TWI661927B - 積層製造腔體 - Google Patents

Abstract

本發明係提供一種積層製造腔體，該積層製造腔體藉上進氣口組、下進氣口、下出氣口及頂部導流板之設計，具有單一迴流之結構設計，可使進入該積層製造腔體內部之氣流於加工平面上方形成單一迴流之均勻流場，提升製程品質與減少粉料堆積於腔體內部之情況。

Description

積層製造腔體

本發明係與積層製造技術有關，特別係指一種可改善積層製造加工腔體內部流場配置之積層製造腔體。

PBF(粉床熔融成形)技術為在一平面上鋪放薄層粉末材料後，以雷射光束將粉末燒結/融化形成熔融池(Melting Pool)，熔融池依序冷凝固化進而完成所要成型的單層外型，經過不斷地鋪粉、燒結/燒融、平面下降、再鋪粉的程序後逐步堆疊出最終工件成品。早期PBF技術(如EOS M270)並未於加工腔體內對進排氣流場進行設計，粉末受熱後將導致部分材料氣化形成粉塵，並隨機分布於加工腔體內，此時雷射需額外穿透腔體內部環境中之粉末、致使雷射能量利用效率降低。此外環境中之粉塵將於製造過程中累積於工件表面，使工件表面更為粗糙、進而降低工件品質。

目前市售機台之加工腔體內並無針對進氣流場優化的配置，最常見的配置方式為複數同側進氣口，現有技術之積層製造加工腔體進氣流場示意圖請參閱圖1所示，複數同側進氣口形成之氣流流場會相互干涉，於加工腔體內部形成多個迴流結構，甚至會於加工平面上方形成向下之垂直流場， 無法於加工面內形成同方向之均勻流場，造成加工腔體內部的多個迴流處容易沉積粉材，影響加工品質、也增加清理腔體的困難度與時間人力成本。

為解決先前技術之缺點，本發明係提供一種積層製造腔體，該積層製造腔體係具有單一迴流之結構設計，可使進入該積層製造腔體內部之氣流於加工平面上方形成同向之均勻流場，提升製程品質與減少粉料堆積於腔體內部之情況。

本發明係為一種積層製造腔體，係包括：一殼體，其內部底部具有一工件容置處；一上進氣口組，係具有至少二進氣口，該上進氣口組係設置於該殼體一側壁上緣；一下進氣口，係設置於與該上進氣口組相對側之側壁下緣；一下出氣口，係設置於該上進氣口組所在側壁之下緣；以及一頂部導流板，係設置於該下進氣口所在側壁之上緣，其高度略高於該上進氣口組。本發明之特徵在於：該上進氣口組具備至少二進氣口，且該上進氣口組與該下出氣口設置於該積層製造腔體的同一側，該下進氣口與該下出氣口係設置在積層製造腔體的不同側，藉由本發明之設計，可使該積層製造腔體內部具有單一迴流之流體結構。

本發明之一實施例中，該殼體係為一矩形立方體。

本發明之一實施例中，該上進氣口組所在之壁面 與垂直面間係具有一傾角，該傾角角度係為-5°~+5°。

本發明之一實施例中，該上進氣口組係具有上側上進氣口與下側上進氣口；該上側上進氣口與該下側上進氣口朝向該殼體內部側之邊緣係設有導流片，該導流片係設置於該上側上進氣口與該下側上進氣口之上緣或下緣；該導流片與水平面間係具有一夾角，該夾角角度係為-15°~+15°。

本發明之一實施例中，該頂部導流板之側剖面構型係為斜面、多邊形或曲面。

本發明之一實施例中，該頂部導流板之位置係略高於該上進氣口組之位置。

以上之概述與接下來的詳細說明及附圖，皆是為了能進一步說明本發明達到預定目的所採取的方式、手段及功效。而有關本發明的其他目的及優點，將在後續的說明及圖示中加以闡述。

11‧‧‧殼體

111‧‧‧工件容置處

11A‧‧‧保護鏡

12‧‧‧上進氣口組

121‧‧‧上側上進氣口

122‧‧‧下側上進氣口

12A‧‧‧導流片

13‧‧‧下進氣口

14‧‧‧下出氣口

15‧‧‧頂部導流板

15A‧‧‧斜面形頂部導流板

15B‧‧‧多邊形頂部導流板

15C‧‧‧曲面形頂部導流板

圖1係現有技術之積層製造加工腔體進氣流場示意圖。

圖2係本發明之積層製造腔體結構剖面示意圖。

圖3係本發明之積層製造腔體實施例流場模擬分析示意圖。

圖4係本發明之積層製造腔體上進氣口組實施例側視示意圖。

圖5係本發明之積層製造腔體上進氣口組實施例下視示意圖。

圖6係本發明之積層製造腔體上進氣口組側壁傾角實施例示 意圖。

圖7至圖9係本發明之積層製造腔體上進氣口導流片配置示意圖。

圖10係本發明之積層製造腔體實施例之頂部導流板側剖面構型圖。

以下係藉由特定的具體實例說明本發明之實施方式，熟悉此技藝之人士可由本說明書所揭示之內容輕易地瞭解本發明之其他優點與功效。

圖2係為本發明之積層製造腔體實施例結構圖，如圖所示，該積層製造腔體係包括：一殼體11，其內部底部具有一工件容置處111；一上進氣口組12，該上進氣口組12係具有二進氣口，該二進氣口係上下並排設置於該殼體11一側壁上緣；一下進氣口13，係設置於與該上進氣口組12相對之側壁下緣；一下出氣口14，係設置於該上進氣口組12所在之側壁下緣；以及一頂部導流板15，係設置於該下進氣口13所在之側壁上緣，其高度略高於該上進氣口組12。其中該下進氣口與該下出氣口之高度不低於該工件容置處。透過本發明之積層製造腔體的流場設計，從該上進氣口組12進入的氣流受該頂部導流板15的引導，會順著該頂部導流板15之形狀向下流動，到達該下進氣口13處時，與從該下進氣口13進入之氣流合流，在該工件容置處111上方(即待處理之工件上方)形成單向、均勻之 氣流分佈，最後再直接從該下進氣口13相對側之該下出氣口14流出。本發明之積層製造腔體實施例流場模擬分析示意圖如圖3所示，可以看出本發明之積層製造腔體內部流場係為單一迴流穩定循環，不會在腔體角落產生如先前技術的多個迴流、造成粉材堆積之情況。

本發明之一實施例中，該積層製造腔體係具有一上進氣口組，請參閱圖4至圖5所示本發明之積層製造腔體上進氣口組配置實施例示意圖，該上進氣口組12具有上側上進氣口121與下側上進氣口122；該上側上進氣口121係靠近該積層製造腔體頂部，一般的積層製造加工腔體通常會在其頂部設置用於保護雷射元件的保護鏡11A、觀察視窗或其他加工所需的裝置元件，該上側上進氣口121導入之氣流係可保護該積層製造腔體頂部設置之保護鏡11A、觀察視窗或其他裝置元件，不容易讓粉料沾附或撞擊上述之頂部裝置元件；該下側上進氣口組122導入之氣流係在該積層製造腔體內部形成主要迴流。圖5所示本發明之一實施例中，該上進氣口組12之寬度需大於該積層製造腔體頂部之保護鏡11A(或其他裝置元件)之寬度，以確保該上進氣口組12導入之氣流可完全涵蓋該保護鏡11A，達到遮蔽與防護之功效。

本發明之一實施例中，為產生更好的引導氣流，該上進氣口組12所在之側壁面係可與垂直面間具有一傾角，即該側壁面略向右下或左下傾斜，使從該上進氣口組12進入 之氣流流向呈略偏上或略偏下、而非完全水平；該上側上進氣口121與該下側下進氣口122處側壁之傾斜角度可相同、亦可不同，以分別針對其功能需求進行最佳化配置，例如上側上進氣口產生之氣流略偏上，下側上進氣口產生之氣流略偏下，以分別符合各自保護腔體頂部保護鏡、與在腔體內部產生向下單一迴流之功效。本發明之積層製造腔體上進氣口組側壁傾角實施例示意圖如圖6所示，該傾角角度係以-5°~+5°之範圍內為較佳之實施態樣。

本發明之一實施例中，可進一步在該上進氣口組(即該上側上進氣口與該下側上進氣口)朝向該殼體內部側之邊緣設置導流片，以更佳的引導氣流在該積層製造腔體內部之流動方向。請參閱圖7至圖9所示，係為本發明之積層製造腔體上進氣口組導流片配置示意圖，該導流片12A係可設置於該上側上進氣口121與該下側上進氣口122之上方邊緣處或下方邊緣處，該導流片12A係向該積層製造腔體內部中心延伸，但以不干涉到腔體頂部的雷射光路為原則，該導流片12A之寬度需大於該積層製造腔體頂部之保護鏡11A之寬度，以確保該上進氣口組12導入之氣流可完全涵蓋該保護鏡11A，達到遮蔽與防護之功效。該導流片12A係可與水平面間具有一夾角，該夾角角度係以-15°~+15°之範圍內為較佳之實施態樣。

本發明之一實施例中，該積層製造腔體係具有一頂部導流板，請再次參閱圖2，該頂部導流板15係設置於該下 進氣口13所在之側壁上緣，略高於該上進氣口組12的高度，從該上進氣口組12進入的氣體流動到達該頂部導流板15處時，該頂部導流板15之形狀設計會引導氣流轉向下方，到達該下進氣口13處時、再與從該下進氣口13處進入之氣流合併，於該工件容置處111上方形成單一方向之迴流，最後再由該下出氣口14流出，該上進氣口組、該頂部導流板、該下進氣口與該下出氣口之搭配組合，使整個積層製造腔體內部可形成順時針方向(以圖2與圖3為例)之單一迴流，且不容易產生前案技術常見的額外迴流。本發明之積層製造腔體實施例之頂部導流板側剖面構型圖如圖10所示，係分別為具有斜面形頂部導流板15A、多邊形頂部導流板15B與曲面形頂部導流板15C之殼體11構型，然並不限於本發明實施例與圖式揭露之形狀，舉凡具有導流、使氣流轉向功能之構型，均符合本發明之技術精神。本發明之頂部導流板係可與該積層製造腔體之殼體為單一整體，即該殼體相對於該上進氣口所在側壁的另一側壁係向該殼體中央傾斜，其側剖面構型為前述之斜角、多邊型、曲面或其他具導流功效之構型者；該頂部導流板亦可為一額外加裝於該殼體內部之元件，設置在相對於該上進氣口所在側壁的另一側壁、略高於該上進氣口組12的高度，同樣具有本發明之積層製造腔體所主張之導流功效。

藉此，本發明之積層製造腔體係具有單一迴流之結構設計，可使進入該積層製造腔體內部之氣流於加工平面 上方形成單一迴流之均勻流場，提升製程品質與減少粉料堆積於腔體內部之情況。本發明之積層製造腔體透過上進氣口組、下進氣口、下出氣口與頂部導流板的設計組合，達到引導進入該積層製造腔體內部氣流路徑、使其形成單一迴流之功效，確保在該積層製造腔體內部不會因額外的迴流造成內部粉料堆積、汙染待處理工件與雷射元件之情況。本發明之積層製造腔體係可用於PBF(粉床熔融成形)技術製程，然並不僅限於PBF製程使用，舉凡需要腔室內部具有單一空氣迴流之加工技術製程，均可應用本發明之技術，故本發明具有相當大之應用彈性。

上述之實施例僅為例示性說明本發明之特點及其功效，而非用於限制本發明之實質技術內容的範圍。任何熟習此技藝之人士均可在不違背本發明之精神及範疇下，對上述實施例進行修飾與變化。因此，本發明之權利保護範圍，應如後述之申請專利範圍所列。

Claims (8)

1. 一種積層製造腔體，係包括：一殼體，其內部底部具有一工件容置處；一上進氣口組，係具有至少二進氣口，該上進氣口組係設置於該殼體一側壁上緣；一下進氣口，係設置於與該上進氣口組相對側之側壁下緣；一下出氣口，係設置於該上進氣口組所在側壁之下緣；以及一頂部導流板，係設置於該下進氣口所在側壁之上緣，其高度略高於該上進氣口組。
2. 如請求項1所述之積層製造腔體，其中該積層製造腔體之特徵在於：該上進氣口組具備至少二進氣口，且該上進氣口組與該下出氣口設置於該積層製造腔體的同一側，該下進氣口與該下出氣口係設置在積層製造腔體的不同側。
3. 如請求項1所述之積層製造腔體，其中該上進氣口組所在之壁面與垂直面間係具有一傾角，該傾角角度係為-5°~+5°。
4. 如請求項1所述之積層製造腔體，其中該上進氣口組係具有上側上進氣口與下側上進氣口。
5. 如請求項4所述之積層製造腔體，其中該上側上進氣口與該下側上進氣口朝向該殼體內部側之邊緣係設有導流片。
6. 如請求項5所述之積層製造腔體，其中該導流片係設置於該上側上進氣口與該下側上進氣口之上緣或下緣。
7. 如請求項6所述之積層製造腔體，其中該導流片與水平面間係具有一夾角，該夾角角度係為-15°~+15°。
8. 如請求項1所述之積層製造腔體，其中該頂部導流板之側剖面構型係為斜面、多邊形或曲面。