特許ウォッチ

公開番号2025076328
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-05-15
出願番号2024180524
出願日2024-10-16
発明の名称食品産業における部品の付加製造
出願人クロネスアーゲー
代理人弁理士法人信栄事務所
主分類B22F 10/38 20210101AFI20250508BHJP(鋳造;粉末冶金)
要約【課題】食品と共に使用するための部品であって、内部に位置する製品と接触することになる部品の表面の衛生特性および品位を改善した部品を付加製造する方法、システムおよびアセンブリを提供する。
【解決手段】方法は、付加製造装置110の造形セクション130において、好ましくは金属粉末である粉末材料112から加工層114を造形することと、ビーム溶融システム140によって加工層を露光することと、を包含し、ビーム溶融システムは、ハッチプロセスパラメータを適用して、付加製造される部品116の少なくとも1つのハッチ領域が形成され、輪郭プロセスパラメータを適用して少なくとも1つの輪郭領域が形成されるように、加工層を走査および露光し、前記輪郭領域において、複数の隣り合う輪郭線が生成され、および/または前記輪郭領域が少なくとも部分的に数回にわたって露光される。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
造形セクション（１３０）とビーム溶融システム（１４０）とを有する付加製造装置（１１０）によって部品（１１６）、特に食品と共に使用するための部品（１１６）を付加製造する方法であって、前記方法は、
前記付加製造装置（１１０）の前記造形セクション（１３０）において、好ましくは金属粉末である粉末材料（１１２）から加工層（１１４）を造形することと、
前記ビーム溶融システム（１４０）によって前記加工層（１１４）を露光することであって、それによって前記加工層（１１４）の前記粉末材料（１１２）が局所的に溶融される、露光することと、を包含し、前記ビーム溶融システム（１４０）は、この場合、ハッチプロセスパラメータを適用して、前記付加製造される部品（１１６）の少なくとも１つのハッチ領域（１１７）が形成され、輪郭プロセスパラメータを適用して少なくとも１つの輪郭領域（１１８）が形成されるように、前記加工層（１１４）を走査および露光し、前記ハッチプロセスパラメータと輪郭プロセスパラメータとは、好ましくは少なくとも部分的に異なり、
前記少なくとも１つの輪郭領域（１１８）において、複数の隣り合う輪郭線（１１８ａ）が生成され、および／または前記少なくとも１つの輪郭領域（１１８）が少なくとも部分的に数回にわたって露光される、方法。
続きを表示（約 2,100 文字）【請求項２】
前記少なくとも１つの輪郭領域（１１８）において、複数の隣り合う輪郭線（１１８ａ）が生成され、前記輪郭線（１１８ａ）の中間空間が、好ましくは前記輪郭線（１１８ａ）に対して変化させたプロセスパラメータを用いて新たに露光され、および／または前記輪郭線（１１８ａ）の重なりが生成されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記少なくとも１つのハッチ領域（１１７）は、前記輪郭プロセスパラメータを適用して露光されることを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
粉末材料（１１２）として最大２０μｍ、好ましくは１５μｍ未満の粒子サイズを有する微粉末が、最大２０μｍ、好ましくは１５μｍ未満の前記加工層（１１４）の層厚と組み合わせて適用され、前記加工層（１１４）の前記層厚は、好ましくは前記粉末材料（１１２）の前記粒子サイズよりも大きいことを特徴とする、先行する請求項のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
造形セクション（１３０）とビーム溶融システム（１４０）とを有する付加製造装置（１１０）によって部品（１１６）、特に食品と共に使用するための部品（１１６）を付加製造する方法であって、前記方法は、
前記付加製造装置（１１０）の前記造形セクション（１３０）において、粉末材料（１１２）から加工層（１１４）を造形することと、
前記ビーム溶融システム（１４０）によって前記加工層（１１４）を露光することであって、それによって前記加工層（１１４）の前記粉末材料（１１２）が局所的に溶融される、露光することと、を包含し、
粉末材料（１１２）として最大２０μｍ、好ましくは１５μｍ未満の粒子サイズを有する微粉末が、最大２０μｍ、好ましくは１５μｍ未満の前記加工層（１１４）の層厚と組み合わせて適用され、前記加工層（１１４）の前記層厚は、好ましくは前記粉末材料（１１２）の前記粒子サイズよりも大きい、方法。
【請求項６】
前記加工層（１１４）を前記造形するステップと前記露光するステップは、連続プロセスで数回にわたって実行され、それによって前記付加造形される部品（１１６）が一層ずつ構築されることを特徴とする、先行する請求項のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記加工層（１１４）の前記露光に続いて、好ましくはフライス盤を含む、除去加工装置（１６０）によって前記輪郭領域（１１８）の減法加工が行われることを特徴とする、先行する請求項のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
部品（１１６）、特に食品と共に使用するための部品（１１６）を製造する方法であって、前記方法は、
好ましくは請求項１～７のいずれか一項に記載の付加製造装置（１１０）によって前記部品（１１６）を付加製造することと、
前記部品（１１６）の少なくとも１つの表面を、好ましくは砥粒流動加工および／またはＨｉｒｔｉｓｉｅｒｅｎおよび／またはＭＭＰおよび／またはＤＬｙｔｅおよび／またはＨＩＰを含む、１つまたは複数の後加工法によって後加工することを包含する、方法。
【請求項９】
少なくとも２つの後加工法が組み合わせられ、それにより前記後加工は、粗い材料除去が行われる荒加工と、最終表面を生成する仕上げ加工とを含み、好ましくは、達成されるべき結果に適合させた順序で、砥粒流動加工と、ＭＭＰプロセスまたはＨｉｒｔｉｓｉｅｒｅｎまたはＤＬｙｔｅ法が組み合わせられることを特徴とする、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
部品（１１６）、特に食品と共に使用するための部品（１１６）を付加製造するためのシステム（１００）であって、前記システム（１００）は、
好ましくは金属粉末である粉末材料（１１２）から加工層（１１４）を造形するための造形セクション（１３０）と、前記加工層（１１４）を露光し、それによって前記加工層（１１４）の前記粉末材料（１１２）を局所的に溶融することができるビーム溶融システム（１４０）と、を含む付加製造装置（１１０）と、
制御装置（１５０）であって、前記付加製造装置（１１０）と通信し、かつ前記ビーム溶融システム（１４０）に、ハッチプロセスパラメータを適用して、前記付加製造される部品（１１６）の少なくとも１つのハッチ領域（１１７）が形成され、輪郭プロセスパラメータを適用して、少なくとも１つの輪郭領域（１１８）が形成されるように前記加工層（１１４）を走査させる、および露光させるように設定されている制御装置と、を備え、前記ハッチプロセスパラメータと輪郭プロセスパラメータとは、好ましくは少なくとも部分的に異なり、
前記制御装置（１５０）は、前記ビーム溶融システム（１４０）に、前記少なくとも１つの輪郭領域（１１８）において複数の隣り合う輪郭線（１１８ａ）を生成させる、および／または前記少なくとも１つの輪郭領域（１１８）を少なくとも部分的に数回にわたって露光させるように設定されている、システム。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、付加製造プロセスを包含する、部品、特に食品と共に使用するための部品を製造するための方法、システムおよびアセンブリに関する。
続きを表示（約 2,100 文字）【背景技術】
【０００２】
食品分野における流体の充填では、様々な形式および製造方法の充填バルブが知られている。充填バルブ内部の複雑なジオメトリ、特に、複雑なチャネル構造を実現する必要がある場合（「バイオニック」、「オーガニック」デザイン）、「３Ｄプリント」または「生成製造」とも呼ばれる付加製造コンセプトが問題になる。
【０００３】
特許文献１から、炭酸なし、および炭酸入りの製品を充填するための付加製造された複合充填バルブが知られている。
【０００４】
付加製造には、複雑なジオメトリを作成できることから、流体の流動挙動および流出挙動（Ｌｅｅｒｌａｕｆｖｅｒｈａｌｔｅｎ）を最適化でき、死空間をなくし、シール箇所を回避でき、それによって充填バルブをより良好に洗浄でき、特に清潔なデザインを有するとともに、製品を保護する充填を可能にするという利点がある。
【０００５】
部品は、例えばＳＬＭ（「選択的レーザ溶融（ＳｅｌｅｃｔｉｖｅＬａｓｅｒＭｅｌｔｉｎｇ）」）、ＥＢＭ（「電子ビーム溶融（ＥｌｅｃｔｒｏｎＢｅａｍＭｅｌｔｉｎｇ）」）、ＬＥＮＳ（「レーザ直接積層（ＬａｓｅｒＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＮｅｔＳｈａｐｅ）」）、ＭＰＡ（「金属粉末噴射（ＭｅｔａｌＰｏｗｄｅｒＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ）」）、ＷＡＡＭ（「ワイヤアーク付加製造（ＷｉｒｅＡｒｃＡｄｄｉｔｉｖｅＭａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ）」）、ＦＤＭ（「熱溶解積層（ＦｕｓｅｄＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎＭｏｄｅｌｉｎｇ）」）、ＢＪ（「バインダジェット（ＢｉｎｄｅｒＪｅｔｔｉｎｇ）」）またはＮＰＪ（「ナノ粒子ジェット（ＮａｎｏＰａｒｔｉｃｌｅＪｅｔｔｉｎｇ）」）などの様々な付加方法で製造することができる。
【０００６】
付加製造における難しさは、特に食品分野において欠くことのできない十分に高い表面品質を確保することにある。飲料の衛生的な充填では、製品接触部品にＲａ≦０．８μｍの表面粗さが目指される。この場合、Ｒａは、表面の粗さの標準化された尺度としての粗さの平均値を表す。さらに、付加製造では、例えばガス内包（Ｇａｓｅｉｎｓｃｈｌｕｅｓｓｅ）、結合不良、または層間剥離により材料中に欠損箇所（気孔、引け巣、亀裂など）が生じる可能性がある。したがって、たいていの場合、付加製造部品、特に製品と接触することになる表面の後加工が必要である。
【０００７】
さらに、層ごとの付加構築と、順次下流の切削後加工とを組み合わせるハイブリッド方法が知られている。しかしそのような方法は、特に複雑なジオメトリ（例えば旋回流ジオメトリ、曲率半径が大きく変化するチャネルなど）では、付加構築と切削後加工との間の工具交換によって、材料の階段の段の形で現われる工具交換段差角（Ｗｅｒｋｚｅｕｇｗｅｃｈｓｅｌｋａｎｔｅｎ）が発生する可能性があるため、通常、後加工なしに済ませることはできない。
【０００８】
良好にアクセスできる部品面および部品の角は、古典的な電解研磨、すべり研削、切削後加工（旋削、削孔、フライス切削など）などの従来の手法で改善することができる。しかし部分的にアンダーカットがあり（ｈｉｎｔｅｒｓｃｈｎｉｔｔｉｇ）、外部からのアクセスが困難であるが、食品と直接または間接的に接触する、チャネルおよび他の内部に位置する輪郭を有するコンポーネントは、これらの方法では後加工することができない。しかし、この問題に取り組む技術が開発されており、例えば砥粒流動加工（Ｓｔｒｏｅｍｕｎｇｓｓｃｈｌｅｉｆｅｎ）、Ｈｉｒｔｉｓｉｅｒｅｎ、ＭＭＰ（「超精密加工プロセス」（ＭｉｃｒｏＭａｃｈｉｎｉｎｇＰｒｏｃｅｓｓ」）、ＤＬｙｔｅ、およびＨＩＰ（「熱間等方圧加圧」）などがある。
【０００９】
砥粒流動加工では、加工されるチャネルにペースト（「液状やすり」）が振動下で圧送される。Ｈｉｒｔｉｓｉｅｒｅｎは、液状の加工媒体と、運動学的にコントロールされる電気化学の適用に基づいている。ＭＭＰは、部品を液体およびマイクロツールを含む浴中に浸漬させる機械的、物理的、化学的な特殊方法を意味し、マイクロツールが高エネルギーで励起され、それにより粗さが除去される。ＤＬｙｔｅは、自由固体を用いてイオン輸送することによって金属を研削および研磨するための乾式表面加工であり、電解研磨媒体により電気の流れが部品の動きと組み合わせられる。ＨＩＰでは、部品が高圧および高温下で圧縮され、そのことが相対密度の上昇と気孔率の低下をもたらす。
【００１０】
このような後加工法によって達成することができる表面品質は、初期粗さ、すなわち付加製造直後に存在する粗さと、表面近くの領域における組織品質とに大きく依存する。これを、付加製造直後の表面を意味する「Ａｓ－ｂｕｉｌｔ表面」と呼ぶことができる。
（【００１１】以降は省略されています）

関連特許