CN113396029A - 三维层叠装置及方法 - Google Patents

Abstract

在三维层叠装置及方法中，具备：作为向加工对象物(90)供给粉末(P)的粉末供给部的粉末流路(43)及喷嘴喷射口部(45)；作为对粉末(P)照射激光(L)而使被照射了激光(L)的粉末(P)的至少一部分烧结或熔融固化、从而形成成形层(94)的光照射部的激光路径(44)；基于加工对象物(90)的形状来取得从喷嘴喷射口部(45)喷射的粉末(P)相对于加工对象物(90)的干扰信息的干扰信息取得部(56)；及基于干扰信息取得部(56)取得的干扰信息来变更喷嘴喷射口部(45)向加工对象物(90)供给的粉末(P)的粉末流路(43)的控制部(52)。

Description

三维层叠装置及方法

技术领域

本公开涉及通过层叠来制造三维形状物的三维层叠装置及三维层叠方法。

背景技术

作为制造三维形状物的技术，已知有通过对金属粉末材料照射光束来制造三维形状物的层叠造形技术。作为层叠造形技术，例如，有专利文献1所记载的技术。专利文献1所记载的技术是对由金属粉末材料形成的粉末层照射光束而形成烧结层、并通过反复该操作来制造多个烧结层一体层叠而成的三维形状物的技术。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2015－196264号公报

发明内容

发明所要解决的课题

上述的层叠造形技术从层叠头的中心部向加工对象物照射光束，从层叠头的周围的多个部位向光束的焦点喷射金属粉末材料，从而用光束加热金属粉末材料而使其熔融。然而，在三维层叠作业的中途工序中，另外，在对通过机械加工制造出的加工对象物进行三维层叠时，有时加工面成为凹凸形状。当加工面呈凹凸形状时，向光束的焦点喷射的金属粉末材料的一部分有时会与加工面上的凸部发生干扰。于是，与加工面的凸部发生干扰的金属粉末材料向光束的路径飞散，使光束的输出衰减。另外，一部分金属粉末材料没有到达光束的焦点、即加工对象物，金属粉末材料的层叠量不足。其结果是，存在使三维形状物的品质降低的课题。

本公开为了解决上述课题的方案，目的在于提供实现三维形状物的品质的提高的三维层叠装置及方法。

用于解决课题的技术方案

用于实现上述目的的本公开的三维层叠装置是在加工对象物上层叠成形层而形成三维形状物的三维层叠装置，其特征在于，具备：粉末供给部，向所述加工对象物的加工面供给粉末材料；光照射部，对所述粉末材料照射光束而使被照射了所述光束的所述粉末材料的至少一部分烧结或熔融固化，从而形成所述成形层；干扰信息取得部，基于所述加工对象物的形状，取得从所述粉末供给部喷射的所述粉末材料的相对于所述加工对象物的干扰信息；及控制部，基于所述干扰信息取得部取得的所述干扰信息，变更所述粉末供给部向所述加工对象物的加工面供给的所述粉末材料的供给路径。

因此，干扰信息取得部基于加工对象物的形状来取得从粉末供给部喷射的粉末材料的相对于加工对象物的干扰信息，控制部基于该干扰信息来变更粉末供给部向加工对象物的加工面供给的粉末材料的供给路径。即，控制部确定从粉末供给部喷射的粉末材料与加工对象物干扰的区域，粉末供给部自从粉末供给部喷射的粉末材料不与加工对象物干扰的区域向加工对象物的加工面供给粉末材料。其结果是，粉末材料不会与加工对象物干扰而飞散，不会使光束的输出衰减，另外，能够将确定的量的粉末材料供给到加工对象物，能够实现三维形状物的品质的提高。

在本公开的三维层叠装置中，其特征在于，所述粉末供给部具有在所述光照射部的周围沿周向隔开预定间隔地设置的多个粉末喷射部，所述控制部停止从所述多个粉末喷射部中的、喷射被推定为会与所述加工对象物发生干扰的所述粉末材料的所述粉末喷射部喷射所述粉末材料。

因此，控制部停止从喷射被推定为会与加工对象物发生干扰的粉末材料的粉末喷射部喷射粉末材料，从剩余的粉末喷射部喷射粉末材料，能够防止因粉末材料与加工对象物干扰而产生的粉末材料的飞散，另一方面，能够对加工对象物适当地供给粉末材料，无论加工对象物的形状如何，都能够适当地制造三维形状物。

在本公开的三维层叠装置中，其特征在于，所述控制部在停止了从喷射被推定为会与所述加工对象物发生干扰的所述粉末材料的所述粉末喷射部喷射所述粉末材料时，增加从除停止了喷射所述粉末材料的所述粉末喷射部以外的所述粉末喷射部喷射所述粉末材料的喷射量。

因此，控制部在停止了从喷射被推定为会与加工对象物发生干扰的粉末材料的粉末喷射部喷射粉末材料时，增加从剩余的粉末喷射部喷射粉末材料的喷射量，因此能够始终向加工对象物供给适量的粉末材料，能够抑制三维形状物的品质的降低。

在本公开的三维层叠装置中，其特征在于，所述控制部在停止了从喷射被推定为会与所述加工对象物发生干扰的所述粉末材料的所述粉末喷射部喷射所述粉末材料时，调整所述光照射部照射的所述光束的输出。

因此，在停止了从喷射被推定为会与加工对象物发生干扰的粉末材料的粉末喷射部喷射粉末材料时，调整光照射部照射的光束的输出，因此成为适合于减少的粉末材料的供给量的光束的输出，能够抑制三维形状物的品质的降低。

在本公开的三维层叠装置中，其特征在于，所述控制部在停止了从喷射被推定为会与所述加工对象物发生干扰的所述粉末材料的所述粉末喷射部喷射所述粉末材料时，调整所述加工对象物的加工速度。

因此，在停止了从喷射被推定为会与加工对象物发生干扰的粉末材料的粉末喷射部喷射粉末材料时，调整加工对象物的加工速度，因此成为适合于减少的粉末材料的供给量的加工速度，能够抑制三维形状物的品质的降低。

在本公开的三维层叠装置中，其特征在于，所述干扰信息取得部预先取得所述加工对象物的形状，基于取得的所述加工对象物的形状来设定所述粉末供给部和所述光照射部的动作程序，所述控制部基于所述动作程序来控制所述粉末供给部或所述光照射部。

因此，控制部基于根据加工对象物的形状所设定的粉末供给部和光照射部的动作程序来控制粉末供给部或光照射部，因此无论加工对象物的形状如何，都能够防止喷射的粉末材料与加工对象物的干扰。

在本公开的三维层叠装置中，其特征在于，所述干扰信息取得部具有检测器，该检测器检测或推定从所述粉末供给部供给的所述粉末材料到达所述加工对象物的状况，所述控制部基于所述检测器的检测结果来控制所述粉末供给部。

因此，控制部基于由检测器检测或推定出的粉末材料向加工对象物的到达状况来控制所述粉末供给部，无论加工对象物的形状如何，都能够防止喷射的粉末材料与加工对象物的干扰。

另外，本公开的三维层叠方法是在加工对象物上层叠成形层而形成三维形状物的三维层叠方法，其特征在于，包括以下工序：向所述加工对象物的加工面供给粉末材料；对所述粉末材料照射光束而使被照射了所述光束的所述粉末材料的至少一部分烧结或熔融固化，从而形成所述成形层；基于所述加工对象物的形状来取得所述粉末材料相对于所述加工对象物的干扰信息；及基于所述干扰信息来变更向所述加工对象物的加工面供给的所述粉末材料的供给路径。

因此，确定从粉末供给部喷射的粉末材料与加工对象物干扰的区域，粉末供给部自从粉末供给部喷射的粉末材料不与加工对象物干扰的区域向加工对象物的加工面供给粉末材料。其结果是，粉末材料不会与加工对象物干扰而飞散，不会使光束的输出衰减，另外，能够将确定的量的粉末材料供给到加工对象物，能够实现三维形状物的品质的提高。

发明效果

根据本公开的三维层叠装置及方法，能够实现三维形状物的品质的提高。

附图说明

图1是表示本实施方式的三维层叠装置的示意图。

图2是表示层叠头的前端部的一例的纵剖视图。

图3是表示层叠头的前端部的一例的水平剖视图。

图4是表示控制装置的结构的示意图。

图5是用于说明利用三维层叠装置的三维形状物的制造时的课题的概略图。

图6是表示利用控制装置的变更粉末材料的供给路径的第一控制方法的时序图。

图7是表示利用控制装置的变更粉末材料的供给路径的第二控制方法的时序图。

图8是表示利用三维层叠装置的三维形状物的制造方法的流程图。

具体实施方式

以下，参考附图详细说明本公开的优选实施方式。此外，本公开不限于该实施方式，并且在存在多个实施方式的情况下，还包括通过组合各实施例而构成的实施方式。

图1是表示本实施方式的三维层叠装置的示意图。在此，在本实施方式中，将水平面内的一个方向设为X轴方向，将在水平面内与X轴方向正交的方向设为Y轴方向，将与X轴方向及Y轴方向分别正交的方向(即，铅垂方向)设为Z轴方向。

如图1所示，三维层叠装置1是在基台部100制造三维形状物的的装置。基台部100是成为形成三维形状物的基座的构件，由三维层叠装置1输送到预定的位置，在加工面上形成三维形成物。本实施方式的基台部100是板状的构件。此外，基台部100不限于此。基台部100可以使用成为三维形状物的基座的构件，也可以使用附加三维形状物的构件。也可以通过在预定的位置形成三维形成物，将成为部件、产品的构件用作基台部100。

三维层叠装置1具有三维层叠室2、预备室3、层叠头收纳室4、机械加工部收纳室5、床身10、工作台部11、层叠头12、机械加工部13、控制装置20、形状测量部30、加热头31、装置测量部32、工具更换部33、喷嘴更换部34、粉末导入部35、基台移动部36、空气排出部37、气体导入部38、粉末回收部39。

三维层叠室2是所连接的配管等所设计的连通部分以外的部分从外部被密封的壳体(腔室)。此外，所设计的连通部分设置有切换密闭状态和开放状态的阀等，根据需要，能够使三维层叠室2为密闭状态。三维层叠室2在内部配置有床身10、工作台部11、层叠头12、机械加工部13的一部分、加热头31的一部分、装置测量部32、工具更换部33、喷嘴更换部34。

预备室3与三维层叠室2相邻设置。预备室3的所连接的配管等所设计的连通部分以外的部分从外部被密封。预备室3成为连接外部和三维层叠室2的减压室。在预备室3内，设有基台移动部36。在此，预备室3在三维层叠室2的连接部设置有例如具有气密性的门6。另外，预备室3通过具有气密性的门7与外部连接。另外，在预备室3，设置有从预备室3排出空气的空气排出部25。预备室3通过打开门7，能够从外部将必要的构件搬入内部。另外，预备室3通过打开门6，能够在与三维层叠室2之间进行构件的搬入、搬出。

层叠头收纳室4设置于三维层叠室2的Z轴方向上侧的面。层叠头收纳室4以能够通过Z轴滑动部4a相对于三维层叠室2在Z轴方向(箭头102的方向)上移动的状态被支承。层叠头收纳室4的Z轴方向下侧的面通过波纹管18与三维层叠室2相连。波纹管18与层叠头收纳室4的Z轴方向下侧的面和三维层叠室2相连，将层叠头收纳室4的Z轴方向下侧的面作为三维层叠室2的一部分。另外，三维层叠室2在由波纹管18包围的区域形成有开口。由层叠头收纳室4的Z轴方向下侧的面和波纹管18包围的空间与三维层叠室2相连，与三维层叠室2一起被密闭。层叠头收纳室4支承层叠头12、形状测量部30和加热头31。另外，层叠头收纳室4的包含层叠头12的喷嘴23的一部分和包含加热头31的前端部24的一部分从Z轴方向下侧的面向三维层叠室2突出。

层叠头收纳室4通过利用Z轴滑动部4a沿Z轴方向移动，使所保持的层叠头12、形状测量部30、加热头31沿Z轴方向移动。另外，层叠头收纳室4通过经由波纹管18与三维层叠室2连接，由此波纹管18随着Z轴方向的移动而变形，能够维持三维层叠室2与层叠头收纳室4之间的密闭状态。

机械加工部收纳室5设置于三维层叠室2的Z轴方向上侧的面。另外，机械加工部收纳室5与层叠头收纳室4相邻配置。机械加工部收纳室5以能够通过Z轴滑动部5a相对于三维层叠室2沿Z轴方向(箭头104的方向)移动的状态被支承。机械加工部收纳室5的Z轴方向下侧的面通过波纹管19与三维层叠室2相连。波纹管19将机械加工部收纳室5的Z轴方向下侧的面和三维层叠室2连接，将机械加工部收纳室5的Z轴方向下侧的面作为三维层叠室2的一部分。另外，三维层叠室2在由波纹管19包围的区域形成有开口。由机械加工部收纳室5的Z轴方向下侧的面和波纹管19包围的空间与三维层叠室2相连，与三维层叠室2一起被密闭。机械加工部收纳室5支承机械加工部13。另外，机械加工部收纳室5的包含机械加工部13的工具22的一部分从Z轴方向下侧的面向三维层叠室2突出。

机械加工部收纳室5通过利用Z轴滑动部5a沿Z轴方向移动，使所保持的机械加工部13沿Z轴方向移动。另外，机械加工部收纳室5通过经由波纹管19与三维层叠室2连接，由此波纹管19随着Z轴方向的移动而变形，能够维持三维层叠室与机械加工部收纳室5之间的密闭状态。

床身10设置于三维层叠室2内的Z轴方向的底部。床身10支承工作台部11。床身10配置有各种配线、配管、驱动机构。

工作台部11配置于床身10的上表面，支承基台部100。工作台部11具有Y轴滑动部15、X轴滑动部16、旋转工作台部17。工作台部11安装基台部100，使基台部100在床身10上移动。

Y轴滑动部15使X轴滑动部16相对于床身10沿Y轴方向(箭头106的方向)移动。X轴滑动部16固定于成为Y轴滑动部15的工作部的构件，使旋转工作台部17相对于Y轴滑动部15沿X轴方向(箭头108的方向)移动。旋转工作台部17固定于成为X轴滑动部16的工作部的构件，支承基台部100。旋转工作台部17例如是倾斜圆工作台，具有固定台17a、旋转工作台17b、倾斜工作台17c、旋转工作台17d。固定台17a固定于成为X轴滑动部16的工作部的构件。旋转工作台17b被固定台17a支承，以与Z轴方向平行的旋转轴110为旋转轴进行旋转。倾斜工作台17c被旋转工作台17b支承，以与旋转工作台17b的被支承的面正交的旋转轴112为轴进行转动。旋转工作台17d被倾斜工作台17c支承，以与倾斜工作台17c的被支承的面正交的旋转轴114为轴进行旋转。旋转工作台17d固定基台部100。

这样，旋转工作台部17通过以旋转轴110、112、114为轴使各部旋转，能够使基台部100绕正交的3个轴旋转。工作台部11使固定于旋转工作台部17的基台部100通过Y轴滑动部15及X轴滑动部16沿Y轴方向及X轴方向移动，基台部100。另外，工作台部11通过利用旋转工作台部17以旋转轴110、112、114为轴使各部旋转，从而使基台部100绕正交的3个轴旋转。工作台部11还可以使基台部100沿Z轴方向移动。

层叠头12向基台部100喷射粉末材料，进而对喷射的粉末材料照射激光(光束)，由此使粉末熔融，使熔融后的粉末在基台部100上固化而形成成形层。导入层叠头12的粉末是成为三维形状物的原料的材料的粉末。在本实施方式中，粉末例如可以使用铁、铜、铝或钛等金属材料等。此外，作为粉末，也可以使用陶瓷等除金属材料以外的材料。层叠头12设置在与床身10的Z轴方向的上侧的面面对的位置，与工作台部11面对。层叠头12在Z轴方向的下部设置有喷嘴23。层叠头12在主体46安装有喷嘴23。

图2是表示层叠头的前端部的一例的纵剖视图，图3是表示层叠头的前端部的一例的水平剖视图。

如图2及图3所示，喷嘴23是具有外管41和***外管41的内部的内管42的双重管。外管41是管状的构件，直径朝向前端(Z轴方向下侧)变小。内管42***外管41的内部。内管42也是管状的构件，是直径朝向前端(Z轴方向下侧)变小的形状。喷嘴23的外管41的内周与内管42的外周之间成为粉末(粉末材料)P通过的粉末流路(粉末供给部)43。内管42的内周面侧成为激光通过的激光路径(光照射部)44。在此，安装有喷嘴23的主体46与喷嘴23同样地为双重管，粉末流路43和激光路径44也同样地形成。层叠头12以包围激光路径44的周围的方式配置有粉末流路43。在本实施方式中，粉末流路43成为喷射粉末的粉末喷射部。在层叠头12，从粉末导入部35导入的粉末P在粉末流路43中流动，从作为外管41与内管42之间的端部的开口的喷嘴喷射口部(粉末喷射部)45喷射。另外，在与粉末导入部35连结的粉末流路43设置有供给量控制部61。

层叠头12以在预定的收敛位置具有预定的收敛直径的方式喷射粉末P。在此，所谓收敛直径，是指喷射的粉末P的轨迹的直径为最小的情况下的粉末P的轨迹的直径。如上所述，由于喷嘴23朝向前端而直径变小，因此层叠头12将粉末P以收敛于放射方向内侧的方式喷射。即，层叠头12以粉末P的轨迹具有预定的收敛直径的方式喷射粉末P。另外，所谓收敛位置，是指喷射的粉末P的轨迹收敛的位置。

另外，层叠头12具有光源47、光纤48和聚光部49。光源47输出激光。光纤48将从光源47输出的激光在激光路径44上引导。聚光部49配置于激光路径44，配置于从光纤48输出的激光的光路。聚光部49对从光纤48输出的激光L进行聚光。由聚光部49聚光的激光L从内管42的端部输出。层叠头12将聚光部49配置于主体46，但也可以将聚光部49的一部分或全部配置于喷嘴23。在将聚光部49的一部分或全部配置于喷嘴23的情况下，通过更换喷嘴23，能够将焦点位置设为不同的位置。

层叠头12在中心轴O的位置设有激光L通过的激光路径44，在其外侧设置有多个粉末流路43。在多个粉末流路43，分别设置有供给量控制部61。在本实施方式中，设置有6个粉末流路43a、43b、43c、43d、43e、43f，并且设置有6个喷嘴喷射口部45a、45b、45c、45d、45e、45f，在6个粉末流路43a、43b、43c、43d、42e、43f分别设置有供给量控制部61a、61b、61c、61d、61e、61f。供给量控制部61a、61b、61c、61d、61e、61f例如由使用了泵、切换阀等的装置构成。供给量控制部61a、61b、61c、61d、61e、61f通过使粉末流路43a、43b、43c、43d、43e、43f开放来供给粉末P，或者通过切断粉末流路43a、43b、43c、43d、43e、43f来停止粉末P的供给。另外，供给量控制部61a、61b、61c、61d、61e、61f不限于开放/切断的两阶段控制，例如，通过变更泵等的输出，能够使从粉末导入部35导入粉末流路43a、43b、43c、43d、43e、43f的粉末P的导入量、即从喷嘴喷射口部45a、45b、45c、45d、45e、45f喷射的粉末P的喷射量增减，实现所希望的粉末供给量。此外，6个粉末流路43a、43b、43c、43d、43e、43f及6个喷嘴喷射口部45a、45b、45c、45d、45e、45f优选在周向上以均等间隔设置，但也可以不是均等间隔。另外，粉末流路43及喷嘴喷射口部45的个数不限于6个，只要设置有多个即可。

层叠头12从粉末流路43喷射粉末P，从激光路径44输出激光L。从层叠头12喷射的粉末P侵入从层叠头12输出的激光L照射的区域，在激光L的焦点F被该激光L加热。被激光L照射的粉末P熔融后，到达基台部100上。以熔融的状态到达基台部100上的粉末P被冷却而固化。由此，在基台部100上形成成形层。

在此，本实施方式的层叠头12用光纤48引导从光源47输出的激光L，但不限于光纤48，也可以是其他传送构件。另外，聚光部49可以设置于主体46，也可以设置于喷嘴23，也可以设置于这两者。本实施方式的层叠头12能够有效地进行加工，因此将喷射粉末P的粉末流路43和照射激光L的激光路径44同轴地设置，但不限于此。层叠头12也可以将喷射粉末P的机构和照射激光L的机构分开设置。本实施方式的层叠头12对粉末材料照射激光，但只要能够使粉末材料溶解或烧结即可，也可以照射激光以外的光束。

如图1所示，机械加工部13例如对成形层等进行机械加工。机械加工部13设置在与床身10的Z轴方向的上侧的面面对的位置，与工作台部11面对。机械加工部13在Z轴方向的下部安装有工具22。此外，机械加工部13只要在比床身10靠Z轴方向上侧，设置在基于工作台部11的基台部100的可移动范围内即可，配置位置不限于本实施方式的位置。

图4是表示控制装置20的结构的示意图。

如图1所示，控制装置20与三维层叠装置1的各部(上述的床身10、工作台部11、层叠头12、机械加工部13、形状测量部30、加热头31、装置测量部32、工具更换部33、喷嘴更换部34、粉末导入部35、基台移动部36、空气排出部37、气体导入部38、粉末回收部39等)的驱动部电连接，控制三维层叠装置1的各部的动作。控制装置20设置于三维层叠室2、预备室3的外部。如图4所示，控制装置20具有输入部51、控制部52、存储部53、输出部54、通信部55、干扰信息取得部56。输入部51、控制部52、存储部53、输出部54、通信部55、干扰信息取得部56的各部电连接。

输入部51例如是操作面板。操作者向输入部51输入信息、指令等。控制部52例如是CPU(Central Processing Unit)及存储器。控制部52向三维层叠装置1的各部输出控制三维层叠装置1的各部的动作的指令。另外，向控制部52输入来自三维层叠装置1的各部的信息等。存储部53例如是RAM(Random Access Memory)或ROM(Read Only Memory)等存储装置。在存储部53，存储有通过由控制部52执行来控制各部的动作的三维层叠装置1的运转程序、三维层叠装置1的信息或者三维形状物的设计信息等。输出部54例如是显示器。输出部54例如显示来自三维层叠装置1的各部的信息等。通信部55与例如因特网或LAN(LocalArea Network)等通信线路通信，在与通信线路之间交换信息。干扰信息取得部56基于加工对象物的形状来取得喷射的粉末P相对于加工对象物的干扰信息。此外，控制装置20只要至少具有控制部52及存储部53即可。控制装置20如果具有控制部52及存储部53，就能够向三维层叠装置1的各部输出指令。

图5是用于说明利用三维层叠装置的三维形状物的制造时的课题的概略图。

如图5所示，加工对象物90通过设置沿水平方向的第一加工面91、沿铅垂方向的阶梯92、沿水平方向的第二加工面93，加工面形成凹凸形状。此外，实际上，加工对象物90相对于层叠头12向移动方向M1移动而进行三维层叠，但由于层叠头12和加工对象物90只要相对移动即可，因此，在此，作为层叠头12向加工方向M2移动的情况进行说明。层叠头12对第一加工面91进行激光L的照射和粉末P的喷射，并且通过向加工方向M2移动来进行三维层叠，形成成形层94。

层叠头12在从相对于第一加工面91的三维层叠向相对于第二加工面93的三维层叠转移时，在加工方向M2上的前方侧喷射的粉末P与阶梯92及第二加工面93的一部分干扰。于是，与阶梯92及第二加工面93的一部分干扰的粉末P向激光L的路径飞散，激光L的输出衰减。另外，一部分粉末P未到达第一加工面91，粉末P的层叠量(成形层94厚度)不足。

如图4所示，在本实施方式的三维层叠装置1中，干扰信息取得部56基于加工对象物90的形状(3DCAD数据、STL数据、造型工具路径数据等)，取得从喷嘴喷射口部45喷射的粉末P相对于加工对象物的干扰信息，控制部52基于该干扰信息来变更喷嘴喷射口部45向加工对象物90的加工面供给的粉末P的粉末流路(供给路径)43。干扰信息例如包含与在基于预定的造型工具路径进行三维层叠时推定为从哪个位置的喷嘴喷射口部45供给的粉末P在收敛路径的中途被加工对象物(也可以是已层叠的部分)的一部分遮挡、从而无法收敛到预定的位置相关的信息。

如图2及图3所示，层叠头12在激光路径44的周围沿周向隔开预定间隔地设置有多个粉末流路43a、43b、43c、43d、43e、43f，在粉末流路43a、43b、43c、43d、43e、43f的前端部设置有喷嘴喷射口部45a、45b、45c、45d、45e、45f。控制部52指示供给量控制部61，停止从喷嘴喷射口部45a、45b、45c、45d、45e、45f中的、喷射被推定为会与加工对象物90发生干扰的粉末P的喷嘴喷射口部喷射粉末P。

此时，作为本实施方式的第一控制方法，控制部52指示供给量控制部61，增加从喷嘴喷射口部45a、45b、45c、45d、45e、45f中的、停止了粉末P的喷射的喷嘴喷射口部以外的喷嘴喷射口部喷射粉末P的喷射量。关于具体的控制方法，将在后面叙述。

另外，作为本实施方式的第二控制方法，控制部52在停止了从喷嘴喷射口部45a、45b、45c、45d、45e、45f中的、喷射被推定为会与加工对象物发生干扰的粉末P的喷嘴喷射口部喷射粉末P时，降低激光路径44照射的激光L的输出。此时，控制部52降低加工对象物90的加工速度。关于具体的控制方法，将在后面叙述。

干扰信息取得部56预先取得加工对象物90的形状(3DCAD数据、STL数据、造型工具路径数据等)，基于取得的加工对象物90的形状来设定粉末P的喷射和激光L的照射的动作程序，并存储在存储部53中。控制部52基于存储在存储部53中的动作程序来控制粉末P的喷射和激光L的照射。

另外，在上述的说明中，干扰信息取得部56基于加工对象物90的形状来取得从喷嘴喷射口部45喷射的粉末P相对于加工对象物的干扰信息，但不限定于该结构。例如，作为干扰信息取得部56，也可以设置检测或推定从喷嘴喷射口部45a、45b、45c、45d、45e、45f喷射的粉末P向加工对象物的到达状况的检测器71。控制部52基于检测器71的检测结果(粉末P与加工对象物干扰，或者有干扰的可能性等)来控制粉末P的喷射和激光L的照射。该检测器71例如是激光检测器、CCD照相机等，通过托架72固定于层叠头12。

在此，对利用控制装置20的变更粉末P的供给路径的方法进行说明。图6是表示利用控制装置的变更粉末材料的供给路径的第一控制方法的时序图。

在利用三维层叠装置1的三维形状物的制造方法中，如图1、图2及图3所示，在本实施方式中，作为在加工对象物90的第一加工面91制造三维形状物的情况进行说明。加工对象物90例如是金属制的板状构件，但只要是在上部制造三维形状物，则形状及材料就是任意的。加工对象物90安装在基台部100上。此外，加工对象物也可以是已经由三维层叠装置1造形的三维形状物的一部分。

控制装置20通过工作台部11使基台部100移动，以使基台部100上的加工对象物90配置于层叠头12的Z轴方向下方。控制装置20从粉末导入部35向层叠头12导入粉末，从层叠头12与气体一起喷射粉末P，同时照射激光L。粉末P以预定的收敛直径向基台部100上的加工对象物90喷射。激光L在层叠头12与加工对象物90之间，以预定的光斑直径照射粉末P。在此，相对于粉末P的收敛直径的Z轴方向上的位置的激光L的光斑直径的Z轴方向上的位置及粉末P的收敛直径的Z轴方向上的位置的光斑直径例如能够通过移动聚光部49的位置来进行控制。

即，如图2及图5所示，层叠头12通过供给量控制部61a、61b、61c、61d、61e、61f的动作向所有的粉末流路43a、43b、43c、43d、43e、43f导入粉末P，从所有的喷嘴喷射口部45a、45b、45c、45d、45e、45f喷射粉末P，从激光路径44输出激光L(图6中，为时间t1)。来自激光路径44的激光L在加工对象物90的第一加工面91的附近设定焦点F，来自喷嘴喷射口部45a、45b、45c、45d、45e、45f的粉末P向该激光L的焦点喷射。因此，从层叠头12喷射的粉末P在位于加工对象物90的第一加工面91的激光L的焦点F被该激光L加热。被照射了激光L的粉末P在加工对象物90的第一加工面91的附近熔融后，到达加工对象物90的第一加工面91。以熔融的状态到达加工对象物90的第一加工面91的粉末P在此被冷却而固化。由此，在加工对象物90的第一加工面91形成成形层94。

控制装置20利用工作台部11使加工对象物90向预定的移动方向M1移动，同时从层叠头12对加工对象物90的第一加工面91照射激光L，并且喷射粉末P。因此，在加工对象物90的第一加工面91形成连续的成形层94。在该情况下，三维层叠装置的加工方向为M2。三维层叠装置1通过反复这样的成形层94的形成，制造多个成形层作为一体层叠的三维形状物。

层叠头12在从相对于第一加工面91的三维层叠向相对于第二加工面93的三维层叠转移时，在加工方向M2上的前方侧喷射的粉末P与阶梯92及第二加工面93的一部分干扰。干扰信息取得部56事先取得加工对象物90的形状，基于取得的加工对象物90的形状来设定粉末P的喷射时期和激光L的照射时期的动作程序，并存储在存储部53中。控制部52基于存储在存储部53中的动作程序来控制粉末P的喷射和激光L的照射(在图6中，为时间t2)。

即，如图3及图6所示，在时间t1，层叠头12从所有的喷嘴喷射口部45a、45b、45c、45d、45e、45f喷射粉末P，从激光路径44输出激光L。并且，在动作程序中，事先取得加工对象物90的形状，在时间t2，判断为从喷嘴喷射口部45e、45f喷射的粉末P与加工对象物90干扰。因此，在时间t2，停止从喷嘴喷射口部45e、45f喷射粉末P，另一方面，增加从喷嘴喷射口部45a、45b、45c、45d喷射粉末P的喷射量。此时，在停止从喷嘴喷射口部45e、45f喷射粉末P的前后，以使从层叠头12喷射的粉末P的量不变动的方式，将喷嘴喷射口部45e、45f喷射的粉末P的喷射量的合计均等地分配并增量为从喷嘴喷射口部45a、45b、45c、45d喷射的粉末P的喷射量。另外，此时，由于喷射的粉末P的总量没有变化，所以维持激光L的输出。

因此，不会有喷射的粉末P向激光L的路径飞散而激光L的输出衰减的情况，另外，也不会有一部分粉末P未到达第一加工面91而粉末P的层叠量(成形层94厚度)不足的情况。并且，在动作程序中，在时间t3，从喷嘴喷射口部45e、45f喷射的粉末P与加工方向M2的干扰被解除。因此，在时间t3，再次开始从喷嘴喷射口部45e、45f喷射粉末P，另一方面，减少从喷嘴喷射口部45a、45b、45c、45d喷射粉末P的喷射量。即，层叠头12从所有的喷嘴喷射口部45a、45b、45c、45d、45e、45f喷射同量的粉末P，从激光路径44输出激光L。

此外，本实施方式不限于上述的控制。图7是表示利用控制装置的变更粉末材料的供给路径的第二控制方法的时序图。

如图3及图7所示，在时间t11，层叠头12从所有的喷嘴喷射口部45a、45b、45c、45d、45e、45f喷射粉末P，从激光路径44输出激光L。并且，在动作程序中，在时间t12，从喷嘴喷射口部45e、45f喷射的粉末P与加工对象物90干扰。因此，在时间t12，停止从喷嘴喷射口部45e、45f喷射粉末P，与所供给的粉末P的总量减少的量相应地，降低激光路径44照射的激光L的输出，并且降低加工对象物90的加工速度。粉末P的喷射量、激光L的输出和加工对象物90的加工速度的关系预先通过实验、模拟等来把握，以使成形层94的厚度、品质不变动的方式，设定激光L的输出和加工对象物90的加工速度。

因此，不会有喷射的粉末P向激光L的路径飞散而激光L的输出衰减的情况，另外，抑制了一部分粉末P未到达第一加工面91而粉末P的层叠量(成形层94厚度)变动的情况，也不会有品质下降的情况。并且，在动作程序中，在时间t13，从喷嘴喷射口部45e、45f喷射的粉末P与加工对象物90的干扰被解除。因此，在时间t13，再次开始从喷嘴喷射口部45e、45f喷射粉末P，提高激光路径44照射的激光L的输出，并且提高加工对象物90的加工速度。即，返回到时间t12之前的状态。

另外，在上述的说明中，构成为控制部52基于存储在存储部53的动作程序来控制粉末P的喷射和激光L的照射，但不限于该结构。如图2及图3所示，例如，作为干扰信息取得部56，也可以构成为，在层叠头12，设置检测或推定从喷嘴喷射口部45a、45b、45c、45d、45e、45f喷射的粉末P向加工对象物的到达状况的检测器71，基于从该检测器71取得的信息，控制粉末P的喷射和激光L的照射。检测器71在使用层叠头12进行三维层叠的期间，在线地将检测结果输出到控制部52。

在此，对利用三维层叠装置1的三维形状物的制造方法进行说明。图8是表示利用三维层叠装置的三维形状物的制造方法的流程图。

如图8所示，在步骤S11中，将加工对象物90安装在基台部100上，控制装置20通过工作台部11使基台部100移动，以使基台部100上的加工对象物90配置于层叠头12的Z轴方向下方。在步骤S12中，控制装置20从粉末导入部35向层叠头12导入粉末，从层叠头12与气体一起喷射粉末P。另外，在步骤S13中，控制装置20照射激光L。然后，在步骤S14中，使加工对象物90与基台部100一起移动。于是，在步骤S15以后，开始三维层叠。

即，如图2及图5所示，层叠头12通过供给量控制部61a、61b、61c、61d、61e、61f向所有的粉末流路43a、43b、43c、43d、43e、43f导入粉末P，从所有的喷嘴喷射口部45a、45b、45c、45d、45e、45f喷射粉末P，从激光路径44输出激光L。来自激光路径44的激光L在加工对象物90的第一加工面91的附近设定焦点F，来自喷嘴喷射口部45a、45b、45c、45d、45e、45f的粉末P向该激光L的焦点喷射。因此，从层叠头12喷射的粉末P在位于加工对象物90的第一加工面91的激光L的焦点F被该激光L加热。被照射了激光L的粉末P在加工对象物90的第一加工面91的附近熔融后，到达加工对象物90的第一加工面91。以熔融的状态到达加工对象物90的第一加工面91的粉末P在此被冷却而固化。由此，在加工对象物90的第一加工面91形成成形层94。

在步骤S16中，控制装置20判定三维层叠是否结束。在此，在判定为三维层叠没有结束时(否)，在步骤S17中，控制部52基于干扰信息取得部56取得的从喷嘴喷射口部45喷射的粉末P相对于加工对象物的干扰信息来判定在从喷嘴喷射口部45a、45b、45c、45d、45e、45f喷射的粉末P与加工对象物90之间是否发生干扰(推定为是否发生干扰)。粉末P与加工对象物90之间的干扰可以基于干扰信息取得部56取得的加工对象物90的形状数据来判定，也可以基于检测器71的检测结果来判定。在此，在判定为在从喷嘴喷射口部45a、45b、45c、45d、45e、45f喷射的粉末P与加工对象物90之间没有发生干扰时(否)，在步骤S18中，直接维持粉末P的喷射形态和激光L的照射形态，返回步骤S16而重复处理。另一方面，例如，在判定为在从喷嘴喷射口部45a、45b、45c、45d、45e、45f中的、喷嘴喷射口部45e、45f喷射的粉末P与加工对象物90之间发生干扰时(是)，在步骤S19中，停止从喷嘴喷射口部45e、45f喷射粉末P，另一方面，增加从喷嘴喷射口部45a、45b、45c、45d喷射粉末P的喷射量(第一控制方法)。或者，停止从喷嘴喷射口部45e、45f喷射粉末P，降低激光路径44照射的激光L的输出，并且降低加工对象物90的加工速度(第二控制方法)。

然后，再次返回步骤S16，控制装置20判定三维层叠是否结束。在此，在判定为三维层叠没有结束时(否)，在步骤S17中，控制部52判定是否发生粉末P与加工对象物90之间的干扰。在此，在判定为在粉末P与加工对象物90之间发生干扰时(是)，经由步骤S19返回步骤S16，继续处理。另一方面，在判定为在粉末P与加工对象物90之间干扰被解除时(否)，在步骤S18中，再次开始从喷嘴喷射口部45e、45f喷射粉末P，另一方面，减少从喷嘴喷射口部45a、45b、45c、45d喷射粉末P的喷射量。即，使粉末P的喷射量从喷嘴喷射口部45a、45b、45c、45d、45e、45f复原。或者，再次开始从喷嘴喷射口部45e、45f喷射粉末P，提高激光路径44照射的激光L的输出，提高加工对象物90的加工速度。即，使从喷嘴喷射口部45a、45b、45c、45d、45e、45f喷射粉末P的喷射量、激光L的输出、加工对象物90的加工速度复原。

然后，再次返回步骤S16，控制装置20判定三维层叠是否结束。在此，在判定为三维层叠结束时(是)，在步骤S20中，控制装置20停止从粉末导入部35向层叠头12导入粉末，停止从层叠头12与气体一起喷射粉末P。另外，在步骤S21中，控制装置20停止激光L的照射。然后，在步骤S22中，停止加工对象物90与基台部100一起移动。

这样，在本实施方式的三维层叠装置中，具备：作为向加工对象物90供给粉末P的粉末供给部的粉末流路43及喷嘴喷射口部45；作为向粉末P照射激光L而使被照射了激光L的粉末P的至少一部分烧结或熔融固化、从而形成成形层94的光照射部的激光路径44；基于加工对象物90的形状来取得从喷嘴喷射口部45喷射的粉末P相对于加工对象物90的干扰信息的干扰信息取得部56；及基于干扰信息取得部56取得的干扰信息来变更喷嘴喷射口部45向加工对象物90供给的粉末P的粉末流路43的控制部52。

因此，控制部52确定从喷嘴喷射口部45喷射的粉末P与加工对象物90干扰的区域，喷嘴喷射口部45自从喷嘴喷射口部45喷射的粉末P不与加工对象物90干扰的区域向加工对象物90供给粉末P。其结果是，粉末P不会与加工对象物90干扰而飞散，不会使激光L的输出衰减，另外，能够将确定的量的粉末P供给到加工对象物90，能够实现三维形状物的品质的提高。

在本实施方式的三维层叠装置中，在层叠头12设置多个粉末流路43a、43b、43c、43d、43e、43f和多个喷嘴喷射口部45a、45b、45c、45d、45e、45f，控制部52停止从喷射被推定为会与加工对象物90发生干扰的粉末P的喷嘴喷射口部45a、45b、45c、45d、45e、45f喷射粉末P。因此，能够防止粉末P与加工对象物90干扰而产生的粉末P的飞散，另一方面，能够对加工对象物90供给粉末P，无论加工对象物的形状如何，都能够适当地制造三维形状物。

在本实施方式的三维层叠装置中，控制部52在停止了从喷射被推定为会与加工对象物90发生干扰的粉末P的喷嘴喷射口部45a、45b、45c、45d、45e、45f喷射粉末P时，增加从除停止了粉末P的喷射的喷嘴喷射口部45a、45b、45c、45d、45e、45f以外的喷嘴喷射口部45a、45b、45c、45d、45e、45f喷射粉末P的喷射量。因此，始终能够向加工对象物90供给适量的粉末P，能够抑制三维形状物的品质的降低。

在本实施方式的三维层叠装置中，控制部52在停止了从喷射被推定为会与加工对象物90发生干扰的粉末P的喷嘴喷射口部45a、45b、45c、45d、45e、45f喷射粉末P时，调整激光路径44照射的激光L的输出，例如，使其降低。因此，成为适合于减少的粉末P的供给量的激光L的输出，能够抑制三维形状物的品质的降低。

在本实施方式的三维层叠装置中，控制部52在停止了从喷射被推定为会与加工对象物90发生干扰的粉末P的喷嘴喷射口部45a、45b、45c、45d、45e、45f喷射粉末P时，调整加工对象物90的加工速度，例如，使其降低。因此，成为适合于减少后粉末P的供给量的加工速度，能够抑制三维形状物的品质的降低。

在本实施方式的三维层叠装置中，干扰信息取得部56预先取得加工对象物90的形状，基于取得的加工对象物90的形状来设定粉末P的喷射和激光L的照射的动作程序，控制部52基于动作程序来控制粉末P的喷射和激光L的照射。因此，无论加工对象物90的形状如何，都能够防止喷射的粉末P与加工对象物90的干扰。

在本实施方式的三维层叠装置中，作为干扰信息取得部56，设置检测或推定从喷嘴喷射口部45喷射的粉末P向加工对象物90的到达状况的检测器71，控制部52基于检测器71的检测结果来控制粉末P的喷射。因此，无论加工对象物90的形状如何，都能够防止喷射的粉末P与加工对象物90的干扰。

另外，在本实施方式的三维层叠方法中，包括以下工序：向加工对象物90供给粉末P；对粉末P照射激光L而使被照射了激光L的粉末P的至少一部分烧结或熔融固化，从而形成成形层94；基于加工对象物90的形状来取得从喷嘴喷射口部45喷射的粉末P相对于加工对象物90的干扰信息；及基于干扰信息来变更喷嘴喷射口部45向加工对象物90供给的粉末P的粉末流路43。

因此，确定从喷嘴喷射口部45喷射的粉末P与加工对象物90干扰的区域，喷嘴喷射口部45自从喷嘴喷射口部45喷射的粉末P不与加工对象物90干扰的区域向加工对象物90供给粉末P。其结果是，粉末P不会与加工对象物90干扰而飞散，不会使激光L的输出衰减，另外，能够将确定的量的粉末P供给到加工对象物90，能够实现三维形状物的品质的提高。

此外，在上述的实施方式中，将干扰信息取得部56设为检测或推定从喷嘴喷射口部45a、45b、45c、45d、45e、45f喷射的粉末P向加工对象物90的到达状况的检测器71，但不限于该结构。例如，也可以将干扰信息取得部56设为CCD照相机，CCD照相机拍摄加工对象物90的形状，控制部52基于加工对象物90的形状来判定粉末P与加工对象物90的干扰。

另外，在上述的实施方式中，将粉末供给部喷射的粉末材料设为金属粉末材料，但也可以是树脂粉末材料等非金属粉末材料。另外，将光束设为激光，但也可以设为电子束等。

附图标记说明

1 三维层叠装置

2 三维层叠室

3 预备室

4 层叠头收纳室

4a、5a Z轴滑动部

5 机械加工部收纳室

6、7 门

10 床身

11 工作台部

12 层叠头

13 机械加工部

15 Y轴滑动部

16 X轴滑动部

17 旋转工作台部

17a 固定台

17b 旋转工作台

17c 倾斜工作台

17d 旋转工作台

18、19 波纹管

20 控制装置

22 工具

23 喷嘴

24 前端部

25 空气排出部

30 形状测量部

31 加热头

32 装置测量部

33 工具更换部

34 喷嘴更换部

35 粉末导入部

36 基台移动部

37 空气排出部

38 气体导入部

39 粉末回收部

41 外管

42 内管

43、43a、43b、43c、43d、43e、43f 粉末流路(粉末供给部)

44 激光路径(光照射部)

45、45a、45b、45c、45d、45e、45f 喷嘴喷射口部(粉末喷射部)

46 主体

47 光源

48 光纤

49 聚光部

51 输入部

52 控制部

53 存储部

54 输出部

55 通信部

56 干扰信息取得部

61、61a、61b、61c、61d、61e、61f 供给量控制部

71 检测器

72 托架

90 加工对象物

91 第一加工面

92 阶梯

93 第二加工面

94 成形层

100 基台部

102、104、106、108 箭头

110 旋转轴

F 焦点

L 激光(光束)

M1 移动方向

M2 加工方向

O 中心轴

P 粉末

Claims (8)

1.一种三维层叠装置，在加工对象物上层叠成形层而形成三维形状物，所述三维层叠装置的特征在于，具备：

粉末供给部，向所述加工对象物的加工面供给粉末材料；

光照射部，对所述粉末材料照射光束而使被照射了所述光束的所述粉末材料的至少一部分烧结或熔融固化，从而形成所述成形层；

干扰信息取得部，基于所述加工对象物的形状，取得从所述粉末供给部喷射的所述粉末材料的相对于所述加工对象物的干扰信息；及

控制部，基于所述干扰信息取得部取得的所述干扰信息，变更所述粉末供给部向所述加工对象物的加工面供给的所述粉末材料的供给路径。

2.根据权利要求1所述的三维层叠装置，其特征在于，

所述粉末供给部具有在所述光照射部的周围沿周向隔开预定间隔地设置的多个粉末喷射部，所述控制部停止从所述多个粉末喷射部中的、喷射被推定为会与所述加工对象物发生干扰的所述粉末材料的所述粉末喷射部喷射所述粉末材料。

3.根据权利要求2所述的三维层叠装置，其特征在于，

所述控制部在停止了从喷射被推定为会与所述加工对象物发生干扰的所述粉末材料的所述粉末喷射部喷射所述粉末材料时，增加从除停止了喷射所述粉末材料的所述粉末喷射部以外的所述粉末喷射部喷射所述粉末材料的喷射量。

4.根据权利要求2所述的三维层叠装置，其特征在于，

所述控制部在停止了从喷射被推定为会与所述加工对象物发生干扰的所述粉末材料的所述粉末喷射部喷射所述粉末材料时，调整所述光照射部照射的所述光束的输出。

5.根据权利要求4所述的三维层叠装置，其特征在于，

所述控制部在停止了从喷射被推定为会与所述加工对象物发生干扰的所述粉末材料的所述粉末喷射部喷射所述粉末材料时，调整所述加工对象物的加工速度。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的三维层叠装置，其特征在于，

所述干扰信息取得部预先取得所述加工对象物的形状，基于取得的所述加工对象物的形状来设定所述粉末供给部和所述光照射部的动作程序，所述控制部基于所述动作程序来控制所述粉末供给部或所述光照射部。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的三维层叠装置，其特征在于，

所述干扰信息取得部具有检测器，所述检测器检测或推定从所述粉末供给部供给的所述粉末材料到达所述加工对象物的状况，所述控制部基于所述检测器的检测结果来控制所述粉末供给部。

8.一种三维层叠方法，在加工对象物上层叠成形层而形成三维形状物，所述三维层叠方法的特征在于，包括以下工序：

向所述加工对象物的加工面供给粉末材料；

对所述粉末材料照射光束而使被照射了所述光束的所述粉末材料的至少一部分烧结或熔融固化，从而形成所述成形层；

基于所述加工对象物的形状来取得所述粉末材料相对于所述加工对象物的干扰信息；及

基于所述干扰信息来变更向所述加工对象物的加工面供给的所述粉末材料的供给路径。

Images