CN106068165B - 层叠造型装置以及层叠造型物的制造方法 - Google Patents

层叠造型装置以及层叠造型物的制造方法 Download PDF

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Abstract

提供能够进行一部分伸出的层叠造型物的造型的层叠造型装置以及层叠造型物的制造方法。实施方式的层叠造型装置具备喷嘴装置、光学系统以及控制装置。喷嘴装置具备：喷嘴，形成为能够对对象物供给粉体，且能够对对象物照射能量线；以及供给装置，朝上述喷嘴选择性地供给粉体状的造型材料以及粉体状的辅助材料，上述造型材料形成对造型物进行造型的层，上述辅助材料形成辅助层，能够将由造型材料形成的层形成在该辅助层的上表面。光学系统朝喷嘴输出能够使供给至对象物的造型材料熔化，且能够使供给至对象物的辅助材料局部地熔化的能量线。控制装置对造型材料的供给量以及辅助材料的供给量进行控制，在对象物上层叠由造型材料形成的层以及辅助层。

Description

层叠造型装置以及层叠造型物的制造方法
技术领域
本发明的实施方式涉及层叠造型装置以及层叠造型物的制造方法。
背景技术
以往，作为制造层叠造型物的方法，已知被称作所谓定向能量沉积法的技术，即：喷射由金属材料构成的粉体状的造型材料，并朝造型材料照射激光而使其熔化，由此形成层，并且反复进行这样的工序，使层层叠来制造三维形状的层叠造型物。
发明内容
本申请以日本专利申请2014-054356(申请日：2014年3月18日)为基础， 享受该申请的优先权利益。本申请通过参照而包括该申请的全部内容。
本发明要解决的课题在于，提供能够进行一部分伸出的层叠造型物的 造型的层叠造型装置以及层叠造型物的制造方法。
附图说明
图1是示意地表示第1实施方式的层叠造型装置的构成的说明图。
图2是示意地表示该层叠造型装置的主要部分构成的说明图。
图3是表示该层叠造型装置的主要部分构成的立体图。
图4是表示使用该层叠造型装置的层叠造型物的制造的一例的说明图。
图5是表示使用该层叠造型装置的辅助造型物的制造的一例的说明图。
图6是表示该层叠造型物的制造的一例的说明图。
图7是表示该层叠造型物以及辅助造型物的构成的一例的说明图。
图8是示意地表示第2实施方式的层叠造型装置的构成的说明图。
图9是表示使用该层叠造型装置的辅助造型物的制造的一例的说明图。
图10是表示该层叠造型装置所使用的辅助材料的主材料以及粘结材料的构成的说明图。
图11是表示第3实施方式的层叠造型装置所使用的主材料以及粘结材料的构成的说明图。
图12是表示第4实施方式的层叠造型装置所使用的主材料的构成的说明图。
图13是表示使用第5实施方式以及第6实施方式的层叠造型装置的辅助造型物的制造的一例的说明图。
具体实施方式
实施方式的层叠造型装置为，实施方式的层叠造型装置具备喷嘴装置、光学系统以及控制装置。喷嘴装置具备：喷嘴，形成为能够对对象物供给粉体，且能够对上述对象物照射能量线；以及供给装置，将粉体状的造型材料以及粉体状的辅助材料选择性地朝上述喷嘴供给，上述造型材料形成对造型物进行造型的层，上述辅助材料形成辅助层，能够将由上述造型材料形成的上述层形成在该辅助层的上表面。光学系统朝上述喷嘴输出上述能量线，上述能量线能够将供给至上述对象物的上述造型材料熔化，且使供给至上述对象物的上述辅助材料局部地熔化。控制装置形成为能够驱动上述喷嘴，且控制对上述喷嘴供给的上述造型材料的供给量以及上述辅助材料的供给量，在上述对象物上层叠由上述造型材料形成的上述层以及上述辅助层。
(第1实施方式)
以下，使用图1至图7对第1实施方式的层叠造型装置1以及层叠造型物 100的制造方法进行说明。
图1是示意地表示第1实施方式的层叠造型装置1的构成的说明图，图2 是表示层叠造型装置1所使用的喷嘴33、43的构成的截面图，图3是表示层叠造型装置1所使用的光学装置15的电扫描仪(Galvano scanner)65的构成的立体图，图4是表示使用层叠造型装置1的层叠造型物100的制造的一例的说明图，图5是表示使用层叠造型装置1的辅助造型物101的制造的一例的说明图，图6是表示层叠造型物100的制造的一例的说明图，图7是作为层叠造型物100以及辅助造型物101的构成的一例而表示层110b以及辅助层110c的构成的说明图。
如图1所示，层叠造型装置1具备处理槽11、载台12、移动装置13、喷嘴装置14、光学装置15、计测装置16、除去装置17以及控制装置18。层叠造型装置1形成为，通过在设置于载台12上的对象物110上以层状层叠多层由喷嘴装置14供给的造型材料121、122，由此能够对规定形状的层叠造型物100进行造型。另外，如图6所示，层叠造型物100形成为具有其一部分伸出的伸出部100a的所谓外伸形状。
此外，层叠造型装置1形成为，通过在对象物110上以层状层叠多层由喷嘴装置14供给的辅助材料131，由此能够在层叠造型物100的伸出部100a 下方的至少设置有伸出部100a的范围内，对用于支承伸出部110a的辅助造型物101进行造型。
另外，对象物110是指用于在其上表面上对层叠造型物100进行造型的基座110a、构成层叠造型物100的一部分的层110b、或者构成辅助造型物101 的一部分的辅助层110c等。对象物110是通过喷嘴装置14供给造型材料121、 122以及辅助材料131的对象。
造型材料121、122是粉体状的金属材料，使用一种金属材料或者多种不同的金属材料、例如第1造型材料121以及第2造型材料122。在本实施方式中，对使用第1造型材料121以及第2造型材料122这两种对层叠造型物100 进行造型的构成进行说明。辅助材料131例如是粉体状的金属材料。
处理槽11具备主室21、与主室21邻接地形成的副室22、以及能够开闭主室21且能够气密地封闭主室21的门部23。主室21形成为，能够在其内部配置载台12、移动装置13、喷嘴装置14的一部分、以及计测装置16。
主室21例如具备供给氮以及氩等非活性气体的供给口21a、以及将主室 21内的气体等排出的排出口21b。主室21的供给口21a与供给非活性气体的供给装置连接。排出口21b与将主室21内的气体排出的排出装置连接。
副室22形成为能够经由门部23与主室21在空间上连续。副室22例如被输送在主室21中处理后的层叠造型物100。
副室22例如具备装载所制造的层叠造型物100并从主室21输送的移载装置、通过真空头等吸附层叠造型物100并进行输送的输送臂等输送装置 24。此外，在副室22的内部具备从层叠造型物100除去辅助造型物101的除去装置17。在层叠造型物100的造型时，门部23被关闭，由此副室22与主室 21隔离。
载台12形成为，能够在其上部支承对象物110。移动装置13形成为，能够使载台12沿3轴方向移动。
喷嘴装置14形成为，能够将多种造型材料121、122朝载台12上的对象物110选择性地供给规定量，且能够射出激光200作为使造型材料121、122 熔化的能量线。具体而言，喷嘴装置14具备：第1喷嘴装置14a，供给对层叠造型物100进行造型的造型材料121、122；以及第2喷嘴装置14b，供给对层叠造型物100进行支承的辅助材料131。另外，在第1喷嘴装置14a以及第2 喷嘴装置14b中，对相同的构成赋予相同符号，并省略其详细说明。
第1喷嘴装置14a具备：能够供给第1造型材料121的第1供给装置31；能够供给第2造型材料122的第2供给装置32；与第1供给装置31、第2供给装置 32以及光学装置15连接的喷嘴33；以及将第1供给装置31与喷嘴33、第2供给装置32与喷嘴33进行连接的供给管34。
第1造型材料121为粉体状的金属材料。此外，第2造型材料122为粉体状但是与第1造型材料不同的金属材料。
第1供给装置31具备：储存第1造型材料121的箱31a；以及从箱31a朝喷嘴33供给规定量的第1造型材料121的供给机构31b。供给机构31b形成为，例如能够将氮、氩等非活性气体作为载体，将箱31a内的第1造型材料121朝喷嘴33供给。此外，供给机构31b形成为，能够对进行供给的第1造型材料 121的供给量以及从喷嘴33喷射的第1造型材料121的喷射速度(供给速度)进行调整。
第2供给装置32具备：储存第2造型材料122的箱32a；以及从箱32a朝喷嘴33供给规定量的第2造型材料122的供给机构32b。供给机构32b形成为，例如能够将氮、氩等非活性气体作为载体，将箱32a内的第2造型材料122朝喷嘴33供给。此外，供给机构32b形成为，能够对进行供给的第2造型材料 122的供给量以及从喷嘴33喷射的第2造型材料122的喷射速度(供给速度)进行调整。
喷嘴33经由供给管34与第1供给装置31以及第2供给装置32连接。喷嘴 33经由能够使激光200通过的缆线210与光学装置15连接。喷嘴33形成为能够相对于载台12移动。
喷嘴33具备：圆筒状的外壳体36；喷射口37，设置在外壳体36内，从其前端喷射第1造型材料121以及第2造型材料122；使激光200通过的光通路部38；以及设置在光通路部38内的光学透镜39。喷嘴33形成为，能够将从第1供给装置31以及第2供给装置32供给的粉体状的第1造型材料121以及第 2造型材料122混合。
喷嘴33形成为，例如能够在其内部对从第1供给装置31以及第2供给装置32供给的粉体状的第1造型材料121以及第2造型材料122进行混合，或者能够从多个喷射口37分别喷射第1造型材料121以及第2造型材料122，并对喷射后的第1造型材料121以及第2造型材料122进行混合。
另外，在本实施方式中，使用如下构成来进行说明，即：设置有多个喷射口37，一部分是与第1供给装置31连接的第1喷射口37a，其他部分是与第2供给装置32连接的第2喷射口37b。
如图2所示，例如，喷射口37相对于外壳体36的轴心、换言之相对于射出的激光200的光轴倾斜地形成，以使从第1供给装置31以及第2供给装置32 供给的通过气体输送的第1造型材料121以及第2造型材料122在离喷射口37 为规定距离处交叉。
光通路部38沿着外壳体36的轴心设置。光学透镜39例如设置于光通路部38。设置有两个光学透镜39，以便能够将来自缆线210的激光200转换成平行光、并且能够使平行光会聚。光学透镜39构成为，在规定的位置、具体而言在从喷射口37喷射的第1造型材料121以及第2造型材料122交叉的位置，最大程度地会聚。
第2喷嘴装置14b具备：能够供给辅助材料131的第3供给装置41；与第3 供给装置41以及光学装置15连接的喷嘴43；以及将第3供给装置41以及喷嘴 43进行连接的供给管34。
第3供给装置41具备：储存辅助材料131的箱41a；以及从箱41a朝喷嘴 43供给规定量的辅助材料131的供给机构41b。供给机构41b形成为，例如能够将氮、氩等非活性气体作为载体，将箱41a内的辅助材料131朝喷嘴43供给。此外，供给机构41b形成为，能够对进行供给的辅助材料131的供给量以及从喷嘴43喷射的辅助材料131的喷射速度(供给速度)进行调整。
辅助材料131为粉体状的金属材料，由熔点比对层叠造型物100进行造型的第1造型材料121以及第2造型材料122的熔点更高的材料构成。
喷嘴43经由供给管34与第3供给装置41连接。喷嘴43经由能够使激光 200通过的缆线210与光学装置15连接。喷嘴43形成为能够相对于载台12移动。
喷嘴43具备：圆筒状的外壳体36；多个喷射口37，设置在外壳体36内，从其前端喷射辅助材料131；使激光200通过的光通路部38；以及设置在光通路部38内的光学透镜39。
如图1以及图3所示，光学装置15具备光源51、以及经由缆线210与光源 51连接的光学系统52。光源51是具有发送元件、且形成为能够从发送元件射出激光200的激光200的供给源。光源51形成为能够变更所射出的激光的功率密度。
光学系统52形成为，能够将从光源51射出的激光200供给至喷嘴33、43，且能够朝对象物110即基座110a、层110b以及辅助层110c照射。
具体而言，光学系统52具备第1透镜61、第2透镜62、第3透镜63、第4 透镜64以及电扫描仪65。在光学系统52中，第1透镜61、第2透镜62、第3透镜63以及第4透镜64被固定。另外，光学系统52也可以构成为具备调整装置，该调整装置能够使第1透镜61、第2透镜62、第3透镜63以及第4透镜64沿二轴方向、具体而言沿相对于光路正交或者交叉的方向移动。
第1透镜61形成为，能够将经由缆线210入射的激光200转换成平行光，且能够将转换后的激光200入射至电扫描仪65。设置有与喷嘴33、43相同数量的第2透镜62。在本实施方式中，设置有3个第2透镜62。第2透镜62形成为，能够使从电扫描仪65射出的激光200会聚，且能够经由缆线210朝喷嘴 33射出激光200。
第3透镜63形成为，能够使从电扫描仪65射出的激光200会聚，并将激光200照射到对象物110上。第4透镜64形成为，能够使从电扫描仪65射出的激光200会聚，并将激光200照射到对象物110上。
电扫描仪65形成为，能够将由第1透镜61转换后的平行光分割到第2透镜62、第3透镜63以及第4透镜64。电扫描仪65具备第1电镜67、第2电镜68 以及分支镜69。各电镜67、68形成为，能够改变倾斜角度，且能够分割激光200。分支镜69形成为能够分割激光200。
第1电镜67使通过了第1透镜61之后的激光200的一部分通过，由此将激光200朝第2电镜68射出，并且使该激光200的其他部分反射，由此将激光200 朝第4透镜64射出。此外，第1电镜67形成为，能够通过其倾斜角度来调整通过了第4透镜64之后的激光200的照射位置。
第2电镜68将激光200的一部分朝分支镜69射出，并且使该激光200的其他部分反射而朝第3透镜63射出。此外，第2电镜68形成为，能够通过其倾斜角度来调整通过第3透镜63之后的激光200的照射位置。
分支镜69将激光200朝第2透镜62射出。分支镜69例如是使激光200反射而朝各第2透镜62射出的构成、或者是将激光200朝任一个第2透镜62选择性地射出的构成。
这样的光学系统52构成熔化装置55，该熔化装置55通过第1电镜67、第 2电镜68以及第3透镜63，对供给至对象物110的第1造型材料121(123)以及第 2造型材料122(123)、或者辅助材料131进行加热，而形成层110b或者辅助层 110c，并且进行退火处理。
熔化装置55通过激光200使从喷嘴33供给到基座110a上或者所形成的层110b上的第1造型材料121以及第2造型材料122熔化，并形成层110b。此外，熔化装置55通过激光200使从喷嘴43供给到基座110a上、层110b上或者辅助层110c上的辅助材料131的一部分熔化，并形成辅助层110c。
此外，光学系统52构成修整装置56，该修整装置56利用通过第1电镜67 以及第4透镜64供给的激光200，将由第1造型材料121、第2造型材料122以及辅助材料131形成于基座110a上、层110b以及辅助层110c上的不需要的部位除去。
修整装置56形成为，能够除去在从喷嘴33、43供给第1造型材料121、第2造型材料122以及辅助材料131时飞散到基座110a上等的材料、在形成层 110b以及辅助层110c时产生的不需要部位。另外，不需要部位是指，与层叠造型物100的规定形状以及辅助造型物101的规定形状不同的部位。修整装置56形成为，能够射出具有能够除去该部位的功率密度的激光200。
计测装置16形成为，能够计测基座110a上的固化了的材料121、122、 131的形状、即层110b以及辅助层110c的形状以及所造型的层叠造型物100 以及辅助造型物101的形状。计测装置16形成为，能够将所计测的形状的信息发送至控制装置18。
例如，计测装置16具备摄像机71、以及基于由摄像机71计测的信息进行图像处理的图像处理装置72。另外，计测装置16形成为，例如能够通过干涉方式、光截方式等对层110b、辅助层110c、层叠造型物100以及辅助造型物101的形状进行计测。
除去装置17形成为，例如能够通过喷丸来机械地除去辅助造型物101。另外，除去装置17也可以构成为，通过切削等来除去辅助造型物101。
控制装置18经由信号线220与移动装置13、除去装置17、输送装置24、第1供给装置31、第2供给装置32、第3供给装置41、光源51、电扫描仪65以及图像处理装置72电连接。
控制装置18形成为，通过对移动装置13进行控制，由此能够使载台12 沿3轴方向移动。控制装置18形成为，通过对输送装置24进行控制，由此能够将所造型的层叠造型物100输送至副室22，并且通过对除去装置17进行控制，由此能够从被输送至副室22的层叠造型物100除去辅助造型物101。控制装置18形成为，通过对供给机构31b进行控制，由此能够对第1造型材料 121的供给、第1造型材料121的供给量以及供给速度进行调整。
控制装置18形成为，通过对供给机构32b进行控制，由此能够对第2造型材料122的供给、第2造型材料122的供给量以及供给速度进行调整。控制装置18形成为，通过对供给机构41b进行控制，由此能够对辅助材料131的供给、辅助材料131的供给量以及供给速度进行调整。
控制装置18形成为，通过对光源51进行控制，由此能够对从光源51射出的激光200的功率密度进行调整。控制装置18形成为，通过对电扫描仪65 进行控制，由此能够对第1电镜67、第2电镜68以及分支镜69的倾斜角度进行调整。此外，控制装置18形成为，能够使喷嘴33移动。
控制装置18具备存储部18a。在存储部18a中，作为阈值而存储有进行造型的层叠造型物100的形状以及辅助造型物101的形状。此外，在存储部 18a中存储有进行造型的层叠造型物100的各层110b的造型材料121、122的比例。另外，此处，如图6所示，在进行造型的层叠造型物100的形状中存在沿面方向伸出的所谓外伸构造即伸出部100a的情况下，辅助造型物101例如在伸出部100a的下层被设定为，与伸出部100a的伸出方向、换言之为形成层叠造型物100的层110b的面方向的形状相同的形状，或者比伸出部100a 的面方向的形状更大的形状。另外，辅助造型物101为，只要能够对伸出部 100a进行造型，则也可以是比伸出部100a的面方向的形状更小的形状。
此外，控制装置18具有以下的功能(1)至(4)。
(1)从喷嘴33选择性地喷射第1造型材料121、第2造型材料122的功能。
(2)从喷嘴43喷射辅助材料131的功能。
(3)判断形成在基座110a上的层110b以及辅助层110c的形状的功能。
(4)进行基座110a上的各材料121、122、131以及层叠造型物100的修整的功能。
接着，对这些功能(1)至功能(4)进行说明。
功能(1)为如下功能：基于存储于存储部18a的预先设定的层叠造型物 100的各层110b中的第1造型材料121以及第2造型材料122的比例，从喷嘴33 选择性地喷射第1造型材料121以及第2造型材料122，并形成层110b。
具体而言，在形成层叠造型物100的规定的层110b时，使喷嘴33相对于对象物110移动，并且对第1供给装置31以及第2供给装置32的供给机构31b、 32b进行控制。由此，调整对该层110b设定的第1造型材料121以及第2造型材料122的比例，而以规定的供给量以及供给速度，从喷嘴33朝对象物110 喷射第1造型材料121以及第2造型材料122。
此外，从喷嘴33射出激光200，朝对象物110以及所喷射的第1造型材料 121以及第2造型材料122照射激光200，使该第1造型材料121以及第2造型材料122熔化。此外，例如，朝对象物110上的层110b的集合进一步照射激光 200，使层110b再次熔化而进行退火处理。
此外，例如，在层叠造型物100局部由不同的造型材料或者比例形成的情况下，通过使第1造型材料121以及第2造型材料122的比例变化，由此形成倾斜材料。
更具体地说明，例如，在仅通过第1造型材料121来形成层叠造型物100 的一端侧，并仅通过第2造型材料122来形成另一端侧的情况下，首先，向基座110a上仅供给第1造型材料，并照射激光200，由此使层110b层叠而形成仅由第1造型材料121形成的部位。接着，使层110b的造型材料的比例变化而供给第1造型材料121以及第2造型材料122，以便到仅由第2造型材料 122形成的部位为止，使第1造型材料121以及第2造型材料122的比例逐渐变化，在仅由第1造型材料121形成的部位与仅由第2造型材料122形成的部位的中间位置，第1造型材料与第2造型材料的比例成为一半。朝该所供给的第1造型材料121以及第2造型材料122，照射使第1造型材料121以及第2造型材料122熔化的功率密度的激光200，而使第1造型材料121以及第2造型材料 122熔化，并形成各层110b。
如此，功能(1)为如下功能：能够改变第1造型材料121以及第2造型材料 122的比例，在对象物110上形成预先设定的层叠造型物100的各层110b。
功能(2)为如下功能：基于存储于存储部18a的预先设定的辅助造型物 101的各辅助层110c，从喷嘴43选择性地喷射辅助材料131，并形成辅助层 110c。
具体而言，在形成辅助造型物101的规定的辅助层110c时，在形成与通过功能(1)形成的层叠造型物100的层110b形成于相同阶层的辅助造型物101 的辅助层110c的范围内，使喷嘴43相对于对象物110移动，并且对第3供给装置41的供给机构41b进行控制。由此，从喷嘴43朝对象物110以规定的供给量以及供给速度喷射辅助材料131。
此外，从喷嘴43射出使辅助材料131的一部分熔化的功率密度的激光 200，而朝从喷嘴43喷射的辅助材料131照射。由此，辅助材料131不完全熔化而仅一部分熔化，由此局部地形成辅助材料131彼此结合的辅助层110c。另外，也可以构成为，在通过功能(1)形成层叠造型物100的相同阶层的层 110b之前，形成辅助层110c。
如此，功能(2)是在对象物110上形成预先设定的辅助造型物101的各辅助层110c的功能。
功能(3)为如下功能：通过计测装置16计测基座110a上的、由从喷嘴33、 43喷射的第1造型材料121、第2造型材料122以及辅助材料131形成的层 110b、层叠造型物100、辅助层110c或者辅助造型物101的形状，并与存储部18a的阈值进行比较，由此判断层110b以及辅助层110c是否为规定形状。
具体地说明，从喷嘴33、43使用气体将各材料121、122、131朝向基座 110a喷射，并且通过激光200使各材料121、122、131熔化。因此，在朝对象物110上供给材料121、122、131时，该材料121、122、131的一部分有可能飞散而形成与规定形状不同的部位。此外，由于是使第1造型材料121以及第2造型材料122熔化的构成，因此所熔化的第1造型材料121以及第2造型材料122有可能流动，而第1造型材料121以及第2造型材料122有可能流到与规定形状不同的位置。
因此，功能(3)为如下功能：将由计测装置16计测的形状与存储于存储部18a的阈值进行比较，并判断所形成的层110b以及辅助层110c是否为规定形状。换言之，功能(3)是如下功能：判断在与层叠造型物100的规定形状不同的部位是否附着有材料121、122、131，而具有从规定形状(阈值)突出的部位。另外，优选为，每当通过功能(1)以及功能(2)分别形成了层110b以及辅助层110c时，便进行基于功能(3)的判断。
功能(4)为如下功能：除去通过功能(3)计测的与规定形状不同的部位的材料121、122、131，由此将从喷嘴33、43供给的材料121、122、131修整为规定形状。具体而言，在通过功能(3)判断为朝与规定形状不同的部位供给了材料121、122、131的情况下，对光源51进行控制，以使经由第1电镜 67从第4透镜64射出的激光200成为能够使材料121、122、131蒸发的功率密度。之后，对第1电镜67进行控制，将该激光200朝该部位照射而使材料121、 122、131蒸发。如此，功能(4)是将所形成的层110b以及辅助层110c修整为规定形状的功能。
接着，使用图2、图4至图7对使用了层叠造型装置1的层叠造型物100的制造方法进行说明。
首先，如图2以及图4所示，控制装置18对第1供给装置31以及第2供给装置32进行控制，从喷嘴33朝对象物110的规定范围，喷射规定量的第1造型材料121以及第2造型材料122并使其熔化(喷镀)。具体而言，通过控制装置18对第1供给装置31以及第2供给装置32进行控制，从喷射口37以规定的比例喷射第1造型材料121以及/或者第2造型材料121，以便成为进行形成的层110b的规定的造型材料。此外，照射激光200，使所喷射的造型材料121、122熔化。
由此，在基座110a上的形成层110b的范围内形成熔池，以规定的比例供给的第1造型材料121以及第2造型材料122在熔池内熔化。由此构成的熔化的造型材料123，例如通过自然冷却而固化，由此形成层110b。另外，熔池是指由通过照射激光200而熔化的第1造型材料121、第2造型材料122以及对象物110形成的熔化部。
接着，对熔化装置55进行控制，而朝层110b的集合照射激光200，使由造型材料123形成的层110b再次熔化而进行退火处理。接着，通过计测装置 16计测进行了退火处理的基座110a上的层110b(造型材料123)。控制装置18 将由计测装置16计测的基座110a上的层110b的形状与存储于存储部18a的阈值进行比较。
在形成于基座110a上的层110b与规定形状不同的情况下，如在图4中由 123a表示的那样，在与规定形状不同的位置附着有造型材料123a的情况、即所计测的形状偏离阈值的情况下，控制装置18判断为形状异常。控制装置18对修整装置56进行控制，朝与规定形状不同的部位或者该附着的造型材料123a照射激光200，使不需要的造型材料123蒸发。如此，控制装置18 通过朝由计测装置16计测的层110b的形状与规定不同的部位照射激光200 而除去不需要的造型材料123，由此进行修整以使层110b成为规定形状。
在基座110a上的造型材料123形成于规定形状的层110b的情况或者层 110b的修整结束了的情况下，接着，控制装置18形成辅助层110c。具体而言，如图2以及图5所示，控制装置18对第3供给装置41进行控制，从喷嘴43 朝对象物110的规定范围喷射规定量的辅助材料131，照射激光200而使辅助材料131的一部分熔化，以使辅助材料131彼此的一部分结合。由此，辅助材料131彼此熔敷，而形成一部分相互结合了的辅助层110c。
接着，通过计测装置16计测所形成的辅助层110c(辅助材料131)。控制装置18将由计测装置16计测的基座110a上的辅助层110c的形状与存储于存储部18a的阈值进行比较。
在形成于基座110a上的辅助层110c与规定形状不同的情况、在与规定形状不同的位置附着有辅助材料131的情况下，控制装置18对修整装置56进行控制，朝与规定形状不同的部位或者该附着的辅助材料131照射激光200，使不需要的辅助材料131蒸发。如此，控制装置18通过朝由计测装置16计测的辅助层110c的形状与规定不同的部位照射激光200而除去不需要的辅助材料131，由此进行修整以使辅助层110c成为规定形状。
在辅助层110c的修整结束后，控制装置18再次对第1供给装置31以及第 2供给装置32进行控制，而在所形成的层110b上或者辅助层110c上重新形成层110b，之后，根据需要在相同阶层上形成辅助层110c。控制装置18反复形成层110b以及辅助层110c，对层110b以及辅助层110c进行层叠。控制装置 18通过反复层叠这些层110b以及辅助层110c，由此如图6所示，对伸出部 100a支承于辅助造型物101的层叠造型物100进行造型。
接着，如图6所示，控制装置18通过输送装置24将层叠造型物100输送至副室22。接着，控制装置18驱动除去装置17，对层叠造型物100进行喷丸。辅助造型物101为辅助材料131的一部分被结合的构成，因此通过喷丸使相互结合的结合部断裂，从层叠造型物100除去辅助造型物101。通过这些工序，对层叠造型物100进行造型。
如此构成的层叠造型装置1为，即便进行造型的层叠造型物100具有伸出部100a，也能够通过辅助造型物101进行支承。换言之，根据层叠造型装置1，能够在所形成的辅助层110c上形成层110b。因此，即便是通过从喷嘴 33射出造型材料121、122并利用激光200使其熔化而形成层110b的、所谓定向能量沉积法对层叠造型物100进行造型的构成，也能够对具有一部分沿层 110b的面方向伸出的伸出部100a的所谓外伸形状的层叠造型物100进行造型。
此外，辅助造型物101为进行使辅助材料131不完全熔化而仅一部分熔化并相互结合的、所谓准烧结的构成，因此能够通过喷丸等来机械地除去。
因此，能够容易地除去辅助造型物101。此外，通过使辅助材料131为具有比对层叠造型物100进行造型的第1造型材料121以及第2造型材料122 高的熔点的材料，由此在通过第1造型材料121以及第2造型材料122在辅助层110c上形成层110b时，能够防止辅助材料131熔化到第1造型材料121以及第2造型材料122中。
如上所述，根据使用了本实施方式的层叠造型装置1的层叠造型物100 的制造方法，能够对一部分伸出的外伸形状、即具有伸出部100a的形状的层叠造型物100进行造型。此外，能够容易地除去用于形成伸出部100a的辅助造型物101。
(第2实施方式)
接着，使用图8至图10对第2实施方式的层叠造型装置1A以及层叠造型物100的制造方法进行说明。
图8是示意地表示第2实施方式的层叠造型装置1A的构成的说明图，图9 是表示使用了层叠造型装置1A的辅助造型物101的制造的一例的说明图，图 10是作为辅助造型物101的构成的一部分而表示辅助层110c的构成的说明图，图11是表示形成辅助层110c的辅助材料131的主材料132以及粘结材料133与激光200之间的关系的说明图。另外，对于第2实施方式的层叠造型装置1A中与上述第1实施方式的层叠造型装置1相同的构成，赋予相同的符号并省略其详细说明。
如图8所示，层叠造型装置1A具备处理槽11、载台12、移动装置13、喷嘴装置14A、光学装置15、计测装置16以及控制装置18。层叠造型装置1A 形成为，通过在设置于载台12上的对象物110上以层状层叠多层由喷嘴装置 14A供给的造型材料121、122，由此能够对规定形状的层叠造型物100进行造型。另外，层叠造型物100形成为具有其一部分伸出的伸出部100a的所谓外伸形状。
此外，层叠造型装置1A形成为，通过在对象物110上以层状层叠多层由喷嘴装置14A供给的辅助材料131，由此能够对用于支承层叠造型物100的伸出部100a的辅助造型物101进行造型。
辅助材料131具备主材料132以及粘结材料133。主材料132是粉体状的金属材料。粘结材料133是粉体状的金属材料，且是使主材料132结合的粘合剂。主材料132以及粘结材料133构成辅助材料131(辅助层110c)。
喷嘴装置14A形成为，能够朝载台12上的对象物110选择性地供给规定量的多种材料，且能够射出激光200。具体而言，喷嘴装置14A具备：供给对层叠造型物100进行造型的造型材料的第1喷嘴装置14a；以及供给对层叠造型物100进行支承的辅助材料131的第2喷嘴装置14c。
第2喷嘴装置14c具备：能够供给主材料132的第3供给装置41；能够供给粘结材料133的第4供给装置42；与第3供给装置41、第4供给装置42以及光学装置15连接的喷嘴43；以及将第3供给装置41以及喷嘴43连接的供给管 34。即，第2喷嘴装置14c构成为，在上述第2喷嘴装置14b中进一步设置第4 供给装置42，通过第4供给装置42能够朝喷嘴43供给粘结材料133。
第4供给装置42具备：储存粘结材料133的箱42a；以及能够从箱42a朝喷嘴43供给规定量的粘结材料133的供给机构42b。供给机构42b形成为，例如能够将氮、氩等非活性气体作为载体而将箱42a内的粘结材料133朝喷嘴 43供给。此外，供给机构42b形成为，能够对所供给的粘结材料133的供给量以及从喷嘴43喷射的粘结材料133的喷射速度(供给速度)进行调整。
例如，主材料132由粉体状的金属材料、且是熔点比对层叠造型物100 进行造型的第1造型材料121以及第2造型材料122的熔点高的材料构成。粘结材料133例如是与主材料132相同的金属材料或者熔点比主材料132的熔点低的材料，其粒径与主材料132的粒径相比形成得足够小。此外，如图9 以及图10所示，与所照射的激光200的直径相比，主材料132以及粘结材料 133的直径被形成得较小。
例如，在作为通过第1造型材料121以及第2造型材料来形成层叠造型物 100的造型材料123，而使用AlSi12(A4047，熔点580℃)的情况下，主材料132 能够使用粒径50μm的Al(A1050，熔点660℃)，并且粘结材料133能够使用粒径20μm的AlSi12(A4047，熔点580℃)。此外，粘结材料133相对于主材料132 的体积混合比例设为7.1％以下。此外，为了除去形成于主材料132以及粘结材料133的表面的氧化膜，也可以添加KF以及CeF等助熔剂。
另外，这些主材料132以及粘结材料133的粒径以及体积混合比例，例如能够通过如下的公式来求出。
例如，在辅助层110c中对各材料132、133进行最密填充的情况下，可以认为各材料132、133为面心立方晶格的配置。当将主材料132的半径设为 R、粘结材料133的半径设为r、晶格常数设为d时，根据以下的数式(1)、(2)，主材料132以及粘结材料133的半径R、r的关系成为数式(3)，并且相对于主材料132的体积混合比例P成为数式(4)。
[公式1]
d2+d2＝(4R)2 (1)
R+r＝d/2 (2)
根据数式(3)，在主材料132使用了粒径50μm的材料的情况下，粘结材料133的粒径成为20μm。
此外，根据上述数式(4)，主材料132以及粘结材料133的体积混合比例成为7.1％以下。另外，这些主材料132以及粘结材料133的粒径以及体积混合比例并不限定于此，只要能够形成辅助层110c，则能够适当设定。
喷嘴43与喷嘴33同样地形成为，例如能够在其内部对从第3供给装置41 以及第4供给装置42供给的粉体状的主材料132以及粘结材料133进行混合，或者能够从多个喷射口37分别喷射主材料132以及粘结材料133，并在喷射后对主材料132以及粘结材料133进行混合。此外，喷嘴43形成为，与供给非活性气体等保护气体的气体供给机构连接，并能够从光通路部38朝激光 200的照射部供给保护气体。
控制装置18经由信号线220与移动装置13、除去装置17、输送装置24、第1供给装置31、第2供给装置32、第3供给装置41、第4供给装置42、光源 51、电扫描仪65以及图像处理装置72电连接。
控制装置18形成为，通过对移动装置13进行控制，由此能够使载台12 沿3轴方向移动。控制装置18形成为，通过对输送装置24进行控制，由此能够将所造型的层叠造型物100输送至副室22。控制装置18形成为，通过对供给机构31b进行控制，由此能够对第1造型材料121的供给、第1造型材料121 的供给量以及供给速度进行调整。
控制装置18形成为，通过对供给机构32b进行控制，由此能够对第2造型材料122的供给、第2造型材料122的供给量以及供给速度进行调整。控制装置18形成为，通过对供给机构41b进行控制，由此能够对主材料132的供给、主材料132的供给量以及供给速度进行调整。控制装置18形成为，通过对供给机构42b进行控制，由此能够对粘结材料133的供给、粘结材料133的供给量以及供给速度进行调整。
控制装置18形成为，通过对光源51进行控制，由此能够对从光源51射出的激光200的功率密度进行调整。控制装置18形成为，通过对电扫描仪65 进行控制，由此能够对第1电镜67、第2电镜68以及分支镜69的倾斜角度进行调整。此外，控制装置18形成为，能够使喷嘴33移动。
控制装置18具备存储部18a。在存储部18a中，作为阈值而存储有进行造型的层叠造型物100的形状以及辅助造型物101的形状。在存储部18a中存储有进行造型的层叠造型物100的各层110b中的造型材料121、122的比例。此外，在存储部18a中存储有进行造型的辅助造型物101中的主材料132以及粘结材料133的比例。
此外，控制装置18具有上述功能(1)、(3)以及(4)，并且具有以下的功能 (5)。
(5)从喷嘴43选择性地喷射主材料132以及粘结材料133的功能。
接着，对功能(5)进行说明。
功能(5)为如下功能：基于存储于存储部18a的辅助造型物101的各辅助层110c、主材料132以及粘结材料133的比例，从喷嘴43选择性地喷射主材料132以及粘结材料133。
具体而言，在形成辅助造型物101的规定的辅助层110c时，在形成与通过功能(1)形成的层叠造型物100的层110b形成于相同阶层的辅助造型物101 的辅助层110c的范围内，使喷嘴43相对于对象物110移动，并且对第3供给装置41以及第4供给装置42的供给机构41b、42b进行控制。由此，从喷嘴43 朝对象物110以规定的供给量以及供给速度喷射主材料132以及粘结材料 133。
此外，从喷嘴43射出使粘结材料133熔化的功率密度的激光200，并朝喷射至对象物110的粘结材料133照射。另外，粘结材料133为，即使熔点与主材料132的熔点相同，由于粘结材料133的直径形成得比主材料132的直径小，因此粘结材料133也先于主材料132熔化。
如此，通过使粘结材料133选择性地熔化，由此在主材料132不熔化的状态下仅粘结材料133熔化，形成主材料132通过粘结材料133结合了的辅助层110c。另外，也可以构成为，在通过功能(1)形成层叠造型物100的相同阶层的层110b之前，形成辅助层110c。
如此，功能(5)是在对象物110上形成预先设定的辅助造型物101的各辅助层110c的功能。
如此构成的层叠造型装置1A为，与使用了上述层叠造型装置1的层叠造型物100的制造方法相同，通过功能(1)、(3)至(5)来反复形成规定形状的层 110b以及辅助层110c并使其层叠，由此对伸出部100a支承于辅助造型物101 的层叠造型物100进行造型。
如此构成的层叠造型装置1A与上述层叠造型装置1相同，即便进行造型的层叠造型物100具有伸出部100a，也能够通过辅助造型物101进行支承。换言之，根据层叠造型装置1A，能够在所形成的辅助层110c上形成层110b。因此，即便是通过从喷嘴33射出造型材料121、122并利用激光200使其熔化而形成层110b的、所谓定向能量沉积法对层叠造型物100进行造型的构成，也能够对具有伸出部100a的形状的层叠造型物100进行造型。
此外，辅助造型物101构成为，使用粒径比主材料132的粒径小的粘结材料133使主材料132结合，因此能够通过喷丸等机械地除去，能够容易地除去辅助造型物101。
此外，通过使主材料132为具有比对层叠造型物100进行造型的第1造型材料121以及第2造型材料122高的熔点的材料，由此在通过第1造型材料121 以及第2造型材料122在辅助层110c上形成层110b时，能够防止主材料132熔化到第1造型材料121以及第2造型材料122中。
如上所述，根据使用了本实施方式的层叠造型装置1A的层叠造型物100 的制造方法，能够对具有一部分伸出的伸出部100a的形状的层叠造型物100 进行造型。此外，辅助造型物101为通过粘结材料133使主材料132结合的构成，因此能够容易地除去用于形成伸出部100a的辅助造型物101。
(第3实施方式)
接着，以下使用图11对使用了第3实施方式的层叠造型装置1A的层叠造型物100的制造方法进行说明。另外，第3实施方式的层叠造型装置1A构成为，与上述第2实施方式的层叠造型装置1A为相同构成，仅形成辅助造型物 101的辅助材料131的粘结材料133不同。
具体而言，如图11所示，粘结材料133由熔点比主材料132的熔点低的材料形成。另外，粘结材料133为，粒径可以与主材料132的粒径大致相同，也可以比主材料132的粒径小，在图11中，使用粘结材料133的粒径形成为与主材料132的粒径大致相同的例子来进行说明。即，通过不同熔点的辅助材料131(主材料132以及粘结材料133)来构成辅助层110c。
例如，主材料132使用纯铝(熔点660℃)，粘结材料133使用AlSi合金 (Si12％，熔点580℃)。
根据使用了由这样的主材料132以及粘结材料133构成的辅助材料131 的层叠造型物100的制造方法，在形成辅助层110c时，粘结材料133比主材料132先熔化，由此主材料132通过粘结材料133而结合。因此，为了对层叠造型物100的伸出部100a进行支承而形成的辅助造型物101，与上述第2实施方式的辅助造型物101相同，能够通过除去装置17容易地除去。
如上所述，根据使用了本实施方式的层叠造型装置1A的层叠造型物100 的制造方法，与上述第1实施方式以及第2实施方式相同，能够对具有伸出部100a的层叠造型物100进行造型，并且能够容易地除去辅助造型物101。
(第4实施方式)
接着，以下对使用了第4实施方式的层叠造型装置1的层叠造型物100的制造方法进行说明。另外，第4实施方式的层叠造型装置1构成为，与上述第1实施方式的层叠造型装置1为相同构成，仅形成辅助造型物101的辅助材料131不同。
具体而言，如图12所示，辅助材料131由粉体状的金属材料、且是熔点比对层叠造型物100进行造型的第1造型材料121以及第2造型材料122的熔点高的材料构成，并且在其表面上形成作为粘合剂的粘结层131a。粘结层 131a由熔点比辅助材料131的熔点低的材料构成。
例如，在辅助材料131由铜(熔点1085℃)形成的情况下，粘结层131a由 CuP合金(熔点约800℃)形成。
根据使用了这样的辅助材料131的层叠造型物100的制造方法，在形成辅助层110c时，粘结层131a比辅助材料131先熔化，由此辅助材料131通过粘结层131a而结合。因此，为了对层叠造型物100的伸出部100a进行支承而形成的辅助造型物101，与第2实施方式以及第3实施方式的辅助造型物101 相同，能够通过除去装置17容易地除去。
如上所述，根据使用了本实施方式的层叠造型装置1的层叠造型物100 的制造方法，与上述第1实施方式至第3实施方式相同，能够对具有伸出部 100a的层叠造型物100进行造型，并且能够容易地除去辅助造型物101。
(第5实施方式)
接着，以下使用图13对使用了第5实施方式的层叠造型装置1的层叠造型物100的制造方法进行说明。另外，第5实施方式的层叠造型装置1构成为，与上述第1实施方式的层叠造型装置1为相同构成，但除去装置17以及形成辅助造型物101的辅助材料131不同。
除去装置17形成为，能够通过使用了蚀刻液17a的蚀刻处理来除去辅助造型物101。另外，除去装置17所使用的蚀刻液17a，采用能够溶解辅助材料131、且形成层叠造型物100的造型材料121、122具有非溶解特性的蚀刻液。
辅助材料131由具有被除去装置17所使用的蚀刻液17a溶解的溶解特性的粉体状的金属材料构成。另外，优选为，辅助材料131的熔点形成得比造型材料121、122的熔点高。
例如，在造型材料121、122使用铝的情况下，辅助材料131使用以铁为基本的材料，并且在除去装置17中使用溶解该辅助材料131的蚀刻液17a。此外，例如，在造型材料121、122使用铝的情况下，辅助材料131使用以铜为基本的材料，并且在除去装置17中使用溶解该辅助材料131的蚀刻液17a。
根据使用了这样的除去装置17以及辅助材料131的层叠造型物100的制造方法，通过使用了除去装置17的蚀刻处理使所造型的辅助造型物101溶解而将其除去，由此能够容易地除去辅助造型物101。
如上所述，根据使用了本实施方式的层叠造型装置1的层叠造型物100 的制造方法，与上述第1实施方式至第4实施方式相同，能够对具有伸出部 100a的层叠造型物100进行造型，并且能够容易地除去辅助造型物101。
(第6实施方式)
接着，以下使用图13对使用了第6实施方式的层叠造型装置1A的层叠造型物100的制造方法进行说明。另外，第6实施方式的层叠造型装置1构成为，与上述第2实施方式的层叠造型装置1A为相同构成，但除去装置17、形成辅助造型物101的辅助材料131的主材料132以及粘结材料133不同。
除去装置17形成为，能够通过使用了蚀刻液17a的蚀刻处理来溶解粘结材料133。另外，除去装置17所使用的蚀刻液17a，采用能够溶解粘结材料 133、且形成层叠造型物100的造型材料121、122以及主材料132具有非溶解特性的蚀刻液。
主材料132由熔点比造型材料121、122的熔点高的粉体状的材料、且是对于蚀刻液17a具有非溶解特性的材料构成。例如，主材料132由陶瓷构成。
粘结材料133由熔点比主材料132的熔点低的粉体状的金属材料构成。例如，粘结材料133形成为比主材料132的粒径小的粒径。粘结材料133具有溶解于蚀刻液17a的溶解特性。
例如，在造型材料121、122使用SUS材料(熔点1500℃)的情况下，主材料132使用粒径为50μm的氧化铝(Al2O3，熔点2100℃)，并且粘结材料133使用粒径20μm的Al12Si(熔点600℃)。此外，在除去装置17中使用溶解粘结材料133的蚀刻液17a。
根据使用了这样的除去装置17、由主材料132以及粘结材料133构成的辅助材料131的层叠造型物100的制造方法，通过使用了除去装置17的蚀刻处理来除去对主材料132进行结合的粘结材料133，由此能够除去辅助造型物101。由此，能够容易地除去辅助造型物101。
此外，除去装置17所使用的蚀刻液17a不溶解主材料132。因此，通过在除去辅助造型物101之后回收主材料132，由此在下次的辅助造型物101的造型中所使用的辅助材料131能够使用所回收的主材料132。由此，能够降低层叠造型物100的制造成本。另外，层叠造型装置1也可以构成为具有主材料132的回收装置。
如上所述，根据使用了本实施方式的层叠造型装置1的层叠造型物100 的制造方法，与上述第1实施方式至第5实施方式相同，能够对具有伸出部 100a的层叠造型物100进行造型，并且能够容易地除去辅助造型物101。此外，根据该层叠造型物100的制造方法，能够对构成辅助材料131的主材料 132进行再利用。
另外，本实施方式的层叠造型装置1、1A以及层叠造型物100的制造方法，并不限定于上述构成。例如，在上述例子中，说明了层叠造型装置1、 1A通过第1造型材料121以及第2造型材料122对层叠造型物100进行造型的构成，但也可以构成为，通过单一的材料对层叠造型物100进行造型。此外，在上述例子中，说明了层叠造型装置1、1A朝一个喷嘴33供给第1造型材料 121以及第2造型材料122的构成，但并不限定于此，也可以构成为，朝两个喷嘴33分别供给第1造型材料121以及第2造型材料122，在对象物110上使第 1造型材料121以及第2造型材料122混合并使其熔化。
此外，在上述例子中，说明了层叠造型装置1A为了供给主材料132以及粘结材料133而具备第3供给装置41以及第4供给装置42的构成，但并不限定于此。例如，也可以构成为，仅具备第3供给装置41，将主材料132以及粘结材料133收纳在同一箱41a内，通过供给机构41b朝喷嘴43供给主材料132 以及粘结材料133。并且，也可以构成为，使用供给造型材料121、122的喷嘴33对主材料132以及粘结材料133进行供给。
此外，在上述例子中，说明了除去装置17通过喷丸、切削等来机械地从层叠造型物100除去辅助造型物101的构成，或者通过使用了蚀刻液的蚀刻处理来化学地从层叠造型物100除去辅助造型物101的构成，但并不限定于此。例如，除去装置17也可以构成为，使粘结材料133成为比造型材料121、 122以及主材料132更低温，并以仅粘结材料133熔化的温度对辅助造型物 101进行加热，由此以热的方式从层叠造型物100除去辅助造型物101。
此外，在上述例子中，说明了层叠造型装置1、1A具备主室21以及副室 22，在副室22内具有除去装置17的构成，但并不限定于此，也可以构成为，将除去装置17配置于从副室22离开的位置。
并且，在上述例子中，说明了照射激光200而使对象物110以及造型材料121、122、辅助材料131的一部分、粘结材料133或者粘结层131a熔化的构成，但并不限定于此。只要能够使这些对象物110以及造型材料121、122、辅助材料131的一部分、粘结材料133或者粘结层131a熔化，则也可以构成为，不通过激光200而通过其他能量线、例如电子束、放射线等使其熔化。
对本发明的几个实施方式进行了说明，但这些实施方式是作为例子而提示的，并不意图对发明的范围进行限定。这些新的实施方式能够以其他的各种方式加以实施，在不偏离发明的主旨的范围内能够进行各种省略、置换、变更。这些实施方式及其变形包含于发明的范围及主旨中，并且包含于权利要求所记载的发明和与其等同的范围中。

Claims (3)

1.一种层叠造型物的制造方法，具备：
从喷嘴对对象物供给对造型物进行造型的粉体状的造型材料的工序；
将从光学系统输出的能够熔化上述造型材料的能量线，照射至通过上述喷嘴供给的上述造型材料而形成层的工序；
从上述喷嘴对上述对象物供给形成辅助层的辅助材料的工序，能够将由上述造型材料形成的上述层形成在该辅助层的上表面，该辅助材料形成为粉体状且熔点比上述造型材料的熔点高，并且包括相对于蚀刻液具有非溶解特性的主材料及相对于上述蚀刻液溶解的粘结材料；以及
将从光学系统输出的能够局部地熔化上述辅助材料的上述能量线，照射至通过上述喷嘴喷射至上述对象物上的上述辅助材料而形成上述辅助层的工序。
2.如权利要求1所述的层叠造型物的制造方法，其中，
上述粘结材料为粉体状，且形成为比上述主材料小的粒径。
3.如权利要求1所述的层叠造型物的制造方法，其中，
上述粘结材料为粉体状，且由熔点比上述主材料的熔点低的材料形成。
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