KR101997337B1

KR101997337B1 - 3차원 조형 방법

Info

Publication number: KR101997337B1
Application number: KR1020170096936A
Authority: KR
Inventors: 고우이치 아마야; 고우스케 이시모토; 다케시 야마다
Original assignee: 가부시키가이샤 마쓰우라 기카이 세이사쿠쇼
Priority date: 2017-07-31
Filing date: 2017-07-31
Publication date: 2019-07-05
Also published as: KR20190013027A

Abstract

소결 불량을 신속하게 검출하는 것으로써, 결함 3차원 조형물의 발생을 방지할 수 있는 3차원 조형 방법의 구성을 제공하는 것을 과제로 하고 있고, 상기 과제를 달성할 수 있는 분말층의 형성 공정, 및 레이저 빔 또는 전자 빔에 의해서 상기 분말층을 소결하는 소결 공정에 의한 3차원 조형 방법으로서, 이하의 작동하는 것에 의해서 상기 과제를 달성할 수 있는 3차원 조형 방법.
a: 각 소결 공정에 있어서 조사한 레이저 빔 또는 전자 빔의 반사 강도, 또는 상기 레이저 빔 이외의 광의 반사 강도의 측정,
b: 시간 단위에 있어서 a의 반사 강도가 기준 범위 내인 것이 검출되었을 경우에는, 다음의 시간 단위 내의 소결, 또는 다음의 분말층 형성 공정을 계속하는 지령,
c: 시간 단위에 있어서 a의 반사 강도가 기준 범위로부터 일탈하는 상태가 발생하고 있는 것이 검출되었을 경우에는, 소결 불량이 생긴 취지의 판단하에, 다음의 시간 단위 내의 소결, 또는 다음의 분말층 형성 공정을 중지하는 지령.

Description

3차원 조형 방법{THREE-DIMENSIONAL SHAPING METHOD}

본 발명은, 분말층의 형성, 및 상기 분말층에 대한 레이저 빔 또는 전자 빔에 의한 소결을 반복하는 것으로 이루어지는 적층에 기초하는 3차원 형상 조형물의 제조 방법에 관한 것이다.

상기 3차원 조형 방법에 있어서는,

A: 레이저 빔 또는 전자 빔에 관한 제어계의 이상에 의해서, 공급되는 빔이 과잉이거나 또는 부족한 것에 의해서, 각 빔의 공급이 정상인 경우에 비해, 소결 표면이 평탄하지 않고, 개략 규칙적인 요철 상태를 형성하는 것,

B: 분말 공급 장치에 의해서 공급된 분말층의 형성에 있어서, 상기 A의 요철 상태의 형성, 또는 절삭 칩이 들어가는 것을 원인으로 하여, 스퀴지의 이동이 곤란해지고, 균일한 평탄면의 실현에 지장이 발생하는 것, 또는 이미 소결이 행해진 층과의 용융이 불완전한 것 등에 의한 분말층 표면의 이상을 원인으로 하여 분말층 표면이 평탄하지 않고, 불규칙적인 요철 상태를 형성하는 것,

에 기초하는 소결 불량을 완전히 방지하는 것이 불가능한 상황에 있다.

그런데, 3차원 조형 방법에 있어서는, 밀폐된 장치에 있어서, 적층 및 소결 공정이 반복되기 때문에, 상기 A, B와 같은 소결 불량이 간과되고, 반복에 의한 전체 적층 공정 및 전체 소결 공정이 종료된 후에 비로소 판명된다는 것이 부정할 수 없는 실정이다.

구조물의 열화 또는 손상의 발생에 대해 광의 조사 및 산란에 의해서 검출하는 것은, 예를 들면 특허문헌 1, 2, 3에 나타내는 바와 같이, 이미 공공연히 알려져 있다.

또한, 세라믹스 등의 구조물의 균열 위치를, 상기 광의 산란에 의해서 검출하는 것은, 예를 들면 특허문헌 4, 5에 나타내는 바와 같이, 공공연히 알려져 있다.

그런데, 이러한 광의 반사에 관한 기술적 사항을 3차원 조형 방법에 있어서 적절히 이용하는 것에 대해서는, 종래 기술에 있어서는, 아무런 개시 및 시사가 되어 있지 않다.

일본 공개특허공보 2008-241658호 일본 공개특허공보 2010-243375호 일본 공개특허공보 2013-083493호 일본 공개특허공보 2003-247943호 일본 공개특허공보 2004-093300호

본 발명은, 상기와 같은 배경 기술을 고려하여, 분말층 형성 공정 및 소결 공정에 있어서, 소결 불량을 신속하게 검출하는 것에 의해서, 상기 소결 불량 영역을 포함하는 것에 의한 3차원 조형물의 결함 제품의 발생을 방지하는 것을 가능하게 하는 3차원 조형 방법의 구성을 제공하는 데에 있다.

상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 기본 구성은,

(1) 분말층의 형성 공정, 및 이동하는 레이저 빔 또는 전자 빔의 조사에 의해서 상기 분말층을 소결하는 소결 공정과의 교대의 반복으로 이루어지는 적층을 수반하는 3차원 조형 방법으로서, 상기 소결 공정에서, 이하의 프로세스를 채용하고 있는 3차원 조형 방법.

a: 각 소결 공정에 있어서 조사한 레이저 빔 또는 전자 빔에서의 반사 강도, 또는 각 소결 공정에 있어서 전체 소결 영역에 대한 상기 레이저 빔 이외의 광에 의한 조사 및 상기 광에서의 반사 강도의 측정,

b: 각 소결 공정에 필요한 시간 이내의 시간 단위에 있어서, a의 반사 강도가 소결 불량이 생기지 않은 상태에 있는 반사 강도에 의한 기준 범위 내인 것이 검출되었을 경우에는, 다음의 시간 단위에서의 소결, 또는 다음의 분말층 형성 공정을 계속하는 취지의 지령,

c: 각 소결 공정에 필요한 시간 이내의 시간 단위에 있어서, a의 반사 강도가 소결 불량이 생기지 않은 상태에 있는 반사 강도에 의한 기준 범위로부터 일탈하는 상태가 발생하고 있는 것이 검출되었을 경우에는, 소결 불량이 생긴 취지의 판단하에, 다음의 시간 단위에서의 소결, 또는 다음의 분말층 형성 공정을 중지하는 취지의 지령,

d: c의 지령의 원인이 된 소결 불량이 발생하고 있는 소결 부위, 및 그 후의 시간 단위 내에서의 소결 부위로부터 반사된 레이저 빔 또는 전자 빔, 또는 상기 레이저 빔 이외의 광에 의한 반사 광에 대해서, 분광 기능에 기초하여 각 파장에 대응한 강도에 기초하는 스펙트럼 화상의 촬영,

e: d에 있어서의 각 스펙트럼 화상이 변화되고 있지 않거나 또는 변화가 완만한 경우에는, c의 지령의 원인이 된 소결 불량의 원인이, 레이저 빔 또는 전자 빔에 관한 제어계의 이상에 있다는 취지의 판단을 행하고,

d에 있어서의 각 스펙트럼 화상이 급변하고 있는 경우에는, 상기 소결 불량의 원인이, 분말 형성 표면의 이상에 있다는 취지의 판단을 행하는 것.

(2) 분말층의 형성 공정, 및 이동하는 레이저 빔 또는 전자 빔의 조사에 의해서 상기 분말층을 소결하는 소결 공정과의 교대의 반복으로 이루어지는 적층을 수반하는 3차원 조형 방법으로서, 상기 소결 공정에서, 이하의 프로세스를 채용하고 있는 3차원 조형 방법.

c: 각 소결 공정에 필요한 시간 이내의 시간 단위에 있어서, a의 반사 강도가 소결 불량이 생기지 않은 상태에 있는 반사 강도에 의한 기준 범위로부터 일탈하는 상태가 발생하고 있는 것이 검출되었을 경우에는, 소결 불량이 생긴 취지의 판단하에, 다음의 시간 단위에서의 소결, 또는 다음의 분말층 형성 공정을 중지하는 취지의 지령

f: c의 지령의 원인이 된 소결 불량이 발생하고 있는 소결 부위, 및 그 후의 시간 단위 내에서의 소결 부위의 반사 강도의 기록,

g: f에 있어서의 각 반사 강도가 변화되고 있지 않거나 또는 변화가 완만한 경우에는, c의 지령의 원인이 된 소결 불량의 원인이, 레이저 빔 또는 전자 빔에 관한 제어계의 이상에 있다는 취지의 판단을 행하고,

f에 있어서의 각 반사 강도가 급변하고 있는 경우에는, 상기 소결 불량의 원인이, 분말 형성 표면의 이상에 있다는 취지의 판단을 행하는 것,

으로 이루어진다.

상기 기본 구성 (1), (2)에 있어서는, c의 지령을 수반하는 소결 불량의 검출에 의해서 다음의 시간 단위에서의 소결 공정, 또는 다음의 분말층 형성 공정을 중지하는 것이 가능해지고, 소결 불량의 발생 상태를 도과한 다음에, 더욱 더 적층 및 소결을 행한다고 하는 쓸데없는 공정을 방지하고, 나아가서는, 소결 불량 영역을 포함하는 것에 의해서, 3차원 조형물로서의 결함 제품의 발생을 피하는 것이 가능해진다.

게다가, 소결 불량의 원인을 해명하고, 또한 상기 원인을 시정하는 한편, 상기 소결 불량이 생긴 전체 소결 영역, 또는 상기 전체 영역 및 이미 적층된 소결 영역을 용융하거나, 혹은 연화하는 것에 의해서 제거하거나, 또는 상기 각 전체 소결 영역을, 절삭 공구에 의해서 제거한 다음에, 다시 적층 공정 및 소결 공정을 반복했을 경우에는, 상기 소결 불량의 발생에도 불구하고, 효율적인 3차원 조형물의 제조를 실현할 수 있다.

도 1은 본 발명의 3차원 조형 방법을 실현하는 장치에 관한 모식도로서, (a)는, 기본 구성 (1), (2)에 있어서, 각 소결 공정에 있어서 소결된 레이저 빔 또는 전자 빔에서의 반사 강도를 측정하는 경우를 나타내고, (b)는, 기본 구성 (1), (2)에 있어서, 각 소결 공정에 의한 전체 소결 영역에 대한 레이저 빔 이외의 광에 의한 조사를 행한 다음에, 상기 광에서의 반사 강도의 측정을 행하는 경우를 나타낸다.
도 2는 상기 기본 구성 (1), (2)에 있어서의 a, b, c의 공정을 실현하는 플로우차트를 나타낸다.
도 3은 반사 광의 스펙트럼 분석에 의해서, 소결 이상의 원인을 해명하는 경우의 원리를 나타내는 스펙트럼 화상으로서, (a)는, 배경 기술의 항 A에 기재된 제어의 이상을 원인으로 하는 스펙트럼 화상의 변화에 기초하는 상이한 상황을 나타내고 있고, (b)는, 배경 기술의 항 B에 기재된 적층 표면의 이상을 원인으로 하는 스펙트럼 화상의 변화에 기초하는 상이한 상황을 나타낸다.
또한, 점선은, c의 지령의 원인이 되는 소결 불량이 생긴 단계에 있어서의 스펙트럼 화상을 나타내고 있고, 실선은 그 후의 스펙트럼 화상을 나타낸다.
도 4는 도 3에 나타내는 변화 상황의 상이에 기초하여, 원인의 준별(峻別)을 행하는 것에 관한 플로우차트를 나타낸다.
도 5는 c의 지령을 수반하는 소결 불량의 경우의 반사 강도의 시간 단위에서의 추이와, 정상인 반사 강도의 시간 단위에서의 추이와의 대비를 나타내는 그래프로서, (a)는, 배경 기술의 항 A에 기재된 제어계가 이상(異狀)인 경우의 반사 강도의 변화 상황을 나타내고 있고, (b)는, 배경 기술의 항 B에 기재된 적층 표면이 이상인 경우의 반사 강도의 변화 상황을 나타낸다.
또한, 점선은, c의 지령의 원인이 되는 소결 불량이 생긴 단계에 있어서의 반사 강도를 나타내고 있고, 실선은 그 후의 반사 강도를 나타낸다.
도 6은 도 5에 나타내는 변화 상황의 상이에 기초하여, 원인의 준별을 행하는 것에 관한 플로우차트를 나타낸다.

상기 기본 구성 (1), (2)에 있어서는, 도 1(a)에 나타내는 바와 같이, 컨테이너(용기)(1) 내에 있어서 적층되어 있는 분말 및 상기 분말에 기초하는 소결 생성물을 탑재하는 테이블(2), 컨테이너(1)에 대한 분말 공급 용구(3), 급부된 분말을 평탄하게 하기 위한 스퀴지(4), 레이저 빔 또는 전자 빔 공급원(5), 및 이들 빔을 이동 가능하게 하기 위한 스캐너 장치(6), 및 컨트롤러(10)를 필요로 하는 점에 있어서는, 종래 기술의 경우와 마찬가지이지만, 조사한 레이저 빔 또는 전자 빔의 반사 강도 측정 장치(8)를 구비하거나, 또는 도 1(b)에 나타내는 바와 같이, 종래 기술과 같은 각 구성요소를 구비하는 한편, 조사한 레이저 빔 또는 전자 빔의 반사 강도가 아니라, 조사 광원(11)으로부터 전체 조사 영역에 조사한 광선에 대한 반사 강도 측정 장치를 구비하고 있다(또한, 도 1(b)에 있어서는, 반사된 레이저 빔 또는 전자 빔(7)의 표시를 생략하고 있다.).

레이저 빔 이외의 광원으로서는, 가시광선뿐만 아니라, 자외선, 적외선, 원적외선과 같은 가시광선 이외의 광선도 채용할 수 있다.

상기 기본 구성 (1), (2)의 a에 있어서의 반사 강도의 측정은, 각 적층 공정에 있어서, 소결 영역이 순차 변화하는 이상, 전체 소결 영역에서의 반사 빔(7) 또는 반사 광(9)의 반사 강도를 측정할 수 있는 것을 전제로 하고 있다.

상기 전제에 기초하여, 레이저 빔 이외의 광의 반사 강도의 측정을 행하는 경우에는, 전체 소결 영역에 대해서 광의 조사를 하는 것을 요건으로 하고 있다.

또한, a의 반사 강도는, 레이저 빔에 대한 반사 빔(7) 및 반사 광(9)의 경우에는, 광전 변환 장치에 의해서 측정되고, 전자 빔에 대한 반사 빔(7)의 경우에는 전자 유도에 의해서 측정된다.

상기 광전 변환에 의한 측정의 경우의 강도에 대해서는 광도 및 조도 중 어느 쪽도 기준으로 할 수 있다.

이것에 비해, 전자 유도에 의한 측정의 경우에는, 상기 전자 유도에 기초하는 전압값 또는 전류값을 기준으로 할 수 있다.

상기 기본 구성 (1), (2)의 b, c 에 있어서는, 반사 강도에 관한 평가를 행하기 위해서, 각 소결 공정 이내의 시간 단위를 설정하고 있는데, 그 근거는, 측정시마다 평가를 행하는 것은 극히 번잡하고 또한 무의미한 것이기 때문에, 효율적인 평가를 행하는 데에 있다.

상기 시간 단위는, 각 소결 공정의 시간인 경우도 포섭되어 있지만, 상기 시간의 1/10 ~ 1/2와 같은 시간도 선택하여 설정할 수 있다.

상기 기본 구성 (1), (2)에 있어서의 a, b, c의 각 프로세스는, 도 2의 플로우차트에 나타내는 바와 같고, 반사 강도가 소결 불량을 일으키지 않은 상태인 경우로서, 미리 설정되어 있는 기준이 되는 반사 강도의 범위 내에 있는 경우에는, b와 같이, 다음의 시간 단위의 소결, 또는 다음의 분말층 형성 공정을 계속하는 취지의 지령을 행하는데, 반사 강도가 소결 불량을 일으키고 있는 상태로서, 미리 설정되어 있는 기준이 되는 반사 강도의 범위를 초과하고 있는 경우, 즉 상기 기준 범위보다 큰 경우 또는 작은 경우 중 어느 쪽에 있어서도, c와 같이, 다음의 시간 단위의 소결, 또는 다음의 분말층 형성 공정을 중지하고 있다.

소결 불량이 생기지 않은 것을 전제로 하고 있는 상기 기준 범위는, 각 소결 공정에 있어서, 소결 불량이 생기지 않은 것이 확인되었을 경우에서의 광도 또는 조도(레이저 빔에 대한 반사 빔(7) 및 반사 광(9)의 경우) 및 전압값 또는 전류값(전자 빔에 대한 반사 빔(7)의 경우)에 의한 기준이 되는 수치 범위의 데이터에 의해서 미리 설정되어 있다.

상기 기준이 되는 수치 범위의 데이터의 설정은, 이하와 같다.

3차원 조형 방법에 있어서는, 조형 대상물의 종류에 따라서 적절한 레이저 빔 또는 전자 빔의 강도의 범위가 특정되어 있다.

따라서, 배경 기술의 항 A에 기재된 이상인 빔의 공급을 원인으로 하는 요철 상태에 도달하지 않는 기준에 대해서는, 각 종류의 조형 대상물에 대해, 소정의 시간 단위 및 소정의 측정 위치하에 정상인 레이저 빔 또는 전자 빔의 공급량을, 정상인 상태로부터 순차 증가 및 감소시켜서, 적절한 요철 상태의 한계에 도달하는 공급을 행하고, 상기 한계의 단계에서의 광도 또는 조도 및 전압값 또는 전류값을 측정하는 것에 의해서, 상기 공급량이 과잉인 단계에 도달하기 직전의 최대값 및 부족한 상태에 도달하기 직전의 최소값을 미리 설정할 수 있다.

한편, 3차원 조형 대상물의 대부분의 종류에 있어서, 정상, 즉 평탄한 분말 표면 상태는 공통하고 있다.

이 점을 고려하여, 배경 기술의 항 B에 기재된 이상인 요철 상태에 도달하지 않는 기준에 대해서는, 소정의 시간 단위 및 소정의 측정 위치하에, 절삭 칩의 인입 등을 원인으로 하여, 평탄면의 실현에 지장을 일으키는 스퀴지(4)의 이동 곤란한 상태, 또는 불충분한 소결에 의한 불완전한 용융 상태를 설정하는 것에 의해서 상기 불규칙한 정도 및 불완전한 정도를 점차 감소시킨다고 하는 개별의 실험에 의해서, 정상인 평탄 상태와 이상인 요철 상태의 경계 단계를 확인하고, 상기 확인을 행한 단계에서의 광도 또는 조도 및 전압값 또는 전류값을 측정하는 것에 의해서, 불규칙한 상태에 도달하기 직전의 최소값을 미리 설정할 수 있다.

a의 측정에 의한 반사 강도가 상기한 기준 범위를 일탈하고 있는 경우에, c와 같은 중지를 선택하는 근거는 이하와 같다.

상기 A의 레이저 빔 또는 전자 빔의 제어에 관한 이상이 발생했을 경우에는, 이들 빔이 소결 불량을 발생시키지 않는 적절한 양을 초과하고 있는 경우에는, 반사 강도도 또한 적절한 범위를 초과하고 있고, 이들 빔이 부족한 경우에는, 반사 강도가 수치 범위 미만이 될 수밖에 없다.

이들 빔이 적절한 수치 범위를 초과하고 있는 경우 및 부족한 경우 중 어느 쪽에 있어서도, 소결 표면에서는, 정상인 소결의 경우에 비해, 개략 규칙적인 요철 상태가 형성되는 이상, 반사 강도가 소정의 수치 범위를 일탈하고 있는 경우에는, 소결 불량의 발생과 대응하고 있고, c의 중지의 선택이 적절한 것을 의미하고 있다.

한편, 상기 B의 분말층 표면의 이상의 경우에는, 상기 이상인 표면에서는, 조사된 레이저 빔 또는 전자 빔이 난반사되고, 도 1(a), (b)에 나타내는 반사 강도 측정 장치(8)에서 측정된 반사 강도가 소결 불량이 생기지 않는 정상의 표면의 경우에 비해, 작은 수치가 되고, c의 선택이 적절한 것으로 귀결된다.

게다가, c의 지령의 원인이 되는 소결 불량은, 거의 대부분의 경우 상기 A, B의 원인으로부터 유래되고 있다.

이렇게 하여, 소결 불량이 생기지 않은 경우의 반사 강도에 있어서의 기준 범위에 기초하여 c의 중지 지령을 발하는 것은 극히 적절하며, 이러한 지령에 의해서, 더욱 더 적층 및 소결의 반복이라고 하는 무의미하고 쓸데없는 공정의 발생을 방지하고, 나아가서는 결함을 수반하는 3차원 조형물의 제조를 피할 수 있다.

소결 불량이 생기지 않은 경우의 반사 강도의 기준 범위는, 조형 대상물의 원료, 나아가서는, 각 빔의 조사 강도, 및 반사 빔(7) 또는 반사 광(9)을 측정하는 측정 장치의 성능에 따라서 상이하고, 일반적으로 상기 기준 범위에 의한 수치 범위를 특정하는 것은 불가능하다.

따라서, 상기 각 요인을 고려하여, 경험상의 축적에 의해서, 상기 수치 범위를 특정하는 것을 필요 불가결로 한다.

c의 지령의 원인이 되는 소결 불량이 발생했을 경우에는, 통상 그 원인이 규명되게 된다.

상기 소결 불량의 원인을 규명하기 위해서, 기본 구성 (1)에 있어서는, 이하와 같은 프로세스를 채용하고 있다.

d: c의 지령의 원인이 된 소결 불량이 발생하고 있는 소결 부위, 및 그 후의 시간 단위 내에서의 소결 부위로부터 반사된 레이저 빔 또는 전자 빔(7), 또는 상기 레이저 빔(7) 이외의 광에 의한 반사 광(9)에 대해서, 분광 기능에 기초하여 각 파장에 대응한 강도에 기초하는 스펙트럼 화상의 촬영,

e: d에 있어서의 각 스펙트럼 화상이 변화하고 있지 않거나 또는 변화가 완만한 경우에는, c의 지령의 원인이 된 소결 불량의 원인이, 레이저 빔 또는 전자 빔에 관한 제어계의 이상에 있다는 취지의 판단을 행하고,

d에 있어서의 각 스펙트럼 화상이 급변하고 있는 경우에는, 상기 소결 불량의 원인이, 분말층 형성 표면의 이상에 있다는 취지의 판단을 행하는 것.

d의 스펙트럼 화상의 촬영에 기초하여, e와 같은 판단을 행하는 것은, 반사 강도의 변화의 원인이 되는 레이저 빔 또는 광의 반사 상태의 변화가 생겼을 경우에는, 필연적으로 상기 반사 강도에 기초하는 스펙트럼 화상이 변화하고 있다고 하는 경험칙에 유래하고 있다.

e에 의한 판단의 근거는, 이하와 같다.

상기 A가 제어계에 관한 이상을 원인으로 하는 소결 불량의 경우에는, 레이저 빔 또는 전자 빔의 이상인 조사 상태에서 계속되는 한편, 상기 조사에 의해서 발생하는 요철 형상은 개략 규칙적인 것이기 때문에, 반사된 레이저 빔(7) 및 반사 광(9)의 상황은, 소결 부위가 달라서, 변화하고 있지 않거나(단, 거의 변화되고 있지 않다고 하는 근사적으로 변화되고 있지 않는 경우도 포함한다.) 또는 완만한 변화를 나타내고 있는 것에 불과하다.

따라서, d와 같이, c의 지령의 원인이 된 소결 불량의 부위에서의 스펙트럼 화상에 대해, 그 후의 소결 부위에서의 스펙트럼 화상은 변화하지 않거나 또는 완만한 변화를 나타내는 것에 불과하다.

그 결과, 쌍방의 스펙트럼 화상은, 도 3(a)에 나타내는 바와 같이, 그다지 상이한 상황을 나타내는 것은 아니다.

이것에 비해, 상기 B와 같은 분말층 표면의 이상을 원인으로 하는 소결 불량의 경우에는, 상기 소결 불량의 부위가 반드시 연속하고 있는 것이 아닌 한편, 분말층의 요철 상태는 불규칙하다.

따라서, c의 지령의 원인이 된 소결 불량이 생기고 있는 소결 부위 이후에 반사 강도가 측정되고 있는 소결 부위가 여전히 소결 불량 상태인 경우에는, 불규칙한 요철 상태가 당초의 소결 불량의 요철 상태와 명백히 상이한 한편, 그 후의 반사 강도가 측정되고 있는 소결 부위에 있어서, 이미 소결 불량을 소실되고 있는 경우에는, 당연히 반사 빔(7) 또는 반사 광(9) 상태는 명백히 상이하다.

따라서, c의 지령의 원인이 된 소결 불량의 반사 강도에 기초하는 스펙트럼 화상에 대해, 그 후의 소결 부위에서의 반사 강도에 기초하는 스펙트럼 화상은, 급변하고 있다.

그 결과, 도 3(b)에 나타내는 바와 같이, 전자와 후자는 명백히 다른 스펙트럼 화상을 나타내게 된다.

이와 같이, 상기 A의 경우와 상기 B의 경우는, 반사 상태의 추이가 명백히 상이하기 때문에, 스펙트럼 화상의 변화 상태도 상이하고, e와 같은 판단이 가능해진다.

e에 의한 판단은, c의 지령의 원인이 된 소결 불량에서의 스펙트럼 화상과, 그 후의 소결 영역에서의 스펙트럼 화상과의 변화 상태에 대한 육안 관찰에 의해서 실현될 수 있다.

그렇지만, 상기 판단을 자동화하고, 또한 상기 판단을 표시하는 경우에는, 소정의 수치 제어를 필요로 한다.

그러기 위해서는, 도 4의 플로우차트에 나타내는 바와 같이, d의 각 스펙트럼 화상 중, c의 지령의 원인이 된 소결 불량이 발생하고 있는 소결 부위, 및 그 후의 소결 부위 중 1개소에 있어서의 소결 부위를 선택하고, 쌍방의 스펙트럼 화상에 있어서의 특정의 주파수에서의 파고값의 상이가, 미리 기준으로서 설정된 소정의 수치 범위 이내인 경우에는, c의 지령의 원인이 된 소결 불량의 원인이, 상기 A와 같이, 레이저 빔 또는 전자 빔에 관한 제어계의 이상에 있다는 취지의 판단 및 그 취지의 표시를 행하고,

또한 상기 상이가, 미리 기준으로서 설정된 소정의 수치 범위를 일탈하고 있는 경우에는, 상기 소결 불량의 원인이, 상기 B와 같이, 분말층 표면의 이상에 있다는 취지의 판단 및 그 취지의 표시를 행하는 것을 특징으로 하는 실시형태를 채용하면 좋다.

상기한 소정의 수치 범위를 미리 기준으로서 설정하는 것은, 각 소결 공정에 있어서, 상기 A와 같이, 레이저 빔 또는 전자 빔에 관한 제어계의 이상이 최대 상태인 경우에 대해, 각 시간 단위의 복수 개소에 대해, 미리 스펙트럼 화상을 촬영하고, 특정의 주파수에서의 파고값의 변화 상태의 데이터를 미리 작성한 다음에, 현실의 판단에 있어서는, 상기한 2개소의 소결 부위에 있어서의 파고값의 비율 또는 차분에 의한 수치를 채용하는 것에 의해서 실현될 수 있다.

상기 수치도 또한, 조형 대상물의 원료, 나아가서는, 각 빔의 조사 강도, 및 반사 빔(7) 또는 반사 광(9)을 측정하는 측정 장치의 성능에 따라서 상이하고, 일반적으로 상기 기준 범위에 의한 수치 범위를 특정하는 것은 불가능하다.

상기 소결 불량의 원인을 규명하기 위해서 기본 구성 (2)에 있어서는, 이하와 같은 프로세스를 채용하고 있다.

f에 있어서의 각 반사 강도가 급변하고 있는 경우에는, 상기 소결 불량의 원인이, 분말층 형성 표면의 이상에 있다는 취지의 판단을 행하는 것.

f와 같이 반사 강도의 기록에 의해서, g와 같은 판단이 가능한 근거는, 이하와 같다.

d의 촬영 및 e의 판단에 입각해서 설명한 바와 같이, A를 원인으로 하는 경우에는, 반사 빔(7) 또는 반사 광(9)은 변화되고 있지 않거나(단, 거의 변화되고 있지 않다고 하는 근사적으로 변화되고 있지 않는 경우도 포함한다.) 또는 완만한 변화를 행하고 있는 것에 불과하다.

그 결과, 반사 강도도 또한 도 5(a)에 나타내는 바와 같이, 변화되고 있지 않거나 또는 완만한 변화를 나타내고 있는 것에 불과하다.

이것에 비해, 상기 B를 원인으로 하고 있는 경우에는, 분말층 표면에서의 요철 상태는 급변하고 있고, 그 결과 c의 지령의 원인이 된 소결 부위에서의 반사 강도와, 그 후의 소결 부위에서의 반사 강도는, 도 5(b)에 나타내는 바와 같이 급변하고 있다.

이와 같이, 상기 A의 경우와 상기 B의 경우는, 반사 강도의 변화의 추이가 명백히 상이하기 때문에, g와 같은 판단을 행할 수 있다.

g에 의한 판단은, c의 지령의 원인이 된 소결 불량에 있어서의 반사 강도와, 그 후의 소결 영역에 있어서의 반사 강도와의 변화 상태에 대한 육안 관찰에 의해서 실현될 수 있다.

그렇지만, 상기 판단을 자동화하고, 또한 상기 판단을 표시하기 위해서는, 소정의 수치 제어를 필요로 한다.

그러기 위해서는, 도 6의 플로우차트에 나타내는 바와 같이, f의 각 반사 강도 중, c의 지령의 원인이 되고 있는 소결 불량이 발생하고 있는 소결 부위 및 그 후의 1개소의 소결 부위에 있어서의 반사 강도의 상이가, 미리 기준으로서 설정된 소정의 수치 범위 이내인 경우에는, c의 지령의 원인이 된 소결 불량의 원인이, 레이저 빔 또는 전자 빔에 관한 제어계의 이상에 있다는 취지의 판단 및 그 취지의 표시를 행하고,

또한 상기 상이가, 미리 기준으로서 설정된 소정의 수치 범위를 일탈하고 있는 경우에는, 상기 소결 불량의 원인이, 분말층 표면의 이상에 있다는 취지의 판단 및 그 취지의 표시를 행하는 것을 특징으로 하는 실시형태를 채용하면 좋다.

상기한 소정의 수치 범위를 미리 기준으로서 설정하는 것은, 상기 A와 같이, 레이저 빔 또는 전자 빔에 관한 제어계의 이상 상태가 최대 상태인 경우에 대해, 각 소결 공정에 있어서의 시간 단위에 입각해서, 반사 강도의 추이에 관한 데이터를 미리 작성하는 것에 의해서, 현실의 판단에 있어서는, 상기 2개소의 소결 부위에서의 반사 강도에 관한 비율 또는 차분에 의한 수치의 기준을 채용하는 것에 의해서 실현될 수 있다.

이하, 실시예에 입각해서 설명한다.

실시예 1은, 소결 불량의 원인을 시정하고, 또한 c의 지령이 행해진 시간 단위에서 형성된 소결 영역, 또는 상기 소결 영역 및 상기 소결 영역의 하측에서 이미 적층되어 있는 전체 소결 영역을, 레이저 빔 또는 전자 빔에 의해서 용융하거나, 혹은 연화한 다음에, 상기 용융 혹은 연화 영역의 두께분 혹은 상기 소결 및 적층된 소결 영역의 두께분만큼 제거하거나, 또는 상기 소결 영역과 전체 소결 영역을, 절삭 공구에 의해서 제거한 다음에, 다시 제거한 영역으로부터 적층 공정 및 소결 공정을 반복하는 것을 특징으로 하고 있다.

실시예 1의 기술적 취지에 대해서 상세히 설명하자면, c의 지령의 원인이 되는 소결 불량의 위치 및 그 근방을 레이저 빔 또는 전자 빔에 의해서 용융하고 또한 제거했다고 해도, 이러한 영역에 대해서 다시 적층 및 소결을 행하는 경우에는, 용융하여 제거한 영역에 대해 화상 해석을 행하고, 상기 해석에 기초하여 다시 적층 및 소결을 행하는 것이 필요할 수밖에 없다.

그렇지만, 그러한 화상 해석을 행하는 것, 및 상기 화상 해석에 기초하는 국소 영역에 있어서의 분말층 형성 공정 및 소결 공정을 실현하는 것은, 극히 번잡하고, 또한 비효율적이다.

이 때문에, 실시예 1에 있어서는, 상기 각 빔에 의해서 소결 불량이 생긴 위치를 포함하는 전체 소결 영역, 또는 상기 전체 소결 영역뿐만이 아니라, 이미 형성되어 있는 전체 소결 영역을 용융한 다음에, 정확한 치수 측정에 기초하여, 상기 소결 영역의 두께분을 제거하거나, 또는 상기 전체 영역 및 그 하방의 이미 형성되어 있는 전체 소결 영역의 두께분을 제거한 다음에, 다시 적층 및 소결을 행하고 있다.

이러한 실시예 1의 경우에는, 상기와 같이 용융 및 제거한 영역 이외에 이미 형성되어 있는 소결층을 유효하게 이용하는 것이 가능해지고, 소결 불량이 판명되었을 경우라도, 결함을 수반하지 않는 3차원 조형물의 제조가 가능해진다.

실시예 2는, c의 지령에 있어서, 광 신호 및/또는 음성 신호에 의해서 소결 이상을 알리는 것을 특징으로 하고 있다.

이러한 특징점에 의해서, 소결 불량에 대해 신속하게 대처할 수 있다.

특히, 소결 불량의 원인이 상기 A, B 중 어느 쪽에 존재하는지에 입각해서 다른 컬러의 광 신호를 선택하는 경우 또는 다른 음성을 선택하는 경우에는, 소결 불량의 원인을 신속하게 파악하고 또한 대처하는 것이 가능해진다.

이와 같이, 본 발명은, 소결 불량을 신속하게 검출하는 것에 의해서, 효율적으로 3차원 조형물을 제조 가능하게 하는 한편, 결함을 수반하는 3차원 조형물의 제조를 방지할 수 있기 때문에, 본 발명은, 모든 3차원 조형 방법에 이용할 수 있다.

1: 컨테이너(용기)
2: 테이블
3: 분말 공급 용구
4: 스퀴지
5: 레이저 빔 또는 전자 빔 공급원
6: 스캐너
7: 반사 빔
8: 반사 빔 측정 장치
81: 반사 빔 검출 장치
82: 반사 빔 계측기
9: 반사 광
10: 컨트롤러
11: 조사 광원

Claims

분말층의 형성 공정, 및 이동하는 레이저 빔 또는 전자 빔의 조사에 의해서 상기 분말층을 소결하는 소결 공정과의 교대의 반복으로 이루어지는 적층을 수반하는 3차원 조형 방법으로서, 상기 소결 공정에서, 이하의 프로세스를 채용하고 있는 3차원 조형 방법.
a: 각 소결 공정에 있어서 조사한 레이저 빔 또는 전자 빔에서의 반사 강도, 또는 각 소결 공정에 있어서 전체 소결 영역에 대한 상기 레이저 빔 이외의 광에 의한 조사 및 상기 광에서의 반사 강도의 측정,
b: 각 소결 공정에 필요한 시간 이내의 시간 단위에 있어서, a의 반사 강도가 소결 불량이 생기지 않은 상태에 있는 반사 강도에 의한 기준 범위 내인 것이 검출되었을 경우에는, 다음의 시간 단위에서의 소결, 또는 다음의 분말층 형성 공정을 계속하는 취지의 지령,
c: 각 소결 공정에 필요한 시간 이내의 시간 단위에 있어서, a의 반사 강도가 소결 불량이 생기지 않은 상태에 있는 반사 강도에 의한 기준 범위로부터 일탈하는 상태가 발생하고 있는 것이 검출되었을 경우에는, 소결 불량이 생긴 취지의 판단하에, 다음의 시간 단위에서의 소결, 또는 다음의 분말층 형성 공정을 중지하는 취지의 지령,
d: c의 지령의 원인이 된 소결 불량이 발생하고 있는 소결 부위, 및 그 후의 시간 단위 내에서의 소결 부위로부터 반사된 레이저 빔 또는 전자 빔, 혹은 상기 레이저 빔 이외의 광에 의한 반사 광에 대해서, 분광 기능에 기초하여 각 파장에 대응한 강도에 기초하는 스펙트럼 화상의 촬영,
e: d에 있어서의 각 스펙트럼 화상이 변화하고 있지 않거나 또는 변화가 완만한 경우에는, c의 지령의 원인이 된 소결 불량의 원인이, 레이저 빔 또는 전자 빔에 관한 제어계의 이상에 있다는 취지의 판단을 행하고,
d에 있어서의 각 스펙트럼 화상이 급변하고 있는 경우에는, 상기 소결 불량의 원인이, 분말 형성 표면의 이상에 있다는 취지의 판단을 행하는 것.
제 1 항에 있어서,
d의 각 스펙트럼 화상 중, c의 지령의 원인이 된 소결 불량이 발생하고 있는 소결 부위, 및 그 후의 소결 부위 중 1개소에 있어서의 소결 부위를 선택하고, 쌍방의 스펙트럼 화상에 있어서의 특정의 주파수에서의 파고값의 상이가, 미리 기준으로서 설정된 소정의 수치 범위 이내인 경우에는, c의 지령의 원인이 된 소결 불량의 원인이, 레이저 빔 또는 전자 빔에 관한 제어계의 이상에 있다는 취지의 판단 및 그 취지의 표시를 행하고,
또한 상기 상이가, 미리 기준으로서 설정된 소정의 수치 범위를 일탈하고 있는 경우에는, 상기 소결 불량의 원인이, 분말층 표면의 이상에 있다는 취지의 판단 및 그 취지의 표시를 행하는 것을 특징으로 하는 3차원 조형 방법.
분말층의 형성 공정, 및 이동하는 레이저 빔 또는 전자 빔의 조사에 의해서 상기 분말층을 소결하는 소결 공정과의 교대의 반복으로 이루어지는 적층을 수반하는 3차원 조형 방법으로서, 상기 소결 공정에서, 이하의 프로세스를 채용하고 있는 3차원 조형 방법.
a: 각 소결 공정에 있어서 조사한 레이저 빔 또는 전자 빔에서의 반사 강도, 또는 각 소결 공정에 있어서 전체 소결 영역에 대한 상기 레이저 빔 이외의 광에 의한 조사 및 상기 광에 있어서의 반사 강도의 측정,
b: 각 소결 공정에 필요한 시간 이내의 시간 단위에 있어서, a의 반사 강도가 소결 불량이 생기지 않은 상태에 있는 반사 강도에 의한 기준 범위 내인 것이 검출되었을 경우에는, 다음의 시간 단위에 있어서의 소결, 또는 다음의 분말층 형성 공정을 계속하는 취지의 지령,
c: 각 소결 공정에 필요한 시간 이내의 시간 단위에 있어서, a의 반사 강도가 소결 불량이 생기지 않은 상태에 있는 반사 강도에 의한 기준 범위로부터 일탈하는 상태가 발생하고 있는 것이 검출되었을 경우에는, 소결 불량이 생긴 취지의 판단하에, 다음의 시간 단위에서의 소결, 또는 다음의 분말층 형성 공정을 중지하는 취지의 지령
f: c의 지령의 원인이 된 소결 불량이 발생하고 있는 소결 부위, 및 그 후의 시간 단위 내에서의 소결 부위의 반사 강도의 기록,
g: f에 있어서의 각 반사 강도가 변화하고 있지 않거나 또는 변화가 완만한 경우에는, c의 지령의 원인이 된 소결 불량의 원인이, 레이저 빔 또는 전자 빔에 관한 제어계의 이상에 있다는 취지의 판단을 행하고,
f에 있어서의 각 반사 강도가 급변하고 있는 경우에는, 상기 소결 불량의 원인이, 분말 형성 표면의 이상에 있다는 취지의 판단을 행하는 것.
제 3 항에 있어서,
f의 각 반사 강도 중, c의 지령의 원인이 되고 있는 소결 불량이 발생하고 있는 소결 부위 및 그 후의 1개소의 소결 부위에 있어서의 반사 강도의 상이가, 미리 기준으로서 설정된 소정의 수치 범위 이내인 경우에는, c의 지령의 원인이 된 소결 불량의 원인이, 레이저 빔 또는 전자 빔에 관한 제어계의 이상에 있다는 취지의 판단 및 그 취지의 표시를 행하고,
또한 상기 상이가, 미리 기준으로서 설정된 소정의 수치 범위를 일탈하고 있는 경우에는, 상기 소결 불량의 원인이, 분말층 표면의 이상에 있다는 취지의 판단 및 그 취지의 표시를 행하는 것을 특징으로 하는 3차원 조형 방법.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
소결 불량의 원인을 시정하고, 또한 c의 지령이 행해진 시간 단위에서 형성된 소결 영역, 또는 상기 소결 영역 및 상기 소결 영역의 하측에서 이미 적층되어 있는 전체 소결 영역을, 레이저 빔 또는 전자 빔에 의해서 용융하거나, 혹은 연화한 다음에, 상기 용융 혹은 연화 영역의 두께분 혹은 상기 소결 및 적층된 소결 영역의 두께분만큼 제거하거나, 또는 상기 소결 영역과 전체 소결 영역을, 절삭 공구에 의해서 제거한 다음에, 다시 제거한 영역으로부터 적층 공정 및 소결 공정을 반복하는 것을 특징으로 하는 3차원 조형 방법.
제 1 항에 있어서,
c의 지령에서, 광 신호 또는 음성 신호에 의해서 소결 이상을 알리는 것을 특징으로 하는 3차원 조형 방법.
제 3 항에 있어서,
c의 지령에서, 광 신호 또는 음성 신호에 의해서 소결 이상을 알리는 것을 특징으로 하는 3차원 조형 방법.
제 6 항에 있어서,
소결 불량의 원인에 대응하여 다른 컬러의 광 신호를 선택하는 것을 특징으로 하는 3차원 조형 방법.
제 6 항에 있어서,
소결 불량의 원인에 대응하여 다른 음성을 선택하는 것을 특징으로 하는 3차원 조형 방법.