CN102218534A - 三维造型制品的制造装置 - Google Patents
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Abstract
本发明的课题是提供在三维造型制品的制造装置中可以通过载置有基板的加热装置或冷却装置的热传导来减少热量散失的构成;为一种三维造型制品的制造装置,在造型箱(1)内依次在工作台(2)和基板(3)上烧结粉末(12)的三维造型制品的制造装置中,在相对于上述工作台(2)形成上下方向的空隙或者在形成该空隙之后在该形成区域填充有隔热材料的状态下,固定载置有支撑上述烧结层的基板(3)的加热装置或冷却装置(8),从而达成上述课题。
Description
技术领域
本发明涉及如下三维造型制品装置:对装载在可上下移动的工作台上的金属或非金属的粉末,对各层的每层,一边通过照射电磁波将其烧结一边进行层叠,制造预定的三维造型制品。
背景技术
在通过基于激光束等的电磁波或电子束(电子射线)的放射的烧结将金属或非金属粉末成形为三维造型制品的技术领域中,提出了各种构成,但不论在哪种情况下,都将下述(a)、(b)、(c)三工序设为不可缺少的:
(a)随着粉末的落下的散布及在散布的粉末的上侧表面或其附近滑动的平坦化工序;
(b)通过对造型区域照射激光束等的电磁波或电子束来烧结该照射区域的工序;和
(c)一边由旋转工具(刀具)切削进行了上述(b)的烧结的端部和上面一边进行端部和上面的成形的工序;
通过重复进行上述(a)、(b)、(c),成形最终必要的三维形状。
对特定的粉末层结束了上述(c)的工序的情况下,使位于造型对象物及其周围的粉末的高度位置降低相当于1层份量的量,对于下一粉末层,返回上述(a)的工序。
因此,将装载有粉末的工作台设置成可在上下方向移动的状态。
在使位于最低高度位置的粉末层直接与工作台上面接触的情况下,该粉末层在上述(b)的烧结工序中,与工作台上面粘结,不能顺利地将造型结束了的对象物从工作台取出。
为了应对这样的状况,在专利文献1中,通常采用如下构成:在工作台(在专利文献1中表述为“支撑单元2”。)的面上设置选择了在粉末通过烧结而固化了时可与该粉末粘结的原材料的基板。
在作业现场,为了将上述(b)的烧结设为适当的温度,在大多数情况下,以紧贴在上述基板的下侧的状态设置加热装置或冷却装置,在专利文献1的实施方式中,采用使用了冷却管(冷却导管)的冷却装置。
通常,已有的造型部分受上述(a)的平坦化装置的移动的影响,因此为了阻止该造型部分也向上述移动方向移动,要求上述基板和加热装置或冷却装置在工作台面上维持稳定的状态。
反映这样的必要性,在以往技术中,加热装置或冷却装置如专利文献1的情况那样与工作台一体化或固定(固着)在工作台的下侧面。
但是,在这样的以往技术的情况下,在加热的情况下,基板侧的热能传递,使加热效率降低,另一方面,在冷却的情况下,回到进行还冷却工作台那样的多余的冷却的情况,必定也使冷却效率降低。
专利文献1:日本专利第4054075号公报
发明内容
本发明的课题是提供:在各粉末层中的作为烧结的对象区域的部位和工作台之间隔着基板的三维造型制品的制造装置中,可防止载置着基板的加热装置的加热效率的降低和冷却装置的冷却效率的降低的三维造型制品的制造装置的构成。
为了解决上述课题,本发明的基本构成包括:
(1)一种三维造型制品的制造装置,为依次反复进行下述工序的三维造型制品的制造装置,所述工序为在位于在造型箱内可上下移动的工作台的上侧、并且至少在表面部分具有在与上侧相邻的粉末通过烧结而固化了时可与该粉末粘结的原材料的基板以及上述工作台的上侧,散布金属或非金属的粉末,并且,使该散布的粉末的上侧表面平坦化,其后,在成为位于最上位的造型对象的区域沿预定的厚度的层照射电磁波或电子束,由此形成烧结层,其后,对进行了该烧结的端部及上面通过切削进行成形;在相对于上述工作台形成上下方向的空隙或者在形成了该空隙之后在该形成区域填充有隔热材料的状态,固定有载置着支撑上述烧结层的基板的加热装置或冷却装置。
(2)根据上述(1)所述的三维造型制品的制造装置,其特征在于,对于从下方支撑构成加热装置的加热管或构成冷却装置的冷却管的基台,在下方通过脚部固定在工作台的上部或者在侧方固定在竖立设置在工作台的上侧的框体或支撑杆。
(3)根据上述(1)所述的三维造型制品的制造装置,其特征在于,在下方延伸设置把持构成加热装置的加热管或构成冷却装置的冷却管的多根支柱并将其固定在工作台的上部,或者在侧方延伸设置该支柱并将其固定在从工作台向上侧方向竖立设置的框体或支撑杆。
附图说明
图1说明实施例1的构成,(a)是俯视图,(b)是侧剖视图。
图2说明实施例2的构成,(a)是俯视图,(b)是侧剖视图。
图3是表示实施例3中的工作台的构成的铅直方向剖视图(另外,省略加热装置或冷却装置以及用于进行这些装置和工作台的连接的脚部、支柱、框体或支撑杆等的图示。)。
图4是表示实施例4中的工作台的构成的铅直方向剖视图(另外,省略加热装置或冷却装置以及用于进行这些装置和工作台的连接的脚部、支柱、框体或支撑杆等的图示。)。
图5是对上述(2)的基本构成中的对于基台在下方通过脚部固定在工作台的上部的实施方式进行说明,(a)是俯视图,(b)是侧剖视图。
图6是对上述(2)的基本构成中的对于基台在侧方固定在框体或支撑杆的实施方式进行说明,(a)是俯视图,(b)是侧剖视图。
图7是对上述(3)的基本构成中的在下方延伸设置把持加热管或冷却管的支柱并将其固定在工作台的上部的实施方式进行说明,(a)是俯视图,(b)是侧剖视图。
图8是对上述(3)的基本构成中的在侧方延伸设置把持加热管或冷却管的支柱并将其固定在框体或支撑杆的实施方式进行说明,(a)是俯视图,(b)是侧剖视图。
图9是表示在工作台的一部分区域的上侧设置加热装置或冷却装置那样的实施方式的俯视图。
附图标记说明:
1:造型箱;2:工作台;20:插通用孔(贯通孔);21:排出用孔;3:基板;30:凹状部(凹状);4:支柱;5:脚部;6:固定用螺栓;7:框体或支撑杆;8:加热装置或冷却装置;80:加热管或冷却管;81:加热源或冷却源;91:基台;92:上侧板;10:开关板;11:铅直方向支柱;12:粉末;13:造型物;14:粉末支撑板
具体实施方式
本发明,如上述基本构成(1)那样,其基本技术思想在于:在三维造型制品制造装置中,通过将载置着基板3的加热装置或冷却装置8(以下用Heating(加热)或Cooling(冷却)的头字母简称为“HC装置8”。)设置成距工作台2在上下方向形成有空隙或者在该空隙形成区域填充隔热材料,发挥上述效果。
而且,上述基本构成(1),主要采用:相对于工作台2在下方或侧方固定成为一体地支撑加热管或冷却管80(以下用Heating(加热)或Cooling(冷却)的头字母简称为“HC管80”。)的基台91的根据上述(2)的基本构成的实施方式,和不由基台91支撑HC管80而延伸设置把持HC管80的支柱4且在下方或侧方进行固定的根据上述(3)的基本构成的实施方式。
在上述(2)的基本方式中,对于基台91,如图5(a)、(b)所示在下方通过脚部5固定在工作台2的上部,或者如图6(a)、(b)所示在侧方固定在从工作台2的上侧竖立设置的框体或支撑杆7,通过这些固定状态,在HC装置8的基台91的下方的面和工作台2的上方的面之间,在上下方向形成预定距离的空隙,或者在形成该空隙之后在该形成区域填充有隔热材料。
另外,在上述基本构成(2)中,为了相对于工作台2以稳定的状态固定HC装置8,就与图5(a)、(b)那样的固定相关的脚部5和与图6(a)、(b)的固定相关的框体或支撑杆7而言,在包围工作台2和基台91的周围的状态的情况下,当然设置1个,跨在矩形状的工作台2和基台91的两侧的边的情况下设置2个,除了如这些的特别的情况之外,要求设置至少3个以上。
图6(a)、(b)的实施方式的框体和支撑杆7的严格区别,通过根据技术常识其水平方向截面积与工作台2的截面积相比是否相差悬殊,即,是否为1/10以上来严格区别,水平方向截面积与工作台2的截面积相比,在为1/10以上的情况下,相当于框体7,在低于1/10的情况下,相当于支撑杆7,并且这一点在以下的说明中也完全相同。
为了阻止与工作台2之间的热传导并且实现有效的加热和冷却,工作台2和基台91的上下方向的距离优选是为15mm以上。
在上述(2)的基本形态的情况下,通常,大多采用:如图5(a)、(b)和图6(a)、(b)所示特征是在设成为基台91还被覆HC管80的上侧的状态之后在该基台91的上侧固定基板3的实施方式,即基台91将HC管80埋入的构成。
在上述(2)的基本构成的情况下,具有如下那样的技术特征的长处:在与基台91之间可容易地实现与工作台2的固定和基板3的稳定的载置,
在上述(3)的基本构成中,如图7(a)、(b)所示在下方延伸设置把持HC管80的支柱4并将其固定在工作台2的上侧,或者如图8(a)、(b)所示在侧方延伸设置该支柱4并将其固定在从工作台2向上侧方向竖立设置的框体或支撑杆7。
另外,在上述基本构成(3)中,为了相对于工作台2以稳定的状态固定HC管80,要求分别设置3根以上如图7(a)、(b)那样的在下方延伸设置的支柱4以及图8(a)、(b)的在侧方延伸设置的支柱4。
在上述(3)的基本构成中,也为了实现有效的加热和冷却,HC管80的下端部和工作台2的间隔优选是15mm以上。
在上述(3)的基本构成的情况下,通常可以采用:如图7(a)、(b)和图8(a)、(b)所示,在设置了被覆HC管80的上侧部分和支柱4的对上述各管80的把持部分的上侧部分的上侧板92之后,将基板3固定在该上侧板92的上侧的构成,即覆盖HC管80的上侧,在成为那样的盖的上侧板92固定基板3的构成。
在上述(3)的基本构成的情况下,在HC装置8的设置简便方面具有技术上的长处。
在图5、6、7、8的任何一种情况中,都表示作为HC装置8与工作台2在侧部方向大致相同面积的情况,但本发明的HC装置8的设计并不限于那样的情况。
即,如图9所示,就HC装置8而言,当然还可采用设置在工作台2的一部分区域的上侧那样的构成(另外,在图9中,通用图示上述(2)的实施方式的基台91和上述(3)的实施方式的上侧板92的双方,并且,省略基板3的图示。)。
以下,结合实施例进行说明。
实施例1
在实施例1中,如图1所示,其特征是:在上述基本构成(2)中,在设成为基台91没有被覆HC管80的以高度方向为基准的情况下的1/2以上的上侧部分的状态之后,设置在基板3的下侧的凹状部30和上述HC管80的上侧部分嵌合(另外,在图1中,省略如脚部5、框体或支撑杆7那样的与HC装置8的固定相关的构成要素的图示。)。
由于基板3在上述(a)的工序中已经在上侧装载相当量的粉末12,并且在上述(b)的工序中已经烧结该粉末12,因此从基板3对HC管80作用相当的重量。
因此,通过上述凹状部30和HC管80的嵌合,以稳定的状态设置HC装置8的基板3,在没有必要如图5、6的实施方式的情况那样用固定用螺栓6等将基板3固定在HC装置8方面极为便利。
实施例2
实施例2,如图2所示,其特征是:在上述基本构成(3)中,在设成为没有被覆HC管80的上侧部分的状态之后,设置在基板3的下侧的凹状部30与上述HC管80的上侧部分嵌合(另外,在图1中,省略如支柱4、框体或支撑杆7那样的与HC装置8的固定相关的构成要素的图示。)。
基于与实施例1的情况同样的根据,在实施例2中,也可以相对于HC装置8以稳定的状态支撑基板3,而且,在不要求通过固定用螺栓6等的固定方面极为便利。
实施例3
实施例3,如图3所示,其特征是:在工作台2上,形成逐渐下降那样的倾斜状态,并且在该倾斜状态的下端部的位置,设置有用于排出没有被烧结的粉末12的排出用孔21。
在将粉末12装载在工作台2和基板3面上的情况下,并非所有粉末12成为烧结的对象。
在这样的情况下,没有被烧结的粉末12,在将造型物13与基板3一起从工作台2自上侧取出了之后,必然残留在工作台2的低部。
在实施例3的情况下,该残留的粉末12可以沿做成上述倾斜状态的低部下降,通过位于最低位置的孔排出到造型箱1的低部,可以再利用该粉末12。
为了尽可能地发挥实施例3的效果,如图3所示,可使图2的端部靠近造型箱1的内壁。
其中,在这种情况下,如图4所示,将跟与HC装置8的固定相关的脚部5、支柱4、框体或支撑杆7设置并且固定在倾斜面(在图3的情况下表示设置有脚部5的情况。)。
实施例4
实施例4,如图4所示,其特征是:在工作台2上,形成从相互对向的一方侧到另一方侧逐渐降低的倾斜状态,并且在另一方侧,通过2根铅直方向支柱11支撑框体或支撑杆7,并且在上述2根铅直方向支柱11之间,在该2根铅直方向支柱11的上端或该2根铅直方向支柱11的任何一方侧具备可自由转动的开关板10。
在实施例4中,也与实施例3的情况同样,可在使没有成为烧结和造型对象的粉末12落到工作台2面上之后,通过打开位于铅直方向支柱11之间的开关板10,从工作台2面将粉末12排出到外部,可实现与实施例3同样的有效的粉末12的向外部排出和该粉末12的再利用(另外,图3表示在2根铅直方向支柱11的上端自由转动的开关板10打开了的状态,但在进行造型的阶段,当然开关板10位于铅直方向支柱11之间成为表示关闭了的状态。
在实施例4中为了有效地发挥上述作用效果,也可使工作台2的端部靠近造型箱1的内壁。
其中,与实施例3的情况同样地将与HC装置8的固定相关的脚部5、支柱4、框体或支撑杆7设置并且固定在倾斜面(在图4的情况下表示设置有框体或支撑杆7的情况。)
基于上述(1)、(2)、(3)的基本构成,在本发明中,可以通过在加热装置或冷却装置与工作台之间形成上下方向的空间,避免多余的加热以及多余的冷却,进而可以实现有效的加热和有效的冷却。
而且,在专利文献1的构成的情况下,必然要求将工作台设为平坦面,与此相对,在上述基本构成的情况下,在实施例3和实施例4中如后述的那样,还可采用如下构成:通过在工作台面形成倾斜状态,可以容易地排出最终没有成为烧结的对象的粉末。
本发明可以在使用基板的三维造型制品的制造装置的所有构成中利用。
Claims (11)
1.一种三维造型制品的制造装置,为依次反复进行下述工序的三维造型制品的制造装置,所述工序为在位于在造型箱内可沿上下方向移动的工作台的上侧、并且至少在表面部分具有在与上侧相邻的粉末通过烧结而固化了时能够与该粉末粘结的原材料的基板以及所述工作台的上侧,散布金属或非金属的粉末,并且使该散布的粉末的上侧表面平坦化,然后,在成为位于最上位的造型对象的区域沿预定的厚度的层照射电磁波或电子束,由此形成烧结层,然后,通过对进行了该烧结的端部及上面的切削进行成形;以相对于所述工作台形成上下方向的空隙或者在形成了该空隙之后在该形成区域填充了隔热材料的状态固定了载置着支撑所述烧结层的基板的加热装置或冷却装置。
2.根据权利要求1所述的三维造型制品的制造装置,其特征在于,对于从下方支撑构成加热装置的加热管或构成冷却装置的冷却管的基台,在下方通过脚部固定在工作台的上部、或者在侧方固定在竖立设置在工作台的上侧的框体或支撑杆。
3.根据权利要求2所述的三维造型制品的制造装置,其特征在于,基台和工作台的上下方向的空隙或由隔热材料填充形成的间隔为15mm以上。
4.根据权利要求1~3中任一项所述的三维造型制品的制造装置,其特征在于,在设成为基台也被覆了加热管或冷却管的上侧的状态之后,将基板固定在该基台的上侧。
5.根据权利要求1~3中任一项所述的三维造型制品的制造装置,其特征在于,在设成为基板没有被覆加热管或冷却管的以高度方向为基准的情况下的1/2以上的上侧部分的状态之后,设置在基板的下侧的凹状部和所述加热管或冷却管的上侧部分嵌合。
6.根据权利要求1所述的三维造型制品的制造装置,其特征在于,在下方延伸设置把持构成加热装置的加热管或构成冷却装置的冷却管的多根支柱并将其固定在工作台的上部,或者在侧方延伸设置该支柱并将其固定在从工作台向上侧方向竖立设置的框体或支撑杆。
7.根据权利要求6所述的三维造型制品的制造装置,其特征在于,加热管或冷却管的下端部和工作台的上下方向的空隙或由隔热材料填充形成的间隔为15mm以上。
8.根据权利要求6或7所述的三维造型制品的制造装置,其特征在于,在设置了被覆加热管或冷却管的上侧部分和支柱的对所述各管的把持部分的上侧部分的上侧板之后,将基板固定在该上侧板的上侧。
9.根据权利要求6或7所述的三维造型制品的制造装置,其特征在于,在设成为没有被覆加热管或冷却管的上侧部分的状态之后,设置在基板的下侧的凹状部和所述加热管或冷却管的上侧部分嵌合。
10.根据权利要求1~9中任一项所述的三维造型制品的制造装置,其特征在于,在工作台上,形成逐渐下降的倾斜状态,并且在该倾斜状态的下端部的位置,设置有用于排出没有被烧结的粉末的排出孔。
11.根据权利要求1~10中任一项所述的三维造型制品的制造装置,其特征在于,在工作台上,形成从相互对向的一方侧到另一方侧逐渐下降的倾斜状态,并且,在另一方侧,通过2根铅直方向支柱支撑框体或支撑杆,并且在所述2根铅直方向支柱之间,在该2根铅直方向支柱的上端或该2根铅直方向支柱的任何一方侧具备可自由转动的开关板。
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