JP2020505251A - 電子ビーム選択的溶融と電子ビーム切断とを組み合わせた積層造形装置 - Google Patents
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Abstract
Description
現在のすべての電子ビーム選択的溶融プロセスでは、電子ビームは、熱源として粉末材料を予熱、溶融、保温、成形するために用いられ、粉末材料を層ごとに焼結又は溶融して、材料が層ごとに堆積成形されて、積層造形の「積層製造」の目的を達成する。電子ビーム選択的溶融プロセスでの部品の表面仕上げが良くない課題については、通常、後続工程で、「減法製造」という手段で表面の品質を向上させるため、部品製造の全体的な効率を低下するだけでなく、内部チャンネルなどの表面の加工を行うことができない課題が存在する。
本発明の一例によれば、前記電子ビーム放射集束走査装置の電子ビーム加速電圧は、10kV〜200kVで変化する。
図1を示すように、本発明一実施例による電子ビーム選択的溶融と切断を組み合わせる積層造形装置は、真空成形室1と、作業プラットフォーム2と、成形シリンダ31と、ピストン式昇降装置32と、粉末供給器4と、粉末敷設器5と、電子ビーム放射集束走査装置6と、コントローラとする制御コンピュータと、を含む。
図8と図9には、本発明の他の実施例に係る電子ビーム選択的溶融と切断を組み合わせる積層造形装置を示す。複数の電子ビーム放射集束走査装置6が選択的溶融と切断を行う積層造形装置を含む。他の構成は実施例1と同様であり、その加工プロセスも実施例1と同様であり、ここでは詳細に説明しない。
本発明の一例によれば、真空形成室の圧力は、10Pa未満であり、不均衡な要素の過剰な蒸発を防ぐように、不活性ガスで再充填される。不活性ガスは、ヘリウム、アルゴン、窒素を含むが、これらに限定されていない。
本発明の一例によれば、前記真空形成室の圧力は、1Pa〜10 −3 Paである。
本発明の一例によれば、前記電子ビーム放射集束走査装置の電子ビーム加速電圧は、10kV〜200kVで変化する。
本発明の一例によれば、真空形成室1の圧力は、10Pa未満であり、不均衡な要素の過剰な蒸発を防ぐように、不活性ガスで再充填される。不活性ガスは、ヘリウム、アルゴン、窒素を含むが、これらに限定されていない。好ましくは、前記真空形成室の圧力は、1Pa〜10 −3 Paである。
Claims (18)
- 電子ビーム選択的溶融と電子ビーム切断とを組み合わせた積層造形装置であって、真空成形室と、成形領域が少なくとも前記真空成形室内に設けられる作業台装置と、粉末を前記成形領域に広げるための粉末供給装置と、走査範囲が少なくとも前記成形領域の一部をカバーする少なくとも一つの前記電子ビーム放射集束走査装置と、各前記電子ビーム放射集束走査装置の作動を制御して、加熱と、選択的溶融と、電子ビーム切断との三つのモードで電子ビームを放射させるコントローラと、を含み、前記粉末供給装置は、粉末を成形領域に広げて所定の厚さの粉末床を形成し、電子ビーム放射集束走査装置は、加熱モードである電子ビームを放射して前記粉末床を走査予熱し、粉末を加熱して予備焼結を発生させ、電子ビーム放射集束走査装置は、選択的溶融モードである電子ビームを放射して断面輪郭内の粉末を走査して溶融し、前記粉末を溶融堆積して、所望の部品の断面層を形成し、電子ビーム放射集束走査装置は、電子ビーム切断モードである電子ビームを放射して前記部品の断面の内外の輪郭に対して1回又は複数回の切断走査を行い、輪郭上の粗い縁部と熔接された粉末を除去又は切除して、正確で滑らかな部品の断面の内外の輪郭を取得し、前記切断輪郭の部品の断面層に粉末を広げてから、加熱と、溶融堆積と、輪郭切断を順次に行い、所望の3次元実体部品が得られるまで、上記の広げと、加熱と、溶融堆積と、輪郭切断との分層製造プロセスを繰り返す、ことを特徴とする電子ビーム選択的溶融と電子ビーム切断とを組み合わせた積層造形装置。
- 前記電子ビーム放射集束走査装置の電子ビーム加速電圧は、10kV〜200kVで変化する、ことを特徴とする請求項1に記載の積層造形装置。
- 前記電子ビーム放射集束走査装置は、連続的電子ビームとパルス電子ビームを生成可能である、ことを特徴とする請求項1又は2に記載の積層造形装置。
- 前記電子ビーム放射集束走査装置によって放射された電子ビームの成形領域における走査速度は、0〜100メートル/秒で任意に変化する、ことを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の積層造形装置。
- 前記加熱モードにおいて、前記電子ビーム放射集束走査装置によって放射された電子ビームは、成形平面の上方又は下方に集束され、走査速度は、0.01メートル/秒〜50メートル/秒であり、2回の隣接する走査パス間は重畳しなく、走査間隔は10ミクロンより大きい、ことを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の積層造形装置。
- 前記選択的溶融モードにおいて、前記電子ビーム放射集束走査装置によって放射された電子ビームは、成形平面に集束され、走査速度は、0.01メートル/秒〜10メートル/秒であり、2回の隣接する走査パス間は重畳しなく、走査間隔は10ミクロンより大きい、ことを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の積層造形装置。
- 前記選択的溶融モードにおいて、前記電子ビーム放射集束走査装置は、電子ビームのビーム強度と、成形平面における焦点移動速度と、隣接する走査パスの走査間隔と、間隔時間とを調整することによって溶融の深さを調整し、現在の成形層の下に部品実体があり、かつ現在の成形層がそれに熔合する必要がある領域である場合、溶融の深さは現在の成形層の厚さを超え、現在の成形層の下が粉末床又は切断された輪郭の縁部の領域である場合、溶融の深さは現在の成形層の厚さ以下である、ことを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の積層造形装置。
- 前記電子ビーム切断モードにおいて、前記電子ビーム放射集束走査装置によって放射された連続的電子ビームは、部品の断面平面に集束され、走査速度は、1メートル/秒〜50メートル/秒であり、かつ2回の隣接する走査パスは完全に重畳するか、又は走査間隔は8ミクロンより小さい、ことを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載の積層造形装置。
- 前記電子ビーム切断モードにおいて、前記電子ビーム放射集束走査装置によって放射されたパルス電子ビームは、部品の断面平面に集束され、パルス周波数は、1Hzから100kHzであり、走査速度は、0.1メートル/秒〜5メートル/秒であり、かつ2回の隣接する走査パスは重畳するか、又は走査間隔は8ミクロンより小さい、ことを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載の積層造形装置。
- 前記電子ビーム放射集束走査装置は、前記真空成形室の頂部に設けられ、かつ成形領域の真上に位置する、ことを特徴とする請求項1〜9のいずれかに記載の積層造形装置。
- 前記粉末は、セラミック粉末及び/又は金属粉末を含む、ことを特徴とする請求項1〜10のいずれかに記載の積層造形装置。
- 二つの前記電子ビーム放射集束走査装置を含み、各前記電子ビーム放射集束走査装置によって放射された電子ビームは、いずれも加熱と、選択的溶融と、電子ビーム切断との三つのモードを有し、かつ二つの前記電子ビーム放射集束走査装置の走査領域は、縁部で重畳し、残りの90%以上の走査領域は、互いに重畳していない、ことを特徴とする請求項1〜11のいずれかに記載の積層造形装置。
- アレイ状に配置される少なくとも四つの前記電子ビーム放射集束走査装置を含み、各前記電子ビーム放射集束走査装置によって放射された電子ビームは、いずれも加熱と、選択的溶融と、電子ビーム切断との三つのモードを有し、かつ各前記電子ビーム放射集束走査装置の走査領域は、縁部で重畳し、残りの80%以上の走査領域は、互いに重畳していない、ことを特徴とする請求項1〜11のいずれかに記載の積層造形装置。
- 前記電子ビーム放射集束走査装置は、前記作業台装置に対して移動可能である、ことを特徴とする請求項1〜13のいずれかに記載の積層造形装置。
- 前記作業台装置は、前記真空成形室内に移動可能に設けられる、ことを特徴とする請求項1〜14のいずれかに記載の積層造形装置。
- 前記作業台装置は、前記成形領域が設けられる作業プラットフォームと、前記作業プラットフォームの下に設けられ、成形シリンダとピストン式昇降装置とを含み、前記成形シリンダの上縁は、前記作業プラットフォームと同一平面にあり、前記ピストン式昇降装置は、前記成形シリンダ内で昇降可能であるピストン式成形シリンダ装置と、を含む、ことを特徴とする請求項1〜15のいずれかに記載の積層造形装置。
- 前記粉末供給装置は、前記粉末を前記作業プラットフォームの上面に供給する粉末供給器と、前記作業プラットフォームに設けられ、かつ前記粉末を前記成形シリンダ内に搬送し、平らにする粉末敷設器と、を含む、ことを特徴とする請求項1〜16のいずれかに記載の積層造形装置。
- 前記電子ビーム放射集束走査装置は、前記真空成形室の外部に設けられるハウジングと、前記ハウジング内に設けられ、電子ビームを生成するフィラメントと、前記ハウジング内にあり、かつ前記フィラメントの下に位置するカソードと、前記ハウジング内にあり、かつ前記カソードの下に位置するグリッドと、前記ハウジング内にあり、かつ前記グリッドの下に位置するアノードと、前記ハウジング内にあり、かつ前記アノードの下に位置する集束コイルと、前記ハウジング内にあり、かつ前記集束コイルの下に位置する偏向コイルと、を含む、ことを特徴とする請求項1〜17のいずれかに記載の積層造形装置。
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