JP2010046694A - 三次元形状造形物の製造方法およびその製造装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】(i)粉末層の所定箇所に光ビームを照射して前記所定箇所の粉末を焼結又は溶融固化させて固化層を形成する工程、および、(ii)得られた固化層の上に新たな粉末層を形成し、前記新たな粉末層に光ビームを照射して更なる固化層を形成する工程を繰り返して行うに際して、光ビームを走査するために用いるミラーに対してガスを供給することを特徴とする、三次元形状造形物の製造方法。
【選択図】図8
Description
(i)粉末層の所定箇所aに光ビーム(例えばレーザ光のような指向性エネルギービーム)を照射して所定箇所aの粉末を焼結又は溶融固化させて固化層を形成すること、および
(ii)得られた固化層の上に新たな粉末層を形成し、前記新たな粉末層の所定箇所bに光ビームを照射して所定箇所bの粉末を焼結又は溶融固化させて更なる固化層を形成することを繰り返して行うに際して、
光ビームを走査するために用いるミラー(スキャナミラー)に対してガスを供給することを特徴とする、三次元形状造形物の製造方法が提供される。
粉末層を形成するための手段、
固化層が形成されるように粉末層に光ビームを照射するための光ビーム照射手段、ならびに
粉末層および/または固化層が設けられることになる造形テーブル
を有して成り、
光ビーム照射手段では、光ビームを走査するために用いられるミラー(スキャナミラー)にガスを供給するガス供給部材が設けられていることを特徴とする。
まず、本発明の製造方法の前提となる粉末焼結積層法について説明する。図5には、粉末焼結積層法を実施できる光造形複合加工機1の構成を示す。光造形複合加工機1は、「金属粉末および樹脂粉末などの粉末を所定の厚みで敷くことによって粉末層を形成する粉末層形成手段2」と「外周が壁27で囲まれた造形タンク29内においてシリンダー駆動で上下に昇降する造形テーブル20(図6参照)」と「光ビームLを任意の位置に照射する光ビーム照射手段3」と「造形物の周囲を削る切削手段4」とを主として備えている。粉末層形成手段2は、図6に示すように、「外周が壁26で囲まれた粉末材料タンク28内においてシリンダー駆動で上下に昇降する粉末テーブル25」と「造形テーブル20上に配され造形物の土台となる造形プレート21」と「造形プレート上に粉末層22を形成するためのスキージング用ブレード23」とを主として有して成る。光ビーム照射手段3は、図5に示すように、「光ビームL(例えばレーザー等の指向性エネルギービーム)を発する光ビーム発振器30」と「光ビームLを粉末層22の上にスキャニング(走査)するガルバノミラー31(スキャン光学系)」とを主として有して成る。必要に応じて、光ビーム照射手段3には、光ビームスポットの形状を補正するビーム形状補正手段(例えば一対のシリンドリカルレンズと、かかるレンズを光ビームの軸線回りに回転させる回転駆動機構とを有して成る手段)やfθレンズが具備されている。切削手段4は、「造形物の周囲を削るミーリングヘッド40」と「ミーリングヘッド40を切削箇所へと移動させるXY駆動機構41」とを主として有して成る。
本発明の製造方法は、上述した粉末焼結積層法につき、光ビームを偏向させるスキャナミラー(例えばガルバノミラー)に着目したものである。特に、本発明は、図8に示すように、ガス供給部材70を用いてミラー部61の裏面側へとガスを吹き付ける点に特徴を有している(尚、「ガス供給部材」は、例えば「ガスノズル」とも称す)。このように「空冷」としているのは、ミラー部が走査のために高速に往復振れ運動することに起因している。図9には、「X方向走査用のガルバノミラー」および「Y方向走査用のガルバノミラー」におけるガス供給部材70の配置態様を模式的に示す。
次に、本発明の製造方法の実施に好適な装置について説明する(粉末として金属粉末を用い、固化層が焼結層となる態様を例にとって説明する)。かかる装置は、図1、図5、6および8に示すように
金属粉末層を形成するための粉末層形成手段2、
焼結層が形成されるように金属粉末層に光ビームを照射するための光ビーム照射手段3、ならびに
金属粉末層および/または焼結層が設けられることになる造形テーブル20
を有して成り、
光ビーム照射手段では、光ビームを走査するために用いられるミラー部61(31)に対して、ガスを供給するガス供給部材70が設けられていることを特徴とする。かかる装置の動作も含めて、「粉末層形成手段2」、「光ビーム照射手段3」、「造形テーブル20」等については、上述の[粉末焼結積層法]で説明しているので、重複を避けるために説明を省略する。
・供給ガス:圧縮空気
・供給ガス流量:20SLM
・供給ガス温度:20℃
2 粉末層形成手段
3 光ビーム照射手段
4 切削手段
19 粉末/粉末層(例えば金属粉末/金属粉末層または樹脂粉末/樹脂粉末層)
20 造形テーブル
21 造形プレート
22 粉末層(例えば金属粉末層または樹脂粉末層)
23 スキージング用ブレード
24 固化層(例えば焼結層または樹脂層)またはそれから得られる造形物
25 粉末テーブル
26 粉末材料タンクの壁部分
27 造形タンクの壁部分
28 粉末材料タンク
29 造形タンク
30 光ビーム発振器
31 ガルバノミラー(スキャナミラー)
40 ミーリングヘッド
41 XY駆動機構
50 チャンバー
52 光透過窓
60 スキャナミラー
60a,60b X方向走査用のガルバノミラーおよびY方向走査用のガルバノミラー
61 ミラー部
62 スキャナ本体部
64 ミラー軸
67 フィンの円錐部
67a〜e フィンのプレート部
67’ プレート部
69 スキャナマウント
70 ガス供給部材
70’ ガス供給部材
72 ガス流入口
74 ガス流出口(ガス噴出口)
82 ガス供給制御部
84 電磁弁
L 光ビーム
Claims (12)
- (i)粉末層の所定箇所に光ビームを照射して前記所定箇所の粉末を焼結又は溶融固化させて固化層を形成する工程、および
(ii)得られた固化層の上に新たな粉末層を形成し、前記新たな粉末層の所定箇所に光ビームを照射して更なる固化層を形成する工程
を繰り返して行う三次元形状造形物の製造方法であって、
光ビームの走査に用いるミラーに対してガスを供給することを特徴とする、三次元形状造形物の製造方法。 - 前記ミラーが、光ビームを反射させる反射面および前記反射面の背面側に位置する裏面を有しており、
前記裏面に対してガスを供給することを特徴とする、請求項1に記載の三次元形状造形物の製造方法。 - 前記裏面にフィンが設けられたミラーを用い、前記フィンに起因して、供給されたガスが前記裏面に沿って全体的に流れることを特徴とする、請求項2に記載の三次元形状造形物の製造方法。
- 前記ミラーの前記反射面に対して不活性ガスを供給することを特徴とする、請求項2または3に記載の三次元形状造形物の製造方法。
- 前記ミラーの温度に応じて、ガスの供給量および/または温度を制御することを特徴とする、請求項1〜4のいずれかに記載の三次元形状造形物の製造方法。
- 粉末層を形成するための粉末層形成手段、
固化層が形成されるように粉末層に光ビームを照射するための光ビーム照射手段、ならびに
粉末層および/または固化層が形成されることになる造形テーブル
を有して成り、
光ビーム照射手段においては、光ビームの走査に用いられるミラーに対してガスを供給するガス供給部材が設けられていることを特徴とする、三次元形状造形物の製造装置。 - 前記ミラーが、光ビームが反射される反射面および前記反射面の背面側に位置する裏面を有して成り、
前記ガス供給部材のガス流出口が前記裏面と向かい合うように、前記ガス供給部材が設けられていることを特徴とする、請求項6に記載の三次元形状造形物の製造装置。 - 前記ガス供給部材が、前記ミラーの動きに合わせて動くことが可能であることを特徴とする、請求項7に記載の三次元形状造形物の製造装置。
- 前記ミラーの前記裏面には、供給されるガスを前記裏面へと全体的に案内するフィンが設けられていることを特徴とする、請求項7または8に記載の三次元形状造形物の製造装置。
- 前記フィンが、
前記裏面の中央領域にて前記裏面から突出するように設けられた円錐台部と、
前記円錐台部を中心に放射状に延在するように前記裏面から突出して設けられた複数のプレート部aと
から成り、
前記円錐台部の頂部の開口部mと、前記円錐台部の側面の複数の開口部nとが相互に流体連通していることを特徴とする、請求項9に記載の三次元形状造形物の製造装置。 - 前記フィンが、
前記裏面の対向する周縁領域にて前記裏面から突出するように設けられた2つのプレート部b,cと、
プレート部bとプレート部cとの間に位置する前記裏面の領域から突出するように設けられた少なくとも1つのプレート部dと
から成ることを特徴とする、請求項9に記載の三次元形状造形物の製造装置。 - ミラーの反射面に対してガスを供給できるようにガス供給部材が設けられ、また、前記反射面にフィンが設けられている三次元形状造形物の製造装置であって、
前記フィンが、前記反射面の周縁領域にて反射面から突出するように設けられたプレート部eから成ることを特徴とする、請求項6に記載の三次元形状造形物の製造装置。
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