JP2007307742A - Powder sintering laminate shaping apparatus and its use method - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To enhance the recycling ratio of a powder material by making it possible not only to prevent the insufficiency of the powder material but also to soon reuse the excessive powder material. <P>SOLUTION: This powder sintering laminate shaping apparatus comprises a control means for adjusting the powder material 16 so that the surface of the powder material 16 on the powder material supply table 14a or 14b on the supply side of the powder material 16 is upward protruded from the surface of a powder material housing container 12a or 12b when the powder material 16 is supplied to a shaping container 11 by moving a recoater 15 and the surface of the powder material 16 on the powder material supply table 14b or 14a on the other side becomes downward from the surface of the powder material housing container 12b or 12a on the same side. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、粉末焼結積層造形装置及びその使用方法に関し、造形テーブル上に複数の焼結薄層を積層して3次元造形物を作製する粉末焼結積層造形装置及びその使用方法に関する。   The present invention relates to a powder sintered additive manufacturing apparatus and a method for using the same, and to a powder sintered additive manufacturing apparatus for manufacturing a three-dimensional object by stacking a plurality of sintered thin layers on a forming table and a method for using the same.

近年、機能試験用試作部品や少量多品種の製品に使用される部品等を造形することができる造形装置への要望が増えてきつつある。   In recent years, there has been an increasing demand for modeling apparatuses capable of modeling functional test prototype parts and parts used in a small variety of products.

この要求を満たすものとして、光造形装置や粉末焼結積層造形装置などがある。なかでも、粉末焼結積層造形装置は、紫外線硬化性樹脂を使用した造形装置(以下「光造形装置」)と異なり、多種類かつ強靭な材料が使用できることが大きな特徴の一つであり、市場での認知度も向上し、さまざまな用途で使用されはじめている。   There exist an optical shaping | molding apparatus, a powder sintering layered shaping apparatus etc. as what satisfy | fills this request | requirement. Above all, the powder sintering additive manufacturing equipment is one of the major features that can be used with a wide variety of tough materials, unlike the modeling equipment that uses UV curable resin (hereinafter "Optical modeling equipment"). It has also been used for various purposes.

従来市販されている粉末焼結積層造形装置は、レーザ光出射部と、造形部と、制御装置とから構成されている。図8(a)、(b)はそれぞれ、従来市販されている粉末焼結積層造形装置のうち造形部の断面図及び上面図である。図示しないレーザ光出射部は、造形部の上方に設置されている。   Conventionally, a powder sintering additive manufacturing apparatus that is commercially available includes a laser beam emitting unit, a modeling unit, and a control device. FIGS. 8A and 8B are a cross-sectional view and a top view, respectively, of a modeling portion of a powder sintering additive manufacturing apparatus that is commercially available. A laser beam emitting unit (not shown) is installed above the modeling unit.

レーザ光出射部においては、レーザ光の光源とレーザ光の照射方向を制御するミラーとが設けられている。   In the laser beam emitting section, a laser beam source and a mirror for controlling the laser beam irradiation direction are provided.

造形部101においては、図8(a)、(b)に示すように、中央部に設置され、レーザ光の照射により造形が行われて3次元造形物が作製される造形用容器1と、その両側に設置されて粉末材料を貯めておく粉末材料収納容器2a、2bと、供給過剰粉末材料の収納容器3a、3bとを備えている。また、造形用容器1内には造形用容器1内壁に沿って降下する造形テーブル4が設置され、粉末材料容器2a、2b内には粉末材料容器2a、2b内壁に沿って上昇する粉末材料供給テーブル5a、5bが設置されている。   In the modeling part 101, as shown in FIGS. 8A and 8B, a modeling container 1 that is installed in the center part and is modeled by laser light irradiation to produce a three-dimensional modeled object, There are provided powder material storage containers 2a and 2b installed on both sides for storing the powder material, and storage containers 3a and 3b for supplying excess powder material. Also, a modeling table 4 that descends along the inner wall of the modeling container 1 is installed in the modeling container 1, and a powder material supply that rises along the inner walls of the powder material containers 2a and 2b is installed in the powder material containers 2a and 2b. Tables 5a and 5b are installed.

制御装置は、造形テーブル4を薄層一層分降下させ、粉末材料供給テーブル5aを上昇させて、リコータ6によって造形テーブル4上に粉末材料7を供給させ、かつ造形テーブル4上で粉末材料の薄層7aを形成させ、次いで、レーザ光及び制御ミラーによって作製すべき3次元造形物のスライスデータ(描画パターン)に基づき粉末材料の薄層7aを選択的に加熱して焼結させ、これらの動作を繰り返させる。このようにして3次元造形物を形成させ、最後に、3次元造形物を冷却させる。
特許第2620353号
The control device lowers the modeling table 4 by one thin layer, raises the powder material supply table 5 a, causes the recoater 6 to supply the powder material 7 onto the modeling table 4, and thins the powder material on the modeling table 4. The layer 7a is formed, and then the thin layer 7a of the powder material is selectively heated and sintered based on the slice data (drawing pattern) of the three-dimensional structure to be produced by the laser beam and the control mirror, and these operations are performed. Repeat. In this way, a three-dimensional structure is formed, and finally, the three-dimensional structure is cooled.
Japanese Patent No. 2620353

ところで、従来の粉末焼結積層造形装置では、造形領域に供給された粉末材料の薄層に選択的にレーザ光を照射し焼結すると、焼結した部分が溶融して体積が減少するため、最低でも造形用容器1内の造形テーブル4が下がった分の体積と、焼結により減少した分の体積を補うだけの粉末材料を供給する必要がある。   By the way, in the conventional powder sintering additive manufacturing apparatus, when the thin layer of the powder material supplied to the modeling region is selectively irradiated with laser light and sintered, the sintered portion is melted and the volume is reduced. At least, it is necessary to supply a powder material that only supplements the volume of the modeling table 4 in the modeling container 1 that has been lowered and the volume that has been reduced by sintering.

しかし、造形用テーブル4が下がった分の体積が一定であるのに対して、焼結により減少した部分の体積は、各層の焼結部の断面積や、断面位置の偏りにより一部分のみ多く減少するなど予測がしにくい。この場合、最悪、粉末材料の供給量の不足だけは防止しなくてはならないため、常に多めに粉末材料を供給する必要がある。その上、粉末材料供給テーブル2a、2b全体が上昇するため体積が減少していない部分にも粉末材料7が余分に供給されてしまう。   However, while the volume of the molding table 4 is lowered, the volume of the portion reduced by the sintering is reduced by only a part due to the cross-sectional area of the sintered portion of each layer and the deviation of the cross-sectional position. It is difficult to predict. In this case, since it is necessary to prevent the shortage of the supply amount of the powder material in the worst case, it is necessary to always supply a larger amount of the powder material. In addition, since the entire powder material supply tables 2a and 2b are raised, the powder material 7 is excessively supplied to the portion where the volume is not reduced.

したがって、各層ごとに造形用容器1から溢れる粉末材料7が生じてしまう。特に、造形領域が大きくて焼結領域が小さいと、過剰な粉末材料8の量が多くなる。   Therefore, the powder material 7 overflows from the modeling container 1 for each layer. In particular, when the modeling area is large and the sintering area is small, the amount of the excessive powder material 8 increases.

そこで従来の装置では、図8(a)、(b)に示すような供給過剰の粉末材料8を収納する収納容器3a、3bを設け、そこに供給過剰の粉末材料8を落とし込むなどの対策を採っている。   Therefore, the conventional apparatus is provided with storage containers 3a and 3b for storing the excessively supplied powder material 8 as shown in FIGS. 8A and 8B, and measures such as dropping the excessively supplied powder material 8 there are provided. Adopted.

しかしながら、粉末材料8の劣化が少なくて粉末材料8を廃棄しなくてもよい場合でも、供給過剰の粉末材料8の収納容器3a、3bに収納された粉末材料8は、冷たくなっており、かつ収納容器3a、3bに収納されているため、すぐには造形領域に供給できず、また使用もできない。そして、供給過剰の粉末材料8をその場で使用できないため、熱による劣化と関係なく新品として扱うことができない。以上より、リサイクル率が低下してしまう。   However, even when there is little deterioration of the powder material 8 and the powder material 8 does not have to be discarded, the powder material 8 stored in the storage containers 3a and 3b of the excessively supplied powder material 8 is cold, and Since they are stored in the storage containers 3a and 3b, they cannot be immediately supplied to the modeling area and cannot be used. Since the excessively supplied powder material 8 cannot be used on the spot, it cannot be treated as a new article regardless of deterioration due to heat. As a result, the recycling rate is reduced.

また、供給過剰の粉末材料8が生じると粉末材料8が不足して造形物を完成できなくなる事態も生じてくる。これを防ぐため粉末材料容器2a、2bを大きくする必要があるが、その場合装置の横幅を大きくする必要があり、好ましくない。   In addition, when the excessively supplied powder material 8 is generated, there is a situation in which the powder material 8 is insufficient and the molded article cannot be completed. In order to prevent this, it is necessary to enlarge the powder material containers 2a and 2b, but in that case, it is necessary to increase the lateral width of the apparatus, which is not preferable.

本発明は、上記の従来例の問題点に鑑みて創作されたものであり、粉末材料不足を防止するとともに過剰な粉末材料をすぐに再使用することを可能にして、粉末材料のリサイクル率を向上させ、かつ装置を小型化することができる粉末焼結積層造形装置及びその使用方法を提供するものである。   The present invention was created in view of the above problems of the conventional example, and prevents the shortage of the powder material and allows the excessive powder material to be reused immediately, thereby increasing the recycling rate of the powder material. It is an object of the present invention to provide a powder sintering additive manufacturing apparatus that can be improved and downsized, and a method for using the apparatus.

上記課題を解決するため、第1の発明は、粉末焼結積層造形装置に係り、造形領域を画定する造形用容器と、前記造形用容器の内壁に沿って少なくとも下方に移動する造形テーブルと、前記造形領域の両側にそれぞれ設けられ、造形に用いる粉末材料を収納する第1及び第2の粉末材料収納容器と、前記第1の粉末材料収納容器の内壁に沿って上下移動する第1の粉末材料供給テーブルと、前記第2の粉末材料収納容器の内壁に沿って上下移動する第2の粉末材料供給テーブルと、前記第1の粉末材料収納容器、前記造形用容器及び前記第2の粉末材料収納容器に収納されている粉末材料の表面に沿って移動するリコータと、前記リコータを移動させて前記造形用容器に前記粉末材料を供給するときに、前記粉末材料を供給する側の粉末材料供給テーブル上の粉末材料の表面が同じ側の前記粉末材料収納容器の表面よりも上に突出し、同時に他方の側の前記粉末材料供給テーブル上の粉末材料の表面が同じ側の前記粉末材料収納容器の表面よりも下になるように調整する制御手段とを備えたことを特徴とし、
第2の発明は、第1の発明の粉末焼結積層造形装置に係り、前記リコータは、前記造形用容器に供給する粉末材料の量を検知するセンサを備えていることを特徴とし、
第3の発明は、第1又は第2の発明の何れか一の粉末焼結積層造形装置に係り、前記制御装置は、前記センサにより検知した粉末材料の供給量が基準よりも少ない場合、該検知した時よりも、前記粉末材料を供給させる側の粉末材料供給テーブルをさらに上昇させることを特徴とし、
第4の発明は、第1乃至第3の発明の何れか一の粉末焼結積層造形装置に係り、前記リコータの移動領域を挟むように設置された粉末材料の流出防護壁を備えていることを特徴とし、
第5の発明は、第1乃至第4の発明の何れか一の粉末焼結積層造形装置に係り、前記粉末焼結積層造形装置は、前記造形テーブル上に形成された粉末材料の薄層にレーザ光を選択的に照射するレーザ光照射手段を備えていることを特徴とし、
第6の発明は、粉末焼結積層造形装置の使用方法に係り、造形領域を画定する造形用容器と、前記造形用容器の内壁に沿って少なくとも下方に移動する造形テーブルと、前記造形領域の両側にそれぞれ設けられ、造形に用いる粉末材料を収納する第1及び第2の粉末材料収納容器と、前記第1の粉末材料収納容器の内壁に沿って上下移動する第1の粉末材料供給テーブルと、前記第2の粉末材料収納容器の内壁に沿って上下移動する第2の粉末材料供給テーブルと、前記第1の粉末材料収納容器、前記造形用容器及び前記第2の粉末材料収納容器の表面に沿って移動するリコータと、前記造形テーブル上に形成された粉末材料の薄層を選択的に加熱する手段とを備えた粉末焼結積層造形装置の使用方法であって、(1)前記第1の粉末材料供給テーブル上に前記粉末材料を載せて上昇させて、前記第1の粉末材料収納容器の表面に前記粉末材料を突出させ、(2)前記リコータを移動させて前記第1の粉末材料収納容器の表面に突出した粉末材料の表層を削ぎとり、(3)前記リコータを移動させて前記削ぎとった粉末材料を前記造形用容器に供給して、前記造形用テーブル上に第1の粉末材料の薄層を形成し、(4)前記第1の粉末材料の薄層を選択的に加熱して焼結薄層を形成し、(5)前記リコータを移動させて前記造形用容器に供給した残りの粉末材料を、下降させた前記第2の粉末材料供給テーブル上に載せて前記第2の粉末材料収納容器内に収納することを特徴とし、
第7の発明は、第6の発明の粉末焼結積層造形装置の使用方法に係り、前記(5)の工程の後に、(6)前記第2の粉末材料供給テーブルを上昇させて、前記第2の粉末材料収納容器の表面に前記粉末材料を突出させ、(7)前記リコータを移動させて前記第2の粉末材料収納容器の表面に突出した粉末材料の表層を削ぎとり、(8)前記リコータを移動させて前記削ぎとった粉末材料を前記造形用容器に供給して、前記造形テーブル上の第1の粉末材料の薄層の上に第2の粉末材料の薄層を形成し、(9)前記第2の粉末材料の薄層を選択的に加熱して焼結薄層を形成し、(10)前記リコータを移動させて前記造形用容器に供給した残りの粉末材料を、下降させた前記第1の粉末材料供給テーブル上に載せて前記第1の粉末材料収納容器内に収納することを特徴とし、
第8の発明は、第7の発明の粉末焼結積層造形装置の使用方法に係り、前記(1)乃至(10)の工程を繰り返すことを特徴とし、
第9の発明は、第6乃至第8の発明の何れか一の粉末焼結積層造形装置の使用方法に係り、前記リコータは、前記造形用容器に供給する粉末材料の供給量を検知するセンサを備え、前記センサにより検知した粉末材料の供給量が基準よりも少ない場合、該検知した時よりも、前記粉末材料を供給させる側の粉末材料供給テーブルをさらに上昇させて、同じ側の前記粉末材料収納容器の表面に前記粉末材料を突出させた後、前記(2)乃至(5)の工程を行い、或いは前記(2)乃至(5)の工程及び前記(7)乃至(10)の工程を行うことを特徴としている。
In order to solve the above-mentioned problems, the first invention relates to a powder sintering additive manufacturing apparatus, a modeling container that defines a modeling region, and a modeling table that moves at least downward along the inner wall of the modeling container, First and second powder material storage containers that are provided on both sides of the modeling region and store powder materials used for modeling, and a first powder that moves up and down along the inner wall of the first powder material storage container A material supply table, a second powder material supply table that moves up and down along the inner wall of the second powder material storage container, the first powder material storage container, the modeling container, and the second powder material A recoater that moves along the surface of the powder material stored in the storage container, and a powder material that supplies the powder material when the recoater is moved to supply the powder material to the modeling container The surface of the powder material on the supply table protrudes above the surface of the powder material storage container on the same side, and at the same time the surface of the powder material on the powder material supply table on the other side is the same side of the powder material storage container And a control means for adjusting so as to be below the surface of
A second invention relates to the powder sintering additive manufacturing apparatus according to the first invention, wherein the recoater includes a sensor for detecting the amount of powder material supplied to the modeling container,
A third invention relates to the powder sintering additive manufacturing apparatus according to any one of the first and second inventions, and the control device, when the supply amount of the powder material detected by the sensor is less than a reference, It is characterized by further raising the powder material supply table on the side for supplying the powder material than when detected,
A fourth invention relates to the powder sinter additive manufacturing apparatus according to any one of the first to third inventions, and includes an outflow protective wall for the powder material installed so as to sandwich the moving area of the recoater. Features
A fifth invention relates to the powder sintering additive manufacturing apparatus according to any one of the first to fourth inventions, wherein the powder sintering additive manufacturing apparatus is a thin layer of powder material formed on the modeling table. It comprises a laser light irradiation means for selectively irradiating laser light,
6th invention is related with the usage method of a powder sintering layered modeling apparatus, the modeling container which demarcates a modeling area | region, the modeling table which moves at least below along the inner wall of the said modeling container, and the said modeling area | region First and second powder material storage containers that are provided on both sides and store the powder material used for modeling, and a first powder material supply table that moves up and down along the inner wall of the first powder material storage container, The second powder material supply table that moves up and down along the inner wall of the second powder material storage container, the surface of the first powder material storage container, the modeling container, and the second powder material storage container And a means for selectively heating a thin layer of the powder material formed on the modeling table, comprising: (1) the first 1 powder material The powder material is placed on a table and raised to cause the powder material to protrude onto the surface of the first powder material storage container. (2) The recoater is moved to move the surface of the first powder material storage container. (3) The recoater is moved to supply the scraped powder material to the modeling container, and a thin layer of the first powder material is formed on the modeling table. (4) selectively heating the thin layer of the first powder material to form a sintered thin layer, and (5) moving the recoater to supply the remaining powder to the modeling container The material is placed on the lowered second powder material supply table and stored in the second powder material storage container,
A seventh invention relates to a method of using the powder sintered additive manufacturing apparatus of the sixth invention, and after the step (5), (6) raising the second powder material supply table, And (7) moving the recoater to scrape off the surface layer of the powder material protruding on the surface of the second powder material storage container, and (8) The recoater is moved to supply the scraped powder material to the modeling container, and a thin layer of the second powder material is formed on the thin layer of the first powder material on the modeling table. 9) Selectively heating the thin layer of the second powder material to form a sintered thin layer, and (10) moving the recoater to lower the remaining powder material supplied to the modeling container. The first powder material storage container placed on the first powder material supply table. And characterized in that it is housed in,
The eighth invention relates to a method of using the powder sintered additive manufacturing apparatus of the seventh invention, characterized in that the steps (1) to (10) are repeated,
A ninth invention relates to a method of using the powder sintered additive manufacturing apparatus according to any one of the sixth to eighth inventions, wherein the recoater detects a supply amount of a powder material supplied to the modeling container. When the supply amount of the powder material detected by the sensor is smaller than the reference, the powder material supply table on the side on which the powder material is supplied is further raised than the time of detection, and the powder on the same side After projecting the powder material on the surface of the material container, the steps (2) to (5) are performed, or the steps (2) to (5) and the steps (7) to (10). It is characterized by performing.

本発明の粉末焼結積層造形装置においては、第1の粉末材料収納容器の内壁に沿って上下移動する第1の粉末材料供給テーブルと、第2の粉末材料収納容器の内壁に沿って上下移動する第2の粉末材料供給テーブルと、第1の粉末材料収納容器、造形用容器及び第2の粉末材料収納容器の表面に沿って移動するリコータと、リコータを移動させて造形用容器に前記粉末材料を供給するときに、粉末材料を供給させる側の粉末材料供給テーブル上の粉末材料の表面が同じ側の粉末材料収納容器の表面よりも上に突出し、かつ他方の側の粉末材料供給テーブル上の粉末材料の表面が同じ側の粉末材料収納容器の表面よりも下になるように調整する制御手段とを備えている。   In the powder sintering additive manufacturing apparatus of the present invention, the first powder material supply table that moves up and down along the inner wall of the first powder material storage container and the vertical movement along the inner wall of the second powder material storage container A second powder material supply table, a first powder material storage container, a modeling container, a recoater that moves along the surface of the second powder material storage container, and a recoater that moves the powder to the modeling container. When supplying the material, the surface of the powder material on the powder material supply table on the side on which the powder material is supplied protrudes above the surface of the powder material storage container on the same side, and on the powder material supply table on the other side And a control means for adjusting so that the surface of the powder material is lower than the surface of the powder material storage container on the same side.

したがって、第1の粉末材料収納容器の表面よりも上に突出した粉末材料を、第1の粉末材料収納容器から造形用容器に供給し、その残りの粉末材料を第2の粉末材料供給テーブル上に載せて第2の粉末材料収納容器内に収納させることができるとともに、引き続き、逆に、第2の粉末材料収納容器の表面よりも上に突出した粉末材料を、第2の粉末材料収納容器から造形用容器に供給し、その残りの粉末材料を第1の粉末材料供給テーブル上に載せて第1の粉末材料収納容器内に収納させることができる。   Therefore, the powder material protruding above the surface of the first powder material storage container is supplied from the first powder material storage container to the modeling container, and the remaining powder material is supplied to the second powder material supply table. And the powder material projecting above the surface of the second powder material storage container can be converted into the second powder material storage container. To the modeling container and the remaining powder material can be placed on the first powder material supply table and stored in the first powder material storage container.

これにより、過剰な粉末材料をその場ですぐに再使用することが可能となる。これにより、粉末材料のリサイクル率を向上させることができる。また、リサイクル率を向上させることができるので、粉末材料収納容器も小さくできる。   This allows excess powder material to be reused immediately on site. Thereby, the recycling rate of powder material can be improved. Further, since the recycling rate can be improved, the powder material storage container can also be made small.

さらに、リコータは、造形用容器に供給する粉末材料の量を検知するセンサを備えているので、適量の粉末材料を造形用容器に供給することができるとともに、すべての粉末材料を無駄なく使用することができる。   Furthermore, since the recoater includes a sensor for detecting the amount of powder material supplied to the modeling container, an appropriate amount of powder material can be supplied to the modeling container and all powder materials can be used without waste. be able to.

また、制御装置は、センサにより検知した粉末材料の供給量が基準よりも少ない場合、検知した時よりも、粉末材料を供給させる側の粉末材料供給テーブルをさらに上昇させているので、各層の焼結部の断面積や、断面位置の偏りにより一部分のみ多く減少するなど予測がしにくい場合でも、十分な量の粉末材料を供給することができる。   In addition, when the supply amount of the powder material detected by the sensor is smaller than the reference, the control device further raises the powder material supply table on the side on which the powder material is supplied than when it is detected. A sufficient amount of powder material can be supplied even in cases where it is difficult to predict, for example, when the cross-sectional area of the tie portion or the partial position is largely reduced due to the deviation in the cross-sectional position.

また、リコータの移動領域を挟むように設置された粉末材料の流出防護壁を備えているので、リコータに削ぎとられ、エリア表面上に盛り上がった粉末材料が造形領域の外側へ流出するのを防止することができる。これにより、粉末材料のリサイクル率を向上させることができる。   In addition, it has a powder material outflow protection wall installed so as to sandwich the recoater movement area, so that the powder material that has been scraped by the recoater and raised on the surface of the area is prevented from flowing out of the modeling area. can do. Thereby, the recycling rate of powder material can be improved.

本発明の粉末焼結積層造形装置の使用方法においては、粉末材料を載せた第1の粉末材料供給テーブルを上昇させて第1の粉末材料収納容器の表面に粉末材料を突出させ、リコータを移動させて突出した粉末材料の表層を削ぎとり、第1の粉末材料収納容器から造形用容器に粉末材料を供給して、造形テーブル上に粉末材料の薄層を形成し、その薄層を選択的に加熱して焼結薄層を形成し、リコータを移動させて造形用容器に供給した残りの粉末材料を下降させた第2の粉末材料供給テーブル上に載せて第2の粉末材料収納容器内に収納している。   In the method of using the powder sintering additive manufacturing apparatus of the present invention, the first powder material supply table on which the powder material is placed is raised to project the powder material on the surface of the first powder material storage container, and the recoater is moved. The surface layer of the protruding powder material is scraped off, the powder material is supplied from the first powder material storage container to the modeling container, a thin layer of the powder material is formed on the modeling table, and the thin layer is selectively To form a sintered thin layer, and move the recoater to place the remaining powder material supplied to the modeling container on the second powder material supply table where the powder material is lowered, and in the second powder material storage container It is stored in.

したがって、その後に、リコータを用いて第2の粉末材料収納容器から造形用容器に粉末材料を供給することにより、過剰な粉末材料をその場ですぐに再使用することが可能となる。これにより、粉末材料のリサイクル率を向上させることができる。   Therefore, thereafter, by supplying the powder material from the second powder material storage container to the modeling container using the recoater, the excess powder material can be immediately reused on the spot. Thereby, the recycling rate of powder material can be improved.

また、粉末材料の供給量が基準よりも少ない場合には、粉末材料を供給させる側の粉末材料供給テーブルをさらに上昇させ、粉末材料の供給量を増やしているので、常に十分な量の粉末材料を供給することができる。   In addition, when the supply amount of the powder material is less than the standard, the powder material supply table on the side where the powder material is supplied is further raised to increase the supply amount of the powder material. Can be supplied.

以下に、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

(粉末焼結積層造形装置の説明)
本発明の実施の形態に係る粉末焼結積層造形装置は、レーザ光出射部と、造形部と、制御装置とから構成されている。
(Description of powder sintering additive manufacturing equipment)
The powder sintering additive manufacturing apparatus according to the embodiment of the present invention includes a laser beam emitting unit, a modeling unit, and a control device.

図1(a)は、本発明の実施の形態に係る粉末焼結積層造形装置のうち造形部111の構成を示す断面図である。図1(b)は、同じく上面図である。   Fig.1 (a) is sectional drawing which shows the structure of the modeling part 111 among the powder sintering layered modeling apparatuses which concern on embodiment of this invention. FIG. 1B is a top view of the same.

図2(a)は、図1の粉末焼結積層造形装置においてリコータ15を移動させて粉末材料を供給している様子を示す側面図であり、(b)は同じく正面図である。なお、リコータ15は、図3に示すような全体構成を有するが、図2(a)、(b)では、リコータ15を構成する部材のうち、運搬板15aのみを示している。   2A is a side view showing a state in which the recoater 15 is moved and the powder material is supplied in the powder sintered additive manufacturing apparatus of FIG. 1, and FIG. 2B is a front view of the same. The recoater 15 has an overall configuration as shown in FIG. 3, but in FIGS. 2A and 2B, only the transport plate 15 a is shown among the members constituting the recoater 15.

また、図1(a)、(b)には示していないが、レーザ光出射部はその造形部111の上方に配置され、下記のような機能を有する。また、制御装置も、図面には示していないが、下記のような機能を有する。以下に、各部の詳細について説明する。   Although not shown in FIGS. 1A and 1B, the laser beam emitting portion is disposed above the modeling portion 111 and has the following functions. The control device also has the following functions, which are not shown in the drawing. Details of each part will be described below.

まず、レーザ光出射部について説明する。   First, the laser beam emitting part will be described.

レーザ光出射部においては、レーザ光の光源とレーザ光の照射方向を制御するミラーとが設けられている。光源から出射したレーザ光はコンピュータによるミラー制御により、造形部111の造形テーブル13上の粉末材料の薄層16aに選択的に照射されるようになっている。例えば、作製すべき3次元造形物のスライスデータ(描画パターン)に基づき、コンピュータによるミラー制御が行われる。   In the laser beam emitting section, a laser beam source and a mirror for controlling the laser beam irradiation direction are provided. The laser beam emitted from the light source is selectively irradiated onto the thin layer 16a of the powder material on the modeling table 13 of the modeling unit 111 by mirror control by a computer. For example, mirror control by a computer is performed based on slice data (drawing pattern) of a three-dimensional structure to be produced.

次に、造形部111について説明する。   Next, the modeling unit 111 will be described.

造形部111においては、図1に示すように、レーザ光の照射により造形が行われて3次元造形物が作製される四角い筒状の造形用容器11と、その両側に設置されて粉末材料16を貯めておく四角い筒状の第1及び第2の粉末材料収納容器12a、12bとを備えている。造形用容器11の内壁に囲まれた領域が造形エリアであり、第1及び第2の粉末材料収納容器12a、12bの内壁に囲まれた領域が粉末材料の収納エリアである。また、第1の粉末材料収納容器12aの左側にフランジ部17aを有し、第2の粉末材料収納容器12bの右側にフランジ部17bを有し、また、第1の粉末材料収納容器12a、造形用容器11、及び第2の粉末材料収納容器12bの全領域に渡って、手前にフランジ部17cを有し、同じく奥にフランジ部17dを有する。   In the modeling part 111, as shown in FIG. 1, the rectangular cylindrical container 11 in which modeling is performed by irradiation with laser light to produce a three-dimensional modeled object, and the powder material 16 installed on both sides thereof Are provided with first and second powder material storage containers 12a and 12b having a rectangular cylindrical shape. A region surrounded by the inner wall of the modeling container 11 is a modeling area, and a region surrounded by the inner walls of the first and second powder material storage containers 12a and 12b is a powder material storage area. In addition, the first powder material storage container 12a has a flange portion 17a on the left side, the second powder material storage container 12b has a flange portion 17b on the right side, and the first powder material storage container 12a Over the entire region of the container 11 and the second powder material storage container 12b, a flange portion 17c is provided on the front side, and a flange portion 17d is provided on the back side.

造形用容器11内には、3次元造形物となる積層された焼結薄層16bを載せて、内壁に沿って昇降可能な、造形テーブル13が設置され、造形テーブル13上で、順次粉末材料の薄層16aが形成され、粉末材料の薄層16aごとに加熱され、焼結される。また、第1及び第2の粉末材料収納容器12a、12b内には、粉末材料16を載せて収納容器12a、12b内壁に沿って昇降し、粉末材料16を供給する第1及び第2の粉末材料供給テーブル14a、14bがそれぞれ設置されている。   A modeling table 13 that can be moved up and down along the inner wall is placed in the modeling container 11 and can be moved up and down along the inner wall. The thin layer 16a is formed, and each thin layer 16a of the powder material is heated and sintered. Further, the first and second powders that supply the powder material 16 by placing the powder material 16 in the first and second powder material storage containers 12a and 12b and moving up and down along the inner walls of the storage containers 12a and 12b. Material supply tables 14a and 14b are respectively installed.

造形用テーブル13は、図1(a)に示すように、造形物の載置面となる平坦な面をもつ板状部材13aよりなる。そして、図示してはいないが、シリンダ13を造形用容器11内にセットしたときに、シリンダ13と容器11内壁との間で隙間が生じて粉末材料16aが漏れることがないように、シリンダ13と容器11内壁との間の密着性を保つため板状部材13aの側面全体にわたってパッキング用のゴムなどが取り付けられている。   As shown in FIG. 1A, the modeling table 13 includes a plate-like member 13a having a flat surface that serves as a mounting surface for a modeled object. Although not shown, the cylinder 13 is arranged so that when the cylinder 13 is set in the modeling container 11, a gap is not generated between the cylinder 13 and the inner wall of the container 11 and the powder material 16a leaks. In order to maintain the adhesion between the container 11 and the inner wall of the container 11, packing rubber or the like is attached over the entire side surface of the plate member 13a.

また、第1及び第2の粉末材料供給テーブル14a、14bも、造形テーブル13と同様に、粉末材料16の載置面となる平坦な面を有する板状部材14aa、14baよりなる。図示してはいないが、この場合も、シリンダ14a、14bを粉末材料収納容器12a、12b内にセットしたときに、シリンダ14a、14bと収納容器12a、12b内壁との間で隙間が生じて粉末材料16が漏れることがないように、シリンダ14a、14bと収納容器12a、12b内壁との間の密着性を保つため板状部材14aa、14baの側面全体にわたってパッキング用のゴムなどが取り付けられている。   Further, the first and second powder material supply tables 14 a and 14 b are also made of plate-like members 14 aa and 14 ba having flat surfaces to be the placement surfaces of the powder material 16, similarly to the modeling table 13. Although not shown, in this case as well, when the cylinders 14a and 14b are set in the powder material storage containers 12a and 12b, a gap is generated between the cylinders 14a and 14b and the inner walls of the storage containers 12a and 12b. In order to prevent the material 16 from leaking, packing rubber or the like is attached to the entire side surfaces of the plate-like members 14aa and 14ba in order to maintain adhesion between the cylinders 14a and 14b and the inner walls of the storage containers 12a and 12b. .

造形テーブル13、及び、第1及び第2の粉末材料供給テーブル14a、14bには、支持軸14ab、14bbが取り付けられている。支持軸14ab、14bbは支持軸14ab、14bbに上下移動を行わせる駆動装置に接続されている。   Support shafts 14ab and 14bb are attached to the modeling table 13 and the first and second powder material supply tables 14a and 14b. The support shafts 14ab and 14bb are connected to a drive device that causes the support shafts 14ab and 14bb to move up and down.

造形テーブル13は、造形用容器11への取り付け、取り外しが自在になっている。また、第1及び第2の粉末材料供給テーブル14a、14bは、第1及び第2の粉末材料容器12a、12bへの取り付け、取り外しが自在になっている。   The modeling table 13 can be freely attached to and detached from the modeling container 11. Moreover, the 1st and 2nd powder material supply tables 14a and 14b can be freely attached to and detached from the first and second powder material containers 12a and 12b.

更に、第1の粉末材料の収納エリア、造形エリア及び第2の粉末材料の収納エリアの全領域に渡ってエリアの表面に沿って移動するリコータ15が設けられている。移動前のリコータ15はフランジ部17a、17b上に置かれる。   Furthermore, a recoater 15 is provided that moves along the surface of the area over the entire area of the first powder material storage area, the modeling area, and the second powder material storage area. The recoater 15 before moving is placed on the flange portions 17a and 17b.

リコータ15はエリア表面に突出する粉末材料16を削ぎとって運搬する運搬機構15aを備えている。図2(a)、(b)に示すように、リコータ15aは、エリアの表面に沿い、かつ表面に接触して移動することにより、第1又は第2の粉末材料供給テーブル14a、14b上に貯められた粉末材料16を運んで造形テーブル13上に供給し、かつ粉末材料16の表面を均して造形用テーブル13上に粉末材料の薄層16aを形成する機能を有する。従って、粉末材料16の供給量は第1又は第2の粉末材料供給テーブル14a、14bの上昇量で決まり、粉末材料の薄層16aの厚さは造形用テーブル13の降下量で決まる。粉末材料16として、ナイロン、ポリプロピレン、ポリ乳酸、ポリエチレン(PE)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリスチレン(PS)、アクリルにトリル・ブタジエン・スチレンコポリマ(ABS)、エチレン・酢酸ビニルコポリマー(EVA)、スチレン・アクリロニトリルコポリマー(SAN)、及びポリカプロラクトンよりなる群から選ばれた少なくとも1種、または、金属粉末などを用いることができる。   The recoater 15 is provided with a transport mechanism 15a for scraping and transporting the powder material 16 protruding from the surface of the area. As shown in FIGS. 2A and 2B, the recoater 15a moves on the first or second powder material supply table 14a, 14b by moving along and in contact with the surface of the area. The stored powder material 16 is carried and supplied onto the modeling table 13, and the surface of the powder material 16 is leveled to form a thin layer 16 a of the powder material on the modeling table 13. Therefore, the supply amount of the powder material 16 is determined by the rising amount of the first or second powder material supply table 14 a, 14 b, and the thickness of the thin layer 16 a of the powder material is determined by the lowering amount of the modeling table 13. As powder material 16, nylon, polypropylene, polylactic acid, polyethylene (PE), polyethylene terephthalate (PET), polystyrene (PS), acrylic, tolyl-butadiene-styrene copolymer (ABS), ethylene-vinyl acetate copolymer (EVA), styrene -At least 1 sort (s) selected from the group which consists of an acrylonitrile copolymer (SAN) and polycaprolactone, or metal powder etc. can be used.

さらに、リコータ15は粉末材料16の供給量を検知するセンサ15を有している。   Further, the recoater 15 has a sensor 15 that detects the supply amount of the powder material 16.

以下に、図3(a)、(b)を参照して、リコータ15のセンサ機能について説明する。図3(a)、(b)は、リコータ15が粉末材料の供給量を検知する様子を示す側面図である。   The sensor function of the recoater 15 will be described below with reference to FIGS. 3 (a) and 3 (b). FIGS. 3A and 3B are side views showing how the recoater 15 detects the supply amount of the powder material.

リコータ15は、垂直な運搬板15aの前後2箇所に、かつ下端から適当な間隔を置いて水平に保持された検知板15dとセンサスイッチ15eを備え、その検知板15dは水平の位置から支点を中心に上側に回動し、センサスイッチ15eを押してオンさせる。検知板15dは、運搬板15aの上端に取り付けられて前後に水平に張り出した第1の支持板15bの前後端2箇所において垂直に取り付けられた第2の支持板15cの下端に水平に保持されており、保持箇所が支点となっている。センサスイッチ15eは周辺の板15a、15b、又は15cの少なくとも何れか一に固定されている。   The recoater 15 includes a detection plate 15d and a sensor switch 15e that are horizontally held at two positions before and after the vertical transport plate 15a and at an appropriate interval from the lower end. The detection plate 15d has a fulcrum from a horizontal position. The sensor switch 15e is turned on by turning upward about the center. The detection plate 15d is horizontally held at the lower end of the second support plate 15c that is vertically attached at the two front and rear ends of the first support plate 15b that is attached to the upper end of the transport plate 15a and projects horizontally. The holding point is the fulcrum. The sensor switch 15e is fixed to at least one of the peripheral plates 15a, 15b, or 15c.

運搬中の粉末材料16が運搬板15aの進行方向前側に溜まってきて下から検知板15dを突き上げることで、検知板15dが上側に回動してセンサスイッチ15eを押してオンさせることにより、十分な粉末材料16が供給されていると確認できる。   Since the powder material 16 being transported accumulates on the front side in the traveling direction of the transport plate 15a and pushes up the detection plate 15d from below, the detection plate 15d rotates upward and the sensor switch 15e is pressed to turn on. It can be confirmed that the powder material 16 is supplied.

以上のようなリコータ15のセンサ機能により、図3(a)では、検知板15dが水平のままなので、十分な粉末材料16が供給されていないと判断され、一方、同図(b)では、検知板15dが上側に回動しているので、十分な粉末材料16が供給されていると判断される。   With the sensor function of the recoater 15 as described above, in FIG. 3A, the detection plate 15d remains horizontal, so it is determined that sufficient powder material 16 has not been supplied, while in FIG. 3B, Since the detection plate 15d is rotated upward, it is determined that sufficient powder material 16 is supplied.

造形部111では、さらに、図1(b)、図2(a)、(b)に示すように、造形エリア及び粉末材料の収納エリアの全領域に渡って、フランジ部17c、17d上に、リコータ15の移動領域を挟み、粉末材料16の流出防護壁18を備えている。粉末材料16は流動性を有するため、移動するリコータ15に削ぎとられてリコータ15の進行方向前側で造形エリア等の表面に盛り上がった粉末材料16は造形エリア等の周囲に流出しようとするが、流出防護壁18のため粉末材料16が周囲に流出するのを防止することができる。これにより、より一層、粉末材料16のリサイクル率を向上させることができる。   In the modeling part 111, as shown in Drawing 1 (b), Drawing 2 (a), and (b), over all areas of a modeling area and a storage area of powder material, on flange parts 17c and 17d, An outflow protection wall 18 for the powder material 16 is provided across the moving area of the recoater 15. Since the powder material 16 has fluidity, the powder material 16 scraped by the moving recoater 15 and swelled on the surface of the modeling area or the like on the front side in the traveling direction of the recoater 15 tends to flow out around the modeling area or the like. The outflow protective wall 18 can prevent the powder material 16 from flowing out to the surroundings. Thereby, the recycling rate of the powder material 16 can be further improved.

次に、制御装置について説明する。   Next, the control device will be described.

制御装置は以下のような機能を有する。即ち、粉末材料を載せた第1の粉末材料供給テーブル14aを上昇させるとともに、造形用テーブル13を薄層一層分だけ下降させ、リコータ15を移動させて第1の粉末材料収納容器12aから造形用容器11に粉末材料16を供給し、造形用テーブル13上に粉末材料の薄層16aを形成させ、第2の粉末材料供給テーブル14bを下降させ、リコータ15を移動させて残りの粉末材料16を第2の粉末材料収納容器12b内の第2の粉末材料供給テーブル14b上に収納させる。次いで、レーザ光及び制御ミラー(加熱焼結手段)によって作製すべき3次元造形物のスライスデータ(描画パターン)に基づき粉末材料の薄層16aを選択的に加熱して焼結させる。   The control device has the following functions. That is, the first powder material supply table 14a on which the powder material is placed is raised, the shaping table 13 is lowered by one thin layer, and the recoater 15 is moved to move the recoater 15 from the first powder material storage container 12a. The powder material 16 is supplied to the container 11, the thin layer 16a of the powder material is formed on the modeling table 13, the second powder material supply table 14b is lowered, the recoater 15 is moved, and the remaining powder material 16 is moved. The material is stored on the second powder material supply table 14b in the second powder material storage container 12b. Next, the thin layer 16a of the powder material is selectively heated and sintered based on the slice data (drawing pattern) of the three-dimensional structure to be produced by the laser beam and the control mirror (heating and sintering means).

また、上記と逆に、粉末材料16を載せた第2の粉末材料供給テーブル14bを上昇させるとともに、造形用テーブル13を薄層一層分だけ下降させ、リコータ15を移動させて第2の粉末材料収納容器12bから造形用容器11に粉末材料16を供給し、造形用テーブル13上の粉末材料の薄層16aの上に新たな粉末材料の薄層16aを形成させ、第1の粉末材料供給テーブル14aを下降させ、リコータ15を移動させて残りの粉末材料16を第1の粉末材料収納容器12a内の第1の粉末材料供給テーブル14a上に収納させる。次いで、レーザ光及び制御ミラー(加熱焼結手段)によって作製すべき3次元造形物のスライスデータ(描画パターン)に基づき粉末材料の薄層16aを選択的に加熱して焼結させる。   Contrary to the above, the second powder material supply table 14b on which the powder material 16 is placed is raised, the modeling table 13 is lowered by one thin layer, and the recoater 15 is moved to move the second powder material. The powder material 16 is supplied from the storage container 12b to the modeling container 11, a new powder material thin layer 16a is formed on the powder material thin layer 16a on the modeling table 13, and a first powder material supply table is formed. 14a is lowered, the recoater 15 is moved, and the remaining powder material 16 is stored on the first powder material supply table 14a in the first powder material storage container 12a. Next, the thin layer 16a of the powder material is selectively heated and sintered based on the slice data (drawing pattern) of the three-dimensional structure to be produced by the laser beam and the control mirror (heating and sintering means).

そして、これらの動作を繰り返して、複数の焼結薄層16bを積層させ、3次元造形物を作成させる。   And these operation | movement is repeated and the some sintered thin layer 16b is laminated | stacked, and a three-dimensional molded item is produced.

さらに、制御装置は、リコータ15に備えられたセンサにより検知した粉末材料の供給量が基準よりも少ない場合、粉末材料を一旦粉末材料供給テーブル14a又は14bに戻し、検知した時よりも、粉末材料16を供給させる側の粉末材料供給テーブル14a又は14bをさらに上昇させる。   Furthermore, when the supply amount of the powder material detected by the sensor provided in the recoater 15 is smaller than the reference, the control device returns the powder material to the powder material supply table 14a or 14b once, and the powder material is more than when it is detected. The powder material supply table 14a or 14b on the side to which 16 is supplied is further raised.

以上のように、本発明の実施の形態の粉末焼結積層造形装置においては、第1の粉末材料収納容器12aの内壁に沿って上下移動する第1の粉末材料供給テーブル14aと、第2の粉末材料収納容器12bの内壁に沿って上下移動する第2の粉末材料供給テーブル14bと、第1の粉末材料収納容器12a、造形用容器11及び第2の粉末材料収納容器12bにわたり、それらの表面に沿って移動するリコータ15と、粉末材料16を載せた第1又は第2の粉末材料供給テーブル14a、14bを上昇させ、リコータ15を移動させて第1又は第2の粉末材料収納容器12a、12bから造形用容器11に粉末材料16を供給し、第2又は第1の粉末材料供給テーブル14b、14aを下降させ、リコータ15を移動させて残りの粉末材料を第2又は第1の粉末材料収納容器12b、12a内の第2又は第1の粉末材料供給テーブル14b、14a上に収納させる制御手段とを備えている。   As described above, in the powder sintering additive manufacturing apparatus according to the embodiment of the present invention, the first powder material supply table 14a that moves up and down along the inner wall of the first powder material storage container 12a, and the second The surface of the second powder material supply table 14b that moves up and down along the inner wall of the powder material storage container 12b, the first powder material storage container 12a, the modeling container 11 and the second powder material storage container 12b. , And the first or second powder material supply table 14a, 14b on which the powder material 16 is placed are raised, and the recoater 15 is moved to move the first or second powder material storage container 12a, The powder material 16 is supplied from 12b to the modeling container 11, the second or first powder material supply table 14b, 14a is lowered, the recoater 15 is moved, and the remaining powder material is moved to the first. 2 or the first powder material storage containers 12b, 12a, and a control means for storing them on the second or first powder material supply tables 14b, 14a.

したがって、第1の粉末材料収納容器12aから造形用容器11に粉末材料16を供給し、かつ残りの粉末材料を第2の粉末材料収納容器12b内に収納させることができ、逆に、第2の粉末材料収納容器12bから造形用容器11に粉末材料16を供給し、かつ残りの粉末材料を第1の粉末材料収納容器12a内に収納させることができる。   Therefore, the powder material 16 can be supplied from the first powder material storage container 12a to the modeling container 11, and the remaining powder material can be stored in the second powder material storage container 12b. The powder material 16 can be supplied from the powder material storage container 12b to the modeling container 11, and the remaining powder material can be stored in the first powder material storage container 12a.

これにより、過剰な粉末材料をその場ですぐに再使用することが可能となるので、粉末材料のリサイクル率を向上させることができる。また、リサイクル率を向上させることができるので、粉末材料収納容器12a、12bも小さくできる。例えば、造形用容器11の横幅に対する粉末材料収納容器12a、12bの横幅の比率を従来の0.737から0.536に小さくできた。   As a result, excess powder material can be reused immediately on the spot, so that the recycling rate of the powder material can be improved. Further, since the recycling rate can be improved, the powder material storage containers 12a and 12b can also be made small. For example, the ratio of the width of the powder material storage containers 12a and 12b to the width of the modeling container 11 can be reduced from the conventional 0.737 to 0.536.

さらに、リコータ15は、造形用容器11に供給する粉末材料16の供給量を検知するセンサ15d、15eを備えているので、あらゆる場合において、十分な量の粉末材料16を造形用容器11に供給することができる。   Furthermore, since the recoater 15 includes sensors 15d and 15e that detect the supply amount of the powder material 16 supplied to the modeling container 11, a sufficient amount of the powder material 16 is supplied to the modeling container 11 in all cases. can do.

また、制御装置は、リコータ15に備えられたセンサにより検知した粉末材料の供給量が基準よりも少ない場合、検知した時よりも、粉末材料16を供給させる側の粉末材料供給テーブル14a又は14bをさらに上昇させることができるため、各層の焼結部の断面積や、断面位置の偏りにより一部分のみ多く減少するなど予測がしにくい場合でも、十分な量の粉末材料を供給することができる。   In addition, when the supply amount of the powder material detected by the sensor provided in the recoater 15 is smaller than the reference, the control device sets the powder material supply table 14a or 14b on the side for supplying the powder material 16 as compared with the detection time. Since it can be further increased, a sufficient amount of powder material can be supplied even in the case where it is difficult to predict, for example, when it is difficult to predict, for example, a small decrease due to the cross-sectional area of the sintered portion of each layer or the deviation of the cross-sectional position.

また、流出防護壁18を備えているため、粉末材料16が周囲に流出するのを防止することができる。これにより、より一層、粉末材料のリサイクル率を向上させることができる。   Further, since the outflow protection wall 18 is provided, the powder material 16 can be prevented from flowing out to the surroundings. Thereby, the recycle rate of powder material can be improved further.

(粉末焼結積層造形装置の使用方法の説明)
次に、図4乃至図7を参照しながら上記粉末焼結積層造形装置を用いて造形を行う方法について説明する。図4乃至図7は断面図である。なお、図4乃至図7においては、リコータ15のセンサスイッチは省略してある。
(Description of how to use powder sintering additive manufacturing equipment)
Next, a method for performing modeling using the above-described powder sintering additive manufacturing apparatus will be described with reference to FIGS. 4 to 7 are sectional views. 4 to 7, the sensor switch of the recoater 15 is omitted.

まず、シリンダ13、14a、14bを、造形用容器11、第1及び第2の粉末材料収納容器12a、12bの内壁に沿って上下移動可能なように、造形用容器11、第1及び第2の粉末材料収納容器12a、12bに取り付ける。   First, the modeling container 11, the first and second containers 13, 14 a, 14 b can be moved up and down along the inner walls of the modeling container 11, the first and second powder material storage containers 12 a, 12 b. Are attached to the powder material storage containers 12a and 12b.

次に、造形部111において、左右の粉末材料供給テーブル14a、14bを降下させ、粉末材料供給テーブル14a、14b上に粉末材料16を供給し、十分な量の粉末材料16を貯めておく。   Next, in the modeling unit 111, the left and right powder material supply tables 14a and 14b are lowered, the powder material 16 is supplied onto the powder material supply tables 14a and 14b, and a sufficient amount of the powder material 16 is stored.

図4(a)では、このような準備をした後、一層分の焼結層が形成された後であって、次の粉末材料の薄層を形成する前の状態を示す。   FIG. 4A shows a state after such a preparation and after a single layer of sintered layers has been formed, but before the next thin layer of powder material is formed.

次いで、図4(b)に示すように、造形用テーブル13を薄層一層分に相当する量だけ降下させる。次いで、左側の粉末材料供給テーブル14aを上昇させて粉末材料16が平坦面から上に出てくるようにする。このとき、右側の粉末材料供給テーブル14bを降下させて、供給後の残りの粉末材料16が収納できるようにしておく。   Next, as shown in FIG. 4B, the modeling table 13 is lowered by an amount corresponding to one thin layer. Next, the powder material supply table 14a on the left side is raised so that the powder material 16 comes out from the flat surface. At this time, the powder material supply table 14b on the right side is lowered so that the remaining powder material 16 after supply can be stored.

次いで、図5(a)に示すように、リコータ15を移動させて左側の粉末材料供給テーブル14a上、平坦面から上に出ている粉末材料16を均しつつ造形用容器11内の造形用テーブル13上に移動させる。このとき、リコータ15に設置された、粉末材料の供給量を検知するセンサにより、十分な量の粉末材料16が供給されることを確認する。   Next, as shown in FIG. 5 (a), the recoater 15 is moved so that the powder material 16 coming out from the flat surface on the powder material supply table 14a on the left side is leveled. Move on the table 13. At this time, it is confirmed that a sufficient amount of the powder material 16 is supplied by a sensor installed in the recoater 15 that detects the supply amount of the powder material.

なお、センサが検知した粉末材料の供給量が少ない場合、粉末材料16を造形用容器11内に移動させる前に、リコータ15によりその粉末材料16を第1の粉末材料収納容器12aに戻し、次いで、粉末材料の供給量が少ないと検知した時よりも、第1の粉末材料供給テーブル14aをさらに上昇させた後、リコータ15を移動させて造形用容器11に粉末材料16を供給させ、さらに残りの粉末材料を第2の粉末材料収納容器12b内に収納させる。   When the supply amount of the powder material detected by the sensor is small, before the powder material 16 is moved into the modeling container 11, the powder material 16 is returned to the first powder material storage container 12a by the recoater 15, and then After the first powder material supply table 14a is further raised than when it is detected that the supply amount of the powder material is small, the recoater 15 is moved to supply the powder material 16 to the modeling container 11, and the remaining Is stored in the second powder material storage container 12b.

これにより、図5(b)に示すように、造形用テーブル13上の第一層目の焼結した薄層21bの上に新たな一層分の粉末材料の薄層21aが形成される。このとき、造形用容器11内壁に設置されたヒータ(図示しない)、或いは造形用容器11の斜め上に設けられた赤外線加熱装置(図示しない)などにより粉末材料の薄層21aの表面を、粉末材料の融点よりも5〜15℃程度低い温度に予備加熱する。   Thereby, as shown in FIG.5 (b), the thin layer 21a of a new layer of powder material is formed on the sintered thin layer 21b of the 1st layer on the modeling table 13. FIG. At this time, the surface of the thin layer 21 a of the powder material is powdered by a heater (not shown) installed on the inner wall of the modeling container 11 or an infrared heating device (not shown) provided obliquely above the modeling container 11. Preheat to a temperature about 5-15 ° C. below the melting point of the material.

さらに図6(a)、(b)に示すように、リコータ15を移動させて残りの粉末材料16cを第2の粉末材料収納容器12b内の第2の粉末材料供給テーブル14b上に収納させる。   Further, as shown in FIGS. 6A and 6B, the recoater 15 is moved to store the remaining powder material 16c on the second powder material supply table 14b in the second powder material storage container 12b.

なお、前の工程で左側の粉末材料供給テーブル14aを上昇させて粉末材料16が平坦面から上に出てくるようにする際に、余分になる量をかなり多くしてもよい。これにより、造形用容器11への供給後の残りの粉末材料16cが多量になるため、それを第2の粉末材料収納容器12b内に収納させたとき、残りの粉末材料16cの自重により第2の粉末材料収納容器12b内に収納された粉末材料16の密度が増すという効果がある。また、造形領域内で焼結領域が偏っているため、それに応じて残りの粉末材料16cが粉末材料収納容器12bに偏って収納されるような場合でも、余分になる量を多くすることで、残りの粉末材料の偏りを緩和することができる。   When the powder material supply table 14a on the left side is raised in the previous step so that the powder material 16 comes out from the flat surface, the amount of extra material may be considerably increased. Thereby, since the remaining powder material 16c after supply to the modeling container 11 becomes a large amount, when the powder material 16c is stored in the second powder material storage container 12b, the second weight material 16c has a second weight due to its own weight. This has the effect of increasing the density of the powder material 16 stored in the powder material storage container 12b. Further, since the sintering region is biased in the modeling region, even when the remaining powder material 16c is biased and stored in the powder material storage container 12b accordingly, by increasing the extra amount, The bias of the remaining powder material can be reduced.

次に、レーザ光出射部の光源からレーザ光を出射させるとともに、作製すべき3次元造形物のスライスデータに基づき、コンピュータによりミラーを制御して、粉末材料の薄層16aに選択的にレーザ光を照射する。これにより、図6(b)に示すように、粉末材料の薄層16bが加熱されて焼結する。   Next, the laser beam is emitted from the light source of the laser beam emitting unit, and the mirror is controlled by a computer based on the slice data of the three-dimensional structure to be produced, so that the laser beam is selectively applied to the thin layer 16a of the powder material. Irradiate. Thereby, as shown in FIG. 6B, the thin layer 16b of the powder material is heated and sintered.

次に、図7(a)に示すように、造形用テーブル13を薄層一層分降下させるとともに、第2の粉末材料供給テーブル14bを上昇させる。さらに、第1の粉末材料供給テーブル14aを降下させる。   Next, as shown in FIG. 7A, the modeling table 13 is lowered by one thin layer, and the second powder material supply table 14b is raised. Further, the first powder material supply table 14a is lowered.

次いで、図7(b)に示すように、上記説明した場合とは逆にリコータ15を右側から左側に移動させる。そして、第2の粉末材料収納容器12bから新たな粉末材料16を造形用テーブル13上に供給し、焼結した薄層16b上に新たな粉末材料の薄層16aを形成する。次いで、加熱焼結→粉末材料の薄層16aの形成→加熱焼結→・・を繰り返す。   Next, as shown in FIG. 7B, the recoater 15 is moved from the right side to the left side, contrary to the case described above. Then, a new powder material 16 is supplied from the second powder material storage container 12b onto the modeling table 13, and a new powder material thin layer 16a is formed on the sintered thin layer 16b. Subsequently, heat sintering → formation of a thin layer 16a of powder material → heat sintering →..

このようにして、3次元造形物が完成する。そして、最後に予備加熱を止めて自然冷却を行い、常温付近になったら、造形用容器11から粉末材料16に埋もれた3次元造形物を取り出す。   In this way, a three-dimensional structure is completed. Finally, the preliminary heating is stopped and natural cooling is performed. When the temperature reaches around room temperature, the three-dimensional structure buried in the powder material 16 is taken out of the modeling container 11.

以上のように、本発明の粉末焼結積層造形装置の使用方法によれば、粉末材料を載せた第1の粉末材料供給テーブル14aを上昇させるとともに造形テーブル13を下降させ、リコータ15を移動させて第1の粉末材料収納容器12aから造形用容器11に粉末材料16を供給し、造形用テーブル13上に粉末材料の薄層16aを形成させ、第2の粉末材料供給テーブル14bを下降させ、リコータ15を移動させて残りの粉末材料16cを第2の粉末材料収納容器12b内の第2の粉末材料供給テーブル14b上に収納させている。   As described above, according to the method of using the powder sintering additive manufacturing apparatus of the present invention, the first powder material supply table 14a on which the powder material is placed is raised, the shaping table 13 is lowered, and the recoater 15 is moved. The powder material 16 is supplied from the first powder material storage container 12a to the modeling container 11, the thin layer 16a of the powder material is formed on the modeling table 13, and the second powder material supply table 14b is lowered, The recoater 15 is moved to store the remaining powder material 16c on the second powder material supply table 14b in the second powder material storage container 12b.

さらに、その後に、第2の粉末材料収納容器12b内の第2の粉末材料供給テーブル14bを上昇させ、リコータ15により第2の粉末材料収納容器12bから造形用容器11に粉末材料16を供給している。   Further, after that, the second powder material supply table 14b in the second powder material storage container 12b is raised, and the recoater 15 supplies the powder material 16 from the second powder material storage container 12b to the modeling container 11. ing.

これにより、過剰な粉末材料をすぐに再使用することが可能となるので、粉末材料のリサイクル率を向上させることができる。   As a result, it becomes possible to reuse the excessive powder material immediately, so that the recycling rate of the powder material can be improved.

また、粉末材料16の供給量が基準よりも少ない場合には、粉末材料16を供給させる側の粉末材料供給テーブル14a又は14bをさらに上昇させ、粉末材料16の供給量を増やしているので、どんな場合でも、常に十分な量の粉末材料を供給することができる。   Further, when the supply amount of the powder material 16 is smaller than the reference, the powder material supply table 14a or 14b on the side where the powder material 16 is supplied is further raised, and the supply amount of the powder material 16 is increased. Even in this case, a sufficient amount of powder material can always be supplied.

以上、実施の形態によりこの発明の粉末焼結積層造形装置を詳細に説明したが、この発明の範囲は上記実施の形態に具体的に示した例に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の上記実施の形態の変更はこの発明の範囲に含まれる。   As mentioned above, although the powder sintered additive manufacturing apparatus of this invention was demonstrated in detail by embodiment, the scope of this invention is not restricted to the example specifically shown in the said embodiment, The summary of this invention is shown. Modifications of the above-described embodiment without departing from the scope of the invention are included in the scope of the present invention.

例えば、この実施の形態の粉末焼結造形装置においては、リコータ15に設置された、粉末材料の供給量を検知するセンサ15d、15eは、検知板15dが支点を中心に回転し、センサスイッチ15eを押さえてオンさせる構成であるが、検知板15dがエレベータ式に上下し、センサスイッチを押さえてオンさせるような構成としてもよい。   For example, in the powder sinter molding apparatus of this embodiment, the sensors 15d and 15e, which are installed in the recoater 15, detect the supply amount of the powder material, the detection plate 15d rotates around a fulcrum, and the sensor switch 15e. However, the detection plate 15d may be lifted up and down in an elevator manner to press and turn on the sensor switch.

また、粉末材料の供給量の絶対量を測定できるような構成のセンサを用いてもよい。   Moreover, you may use the sensor of a structure which can measure the absolute amount of the supply amount of a powder material.

(a)は、本発明の実施の形態である粉末焼結積層造形装置のうち造形部の構成を示す断面図であり、(b)は同じく上面図である。(A) is sectional drawing which shows the structure of a modeling part among the powder sintering lamination-modeling apparatuses which are embodiment of this invention, (b) is a top view similarly. (a)は、図1の粉末焼結積層造形装置においてリコータを移動させて粉末材料を供給している様子を示す側面図であり、(b)は同じく正面図である。(A) is a side view which shows a mode that the recoater is moved and the powder material is supplied in the powder sintering additive manufacturing apparatus of FIG. 1, (b) is also a front view. (a)、(b)は、図1の粉末焼結積層造形装置においてリコータが粉末材料の供給量を検知する様子を示す側面図である。(A), (b) is a side view which shows a mode that the recoater detects supply_amount | feed_rate of powder material in the powder sinter additive manufacturing apparatus of FIG. (a)、(b)は、本発明の実施の形態である粉末焼結積層造形装置の使用方法を示す断面図(その1)である。(A), (b) is sectional drawing (the 1) which shows the usage method of the powder sinter additive manufacturing apparatus which is embodiment of this invention. (a)、(b)は、本発明の実施の形態である粉末焼結積層造形装置の使用方法を示す断面図(その2)である。(A), (b) is sectional drawing (the 2) which shows the usage method of the powder sinter additive manufacturing apparatus which is embodiment of this invention. (a)、(b)は、本発明の実施の形態である粉末焼結積層造形装置の使用方法を示す断面図(その3)である。(A), (b) is sectional drawing (the 3) which shows the usage method of the powder sintering laminated modeling apparatus which is embodiment of this invention. (a)、(b)は、本発明の実施の形態である粉末焼結積層造形装置の使用方法を示す断面図(その4)である。(A), (b) is sectional drawing (the 4) which shows the usage method of the powder sinter additive manufacturing apparatus which is embodiment of this invention. 従来例の粉末焼結造形装置を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the powder sintering modeling apparatus of a prior art example.

符号の説明Explanation of symbols

11 造形用容器
12a 第1の粉末材料収納容器
12b 第2の粉末材料収納容器
13 造形用テーブル
14a 第1の粉末材料供給テーブル
14b 第2の粉末材料供給テーブル
15 リコータ
15a 運搬板
15d 検知板
15e センサスイッチ
16 粉末材料
16a 粉末材料の薄層
16b 焼結薄層
16c 残りの粉末材料
17a、17b、17c、17d フランジ部
18 粉末材料の流出防護壁
111 造形部
11 Modeling container 12a First powder material storage container 12b Second powder material storage container 13 Modeling table 14a First powder material supply table 14b Second powder material supply table 15 Recoater 15a Transport plate 15d Detection plate 15e Sensor Switch 16 Powder material 16a Powder material thin layer 16b Sintered thin layer 16c Remaining powder material 17a, 17b, 17c, 17d Flange portion 18 Powder material outflow protection wall 111 Modeling portion

Claims (9)

造形領域を画定する造形用容器と、
前記造形用容器の内壁に沿って少なくとも下方に移動する造形テーブルと、
前記造形領域の両側にそれぞれ設けられ、造形に用いる粉末材料を収納する第1及び第2の粉末材料収納容器と、
前記第1の粉末材料収納容器の内壁に沿って上下移動する第1の粉末材料供給テーブルと、
前記第2の粉末材料収納容器の内壁に沿って上下移動する第2の粉末材料供給テーブルと、
前記第1の粉末材料収納容器、前記造形用容器及び前記第2の粉末材料収納容器に収納されている粉末材料の表面に沿って移動するリコータと、
前記リコータを移動させて前記造形用容器に前記粉末材料を供給するときに、前記粉末材料を供給する側の粉末材料供給テーブル上の粉末材料の表面が同じ側の前記粉末材料収納容器の表面よりも上に突出し、同時に他方の側の前記粉末材料供給テーブル上の粉末材料の表面が同じ側の前記粉末材料収納容器の表面よりも下になるように調整する制御手段と
を備えたことを特徴とする粉末焼結積層造形装置。
A modeling container for defining a modeling area;
A modeling table that moves at least downward along the inner wall of the modeling container;
First and second powder material storage containers that are provided on both sides of the modeling area and store powder materials used for modeling,
A first powder material supply table that moves up and down along the inner wall of the first powder material storage container;
A second powder material supply table that moves up and down along the inner wall of the second powder material storage container;
A recoater that moves along the surface of the powder material stored in the first powder material storage container, the modeling container, and the second powder material storage container;
When the recoater is moved to supply the powder material to the modeling container, the surface of the powder material on the powder material supply table on the powder material supply side is the same as the surface of the powder material storage container on the same side. And a control means for adjusting the surface of the powder material on the powder material supply table on the other side to be lower than the surface of the powder material storage container on the same side. Powder sintering additive manufacturing equipment.
前記リコータは、前記造形用容器に供給する粉末材料の量を検知するセンサを備えていることを特徴とする請求項1記載の粉末焼結積層造形装置。   The powder sinter layered manufacturing apparatus according to claim 1, wherein the recoater includes a sensor that detects an amount of the powder material supplied to the modeling container. 前記制御装置は、前記センサにより検知した粉末材料の供給量が基準よりも少ない場合、該検知した時よりも、前記粉末材料を供給させる側の粉末材料供給テーブルをさらに上昇させることを特徴とする請求項2記載の粉末焼結積層造形装置。   When the supply amount of the powder material detected by the sensor is smaller than a reference, the control device further raises the powder material supply table on the side that supplies the powder material, compared to the time of detection. The powder sintering additive manufacturing apparatus according to claim 2. 前記リコータの移動領域を挟むように設置された前記粉末材料の流出防護壁を備えていることを特徴とする請求項1乃至3の何れか一に記載の粉末焼結積層造形装置。   The powder sintered additive manufacturing apparatus according to any one of claims 1 to 3, further comprising an outflow protection wall for the powder material installed so as to sandwich the moving area of the recoater. 前記粉末焼結積層造形装置は、前記造形テーブル上に形成された粉末材料の薄層にレーザ光を選択的に照射するレーザ光照射手段を備えていることを特徴とする請求項1乃至4の何れか一に記載の粉末焼結積層造形装置。   5. The powder sintering additive manufacturing apparatus includes laser light irradiation means for selectively irradiating a thin layer of a powder material formed on the modeling table with laser light. The powder sinter additive manufacturing apparatus as described in any one. 造形領域を画定する造形用容器と、
前記造形用容器の内壁に沿って少なくとも下方に移動する造形テーブルと、
前記造形領域の両側にそれぞれ設けられ、造形に用いる粉末材料を収納する第1及び第2の粉末材料収納容器と、
前記第1の粉末材料収納容器の内壁に沿って上下移動する第1の粉末材料供給テーブルと、
前記第2の粉末材料収納容器の内壁に沿って上下移動する第2の粉末材料供給テーブルと、
前記第1の粉末材料収納容器、前記造形用容器及び前記第2の粉末材料収納容器の表面に沿って移動するリコータと、
前記造形テーブル上に形成された粉末材料の薄層を選択的に加熱する手段と
を備えた粉末焼結積層造形装置の使用方法であって、
(1)前記第1の粉末材料供給テーブル上に前記粉末材料を載せて上昇させて、前記第1の粉末材料収納容器の表面に前記粉末材料を突出させ、
(2)前記リコータを移動させて前記第1の粉末材料収納容器の表面に突出した粉末材料の表層を削ぎとり、
(3)前記リコータを移動させて前記削ぎとった粉末材料を前記造形用容器に供給して、前記造形テーブル上に第1の粉末材料の薄層を形成し、
(4)前記第1の粉末材料の薄層を選択的に加熱して焼結薄層を形成し、
(5)前記リコータを移動させて前記造形用容器に供給した残りの粉末材料を、下降させた前記第2の粉末材料供給テーブル上に載せて前記第2の粉末材料収納容器内に収納することを特徴とする粉末焼結積層造形装置の使用方法。
A modeling container for defining a modeling area;
A modeling table that moves at least downward along the inner wall of the modeling container;
First and second powder material storage containers that are provided on both sides of the modeling region, and store powder materials used for modeling,
A first powder material supply table that moves up and down along the inner wall of the first powder material storage container;
A second powder material supply table that moves up and down along the inner wall of the second powder material storage container;
A recoater that moves along the surfaces of the first powder material storage container, the modeling container, and the second powder material storage container;
A method of using a powder sintering additive manufacturing apparatus comprising a means for selectively heating a thin layer of a powder material formed on the modeling table,
(1) Place and raise the powder material on the first powder material supply table to project the powder material on the surface of the first powder material storage container,
(2) The recoater is moved to scrape off the surface layer of the powder material protruding from the surface of the first powder material storage container.
(3) Move the recoater to supply the scraped powder material to the modeling container, and form a thin layer of the first powder material on the modeling table,
(4) selectively heating the thin layer of the first powder material to form a sintered thin layer;
(5) The rest of the powder material supplied to the modeling container by moving the recoater is placed on the lowered second powder material supply table and stored in the second powder material storage container. The usage method of the powder sintering additive manufacturing apparatus characterized by these.
前記(5)の工程の後に、
(6)前記第2の粉末材料供給テーブルを上昇させて、前記第2の粉末材料収納容器の表面に前記粉末材料を突出させ、
(7)前記リコータを移動させて前記第2の粉末材料収納容器の表面に突出した粉末材料の表層を削ぎとり、
(8)前記リコータを移動させて前記削ぎとった粉末材料を前記造形用容器に供給して、前記造形テーブル上の第1の粉末材料の薄層の上に第2の粉末材料の薄層を形成し、
(9)前記第2の粉末材料の薄層を選択的に加熱して焼結薄層を形成し、
(10)前記リコータを移動させて前記造形用容器に供給した残りの粉末材料を、下降させた前記第1の粉末材料供給テーブル上に載せて前記第1の粉末材料収納容器内に収納することを特徴とする請求項6記載の粉末焼結積層造形装置の使用方法。
After the step (5),
(6) Raising the second powder material supply table to project the powder material on the surface of the second powder material storage container,
(7) Move the recoater to scrape off the surface layer of the powder material protruding on the surface of the second powder material storage container,
(8) The recoater is moved to supply the scraped powder material to the modeling container, and a thin layer of the second powder material is formed on the thin layer of the first powder material on the modeling table. Forming,
(9) selectively heating the thin layer of the second powder material to form a sintered thin layer;
(10) The rest of the powder material supplied to the modeling container by moving the recoater is placed on the lowered first powder material supply table and stored in the first powder material storage container. A method of using the powder sintering additive manufacturing apparatus according to claim 6.
前記(1)乃至(10)の工程を繰り返すことを特徴とする請求項7記載の粉末焼結積層造形装置の使用方法。   8. The method for using a powder sintering additive manufacturing apparatus according to claim 7, wherein the steps (1) to (10) are repeated. 前記リコータは、前記造形用容器に供給する粉末材料の供給量を検知するセンサを備え、
前記センサにより検知した粉末材料の供給量が基準よりも少ない場合、該検知した時よりも、前記粉末材料を供給させる側の粉末材料供給テーブルをさらに上昇させて、同じ側の前記粉末材料収納容器の表面に前記粉末材料を突出させた後、前記(2)乃至(5)の工程を行い、或いは前記(2)乃至(5)の工程及び前記(7)乃至(10)の工程を行うことを特徴とする請求項6乃至8の何れか一に記載の粉末焼結積層造形装置の使用方法。
The recoater includes a sensor that detects a supply amount of the powder material supplied to the modeling container,
When the supply amount of the powder material detected by the sensor is smaller than the reference, the powder material supply table on the side on which the powder material is supplied is further raised, and the powder material storage container on the same side than the detection time. After projecting the powder material on the surface, the steps (2) to (5) are performed, or the steps (2) to (5) and the steps (7) to (10) are performed. A method of using the powder sinter additive manufacturing apparatus according to any one of claims 6 to 8.
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