CN117429051A - 三维造型物的制造方法 - Google Patents

三维造型物的制造方法 Download PDF

Info

Publication number
CN117429051A
CN117429051A CN202310844208.0A CN202310844208A CN117429051A CN 117429051 A CN117429051 A CN 117429051A CN 202310844208 A CN202310844208 A CN 202310844208A CN 117429051 A CN117429051 A CN 117429051A
Authority
CN
China
Prior art keywords
dividing
divided
irradiation region
layer
irradiation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202310844208.0A
Other languages
English (en)
Inventor
网冈弘至
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sodick Co Ltd
Original Assignee
Sodick Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sodick Co Ltd filed Critical Sodick Co Ltd
Publication of CN117429051A publication Critical patent/CN117429051A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/20—Direct sintering or melting
    • B22F10/28—Powder bed fusion, e.g. selective laser melting [SLM] or electron beam melting [EBM]
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/10—Processes of additive manufacturing
    • B29C64/141—Processes of additive manufacturing using only solid materials
    • B29C64/153—Processes of additive manufacturing using only solid materials using layers of powder being selectively joined, e.g. by selective laser sintering or melting
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/30—Process control
    • B22F10/36—Process control of energy beam parameters
    • B22F10/366—Scanning parameters, e.g. hatch distance or scanning strategy
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/20—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • B29C64/264—Arrangements for irradiation
    • B29C64/268—Arrangements for irradiation using laser beams; using electron beams [EB]
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/30—Auxiliary operations or equipment
    • B29C64/386—Data acquisition or data processing for additive manufacturing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/30—Auxiliary operations or equipment
    • B29C64/386—Data acquisition or data processing for additive manufacturing
    • B29C64/393—Data acquisition or data processing for additive manufacturing for controlling or regulating additive manufacturing processes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y10/00—Processes of additive manufacturing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y30/00—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y50/00—Data acquisition or data processing for additive manufacturing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y50/00—Data acquisition or data processing for additive manufacturing
    • B33Y50/02—Data acquisition or data processing for additive manufacturing for controlling or regulating additive manufacturing processes
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25—Process efficiency

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)

Abstract

本发明提供一种能够高品质地对三维造型物进行造型的三维造型物的制造方法，包括：固化层形成工序，反复进行材料层形成工序及对材料层的照射区域照射激光等而形成固化层的固化工序从而层叠固化层；造型条件设定工序，设定照射条件及照射区域的分割宽度；照射区域决定工序，针对将三维形状分割而成的每一分割层决定照射区域；分割工序，沿着规定的分割方向以分割宽度对照射区域进行分割而形成分割区域；以及扫描线设定工序，在分割区域内设定光栅扫描线，在固化工序中，激光等沿着包含光栅扫描线的扫描路径扫描，在分割工序中，将使对象分割层中的照射区域的分割方向水平旋转后的方向设为正上方的分割层中的分割方向。

Description

三维造型物的制造方法
技术领域
本发明涉及一种三维造型物的制造方法。
背景技术
作为三维造型物的层叠造型方法，已知有各种方式。例如，实施粉末床熔融结合的层叠造型装置在造型区域形成包含材料粉体的材料层，通过扫描激光或电子束并照射至材料层的规定位置而使材料层烧结或熔融从而形成固化层。而且，通过反复形成材料层及固化层而层叠固化层，制造出所期望的三维造型物。
激光或电子束例如是沿着所谓的光栅扫描线扫描，所述光栅扫描线为在材料层的照射区域内呈直线状并列配置的扫描图案。此处，有时以规定的分割宽度对照射区域进行分割，针对每一分割区域进行光栅扫描。在对每一分割区域进行光栅扫描的情况下，各分割区域中的光栅扫描线的长度基本上按照规定的分割宽度为相同长度，因此可在不改变照射条件的情况下以均匀的照射能量使材料层熔融固化。因此，溅射的飞散量变得更少，不易形成针孔或空隙。另外，依赖于规定的分割宽度的光栅扫描线的基准长度短至几厘米左右，因此即使以高速扫描激光或电子束，也可将热等对周围的不良影响最小。因此，可使所要求的休止时间比较短，可以高速进行凹凸差小且品质稳定的熔融固化。在专利文献1中公开了一种层叠造型装置，其通过对每一分割区域光栅扫描将光点形状设为细长形状的激光，能够均匀地对材料层进行加热以提高造型品质。
[现有技术文献]
[专利文献]
[专利文献1]日本专利6266040号公报
发明内容
[发明所要解决的问题]
在不对照射区域进行分割而进行光栅扫描的情况下，由于决定照射条件的光栅扫描线的基准长度长，因此各光栅扫描线的长度的差异对照射区域的边缘部分的形状差造成的影响相对小。另一方面，当针对每一分割区域进行光栅扫描时，各光栅扫描线设定为基本上具有与规定的分割宽度相同长度的直线。此时，在照射区域的端部不可避免地产生比分割宽度短的光栅扫描线，但与不对照射区域进行分割而进行光栅扫描的情况相比，光栅扫描线的基准长度明显短，基于包含照射能量的照射条件设定了光栅扫描线的基准长度，因此在基于比基准长度短的光栅扫描线的照射部位，通过照射形成的熔池(melt pool)的温度变得比较高。当随着固化层的层叠，基于短光栅扫描线的照射部位在铅垂方向上重叠时，由于每一层的固化层的变形多层的堆积而隆起逐渐变大，最终，导致形成材料层的材料层形成装置的刀片碰撞。
材料层形成装置在造型区域移动并供给材料粉体，同时通过刀片使材料粉体均匀化而形成材料层。因此，若材料层形成装置的刀片与隆起碰撞，则材料粉体的供给量发生变动，材料层变得不均匀，造型品质有可能降低。另外，根据隆起的大小，刀片在与隆起碰撞的状态下无法移动，只要不将隆起去除，则无法继续进行造型作业。
本发明是鉴于此种情况而成，其目的在于提供一种能够高品质地对三维造型物进行造型的三维造型物的制造方法。
[解决问题的技术手段]
通过本发明，提供以下发明。
[1]一种三维造型物的制造方法，是包含固化层形成工序的三维造型物的制造方法，所述固化层形成工序通过反复进行材料层形成工序及固化工序而将固化层层叠，所述材料层形成工序向造型区域供给材料粉体而形成材料层，所述固化工序通过对所述材料层的规定的照射区域照射激光或电子束而形成所述固化层，所述三维造型物的制造方法包括：造型条件设定工序，设定所述激光或所述电子束的照射条件及所述照射区域的分割宽度；照射区域决定工序，针对将所期望的三维形状按规定的每一高度分割而成的多个分割层的每一层决定所述照射区域；分割工序，沿着规定的分割方向以适合于所述照射条件的所述分割宽度对各所述分割层的所述照射区域进行分割而形成多个分割区域；以及扫描线设定工序，在所述分割区域内设定沿着规定的扫描方向的光栅扫描线，在所述固化工序中，所述激光或所述电子束沿着包含所述光栅扫描线的扫描路径扫描，在所述分割工序中，将使对象分割层中的所述照射区域的所述分割方向水平旋转了旋转角度θ后的方向设为所述对象分割层正上方的分割层中的所述照射区域的所述分割方向，所述旋转角度θ满足0°＜θ＜180°或-180°＜θ＜0°(其中符号表示旋转方向)。
[2]根据[1]所述的三维造型物的制造方法，其中，在所述扫描线设定工序中，所述扫描方向设定为与所述分割方向平行。
[3]根据[1]或[2]所述的三维造型物的制造方法，还包括长度判定工序，所述长度判定工序判定所述对象分割层上的所述扫描路径是否包含小于规定值的所述光栅扫描线，在所述分割工序中，当在所述长度判定工序中判定为所述对象分割层上的所述扫描路径包含小于所述规定值的所述光栅扫描线时，将使所述对象分割层中的所述照射区域的所述分割方向水平旋转了所述旋转角度θ后的方向设为所述对象分割层正上方的分割层中的所述照射区域的所述分割方向。
[4]根据[1]至[3]中任一项所述的三维造型物的制造方法，还包括旋转角度设定工序，所述旋转角度设定工序基于加工条件设定所述旋转角度θ，所述加工条件包含所述分割宽度、所述材料粉体的材质、所述照射区域的条件、所述照射条件中的至少一个。
[发明的效果]
在本发明的三维造型物的制造方法中，将使任意的对象材料层中的照射区域的分割方向水平旋转了规定的旋转角度θ(0°＜θ＜180°或-180°＜θ＜0°)后的方向设为对象材料层正上方的材料层中的照射区域的分割方向。通过分割方向的旋转，在铅垂方向上基于短的光栅扫描线的照射部位的重叠变小，能够抑制固化层的隆起的形成及造型品质的降低。
附图说明
图1是本发明的实施方式的层叠造型装置100的概略结构图。
图2是材料层形成装置3的立体图。
图3是从涂覆机头11的上方观察的立体图。
图4是从涂覆机头11的下方观察的立体图。
图5是照射装置13的概略结构图。
图6是层叠造型装置100的控制系统的框图。
图7A、图7B是光栅扫描的说明图，图7A表示利用区域非分割方式的光栅扫描，图7B表示利用区域分割方式的光栅扫描。
图8是表示使用层叠造型装置100的三维造型物的制造方法的图。
图9是表示使用层叠造型装置100的三维造型物的制造方法的图。
图10是表示示例性的三维造型物的第k层分割层Lk中的照射区域Sk、分割区域、及光栅扫描线的图。
图11是表示示例性的三维造型物的第k+1层分割层Lk+1中的照射区域Sk+1、分割区域、及光栅扫描线的图。
图12是水平分割成n层的三维造型物的立体图。
[符号的说明]
1：腔室
1a：窗
3：材料层形成装置
4：底座
5：造型台
6：CAM装置
7：控制装置
11：涂覆机头
11a：材料收容部
11b：材料供给口
11c：材料排出口
11fb：刀片
11rb：刀片
12：涂覆机头驱动装置
13：照射装置
17：污染防止装置
17a：框体
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
31：光源
33：准直器
35：聚焦控制单元
37：扫描装置
37a：第一检流镜
37b：第二检流镜
51：造型台驱动装置
61：存储装置
62：运算装置
63：存储器
71：主控制装置
72：照射控制装置
81：底板
82：材料层
83：固化层
100：层叠造型装置
B：激光
R：造型区域
具体实施方式
以下，参照附图来对本发明的实施方式进行说明。以下所示的实施方式中示出的各特征事项能够相互组合。另外，针对各特征事项，发明独立成立。
1.层叠造型装置100
图1是本实施方式的层叠造型装置100的概略结构图。层叠造型装置100包括腔室1、材料层形成装置3、以及照射装置13。在配置于腔室1内的造型台5上所设置的造型区域R中，通过反复进行材料层82及固化层83的形成，可形成所期望的三维造型物。
1.1.腔室1
腔室1覆盖作为用于形成三维造型物的区域的造型区域R。腔室1的内部充满由惰性气体供给装置(未图示)供给的规定浓度的惰性气体。本说明书中所谓惰性气体是实质上不与材料层82或固化层83反应的气体，根据材料的种类进行选择，例如能够使用氮气、氩气、氦气。在形成固化层83时产生的包含烟雾的惰性气体从腔室1排出，在烟雾收集器(未图示)中去除烟雾后被供给到腔室1进行再利用。烟雾收集器例如为电气集尘器或过滤器。
在腔室1的上表面，设置有作为激光B的透过窗的窗1a。窗1a由能够透过激光B的材料形成。具体而言，窗1a的材料是根据激光B的种类，从石英玻璃或硼硅酸玻璃或锗、硅、硒化锌或溴化钾的晶体等中选择。例如，在激光B为纤维激光或钇铝石榴石(yttriumaluminum garnet，YAG)激光的情况下，窗1a能够包括石英玻璃。
另外，在腔室1的上表面，以覆盖窗1a的方式设置有污染防止装置17。污染防止装置17包括圆筒状的框体17a、以及配置在框体17a内的圆筒状的扩散构件17c。在框体17a与扩散构件17c之间设置有惰性气体供给空间17d。另外，在框体17a的底表面，在扩散构件17c的内侧设置有开口部17b。在扩散构件17c上设置有许多细孔17e，被供给到惰性气体供给空间17d的清洁的惰性气体通过细孔17e而充满清洁室17f。然后，充满清洁室17f的清洁的惰性气体通过开口部17b而朝向污染防止装置17的下方喷出。通过此种结构，可防止烟雾附着于窗1a，从而自激光B的照射路径中排除烟雾。
1.2.材料层形成装置3
如图1所示，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包括底座4、以及配置在底座4上的涂覆机头(recoater head)11。涂覆机头11构成为能够通过涂覆机头驱动装置12在水平单轴方向上往返移动。
如图3及图4所示，涂覆机头11包括材料收容部11a、材料供给口11b、以及材料排出口11c。材料供给口11b设置在材料收容部11a的上表面，成为从材料供给单元(未图示)向材料收容部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的底表面，排出材料收容部11a内的材料粉体。材料排出口11c具有沿材料收容部11a的长边方向延伸的狭缝形状。在涂覆机头11的两侧面设置有平板状的刀片11fb、刀片11rb。刀片11fb、刀片11rb使从材料排出口11c排出的材料粉体平坦化，从而形成材料层82。
如图1及图2所示，造型区域R位于造型台5上，在造型区域R中形成有所期望的三维造型物。造型台5能够由造型台驱动装置51驱动而沿铅垂方向移动。在造型时在造型区域R内配置有底板81，向底板81的上表面供给材料粉体而形成材料层82。
1.3.照射装置13
如图1所示，照射装置13设置在腔室1的上方。照射装置13向形成在造型区域R内的材料层82的照射区域照射激光B，使材料粉体熔融或烧结并固化，从而形成固化层83。
如图5所示，照射装置13包括光源31、准直器33、聚焦控制单元35、以及扫描装置37，由后述的照射控制装置72进行控制。光源31生成激光B。激光B只要能够烧结或熔融材料粉体即可，例如为纤维激光、CO2激光、YAG激光。在本实施方式中，作为激光B，使用纤维激光。
准直器33包括准直透镜，将从光源31输出的激光B转换为平行光。聚焦控制单元35包括焦点控制透镜、以及使焦点控制透镜沿着光轴方向前后移动的马达，通过对由准直器33转换为平行光的激光B的焦点位置进行调整，来调整材料层82的表面上的激光B的光束直径。
扫描装置37例如是检流扫描仪(galvano scanner)，包括第一检流镜(galvanomirror)37a及第二检流镜37b、以及使第一检流镜37a及第二检流镜37b分别旋转到所期望的角度的第一致动器及第二致动器(未图示)。通过聚焦控制单元35后的激光B利用第一检流镜37a及第二检流镜37b，在造型区域R内的材料层82的上表面进行二维扫描。具体而言，激光B被第一检流镜37a反射，在作为造型区域R中的水平单轴方向的X轴方向上，被第二检流镜37b反射，在作为造型区域R中的另一水平单轴方向且与X轴方向正交的Y轴方向上进行扫描。
由第一检流镜37a及第二检流镜37b反射的激光B透过窗1a而照射到造型区域R内的材料层82，由此形成固化层83。此外，照射装置13并不限定于所述方式。例如，可设置fθ透镜来代替聚焦控制单元35。另外，照射装置13也可构成为：代替激光B而照射电子束来使材料层82固化。具体而言，可将照射装置13构成为包括发射电子的阴极电极、会聚电子并加速的阳极电极、形成磁场并使电子束的方向朝一个方向会聚的螺线管、以及与作为被照射体的材料层82电性连接并在与阴极电极之间施加电压的集电极。
1.4.控制系统
如图6所示，层叠造型装置100的控制系统包含计算机辅助制造(Computer AidedManufacturing，CAM)装置6及控制装置7。CAM装置6及控制装置7是将中央处理器(CentralProcessing Unit，CPU)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、只读存储器(ReadOnly Memory，ROM)、辅助存储装置、输入输出接口等硬件、以及软件任意地组合而构成。
CAM装置6基于确定计算机辅助设计(computer aided design，CAD)数据等三维造型物的形状的造型形状数据、材料粉体的材质、激光B的照射条件等，制作规定了针对层叠造型装置100的指令的项目文件。CAM装置6包括进行所期望的运算的运算装置62、保存有运算所需的数据等的存储装置61、在运算处理的过程中暂时存储数值或数据的存储器63。另外，CAM装置6构成为能够经由通信线或存储介质而将项目文件发送至控制装置7。
控制装置7按照项目文件对材料层形成装置3及照射装置13等进行控制，进行层叠造型。控制装置7包括主控制装置71及照射控制装置72。主控制装置71按照CAM装置6所制作的项目文件对涂覆机头驱动装置12或造型台驱动装置51等进行控制。另外，主控制装置71将项目文件中包含与激光B的照射相关的指令的造型程序发送至照射控制装置72。照射控制装置72按照所述造型程序对照射装置13进行控制。具体而言，照射控制装置72对第一致动器及第二致动器进行控制而使第一检流镜37a及第二检流镜37b旋转所期望的角度，将激光B照射至规定的位置。另外，对光源31进行控制而进行激光B的输出(激光功率)或接通/断开的切换，对聚焦控制单元35的马达进行控制来对激光B的焦点位置进行调整。
2.光栅扫描
接下来，对激光B的光栅扫描进行说明。此外，以下的说明在代替激光B而照射电子束的情况下也同样地适用。
图7A及图7B是光栅扫描的说明图，且是表示对示例性的照射区域S0进行光栅扫描时的扫描路径的图。激光B沿着箭头所示的光栅扫描线扫描。另外，在箭头部分照射激光B，在将相邻的箭头彼此连结的虚线部分暂时停止规定时间(断开(OFF)时间)的激光B的照射。断开时间是从规定的光栅扫描线的照射结束至下一光栅扫描线的照射开始为止，激光B的照射暂时停止的时间，且确保断开时间，以抑制伴随激光B的照射对周围的热影响。
当沿着光栅扫描线照射激光B时，被照射的部位的温度急剧地上升而材料粉体熔融，形成熔池。当所述部位的照射结束时，由于散热而温度降低并且形成固化层83。
在图7A所示的利用区域非分割方式的光栅扫描中，在照射区域S0内，沿着规定的扫描方向针对每一间距p设定光栅扫描线。光栅扫描线是沿着扫描方向将照射区域S0的外缘上的两点连结的直线状，且沿着与光栅扫描线正交的方向进行扫描。
在图7B所示的利用区域分割方式的光栅扫描中，首先，将照射区域S0沿着分割方向D0以分割宽度w分割成多个分割区域。图7B中的虚线表示照射区域的分割线。而且，在分割区域内，沿着规定的扫描方向针对每一间距p设定光栅扫描线。在分割区域内，反复进行沿着光栅扫描线的激光B的照射，同时沿着与光栅扫描线正交的方向进行扫描，当分割区域内的扫描结束时，通过同样的扫描对其他分割区域进行激光B的照射。
在区域分割方式中，由于光栅扫描线基本上具有与分割宽度w对应的相同的基准长度d，因此能够在不改变照射条件的情况下以更均匀的条件将材料层82熔融固化。在图7B的例子中，由于扫描方向设定为与分割方向D0平行，因此基准长度d与分割宽度w相等，大部分光栅扫描线的长度与基准长度d相等。另外，与区域非分割方式相比，光栅扫描线短，因此能够抑制对照射部位周围的热影响。
另一方面，在分割区域的端部，可能产生比基准长度d短的光栅扫描线。在图7B中，在各分割区域的图中右侧的端部及图中下侧的分割区域，产生比基准长度d短的光栅扫描线。在基于比基准长度d短的光栅扫描线的照射部位，伴随激光B的照射而形成的熔池的温度变得比较高，固化层83容易产生变形。当随着固化层83的层叠，基于比基准长度d短的光栅扫描线的照射部位在铅垂方向上重叠时，由于固化层83的变形的堆积而隆起变大，材料层形成装置3的刀片11fb、刀片11rb容易碰撞。
此种隆起在光栅扫描线比较短的区域分割方式中显著地产生，在光栅扫描线比较长的区域非分割方式中不易成为问题。另外，通过延长断开时间，能够抑制熔池的温度的上升，但造型时间变长，制造效率降低。
在本实施方式中，在区域分割方式中，如后述那样，在使照射区域的分割方向旋转的同时设定光栅扫描线，由此减少基于比基准长度d短的光栅扫描线的照射部位在铅垂方向上的重叠，抑制隆起的产生。
3.三维造型物的制造方法
接下来，对使用所述层叠造型装置100的三维造型物的制造方法进行说明。本实施方式的制造方法包含固化层形成工序，所述固化层形成工序通过反复进行材料层形成工序及固化工序而层叠固化层83，所述材料层形成工序向造型区域R供给材料粉体而形成材料层82，所述固化工序通过对材料层82的规定的照射区域照射激光B或电子束而形成固化层83。另外，本实施方式的制造方法包括：造型条件设定工序、照射区域决定工序、分割工序、扫描线设定工序、以及旋转角度设定工序。
3.1.固化层形成工序
固化层形成工序包括材料层形成工序及固化工序。在本实施方式的材料层形成工序中，在造型区域R形成包含材料粉体的材料层82。另外，在本实施方式的固化工序中，对材料层82的规定的照射区域照射激光B而形成固化层83。材料层形成工序及固化工序反复实施。
首先，进行第一次材料层形成工序。如图8所示，在将底板81载置于造型台5上的状态下，将造型台5的高度调整至适当的位置。在此状态下，通过使涂覆机头11从图8的左侧向右侧移动，如图9所示，在底板81上形成第一层材料层82。
接下来，进行第一次固化工序。如图9所示，通过对第一层材料层82的规定的照射区域照射激光B，使第一层材料层82固化，获得第一层固化层83。在固化工序中，激光B如后述那样沿着包含在扫描线设定工序中设定的光栅扫描线的扫描路径扫描。
继而，进行第二次材料层形成工序。形成第一层固化层83后，将造型台5的高度降低与材料层82的一层相当的量。在此状态下，通过使涂覆机头11从造型区域R的图9的右侧向左侧移动，形成第二层材料层82，以覆盖第一层固化层83。然后，进行第二次固化工序。利用与所述相同的方法，通过对第二层材料层82的规定的照射区域照射激光B或电子束，使第二层材料层82固化，获得第二层固化层83。
反复进行材料层形成工序及固化工序，并层叠多个固化层83直至获得所期望的三维造型物。相邻的固化层83相互牢固地固定。
3.2.造型条件设定工序
在造型条件设定工序中，将激光B或电子束的照射条件及照射区域的分割宽度设定为造型条件。作为照射条件，可例示激光B的输出(激光功率)、光点直径的大小、扫描速度、激光B的断开时间、光栅扫描线的间距p。照射区域的分割宽度基于此种照射条件设定为适合的值。另外，造型条件可包含其他条件，例如，也可包含作为激光B的照射对象的材料层82的层叠厚度(与一层材料层相当的厚度)。在本实施方式中，制作记录了造型条件的条件文件，并将所述条件文件读入至CAM装置6，由此设定照射条件。
3.3.照射区域决定工序
在照射区域决定工序中，针对将三维造型物的所期望的三维形状按规定的每一高度分割而成的多个分割层的每一层决定照射区域。在本实施方式的照射区域决定工序中，按照造型条件设定工序中设定的材料层82的每一层叠厚度对三维形状进行分割而制作多个分割层。分割层相当于对三维形状进行分割而虚拟地形成的材料层82。然后，在各分割层中，将与由三维造型物的轮廓形状围绕的区域大致一致的区域决定为照射区域。另外，在本实施方式中，CAM装置6通过进行使用CAD数据及条件文件的运算处理，而进行分割层的制作及照射区域的决定。
3.4.分割工序
在分割工序中，沿着规定的分割方向以适合于照射条件的规定的分割宽度w对各分割层的照射区域进行分割而形成多个分割区域。图10中，作为一例，示出三维造型物的第k层分割层Lk中的照射区域Sk及其分割区域。在本例中，沿着分割方向Dk以分割宽度w通过直线对照射区域Sk进行分割而形成多个分割区域。图10中的虚线表示照射区域Sk的分割线。在本例中，分割线为与分割方向Dk正交的直线状。此外，分割的起点能够根据照射区域Sk的形状等适宜设定，例如，可在照射区域Sk的外缘上配置起点，也可在比外缘更靠内侧处配置起点。
另外，在分割工序中，将使对象分割层中的照射区域的分割方向水平旋转了旋转角度θ后的方向设为对象分割层正上方的分割层中的照射区域的分割方向。此处，旋转角度θ满足0°＜θ＜180°或-180°＜θ＜0°(其中符号表示旋转方向)。此外，对于旋转角度θ的设定方法，详细情况将在下文叙述。
图11中，作为一例，示出将第k层分割层Lk作为对象分割层时的正上方的第k+1层分割层Lk+1中的照射区域Sk+1及分割区域。在本例中，将使对象分割层Lk中的照射区域Sk的分割方向Dk水平旋转了旋转角度θ＝67°后的方向设为分割层Lk+1中的照射区域Sk+1的分割方向Dk+1。然后，沿着分割方向Dk+1以分割宽度w对照射区域Sk+1进行分割而形成多个分割区域。图11中的虚线表示照射区域Sk+1的分割线。
在本实施方式中，对所有分割层进行分割方向的旋转。即，若从三维造型物的下表面侧起将三维形状分割成n个分割层L1、L2、L3、······Ln，并将各分割层中的照射区域的分割方向设为D1、D2、D3、······Dn，则对于分割层Lk(k＝1、2、3、······n-1)及其正上方的分割层Lk+1，分割方向Dk+1相对于分割方向Dk水平旋转了旋转角度θ。
另外，在本实施方式中，CAM装置6通过对在照射区域决定工序中决定的照射区域进行使用条件文件及在后述的旋转角度设定工序中设定的旋转角度θ的运算处理，进行分割区域的形成。
3.5.扫描线设定工序
在扫描线设定工序中，在分割区域内设定沿着规定的扫描方向的光栅扫描线。图10及图11中，作为例子，以箭头示出在分割层Lk、分割层Lk+1的分割区域内设定的光栅扫描线。在本实施方式中，扫描方向设定为与分割方向平行。另外，分割区域内的光栅扫描线按照造型条件设定工序中设定的每一间距p配置。即，在分割区域内，与分割方向平行的光栅扫描线沿着分割线以间距p的间隔配置。
此外，扫描方向并不限定于本例，也可设定为不与分割方向平行(例如，使分割方向旋转了±45°后的方向)。另外，各分割层中扫描方向与分割方向的关系(扫描方向与分割方向所成的角度)可在所有分割层中相同，也可根据分割层而不同。
图10及图11所示的光栅扫描线中，实线部分表示具有与分割宽度w相等的基准长度d的光栅扫描线，虚线部分表示比基准长度d短的光栅扫描线。一般而言，由于在铅垂方向上相邻的分割层的照射区域的形状类似，因此若沿着相同的分割方向对照射区域进行分割，则比基准长度d短的光栅扫描线的设定部位容易在铅垂方向上重叠。另一方面，在本实施方式中，对于在铅垂方向上相邻的分割层Lk、分割层Lk+1，通过使分割方向Dk+1相对于分割方向Dk水平旋转旋转角度θ(在本例中，θ＝67°)，配置有比基准长度d短的光栅扫描线的部位发生变化，铅垂方向上的重叠变小。通过对所有分割层进行分割方向的旋转，可在抑制短的光栅扫描线的设定部位的重叠的同时层叠固化层83，由此能够抑制由固化层83的变形的堆积导致的隆起的产生。
在本实施方式中，CAM装置6通过对分割工序中形成的分割区域进行使用条件文件的运算处理，进行光栅扫描线的设定。
3.6.旋转角度设定工序
在旋转角度设定工序中，基于加工条件设定旋转角度θ。加工条件包含分割宽度w、材料粉体的材质、照射区域的条件、激光B或电子束的照射条件、材料层82的形成条件中的至少一个。旋转角度θ基于加工条件设定为在各分割层的照射区域中配置有比基准长度d短的光栅扫描线的部位在铅垂方向上的重叠变小。
若依次旋转分割方向，则针对规定数量的分割层的每一层分割方向一致。例如，在旋转角度θ＝±90°的情况下，分割方向每两层一致。就减少配置有比基准长度d短的光栅扫描线的部位的重叠的方面而言，优选为分割方向一致的周期(分割层数)大。就增大所述周期的观点而言，旋转角度θ优选为不包含±90°(即，0°＜θ＜90°、90°＜θ＜180°、-180°＜θ＜-90°、或-90°＜θ＜0°)。另外，旋转角度θ优选为不包含其绝对值|θ|成为360的约数那样的值。另外，旋转角度θ优选为设定为其绝对值|θ|与90的最小公倍数尽可能大。
另外，若旋转角度θ的绝对值|θ|过小，或旋转角度θ过于接近±180°，则相邻的分割层间的比基准长度d短的光栅扫描线的位置变化量小，有可能无法充分抑制隆起的产生。就此种观点而言，优选为40°≦|θ|≦140°，更优选为60°≦|θ|≦120°。
在设定旋转角度θ时考虑的加工条件是在区域分割方式中可对隆起的产生带来影响的条件。例如，分割宽度w越小，光栅扫描线的基准长度d越小，越容易产生隆起。根据材料粉体的材质、具体而言，根据材料的比热容量等条件，隆起的产生容易度发生变化。根据照射区域的条件、具体而言，根据照射区域的形状或大小等条件，隆起的产生容易度发生变化。另外，根据激光B或电子束的照射条件、具体而言，根据激光B的输出、光点直径的大小、扫描速度、激光B的断开时间、光栅扫描线的间距p等条件，隆起的产生容易度发生变化。通过在旋转角度设定工序中基于这些加工条件设定适当的旋转角度θ，能够更有效地抑制隆起的产生。
4.其他实施方式
本发明也能够以以下形态实现。
在所述实施方式中，在分割工序中针对所有分割层进行了分割方向的旋转，但并不限定于此种结构。例如，也可根据照射区域的形状等，对一部分分割层进行分割方向的旋转。
另外，也可将三维造型物的制造方法设为如下结构：构成为包括长度判定工序，所述长度判定工序判定对象分割层上的扫描路径是否包含小于规定值的光栅扫描线，并基于判定结果在分割工序中进行分割方向的旋转。在此情况下，在分割工序中，当在长度判定工序中判定为对象分割层上的扫描路径包含小于规定值的光栅扫描线时，将使对象分割层中的照射区域的分割方向水平旋转了旋转角度θ后的方向设为对象分割层正上方的分割层中的照射区域的分割方向。
作为判定基准的规定值例如是基准长度d，在判定为对象分割层上的扫描路径包含小于基准长度d的光栅扫描线的情况下，可进行分割方向的旋转，来决定对象分割层正上方的分割层中的分割方向。此外，规定值并不限定于本例，例如，也可设定比基准长度d短的值。
以上，对本发明的各种实施方式进行了说明，但这些作为例子进行了提示，并不意图限定发明的范围。所述新颖的实施方式能够以其他各种方式来实施，可在不脱离发明的主旨的范围内进行各种省略、置换、变更。所述实施方式及其变形包含在发明的范围或主旨中，并且包含在权利要求所记载的发明及其同等的范围中。

Claims (4)

1.一种三维造型物的制造方法，是包含固化层形成工序的三维造型物的制造方法，所述固化层形成工序通过反复进行材料层形成工序及固化工序而将固化层层叠，所述材料层形成工序向造型区域供给材料粉体而形成材料层，所述固化工序通过对所述材料层的规定的照射区域照射激光或电子束而形成所述固化层，所述三维造型物的制造方法包括：
造型条件设定工序，设定所述激光或所述电子束的照射条件及所述照射区域的分割宽度；
照射区域决定工序，针对将所期望的三维形状按规定的每一高度分割而成的多个分割层的每一层决定所述照射区域；
分割工序，沿着规定的分割方向以适合于所述照射条件的所述分割宽度对各所述分割层的所述照射区域进行分割而形成多个分割区域；以及
扫描线设定工序，在所述分割区域内设定沿着规定的扫描方向的光栅扫描线，
在所述固化工序中，所述激光或所述电子束沿着包含所述光栅扫描线的扫描路径扫描，
在所述分割工序中，将使对象分割层中的所述照射区域的所述分割方向水平旋转了旋转角度θ后的方向设为所述对象分割层正上方的分割层中的所述照射区域的所述分割方向，
所述旋转角度θ满足0°＜θ＜180°或-180°＜θ＜0°，其中符号表示旋转方向。
2.根据权利要求1所述的三维造型物的制造方法，其中，
在所述扫描线设定工序中，所述扫描方向设定为与所述分割方向平行。
3.根据权利要求1或2所述的三维造型物的制造方法，其中，还包括：
长度判定工序，判定所述对象分割层上的所述扫描路径是否包含小于规定值的所述光栅扫描线，
在所述分割工序中，当在所述长度判定工序中判定为所述对象分割层上的所述扫描路径包含小于所述规定值的所述光栅扫描线时，将使所述对象分割层中的所述照射区域的所述分割方向水平旋转了所述旋转角度θ后的方向设为所述对象分割层正上方的分割层中的所述照射区域的所述分割方向。
4.根据权利要求1或2所述的三维造型物的制造方法，其中，还包括：
旋转角度设定工序，基于加工条件设定所述旋转角度θ，
所述加工条件包含所述分割宽度、所述材料粉体的材质、所述照射区域的条件、所述照射条件中的至少一个。
CN202310844208.0A 2022-07-22 2023-07-11 三维造型物的制造方法 Pending CN117429051A (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2022-117266 2022-07-22
JP2022117266A JP7359912B1 (ja) 2022-07-22 2022-07-22 三次元造形物の製造方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN117429051A true CN117429051A (zh) 2024-01-23

Family

ID=88242184

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202310844208.0A Pending CN117429051A (zh) 2022-07-22 2023-07-11 三维造型物的制造方法

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20240025111A1 (zh)
JP (1) JP7359912B1 (zh)
CN (1) CN117429051A (zh)
TW (1) TW202404792A (zh)

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102007014683A1 (de) 2007-03-27 2008-10-09 Eos Gmbh Electro Optical Systems Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen eines dreidimensionalen Objekts
DE102013205724A1 (de) 2013-03-28 2014-10-02 Eos Gmbh Electro Optical Systems Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen eines dreidimensionalen Objekts
EP2952333B1 (en) 2013-04-03 2020-11-04 SLM Solutions Group AG Method and apparatus for producing three-dimensional work pieces
US10252333B2 (en) 2013-06-11 2019-04-09 Renishaw Plc Additive manufacturing apparatus and method
US11117320B2 (en) 2017-09-13 2021-09-14 General Electric Company Airflow control for additive manufacturing

Also Published As

Publication number Publication date
TW202404792A (zh) 2024-02-01
US20240025111A1 (en) 2024-01-25
JP7359912B1 (ja) 2023-10-11
JP2024014443A (ja) 2024-02-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3307526B1 (en) Multiple beam additive manufacturing
CN107262711B (zh) 三维制造方法和三维制造装置
US9314972B2 (en) Apparatus for additive layer manufacturing of an article
US4734550A (en) Laser processing method
JP2020505251A (ja) 電子ビーム選択的溶融と電子ビーム切断とを組み合わせた積層造形装置
US20210370448A1 (en) Diode laser fiber array for contour of powder bed fabrication or repair
JP6676688B2 (ja) 三次元造形物の製造方法
EP3511106B1 (en) Laser based machining of glass material
EP3831518B1 (en) Lamination molding apparatus
US20220023949A1 (en) Lamination molding method and lamination molding system
CN117429051A (zh) 三维造型物的制造方法
JP6192677B2 (ja) 積層造形方法および積層造形装置
JP4177300B2 (ja) 電子ビーム表面処理方法、および電子ビーム表面処理装置
JP7388067B2 (ja) 金属付加製造装置及び金属付加製造方法
EP4043142A1 (en) Method for batch processing of 3d objects using laser treatment and a system implementing the method
CN113276409A (zh) 增材制造方法、增材制造设备和计算机可读介质
JP2018111849A (ja) 造形物の製造装置、及び製造方法
WO2007083363A1 (ja) 電子ビーム表面処理方法及び電子ビーム表面処理装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination