JP6811982B2 - Powder bed melt bonding device and powder bed melt bonding method - Google Patents

Powder bed melt bonding device and powder bed melt bonding method Download PDF

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Description

本発明は、粉末材料の薄層にエネルギービームを照射して３次元構造物を作製する粉末床溶融結合装置及び粉末床溶融結合方法に関する。 The present invention relates to a powder bed melt-bonding apparatus and a powder bed melt-bonding method for producing a three-dimensional structure by irradiating a thin layer of a powder material with an energy beam.

従来より、高温環境に置かれたり、高い強度が要求されたりするような用途の製品は鋳造や切削加工などにより製造されてきた。 Conventionally, products for applications that are placed in a high temperature environment or require high strength have been manufactured by casting or cutting.

これに対し、近年、試作品又は少量多品種の量産部品などを作製する新たな方法として、レーザ光等のエネルギービームを粉末材料の薄層に照射して焼結し、又は溶融して固化させ、これを積層して造形する粉末床溶融結合方法が研究及び開発されている。 On the other hand, in recent years, as a new method for producing prototypes or mass-produced parts with a small amount and various kinds, an energy beam such as a laser beam is irradiated to a thin layer of a powder material to be sintered, or melted and solidified. , A powder bed melt-bonding method for laminating and shaping this is being researched and developed.

粉末床溶融結合方法では、予め粉末材料を融点近くまで加熱した条件の下でエネルギービームを照射して造形を行う。その際に、造形物に温度勾配があると、熱膨張による反りやひずみが発生して造形物の品質が低下してしまう。 In the powder bed melt-bonding method, modeling is performed by irradiating an energy beam under the condition that the powder material is heated to near the melting point in advance. At that time, if the modeled object has a temperature gradient, warpage or strain due to thermal expansion occurs, and the quality of the modeled object deteriorates.

そのため、原料となる粉末材料の薄層の温度分布を精度よく測定し、これを制御することが求められる。 Therefore, it is required to accurately measure and control the temperature distribution of the thin layer of the powder material as a raw material.

そこで、従来の粉末床溶融結合装置では、粉末材料の薄層の上方に赤外輻射式の温度センサなどを設けて粉末材料の薄層の表面の温度を測定している。 Therefore, in the conventional powder bed fusion coupling device, an infrared radiation type temperature sensor or the like is provided above the thin layer of the powder material to measure the temperature of the surface of the thin layer of the powder material.

特開２０１５−３８２３７号公報JP-A-2015-38237

従来の粉末床溶融結合装置では、温度センサの測定領域にエネルギービームが照射されると、測定部位の温度が上昇してしまい、正確な温度分布を測定できなくなってしまう。 In the conventional powder bed fusion coupling device, when the measurement area of the temperature sensor is irradiated with the energy beam, the temperature of the measurement site rises, and it becomes impossible to measure the accurate temperature distribution.

このような問題を回避するために、予め造形物を形成してはいけない造形禁止領域を設定しておき、温度センサの測定領域をその造形禁止領域に配置する方法も提案されている。 In order to avoid such a problem, a method has been proposed in which a modeling prohibited area in which a modeled object should not be formed is set in advance, and the measurement area of the temperature sensor is arranged in the modeling prohibited area.

しかし、上記の方法では造形物を形成できない領域が発生するため、造形物の形状の自由度が低下してしまうという問題がある。 However, there is a problem that the degree of freedom in the shape of the modeled object is reduced because a region where the modeled object cannot be formed is generated by the above method.

そこで、造形禁止領域を設けることなく、粉末材料の薄層の温度をより正確に測定できる粉末床溶融結合装置及び粉末床溶融結合方法を提供することを目的とする。 Therefore, it is an object of the present invention to provide a powder bed melt-bonding apparatus and a powder bed melt-bonding method capable of more accurately measuring the temperature of a thin layer of a powder material without providing a modeling prohibited region.

下記開示の一観点によれば、粉末材料を収容する造形用容器と、前記粉末材料の表面の異なる部分の温度を検出する複数の温度センサと、エネルギービームの照射領域を表すスライスデータに基づいて前記粉末材料の表面にエネルギービームを照射して走査させるエネルギービーム源と、予め前記粉末材料を融点近くまで加熱した条件の下で前記エネルギービームを照射する際、前記温度センサの測定領域が前記エネルギービームの照射領域と重なる場合には、その測定データを破棄して、他の温度センサの測定データ又は過去の測定データであって前記エネルギービームの照射領域と重ならない測定データに基づいて当該破棄した測定データを補完する補完データを算出する温度解析部と、を備えた粉末床溶融結合装置が提供される。 According to one aspect of the disclosure below, it is based on a modeling container that houses the powder material, a plurality of temperature sensors that detect the temperature of different parts of the surface of the powder material, and slice data that represents the irradiation area of the energy beam. When the surface of the powder material is irradiated with the energy beam to scan the surface of the powder material and the energy beam is irradiated under the condition that the powder material is heated to near the melting point in advance , the measurement region of the temperature sensor is the energy. When it overlaps with the irradiation area of the beam, the measurement data is discarded, and the measurement data of another temperature sensor or the past measurement data that does not overlap with the irradiation area of the energy beam is discarded. A powder bed fusion coupling device including a temperature analysis unit for calculating complementary data that complements the measurement data is provided.

また、別の一観点によれば、粉末材料の薄層を溶融し、積層して３次元構造物を作製する粉末床溶融結合造形方法であって、エネルギービームの照射領域を表すスライスデータに基づいて前記粉末材料の表面にエネルギービームを照射して走査させるステップと、前記エネルギービームを走査させる間に、前記粉末材料の表面の異なる部分の温度を複数の温度センサで測定するステップと、前記温度センサの測定領域が前記エネルギービームの照射領域と重複するか否かを判断するステップと、予め前記粉末材料を融点近くまで加熱した条件の下で前記エネルギービームを照射する際、前記温度センサの測定領域が前記エネルギービームの照射領域と重なる場合には、その測定データを破棄して、他の温度センサの測定データ又は過去の測定データであって前記エネルギービームの照射領域と重ならない測定データに基づいて当該破棄した測定データを補完する補完データを算出するステップと、を有する粉末床溶融結合方法が提供される。 Further, according to another viewpoint, it is a powder bed fusion bonding modeling method in which a thin layer of a powder material is melted and laminated to produce a three-dimensional structure, based on slice data representing an irradiation region of an energy beam. A step of irradiating the surface of the powder material with an energy beam to scan the surface, a step of measuring the temperature of different parts of the surface of the powder material with a plurality of temperature sensors while scanning the energy beam, and the temperature. The measurement of the temperature sensor when irradiating the energy beam under the condition that the measurement area of the sensor overlaps with the irradiation area of the energy beam and the powder material is heated to near the melting point in advance. When the region overlaps with the irradiation region of the energy beam, the measurement data is discarded and the measurement data of another temperature sensor or the past measurement data that does not overlap with the irradiation region of the energy beam is used as the basis. Provided is a powder bed melt-bonding method comprising a step of calculating complementary data that complements the discarded measurement data.

上記観点の粉末床溶融結合装置及び粉末床溶融結合方法によれば、造形禁止領域を設けることなく、粉末材料の薄層の温度を正確に測定できる。 According to the powder bed melt-bonding apparatus and the powder bed melt-bonding method from the above viewpoint, the temperature of the thin layer of the powder material can be accurately measured without providing a modeling prohibited region.

本発明の実施の形態である粉末床溶融結合装置の造形部の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the molding part of the powder bed melt coupling apparatus which is an embodiment of this invention. 実施形態に係る粉末床溶融結合装置のレーザ光出射部を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the laser light emitting part of the powder bed melt coupling apparatus which concerns on embodiment. 図１の粉末床溶融結合装置のチャンバ内の配置を示す図である。It is a figure which shows the arrangement in the chamber of the powder bed melt coupling apparatus of FIG. 図１の粉末床溶融結合装置の加熱手段と温度センサの配置を示す平面図である。It is a top view which shows the arrangement of the heating means and the temperature sensor of the powder bed melt coupling apparatus of FIG. 図１の粉末床溶融結合装置の制御部のブロック図である。It is a block diagram of the control part of the powder bed melt coupling apparatus of FIG. 図５の温度センサの測定データの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the measurement data of the temperature sensor of FIG. 図５の温度センサの測定データの補完が必要になる場合を示す図である。It is a figure which shows the case where it is necessary to supplement the measurement data of the temperature sensor of FIG. 図５の温度センサの測定データの補完方法を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the complement method of the measurement data of the temperature sensor of FIG.

以下に、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

本発明の実施形態に係る粉末床溶融結合装置１０は、図３に示すように、造形部１０１と、レーザ光出射部１０２と、制御部４１とを備えている。 As shown in FIG. 3, the powder bed fusion coupling device 10 according to the embodiment of the present invention includes a modeling unit 101, a laser light emitting unit 102, and a control unit 41.

（１）粉末床溶融結合装置について
図１（ａ）は、実施形態に係る粉末床溶融結合装置１０のうち、造形部１０１の構成を示す上面図である。なお、図１（ａ）ではレーザ光出射部１０２と制御部４１は図示していない。図１（ｂ）は図１（ａ）のＩ−Ｉ線に沿う断面図で、同図には造形部１０１の他に、その上方に配置されるレーザ光出射部１０２も示している。 (1) Powder Bed Melt Bonding Device FIG. 1A is a top view showing the configuration of the modeling portion 101 of the powder bed melt coupling device 10 according to the embodiment. Note that the laser light emitting unit 102 and the control unit 41 are not shown in FIG. 1A. FIG. 1B is a cross-sectional view taken along the line I-I of FIG. 1A, which shows a laser beam emitting portion 102 arranged above the modeling portion 101 in addition to the modeling portion 101.

（ａ）造形部の構成
造形部１０１には、図１（ａ）、（ｂ）に示すように、レーザ光の照射により造形が行われる造形用容器１１と、その両側に設置された第１の粉末材料収納容器１２ａ及び第２の粉末材料収納容器１２ｂとを備えている。 (A) Structure of the modeling unit As shown in FIGS. 1 (a) and 1 (b), the modeling unit 101 includes a modeling container 11 for which modeling is performed by irradiation with laser light, and a first container installed on both sides thereof. The powder material storage container 12a and the second powder material storage container 12b are provided.

造形用容器１１の内壁に囲まれた領域が造形領域１１ａである。粉末材料収納容器１２ａ、１２ｂに囲まれた領域が粉末材料１５の収納領域である。 The area surrounded by the inner wall of the modeling container 11 is the modeling area 11a. The area surrounded by the powder material storage containers 12a and 12b is the storage area for the powder material 15.

このうち、造形用容器１１は、３次元造形物が作製される容器であり、例えば、四角い平面形状を有する筒状の容器とすることができる。 Of these, the modeling container 11 is a container in which a three-dimensional model is produced, and can be, for example, a tubular container having a square planar shape.

なお、本明細書において造形用容器１１の中央とは、造形用容器１１を上から見たときの容器の平面形状の中心の位置を意味するものとする。 In the present specification, the center of the modeling container 11 means the position of the center of the planar shape of the container when the modeling container 11 is viewed from above.

造形用容器１１の底部には、パートテーブル１３ａが設けられている。このパートテーブル１３ａの上で粉末材料の薄層１５ａが形成され、その粉末材料の薄層１５ａをレーザ光の照射により焼結又は溶融させて固化層１５ｂが形成される。 A part table 13a is provided at the bottom of the modeling container 11. A thin layer 15a of the powder material is formed on the part table 13a, and the thin layer 15a of the powder material is sintered or melted by irradiation with a laser beam to form a solidified layer 15b.

パートテーブル１３ａには、ねじ溝が切られた支持軸１３ｂが取り付けられており、その支持軸１３ｂは駆動装置（不図示）に接続されている。この駆動装置を動作させることでパートテーブル１３ａが上下方向に移動する。 A threaded support shaft 13b is attached to the part table 13a, and the support shaft 13b is connected to a drive device (not shown). By operating this drive device, the part table 13a moves in the vertical direction.

そして、パートテーブル１３ａを下方向に移動させて固化層１５ｂを順次積層し、３次元造形物を作製する。 Then, the part table 13a is moved downward and the solidified layers 15b are sequentially laminated to produce a three-dimensional model.

造形用容器１１の幅及び奥行きの長さは、例えば４０ｃｍ×４０ｃｍ程度とすることができる。 The width and depth of the modeling container 11 can be, for example, about 40 cm × 40 cm.

第１及び第２の粉末材料収納容器１２ａ、１２ｂでは、それぞれフィードテーブル１４ａの上に粉末材料１５が収納されている。 In the first and second powder material storage containers 12a and 12b, the powder material 15 is stored on the feed table 14a, respectively.

そのフィードテーブル１４ａには、それぞれ支持軸１４ｂが取り付けられており、駆動装置（不図示）によってフィードテーブル１４ａが上下に移動するようになっている。 A support shaft 14b is attached to each of the feed tables 14a, and the feed table 14a is moved up and down by a driving device (not shown).

そして、フィードテーブル１４ａを上方に移動させることにより、粉末材料１５を供給する。 Then, the powder material 15 is supplied by moving the feed table 14a upward.

造形用容器１１及び第１、第２の粉末材料容器１２ａ、１２ｂの上には、リコーター１６が設けられている。 A recorder 16 is provided on the modeling container 11 and the first and second powder material containers 12a and 12b.

このリコーター１６は、第１の粉末材料容器１２ａと第２の粉末材料容器１２ｂとの間を往復移動する。 The recorder 16 reciprocates between the first powder material container 12a and the second powder material container 12b.

そして、フィードテーブル１４ａの上昇により供給された粉末材料を造形領域１１ａまで運搬し、パートテーブル１３ａ上に粉末材料の薄層１５ａを形成する。材料の薄層１５ａの厚さは、パートテーブル１３ａの下降量で決まる。 Then, the powder material supplied by raising the feed table 14a is transported to the modeling region 11a, and a thin layer 15a of the powder material is formed on the part table 13a. The thickness of the thin layer 15a of the material is determined by the amount of descent of the part table 13a.

粉末材料としては、例えばポリアミド、ポリプロピレン、ポリエチレン等の樹脂、ステンレス、チタン、アルミニウムなどの金属、その他、アルミナ等のセラミックスを用いることができる。 As the powder material, for example, resins such as polyamide, polypropylene and polyethylene, metals such as stainless steel, titanium and aluminum, and ceramics such as alumina can be used.

造形用容器１１の中央部の上方には、レーザ光出射部１０２が設けられている。 A laser light emitting portion 102 is provided above the central portion of the modeling container 11.

（ｂ）レーザ光出射部１０２の構成
図２は、実施形態に係る粉末床溶融結合装置１０のレーザ光出射部１０２を示すブロック図である。 (B) Configuration of Laser Light Ejecting Unit 102 FIG. 2 is a block diagram showing a laser light emitting unit 102 of the powder bed fusion coupling device 10 according to the embodiment.

レーザ光出射部１０２は、図２に示すように、レーザ光を出射するレーザ光源２３と、光走査素子２１、フォーカス光学系２１ｃとを備えている。これらの光出射部１０２は、チャンバ１７の上の機器収容スペースに設置されている。 As shown in FIG. 2, the laser light emitting unit 102 includes a laser light source 23 that emits laser light, an optical scanning element 21, and a focus optical system 21c. These light emitting units 102 are installed in the equipment accommodating space above the chamber 17.

レーザ光源２３は、例えば、波長１０００ｎｍ程度の近赤外域のレーザ光を出射するＹＡＧレーザ光源、又はファイバレーザ光源などを用いることができる。 As the laser light source 23, for example, a YAG laser light source that emits laser light in the near infrared region having a wavelength of about 1000 nm, a fiber laser light source, or the like can be used.

なお、粉末材料の波長吸収率やコストパフォーマンス等を考慮して使用波長を適宜変更してもよく、例えば、波長１０μｍ程度の遠赤外域のレーザ光を出射する高出力ＣＯ２レーザ光源を用いてもよい。 The wavelength used may be appropriately changed in consideration of the wavelength absorption rate and cost performance of the powder material. For example, a high-power CO 2 laser light source that emits laser light in the far infrared region having a wavelength of about 10 μm may be used. May be good.

光走査素子２１は、レーザ光に対する角度を変化させてレーザ光をＸ方向に走査するガルバノメータミラー（Ｘミラー）２１ａとレーザ光に対する角度を変化させてレーザ光をＹ方向に走査するガルバノメータミラー（Ｙミラー）２１ｂとを有している。 The optical scanning element 21 includes a galvanometer mirror (X mirror) 21a that scans the laser beam in the X direction by changing the angle with respect to the laser beam and a galvanometer mirror (Y) that scans the laser beam in the Y direction by changing the angle with respect to the laser beam. It has a mirror) 21b.

この光走査素子２１によって、レーザ光は造形領域１１ａの上をＸ方向及びＹ方向に走査される。 The light scanning element 21 scans the laser beam on the modeling region 11a in the X and Y directions.

また、フォーカス光学系２１ｃは、レーザ光の焦点距離を調整する機能を担っている。フォーカス光学系２１ｃは、レーザ光の走査位置に応じて変わる焦点距離を粉末材料の薄層１５ａの表面に合わせるように動作する。 Further, the focus optical system 21c has a function of adjusting the focal length of the laser beam. The focus optical system 21c operates so as to match the focal length, which changes according to the scanning position of the laser beam, with the surface of the thin layer 15a of the powder material.

光走査素子２１のＸミラー２１ａ、Ｙミラー２１ｂ及びフォーカス光学系２１ｃは、ＸＹＺドライバ２４の制御信号によって動作する。 The X mirror 21a, Y mirror 21b, and focus optical system 21c of the optical scanning element 21 operate according to the control signal of the XYZ driver 24.

ＸＹＺドライバ２４は、コントローラ（制御装置）２５により制御され、かつレーザ光源２３のＯＮ（点灯）及びＯＦＦ（消灯）もコントローラ２５により制御される。コントローラ２５として、例えばＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）及び制御用のプログラムが格納されたメモリを備えたコンピュータを用いることができる。 The XYZ driver 24 is controlled by the controller (control device) 25, and the laser light source 23 is also controlled by the controller 25 to turn it on and off. As the controller 25, for example, a computer having a CPU (Central Processing Unit) and a memory in which a control program is stored can be used.

レーザ光源２３から出射したレーザ光は、順にフォーカス光学系２１ｃ、Ｘミラー２１ａ、Ｙミラー２１ｂという経路を経て造形部１０１のパートテーブル１３ａ上の材料の薄層１５ａに照射される。 The laser light emitted from the laser light source 23 irradiates the thin layer 15a of the material on the part table 13a of the modeling unit 101 through the paths of the focus optical system 21c, the X mirror 21a, and the Y mirror 21b in order.

レーザ光はコントローラ２５による光走査素子２１の制御により走査されることにより、焼結又は溶融領域に選択的に照射されるようになっている。 The laser beam is scanned under the control of the optical scanning element 21 by the controller 25 so that the sintered or molten region is selectively irradiated.

さらに、レーザ光が走査されている間、レーザ光が粉末材料の薄層１５ａの表面に焦点を結ぶように絶えず光学系２１ｃのレンズが動いて焦点距離が調整されるようになっている。 Further, while the laser beam is being scanned, the lens of the optical system 21c constantly moves to adjust the focal length so that the laser beam focuses on the surface of the thin layer 15a of the powder material.

光走査素子２１の制御は、作製すべき３次元造形物の各層毎に作製されたスライスデータ（描画パターン）に基づいて行われる。 The control of the optical scanning element 21 is performed based on the slice data (drawing pattern) produced for each layer of the three-dimensional model to be produced.

（ｃ）チャンバ１７及び加熱手段の構成
図３は、粉末床溶融結合装置１０のチャンバ１７及びその周辺機器の構成を示す図である。 (C) Configuration of Chamber 17 and Heating Means FIG. 3 is a diagram showing a configuration of chamber 17 of the powder bed melt coupling device 10 and its peripheral equipment.

図３に示すように、造形用容器１１及び第１、第２の粉末材料容器１２ａ、１２ｂは、粉末材料の酸化や劣化を防ぐために、密閉されたチャンバ１７内に収められている。 As shown in FIG. 3, the modeling container 11 and the first and second powder material containers 12a and 12b are housed in a closed chamber 17 in order to prevent oxidation and deterioration of the powder material.

チャンバ１７には、不活性ガスの導入口１７ａと、排気口１７ｂとが設けられており、造形中は不活性ガスで満たされている。 The chamber 17 is provided with an inlet gas introduction port 17a and an exhaust port 17b, and is filled with the inert gas during modeling.

特に図示しないが、造形用容器１１の周囲には、粉末材料及び造形物を予備加熱するためのヒータ１１ｈが巻き付けられている。 Although not particularly shown, a heater 11h for preheating the powder material and the modeled object is wound around the modeling container 11.

さらに、造形用容器１１の上方には、造形領域１１ａの４辺を囲むように配置された４つの赤外線ヒータ１１ｂが設けられている。この赤外線ヒータ１１ｂは、薄層１５ａの温度の精密な制御のために用いるためのものである。 Further, above the modeling container 11, four infrared heaters 11b arranged so as to surround the four sides of the modeling region 11a are provided. The infrared heater 11b is for use for precise control of the temperature of the thin layer 15a.

赤外線ヒータ１１ｂの発熱量は、赤外線ヒータ１１ｂに供給する電力を調整することで個別に設定可能である。この赤外線ヒータ１１ｂの発熱量の組み合わせを適宜調整することにより、造形領域１１ａの表面を均一な温度に保つ。 The amount of heat generated by the infrared heater 11b can be individually set by adjusting the electric power supplied to the infrared heater 11b. By appropriately adjusting the combination of heat generation amounts of the infrared heater 11b, the surface of the modeling region 11a is maintained at a uniform temperature.

造形時には、赤外線ヒータ１１ｂを使用することにより、造形領域１１ａの粉末材料を、その融点よりもやや低い温度に保つ。 At the time of modeling, the infrared heater 11b is used to keep the powder material in the modeling region 11a at a temperature slightly lower than its melting point.

造形用容器１１の上方には、複数の温度センサ４２が設けられている。この温度センサは、例えば粉末材料の表面の赤外線輻射強度からその温度を検出する非接触式の赤外温度センサを用いることができる。 A plurality of temperature sensors 42 are provided above the modeling container 11. As this temperature sensor, for example, a non-contact infrared temperature sensor that detects the temperature from the infrared radiation intensity on the surface of the powder material can be used.

（ｄ）温度センサ４２の配置
次に、温度センサ４２の配置について説明する。 (D) Arrangement of the temperature sensor 42 Next, the arrangement of the temperature sensor 42 will be described.

図４は、粉末床溶融結合装置１０の赤外線ヒータ１１ｂと温度センサ４２の配置を示す平面図である。なお、造形用容器１１を上から見て示すものであり、図の下側が造形用容器１１を出し入れする扉側であり、図の上側がリコーター１６の駆動機構などを収めた機械室（奥）側となっている。 FIG. 4 is a plan view showing the arrangement of the infrared heater 11b and the temperature sensor 42 of the powder bed fusion coupling device 10. The modeling container 11 is shown from above, the lower side of the figure is the door side for inserting and removing the modeling container 11, and the upper side of the figure is the machine room (back) containing the drive mechanism of the recorder 16. It is on the side.

チャンバ１７の上方に設けられた複数の温度センサ４２は、その直下の造形領域１１ａの直径３〜４ｃｍ程度の領域から放出される赤外線輻射を検出し、その強度に基づいて造形領域１１ａの表面の粉末材料の薄層１５ａの表面温度を検出する。 A plurality of temperature sensors 42 provided above the chamber 17 detect infrared radiation emitted from a region having a diameter of about 3 to 4 cm in the modeling region 11a immediately below the chamber 17, and based on the intensity thereof, the surface of the modeling region 11a. The surface temperature of the thin layer 15a of the powder material is detected.

すなわち、各温度センサ４２は、造形領域１１ａの表面の局所的な温度を測定結果として出力する。 That is, each temperature sensor 42 outputs the local temperature of the surface of the modeling region 11a as a measurement result.

図４に示す例では、３つの温度センサ４２により、造形領域１１ａの異なる３つの測定領域Ａ、Ｂ、Ｃの温度を測定する。 In the example shown in FIG. 4, the temperatures of the three different measurement regions A, B, and C of the modeling region 11a are measured by the three temperature sensors 42.

造形用容器１１の奥には仕切壁を介してリコーター１６の駆動機構などが収められており比較的熱が逃げにくい構造となっている。これに対し、扉のある手前側は、扉を介して熱が逃げやすい。このため、造形用容器１１の奥行き方向について温度勾配が生じやすくなっている。 The drive mechanism of the recorder 16 and the like are housed in the back of the modeling container 11 via a partition wall, and the structure is such that heat is relatively difficult to escape. On the other hand, on the front side with the door, heat easily escapes through the door. Therefore, a temperature gradient is likely to occur in the depth direction of the modeling container 11.

一方、造形用容器１１の左右には、粉末材料容器１２ａ（図１参照）が対称に設けられているが、これらの粉末材料容器１２ａを介した放熱は少なく、左右方向への温度勾配は比較的少ない。 On the other hand, the powder material containers 12a (see FIG. 1) are symmetrically provided on the left and right sides of the modeling container 11, but the heat radiation through these powder material containers 12a is small, and the temperature gradients in the left-right direction are compared. There are few targets.

そこで、本実施形態では、左右方向及び奥行き方向の温度分布を検出するために、左奥の測定領域Ａと、中央付近の測定領域Ｂと、右手前の測定領域Ｃについて温度センサ４２で測定する。 Therefore, in the present embodiment, in order to detect the temperature distribution in the left-right direction and the depth direction, the temperature sensor 42 measures the measurement area A at the back left, the measurement area B near the center, and the measurement area C at the front right. ..

なお、温度センサ４２の設置数は３つに限定されるものではなく、２以上であればよい。 The number of temperature sensors 42 installed is not limited to three, and may be two or more.

各温度センサ４２の測定データは、制御部４１に入力される。 The measurement data of each temperature sensor 42 is input to the control unit 41.

（ｅ）温度制御系の構成
図５は、制御部４１のブロック図である。 (E) Configuration of temperature control system FIG. 5 is a block diagram of the control unit 41.

制御部４１は、図示のように、測定データ処理部４４を備え、その測定データ処理部４４は温度センサ４２と接続されている。測定データ処理部４４は、温度センサ４２の測定データに基づいて造形領域１１ａの温度分布を求める。 As shown in the figure, the control unit 41 includes a measurement data processing unit 44, and the measurement data processing unit 44 is connected to the temperature sensor 42. The measurement data processing unit 44 obtains the temperature distribution of the modeling region 11a based on the measurement data of the temperature sensor 42.

また、測定データ処理部４４にはスライスデータ記憶部４３と接続されており、スライスデータを参照して温度センサ４２が正確な温度が測定できないと予測される場合、すなわち、スライスデータの照射領域と温度センサ４２の測定領域とが重なる場合には、その温度センサ４２の測定データに代えて補完データを作成する。 Further, when the measurement data processing unit 44 is connected to the slice data storage unit 43 and it is predicted that the temperature sensor 42 cannot measure the accurate temperature by referring to the slice data, that is, the irradiation area of the slice data. When the measurement area of the temperature sensor 42 overlaps, complementary data is created in place of the measurement data of the temperature sensor 42.

測定データ処理部４４の測定データ及び補完データは、加熱手段制御回路４５に送られる。加熱手段制御回路４５は、その測定データに基づいて、造形用容器１１の周囲の複数の赤外線ヒータ１１ｂの駆動回路４７に制御信号を送り、駆動回路４７を介してヒータ１１ｂの発熱量の制御を行う。 The measurement data and complementary data of the measurement data processing unit 44 are sent to the heating means control circuit 45. The heating means control circuit 45 sends a control signal to the drive circuits 47 of the plurality of infrared heaters 11b around the modeling container 11 based on the measurement data, and controls the calorific value of the heater 11b via the drive circuit 47. Do.

加熱手段制御回路４５は、例えば、あらかじめ各ヒータ１１ｂへの供給電力の比率を、温度分布が最も小さくなるように実験的に求めておき、その供給電力の比率に従って各ヒータ１１ｂへ供給する電力を制御する。 For example, the heating means control circuit 45 experimentally obtains the ratio of the electric power supplied to each heater 11b so as to minimize the temperature distribution, and supplies the electric power to each heater 11b according to the ratio of the supplied electric power. Control.

また、加熱手段制御回路４５は、各温度センサ４２の検出温度に応じて各ヒータ１１ｂの供給電力を制御してもよい。 Further, the heating means control circuit 45 may control the power supply of each heater 11b according to the detection temperature of each temperature sensor 42.

（２）温度測定方法
図７（ａ）〜（ｃ）は、測定データが不良となり得る補完が必要となる場合を示す図である。 (2) Temperature measurement method FIGS. 7 (a) to 7 (c) are diagrams showing a case where the measurement data needs to be complemented, which may be defective.

図７（ａ）は、レーザ光の照射領域８１が測定領域Ａと重なっている。この場合には、走査されたレーザ光が測定領域Ａを通過するタイミングで測定領域Ａの温度が上昇する。 In FIG. 7A, the laser beam irradiation region 81 overlaps with the measurement region A. In this case, the temperature of the measurement area A rises at the timing when the scanned laser beam passes through the measurement area A.

図６は、温度センサ４２の測定データの推移の一例を示している。図中の曲線は、それぞれ図４の測定領域Ａ、Ｂ、Ｃの温度センサ４２の測定データに対応している。 FIG. 6 shows an example of the transition of the measurement data of the temperature sensor 42. The curves in the figure correspond to the measurement data of the temperature sensors 42 in the measurement areas A, B, and C in FIG. 4, respectively.

図示の例では、レーザ光が測定領域Ａを通過した時刻ｔ１において測定領域Ａの温度が急激に上昇する。その後、測定領域Ａでのレーザ光の走査が終了し、時刻ｔ２において元の温度に復帰する。 In the illustrated example, the temperature of the measurement area A increases rapidly at time t 1 the laser beam has passed through the measurement area A. Thereafter, the scanning of the laser beam is completed in the measurement region A, and returns to the original temperature at time t 2.

ｔ１からｔ２にかけての間、測定領域Ａの温度測定データは、造形用容器１１の表面の温度分布を代表しているものとはいえない。そのため、測定領域Ａの値をそのまま用いて温度制御を行うと、意図せぬ外乱が温度のフィードバック制御系に入り込んでしまう。その結果、粉末材料の薄層１５ａが不適切な温度に加熱されたり、温度制御が発振して安定しなくなってしまい、結果として得られる造形物に歪などの不良が生じてしまう場合がある。 From t 1 to t 2 , the temperature measurement data in the measurement region A cannot be said to represent the temperature distribution on the surface of the modeling container 11. Therefore, if the temperature is controlled by using the value of the measurement region A as it is, an unintended disturbance enters the temperature feedback control system. As a result, the thin layer 15a of the powder material may be heated to an inappropriate temperature, or the temperature control may oscillate and become unstable, resulting in defects such as distortion in the resulting modeled object.

本願発明者は種々の検討を行い、測定領域Ａ、Ｂ、Ｃの測定データの特徴を調査した結果、測定領域Ａ〜Ｃの温度は、造形領域１１ａの温度分布を反映した温度差を生じつつも、一定の相関関係を維持しつつ推移することを見出した。 As a result of conducting various studies and investigating the characteristics of the measurement data of the measurement regions A, B, and C, the inventor of the present application causes a temperature difference in the measurement regions A to C that reflects the temperature distribution of the modeling region 11a. However, it was found that the transition is maintained while maintaining a certain correlation.

そこで、本実施形態の粉末床溶融結合装置１０では、上記の相関関係に着目して、レーザ光の照射がいずれかの温度センサ４２の測定領域と重なった場合に補完データを作成する。 Therefore, in the powder bed fusion coupling device 10 of the present embodiment, paying attention to the above correlation, complementary data is created when the irradiation of the laser beam overlaps with the measurement region of any of the temperature sensors 42.

相関関係を表す式は以下のようにして、造形を行う前に予め求めておく。 The formula expressing the correlation is obtained in advance before modeling as follows.

まず、粉末床溶融結合装置１０の試験運転の際に、各赤外線ヒータ１１ｂの出力の組み合わせを設定した後、様々な設定温度における各温度センサ４２の測定データを取得する。 First, during the test operation of the powder bed melt coupling device 10, after setting the combination of the outputs of each infrared heater 11b, the measurement data of each temperature sensor 42 at various set temperatures is acquired.

その後、各温度センサ４２の測定領域Ａ〜Ｃの温度の相関関係を求める。この相関関係は、例えば線形近似式を用いて表すことができる。 After that, the correlation between the temperatures in the measurement areas A to C of each temperature sensor 42 is obtained. This correlation can be expressed using, for example, a linear approximation formula.

最初に、中央の測定領域Ｂの温度Ｔ（Ｂ）を基準とし、それに対する測定領域Ａの温度Ｔ（Ａ）及び測定領域Ｃの温度Ｔ（Ｃ）を表す下記の関係式の係数α１、α２及び切片β１、β２を実測値から求める。 First, with reference to the temperature T (B) of the central measurement area B, the coefficients α1 and α2 of the following relational expressions representing the temperature T (A) of the measurement area A and the temperature T (C) of the measurement area C with respect to the temperature T (B). And the intercepts β1 and β2 are obtained from the measured values.

Ｔ（Ａ）＝α１・Ｔ（Ｂ）＋β１ …（式１）
Ｔ（Ｃ）＝α２・Ｔ（Ｂ）＋β２ …（式２）
上記の式によれば、測定領域Ｂの測定データの温度Ｔ（Ｂ）が得られれば、測定領域Ａ及び測定領域Ｃの何れか若しくは両方がレーザ光の照射領域と重なった場合に補完データが求められる。 T (A) = α1, T (B) + β1 ... (Equation 1)
T (C) = α2 · T (B) + β2 ... (Equation 2)
According to the above formula, if the temperature T (B) of the measurement data in the measurement area B is obtained, the complementary data will be obtained when either or both of the measurement area A and the measurement area C overlap with the irradiation area of the laser beam. Desired.

次に、測定領域Ａを基準とする場合の関係式として以下のものを求める。 Next, the following is obtained as a relational expression when the measurement area A is used as a reference.

Ｔ（Ｂ）＝α３・Ｔ（Ａ）＋β３ …（式３）
Ｔ（Ｃ）＝α４・Ｔ（Ａ）＋β４ …（式４）
上記の式によれば、測定領域Ｂ及びＣの何れか若しくは両方がレーザ光の照射領域８１と重なっている場合の補完データが求まる。 T (B) = α3 · T (A) + β3 ... (Equation 3)
T (C) = α4 · T (A) + β4 ... (Equation 4)
According to the above equation, complementary data can be obtained when either or both of the measurement regions B and C overlap with the laser beam irradiation region 81.

次に、測定領域Ｃを基準とする場合の関係式として以下のものを求める。 Next, the following is obtained as a relational expression when the measurement area C is used as a reference.

Ｔ（Ａ）＝α５・Ｔ（Ｃ）＋β５ …（式５）
Ｔ（Ｂ）＝α６・Ｔ（Ｃ）＋β６ …（式６）
上記の式によれば、測定領域Ａ及びＢの何れか若しくは両方がレーザ光の照射領域８１と重なっている場合の補完データが求まる。 T (A) = α5 · T (C) + β5 ... (Equation 5)
T (B) = α6 ・ T (C) + β6… (Equation 6)
According to the above equation, complementary data can be obtained when either or both of the measurement regions A and B overlap with the laser beam irradiation region 81.

以下、図７（ａ）〜（ｃ）を参照しつつ補完データの算出方法を示す。 Hereinafter, a method of calculating complementary data will be shown with reference to FIGS. 7A to 7C.

例えば、図７（ａ）の場合には、１つの測定領域Ａのみがレーザ光の照射領域８１と重なっている。したがって、測定領域Ｂの測定データに基づく（式１）又は、測定領域Ｃの測定データに基づく（式５）を用いて補完データを算出すればよい。 For example, in the case of FIG. 7A, only one measurement region A overlaps with the laser beam irradiation region 81. Therefore, the complementary data may be calculated using (Equation 1) based on the measurement data of the measurement area B or (Equation 5) based on the measurement data of the measurement area C.

また、図７（ｂ）の場合では、測定領域Ａ及び測定領域Ｂにおいてレーザ光の照射領域８１と重なっている。この場合には、測定領域Ａ及び測定領域Ｂの測定データを使用することができないため、測定領域Ｃの測定データに基づいて補完データを算出すればよい。 Further, in the case of FIG. 7B, the measurement area A and the measurement area B overlap with the laser beam irradiation area 81. In this case, since the measurement data of the measurement area A and the measurement area B cannot be used, the complementary data may be calculated based on the measurement data of the measurement area C.

具体的には、測定領域Ａの補完データは（式５）により求め、測定領域Ｂの補完データは（式６）により求める。 Specifically, the complementary data of the measurement area A is obtained by (Equation 5), and the complementary data of the measurement area B is obtained by (Equation 6).

図７（ｃ）は、測定領域Ａ、測定領域Ｂ及び測定領域Ｃの何れもが照射領域８１と重なっている場合を示している。図示のように、造形物の形状によっては、いずれの測定領域Ａ〜Ｃもがレーザ光の照射領域８１と重なっている場合がある。 FIG. 7C shows a case where all of the measurement area A, the measurement area B, and the measurement area C overlap with the irradiation area 81. As shown in the figure, depending on the shape of the modeled object, any of the measurement regions A to C may overlap with the laser beam irradiation region 81.

この場合には、各測定領域Ａ〜Ｃの測定値に所定の温度補償値を減算して補完データを求める。一定のレーザ光強度の下では、レーザ光の照射領域８１は、それ以外の部分よりも４℃〜６℃程度高い一定の温度となるため、この温度差分を温度補償値として求める。 In this case, a predetermined temperature compensation value is subtracted from the measured values in each of the measurement areas A to C to obtain complementary data. Under a constant laser beam intensity, the laser beam irradiation region 81 has a constant temperature that is about 4 ° C. to 6 ° C. higher than the other portions, and therefore this temperature difference is obtained as a temperature compensation value.

その温度補償値は、造形に先立って、各測定領域Ａ〜Ｃが照射領域８１に含まれる条件の下でレーザ光を照射して、実際の温度とレーザ照射の際の温度との差分を実験的に求めることができる。 Prior to modeling, the temperature compensation value is obtained by irradiating the laser beam under the condition that each measurement area A to C is included in the irradiation area 81, and experimenting with the difference between the actual temperature and the temperature at the time of laser irradiation. Can be obtained.

以上の方法によれば、測定領域がレーザ光の照射領域８１と重複していても、粉末材料の薄層１５ａの温度分布を求めることができ、その際に造形禁止領域を設ける必要もないので形状的な制約のない条件で造形物を作製できる。 According to the above method, even if the measurement region overlaps with the laser beam irradiation region 81, the temperature distribution of the thin layer 15a of the powder material can be obtained, and it is not necessary to provide the modeling prohibition region at that time. A modeled object can be manufactured under conditions without shape restrictions.

以下、粉末床溶融結合装置１０の温度測定データの補完動作について説明する。 Hereinafter, the complementary operation of the temperature measurement data of the powder bed melt coupling device 10 will be described.

図８は、図１の粉末床溶融結合装置における温度の測定データの補完方法を示すフローチャートである。 FIG. 8 is a flowchart showing a method of complementing the temperature measurement data in the powder bed fusion bonding apparatus of FIG.

まず、図８のステップＳ１０において、粉末床溶融結合装置１０の制御部４１の測定データ処理部４４は、スライスデータ記憶部４２に格納されたスライスデータを読み込む。 First, in step S10 of FIG. 8, the measurement data processing unit 44 of the control unit 41 of the powder bed fusion coupling device 10 reads the slice data stored in the slice data storage unit 42.

次に、ステップＳ２０において、測定データ処理部４４は、温度センサ４２の各々の測定領域がスライスデータのレーザ光の照射領域８１と重複するか否かを調べる。 Next, in step S20, the measurement data processing unit 44 examines whether or not each measurement region of the temperature sensor 42 overlaps with the laser beam irradiation region 81 of the slice data.

ステップＳ２０において、測定データ処理部４４がいずれの測定領域も照射領域８１と重複しないと判断された場合には、ステップＳ３０に移行し、測定データをそのまま出力する。 If the measurement data processing unit 44 determines in step S20 that none of the measurement areas overlaps with the irradiation area 81, the process proceeds to step S30 and the measurement data is output as it is.

また、ステップＳ２０において、測定データ処理部４４が一部の測定領域が照射領域８１と重複すると判断した場合には、ステップＳ４０に移行して、測定領域が照射領域８１と重複している温度センサ４２の測定データを除去する。 Further, in step S20, when the measurement data processing unit 44 determines that a part of the measurement area overlaps with the irradiation area 81, the process proceeds to step S40, and the temperature sensor in which the measurement area overlaps with the irradiation area 81 Forty-two measurement data are removed.

その後、ステップＳ５０に移行して、測定データ処理部４４が、測定データ間の相関関係に基づいて、除去した測定データの補完データを作成して補完データの作成処理を終了する。 After that, the process proceeds to step S50, and the measurement data processing unit 44 creates complementary data for the removed measurement data based on the correlation between the measured data, and ends the complementary data creation process.

一方、ステップＳ２０において、測定データ処理部４４が全ての測定領域が照射領域８１と重複していると判断した場合には、ステップＳ６０に移行する。 On the other hand, when the measurement data processing unit 44 determines in step S20 that all the measurement areas overlap with the irradiation area 81, the process proceeds to step S60.

ステップＳ６０において、測定データ処理部４４が、各温度センサ４２の測定データに対して温度補償値を加算して各温度センサ４２の補完データを作成する。 In step S60, the measurement data processing unit 44 adds the temperature compensation value to the measurement data of each temperature sensor 42 to create complementary data of each temperature sensor 42.

以上のステップにより、造形用容器１１の表面の温度分布を求めることができる。 By the above steps, the temperature distribution on the surface of the modeling container 11 can be obtained.

以上のように本実施形態の粉末床溶融結合装置１０によれば、造形用容器１１の表面において温度センサ４２の測定領域とレーザ光の照射領域８１と重複した場合であっても、温度分布を求めることができる。 As described above, according to the powder bed fusion coupling device 10 of the present embodiment, even when the measurement region of the temperature sensor 42 and the irradiation region 81 of the laser beam overlap on the surface of the modeling container 11, the temperature distribution can be measured. Can be sought.

（その他の実施形態）
上記の実施形態では、温度センサ４２の測定領域とレーザ光の照射領域８１との重複をスライスデータを参照して検出していたが、本発明はこれに限定されるものではない。 (Other embodiments)
In the above embodiment, the overlap between the measurement area of the temperature sensor 42 and the irradiation area 81 of the laser beam is detected with reference to the slice data, but the present invention is not limited to this.

図６に示すように、レーザ光が測定領域に照射された場合には、その温度センサ４２の測定データの温度が急激に上昇する。この温度上昇を検出すればスライスデータを参照せずにレーザ光の照射領域との重複を検出できる。 As shown in FIG. 6, when the measurement region is irradiated with the laser beam, the temperature of the measurement data of the temperature sensor 42 rises sharply. If this temperature rise is detected, the overlap with the laser beam irradiation region can be detected without referring to the slice data.

例えば、温度制御部４１の測定データ処理部４４において温度センサ４２の測定データを経時的に求めてゆき、その測定データの微分値を求めることで温度上昇速度を算出する。そして温度上昇速度が所定の基準値を上回った場合に、レーザ光の照射領域８１との重複を検出し、測定データの補完を行うことができる。 For example, the measurement data processing unit 44 of the temperature control unit 41 obtains the measurement data of the temperature sensor 42 over time, and obtains the differential value of the measurement data to calculate the temperature rise rate. Then, when the temperature rise rate exceeds a predetermined reference value, the overlap with the irradiation region 81 of the laser beam can be detected and the measurement data can be complemented.

１０…粉末床溶融結合装置、１１…造形用容器、１１ａ…造形領域、１１ｂ…赤外線ヒータ、１２ａ、１２ｂ…粉末材料容器、１３ａ…パートテーブル、１３ｂ…支持軸、１４ａ…フィードテーブル、１４ｂ…支持軸、１５…粉末材料、１５ａ…薄層、１５ｂ…固化層、１６…リコーター、１７…チャンバ、１７ａ…導入口、１７ｂ…排出口、２１…光走査素子、２１ａ…Ｘミラー、２１ｂ…Ｙミラー、２１ｃ…フォーカス光学系、２３…レーザ光源、２４…ＸＹＺドライバ、２５…光学系コントローラ、４１…温度制御部、４２…温度センサ、４３…スライスデータ記憶部、４４…測定データ処理部、４５…加熱手段制御回路、４７…駆動回路、８１…照射領域、１０１…造形部、１０２…レーザ光出射部。 10 ... Powder bed fusion coupling device, 11 ... Modeling container, 11a ... Modeling area, 11b ... Infrared heater, 12a, 12b ... Powder material container, 13a ... Part table, 13b ... Support shaft, 14a ... Feed table, 14b ... Support Shaft, 15 ... Powder material, 15a ... Thin layer, 15b ... Solidified layer, 16 ... Recorder, 17 ... Chamber, 17a ... Introduction port, 17b ... Discharge port, 21 ... Optical scanning element, 21a ... X mirror, 21b ... Y mirror , 21c ... Focus optical system, 23 ... Laser light source, 24 ... XYZ driver, 25 ... Optical system controller, 41 ... Temperature control unit, 42 ... Temperature sensor, 43 ... Slice data storage unit, 44 ... Measurement data processing unit, 45 ... Heating means control circuit, 47 ... drive circuit, 81 ... irradiation area, 101 ... modeling unit, 102 ... laser light emitting unit.

Claims (13)

粉末材料を収容する造形用容器と、
前記粉末材料の表面の異なる部分の温度を検出する複数の温度センサと、
エネルギービームの照射領域を表すスライスデータに基づいて前記粉末材料の表面にエネルギービームを照射して走査させるエネルギービーム源と、
予め前記粉末材料を融点近くまで加熱した条件の下で前記エネルギービームを照射する際、前記温度センサの測定領域が前記エネルギービームの照射領域と重なる場合には、その測定データを破棄して、他の温度センサの測定データ又は過去の測定データであって前記エネルギービームの照射領域と重ならない測定データに基づいて当該破棄した測定データを補完する補完データを算出する温度解析部と、
を備えたことを特徴とする粉末床溶融結合装置。 A modeling container for storing powder materials and
A plurality of temperature sensors that detect the temperature of different parts of the surface of the powder material, and
An energy beam source that irradiates and scans the surface of the powder material with an energy beam based on slice data representing an irradiation region of the energy beam.
When irradiating the energy beam under the condition that the powder material is heated to near the melting point in advance, if the measurement area of the temperature sensor overlaps with the irradiation area of the energy beam, the measurement data is discarded and the other A temperature analysis unit that calculates complementary data that complements the discarded measurement data based on the measurement data of the temperature sensor or the past measurement data that does not overlap with the irradiation region of the energy beam .
A powder bed fusion bonding device characterized by being equipped with. 前記温度解析部は、予め測定して求めた前記複数の温度センサの温度の相関関係に基づいて前記破棄した測定データの補完データを算出することを特徴とする請求項１に記載の粉末床溶融結合装置。 The powder bed melting according to claim 1, wherein the temperature analysis unit calculates complementary data of the discarded measurement data based on the temperature correlation of the plurality of temperature sensors obtained by measuring in advance. Coupling device. 前記温度解析部は、前記スライスデータと前記温度センサの測定領域とを比較することで前記温度センサの測定領域と前記エネルギービームの照射領域との重複を検出することを特徴とする請求項１に記載の粉末床溶融結合装置。 The first aspect of the invention is that the temperature analysis unit detects the overlap between the measurement region of the temperature sensor and the irradiation region of the energy beam by comparing the slice data with the measurement region of the temperature sensor. The powder bed melt coupling device described. 前記温度解析部は、前記各温度センサの測定データを経時的に求めるとともに、その測定領域の温度上昇速度が所定値以上に達した場合には前記温度センサの測定領域と前記エネルギービームの照射領域との重複を検出することを特徴とする請求項１に記載の粉末床溶融結合装置。 The temperature analysis unit obtains the measurement data of each temperature sensor over time, and when the temperature rise rate of the measurement region reaches a predetermined value or more, the measurement region of the temperature sensor and the irradiation region of the energy beam. The powder bed melt-bonding apparatus according to claim 1, wherein the overlap with the powder bed is detected. 前記複数の温度センサは、前記造形用容器の中央付近及び周縁部の少なくとも３か所の温度を計測することを特徴とする請求項１に記載の粉末床溶融結合装置。 The powder bed melt-bonding apparatus according to claim 1, wherein the plurality of temperature sensors measure the temperature of at least three locations near the center and the peripheral portion of the modeling container. 前記造形用容器の周囲に配置された複数の加熱手段と、
前記温度解析部からのデータに基づいて前記加熱手段の出力を制御する加熱手段制御回路と、
を備えたことを特徴とする請求項１に記載の粉末床溶融結合装置。 A plurality of heating means arranged around the modeling container, and
A heating means control circuit that controls the output of the heating means based on the data from the temperature analysis unit,
The powder bed melt-bonding apparatus according to claim 1, further comprising. 前記温度センサは、前記粉末材料の表面から放射される赤外線輻射に基づいて温度を検出することを特徴とする請求項１に記載の粉末床溶融結合装置。 The powder bed fusion coupling device according to claim 1, wherein the temperature sensor detects a temperature based on infrared radiation radiated from the surface of the powder material. 粉末材料の薄層を溶融し、積層して３次元構造物を作製する粉末床溶融結合造形方法であって、
エネルギービームの照射領域を表すスライスデータに基づいて前記粉末材料の表面にエネルギービームを照射して走査させるステップと、
前記エネルギービームを走査させる間に、前記粉末材料の表面の異なる部分の温度を複数の温度センサで測定するステップと、
前記温度センサの測定領域が前記エネルギービームの照射領域と重複するか否かを判断するステップと、
予め前記粉末材料を融点近くまで加熱した条件の下で前記エネルギービームを照射する際、前記温度センサの測定領域が前記エネルギービームの照射領域と重なる場合には、その測定データを破棄して、他の温度センサの測定データ又は過去の測定データであって前記エネルギービームの照射領域と重ならない測定データに基づいて当該破棄した測定データを補完する補完データを算出するステップと、
を有することを特徴とする粉末床溶融結合方法。 This is a powder bed fusion bonding modeling method in which a thin layer of powder material is melted and laminated to produce a three-dimensional structure.
A step of irradiating the surface of the powder material with an energy beam and scanning it based on slice data representing an irradiation region of the energy beam.
A step of measuring the temperature of different parts of the surface of the powder material with a plurality of temperature sensors while scanning the energy beam.
A step of determining whether or not the measurement area of the temperature sensor overlaps with the irradiation area of the energy beam, and
When irradiating the energy beam under the condition that the powder material is heated to near the melting point in advance, if the measurement area of the temperature sensor overlaps with the irradiation area of the energy beam, the measurement data is discarded and the other A step of calculating complementary data that complements the discarded measurement data based on the measurement data of the temperature sensor or the past measurement data that does not overlap with the irradiation region of the energy beam .
A powder bed melt-bonding method characterized by having. 前記補完データを作成するステップでは、予め測定して求めた前記複数の温度センサの温度の相関関係に基づいて前記破棄した測定データの補完データを算出することを特徴とする請求項８に記載の粉末床溶融結合方法。 The eighth aspect of the present invention, wherein in the step of creating the complementary data, the complementary data of the discarded measurement data is calculated based on the correlation of the temperatures of the plurality of temperature sensors obtained by measuring in advance. Powder bed melt bonding method. 前記スライスデータと前記温度センサの測定領域とを比較することで前記温度センサの測定領域と前記エネルギービームの照射領域との重複を検出することを特徴とする請求項８に記載の粉末床溶融結合方法。 The powder bed melt-bonding according to claim 8, wherein the overlap between the measurement region of the temperature sensor and the irradiation region of the energy beam is detected by comparing the slice data with the measurement region of the temperature sensor. Method. 前記温度センサの温度を経時的に求めるとともに、温度上昇速度が所定値以上に達した場合には前記温度センサの測定領域と前記エネルギービームの照射領域との重複を検出することを特徴とする請求項８に記載の粉末床溶融結合方法。 A claim characterized in that the temperature of the temperature sensor is obtained over time, and when the temperature rise rate reaches a predetermined value or more, the overlap between the measurement region of the temperature sensor and the irradiation region of the energy beam is detected. Item 8. The powder bed fusion bonding method according to Item 8. 前記温度センサにより、粉末材料の中央付近及び周縁部の少なくとも３か所の温度を検出することを特徴とする請求項８に記載の粉末床溶融結合方法。 The powder bed melt-bonding method according to claim 8, wherein the temperature sensor detects the temperature of at least three locations near the center and the peripheral portion of the powder material. 前記粉末材料の表面の温度分布に基づいて前記粉末材料の表面を加熱する加熱手段の制御を行うステップを有することを特徴とする請求項８に記載の粉末床溶融結合方法。 The powder bed melt-bonding method according to claim 8, further comprising a step of controlling a heating means for heating the surface of the powder material based on the temperature distribution on the surface of the powder material.
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