JP5764751B2 - 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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Description
(i)粉末層の所定箇所に光ビームを照射して当該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、その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
をチャンバー内において繰り返して行う三次元形状造形物の製造方法であって、
チャンバーに設けられた光透過窓の下方空間領域を包囲する筒部材を設け、その筒部材の内部にチャンバー内雰囲気とは異なる温度または種類の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、
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、ならびに
粉末層形成手段および造形テーブルを内部に具備するチャンバー
を有して成り、
チャンバーに設けられた光透過窓の下方空間領域を包囲する筒部材、および、その筒部材の内部にチャンバー内雰囲気とは異なる温度または種類のガスを供給するための手段を更に有して成る。
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。説明の便宜上、材料粉末タンクから材料粉末を供給し、均し板を用いて材料粉末を均して粉末層を形成する態様を前提として粉末焼結積層法を説明する。また、粉末焼結積層法に際しては造形物の切削加工をも併せて行う複合加工の態様を例に挙げて説明する(つまり、図2(b)ではなく図2(a)に表す態様を前提とする)。図1,4および5には、粉末焼結積層法と切削加工とを実施できる光造形複合加工機の機能および構成が示されている。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内において上下に昇降する造形テーブル20」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「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1に示すように、「外周が壁26で囲まれた材料粉末タンク28内において上下に昇降する粉末テーブル25」と「造形プレート上に粉末層22を形成するための均し板23」とを主として有して成る。光ビーム照射手段3は、図4および図5に示すように、「光ビームL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レンズなどが具備されている。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(41a,41b)」とを主として有して成る(図4および図5参照)。
本発明は、上述した粉末焼結積層法のなかでも、特に光ビーム照射時の処理に特徴を有している。具体的には、光ビームの照射によって発生するヒュームの流れを“筒部材の内部のガス”によって、光透過窓から離れる方向へ導くことを特徴とする(図8参照)。これにより、チャンバー光透過窓の“曇り”を防止できると共に、“ヒュームによる光ビーム経路の遮り”を防止できる。
・高さ寸法L:5〜50mm(例えば10〜25mm)
・厚み寸法W:1〜50mm(例えば5〜15mm)
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2、図4および図5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、
金属粉末層および/または焼結層が形成されることになる造形テーブル20、ならびに
金属粉末層形成手段および造形テーブルを内部に具備するチャンバー50
を有して成り、
チャンバーに設けられた光透過窓の下方空間領域を包囲する筒部材80、および、その筒部材80の内部にチャンバー内雰囲気とは異なる温度または種類のガスを供給するための手段を更に有して成る。
最後に、本発明の技術的思想と本質的に異なるものであるが、特表平9−511693について付言しておく。特表平9−511693には「レーザー焼結を用いて物体を層状に製造するための装置」が開示されている。開示されている装置では、ビームを収束させるレンズに対して窒素を流している。特にレンズ表面全体に流れるように工夫を施しており、『筒部材の内部にチャンバー内雰囲気とは異なる温度または種類のガスを供給する』といった本発明の思想については開示も示唆もされていない点に留意されたい。
2 粉末層形成手段
3 光ビーム照射手段
4 切削手段
8 ヒューム
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
40 ミーリングヘッド
41 XY駆動機構
50 チャンバー
50a チャンバー壁面
50b チャンバーの上側内壁
52 光透過窓またはレンズ
70 環状ガス供給部材
71 ガス導入ライン
72 ガス吐出部
80 筒部材
90 低温ガス
93 低温ガスのための温調機
94a 低温ガス導入ライン
94b 低温ガス吐出部
96 軽ガス
97 軽ガスのための温調機
98a 軽ガス導入ライン
98b 軽ガス吐出部
99 ファン
L 光ビーム
Claims (10)
- (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
をチャンバー内において繰り返して行う三次元形状造形物の製造方法であって、
前記チャンバーに設けられた光透過窓の下方空間領域を包囲する筒部材を設け、該筒部材の内部にチャンバー内雰囲気とは異なる温度または種類のガスを供給することで、前記固化層を形成する工程において発生するヒュームを前記筒部材の水平方向外側へ移動させることを特徴とする、三次元形状造形物の製造方法。 - 前記チャンバー内雰囲気とは異なる温度または種類のガスとして、該チャンバー内雰囲気の温度よりも低温のガスを前記筒部材の内部に供給し、該低温のガスと該チャンバー内雰囲気との温度差に起因した自然対流によって該低温のガスを下方へと移動させ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。
- 前記チャンバー内雰囲気とは異なる温度または種類のガスとして、該チャンバー内雰囲気のガスよりも軽いガスを前記筒部材の内部に仕込み、該軽いガスを前記筒部材の内部に存在させた状態で前記固化層の形成を行うことを特徴とする、請求項1に記載の三次元形状造形物の製造方法。
- 前記軽いガスとしてアルゴンまたはヘリウムを用いることを特徴とする、請求項3に記載の三次元形状造形物の製造方法。
- 前記軽いガスとして前記チャンバー内雰囲気の温度よりも高温のガスを用いることを特徴とする、請求項3または4に記載の三次元形状造形物の製造方法。
- 前記筒部材の下端部を起点にガスを流すことによって環状ガス流れを付加的に形成することを特徴とする、請求項1〜5のいずれかに記載の三次元形状造形物の製造方法。
- 前記筒部材の前記下端部に環状ガス供給部材を設け、該環状ガス供給部材からガスを下方へと供給することによって前記環状ガス流れを形成す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方法。
- 前記チャンバーの内部に設けたファンを駆動することによって前記環状ガス流れを形成す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方法。
- 前記光ビームの照射時においてのみ前記環状ガス流れを形成することを特徴とする、請求項6〜8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、
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、ならびに
粉末層形成手段および造形テーブルを内部に具備するチャンバー
を有して成り、
前記チャンバーに設けられた光透過窓の下方空間領域を包囲する筒部材、および、該筒部材の内部にチャンバー内雰囲気とは異なる温度または種類のガスを供給することで、前記固化層を形成する際に発生するヒュームを前記筒部材の水平方向外側へ移動させる手段を更に有して成ることを特徴とする、三次元形状造形物の製造装置。
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