CN111201101B - 三维层叠造形物制造装置以及三维层叠造形物制造方法 - Google Patents

三维层叠造形物制造装置以及三维层叠造形物制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明的三维层叠造形物制造装置对以层状配置的粉末局部地赋予能量，使粉末熔融或烧结来制造三维层叠造形物，该三维层叠造形物制造装置具备：粉末保持部，其保持以层状配置的粉末；加热部，其对被粉末保持部保持的粉末进行预热；反射部，其配置有包括反射面的反射膜，所述反射面使从包括粉末以及三维层叠造形物中的至少一方的对象物放射的辐射热向粉末保持部侧反射；以及反射面更新部，其使反射膜移动而在反射部配置新的反射面。

Description

三维层叠造形物制造装置以及三维层叠造形物制造方法
技术领域
本公开涉及三维层叠造形物制造装置以及三维层叠造形物制造方法。
背景技术
以往，具有将作为原料的粉末以层状配置在作业台上，对该粉末层的所选择的部分赋予激光、电子束等能量而依次进行熔融来制造三维产品(以下，称为造形物)的装置(例如，参照专利文献1)。在制造这样的造形物的装置中，对于一个粉末层使其局部熔融，在熔融的粉末凝固后，在其上形成其他粉末层，再次使所选择的部分熔融、凝固，反复进行上述操作来制造造形物。在使用电子束的装置中，为了抑制金属粉末的飞散，在使粉末熔融前，需要对粉末进行预热。通过该预热，具有抑制造形物变形的效果。在激光中，为了抑制制造中的造形物的裂缝、变形，也存在使用与用于熔融的激光热源不同的预热用的附加的热源(加热器等)进行预热的情况。
专利文献1：日本特开第6154544号说明书
发明内容
在加热了粉末的情况下，与已加热的粉末的绝对温度的4次方和周边的绝对温度的4次方之差成比例的热能通过辐射(放射传热)来散热。存在一种技术，通过使由该辐射产生的热在配置于粉末附近的反射面反射而再次加热粉末来回收能量。然而，若粉末因制造中的加热而蒸发，则导致该蒸发成分附着于反射面而使得反射率降低。本公开的目的在于提供一种能够在预热时抑制辐射热的反射率降低，减轻辐射热的回收效率降低的三维层叠造形物制造装置以及三维层叠造形物制造方法。
本公开的一个方式的三维层叠造形物制造装置，对以层状配置的粉末局部地赋予能量，使粉末熔融或烧结来制造三维层叠造形物，所述三维层叠造形物制造装置具备：粉末保持部，其保持以层状配置的粉末；加热部，其对被粉末保持部保持的粉末进行预热；反射部，其配置有包括反射面的反射膜，所述反射面使从包括粉末以及三维层叠造形物中的至少一方的对象物放射的辐射热向粉末保持部侧反射；以及反射面更新部，其使反射膜移动而在反射部配置新的反射面。
根据本公开，能够在预热时抑制辐射热的反射率降低，减轻辐射热的回收效率的降低。
附图说明
图1是表示一个实施方式的三维层叠造形物制造装置的结构图。
图2是放大地示出三维层叠造形物制造装置的真空腔室内的剖视图。
图3是表示控制器的框图。
图4是表示三维层叠造形物制造方法的顺序的流程图。
具体实施方式
本公开的一个方式的三维层叠造形物制造装置，对以层状配置的粉末局部地赋予能量，使粉末熔融或烧结来制造三维层叠造形物，所述三维层叠造形物制造装置具备：粉末保持部，其保持以层状配置的粉末；加热部，其对被粉末保持部保持的粉末进行预热；反射部，其配置有包括反射面的反射膜，所述反射面使从包括粉末以及三维层叠造形物中的至少一方的对象物放射的辐射热向粉末保持部侧反射；以及反射面更新部，其使反射膜移动而在反射部配置新的反射面。
在本公开的三维层叠造形物制造装置中，能够对被粉末保持部保持的粉末进行预热，因此能够抑制在三维层叠造形物产生的残留应力。由此，能够减少由残留应力引起的变形和裂缝的产生。在三维层叠造形物制造装置中，能够在预热时通过反射膜反射从包括粉末以及三维层叠造形物中的至少一方的对象物放射的辐射热，因此能够减少预热时的热损失。在三维层叠造形物制造装置中，能够使反射膜移动并配置新的反射面，因此能够抑制因反射面的污染而导致的反射率的降低。其结果，在三维层叠造形物制造装置中能够减轻辐射热的回收效率的降低。
在几个方式中也可以构成为：反射面更新部具备：反射膜供给辊，其缠绕有配置于反射部前的反射膜；反射膜回收辊，其卷绕配置于反射部后的反射膜；以及驱动部，其驱动反射膜回收辊。由此，能够削减配置反射膜的空间。
在几个方式中也可以构成为：具备收容粉末保持部的腔室，在腔室内收容有反射部以及反射面更新部。由此，在更新反射面时不需要进行敞开腔室的作业以及复原腔室的作业。因此，能够在维持腔室内的环境的状态下更新反射面，从而能够抑制作业效率的降低。例如，能够在维持真空腔室内的真空环境的状态下更新反射面。能够在对保持惰性气体的腔室内的惰性气体环境进行维持的状态下更新反射面。
在几个方式中也可以构成为：反射面更新部使反射膜相对于反射部从与粉末保持部相反的一侧朝向粉末保持部侧移动。靠近粉末保持部的一侧与远离粉末保持部的一侧相比，容易附着蒸发成分，反射面容易受到污染。根据该反射面更新部，能够使比较没有受到污染的部分向容易受到污染的一侧移动，能够先从反射部排除比较受到污染的部分。
在几个方式中也可以构成为：具备导辊，该导辊引导反射膜的移动并且伴随反射膜的移动进行旋转。由此，能够适当地配置反射膜的移动路径。在几个方式中也可以：具备使导辊位移的导辊移动机构。由此，使导辊位移，能够根据需要变更反射膜的配置。
在几个方式中也可以构成为：在利用加热部进行预热时，导辊移动机构使导辊以接近粉末保持部侧的方式移动，在向粉末保持部供给粉末时，导辊移动机构使导辊以远离粉末保持部的方式移动。由此在预热时，通过与粉末保持部接近地配置反射面，从而能够提高辐射热的回收效率。通过使导辊远离粉末保持部，从而在供给粉末时，导辊和反射膜不会成为障碍。
在几个方式中，三维层叠造形物制造装置也可以具备：污染传感器，其检测反射面的污染；和更新时期设定部，其基于由污染传感器检测的结果，设定反射膜的移动时期。由此能够根据反射面的污染程度，在适当的时期更新反射面，因此能够可靠地抑制反射率的降低。
在几个方式中也可以构成为：反射面包括第一反射面和第二反射面，该第二反射面相对于被粉末保持部保持的粉末的表面而配置于比第一反射面远的位置，第一反射面相对于粉末的表面的倾斜角比第二反射面相对于粉末的表面的倾斜角小。由此能够提高第二反射面的反射效率。被粉末保持部保持的粉末的表面是指包括被粉末保持部保持的粉末在内的粉末层的表面。
本公开的一个方式的三维层叠造形物制造方法，对以层状配置的粉末局部地赋予能量，使粉末熔融或烧结来制造三维层叠造形物，所述三维层叠造形物制造方法包括以下工序：预热工序，在熔融或烧结粉末前，对被粉末保持部保持的粉末进行预热；反射工序，使从包括粉末以及三维层叠造形物中的至少一方的对象物放射的辐射热向粉末保持部侧反射；以及反射面更新工序，更新使辐射热反射的反射面。
在本公开的三维层叠造形物制造方法中，对被粉末保持部保持的粉末进行预热，因此能够抑制在三维层叠造形物产生的残留应力。由此能够减少由残留应力引起的变形和裂缝的产生。在三维层叠造形物制造方法中，在预热时，反射从包括粉末以及三维层叠造形物中的至少一方的对象物放射的辐射热，因此能够减少预热时的热损失。在三维层叠造形物制造方法中，能够更新为新的反射面，因此能够抑制因反射面的污染而导致的反射率的降低。其结果，在三维层叠造形物制造装置中能够减轻辐射热的回收效率的降低。
以下，参照附图对本公开的优选的实施方式进行详细地说明。另外，在各图中对相同部分或相当部分标注相同的附图标记，并省略重复的说明。
图1所示的三维层叠造形物制造装置(以下称为“制造装置”)1是所谓的3D打印机。制造装置1对以层状配置的金属粉末(导电体粉末)2局部地赋予能量，使金属粉末2熔融或烧结并凝固。制造装置1反复进行上述操作多次来制造三维部件(三维层叠造形物)3。三维部件3例如是机械部件等，也可以是其他构造物。作为金属粉末，例如能够列举钛系金属粉末、铬镍铁(注册商标)粉末(镍基合金粉末)、铝粉末、不锈钢粉末等。导电体粉末并不限定于金属粉末，例如可以是CFRP(Carbon Fiber Reinforced Plastics)等含有碳纤维和树脂的粉末、陶瓷粉末，也可以是其他具有导电性的粉末。
制造装置1具备真空腔室4、作业台(粉末保持部)5、升降装置6、粉末供给装置7、电子射线照射装置(射线束照射部、热源照射装置)8以及控制器31。真空腔室4是内部为真空(低压)状态的容器，连接有未图示的真空泵。作业台5例如形成为板状，是配置有作为三维部件3的原料的金属粉末2的保持部。作业台5上的金属粉末2例如以层状分多次配置。在俯视观察时，作业台5例如形成为矩形形状。作业台5的形状并不限定为矩形，可以是圆形，也可以是其他形状。作业台5在真空腔室4内，例如配置于作为在底部向下方凹陷的凹部的储罐10内。在储罐10内，作业台5能够沿Z方向(上下方向)移动，根据金属粉末2的层数依次下降。储罐10的侧壁10a引导作业台5的移动。侧壁10a形成为方筒状以使得与作业台5的外形对应(作业台为圆形时是圆筒状)。储罐10的侧壁10a和作业台5形成收容部，上述收容部收容金属粉末2以及造形后的三维部件3。作业台5能够在储罐10的内侧沿Z方向移动。
升降装置6使作业台5、储罐10内的未熔化的金属粉末2以及制造中途的三维部件3升降。升降装置6例如包括齿轮齿条式的驱动机构，使作业台5沿Z方向移动。升降装置6包括：与作业台5的底面连结并向下方延伸的棒状的上下方向部件(齿条)6a、和用于驱动该上下方向部件6a的驱动源6b。作为驱动源6b例如能够使用电动机。在电动机的输出轴设置有小齿轮，在上下方向部件6a的侧面设置有与小齿轮啮合的齿形。电动机被驱动，小齿轮旋转而传递动力，上下方向部件6a沿上下方向移动。通过停止电动机的旋转，由此上下方向部件6a被定位，决定作业台5的Z方向的位置，并保持该位置。另外，升降装置6并不限定于齿轮齿条式的驱动机构，例如也可以是具备滚珠丝杠、缸体等其他驱动机构的装置。
粉末供给装置7具备：作为贮存金属粉末2的贮存部的原料罐11、和使金属粉末2平整的粉末涂敷机构12。原料罐11以及粉末涂敷机构12配置于真空腔室4内。原料罐11在Z方向上配置于比作业台5靠上方的位置。原料罐11例如在与Z方向交叉的Y方向上配置于作业台5的两侧。在作业台5的下方设置有从储罐10的侧壁10a的上端部向侧方延伸的伸出板13。伸出板13在作业台5的周围形成与Z方向交叉的平面。贮存于原料罐11的金属粉末2从原料罐11流出而堆积在伸出板13上。
粉末涂敷机构12能够在作业台5和伸出板13的上方沿Y方向移动，将堆积在伸出板13上的金属粉末2刮到作业台5上，并且使作业台5上的金属粉末2的层叠物的最上层的表面(上表面)2a平整。粉末涂敷机构12的下端部与金属粉末2的层叠物的表面2a抵接而使高度均等。粉末涂敷机构12例如形成为板状，在X方向上具有规定的宽度。X方向是与Z方向和Y方向交叉的方向。粉末涂敷机构12的X方向的长度例如与作业台5的X方向的全长对应。制造装置1也可以是具备辊部、棒状部件、毛刷部等来代替粉末涂敷机构12的结构。
电子射线照射装置8包括照射作为能量束的电子束(电子射线)的电子枪(未图示)。在图2中，用双点划线表示供射出的电子束通过的区域D。从电子枪射出的电子束向真空腔室4内照射，加热金属粉末2。电子射线照射装置8作为熔融金属粉末2时的熔融用加热部发挥功能，并且作为在熔融金属粉末2前对金属粉末2进行预热的预热用加热部发挥功能。电子射线照射装置8也可以作为烧结金属粉末2时的烧结用加热部发挥功能，并且作为在烧结金属粉末2前对金属粉末2进行预热的预热用加热部发挥功能。电子射线照射装置8包括控制电子束的照射的线圈部。线圈部例如具备像差线圈、聚焦线圈以及偏转线圈。像差线圈设置于从电子枪射出的电子束的周围，使电子束会聚。聚焦线圈设置于从电子枪射出的电子束的周围，修正电子束的聚焦位置的偏移。偏转线圈设置于从电子枪射出的电子束的周围，调整电子束的照射位置。偏转线圈进行电磁的射线束偏转，因此与机械式的射线束偏转相比，能够使电子束照射时的扫描速度成为高速。电子枪和线圈部配置于真空腔室4的上部。从电子枪射出的电子束被线圈部会聚，修正焦点位置，控制扫描速度，并到达金属粉末2的照射位置。
在此，制造装置1具备回收从加热后的金属粉末2放射的辐射热的辐射热回收单元20。辐射热回收单元20具备反射部21和反射面更新部22。反射部21和反射面更新部22配置于真空腔室4内。在反射部21配置有包括反射面21a、21b的反射膜23。反射面21a、21b使从金属粉末2放射的辐射热向金属粉末2(作业台5侧)反射。在俯视观察时，反射部21配置于作业台5的周围。反射部21以作业台5为中心配置在四个方向上。反射部21例如配置成沿X方向对置，并且配置成沿Y方向对置。反射部21配置于避开供电子束(能量束)通过的区域的位置。
在从X方向观察的情况下，沿Y方向对置的反射面21a、21b相对于沿Z方向延伸的轴线L1倾斜。轴线L1例如为通过作业台5的中心的假想的直线。反射面21a的上端配置于比反射面21a的下端靠近轴线L1的位置。反射面21b的上端配置于比反射面21b的下端靠近轴线L1的位置。在反射部21中，反射面21a、21b沿Z方向相邻。反射面(第一反射面)21a配置于比反射面(第二反射面)21b靠下方的位置。反射面21a配置于比反射面21b靠近作业台5的位置。反射面21a、21b相对于轴线L1以不同的角度倾斜。换言之，反射面21a、21b相对于金属粉末2的表面2a以不同的角度倾斜。表面2a例如是沿着X方向和Y方向的面，是与Z方向正交的面。反射面21a相对于表面2a的倾斜角比反射面21b相对于表面2a的倾斜角小。在从与反射面21a、21b正交的方向观察的情况下，反射面21a、21b例如以成为矩形的方式形成。反射面可以仅是反射面21a，也可以仅是反射面21b。
反射面更新部22使反射膜23移动，在反射部21配置新的反射面21a、21b。反射面更新部22具备反射膜供给辊24、反射膜回收辊25以及驱动部26。在反射膜供给辊24缠绕有配置于反射部21前的反射膜23。反射膜供给辊24绕旋转轴线旋转，将反射膜23导出。反射膜回收辊25卷绕配置于反射部21后的反射膜23。反射膜回收辊25传递来自驱动部26的旋转驱动力，绕旋转轴线旋转。驱动部26例如是电动机，根据从控制器31输出的指令信号动作。
反射面更新部22具备引导反射膜23移动的多个导辊27、28、29。导辊27、28、29对反射膜23赋予张力。反射膜23与导辊27、28、29的外周面抵接。导辊27、28、29伴随反射膜23的移动而旋转。从反射膜供给辊24侧依次配置有导辊27～29。
导辊27在Z方向上配置于比反射膜供给辊24靠近作业台5的位置。导辊27在Y方向上配置于比反射膜供给辊24靠近轴线L1的位置。导辊28在Z方向上配置于比导辊27靠近作业台5的位置。导辊28在Y方向上配置于比导辊27远离轴线L1的位置。
导辊29在Z方向上配置于比导辊28靠近作业台5的位置。导辊29在Y方向上配置于相对于轴线L1比导辊28远的位置。导辊29在Z方向上配置于比反射膜回收辊25靠近作业台5的位置。导辊29在Y方向上配置于比反射膜回收辊25靠近轴线L1的位置。
导辊27～29的外周面与反射膜23的背面抵接。反射膜23的表面是构成反射面21a、21b的面。从反射膜供给辊24导出的反射膜23与导辊27～29抵接而适当地弯曲。反射膜23卷绕于反射膜回收辊25。反射膜23通过的路径中、配置于导辊27与导辊28之间的反射膜23的部分构成反射面21b。反射膜23通过的路径中、配置于导辊28与导辊29之间的反射膜23的部分构成反射面21a。
反射面更新部22具备使导辊29位移的导辊移动机构41。导辊移动机构41能够使导辊29沿Z方向移动。在预热金属粉末2时，导辊移动机构41使导辊29以接近作业台5的方式移动。在通过粉末涂敷机构12向作业台5供给金属粉末2时，导辊移动机构41使导辊29以远离作业台5的方式移动。换言之，在向作业台5供给金属粉末2时，导辊29向上方退避，因此不会妨碍粉末涂敷机构12的移动。
导辊移动机构41使将导辊29支承为能够旋转的一对轴承部(未图示)沿X方向移动。由此，导辊移动机构41使导辊29移动。导辊移动机构41例如包括：引导一对轴承部移动的导轨、和驱动轴承部的驱动部。导辊移动机构也可以是具备对轴承部的移动进行引导的槽部等其他引导部来代替导轨的结构。导辊移动机构的驱动部例如也可以包括电动机、滚珠丝杠等。
制造装置1具备隔热板45。隔热板45遮蔽来自金属粉末2的辐射热。多个隔热板45例如以形成筒体的方式配置。隔热板45配置为沿X方向和Y方向对置。由隔热板45构成的筒体的与轴线L1交叉的截面例如形成为矩形形状。隔热板45配置于照射有电子束的区域的外侧。由隔热板45构成的筒体的开口面积在Z方向上越朝向作业台5越大。在俯视观察时，筒体的下端部的开口配置于作业台5的外侧。作为隔热板45例如能够使用不锈钢。隔热板45相对于真空腔室4固定。隔热板45例如减轻辐射热对原料罐11的影响。
隔热板45包括第一隔热板46和第二隔热板47。第一隔热板46在Z方向上配置于比第二隔热板47靠近作业台5的位置。在Z方向上，在第一隔热板46的下端与伸出板13之间形成有供粉末涂敷机构12的涂敷部(毛刷部)能够移动的空间。第一隔热板46和第二隔热板47相对于轴线L1以不同的角度倾斜。第一隔热板46相对于XY面的倾斜角比第二隔热板47相对于XY面的倾斜角小。在图示的例子中，隔热板45在反射膜23的背面侧沿着反射膜23配置。反射膜23能够沿着隔热板45的表面移动。
反射膜供给辊24在Y方向上相对于轴线L1配置于第一隔热板46的背面侧。在第二隔热板47设置有供反射膜23通过的开口部。导辊27的外周面的一部分也可以配置为比第一隔热板46向轴线L1侧露出。导辊28的外周面的一部分例如配置于第二隔热板47与第一隔热板46之间的间隙。导辊28的外周面的一部分向轴线L1侧露出。反射膜回收辊25和驱动部26在Y方向上相对于轴线L1配置于第一隔热板46的背面侧。
反射面更新部22包括检测反射面21a、21b的污染的污染传感器42(参照图3)。在反射膜23例如形成有能够透过光的透明部。污染传感器42例如具备受光元件。受光元件配置在反射膜23的背面侧的、与透明部对应的位置。污染传感器42对透过反射膜23的透明部的光进行检测。由此污染传感器检测污染。在反射膜23例如附着有金属粉末2的蒸发成分而反射率降低的情况下，透过透明部的光衰减。
图3所示的控制器31是担负制造装置1的装置整体的控制的控制部。控制器31是由CPU(Central Processing Unit：中央处理器)、ROM(Read Only Memory：只读存储器)以及RAM(Random Access Memory：随机存储器)等硬件和存储于ROM的程序等软件构成的计算机。控制器31包括输入信号电路、输出信号电路、电源电路等。控制器31包括运算部32、污染判定部33、反射面更新控制部(反射面更新时期设定部)34、导辊位移控制部35以及存储部36。控制器31与电子射线照射装置8、污染传感器42、驱动部26、导辊移动机构41以及升降装置6电连接。
运算部32向电子射线照射装置8发送指令信号，进行电子束的照射时期的控制、照射位置等的控制(照射控制)。运算部32进行预热时的电子束的照射控制。运算部32进行使金属粉末2熔融或烧结时的电子束的照射控制。运算部32进行粉末涂敷机构的动作时期等的控制。运算部32控制升降装置6。由此运算部32进行作业台5的动作控制。
污染判定部33根据由污染传感器42检测到的信息，对反射面21a、21b的污染情况进行判定。也能够根据该污染情况，判定辐射热的反射率的降低程度。反射面21a、21b的污染情况的判定能够使用判定阈值来进行。判定阈值例如能够根据过去的实际值和实验数据等来进行设定。判定阈值例如存储于存储部36。
反射面更新控制部34能够根据反射面21a、21b的污染情况来决定反射面21a、21b的更新时期。污染判定部33作为根据由污染传感器42检测的结果来设定反射膜23的移动时期的更新设定部发挥功能。反射面更新控制部34向驱动部26发送指令信号。反射面更新控制部34控制反射膜回收辊25的旋转时期和旋转量。由此，反射面更新控制部34控制反射膜23的移动。更新反射面21a、21b时的反射膜23的移动量也可以设定为使反射面21a、21b全部更新。更新反射面21a、21b时的反射膜23的移动量也可以设定为使反射面21a、21b局部地更新。例如也可以是与反射面21a的长度对应的移动量。反射膜23的移动量例如能够根据作为驱动部的电动机的输出轴的旋转角度来进行设定。
反射面更新控制部34例如也可以按照一定的经过时间定期地使反射膜23移动。反射面更新控制部34例如也可以在开始预热前定期地使反射膜23移动。反射面更新控制部34例如也可以在预热时连续地使反射膜23移动。
导辊位移控制部35控制导辊移动机构41。导辊位移控制部35使导辊29沿Z方向移动。在预热时，导辊位移控制部35将导辊29配置在下方(第一位置P1)。在向作业台5供给金属粉末2时，导辊位移控制部35将导辊29配置在上方(第二位置P2)。在粉末涂敷机构12进行供给动作前，导辊位移控制部35使导辊29向上方移动。导辊29配置在第二位置P2。在粉末涂敷机构12进行供给动作后并在预热开始前，导辊位移控制部35使导辊29下降。导辊29配置于第一位置P1。由此能够变更反射面21a的倾斜角。
接下来，对三维部件的制造方法(三维层叠造形物制造方法)进行说明。图4是表示三维部件的制造方法的顺序的流程图。三维部件3的制造方法例如使用制造装置1来执行。
首先，从原料罐11排出金属粉末2。所排出的金属粉末2堆积在伸出板13上。控制器31驱动粉末涂敷机构12。粉末涂敷机构12将金属粉末2供给到作业台5上，使金属粉末2的堆积物的表面2a平整(步骤S1)。此时，导辊29配置在上方的第二位置P2。因此能够确保粉末涂敷机构12移动的区域。
接下来，导辊位移控制部35控制导辊移动机构41，使导辊29下降(步骤S2)。由此导辊29配置在第一位置P1。接下来，控制器31控制电子射线照射装置8。电子射线照射装置8照射电子束，对作业台5上的金属粉末2进行预热(步骤S3；预热工序)。预热温度由金属粉末2的材质决定。预热温度例如为700℃以上且1300℃以下。
在该预热中，从成为高温的金属粉末2放射的辐射热被反射面21a、21b反射，因此加热金属粉末2(反射工序)。辐射热的一部分被反射面21a反射，加热金属粉末2。辐射热的一部分被反射面21b反射，加热金属粉末2。辐射热的一部分被反射面21b反射后，被对置的反射面21b反射，加热金属粉末2。由此，能够回收从金属粉末2放射的辐射热。
接下来，污染判定部33根据由污染传感器42检测到的数据，判定反射面21a、21b的污染情况(步骤S4)。例如在透过反射膜23的光的透过量为判定阈值以下的情况下，污染判定部33判定为反射面21a、21b受到了污染(步骤S4；是)。在透过反射膜23的光的透过量超过判定阈值的情况下，污染判定部33判定为反射面21a、21b没有受到污染(步骤S4；否)。
在反射面21a、21b受到了污染的情况下进入步骤S5，进行反射膜23的卷绕工序(反射面更新工序)。在此，反射面更新控制部34控制驱动部26。驱动部26使反射膜回收辊25旋转，使反射膜23移动。由此，反射膜23中的受到污染的部分卷绕于反射膜回收辊25。将反射膜23的新的部分从反射膜供给辊24导出，向反射部21供给。反射膜23的新的部分作为新的反射面21a、21b发挥功能。
接下来，运算部32判定预热是否已结束(步骤S6)。运算部32例如判定是否经过所设定的预热时间。在未经过预热时间的情况下(步骤S6；否)，返回到步骤S4。在该情况下，重复步骤S4～S6，继续预热，直到预热时间持续。在经过了预热时间的情况下(步骤S6；是)，进入步骤S7。
在步骤S7中，进行向作业台5上的金属粉末2照射电子束，熔融金属粉末2的熔融工序。控制器31控制电子射线照射装置8，照射电子束。熔融温度根据金属粉末2的材质而不同，例如也有2000℃左右的情况。控制器31控制电子射线照射装置8。控制器31控制电子束的照射位置，控制电子束的扫描速度。照射有电子束而熔融的部分之后凝固而构成三维部件3的一部分。也可以在步骤S7进行向作业台5上的金属粉末2照射电子束，烧结金属粉末2的烧结工序。
接着，在步骤S8中，判定三维部件3的造形是否全层结束。运算部32例如关于按照设计的层数判断造形是否结束。在全层的造形结束，三维部件3完成的情况下(步骤S8；是)，完成三维部件3的制造。在三维部件3的造形没有结束的情况下(步骤S8；否)，进入步骤S9。
在步骤S9中，导辊位移控制部35控制导辊移动机构41，使导辊29上升。由此，导辊29向第二位置P2退避。控制器31控制升降装置6而使作业台5下降。确保层叠有新的金属粉末2的区域。步骤S9结束后，执行步骤S1。在该步骤S1中，进行将金属粉末2重新供给到作业台5上，使金属粉末2平整的工序。在三维部件的制造方法中，以下重复步骤S2～步骤S8。在三维部件的制造方法中，进行三维部件3的全层造形，完成三维部件3的制造。
在本公开的制造装置1中，对保持在作业台5上的金属粉末2进行预热，因此能够抑制在三维部件3产生的残留应力。由此，在三维部件3中，能够减少由残留应力引起的变形和裂缝的产生。在制造装置1中，在预热时，通过反射膜23的反射面21a、21b反射从金属粉末2放射的辐射热，因此能够减少预热时的热损失。在制造装置1中，能够使反射膜23移动而配置新的反射面21a、21b，因此能够抑制反射面21a、21b受到污染而反射率降低。其结果，根据制造装置1，能够减轻辐射热的回收效率的降低。
在制造装置1中，具备反射膜供给辊24和反射膜回收辊25，因此能够对配置有使用前的反射膜23和使用后的反射膜23的空间进行削减。由此，能够将反射膜供给辊24和反射膜回收辊25收容在真空腔室4内。在制造装置1中，将反射膜供给辊24、反射膜回收辊25以及驱动部26收容在真空腔室4内，因此在更新反射面21a、21b时，不需要进行敞开真空腔室4的作业和复原作业。因此，能够在维持真空腔室4内的真空环境的状态下更新反射面21a、21b。其结果，在制造装置1中，能够抑制作业效率的降低。在制造装置1中，能够继续连续运转，能够抑制生产效率的降低。
在辐射热的回收效率较低的情况下，相对于相同热源的容量，造形面积受限，因此对能够造形的尺寸产生制约。来自使用的热源的投入热量和造形物的能量散失(辐射能量和基于热传导的能量)必须相互平衡，因此在辐射能量的回收效率较低的情况下，能够造形的大小受到制约。在制造装置1中，能够减轻辐射热的回收效率的降低，因此即使是相同热源的容量，也能够制造与以往相比更大的三维部件。
在制造装置1中，使反射膜23从上方向下方以靠近作业台5侧的方式移动，因此能够使比较没有受到污染的反射膜23的部分向容易受到污染的一侧移动。在制造装置1中，能够先从反射部21排除比较受到污染的反射膜23的部分。
制造装置1具备多个导辊27、28、29，因此适当地架设反射膜23，能够设定反射膜23的移动路径。由此，在制造装置1中，能够维持反射面21a、21b的倾斜角。其结果，能够利用作业台5上的金属粉末2可靠地反射辐射热。
制造装置1具备使导辊29位移的导辊移动机构41。导辊移动机构41能够在预热时使导辊29接近作业台5。导辊移动机构41能够在供给金属粉末2时使导辊29以远离作业台5的方式移动。由此，在预热时，使反射面21a的倾斜角适当，能够提高辐射热的回收效率。在供给金属粉末2时，能够使导辊29和反射膜23退避到不妨碍粉末涂敷机构12的动作的位置。
制造装置1具备检测反射面21a、21b的污染的污染传感器42。制造装置1能够根据反射面21a、21b的污染程度来设定反射面21a、21b的更新时期。在制造装置1中，能够可靠地抑制反射率的降低。
在制造装置1中，具备反射面21a、21b，靠近金属粉末2的表面2a的一侧的反射面21a相对于表面2a的倾斜角比远离表面2a的一侧的反射面21b相对于表面2a的倾斜角小。因此，能够提高基于反射面21a的反射率。
本公开并不限定于上述的实施方式，在不脱离本公开的主旨范围内能够进行下述那样的各种变形。
在上述的实施方式中，照射电子束而进行预热，但作为进行预热的加热部，例如也可以使用加热器等其他加热部。作为加热器，例如也可以使用利用辐射热(放射热)进行加热的灯加热器。加热器并不限定于从粉末床的上方对粉末床(储罐10内的粉末)进行加热的结构，也可以是从储罐10的侧方或下方进行加热的结构。在制造装置1中，例如也可以在储罐10的侧壁外侧或作业台5上设置感应加热式或电阻加热式的加热器。在制造装置1中，也可以使用该加热器对粉末进行预热。
在上述的实施方式中，照射电子束，熔融或烧结粉末，但向粉末照射的射线束并不限定于电子束，也可以是其他能量束(例如激光)。三维层叠造形物制造装置例如也可以具备激光发射器(热源照射装置)，照射激光束，熔融或烧结粉末。照射激光束的制造装置也可以具备用于保持惰性气体环境的腔室来代替真空腔室4。照射激光束的热源照射装置作为使粉末熔融时的熔融用加热部发挥功能。该情况下的热源照射装置例如也可以构成为包括使激光束偏振的反射镜和用于使反射镜移动的驱动部、聚光透镜等光学部件。该热源照射装置也可以作为使粉末烧结时的烧结用加热部发挥功能。
粉末也可以是不具有导电性的粉末。例如，在制造装置1是对粉末赋予激光等不具有电荷的能量的结构的情况下，粉末也可以不具有导电性。
加热部也可以对包括粉末和三维层叠造形物中的至少一方的对象物进行加热。反射部也可以使从粉末放射的辐射热反射。反射部也可以使从三维层叠造形物放射的辐射热反射。反射部也可以使从粉末和三维层叠造形物放射的辐射热反射。
在上述的实施方式中，例如将反射部21配置在四个位置，但反射部21也可以配置在一个位置，也可以配置在两个位置以上。反射膜23的移动方向也可以是以远离作业台5的方式移动的方向。反射膜23例如也可以绕轴线L1旋转移动。反射面21a、21b例如可以形成平面，也可以形成弯曲面。
在上述的实施方式中，对反射膜供给辊和反射膜回收辊配置在真空腔室4内的情况进行了说明。反射膜供给辊和反射膜回收辊也可以配置在腔室外。
反射膜23可以连续地移动，也可以定期地移动。可以一次更新反射面21a、21b的整个面，也可以局部地更新。导辊29也可以不位移。
在上述的实施方式中，使粉末涂敷机构在Y方向上移动而使粉末的层叠物(粉末层)的表面2a平整，但也可以使粉末涂敷机构在X-Y面内的其他方向上移动而使粉末层的表面2a平整。制造装置也可以使粉末涂敷机构在圆周方向上移动。在俯视观察时，制造装置也可以使包括作业台在内的造形罐相对于粉末涂敷机构相对地移动而使表面2a平整。造形罐例如可以是在X方向上进行往复运动的结构，也可以是能够在其他方向上移动的结构。造形罐也可以是能够以沿Z方向延伸的假想线为中心旋转移动的结构。例如，在俯视观察时，制造装置也可以构成为具备圆形的保持部(作业台)，使保持部和粉末层以沿Z方向延伸的假想线(保持部的中央部)为中心地旋转移动，与此同时依次进行粉末的涂敷和射线束照射。
附图标记说明
1…制造装置(三维层叠造形物制造装置)；2…金属粉末(粉末、对象物)；3…三维部件(三维层叠造形物、对象物)；4…真空腔室；5…作业台(粉末保持部)；8…电子射线照射装置(加热部)；21…反射部；21a…反射面(第一反射面)；21b…反射面(第二反射面)；22…反射面更新部；23…反射膜；24…反射膜供给辊；25…反射膜回收辊；26…驱动部；29…导辊；34…反射面更新控制部(更新时期设定部)；42…污染传感器。

Claims (10)

1.一种三维层叠造形物制造装置，对以层状配置的粉末局部地赋予能量，使所述粉末熔融或烧结来制造三维层叠造形物，其特征在于，具备：
粉末保持部，其保持以层状配置的所述粉末；
加热部，其对被所述粉末保持部保持的所述粉末进行预热；
反射部，其配置有包括反射面的反射膜，所述反射面使从包括所述粉末以及所述三维层叠造形物中的至少一方的对象物放射的辐射热向所述粉末保持部侧反射；以及
反射面更新部，其使所述反射膜移动而在所述反射部配置新的反射面，
所述反射部配置于避开供能量束通过的区域的位置。
2.根据权利要求1所述的三维层叠造形物制造装置，其特征在于，
所述反射面更新部具备：
反射膜供给辊，其缠绕有配置于所述反射部前的所述反射膜；
反射膜回收辊，其卷绕配置于所述反射部后的所述反射膜；以及
驱动部，其驱动所述反射膜回收辊。
3.根据权利要求1或2所述的三维层叠造形物制造装置，其特征在于，
具备收容所述粉末保持部的腔室，
在所述腔室内收容有所述反射部以及反射面更新部。
4.根据权利要求1或2所述的三维层叠造形物制造装置，其特征在于，
所述反射面更新部使所述反射膜相对于所述反射部从与所述粉末保持部相反的一侧向所述粉末保持部侧移动。
5.根据权利要求1或2所述的三维层叠造形物制造装置，其特征在于，
具备导辊，该导辊引导所述反射膜的移动并且伴随所述反射膜的移动进行旋转。
6.根据权利要求5所述的三维层叠造形物制造装置，其特征在于，
具备使所述导辊位移的导辊移动机构。
7.根据权利要求6所述的三维层叠造形物制造装置，其特征在于，
在利用所述加热部进行预热时，所述导辊移动机构使所述导辊以接近所述粉末保持部侧的方式移动，在向所述粉末保持部供给所述粉末时，所述导辊移动机构使所述导辊以远离所述粉末保持部的方式移动。
8.根据权利要求1或2所述的三维层叠造形物制造装置，其特征在于，具备：
污染传感器，其检测所述反射面的污染；和
更新时期设定部，其基于由所述污染传感器检测的结果，设定所述反射膜的移动时期。
9.根据权利要求1或2所述的三维层叠造形物制造装置，其特征在于，
所述反射面包括第一反射面和第二反射面，该第二反射面相对于被所述粉末保持部保持的所述粉末的表面而配置于比所述第一反射面远的位置，
所述第一反射面相对于所述粉末的所述表面的倾斜角比所述第二反射面相对于所述粉末的所述表面的倾斜角小。
10.一种三维层叠造形物制造方法，对以层状配置的粉末局部地赋予能量，使所述粉末熔融或烧结来制造三维层叠造形物，其特征在于，包括以下工序：
预热工序，在所述粉末熔融或烧结前，对被粉末保持部保持的所述粉末进行预热；
反射工序，使从包括所述粉末以及所述三维层叠造形物中的至少一方的对象物放射的辐射热向所述粉末保持部侧反射；以及
反射面更新工序，更新使所述辐射热反射的反射面，
所述反射工序中所使用的反射部配置于避开供能量束通过的区域的位置。
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