CN104972120B - 层叠造型装置和层叠造型方法 - Google Patents

层叠造型装置和层叠造型方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种层叠造型装置和层叠造型方法，课题在于通过不等粉末层的形成完毕就开始照射光束、来谋求造型时间的缩短化，层叠造型装置具备：造型部(2)，其具备供三维形状的造型物造型的造型台(23)；粉末层形成部(3)，其向造型台(23)上供给材料粉末来形成粉末层(M)；光束照射部(4)，其向在造型台(23)上层叠的粉末层(M)照射光束来选择地形成固化层的区域；以及控制部(5)，其控制各部的动作，控制部(5)，在从粉末层形成部(3)开始形成粉末层、到1层的粉末层形成完毕的期间，在已经形成的粉末层上识别可造型区域，并向该可造型区域内照射光束。

Description

层叠造型装置和层叠造型方法
技术领域
本发明涉及向材料粉末照射光束或电子束来造型三维形状造型物的层叠造型装置和层叠造型方法。
背景技术
以往，已知有如下层叠造型装置：向由材料粉末形成的粉末层照射光束或电子束来形成固化层，在该固化层上形成新的粉末层并通过照射光束或电子束来层叠固化层，反复进行上述操作，来制造三维形状的造型物。这样的层叠造型装置，具备：造型部，其具备供三维形状的造型物造型的造型台；粉末层形成部，其向造型台上供给材料粉末来形成粉末层；光束或电子束照射部，其向在造型台上层叠的粉末层照射光束或电子束来使该粉末层熔融固化而形成固化层；控制部，其控制各部的工作。由这样的层叠造型装置进行的基本动作工序会反复进行如下工序：在造型台上形成材料粉末的粉末层的工序；向粉末层上的与造型物的截面形状对应的区域照射光束或电子束来选择性地形成固化层的工序；使造型台下降设定高度并在固化层上形成新的材料粉末的粉末层的工序(例如，参照下述专利文献1)。
现有技术文献
专利文献1：日本特开2010-132961号公报
发明内容
发明要解决的问题
所述现有的层叠造型装置的动作中，在不同时间进行在造型台上形成粉末层的工序、和向粉末层上的造型区域照射光束或电子束来选择地形成固化层的区域的工序，等完全形成粉末层之后，再向该粉末层照射光束或电子束。由此，反复进行的粉末层的形成工序所需要的时间，成为光束或电子束的照射工序的等待时间，因此存在整体的造型时间长时间化的问题。尤其在造型台的面积大的情况下，形成1层的粉末层所需要的时间变长，该时间会被反复多次，因此存在无法避免造型时间的长时间化的问题。
本发明应对这样的问题，最后以通过不等粉末层的形成完成就开始照射光束或电子束来谋求造型时间的缩短化为课题。
用于解决问题的手段
为达成这样的目的，本发明的层叠造型装置和层叠造型方法立足于以下的基本构成。
(1)一种层叠造型装置，具备：造型部，其具备供三维形状的造型物造型的造型台；粉末层形成部，其向造型台上供给材料粉末来形成粉末层；光束或电子束照射部，其向在造型台上层叠的粉末层照射光束或电子束来选择地形成固化层的区域；以及控制部，其控制各部的工作，所述粉末层形成部具备：粉末层叠装置，其通过沿所述造型台的预定方向移动，来在该造型台上依次形成粉末层；和移动位置检测单元，其检测该粉末层叠装置沿上述预定方向的移动位置，所述控制部根据所述移动位置检测单元的输出，在从所述粉末层形成部开始形成粉末层、到1层的粉末层形成完毕的期间，在已经形成的粉末层上识别可造型区域，所述控制部基于所述识别，通过调整两片扫描镜的角度，根据加工数据将光束或电子束的照射位置进行扫描，由此向该可造型区域内照射光束或电子束。
(2)一种层叠造型方法，包含：粉末层形成工序，在造型台上形成材料粉末的粉末层；和光束或电子束照射工序，向粉末层上照射光束或电子束来选择地形成固化层的区域，所述光束或电子束照射工序中，在从在所述粉末层形成工序中开始形成粉末层、到1层的粉末层形成完毕的期间，在已经形成的粉末层上识别可造型区域，并向该可造型区域内照射光束或电子束。
附图说明
图1是表示本发明的一实施方式涉及的层叠造型装置的概要结构的说明图。
图2是表示本发明的实施方式涉及的层叠造型装置中的控制部的工作的说明图。
图3是表示由本发明的实施方式涉及的层叠造型装置的控制部进行的扫描控制的一例的说明图。
图4是表示由本发明的实施方式涉及的层叠造型装置的控制部进行的扫描控制的另一例的说明图。
图5是表示图4所示的扫描控制所使用的光束或电子束扫描单元的说明图。
图6是表示图4所示的扫描控制中的扫描方式的例子的说明图。
附图标记说明
1：层叠造型装置
2：造型部
21：基台
22：升降装置
23：造型台
3：粉末层形成部
30：粉末层叠装置
31：移动装置
32：移动位置检测单元
4：光束或电子束照射部
40：光束或电子束震荡器
41：反射光学系统
42：光束或电子束扫描单元
42A：扫描镜
42B：扫描装置
5：控制部
L：光束或电子束
M：粉末层
La：光束或电子束照射位置
F：截面形状
具体实施方式
以下，参照附图说明本发明的实施方式。图1是表示本发明的一实施方式涉及的层叠造型装置的概要结构的说明图。作为基本结构，层叠造型装置1具备造型部2、粉末层形成部3、光束或电子束照射部4、控制部5。
造型部2具备供三维形状的造型物形成的造型台23。另外，造型部2具备成为装置的基础的基台21、在基台21上装备并使造型台23上下升降的升降装置22等。造型台23由与向其上供给的材料粉末类似的材质形成，或由与熔融固化了的材料粉末紧贴的材质形成。
粉末层形成部3向造型台23上供给材料粉末来形成粉末层M，具备一边沿造型台23的一方向(图示Y轴方向)移动、一边在造型台23上依次形成粉末层M的粉末层叠装置30。该粉末层叠装置30存积材料粉末、并沿造型台23的一边(沿图示X轴方向的边)线状地供给材料粉末。另外，粉末层形成部3具备使粉末层叠装置30沿造型台23的一方向(图示Y轴方向)移动的移动装置31，移动装置31具备对粉末层叠装置30沿一方向(图示Y轴方向)的移动位置进行检测的移动位置检测单元32。
光束或电子束照射部4向在造型台23上层叠的粉末层M照射光束或电子束L来选择性地形成固化层，具备：光束或电子束振荡器40，其振荡产生光束或电子束L；反射光学系统41，其将从光束或电子束振荡器40射出的光束或电子束L引导至光束或电子束扫描单元42；以及光束或电子束扫描单元42，其按照加工数据来将光束或电子束L照射到粉末层M上的任意位置。光束或电子束振荡器40可以由二氧化碳激光器、YAG激光器等构成。光束或电子束扫描单元42具备：两片扫描镜42A，其反射光束或电子束L；和扫描装置42B，其使该扫描镜42A绕不同的两个轴旋转。光束或电子束扫描单元42，通过控制扫描装置42B来调整两片扫描镜42A的角度，能够根据加工数据将粉末层M上的光束或电子束L的照射位置扫描到任意位置。
控制部5检测粉末层叠装置30的位置，按照加工数据来控制光束或电子束扫描单元42。另外，控制部5，在每当粉末层形成部3在造型台23上形成1层的粉末层且光束或电子束扫描单元4进行1层的加工处理之后，控制升降装置22，进行使造型台23的高度渐渐下降的控制。
图2是表示本发明的实施方式涉及的层叠造型装置中的控制部的动作的说明图。控制部5基本上基于所输入的加工数据来控制光束或电子束扫描单元42，在造型物的截面形状F内对在造型台23层叠的粉末层M上的光束或电子束照射位置Ls进行扫描。输入到控制部5的加工数据的X-Y平面坐标被初始设定为与造型台23上的平面位置对应，通过控制部5根据加工数据控制光束或电子束扫描单元42，在假想地描绘于造型台23上的截面形状F的内侧扫描光束或电子束照射位置Ls。
对此，控制部5，根据移动位置检测单元32的检测信号，对以下情况进行识别：粉末层叠装置30移动至图示的预定的Y轴方向的哪个位置，造型台23上的哪里是可造型区域哪里是不可造型区域。
控制部5，在从粉末层形成部30开始在造型台23上形成1层的粉末层、到形成完毕的期间，在已经形成的粉末层M上识别可造型区域，控制光束或电子束扫描单元42，以使得在该可造型区域内照射光束或电子束L。具体而言，粉末层叠装置30沿图示的Y轴方向连续地移动，因此在造型台23上已经形成了粉末层M的可造型区域，在粉末层叠装置30开始移动之后会沿Y轴方向渐渐扩大，在可造型区域与截面形状F内的坐标重叠的时刻，在该重叠的范围内开始照射光束或电子束。然后，伴随可造型范围随着粉末层叠装置30的移动而扩大，依次变更在截面形状F内的光束或电子束照射位置Ls的扫描范围。
图3表示控制部的扫描控制的一例。在图示的例子中，光束或电子束照射位置Ls的扫描，由沿X轴方向的主扫描和沿Y轴方向的副扫描构成。图3(a)表示截面形状F内的坐标区域刚与可造型区域重叠后的状态，表示可造型区域的Y坐标(Y1)刚超过截面形状F的Y坐标的最小值(Y0)的时刻。在图3(b)中，示出粉末层叠装置30进一步移动而可造型区域的Y坐标(Y2)移动至截面形状F的Y坐标范围的中间附近的状态。如图所示，在截面形状F内的坐标区域与可造型区域重叠的时刻，在该重叠区域内照射光束或电子束，按照加工数据在截面形状F内的X坐标范围内进行X轴方向的主扫描。并且，随着可造型区域伴随粉末层叠装置30的移动而扩大，使光束或电子束照射位置Ls的副扫描范围渐渐地沿预定的Y轴方向扩大。
实施例
以下，根据实施例进行说明。
在实施例中，如图4所示，控制部5的特征在于，在造型台23上识别多个分割区域(由假想网格分割而成的区域)，并选择可造型区域内的分割区域，在选择出的分割区域内照射光束或电子束。在图4所示的具体例的情况下，造型台23上的X-Y平面区域，沿X轴方向被分割成5部分，沿Y轴方向被分割成6部分。并且，如图5所示，光束或电子束照射部4具备与分割区域对应而照射光束或电子束L的多个光束或电子束扫描单元42，控制部5通过分别的扫描指令同时控制多个光束或电子束扫描单元42。多个光束或电子束扫描单元42分别具备驱动装置43，各驱动装置43按照来自控制部5的扫描指令分开地控制各光束或电子束扫描单元42。
在实施例中，如图4、图5所示，对沿X轴方向多次分割(图4、图5的情况下，分割成5部分)而成的每个分割区域配备光束或电子束扫描单元42，向沿X轴方向的多个分割区域照射多个光束或电子束L(A)、L(B)、L(C)、L(D)，多个分割区域由多个光束或电子束同时进行加工处理。
具体而言，如图4(a)所示，当沿X轴方向分割而成的多个分割区域A、B、C、D成为可造型区域时，对各分割区域A～D内的截面形状F内的坐标区域进行光束或电子束照射位置的扫描。此时，分割区域内的光束或电子束的扫描，可以采用各种扫描方式(路径)。图6表示其一例。图6(a)所示的例子是内卷绕的螺旋路径，图6(b)所示的例子是外卷绕的螺旋路径。另外，图6(c)所示的例子是以X轴方向为主扫描、以Y轴方向为副扫描的曲折(つづら折)路径。
如图4(b)所示，当可造型区域因粉末层叠装置30的移动而渐渐扩大时，光束或电子束L(A)，在分割区域A之后，依次以分割区域F、分割区域K为处理对象，其他的光束或电子束也同样分别依次以在Y轴方向上排列的多个分割区域为处理对象。
在基于上述基本结构的层叠造型装置或层叠造型方法中，能够通过不等粉末层的形成完成就开始照射光束或电子束，来谋求造型时间的缩短化。
产业上的可利用性
如由以上说明的各实施方式和实施例而明确的那样，本发明涉及的层叠造型装置，通过反复进行以下工序来在造型台上形成三维形状的造型物：在造型台上形成材料粉末的粉末层M的粉末层形成工序；向粉末层M上照射光束或电子束L来选择性地形成固化层的光束或电子束照射工序；使造型台下降设定高度并在已形成的固化层的表面形成新的粉末层M的工序。此时，光束或电子束照射工序中，在从在粉末层形成工序中开始形成粉末层M、到1层的粉末层M形成完毕的期间，在已经形成的粉末层M上识别可造型区域，并向该可造型区域内照射光束或电子束L。由此，能够使粉末层形成工序和光束或电子束照射工序部分地同时进行，能够使造型时间缩短化。
特别是通过实施例的情况那样的控制部5在造型台上识别多个分割区域，并选择可造型区域内的分割区域，对选择出的分割区域内进行光束或电子束L的照射，从而能够通过不同的光束或电子束L同时对多个分割区域进行加工处理。这样，能够进一步使造型时间缩短化。
因此，可以说在层叠造型装置和层叠造型方法领域中，本发明的可利用性非常大。

Claims (4)

1.一种层叠造型装置，
具备：造型部，其具备供三维形状的造型物造型的造型台；粉末层形成部，其向造型台上供给材料粉末来形成粉末层；光束或电子束照射部，其向在造型台上层叠的粉末层照射光束或电子束来选择地形成固化层的区域；以及控制部，其控制各部的工作，
所述粉末层形成部具备：粉末层叠装置，其通过沿所述造型台的预定方向移动，来在该造型台上依次形成粉末层；和移动位置检测单元，其检测该粉末层叠装置沿上述预定方向的移动位置，
所述控制部，根据所述移动位置检测单元的输出，在从所述粉末层形成部开始形成粉末层、到1层的粉末层形成完毕的期间，在已经形成的粉末层上识别可造型区域，所述控制部，基于所述识别，通过调整两片扫描镜的角度，根据加工数据将光束或电子束的照射位置进行扫描，由此向该可造型区域内照射光束或电子束。
2.根据权利要求1所述的层叠造型装置，其特征在于，
所述控制部，在所述造型台上识别多个分割区域，并选择所述可造型区域内的所述分割区域，对选择出的所述分割区域内进行光束或电子束的照射。
3.根据权利要求2所述的层叠造型装置，其特征在于，
所述光束或电子束照射部，具备与所述分割区域对应而照射光束或电子束的多个光束或电子束扫描单元，
所述控制部，通过分别的扫描指令同时控制多个所述光束或电子束扫描单元。
4.根据权利要求2所述的层叠造形装置，其特征在于，
在各所述分割区域中，所述控制部对多个光束或电子束的扫描单元进行控制，以实现内卷绕的螺旋路径、外卷绕的螺旋路径、以一方向为主扫描并以正交的另一方向为副扫描的曲折路径中的任一种扫描方式。
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