CN109311227A - 选择型射束层叠造型装置及选择型射束层叠造型方法 - Google Patents

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Abstract

选择型射束层叠造型装置具备：能够在可在框体内上下移动的基板上形成粉末床的粉末床形成单元；能够向粉末床照射造型用射束的造型用射束照射单元；能够向粉末床照射输出比造型用射束低的加热用射束的加热用射束照射单元；以及控制装置，控制装置能够以使造型用射束照射单元沿着与目标造型物的形状对应的设定路线向粉末床照射造型用射束的方式来控制造型用射束照射单元，并且，能够以使加热用射束照射单元沿着设定路线向粉末床照射加热用射束的方式来控制造型用射束照射单元。

Description

选择型射束层叠造型装置及选择型射束层叠造型方法
技术领域
本公开涉及选择型射束层叠造型装置及选择型射束层叠造型方法。
背景技术
选择型射束层叠造型装置具备基板、能够在基板上形成粉末床的粉末床形成装置、以及能够向粉末床的一部分选择性地照射射束的射束照射装置。根据使用了选择型射束层叠造型装置的选择型射束层叠造型方法，一边反复进行粉末床的层叠，一边对各粉末床照射射束，由此，能够使粉末床中的一部分颗粒选择性地熔融凝固而制作造型物。
另外，在选择型射束层叠造型方法中，进行粉末床的预热。例如，在专利文献1所记载的选择性的激光烧结系统中，利用放射散热元件对部件床的表面进行预热。
另一方面，在代替激光而使用电子射束的选择型射束层叠造型方法中，向粉末床的表面整体以高速地扫描的方式照射电子射束，进行粉末床的预热。粉末床的预热是为了使粉末中的颗粒彼此轻轻附着或临时烧结，以防止为了造型而照射了电子射束时的粉末床的局部带电，由此，防止因带电而导致粉末飞散的冒烟现象。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2005-335392号公报
发明内容
发明要解决的课题
在如专利文献1所记载的那样利用放射散热元件对粉末床进行预热的情况下，放射散热元件的加热区域宽，因此，有时在粉末床的不希望的区域发生粉末床中的颗粒彼此附着(临时烧结或熔融)。在制作出的造型物的内部存在有附着的颗粒块的情况下，有时难以去除该块。其结果是，在使用激光的选择型射束层叠造型装置中，存在由于利用放射散热元件预热粉末床而导致有时无法制作具有复杂的内部结构的造型物这样的问题。
同样地，即便利用电子射束进行预热，也有时导致颗粒彼此附着。其结果是，在使用电子射束的选择型射束层叠造型装置中，也存在由于利用电子射束预热粉末床整体而导致有时无法制作具有复杂的内部结构的造型物这样的问题。
另一方面，在不进行粉末床的预热的情况下，在为了造型而选择性地照射了射束的区域，在温度局部地急剧上升之后又急剧下降，由此，在造型物中会产生残留应力。为了去除造型物的残留应力而实施了热处理，但存在因热处理引起的残留应力的缓和而导致造型物发生变形这样的问题、造型物的制造工序增多这样的问题。
另外，在不进行粉末床的预热的情况下，还存在造型物产生裂纹、空隙而导致造型物的品质下降这样的问题。
鉴于上述情况，本发明的至少一实施方式的目的在于，提供一种能够降低造型物的残留应力、并且能够制作具有复杂的内部结构的高品质的造型物的选择型射束层叠造型装置及选择型射束层叠造型方法。
用于解决课题的方案
(1)本发明的至少一实施方式的选择型射束层叠造型装置具备：
框体；
基板，其能够在所述框体内上下移动；
粉末床形成单元，其能够在所述基板上形成粉末床；
造型用射束照射单元，其能够向所述粉末床照射造型用射束；
加热用射束照射单元，其能够向所述粉末床照射输出比所述造型用射束低的加热用射束；以及
控制装置，其能够控制所述造型用射束照射单元及所述加热用射束照射单元，
所述控制装置构成为，能够以使所述造型用射束照射单元沿着与目标造型物的形状对应的设定路线向所述粉末床照射所述造型用射束的方式控制所述造型用射束照射单元，并且，
所述控制装置构成为，能够以使所述加热用射束照射单元沿着所述设定路线向所述粉末床照射所述加热用射束的方式控制所述造型用射束照射单元。
在上述结构(1)中，能够沿着设定路线向粉末床照射造型用射束及输出比造型用射束低的加热用射束，因此，能够利用加热用射束对被照射造型用射束的区域局部地进行加热。
因此，能防止粉末床的颗粒在不希望的区域相互附着，因此，即便在制作了具有复杂的内部结构的造型物的情况下，也能够容易地去除造型物内的粉末。
另外，由于能够利用加热用射束对被照射造型用射束的区域进行加热，因此，能够降低造型物的残留应力，并且，能够抑制造型物中的裂纹、空隙的产生，能够制作高品质的造型物。
这样，根据上述结构(1)，能够降低造型物的残留应力，并且，能够制作具有复杂的内部结构的高品质的造型物。
需要说明的是，被照射造型用射束的区域可以是被照射着造型用射束的区域，也可以是要被照射造型用射束的预定区域，还可以是已经被照射了造型用射束的区域。
(2)在几个实施方式中，在上述结构(1)的基础上，
所述控制装置构成为能够变更所述粉末床上的所述加热用射束的轮廓形状。
在上述结构(2)中，通过变更加热用射束的轮廓形状，能够在各种条件下利用加热用射束对粉末床局部地进行加热。因此，根据上述结构(2)，能够可靠地降低造型物的残留应力，并且，能够可靠地制作具有复杂的内部结构的高品质的造型物。
(3)在几个实施方式中，在上述结构(1)或(2)的基础上，
所述控制装置构成为能够变更所述粉末床上的所述造型用射束的照射位置与所述加热用射束的照射位置之间的相对位置关系。
在上述结构(3)中，通过变更粉末床上的造型用射束的照射位置与加热用射束的照射位置之间的相对位置关系，能够在各种条件下利用加热用射束对粉末床局部地进行加热。因此，根据上述结构(3)，能够可靠地降低造型物的残留应力，并且，能够可靠地制作具有复杂的内部结构的高品质的造型物。
(4)在几个实施方式中，在上述结构(1)至(3)中任一结构的基础上，
所述控制装置构成为能够在所述粉末床上以沿着所述设定路线行进的波状扫描所述加热用射束。
在上述结构(4)中，控制装置构成为能够以沿着设定路线行进的波状扫描加热用射束，因此，能够不使加热用射束集中而对被照射造型用射束的区域及其周边充分地进行加热。因此，根据上述结构(4)，能够可靠地降低造型物的残留应力，并且，能够可靠地制作具有复杂的内部结构的高品质的造型物。
(5)在几个实施方式中，在上述结构(1)乃至(4)中任一结构的基础上，
所述造型用射束照射单元兼作所述加热用射束照射单元，
所述控制装置构成为能够在相互不同的时机照射所述造型用射束及所述加热用射束。
在上述结构(5)中，由于造型用射束照射单元兼作加热用射束照射单元，因此，能够以简单的结构来降低造型物的残留应力，并且，能够制作具有复杂的内部结构的高品质的造型物。
(6)在几个实施方式中，在上述结构(1)的基础上，
所述控制装置构成为，能够根据所述造型用射束的扫描方向、构成所述粉末床的材料、以及应由所述加热用射束预热的时间中的至少一方，来变更所述粉末床上的所述造型用射束的照射位置与所述加热用射束的照射位置之间的相对位置关系、所述粉末床上的所述加热用射束的轮廓形状、以及所述粉末床上的所述加热用射束的扫描方向中的至少一方。
根据上述结构(6)，通过根据造型用射束的扫描方向、构成粉末床的材料、以及应由加热用射束预热的时间中的至少一方，来变更粉末床上的造型用射束的照射位置与加热用射束的照射位置之间的相对位置关系、粉末床上的加热用射束的轮廓形状、以及粉末床上的加热用射束的扫描方向中的至少一方，从而既能够进行所需最小限度的预热，又能够降低造型物的残留应力，并且，能够制作具有复杂的内部结构的高品质的造型物。
(7)本发明的至少一实施方式的选择型射束层叠造型方法具备：
粉末床形成工序，在该粉末床形成工序中，在能够上下移动地配置于框体内的基板上形成粉末床；
造型用射束照射工序，在该造型用射束照射工序中，沿着与目标造型物的形状对应的设定路线向所述粉末床照射造型用射束；以及
加热用射束照射工序，在该加热用射束照射工序中，沿着所述设定路线向所述粉末床照射输出比所述造型用射束低的加热用射束。
在上述结构(7)中，由于沿着设定路线向粉末床照射造型用射束及输出比造型用射束低的加热用射束，因此，能够利用加热用射束对被照射造型用射束的区域局部地进行加热。
因此，能防止粉末床的颗粒在不希望的区域相互附着，因此，即便在制作了具有复杂的内部结构的造型物的情况下，也能够容易地去除造型物内的粉末。
另外，由于能够利用加热用射束对被照射造型用射束的区域进行加热，因此，能够降低造型物的残留应力，并且，能够抑制造型物中的裂纹、空隙的产生，能够制作高品质的造型物。
这样，根据上述结构(7)，能够降低造型物的残留应力，并且，能够制作具有复杂的内部结构的高品质的造型物。
需要说明的是，被照射造型用射束的区域可以是被照射着造型用射束的区域，也可以是要被照射造型用射束的预定区域，还可以是已经被照射了造型用射束的区域。
(8)在几个实施方式中，在上述结构(7)的基础上，
在所述加热用射束照射工序中，照射具有圆形状或矩形形状的射束形状的所述加热用射束。
根据上述结构(8)，通过照射具有圆形状或矩形形状的射束形状的加热用射束，能够降低造型物的残留应力，并且，能够制作具有复杂的内部结构的高品质的造型物。
(9)在几个实施方式中，在上述结构(7)或(8)的基础上，
在所述加热用射束照射工序中，照射具有比所述造型用射束的射束径大的射束径的所述加热用射束。
根据上述结构(9)，通过照射具有比造型用射束的射束径大的射束径的加热用射束，能够利用加热用射束对被照射造型用射束的区域及其周边进行加热。因此，根据上述结构(9)，能够降低造型物的残留应力，并且，能够制作具有复杂的内部结构的高品质的造型物。
(10)在几个实施方式中，在上述结构(7)至(9)中任一结构的基础上，
在所述加热用射束照射工序中，以呈沿着所述设定路线行进的波状进行扫描的方式向所述粉末床照射所述加热用射束。
根据上述结构(10)，由于以沿着设定路线行进的波状扫描加热用射束，因此，能够不使加热用射束集中而对被照射造型用射束的区域及其周边充分地进行加热。因此，根据上述结构(10)，能够可靠地降低造型物的残留应力，并且，能够可靠地制作具有复杂的内部结构的高品质的造型物。
(11)在几个实施方式中，在上述结构(9)的基础上，
在所述加热用射束照射工序中，以使所述粉末床上的所述造型用射束的照射位置在所述造型用射束的扫描方向上位于所述加热用射束的照射位置的中心的方式照射所述加热用射束。
根据上述结构(11)，以使粉末床上的造型用射束的照射位置在造型用射束的扫描方向上位于加热用射束的照射位置的中心的方式照射加热用射束，因此，能够利用加热用射束对要被照射造型用射束的预定区域预先进行加热，并且，能够之后对已经照射了造型用射束的区域进行加热。因此，根据上述结构(11)，能够可靠地降低造型物的残留应力，并且，能够可靠地制作具有复杂的内部结构的高品质的造型物。
(12)在几个实施方式中，在上述结构(7)至(10)中任一结构的基础上，
在所述加热用射束照射工序中，以使所述粉末床上的所述造型用射束的照射位置在所述造型用射束的扫描方向上位于比所述加热用射束的照射位置的中心靠后方的位置的方式照射所述加热用射束。
根据上述结构(12)，以使粉末床上的造型用射束的照射位置在造型用射束的扫描方向上位于比加热用射束的照射位置的中心靠后方的位置的方式照射加热用射束，因此，能够利用加热用射束对要被照射造型用射束的预定区域预先进行加热。因此，根据上述结构(12)，能够可靠地降低造型物的残留应力，并且，能够可靠地制作具有复杂的内部结构的高品质的造型物。
(13)在几个实施方式中，在上述结构(7)至(10)中任一结构的基础上，
在所述加热用射束照射工序中，以使所述粉末床上的所述造型用射束的照射位置在所述造型用射束的扫描方向上位于比所述加热用射束的照射位置的中心靠前方的位置的方式照射所述加热用射束。
根据上述结构(13)，以使粉末床上的造型用射束的照射位置在造型用射束的扫描方向上位于比加热用射束的照射位置的中心靠前方的位置的方式照射加热用射束，因此，能够利用加热用射束，之后对已经被照射了造型用射束的区域进行加热。因此，根据上述结构(13)，能够可靠地降低造型物的残留应力，并且，能够可靠地制作具有复杂的内部结构的高品质的造型物。
(14)在几个实施方式中，在上述结构(7)的基础上，
在所述加热用射束照射工序中，根据所述造型用射束的扫描方向、构成所述粉末床的材料、以及应由所述加热用射束预热的时间中的至少一方，来变更所述粉末床上的所述造型用射束的照射位置与所述加热用射束的照射位置之间的相对位置关系、所述粉末床上的所述加热用射束的轮廓形状、以及所述粉末床上的所述加热用射束的扫描方向中的至少一方。
根据上述结构(14)，通过根据造型用射束的扫描方向、构成粉末床的材料、以及应由加热用射束预热的时间中的至少一方，来变更粉末床上的造型用射束的照射位置与加热用射束的照射位置之间的相对位置关系、粉末床上的加热用射束的轮廓形状、以及粉末床上的加热用射束的扫描方向中的至少一方，从而既能够进行所需最小限度的预热，又能够降低造型物的残留应力，并且，能够制作具有复杂的内部结构的高品质的造型物。
发明效果
根据本发明的至少一实施方式，提供能够降低造型物的残留应力、并且能够制作具有复杂的内部结构的高品质的造型物的选择型射束层叠造型装置及选择型射束层叠造型方法。
附图说明
图1是示出本发明的一实施方式的选择型射束层叠造型装置的概要结构的图。
图2是概要地示出利用图1的选择型射束层叠造型装置向粉末床照射的造型用射束及加热用射束的轮廓形状的一例的图表。
图3是概要地示出粉末床中的、具有图2的轮廓形状的造型用射束及加热用射束的射束形状的图。
图4是概要地示出利用图1的选择型射束层叠造型装置向粉末床照射的造型用射束及加热用射束的轮廓形状的一例的图表。
图5是概要地示出粉末床中的、具有图4的轮廓形状的造型用射束及加热用射束的射束形状的图。
图6是概要地示出粉末床中的、具有图4的轮廓形状的造型用射束及加热用射束的射束形状的图。
图7是概要地示出粉末床中的、具有图4的轮廓形状的造型用射束及加热用射束的射束形状的图。
图8是将具有图4的轮廓形状的造型用射束的射束形状与加热用射束的波状轨迹的一部分一同概要地示出的图。
图9是将具有图4的轮廓形状的造型用射束的射束形状与加热用射束的波状轨迹的一部分一同概要地示出的图。
图10是将具有图4的轮廓形状的造型用射束的射束形状与加热用射束的波状轨迹的一部分一同概要地示出的图。
图11是示出本发明的一实施方式的选择型射束层叠造型方法的概要步骤的流程图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的几个实施方式进行说明。其中，作为实施方式而记载的或者附图所示的结构部件的尺寸、材质、形状、其相对配置等并非意在将本发明的范围限定于此，只不过是简单的说明例。
例如，“在某一方向上”、“沿着某一方向”、“平行”、“正交”、“中心”、“同心”或“同轴”等表示相对配置或绝对配置的表现不仅表示严格意义上的这种配置，还表示在具有公差或能得到相同功能的程度的角度或距离的范围内相对地位移的状态。
例如，“相同”、“相等”及“均质”等表示事物为相等的状态的表现不仅表示严格意义上相等的状态，还表示存在公差或能得到相同功能的程度的差的状态。
例如，四边形状或圆筒形状等表示形状的表现不仅表示几何学中严格意义上的四边形状或圆筒形状等形状，还表示在能得到相同效果的范围内包含凹陷突起、倒角部等的形状。
另一方面，“具备”、“具有”、“配备”、“包含”或者“含有”一构成要素这样的表现并非是排除其他构成要素的存在的排他性表现。
图1是示出本发明的一实施方式的选择型射束层叠造型装置(以下也仅称为造型装置)1的概要结构的图。图2是概要地示出利用图1的造型装置1向粉末床照射的造型用射束及加热用射束的轮廓形状的一例的图表。图3是概要性地示出粉末床中的、具有图2的轮廓形状的造型用射束及加热用射束的射束形状的图。图4是概要地示出利用图1的造型装置1向粉末床照射的造型用射束及加热用射束的轮廓形状的一例的图表。图5是概要地示出粉末床中的、具有图4的轮廓形状的造型用射束及加热用射束的射束形状的图，是示出在造型用射束的扫描方向上造型用射束的照射位置位于加热用射束的照射位置的中央的状态的图。图6是概要地示出粉末床中的、具有图4的轮廓形状的造型用射束及加热用射束的射束形状的图，是示出在造型用射束的扫描方向上造型用射束的照射位置位于比加热用射束的照射位置的中央靠后方的位置的状态的图。图7是概要地示出粉末床中的、具有图4的轮廓形状的造型用射束及加热用射束的射束形状的图，是示出在造型用射束的扫描方向上造型用射束的照射位置位于比加热用射束的照射位置的中央靠前方的位置的状态的图。图8是将具有图4的轮廓形状的造型用射束的射束形状与加热用射束的波状的轨迹的一部分一同概要地示出的图，是示出在造型用射束的扫描方向上造型用射束的照射位置与加热用射束的照射位置之差小的状态的图。图9是将具有图4的轮廓形状的造型用射束的射束形状与加热用射束的波状的轨迹的一部分一同概要地示出的图，是示出在造型用射束的扫描方向上造型用射束的照射位置位于加热用射束的照射位置的后方的状态的图。图10是将具有图4的轮廓形状的造型用射束的射束形状与加热用射束的波状的轨迹的一部分一同概要地示出的图，是示出在造型用射束的扫描方向上造型用射束的照射位置位于加热用射束的照射位置的前方的状态的图。
造型装置1能够制作金属制的造型物、非金属制(例如ABS树脂、尼龙、聚酯或碳等)的造型物，例如能够制作在燃气轮机、火箭发动机、涡轮增压器等产品中使用的部件。更具体而言，造型装置1能够制作轴流涡轮或离心式涡轮的燃气轮机动叶、燃气轮机分割环、燃气轮机静叶、离心式压缩机的叶轮、燃气轮机的燃烧器、燃气轮机的压缩机、火箭发动机气门等。
如图1所示，造型装置1具有壳体3、框体5、基板7、粉末床形成单元9、造型用射束照射单元11、加热用射束照射单元13以及控制装置15。
壳体3根据需要而具有气密性，能够使壳体3内成为真空，或者利用Ar气体等不活性气体来充满壳体3。
框体5配置在壳体3内。框体5例如具有方筒形状，框体5的上端开口。
基板7以能够沿铅垂方向(z轴方向)移动、即能够上下移动的方式配置在框体5内。基板7在水平方向(x轴方向及y轴方向)上扩宽，基板7的周缘能够与框体5的内壁滑动接触。
粉末床形成单元9能够在基板7上形成粉末床17。粉末床17是将目标造型物的原材料即粉末以规定厚度堆积为层状而形成的。
例如，粉末床形成单元9具有：以夹着框体5的上端开口的方式配置的水平工作台19；能够在水平工作台19及框体5的上端开口上沿水平方向行驶的辊21；以及能够向水平工作台19上供给作为原材料的粉末的料斗23。在该情况下，在基板7处于比框体5的上端开口低的位置的状态下，利用辊21将水平工作台19上的粉末运至框体5的上端开口，并形成为平坦状态，由此，能够在框体5的上端部的内侧形成粉末床17。
需要说明的是，粉末床形成单元的结构不局限于此，也可以从能够沿水平方向移动的料斗向框体5内供给粉末，使供给的粉末平坦化而形成粉末床17。或者，粉末床形成单元也可以具有在框体5的旁边共面配置的粉末罐。在该情况下，能够通过将粉末罐的底部向上推而将粉末罐内的粉末向上方推起，利用辊等将推上来的粉末向框体5内搬运，使其平坦化，从而形成粉末床17。
造型用射束照射单元11能够向粉末床17照射造型用射束25。在被照射了造型用射束25的区域，构成粉末床17的颗粒彼此相互附着(烧结或熔融凝固)，构成造型物的一部分。
加热用射束照射单元13能够向粉末床17照射输出比造型用射束25低的加热用射束27。需要说明的是，加热用射束照射单元13只要能够照射输出比造型用射束25低的加热用射束27即可，作为加热用射束照射单元13，也可以使用与造型用射束照射单元11相同的射束照射单元。
控制装置15能够控制造型用射束照射单元11及加热用射束照射单元13。控制装置15例如能够由具有CPU(中央运算处理装置)、存储器、外部存储装置及输入输出部的计算机构成。
而且，控制装置15构成为，能够以使造型用射束照射单元11沿着与目标造型物的形状对应的设定路线向粉末床17照射造型用射束25的方式来控制造型用射束照射单元11。另外，控制装置15构成为能够以使加热用射束照射单元13沿着设定路线向粉末床17照射加热用射束27的方式来控制造型用射束照射单元11。
在上述结构中，由于能够沿着设定路线向粉末床17照射造型用射束25及输出比造型用射束25低的加热用射束27，因此，能够利用加热用射束27对被照射造型用射束25的区域局部地进行加热。
因此，能防止粉末床17的颗粒在不希望的区域相互附着，因此，即便在制作了具有复杂的内部结构的造型物的情况下，也能够容易地去除造型物内的粉末。
另外，由于能够利用加热用射束27对被照射造型用射束25的区域进行加热，因此，能够降低造型物的残留应力，并且能够抑制造型物中的裂纹、空隙的产生，能够制作高品质的造型物。
这样，根据上述结构，能够降低造型物的残留应力，并且，能够制作具有复杂的内部结构的高品质的造型物。
需要说明的是，被照射造型用射束25的区域可以是被照射着造型用射束25的区域，也可以是要被照射造型用射束25的预定区域，还可以是已经被照射了造型用射束25的区域。
另外，加热用射束27的输出低于造型用射束25的输出是指，加热用射束27的平均输出(每单位时间的积分强度)低于造型用射束25的平均输出。
在几个实施方式中，控制装置15构成为能够变更粉末床17上的加热用射束27的轮廓形状。
在上述结构中，通过变更加热用射束27的轮廓形状，能够在各种条件下利用加热用射束27对粉末床17局部地进行加热。因此，根据上述结构，能够可靠地降低造型物的残留应力，并且，能够可靠地制作具有复杂的内部结构的高品质的造型物。
需要说明的是，加热用射束27的轮廓形状表示，未扫描加热用射束27的状态下的、粉末床17上的水平面内(例如x轴方向)的位置与加热用射束27的输出之间的关系。
例如，加热用射束照射单元13具有加热用射束源29、加热用射束调整部31以及加热用射束扫描部33。加热用射束源29能够出射加热用射束27。加热用射束调整部31能够调整从加热用射束源29出射的加热用射束27的输出及形状。加热用射束扫描部33能够调整加热用射束27的照射位置。在该情况下，控制装置15能够通过控制加热用射束调整部31来变更加热用射束27的轮廓形状。
需要说明的是，加热用射束27的输出也可以通过控制加热用射束源29来调整。
同样地，造型用射束照射单元11也可以具有造型用射束源35、造型用射束调整部37以及造型用射束扫描部39。造型用射束源35能够出射造型用射束25。造型用射束调整部37能够调整从造型用射束源35出射的造型用射束25的输出及轮廓形状。造型用射束扫描部39能够调整造型用射束25的照射位置。通常，造型用射束25的输出及轮廓形状被设定为适于造型的输出及轮廓形状。
需要说明的是，造型用射束25的输出也可以通过控制造型用射束源35来调整。
在几个实施方式中，如图2～图7所示，控制装置15能够将加热用射束27的轮廓形状调整为，使加热用射束27的射束径Dh大于造型用射束25的射束径Df。需要说明的是，在图3及图5～图10中，单点划线示出造型用射束25用的设定路线40。设定路线40是造型用射束25在粉末床17中应通过的路径。
在几个实施方式中，控制装置15能够将造型用射束25的轮廓形状调整为，如图2及图4所示那样在造型用射束25的中心输出最高、且越远离中心则输出越低的这种形状，例如高斯分布形状。在该情况下，如图3及图5～图10所示，粉末床17上的造型用射束25的射束形状为圆形状。
需要说明的是，射束形状是指，将不扫描射束而向粉末床17照射了射束的状态下的、粉末床17上的射束的输出成为最大值的一半的点相连而成的线的形状。而且，在射束形状为圆形的情况下，射束径是指圆的直径(即输出的半值宽度)，在射束形状为椭圆形状的情况下，射束径是指椭圆的短轴的长度，在射束形状为矩形形状的情况下，射束径是指对置的两条边的间隔中的较短的一方的间隔。
在几个实施方式中，控制装置15能够将加热用射束27的轮廓形状调整为，如图2所示那样在加热用射束27的中心输出最高、且越远离中心则输出越低的这种形状，例如高斯分布形状。在该情况下，如图3所示，粉末床17上的加热用射束27的射束形状为圆形状。
在几个实施方式中，控制装置15能够将加热用射束27的轮廓形状调整为，如图4所示那样在加热用射束27的中央部输出恒定、且越远离中央部则输出越低的这样的高原形状。在该情况下，如图5～图7所示，粉末床17上的加热用射束27的射束形状为矩形形状。
在几个实施方式中，控制装置15构成为能够变更粉末床17上的造型用射束25的照射位置与加热用射束27的照射位置之间的相对位置关系。
在上述结构中，通过变更粉末床17上的造型用射束25的照射位置与加热用射束27的照射位置之间的相对位置关系，从而能够在各种条件下利用加热用射束27对粉末床17局部地进行加热。因此，根据上述结构，能够可靠地降低造型物的残留应力，并且，能够可靠地制作具有复杂的内部结构的高品质的造型物。
例如，控制装置15能够通过控制加热用射束扫描部33，来变更粉末床17上的造型用射束25的照射位置与加热用射束27的照射位置之间的相对位置关系。需要说明的是，通常，造型用射束25在适于造型的条件下被扫描，因此，通过控制加热用射束27的扫描，从而变更造型用射束25的照射位置与加热用射束27的照射位置之间的相对位置关系。
需要说明的是，造型用射束25的照射位置是指在粉末床17上被照射造型用射束25的位置，加热用射束27的照射位置是指在粉末床17上被照射加热用射束27的位置。变更造型用射束25的照射位置与加热用射束27的照射位置之间的相对位置关系是指，变更向粉末床17上的任意一点照射造型用射束25的时机和照射加热用射束27的时机。
在几个实施方式中，如图8～图10所示，控制装置15构成为，通过控制加热用射束照射单元13，从而能够在粉末床17上以沿着设定路线40行进的波状扫描加热用射束27。
在上述结构中，控制装置15构成为能够以沿着设定路线40行进的波状扫描加热用射束27，因此，能够不使加热用射束27集中而对被照射造型用射束25的区域及其周边充分地进行加热。因此，根据上述结构，能够可靠地降低造型物的残留应力，并且，能够可靠地制作具有复杂的内部结构的高品质的造型物。
需要说明的是，图8～图10概要地示出粉末床17上的造型用射束25的射束形状、以及加热用射束27的波状的轨迹42的一部分。
在几个实施方式中，如图3及图5所示，控制装置15构成为，通过控制造型用射束照射单元11及加热用射束照射单元13，从而能够使粉末床17上的造型用射束25的照射位置在造型用射束25的扫描方向上位于加热用射束27的照射位置的中心。
在几个实施方式中，如图8所示，控制装置15构成为，通过控制造型用射束照射单元11及加热用射束照射单元13，从而在以波状扫描加热用射束27的状态下，能够使粉末床17上的加热用射束27的照射位置与造型用射束25的照射位置重叠。
在几个实施方式中，如图6及图9所示，控制装置15构成为，通过控制造型用射束照射单元11及加热用射束照射单元13，能够使粉末床17上的造型用射束25的照射位置在造型用射束25的扫描方向上位于比加热用射束27的照射位置的中心靠后方的位置。
在几个实施方式中，如图9所示，控制装置15构成为，通过控制造型用射束照射单元11及加热用射束照射单元13，能够使粉末床17上的造型用射束25的照射位置在造型用射束25的扫描方向上位于从加热用射束27的照射位置向后方离开的位置。
在几个实施方式中，如图7及图10所示，控制装置15构成为，通过控制造型用射束照射单元11及加热用射束照射单元13，能够使粉末床17上的造型用射束25的照射位置在造型用射束25的扫描方向上位于比加热用射束27的照射位置的中心靠前方的位置。
在几个实施方式中，如图10所示，控制装置15构成为，通过控制造型用射束照射单元11及加热用射束照射单元13，能够使粉末床17上的造型用射束25的照射位置在造型用射束25的扫描方向上位于从加热用射束27的照射位置向前方离开的位置。
在几个实施方式中，如图3及图5～7所示，控制装置15构成为，能够以使加热用射束27的射束径Dh大于造型用射束25的射束径Df的方式对加热用射束27的轮廓形状进行调整，并且，能够在被照射着加热用射束27的区域重叠被照射着造型用射束25的区域。
在几个实施方式中，如图3及图5所示，控制装置15构成为，能够以使加热用射束27的射束径Dh大于造型用射束25的射束径Df的方式对加热用射束27的轮廓形状进行调整，能够使被照射着造型用射束25的区域位于被照射着加热用射束27的区域内，而且，能够使造型用射束25的照射位置在造型用射束25的扫描方向上与加热用射束27的中心一致。
在几个实施方式中，如图6所示，控制装置15构成为，能够以使加热用射束27的射束径Dh大于造型用射束25的射束径Df的方式对加热用射束27的轮廓形状进行调整，能够使被照射着造型用射束25的区域位于被照射着加热用射束27的区域内，而且，能够使造型用射束25的照射位置在造型用射束25的扫描方向上位于比加热用射束27的中心靠后方的位置。
在几个实施方式中，如图7所示，控制装置15构成为，能够以使加热用射束27的射束径Dh大于造型用射束25的射束径Df的方式对加热用射束27的轮廓形状进行调整，能够使被照射着造型用射束25的区域位于被照射着加热用射束27的区域内，而且，能够使造型用射束25的照射位置在造型用射束25的扫描方向上位于比加热用射束27的中心靠前方的位置。
在几个实施方式中，造型用射束照射单元11兼作加热用射束照射单元13。而且，控制装置15构成为，使造型用射束照射单元11在相互不同的时机照射造型用射束25及加热用射束27。在该情况下，无需设置独立的加热用射束照射单元13。
在上述结构中，由于造型用射束照射单元11兼作加热用射束照射单元13，因此，能够以简单的结构降低造型物的残留应力，并且，能够制作具有复杂的内部结构的高品质的造型物。
在几个实施方式中，控制装置15构成为，能够根据造型用射束25的扫描方向、构成粉末床17的材料、以及应由加热用射束27预热的时间等中的至少一方，来变更粉末床17上的造型用射束25的照射位置与加热用射束27的照射位置之间的相对位置关系、粉末床17上的加热用射束27的轮廓形状、以及粉末床17上的加热用射束27的扫描方向中的至少一方。
根据上述结构，通过根据造型用射束25的扫描方向、构成粉末床17的材料、以及应由加热用射束27预热的时间等中的至少一方，来变更粉末床17上的造型用射束25的照射位置与加热用射束27的照射位置之间的相对位置关系、粉末床17上的加热用射束27的轮廓形状、以及粉末床17上的加热用射束27的扫描方向中的至少一方，从而既能够进行所需最小限度的预热，又能够降低造型物的残留应力，并且，能够制作具有复杂的内部结构的高品质的造型物。
在几个实施方式中，造型用射束25及加热用射束27为电子射束。在该情况下，造型用射束源35及加热用射束源29由电子枪构成。而且，造型用射束调整部37及加热用射束调整部31由电磁透镜等构成，造型用射束扫描部39及加热用射束扫描部33由偏向线圈等构成。
在几个实施方式中，造型用射束25及加热用射束27是激光射束。在该情况下，造型用射束源35及加热用射束源29由YAG激光器等固体激光器、CO2激光器等气体激光器、或者半导体激光器等构成。而且，造型用射束调整部37及加热用射束调整部31由光学透镜等光学元件构成，造型用射束扫描部39及加热用射束扫描部33由电流镜等构成。
在几个实施方式中，造型用射束25及加热用射束27是激光射束，造型用射束扫描部39及加热用射束扫描部33共用一个电流镜。激光射束例如是可视光或红外光。
在几个实施方式中，造型用射束25的波长与加热用射束27的波长彼此相同。
在几个实施方式中，造型用射束25的波长与加热用射束27的波长彼此不同。
在几个实施方式中，造型用射束25是连续波，加热用射束27是脉冲波。
在几个实施方式中，造型用射束25及加热用射束27中的一方是电子射束，另一方是激光射束。
图11是示出本发明的一实施方式的选择型射束层叠造型方法(以下，也仅称为造型方法)的概要步骤的流程图。图11所示的造型方法例如能够使用图1所示的造型装置1来实施。
如图11所示，造型方法具有形状数据准备工序S10、路线设定工序S12、粉末床形成工序S14、造型用射束照射工序S16、以及加热用射束照射工序S18。
在形状数据准备工序S10中，准备与目标造型物的形状相关的数据(形状数据)。形状数据例如是三维的CAD数据。将准备好的形状数据向控制装置15输入。
在路线设定工序S12中，基于形状数据，来决定对多层粉末床17的各层照射造型用射束25的路线(设定路线40)。设定路线40的决定例如能够通过控制装置15执行预先准备的程序而自动地进行。
在粉末床形成工序S14中，在能够上下移动地配置于框体5内的基板7上形成粉末床17。粉末床17的形成能够通过粉末床形成单元9进行。控制装置15也可以控制粉末床形成单元9来形成粉末床17。
在造型用射束照射工序S16中，沿着与目标造型物的形状对应的设定路线40向粉末床17照射造型用射束25。
在加热用射束照射工序S18中，沿着设定路线40向粉末床17照射输出比造型用射束25低的加热用射束27。
然后，以使基板7阶段性地下降的方式将粉末床形成工序S14、造型用射束照射工序S16及加热用射束照射工序S18反复进行规定次数(N次)，由此能够制作目标造型物。
在上述结构中，由于沿着设定路线40向粉末床17照射造型用射束25及输出比造型用射束25低的加热用射束27，因此，能够利用加热用射束27对被照射造型用射束25的区域局部地进行加热。
因此，能防止粉末床17的颗粒在不希望的区域相互附着，因此，即便在制作了具有复杂的内部结构的造型物的情况下，也能够容易地去除造型物内的粉末。
另外，由于能够利用加热用射束27对被照射造型用射束25的区域进行加热，因此，能够降低造型物的残留应力，并且，能够抑制造型物中的裂纹、空隙的产生，能够制作高品质的造型物。
这样，根据上述结构，能够降低造型物的残留应力，并且，能够制作具有复杂的内部结构的高品质的造型物。
需要说明的是，被照射造型用射束25的区域可以是被照射着造型用射束25的区域，也可以是要被照射造型用射束25的预定区域，还可以是已经被照射了造型用射束25的区域。
另外，加热用射束27的输出低于造型用射束25的输出是指，加热用射束27的平均输出(每单位时间的积分强度)低于造型用射束25的平均输出。
在几个实施方式中，在加热用射束照射工序S18中，如图3及图5～图7所示，照射具有圆形状或矩形形状的射束形状的加热用射束27。
根据上述结构，通过照射具有圆形状或矩形形状的射束形状的加热用射束27，能够降低造型物的残留应力，并且，能够制作具有复杂的内部结构的高品质的造型物。
在几个实施方式中，如图2～图7所示，在加热用射束照射工序S18中，照射具有比造型用射束25的射束径Df大的射束径的加热用射束27。
根据上述结构，通过照射具有比造型用射束25的射束径Df大的射束径的加热用射束27，能够利用加热用射束27对被照射造型用射束25的区域及其周边进行加热。因此，根据上述结构，能够降低造型物的残留应力，并且，能够制作具有复杂的内部结构的高品质的造型物。
在几个实施方式中，如图8～图10所示，在加热用射束照射工序S18中，以呈沿着设定路线40行进的波状进行扫描的方式以波状扫描加热用射束27，加热用射束27的射束径Dh与造型用射束25的射束径Df相同或者小于造型用射束25的射束径Df。
根据上述结构，即便加热用射束27的射束径Dh为造型用射束25的射束径Df以下，也能够通过以波状扫描加热用射束27，而利用加热用射束27对被照射造型用射束25的区域及其周边进行加热。因此，能够降低造型物的残留应力，并且，能够制作具有复杂的内部结构的高品质的造型物。
需要说明的是，在以波状扫描加热用射束27的情况下，加热用射束27的射束径Dh也可以大于造型用射束25的射束径Df。
另外，在图8～图10中，未示出加热用射束27的射束形状，仅示出加热用射束27的轨迹42的一部分。
在几个实施方式中，如图8～图10所示，在加热用射束照射工序S18中，以呈沿着设定路线40行进的波状进行扫描的方式向粉末床17照射加热用射束27。
根据上述结构，由于以沿着设定路线40行进的波状扫描加热用射束27，因此，能够不使加热用射束27集中而对被照射造型用射束25的区域及其周边充分地进行加热。因此，根据上述结构，能够可靠地降低造型物的残留应力，并且，能够可靠地制作具有复杂的内部结构的高品质的造型物。
需要说明的是，以波状进行扫描除了包括图8～图10所示的以正弦波状进行扫描的情况之外，还包括以矩形波状进行扫描的情况、以三角波状进行扫描的情况、以锯齿状进行扫描的情况。
在几个实施方式中，加热用射束27以沿着设定路线40在设定路线40上行进的方式被扫描，加热用射束27的扫描速度与造型用射束25的扫描速度相同。
在几个实施方式中，如图3及图5所示，在加热用射束照射工序S18中，以如下方式照射加热用射束27：使加热用射束27的射束径Dh大于造型用射束25的射束径Df，且使粉末床17上的造型用射束25的照射位置在造型用射束25的扫描方向上位于加热用射束27的照射位置的中心。
根据上述结构，以使粉末床17上的造型用射束25的照射位置在造型用射束25的扫描方向上位于加热用射束27的照射位置的中心的方式照射加热用射束27，因此，能够利用加热用射束27对要被照射造型用射束25的预定区域预先进行加热，并且，能够之后对已经被照射了造型用射束25的区域进行加热。因此，能防止在设定路线40上的任意的点处，温度在造型用射束25的照射前后急剧上升及急剧下降。其结果是，根据上述结构，能够可靠地降低造型物的残留应力，并且，能够可靠地制作具有复杂的内部结构的高品质的造型物。
在几个实施方式中，如图8所示，在加热用射束照射工序S18中，以呈波状扫描加热用射束27的方式使粉末床17上的加热用射束27的照射位置与造型用射束25的照射位置重叠。
在几个实施方式中，如图6及图9所示，在加热用射束照射工序S18中，以使粉末床17上的造型用射束25的照射位置在造型用射束25的扫描方向上位于比加热用射束27的照射位置的中心靠后方的位置的方式照射加热用射束27。
根据上述结构，由于以使粉末床17上的造型用射束25的照射位置在造型用射束25的扫描方向上位于比加热用射束27的照射位置的中心靠后方的位置的方式照射加热用射束27，因此，能够利用加热用射束27，对要被照射造型用射束25的预定区域预先进行加热。因此，能防止在设定路线40上的任意的点处，温度在造型用射束25的照射前后急剧上升。其结果是，根据上述结构，能够可靠地降低造型物的残留应力，并且，能够可靠地制作具有复杂的内部结构的高品质的造型物。
在几个实施方式中，在加热用射束照射工序S18中，如图9所示，在加热用射束照射工序S18中，以使粉末床17上的造型用射束25的照射位置在造型用射束25的扫描方向上位于从加热用射束27的照射位置向后方离开的位置的方式照射加热用射束27。
在几个实施方式中，如图7及图10所示，在加热用射束照射工序S18中，以使粉末床17上的造型用射束25的照射位置在造型用射束25的扫描方向上位于比加热用射束27的照射位置的中心靠前方的位置的方式照射加热用射束27。
根据上述结构，由于以使粉末床17上的造型用射束25的照射位置在造型用射束25的扫描方向上位于比加热用射束27的照射位置的中心靠前方的位置的方式照射加热用射束27，因此，能够利用加热用射束27，之后对已经被照射了造型用射束25的区域进行加热。因此，能防止在设定路线40上的任意的点处，温度在造型用射束25的照射前后急剧下降。其结果是，根据上述结构，能够可靠地降低造型物的残留应力，并且，能够可靠地制作具有复杂的内部结构的高品质的造型物。
在几个实施方式中，在加热用射束照射工序S18中，如图10所示，在加热用射束照射工序S18中，以使粉末床17上的造型用射束25的照射位置在造型用射束25的扫描方向上位于从加热用射束27的照射位置向前方离开的位置的方式照射加热用射束27。
在几个实施方式中，在加热用射束照射工序S18中，如图3及图5所示，以使加热用射束27的射束径Dh大于造型用射束25的射束径Df的方式对加热用射束27的轮廓形状进行调整，使被照射着造型用射束25的区域位于被照射着加热用射束27的区域内，而且，使造型用射束25的照射位置在造型用射束25的扫描方向上与加热用射束27的中心一致。
在几个实施方式中，在加热用射束照射工序S18中，如图6所示，以使加热用射束27的射束径Dh大于造型用射束25的射束径Df的方式对加热用射束27的轮廓形状进行调整，使被照射着造型用射束25的区域位于被照射着加热用射束27的区域内，而且，使造型用射束25的照射位置在造型用射束25的扫描方向上位于比加热用射束27的中心靠后方的位置。
在几个实施方式中，在加热用射束照射工序S18中，如图7所示，以使加热用射束27的射束径Dh大于造型用射束25的射束径Df的方式对加热用射束27的轮廓形状进行调整，使被照射着造型用射束25的区域位于被照射着加热用射束27的区域内，而且，使造型用射束25的照射位置在造型用射束25的扫描方向上位于比加热用射束27的中心靠前方的位置。
在几个实施方式中，在加热用射束照射工序S18中，根据造型用射束25的扫描方向、构成粉末床17的材料、以及应由加热用射束27预热的时间等中的至少一方，来变更粉末床17上的造型用射束25的照射位置与加热用射束27的照射位置之间的相对位置关系、粉末床17上的加热用射束27的轮廓形状、以及粉末床17上的加热用射束27的扫描方向中的至少一方。
根据上述结构，通过根据造型用射束25的扫描方向、构成粉末床17的材料、以及应由加热用射束27预热的时间等中的至少一方，来变更粉末床17上的造型用射束25的照射位置与加热用射束27的照射位置之间的相对位置关系、粉末床17上的加热用射束27的轮廓形状、以及粉末床17上的加热用射束27的扫描方向中的至少一方，从而既能够进行所需最小限度的预热，又能够降低造型物的残留应力，并且，能够制作具有复杂的内部结构的高品质的造型物。
本发明不局限于上述实施方式，也包括对上述实施方式加以变更后的方式以及将这些方式组合而得到的方式。
例如，上述的造型装置1及造型方法适于具有复杂的内部结构的造型物的制作，但也能够应用于具有简单的内部结构的造型物的制作。另外，通过上述的造型装置1及造型方法制作的造型物也不局限于上述产品的部件等。
附图标记说明
1 选择型射束层叠造型装置
3 壳体
5 框体
7 基板
9 粉末床形成单元
11 造型用射束照射单元
13 加热用射束照射单元
15 控制装置
17 粉末床
19 水平工作台
21 辊
23 料斗
25 造型用射束
27 加热用射束
29 加热用射束源
31 加热用射束调整部
33 加热用射束扫描部
35 造型用射束源
37 造型用射束调整部
39 造型用射束扫描部
40 设定路线
42 加热用射束的轨迹
S10 形状数据准备工序
S12 路线设定工序
S14 粉末床形成工序
S16 造型用射束照射工序
S18 加热用射束照射工序

Claims (14)

1.一种选择型射束层叠造型装置，其特征在于，
所述选择型射束层叠造型装置具备：
框体；
基板，其能够在所述框体内上下移动；
粉末床形成单元，其能够在所述基板上形成粉末床；
造型用射束照射单元，其能够向所述粉末床照射造型用射束；
加热用射束照射单元，其能够向所述粉末床照射输出比所述造型用射束低的加热用射束；以及
控制装置，其能够控制所述造型用射束照射单元及所述加热用射束照射单元，
所述控制装置构成为，能够以使所述造型用射束照射单元沿着与目标造型物的形状对应的设定路线向所述粉末床照射所述造型用射束的方式控制所述造型用射束照射单元，并且，
所述控制装置构成为，能够以使所述加热用射束照射单元沿着所述设定路线向所述粉末床照射所述加热用射束的方式控制所述造型用射束照射单元。
2.根据权利要求1所述的选择型射束层叠造型装置，其特征在于，
所述控制装置构成为能够变更所述粉末床上的所述加热用射束的轮廓形状。
3.根据权利要求1或2所述的选择型射束层叠造型装置，其特征在于，
所述控制装置构成为能够变更所述粉末床上的所述造型用射束的照射位置与所述加热用射束的照射位置之间的相对位置关系。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的选择型射束层叠造型装置，其特征在于，
所述控制装置构成为能够在所述粉末床上以沿着所述设定路线行进的波状扫描所述加热用射束。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的选择型射束层叠造型装置，其特征在于，
所述造型用射束照射单元兼作所述加热用射束照射单元，
所述控制装置构成为能够在相互不同的时机照射所述造型用射束及所述加热用射束。
6.根据权利要求1所述的选择型射束层叠造型装置，其特征在于，
所述控制装置构成为，能够根据所述造型用射束的扫描方向、构成所述粉末床的材料、以及应由所述加热用射束预热的时间中的至少一方，来变更所述粉末床上的所述造型用射束的照射位置与所述加热用射束的照射位置之间的相对位置关系、所述粉末床上的所述加热用射束的轮廓形状、以及所述粉末床上的所述加热用射束的扫描方向中的至少一方。
7.一种选择型射束层叠造型方法，其特征在于，
所述选择型射束层叠造型方法具备：
粉末床形成工序，在该粉末床形成工序中，在能够上下移动地配置于框体内的基板上形成粉末床；
造型用射束照射工序，在该造型用射束照射工序中，沿着与目标造型物的形状对应的设定路线向所述粉末床照射造型用射束；以及
加热用射束照射工序，在该加热用射束照射工序中，沿着所述设定路线向所述粉末床照射输出比所述造型用射束低的加热用射束。
8.根据权利要求7所述的选择型射束层叠造型方法，其特征在于，
在所述加热用射束照射工序中，照射具有圆形状或矩形形状的射束形状的所述加热用射束。
9.根据权利要求7或8所述的选择型射束层叠造型方法，其特征在于，
在所述加热用射束照射工序中，照射具有比所述造型用射束的射束径大的射束径的所述加热用射束。
10.根据权利要求7至9中任一项所述的选择型射束层叠造型方法，其特征在于，
在所述加热用射束照射工序中，以呈沿着所述设定路线行进的波状进行扫描的方式向所述粉末床照射所述加热用射束。
11.根据权利要求9所述的选择型射束层叠造型方法，其特征在于，
在所述加热用射束照射工序中，以使所述粉末床上的所述造型用射束的照射位置在所述造型用射束的扫描方向上位于所述加热用射束的照射位置的中心的方式照射所述加热用射束。
12.根据权利要求7至10中任一项所述的选择型射束层叠造型方法，其特征在于，
在所述加热用射束照射工序中，以使所述粉末床上的所述造型用射束的照射位置在所述造型用射束的扫描方向上位于比所述加热用射束的照射位置的中心靠后方的位置的方式照射所述加热用射束。
13.根据权利要求7至10中任一项所述的选择型射束层叠造型方法，其特征在于，
在所述加热用射束照射工序中，以使所述粉末床上的所述造型用射束的照射位置在所述造型用射束的扫描方向上位于比所述加热用射束的照射位置的中心靠前方的位置的方式照射所述加热用射束。
14.根据权利要求7所述的选择型射束层叠造型方法，其特征在于，
在所述加热用射束照射工序中，根据所述造型用射束的扫描方向、构成所述粉末床的材料、以及应由所述加热用射束预热的时间中的至少一方，来变更所述粉末床上的所述造型用射束的照射位置与所述加热用射束的照射位置之间的相对位置关系、所述粉末床上的所述加热用射束的轮廓形状、以及所述粉末床上的所述加热用射束的扫描方向中的至少一方。
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