JPH07501765A - ３次元対象物の製造方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ３次元対象物の製造方法および装置 本発明は、請求項１の序文に記載された３次元対象物の製造方法、および請求項 １０の序文に記載された方法を行う装置とに関する。

このような方法は、例えば米国特許第４８６３５３８号明細書に開示されている 。この場合の物質は、粉末状の固形物質であり、降下可能なピストンの上部に層 状に重ねられ、対象物に相当する位置でレーザーによって焼結される。連続した 層を形成するために、粉末状物質を包囲するシリンダー内でピストンは段階的に 降下される。ヒーターにより、物質は焼結工程に必要な約１５０℃の動作温度に 保持される。

この公知の方法は、２〜３時間の予備加熱を必要とする動作温度まで、物質とと もにシリンダーもまた加熱されなければならないという欠点を有する。さらに、 粉塵による爆発の危険を避けるために、シリンダーから対象物を取り出す前に、 １００℃以下まで、ゆっくり温度を降下させなければならない。この温度降下の 間、対象物はシリンダー内に残しておかなければならない。すなわち、この公知 の方法は、組立調整および分解に長時間を要し、結果として、製造時間が長くな る。この欠点は本発明によって除去される。

本発明によれば、この問題点は請求項１および１０の特徴によってそれぞれ解決 される。本発明によれば、従来のシリンダーに相当する容器壁は、対象物と同時 に製造されるので、シリンダーを予熱する時間、ひいては、長い組立調整時間が 省略される。対象物の完成後、装置の形成部ではない容器壁を、制御冷却のため に、対象物とともに装置から取り外すことができるので、装置内における冷却に かかる長い時間、ひいては、分解時間も省略される。

以下、本発明の実施例について、図を参照して説明する。図は、本発明の装置の 概略断面図である。

本装置は、切取部２によって形成された開口部をもつ、略平面状のワークテーブ ル１を有する。切取部２は、製造される対象物３の横断面の最大面積より太きぃ 横断面をもつ円形であることが好ましい。しかしながら、切取部２は、他の適当 な形状であってもよい。集束光ビーム５を投射する、例えばレーザー等の照射装 置４は、ワークテーブル１上方に配置される。光ビームは、例えば回転式鏡等の 屈折装置６によって曲げられ、屈折ビーム７の形でワークテーブル１の平面上に 照射される。制御装置８は、屈折ビーム７が、切取部２によって規定される動作 範囲内のいかなる所望のポイントでも照射できるように、屈折装置を制御する。

同じく略平面状の基板９は、プラットフォームとして、切取部２の下部に設置さ れる。基板９は、切取部２に相当する形状であり、横方向に導かれるテーブルの 形をとっている。また、基板の上面が切取部２内で、概ねワークテーブル１の上 面と同レベルである最上位置と、図に点線で示され、基板９の面が隣接した受け 板１２のレベルまで降下される最下位置との間で、同様に横方向に配置されたレ ベル調節装置１０によって、基板９は矢印１１の方向に移動可能である。受は板 とワークテーブルとの間隔、すなわち、基板のレベル調整領域は、対象物３の最 大高より大きい。

本装置は、ドア１４により密閉可能な開口１３を、受は板１２に隣接して備えて いる。開口に密着あるいは結合可能な移動容器１５は、受は板１２の反対側に配 置される。移動容器１５もまた、容器１５を密閉するためのドア１６および窒素 等の不活性ガスの供給手段１７とヒーター１８とを有する。

出力あるいは排出装置１９は、例えば、側面に配置されたブツシャ−等によって 形成され、最下位置の基板１９上にある対象物を、基板９から受け板１２上へ、 次に（開いた）ドア１４．１６を通して移動容器１５の中へと移送させるために 配置されている。

粉末状物質２１の層を供給する装置２０は、通常、ドラムとして形成され、この ドラムは、物質２１が供給源２２からドラムの表面に供給される位置から、切取 部２を横切りワークテーブル１に沿って水平方向へ移動可能である。加工できる 物質２１として、粒子サイズが約１０μｍあるいはそれ以下のナイロン等の低温 溶解プラスチック材が考えられるが、金属粉あるいは混成物、すなわち、プラス チックコーティング金属やセラミックパウダーもまた用いることができる。さら に、動作領域に向けられる放射ヒーター２３は切取部２上に配置されている。

制御装置８、レベル調整装置１０および排出装置１９は、中央制御装置２４にそ れぞれ接続され、中央制御装置２４は下記に記載の方法で、上記の装置を相互に 制御する。

動作について説明すると、基板９は、まず、レベル調節装置１０によって、基板 ９の表面がワークテーブル１の表面と同レベルとなる最上位置に移動される。

その後、基板９は第１の物質層の意図された厚さに相当する量だけ降下され、切 取部２内に降下した領域を形成する。降下した領域は、切取部２の壁によって規 定された側面と基板９の表面により規定された底面とを有している。その際、予 め定められた層厚をもつ物質２１の第１層は、ドラム２０によって、切取部２お よび基板９によって形成される空間あるいは降下領域に充填され、ヒーター２３ によって、例えば、１４０〜１６０℃の適当な動作温度まで加熱される。その後 、制御装置２４は、制御８によって屈折装置６を操作して、すなわち、屈折ビー ム７が層のいかなるポイントをも照射することができるようにし、焼結によって 物質２１を固化する。この方法により、まず、固形の底辺層２５が形成される。

第２のステップとして、基板９は、レベル調節装置１０を介して制御装置２４に より一個の層の厚さ分だけ降下され、第２の物質層は、切取部２内のこのように して生成された降下領域に、ドラム２０によって充填され、再びヒーター２３に よって加熱される。ここでは、屈折装置６は、制御装置２４の操作により、屈折 ビーム７が、切取部２の内側表面に隣接する物質層の領域のみを照射するように し、物質層を焼結によって固化する。これにより、壁の厚さが約２〜１α關の第 １の環状壁層が生成され、この層は、残りの粉末状物質を完全に取り囲む。

基板９を、次の層の厚さ分砕下させ、物質２１を充填し、前述と同じ方法で加熱 した後、対象物３の製造を始めることができる。この過程の最後に、制御装置２ ４は屈折装置６を操作して、屈折ビーム７が制御装置２４に格納されている対象 物３の座標に一致して固化される層のポイントを照射するようにする。この対象 物の層の製造前あるいは後に、均等の厚さの壁をもつ第２の環状壁層が、前述と 同様の方法で第１の環状壁層の上に焼結される。

更なる層につき、同様の方法でこの手順が繰り返される。対象物の各層を製造す るとき、下にある環状壁層上に次の環状壁層を焼結することによって、容器壁の 形状をした環状壁部２６が製造される。この環状壁部は、残存する未焼結物質２ １とともに対象物３を包囲し、基板９がワークテーブル１の下方に降下されると き、物質２１か流出するのを防ぐものである。

対象物の最後の層の完成後、環状壁層のみを前述の第２のステップと同様の方法 で固化し、その後、底辺層２５を製造するときと同様にカバ一層２７を固化し、 カバ一層２７は底辺層２５および壁部２６とともに、対象物３および残存未焼結 物質を密封して包囲する容器２８を形成する。

その後、基板はレベル調節装置１０によって、図中の点線で示されるように、受 は板１２のレベルまで降下され、予め窒素ガスのもとて約１４０〜１６０℃の温 度に熱せられた移動容器１５が排出用開口部１３に接続される。ドア１４および １６を開けた後、排出装置により容器２８を開口部１３から移動容器１５の中へ 押し出す。ドア１４および１６を閉鎖した後、移動容器１５を取り外して、待機 することなく新たに対象物を製造することかできる。対象物３に対する緩やかな 冷却は、次の対象物の製造ごとに、ヒーター１８を等しく制御することにより、 移動容器１５内でおこなわれることが望ましい。

対象物３の製造の間、公知の手段（図示せず）により、動作領域内は不活性ガス 雰囲気、好ましくは窒素ガス雰囲気に置かれる。ドア１４および１６はゲート開 閉型であるため、完成した対象物３を排出するときのガスの放出、ひいては、そ れに起因する製造の中断を回避することができる。

本発明の変更はｉ＋Ｊ能である。底辺層２５の製造は省略することができる。ま た、不活性ガス雰囲気中で、移動容器１５内の未焼結の残留粉末を安全に冷却で きるのであれば、カバ一層２７は必要ではない。一方、層２５と２７両方の製造 、つまりは密閉容器２８の製造時に、移動容器１５あるいは不活性ガスのどちら か一方なしで、冷却を行うことはおそらく可能であろう。ドラム形状以外に、層 供給装置２０は、調合あるいはかき取り装置、ブッシャー、ブラシ、刃、または 粉末状物質からなる均等な層を供給するのに適した装置として設計することもで きる。

ヒーター１８および２３は、放射ヒーターあるいは循環エアヒーターとして形成 してもよい。また、照射装置として、集束ビームあるいは焼結に十分なエネルギ ーを生産する電磁放射の供給源、すなわち光源あるいは陰極熱線源などを用いて もよい。さらに、粉末状物質の代わりに液体物質を用いることもできる。最後に 、、　容器壁を形成する固化された壁層は、必ずしも円形である必要はないが、 概ね密閉した合わせ目をもつ適当な形状であればよい。しカルながら、この形状 は切取部２の形と一致することが好ましい。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．電磁放射の照射により固化され得る物質の層を用意し、次に、照射によって 対象物に相当する物質のポイントを固化することによって層ごとに制作される３ 次元対象物の製造方法において、 各層面に上記対象物を取り囲む上記物質の領域を照射して固化し、それにより、 上記物質の容器壁を製作することを特徴とする３次元対象物を製造する方法。 ２．上記物質は粉末状の固形物質であり、照射された上記ポイントにおいて上記 固形物質が焼結するように、上記照射が行われることを特徴とする請求項１に記 載の方法。 ３．円筒状容器壁を製造するために、相当する環状領域は各層ごとに固化される ことを特徴とする請求項１あるいは２に記載の方法。 ４．予め定められた厚さを有する物質層が、ワークテーブル内の切取部に充填さ れ、上記容器壁は、上記物質の上記切取部の内面に隣接する部分を照射すること によって製造され、その結果、上記物質層は上記容器壁によって取り囲まれるこ とを特徴とする請求項１あるいは２に記載の方法。 ５．上記物質層は基板上に充填され、上記基板はその最上位置で少なくとも部分 的に上記切取部内に置かれ、各層を製造するために層の厚さに相当する分降下さ れることを特徴とする請求項４に記載の方法。 ６．上記容器壁と上記対象物の製造前、および／あるいは、後に、一枚の物質層 が上記容器壁に取り囲まれた全領域をカバーするように固化され、その結果、上 記容器の密閉底部あるいは密閉カバーが製造されることを特徴とする前記請求項 のいずれかに記載の方法。 ７．それにより、包囲された上記容器壁と上記対象物は、その完成後、移動容器 に移され、制御された条件の下で、冷却されることを特徴とする前記請求項のい ずれかに記載の方法。 ８．上記対象物は、不活性ガス雰囲気中で製造されることを特徴とする前記請求 項のいずれかに記載の方法。 ９．照射には、制御レーザービームが用いられることを特徴とする前記請求項の いずれかに記載の方法。 １０．高度調節基板（９）、上記基板（９）に物質（２１）の層を供給する装置 （２０）、照射装置（４）、および、上記対象物（３）に相当する上記層のポイ ントを照射する上記照射装置（４）の制御装置（８、２４）とを有し、上記物質 は電磁放射作用の下で固化され得る、請求項１に記載の上記方法を実行する装置 において、 上記制御装置（８、２４）は、各層において対象物（３）を包囲する物質（２１ ）の領域（２６）を照射するように構成されていることを特徴とする請求項１に 記載の上記方法を実行する装置。 １１．包囲領域（２６）に相当する切取部（２）を有するワークテーブル（１） を備え、上記基板の表面は切取部（２）内で上記ワークテーブル（１）の表面と 実質上同じ高さまで上昇できることを特徴とする請求項１０に記載の装置。 １２．上記基板（９）は、横方向あるいは下方から支えられるテーブル形状とし て形成され、側面に配置されたレベル調節装置（１０）を有することを特徴とす る請求項１０あるいは１１に記載の装置。 １３．上記基板（９）は、横方向に隣接する受け板（１２）のレベルまで降下さ れることを特徴とする請求項１１あるいは１２に記載の装置。 １４．上記対象物を包囲する上記容器（２８）を上記基板（９）から受け板（１ ２）まで移動するために、上記容器壁（２６）には、排出装置（１９）が連結さ れていることを特徴とする請求項１３に記載の装置。 １５．上記対象物（３）を包囲する上記容器（２８）を排出するために、密閉可 能な開口部（１３）が備えられていることを特徴とする請求項１３あるいは１４ に記載の装置。 １６．上記密閉可能な開口部（１３）に密封状態で取り付けることができる移動 容器（１５）を備えたことを特徴とする請求項１５に記載の装置。 １７．上記移動容器（１５）は、不活性ガス供給、好ましくは、窒素供給（１７ ）と調節可能なヒーター（１８）とを有することを特徴とする請求項１６に記載 の装置。 １８．上記物質層上に向けられた放射ヒーター（２３）を備えたことを特徴とす る請求項１０乃至１７のいずれかに記載の装置。