JP7612579B2 - 選択的付加製造装置用のスロットを有するナット - Google Patents

Description

本発明は、一般に、選択的付加製造分野に関する。

選択的付加製造は、粉末材料（金属粉末、セラミック粉末など）の連続層における選択領域を圧密化することによって３次元物体を形成するものである。圧密化領域は、３次元物体の連続断面に対応する。圧密化は、例えば、エネルギー源を使用して行われる完全な又は部分的な選択的溶融によって層毎に行われる。

粉末材料又は粉体は、スライド内を摺動するように設計されたストリップを使用して粉体容器から製造ゾーンに運ぶことができる。

一部の粉体は、浮遊状態で周囲大気の中に入る場合があるので、作業環境は、装置の機械構成部品にとって有害である。このことは、ストリップのスライド内での移動などの、移動伝達装置に含まれる構成部品に特に当てはまる。

従来からストリップを動かすためにネジ－ナットシステムを使用することは知られている。環境内に浮遊する物質によってネジとナットとの間の間隙が閉塞される。これらの粉体の堆積は、ネジ－ナットシステムの機械的な遊びを減じ、結果的に遊びを無くする。構成部品の頻繁な交換が必要である。

従って、ストリップを動かすためのシステムは、浮遊する材料粉体を含む環境で作動する場合により長い耐用年数を示す必要性がある。

本発明の全体的な目的は、従来技術の制限を解消することである。
詳細には、この目的は、浮遊する材料粉体を含む環境で作動する場合により長い耐用年数を示す、ストリップを動かすためのシステムを提供することである。

特にこの目的のために、本発明は、選択的付加製造装置に粉体を運ぶためにストリップを動かすためのナットを提供し、ナットは、第１の軸線に沿って延びるネジ穴を有し、ナットは、ナットの外面からネジ穴の内面までナットの厚さを貫通して延びるスロットを備え、スロットは、ネジ穴の少なくとも１つのネジピッチを横切って、第１の軸線を通過する平面に沿って延びる。

このようなナットは、好都合には、様々な特徴が単独で又は組み合わせて追加される。すなわち、
－第１の軸線に対して直交するナットの端部から第１の軸線（Ａ）に沿って延びるスロット、
－各々がナットの１つの端部から第１の軸線に沿って延びる２つのスロット、
－スロットは、第１の軸線及び第２の軸線に対して直交する第３の軸線に沿った、作動環境内に浮遊する粒子の最大サイズよりも少なくとも３倍大きな幅を有する、
－スロットは、第３の軸線に沿った、５００マイクロメータから１００００マイクロメータの間の幅を有する、
－スロットは、第３の軸線に沿った、１０００マイクロメータから２０００マイクロメータの間の幅を有する、
－ナットの外面は、第１の軸線に沿って延びる円筒である、
－ナットの外面は、円筒であり、さらに第１の軸線に沿って延びる２つの溝を有し、溝の各々は、第２の軸線に平行な第１の矩形及び第３の軸線に平行な第２の矩形によって形成され、２つの溝は、スロットの１８０度反対の区域に位置する。

本発明は、上記のナットと、ナットがこれに対して回転するのを防止するようにナットが固定されたストリップとを備える、選択的付加製造装置用のストリップを動かすためのシステムであって、ストリップを動かすためのシステムは、ナットのネジ穴に係合するネジ山を含むネジを備え、ナットのスロットは、第１の軸線に関してストリップの１８０度反対に位置する。

このストリップを動かすためのシステムは、好都合には、様々な特徴が単独で又は組み合わせて追加される。すなわち、
－ナットがストリップに対して第１の軸線の周りで回転するのを防止するように、ナットのスロットに収容されるように設計されたピン、
－ストリップは、その下部に、２つの溝の間に位置するナットの部分を受け入れるように設計された凹部を備える、
－ストリップにしっかり固定され、十分な機械的な遊びでもってナットを囲み、ナットがネジに取り付けられる場合に、ナットの自己整列を可能にするように設計されたハーフシェル（１２）。

本発明は、上記のストリップを動かすためのシステムを有する、３次元物体の選択的付加製造のための装置に関連し、さらにこのような装置の使用方法であって、付加製造は、付加製造用の粉体に基づいて実行され、スロットは、第１の軸線及び第２の軸線に対して直交する第３の軸線に沿った、付加製造用の粉体の粒子の最大サイズよりも少なくとも３倍大きな幅を有する使用方法に関連する。

本発明の他の特徴及び利点は、単なる例示でありかつ非限定的であり、添付図面と併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。

付加製造装置内で粉末材料を分配するためのシステムの実施形態の概略図である。 本発明の１つの態様による選択的付加製造装置のための図を示す。 本発明の１つの態様による選択的付加製造装置のための図を示す。 本発明の１つの態様による選択的付加製造装置のための図を示す。 本発明の１つの態様による選択的付加製造装置のための図を示す。 本発明の１つの態様による選択的付加製造装置のためのストリップを動かすためのシステムの実施形態の概略図である。 本発明の可能性のある１つの実施形態によるストリップを動かすためのシステムを有する選択的付加製造装置の概略図である。

ストリップを動かすためのシステム
図１はストリップ３３を動かすためのシステム２６の一実施形態を示す。
システム２６は、ノズル３６を通る粉体量を計量するために作られた計量装置３１を備える。

ストリップ３３は、ネジ３５の作用下でスライド３２の中を動くことができる。ストリップ３３は、ネジ３５の方向に並進するようになっている。ストリップを動かすための特にナットを備えるシステム３０によって、ネジ３５の回転は、スライド３２の中でのストリップ３３の並進運動を引き起こす。

スライド３２は、製造ゾーンの近くに位置し、計量装置３１と端部３７との間に延び、端部３７は、ストリップの並進移動を制限する。
充填段階の間に、ストリップ３３は、ノズル３６の下に移動する。ノズル３６が所定量の粉体を分配する間に、ストリップ３３は、粉体層がストリップ３３上に堆積するように端部３７の方向に移動する。

粉体がこの目的で設けられたストリップ３３全体の上に堆積されると、ストリップは、端部３７に移動してこれに当接する。この位置で、ストリップ３３を覆う粉体層は、製造ゾーン及び製造される物体に面し、物体の最後に製作された層の上に分散させることができる。

選択的付加製造装置のためのナット
図２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、２Ｄは、選択的付加製造装置のためのナットを示す。
ナット１は、第１の軸線Ａに沿って延びるネジ穴２を有する。図２Ａは、軸線Ａに対して直交するナット１の端部７ａの図である。

図２Ａには、第１の軸線Ａに対して直交する第２の軸線Ｂ、並びに第２の軸線Ｂ及び第１の軸線Ａに対して直交する第３の軸線Ｃが示されている。
図２Ａの２つの矢印Ｄは、第２の軸線Ｂの沿ったナット１を通る断面を示す。この断面は図２Ｂに示される。

図２Ｂは、第１の軸線Ａ及びネジ穴２を示し、ネジ穴のネジ山が示されている。ネジ山の中の２つの連続する点の間の距離６は、ネジピッチ６を表す。
ナット１の外面４は、第１の軸線Ａに関して半径方向外側であるナット１の表面である。
ナット１の内面５は、第１の軸線Ａに関して半径方向内側であり、ネジ穴のネジ山によって定められた表面に対応するナット１の表面である。

ナット１は、ネジ穴２の少なくとも１つのネジピッチ６を横切って第１の軸線Ａに沿って延びるスロット３ａ、３ｂを備え、このスロットは、ナット１の外面４からネジ穴２によって定められた内面５まで、第２の軸線Ｂに沿ってナットを貫通して延びる。
スロット３ａ、３ｂは、第２の軸線Ｂの方向でネジ穴２の内部空間とナット１の外部空間を連通状態に置く。

付加製造装置の内部で、スロット３ａ、３ｂがナット１の底部に向かって垂直面に位置付けられるように、ナット１をネジ３５の上に配置することができる。粉末材料の堆積物、換言するとネジ３５とナット１との間の間隙を塞ぐ粉体粒は、表面５に沿ってスロット３ａ、３ｂに向かって運ぶことができる。次に、堆積物は、重力の下でスロット３ａ、３ｂの中に入り、間隙から離れる。これは、ネジ－ナットシステムの機械的な遊びの減少及び排除を制限する。これにより、浮遊する付加製造粉体を含有する環境内でのネジ－ナットシステムの耐用年数が延びる。

スロット３ａ、３ｂは、好都合には、ネジの回転エネルギーの一部がナットの並進エネルギーに変換されるのを妨げないように、ナットのネジ山の全長に沿って延びない場合がある。

スロットがこれに沿って延びない第１の軸線Ａに沿ったナット１の長さは、ネジ穴２に取り付けられたネジがこれ以上ナット１を変形させない又は開かないように十分に長い必要があり、又はネジの回転エネルギーをナットの並進エネルギーに変換するのを保証するために十分に長い必要がある。

ネジ穴２は、１又は２以上のフライトを備えることができる。いずれの場合でも、スロット３ａ、３ｂは、ネジ穴２の各フライトの少なくとも１つのネジピッチ６を横切って第１の軸線Ａに沿って延びる。これにより、ネジとナットとの間の間隙を塞ぎかつ表面５に沿って運ばれる粉体粒の全ての軌道が、スロット３ａ、３ｂを通過するのを保証することができる。

図２Ｂは、ナット１の端部７ａ及びその反対端の端部７ｂを示す。２つの端部７ａ、７ｂの間の距離は、ナット１のネジ穴２の長さに対応する。
ナット１のスロット３ａ、３ｂは、好都合には、ナット１の端部７ａから又は端部７ｂから第１の軸線Ａに沿って延びることができる。端部７ａ及び７ｂの両方は、第１の軸線Ａに対して直交する平面である。

この状況で、スロット３ａ、３ｂは、端部７ａ又は端部７ｂに見える。スロット３ａ、３ｂは、ネジ穴２の内部空間とナット１の外部空間を、第２の軸線Ｂに沿うが図２Ｂの切断面における斜め方向でも連通状態に置く。

このことは、スロット３ａ、３ｂが付加製造装置のフロア又は底部に向かって垂直面に位置するようにナット１が付加製造装置の中に配置される場合、スロット３ａ、３ｂの中に重力の下で入ることができる堆積物の数を増やすことを可能にする。堆積物を外側に向かって排出することができる角度は、この状況ではより多い。

ナットは、好都合には、各々がナット１の１つの端部７ａ、７ｂから第１の軸線Ａに沿って延びる２つのスロット３ａ、３ｂを備えることができる。
間隙に堆積した粉体堆積物を排出するためにナット１が付加製造装置の内部に配置される状況では、２つのスロットの存在により、堆積物を排出することができるネジ領域が増える。従って、排出される堆積物の数が増える。

このようなナットは図２Ｂに示されており、２つのスロット３ａ及び３ｂが示されている。これらのスロットの間には、ナットの材料厚さ８が残っている。この厚さ８は、ネジ穴２に取り付けられたネジがこれ以上ナット１を変形させない又は開かないように十分に長い必要があり、又はネジの回転エネルギーをナットの並進エネルギーに変換するのを保証するために十分に長い必要がある。

図２Ｃは、２つのスロット３ａ、３ｂ及び材料厚さ８の側から第２の軸線Ｂに沿ったナット１の底面図を示す。スロット３ａは、端部７ａから延びるように示され、スロット３ｂは、端部７ｂから延びるように示されている。
図２Ｄは、図２Ａ及び２Ｃで構成されるナット１の斜視図を示す。スロット３ａ、３ｂは、作業環境内で浮遊して存在する粉体の特性に適応する第３の軸線Ｃに沿った幅を有する。
一般に、付加製造装置の環境内で、従ってナットの環境内で浮遊する粉体粒の大きさは、０から２００マイクロメータの間である。

スロット３ａ、３ｂは、第３の軸線Ｃに沿った幅が粉体粒の最大直径の３倍よりも大きいように設計することができる。このように、スロット内に存在する３つの粒子は第３の軸線Ｃの方向に詰まることはできない。なおさら、スロット内に存在する２つの粒子も第３の軸線Ｃの方向に詰まることはできない。この特徴は、スロットが粉体粒で塞がれる可能性を低減し、ナット１がネジ－ナットの間隙に堆積した粉体粒を排出する能力を高めることができる。従って、第３の軸線Ｃに沿った幅は、６００マイクロメータよりも大きいように選択することができる。

また、第３の軸線Ｃに沿った幅は、５００マイクロメータから１００００マイクロメータの間の値、好都合には、１０００マイクロメータから２０００マイクロメータの間の値に等しいように選択することができる。
ナット１は、円筒形とすることができ、この場合、外面４は、第１の軸線Ａに沿って延びる円筒に正確に対応する。

ナット１は、何らかの他の形状とすることができる。例えば、円筒形状は第１の軸線Ａに沿って延び、同様に第１の軸線Ａに沿って延びる２つの溝９ａ、９ｂを有する。各溝９ａ、９ｂは、第２の軸線Ｂに平行な第１の矩形、及び第３の軸線Ｃに平行な第２の矩形を定める。２つの溝は、スロット３ａ、３ｂの１８０度反対の区域に位置する。図２Ａ及び２Ｄは、２つの溝９ａ及び９ｂを示す。

このように定義され、外面４の形状は、２つの溝９ａ、９ｂの間に位置し、外面４の残部から突出する部分１０を有する。この部分は、ストリップの下に位置する、ストリップのハウジングに挿入することができる。このように、ナットは、スロット３ａ、３が垂直面内で付加製造装置のフロア及び底部に向かう位置を取りこの位置を維持する。さらに、ナット１の少容量を定めるこの形状によって、ナットは、付加製造装置の中で容易に取り付けること及び取り外すことができる。

ストリップを動かすためのシステム
図３は、選択的付加製造装置用のストリップを動かすためのシステムの実施形態の概略図である。
ストリップを動かすシステム３０は、ストリップ３３及び上述のナット１を備える。ナットは、ナットがストリップに対して回転しないように、ストリップに取り付けられる。

ストリップを動かすシステム３０はネジ３５を備え、そのネジ山はナット１のネジ穴２の中に係合する。
システムは、ナット内のスロット３ａ、３ｂがネジ３５の軸線に関してストリップ３３の１８０度反対の区域に位置するように設計されている。

ネジの回転によってストリップの並進運動を制御するために、ナットは、ストリップに対して回転しないことが必要である。このような回転防止により、スロット３ａ、３ｂの位置は、常に同じ区域に維持することができる。従って、スロット３ａ、３ｂは、付加製造装置の運転を通して、付加製造装置のフロア及び底部に向かって垂直面に維持することができる。

ナットがストリップに対して回転するのを防止する１つの可能性は、ナット１のスロット３ａ、３ｂの中に収容されるように設計されたピン１１の使用である。従って、ピンの一端は、第１の軸線Ａの方向でスロット３ａ、３ｂに係合する。ピンは、他端がスロット３ａ、３ｂから突出してストリップ３３の穴に収容すること又はストリップ３３にしっかり固定された構成要素に収容することができる十分な長さに選択することができる。

ピンの直径が第３の軸線Ｃの方向でのスロットの幅より小さい円筒ピンを使用すると、ナット１とピンとの間に機械的な遊びをもつことが可能になる。これは、ナット１の回転を防止するのを保証しながら構造体の組み立て及び分解を容易にすることができる。

ナットの回転を防止する他の可能性は、ナット１の２つの溝９ａ、９ｂに間に位置する部分１０をストリップの凹部に位置付けることである。このように、部分１０は、凹部に当接する状態になり、結果的に、ナットがストリップに対して軸線Ａの周りで回転するのが防止される。

このような凹部は、粉体堆積物を排出するための位置にナット１を簡単に位置付けるのを可能にする。さらに、２つの溝９ａ、９ｂの間に位置するナット１の部分１０の幅よりも僅かに広い凹部を選ぶことで、機械的な遊びを可能にすることができる。このことは、第１の軸線Ａ及び第２の軸線Ｂの方向での正確な配置を課することなく、ナット１をストリップ３３に対して所定の角度位置で固定するのを可能にする。

ナットは、ストリップ３３にしっかり固定されたハーフシェル１２で囲まれる。ハーフシェル１２の内部の寸法は、ナット１の外部の寸法より僅かに大きく、ナットとハーフシェルとの間に機械的な遊びがあるように設計されている。この機械的な遊びは、ネジ３５上でのナットの自己整列を可能にするのに十分なものである。このように、ナットは、浮遊様式で取り付けられ、ナットのフライトの耐用年数が長くなる。

ハーフシェル１２の内部の寸法は、全ての方向で、ナット１の外部の寸法より僅かに大きい。詳細には、第１の軸線Ａに沿って、ハーフシェルに対するナットの並進運動の機械的な遊びが存在する。ナットが、第１の軸線Ａで一方向に動くと、この並進運動の機械的な遊びで許容された移動端で、ハーフシェルに当接する状態になり、結果的にナットの移動が阻止される。これにより、ストリップ３３は動くことができる。

ハーフシェル１２は、ナット１のスロット３ａ、３ｂに対向して位置するように設計された切り欠き１３を備える。これにより、スロット３ａ、３ｂから落ちた粒子堆積物は、付加製造装置のフロア及び底部に向かって継続的に落下することができる。

選択的付加製造装置
図４の選択的付加製造装置２１は、
－付加製造粉体（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（図中のモミの木様の形の物体２２）を製造するのを可能にする水平プレート２３のような支持体、
－積層ローラー又はスプレッダーに製造用の粉体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システム２６、分配システム２６は、計量装置３１、スライド３２、及びストリップ３３を備える、
－金属粉末をプレート上に分配するための機構２４、この機構２４は、例えば、粉体の様々な連続層を分散させるための積層ローラー及び／又はスプレッダー２５を有する（両矢印Ａに沿って移動する）、
－エネルギー源２１１を有する組立体２８、エネルギー源は、分散された薄い層を（全体的に／部分的に）溶融させるための、例えばレーザービーム及び／又は電子ビームである。エネルギー源２１１から生じたエネルギーは、粉体平面内に分散された薄い層と接触する、
－予め記憶された情報（メモリＭ）に基づいて装置２１の様々な構成要素を制御する制御ユニット２９、
－各層が堆積されるにつれてプレート２３の支持体を降下させることができる機構２１０（両矢印Ｂに沿って移動する）、
を備える。

装置２１の構成要素は、不活性ガス回路及び／又は少なくとも１つの真空ポンプ２１８（電子ビームが使用される場合）に接続することができる密閉室２１７の中に配置される。

Claims (13)

1. 選択的付加製造装置用のストリップ（３３）を動かすナット（１）を備えたシステム（３０）であって、
   前記ナット(１)が第１の軸線（Ａ）に沿って延びるネジ穴（２）を有し、
   前記ナット（１）は、前記ナット（１）の外面（４）から前記ネジ穴（２）の内面（５）まで前記第１の軸線（Ａ）に直交する第２の軸線（Ｂ）に沿って前記ナットの厚さを貫通して延びるスロット（３ａ、３ｂ）を備え、
   前記スロット（３ａ、３ｂ）は、前記ネジ穴（２）の少なくとも１つのネジピッチ（６）を横切って、前記第１の軸線（Ａ）を通過する平面に沿って延び、
   前記ナット（１）が、前記ストリップ（３３）に対して回転しないように前記ストリップ（３３）に固定され、
   前記システム（３０）は、前記ナット（１）の前記ネジ穴（２）に係合するネジ山を含むネジ（３５）を備え、前記ナットの前記スロット（３ａ、３ｂ）は、前記第１の軸線（Ａ）に関して前記ストリップ（３３）の１８０度反対に位置する、
   ことを特徴とするシステム（３０）。
2. 前記スロット（３ａ、３ｂ）は、前記第１の軸線（Ａ）に対して直交する前記ナット（１）の端部（７ａ、７ｂ）から前記第１の軸線（Ａ）に沿って延びる、
   請求項１に記載のシステム（３０）。
3. 各々が前記ナット（１）の１つの端部（７ａ、７ｂ）から前記第１の軸線（Ａ）に沿って延びる、２つのスロット（３ａ、３ｂ）を備える、
   請求項１又は２に記載のシステム（３０）。
4. 前記スロット（３ａ、３ｂ）は、前記第１の軸線（Ａ）及び前記第２の軸線（Ｂ）に対して直交する第３の軸線（Ｃ）に沿った、作動環境内に浮遊する粒子の最大サイズよりも少なくとも３倍大きな幅を有する、
   請求項１から３のいずれか１項に記載のシステム（３０）。
5. 前記スロット（３ａ、３ｂ）は、前記第１の軸線（Ａ）及び前記第２の軸線（Ｂ）に対して直交する第３の軸線（Ｃ）に沿った、５００マイクロメータから１００００マイクロメータの間の幅を有する、
   請求項１から３のいずれか１項に記載のシステム（３０）。
6. 前記スロット（３ａ、３ｂ）は、前記第１の軸線（Ａ）及び前記第２の軸線（Ｂ）に対して直交する第３の軸線（Ｃ）に沿った、１０００マイクロメータから２０００マイクロメータの間の幅を有する、
   請求項１から３のいずれか１項に記載のシステム（３０）。
7. 前記ナット（１）の前記外面（４）は、前記第１の軸線（Ａ）に沿って延びる円筒である、
   請求項１から６のいずれか１項に記載のシステム（３０）。
8. 前記ナット（１）の前記外面（４）は、円筒であり、さらに前記第１の軸線（Ａ）に沿って延びる２つの溝（９ａ、９ｂ）を有し、前記溝（９ａ、９ｂ）の各々は、前記第２の軸線（Ｂ）に平行な第１の矩形及び前記第１の軸線（Ａ）および第２の軸線（Ｂ）に直交する第３の軸線（Ｃ）に平行な第２の矩形によって形成され、前記２つの溝は、前記スロット（３ａ、３ｂ）の１８０度反対の区域に位置する、
   請求項７に記載のシステム（３０）。
9. 前記ナット（１）が前記ストリップ（３３）に対して前記第１の軸線（Ａ）の周りで回転するのを防止するように、前記ナット（１）の前記スロット（３ａ、３ｂ）に収容されるように設計されたピン（１１）を備える、
   請求項１から８のいずれか１項に記載のシステム（３０）。
10. 前記ナット(１)が請求項８のナットであり、
    前記ストリップ（３３）は、その下部に、前記２つの溝（９ａ、９ｂ）の間に位置する前記ナット（１）の部分（１０）を受け入れるように設計された凹部を備える、
    請求項１から９のいずれか１項に記載のシステム（３０）。
11. 前記ストリップ（３３）にしっかり固定され、十分な機械的な遊びでもって前記ナット（１）を囲み、前記ナットが前記ネジ（３５）に取り付けられる場合に、前記ナット（１）の自己整列を可能にするように設計されたハーフシェル（１２）を備える、
    請求項１から１０のいずれか１項に記載の動かすためのシステム（３０）。
12. 請求項９から１１のいずれか１項に記載の動かすためのシステム（２０）を有する選択的付加製造装置（２１）。
13. 請求項１２に記載の選択的付加製造装置（２１）の使用方法であって、付加製造は、付加製造用の粉体に基づいて実行され、前記スロット（３ａ、３ｂ）は、前記第１の軸線（Ａ）及び前記第２の軸線（Ｂ）に対して直交する第３の軸線（Ｃ）に沿った、前記付加製造用の粉体の粒子の最大サイズよりも少なくとも３倍大きな幅を有する、使用方法。

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