CN111479642B - 三维造型装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种三维造型装置，其能够避免造型物的品质下降并能够避免因粉烟引起的激光照射效率下降的情况。护罩(20)具备内侧隔壁部(21)和外侧隔壁部(22)。内侧隔壁部(21)划定内侧空间(S1)，内侧空间(S1)从其一端开口部(202)向另一端开口部(206)延伸；在内侧空间(S1)的外侧，由内侧隔壁部(21)和外侧隔壁部(22)划定外侧空间(S2)，外侧空间(S2)在护罩(20)的另一端开口部(206)处开口且在相比护罩的另一端开口部(206)更靠近一端开口部(202)处封闭。护罩(20)的另一端开口部(206)处的内侧空间(S1)的通气面积比上游侧部分处的内侧空间(S1)的通气面积大，其中，上述上游侧部分相比另一端开口部(206)更靠近一端开口部(202)。

Description

三维造型装置
技术领域
本发明涉及三维造型装置。
背景技术
例如如图4所示，利用三维造型装置反复进行下述工序来制作由多个烧结层S的层叠体构成的期望形状的造型物，该工序为：在造型台上均匀地散布材料粉体而形成材料粉体层P，对材料粉体层P的规定部位照射激光(参照虚线)来进行烧结而形成烧结层S(例如，参照专利文献1)。
在烧结层S形成时，需要防止因在造型区域中产生的粉烟而导致激光的照射效率降低的情况。因此，朝向造型区域开口的罩单元C具有从排出口排出惰性气体(参照实线箭头)的惰性气体供给罩和从吸引口吸引含有粉烟的惰性气体(参照单点划线箭头)的粉烟吸引罩C2。而且，配合激光的照射路径来控制支承罩单元C的保持架H的位置以及罩单元C的朝向中至少任意一方以使得激光通过惰性气体供给罩C1的内部而照射到造型区域。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2017-203199号公报
发明内容
发明要解决的课题
然而，如果从惰性气体供给罩C1的排出口向造型区域喷出的惰性气体卷起存在于造型区域的粉体层P的一部分粉体时，则会在该粉体的烧结层S层积而成的造型物上形成缺陷等、导致造型物的品质下降的可能性。特别是，如图4所示，在惰性气体供给罩C1以朝向排出口逐渐变细的方式形成的情况下，该问题变得更为显著。
因此，本发明的目的在于提供一种能够避免造型物的品质下降且能够避免粉烟等引起激光的照射效率下降的三维造型装置。
用于解决课题的手段
本发明涉及具备激光照射单元、护罩和保护部件的三维造型装置，所述激光照射单元具有光学系统，所述护罩具有从一端开口部延伸设置到另一端开口部的内侧空间，所述保护部件配置在所述护罩的一端开口部处，供从所述激光照射单元发出的激光透过到所述护罩的内侧空间，并通过另一端开口部而通过至所述护罩的外部空间，并且所述保护部件将所述激光照射单元与所述护罩的内侧空间隔断，所述三维造型装置通过反复进行下述工序来制作三维的造型物，该工序为：在通过驱动机构使自所述激光照射单元发出的激光对在造型区域形成的粉体层改变照射位置的同时，使该激光通过所述护罩的内侧空间进行照射，对构成所述粉体层的粉体实施烧结或熔融固化。
本发明的三维造型装置的特征在于，所述护罩具备内侧隔壁部和外侧隔壁部，
所述内侧隔壁部划定所述内侧空间，并且用于向该内侧空间供气的供气口设置在相比所述护罩的另一端开口部更靠近所述护罩的一端开口部的位置上；所述外侧隔壁部在所述内侧空间的外侧与所述内侧隔壁部一起划定外侧空间，该外侧空间在所述护罩的另一端开口部开口，且在相比所述护罩的另一端开口部更靠近所述护罩的一端开口部的位置封闭，在所述外侧隔壁部上设置有用于从该外侧空间排气的排气口，
所述另一端开口部处的所述内侧空间的通气面积比上游侧部分处的所述内侧空间的通气面积大，所述上游侧部分相比所述另一端开口部更靠近所述一端开口部。
根据具有该结构的三维造型装置，反复进行下述工序：在通过驱动机构使自所述激光照射单元发出的激光对在造型区域形成的粉体层改变照射位置的同时，使该激光通过护罩的内侧空间进行照射，对构成所述粉体层的粉体实施烧结或熔融固化。由此，得到三维的所期望形状的造型物。
此处，因护罩具有“内侧空间”和“外侧空间”而构成双重结构。其中，“内侧空间”由内侧隔壁部划定，且从一端开口部连通至另一端开口部；“外侧空间”由内侧隔壁部及外侧隔壁部划定，且在护罩的另一端开口部开口的同时在相比护罩的另一端开口部更靠近一端开口部的位置处封闭。因此，在该工序中，从设置于内侧隔壁部的供气口将惰性气体导入内侧空间，在护罩的另一端开口部将含粉烟的惰性气体从内侧空间被推送而流向外侧空间，并从设置于外侧隔壁部的排气口被导出护罩的外部空间。由此，能够防止对激光照射单元及护罩的内侧空间进行隔断的保护部件受粉烟污染，从而防止该保护部件处的激光的透过率的下降，进而防止激光的照射强度的下降。
另外，护罩的另一端开口部处的内侧空间的通气面积比上游侧部分处的所述内侧空间的通气面积大，所述上游侧部分相比所述另一端开口部更靠近所述一端开口部。“通气面积”例如是指在以内侧空间的延伸方向为垂线方向的平面中由内侧隔壁部包围的二维区域的面积。因此，能够实现在护罩的另一端开口部处的内侧空间中流动的惰性气体的流速比在护罩的上游侧部分流动的惰性气体的流速低，因而能够相应地防止构成粉体层的粉体的扬起或飞散。由此，能够避免造型物产生缺陷等情况，进而防止该造型物的品质下降。
优选的是，所述内侧空间的通气面积从所述上游侧部分到所述另一端开口部断续地增加或者连续地增加。
根据具有该结构的三维造型装置，能够实现内侧空间中流动的惰性气体的流速从护罩的上游侧部分到护罩的另一端开口部呈断续地下降或者连续地下降，因而，相应地防止构成粉体层的粉体的扬起或飞散。由此，能够避免造型物产生缺陷等情况，进而防止该造型物的品质的下降。
优选的是，所述内侧空间的通气面积从作为所述上游侧部分的设置有所述供气口的部分到所述另一端开口部断续地增加或者连续地增加。
根据具有该结构的三维造型装置，能够实现内侧空间中流动的惰性气体的流速从作为护罩的上游侧部分的设置有供气口的部分到护罩的另一端开口部断续地下降或者连续地下降，能够相应地防止构成粉体层的粉体的扬起或飞散。由此，能够避免造型物产生缺陷等情况，进而防止该造型物的品质的下降。
优选的是，在所述护罩的内侧空间的延伸方向上，所述护罩的另一端开口部处的所述外侧隔壁部的端部位于比所述护罩的另一端开口部处的所述内侧隔壁部的端部更远的位置。
根据具有该结构的三维造型装置，通过内侧隔壁部的端部与粉体层之间的间隙而从内侧空间流向外侧的含有粉烟的惰性气体利用外侧隔壁部的端部而被可靠地引导到外侧空间。因此，含有粉烟的惰性气体能够从内侧空间通过内侧隔壁部的端部与粉体层之间的间隙而快速流出到护罩的外部空间，进而，由此能够抑制构成位于周围的粉体层的粉体的飞散。
优选的是，设置于所述内侧隔壁部的所述供气口构成为将惰性气体朝向激光的路径导入所述内侧空间。
根据具有该结构的三维造型装置，沿激光的路径排除存在于内侧空间的粉烟，因而能够实现进一步防止该激光在粉体层处的照射强度的下降。
优选的是，设置于所述外侧隔壁部的所述排气口设置在相比所述护罩的另一端开口部更靠近一端开口部的位置。
根据具有该结构的三维造型装置，与在靠近护罩的另一端开口部的位置处的外侧隔壁部上设置排气口的情况相比，能够可靠地避免在护罩的另一端开口部处的含粉烟的惰性气体的紊流而诱发构成粉体层的粉体的飞散的情况。
附图说明
图1是涉及作为本发明的第一实施方式的三维造型装置的结构的说明图。
图2A是关于供气口的一个实施例的说明图。
图2B是关于供气口的其他实施例的说明图。
图2C是关于供气口的变形实施例的说明图。
图2D是关于供气口的变形实施例的说明图。
图2E是关于供气口的变形实施例的说明图。
图3与作为本发明的第二实施方式的三维造型装置的结构相关的说明图。
图4是关于现有技术中的三维造型装置的结构的说明图。
具体实施方式
(第一实施方式)
(结构)
图1所示的作为本发明第一实施方式的三维造型装置具备激光照射单元10、保护部件14、护罩20以及驱动机构30。
激光照射单元10例如由卡尔文(Galvano式)扫描仪构成，并具有由电流镜(Galvano镜)和聚光透镜等构成的光学系统12。激光照射单元10构成为使激光经由光学系统12向外部进行照射，其中，由控制装置40控制动作的激光振荡器410振荡产生上述激光。
护罩20形成为上端壁在中央部分开口且侧壁具有双重构造的大致有顶筒状。具体而言，护罩20具有划定内侧空间S1的大致筒状的内侧隔壁部21和在内侧空间S1的外侧与内侧隔壁部21一起划分内侧空间S2的大致筒状的外侧隔壁部22。内侧空间S1从护罩20的一端开口部202(上端开口部)延伸至另一端开口部206(下端开口部)。外侧空间S2在护罩20的另一端开口部206(下端部)开口，另一方面，外侧空间S2在相比护罩20的另一端开口部206要更靠近一端开口部202的位置(上端部)处封闭。
关于护罩20的内侧空间S1的延伸方向(Z方向或上下方向)，护罩20的另一端开口部206中的外侧隔壁部22的端部226(下端部)位于比护罩20的另一端开口部206中的内侧隔壁部21的端部216(下端部)远(即下方)的位置。
内侧隔壁部21具有下述形状：大致筒状的内侧隔壁上部212和开口面积比内侧隔壁上部212大的大致筒状的内侧隔壁下部214经由从内侧隔壁上部212的下端部向外侧伸出的大致凸缘状的部分而同轴连结。因此，护罩20的另一端开口部206处的内侧空间S1的通气面积(横截面积)比相比另一端开口部206而更靠近一端开口部202的上游侧部分、即内侧隔壁上部212中的内侧空间S1的通气面积(横截面积)大。即，内侧空间S1的通气面积从护罩20的上游侧部分到另一端开口部206断续地增加。
在内侧隔壁部21中的内侧隔壁上部212设置有供气口210。在供气口210连接有氮气(N2气体)等惰性气体的供给源421。例如，通过由控制装置40控制构成惰性气体供给源421的流量调整阀(省略图示)的动作，从惰性气体供给源421通过设置于内侧隔壁部21的供气口210向护罩20的内侧空间S1导入惰性气体(参照白箭头)。
供气口210的位置、姿势(延伸方式)以及数量可以进行这种设计。例如，如图2A所示，也可以在大致矩形筒状的内侧隔壁上部212上，在与该矩形的四边分别垂直的方向上设置贯通内侧隔壁上部212的多个供气口210。如图2B所示，也可以在大致矩形筒状的内侧隔壁上部212上，在相对于该矩形的四边分别倾斜的方向上设置贯通内侧隔壁上部212的多个供气口210。如图2C所示，供气口210也可以不与水平方向平行，而是以相对于水平方向倾斜延伸的方式设置于内侧隔壁上部212。也可以在内侧隔壁下部214处，在相比护罩20的另一端开口部206更靠近一端开口部202的位置设置供气口210。在任一情况下，优选以将惰性气体朝向激光L的路径导入内部空间S1的方式设计供气口210的延伸设置方式。内侧隔壁上部212除了采用大致矩形筒状之外，也可以是圆筒状、平行四边形筒状或多边形筒状(正六边形筒状等)。
如图2D及图2E所示，也可以在遍及内侧隔壁上部212的内周壁整周地形成凹槽部2102，进一步以隔开凹槽部2102与护罩20的内侧空间S1的方式在内侧隔壁上部212的内周壁遍及整周地设置由网状物构成的通气性部件2104。凹槽部2102与供气口210连通。在该情况下，惰性气体通过供气口210、凹槽部2102及通气性部件2104而被供给到护罩20的内侧空间S1。利用通气性部件2104来防止粉烟污染凹槽部2102、进而污染供气口210的情况。
在外侧隔壁部22上设置有排气口220。由吸气泵等构成的吸气装置422与排气口220连接。例如，通过由控制装置40控制吸气装置422的动作，从护罩20的外侧空间S2通过设置于外侧隔壁部22的排气口220将包含粉烟的惰性气体(参照黑箭头)导出到护罩20的外部。
排气口220的位置、姿势(延伸设置方式)以及数量可以进行各种设计。例如，排气口220也可以设置在相比护罩20的另一端开口部206更靠近一端开口部202的位置。
保护部件14配置于护罩20的一端开口部202，以使激光照射单元10与护罩20的内侧空间S1隔断。保护部件14由石英玻璃等、相对于激光L具有透过性的材料形成。因此，保护部件14能够供自激光照射单元10发出的激光L透过护罩20的内侧空间S1并通过另一端开口部206而通过至护罩20的外部空间。
驱动机构30是用于使自激光照射单元10发出的激光L相对于在造型区域形成的粉体层P的照射位置发生改变的机构。驱动机构30例如由支承激光照射单元10且经由支承构件32在激光照射单元10的下方支承护罩20的XY台架(XY Gantry)构成。通过XY台架，激光照射单元10及护罩20在相对的位置及姿势不变的情况下，在与水平方向平行的正交的2个方向(X方向及Y方向)上移动。驱动机构30也可以由能够对构成激光照射单元10的光学系统12的龙门镜(Gantry mirror)的角度进行调节的驱动机构构成。驱动机构30也可以具有使激光照射单元10和护罩20沿Z方向位移的升降驱动机构。
三维造型装置也可以具备作为构成要素的下述装置中的一部分装置或全部装置：向造型区域供给粉体的粉体供给装置以及对粉体进行平整而形成粉体层P的粉体平整装置(例如，参照日本专利第6167195号公报)、控制装置40、激光振荡器410、惰性气体供给源421以及吸气装置422。
(作用效果)
根据作为本发明的第一实施方式的三维造型装置，能够反复进行以下工序：在通过驱动机构30使自激光照射单元10发出的激光L对在造型区域形成的粉体层P改变照射位置的同时，使该激光L通过护罩20的内侧空间S1进行照射，使构成粉体层P的粉体烧结或熔融固化。由此，获得三维的具有所期望的形状的造型物。
此处，护罩20因具有内侧空间S1及外侧空间S2而意味着构成为双重构造，因此在该工序中，从设置于内侧隔壁部21的供气口210向内侧空间S1导入惰性气体(参照图1/白箭头)。在护罩20的另一端开口部206处，含有粉烟的惰性气体从内侧空间S1被推送而流向外侧空间S2，并从设置于外侧隔壁部22上的排气口220被导出到护罩20的外部空间(参照图1/黑箭头)。由此，能够防止将激光照射单元10与护罩20的内侧空间S1隔断的保护部件14被粉烟污染从而使该保护部件14中的激光L的透过率下降、进而导致激光L对粉体层P的照射强度的下降。
另外，护罩20的另一端开口部206处的内侧空间S1的通气面积比护罩20的靠近一端开口部202的上游侧部分(内侧隔壁上部212)的内侧空间S1的通气面积大。因此，能够实现在护罩20的另一端开口部206处的内侧空间S1中流动的惰性气体的流速比在护罩20的上游侧部分流动的惰性气体的流速低，因而能够相应地防止构成粉体层P的粉体的扬起或飞散。由此，能够避免造型物产生缺陷等情况，进而防止该造型物的品质下降。
并且，外侧隔壁部22的下端部226位于比内侧隔壁部21的下端部216靠下方的位置。因此，通过内侧隔壁部21的下端部216与粉体层P之间的间隙而自内侧空间S1向外侧流动的包含粉烟的惰性气体被可靠地从外侧隔壁部22的下端部226导向外侧空间S2(参照图1/黑箭头)。因此，通过内侧隔壁部21的下端部216与粉体层P之间的间隙的包含粉烟的惰性气体从内侧空间S1快速流出到护罩20的外部空间，由此，进一步地抑制了构成位于周围的粉体层P的粉体飞散。
(第二实施方式)
(结构)
图3所示的作为本发明的第二实施方式的三维造型装置除了护罩20以外，其他具有与作为本发明的第一实施方式的三维造型装置(参照图1以及图2A～图2C)相同的结构。因此，对于该相同的结构使用相同的符号并省略说明。
内侧隔壁部21具有下述形状：大致筒状的内侧隔壁上部212以及开口面积从上端部到下端部逐渐变大的大致筒状的内侧隔壁下部214同轴地连结。因此，护罩20的内侧空间S1从护罩20的上游侧部分到另一端开口部206的通气面积不是断续地增加而是“连续地”增加。
外侧隔壁部22与内侧隔壁下部214的形状对应地形成为开口面积从上端部到下端部逐渐变大的大致筒状。
(作用效果)
根据作为本发明的第二实施方式的三维造型装置，内侧空间S1的通气面积从护罩20的上游侧部分(内侧隔壁上部212)到另一端开口部206连续地增加。因此，能够实现在内侧空间S1内流动的惰性气体在护罩20的另一端开口部206处的流速相比在护罩20的上游侧部分的流速连续地下降，因而，能够相应地防止构成粉体层P的粉体的扬起或飞散。由此，与作为本发明的第一实施方式的三维造型装置相同，能够避免造型物产生缺陷等情况，进而防止该造型物的品质的下降。
(本发明的其他实施方式)
在上述实施方式中，由横截面为环状的单个外侧空间S2遍及整周地包围内侧空间S1。但作为其他实施方式，也可以以多个外侧空间S2断续地配置在内侧空间S1外侧的方式构成内侧隔壁部21以及外侧隔壁部22。例如，也可以由下端部开口且上端部封闭的大致檐槽状的一个或多个外侧隔壁部与内侧隔壁部构成一个或多个外侧空间。
符号说明
10…激光照射单元、12…光学系统、14…保护部件、20…护罩、21…内侧隔壁部、22…外侧隔壁部、30…驱动机构、40…控制装置、202…一端开口部，206…另一端开口部、210…供气口、220…排气口、410…激光振荡器、421…惰性气体供给源，422…抽吸装置、S1…内侧空间、S2…外侧空间。

Claims (3)

1.一种三维造型装置，其具备激光照射单元、护罩和保护部件，
所述激光照射单元具有光学系统，
所述护罩具有从一端开口部延伸设置到另一端开口部的内侧空间，
所述保护部件配置在所述护罩的一端开口部处，供从所述激光照射单元发出的激光透过到所述护罩的内侧空间，并通过另一端开口部而通过至所述护罩的外部空间，并且所述保护部件将所述激光照射单元与所述护罩的内侧空间隔断，
所述三维造型装置通过反复进行下述工序来制作三维的造型物，该工序为：在通过驱动机构使自所述激光照射单元发出的激光对在造型区域形成的粉体层改变照射位置的同时，使该激光通过所述护罩的内侧空间进行照射，对构成所述粉体层的粉体实施烧结或熔融固化，
所述三维造型装置的特征在于，
所述护罩具备筒状的内侧隔壁部和筒状的外侧隔壁部，
所述内侧隔壁部划定所述内侧空间，并且用于向该内侧空间供气的供气口设置在相比所述护罩的另一端开口部更靠近所述护罩的一端开口部的位置上；
所述外侧隔壁部在所述内侧空间的外侧与所述内侧隔壁部一起划定外侧空间，该外侧空间在所述护罩的另一端开口部开口，且在相比所述护罩的另一端开口部更靠近所述护罩的一端开口部的位置封闭，
在所述外侧隔壁部上设置有向该外侧隔壁部的径向外侧开口且用于从该外侧空间排气的排气口，
所述另一端开口部处的所述内侧空间的通气面积比上游侧部分处的所述内侧空间的通气面积大，所述上游侧部分相比所述另一端开口部更靠近所述一端开口部，
在所述护罩的内侧空间的延伸方向上，所述护罩的另一端开口部处的由所述外侧隔壁部形成的筒体的端部位于比所述护罩的另一端开口部处的由所述内侧隔壁部形成的筒体的端部更远的位置，
设置于所述外侧隔壁部的所述排气口与所述护罩的另一端开口部之间的距离比所述排气口与所述护罩的一端开口部之间的距离长，
所述内侧空间的通气面积从所述上游侧部分到所述另一端开口部连续地增加。
2.一种三维造型装置，其具备激光照射单元、护罩和保护部件，
所述激光照射单元具有光学系统，
所述护罩具有从一端开口部延伸设置到另一端开口部的内侧空间，
所述保护部件配置在所述护罩的一端开口部处，供从所述激光照射单元发出的激光透过到所述护罩的内侧空间，并通过另一端开口部而通过至所述护罩的外部空间，并且所述保护部件将所述激光照射单元与所述护罩的内侧空间隔断，
所述三维造型装置通过反复进行下述工序来制作三维的造型物，该工序为：在通过驱动机构使自所述激光照射单元发出的激光对在造型区域形成的粉体层改变照射位置的同时，使该激光通过所述护罩的内侧空间进行照射，对构成所述粉体层的粉体实施烧结或熔融固化，
所述三维造型装置的特征在于，
所述护罩具备筒状的内侧隔壁部和筒状的外侧隔壁部，
所述内侧隔壁部划定所述内侧空间，并且用于向该内侧空间供气的供气口设置在相比所述护罩的另一端开口部更靠近所述护罩的一端开口部的位置上；
所述外侧隔壁部在所述内侧空间的外侧与所述内侧隔壁部一起划定外侧空间，该外侧空间在所述护罩的另一端开口部开口，且在相比所述护罩的另一端开口部更靠近所述护罩的一端开口部的位置封闭，
在所述外侧隔壁部上设置有向该外侧隔壁部的径向外侧开口且用于从该外侧空间排气的排气口，
所述另一端开口部处的所述内侧空间的通气面积比上游侧部分处的所述内侧空间的通气面积大，所述上游侧部分相比所述另一端开口部更靠近所述一端开口部，
在所述护罩的内侧空间的延伸方向上，所述护罩的另一端开口部处的由所述外侧隔壁部形成的筒体的端部位于比所述护罩的另一端开口部处的由所述内侧隔壁部形成的筒体的端部更远的位置，
设置于所述外侧隔壁部的所述排气口与所述护罩的另一端开口部之间的距离比所述排气口与所述护罩的一端开口部之间的距离长，
所述内侧空间的通气面积从作为所述上游侧部分的设置有所述供气口的部分到所述另一端开口部连续地增加。
3.根据权利要求1或2所述的三维造型装置，其特征在于，
设置于所述内侧隔壁部的所述供气口构成为将惰性气体朝向激光的路径导入所述内侧空间。
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