DE112018005088T5

DE112018005088T5 - Düse für additive fertigung und vorrichtung für additive fertigung

Info

Publication number: DE112018005088T5
Application number: DE112018005088.2T
Authority: DE
Inventors: Kei Higashi; Kazuhiro Yoshida; Yoshinao Komatsu; Takanao KOMAKI
Original assignee: Mitsubishi Hitachi Power Systems Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2017-10-31
Filing date: 2018-10-30
Publication date: 2020-08-06
Also published as: KR102377578B1; JP2019081933A; WO2019088105A1; US11845226B2; JP7107661B2; CN111201100B; KR20200051753A; US20200261975A1; CN111201100A

Abstract

Die vorliegende Erfindung umfasst einen Verteiler (41), der sich in Breitenrichtung der Kammer erstreckt und so ausgestaltet ist, dass das Inertgas von außen in den Verteiler zugeführt wird, und einen Düsenkörper (43), der mit dem Verteiler (41) in Verbindung steht, sich in Breitenrichtung erstreckt und so ausgestaltet ist, dass das Inertgas, das von dem Verteiler (41) zugeführt wird, horizontal zu dem Formbereich ausgeblasen wird. Der Düsenkörper (43) weist ein wabenartiges Teil (52), das ein Inneres des Düsenkörpers in Strömungskanäle definiert, durch die das Inertgas strömt, ein Ausblasteil (55), das stromabwärts des wabenartigen Teils (52) angeordnet ist und das mit dem wabenartigen Teil (52) in der Breitenrichtung in Verbindung steht, das Inertgas, das durch die Vielzahl von Strömungskanälen getreten ist, von dem wabenartigen Teil (52) zu dem Ausblasteil (55) geleitet wird, und ein poröses Teil (54), das Öffnungen aufweist und zwischen dem wabenartigen Teil (52) und dem Ausblasteil (55) angeordnet ist, auf.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Düse für additive Fertigung und eine Vorrichtung für additive Fertigung.
Priorität wird von der am 31. Oktober 2017 eingereichten japanischen Patentanmeldung Nr. 2017-210659 , deren Inhalt hierin durch Bezug einbezogen ist, beansprucht.
Hintergrund
Wenn metallisches Pulver mit Laserlicht geschmolzen und gesintert wird, wird eine Vorrichtung für additive Fertigung verwendet (siehe beispielsweise Patentschrift 1). Patentschrift 1 offenbart eine Vorrichtung für additive Fertigung, die eine Kammer, eine Inertgas-Zufuhreinheit, einen Rauchsammler, ein Gestell, eine Nachbeschichtungseinrichtung, eine Hebeeinheit und eine Laserlicht-Ausstrahleinheit umfasst.
Die in Inertgas-Zufuhreinheit führt ein Inertgas in die Kammer hinein zu. Der Rauchsammler saugt das Inertgas ein und entfernt Rauch. Ein Pulverbett, auf welchem ein Metallpulver geschichtet wird, ist auf einer oberen Fläche des Gestells gebildet.
Die Nachbeschichtungseinrichtung bildet eine metallische Pulverschicht durch Zuführen des metallischen Pulvers zu der Seite der oberen Fläche des Gestells. Die Hebeeinheit bewegt das Gestell nach unten, wenn ein Gegenstand geformt wird. Die Laserlicht-Bestrahlungseinheit formt einen Gegenstand durch Bestrahlung der Metallpulverschicht mit Laserlicht.
Zitationsliste
Patentschrift
Patentschrift 1: Japanische ungeprüfte Patentanmeldung, erste Publikation Nr. 2017-48407
Zusammenfassung der Erfindung
Technisches Problem
Wenn sich die Strömungsgeschwindigkeit und -richtung des aus der Inertgas-Zufuhreinheit (einem Verteiler und einem Düsenkörper) ausgeblasenen Inertgases in einer Breitenrichtung der Inertgas-Zufuhreinheit ändert, kann für jeden Bereich eine unterschiedliche Entfernungsleistung von Turbulenzen, Rauch oder Zerstäubung des Metallpulvers entstehen.
Somit ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Düse für additive Fertigung und eine Vorrichtung für additive Fertigung bereitzustellen, die in der Lage sind, einem Formbereich ein Inertgas mit gleichmäßiger Strömungsgeschwindigkeit zuzuführen.
Lösung für das Problem
Um das obige Probleme zu lösen, wird gemäß der Düse für additive Fertigung hinsichtlich eines Aspekts der vorliegenden Erfindung, eine Düse für additive Fertigung, die verwendet wird, um ein Inertgas einem Formbereich innerhalb einer Kammer zuzuführen, in der eine additive Fertigung durchgeführt wird, bereitgestellt. Die Düse für additive Fertigung umfasst einen Verteiler, der sich in einer Breitenrichtung der Kammer erstreckt und der so ausgestaltet ist, dass das Inertgas von außen in den Verteiler zugeführt wird, und einen Düsenkörper, der mit dem Verteiler in der Breitenrichtung verbunden ist und so ausgestaltet ist, dass das Inertgas, das von dem Verteiler zugeführt wird, horizontal zu dem Formbereich ausgeblasen wird. Der Düsenkörper weist ein wabenartiges Teil auf, das so ausgestaltet ist, dass es ein Inneres des Düsenkörpers in eine Vielzahl von Strömungskanälen definiert, durch die das Inertgas strömt, ein Ausblasteil, das stromabwärts des wabenartigen Teils angeordnet ist und das mit dem wabenartigen Teil in der Breitenrichtung in Verbindung steht, wobei das durch die Vielzahl der Strömungskanäle hindurchgetretene Inertgas von dem wabenartigen Teil zu dem Ausblasteil geleitet wird, und ein poröses Teil, das zwischen dem wabenartigen Teil und dem Ausblasteil angeordnet ist. Das poröse Teil weist eine Vielzahl von Öffnungen auf, die jeweils eine Öffnungsfläche aufweisen, die kleiner ist als eine Querschnittsfläche der Strömungskanäle senkrecht zu einer Strömungsrichtung des Inertgases.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist das wabenartige Teil vorgesehen, das in dem Inneren des Düsenkörpers eine Vielzahl von Strömungskanälen definiert, durch welche das Inertgas strömt, wodurch die Geschwindigkeitskomponente des Inertgases in einer Richtung, die senkrecht zu der Richtung ist, in der sich die Strömungskanäle erstrecken, reduziert werden, um die sekundäre Strömungskomponente wie beispielsweise Wirbel zu reduzieren.
Es ist mit dem porösen Teil mit der Vielzahl von Öffnungen versehen, die eine Öffnungsfläche aufweisen, die kleiner ist als die Querschnittsfläche der Strömungskanäle orthogonal zu der Strömungsrichtung des Inertgases, wodurch ein Widerstand auf das durch die Öffnungen hindurchtretende Inertgas aufgebracht werden kann, um die Strömungsgeschwindigkeitsabweichung des Inertgases zu reduzieren.
Es ist mit dem obigen porösen Teil versehen, wodurch ein Strömungsdurchgang unterteilen werden kann, um das Ausmaß des Wirbels klein zu machen und die Turbulenzen des Inertgases zu unterdrücken bzw. zu vermeiden. Daher ist es mit dem oben beschriebenen wabenartigen Teil und dem porösen Teil versehen, wodurch das Inertgas mit einer gleichmäßigen Strömungsgeschwindigkeit dem Formbereich zugeführt werden kann.
Bei der Düse für additive Fertigung gemäß dem Aspekt der obigen vorliegenden Erfindung kann die Länge der Strömungskanäle größer sein als ein äquivalenter Durchmesser der Strömungskanäle.
Auf diese Weise kann die Geschwindigkeitskomponente des Inertgases in der Richtung senkrecht zu der Erstreckungsrichtung der Strömungskanäle ausreichend reduziert werden, indem die Länge der Strömungskanäle größer als der äquivalente Durchmesser der Strömungskanäle ist. Dadurch kann die sekundäre Strömungskomponente, wie beispielsweise Verwirbelung, ausreichend reduziert werden.
Gemäß der Düse für additive Fertigung hinsichtlich des Aspekts der vorliegenden Erfindung kann das poröse Teil eine poröse Platte sein.
Auf diese Weise können durch die Verwendung der porösen Platte als das poröse Teil die Strömungskanäle unterteilt werden. Dadurch kann das Ausmaß des Wirbels verringert und die Turbulenz des Inertgases unterdrückt bzw. vermieden werden.
Gemäß der Düse für additive Fertigung hinsichtlich des Aspekts der vorliegenden Erfindung kann das poröse Teil ein metallisches Netz sein.
Auf diese Weise kann, durch die Verwendung des metallischen Netzes als das poröse Teil, im Vergleich zu einem Fall, bei dem die poröse Platte verwendet wird, die Breite des Rahmens, der die Vielzahl der Öffnungen definiert, klein gemacht werden. Da es möglich ist, das Ausmaß des Wirbels noch weiter zu verringern, kann die Turbulenz des Inertgases weiter unterdrückt bzw. vermieden werden. Das metallische Netz wird als das poröse Teil verwendet, wodurch der Abstand verkürzt werden kann, bis die Variation des Inertgases, die durch den Wirbel (Nachlauf) entsteht, abgeschwächt ist. Dementsprechend kann die Länge des Ausblasteils, das stromabwärts des porösen Teils angeordnet ist, verkürzt sein.
Gemäß der Düse für additive Fertigung hinsichtlich des Aspekts der vorliegenden Erfindung kann das poröse Teil ein geschäumtes Metall sein.
Auf diese Weise können durch die Verwendung des geschäumten Metalls als das poröse Teil die gleichen Effekte erzielt werden wie bei der Verwendung des metallischen Netzes.
Gemäß der Düse für additive Fertigung hinsichtlich des Aspekts der vorliegenden Erfindung, kann ein Ablösungsvermeidungsteil, das so ausgestaltet ist, dass es den Verteiler und das wabenartige Teil miteinander koppelt, zwischen dem Verteiler und dem wabenartigen Teil vorgesehen sein, und das wabenartige Teil kann in einem Winkel geneigt sein, der kleiner ist als der des Ablösungsvermeidungsteils.
Auf diese Weise kann, durch Neigung des wabenartigen Teils in einem Winkel, der kleiner als der des Ablösungsvermeidungsteils bzw. Trennunterdrückungsteils ist, eine abrupte Änderung der Strömungsrichtung des Inertgases vermieden werden, das in die Vielzahl der Strömungskanäle des wabenartigen Teils aus dem Ablösungsvermeidungsteil strömt. Dementsprechend kann eine Ablösung bzw. Trennung des Inertgases in der Nähe des Übergangs zwischen dem Ablösungsvermeidungsteil und dem wabenartigen Teil vermieden werden.
Gemäß der Düse für additive Fertigung hinsichtlich des Aspekts der vorliegenden Erfindung, kann das Ausblasteil ein unteres Plattenteil senkrecht zu einer Vertikalrichtung und ein oberes Plattenteil, das über dem unteren Plattenteil angeordnet ist, aufweisen, und das obere Plattenteil kann in Bezug auf das untere Plattenteil so geneigt sein, dass eine Strömungskanal-Querschnittsfläche der Strömungskanäle, die innerhalb des Ausblasteils gebildet sind, von dem wabenartigen Teil zu einem Ausblasanschluss des Ausblasteils hin reduziert ist.
Durch Einsetzen einer solchen Ausgestaltung kann die Strömungsgeschwindigkeitsabweichung und Turbulenz des Inertgases reduziert werden und das Inertgas horizontal zu dem Formbereich ausgeblasen werden.
Um das obige Problem zu lösen, ist gemäß der Vorrichtung für additive Fertigung, die sich auf einen Aspekt der vorliegenden Erfindung bezieht, eine Vorrichtung für additive Fertigung vorgesehen, die einen Gegenstand durch Schmelzen und Sintern von Metallpulver formt. Die Vorrichtung für additive Fertigung umfasst die Düse für additive Fertigung, eine Kammer, die eine Düsenkörpereinsetzöffnung und einen an einem unteren Teil davon gebildeten Auslass aufweist und in der die Düsenkörpereinsetzöffnung und der Auslass einander zugewandt angeordnet sind, ein Gestell, das einen an einer Seite einer oberen Fläche davon angeordneten Formbereich aufweist und in einer Vertikalrichtung beweglich ist, eine Nachbeschichtungseinrichtung, die innerhalb der Kammer vorgesehen ist und Metallpulver zu einer oberen Fläche des Gestells zuführt, und eine Laserbestrahlungseinheit, die dazu ausgestaltet ist, das Metallpulver zu schmelzen, indem das auf der oberen Fläche des Gestells abgelagerte Metallpulver mit Laserlicht bestrahlt wird. Ein Düsenkörper der Düse für additive Fertigung kann in der Düsenkörpereinsetzöffnung angeordnet sein.
Da die Vorrichtung für additive Fertigung mit einer solchen Ausgestaltung die oben genannte Düse für additive Fertigung aufweist, kann das Inertgas mit der gleichmäßigen Strömungsgeschwindigkeit dem Formbereich zugeführt werden. In dem das Inertgas mit gleichmäßiger Strömungsgeschwindigkeit dem Formbereich zugeführt wird, kann die Qualität eines durch die Vorrichtung für additive Fertigung geformten Gegenstands verbessert sein.
Vorteilhafte Effekte der Erfindung
Gemäß der Erfindung kann das Inertgas, das eine einheitliche Strömungsgeschwindigkeit aufweist, dem Formbereich zugeführt werden.
Figurenliste

1 ist eine Querschnittsansicht, die schematisch eine schematische Ausgestaltung einer Vorrichtung für additive Fertigung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
2 ist eine vergrößerte Ansicht einer ersten Düse für additive Fertigung, die in 1 dargestellt ist, und ist eine Ansicht, die nur einen Verteiler und ein Ablösungsvermeidungsteil im Querschnitt darstellt.
3 ist eine Ansicht eines wabenartigen Teils, das in 2 dargestellt ist, in der Richtung D aus betrachtet.
4 ist eine Ansicht eines porösen Teils, das in 2 dargestellt ist, in der Richtung E aus betrachtet.
5 ist eine Ansicht eines Ausblasteils, das in 2 dargestellt ist, in der Richtung E aus betrachtet.
6 ist eine Draufsicht auf ein weiteres poröses Teil.

Beschreibung der Ausführungsformen
Im Folgenden werden Ausführungsformen, bei welchen die Erfindung angewendet ist, im Detail mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.
Ausführungsformen
Eine Vorrichtung für additive Fertigung 10 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird unter Bezugnahme auf die 1 bis 5 beschrieben.
In 1 gibt A eine Bewegungsrichtung (im Folgenden als „A-Richtung“ bezeichnet) eines aus einer ersten Düse für additive Fertigung 21 ausgeblasenen Inertgases an, B gibt eine Bewegungsrichtung (im Folgenden als „B-Richtung“ bezeichnet) des aus einer zweiten Düse für additive Fertigung 24 ausgeblasenen Inertgases an, und C gibt eine Bewegungsrichtung (im Folgenden als „C-Richtung“ bezeichnet) des Inertgases, eines Metalldampfs (auch als „Rauch“ bezeichnet) und einer Metallstreuung (auch als „Sputtern“ bezeichnet) an, die aus einem Kammerkörper 26 einer Kammer 11 ausgetragen werden.
In 2 gibt θ₁ einen Neigungswinkel (im Folgenden als „Winkel θ₁ “ bezeichnet) des Ablösungsvermeidungsteils 51 hinsichtlich einer XY-Ebene (eine Ebene, die eine X-Richtung und eine Y-Richtung umfasst) an.
Zudem ist in 2 θ₂ ein Neigungswinkel (im Folgenden als „Winkel θ₂ “ bezeichnet) eines wabenartigen Teils 52 in Bezug auf eine XY-Ebene (die Ebene, die die X- und die Y-Richtung umfasst) und M gibt die Länge (im Folgenden als „Strömungsdurchgangslänge M“ bezeichnet) eines in 3 dargestellten Strömungsdurchgangs 62 an.
In 2 werden dieselben Bestandteile wie die der in 1 dargestellten Struktur mit denselben Bezugszeichen bezeichnet. In 3 bis 5 werden dieselben Bestandteile wie die der in 2 dargestellten Struktur mit denselben Bezugszeichen bezeichnet.
In 1 bis 5 zeigt eine Z-Richtung die Vertikalrichtung an. Die in den 1 und 2 dargestellte X-Richtung ist eine zu der Z-Richtung orthogonale Richtung und zeigt eine Richtung an, in der die in 1 dargestellte Düsenkörpereinsetzöffnung 33A, die in der Kammer 11 ausgebildet ist, und der Auslass 34A einander zugewandt sind. Die in den 3 bis 5 dargestellte Y-Richtung zeigt eine Breitenrichtung der Kammer 11 senkrecht zu der X-Richtung und der Z-Richtung an.
Die Vorrichtung für additive Fertigung 10 weist eine Kammer 11, ein Gestell 13, ein Stützelement 15, eine Hubantriebseinheit (nicht dargestellt), eine Nachbeschichtungseinrichtung 17, eine Laserbestrahlungseinheit 19, eine erste Düse für additive Fertigung 21, eine erste Inertgaszuführleitung 22, eine zweite Düse für additive Fertigung 24 und eine zweite Inertgaszuführleitung (nicht dargestellt) auf.
Die Kammer 11 weist einen Kammerkörper 26 und ein den Hebemechanismus aufnehmendes Teil 28 auf. Der Kammerkörper 26 weist eine Bodenplatte bzw. untere Platte 31, eine obere Platte 32, Seitenplatten 33 und 34 und einen Zwischenraum 36 auf.
Die Bodenplatte 31 weist eine Öffnung 31A für die Aufnahme des Gestells 13, das in einem zentralen Teil der Platte ausgebildet ist, auf.
Die obere Platte 32 ist über der Bodenplatte 31 in einem Zustand angeordnet, in dem die obere Platte von der Bodenplatte 31 beabstandet ist. Die obere Platte 32 ist der Bodenplatte 31 in der Z-Richtung zugewandt. Die obere Platte 32 weist ein Fenster, das Laserlicht L durchlassen kann, auf.
Die Seitenplatten 33 und 34 sind zwischen der Bodenplatte 31 und der oberen Platte 32 vorgesehen. Die Seitenplatten 33 und 34 sind so angeordnet, dass sie sich in X-Richtung gegenüberliegen. Die unteren Enden der Seitenplatten 33 und 34 sind jeweils mit einem äußeren Umfangsrand der Bodenplatte 31 verbunden. Die oberen Enden der Seitenplatten 33 und 34 sind jeweils mit einem äußeren Umfangsrand der oberen Platte 32 verbunden.
Die Düsenkörpereinsetzöffnungen 33A und 33B sind in der Seitenplatte 33 ausgebildet. Die Düsenkörpereinsetzöffnung 33A ist so ausgebildet, dass sie ein unteres Teil (genauer gesagt, einen Abschnitt nahe der Bodenplatte 31) der Seitenplatte 33 durchdringt. Die Düsenkörpereinsetzöffnung 33A erstreckt sich in Y-Richtung.
Die Düsenkörpereinsetzöffnung 33B ist so ausgebildet, dass sie ein oberes Teil (insbesondere einen Abschnitt nahe der oberen Platte 32) der Seitenplatte 33 durchdringt. Die Düsenkörpereinsetzöffnung 33B erstreckt sich in Y-Richtung.
Der Auslass 34A ist in der Seitenplatte 34 ausgebildet. Der Auslass 34A durchdringt ein unteres Teil (genauer gesagt einen Abschnitt in der Nähe der Bodenplatte 31) der Seitenplatte 34 und ist so ausgebildet, dass er der Düsenkörpereinsetzöffnung 33A zugewandt ist. Dementsprechend erstreckt sich der Auslass 34A in der Y-Richtung.
Der Auslass 34A ist eine Öffnung, durch die das Inertgas, der Metalldampf (auch als „Rauch“ bezeichnet) und die Metallstreuung (auch als „Sputtern“ bezeichnet) zu der Außenseite des Kammerkörpers 26 geleitet werden kann.
Zusätzlich ist ein Paar Seitenplatten (nicht dargestellt) so angeordnet, dass sie einander in der Y-Richtung zugewandt sind. Das Seitenplattenpaar ist mit der Bodenplatte 31, der oberen Platte 32 und den Seitenplatten 33 und 34 verbunden. Das Seitenplattenpaar definiert zusammen mit der Bodenplatte 31, der oberen Platte 32 und den Seitenplatten 33 und 34 den Raum 36. In dem Raum 36 wird die additive FErtigung durchgeführt.
Das den Hebemechanismus aufnehmende Teil 28 ist röhrenförmig ausgebildet und unterhalb des Kammerkörpers 26 angeordnet. Ein oberes Ende des den Hebemechanismus aufnehmenden Teils 28 ist mit einem inneren Rand der Bodenplatte 31 verbunden. Das den Hebemechanismus aufnehmende Teil 28, definiert im Inneren einen säulenförmigen bzw. säulenartigen Raum 28A. Der säulenförmige Raum 28A ist so bemessen, dass er das Gestell 13 aufnehmen kann.
Das Gestell 13 ist ein plattenförmiges Element und hat eine obere Fläche 13a und eine untere Fläche 13b. Die obere Fläche 13a ist eine ebene Fläche. Auf der oberen Fläche 13a werden eine Vielzahl von Schichten (im Folgenden als „Metallpulverschicht“ bezeichnet), auf die Metallpulver aufgebracht wird, laminiert, um ein pulverbeschichtetes Teil 14 zu bilden, das eine Vielzahl von Metallpulverschichten umfasst. Das pulverbeschichtete Teil 14 ist ein Material zur Bildung eines Gegenstands.
Das Gestell 13 bewegt sich um die Dicke einer Schicht nach unten, auf der das Metallpulver in einem Schritt angeordnet ist, in dem die Metallpulverschicht mit dem Laserlicht L bestrahlt und das Metallpulver geschmolzen und gesintert wird. Dann bewegt sich das Gestell um die Dicke der Metallpulverschicht nach unten in einem Schritt, bei dem die Metallpulverschicht mit dem Laserlicht L bestrahlt, das Metallpulver geschmolzen und das Metallpulver nach dem Laminieren einer neuen Metallpulverschicht gesintert wird.
Das Gestell 13 bewegt sich im Laufe der Bearbeitung durch das Laserlicht L also allmählich nach unten.
Ein Formbereich R, in dem der Gegenstand gebildet wird, ist auf der oberen Fläche 13a des Gestells 13 und in einem Bereich darüber angeordnet.
Das Stützelement 15 erstreckt sich von dem Gestell 13 nach unten (Z-Richtung) in einem Zustand, bei dem ein Ende mit der Seite der unteren Fläche 13b des Gestells 13 verbunden ist.
Die Hubantriebseinheit (nicht dargestellt) ist eine Antriebseinheit zum Bewegen des Stützelements 15 in der Z-Richtung.
Die Nachbeschichtungseinrichtung 17 ist in dem Kammerkörper 26 untergebracht. Die Nachbeschichtungseinrichtung 17 ist oberhalb der Bodenplatte 31 angeordnet. Die Nachbeschichtungseinrichtung 17 ist so ausgestaltet, dass sie in einer Tiefenrichtung (Y-Richtung die in 3 bis 5 dargestellt ist), wie in 1 dargestellt, beweglich ist.
Die Nachbeschichtungseinrichtung 17 bildet die Metallpulverschicht, indem das Metallpulver auf den Formbereich R auf dem Gestell 13 fallen gelassen wird, während sie sich in der Y-Richtung bewegt. Die Nachbeschichtungseinrichtung 17 steht während der Bestrahlung mit dem Laserlicht L außerhalb des Formbereichs R bereit.
Die Laserbestrahlungseinheit 19 ist über der oberen Platte 32 angeordnet. Die Laserbestrahlungseinheit 19 bestrahlt die auf der oberen Fläche 13a des Gestells 13 gebildete Metallpulverschicht mit dem Laserlicht L, um das Metallpulver zu schmelzen. Das geschmolzene Metallpulver wird durch Aushärten zu einem Teil des Gegenstands.
In 1 wurde zwar ein Fall, bei dem die Laserbestrahlungseinheit 19 außerhalb des Kammerkörpers 26 (genauer gesagt über der oberen Platte 32) angeordnet ist, als eine der Varianten beschrieben, aber die Laserbestrahlungseinheit 19 kann innerhalb des Kammerkörpers 26 (Raum 36) angeordnet sein.
Die erste Düse für additive Fertigung 21 weist einen Verteiler 41 und einen Düsenkörper 43 auf.
Der Verteiler 41 weist einen Verteilerkörper 45, einen Gaseinlass 45A und einen Gasauslass 45B auf.
Der Verteilerkörper 45 ist ein rohrförmiges Element, das sich in der Y-Richtung erstreckt. Ein säulenförmiger Raum 41A, der sich in der Y-Richtung erstreckt, ist in dem Inneren des Verteilerkörpers 45 ausgebildet.
Der Gaseinlass 45A ist in dem Abschnitt des Verteilerkörpers 45 ausgebildet, der mit der ersten Inertgaszufuhrleitung 22 verbunden ist. Der Gaseinlass 45A ist so ausgebildet, dass er sich in der Y-Richtung erstreckt.
Das von der ersten Inertgaszufuhrleitung 22 zugeführte Inertgas wird in den Gaseinlass 45A hinein eingeleitet.
Der Gasauslass 45B ist in dem Verteilerkörper 45 gegenüber dem Gaseinlass 45A ausgebildet. Der Gasauslass 45B ist so ausgebildet, dass er sich in der Y-Richtung erstreckt. Der Gasauslass 45B ist mit dem Düsenkörper 43 verbunden.
Der Gasauslass 45B führt das in den säulenförmigen Raum 41A eingeleitete Inertgas dem Düsenkörper 43 zu.
Der Düsenkörper 43 ist an der Seitenplatte 33 in einem Zustand befestigt, bei dem der Düsenkörper in die Düsenkörpereinsetzöffnung 33A eingesetzt ist.
Der Düsenkörper 43 hat das Ablösungsvermeidungsteil 51, das wabenartige Teil 52, ein Kupplungsteil 53, ein poröses Teil 54 und ein Ausblasteil 55.
Das Ablösungsvermeidungsteil 51 ist zwischen dem Verteilerkörper 45 und dem wabenartigen Teil 52 vorgesehen. Das Ablösungsvermeidungsteil 51 ist mit einem Ende mit dem Verteilerkörper 45 und mit dem anderen Ende mit dem wabenartigen Teil 52 verbunden. Das Ablösungsvermeidungsteil 51 erstreckt sich in der Y-Richtung. Ein Raum 51A, der innerhalb des Ablösungsvermeidungsteils 51 gebildet wird, ist mit einer Vielzahl von Strömungskanälen 62 innerhalb des wabenartigen Teils 52 und mit dem säulenförmigen Raum 41A verbunden.
Das Ablösungsvermeidungsteil 51 ist ein Durchgang zum Leiten des Inertgases, das von dem Gasauslass 45B zu dem wabenartigen Teil 52 zugeführt wird.
Das Ablösungsvermeidungsteil 51 erstreckt sich in einer Richtung, die unter dem Winkel θ₁ in Bezug auf die XY-Ebene geneigt ist.
Das wabenartige Teil 52 ist zwischen dem Ablösungsvermeidungsteil 51 und dem Kupplungsteil 53 vorgesehen. Das wabenartige Teil 52 ist an einem Ende mit dem Ablösungsvermeidungsteil 51 und an dem anderen Ende mit dem Kupplungsteil 53 verbunden.
Das wabenartige Teil 52 ist unter dem Winkel θ₂ in Bezug auf die XY-Ebene geneigt. Das wabenartige Teil 52 erstreckt sich in der Y-Richtung.
Das wabenartige Teil 52 weist ein Rahmenteil 61 und die Vielzahl der Strömungskanäle 62, die durch das Rahmenteil 61 definiert sind, auf. Die Vielzahl der Strömungskanäle 62 erstreckt sich in einer Richtung von dem Ablösungsvermeidungsteil 51 zu dem Kopplungsteil 53 in einem Zustand, bei dem die Strömungskanäle unter dem Winkel θ₂ geneigt sind.
Die Vielzahl der Strömungskanäle 62 sind mit dem Raum 51A und einem in dem Kopplungsteil 53 gebildeten Raum (nicht dargestellt) verbunden. Das Inertgas, das durch das Ablösungsvermeidungsteil 51 hindurchgetreten ist, wird in die Vielzahl der Strömungskanäle 62 eingeleitet. Das Inertgas, das die Strömungskanäle 62 durchströmt hat, wird in das Kupplungsteil 53 geleitet.
Es ist mit dem wabenförmigen Teil 52 versehen, das eine solche Ausgestaltung aufweist, wodurch die Geschwindigkeitskomponente des Inertgases in der Richtung senkrecht zu einer Richtung, in der sich die Strömungskanäle 62 erstrecken, reduziert werden kann, um eine sekundäre Strömungskomponente, wie beispielsweise Verwirbelung, zu reduzieren.
Die Länge M der Strömungskanäle 62 kann größer sein als beispielsweise der äquivalente Durchmesser der Strömungskanäle 62. Auf diese Weise kann die Geschwindigkeitskomponente des Inertgases in der Richtung senkrecht zu der Erstreckungsrichtung der Strömungskanäle ausreichend reduziert werden, indem die Länge M der Strömungskanäle 62 größer als der äquivalente Durchmesser der Strömungskanäle 62 gemacht wird, und die sekundäre Strömungskomponente, wie beispielsweise die Verwirbelung, kann ausreichend reduziert werden.
Der Winkel θ₂ , der der Neigungswinkel des wabenartigen Teils 52 ist, kann kleiner sein als beispielsweise der Winkel θ₁ , der der Neigungswinkel des Ablösungsvermeidungsteils 51 ist.
Auf diese Weise kann, durch Neigung des wabenartigen Teils 52 in einem Winkel, der kleiner als der des Ablösungsvermeidungsteils 51, eine abrupte Änderung der Strömungsrichtung des Inertgases vermieden werden, das in die Vielzahl der Strömungskanäle 62 des wabenartigen Teils 52 aus dem Ablösungsvermeidungsteil 51 strömt. Die Strömung des Inertgases kann also allmählich horizontal bewirkt werden. Dementsprechend kann die Turbulenz oder der Verlust des Inertgases in der Nähe des Übergangs bzw. der Grenze zwischen dem Ablösungsvermeidungsteil 51 und dem wabenartigen Teil 52 vermieden werden.
Das wabenartige Teil 52 ist mit einer Funktion als Leitschaufel versehen, wodurch eine Platzersparnis realisiert werden kann.
In 3 wurde zwar ein Fall beschrieben, bei dem die Vielzahl der Strömungskanäle 62 eine viereckige Prismenform aufweist, aber die Strömungskanäle 62 sind nicht darauf beschränkt. Als Form der Vielzahl der Strömungskanäle 62 kann beispielsweise eine säulenförmige Form, die Form einer sechseckigen Säulenform oder ähnliches verwendet werden.
Das Kupplungsteil 53 erstreckt sich in der X-Richtung und ist zwischen dem wabenförmigen Teil 52 und dem porösen Teil 54 vorgesehen. Das Kupplungsteil 53 ist an einem Ende mit dem wabenartigen Teil 52 verbunden. Das Kupplungsteil 53 hat ein Flanschteil 53A, das auf der anderen Endseite angeordnet ist. Das Kupplungsteil 53 führt das Inertgas, das durch das wabenartige Teil 52 hindurchgetreten ist, dem porösen Teil 54 zu.
Das poröse Teil 54 ist stromabwärts des wabenartigen Teils 52 vorgesehen. Das poröse Teil 54 ist in einem Zustand fixiert, bei dem das poröse Teil zwischen dem Flanschteil 53A des Kupplungsteils 53 und einem Flanschteil 75 des Ausblasteils 55 zwischengefügt ist. Das poröse Teil 54 ist zwischen dem wabenartigen Teil 52 und dem Ausblasteil 55 angeordnet. Als das poröses Teil 54 kann beispielsweise eine poröse Platte 65 mit einer Vielzahl von Öffnungen 67 verwendet werden, die durch das Rahmenteil 68 definiert sind. Die Vielzahl der Öffnungen 67 weist eine Öffnungsfläche, die kleiner ist als die Querschnittsfläche der Strömungskanäle 62 senkrecht zu der Strömungsrichtung des Inertgases, auf.
Das der porösen Platte 65 zugeführte Inertgas strömt durch die Öffnungen 67 und wird dann dem Ausblasteil 55 zugeführt.
Auf diese Weise kann, durch die Verwendung der porösen Platte 65, die die obige Ausgestaltung als das poröse Teil 54 aufweist, ein Widerstand auf das Inertgas, das durch die in der porösen Platte 65 gebildeten Öffnungen 67 hindurchtritt, aufgebracht werden. Entsprechend kann die Abweichung der Strömungsgeschwindigkeit des Inertgases reduziert werden.
Da die poröse Platte 65 eine Vielzahl von Öffnungen 67 aufweist, deren Öffnungsfläche kleiner ist als die Querschnittsfläche der Strömungskanäle 62 senkrecht zu der Strömungsrichtung des Inertgases, können die Strömungskanäle unterteilt werden. Dadurch kann das Ausmaß des Wirbels verringert und die Turbulenz des Inertgases weiter unterdrückt bzw. vermieden werden.
Das Ausblasteil 55 ist stromabwärts des porösen Teils 54 angeordnet. Der Ausblasteil 55 weist einen Strömungsdurchgang 55A, durch den das Inertgas, das das poröse Teil 54 durchströmt hat, strömt, und einen Ausblasanschluss 55B, der das Inertgas, das den Strömungsdurchgang 55A durchströmt hat, in den Kammerkörper 26 ausbläst, auf.
Der Strömungsdurchgang 55A erstreckt sich ohne Partitionierungen in der Y-Richtung. Es ist also nur ein Strömungsdurchgang 55A vorhanden.
Der Ausblasanschluss 55B, der mit dem Strömungsdurchgang 55A verbunden ist, erstreckt sich ohne Partitionierungen in der Y-Richtung. Es ist also nur ein Ausblasanschluss 55B vorhanden.
Das Ausblasteil 55 hat ein unteres Plattenteil 71, ein oberes Plattenteil 72 und die Seitenplattenteile 73 und 74, die den Strömungsdurchgang 55A und den Ausblasanschluss 55B definieren, sowie ein Flanschteil 75.
Das untere Plattenteil 71 weist eine obere Fläche 71a, die senkrecht zu der Z-Richtung verläuft, auf.
Das obere Plattenteil 72 ist über dem unteren Plattenteil 71 angeordnet. Das obere Plattenteil 72 ist gegenüber dem unteren Plattenteil 71 geneigt, um die Querschnittsfläche des Strömungsdurchgangs 55A von dem wabenartigen Teil 52 zu der Ausblasanschluss 55B des Ausblasteils 55 zu verringern.
Das obere Plattenteil 72 weist eine untere Fläche 72a, die gegenüber der oberen Fläche 71a des unteren Plattenteils 71 geneigt ist und die Seite der oberen Fläche des Strömungsdurchgangs 55A und des Ausblasanschlusses 55B definiert, auf.
Es ist mit dem Ausblasteil 55 mit der oben beschriebenen Ausgestaltung versehen, wodurch das Inertgas horizontal zu dem Formbereich R ausgeblasen werden kann.
Das Seitenplattenteil 73 ist so angeordnet, dass die Enden des unteren Plattenteils 71 und des oberen Plattenteils 72 in der Y-Richtung miteinander gekoppelt sind. Das Seitenplattenteil 74 ist so angeordnet, dass die anderen Enden des unteren Plattenteils 71 und des oberen Plattenteils 72 in der Y-Richtung miteinander gekoppelt sind.
Die Seitenplattenteile 73 und 74 sind so angeordnet, dass sie einander in einem Zustand zugewandt sind, bei dem die Seitenplattenteile in der Y-Richtung voneinander getrennt sind.
Das Flanschteil 75 ist an einem Ende der Seite vorgesehen, an der das poröse Teil 54 angeordnet ist. Das Flanschteil 75 ist ein Abschnitt zur Anordnung des porösen Teils 54 zwischen dem Flanschteil 75 und dem Flanschteil 53A.
Als nächstes wird die erste Inertgaszufuhrleitung 22 unter Bezugnahme auf 1 und 2 beschrieben.
Die erste Inertgaszufuhrleitung 22 ist an einem Ende mit einer Inertgaszufuhrquelle (nicht dargestellt) und an dem anderen Ende mit dem Gaseinlass 45A verbunden.
Die erste Inertgaszufuhrleitung 22 ist eine Leitung zum Leiten des Inertgases, das von der Inertgaszufuhrquelle zugeführt wird, zu dem säulenförmigen Raum 41A.
Die zweite Düse für additive Fertigung 24 wird in die Düsenkörpereinsetzöffnung 33B eingesetzt. Die zweite Düse für additive Fertigung 24 ist mit der zweiten Inertgaszufuhrleitung verbunden. Die zweite Düse für additive Fertigung 24 bläst das Inertgas in der horizontalen Richtung (B-Richtung) aus. Die zweite Düse für additive Fertigung 24 bläst die gleiche Art von Inertgas aus wie der Düsenkörper 43.
Die zweite Inertgaszufuhrleitung ist mit einer InertgasZufuhrquelle verbunden (nicht dargestellt). Die zweite Inertgaszufuhrleitung ist eine Leitung zum Leiten des Inertgases, das von der Inertgaszufuhrquelle zugeführt wird, zu der zweiten Düse für additive Fertigung 24.
Gemäß der ersten Düse für additive Fertigung 21 der vorliegenden Ausführungsform ist sie mit dem wabenartigen Teil 52 versehen, das in dem Inneren des Düsenkörpers 43 die Vielzahl der von dem Inertgas durchströmten Strömungskanäle 62 definiert, wodurch die Geschwindigkeitskomponente des Inertgases in der Richtung senkrecht zu der Erstreckungsrichtung der Strömungskanäle 62 reduziert werden kann, um die sekundäre Strömungskomponente, wie beispielsweise Verwirbelung, zu verringern.
Es ist mit dem porösen Teil 54 versehen, das die Vielzahl von Öffnungen 67 mit einer Öffnungsfläche aufweist, die kleiner als die Querschnittsfläche der Strömungskanäle 62 senkrecht zu der Strömungsrichtung des Inertgases ist, wodurch auf das durch die Öffnungen 67 hindurchtretende Inertgas ein Widerstand aufgebracht werden kann, um die Strömungsgeschwindigkeitsabweichung des Inertgases zu verringern.
Es ist mit dem oben genannten porösen Teil 54 versehen, wodurch ein Strömungsdurchgang unterteilt werden kann und das Ausmaß des Wirbels klein gemacht werden kann, um die Turbulenzen des Inertgases zu dämpfen bzw. zu unterdrücken.
Daher ist er mit dem oben beschriebenen wabenartigen Teil 52 und dem porösen Teil 54 versehen, wodurch das Inertgas mit einer gleichmäßigen Strömungsgeschwindigkeit dem Formbereich zugeführt werden kann.
Gemäß der Vorrichtung für additive Fertigung 10 der vorliegenden Ausführung ist sie mit der ersten Düse für additive Fertigung 21 versehen, wodurch das Inertgas mit der gleichmäßigen Strömungsgeschwindigkeit dem Formbereich R zugeführt werden kann.
Das Inertgas kann dem Formbereich R mit der gleichmäßigen Strömungsgeschwindigkeit zugeführt werden, wodurch die Qualität eines durch die Vorrichtung für additive Fertigung 10 geformten Gegenstands verbessert werden kann.
Weitere Varianten anderer poröser Teile werden unter Bezugnahme auf 6 beschrieben.
Anstelle des zuvor beschriebenen porösen Teils 54 kann als poröses Teil ein metallisches Netz 86 verwendet werden. Das metallische Netz 86 weist einen Rahmenkörper (nicht dargestellt) und ein Metallnetzteil bzw. Metallgitterteil auf, das innerhalb des Rahmenkörpers angeordnet ist und einen Metallrahmen 87 und eine Vielzahl von Öffnungen 88 umfasst.
Der Metallrahmen 87 ist so ausgestaltet, dass seine Breite schmaler ist als die des in 4 dargestellten Rahmenteils 68. Die Vielzahl der Öffnungen 88 weist eine Öffnungsfläche auf, die kleiner ist als die Querschnittsfläche der Strömungskanäle 62 (siehe 3) senkrecht zu der Strömungsrichtung des Inertgases.
Durch die Verwendung des metallischen Netzes 86 mit der oben beschriebenen Ausgestaltung ist es möglich, im Vergleich zu einem Fall, bei dem die poröse Platte 65 verwendet wird, die Breite des Metallrahmens 87, der die Vielzahl der Öffnungen 88 definiert, klein zu machen.
Da es möglich ist, das Ausmaß des Wirbels noch kleiner zu machen, kann die Turbulenz des Inertgases weiter unterdrückt bzw. vermieden werden.
Darüber hinaus ist es durch die Verwendung des metallischen Netzes 86 mit der oben beschriebenen Ausgestaltung möglich, den Abstand zu verkürzen, bis die Variation des Inertgases, die sich aus dem Wirbel (Nachlauf) ergibt, abgeschwächt ist. Dementsprechend kann die Länge (die Länge in der X-Richtung) des Ausblasteils 55, das stromabwärts des metallischen Netzes 86 angeordnet ist, verkürzt werden.
Außerdem kann anstelle des metallischen Netzes 86 ein geschäumtes Metall als poröses Teil verwendet werden.
In diesem Fall können die gleichen Effekte wie bei der Verwendung eines metallischen Netzes erzielt werden.
Obwohl die bevorzugten Ausführungsformen für die Ausführung der Erfindung oben ausführlich beschrieben wurden, ist die Erfindung nicht auf die entsprechenden spezifischen Ausführungsformen beschränkt, und es können verschiedene Modifikationen und Änderungen im Rahmen des in den Ansprüchen beschriebenen Erfindungsgeistes vorgenommen werden.
Gewerbliche Anwendbarkeit
Die vorliegende Erfindung ist bei der Düse für additive Fertigung und der Vorrichtung für additive Fertigung anwendbar.
Bezugszeichenliste

10: Vorrichtung für additive Fertigung
11: Kammer
13: Gestell
13a, 71a: obere Fläche
13b, 72a: untere Fläche
14: pulverbeschichtetes Teil
15: Stützelement
17: Nachbeschichtungseinrichtung
19: Laserbestrahlungseinheit
21: erste Düse für additive Fertigung
22: erste Inertgaszuführleitung
24: zweite Düse für additive Fertigung
26: Kammerkörper
28: Hebemechanismus aufnehmendes Teil
28A, 41A: säulenförmiger Raum
31: Bodenplatte
31A, 67, 88: Öffnung
32: obere Platte
33, 34: Seitenplatte
33A, 33B: Düsenkörpereinsetzöffnung
36, 51A: Raum
41: Verteiler
43: Düsenkörper
45: Verteilerkörper
45A: Gaseinlass
45B: Gasauslass
51: Ablösungsvermeidungsteil bzw. Trennungsvermeidungsteil
51a: innere Oberfläche
52: wabenartiges Teil
53: Kupplungsteil
53A, 75: Flanschteil
54: poröses Teil
55: Ausblasteil
55A, 62: Strömungsdurchgang
55B: Ausblasanschluss
61, 68: Rahmenteil
65: poröse Platte
71: unteres Plattenteil
72: oberes Plattenteil
73, 74: Seitenplattenteil
86: metallisches Netz
87: Metallrahmen
L: Laserlicht
M: Länge
θ₁, θ₂: Winkel

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2017210659 [0002]
JP 201748407 [0006]

Claims

Eine Düse für additive Fertigung, die verwendet wird, um ein Inertgas einem Formbereich innerhalb einer Kammer zuzuführen, in der eine additive Fertigung durchgeführt wird, wobei die Düse für additive Fertigung umfasst: einen Verteiler, der sich in einer Breitenrichtung der Kammer erstreckt und der so ausgestaltet ist, dass das Inertgas von außen in den Verteiler zugeführt wird, und einen Düsenkörper, der mit dem Verteiler in Verbindung steht, sich in der Breitenrichtung erstreckt und so ausgestaltet ist, dass das Inertgas, das von dem Verteiler zugeführt wird, horizontal zu dem Formbereich ausgeblasen wird, wobei der Düsenkörper ein wabenartiges Teil aufweist, das so ausgestaltet ist, dass es ein Inneres des Düsenkörpers in eine Vielzahl von Strömungskanälen definiert, durch die das Inertgas strömt, ein Ausblasteil, das stromabwärts des wabenartigen Teils angeordnet ist und das mit dem wabenartigen Teil in der Breitenrichtung in Verbindung steht, wobei das durch die Vielzahl der Strömungskanäle hindurchgetretene Inertgas von dem wabenartigen Teil zu dem Ausblasteil geleitet wird, und ein poröses Teil, das zwischen dem wabenartigen Teil und dem Ausblasteil angeordnet ist, und wobei das poröse Teil eine Vielzahl von Öffnungen aufweist, die jeweils eine Öffnungsfläche aufweisen, die kleiner ist als eine Querschnittsfläche der Strömungskanäle senkrecht zu einer Strömungsrichtung des Inertgases.
Die Düse für additive Fertigung gemäß Anspruch 1, wobei eine Länge der Strömungskanäle größer als ein äquivalenter Durchmesser der Strömungskanäle ist.
Die Düse für additive Fertigung gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei das poröse Teil eine poröse Platte ist.
Die Düse für additive Fertigung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das poröse Teil ein metallisches Netz ist.
Die Düse für additive Fertigung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das poröse Teil ein geschäumtes Metall ist.
Die Düse für additive Fertigung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei ein Ablösungsvermeidungsteil, das so ausgestaltet ist, dass es den Verteiler und das wabenartige Teil miteinander koppelt, zwischen dem Verteiler und dem wabenartigen Teil vorgesehen ist, und wobei das wabenartige Teil in einem Winkel geneigt ist, der kleiner ist als der des Ablösungsvermeidungsteils.
Die Düse für additive Fertigung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Ausblasteil ein unteres Plattenteil senkrecht zu einer Vertikalrichtung und ein oberes Plattenteil, das über dem unteren Plattenteil angeordnet ist, aufweist, und wobei das obere Plattenteil in Bezug auf das untere Plattenteil so geneigt ist, dass eine Strömungsdurchgangs-Querschnittsfläche der Strömungskanäle, die innerhalb des Ausblasteils gebildet sind, von dem wabenartigen Teil zu einem Auslass des Ausblasteils hin reduziert ist.
Eine Vorrichtung für additive Fertigung, die einen Gegenstand durch Schmelzen und Sintern von Metallpulver formt, umfassend: die Düse für additive Fertigung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, eine Kammer, die eine Düsenkörpereinsetzöffnung und einen an einem unteren Teil davon gebildeten Auslass aufweist und in der die Düsenkörpereinsetzöffnung und der Auslass einander zugewandt angeordnet sind, ein Gestell, das einen an einer Seite einer oberen Fläche davon angeordneten Formbereich aufweist und in einer Vertikalrichtung beweglich ist, eine Nachbeschichtungseinrichtung, die innerhalb der Kammer vorgesehen ist und Metallpulver zu einer oberen Fläche des Gestells zuführt, und eine Laserbestrahlungseinheit, die dazu ausgestaltet ist, das Metallpulver zu schmelzen, indem das auf der oberen Fläche des Gestells abgelagerte Metallpulver mit Laserlicht bestrahlt wird, wobei ein Düsenkörper der Düse für additive Fertigung in der Düsenkörpereinsetzöffnung angeordnet ist.