JP2019142017A - 付加製造装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】材料粉末を高密度かつ均一な厚さに敷き詰めて製品の品質を向上させることが可能な粉末床溶融結合方式の付加製造装置を提供する。【解決手段】材料粉末Pを均しながら敷き詰める材料敷詰部71と、その材料敷詰部71によって敷き詰められた材料粉末Pを圧縮する材料圧縮部72と、その材料圧縮部72によって圧縮された材料粉末Pの表層部を削り取る表層除去部73、を備える付加製造装置。【選択図】図3
Description
本発明は、付加製造装置に関する。
従来から、付加製造技術が知られている。付加製造は、材料を付着することによって物体を三次元形状の数値表現から作成するプロセスであり、除去的な製造とは対照をなすものである。付加製造は、「3Dプリンター」や「積層造形」とも呼ばれ、多くの場合、複数の層を積層させることによって実現される。付加製造を行う装置の一例として、リコータにより材料粉末を運び、その薄層を形成し、材料粉末の薄層にエネルギービームを選択的に照射して3次元造形物を作製する粉末積層造形装置に関する発明が知られている(下記特許文献1を参照)。
特許文献1に記載された粉末積層造形装置は、昇降台と、第1運搬部材および第2運搬部材と、押圧ローラと、加熱用エネルギービーム出射手段とを有している(同文献、請求項2等を参照)。第1運搬部材および第2運搬部材は、材料粉末を均しながら昇降台上に運ぶ。押圧ローラは、第1運搬部材と第2運搬部材の間に配置され、第1運搬部材および第2運搬部材のそれぞれの下面よりも低い位置に下面があり、均した材料粉末を押圧して材料粉末の薄層を形成する。加熱用エネルギービーム出射手段は、材料粉末の薄層を加熱する。
上記従来の粉末積層造形装置は、第1運搬部材または第2運搬部材で表面を均しながら材料粉末を昇降台上に運び、次いで、均した材料粉末を押圧ローラで押圧して材料粉末の薄層を形成するため、高い分布密度の材料粉末の薄層を得ることができる。このため、その薄層を加熱して、溶融し、固化したときに薄層の体積の収縮を抑制することができ、これによって、固化層の形状変化を抑制することができる(同文献、第0010段落等を参照)。
上記従来の粉末積層造形装置において、第1運搬部材または第2運搬部材によって昇降台上に運ばれて均された材料粉末の薄層は、押圧ローラによって押圧されることで密度分布が向上する。しかし、押圧ローラによって押圧された材料粉末の薄層は、厚さが不均一になるおそれがある。材料粉末の薄層の厚さのばらつきは、付加製造によって製造される製品の品質を低下させるおそれがある。
本開示は、材料粉末を高密度かつ均一な厚さに敷き詰めて製品の品質を向上させることが可能な付加製造装置を提供する。
本開示の一態様は、粉末床溶融結合方式の付加製造装置であって、材料粉末を均しながら敷き詰める材料敷詰部と、前記材料敷詰部によって敷き詰められた前記材料粉末を圧縮する材料圧縮部と、前記材料圧縮部によって圧縮された前記材料粉末の表層部を削り取る表層除去部と、を備えることを特徴とする付加製造装置である。
上記一態様によれば、材料粉末を高密度かつ均一な厚さに敷き詰めて製品の品質を向上させることが可能な付加製造装置を提供することができる。
以下、図面を参照して本開示に係る付加製造装置の一実施形態を説明する。
図1は、本開示の一実施形態に係る付加製造装置1の概略構成を示す模式的な断面図である。本実施形態の付加製造装置1は、たとえば、レーザや電子ビームなどの高エネルギービームBにより材料粉末Pを溶融結合させて造形物Mを製造する粉末床溶融結合方式の付加製造装置である。
詳細については後述するが、本実施形態の粉末床溶融結合方式の付加製造装置1は、材料粉末Pを均しながら敷き詰める材料敷詰部71と、この材料敷詰部71によって敷き詰められた材料粉末Pを圧縮する材料圧縮部72と、この材料圧縮部72によって圧縮された材料粉末Pの表層部を削り取る表層除去部73と、を備えることを特徴とする(図2および図3を参照)。以下、本実施形態の付加製造装置1の各部の構成について詳細に説明する。
付加製造装置1は、たとえば、チャンバー2と、減圧部3と、材料供給部4と、付加製造部5と、回収部6と、リコータ7と、ビーム源8と、を備えている。
チャンバー2は、たとえば、ビーム源8および減圧部3を除く付加製造装置1の各部を収容している。チャンバー2は、たとえば、保護ガラス21がはめ込まれた透過窓22を有している。透過窓22は、チャンバー2の外部に配置されたビーム源8から照射される高エネルギービームBを透過させ、チャンバー2の内部の付加製造部5のステージ51に載置された材料粉末Pに到達させる。
減圧部3は、たとえば、真空ポンプによって構成され、チャンバー2に設けられた真空引き用の配管23に接続される。減圧部3は、たとえば、真空引き用の配管23を介して、チャンバー2内の空気を排出することで、チャンバー2の内圧を大気圧よりも減圧された真空圧にして、チャンバー2内を真空状態にする。
材料供給部4は、たとえば、側壁と底壁とによって囲まれた凹状の部分である。材料供給部4は、材料粉末Pを供給するためのステージ41を有している。材料供給部4の底壁は、材料供給用のステージ41によって構成されている。材料供給部4は、上方が開放されて側壁の上端に開口部を有し、材料供給用のステージ41上に材料粉末Pが載置される。材料供給用のステージ41は、たとえば、適宜の昇降機構によって、所定のピッチで昇降可能に設けられている。
造形物Mの付加製造に用いられる材料粉末Pとしては、特に限定されないが、たとえば、銅、チタン合金、ニッケル合金、アルミニウム合金、コバルトクロム合金、ステンレス鋼などの金属材料の粉末、ポリアミドなどの樹脂材料の粉末、セラミックスの粉末などを用いることができる。本実施形態の付加製造装置1は、材料粉末Pとして、たとえば、平均粒径が約30μm程度で、粒径の範囲が約20μmから約40μmの金属材料の粉末を使用する。
付加製造部5は、たとえば、前述の材料供給部4と同様に、側壁と底壁とによって囲まれた凹状の部分である。付加製造部5は、付加製造用のステージ51を有している。付加製造部5の底壁は、付加製造用のステージ51によって構成されている。付加製造部5は、材料供給部4と同様に、上方が開放されて側壁の上端に開口部を有し、付加製造用のステージ51上に、材料供給部4から供給される材料粉末Pと、付加製造によって製造される造形物Mが載置される。付加製造部5の開口部と材料供給部4の開口部は、たとえば、鉛直方向の高さがおおむね等しく、おおむね水平方向に並んでいる。付加製造用のステージ51は、前述の材料供給用のステージ41と同様に、たとえば、適宜の昇降機構によって、所定のピッチで昇降可能に設けられている。
回収部6は、たとえば、側壁と底壁によって囲まれた凹状の部分である。図示の例において、回収部6の底壁は、側壁の下端部に固定されているが、材料供給部4および付加製造部5と同様に、昇降可能なステージによって構成されていてもよい。回収部6は、上部が開放されて側壁の上端に開口部を有している。回収部6の開口部と、付加製造部5の開口部は、鉛直方向の高さがおおむね等しく、おおむね水平方向に並んでいる。回収部6は、たとえば、リコータ7によって材料供給部4から付加製造部5に供給された余分な材料粉末Pを収容して回収する。
ビーム源8は、たとえば、真空中で数kW程度の出力の電子ビームを発生させる電子ビーム源や、数百Wから数kW程度の出力のレーザを発生させるレーザ光源を用いることができる。本実施形態の付加製造装置1のビーム源8は、たとえば、波長が1080nm、出力が500Wのシングルモードファイバーレーザ、すなわちエネルギー強度がガウス分布のファイバーレーザを発生させるレーザ光源である。なお、ビーム源8が電子ビーム源である場合、ビーム源8は、チャンバー2内に配置されていてもよい。
図2は、本実施形態の付加製造装置1のリコータ7の一例を示す斜視図である。リコータ7は、たとえば、材料敷詰部71と、材料圧縮部72と、表層除去部73と、を備えている。材料敷詰部71は、材料供給部4から供給される材料粉末Pを付加製造部5のステージ51上に運んで均しながら敷き詰める。材料圧縮部72は、材料敷詰部71によって付加製造部5のステージ51上に敷き詰められた材料粉末Pを圧縮する。表層除去部73は、付加製造部5のステージ51上で材料圧縮部72によって圧縮された材料粉末Pの表層部を削り取って回収部6まで運ぶ。
本実施形態の付加製造装置1において、材料敷詰部71は、たとえば、板状の敷詰ブレード71Bによって構成されている。材料圧縮部72は、たとえば、円柱状または円筒状の圧縮ローラ72Rによって構成されている。表層除去部73は、たとえば、板状の除去ブレード73Bによって構成されている。敷詰ブレード71B、圧縮ローラ72Rおよび除去ブレード73Bは、たとえば、進行方向Dにおおむね直交する水平方向に延在している。
敷詰ブレード71B、圧縮ローラ72Rおよび除去ブレード73Bは、たとえば、ステンレス鋼などの金属材料またはセラミック材料などの硬質の材料によって製作されている。なお、敷詰ブレード71B、圧縮ローラ72Rおよび除去ブレード73Bの材料は、特に限定されず、たとえば樹脂材料によって製作されていてもよい。また、敷詰ブレード71B、圧縮ローラ72Rおよび除去ブレード73Bは、同一の材料によって製作されていてもよいし、異なる材料によって製作されていてもよい。
本実施形態の付加製造装置1において、リコータ7は、たとえば、材料敷詰部71、材料圧縮部72および表層除去部73を進行方向Dに並べて支持する支持部74と、この支持部74を進行方向Dに移動させる移動機構75(図1参照)と、を有している。支持部74は、たとえば、材料敷詰部71、材料圧縮部72および表層除去部73を支持するフレーム部76と、このフレーム部76の一端に設けられてフレーム部76を支持するとともに、材料圧縮部72を駆動させる駆動部77とを備えている。
フレーム部76は、リコータ7の進行方向Dすなわち材料敷詰部71、材料圧縮部72および表層除去部73の進行方向Dにおおむね直交する方向に延び、下端が開放された矩形の箱状または枠状の部材である。フレーム部76は、進行方向Dの前方を向く正面に、材料敷詰部71である敷詰ブレード71Bが、たとえばボルトなどの締結部材によって、着脱可能に固定されている。また、フレーム部76は、進行方向Dの後方を向く背面に、表層除去部73である除去ブレード73Bが、たとえばボルトなどの締結部材によって、着脱可能に固定されている。
フレーム部76は、たとえば、正面および背面に、それぞれ、敷詰ブレード71Bの先端71aの高さ位置H1および除去ブレード73Bの先端73aの高さ位置H3を調節するための調節機構78を有している。すなわち、敷詰ブレード71Bの先端71aの高さ位置H1および除去ブレード73Bの先端73aの高さ位置H3(図3を参照)は、それぞれ、調節機構78によって調節することが可能である。また、フレーム部76は、たとえば、長手方向の両端部に設けられた一対の軸受部76aによって圧縮ローラ72Rの両端部を支持することで、材料圧縮部72を構成する圧縮ローラ72Rを回転可能に支持している。
駆動部77は、矩形の筐体部77aと、筐体部77aに固定されたモータ77bと、筐体部77aに収容された図示を省略する動力伝達機構とを備えている。駆動部77は、筐体部77aに固定されたフレーム部76を支持するとともに、モータ77bの動力を筐体部77aに収容された動力伝達機構を介して圧縮ローラ72Rに伝達し、圧縮ローラ72Rを回転させる。圧縮ローラ72Rの回転方向は、たとえば、材料粉末Pに接する圧縮ローラ72Rの先端72aすなわち圧縮ローラ72Rの下端において、圧縮ローラ72Rの進行方向Dの前方を向く方向である(図3参照)。
移動機構75は、図1に示すように、たとえば、リコータ7の進行方向Dに延在して、リコータ7を進行方向Dの前後に移動させる。すなわち、移動機構75は、フレーム部76および駆動部77を進行方向Dの前後に移動させる。これにより、移動機構75は、フレーム部76に支持された材料敷詰部71、材料圧縮部72および表層除去部73としての敷詰ブレード71B、圧縮ローラ72Rおよび除去ブレード73Bを、進行方向Dの前後に移動させる。移動機構75の構成は、特に限定されないが、たとえば、モータ等の動力発生部、ギヤや減速機などの動力伝達部、またはボールねじやレールなど各部材を適宜組み合わせることによって構成することができる。
図3は、材料敷詰部71、材料圧縮部72および表層除去部73の模式的な側面図である。本実施形態の付加製造装置1において、材料粉末Pに接する材料圧縮部72の先端72aの高さ位置H2は、材料粉末Pに接する材料敷詰部71の先端71aの高さ位置H1よりも低い。また、材料粉末Pに接する表層除去部73の先端73aの高さ位置H3は、材料粉末Pに接する材料圧縮部72の先端72aの高さ位置H2よりも低い。ここで、高さ位置H1,H2,H3は、たとえば、鉛直方向における高さ位置H1,H2,H3であり、付加製造装置1の任意の水平な基準面からの高さ位置H1,H2,H3である。
すなわち、進行方向Dの前方から後方へ、材料敷詰部71、材料圧縮部72、および表層除去部73が、この順に並んで配置されている。また、進行方向Dの前方から後方へ、材料敷詰部71の先端71aの高さ位置H1、材料圧縮部72の先端72aの高さ位置H2、および表層除去部73の先端73aの高さ位置H3が、漸次、低くなっている。
また、本実施形態の付加製造装置1において、敷詰ブレード71Bは、材料粉末Pに接する先端部に傾斜面71bを有している。傾斜面71bは、敷詰ブレード71Bの進行方向Dの後方側ほど敷詰ブレード71Bの先端71aに近付くように進行方向Dに対して傾斜している。また、本実施形態の付加製造装置1において、除去ブレード73Bは、材料粉末Pに接する先端部に傾斜面73bを有している。傾斜面73bは、除去ブレード73Bの進行方向Dの後方側ほど除去ブレード73Bの先端73aから離れるように進行方向Dに対して傾斜している。
図3に示す例において、敷詰ブレード71Bの進行方向Dにおける厚さT1は、除去ブレード73Bの進行方向Dにおける厚さT3よりも厚くされている。なお、敷詰ブレード71Bの厚さT1は、特に限定されず、除去ブレード73Bの厚さT3と等しくてもよいし、除去ブレード73Bの厚さT3よりも薄くされていてもよい。
以下、本実施形態の付加製造装置1の作用について説明する。
本実施形態の付加製造装置1によって造形物Mの付加製造を行うには、まず、減圧部3によってチャンバー2の内部の空気を排出し、チャンバー2の内部を大気圧よりも減圧して真空状態にする。次に、付加製造部5のステージ51を側壁の上端部の開口部から所定のピッチで下降させ、付加製造部5に所定量の付加製造用の材料粉末Pを収容可能な状態にする。
次に、材料供給部4のステージ41を所定のピッチで上昇させ、開口部よりも上方に所定量の付加製造用の材料粉末Pを押し上げる。次に、材料供給部4の開口部を横断するようにリコータ7を進行方向Dの前方へ移動させ、材料供給部4の開口部の上方に押し上げられた材料粉末Pをリコータ7によって付加製造部5に移動させる。
ここで、本実施形態の粉末床溶融結合方式の付加製造装置1は、前述のように、材料粉末Pを均しながら敷き詰める材料敷詰部71と、この材料敷詰部71によって敷き詰められた材料粉末Pを圧縮する材料圧縮部72と、この材料圧縮部72によって圧縮された材料粉末Pの表層部を削り取る表層除去部73と、を備えている。
この構成により、図3に示すように、まず、材料敷詰部71によって付加製造部5のステージ51上に目標とする材料粉末Pの厚さTp3よりも厚い厚さTp1で材料粉末Pを均しながら敷き詰めることができる。さらに、材料敷詰部71によって敷き詰められた材料粉末Pを材料圧縮部72によって圧縮することができる。これにより、材料粉末Pを付加製造部5のステージ51上で厚さTp1よりも薄い厚さTp2に圧縮して密度分布を向上させることができる。したがって、材料粉末Pを付加製造部5のステージ51上に高密度に敷き詰めることができる。
しかし、材料粉末Pは、圧縮されることで密度が向上する一方、圧縮後の材料粉末Pの表層部に、たとえば、凹凸、波打ち、または筋などの不均一な形状が形成される場合がある。このような場合、従来の粉末床溶融結合方式の付加製造装置では、敷き詰められた材料粉末の厚さが不均一になり、敷き詰められた材料粉末を溶融結合させることで製造される製品の品質を低下させるおそれがある。
これに対し、本実施形態の付加製造装置1は、前述のように、材料圧縮部72によって圧縮された材料粉末Pの表層部を削り取る表層除去部73を備えている。これにより、材料圧縮部72によって圧縮された材料粉末Pの表層部に凹凸などの不均一な形状が形成された場合でも、材料粉末Pの表層部を表層除去部73によって削り取ることができる。
したがって、本実施形態の付加製造装置1によれば、圧縮後の材料粉末Pの高い密度を維持しつつ、圧縮後の材料粉末Pの厚さTp2よりも薄く、極めて平坦かつ均一な厚さTp3で、付加製造部5のステージ51上に材料粉末Pを敷き詰めることができる。また、材料敷詰部71および表層除去部73によって回収部6まで運ばれた余分な材料粉末は、回収部6の開口部へ導入され、回収部6に収容されて回収される。
次に、造形物Mの三次元形状のデータに基づいて、ビーム源8から、付加製造部5のステージ51に載置された材料粉末Pの所定の領域に、レーザや電子ビームなどの高エネルギービームBを照射する。これにより、所定の領域の材料粉末Pが溶融結合されて造形物Mの一部が形成される。このとき、材料粉末Pは、材料敷詰部71、材料圧縮部72および表層除去部73によって、付加製造部5のステージ51上に高密度かつ均一な厚さTp3に敷き詰められている。
これにより、材料粉末Pが溶融結合されて形成された造形物Mの一部に意図しない空洞や凹凸が発生することが防止される。その後、リコータ7を移動機構75によって進行方向Dの後方へ移動させて元の位置に戻し、再度、前述の手順を繰り返す。これにより、欠陥の少ない高品質の造形物Mを三次元形状のデータに基づいて高い精度で製造することができる。したがって、本実施形態によれば、材料粉末Pを高密度かつ均一な厚さTp3に敷き詰めて製品の品質を向上させることが可能な付加製造装置1を提供することができる。
なお、本実施形態の付加製造装置1は、材料粉末Pとして、前述のように粒径にばらつきを有する金属材料の粉末を使用した場合にも、優れた効果を発揮することができる。より具体的には、材料粉末Pとして、平均粒径が約30μm程度で、粒径の範囲が約20μmから約40μm程度の金属材料の粉末を使用し、約40μm程度の均一な厚さで材料粉末Pを付加製造部5のステージ51上に敷き詰める場合を想定する。
この場合、前記従来の粉末積層造形装置では、第1運搬部材または第2運搬部材で表面を均しながら材料粉末を昇降台上に運び、次いで、均した材料粉末を押圧ローラで押圧して材料粉末の薄層を形成する。しかし、上記のような材料粉末Pを押圧ローラで押圧して約40μm程度の均一な厚さに調節することは、極めて困難である。そのため、前記従来の粉末積層造形装置によって敷き詰められた材料粉末Pの薄層は、所々で途切れたり、局所的に材料粉末Pが集まったりして、極めて不均一な状態になる。
これに対し、本実施形態の付加製造装置1は、付加製造部5のステージ51上に敷き詰められた材料粉末Pを圧縮した後も、材料粉末Pの厚さTp2が目標とする材料粉末Pの厚さTp3よりも厚くなっている。そして、圧縮後の密度が上昇した材料粉末Pの表層部を表層除去部73によって削り取ることで、材料粉末Pの厚さTp3を圧縮後の厚さTp2よりも薄い約40μm程度の均一な厚さに調整することができる。
したがって、本実施形態の付加製造装置1は、上記のような粒径のばらつきがある材料粉末Pを使用した場合にも、圧縮によって材料粉末Pの密度を向上させつつ、材料粉末Pを約40μm程度の均一な厚さTp3で付加製造部5のステージ51上に敷き詰めることが可能である。これにより、材料粉末Pのコストを低減しつつ、高品質の造形物Mを製品として製造することができる。
また、本実施形態の付加製造装置1は、前述のように、材料圧縮部72の先端72aの高さ位置H2は、材料敷詰部71の先端71aの高さ位置H1よりも低くなっている。また、表層除去部73の先端73aの高さ位置H3は、材料圧縮部72の先端72aの高さ位置H2よりも低くなっている。
この構成により、本実施形態の付加製造装置1は、材料敷詰部71によって敷き詰められた厚さTp1の材料粉末Pを、材料圧縮部72によって厚さTp1よりも薄い厚さTp2まで厚さ方向に圧縮して、材料粉末Pの密度を向上させることができる。さらに、材料圧縮部72によって圧縮された厚さTp2の材料粉末Pの表層部を、表層除去部73によって厚さTp2よりも薄い厚さTp3まで削り取ることができる。したがって、材料粉末Pを高密度かつ均一な厚さTp3に敷き詰めて、製品の品質を向上させることできる。
また、本実施形態の付加製造装置1において、材料敷詰部71は、板状の敷詰ブレード71Bによって構成されている。これにより、材料敷詰部71の構成を簡潔にして、交換やメンテナンスを容易にすることができる。また、板状の敷詰ブレード71Bを進行方向Dの前方へ移動させることで、敷詰ブレード71Bによって材料供給部4のステージ41上の材料粉末Pを、付加製造部5のステージ51上に押し運んで均しながら敷き詰めることができる。
また、本実施形態の付加製造装置1において、材料圧縮部72は、圧縮ローラ72Rによって構成され、表層除去部73は、板状の除去ブレード73Bによって構成されている。この構成により、材料敷詰部71によって付加製造部5のステージ51上に敷き詰められた材料粉末Pを、圧縮ローラ72Rによって確実に安定して圧縮することができ、材料粉末Pを高密度に圧縮することができる。また、高密度に圧縮された材料粉末Pの表層部を板状の除去ブレード73Bによって正確かつ均一に削り取ることができる。なお、圧縮ローラ72Rは、回転させずに固定することも可能であるが、回転させることでより安定した圧縮が可能になる。
また、本実施形態の付加製造装置1において、敷詰ブレード71Bは、材料粉末Pに接する先端部に傾斜面71bを有している。傾斜面71bは、敷詰ブレード71Bの進行方向Dの後方側ほど敷詰ブレード71Bの先端71aに近付くように進行方向Dに対して傾斜している。この構成により、敷詰ブレード71Bによって付加製造部5のステージ51上に均されて敷き詰められた材料粉末Pは、敷詰ブレード71Bの進行方向Dの前方への移動により、傾斜面71bによってステージ51に向けて押しつけられて圧縮される。これにより、敷詰ブレード71Bによって、材料粉末Pの密度を向上させることができる。
また、本実施形態の付加製造装置1において、除去ブレード73Bは、材料粉末Pに接する先端部に傾斜面73bを有している。傾斜面73bは、除去ブレード73Bの進行方向Dの後方側ほど除去ブレード73Bの先端73aから離れるように進行方向Dに対して傾斜している。この構成により、圧縮ローラ72Rによって圧縮されて密度が上昇し、除去ブレード73Bによって表層部が削り取られた後の材料粉末Pの表面が乱れるのを防止して、付加製造部5のステージ51上に材料粉末Pをより均一な厚さTp3で敷き詰めることができる。
より具体的には、除去ブレード73Bの先端部の傾斜面73bによって、材料粉末Pに接する除去ブレード73Bの先端73aの進行方向Dの後方側に逃げを形成することができる。これにより、除去ブレード73Bの刃先に相当する先端73aによって材料粉末Pの表層部が削り取られた後に、材料粉末Pに除去ブレード73Bの一部が接触するのを防止して、材料粉末Pの表面の乱れを防止できる。したがって、付加製造部5のステージ51上に材料粉末Pをより均一な厚さTp3で敷き詰めることができる。
また、本実施形態の付加製造装置1は、材料敷詰部71、材料圧縮部72および表層除去部73を進行方向Dに並べて支持する支持部74と、この支持部74を進行方向Dに移動させる移動機構75と、を有している。この構成により、材料敷詰部71、材料圧縮部72および表層除去部73を進行方向Dに同時に移動させ、材料粉末Pの敷き詰め、圧縮、および表層部の削り取りを、連続的に行うことができる。また、材料敷詰部71、材料圧縮部72および表層除去部73に対して個別に移動機構を設ける必要がなく、付加製造装置1の構成を簡潔にすることができる。
以上説明したように、本実施形態によれば、材料粉末Pを付加製造部5のステージ51上に高密度かつ均一な厚さTp3に敷き詰めて、製品である造形物Mの品質を向上させることが可能な付加製造装置1を提供することができる。なお、本開示の付加製造装置は、前述の実施形態に係る付加製造装置1の構成に限定されない。以下、前述の実施形態に係る付加製造装置1の変形例について説明する。
前述の実施形態に係る付加製造装置1において、敷詰ブレード71Bは、材料粉末Pに接する先端部に弾性変形可能な弾性部71c(図2参照)を有してもよい。たとえば、敷詰ブレード71Bの先端部に複数のスリットを設け、敷詰ブレード71Bの先端部を櫛歯状にすることによって、敷詰ブレード71Bの先端部に弾性部71cを形成することができる。
すなわち、敷詰ブレード71Bの弾性部71cは、敷詰ブレード71Bのその他の部分よりも容易に弾性変形するように構成されている。このような構成により、敷詰ブレード71Bによって付加製造部5のステージ51上に材料粉末Pを均しながら敷き詰めるときに、敷詰ブレード71Bまたは造形物Mの破損を防止できる。
より具体的には、付加製造部5のステージ51上に造形物Mの一部が形成された状態で、敷詰ブレード71Bによって付加製造部5のステージ51上に材料粉末Pを均しながら敷き詰める場合がある。このとき、敷詰ブレード71Bの先端部が造形物Mの一部に引っ掛かったとしても、弾性部71cが弾性変形することで敷詰ブレード71Bまたは造形物Mに過大な力が作用することが防止され、敷詰ブレード71Bまたは造形物Mの破損を防止できる。なお、除去ブレード73Bの先端部に同様の弾性部73c(図2参照)を設けることで、同様の効果を奏することができる。
図4は、前述の実施形態に係る付加製造装置1の材料敷詰部71、材料圧縮部72および表層除去部73の他の変形例を示す図3に相当する模式的な側面図である。材料敷詰部71を構成する敷詰ブレード71Bは、先端部に傾斜面71bを有しなくてもよく、表層除去部73を構成する除去ブレード73Bは、先端部に傾斜面73bを有しなくてもよい。
この場合、敷詰ブレード71Bによる材料粉末Pの圧縮効果は得られないが、敷詰ブレード71Bによって材料粉末Pを均しながら敷き詰めることは可能である。また、除去ブレード73Bは、必要な剛性が得られる範囲で可能な限り厚さT3を薄くすることで、材料粉末Pの表面の乱れを防止しつつ、材料粉末Pの表層部を均一に削り取ることができる。
図5は、前述の実施形態に係る付加製造装置1の材料敷詰部71、材料圧縮部72および表層除去部73の他の変形例を示す図3に相当する模式的な側面図である。材料敷詰部71は、たとえば、敷詰ローラ71Rによって構成されていてもよい。敷詰ローラ71Rは、たとえば、圧縮ローラ72Rと同一の回転方向に回転させてもよい。この構成により、敷詰ローラ71Rによって、材料供給部4から供給される材料粉末Pを付加製造部5のステージ51上に運んで均しながら敷き詰めるのと同時に、材料粉末Pを圧縮して密度を向上させることができる。なお。敷詰ローラ71Rは、回転不能に固定されていてもよい。
図6は、前述の実施形態に係る付加製造装置1の材料敷詰部71、材料圧縮部72および表層除去部73の他の変形例を示す図3に相当する模式的な側面図である。材料圧縮部72は、たとえば、圧縮ローラ72Rを材料粉末Pに押し付ける押付部72Pを有してもよい。押付部72Pは、たとえば、圧縮ローラ72Rを回転可能に支持する軸受部と、その軸受部に力を付与するスプリングとによって構成することができる。このような構成により、材料粉末Pの表面状態に応じた力で圧縮ローラ72Rを材料粉末Pの表面に押しつけて、材料粉末Pをより均一に圧縮することが可能になる。
図7は、前述の実施形態に係る付加製造装置1の材料敷詰部71、材料圧縮部72および表層除去部73の他の変形例を示す図3に相当する模式的な側面図である。表層除去部73を構成する除去ブレード73Bは、たとえば、材料粉末Pに接する先端部から離れるほど進行方向Dの後方へ後退するように傾斜し、材料粉末Pの表層部との間の角度Aが鋭角になっている。このような構成により、材料粉末Pの表層部を掬い取るようにして削り取ることができ、材料粉末Pをより均一な厚さTp3にすることができる。
以上、図面を用いて本発明の実施の形態を詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。
1 付加製造装置
71 材料敷詰部
71a 先端
71B 敷詰ブレード
71b 傾斜面
72 材料圧縮部
72a 先端
72P 押付部
72R 圧縮ローラ
73 表層除去部
73a 先端
73B 除去ブレード
73b 傾斜面
74 支持部
75 移動機構
A 角度
D 進行方向
H1 高さ位置
H2 高さ位置
H3 高さ位置
P 材料粉末
71 材料敷詰部
71a 先端
71B 敷詰ブレード
71b 傾斜面
72 材料圧縮部
72a 先端
72P 押付部
72R 圧縮ローラ
73 表層除去部
73a 先端
73B 除去ブレード
73b 傾斜面
74 支持部
75 移動機構
A 角度
D 進行方向
H1 高さ位置
H2 高さ位置
H3 高さ位置
P 材料粉末
Claims (10)
- 粉末床溶融結合方式の付加製造装置であって、
材料粉末を均しながら敷き詰める材料敷詰部と、
前記材料敷詰部によって敷き詰められた前記材料粉末を圧縮する材料圧縮部と、
前記材料圧縮部によって圧縮された前記材料粉末の表層部を削り取る表層除去部と、を備えることを特徴とする付加製造装置。 - 前記材料圧縮部の先端の高さ位置は、前記材料敷詰部の先端の高さ位置よりも低く、
前記表層除去部の先端の高さ位置は、前記材料圧縮部の前記先端の高さ位置よりも低いことを特徴とする請求項1に記載の付加製造装置。 - 前記材料敷詰部は、板状の敷詰ブレードによって構成されていることを特徴とする請求項2に記載の付加製造装置。
- 前記敷詰ブレードは、前記材料粉末に接する先端部に傾斜面を有し、
前記傾斜面は、前記敷詰ブレードの進行方向の後方側ほど前記敷詰ブレードの先端に近付くように前記進行方向に対して傾斜していることを特徴とする請求項3に記載の付加製造装置。 - 前記敷詰ブレードは、前記材料粉末に接する先端部に弾性変形可能な弾性部を有することを特徴とする請求項3に記載の付加製造装置。
- 前記材料圧縮部は、圧縮ローラによって構成され、
前記表層除去部は、板状の除去ブレードによって構成されていることを特徴とする請求項2に記載の付加製造装置。 - 前記材料圧縮部は、前記圧縮ローラを前記材料粉末に押し付ける押付部を有することを特徴とする請求項6に記載の付加製造装置。
- 前記除去ブレードは、前記材料粉末に接する先端部から離れるほど進行方向の後方へ後退するように傾斜し、前記材料粉末の表層部との間の角度が鋭角であることを特徴とする請求項6に記載の付加製造装置。
- 前記除去ブレードは、前記材料粉末に接する先端部に傾斜面を有し、
前記傾斜面は、前記除去ブレードの進行方向の後方側ほど前記除去ブレードの先端から離れるように前記進行方向に対して傾斜していることを特徴とする請求項6に記載の付加製造装置。 - 前記材料敷詰部、前記材料圧縮部および前記表層除去部を進行方向に並べて支持する支持部と、
前記支持部を前記進行方向に移動させる移動機構と、を有することを特徴とする請求項1に記載の付加製造装置。
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