CN112893838A

CN112893838A - 层叠造形装置

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Publication number: CN112893838A
Application number: CN202011060055.3A
Authority: CN
Inventors: 河村笃; 柏村健介; 梶俊夫; 市川纯文; 宫下泰行
Original assignee: Sodick Co Ltd
Current assignee: Sodick Co Ltd
Priority date: 2019-12-04
Filing date: 2020-09-30
Publication date: 2021-06-04
Anticipated expiration: 2040-09-30
Also published as: US11872759B2; TW202122179A; US20210170526A1; CN112893838B; EP3831518A1; TWI751733B; EP3831518B1; JP2021088745A; JP6793806B1

Abstract

本发明提供一种层叠造形装置，可不论造形物的形状或位置如何，均更高效地进行造形，并且通过使第一流电扫描仪及第二流电扫描仪接近来设置，从而可减小由各流电扫描仪所形成的入射角度的差，可使造形品质稳定化。层叠造形装置的照射装置包括：至少一个激光源，生成激光；第一流电扫描仪，扫描所述激光；第二流电扫描仪，扫描所述激光；以及照射控制器，控制所述激光源、所述第一流电扫描仪及所述第二流电扫描仪。利用第一流电扫描仪及第二流电扫描仪的所述激光的能照射范围分别含有所述造形区域整体。所述第一流电扫描仪的第一X轴电流镜及第一Y轴电流镜、与所述第二流电扫描仪的第二X轴电流镜及第二Y轴电流镜以相互面对称的方式配置。

Description

层叠造形装置

技术领域

本发明涉及一种层叠造形装置。

背景技术

作为三维造形物的层叠造形法，已知有各种方式。例如，实施粉末床熔合的层叠造形装置首先在作为供形成所期望的三维造形物的区域的造形区域上形成材料层，其次，层叠造形装置朝材料层的规定位置扫描激光，由此使材料层烧结或熔融来形成固化层。而且，层叠造形装置重复材料层的形成与固化层的形成，由此将多个固化层层叠来生成三维造形物。

用于作为朝规定的位置照射激光的扫描部件，可使用流电扫描仪(galvanoscanner)。流电扫描仪包含使激光反射的两个电流镜(galvano mirror)、及使各电流镜旋转成规定角度的致动器。

此处，美国专利申请公开第2019/0151945号公报公开有一种层叠造形装置，其为了朝造形区域上的多个位置同时照射激光，而装载有多个流电扫描仪。

发明内容

[发明所要解决的问题]

就造形速度的高速化这一观点而言，优选不论造形物的形状或位置如何，均可同时利用多个流电扫描仪。换言之，理想的是各流电扫描仪的激光的能照射范围覆盖造形区域的整体。另外，就使造形品质稳定化这一观点而言，理想的是不论扫描中使用的流电扫描仪如何，已照射至规定位置的激光的照射点的形状或能量密度均大致固定。换言之，理想的是由各流电扫描仪所扫描的激光的入射角度的差极小。

本发明是鉴于此种情况而形成的发明，其提供一种包括多个流电扫描仪，且使造形速度的提升与造形品质的稳定化并存的层叠造形装置。

[解决问题的技术手段]

根据本发明，提供一种层叠造形装置，包括：腔室，覆盖造形区域；以及照射装置，在将所期望的三维造形物以规定高度分割而成的各分割层，朝形成在所述造形区域的材料层照射激光来形成固化层，所述照射装置包含：至少一个激光源，生成所述激光；第一流电扫描仪，扫描所述激光；第二流电扫描仪，扫描所述激光；以及照射控制器，控制至少一个所述激光源、所述第一流电扫描仪及所述第二流电扫描仪，所述第一流电扫描仪具有：第一X轴电流镜，在X轴方向上扫描所述激光；第一X轴致动器，使所述第一X轴电流镜旋转；第一Y轴电流镜，在与所述X轴方向垂直的Y轴方向上扫描所述激光；以及第一Y轴致动器，使所述第一Y轴电流镜旋转，所述第二流电扫描仪具有：第二X轴电流镜，在所述X轴方向上扫描所述激光；第二X轴致动器，使所述第二X轴电流镜旋转；第二Y轴电流镜，在所述Y轴方向上扫描所述激光；以及第二Y轴致动器，使所述第二Y轴电流镜旋转，利用所述第一流电扫描仪及所述第二流电扫描仪的所述激光的能照射范围分别含有所述造形区域整体，所述第一X轴电流镜及所述第一Y轴电流镜、与所述第二X轴电流镜及所述第二Y轴电流镜以相互面对称的方式配置。

[发明的效果]

在本发明的层叠造形装置中，利用第一流电扫描仪及第二流电扫描仪的激光的能照射范围含有造形区域整体。而且，第一流电扫描仪的第一X轴电流镜及第一Y轴电流镜、与第二流电扫描仪的第二X轴电流镜及第二Y轴电流镜以相互面对称的方式配置。由此，可不论造形物的形状或位置如何，均更高效地进行造形，并且通过使第一流电扫描仪及第二流电扫描仪接近来设置，从而可减小由各流电扫描仪所形成的入射角度的差，可使造形品质稳定化。

附图说明

图1是本发明的第一实施方式的层叠造形装置的概略结构图。

图2是图1的层叠造形装置的材料层形成装置3的立体图。

图3是从上方观察重涂机头(recoater head)11的立体图。

图4是从下方观察重涂机头11的立体图。

图5是第一实施方式的照射装置13的俯视图。

图6表示图5的照射装置13的零件的一部分的配置。

图7表示利用照射装置13的激光照射的形态。

图8表示使用第一实施方式的层叠造形装置的层叠造形方法。

图9表示第一实施方式的照射装置13及造形区域R的从上面观察的位置关系。

图10表示由第一实施方式的照射装置13照射的照射区域的一例。

图11表示照射了图10的照射区域内的点Q时的激光L1、激光L2的前进路线。

图12表示使用本发明的第一实施方式的层叠造形装置的层叠造形方法。

图13是本发明的第二实施方式的层叠造形装置的照射装置113的概略结构图。

[符号的说明]

1：腔室

1a：腔室窗

3：材料层形成装置

4：基座

5：造形台

6：底板

8：材料层

11：重涂机头

11a：材料容器

11b：材料供给口

11c：材料排出口

11fb、11rb：刀片

12：重涂机头驱动机构

13、113：照射装置

14、17a、114：框体

14a：开口部

14b：照射装置窗

17：烟雾扩散部

17b：开口部

17c：扩散构件

17d：惰性气体供给空间

17e：细孔

17f：清洁室

30：照射控制器

31：第一激光源

32：第一流电扫描仪

32a：第一X轴电流镜

32b：第一Y轴电流镜

32c：第一X轴致动器

32d：第一Y轴致动器

33：第一孔

34：第一焦点控制单元

34a、44a、54a、64a：焦点控制透镜

35：第一调整透镜

37、47、57、67：连接器

38：第一控制基板

41：第二激光源

42：第二流电扫描仪

42a：第二X轴电流镜

42b：第二Y轴电流镜

42c：第二X轴致动器

42d：第二Y轴致动器

43：第二孔

44：第二焦点控制单元

45：第二调整透镜

48：第二控制基板

52：第三流电扫描仪

52a：第三X轴电流镜

52b：第三Y轴电流镜

52c：第三X轴致动器

52d：第三Y轴致动器

53：第三孔

55：第三调整透镜

62：第四流电扫描仪

62a：第四X轴电流镜

62b：第四Y轴电流镜

62c：第四X轴致动器

62d：第四Y轴致动器

63：第四孔

65：第四调整透镜

80a、80b：固化层

A、A1、A2：照射区域

B、U：箭头

L1、L2、L3、L4：激光

P：对称面

Q：点

R：造形区域

R1、R2、R1Q、R2Q：照射点

T1、T2：入射面

θ1、θ1Q：第一入射角度

θ2、θ2Q：第二入射角度

X、Y：轴

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。以下所示的实施方式中所示的各种特征事项可相互组合。另外，各特征事项独立地使发明成立。

本实施方式的层叠造形装置在将所期望的三维造形物以规定的厚度分割而成的各分割层，重复材料层8的形成与固化层的形成，而形成三维造形物。如图1所示，本发明的第一实施方式的层叠造形装置包括：腔室1、材料层形成装置3、以及照射装置13。

腔室1覆盖作为供形成所期望的三维造形物的区域的所需的造形区域R。从惰性气体供给装置朝腔室1供给规定浓度的惰性气体。另外，从腔室1排出含有固化层的形成中产生的烟雾的惰性气体。惰性气体供给装置例如为从周围的空气生成规定浓度的惰性气体的惰性气体产生装置、或存积有规定浓度的惰性气体的储气瓶。优选从腔室1排出的惰性气体由烟雾收集器去除烟雾后被送回腔室1。烟雾收集器例如为电集尘器或过滤器。在本说明书中，所谓惰性气体，是指与材料层8或固化层实质上不进行反应的气体，对应于成形材料的种类而从氮气、氩气、氦气等中选择适当的气体。

在腔室1的上表面设置激光L1、激光L2透过的腔室窗1a。腔室窗1a由可使激光L1、激光L2透过的材料形成。具体而言，腔室窗1a的材料对应于激光L1、激光L2的种类，从石英玻璃或硼硅酸盐玻璃或者锗、硅、硒化锌或溴化钾的结晶等中选择。例如，在激光L1、激光L2为光纤激光或钇铝石榴石(Yttrium Aluminium Garnet，YAG)激光的情况下，腔室窗1a可由石英玻璃构成。

另外，在腔室1的上表面，以覆盖腔室窗1a的方式设置烟雾扩散部17。烟雾扩散部17包括圆筒状的框体17a、及配置在框体17a内的圆筒状的扩散构件17c。在框体17a与扩散构件17c之间设置惰性气体供给空间17d。另外，在框体17a的底面，在扩散构件17c的内侧设置开口部17b。在扩散构件17c设置有多个细孔17e，已被供给至惰性气体供给空间17d内的清洁的惰性气体经由细孔17e而填满清洁室17f。而且，已填满清洁室17f的清洁的惰性气体经由开口部17b而朝烟雾扩散部17的下方喷出。通过此种结构，可防止烟雾对于腔室窗1a的附着，并从激光L1、激光L2的照射路径排除烟雾。

材料层形成装置3设置在腔室1的内部。如图2所示，材料层形成装置3包括具有造形区域R的基座4、及配置在基座4上的重涂机头11。重涂机头11以通过重涂机头驱动机构12而可在水平方向(箭头B方向)上往返移动的方式构成。

如图3及图4所示，重涂机头11包括：材料容器11a、材料供给口11b、以及材料排出口11c。在本实施方式中，作为形成材料层8的成形材料，使用金属的材料粉体。

材料供给口11b设置在材料容器11a的上表面，成为从材料供给单元(未图示)朝材料容器11a供给的材料粉体的接收口。材料排出口11c设置在材料收容部11a的底面，将材料容器11a内的材料粉体排出。材料排出口11c具有沿材料容器11a的长边方向上延长的狭缝形状。在重涂机头11的两侧面分别设置刀片11fb、刀片11rb。刀片11fb、刀片11rb将从材料排出口11c排出的材料粉体平坦化，而形成材料层8。

如图1及图2所示，造形区域R位于造形台5之上。造形台5由造形台驱动机构(未图示)驱动，可在上下方向(箭头U方向)上移动。在造形时，在造形台5上配置底板6，在底板6上形成材料层8。

如图1所示，照射装置13设置在腔室1的上方。照射装置13朝形成在造形区域R上的材料粉体层的规定的位置照射激光L1、激光L2，使照射位置的材料层8熔融或烧结，并固化。如图1及图5所示，照射装置13包括：第一激光源31、第二激光源41、第一孔33、第二孔43、第一焦点控制单元34、第二焦点控制单元44、第一调整透镜35、第二调整透镜45、第一流电扫描仪32、第二流电扫描仪42、以及照射控制器30。以下，将造形区域R中的水平方向设为X轴，将与X轴垂直的水平方向设为Y轴。另外，沿着激光L1、激光L2的前进路线，将相对接近第一激光源31或第二激光源41之侧设为上游侧，将接近材料层8之侧设为下游侧。

第一激光源31生成激光L1，第二激光源41生成激光L2。激光L1、激光L2可以是任何的激光，只要可使材料粉体烧结或熔融即可，例如为光纤激光、CO₂激光、YAG激光，在本实施方式中使用光纤激光。如后述那样，在本实施方式中，通过第一流电扫描仪32及第二流电扫描仪42来分别扫描由两个激光源31、41生成的激光L1、激光L2，但也可以将由一个激光源生成的激光分割，并通过第一流电扫描仪32及第二流电扫描仪42来分别扫描。

如图5及图6所示，本实施方式的第一孔33、第二孔43、第一焦点控制单元34、第二焦点控制单元44、第一调整透镜35、第二调整透镜45、第一流电扫描仪32、以及第二流电扫描仪42一体地配置在底面具有开口部14a的框体14内。换言之，单一的框体14收容第一流电扫描仪32及第二流电扫描仪42。在开口部14a设置激光L1、激光L2透过的照射装置窗14b。照射装置窗14b由可使激光L1、激光L2透过的材料形成。具体而言，照射装置窗14b的材料对应于激光L1、激光L2的种类，从石英玻璃或硼硅酸盐玻璃或者锗、硅、硒化锌或溴化钾的结晶等中选择。例如，在激光L1、激光L2为光纤激光或YAG激光的情况下，照射装置窗14b可由石英玻璃构成。另外，在框体14配置与第一流电扫描仪32及第一焦点控制单元34电连接的第一控制基板38、以及与第二流电扫描仪42及第二焦点控制单元44电连接的第二控制基板48。第一流电扫描仪32包括第一X轴电流镜32a、第一X轴致动器32c、第一Y轴电流镜32b、以及第一Y轴致动器32d。第二流电扫描仪42包括第二X轴电流镜42a、第二X轴致动器42c、第二Y轴电流镜42b、以及第二Y轴致动器42d。

第一激光源31经由配置在框体14的背面的连接器37而与第一孔33连接。第二激光源41经由配置在框体14的背面的连接器47而与第二孔43连接。第一孔33及第二孔43发挥作为仅使来自第一激光源31及第二激光源41的激光L1、激光L2的中心部穿过的光圈的作用，由此可使照射的激光L1、激光L2的能量分布稳定。

第一焦点控制单元34在内部包括焦点控制透镜34a。第二焦点控制单元44在内部包括焦点控制透镜44a。本实施方式中的焦点控制透镜34a、焦点控制透镜44a是沿着来自第一激光源31及第二激光源41的激光L1、激光L2的各前进路线，上游侧为平面、下游侧为凸面的平凸透镜。焦点控制透镜34a、焦点控制透镜44a通过内置在焦点控制单元34、焦点控制单元44的马达而可沿着激光L1、激光L2的前进路线前后移动，由此可调整透过各焦点控制透镜34a、44a的激光L1、激光L2的光点直径。激光L1、激光L2的光点直径通过驱动电流来控制，所述驱动电流根据从照射控制器30经由控制基板38、控制基板48所接收的指令信号而被输入至焦点控制单元34、焦点控制单元44的马达中。

分别透过了焦点控制透镜34a、焦点控制透镜44a的激光L1、激光L2由第一调整透镜35及第二调整透镜45分别聚光。本实施方式中的第一调整透镜35及第二调整透镜45是沿着激光L1、激光L2的各前进路线，上游侧为平面、下游侧为凸面的平凸透镜。第一调整透镜35及第二调整透镜45可通过手动来进行位置的调整，发挥对可能在装置的安装时等产生误差的光点直径进行微调整的作用。

如图6及图7所示，第一流电扫描仪32可控制地二维扫描透过了第一调整透镜35的激光L1。具体而言，激光L1由通过第一X轴致动器32c来旋转的第一X轴电流镜32a反射，在造形区域R的X轴方向上扫描，并由通过第一Y轴致动器32d来旋转的第一Y轴电流镜32b反射，在造形区域R的Y轴方向上扫描。第一X轴电流镜32a及第一Y轴电流镜32b的旋转角度通过驱动电流来控制，所述驱动电流根据从照射控制器30经由控制基板38所接收的指令信号而被输入至第一X轴致动器32c及第一Y轴致动器32d中。此处，第一流电扫描仪32以可照射造形区域R上的任意的位置的方式构成。换言之，第一流电扫描仪32的能照射范围含有造形区域R整体。

第二流电扫描仪42可控制地二维扫描透过了第二调整透镜45的激光L2。具体而言，激光L2由通过第二X轴致动器42c来旋转的第二X轴电流镜42a反射，在造形区域R的X轴方向上扫描，并由通过第二Y轴致动器42d来旋转的第二Y轴电流镜42b反射，在造形区域R的Y轴方向上扫描。第二X轴电流镜42a及第二Y轴电流镜42b的旋转角度通过驱动电流来控制，所述驱动电流根据从照射控制器30经由控制基板48所接收的指令信号而被输入至第二X轴致动器42c及第二Y轴致动器42d中。此处，第二流电扫描仪42以可照射造形区域R上的任意的位置的方式构成。换言之，第二流电扫描仪42的能照射范围含有造形区域R整体。

在图6及图7中，对称面P是处于距穿过了调整透镜35、调整透镜45的激光L1、激光L2的光轴等距离处，相对于造形区域R垂直的面。第一流电扫描仪32的第一X轴电流镜32a及第一Y轴电流镜32b、与第二流电扫描仪42的第二X轴电流镜42a及第二Y轴电流镜42b以针对对称面P相互面对称的方式配置。如图6及图7所示，沿着激光L1、激光L2的前进路线，当将相对接近第一激光源31、第二激光源41之侧设为上游侧，而将接近材料层8之侧设为下游侧时，将第一X轴电流镜32a及第一Y轴电流镜32b、和第二X轴电流镜42a及第二Y轴电流镜42b配置为，以第一X轴电流镜32a和第一Y轴电流镜32b之中下游侧的一者(本实施方式中是第一X轴电流镜32a)与第二X轴电流镜42a和第二Y轴电流镜42b之中下游侧的一者(本实施方式中是第二X轴电流镜42a)之间的距离比第一X轴电流镜32a和第一Y轴电流镜32b之中上游侧的一者(本实施方式中是第一Y轴电流镜32b)与第二X轴电流镜42a和第二Y轴电流镜42b之中上游侧的一者(本实施方式中是第二Y轴电流镜42b)之间的距离小的方式，且针对相对于造形区域R垂直的面的对称面P相互面对称的方式配置。

第一流电扫描仪32与第二流电扫描仪42理想的是在物理上互不干涉的范围内更接近地设置。换言之，优选各流电扫描仪32、42中的激光L1、激光L2的下游侧的反射位置间的距离更近。具体而言，各流电扫描仪32、42优选以如下方式配置：在激光L1、激光L2的照射时，第一流电扫描仪32的第一X轴电流镜32a及第一Y轴电流镜32b之中下游侧的电流镜的激光L1的第一反射位置(在本实施方式中，第一X轴电流镜32a中的反射位置)、与第二流电扫描仪42的第二X轴电流镜42a及第二Y轴电流镜42b之中下游侧的电流镜的激光L2的第二反射位置(在本实施方式中，第二X轴电流镜42a中的反射位置)的距离始终为150mm以下，特优选为100mm以下。第一流电扫描仪32与第二流电扫描仪42以相互面对称的方式配置，因此不会产生物理上的干涉，可将第一反射位置及第二反射位置间的距离设为150mm以下来配置第一流电扫描仪32及第二流电扫描仪42。

在图7中，将通过第一流电扫描仪32来朝造形区域R内的规定的位置照射了激光L1时的入射面中的相对于铅垂方向的激光L1的第一入射角度设为θ1[°]，将通过第二流电扫描仪42来朝造形区域R内的所述规定的位置照射了激光L2时的入射面中的相对于铅垂方向的激光L2的第二入射角度设为θ2[°]。另外，激光L1、激光L2在造形区域R内的材料层8上分别形成照射点R1、照射点R2。此处，所谓照射点，是指照射位置上的激光的形状。如后述那样，为了使照射点R1、照射点R2的形状或能量密度的差进一步变小来减少造形品质的偏差，理想的是第一入射角度θ1与第二入射角度θ2的差更小。在本实施方式中，照射装置13以如下方式构成：在造形区域R的任意的位置中，照射了激光L1、激光L2时的第一入射角度θ1与第二入射角度θ2的差的绝对值始终为7°以下，特优选为3°以下。

照射装置13的水平方向的位置优选以第一流电扫描仪32及第二流电扫描仪42的下游侧的电流镜的激光L1、激光L2的反射位置位于造形区域R的大致中央位置的上方的方式构成。

如图8所示，穿过了第一流电扫描仪32及第二流电扫描仪42的激光L1、激光L2透过照射装置窗14b、腔室窗1a，照射至形成在造形区域R上的材料层8的规定的位置。由于以下游侧的电流镜的激光L1、激光L2的反射位置位于造形区域R的大致中央位置的上方的方式构成，因此可利用比较小型的一个腔室窗1a来构成腔室1中的激光L1、激光L2的透过窗。换言之，由第一流电扫描仪32所扫描的激光L1、及由第二流电扫描仪42所扫描的激光L2透过单一的腔室窗1a。因此，可比较容易地进行腔室窗1a的清扫或更换。

照射控制器30包含将处理器、存储器及各种电路适宜组合的硬件。照射控制器30对从未图示的数值控制装置(numerical control device)发送的包含与激光L1、激光L2的扫描路径相关的具体的指令的造形程序文件进行分析，并进行激光照射数据的生成。进而，照射控制器30根据激光照射数据来发送所期望的指令信号，与指令信号对应的大小的驱动电流被输入至第一流电扫描仪32的致动器32c、32d及第二流电扫描仪42的致动器42c、42d中。各电流镜32a、32b、42a、42b通过驱动电流来形成所期望的旋转角，由此决定造形区域R上的激光L1、激光L2的照射位置。另外，照射控制器30控制激光源31、激光源41，也进行激光L1、激光L2的开启/关闭及强度等的控制。

另外，照射装置13并不限定于所述形态。例如，也可以设置fθ透镜来代替第一焦点控制单元34及第二焦点控制单元44。另外，在本实施方式中，第一焦点控制单元34及第二焦点控制单元44中的焦点控制透镜34a、焦点控制透镜44a是聚光透镜，但作为焦点控制透镜34a、焦点控制透镜44a，也可以使用扩散透镜。另外，在第一流电扫描仪32及第二流电扫描仪42中，将第一X轴电流镜32a及第二X轴电流镜42a设置在下游侧，但也可以将第一Y轴电流镜32b及第二Y轴电流镜42b设置在下游侧。但是，理想的是各激光L1、L2的强度或种类，各激光L1、L2透过的光学构件的种类，各电流镜32a、32b、42a、42b的反射率相同。

继而，对使用所述层叠造形装置的层叠造形物的制造方法进行说明。

首先，如图1所示，在已将底板6载置在造形台5上的状态下将造形台5的高度调整至适当的位置。在此状态下，重涂机头11在箭头B方向上从造形区域R的左侧朝右侧移动，如图8所示，在造形台5上形成第一材料层8。

图9是表示本实施方式的照射装置13及造形区域R的从上面观察的位置关系的概略图。各电流镜32a、32b、42a、42b位于造形区域R的大致中央位置的上方。在此状态下，朝材料层8的规定的照射区域A照射激光L1、激光L2，由此材料层8固化，可获得如图10所示的第一固化层80a。另外，照射区域A是指存在于造形区域R内的各分割层中的激光L1、激光L2的照射范围，与由各分割层中的固化层的轮廓形状所规定的区域大致一致。

图11是表示利用激光L1、激光L2照射了图10的照射区域A内的点Q时的激光L1、激光L2的前进路线的图。通过第二流电扫描仪42而照射至点Q的激光L2的入射面T2中的第二入射角度θ2Q、变得比从更接近点Q的位置通过第一流电扫描仪32而照射至点Q的激光L1的入射面T1中的第一入射角度θ1Q大。因此，激光L2在点Q中的照射点R2Q比激光L1在点Q中的照射点R1Q大，照射点R2Q的能量密度比照射点R1Q的能量密度小。

若已照射至造形区域R内的相同的位置时的激光L1及激光L2的照射点R1、照射点R2的形状或能量密度的差大，则因激光的选择而在造形品质中产生偏差。在本实施方式中，以第一X轴电流镜32a及第一Y轴电流镜32b、与第二X轴电流镜42a及第二Y轴电流镜42b相互面对称的方式构成第一流电扫描仪32及第二流电扫描仪42，并使激光L1、激光L2的下游侧的反射位置间的距离进一步变小，由此使照射点R1、照射点R2的形状均一化，并谋求已照射至规定位置时的能量密度的差的减少。

进而，在本实施方式中，以在造形区域R的照射位置上，激光L1、激光L2的第一入射角度θ1及第二入射角度θ2的差的绝对值始终为7°以下，更优选为3°以下的方式构成。通过此种结构，已照射至相同的位置时的照射点R1、照射点R2的形状大致变得均一，激光L1、激光L2的能量密度的差进一步减少，可使造形品质稳定化。

另外，如上所述，第一流电扫描仪32及第二流电扫描仪42的能照射范围含有造形区域R整体。因此，不论造形物的形状或造形区域R内的造形物的位置如何，均可朝规定的照射区域A内的不同位置同时照射来自第一流电扫描仪32及第二流电扫描仪42的激光L1、激光L2，并谋求造形速度的高速化。

在图10中作为例子所示的照射区域A中，照射区域A被分割成两个照射区域A1、A2，朝照射区域A1照射激光L1，朝照射区域A2照射激光L2。将照射区域A中的照射面积设为整体的照射面积S，将照射区域A1、照射区域A2中的照射面积分别设为第一照射面积S1、第二照射面积S2。通过照射控制器30，以第一照射面积S1及第二照射面积S2大概相同的方式控制第一流电扫描仪32及第二流电扫描仪42，由此可有效率地照射激光L1、激光L2，并谋求造形速度的高速化。优选照射控制器30以如下方式控制第一流电扫描仪32及第二流电扫描仪42：规定的分割层中的第一照射面积S1相对于整体的照射面积S的比例及第二照射面积S2相对于整体的照射面积S的比例分别为40％以上、60％以下，特优选分别为45％以上、55％以下。另外，优选第一照射面积S1及第二照射面积S2大概相同面积的分割层是所期望的三维造形物中的大致所有分割层。具体而言，理想的是以在八成以上的分割层，特优选九成以上的分割层，更优选所有分割层中，第一照射面积S1及第二照射面积S2大概相同的方式控制第一流电扫描仪32及第二流电扫描仪42。

在形成第一固化层80a后，使造形台5的高度下降相当于一层材料层8。在此状态下，重涂机头11从造形区域R的右侧朝左侧移动，以覆盖第一固化层80a的方式在造形台5上形成第二材料层8。继而，以与所述相同的方法朝材料层8中的规定的位置照射激光L1、激光L2来使其固化，由此如图12所示，可获得第二固化层80b。

通过重复以上的步骤来形成第三以后的固化层。邻接的固化层相互强力地固着。

另外，也可以在三维造形物的造形后或造形中途，通过设置在腔室1内的切削装置(未图示)，对将固化层层叠所获得的固化体的表面或不需要的部分实施机械加工。在完成层叠造形后，排出未固化的材料粉体及切削碎片，由此可获得造形物。

以上，对本发明的适宜的实施方式进行了说明，但本发明并不限定于所述实施方式，只要记载在权利要求书中，则可进行各种设计变更。例如，也可以通过以下的形态来实施。

所述第一实施方式的照射装置13包括包含第一流电扫描仪32及第二流电扫描仪42的两台流电扫描仪。照射装置所包括的流电扫描仪的数量并不限定于两台，例如也可以设为包括四台流电扫描仪的结构。

图13是本发明的第二实施方式的照射装置113的概略结构图，表示从上面观察照射装置113时的零件的一部分的结构。在此结构中，照射装置113不仅包括与第一实施方式相同的结构的第一流电扫描仪32及第二流电扫描仪42，也包括第三流电扫描仪52及第四流电扫描仪62。

第三流电扫描仪52及第四流电扫描仪62被照射控制器30控制，分别扫描激光L3、激光L4。未图示的第三激光源经由配置在框体114的背面的连接器57而与第三孔53连接。未图示的第四激光源经由配置在框体114的背面的连接器67而与第四孔63连接。由第三光源及第四光源生成的激光L3、激光L4分别穿过第三孔53及第四孔63，分别穿过第三焦点控制单元及第四焦点控制单元的各焦点控制透镜54a、64a，以及第三调整透镜55及第四调整透镜65后被聚光，朝第三流电扫描仪52及第四流电扫描仪62射入。在框体114分别配置与第三流电扫描仪52及第三焦点控制单元电连接的控制基板、以及与第四流电扫描仪62及第四焦点控制单元电连接的控制基板。这些照射装置113的零件的功能及结构与第一实施方式中的照射装置13的零件的功能及结构相同，因此省略其详细的记载。另外，这些零件一体地配置在框体114内。换言之，单一的框体114收容第一流电扫描仪32、第二流电扫描仪42、第三流电扫描仪52及第四流电扫描仪62。

第三流电扫描仪52包括：第三X轴电流镜52a，在X轴方向上扫描激光L3；第三X轴致动器52c，使第三X轴电流镜52a旋转；第三Y轴电流镜52b，在Y轴方向上扫描激光L3；以及第三Y轴致动器52d，使第三Y轴电流镜52b旋转。

第四流电扫描仪62包括：第四X轴电流镜62a，在X轴方向上扫描激光L4；第四X轴致动器62c，使第四X轴电流镜62a旋转；第四Y轴电流镜62b，在Y轴方向上扫描激光L4；以及第四Y轴致动器62d，使第四Y轴电流镜62b旋转。

第三流电扫描仪52及第四流电扫描仪62以可照射造形区域R上的任意的位置的方式构成。换言之，第三流电扫描仪52及第四流电扫描仪62的能照射范围含有造形区域R的整体。

另外，第三流电扫描仪52的第三X轴电流镜52a及第三Y轴电流镜52b、与第四流电扫描仪62的第四X轴电流镜62a及第四Y轴电流镜62b以相互面对称的方式配置。将第三流电扫描仪52的第三X轴电流镜52a及第三Y轴电流镜52b、和第四流电扫描仪62的第四X轴电流镜62a及第四Y轴电流镜62b配置为，以第三流电扫描仪52的第三X轴电流镜52a及第三Y轴电流镜52b之中下游侧的一者(本实施方式中是第三X轴电流镜52a)、与第四流电扫描仪62的第四X轴电流镜62a及第四Y轴电流镜62b之中下游侧的一者(本实施方式中是第四X轴电流镜62a)之间的距离比第三流电扫描仪52的第三X轴电流镜52a及第三Y轴电流镜52b之中上游侧的一者(本实施方式中是第三Y轴电流镜52b)、与第四流电扫描仪62的第四X轴电流镜62a及第四Y轴电流镜62b之中上游侧的一者(本实施方式中是第四Y轴电流镜62b)之间的距离小的方式，且针对相对于造形区域R垂直的面的对称面P相互面对称的方式配置。进而，优选以第一流电扫描仪32、第二流电扫描仪42、第三流电扫描仪52、第四流电扫描仪62的下游侧的电流镜的激光L1、激光L2、激光L3、激光L4的反射位置位于造形区域R的大致中央位置的上方的方式构成。

第三流电扫描仪52及第四流电扫描仪62以两者的结构关系和第一流电扫描仪32与第二流电扫描仪42的结构关系相同的方式构成。即，第三流电扫描仪52与第四流电扫描仪62优选各流电扫描仪52、62中的激光L3、激光L4的下游侧的反射位置间的距离更近。具体而言，各流电扫描仪52、62优选以如下方式配置：在激光L3、激光L4的照射时，第三流电扫描仪52的第三X轴电流镜52a及第三Y轴电流镜52b之中下游侧的电流镜的激光L3的第三反射位置(在本实施方式中，第三X轴电流镜52a中的反射位置)、与第四流电扫描仪62的第四X轴电流镜62a及第四Y轴电流镜62b之中下游侧的电流镜的激光L4的第四反射位置(在本实施方式中，第四X轴电流镜62a中的反射位置)的距离始终为150mm以下，特优选为100mm以下。

另外，若将通过第三流电扫描仪52来朝造形区域R内的规定的位置照射了激光L3时的入射面中的相对于铅垂方向的激光L3的第三入射角度设为θ3[°]，将通过第四流电扫描仪62来朝造形区域R内的所述规定的位置照射了激光L4时的入射面中的相对于铅垂方向的激光L4的第四入射角度设为θ4[°]，则为了减小照射点的形状或能量密度的差，理想的是第三入射角度θ3与第四入射角度θ4的差更小。在本实施方式中，照射装置113以如下方式构成：在造形区域R的任意的位置中，照射了激光L3、激光L4时的第三入射角度θ3与第四入射角度θ4的差的绝对值始终为7°以下，特优选为3°以下。

当使用第二实施方式的层叠造形装置来制造层叠造形物时，层叠造形装置朝材料层8的规定的照射区域A照射激光L1、激光L2、激光L3、激光L4，由此使材料层8固化，而获得固化层。照射区域A被分割成四个照射区域A1、A2、A3、A4，朝照射区域A1、照射区域A2、照射区域A3、照射区域A4分别照射激光L1、激光L2、激光L3、激光L4。将照射区域A中的照射面积设为整体的照射面积S，将照射区域A1、照射区域A2、照射区域A3、照射区域A4中的照射面积分别设为第一照射面积S1、第二照射面积S2、第三照射面积S3、第四照射面积S4。通过照射控制器30，以第一照射面积S1～第四照射面积S4大概相同的方式控制第一流电扫描仪32～第四流电扫描仪62，由此可有效率地照射激光L1、激光L2、激光L3、激光L4，并谋求造形速度的进一步的高速化。优选照射控制器30以如下方式控制第一流电扫描仪32～第四流电扫描仪62：规定的分割层中的第一照射面积S1～第四照射面积S4相对于整体的照射面积S的比例分别为20％以上、30％以下，特优选分别为22.5％以上、27.5％以下。另外，优选第一照射面积S1～第四照射面积S4大概相同面积的分割层是所期望的三维造形物中的大致所有分割层。具体而言，理想的是以在八成以上的分割层，特优选九成以上的分割层，更优选所有分割层中，第一照射面积S1～第四照射面积S4大概相同的方式控制第一流电扫描仪32～第四流电扫描仪62。另外，理想的是由第一流电扫描仪32所扫描的激光L1、由第二流电扫描仪42所扫描的激光L2、由第三流电扫描仪52所扫描的激光L3、以及由第四流电扫描仪62所扫描的激光L4透过单一的腔室窗1a。

在第二实施方式中，也可以通过所述结构来减少激光L1、激光L2、激光L3、激光L4的照射点的形状差与能量密度的差，可使造形品质稳定化。另外，可朝照射区域的不同位置同时照射来自四台流电扫描仪的激光L1、激光L2、激光L3、激光L4，因此可进一步谋求造形速度的高速化。

Claims

1.一种层叠造形装置，其特征在于，包括：

腔室，覆盖造形区域；以及

照射装置，在将所期望的三维造形物以规定高度分割而成的各分割层，朝形成在所述造形区域的材料层照射激光来形成固化层，

所述照射装置包含：

至少一个激光源，生成所述激光；

第一流电扫描仪，扫描所述激光；

第二流电扫描仪，扫描所述激光；以及

照射控制器，控制至少一个所述激光源、所述第一流电扫描仪及所述第二流电扫描仪，

所述第一流电扫描仪具有：

第一X轴电流镜，在X轴方向上扫描所述激光；

第一X轴致动器，使所述第一X轴电流镜旋转；

第一Y轴电流镜，在与所述X轴方向垂直的Y轴方向上扫描所述激光；以及

第一Y轴致动器，使所述第一Y轴电流镜旋转，

所述第二流电扫描仪具有：

第二X轴电流镜，在所述X轴方向上扫描所述激光；

第二X轴致动器，使所述第二X轴电流镜旋转；

第二Y轴电流镜，在所述Y轴方向上扫描所述激光；以及

第二Y轴致动器，使所述第二Y轴电流镜旋转，

利用所述第一流电扫描仪及所述第二流电扫描仪的所述激光的能照射范围分别含有所述造形区域的整体，

所述第一X轴电流镜及所述第一Y轴电流镜、与所述第二X轴电流镜及所述第二Y轴电流镜以相互面对称的方式配置。

2.根据权利要求1所述的层叠造形装置，其中以如下方式构成：所述第一X轴电流镜和所述第一Y轴电流镜之中下游侧的一者中的所述激光的第一反射位置、与所述第二X轴电流镜和所述第二Y轴电流镜之中下游侧的一者中的所述激光的第二反射位置的距离为150mm以下。

3.根据权利要求2所述的层叠造形装置，其中以所述第一反射位置与所述第二反射位置的距离为100mm以下的方式构成。

4.根据权利要求1所述的层叠造形装置，其中以如下方式构成：通过所述第一流电扫描仪来朝所述造形区域内的规定的位置照射了所述激光时的所述激光的第一入射角度、与通过所述第二流电扫描仪来朝所述造形区域内的所述规定的位置照射了所述激光时的所述激光的第二入射角度的差的绝对值为7°以下。

5.根据权利要求4所述的层叠造形装置，其中以所述第一入射角度与所述第二入射角度的差的绝对值为3°以下的方式构成。

6.根据权利要求1所述的层叠造形装置，其中所述照射控制器以如下方式控制所述第一流电扫描仪及所述第二流电扫描仪：规定的所述分割层中的利用所述第一流电扫描仪的所述激光的第一照射面积相对于整体的照射面积的比例及利用所述第二流电扫描仪的所述激光的第二照射面积相对于所述整体的照射面积的比例分别为40％以上、60％以下。

7.根据权利要求6所述的层叠造形装置，其中所述照射控制器以如下方式控制所述第一流电扫描仪及所述第二流电扫描仪：规定的所述分割层中的所述第一照射面积相对于所述整体的照射面积的比例及所述第二照射面积相对于所述整体的照射面积的比例分别为45％以上、55％以下。

8.根据权利要求1所述的层叠造形装置，还包括收容所述第一流电扫描仪及所述第二流电扫描仪的单一的框体。

9.根据权利要求1所述的层叠造形装置，还包括单一的腔室窗，所述单一的腔室窗设置在所述腔室的上表面，使由所述第一流电扫描仪所扫描的激光与由所述第二流电扫描仪所扫描的激光透过。

10.根据权利要求1所述的层叠造形装置，其中所述照射装置还包括：

第三流电扫描仪，扫描所述激光；以及

第四流电扫描仪，扫描所述激光，

所述照射控制器还控制所述第三流电扫描仪及所述第四流电扫描仪，

所述第三流电扫描仪具有：

第三X轴电流镜，在X轴方向上扫描所述激光；

第三X轴致动器，使所述第三X轴电流镜旋转；

第三Y轴电流镜，在与所述X轴方向垂直的Y轴方向上扫描所述激光；以及

第三Y轴致动器，使所述第三Y轴电流镜旋转，

所述第四流电扫描仪具有：

第四X轴电流镜，在所述X轴方向上扫描所述激光；

第四X轴致动器，使所述第四X轴电流镜旋转；

第四Y轴电流镜，在所述Y轴方向上扫描所述激光；以及

第四Y轴致动器，使所述第四Y轴电流镜旋转，

利用所述第三流电扫描仪及所述第四流电扫描仪的所述激光的能照射范围分别含有所述造形区域的整体，

所述第三X轴电流镜及所述第三Y轴电流镜、与所述第四X轴电流镜及所述第四Y轴电流镜以相互面对称的方式配置。

11.根据权利要求10所述的层叠造形装置，其中以如下方式构成：所述第三X轴电流镜和所述第三Y轴电流镜之中下游侧的一者中的所述激光的第三反射位置、与所述第四X轴电流镜和所述第四Y轴电流镜之中下游侧的一者中的所述激光的第四反射位置的距离为150mm以下。

12.根据权利要求11所述的层叠造形装置，其中以所述第三反射位置与所述第四反射位置的距离为100mm以下的方式构成。

13.根据权利要求10所述的层叠造形装置，其中以如下方式构成：通过所述第三流电扫描仪来朝所述造形区域内的规定的位置照射了所述激光时的所述激光的第三入射角度、与通过所述第四流电扫描仪来朝所述造形区域内的所述规定的位置照射了所述激光时的所述激光的第四入射角度的差的绝对值为7°以下。

14.根据权利要求13所述的层叠造形装置，其中以所述第三入射角度与所述第四入射角度的差的绝对值为3°以下的方式构成。

15.根据权利要求10所述的层叠造形装置，其中所述照射控制器以如下方式控制所述第一流电扫描仪、所述第二流电扫描仪、所述第三流电扫描仪及所述第四流电扫描仪：规定的所述分割层中的利用所述第一流电扫描仪的所述激光的第一照射面积相对于整体的照射面积的比例、利用所述第二流电扫描仪的所述激光的第二照射面积相对于所述整体的照射面积的比例、利用所述第三流电扫描仪的所述激光的第三照射面积相对于所述整体的照射面积的比例、及利用所述第四流电扫描仪的所述激光的第四照射面积相对于所述整体的照射面积的比例分别为20％以上、30％以下。

16.根据权利要求15所述的层叠造形装置，其中所述照射控制器以如下方式控制所述第一流电扫描仪、所述第二流电扫描仪、所述第三流电扫描仪及所述第四流电扫描仪：规定的所述分割层中的所述第一照射面积相对于所述整体的照射面积的比例、所述第二照射面积相对于所述整体的照射面积的比例、所述第三照射面积相对于所述整体的照射面积的比例、及所述第四照射面积相对于所述整体的照射面积的比例分别为22.5％以上、27.5％以下。

17.根据权利要求10所述的层叠造形装置，还包括收容所述第一流电扫描仪、所述第二流电扫描仪、所述第三流电扫描仪及所述第四流电扫描仪的单一的框体。

18.根据权利要求10所述的层叠造形装置，还包括单一的腔室窗，所述单一的腔室窗设置在所述腔室的上表面，使由所述第一流电扫描仪所扫描的激光、由所述第二流电扫描仪所扫描的激光、由所述第三流电扫描仪所扫描的激光、及由所述第四流电扫描仪所扫描的激光透过。