JP5993038B2 - 薄手のフィルムを形成するためのデバイスおよびそうしたデバイスを使用するための方法 - Google Patents

薄手のフィルムを形成するためのデバイスおよびそうしたデバイスを使用するための方法 Download PDF

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Description

本発明は、パウダー材料にレーザーを作用させる間に使用される、パウダー材料からなる少なくとも１つの薄手のフィルムを形成するためのデバイスならびに当該デバイスを使用して薄手のフィルムを形成するための方法に関するものである。
そうしたデバイスは、サーマルチャンバ内でレーザーを使用してパウダー材料を焼結または溶解させるためのレーザー焼結法またはレーザー溶解法として公知の方法の間に使用される。パウダー材料との語は粉末体または粉末混合物を意味しており、付加的には当該パウダーは金属、有機物またはセラミックである。本明細書においては、パウダーまたはパウダー材料との語を使用する。
特許文献１には、パウダー材料からなる薄手のフィルムを形成するための、長手方向溝が設けられたシリンダを備えるデバイスが開示されている。この溝は、蓄積領域におけるパウダー材料を抽出して堆積領域へと移動させ、堆積領域上にフィルム材料を堆積させるのに適している。堆積後、シリンダは、シリンダ表面のうちの溝のない部分を使用してフィルムを成形する。そうしたデバイスは相当長い耐用期間を有する。実際に、蓄積領域と堆積領域との間のシリンダの各移動間、つまり１つのパウダーフィルム形成後と他のフィルム形成前との間において、シリンダの溝がパウダー材料を抽出できるポジションに位置するように、シリンダを再位置決めする必要があった。このためシリンダの回転を停止させることが必要とされた。さらに、もし溝が成形に関係しないのであれば、成形に使用される当該シリンダの表面はその展開する表面積全体の８０％のみとなる。このためシリンダの一回転での成形に適したフィルムの長さは、シリンダの円周の約８０％までに制限される。
特許文献２には砂型を製造するための方法が開示されており、このものにおいてシリンダは、受容面上の複数の層におけるホッパーから砂を拡散させかつ成形する。
特許文献３には、カバーによって保護されたシリンダを備えるデバイスが開示されており、そのアセンブリは、受容面上でレーザーによるその焼結前にパウダーを拡散および成形のために移動する。このパウダーは、シリンダ上部に配置された供給部材によって供給される。
これらデバイスではパウダーの効果的な拡散および成形を実施できない。
仏国特許出願公開第2 856 614号明細書 欧州特許出願公開第776 713号明細書 米国特許出願公開第2005/0263934号明細書
本発明は、特に、パウダー材料からなる薄手のフィルムを形成するための高性能で迅速なデバイスを提案することにより、これら欠点を解決することを意図したものである。
このため、本発明は、パウダー材料からなる少なくとも１つの薄手のフィルムを形成するのに適したデバイスに関するものであり、このデバイスは、蓄積領域と、堆積領域と、パウダー材料を堆積および成形するために円形ベースを有するシリンダとを備え、この材料は、蓄積領域から堆積領域へあらかじめ移動させられるようになっており、かつこのデバイスは、
− 滑らかなシリンダ表面を有し、その回転軸の周囲で回転するよう動作可能なものであり、かつ、蓄積領域と堆積領域との間において、堆積領域における主平面に平行な少なくとも１つの方向に並進移動可能である、シリンダと、
− スクレーパであって、堆積領域の主平面に直交する方向に動作可能であり、かつ、蓄積領域と堆積領域との間において、シリンダと同じ方向に並進移動可能であり、一方の領域から他方の領域へパウダー材料を移動させるのに適合された、スクレーパと、
を備える。
この方法において、溝を備えないシリンダを使用することにより、各フィルムの成形後にシリンダを停止させることが必要ではなくなる。さらにフィルムは、従来から公知の溝付きシリンダにより形成されたフィルムより、より大きな長さを有するものとすることもできる。
本発明の有利な(非強制的な)態様によれば、このデバイスは以下の特徴の１つまたは複数が組み合わせられたものであってもよい。
− シリンダのシリンダ表面は、パウダー材料を形成する最小粒子の粒サイズよりも小さくなるよう適合された外観粗さを有する。
− シリンダのシリンダ表面は、約０.０６μｍの外観粗さを有する。
− パウダー材料におけるシリンダ表面のスライド摩擦係数は、堆積領域の表面上におけるパウダー材料のスライド摩擦係数より小さくなるよう適合されている。
− パウダー材料におけるシリンダ表面のスライド摩擦係数は、約０.０２である。
− スクレーパとシリンダとは、同じ速度で並進移動するよう適合されている。
− スクレーパとシリンダとの移動は同期して実施されるよう適合されており、スクレーパとシリンダとの間の距離は一定に保たれるようになっている。
− スクレーパとシリンダとは、異なる速度で並進移動するよう適合されている。
− スクレーパとシリンダとの移動は同期せずに実施されるよう適合されている。
− レーザーで処理がなされた成形されたパウダー材料からなるフィルムの較正をするために適合された較正ツールが、パウダー材料の押し出し時にスクレーパに先行するように、スクレーパに近接して配置されている。
本発明は、さらに上記特徴部のいずれか一つに基づくデバイスを使用してパウダー材料からなる少なくとも１つのフィルムを形成するための方法に関するものであり、この方法は、以下のステップ、すなわち：
−ａ) パウダー材料を蓄積するための領域から上流おいて、少なくとも１つのシリンダを回転させるステップと、
−ｂ) スクレーパを下降させるステップと、
−ｃ) 蓄積領域上においてスクレーパを使用して、所定の量のパウダー材料を抽出するステップと、
−ｄ) スクレーパを使用して、蓄積領域から堆積領域へ、抽出された所定量のパウダー材料を押し出すステップと、
−ｅ) スクレーパを上昇させるステップと、
−ｆ) 堆積領域上のパウダー材料を、シリンダを使用して、拡散させるステップと、
−ｇ) あらかじめ拡散されたパウダー材料を、少なくとも１のシリンダの移行において、シリンダを使用して、成形するステップと、
−ｈ) 所望の数の成形されたフィルムが製造されるまで、ステップａ)からステップｇ)を繰り返すステップと、
を含む。
本発明の有利な(非強制的な)態様によれば、この方法は以下の特徴の１つまたは複数が組み合わせられたものであってもよい。
− パウダー材料の成形に先立ってパウダー材料を所定の厚さのフィルム状に拡散させるために、ステップｇ)の前に、ステップｂ)からステップｆ)までの少なくとも１の繰り返しを含む。
− ステップｅ)の後にかつステップｆ)の前に、堆積領域上に堆積された材料フィルムの厚さは、成形された材料からなる最終フィルムの厚さの２倍に少なくとも等しい。
本発明は、一例としての図面を参照し、本発明に基づくデバイスの２つの実施形態を読むことにより明瞭となり、さらにその利点も明確となる。
本発明の一実施形態に基づくローラおよびスクレーパの概略斜視図である。 パウダー材料が蓄積領域および堆積領域上の暗線により示されテイル状態の、デバイスの実行方法の概略側面図である。 パウダー材料が蓄積領域および堆積領域上の暗線により示されテイル状態の、デバイスの実行方法の概略側面図である。 パウダー材料が蓄積領域および堆積領域上の暗線により示されテイル状態の、デバイスの実行方法の概略側面図である。 パウダー材料が蓄積領域および堆積領域上の暗線により示されテイル状態の、デバイスの実行方法の概略側面図である。 パウダー材料が蓄積領域および堆積領域上の暗線により示されテイル状態の、デバイスの実行方法の概略側面図である。 パウダー材料が蓄積領域および堆積領域上の暗線により示されテイル状態の、デバイスの実行方法の概略側面図である。 パウダー材料が蓄積領域および堆積領域上の暗線により示されテイル状態の、デバイスの実行方法の概略側面図である。 パウダー材料が蓄積領域および堆積領域上の暗線により示されテイル状態の、デバイスの実行方法の概略側面図である。 パウダー材料が蓄積領域および堆積領域上の暗線により示されテイル状態の、デバイスの実行方法の概略側面図である。 パウダー材料が蓄積領域および堆積領域上の暗線により示されテイル状態の、デバイスの実行方法の概略側面図である。 本発明の第二実施形態に基づくデバイスの実施物の、他のスケールでの概略図である。
図１に示されるローラまたはシリンダ１は、加工が容易であり、かつ環境状況に対して安定性がありかつ感応性の低い材料から形成されている。特に使用される材料は、パウダー材料に対して非感応的でありかつ、レーザー焼結方法中に通常付与される圧力および温度状況に対して安定しているものである。特にそうしたローラ１は、通常さらされる温度の操作範囲(例えば環境温度から約１２００℃の間)において変形しないよう適切なものである。有利なことに、このローラ１は、操作温度に適した材料から形成することができる。例えばローラは、３００℃までの使用に関して炭化タングステンで被覆された金属からなる。３００℃から６００℃までの使用のために、ローラは、単一材料の、炭化タングステンから形成される。６００℃から１２００℃までの温度では、セラミック、例えばアルミナまたはジルコニアが使用されることが好ましい。
ローラ１は、円形ベースを備えるシリンダ形状のものである。その外径Ｄは、その長さ、つまりその高さに依存する。精度が製造されるフィルムの厚さの１０％以下である厚さを有するパウダー材料からなるフィルムを製造するために、機械的に硬質なローラを有することが必要とされている。例えば２０μｍのフィルム厚さの場合、厚さの変動は、２μｍ未満でなければならない。回転シリンダ１のシリンダ表面２は、***部がなく、粗くなく、連続的でありかつ滑らかなものである。シリンダ表面２の外観上の粗さＲａは、パウダー材料の最小粒子の粒サイズ未満である。このように、最小パウダー粒子は、シリンダ表面の穴に侵入しないものとなっている。パウダーはシリンダ表面上には残留せず、かつパウダーは拡散可能なものである。有利なことに、表面２は、氷のようなつやのある外観を有する、つまり０.０６μｍの範囲内の外観粗さを有する。このシリンダ１は、公知の様式で、その回転主軸Ａの周囲で回転が行われるように取り付けられている。この回転は、図２における矢印Ｆ１によって示される方向に実施されてもよい。代替実施形態においては、回転はパウダー材料の特性に応じて逆方向に行われてもよい。
言い換えると、ローラ１の回転は、パウダー材料に応じて、図２から図１１には図示されない三角法方向にもしくは逆三角法方向に実施できるよう適合されてもよい。
このローラ１は、図１にも示されるスクレーパ３と組み合わせられる。このスクレーパ３は、シリンダ１の高さＨに等しい長さＬｒを有する。スクレーパ３はリップ４を有する。このリップ４は、９０°以下の角度となる２つの平面の交差部分によって形成される縁部４１を備える。リップ４は、スクレーパ３の本体３１に取り付けられている。リップ４は、有利なことに、本体３１と一体化されている。このスクレーパ３は、操作温度に適した材料から形成される。言い換えるとスクレーパ３は有利なことにローラ１と同じ材料から形成される。
図２から図１１に概略的に示されるように、スクレーパ３は、シリンダ１の保護カバー５の自由端に取り付けられている。この取り付けは、スクレーパ３を磨耗あるいは損傷が生じたときに移動できるように、取り外し可能な様式で実施される。図示されない一代替実施形態においては、スクレーパ３はカバー５に永続的に取り付けられている。
上記実施形態において、カバー５はＵ字形状断面を有する。カバー５はシリンダ１の高さＨ全体にわたってかつその断面Ｓにおいてシリンダ１をカバーする。言い換えると、このカバー５は、下方(つまりパウダー材料が広がる方向に)に面するカバー５の開口Ｏを介して、カバー５の下方に延在する断面Ｓの一部とともに同様に回転動作をできるようにすると同時に、部分的にシリンダ１をカバーする。
スクレーパ３によって形成される組立体、カバー５、およびシリンダ１は、パウダー材料を蓄積するための領域６とパウダー材料の堆積のための領域７との間の移送中の移動に適したフレームまたは運搬体(図示せず)上に取り付けられている。
そうした蓄積領域６および堆積領域７は特許文献１によって公知となっている。この場合、蓄積領域は、プランジャロッド８に取り付けられた水平プレート６によって形成されている。このプランジャロッド８は、ある断面を有するシリンダ容積の内側において移送中に上方に動作可能である。したがって、このプレート６は両矢印Ｆ２によって示される垂直方向に昇降できる。
プレート６は、堆積領域として機能する水平プレート７から上流にかつ水平プレート７に隣接して配置されており、かつプランジャロッド９上に取り付けられている。このプランジャロッド９もまた、ある断面を有するシリンダ容積の内側において、移送中に上方に動作可能である。プレート７は、プレート６の移動の方向Ｆ２と平行な、両矢印Ｆ３で示される方向に昇降可能である。例えばプレート７は、プレート６と同じように示されている。図示されていない一実施形態において、プレート６，８の形状および寸法は異なっている。
図２に示される第１のステップにおいて、ローラ１およびスクレーパ３はいわゆる休止ポジションにある。図２を参照すると当該ポジションにおいてローラ１およびスクレーパ３は、プレート７の最も近い端部１１に対して蓄積プレート６の一端部１０の左側に配置されている。スクレーパ３は、リップ４の縁部４１によって、パウダー材料の初期厚さｅ１を有するフィルム（またはボリューム（volume））１３の一縁部１２に隣接している。
本明細書において、「高い」、「低い」、「上」および「下」は、図面に示される操作構成要素に関連している。このように、「上側」部分はこれら図面において上方に面している。
ある量のフィルム１３の上面１３０は、プレート７の上面７０に平行な平面上にありかつ上面７０の上に存在する。シリンダ１は所定の速度に基づいてシリンダ１の軸Ａの周囲で回転する。この回転Ｆ１は、パウダー材料１４の特性に応じて、三角法方向または逆三角法方向に実施される。回転速度は、スクレーパ３、カバー５およびシリンダ１の組立体が取り付けられる運搬体の線形移送移動速度に左右される。シリンダの接線方向速度は、運搬体の線速度(linear speed)と同期しており、その同期の比率の範囲は、−１００から０までおよび０から１００まで変化する。同期比率は、パウダー材料の物理化学特性に依存する。
シリンダの接線方向速度が、シリンダを駆動する運搬体の線速度と同じ方向のものであり、かつ、１の同期比率である(つまり速度が同じ)場合に、パウダー材料１４の表面上におけるシリンダ１の母線(generatrix)の移動が生じる。パウダー材料表面におけるシリンダ１の母線の移動速度は、運搬体の線速度の２倍である。
シリンダの接線方向速度が、シリンダを駆動する運搬体の線速度と同じ方向のものであり、かつ、１の同期比率である場合に、パウダー材料１４の表面上におけるシリンダ１の母線(generatrix)の移動は生じない。言い換えると、この平面上ではシリンダが滑ることなく、この平面上におけるシリンダ１の回転が認められる。
シリンダ１の接線方向の速度と運搬体の線速度との比は、パウダー材料１４の特性ならびに製造されるフィルムの厚さに適したものである。
シリンダ１の回転と同時に、カバー５、ひいてはスクレーパ３が降下される。この動作は、例えば、シリンダ１のＦ１に沿う回転の方向とは反対の方向における、図３における矢印Ｆ４に沿う枢軸回動によって引き起こされる。カバー５の枢軸回動は、水平軸Ｂの周囲で実施される。図示されない一実施形態によれば、カバー５は、垂直並進移動によって降下させられる。シリンダ１およびスクレーパ３の移動の同期は、フィルム形成サイクルタイムを低減することができる。必要であれば、シリンダ１およびスクレーパ３の動作は時間とともにオフセットされる。
シリンダ１、カバー５およびスクレーパ３を備える組立体は、水平方向直線方向に並進状態で移動させられる。パウダーのフィルム(またはボリューム)１３の上面１３０は、図２に示されるように、縁部４１の位置に比べてより高い位置に配置されている。このため、スクレーパ３は、所定の量のパウダー材料を取り出す（抽出する）。組立体の移動は、プレート７の主平面Ｐ１に平行な方向Ｆ５に沿って水平方向に実施され、かつその方向において、プレート６上の縁部４１の水平方向動作によって生じる水平面を基準とする。カバー５の下降により、平面Ｐ１は、シリンダ１の下降母線Ｇに接触する平面Ｐ２の下側に位置させられる。言い換えると、図３に示されるこのポジションにおいて、スクレーパ３は、回転ローラ１がパウダー材料１４と接触することなく、プレート７の方向への、そのvoryu0mu１３における、面１３０の下での、抽出パウダー材料１４の矢印Ｆ５に沿った押し出しに適している。なぜならシリンダ１の母線Ｇは、平面Ｐ１上に位置しているからである。
したがってスクレーパ３は、蓄積領域６の第１の端部のうちの、所定量のパウダーを蓄積領域６の第２の端部１１まで押し出す。スクレーパ３によって押し出されたパウダー１４の量は、平面Ｐ１とボリューム１３の上面１３０との間の差によって規定される。この差はプレート６の昇降によって変更できることを理解されたい。
矢印Ｆ５に沿った移送動作は、パウダー材料の特性および／または最終層の所望の特性に基づいて選択された所定の速度で実施される。例えば、この速度は、供給領域上のシリンダ１およびスクレーパ３の移動に関しておおむね０.０５ｍ／ｓから１ｍ／ｓの間である。
この実施形態において、スクレーパ３およびシリンダ１は、スクレーパ３とシリンダ１との間に一定の距離Ｅを保ちつつ、同じ速度で横方向に移動する。これは、シリンダ１およびカバー５のそれぞれの回転軸ＡおよびＢを規定する共通の部材(つまり運搬体(図示せず))を設けることによって実施可能となる。
一実施形態において、スクレーパ３は、シリンダ１の支持部材と一体化された部材に取り付けられておらず、スクレーパ３およびシリンダ１の移動速度は、フィルム形成段階に応じて異なっておりかつ変更されてもよい。言い換えると、距離Ｅは、シリンダ１とスクレーパ３との間で変更される。
フレームに設けられた堅固な領域１５はプレート６，７を接続し、かつプレート６および７の間においてボリューム１３から抽出されたパウダーの通路となり得る。この領域１５は、平面Ｐ１と平行な平面Ｐ３上に、かつその平面より下方に配置されている。言い換えると、この平面Ｐ３は、プレート７上に配置されたパウダー材料からなるフィルムの下面によって規定される。
スクレーパ３が、図４に示されるように、プレート６の端部１１に面して位置するプレート７の端部に向けてパウダー１４を押し出した場合、カバー５は、スクレーパ３を上昇させるために、カバー５の第１の枢軸回動とは反対の方向において矢印Ｆ６に沿って軸Ｂを中心として枢軸回動する。図５に示されるポジションにおいて、所定の量のパウダー１４の堆積物Ｔは、堆積領域７上に広げられるように、端部１６に隣接して配置されている。
作業サイクルの開始から(つまりスクレーパ３がパウダー１４を押し出すために下降される前に)シリンダ１が軸Ａを中心として回転するが、その開始からの休止時間(アイドルタイム)は存在しない。シリンダ１は、スクレーパ３が上昇させられるとすぐに動作可能となっている。スクレーパ３の上昇は、シリンダ１およびカバー５の組立体の移動の停止のみを要求する。とはいえ、この停止時間は、さまざまなサーボ−コントロールデバイスの間および／または予想される操作速度の間における同期に応じて、非常に短くなるか、あるいは存在しないものとなる。
カバー５は、スクレーパ３のリップ４がパウダー１４の堆積物Ｔの上方に位置しかつシリンダ１の動作を妨害しないよう、持ち上げられる。
図６に示されるように、Ｆ１に沿って回転するローラ１は、端部１１からプレート７の端部１７の端部へ向けて、領域６上での移動中での速度とは異なる所定の速度でＦ５に沿って水平並進移動を行う。この移動により、今までプレート６上に配置されていたシリンダ１は、そのシリンダ表面２において堆積物Ｔと接触するようになる。
図７には、シリンダ１を使用して、続いて配置されたフィルム自体の形成、つまり堆積領域７上のパウダー材料１４の拡散が示されている。このフィルムの形成は、Ｆ１に沿って回転するシリンダ１の矢印Ｆ５に沿う並進動作によって均一に実施される。
この段階の間に、シリンダ１は、シリンダの前後においてパウダー１４を拡散するよう押圧する。平面Ｐ１に並行なシリンダ１の回転および移動は、パウダー１４を所定の厚さのフィルム１３’となるよう拡散可能とする。シリンダ１の表面２は、滑らかでありかつその外観上の粗さは低く、また氷のようにつやのある表面に似ており、ローラ１のシリンダ状表面２上にパウダー１４が付着することを防止する。これにより、幾何学的精度、シリンダ１の表面状態、および／またはパウダーの粒サイズに関して、約１μｍの最小厚さを有し、均質でありかつ基準通りのフィルム１３’を得ることが可能となる。上記例においては、実現可能な最小厚さは約５μｍである。１０μｍより大きな厚さを有するフィルムを製造することもできる。
フィルム形成中に、シリンダ１のシリンダ表面２は、レーザーを使用してあらかじめ焼結されるかあるいは溶解されたフィルムの平面Ｐ１と接触しない。この接触しない状態は、特にパウダーフィルムの均一さおよびコンパクトさ、ならびにその粒サイズおよび粒度に左右される。
パウダー材料１４からなるフィルムの形成は、単一焼結において、つまりシリンダ１およびスクレーパ３の単一戻り移行(passage)において実施されてもよい。成形(compacting)の前に拡散されたパウダーからなる最終的なフィルムを形成するために、拡散されたフィルムの物理化学特性および／または期待品質および／またはあらかじめ決められた厚さに基づいて、複数回の焼結を実施することができる、つまり複数回の上記移行を実施することができる。この場合において、第１のフィルムの厚さと最終フィルムの厚さとの間の中間厚さを有するフィルムが形成される。
焼結ｎ中に形成される中間フィルムの厚さは、式：(ax+b)/(cx+d)に基づいて規定される変動に影響されてもよい。それは、２つの中間フィルムの間の厚さの他のタイプの変動を、おおむね漸進的に、成形前にフィルム１３’の所望の最終厚さへ到達させるために作用させることができる。
ここで第１のフィルムを堆積させるための第１の移行(つまり第１の焼結)について述べるが、パウダー材料フィルムの消耗の厚さが得られるまでは後に続く焼結も同様であることを理解されたい。有利なことに、成形前に、堆積領域上に堆積されたパウダー材料からなるフィルムの厚さは、成形された最終フィルムの厚さよりも大きい。好ましくは、この厚さは、成形された最終フィルムの厚さの少なくとも２倍である。
この第１の焼結中において、層１３’の厚さは、最終的なフィルム１３”の所望の厚さよりも大きい。
図８において、ローラ１は、プレート７の端部１７に到達しており、かつ堆積領域７上においてフィルム１３’におけるパウダー材料１４の最終的な拡散を行っている。このポジションにおいて、シリンダ１は連続的に回転しており、かつスクレーパ３は持ち上げられている。この拡散段階は完了している。
シリンダ１、スクレーパ３およびカバー５の組立体は、図６に示されるポジションに、つまり堆積領域７の端部１６に戻ってくる。矢印Ｆ７に沿う戻り工程中において、ローラ１の回転は保持されたままである。Ｆ７に沿う移動は、Ｆ５に沿う初期移動時の速度に比べて高い速度で実施される。一実施形態において、矢印Ｆ５およびＦ７に沿った移動速度は同じである。方向Ｆ５に沿う移動速度は各焼結間では変更されてもよい。
この戻り移動中において、プレート７のプランジャ９は、回転ローラ１があらかじめ広げられたフィルム１３’と接触しないように、数十ミクロンで矢印Ｆ３に沿って下降させられる。
図９に示されるように、連続的に回転するカバー５およびシリンダ１の組立体の矢印Ｆ５に沿った第２の並進移動は、あらかじめ堆積されたパウダー１４からなるフィルム１３’を成形する。この移動の速度は、付加的には、領域６および７上の先行並進移動中における速度と等しくてもよい。このため、堆積領域７のプランジャ９は、堆積されたフィルム１３’の下面(つまりプレートに何もないときのプレート７の上面７０)とシリンダ１の下方母線Ｇとの間の距離がフィルム１３”の所望の最終厚さと等しくなるような値まで上昇させられる。
この厚さｄは、スクレーパ３は上昇ポジションに保持された状態で、図１０に示されるようにシリンダ１の回転のＦ５に沿った並進移動による単一の移行で実施されてもよい。この成形段階は、パウダー材料１４に応じて所望の回数だけ繰り返される。特に、成形されたフィルム１３”の所望の厚さｄを得るための所望の移行の回数は、パウダー１４の物理化学特性、パウダーの粒サイズおよび／または粒度に左右される。言い換えると、パウダー材料１４からなるフィルム１３”の所望の厚さを得ることを意図された数学的数列は、減少非線形数列(decreasing non-linear progression)である、つまり(ax+b)/(cx+d)タイプのものである。この数列は、広げられたフィルムの所定の厚さを得るために意図された数列と類似している。
実施される成形は、製造される対象物の構成要素のそれぞれの厚さに基づいて計算される。この厚さは、対象物の高さおよび対象物を製造するために必要なフィルムの数に左右される。フィルムにおけるパウダー密度の変動が原因となって、成形された最終的なフィルムの厚さｄは、規定の成形比に応じた厚さの割合によって増大される対象物の構成要素をなすフィルムの厚さと等しくなる。
成形中に、ローラ１のシリンダ表面２は、堆積領域７の表面上のパウダー１４のスライド摩擦係数よりも小さなパウダー１４におけるスライド摩擦係数Ｆｇを有する必要がある。この方法においてはパウダー材料１４は、成形中に堆積領域７上に堆積されたままとなりかつ回転ローラ１によって移動させられない。有利なことに、スライド摩擦係数Ｆｇは約０.０２である。
図１１に示されるようにお成形が実施される際に、ローラ１は堆積領域７の端部１７を越えて位置させられており、同様の配置が図８に示されている。シリンダ１は、スクレーパ３が持ち上げられた状態で回転している。一方で、図８に示される配置と比較すると、シリンダ表面２がプレート７の上面７０に近接している。
スクレーパ３およびシリンダ１の組立体はその初期ポジション、つまり図２に示されるように蓄積領域６からパウダー材料１４を抽出するために占めるポジションに戻す必要がある。このため、連続的に回転するシリンダ１およびカバー５は、蓄積領域６の端部１０まで並進移動Ｆ７に沿って戻る(復帰する)ようになっている。
一種の延性パウダーを用いて、方向Ｆ７に沿ってシリンダの移動中にパウダーを広げかつ／または成形することもできる。シリンダ１およびカバー５が蓄積領域６の端部に位置するとき、他のフィルム形成サイクルにおいて異なる量のパウダー材料１４を押し出すために、スクレーパ３はＦ４に沿って再び下降させられる。シリンダ１の、その初期ポジションへの復帰移動中に、シリンダ１からフィルム１３”を解放するために、堆積領域７のプランジャ９は再び下降させられる(シリンダ１は、連続して回転しており、かつ成形された層１３”と接触させられるべきではない)。
フィルム１３”が成形されると、三次元的な物体を形成する固体状のフィルムを形成するために、レーザー処理、つまり焼結または溶解処理が実施される(図示せず)。
新しいサイクルにおいては、単純に、フィルム形成サイクルを再開するためにスクレーパ３を下降させる前に供給領域６のプランジャ８を上昇させる必要がある。
図１２にはさらなる実施形態が示されており、このものにおいて、例えばシリンダ１と同一の第２のシリンダＲ２がシリンダ１の近隣に配置されている。２つのシリンダ１およびＲ２の回転軸は平行である。これらシリンダ１，Ｒ２は、それぞれ接触領域(つまりシリンダの下方母線)が異なる高さとなるように配置されている。この高さにおける差異Ｘは、パウダー１４の特性および得られる成形フィルムの厚さに応じて適合される。言い換えるとＸは、(ax+b)/(cx+d)タイプの減少非線形的な数列によってもたらされる。
したがって、単一シリンダ１では２回の移行が必要とされるが、第２のシリンダＲ２を設けることによって、単一の移行において成形を実施することが可能となる。これにより、成形されたフィルム１３”を得るのに掛かる時間が低減される。シリンダ１，Ｒ２の回転速度および／または回転速度は調節可能である。これらパラメータは付加的にはシリンダ１，Ｒ２の両方に関して同一であってもよい。シリンダ１，Ｒ２の並進移動パラメータに関しても同様のことが言える。
図１２においてツールＲ３がスクレーパ３の付近において概略的に示されている。このツールは較正ツール、例えばミルタイプのツールを構成する。ツールＲ３は、フィルムにレーザー処理を施した後(つまり成形されたパウダー材料にレーザー溶解または焼結が施された後)のフィルム１３”の硬度よりも大きな硬度を有する作業部品(例えば歯)を備えている。このツールＲ３は、例えば炭化タングステンから形成されてもよい。より明確にするために、レーザーで処置された成形パウダー材料からなるフィルムは、単一ツールＲ３下に点線で示されている。これは、このフィルムがプレート７の全体に延在していると理解されたい。
ツールＲ３は、スクレーパ３と置き換えることにより、付加的なフィルムを形成するためにパウダー１４がプレート７上に押し出される際に、あらかじめ形成され、すでにレーザー処理がなされたパウダーフィルム１３”の較正を可能にする。
実際に、あらかじめ広げられかつ成形されたフィルムにレーザー焼結または溶解がすでになされている場合、特に切り取りを伴う上記物体の製造の後に、レーザー処理がなされたフィルムの表面上に起伏部または微小な凹凸部が見られてもよい。したがってＲ３は、次のフィルムの製造の前に数ｍｍ３の材料を取り除くことによりフィルムの面を滑らかにすることができる。
有利なことに、Ｒ３は、シリンダ１，Ｒ２およびスクレーパ３と同一の運搬体に取り付けられている。代替実施形態においては、Ｒ３は、スクレーパ３およびシリンダ１，Ｒ２を支持するための他の運搬体に対して取り外し可能に取り付けられている。
ツールＲ３の回転速度および移動速度は、パウダー材料１４がレーザーを用いて処置される場合、パウダー材料１４に適切なものである。
シリンダＲ２，１およびツールＲ３の移動方向は同じである。
図示されていないさらなる実施形態において、シリンダ１、カバー５およびスクレーパ３の組立体は、垂直方向の移動に適したものとなっている。そのため、広げられるパウダー１４の量を調節するために、プランジャ８を上昇させかつシリンダ１とカバー５とスクレーパ３との組立体を下降させることができる。
ローラ１の連続的な回転は、同様の再位置決めまでサイクルを停止させることなく、ローラの迅速な作動を可能にする。
シリンダ表面２が成形中に完全に使用されるため、相当な長さのパウダーフィルムを成形することができる。
図示されていない実施形態において、カバー５の形状は上記形状とは異なっていてもよい。
代替実施形態において、スクレーパ３は、シリンダの回転軸に連結されたアームに取り付けられていてもよく、シリンダは保護カバーを備えていない。
１ ローラ(シリンダ)
２ シリンダ表面
３ スクレーパ
４ リップ
５ カバー
６ 蓄積プレート
７ 堆積プレート
８ プランジャ
９ プランジャ
１０ プレート６の端部
１１ プレート６の端部
１２ 縁部
１３ フィルム
１４ パウダー材料
１５ 堅固な領域１５(solid area)
１６ プレート７の端部
１７ プレート７の端部
３１ 本体
４１ 縁部
７０ プレート７の上面
１３’ フィルム
１３” フィルム
１３０ 上面
Ｒ２ シリンダ
Ｒ３ ツール

Claims (12)

  1. パウダー材料(１４)からなる少なくとも１つの薄手のフィルム(１３”)を形成するために適合されたデバイスであって、
    前記デバイスは、蓄積領域(６)と、堆積領域(７)と、スクレーパ(３)と、シリンダ(１)と、を具備しており、
    前記デバイスは、：
    − 前記スクレーパ（３）によって前記蓄積領域(６)から前記堆積領域(７)へあらかじめ移動させられた前記パウダー材料(１４)を拡散しかつ成形するために、滑らかなシリンダ表面(２)を有するシリンダ(１)であって、前記シリンダ（１）の端面は円形であり、前記シリンダはその回転軸(Ａ)の周囲で回転可能に動作できるものであり、かつ、前記蓄積領域(６)と前記堆積領域(７)との間において、前記堆積領域(７)における主平面(Ｐ１)に平行な少なくとも１つの方向(Ｆ５，Ｆ７)に並進移動可能である、シリンダ(１)と、
    − 前記スクレーパ(３)であって、前記スクレーパ（３）が前記蓄積領域（６）上のパウダー材料（１４）を所定量だけ抽出する下降ポジションと、前記シリンダ（１）が前記パウダー材料（１４）を拡散しかつ成形できるよう適合された上昇ポジションとの間で、前記堆積領域(７)の前記主平面(Ｐ１)に直交する方向(Ｆ４，Ｆ６)に移動可能であり、かつ、前記蓄積領域(６)と前記堆積領域(７)との間において、前記シリンダ(１)と同じ方向(Ｆ５，Ｆ７)に水平直線方向に並進して移動可能であり、前記スクレーパの移動中に前記蓄積領域(６)から前記堆積領域(７)へ前記パウダー材料(１４)を押し出すのに適合された、スクレーパ(３)と、
    を具備してなり、
    前記シリンダ(１)の前記シリンダ表面(２)は、０.０６μｍの外観粗さ(Ｒａ)を有することを特徴とするデバイス。
  2. 前記シリンダ(１)の前記シリンダ表面(２)は、前記パウダー材料(１４)を形成する最小粒子の粒サイズよりも小さくなるよう適合された外観粗さ(Ｒａ)を有することを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
  3. 前記パウダー材料(１４)上での前記シリンダ表面(２)のスライド時の動摩擦係数(Ｆｇ)は、前記堆積領域(７)の表面上における前記パウダー材料(１４)のスライド時の動摩擦係数より小さくなるよう適合されたものであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のデバイス。
  4. 前記パウダー材料(１４)上での前記シリンダ表面(２)のスライド時の動摩擦係数(Ｆｇ)は、０.０２であることを特徴とする請求項３に記載のデバイス。
  5. 前記スクレーパ(３)と前記シリンダ(１)とは、同じ速度で並進移動するよう適合されていることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載のデバイス。
  6. 前記スクレーパ(３)および前記シリンダ(１)の移動は、前記スクレーパ(３)と前記シリンダ(１)との間の距離(Ｅ)が一定に保たれるように、同期して実施されるよう適合されていることを特徴とする請求項５に記載のデバイス。
  7. 前記スクレーパ(３)と前記シリンダ(１)とは、異なる速度で並進移動するよう適合されていることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載のデバイス。
  8. 前記スクレーパ(３)および前記シリンダ(１)の移動は、同期せずに実施されるよう適合されていることを特徴とする請求項５または請求項７に記載のデバイス。
  9. 成形されたパウダー材料(１４)からなるフィルム(１３”)の較正をするために適合された較正ツール(Ｒ３)が、前記パウダー材料(１４)がレーザーで処理された後に、パウダー材料(１４)の押圧時に前記スクレーパ(３)に先行するように前記スクレーパ(３)に近接して配置されていることを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれか一項に記載のデバイス。
  10. 請求項１から請求項９のいずれか一項に記載のデバイスを使用してパウダー材料からなる少なくとも１つのフィルムを形成するための方法であって、
    −ａ) 前記パウダー材料(１４)を蓄積するための領域(６)から上流おいて、少なくとも１つのシリンダ(１，Ｒ２)を回転させるステップ(Ｆ１)と、
    −ｂ) スクレーパ(３)を下降させるステップと、
    −ｃ) 前記蓄積領域(６)上において前記スクレーパ(３)を使用して所定の量のパウダー材料(１４)を抽出するステップと、
    −ｄ) 前記スクレーパ(３)を使用して、前記蓄積領域(６)から堆積領域(７)へ、前記抽出された所定量のパウダー材料を押し出すステップ(Ｆ５)と、
    −ｅ) 前記スクレーパ(３)を上昇させるステップ(Ｆ６)と、
    −ｆ) 前記堆積領域(７)上の前記パウダー材料(１４)を、前記シリンダ(１)を使用して拡散させるステップと、
    −ｇ) あらかじめ拡散されたパウダー材料(１４)を、少なくとも１のシリンダ(１)の移行において、前記シリンダ(１)を使用して、成形するステップと、
    −ｈ) 所望の数の成形されたフィルム(１３”)が製造されるまで、ステップａ)からステップｇ)を繰り返すステップと、
    を含むことを特徴とする方法。
  11. 前記パウダー材料(１４)の成形に先立って前記パウダー材料(１４)を所定の厚さのフィルム状に拡散させるために、ステップｇ)の前に、ステップｂ)からステップｆ)までの少なくとも１の繰り返しを含むことを特徴とする請求項１０に記載の方法。
  12. ステップｆ)の後にかつステップｇ)の前において、前記堆積領域(７)上に拡散されたパウダー材料（１４）の前記フィルム(１３’)の厚さは、成形された材料(１４)からなる最終フィルム(１３”)の厚さの２倍に少なくとも等しいことを特徴とする請求項１０に記載の方法。
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