を層状生成するためのシステムにおいて、
   前記２つの適用機器（１及び３）の前記終了位置が、他方の機器の移動範囲外にあり、
   前記２つの適用機器（１及び３）が、それらの前記開始／終了位置間で両方向において前記粉末材料及び前記結合剤の前記堆積をそれぞれ適用できるように設計されていることを特徴とする、請求項１に記載の粉末材料から三次元物体を層状生成するためのシステム。
9. 前記２つの適用機器（１及び３）の前記ガイド（１１及び１２）が、相互に垂直にかつ上下に、ある距離をおいて配置され、高い位置にある前記ガイド（１１又は１２）は、前記それぞれの適用機器（１又は３）の上側に取り付けられ、低い位置にある前記ガイド（１１又は１２）は、前記それぞれ適用機器（１又は３）の下側に取り付けられて、前記２つの適用機器（１及び３）が、動作中に衝突することなく、確実に互いに通過するようにすることを特徴とする、請求項８に記載の粉末材料から三次元物体を層状生成するためのシステム。
10. 前記粉末材料の適用機器（１）は、請求項５、６、又は７に記載の機器であることを特徴とする、請求項８又は９に記載の粉末材料から三次元物体を層状生成するためのシステム。
11. 前記粉末材料の適用機器（１）の前記開始／終了位置は、前記積載機器（４）の下側に配置されていることを特徴とする、請求項８乃至１０のいずれか１項に記載の粉末材料から三次元物体を層状生成するためのシステム。
12. 前記結合剤の適用機器（３）は、微量噴射の原理に基づいており、かつノズルを備えるいくつかの互い違いの適用ヘッド（１８）を有し、堆積ヘッドの数は、それらの全作業幅（１９及び２０）が、前記粉末材料の適用機器の移動方向における作業面（２１）の全幅と等しくなるようにして、前記作業面全体をカバーできるような数にすることを特徴とする、請求項８乃至１１のいずれか１項に記載の粉末材料から三次元物体を層状生成するためのシステム。
13. 前記結合剤の適用機器（３）は、微量噴射の原理に基づいており、かつノズルを備える１つ又は複数の互い違いの適用ヘッド（１８）を有し、その全作業幅は、前記粉末材料の適用機器の移動方向において作業面（２１）の幅よりも狭く、前記結合剤の適用機器（３）の移動方向に対して横方向に前記適用ヘッドの線形移動をもたらす作動機器も有することを特徴とする、請求項８乃至１１のいずれか１項に記載の粉末材料から三次元物体を層状生成するためのシステム。

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