CN107263865B - 三维建模装置、三维模型体制造方法和三维建模数据 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及三维建模装置、三维模型体制造方法和三维建模数据。在三维建模装置中，可有效地防止伴随能量束照射在建模台架周围产生的烟雾的扩散。通过重复地用激光扫描布置在建模台架上的建模材料以形成固化层执行三维建模。设置局部包围布置在建模台架上的建模材料的被激光照射的照射部分并且抑制通过激光的照射产生的烟雾的扩散的盖子。在盖子中，对包含烟雾的气体进行整流以导致烟雾向着盖子内的上部流动以与被激光照射的照射部分分开。

Description

三维建模装置、三维模型体制造方法和三维建模数据
技术领域
本发明涉及通过重复用能量束扫描布置在三维建模台架上的建模材料以形成固化层的步骤来执行三维建模的三维建模装置。
背景技术
使用粉末床熔融接合方法、作为三维建模三维层叠建模技术方案中的一种并且被称为三维打印机的三维建模装置已被实现。这种类型的三维建模装置通过重复用能量束选择性地辐射加热通过粉末敷设辊敷设的材料粉末以固化粉末的步骤以由此层叠多个层，来执行三维建模。例如，激光束被用作用于加热和固化材料粉末的能量束。在以下的描述中，主要参照用于建模的能量束是激光且束的产生源是激光源的情况。
存在需要惰性气体作为气氛且需要减压气氛的装置。在这种情况下，需要腔室以在建模台架周围保持气氛。在该配置中，例如，用于材料粉末的粉末敷设辊或辊和建模台架被布置在腔室中。激光单元被布置在腔室外面。通过设置在腔室处的透光窗口扫描建模台架上的照射区域。
在通过激光照射的建模中用激光熔融材料粉末的同时，发射称为烟雾(fume)的烟状材料，例如，金属蒸汽或树脂蒸汽。已知这样一个问题，即，如果离开这种发射，则重复层形成最终用大量烟雾填充腔室的内部，所述烟雾附着在激光透射窗上并停留在激光光路上。在这种情况下，出现诸如设置在腔室处的用于激光透过的透光窗口的表面的折射率变化以及可到达建模台架的激光器的能量密度降低的现象。该现象具有影响模型体处理质量、例如影响建模精度的可能性。在极端的情况下，存在建模操作自身变得不可能的可能性。
对于伴随激光照射引起的烟雾，已经提出了如下面的日本专利申请公开No.2010-265530中的配置。日本专利申请公开No.2010-265530公开了一种配置，该配置具有比激光加工区域小的面积，并且在顶表面上包括允许激光通过的窗口，并且在下部开放的情况下在盖子框架中执行激光加工。并且，日本专利申请公开No.2010-265530提到一种配置，该配置将气氛气体从气罐供给到盖子框架的内部中、导致与盖子框架连接的气体收集器收集内部气氛气体、抑制烟雾在盖子框架中的滞留并且抑制激光的扩散和衰减。
遗憾的是，根据日本专利申请公开No.2010-265530的配置，气体供给和气体收集的定时和流量平衡会导致盖框架的内部具有正压力。因此，存在烟雾超出盖子框架的底部流出该框架并且烟雾滞留在激光光路上的问题。并且，存在没有被气体收集器收集并且滞留的烟雾附着在盖子框架的顶表面的允许激光束穿过的窗口上的可能性。
发明内容
鉴于以上的问题，本发明具有允许三维建模装置能够有效地防止伴随能量束照射在建模台架周围导致的烟雾的扩散的目的。
根据本发明的一个方面，一种三维建模装置，通过重复地用能量束扫描布置在建模台架上的建模材料以形成固化层执行三维建模，该三维建模装置包括：盖子，该盖子包含允许能量束穿过的能量束透过部分，局部包围布置在建模台架上的建模材料的被能量束照射的部分并且抑制通过能量束的照射产生的烟雾的扩散；以及整流机构，该整流机构对包含烟雾的气体进行整流以导致烟雾与建模材料的被能量束照射的所述部分分开。
根据本发明的另一方面，一种三维建模装置，通过重复用能量束扫描布置在建模台架上的建模材料以形成固化层的步骤执行三维建模，该三维建模装置包括：盖子，该盖子包含允许能量束穿过的能量束透过部分，局部包围布置在建模台架上的建模材料的被能量束照射的照射位置并且抑制通过能量束的照射产生的烟雾的扩散；以及移动设备，该移动设备根据能量束的扫描移动盖子以允许能量束穿过能量束透过部分。
根据以上的配置，在三维建模装置中，盖子和盖子的整流机构可有效地防止伴随能量束的照射在建模台架周围出现的烟雾的扩散。特别地，盖子的整流机构可将包含烟雾的气体进行整流以使其在盖子中向上流动以分开，从被能量束照射的部分去除烟雾，并且抑制烟雾从盖子的下部扩散。
根据以下参照附图对示例性实施例的描述，本发明的其它特征将变得清楚。
附图说明
图1是示出可实现作为本发明的实施例的实施例1～3的三维建模装置的配置的示图。
图2是示出图1的三维建模装置的建模台架的附近的放大图。
图3是示出图1的三维建模装置的盖子(局部盖子)的配置例子(实施例1)的顶视图。
图4是示出图1的三维建模装置的盖子(局部盖子)的配置例子(实施例1)的截面图。
图5是示出图1的三维建模装置的盖子(局部盖子)的配置例子(实施例2)的顶视图。
图6是示出图1的三维建模装置的盖子(局部盖子)的配置例子(实施例2)的截面图。
图7是示出图1的三维建模装置的盖子(局部盖子)的配置例子(实施例3)的顶视图。
图8是示出图1的三维建模装置的盖子(局部盖子)的配置例子(实施例3)的截面图。
图9是示出可实现作为本发明的实施例的实施例4～8的三维建模装置的配置的示图。
图10是示出图9的三维建模装置的建模台架的附近的放大图。
图11是示出图9的三维建模装置的盖子(局部盖子)的配置例子(实施例4)的透视图。
图12是示出图9的三维建模装置的盖子及其驱动机构的配置例子(实施例4)的顶视图。
图13是示出图9的三维建模装置的盖子的配置例子(实施例4)的截面图。
图14是示出图9的三维建模装置的盖子的配置例子(实施例5)的截面图。
图15是示出图9的三维建模装置的盖子及其驱动机构的配置例子(实施例6)的顶视图。
图16是示出图9的三维建模装置的盖子及其驱动机构的配置例子(实施例7)的顶视图。
图17是示出作为本发明的实现的三维建模装置的盖子的配置例子(实施例8)的截面图。
具体实施方式
以下，参照在附图中示出的示例性实施例，描述本发明的实现的实施例。以下描述的实施例是例子。例如，在不背离本发明的精神的范围内，本领域技术人员可适当地改变详细的配置。在实施例中描述的数值是用于参照的数值，并且不限制本发明。
<实施例1>
参照图1和图2描述利用粉末床熔融接合方法并且可实现本发明的三维建模装置的一个配置例子。图1示出可实现本发明的三维建模装置的基本配置。图1示出不仅对本实施例而且对后面描述的其它实施例共通的示意性配置。图2示出图1的三维建模装置的建模台架周围的放大图，并且特别地示出在建模过程中通过熔融材料粉末发射的烟雾的图像。
如图1所示，该装置包括用于允许三维整形模型体在该台架上建模的建模台架101。建模台架101可通过建模台103上下移动以例如根据模型体的层叠的进行逐渐向下移动。建模台103的升降机构102包括例如诸如电动机的驱动源和诸如齿条和小齿轮的驱动(传动)系统。该机构通过控制机构120的控制根据模型体的层叠的进行驱动建模台架101以上下移动台架。可以自由地选择建模台架101的平面形状。例如，该形状可以是矩形(稍后参照的图3)。当然，使建模台架101上下移动的建模台103的开口适于具有与建模台架101一致的形状。
图1的三维建模装置包括可动粉末铺设辊105，以将作为建模材料的材料粉末供给到建模台架101上并且形成由建模材料制成的粉末层107。图1所示的粉末铺设辊105的位置是回缩或待机位置。粉末铺设辊105可通过辊驱动机构(没有详细示出)从该位置向右移动、将材料粉末供给到建模台架101上并且形成粉末层107。用作建模材料的材料粉末容纳在这里未示出的容器中。粉末以适量的单位被供给到粉末铺设辊105。
本实施例使用激光作为能量束，在本实施例中，该能量束照射建模台架101上的建模材料(粉末层)107以固化材料。用作激光(能量束)111的产生源的激光源1091和执行激光111的二维扫描的激光扫描装置109被布置于在适当的情况下保持建模环境中的气氛的腔室110的外面。例如，腔室110外面的激光源1091和激光扫描装置109的这种布置用于避免在建模过程中在腔室内使用的气氛和在建模过程中出现的烟雾的不利影响。
本实施例的激光扫描装置109具有在建模台架101上至少在二维(XY)方向上用激光111执行扫描的配置。因此，例如，激光扫描装置109具有包括被控制为与模型体的形状一致地移动建模台架101上的照射斑的扫描光学系统。例如，激光扫描装置109可通过包括两个电流镜被配置。
激光扫描装置109用其执行二维扫描的激光111穿过设置在腔室110的上部、例如设置在建模台架101的中心的正上方的激光透过窗口112，并且，用该激光照射建模台架101上的照射区域。激光111加热铺设于建模台架101上的建模材料(粉末层)107，并且根据模型体的层结构熔融和固化材料以形成固化层106。
惰性气体供给机构115与腔室110连接。该机构通过供给端口113供给作为填充腔室110的内部的气氛的惰性气体。惰性气体供给机构115可将惰性气体以预定的供给压力供给到腔室110内。惰性气体供给机构115具有可通过后面描述的盖子104(局部盖子；图3和图4)的接头(fitting)125a(图3和图4)将惰性气体供给到该盖子内的配置。
为了收集腔室110内的气氛(惰性气体)，烟雾收集机构116被布置在腔室110的外面。例如，烟雾收集机构116基本上包括包含空气压缩机的负压力产生器。该机构与腔室110的收集端口114连接，并且收集腔室110中的惰性气体。灰尘收集箱108可被布置在从腔室110向烟雾收集机构116的本体的收集路径的途中。灰尘收集箱包含捕获并收集在建模期间发射以及从腔室110的内部收集的烟雾(后面的118)和其它外来粉末的过滤器或收集容器。
设置在后面描述的盖子104(局部盖子)上的收集路径(接头125a、125c和125e)通过收集路径135c与烟雾收集机构116连接。在设置灰尘收集箱108的情况下，收集路径135c与灰尘收集箱108连接。这种配置向盖子104的内部施加烟雾收集机构116的负压力，并且收集在盖子104内导致的烟雾。
惰性气体供给机构115和烟雾收集机构116用于压力控制，以保持腔室110中气氛的状态，并且在后面描述的盖子104中对包含烟雾(118)的气氛进行整流。
图2示出图1的三维建模装置的建模台架周围的放大图。在通过用激光111照射建模台架101上的粉末层107形成固化层106的过程中，出现烟雾118。烟雾118是依赖于材料粉末的特性的烟状物质(细颗粒)，包括例如金属蒸气和树脂蒸汽(或它们的细粉末)。存在这样的可能性：烟雾118在激光111通过的区域中扩散激光111，并且降低到达粉末层107的能量的强度。另一种可能性是，烟雾118附着到图1中的激光透射窗口112并且污染该窗口，并因此扩散激光111并降低照射强度。
在本实施例中，为了防止由加热材料粉末引起的烟雾118(图2)扩散，如图1所示，建模台架101周围的激光照射区域设置有盖子104(局部盖子)，该盖子104局部地包围建模台架101之上的区域。
图3以从上到下部分透视的方式示出本实施例的盖子104的配置。图4示出在箭头方向上沿图3的线A-A切取的截面图。本实施例的盖子104具有在底部开放的圆筒状容器的总体形状。该盖子被布置在建模台架101之上。盖子104的总体形状可被自由选择。例如，只需要包括后面描述的包含激光透过部分的上部结构1040、(外侧分隔部1041和内侧分隔部1042)和包围下部空间的侧壁部分(侧壁1043)。盖子104可具有自由选择的平面图截面形状，诸如圆形、椭圆形或矩形形状。
盖子104的上部结构1040(1041和1042)具有用于允许激光111穿过其中的开口122。在本实施例中，如图4所示，盖子104的上部结构1040包含外侧分隔部1041和内侧分隔部1042。在这种情况下，用于允许激光111穿过的开口122包含外侧分隔部1041中的开口122a和内侧分隔部1042中的开口122b。
在本实施例中，外侧分隔部1041和内侧分隔部1042被组装为适配到具有中空圆筒形状的侧壁1043的顶端中。盖子104的材料为例如对激光111不透明(不透过)的金属或树脂。外侧分隔部1041和内侧分隔部1042与侧壁1043之间的组装和固定结构可通过压适配、粘合、焊接和螺纹接合中的任何一种来实现。在本实施例中，圆筒状侧壁1043的下部完全开放。但是，不需要开放下部的整个区域。例如，本实施例仅需要圆筒状侧壁1043的下部的至少一部分是开放的，并且在该部分处确保到盖子的外部的通风，这还适用于后面描述的其他实施例。
要出现烟雾118的建模台架101的上部的照射区域如上面描述的那样被盖子104局部覆盖。因此，防止烟雾118在腔室110中扩散。例如，可以防止滞留在激光111穿过的空间中并且附着于激光透过窗口112上。
本实施例的盖子104包括整流机构。该机构防止腔室110中的烟雾118扩散，并且用于减少对穿过盖子104的开口122的激光111的不利影响。在本实施例中，整流机构通过主要由外侧分隔部1041和内侧分隔部1042形成的气体流路120a、特别是通过调整气体流路120a中的压力来实现。
整流机构调整烟雾(包含烟雾的气体)，使得例如导致的烟雾可在与建模台架101上的材料粉末分开的方向上流动，并且从开口122移动并且在向着盖子104的内部的方向上分开。
图3和图4示出作为具有矩形形状(形状可被自由选择)的小开口的开口122(122a和122b)。为了有效地防止烟雾从盖子104泄漏，开口122(122a和122b)在适当的情况具有小的直径。可考虑开口122(122a和122b)的开口直径相对于建模固化层106所需要的激光111的扫描面积不足的情况；但是，对于在建模台架101上要建模的固化层106较小的情况，足够的直径不是必需的。在不足的情况下，移动盖子104的移动设备可被设置以根据激光扫描装置109的激光扫描来允许激光111穿过开口122。例如，可通过使用移动台架126(图1)实现移动设备。
图1中的移动台架126可以为例如沿要用激光111的斑点扫描的XY面移动盖子104的XY(线性移动)台架。台架与图8对应。作为替代地，可考虑开口122(122a和122b)可以是覆盖激光111的二维扫描的一个扫描方向的线性狭缝。在这种情况下，存在如下的可能性：移动台架126具有仅在用激光111的斑点扫描的XY面中的一个轴向上移动盖子104的配置就足够。激光111的斑点的扫描的主扫描方向未必是与XY面中的X(Y)轴平行的方向。作为替代地，可以考虑该方向从该轴倾斜。为了解决这种情况，移动台架126可具有旋转移动盖子104的配置。
因此，图1中的移动台架126可具有可在激光扫描的一个或两个轴(X轴和Y轴)上平移或者围绕与XY面正交的轴(Z轴或与Z轴平行的轴)旋转的配置。在布置移动台架126的情况下，根据通过激光扫描装置109用激光111的扫描、通过移动台架126移动盖子104的操作可通过用控制机构120控制两个元件的同步来实现。
可通过包括可以为例如通用微处理器的CPU 121、ROM 123和RAM 122来构成控制机构120。控制机构120施加粉末铺设辊105的材料粉末的供给控制、建模台架101的升降机构102的升降控制、激光源1091的接通(和关断)控制以及通过激光扫描装置109的扫描控制，由此控制整个三维建模的操作。根据三维建模操作的进行，控制惰性气体供给机构115和烟雾收集机构116。
特别地，三维建模操作通过盖子104的开口122用激光111执行照射。在布置移动台架126的情况下，控制机构120控制移动台架126以移动盖子104，以允许激光111总是与激光扫描装置109的扫描控制同步地穿过开口122。
用于允许控制机构120控制包含移动(扫描)盖子104的控制的三维建模操作的控制过程可作为由CPU 121执行的控制程序存储在例如ROM 123中。当执行控制程序时，CPU121使用RAM 122作为工作区域。当控制程序被记录(存储)在ROM 123(或未示出的外部存储设备，诸如各种类型的闪存存储器和HDD)中时，这些记录介质构成存储用于执行本发明的控制过程的计算机可读记录介质。后面描述的用于执行控制过程的程序可存储在诸如ROM或HDD的固定记录介质中。作为替代地，程序可存储于诸如各种闪存存储器或光盘(磁盘)的可拆卸计算机可读记录介质中。对于安装或更新用于执行本发明的控制过程的控制程序的情况，可以使用这种存储方案。当安装或更新用于执行本发明的控制过程的程序时，可以使用上述的可拆卸记录介质。作为替代地，可以使用经由未示出的网络(内联网)下载程序的方案。
并且，包括液晶显示器的显示单元124和包括键盘(并且额外包括诸如鼠标的指向设备)的操作单元117可与控制机构120连接。显示单元124可被用于显示三维建模操作的进行和用于设定的控制参数。操作单元117发出三维建模操作的激活和(暂时)停止的指令，并且被用于输入用于设定的控制参数。
这里，参照图3和图4，详细描述本实施例的盖子104的配置和操作。如上所述，盖子104包括由外侧分隔部1041和内侧分隔部1042构成的上部结构1040。
在外侧分隔部1041和内侧分隔部1042的中心，分别设置开口122a和122b。开口122a和122b在上部结构1040的中心处构成具有透气性并且允许激光111透过(穿过)的能量束透过部分。
例如，外侧分隔部1041和内侧分隔部1042相互分开地被具有中空圆筒形状的侧壁1043支撑，以形成其天花板。外侧分隔部1041与内侧分隔部1042之间的空间构成气体流路120a。
如图3所示，构成盖子104的下部结构的侧壁1043具有拥有基本上覆盖建模台103的中心的建模台架101的尺寸(直径)的配置。盖子104被未示出的支撑部件(或移动台架126)支撑，使得侧壁1043的下缘部分与建模台103稍微分开(例如，分开约几毫米到几十毫米)。
气体流路120a的内部通过用作气体连通路径的接头125a与烟雾收集机构116的收集路径135c(图1)连通。如图3所示，用作气体连通路径的接头125a被布置在相对于具有圆形截面的气体流路120a的多个位置处。在本例子中，四个接头125a被布置为将气体流路120a的外周以90°分成四个部分。
在建模操作之前，控制机构120(CPU 121)导致惰性气体供给机构115以预定的浓度或预定的压力用惰性气体填充腔室110。随后，控制机构120(CPU 121)基于代表意图的模型体并且从外部装置输入的三维建模数据在逐层的基础上对固化层106进行建模。即，粉末层107的一个层通过粉末铺设辊105被铺设在建模台架101上。随后，控制机构120(CPU 121)导致激光源1091从底层在逐层的基础上用激光111照射铺设的粉末层107，以固化与建模层对应的三维建模数据中的斑点操作范围。
控制机构120(CPU 121)通过用激光111照射建模台架101上的粉末层107，在建模期间通过多个接头(气体连通路径)125a从烟雾收集机构116施加负压力(例如，比腔室110内的压力低的压力)。该施加在盖子104的内外将构成气氛的气体流整流成图4中的箭头(124a～124d)所示的方向。即，如箭头(124b和124c所示)，通过接头125a施加烟雾收集机构116的吸取负压力从开口122a和122b向气体流路120a的内部吸取气体。
因此，在盖子104中，如箭头(124a和124c)所示，从盖子104的周边的下缘部分向中心上部的开口122b对气体流进行整流。包含在建模台架101上的粉末层107的被激光111照射的部分上导致的烟雾118的气体向上移动以向上地与被照射部分分开并且向着内侧分隔部1042的开口122b被吸取。
并且，包含烟雾118的气体如图3和图4中的箭头(124d、124d…)所示的那样在气体流路120a中流动，并且被收集到烟雾收集机构116的灰尘收集箱108中。在本实施例中，不存在从四个接头125a以外的烟雾收集机构116施加收集负压力的任何部位。因此，盖子104的外面即腔室110中的气氛从盖子104的上部和下缘部分如箭头(124a和124c)所示的那样被供给，以补偿被吸取到烟雾收集机构116的量。
如上所述，本实施例的盖子104包括外侧分隔部1041和内侧分隔部1042，并且，还包括形成气体流路120a的上部结构1040。负压力从接头125a被施加到气体流路120a中。因此，特别地，在盖子104中，配置在图4中的箭头(124a～124d)所示的方向上调整包含烟雾118的气体以使其不泄漏到外面的整流机构。
该配置可有效地抑制包含由激光111的照射导致的烟雾118的气体通过开口122(122a和122b)和盖子104的下缘部分流动到盖子104的外面。根据本实施例，包含上述的整流机构的盖子104可有效地防止伴随能量束(激光111)的照射要建模台架101周围出现的烟雾的扩散。特别地，上述的整流机构可调整包含烟雾118的气体以使其在盖子104中向上分开、从被照射部分去除烟雾并且抑制烟雾从比盖子低的位置的扩散。
即，本实施例可用盖子104覆盖建模台架101上的建模部位，并且有效地抑制烟雾118(包含烟雾的气体)流动到盖子104的外面。因此，可有效地抑制由于烟雾118附着到腔室110的激光透过窗口112上以及烟雾118滞留在激光111的光路上导致的照射强度的降低。并且，可防止烟雾118附着到腔室110中的部件上。例如，可有效地抑制烟雾对电气配置元件、可动部分和可滑动部分的不利影响。
<实施例2>
以上的实施例1描述了包含外侧分隔部1041和内侧分隔部1042并且还包含形成气体流路120a的上部结构1040的盖子104的一个例子。以上的实施例1描述了如下的例子，该例子通过用四个接头125a将盖子104的气体流路120a中的压力控制为负来调整包含烟雾(118)的气氛并且防止气氛泄漏到盖子104的外面。
但是，为了实现相同的目的，例如，可如下面描述的那样改变气体流路(本实施例中的120c)的配置和气体流路(120c)中的压力控制和整流的模式。
图5和图6示出本实施例2的盖子104的配置和操作。示出的模式与图3和图4相同。在图5和图6中，相同或类似的部件被分配与在以上的实施例中分配给相应的部件的附图标记相同的附图标记。省略不特别需要的部件的详细描述。图5和图6所示以外的建模装置的总体配置和烟雾118的出现模式与图1和图2中的类似。
在图5和图6中，与以上的描述同样，盖子104包含具有中空圆筒形状的侧壁1043和上部结构1040。上部结构1040包含外侧分隔部1041和内侧分隔部1042的事实也与以上的描述中的类似。
在上部结构1040的开口122(即外侧分隔部1041和内侧分隔部1042的开口122a和122b)周围，本实施例具有不同的配置。用作第一气体连通路径和第二气体连通路径的接头125b和125c被连接到在外侧分隔部1041和内侧分隔部1042之间形成的气体流路120c。功能与实施例1中的不同。在这些接头中，接头125b(第一气体连通路径)是用于供给惰性气体的接头，接头125c(第二气体连通路径)是用于通过烟雾收集机构116的负压力收集包含烟雾的气体(惰性气体)的接头。
接头125c与烟雾收集机构116的收集路径135c(图1)连通。接头125b与惰性气体供给机构115(图1)的惰性气体供给路径连通。例如，供给压力与腔室110中气氛的压力相当或者是与比该压力高的压力。因此，主要通过接头125c施加的负压力在箭头(124e～124d)所示的从接头125b到接头125c的一个方向上调整气体流路120c中的气流。
在本实施例中，仅布置两个接头125b和125c。仅在图5中的虚线所示的从接头125b到接头125c的范围内形成气体流路120c，并且，在适当的情况下不在其它部位上形成开口。
在本实施例中，如图5和图6所示，形成气体流路120c的外侧分隔部1041和内侧分隔部1042的开口122a和122b是矩形贯通开口。在本实施例中，如箭头(124e～124d)所示，在气体流路120c中调整气体。
并且，分别在外侧分隔部1041和内侧分隔部1042处形成图5和图6所示的台阶部分127a和127b。这些台阶部分127a和127b增大开口122a和122b(能量束透过部分)的上游部位的气体的流速，并且形成在上游侧部分处导致负压力的窄路径127。因此，与开口122a和122b的下游侧相比，面向开口122a和122b的气体流路120c在开口122a和122b的上游侧具有更小的开口截面面积。这种配置将从已从接头125b供给并且向开口122a和122b处的部分移动的惰性气体(箭头(124e))调整为在窄路径127处具有高的流速(并且为窄流)的气流。该流吹入到面向开口122a和122b的下游侧的气体流路120c的开口中。
如箭头(124f和124f)所示，在外侧分隔部1041和内侧分隔部1042的上部和下部处，出现从开口122a和122b吹入到气体流路120c的下游侧开口中的气流。由于穿过开口122a和122b处的部分的气流被调整成为在窄路径127处具有高的流速的流，所以导致该流。即，在窄路径127的上端和下端两处，导致向着窄路径127的中心的负压力(Venturi效果)。结果，如箭头(124f和124f)所示，在外侧分隔部1041和内侧分隔部1042的上部和下部处，气流被调整为吹入到气体流路120c的下游侧开口中。
如箭头(124a和124b)所示，盖子104中的气体流动与上述的实施例1类似。即，如箭头(124a和124c)所示，从盖子104的周边的下缘部分向中心上部的开口122b调整气体的流动。包含在建模台架101上的粉末层107的被激光111照射的部分上导致的烟雾118的气体向上移动，以向上与被照射部分分开并且向着内侧分隔部1042的开口122b被吸取。
根据上述的配置，可在盖子104中配置在图4中的箭头(124a、124b、124d和124e)所示的方向上调整气流的整流机构。
同样，在本实施例中，本配置可有效地抑制包含由激光111的照射导致的烟雾118的气体通过开口122(122a和122b)和盖子104的下缘部分流动到盖子104的外面。根据本实施例，包含上述的整流机构的盖子104可有效地防止伴随能量束(激光111)的照射在建模台架101周围出现的烟雾的扩散。特别地，上述的整流机构可调整包含烟雾118的气流以使其在盖子104中向上分开、从被照射部分去除烟雾并且抑制烟雾从比盖子低的位置的扩散。
即，本实施例可用盖子104覆盖建模台架101上的建模部位，并且有效地抑制烟雾118(包含烟雾的气体)流动到盖子104的外面。因此，可有效地抑制由于烟雾118附着到腔室110的激光透过窗口112上以及烟雾118滞留在激光111的光路上导致的照射强度的降低。并且，可防止烟雾118附着到腔室110内的部件上。例如，可有效地抑制烟雾对电气配置元件、可动部分和可滑动部分的不利影响。存在如下的可能性，即，如果来自接头125b的惰性气体供给压力的增大使从窄路径127吹动的流的速度增大，那么开口122a和122b的开口面积可增大。因此，根据激光在建模台架101上的扫描的面积的尺寸，存在不需要用于移动盖子104的移动台架126的可能性。
<实施例3>
图7和图8以与图3和图4(图5和图6)中相当的方式示出本实施例中的盖子104的配置。
在上述的实施例1和实施例2中，盖子104的气体流路120a或气体流路120c与用作用于从内部抽空气体的气体连通路径的接头125a或接头125c连通。分别在形成气体流路120a和气体流路120c的外侧分隔部1041和内侧分隔部1042中形成开口122a和122b(透孔)，以允许激光透过(穿过)。
与这些配置不同，如图8所示，实施例3涉及，盖子104的上部结构119不具有贯通形成气体流路120d的外侧分隔部119a和内侧分隔部119b的任何开口。
在本实施例3中，形成气体流路120d的外侧分隔部119a由允许激光111穿过且具有气密性的透明材料(例如，玻璃材料，诸如光学玻璃)制成，并且不具有透孔(贯通孔)。同时，形成气体流路120d的内侧分隔部119b由具有透气性且对于激光111具有透过性的多孔玻璃材料制成。用于内侧分隔部119b的多孔玻璃材料可具有任何成分，该成本具有约20nm或更小的孔隙直径。在多孔玻璃的情况下，已知具有小于20nm的孔隙的直径的玻璃具有足够高的透光率(http://www.newglass.jp/mag/TITL/maghtml/88-pdf/+88-p003.pdf)。在图7和图8中的内侧分隔部119b由上述的多孔玻璃材料制成的情况下，可以考虑整个内侧分隔部119b构成激光透过开口(上述的开口122b)。
并且，在本实施例中，由外侧分隔部119a和内侧分隔部119b形成的气体流路120d和与盖子104连接的接头125d和125e调整盖子104中的气流。在图8的配置中，在接头中，接头125d(、125d…)是面向气体流路120d的开口。接头125e(、125e…)是比盖子104的侧壁1043的下缘的位置(被激光111照射的区域(出现烟雾118的部位))高的位置处的开口。
在本实施例中，接头125d(、125d…)与惰性气体供给机构115连接，并且被用于将气体供给到气体流路120d中。接头125e(、125e…)与烟雾收集机构116连接，通过接头125e(、125e…)施加烟雾收集机构116的负压力，并且被用于从盖子104的内部抽空气体。根据这种压力设定，在本实施例中，气氛气体在盖子104中在箭头(124a、124g、124h、124i和124j)的方向上被整流。
特别地，关于由多孔玻璃制成的内侧分隔部119b的上侧和下侧，在负压力被施加于内侧分隔部119b的下侧的同时，正压力被施加到气体流路120d侧。因此，如箭头(124h)所示，然后通过内侧分隔部119b的整个表面上的孔隙在内侧分隔部119b的向下方向上从气体流路120d供给从惰性气体供给机构115供给的惰性气体。在被激光111照射的部分上出现并且包含烟雾118的气体通过经过接头125e施加的烟雾收集机构116的负压力被调整以向上与被照射部分分开(箭头(124a))。为了补偿通过接头125e抽空的量，腔室110中的气氛(例如，惰性气体)从侧壁1043的下缘处的间隙被供给到盖子104的下部的内侧(箭头(124j))。
同样，在本实施例3中，以上的配置可有效地抑制包含由激光111的照射导致的烟雾118的气体流动到盖子104的外面。根据本实施例，包含上述的整流机构的盖子104可有效地防止伴随能量束(激光111)的照射在建模台架101周围出现的烟雾的扩散。特别地，上述的整流机构可调整包含烟雾118的气流以使其在盖子104中向上分开、从被照射部分去除烟雾并且抑制烟雾从比盖子低的位置的扩散。
即，本实施例可用盖子104覆盖建模台架101上的建模部位，并且有效地抑制烟雾118(包含烟雾的气体)流动到盖子104的外面。因此，可有效地抑制由于烟雾118附着到腔室110的激光透过窗口112上以及烟雾118滞留在激光111的光路上导致的照射强度的降低。并且，可防止烟雾118附着到腔室110中的部件上。例如，可有效地抑制烟雾对电气配置元件、可动部分和可滑动部分的不利影响。
图7和图8中的配置可利用内侧分隔部119b和外侧分隔部119a的整个表面作为能量束(激光111)透过部分。因此，即使在意图的模型体具有大的尺寸的情况下，被固定为覆盖整个建模台架101的盖子104的整个尺寸也导致不需要诸如移动台架126的移动设备的可能性。
可能考虑图8中的结构不采用接头125e(、125e…)而是通过作为面向气体流路120d的开口的接头125d(、125d…)调整盖子104中的气流的结构。在这种情况下，箭头(124g和124h)的方向从图8所示的方向逆转。盖子104的下部的内侧的气体流动以通过内侧分隔部119b的整个表面上的孔隙被供给。该配置还可收集在被激光111照射的部分处出现并且包含烟雾118的气体自身。但是，在这种情况下，烟雾118流过内侧分隔部119b的多孔玻璃中的间隙。在这种情况下，存在烟雾附着到多孔玻璃的表面上并且孔隙被烟雾堵塞以降低激光111(能量束)的内侧分隔部119b的透过率的可能性。
同时，图8所示的本实施例3的供给和抽空方向的配置不允许包含烟雾118的气体穿过内侧分隔部119b的多孔玻璃中的间隙。即，本实施例3的配置具有烟雾118不影响气体流路120d的内部和内侧分隔部119b的多孔玻璃中的孔隙的优点。
<实施例4>
参照图9和图10描述利用粉末床熔融接合方法并且可实现本发明的三维建模装置的一个配置例子。图9示出可实现本发明的三维建模装置的三维建模装置的基本配置。图9示出不仅对本实施例而且对后面描述的其它实施例共通的示意性配置。图10示出图9的三维建模装置的建模台架周围的放大图，并且特别地示出在建模过程中通过熔融材料粉末发射的烟雾的图像。
如图9所示，该装置包括三维整形模型体被建模处的建模台架201。建模台架201可通过建模台203上下移动以例如根据模型体的层叠的进行逐渐向下移动。建模台203的升降机构202包括例如诸如电动机的驱动源和诸如齿条和小齿轮的驱动系统。该机构通过控制机构220的控制根据模型体的层叠的进行驱动建模台架201以上下移动台架。
图9的三维建模装置包括将作为建模材料的材料粉末供给到建模台架201上并且形成粉末层207的可动粉末铺设辊205。示出的可动粉末铺设辊205的位置是回缩或待机位置。粉末铺设辊205可通过辊驱动机构2051从该位置移动到建模台架201之上的部位，并且供给材料粉末以形成粉末层207。用作建模材料的材料粉末容纳在这里未示出的容器中。例如，粉末以适量的单位被供给到粉末铺设辊205。
本实施例使用激光作为能量束，在本实施例中，该能量束照射建模台架201上的建模材料(粉末层)207。用作激光211的产生源的激光源2091和执行激光211的二维扫描的激光扫描装置209被布置在保持建模环境中的气氛的腔室210的外面，以例如避免在建模过程中出现的烟雾的不利影响。
本实施例的激光扫描装置209具有可在建模台架201上至少在二维(XY)方向上执行激光211的扫描的配置。因此，例如，激光扫描装置209具有拥有与模型体的形状一致地控制的两个Galvano镜的配置。激光扫描装置209用其执行二维扫描的激光211穿过设置在腔室210的上部、例如设置在建模台架201的中心的正上方的激光透过窗口222，并且，用激光照射建模台架201上的照射区域。激光211加热铺设于建模台架201上的建模材料(粉末层)207，并且根据模型体的层结构熔融和固化材料以形成固化层206。
惰性气体供给机构215与腔室210连接。该机构通过供给端口213供给作为填充腔室210的内部的气氛的惰性气体。惰性气体供给机构215具有可将惰性气体以预定的供给压力供给到腔室210内并且使其通过接头233(图12)的配置。惰性气体供给机构215通过后面描述的盖子204(局部盖子；图11)的开口229将预定供给压力的惰性气体供给到盖子204中。
为了收集在建模过程中发射并且包含在收集的惰性气体中的烟雾(后面描述的218)，烟雾收集机构216被布置在腔室210的外面。烟雾收集机构216基本上包括包含空气压缩机的负压力产生器。该机构与腔室210的收集端口214连接，并且收集腔室210中的惰性气体。
灰尘收集箱208可被布置在从腔室210向烟雾收集机构216的本体的收集路径的途中。灰尘收集箱208可以是捕获并收集烟雾和其它外来粉末的过滤器或收集容器。
设置在后面描述的盖子204(局部盖子)上的收集路径(235a)通过收集路径235c与灰尘收集箱208连接。这种配置向盖子204的收集路径235a施加烟雾收集机构216的负压力，并且将在盖子204中导致的烟雾收集到灰尘收集相208中。
惰性气体供给机构215和烟雾收集机构216用于压力控制以保持腔室210中气氛的状态，并且在后面描述的盖子204中调整包含烟雾(218)的气氛流。
图10示出图9的三维建模装置的建模台架周围的放大图。在通过用激光211照射建模台架201上的粉末层207形成固化层206的过程中，出现烟雾218。烟雾218是依赖于材料粉末的特性的烟状物质，该烟状物质包括例如金属蒸汽和树脂蒸汽(或它们的细粉末)。存在这样的可能性：烟雾218在激光211通过的区域中扩散激光211，并且降低到达粉末层207的能量的强度。另一种可能性是，烟雾218附着到图9中的激光透射窗口212上并且污染窗口，并因此扩散激光211并降低照射强度。
在本实施例中，为了防止由加热引起的烟雾218(图10)扩散，如图9所示，建模台架201周围的激光照射区域设置有盖子204(局部盖子)，该盖子204局部地覆盖建模台架201的上部。本实施例的盖子204具有在底部开放的圆筒容器的总体形状。该盖子被布置在建模台架201上。盖子204的上部具有用于允许激光211穿过该开口的开口227。在本实施例中，描述开口227是狭缝(细长间隙)的例子。在本实施例中，开口227被称为能量束透过部分，该能量束透过部分允许能量束(本实施例中的激光211)穿过该部分。建模台架201之上的部位的照射区域被该盖子204局部覆盖，以防止烟雾218扩散到腔室210中、滞留在激光211穿过的空间中以及附着于激光透过窗口212上。
进一步参照图11～14详细描述盖子204的结构。本实施例的盖子204包括防止腔室210中的烟雾218扩散的机构，并且用于减少对穿过盖子204的能量束透过部分227的激光211的不利影响。如后面描述的那样，例如，该机构可由调整烟雾以使其在与激光211分开的方向上流动的整流机构构成。
在本实施例中，为了允许激光211穿过能量束透过部分227，盖子204具有根据激光扫描装置209的激光扫描移动盖子204的移动设备。例如，可通过使用移动台架226(图9)实现移动设备。
图9中的移动台架226与后面描述的线性移动台架226a(图12)和226b(图15和图16)对应。这里假定能量束透过部分227具有覆盖激光211的二维扫描中的一个扫描方向的线性形状(例如，图11和图12)。在这种情况下，移动台架226(图9)被配置为可至少在与能量束透过部分227相交的扫描方向上移动盖子204的线性移动台架226a(图12)。例如，能量束透过部分227可具有覆盖激光211的一对二维扫描方向(X和Y两个轴)的十字形状(例如，在图15和图16中)。在这种情况下，移动台架226(图9)可被配置为可沿XY轴两者移动盖子204的XY台架(图15和图16中的226b)。在后面在实施例6中详细描述该配置。
激光211的扫描不必限于关于建模台架201(或XY轴)的正交方向上的线性扫描。在某些建模条件下，可存在意图在与建模台架201(或XY轴)倾斜的方向上进行激光211扫描的情况。在这种情况下，如图16所示，盖子204的能量束透过部分227需要具有可沿激光211的一个扫描方向倾斜该部分的配置。在图16中的例子中，通过移动台架226(图9)，盖子204可沿XY轴线性移动并且关于Z轴(例如，与图9中的垂直方向对应)旋转。例如，盖子204可通过XY台架226b沿XY轴两者执行扫描，并且通过旋转辊237控制绕能量束透过部分的旋转姿势。
图9中的移动台架226可因此具有在沿激光扫描的一个或两个轴(X和Y)的方向(2041)上移动(扫描)盖子204的配置。并且，在需要在与建模台架201的XY面倾斜的方向上进行激光211扫描的情况下，移动台架226可具有允许盖子204绕与XY面正交的轴(Z轴或与其平行的轴)旋转的配置。在后面在实施例4中描述该配置。
如上所述，根据通过激光扫描装置209的激光211的扫描通过移动台架226移动盖子204的操作可通过用控制机构220控制两个元件的同步被实现。
可通过包括可以为例如通用微处理器的CPU 221、ROM 222和RAM 223构成控制机构220。控制机构220施加粉末铺设辊205的材料粉末的供给控制、建模台架201的升降机构202的升降控制、激光源2091的接通控制和通过激光扫描装置209的扫描控制，由此控制整个三维建模的操作。根据三维建模操作的进行，控制惰性气体供给机构215和烟雾收集机构216。
特别地，三维建模操作通过盖子204的能量束透过部分227执行激光211的照射。因此，控制机构220控制移动台架226以移动盖子204以允许激光211总是与激光扫描装置209的扫描控制同步地穿过能量束透过部分227。在后面详细描述通过移动台架226移动(扫描)盖子204的控制。
用于允许控制机构220控制包含移动(扫描)盖子204的控制的三维建模操作的控制过程可作为由CPU 221执行的控制程序存储于例如ROM 222中。当执行控制程序时，CPU221使用RAM 223作为工作区域。当控制程序被记录(存储)在ROM 222(未示出的外部存储设备，诸如各种类型的快擦写存储器和HDD)中时，这些记录介质构成存储用于执行本发明的控制过程的计算机可读记录介质。后面描述的用于执行控制过程的程序可存储于诸如ROM或HDD的固定记录介质中。作为替代地，程序可存储于诸如各种快擦写存储器或光盘(磁盘)的可拆卸计算机可读记录介质中。对于安装或更新用于执行本发明的控制过程的控制程序的情况，可以使用这种存储方案。当安装或更新用于执行本发明的控制过程的程序时，可以使用上述的可拆卸记录介质。作为替代地，可以使用经由未示出的网络(内联网)下载程序的方案。
并且，包括液晶显示器的显示单元224和包括键盘(并且另外包括诸如鼠标的指向设备)的操作单元219可与控制机构220连接。显示单元224可被用于显示三维建模操作的进行和用于设定的控制参数。操作单元219发出三维建模操作的激活和(暂时)停止的指令，并且被用于输入用于设定的控制参数。
参照图11～13，描述盖子204的配置例子。在图11～13中，特别地，还描述盖子204的气动配置，特别是调整烟雾以使其在与能量束透过部分227的附近分开的方向上流动的整流机构。图11是盖子的透视图。图12是盖子的顶视图。图13是在图12所示的A方向上的截面图。盖子204被设置在建模台架201上以封入由建模导致的烟雾218(图10)，以使其不扩散到盖子204的局部空间的外面，并且在建模过程中包围固化层206。
如图11所示，盖子204的主要部分由诸如例如金属或树脂的材料制成，以具有在建模台架201侧的底部开放的圆筒形状。即，盖子204的主要部分包括作为上板的圆形分压板230和形成为包围下表面的周边的侧壁204a。分压板230和侧壁204a可被一体化配置。作为替代地，这两个元件通过诸如粘接、焊接或螺纹接合的措施相互耦合。在适当的模式中，这些元件被气密地接合。
例如，沿作为盖子204的上板的分压板230的直径方向形成允许激光211穿过的能量束透过部分227。
如图所示，构成盖子204的上板的分压板230被布置在比侧壁204a的顶部低的位置处。允许激光211穿过的由诸如例如(耐热)玻璃的材料制成的激光透过材料231a通过粘接或另一方法与侧壁204a的顶部耦合；在适当的情况下，该材料被气密地耦合。
因此，在构成盖子204的上板的分压板230与激光透过材料231a之间形成压力腔室231。在压力腔室231中，在侧壁204a上的分压板230之上的部分处，形成盖子204的开口229。在图11中，在两个部位处示出开口229。但是，可以形成任何数量的开口。例如，在四个部位上形成开口229的情况下，导致开口与图12所示的各接头233(导管)连通。
这些接头233与惰性气体供给机构215(图9)的惰性气体供给路径连通。因此，通过四个部位上的接头233和开口229，可将惰性气体供给到高于分压板230的部分处的压力腔室231中。
盖子204由此具有允许激光211穿过的能量束透过部分227。因此，分压板230和侧壁204a的部位可由例如遮光性非透明材料制成。但是，分压板230和侧壁204a的遮光性能不是必需的。
并且，如图13所示，在盖子204的下缘部分处，例如，设置用于惰性气体并且具有圆形布置沟槽形状的收集路径235a。允许收集路径235a与向着图9中的虚线所示的灰尘收集箱208的收集路径235c连通。盖子204的收集路径235a和收集路径235c可通过与接头233类似的连通路径(未示出)被耦合。
分压板230之上的压力腔室231、开口229、能量束透过部分227和盖子204的下缘处的收集路径235a构成对盖子204中的气体进行整流(图12和图13中的箭头234a和234b)的整流机构。
即，如图13所示，在通过激光211照射建模的过程中，从惰性气体供给机构215(图9)通过开口229供给正压力的惰性气体。同时，烟雾收集机构216的负压力通过灰尘收集箱208(图9)被施加于盖子204的下缘处的收集路径235a。分压板230之上的压力腔室231的正压力和分压板230下面的负压力导致分压板230之上和之下的部分之间的压力差。如图12和图13中的箭头234a和图13中的箭头234b所示，盖子204中的气体流动被调整。
即，如图12和图13中的箭头234a所示，从开口229(、229…)流动的惰性气体向着分压板230的能量束透过部分227集中。如图13中的箭头234b所示，流从能量束透过部分227向下吹动，并且，通过从盖子204的下缘的收集路径235a施加的负压力，在收集路径235a的方向上流动。
如上所述，如箭头234a和234b所示，盖子204中的气体流动被调整。即，在压力腔室231中，气流被调整以从开口229向分压板230的能量束透过部分227流动(箭头234a)。在盖子204之下和固化层206之上的照射区域中，通过从盖子204的下缘的收集路径235a施加的负压力，烟雾218被调整以在收集路径235a的方向上流动(箭头234b)。
即，由激光211照射导致的烟雾218被调整以从能量束透过部分227向下流动，并且被调整以向盖子204的下缘周围的收集路径235a流动。压力腔室231的正压力和来自盖子204的下缘处的收集路径235a的负压力被施加。因此，包含烟雾218的气氛在不通过盖子204泄漏并扩散的情况下通过收集路径235a被收集。
如上所述，可实现盖子204的整流功能。因此，由激光211照射导致的烟雾218被封入盖子204中的局部空间中。例如，可以抑制烟雾218扩散到腔室210中。
即，根据以上的配置，压力腔室231被布置在能量束透过部分227之上，并且在正压力下从惰性气体供给机构215(图9)供给惰性气体。同时，通过灰尘收集箱208(图9)向盖子204的下缘处的收集路径235a施加烟雾收集机构216的负压力。因此，流可被调整(234b)以通过能量束透过部分227从压力腔室231下吹惰性气体。整流出现，使得烟雾218不从激光211穿过并且处于能量束透过部分227周围的通路接近，而是流动为与其分开。因此，可以抑制由于激光211在能量束透过部分227周围通过的通路中的烟雾218导致的激光照射强度的下降。
由激光211照射导致的烟雾218迅速并且同心地向盖子204的下缘处的收集路径235a流动，以与固化层206的上部分开地流动，并且通过收集路径235a被收集。因此，可以抑制由于烟雾218扩散到腔室210中以及例如烟雾218附着到激光透过窗口212导致的激光照射强度的下降。
如上所述，本实施例的盖子204可有效地防止伴随激光(能量束)照射在建模台架201周围导致的烟雾218的扩散。因此，由于烟雾218导致的激光照射强度下降被抑制，这可实现高度精确的三维建模。
这里，参照图12，描述在三维建模过程中通过由控制机构220执行的移动台架226移动(扫描)盖子204的控制。
图12示出从图9中的上面观看的包围建模台架201(虚线)的建模台203的一部分。图9的左方向与图12的上方向对应。例如，建模台架201具有虚线所示的矩形形状(正方形)。控制机构220可控制辊驱动机构2051以使得跨建模台架201往复移动粉末铺设辊205。例如，在形成一个固化层206(图9和图13)之前，控制机构220导致辊驱动机构2051在建模台架201之上移动粉末铺设辊205。因此，适量的材料粉末从未示出的供给容器被供给到建模台架201和已在该台架上形成的固化层206。
随后，控制机构220将粉末铺设辊205回缩到图12中的初始(回缩)位置，接通激光源2091并且通过激光扫描装置209开始激光211的二维(XY)扫描。可通过使用例如两个Galvano镜执行二维(XY)扫描。在这种情况下，通过使用一个Galvano镜执行主扫描(X)方向上的激光211扫描。在完成一个主扫描之后，通过另一Galvano镜在副扫描(Y)方向上切换激光211的反射方向。
在图12中，由虚线表示的矩形范围具有建模台架201的顶表面的形状，并且例如与通过二维(XY)扫描用激光211照射(扫描)的扫描范围对应。这里，在图12中，激光211的主扫描(X)方向例如与图中的水平方向对应，副扫描(Y)方向与例如图中的垂直方向对应。在这种情况下，沿激光211的主扫描(X)方向布置盖子204的能量束透过部分227。
在这种配置中，当然，在一个固化层206的形成过程中，控制机构220控制激光扫描装置209以形成该层所需要的照射图案用激光211照射建模台架201。当在一定主扫描(X)方向上用激光211扫描时，控制机构220控制线性移动台架226a以将盖子204移动到向着照射点的激光211可穿过能量束透过部分227的位置。并且，每当完成主扫描(X方向)时，控制机构220以副扫描间距在副扫描(Y)方向上移动图12中的线性移动台架226a。通过穿过能量束透过部分227的激光211，上述的激光扫描和盖子204的移动的同步控制可扫描建模台架201上的需要被加热的范围。
控制机构220在通过激光扫描的三维建模操作和加热的时间段中使惰性气体供给机构215和烟雾收集机构216操作。即，如上所述，在从烟雾收集机构216向盖子204的下缘处的收集路径235a施加负压力的同时，通过正压力向盖子204的压力腔室231供给惰性气体。因此，在通过激光扫描的三维建模操作和加热的周期中，烟雾(218)如上面描述的那样被调整和收集，并且抑制烟雾(218)扩散到盖子204外面。因此，防止烟雾(218)在能量束透过部分227周围的滞留以及腔室210的激光透过窗口212的污染，并且，防止由于烟雾218导致的激光照射强度的下降，这可实现高度精确的三维建模。
特别地，在本实施例中，通过激光扫描和盖子204的移动的同步控制，同步地控制建模台架201上的激光照射范围，使得盖子204可与能量束透过部分227保持特定的位置关系。大致来说，盖子204和能量束透过部分227的位置被同步控制，使得建模台架201上的激光照射位置处于这些元件的大致中心的下部上的恒定范围内。因此，作为出现烟雾218的主要部位的激光照射位置被控制以如上面描述的那样总是与盖子204的整流机构(图13)的大致中心一致。因此，在建模台架201上的一个层的建模过程中，可保持大致均等的烟雾扩散防止和收集特性。在一个层的整个形成过程中，可实现没有不均匀的激光照射特性。可以执行高度精确的三维建模。
下面，改变上述的三维建模装置的配置的一部分的变更例被描述为实施例5～8。并且，在以下的实施例中，图9～13所示的基本配置被假定为相同。特别地，以下详细描述与上述的实施例4中的配置元件不同的元件。省略其它元件的冗余描述。
<实施例5>
在上述的实施例4中，沟槽形收集路径235a被布置在盖子204的下缘处，来自烟雾收集机构216的负压力被施加到收集路径235a，由此收集烟雾218(图13)。烟雾收集路径可被布置在盖子204的下缘以外的位置处。例如，如图14所示，一个或更多个收集路径235b(、235b…)可被布置在比盖子204的侧壁的下缘高的位置处。与收集路径235a同样，收集路径235b与向着烟雾收集机构216的灰尘收集箱208的收集路径235c连通。
根据这种配置，可不仅从收集路径235a而且从收集路径235b收集烟雾218。
如图13那样没有收集路径235a的配置导致向下流动以与能量束透过部分227分开的下降气流(234b)在盖子204的高度中间的部位处导致涡流236。这种涡流235的出现导致由于烟雾218的附着污染盖子204的内表面的可能性。如果起因于烟雾218附着于盖子204的内表面的物质剥离并且落在建模台架201上，那么存在影响在执行过程中建模的层的可能性。
同时，如图14所示，收集路径235b被布置在盖子204的侧壁204a上的相对较高的部位处，并且从收集路径235b施加收集负压力，由此允许盖子中的气氛被调整为向收集路径235b流动。即，在盖子204的中间高度处，盖子204中的气氛可在不导致涡流236的情况下被收集。因此，盖子204的内表面的附着和污染可被抑制。如上所述，收集路径235b被布置在盖子204的侧壁204a的相对较高的部位处。该布置可调整压力和气流速度的分布，并且在不污染盖子204的内壁的情况下有效地收集烟雾218。
<实施例6>
在多个Galvano镜包含于激光扫描装置209中的情况下，激光211的扫描图案不限于如上所述的在沿副扫描方向上移动的同时重复线性主扫描的简单扫描图案。对于一定的所需形状的模型体，可以考虑使用具有不同扫描方向的扫描线的激光211的扫描的情况。
因此，布置在作为盖子204的上板的分压板230上的能量束透过部分227不限如图12所示的一个线性形状。作为替代地，可以考虑可沿不同的方向形成多个能量束透过部分。例如，如实施例4中所描述，可以考虑能量束透过部分227具有图15所示的由相互正交的两个线构成的十字形状。其它部件的配置与在实施例4中描述的部件类似。
根据这种配置，在一定的扫描截面中，通过能量束透过部分227的两个线中的一个用激光211执行扫描。在另一扫描截面中，可以使用通过能量束透过部分227的两个线中的另一个用激光211执行扫描的扫描图案。还可使用在一个固化层的建模过程中执行扫描以在沿正交的二轴方向交替切换激光211的扫描方向的同时绘制在字面上表示为该符号的十字形状的扫描图案。
在沿不同的方向在盖子204的上部处形成多个能量束透过部分227的情况下，需要配置移动台架226(图9)以如扫描方向的数量那样多地在多轴方向上移动盖子204。例如，根据具有图15所示的相互正交的十字形状的能量束透过部分227的配置，移动台架226(图9)被配置为可至少沿图中的交叉箭头所示的二轴方向移动(扫描)盖子204的线性移动台架226b。例如，这种线性移动台架226b可被配置为XY台架。控制机构220(图9)可执行根据通过激光扫描装置209的激光211的扫描图案确定通过线性移动台架226的盖子204移动(XY扫描)位置的控制。
<实施例7>
如实施例4所述，在模型体的一定的建模条件下，可存在导致需要沿与建模台架201(或其XY轴)倾斜的方向用激光211扫描的情况。在这种情况下，需要盖子204的移动设备包括沿激光211的扫描线的方向旋转盖子204(该盖子的能量束透过部分227)的旋转移动机构。例如，如图16所示，采用利用盖子204的圆筒形状、在该形状周围布置圆形轨道239、通过旋转辊237旋转驱动轨道239并且可选择盖子204的旋转姿势(角度)的配置。其它部件的配置与在实施例4中描述的部件类似。
根据这种配置，控制机构220(图9)可选择能量束透过部分227的方向与激光211的扫描线的方向一致的盖子204的旋转姿势(角度)。
因此，本实施例7不仅可支持在垂直的二轴方向上正交并且不能被实施例4和6支持的主扫描方向和副扫描方向，而且支持另一激光211的扫描线的方向。图16的配置采用可如图15中那样在二轴方向上移动(扫描)盖子204的线性移动台架226b。因此，在使用与建模台架201(或其XY轴)倾斜的扫描线的情况下，也可在至少两个副扫描方向上移动(扫描)盖子204。根据这种配置，在使用与建模台架201(或其XY轴)倾斜例如30°或45°的扫描线的情况下，控制机构220(图9)可移动盖子204，使得能量束透过部分227可跟踪扫描线。
<实施例8>
在图13中，布置在用作具有盖子204的能量束透过部分227的上板的分压板230之上的压力腔室231的上部由激光透过材料231a形成。激光透过材料231a由允许激光(能量束)穿过该材料的透光材料制成。在这种情况下，激光透过材料231a用作能量束透过部分的一部分。
但是，能量束透过部分227之上的上部的部件只需要被配置为外侧分隔部(激光透过部分)。不必需采用诸如玻璃或树脂的激光透过材料231a。
因此，关于图13中的激光透过材料231a，能量束透过部分227的上部处的、用作外侧分隔部的具有开口231d的部分以外的部分可被由具有遮光性能的金属或树脂制成的板部件231c替代。只有形状不干涉激光211，才可自由选择用作外侧分隔部的开口231d的开口面积和形状。在这种情况下，作为外侧分隔部的开口231d用作能量束透过部分的一部分。
在这种情况下，根据适当的模式，控制机构220执行控制以确保通过惰性气体供给机构215供给到腔室210中的压力与从烟雾收集机构216施加于收集路径235a的负压力之间的足够大的压力差。因此，例如，流可被调整以不导致通过开口231d从压力腔室231向上流动的任何气流。
根据这种配置，与开口229同样，构成压力腔室231的上部的板部件231c的开口231d用作惰性气体的供给路径。与实施例4同样，盖子204的气氛被调整成下降气流(234b)。并且，根据这种配置，可实现与在实施例4中描述的整流机构基本上类似的整流机构，并且，可通过盖子204的下缘处的收集路径235a收集由激光211的照射导致的烟雾218。
在通过惰性气体供给机构215供给到腔室210中的压力与从烟雾收集机构216施加于收集路径235a的负压力之间的一定平衡条件下，可采用去除压力腔室231的配置。
例如，如图17所示，在配置中，盖子204仅由形成能量束透过部分227的分压板230(上板)和圆筒形侧壁204a制成，并且，上述的压力腔室231被省略。图17以与图13(实施例4)和图14(实施例5)中类似的方式示出包含建模台架203之上的盖子204的截面结构。在图17中的配置中，当然，控制机构220导致通过惰性气体供给机构215进入腔室210中的惰性气体供给压力为正压力，同时导致通过烟雾收集机构216施加于收集路径235a上的收集压力为负压力。
在图17中的配置中，能量束透过部分227用作用于激光211的通路，同时，与图13中的开口229同样，用作进入盖子204中的惰性气体供给路径。即，在图17中的配置中，也可在分压板230之上与之下的部分之间导致压力差。盖子204中的气体如图示的那样与能量束透过部分227的附近分开，并且可被调整为形成向下缘周围的收集路径235a流动的下降气流(234b)。因此，与实施例4的情况同样，防止在能量束透过部分227周围由激光照射导致的烟雾218滞留和附着。导致的烟雾218被局部封入于盖子204中，并且，抑制烟雾扩散到腔室210中。因此，防止腔室210中以及该腔室的天花板上的激光透过窗口212上的污染，并且，由于烟雾218导致的激光照射强度的下降被抑制，这可实现高度精确的三维建模。
其它实施例
本发明的实施例还可以由系统或装置的计算机实现，该系统或装置的计算机读取并且执行记录在存储介质(其还可以被更完整地称为“非暂时性计算机可读存储介质”)上的计算机可执行指令(例如，一个或多个程序)以便执行一个或多个上述实施例的功能，和/或包括用于执行一个或多个上述实施例的功能的一个或多个电路(例如，专用集成电路(ASIC))，以及可由该系统或装置的计算机，例如通过从存储介质读取并执行计算机可执行指令以执行一个或多个上述实施例的功能，和/或控制一个或多个电路以执行一个或多个上述实施例的功能而执行的方法，实现本发明的实施例。该计算机可以包括一个或多个处理器(例如中央处理单元(CPU)，微处理单元(MPU))，并且可以包括分离的计算机或者分离的处理器的网络，以便读取并且执行该计算机可执行指令。该计算机可执行指令可例如被从网络或者存储介质提供给计算机。存储介质可以包括，例如，硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、分布式计算系统的存储设备、光盘(诸如压缩盘(CD)、数字通用盘(DVD)或者蓝光盘(BD)TM)、闪速存储器设备和存储卡等中的一个或多个。
其它实施例
本发明的实施例还可以通过如下的方法来实现，即，通过网路或者各种存储介质将执行上述实施例的功能的软件(程序)提供给系统或装置，该系统或装置的计算机或是中央处理单元(CPU)、微处理单元(MPU)读出并执行程序的方法。
虽然已参照示例性实施例说明了本发明，但应理解，本发明不限于公开的示例性实施例。所附权利要求的范围应被赋予最宽的解释以包含所有的变更方式以及等同的结构和功能。

Claims (13)

1.一种三维建模装置，其特征在于，所述三维建模装置通过重复地用能量束扫描布置在建模台架上的建模材料以形成固化层来执行三维建模，所述三维建模装置包括：
盖子，所述盖子包含允许能量束穿过的能量束透过部分，局部包围布置在建模台架上的建模材料的被能量束照射的部分并且抑制通过能量束的照射产生的烟雾的扩散，其中所述盖子包括侧壁和上部结构，上部结构包括外侧分隔部和内侧分隔部；
整流机构，所述整流机构对包含烟雾的气体进行整流以便使烟雾与建模材料的被能量束照射的所述部分分开并且抑制烟雾流动到盖子的外面，其中所述整流机构对通过由外侧分隔部和内侧分隔部形成的气体流路的气体流进行整流；以及
腔室，所述腔室容纳所述建模台架和所述盖子并且包含透光窗口，所述透光窗口允许从布置在所述腔室外部的产生源发射的能量束穿过。
2.一种三维建模装置，其特征在于，所述三维建模装置通过重复地用能量束扫描布置在建模台架上的建模材料以形成固化层来执行三维建模，所述三维建模装置包括：
盖子，所述盖子包含允许能量束穿过的能量束透过部分，局部包围布置在建模台架上的建模材料的被能量束照射的部分并且抑制通过能量束的照射产生的烟雾的扩散；
整流机构，所述整流机构对包含烟雾的气体进行整流以便使烟雾在盖子中向着盖子的上部向上地与建模材料的被能量束照射的所述部分分开并且抑制烟雾流动到盖子的外面；以及
腔室，所述腔室容纳所述建模台架和所述盖子并且包含透光窗口，所述透光窗口允许从布置在所述腔室外部的产生源发射的能量束穿过。
3.根据权利要求1或2所述的三维建模装置，其中，
所述整流机构包含：
气体连通路径，所述气体连通路径使盖子的内部和外部相互连通，其中
通过经由所述气体连通路径调整气体流路中的压力，包含所述烟雾的气体被整流。
4.根据权利要求3所述的三维建模装置，其中，所述气体连通路径向所述气体流路开放，并且通过经由所述气体连通路径抽空气体流路中的气体以及在所述气体流路中造成负压力，包含所述烟雾的气体被整流。
5.根据权利要求3所述的三维建模装置，其中，第一气体连通路径和第二气体连通路径被设置为气体连通路径，并且通过经由第一气体连通路径供给气体以及经由第二气体连通路径抽空气体，包含所述烟雾的气体被整流。
6.根据权利要求5所述的三维建模装置，其中，所述气体流路包含窄路径，所述窄路径相对于设置在所述外侧分隔部或所述内侧分隔部中的任一个处的能量束透过部分在从第一气体连通路径流向第二气体连通路径的气体的上游部分处增大气体的流速，并且在所述上游部分处产生负压力。
7.根据权利要求3所述的三维建模装置，其中，所述外侧分隔部和所述内侧分隔部的能量束透过部分是被设置通过所述外侧分隔部和所述内侧分隔部的通孔。
8.根据权利要求3所述的三维建模装置，其中，所述外侧分隔部处的能量束透过部分由允许能量束穿过的玻璃材料制成，所述内侧分隔部处的能量束透过部分由多孔玻璃材料制成。
9.根据权利要求8所述的三维建模装置，其中，气体连通路径在比由多孔玻璃材料制成的所述内侧分隔部低且比所述盖子的下缘高的位置处在盖子的侧壁处开口。
10.根据权利要求3所述的三维建模装置，其中，惰性气体通过气体连通路径的向盖子的内部供给气体的部分从惰性气体供给机构被供给到盖子中。
11.根据权利要求3所述的三维建模装置，其中，气体连通路径的向盖子的外部抽空气体的部分与收集烟雾的烟雾收集机构连通。
12.根据权利要求1或2所述的三维建模装置，其中能量束是激光。
13.一种三维模型体制造方法，其特征在于，包括：
通过使用根据权利要求1所述的三维建模装置制造三维模型体。
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