JP2022032799A - Am device - Google Patents

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Abstract

To provide a structure in an AM device for sufficiently lowering the oxygen concentration of a molding place while suitably retaining the flow velocity of a purge gas upon molding by an AM method.SOLUTION: An AM device comprises a DED nozzle 250, and the DED nozzle 250 comprises: a DED nozzle body 259; a laser port for ejecting a laser beam provided at the tip of the DED nozzle body 259; a laser passage for passing the laser beam inside the DED nozzle body 259 that is communicated with the laser port; a powder port for ejecting a powder material provided at the tip of the DED nozzle body 259; and a powder passage which is connected to the powder port, for passing the powder material inside the DED nozzle body. The AM device further comprises a cover 300 surrounding the laser port and the powder port of the DED nozzle 250 and also having the downstream side in the ejection direction of the laser beam opened.SELECTED DRAWING: Figure 3

Description

本願は、ＡＭ装置に関する。 The present application relates to an AM device.

三次元物体を表現したコンピュータ上の三次元データから、三次元物体を直接的に造形する技術が知られている。たとえば、Additive Manufacturing（ＡＭ）（付加製造）法が知られている。一例として、デポジション方式のＡＭ法としてダイレクトエナジーデポジション（ＤＥＤ）がある。ＤＥＤは、金属材料を局所的に供給しながら適当な熱源を用いて基材と共に溶融、凝固させることで造形を行う技術である。また、ＡＭ法の一例として、パウダーベッドフュージョン（ＰＢＦ）がある。ＰＢＦは、二次元的に敷き詰められた金属紛体に対して、造形する部分に熱源であるレーザービームや電子ビームを照射して、金属紛体を溶融・凝固または焼結させることで三次元物体の各層を造形する。ＰＢＦでは、このような工程を繰り返すことで、所望の三次元物体を造形することができる。 A technique for directly modeling a three-dimensional object from three-dimensional data on a computer expressing a three-dimensional object is known. For example, the Additive Manufacturing (AM) method is known. As an example, there is a direct energy deposition (DED) as a deposition type AM method. DED is a technique for modeling by locally supplying a metal material and melting and solidifying it together with a base material using an appropriate heat source. Further, as an example of the AM method, there is powder bed fusion (PBF). PBF irradiates a two-dimensionally spread metal powder with a laser beam or an electron beam, which is a heat source, to melt, solidify, or sinter the metal powder to melt, solidify, or sintered each layer of a three-dimensional object. To model. In PBF, a desired three-dimensional object can be modeled by repeating such a process.

米国特許第４７２４２９９号明細書U.S. Pat. No. 4,724,299 特表２０１９－５００２４６号公報Japanese Patent Publication No. 2019-500246

上述のＤＥＤやＰＢＦにより造形を行う場合、造形場所の酸素濃度を下げるために、造形場所付近を不活性ガスでパージすることが行われることがある。このときパージガスの流速が大きいと、たとえばＤＥＤによる材料粉末およびキャリアガスの流れを乱し、造形を不安定にすることがある。また、ＰＢＦでパージガスを使用すると、予め敷き詰めてある材料粉末を吹き飛ばしてしまい、予定している造形を困難にすることがある。一方で、パージガスの流速が小さいと、造形場所の酸素を十分に排除することができないことがある。本願は、ＡＭ法による造形時に、パージガスの流速を適度に維持しつつ造形場所の酸素濃度を十分に下げるためのＡＭ装置の構造を提供することを１つの目的としている。 When modeling is performed by the above-mentioned DED or PBF, the vicinity of the modeling site may be purged with an inert gas in order to reduce the oxygen concentration at the modeling site. At this time, if the flow velocity of the purge gas is large, for example, the flow of the material powder and the carrier gas due to DED may be disturbed, and the modeling may become unstable. In addition, when purge gas is used in PBF, the material powder that has been spread in advance may be blown off, making the planned modeling difficult. On the other hand, if the flow velocity of the purge gas is small, it may not be possible to sufficiently eliminate oxygen at the modeling site. One object of the present application is to provide a structure of an AM device for sufficiently reducing the oxygen concentration at the modeling site while maintaining an appropriate flow rate of the purge gas during modeling by the AM method.

造形物を製造するためのＡＭ装置が提供され、前記ＡＭ装置は、ＤＥＤノズルを有し、前記ＤＥＤノズルは、ＤＥＤノズル本体と、前記ＤＥＤノズル本体の先端に設けられたレーザー光を出射するためのレーザー口、および前記レーザー口に連通する、前記ＤＥＤノズル本体内をレーザー光が通過するためのレーザー通路と、前記ＤＥＤノズル本体の先端に設けられた粉体材料を出射するための粉体口、および前記粉体口に連通する、前記ＤＥＤノズル本体内を粉体材料が通過するための粉体通路と、を有し、前記ＡＭ装置はさらに、前記ＤＥＤノズルの前記レーザー口および前記粉体口の周囲を囲い、且つ、前記レーザー光の出射方向の下流側が開口しているカバーを有し、前記カバーは、前記カバーの内側へガスを供給するためのガス供給路を有し、前記ガス供給路は、全体として前記ＤＥＤノズル本体に向かってガスを導くように向き決めされており、前記ガス供給路は、ラティス構造層を含む。 An AM device for manufacturing a model is provided, the AM device has a DED nozzle, and the DED nozzle emits a DED nozzle main body and a laser beam provided at the tip of the DED nozzle main body. Laser port, a laser path for passing laser light through the DED nozzle body, and a powder port for emitting powder material provided at the tip of the DED nozzle body, which communicates with the laser port. , And a powder passage for the powder material to pass through the DED nozzle body, which communicates with the powder port, and the AM device further comprises the laser port of the DED nozzle and the powder. The cover has a cover that surrounds the mouth and is open on the downstream side in the emission direction of the laser beam, and the cover has a gas supply path for supplying gas to the inside of the cover, and the gas. The supply path is oriented to guide the gas towards the DED nozzle body as a whole, and the gas supply path includes a lattice structural layer.

一実施形態による、造形物を製造するためのＡＭ装置を概略的に示す図である。It is a figure which shows schematically the AM apparatus for manufacturing a modeled object according to one Embodiment. 一実施形態によるＤＥＤノズルの断面を概略的に示す図である。It is a figure which shows schematic cross section of the DED nozzle by one Embodiment. 一実施形態によるＤＥＤノズルに取り付けられるカバーの断面を概略的に示す図である。It is a figure which shows schematic cross section of the cover attached to the DED nozzle by one Embodiment. 図３に示されるカバーを斜め上方から見た斜視図である。FIG. 3 is a perspective view of the cover shown in FIG. 3 as viewed from diagonally above. 図３に示されるカバーの一部を上方から見た上面図である。FIG. 3 is a top view of a part of the cover shown in FIG. 3 as viewed from above. 一実施形態による、内カバーを単独で示す斜視図である。It is a perspective view which shows the inner cover alone by one Embodiment.

以下に、本発明に係る造形物を製造するためのＡＭ装置の実施形態を添付図面とともに説明する。添付図面において、同一または類似の要素には同一または類似の参照符号が付され、各実施形態の説明において同一または類似の要素に関する重複する説明は省略することがある。また、各実施形態で示される特徴は、互いに矛盾しない限り他の実施形態にも適用可能である。 Hereinafter, embodiments of an AM device for manufacturing a model according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In the accompanying drawings, the same or similar elements are designated by the same or similar reference numerals, and duplicate description of the same or similar elements may be omitted in the description of each embodiment. In addition, the features shown in each embodiment can be applied to other embodiments as long as they do not contradict each other.

図１は、一実施形態による、造形物を製造するためのＡＭ装置を概略的に示す図である。図１に示されるように、ＡＭ装置１００は、ベースプレート１０２を備える。ベースプレート１０２上に造形物Ｍが造形されることになる。ベースプレート１０２は、造形物Ｍを支持することができる任意の材料から形成されるプレートとすることができる。一実施形態において、ベースプレート１０２は、ＸＹステージ１０４の上に配置される。ＸＹステージ１０４は、水平面内で直交する二方向（ｘ方向、ｙ方向）に移動可能なステージ１０４である。なお、ＸＹステージ１０４は、高さ方向（ｚ方向）に移動可能なリフト機構に連結されていてもよい。また、一実施形態においては、ＸＹステージ１０４はなくてもよい。 FIG. 1 is a diagram schematically showing an AM device for manufacturing a modeled object according to one embodiment. As shown in FIG. 1, the AM device 100 includes a base plate 102. The modeled object M will be modeled on the base plate 102. The base plate 102 can be a plate made of any material that can support the model M. In one embodiment, the base plate 102 is placed on top of the XY stage 104. The XY stage 104 is a stage 104 that can move in two directions (x direction and y direction) that are orthogonal to each other in the horizontal plane. The XY stage 104 may be connected to a lift mechanism that can move in the height direction (z direction). Further, in one embodiment, the XY stage 104 may not be provided.

一実施形態において、図１に示されるように、ＡＭ装置１００は、ＤＥＤヘッド２００を備える。ＤＥＤヘッド２００は、レーザー源２０２、材料粉体源２０４、およびガス源２０６に接続されている。ＤＥＤヘッド２００は、ＤＥＤノズル２５０を有する。ＤＥＤノズル２５０は、レーザー源２０２、材料粉体源２０４、およびガス源２０６からのレーザー、材料粉体、およびガスを噴射するように構成される。一実施形態において、図１に示されるようにＤＥＤノズル２５０には、カバー３００が取り付けられている。カバー３００は、ＤＥＤノズル２５０の噴射口の周りを囲うように構成されている。 In one embodiment, as shown in FIG. 1, the AM device 100 comprises a DED head 200. The DED head 200 is connected to a laser source 202, a material powder source 204, and a gas source 206. The DED head 200 has a DED nozzle 250. The DED nozzle 250 is configured to eject a laser, material powder, and gas from a laser source 202, a material powder source 204, and a gas source 206. In one embodiment, a cover 300 is attached to the DED nozzle 250 as shown in FIG. The cover 300 is configured to surround the injection port of the DED nozzle 250.

ＤＥＤヘッド２００は任意のものとすることができ、たとえば公知のＤＥＤヘッドを使用することができる。ＤＥＤヘッド２００は、移動機構２２０に連結されており、移動可能に構成される。移動機構２２０は、任意のものとすることができ、たとえば、レールなどの特定の軸に沿ってＤＥＤヘッド２００を移動可能なものとしてもよく、あるいは、任意の位置および向きにＤＥＤヘッド２００を移動させることができるロボットから構成されてもよい。一実施形態として、移動機構２２０は、直交する３軸に沿ってＤＥＤヘッド２００を移動可能に構成することができる。 The DED head 200 can be arbitrary, for example, a known DED head can be used. The DED head 200 is connected to the moving mechanism 220 and is configured to be movable. The moving mechanism 220 can be arbitrary, for example, the DED head 200 may be movable along a specific axis such as a rail, or the DED head 200 may be moved to an arbitrary position and direction. It may be composed of a robot that can be made to. In one embodiment, the moving mechanism 220 can be configured to move the DED head 200 along three orthogonal axes.

一実施形態によるＡＭ装置１００は、図１に示されるように制御装置１７０を有する。制御装置１７０は、ＡＭ装置１００の各種の動作機構、たとえば上述のＤＥＤヘッド２００や各種の動作機構などの動作を制御するように構成される。制御装置１７０は、一般的なコンピュータまたは専用コンピュータから構成することができる。 The AM device 100 according to one embodiment has a control device 170 as shown in FIG. The control device 170 is configured to control the operation of various operation mechanisms of the AM device 100, such as the above-mentioned DED head 200 and various operation mechanisms. The control device 170 can be composed of a general computer or a dedicated computer.

図２は一実施形態によるＤＥＤノズル２５０の断面を概略的に示す図である。図示の実施形態によるＤＥＤノズル２５０は、全体として切頭円錐形状のＤＥＤノズル本体２５９を備える。図示の実施形態によるＤＥＤノズル２５０は、ＤＥＤノズル本体２５９の中心にレーザー２５１が通過するレーザー通路２５２を備える。レーザー通路２５２を通ったレーザーは、ＤＥＤノズル本体２５９のレーザー口２５２ａから放出される。また、ＤＥＤノズル本体２５９は、レーザー通路２５２の外側に、材料粉体および材料粉体を輸送す
るためのキャリアガスが通過する粉体通路２５４を備える。粉体通路２５４を通った材料粉体は粉体口２５４ａから放出される。さらに、ＤＥＤノズル本体２５９は、粉体通路２５４の外側に、シールドガスが通過するシールドガス通路２５６を備える。シールドガス通路２５６を通ったシールドガスは、ガス口２５６ａから放出される。 FIG. 2 is a diagram schematically showing a cross section of the DED nozzle 250 according to the embodiment. The DED nozzle 250 according to the illustrated embodiment includes a DED nozzle main body 259 having a truncated cone shape as a whole. The DED nozzle 250 according to the illustrated embodiment includes a laser passage 252 through which the laser 251 passes at the center of the DED nozzle main body 259. The laser that has passed through the laser passage 252 is emitted from the laser port 252a of the DED nozzle main body 259. Further, the DED nozzle main body 259 includes a powder passage 254 on the outside of the laser passage 252 through which the material powder and the carrier gas for transporting the material powder pass. The material powder that has passed through the powder passage 254 is discharged from the powder port 254a. Further, the DED nozzle main body 259 includes a shield gas passage 256 through which the shield gas passes outside the powder passage 254. The shield gas that has passed through the shield gas passage 256 is discharged from the gas port 256a.

粉体通路２５４は、ＤＥＤノズル２５０から排出される材料粉体がレーザー２５１の集光点２５１ａと実質的に同一の位置に収束するように構成される。なお、図２において材料粉体およびキャリアガスの流れは破線で示されている。キャリアガスは、たとえばアルゴンガスや窒素ガスなどの不活性ガスとすることができる。キャリアガスとして、空気より重いアルゴンガスを使用することがより望ましい。なお、キャリアガスに不活性ガスを用いることで、材料粉体が溶融して形成される溶融池を不活性ガスで覆うことで酸化を防止することができる。ただし、粉体口２５４ａから放出されるキャリアガスの流れにより、その外側の空気が巻き込まれることがある。そこで、図２に示されるＤＥＤノズル２５０は、粉体材料およびキャリアガスが排出される粉体通路２５４の外側に配置されたシールドガス通路２５６からシールドガスを低速で供給することで、周囲の空気が巻き込まれることを防止することができる。キャリアガスにより周囲の空気（特に酸素）が巻き込まれることを防止することで、造形時に金属酸化膜が生成されることを抑制でき、また、濡れ性の良い溶融池を形成することができる。図２において、シールドガスの流れは矢印で示されている。なお、シールドガスは、キャリアガスと同一の種類のガスとすることができる。 The powder passage 254 is configured such that the material powder discharged from the DED nozzle 250 converges at substantially the same position as the condensing point 251a of the laser 251. In FIG. 2, the flow of the material powder and the carrier gas is shown by a broken line. The carrier gas can be an inert gas such as argon gas or nitrogen gas. It is more desirable to use argon gas, which is heavier than air, as the carrier gas. By using an inert gas as the carrier gas, oxidation can be prevented by covering the molten pool formed by melting the material powder with the inert gas. However, the air outside the carrier gas may be entrained by the flow of the carrier gas discharged from the powder port 254a. Therefore, the DED nozzle 250 shown in FIG. 2 supplies the shield gas from the shield gas passage 256 arranged outside the powder passage 254 from which the powder material and the carrier gas are discharged at a low speed to provide the surrounding air. Can be prevented from being caught. By preventing the surrounding air (particularly oxygen) from being entrained by the carrier gas, it is possible to suppress the formation of a metal oxide film during molding, and it is possible to form a molten pool having good wettability. In FIG. 2, the flow of the shield gas is indicated by an arrow. The shield gas can be the same type of gas as the carrier gas.

図３は、一実施形態によるＤＥＤノズル２５０に取り付けられるカバー３００の断面を概略的に示す図である。図４は、図３に示されるカバー３００を斜め上方から見た斜視図である。図５は、図３に示されるカバー３００の一部を上方から見た上面図である。 FIG. 3 is a diagram schematically showing a cross section of a cover 300 attached to the DED nozzle 250 according to the embodiment. FIG. 4 is a perspective view of the cover 300 shown in FIG. 3 as viewed from diagonally above. FIG. 5 is a top view of a part of the cover 300 shown in FIG. 3 as viewed from above.

図３、４に示されるように、カバー３００は、内カバー３０２および外カバー３０４を備える。内カバー３０２は略円筒形状である、内カバー３０２は下側が開放されている。内カバー３０２は、ＤＥＤノズル２５０のレーザー口２５２ａ、粉体口２５４ａ、ガス口２５６ａを囲うように配置されている。外カバー３０４は、間隔をあけて内カバー３０２を囲うように配置されており、内カバー３０２よりも径の大きな略円筒形状である。外カバー３０４も内カバー３０２と同様に下側が開放されている。 As shown in FIGS. 3 and 4, the cover 300 includes an inner cover 302 and an outer cover 304. The inner cover 302 has a substantially cylindrical shape, and the lower side of the inner cover 302 is open. The inner cover 302 is arranged so as to surround the laser port 252a, the powder port 254a, and the gas port 256a of the DED nozzle 250. The outer cover 304 is arranged so as to surround the inner cover 302 at intervals, and has a substantially cylindrical shape having a diameter larger than that of the inner cover 302. The lower side of the outer cover 304 is open as well as the inner cover 302.

内カバー３０２と外カバー３０４とは、連結部材３０６により連結される。連結部材３０６は、内カバー３０２から外側に延びる突起である。かかる突起が外カバー３０４に形成される凹部に嵌合することで内カバー３０２と外カバー３０４とが連結される。 The inner cover 302 and the outer cover 304 are connected by a connecting member 306. The connecting member 306 is a protrusion extending outward from the inner cover 302. The inner cover 302 and the outer cover 304 are connected by fitting the protrusion into the recess formed in the outer cover 304.

図３に示される実施形態において、カバー３００は、第１上カバー３１０および第２上カバー３１２を備える。第１上カバー３１０は、内カバー３０２の上端部に連結されている。なお、内カバー３０２と第１上カバー３１０とは一体的な構造物としてもよく、別部材として形成したものを連結させたものでもよい。第２上カバー３１２は、第１上カバー３１０の上方に配置されている。 In the embodiment shown in FIG. 3, the cover 300 includes a first top cover 310 and a second top cover 312. The first upper cover 310 is connected to the upper end portion of the inner cover 302. The inner cover 302 and the first upper cover 310 may be an integral structure, or may be formed by connecting the inner cover 302 and the first upper cover 310 as separate members. The second upper cover 312 is arranged above the first upper cover 310.

第１上カバー３１０および第２上カバー３１２は、ＤＥＤノズル２５０のノズル本体２５９が通るための中心孔３２０を備える。図３に示されるように、中心孔３２０は、ノズル本体２５９の直径よりも大きく、ノズル本体２５９の側面は、第１上カバー３１０および第２上カバー３１２に接触しない。図３に示されるように、ノズル本体２５９の肩部２５７を第２上カバー３１２に係合させることで、ノズル本体２５９の側面を第１上カバー３１０および第２上カバー３１２に接触させずに、ＤＥＤノズル２５０の先端がカバー３００の内側に配置されるようにカバー３００をＤＥＤノズル２５０に位置決めすることができる。 The first upper cover 310 and the second upper cover 312 include a central hole 320 through which the nozzle body 259 of the DED nozzle 250 passes. As shown in FIG. 3, the center hole 320 is larger than the diameter of the nozzle body 259, and the side surface of the nozzle body 259 does not contact the first upper cover 310 and the second upper cover 312. As shown in FIG. 3, by engaging the shoulder portion 257 of the nozzle body 259 with the second upper cover 312, the side surface of the nozzle body 259 does not come into contact with the first upper cover 310 and the second upper cover 312. , The cover 300 can be positioned on the DED nozzle 250 so that the tip of the DED nozzle 250 is located inside the cover 300.

第１上カバー３１０と第２上カバー３１２との間には、ガス供給路３１４が画定されている。第２上カバー３１２には、ガス供給路３１４にパージガスを供給するためのガス供給口３１６が設けられている。ガス供給口３１６は、第２上カバー３１２の外側付近、すなわち内カバー３０２の近くに配置されている。ガス供給口３１６から供給されたパージガスは、ガス供給路３１４を通って全体としてＤＥＤノズル２５０の方に向かって流れる。上述のように、第１上カバー３１０および第２上カバー３１２の中心孔３２０とノズル本体２５９の側面との間は隙間があるので、ガス供給路３１４を通ったパージガスはノズル本体２５９の側面に向けて供給され、また、内カバー３０２および第１上カバー３１０で囲まれる空間内にパージガスが供給される。 A gas supply path 314 is defined between the first upper cover 310 and the second upper cover 312. The second upper cover 312 is provided with a gas supply port 316 for supplying purge gas to the gas supply path 314. The gas supply port 316 is arranged near the outside of the second upper cover 312, that is, near the inner cover 302. The purge gas supplied from the gas supply port 316 flows through the gas supply path 314 toward the DED nozzle 250 as a whole. As described above, since there is a gap between the center hole 320 of the first upper cover 310 and the second upper cover 312 and the side surface of the nozzle body 259, the purge gas that has passed through the gas supply path 314 is on the side surface of the nozzle body 259. Purge gas is supplied to the space surrounded by the inner cover 302 and the first upper cover 310.

なお、ガス供給口３１６から供給されるパージガスは、たとえばアルゴンガスや窒素ガスなどの不活性ガスとすることができる。パージガスは、空気より重いアルゴンガスを使用することがより望ましい。ガス供給口３１６から供給されるパージガスとして、上述のキャリアガスおよびシールドガスと同一の種類のガスを使用することができる。 The purge gas supplied from the gas supply port 316 can be an inert gas such as argon gas or nitrogen gas. It is more desirable to use argon gas, which is heavier than air, as the purge gas. As the purge gas supplied from the gas supply port 316, the same type of gas as the carrier gas and the shield gas described above can be used.

一実施形態において、ガス供給路３１４はラティス構造層３３０を含む。一実施形態において、ラティス構造層３３０は、ガス供給路３１４に配置される複数の柱３３２を備える。図３に示される実施形態において、複数の柱３３２は、第１上カバー３１０から第２上カバーに向けて延びる円柱形状の柱３３２である。一実施形態において、複数の柱３３２を備える第１上カバー３１０は、ＡＭ法あるいは他の任意の方法により造形される。また、一実施形態において、複数の柱３３２を備える第２上カバー３１２をＡＭ法あるいは他の任意の方法により造形してもよい。あるいは、複数の柱３３２を備えるラティス構造層３３０を、第１上カバー３１０および第２上カバー３１２とは別の部材としてＡＭ法を含む任意の方法で造形してもよい。 In one embodiment, the gas supply path 314 includes a lattice structural layer 330. In one embodiment, the lattice structure layer 330 comprises a plurality of columns 332 arranged in the gas supply path 314. In the embodiment shown in FIG. 3, the plurality of columns 332 are columnar columns 332 extending from the first upper cover 310 toward the second upper cover. In one embodiment, the first cover 310 with the plurality of pillars 332 is modeled by the AM method or any other method. Further, in one embodiment, the second upper cover 312 including the plurality of pillars 332 may be formed by the AM method or any other method. Alternatively, the lattice structure layer 330 including the plurality of columns 332 may be formed by any method including the AM method as a member different from the first upper cover 310 and the second upper cover 312.

一実施形態において、複数の柱３３２は、ガス供給路３１４の入り口側では疎に、出口側では密になるように配置されている。たとえば、図５に示されるように、半径方向に並ぶ複数の柱３３２の列を多数設けることで、ガス供給路３１４の出口側となる半径方向内側で柱３３２が密となり、ガス供給口３１６が配置されている半径方向外側で柱３３２が疎となる構造とすることができる。図５に示される実施形態において、柱３３２の断面は円形であるが、他の実施形態として、柱３３２の断面形状は四角形や三角形などの多角形、あるいは十字形など任意の形状とすることができる。 In one embodiment, the plurality of pillars 332 are arranged so as to be sparse on the inlet side of the gas supply path 314 and dense on the outlet side. For example, as shown in FIG. 5, by providing a large number of rows of a plurality of pillars 332 arranged in the radial direction, the pillars 332 become dense inside the radial direction on the outlet side of the gas supply path 314, and the gas supply port 316 becomes dense. It is possible to have a structure in which the columns 332 are sparse on the outer side in the radial direction in which they are arranged. In the embodiment shown in FIG. 5, the cross section of the pillar 332 is circular, but as another embodiment, the cross-sectional shape of the pillar 332 may be a polygon such as a quadrangle or a triangle, or an arbitrary shape such as a cross. can.

上述の実施形態において、ガス供給路３１４はラティス構造層３３０を含むので、ガス供給口３１６から供給されたパージガスは、ラティス構造層３３０においてパージガスが拡散されながらガス供給路３１４を通り、第１上カバー３１０および第２上カバー３１２の中心孔３２０からＤＥＤノズル２５０に向けて緩やかに供給される。そのため、パージガスの流速を適度に低減しながら、カバー３００により造形場所の酸素濃度を下げることができる。 In the above-described embodiment, since the gas supply path 314 includes the lattice structure layer 330, the purge gas supplied from the gas supply port 316 passes through the gas supply path 314 while the purge gas is diffused in the lattice structure layer 330, and is above the first. It is slowly supplied from the center hole 320 of the cover 310 and the second upper cover 312 toward the DED nozzle 250. Therefore, the oxygen concentration at the modeling site can be reduced by the cover 300 while appropriately reducing the flow velocity of the purge gas.

一実施形態において、カバー３００は、カバー３００を冷却するための冷却機構を備える。図６は、内カバー３０２を単独で示す斜視図である。一実施形態において、図３に示されるように、内カバー３０２は、内部に冷媒を流すための冷媒通路３４０を備える。冷媒通路３４０は、円筒形の内カバー３０２を円周方向に延びる。また、カバー３００は、冷媒通路３４０に冷媒を供給するための冷媒供給口３４２を備える。図３に示される実施形態において、冷媒供給口３４２は、上述した内カバー３０２と外カバー３０４とを連結する連結部材３０６の１つに形成された開口とすることができる。また、内カバー３０２は、冷媒通路３４０から冷媒を排出するための冷媒排出口３４４を備える。図６に示される実施形態において、冷媒排出口３４４は、内カバー３０２の上端に形成されている。 In one embodiment, the cover 300 comprises a cooling mechanism for cooling the cover 300. FIG. 6 is a perspective view showing the inner cover 302 alone. In one embodiment, as shown in FIG. 3, the inner cover 302 includes a refrigerant passage 340 for allowing the refrigerant to flow inside. The refrigerant passage 340 extends a cylindrical inner cover 302 in the circumferential direction. Further, the cover 300 includes a refrigerant supply port 342 for supplying the refrigerant to the refrigerant passage 340. In the embodiment shown in FIG. 3, the refrigerant supply port 342 can be an opening formed in one of the connecting members 306 that connects the inner cover 302 and the outer cover 304 described above. Further, the inner cover 302 includes a refrigerant discharge port 344 for discharging the refrigerant from the refrigerant passage 340. In the embodiment shown in FIG. 6, the refrigerant discharge port 344 is formed at the upper end of the inner cover 302.

冷媒供給口３４２および冷媒排出口３４４は、図示しない熱交換機やポンプなどを備える冷媒供給ラインに連結される。冷媒供給口３４２から供給された冷媒は、内カバー３０２に形成され冷媒通路３４０を通って冷媒排出口３４４から排出される。冷媒通路３４０を通る冷媒により、内カバー３０２は冷却される。 The refrigerant supply port 342 and the refrigerant discharge port 344 are connected to a refrigerant supply line provided with a heat exchanger, a pump, or the like (not shown). The refrigerant supplied from the refrigerant supply port 342 is formed in the inner cover 302, passes through the refrigerant passage 340, and is discharged from the refrigerant discharge port 344. The inner cover 302 is cooled by the refrigerant passing through the refrigerant passage 340.

カバー３００を備えるＤＥＤノズル２５０を使用して造形を行う場合、造形対象物Ｍへ照射したレーザーの反射エネルギーは、ＤＥＤノズル２５０およびカバー３００、特に内カバー３０２で受けることになる。また、カバー３００内を不活性ガスでパージするので、カバー３００内におけるＤＥＤノズル２５０の周囲においてガスの流れが緩やかになる。そのため、造形時にＤＥＤノズル２５０やカバー３００の温度が上昇しやすく、造形を不安定にすることがある。上述の実施形態のように、カバー３００に冷却機構を設けることで、造形時にＤＥＤノズル２５０やカバー３００の温度上昇を抑制することができる。なお、冷媒としては、たとえば純水やその他の液体を使用することができる。 When modeling is performed using the DED nozzle 250 provided with the cover 300, the reflected energy of the laser irradiated to the modeling object M is received by the DED nozzle 250 and the cover 300, particularly the inner cover 302. Further, since the inside of the cover 300 is purged with the inert gas, the gas flow becomes gentle around the DED nozzle 250 in the cover 300. Therefore, the temperature of the DED nozzle 250 and the cover 300 tends to rise during modeling, which may make the modeling unstable. By providing the cover 300 with a cooling mechanism as in the above-described embodiment, it is possible to suppress the temperature rise of the DED nozzle 250 and the cover 300 at the time of modeling. As the refrigerant, for example, pure water or other liquid can be used.

一実施形態において、冷媒通路３４０の壁面に凹凸を設けるようにしてもよい。冷媒通路の壁面に凹凸を設けることで、冷媒による熱交換面積を大きくすることができ、冷媒の利用効率を高めることができる。また、一実施形態において、冷媒通路３４０は、ラティス構造を備えるものとしてもよい。ラティス構造は、冷媒通路３４０内の熱交換面積を大きくできるものであればよく、たとえば冷媒通路３４０内に配置される複数の柱構造としてもよいし、冷媒通路３４０の内部をメッシュ構造となるようにしてもよい。 In one embodiment, the wall surface of the refrigerant passage 340 may be provided with irregularities. By providing unevenness on the wall surface of the refrigerant passage, the heat exchange area by the refrigerant can be increased, and the utilization efficiency of the refrigerant can be improved. Further, in one embodiment, the refrigerant passage 340 may be provided with a lattice structure. The lattice structure may be any structure as long as it can increase the heat exchange area in the refrigerant passage 340. For example, it may be a plurality of pillar structures arranged in the refrigerant passage 340, or the inside of the refrigerant passage 340 may have a mesh structure. You may do it.

一実施形態において、冷媒通路３４０を備える内カバー３０２は、任意の金属またはプラスチック等の材料からＡＭ法またはその他の任意の方法で製造することができる。 In one embodiment, the inner cover 302 comprising the refrigerant passage 340 can be manufactured from any material such as metal or plastic by the AM method or any other method.

また、一実施形態において、冷却機構は、冷媒および冷媒通路を使用せずに、ペルチェ素子などの冷却素子を使用してもよい。たとえば、ペルチェ素子を内カバー３０２やＤＥＤノズル２５０に取り付けてもよい。 Further, in one embodiment, the cooling mechanism may use a cooling element such as a Pelche element without using a refrigerant and a refrigerant passage. For example, the Pelche element may be attached to the inner cover 302 or the DED nozzle 250.

一実施形態において、ＤＥＤノズル２５０あるいは内カバー３０２に温度計を設けてもよい。一実施形態において、温度計で測定した温度に応じて冷却機構を制御するようにすることで、ＤＥＤノズル２５０または内カバー３０２の温度を一定に維持することができる。 In one embodiment, the DED nozzle 250 or the inner cover 302 may be provided with a thermometer. In one embodiment, the temperature of the DED nozzle 250 or the inner cover 302 can be kept constant by controlling the cooling mechanism according to the temperature measured by the thermometer.

上述の実施形態から少なくとも以下の技術的思想が把握される。
［形態１］造形物を製造するためのＡＭ装置が提供され、前記ＡＭ装置は、ＤＥＤノズルを有し、前記ＤＥＤノズルは、ＤＥＤノズル本体と、前記ＤＥＤノズル本体の先端に設けられたレーザー光を出射するためのレーザー口、および前記レーザー口に連通する、前記ＤＥＤノズル本体内をレーザー光が通過するためのレーザー通路と、前記ＤＥＤノズル本体の先端に設けられた粉体材料を出射するための粉体口、および前記粉体口に連通する、前記ＤＥＤノズル本体内を粉体材料が通過するための粉体通路と、を有し、前記ＡＭ装置はさらに、前記ＤＥＤノズルの前記レーザー口および前記粉体口の周囲を囲い、且つ、前記レーザー光の出射方向の下流側が開口しているカバーを有し、前記カバーは、前記カバーの内側へガスを供給するためのガス供給路を有し、前記ガス供給路は、全体として前記ＤＥＤノズル本体に向かってガスを導くように向き決めされており、前記ガス供給路は、ラティス構造層を含む。 At least the following technical ideas are grasped from the above-described embodiment.
[Form 1] An AM device for manufacturing a modeled object is provided, the AM device has a DED nozzle, and the DED nozzle is a DED nozzle main body and a laser beam provided at the tip of the DED nozzle main body. To emit a laser port for emitting gas, a laser path communicating with the laser port for passing laser light through the DED nozzle body, and a powder material provided at the tip of the DED nozzle body. The AM apparatus further comprises the powder port of the DED nozzle and a powder passage for the powder material to pass through the DED nozzle main body, which communicates with the powder port of the DED nozzle. And has a cover that surrounds the powder mouth and is open on the downstream side in the emission direction of the laser beam, and the cover has a gas supply path for supplying gas to the inside of the cover. However, the gas supply path is oriented so as to guide the gas toward the DED nozzle main body as a whole, and the gas supply path includes a lattice structure layer.

［形態２］形態２によれば、形態１によるＡＭ装置において、前記ラティス構造層は、複数の柱構造を含む。 [Form 2] According to Form 2, in the AM apparatus according to Form 1, the lattice structure layer includes a plurality of pillar structures.

［形態３］形態３によれば、形態２によるＡＭ装置であって、前記ラティス構造層は、複数の柱構造は、前記ガス供給路の入り口側では疎に、出口側では密になるように配置されている。 [Form 3] According to Form 3, in the AM device according to Form 2, the lattice structure layer has a plurality of pillar structures sparsely on the inlet side of the gas supply path and densely arranged on the outlet side. Have been placed.

［形態４］形態４によれば、造形物を製造するためのＡＭ装置が提供され、前記ＡＭ装置は、ＤＥＤノズルを有し、前記ＤＥＤノズルは、ＤＥＤノズル本体と、前記ＤＥＤノズル本体の先端に設けられたレーザー光を出射するためのレーザー口、および前記レーザー口に連通する、前記ＤＥＤノズル本体内をレーザー光が通過するためのレーザー通路と、前記ＤＥＤノズル本体の先端に設けられた粉体材料を出射するための粉体口、および前記粉体口に連通する、前記ＤＥＤノズル本体内を粉体材料が通過するための粉体通路と、を有し、前記ＡＭ装置はさらに、前記ＤＥＤノズルの前記レーザー口および前記粉体口の周囲を囲い、且つ、前記レーザー光の出射方向の下流側が開口しているカバーを有し、前記カバーは、前記カバーの内側へガスを供給するためのガス供給路を有し、前記ガス供給路は、全体として前記ＤＥＤノズル本体に向かってガスを導くように向き決めされており、前記カバーは、前記カバーを冷却するための冷却機構を有する。 [Form 4] According to Form 4, an AM device for manufacturing a modeled object is provided, the AM device has a DED nozzle, and the DED nozzle is a DED nozzle main body and a tip of the DED nozzle main body. A laser port for emitting laser light provided in the above, a laser passage communicating with the laser port for passing the laser light through the inside of the DED nozzle body, and powder provided at the tip of the DED nozzle body. The AM apparatus further comprises a powder port for ejecting the body material and a powder passage for the powder material to pass through the DED nozzle body communicating with the powder port. It has a cover that surrounds the laser port and the powder port of the DED nozzle and is open on the downstream side in the emission direction of the laser light, and the cover is for supplying gas to the inside of the cover. The gas supply path is oriented so as to guide the gas toward the DED nozzle body as a whole, and the cover has a cooling mechanism for cooling the cover.

［形態５］形態５によれば、形態４によるＡＭ装置において、前記カバーの前記冷却機構は、冷媒を通過させるための冷媒通路を有する。 [Form 5] According to Form 5, in the AM device according to Form 4, the cooling mechanism of the cover has a refrigerant passage for passing the refrigerant.

［形態６］形態６によれば、形態５によるＡＭ装置において、前記冷媒通路は、前記カバーの側壁に形成されている。 [Form 6] According to Form 6, in the AM device according to Form 5, the refrigerant passage is formed on the side wall of the cover.

［形態７］形態７によれば、形態５または６によるＡＭ装置において、前記冷媒通路は、前記冷媒通路の表面に凹凸構造を有する。 [Form 7] According to Form 7, in the AM device according to Form 5 or 6, the refrigerant passage has an uneven structure on the surface of the refrigerant passage.

［形態８］形態８によれば、形態５から形態７のいずれか１つの形態によるＡＭ装置において、前記冷媒通路は、ラティス構造を有する。 [Form 8] According to the form 8, in the AM device according to any one of the forms 5 to 7, the refrigerant passage has a lattice structure.

［形態９］形態９によれば、形態４から形態８のいずれか１つの形態によるＡＭ装置において、前記カバーの前記冷却機構は、ペルチェ素子を有する。 [Form 9] According to the form 9, in the AM device according to any one of the forms 4 to 8, the cooling mechanism of the cover has a Pelche element.

１００…ＡＭ装置
１７０…制御装置
２００…ＤＥＤヘッド
２０２…レーザー源
２０４…材料粉体源
２０６…ガス源
２５０…ＤＥＤノズル
２５２…レーザー通路
２５４…粉体通路
２５６…シールドガス通路
２５７…肩部
２５９…ノズル本体
３００…カバー
３０２…内カバー
３０４…外カバー
３０６…連結部材
３１０…第１上カバー
３１２…第２上カバー
３１４…ガス供給路
３１６…ガス供給口
３２０…中心孔
３３０…ラティス構造層
３３２…柱
３４０…冷媒通路
３４２…冷媒供給口
３４４…冷媒排出口
Ｍ…造形対象物 100 ... AM device 170 ... Control device 200 ... DED head 202 ... Laser source 204 ... Material powder source 206 ... Gas source 250 ... DED nozzle 252 ... Laser passage 254 ... Powder passage 256 ... Shielded gas passage 257 ... Shoulder 259 ... Nozzle body 300 ... Cover 302 ... Inner cover 304 ... Outer cover 306 ... Connecting member 310 ... First upper cover 312 ... Second upper cover 314 ... Gas supply path 316 ... Gas supply port 320 ... Center hole 330 ... Lattice structural layer 332 ... Pillar 340 ... Refrigerant passage 342 ... Refrigerant supply port 344 ... Refrigerant discharge port M ... Object to be modeled

Claims (9)

造形物を製造するためのＡＭ装置であって、前記ＡＭ装置は、
ＤＥＤノズルを有し、前記ＤＥＤノズルは、
ＤＥＤノズル本体と、
前記ＤＥＤノズル本体の先端に設けられたレーザー光を出射するためのレーザー口、および前記レーザー口に連通する、前記ＤＥＤノズル本体内をレーザー光が通過するためのレーザー通路と、
前記ＤＥＤノズル本体の先端に設けられた粉体材料を出射するための粉体口、および前記粉体口に連通する、前記ＤＥＤノズル本体内を粉体材料が通過するための粉体通路と、を有し、
前記ＡＭ装置はさらに、前記ＤＥＤノズルの前記レーザー口および前記粉体口の周囲を囲い、且つ、前記レーザー光の出射方向の下流側が開口しているカバーを有し、
前記カバーは、前記カバーの内側へガスを供給するためのガス供給路を有し、前記ガス供給路は、全体として前記ＤＥＤノズル本体に向かってガスを導くように向き決めされており、前記ガス供給路は、ラティス構造層を含む、
ＡＭ装置。 An AM device for manufacturing a modeled object, and the AM device is
It has a DED nozzle, and the DED nozzle has a DED nozzle.
DED nozzle body and
A laser port provided at the tip of the DED nozzle body for emitting laser light, and a laser path communicating with the laser port for passing the laser light inside the DED nozzle body.
A powder port provided at the tip of the DED nozzle body for ejecting the powder material, and a powder passage communicating with the powder port for the powder material to pass through the DED nozzle body. Have,
The AM device further has a cover that surrounds the laser port and the powder port of the DED nozzle and is open on the downstream side in the emission direction of the laser light.
The cover has a gas supply path for supplying gas to the inside of the cover, and the gas supply path is oriented so as to guide the gas toward the DED nozzle main body as a whole. Supply channels include lattice structural layers,
AM device. 請求項１に記載のＡＭ装置であって、
前記ラティス構造層は、複数の柱構造を含む、
ＡＭ装置。 The AM device according to claim 1.
The lattice structural layer comprises a plurality of column structures.
AM device. 請求項２に記載のＡＭ装置であって、
前記ラティス構造層は、複数の柱構造は、前記ガス供給路の入り口側では疎に、出口側では密になるように配置されている、
ＡＭ装置。 The AM device according to claim 2.
In the lattice structure layer, the plurality of pillar structures are arranged so as to be sparse on the inlet side of the gas supply path and dense on the outlet side.
AM device. 造形物を製造するためのＡＭ装置であって、前記ＡＭ装置は、
ＤＥＤノズルを有し、前記ＤＥＤノズルは、
ＤＥＤノズル本体と、
前記ＤＥＤノズル本体の先端に設けられたレーザー光を出射するためのレーザー口、および前記レーザー口に連通する、前記ＤＥＤノズル本体内をレーザー光が通過するためのレーザー通路と、
前記ＤＥＤノズル本体の先端に設けられた粉体材料を出射するための粉体口、および前記粉体口に連通する、前記ＤＥＤノズル本体内を粉体材料が通過するための粉体通路と、を有し、
前記ＡＭ装置はさらに、前記ＤＥＤノズルの前記レーザー口および前記粉体口の周囲を囲い、且つ、前記レーザー光の出射方向の下流側が開口しているカバーを有し、
前記カバーは、前記カバーの内側へガスを供給するためのガス供給路を有し、前記ガス供給路は、全体として前記ＤＥＤノズル本体に向かってガスを導くように向き決めされており、
前記カバーは、前記カバーを冷却するための冷却機構を有する、
ＡＭ装置。 An AM device for manufacturing a modeled object, and the AM device is
It has a DED nozzle, and the DED nozzle has a DED nozzle.
DED nozzle body and
A laser port provided at the tip of the DED nozzle body for emitting laser light, and a laser path communicating with the laser port for passing the laser light inside the DED nozzle body.
A powder port provided at the tip of the DED nozzle body for ejecting the powder material, and a powder passage communicating with the powder port for the powder material to pass through the DED nozzle body. Have,
The AM device further has a cover that surrounds the laser port and the powder port of the DED nozzle and is open on the downstream side in the emission direction of the laser light.
The cover has a gas supply path for supplying gas to the inside of the cover, and the gas supply path is oriented so as to guide gas toward the DED nozzle main body as a whole.
The cover has a cooling mechanism for cooling the cover.
AM device. 請求項４に記載のＡＭ装置であって、
前記カバーの前記冷却機構は、冷媒を通過させるための冷媒通路を有する、
ＡＭ装置。 The AM device according to claim 4.
The cooling mechanism of the cover has a refrigerant passage for passing the refrigerant.
AM device. 請求項５に記載のＡＭ装置であって、
前記冷媒通路は、前記カバーの側壁に形成されている、
ＡＭ装置。 The AM device according to claim 5.
The refrigerant passage is formed on the side wall of the cover.
AM device. 請求項５または６に記載のＡＭ装置であって、
前記冷媒通路は、前記冷媒通路の表面に凹凸構造を有する、
ＡＭ装置。 The AM device according to claim 5 or 6, wherein the AM device is used.
The refrigerant passage has an uneven structure on the surface of the refrigerant passage.
AM device. 請求項５から７に記載のＡＭ装置であって、
前記冷媒通路は、ラティス構造を有する、
ＡＭ装置。 The AM device according to claims 5 to 7.
The refrigerant passage has a lattice structure.
AM device. 請求項４から８に記載のＡＭ装置であって、
前記カバーの前記冷却機構は、ペルチェ素子を有する、
ＡＭ装置。 The AM device according to claims 4 to 8.
The cooling mechanism of the cover has a Pelche element.
AM device.
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