CN105312567B - 层叠造型装置 - Google Patents

Abstract

提供一种改良后的层叠造型装置，该层叠造型装置可以更快速且有效地将烟尘从激光的照射路径中除去。根据本发明，提供一种层叠造型装置，其中，具备：腔体，覆盖所需的造型区域，并且被规定浓度的惰性气体充满；涂覆机头，可以向水平的1轴方向移动，向所述腔体内的所述造型区域供给材料粉体，并且对所供给的材料粉体进行平坦化；以及烟尘吸收口，沿着与所述水平的1轴方向正交的其他的水平的1轴方向而设置于涂覆机头的两侧面。

Description

层叠造型装置

技术领域

本发明涉及层叠造型装置。

背景技术

在基于激光的金属的粉末烧结层叠法(光造型)中，当向金属材料粉体照射激光进行烧结时，产生被称为烟尘(Fume)的特有的烟雾。

当前的对金属制物品进行造型的光造型机(烧结层叠造型装置)，其一般结构为进行操作，以使得将材料粉体散布在被惰性气体(通常为氮气)充满的腔体内并照射激光。

如果烟尘(Fume)充满腔体内，则可能遮蔽激光，所需能量的激光不能到达烧结部位。因此，为了使烟尘不会遮蔽激光，一边将腔体内的污浊的惰性气体不断排出，一边供给清洁的惰性气体(专利文献1：日本专利第5243935号公报)。

烟尘从烧结部位产生并以覆盖烧结部位的附近的方式上升，但激光基本上相对于烧结部位从大致垂直方向上侧来照射，因此烟尘与激光的照射路径会重合。因此仅仅通过使腔体内的惰性气体循环有时不能充分地将烟尘除去。因此考虑以利用惰性气体的供给口和排出口将烟尘向远离照射路径的方向引导的方式将腔体内的惰性气体排出的方法(专利文献2：PCT申请国际公开2011/49143号公报)。

但是，通过在专利文献1～2中公开的方法有时不能将烟尘充分地除去，需要将烟尘更快速且有效地从激光的照射路径中除去。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种改良后的层叠造型装置，该层叠造型装置可以将烟尘快速且有效地从激光的照射路径中除去。

根据本发明，提供一种层叠造型装置，其中，具备：腔体，覆盖所需的造型区域，并且被规定浓度的惰性气体充满；涂覆机头(recoater head)，向所述腔体内的所述造型区域供给材料粉体，并且可以向将所供给的材料粉体压平的水平的1轴方向移动；烟尘吸收口，沿着与所述水平的1轴方向正交的其他的水平的1轴方向，并设置于涂覆机头的两侧面。

在本发明中，沿着与进行材料粉体的供给以及压平的涂覆机头的移动方向正交的方向，在涂覆机头的两侧面设置烟尘吸收口，当涂覆机头进行移动时，可以从该烟尘吸收口进行吸烟尘。根据这样的结构，当涂覆机头通过造型区域时，可以吸引在造型区域产生的烟尘，因此可以快速且有效地吸烟尘。

以下，示出本发明的各种实施方式。以下所示的实施方式可以相互组合。

优选的是，还具备惰性气体供给口以及排出口，该惰性气体供给口以及排出口沿着所述水平的1轴方向而设置于所述造型区域的两侧。

优选的是，所述烟尘吸收口从所述水平的1轴方向对在所述造型区域中产生的烟尘进行吸引。

优选的是，所述涂覆机头构成为一边对所述材料粉体进行平坦化一边可以对所述烟尘进行吸引。

附图说明

图1是本发明的一实施方式的层叠造型装置的结构图。

图2是粉体层形成装置3的立体图。

图3是涂覆机头11以及细长部件9r，9l的立体图。

图4是涂覆机头11以及细长部件9r，9l从另一角度观察的立体图。

图5是表示烟尘扩散部17的细节的结构图。

图6是烟尘扩散部17的立体图。

图7是使用本发明的一实施方式的层叠造型装置的层叠造型方法的说明图。

图8是使用本发明的一实施方式的层叠造型装置的层叠造型方法的说明图。

具体实施方式

以下，使用附图，针对本发明的实施方式进行说明。以下所示的实施方式中所示的各种特征事项可以相互组合。

如图1～图2所示，本发明的一实施方式的层叠造型装置在腔体1内设置粉体层形成装置3。粉体层形成装置3具备：基座4，具有造型区域R；涂覆机头11，被配置在基座4上，并且可向水平的1轴方向(箭头B方向)移动地构成；以及细长部件9r，9l，沿着涂覆机头11的移动方向而设置于造型区域R的两侧。在造型区域R中，设置可在上下方向(图1的箭头A方向)移动的造型台5。当使用层叠造型装置时，在造型台5上配置造型板7，在造型板7上形成材料粉体层8。

如图3～图4所示，涂覆机头11具备：材料收容部11a；材料供给部11b，设置在材料收容部11a的顶面内侧；以及材料排出部11c，设置在材料收容部11a的底面上，并且排出材料收容部11a内的材料粉体。材料排出部11c是沿着与涂覆机头11的移动方向(箭头B方向)正交的水平的1轴方向(箭头C方向)的槽形。在涂覆机头11的两侧面设置挤压板11fb，11rb，该挤压板11fb，11rb将从材料排出部11c排出的材料粉体压平并形成材料粉体层8。另外，在涂覆机头11的两侧面设置吸烟尘部11fs，11rs，该吸烟尘部11fs，11rs对在烧结材料粉体时所产生的烟尘进行吸引。吸烟尘部11fs，11rs沿着与涂覆机头11的移动方向(箭头B方向)正交的水平的1轴方向(箭头C方向)而设置。材料粉体例如是金属粉(例如：铁粉)，例如是平均粒径为20μm的球形。

在细长部件9r，9l上分别沿着涂覆机头11的移动方向(箭头B方向)设置开口部9ra，9la。在本实施方式中，开口部9ra被作为惰性气体供给口来使用，开口部9la被作为惰性气体排出口来使用。通过从开口部9ra供给惰性气体，从开口部9la排出惰性气体，从而可以在造型区域R上形成箭头C方向的惰性气体的流动，因此在造型区域R中产生的烟尘随着该惰性气体的流动而容易地排出。另外，在本说明书中，所谓“惰性气体”是指与材料粉体实质上不反应的气体，例如有氮气、氩气、氦气等。另外，也可以将开口部9la作为惰性气体供给口来使用，将开口部9ra作为惰性气体排出口来使用。

在腔体1的上方设置激光照射部13，从激光照射部13输出的激光L透过设置在腔体1上的窗口1a向形成于造型区域R的材料粉体层8照射。激光照射部13在造型区域R可以由激光L进行二维扫描地构成即可，例如，由生成激光L的激光光源和在造型区域R中可以由激光L进行二维扫描的一对Galvano扫描仪构成。只要激光L可以对材料粉体进行烧结，其种类就没有限定，例如为CO2激光、光纤激光、YAG激光等。窗口1a由可以透过激光L的材料形成。例如，当激光L是光纤激光或YAG激光时，窗口1a可以由石英玻璃构成。

在腔体1的顶面内侧，以覆盖窗口1a的方式设置烟尘扩散部17。如图5～图6所示，烟尘扩散部17具备圆筒形的壳体17a和配置在壳体17a内的圆筒形的扩散部件17c。在壳体17a与扩散部件17c之间设置惰性气体供给空间17d。另外，在壳体17a的底面上，在扩散部件17c的内侧设置开口部17b。在扩散部件17c上设置有多个微孔17e，向惰性气体供给空间17d供给的清洁的惰性气体通过微孔17e充满清洁空间17f。并且，充满清洁空间17f的清洁的惰性气体27通过开口部17b朝向烟尘扩散部17的下方喷出。该喷出的清洁的惰性气体27沿着激光L的照射路径(与激光L的照射路径大致同轴)形成层流并从激光L的照射路径中将烟尘25排除。根据这样的结构，通过向材料粉体层8照射激光L，从而即使产生烟尘25，也可以抑制烟尘25接近窗口1a，因此可以降低窗口1a的污染程度。另外，为了尽可能抑制烟尘25侵入清洁空间17f内，优选开口部17b由尽可能小的尺寸形成，具体而言，优选形成为当涵盖造型区域R的整体由激光L进行二维扫描时，激光L不会被壳体17a遮断的最小的尺寸。

接着，针对朝向腔体1的惰性气体供给系统和来自腔体1的排烟尘系统进行说明。

在朝向腔体1的惰性气体供给系统上，连接有惰性气体供给装置15和集烟器19。惰性气体供给装置15具有供给惰性气体的功能，例如是惰性气体的气罐(gas cylinder)。集烟器19在其上游侧以及下游侧具有导管箱21，23。从腔体1排出的气体(含有烟尘的惰性气体)通过导管箱21向集烟器19输送，在集烟器19中除去了烟尘的惰性气体通过导管箱23向腔体1输送。通过这样的结构，可以重新利用惰性气体。

如图1以及图3所示，惰性气体供给系统分别与腔体1的上部供给口1b、烟尘扩散部17的惰性气体供给空间17d、以及细长部件9r的连接部9rb连接。通过上部供给口1b向腔体1的造型空间1d内填充惰性气体。在造型空间1d中设置有温度传感器以及惰性气体的浓度传感器(均未图示)，进行控制，以使得将惰性气体浓度以及温度维持在规定值。另外，如所述那样，通过向惰性气体供给空间17d供给惰性气体，从而从清洁空间17f朝向造型空间1d形成惰性气体的层流。为了易于形成从清洁空间17f朝向造型空间1d的层流，优选将朝向惰性气体供给空间17d的惰性气体的供给压力设定为高于(例如高5～10％左右)造型空间1d内的压力。另外，通过连接部9rb向管状的细长部件9r内供给惰性气体，该惰性气体通过开口部9ra向造型区域R上排出。

在本实施方式中，构成为来自集烟器19的惰性气体向上部供给口1b输送，来自惰性气体供给装置15的惰性气体向惰性气体供给空间17d以及连接部9rb输送。在来自集烟器19的惰性气体中可能残留没有完全除去的烟尘，但在本实施方式的结构中，来自集烟器19的惰性气体没有向清洁度要求特别高的空间(清洁空间17f以及造型区域R附近的空间)供给，因此可以将残留烟尘的影响抑制在最小限度。另外，通过使来自惰性气体供给装置15的惰性气体的供给压力高于来自集烟器19的惰性气体的供给压力，从而抑制来自集烟器19的惰性气体接近清洁空间17f以及造型区域R附近的空间，进一步有效地抑制残留烟尘的影响。

另外，如果向惰性气体供给空间17d供给的惰性气体和向上部供给口11b供给的惰性气体的种类不同或者温度不同，就不易于控制造型空间1d内的惰性气体的浓度或温度。在本实施方式中，将来自相同的惰性气体供给系统的惰性气体分支，向惰性气体供给空间17d和上部供给口1b供给惰性气体，因此从清洁空间17f朝向造型空间1d的惰性气体的种类以及温度与造型空间1d内的惰性气体的种类以及温度相同。因此，除了易于管理造型空间1d内的惰性气体的浓度以及温度之外，简化了惰性气体供给系统的结构。

如图1、图3、以及图4所示，来自腔体1的排烟尘系统分别与腔体1的上部排出口1c、涂覆机头11的吸烟尘部11fs，11rs、以及细长部件9l的连接部9lb连接。通过上部排出口1c排出腔体1的造型空间1d内含有烟尘的惰性气体，从而在造型空间1d内形成从上部供给口1b朝向上部排出口1c的惰性气体的流动。涂覆机头11的吸烟尘部11fs，11rs可以对涂覆机头11通过造型区域R上时在造型区域R中产生的烟尘进行吸引。在非常接近烟尘的产生位置的位置吸烟尘，因此可以快速且有效地进行吸烟尘。另外，从相对于激光L的照射路径正交的方向来吸烟尘，因此烟尘难以妨碍激光照射。另外，通过开口部9la将含有烟尘的惰性气体向管状的细长部件9l内引导，通过连接部9lb将含有烟尘的惰性气体向腔体1外排出。排烟尘系统通过导管箱21与集烟器19连接，重新利用在集烟器19中将烟尘除去后的惰性气体。

接着，使用图1以及图7～图8，针对使用所述的层叠造型装置的层叠造型方法进行说明。另外，在图7～图8中，惰性气体供给系统以及排烟尘系统省略图示。

首先，以在造型台5上载置有造型板7的状态将造型台5的高度调整到合适的位置。通过在该状态下将涂覆机头11在图1的箭头B方向从造型区域R的左侧向右侧移动，并且涂覆机头11的材料收容部11a内填充有材料粉体，从而在造型板7上形成第1层材料粉体层8。

接着，通过对材料粉体层8中的规定部位照射激光L来烧结材料粉体层8的激光照射部位，从而如图7所示，得到第1层烧结层81f。进行该烧结时所产生的烟尘主要从涂覆机头11的背面侧(图7的左侧)的吸烟尘部11rs来吸引。

接着，将造型台5的高度降低材料粉体层8の的1层部分，使涂覆机头11从造型区域R的右侧向左侧移动，从而在烧结层81f上形成第2层材料粉体层8。涂覆机头11在移动中也由吸烟尘部11rs来吸烟尘。此时的吸烟尘在非常接近烟尘产生部位的位置进行，因此特别有效。另外，也可以由两侧的吸烟尘部11fs，11rs进行吸烟尘。另外，还从开口部9la吸烟尘。

接着，通过对材料粉体层8中的规定部位照射激光L来烧结材料粉体层8的激光照射部位，从而如图8所示，得到第2层烧结层82f。进行该烧结时所产生的烟尘主要从涂覆机头11的前面侧(图8的右侧)的吸烟尘部11fs来吸引。

通过重复以上的工序，形成第3层烧结层83f、第4层烧结层84f、第5层以后的烧结层。相邻的烧结层相互紧固。

在形成所需数量的烧结层之后，除去未烧结的材料粉体，从而得到造型后的烧结体。该烧结体例如能够作为树脂成形用的模具来使用。

符号说明

1：腔体、3：粉体层形成装置、5：造型台、8：材料粉体层、11：涂覆机头、17：烟尘扩散部、L：激光。

Claims (2)

1.一种层叠造型装置，其特征在于，其具备：

腔体，覆盖所需的造型区域，并且被规定浓度的惰性气体充满；

涂覆机头，设置于所述腔体之内，可以向水平的1轴方向来回移动，向所述腔体内的所述造型区域供给材料粉体，并且对所供给的材料粉体进行平坦化；以及

烟尘吸收口，沿着与所述水平的1轴方向正交的其他的水平轴方向而被设置于涂覆机头的两侧面；

所述涂覆机头的两侧面还设置有挤压板，所述挤压板用于将所述材料粉体压平并形成材料粉体层。

2.根据权利要求1所述的层叠造型装置，其特征在于，

所述层叠造型装置还具备惰性气体供给口以及排出口，该惰性气体供给口以及排出口沿着所述水平的1轴方向而被设置于所述造型区域的两侧。