DE102009038241A1

DE102009038241A1 - Verfahren zum Herstellen eines dreidimensional geformten Gegenstandes, Vorrichtung zum Herstellen desselben und dreidimensional geformter Gegenstand

Info

Publication number: DE102009038241A1
Application number: DE102009038241A
Authority: DE
Inventors: Yoshikazu Kadoma-shi Higashi; Masataka Kadoma-shi Takenami; Satoshi Kadoma-shi Abe; Isao Kadoma-shi Fuwa; Norio Kadoma-shi Yoshida
Original assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2008-08-22
Filing date: 2009-08-20
Publication date: 2010-03-11
Also published as: US20100044547A1; JP2010047813A; JP5250338B2; CN101653827B; CN101653827A; US8187522B2

Abstract

Verfahren zum Herstellen eines dreidimensional gefBilden einer verfestigten Schicht (24) durch Strahlen eines Lichtstrahles (L) auf einen spezifizierten Bereich der Pulverschicht (22), die auf einem Formtisch (20) gebildet ist, um den spezifizierten Bereich zu sintern oder zu schmelzen; (ii) Bilden einer weiteren verfestigten Schicht (24), durch Platzieren einer neuen Pulverschicht (22) auf der derart erhaltenen verfestigten Schicht (24), und Strahlen des Lichtstrahles (L) auf einen spezifizierten Bereich der neuen Pulverschicht (22), um den spezifizierten Bereich der neuen Pulverschicht (22) zu sintern oder zu schmelzen; und (iii) Wiederholen des Schrittes (ii), um einen dreidimensional geformten Gegenstand herzustellen. Wenn die Schritte (i) bis (iii) innerhalb einer Kammer (50) ausgeführt werden, wird wenigstens ein Teil eines Umgebungsgases in der Kammer (50) aus der Kammer (50) durch einen Gasdurchgang eines Formtankes (29) abgelassen.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines dreidimensional geformten Gegenstandes, eine Vorrichtung zum Herstellen desselben und einen dreidimensional geformten Gegenstand. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines dreidimensional geformten Gegenstandes mit mehreren verfestigten Schichten, die übereinander geschichtet sind, indem die Schritte des Strahlens eines Lichtstrahles auf einen spezifizierten Bereich einer Pulverschicht wiederholt werden, um eine verfestigte Schicht zu bilden, eine Vorrichtung zum Herstellen eines dreidimensional geformten Gegenstandes und einen dreidimensional geformten Gegenstand der derart hergestellt wird.
Hintergrund der Erfindung
Herkömmlicherweise ist ein Verfahren zum Herstellen eines dreidimensional geformten Gegenstandes bekannt, indem ein Lichtstrahl auf ein pulverförmiges Material gestrahlt wird, wobei dieses Verfahren gewöhnlicherweise als ein „selektives Lasersintern oder Schmelzen” bezeichnet wird. Bei diesem Verfahren wird der dreidimensional geformte Gegenstand durch das Wiederholen von (i) eines Schrittes des Strahlens eines Lichtstrahles auf einen spezifizierten Bereich einer Pulverschicht, um dieselbe zu einer verfestigte Schicht zu sintern oder zu schmelzen und (ii) eines Schrittes des Platzierens einer neuen Pulverschicht auf die verfestigte Schicht und Strahlen des Lichtstrahls auf einen spezifizierten Bereich der neuen Pulverschicht, um eine weitere verfestigte Schicht zu bilden, hergestellt (siehe z. B. japanische Patentoffenlegungsveröffentlichung Nummern H1-502890 und 2000-73108 ). In dem Fall, bei dem ein Metallpulver als das pulverförmige Material verwendet wird, kann der so gebildete dreidimensional geformte Gegenstand als eine Form zum Formen eines Kunststoffartikels verwendet werden. In dem Fall, dass ein Harzpulver als das pulverförmige Material verwendet wird, kann der derart hergestellte dreidimensional geformte Gegenstand als ein Kunststoffartikel verwendet werden. Dieses Herstellungsverfahren ermöglicht es, einen dreidimensional geformten Gegenstand mit komplexer Form innerhalb einer kurzen Zeitdauer herzustellen.
Um die Oxidation des dreidimensional geformten Gegenstandes zu verhindern, wird die Herstellung desselben innerhalb der Kammer ausgeführt, die in einer spezifizierten Schutzgasatmosphäre gehalten wird. Innerhalb der Kammer sind eine Pulverschichtbildungseinheit installiert, ein Formtisch, auf dem die Pulverschicht und/oder die verfestigte Schicht platziert werden usw. Eine Lichtstrahl-Abstrahleinheit ist außerhalb der Kammer installiert. Der Lichtstrahl, der von der Lichtstrahl-Abstrahleinheit emittiert wird, wird auf einen spezifizierten Bereich der Pulverschicht durch ein Lichtaustrittsfenster der Kammer gestrahlt. Zum Beispiel, wie den 1 und 13 entnommen werden kann, ist die Kammer 50 mit einem Lichtaustrittsfenster 52 versehen, durch welches der Lichtstrahl L in die Kammer 50 gestrahlt werden kann.
Wenn der Lichtstrahl auf eine Pulverschicht gestrahlt wird, um ein Pulver zu sintern oder zu schmelzen, werden qualmartige Substanzen aus dem Strahl-bestrahlten Bereich, wie in 1 gezeigt, erzeugt, die Rauch 60 genannt werden (z. B. ein Metalldampf oder ein Harzdampf). Der Rauch bewegt sich nach oben und schlägt sich auf das Lichtaustrittsfenster oder brennt dort ein, was die Lichtstrahldurchlässigkeit des Lichtaustrittsfensters verringern kann. Die Verringerung der Lichtstrahldurchlässigkeit macht es unmöglich, eine gewünschte verfestigte Schicht zu erhalten und einen beabsichtigt geformten Gegenstand herzustellen. In dem Fall, bei welchem eine Metallpulverschicht als die Pulverschicht verwendet wird, führt die verringerte Lichtstrahldurchlässigkeit zu einem Fehler bei der Stabilisierung des Sinterns oder dazu, dass eine Vergrößerung der Sinterdichte unmöglich wird. Dies wirft das Problem auf, dass der dreidimensional geformte Gegenstand eine Verringerung bei seiner Stärke zeigt.
Zusätzlich kann der Rauch direkt den Lichtstrahl nachteilig beeinflussen, der in die Kammer gestrahlt wird. Insbesondere kann der Rauch nach oben aufsteigen und manchmal den Lichtstrahlweg unterbrechen, wodurch die Einstrahlmenge des Lichtstrahls verringert wird (nämlich die Menge des Lichtstrahls, der auf die Pulverschicht gestrahlt wird). Mit anderen Worten besteht die Befürchtung, dass aufgrund der Unterbrechung des Lichtstrahlweges durch den nach oben aufsteigenden Rauch die Energiemenge des Lichtstrahls, die an die Pulverschicht geliefert wird, wesentlich kleiner als ein spezifizierter Wert sein kann.
Kurzfassung der Erfindung
Angesichts des Obigen stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines dreidimensional geformten Gegenstandes bereit, der ausgelegt ist, den Einfluss von Rauch so weit wie möglich zu unterdrücken.
In Übereinstimmung mit einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen eines dreidimensional geformten Gegenstandes bereitgestellt, aufweisend die Schritte:

(i) Bilden einer verfestigten Schicht durch Strahlen eines Lichtstrahles (z. B. eines gerichteten Energiestrahls, wie beispielsweise einen Laserstrahl oder dergleichen) auf einen spezifizierten Bereich einer Pulverschicht, die auf einen Formtisch platziert ist, um den spezifizierten Bereich zu sintern oder zu schmelzen;
(ii) Bilden einer weiteren verfestigten Schicht durch Platzieren einer neuen Pulverschicht auf die verfestigte Schicht, die so erhalten wurde, und Strahlen des Lichtstrahls auf einen spezifizierten Bereich der neuen Pulverschicht, um den spezifizierten Bereich der neuen Pulverschicht zu sintern oder zu schmelzen, und
(iii) Wiederholen des Schrittes (ii), um einen dreidimensional geformten Gegenstand herzustellen,

Bei dem Herstellungsverfahren der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, dass das Umgebungsgas durch einen Gasdurchgang des Formtisches abgelassen wird und wenigstens ein Teil des Rauches aus der Kammer abgesogen und entfernt wird.
Das vorliegende Herstellungsverfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass der Rauch aus dem Inneren der Kammer entfernt wird, ohne dass es dem Rauch gestattet wird nach oben aufzusteigen. Mit anderen Worten liegt eines der Merkmale des vorliegenden Herstellungsverfahrens darin, dass das Umgebungsgas, das unterhalb eines Raucherzeugungspunkts existiert, abgelassen wird. Der Ausdruck „Rauch”, der hierin verwendet wird, bedeutet qualmähnliche Substanzen (z. B. ein Metalldampf, der von einem Metallpulvermaterial stammt oder ein Harzdampf, der von einem Harzpulvermaterial stammt), erzeugt von der Pulverschicht und/oder der verfestigten Schicht auf die der Lichtstrahl eingestrahlt wird.
Der Ausdruck „Formtank”, der hierin verwendet wird, bedeutet im Wesentlichen einen Behälter, in dem der geformte Gegenstand hergestellt wird und bezeichnet z. B. einen Container, der einen Formtisch 20 und eine Tankwand 27 aufweist, die den Formtisch 20 umgebend vorgesehen ist, wie in 5 gezeigt ist.
Der Ausdruck „Gasdurchgang”, der hierin verwendet wird, bedeutet im Wesentlichen einen Gang (z. B. einen Öffnungsbereich), durch welchen das Umgebungsgas (insbesondere das Umgebungsgas, das den Rauch enthält) passieren kann. Der Ausdruck „Fluidverbindung”, der hierin verwendet wird, bedeutet im Wesentlichen einen Verbindungszustand, der es einer Flüssigkeit oder einem Gas ermöglicht, zu passieren.
Der Ausdruck „Pulverschicht”, der hierin verwendet wird, bezeichnet z. B. entweder eine Metallpulverschicht oder eine Harzpulverschicht. Der Ausdruck „spezifizierter Bereich einer Pulverschicht” bezieht sich im Wesentlichen auf einen Bereich, der einen herzustellenden dreidimensional geformten Gegenstand abgrenzt. Wenn ein Lichtstrahl auf das Pulver gestrahlt wird, das in dem spezifizierten Bereich vorhanden ist, wird das Pulver zu einem dreidimensional geformten Gegenstand gesintert oder geschmolzen. Der Ausdruck „verfestigte Schicht” bezeichnet im Wesentlichen eine gesinterte Schicht falls die Pulverschicht eine Metallpulverschicht ist und bezeichnet eine erstarrte Schicht falls die Pulverschicht eine Harzpulverschicht ist.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel werden die Pulverschicht und/oder die verfestigte Schicht auf einem Substrat gebildet, das auf dem Formtisch vorgesehen ist, und wenigstens ein Teil des Umgebungsgases wird abgelassen (z. B. abgesaugt und entfernt) durch einen Durchgang des Substrates. Mit anderen Worten wird der Rauch abgezogen und entfernt durch den Gasdurchgang des Formtisches und den Gasdurchgang des Substrats, wobei beide in Fluidverbindung miteinander stehen.
Das Umgebungsgas kann durch einen Gasdurchgang abgelassen werden, der in der verfestigten Schicht gebildet ist. Mit anderen Worten wird der Rauch durch den Gasdurchgang der verfestigten Schicht abgesogen und entfernt, den Gasdurchgang des Formtisches und den Gasdurchgang des Substrates, wobei alle diese in Fluidverbindung miteinander stehen. Der Gasdurchgang der verfestigten Schicht kann durch Steuerung des Lichtstrahls, der auf der Pulverschicht abgetastet wird, gebildet werden.
Die verfestigte Schicht kann einen porösen Bereich aufweisen, indem der Lichtstrahl gesteuert wird, wobei in dem Fall das Umgebungsgas durch den porösen Bereich der verfestigten Schicht abgelassen werden kann. Mit anderen Worten wird der Rauch durch den porösen Bereich der verfestigten Schicht abgesogen und entfernt, den Gasdurchgang des Formtisches und den Gasdurchgang des Substrats, wobei alle diese in Fluidverbindung miteinander stehen. Der poröse Bereich der verfestigten Schicht kann durch Steuerung der Energie des Lichtstrahles gebildet werden, der auf die Pulverschicht gestrahlt wird. In diesem Fall kann der poröse Bereich der verfestigten Schicht gebildet werden, um den Gasdurchgang des Substrates zu schließen. Mit anderen Worten kann der Bereich der verfestigten Schicht, der wenigstens in einem Teilbereich existiert, aber nicht der vollständige Bereich oberhalb des Gasdurchganges des Substrats, porös hergestellt werden.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel werden wenigstens zwei Gasdurchgänge in dem Substrat gebildet, wobei ein Gas in die Kammer durch einen der Gasdurchgänge geliefert wird, während wenigstens ein Teil des Umgebungsgases (vorzugsweise das Umgebungsgas, das Rauch enthält) durch den anderen abgelassen wird. In diesem Fall werden auch wenigstens zwei Gasdurchgänge in dem Formtisch gebildet und werden in Fluidverbindung mit den Gasdurchgängen des Substrats gebracht.
Bei dem Herstellungsverfahren der vorliegenden Erfindung kann das abgelassene Umgebungsgas (insbesondere das Umgebungsgas, das Rauch enthält) Gegenstand einer Staubsammelverarbeitung sein und dann zurück in die Kammer geleitet werden. Mit anderen Worten kann das Gas, aus dem der Rauch entfernt wird, als das Umgebungsgas bei dem selektiven Lasersintern oder Schmelzen wiederverwendet werden.
Die vorliegende Erfindung ist auch auf einen dreidimensional geformten Gegenstand gerichtet, der bei dem vorher genannten Herstellungsverfahren erhalten wird. Der dreidimensional geformte Gegenstand kann als eine Form verwendet werden und ist dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Teil der Gasdurchgänge, die in der verfestigten Schicht gebildet sind, als ein Kühlmediumdurchgang der Form verwendet werden (z. B. als ein Formtemperatursteuerwasserdurchgang). Mit anderen Worten können die Gasdurchgänge, die in der verfestigten Schicht gebildet sind, als Rauchdurchgänge während des Verlaufes der Herstellung des geformten Gegenstandes verwendet werden und als Kühlmediumdurchgänge nach der Herstellung des geformten Gegenstandes.
In Übereinstimmung mit einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zum Herstellen eines dreidimensional geformten Gegenstandes bereitgestellt, der bei der Ausführung des Herstellungsverfahrens, wie oben ausgeführt, verwendet werden kann. Die Vorrichtung zum Herstellen eines dreidimensional geformten Gegenstandes weist auf:
eine Pulverschichtbildungseinheit zum Bilden einer Pulverschicht;
eine Lichtstrahlabstrahleinheit zum Strahlen eines Lichtstrahles auf einen spezifizierten Bereich der Pulverschicht, um eine verfestigte Schicht zu bilden;
einen Formtisch, auf dem die Pulverschicht und/oder die verfestigte Schicht gebildet werden; und
eine Kammer zum Aufnehmen der Pulverschichtbildungseinheit und des Formtisches darin,
wobei der Formtisch mit wenigstens einem Gasdurchgang versehen ist, durch welchen ein Umgebungsgas aus der Kammer abgelassen oder in diese geliefert werden kann, wobei der Gasdurchgang mit einer Gasabsaugeinheit oder einer Gasliefereinheit durch eine Leitung verbunden ist.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist ein Substrat auf dem Formtisch angeordnet, wobei das Substrat mit wenigstens einem Gasdurchgang versehen ist, durch welchen das Umgebungsgas aus der Kammer abgelassen oder in diese geliefert werden kann. Der Gasdurchgang des Formtisches und der Gasdurchgang des Substrats stehen in Fluidverbindung miteinander. Mit anderen Worten wird das Umgebungsgas, das innerhalb der Kammer vorhanden ist, aus der Kammer durch den Gasdurchgang des Substrates und den Gasdurchgang des Formtisches abgelassen.
Mit der vorliegenden Erfindung kann der Rauch, der durch das Einstrahlen des Lichtstrahles erzeugt wird, effektiv aus der Kammer entfernt werden. Dies macht es möglich, zu verhindern, dass das Lichtaustrittsfenster der Kammer lichtundurchlässig wird. Mit anderen Worten ist es möglich, die Verringerung der Lichtdurchlässigkeit des Lichtstrahles, der in die Kammer gestrahlt wird, zu verhindern, was es möglich macht, eine gewünschte verfestigte Schicht zu erhalten. Insbesondere ist es möglich, zu verhindern, dass ein Fehlen beim Stabilisieren des Sinterns oder die Unfähigkeit auftritt, die Dichte eines gesinterten Bereiches zu vergrößern, was ansonsten auftreten würde, wenn die Pulverschicht eine Metallpulverschicht ist und die verfestigte Schicht eine gesinterte Schicht. Dies macht es möglich, die Stärke des dreidimensional geformten Objektes im Wesentlichen gleichförmig zu erhalten.
Mit der vorliegenden Erfindung wird der Rauch aus der Umgebung eines Raucherzeugungspunktes abgesogen und nach unten entfernt. Dies verhindert, dass der Rauch nach oben steigt. Daher existiert keine Möglichkeit, dass der Lichtstrahlweg durch den Rauch unterbrochen wird und dass die Einstrahlmenge des auf die Pulverschicht eingestrahlten Lichtstrahles verringert wird. Mit anderen Worten ist es möglich, die Verringerung der Lichtstrahlenergie zu verhindern, welche ansonsten durch die Aufwärtsbewegung des Rauches erzeugt werden würde. Zusätzlich wird der Rauch aus der Kammer entfernt, sobald er erzeugt wird. Folglich wird verhindert, dass der Schmutz, der von dem Rauch stammt, sich auf dem Innenwandbereich der Kammer niederschlägt. Dies stellt einen vorteilhaften Effekt bereit, indem die Kammer in den Vorzug einer verbesserten Instandhaltbarkeit kommt.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 ist eine perspektivische Ansicht, die schematisch einen Zustand des Rauches darstellt, der innerhalb einer Kammer durch die Einstrahlung eines Lichtstrahles erzeugt wird.
2 ist eine perspektivische Ansicht, die schematisch die Ausgestaltung einer kombinierten optischen Formgebungsmaschine zeigt, die bei dem Ausführen des selektiven Lasersinterns oder -schmelzens verwendet wird.
3 ist ein Ablaufschema, das den Betrieb der kombinierten optischen Formgebungsmaschine veranschaulicht.
Die 4A und 4B sind Teilansichten, die schematisch den Betrieb der kombinierten optischen Formgebungsmaschine zeigen.
5 ist eine schematische Ansicht, die konzeptionell die Merkmale der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
6 ist eine Teilansicht, die schematisch ein Beispiel zeigt, bei welchem die Gasdurchgänge in einem Formtisch gebildet sind.
7 ist eine Teilansicht, die schematisch ein Beispiel zeigt, bei welchem Gasdurchgänge in dem Formtisch eines Substrates gebildet sind.
8 ist eine Teilansicht, die schematisch ein Beispiel zeigt, bei welchem Gasdurchgänge in dem Formtisch, dem Substrat und in einer gesinterten Schicht gebildet sind.
9A ist eine Teilansicht, die schematisch ein Beispiel zeigt, bei welchem die Gasdurchgänge nahe der Oberfläche eines geformten Objektes geschlossen sind, und 9B ist eine Teilansicht, die schematisch ein Beispiel zeigt, bei welchem die Gasdurchgänge des geformten Gegenstands als ein Kühlmitteldurchgang einer Form verwendet werden.
10A ist eine Teilansicht, die schematisch ein Beispiel zeigt, bei welchem ein Gas durch poröse Bereiche der gesinterten Schicht abgelassen wird, und 10B ist eine Teilansicht, die schematisch ein Beispiel zeigt, bei welchem poröse Bereiche der verfestigten Schichten lokal gebildet werden, um Verschlüsse in den Gasdurchgängen des Substrats bereitzustellen.
11A bis 11C sind Teilansichten, die schematisch unterschiedliche Beispiele zeigen, bei welchen ein Gas durch poröse Bereiche der gesinterten Schichten abgelassen wird.
12A und 12B sind Teilansichten, die schematisch ein Beispiel zeigen, bei welchem ein Gas in die Kammer in der Umgebung der gesinterten Schicht geliefert wird.
13 zeigt eine schematische Ansicht, die die gesamte Ausgestaltung einer Herstellungsvorrichtung in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung zeigt.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung detailliert unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
(Selektives Lasersintern oder Schmelzen)
Zunächst wird als Voraussetzung für das vorliegende Herstellungsverfahren das selektive Lasersintern oder -schmelzen beschrieben. 2 zeigt die Ausgestaltung einer kombinierten optischen Formgebungsmaschine 1 zur Verwendung beim Ausführen des selektiven Lasersinterns oder -schmelzens. Die kombinierte optische Formgebungsmaschine 1 weist im Wesentlichen eine Pulverschichtbildungseinheit 2 zum Bilden einer Pulverschicht durch Verteilen eines Pulvers, wie beispielsweise eines Metallpulvers oder eines Harzpulvers, in einer spezifizierten Dicke auf, einen Formtisch 20 (siehe 4A und 4B), der vertikal bewegbar ist, indem ein Zylinder innerhalb eines Formtanks 29 betrieben wird, dessen äußerer Rand durch eine Wand 27 umgeben ist, eine Lichtstrahlabstrahleinheit 2 zum Strahlen eines Lichtstrahles L auf eine frei wählbare Position und eine Schneideinheit 4 zum Schneiden des äußeren Bereiches eines geformten Gegenstandes. Wie in den 4A und 4B gezeigt ist, weist die Pulverschichtbildungseinheit 2 hauptsächlich einen Pulverschicht 25 auf, der vertikal bewegbar ist, indem ein Zylinder innerhalb eines Pulvermaterialtanks 28 betrieben wird, dessen äußere Rand durch eine Wand 26 umgeben ist, ein Substrat 21, das auf dem Formtisch 20 angeordnet ist und als eine Basis für den geformten Gegenstand dient und eine Verdichtungsrakel 23 zum Bilden einer Pulverschicht 22 auf dem Substrat 21. Zurückkommend zu 2 weist die Lichtstrahlabstrahleinheit 3 hauptsächlich einen Lichtstrahloszillator 30 zum Erzeugen eines Lichtstrahles L auf (z. B. eines gerichteten Energiestrahls, wie beispielsweise einen Laserstrahl oder dergleichen) und einen Galvanospiegel 31 (oder ein optisches Abtastsystem) zum Abtasten des Lichtstrahles L auf der Pulverschicht 22. Falls nötig, kann die Lichtstrahlabstrahleinheit 3 weiter eine Strahlformkorrektureinheit aufweisen zum Korrigieren der Form eines Lichtstrahlflecks (nämlich eine Einheit, die z. B. ein Paar zylindrischer Linsen aufweist und einen Rotationstreiber, zum Rotieren der Linsen um die Achse des Lichtstrahles L) und eine fθ-Linse. Die Schneideinheit 4 weist hauptsächlich einen Messerkopf 40 zum Schneiden des äußeren Bereiches eines geformten Gegenstandes auf und eine XY-Antriebseinheit 41 zum Bewegen des Messerkopfes 40 in eine Schneidposition.
Der Betrieb der kombinierten optischen Formgebungsmaschine 1 wird nun detailliert unter Bezugnahme auf die 3, 4A und 4B beschrieben. 3 veranschaulicht den Betriebsablauf der kombinierten optischen Formgebungsmaschine 1 und die 4A und 4B zeigen schematisch den Betrieb der kombinierten optischen Formgebungsmaschine 1.
Der Arbeitsablauf der kombinierten optischen Formgebungsmaschine 1 weist im Wesentlichen einen Pulverschichtbildungsschritt (S1) zum Bilden einer Pulverschicht 22 auf, einen verfestigte-Schicht-Bildungsschritt (S2) zum Bilden einer verfestigten Schicht 24 durch Strahlen eines Lichtstrahles L auf einen spezifizierten Bereich der Pulverschicht 22 und einen Schneidschritt (S3) zum Schneiden einer Oberfläche eines geformten Gegenstandes. Bei dem Pulverschichtbildungsschritt (S1) wird der Formtisch 20 zunächst um Δt1 abgesenkt (S11). Dann wird der Pulvertisch 25 um Δt1 nach oben bewegt. Danach wird, wie in 4A gezeigt, die Verdichtungsrakel 23 in die Richtung bewegt, die durch einen Pfeil A angegeben ist, wodurch das Pulver, das auf dem Pulvertisch 25 platziert ist (z. B. ein Eisenpulver mit einer durchschnittlichen Partikelgröße von 5 μm bis 100 μm oder ein Pulver aus Nylon, Polypropylen oder ABS-Harz mit einer durchschnittlichen Partikelgröße von 30 μm bis 100 μm) auf das Substrat 21 übertragen (S12) und wird eingeebnet, um eine Pulverschicht 22 mit einer vorgegebenen Dicke Δt1 zu bilden (S13). Als Nächstes schreitet der Betriebsablauf weiter zu dem verfestigte-Schicht-Bildungsschritt (S2), bei welchem ein Lichtstrahl L (z. B. ein Kohlenstoffdioxidlaserstrahl oder ein ultravioletter Strahl) von dem Lichtstrahloszillator 30 erzeugt wird (S21) und auf einer frei wählbaren Position der Pulverschicht 22 durch die Verwendung des Galvanospiegels 31 abgetastet wird (S22). Folglich wird das Pulver geschmolzen und verfestigt, um eine verfestigte Schicht 24 zu bilden, die mit dem Substrat 21 verbunden ist (S23).
Der Pulverschichtbildungsschritt (S1) und der verfestigte-Schicht-Bildungsschritt (S2) werden solange wiederholt, bis die Dicke der verfestigten Schichten 24, die übereinander geschichtet sind, eine Zieldicke erreicht, die beispielsweise aus der Werkzeuglänge des Messerkopfes 40 berechnet wird (siehe 4B). Die neue aufgeschichtete verfestigte Schicht wird mit der vorher gebildeten unteren verfestigten Schicht bei dem Sinter- und Schmelzverfestigungsvorgang verbunden.
Falls die Dicke der verfestigten Schichten 24, die so übereinander geschichtet sind, gleich der Zieldicke wird (S24), schreitet der Betriebsablauf weiter zu dem Schneidschritt (S3), bei welchem der Messerkopf 40 betrieben wird (S31). Für einen Vorgang, bei welchem das Werkzeug (Kugelschaftfräser) des Messerkopfes 40 1 mm im Durchmesser ist und 3 mm in der effektiven Rakellänge, ist der Messerkopf 40 eingerichtet, eine Schneidarbeit in einer Tiefe von 3 mm auszuführen. Angenommen, dass Δt1 0,05 mm ist, wird der Messerkopf 40 zu dem Zeitpunkt angetrieben, wenn sechzig verfestigte Schichten gebildet wurden. Der Messerkopf 40 wird von der XY-Antriebseinheit 41 in den Richtungen bewegt, die von den Pfeilen X und Y angegeben sind, wodurch die Oberfläche eines geformten Gegenstandes geschnitten wird, des aus den geschichteten verfestigten Schichten 24 gebildet wird (S32). Wenn der Herstellungsvorgang eines dreidimensional geformten Gegenstandes noch nicht abgeschlossen ist (S33), geht der Betriebsablauf zurück zu dem Pulverschichtbildungsschritt (S1). Danach werden die Schritte S1 bis S3 wiederholt, um eine zusätzliche verfestigte Schicht 24 zu schichten, wodurch die Herstellung des dreidimensional geformten Gegenstandes abgeschlossen wird.
Der Strahlungsweg des Lichtstrahles L bei dem verfestigte-Schicht-Bildungsschritt (S2) und der Schneidweg bei dem Schneidschritt (S3) werden basierend auf den dreidimensionalen CAD-Daten voreingestellt. Zu diesem Zeitpunkt werden die Verarbeitungswege durch die Anwendung einer Konturarbeit vorgegeben. Bei dem verfestigte-Schicht-Bildungsschritt (S2) werden beispielsweise Konturformdaten der entsprechenden Querschnitte verwendet, die durch Schneiden, bei einem gleichen Abstand (z. B. bei einem Abstand von 0,05 mm, wenn das Δt1 0,05 mm ist), von STL-Daten erhalten werden, die aus einem dreidimensionalen CAD-Modell stammen.
(Herstellungsverfahren der vorliegenden Erfindung)
Das vorliegende Herstellungsverfahren wurde aus der Evakuierung einer Kammer bei dem vorher erwähnten selektiven Lasersintern oder -schmelzen abgeleitet. Mit anderen Worten ist die vorliegende Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass Umgebungsgas, das innerhalb einer Kammer 50 vorhanden ist, wie in 1 gezeigt, abgelassen wird. Beispiele für das Umgebungsgas schließen Schutzgase, wie beispielsweise Stickstoffgas und dergleichen, mit ein.
Bei dem Herstellungsverfahren der vorliegenden Erfindung wird wenigstens ein Teil des Umgebungsgases, das innerhalb der Kammer vorhanden ist, nach unten durch den Formtisch abgelassen, wie in 5 gesehen werden kann. Rauch kann aus der Kammer zusammen mit dem so abgeleiteten Umgebungsgas abgeleitet werden. Als ein spezifisches Beispiel kann in Betracht gezogen werden, dass Gasdurchgänge 20a (z. B. Öffnungsbereich) in dem Bereich des Formtisches um das Substrat 21 herum, wie in 6 gezeigt, gebildet sind. In diesem Fall kann der erzeugte Rauch nach unten aus der Kammer durch eine Pulverschicht 19 abgeleitet werden.
Wenn das Umgebungsgas durch die Gasdurchgänge in der oben angegebenen Art und Weise abgelassen wird, wird es möglich, eine Absaugeinheit zu betreiben, z. B. eine Absaugpumpe, die bezüglich der Gasdurchgänge vorgesehen ist (insbesondere eine Absaugpumpe in einer Leitung, die mit den Gasdurchgängen verbunden ist). Alternativ kann das Umgebungsgas aus den Gasdurchgängen unter Verwendung eines Druckunterschiedes abgeleitet werden, der erzeugt wird, wenn der Druck innerhalb der Kammer größer als der Umgebungsdruck um die Kammer herum gehalten wird (z. B. der Atmosphärendruck).
Die Flussrate des Umgebungsgases, das aus der Kammer abgeleitet wird, hängt von der Menge des erzeugten Rauches ab und kann z. B. um die 5 bis 100 SLM sein (wobei das SLM eine Einheit bezeichnet, bei der die Menge eines abgeleiteten Gases für 1 Minute in einem Standardgaszustand in Litern ausgedrückt ist). Es ist bevorzugt, dass das Umgebungsgas kontinuierlich abgelassen wird, um den Rauch so vollständig wie möglich zu entfernen. Falls notwendig, kann allerdings die Evakuierung für eine spezifizierte Zeitdauer ausgeführt werden. Mit anderen Worten kann die Evakuierung des Umgebungsgases zwischenzeitlich durchgeführt werden. In diesem Fall ist es bevorzugt, dass die Evakuierung des Umgebungsgases in Abhängigkeit von der Menge des erzeugten Rauches durchgeführt wird.
Zum Beispiel ist es bevorzugt, dass die Menge und die Konzentration des Rauches erkannt wird, indem ein Bild eines Bestrahlungszieles P1 (siehe 1) mit einer Kamera aufgenommen wird. Parameter, wie beispielsweise die Helligkeit des bestrahlten Zieles, das von der Kamera aufgenommen wurde und dergleichen, werden geändert, sobald die Rauchkonzentration in dem Umgebungsgas höher wird. Durch Verwenden dieser Parameter ist es möglich, die Zeitpunkte zu bestimmen, zu denen die Evakuierung des Umgebungsgases ausgeführt wird.
Obwohl die Größe der Gasdurchgänge von der Größe der Kammer abhängt, der Menge des Rauches, der Größe des geformten Gegenstandes usw., kann jeder der Gasdurchgänge einen Öffnungsdurchmesser Da von beispielsweise ungefähr 1 bis 30 mm haben (siehe 6). Die Anzahl der Gasdurchgänge hängt auch von der Größe der Kammer, der Menge des Rauches, der Größe des geformten Objektes usw. ab, und kann beispielsweise 1 bis 20 betragen. Dies gilt auch für die Gasdurchgänge des Substrates und der verfestigten Schicht und für den Fall des porösen Bereiches der verfestigten Schicht, welche später beschrieben werden. Die Querschnittsform jeder der Durchgänge (insbesondere die Querschnittsformen jedes des Gasdurchganges, entlang der horizontalen Richtung genommen) kann beispielsweise eine Kreisform, eine elliptische Form, eine polygonale Form oder andere Formen sein, wobei diese nicht besonders darauf eingeschränkt sind.
Die Gasdurchgänge des Formtisches können im Voraus vor dem Ausführen der vorliegenden Erfindung durch ein geeignetes Verfahren, wie beispielsweise Bohren oder Laserverarbeitung gebildet werden. Dies gilt auch für die Gasdurchgänge des Substrates, was später beschrieben werden wird. Eine Einheit (z. B. ein Filter), die es nur einem gasförmigen Material erlaubt, durch sie hindurch zu passieren, aber verhindert, dass ein festes Material durch sie hindurchpassiert, kann in dem Gasdurchgang so vorgesehen sein, dass das Pulver, das in einem Formtank enthalten ist (nämlich eine nicht gesinterte Metallpulverschicht oder eine ungehärtete Harzpulverschicht), nicht aus den Gasdurchgängen herausfallen sollte oder durch diese herausgesaugt werden sollte.
Das derart abgelassene Umgebungsgas (insbesondere das Umgebungsgas, das Rauch enthält) kann in die Kammer zurückgeführt werden, nachdem es durch eine Staubsammelverarbeitung gegangen ist. Dies macht es möglich, den Betrieb des Zuführens und des Ablassens des Umgebungsgases in und aus der Kammer kontinuierlich auszuführen. In dem Fall, bei dem ein kontinuierlicher Betrieb auf diese Art und Weise ausgeführt wird, wird Gebrauch von einer Staubsammelvorrichtung und einer Pumpe gemacht, die in einem Umlaufgang installiert ist.
Es kann in Betracht gezogen werden, viele andere Beispiele zu verwenden, bei welchen wenigstens ein Teil des Umgebungsgases nach unten durch den Formtank abgelassen wird. Diese anderen Beispiele werden hierin weiter unten beschrieben. Die folgende Beschreibung ist auf einen Vorgang gerichtet, bei welchem ein Metallpulver als das Pulver verwendet wird (nämlich eine Metallpulverschicht wird als die Pulverschicht verwendet) und die verfestigte Schicht ist eine gesinterte Schicht.
(Evakuierung durch die Gasdurchgänge des Substrats)
7 zeigt ein Beispiel, bei welchem die Evakuierung durch die Gasdurchgänge des Substrats ausgeführt wird. Wie gezeigt, sind dort Gasdurchgänge 21a (z. B. Öffnungsbereiche) in dem Substrat 21 zusätzlich zu den Gasdurchgängen 20a, die in dem Formtisch 20 gebildet sind, gebildet. Bei diesem Beispiel sind die Gasdurchgänge 20a des Formtisches und die Gasdurchgänge 21a des Substrats in Fluidverbindung miteinander. Das bedeutet, dass die Gasdurchgänge 20a des Formtisches im Wesentlichen in dem Bereich des Formtisches 20 gebildet sind, über welchem das Substrat 21 platziert ist. In diesem Beispiel wird der Rauch 60, der in dem Bestrahlungspunkt des Lichtstrahles L erzeugt wird, aus der Kammer durch die Metallpulverschicht 19 abgeleitet, die Gasdurchgänge 21a des Substrates 21 und die Gasdurchgänge 20a des Formtisches 20 abgeleitet. Dies stellt einen Vorteil insofern dar, da das Umgebungsgas aus dem Bereich abgeleitet werden kann, über dem das Substrat 21 angeordnet ist, wodurch es möglich wird, den Rauch in einer Position nahe des Raucherzeugungspunktes abzusaugen und zu entfernen. Das heißt, der Rauch kann aus der Kammer auf eine effektive Art und Weise entfernt werden.
(Evakuierung durch die Gasdurchgänge des Substrats und der gesinterten Schicht)
8 zeigt ein Beispiel, bei welchem die Evakuierung durch die Gasdurchgänge des Substrats und der gesinterte Schicht ausgeführt wird. Wie gezeigt, sind Gasdurchgänge 24a (z. B. Öffnungsbereiche) in den gesinterten Schichten 24, d. h. in dem Bereich des geformten Gegenstandes, zusätzlich zu den Gasdurchgängen 20a und 21a gebildet, die in dem Formtisch 20 und dem das Substrat 21 gebildet sind. Bei diesem Beispiel sind die Gasdurchgänge 20a des Formtisches 20, die Gasdurchgänge 21a des Substrats 21 und die Gasdurchgänge 24a der gesinterten Schichten 24 in Fluidverbindung miteinander. Dies bedeutet, dass die Gasdurchgänge 20a des Formtisches 20 in dem Bereich des Formtisches 20 gebildet sind, über dem das Substrat 21 platziert wird und dass die Gasdurchgänge 24a der gesinterten Schichten 24 in Ausrichtung mit den Gasdurchgängen 20a und 21a des Formtisches 20 und des Substrates 21 gebildet sind. Die Gasdurchgänge 24a der gesinterten Schichten 24 können durch Steuerung des Lichtstrahles gebildet werden, der auf die Metallpulverschicht gestrahlt wird. Zum Beispiel können die Gasdurchgänge 24a gebildet werden, indem der Lichtstrahl nicht auf den Pulverschichtbereich gestrahlt wird, der den Gasdurchgängen 24a entspricht, sondern indem der Lichtstrahl auf den übrig bleibenden Bereich gestrahlt wird und das Metallpulver gesintert wird. Bei dem in 8 gezeigten Beispiel wird der Rauch 60 nach unten aus der Kammer durch die Gasdurchgänge 24a der gesinterten Schichten 24 abgeleitet, die Gasdurchgänge 21a des Substrats 21 und die Gasdurchgänge 20a des Formtisches 20. Dies stellt einen Vorteil dar, indem das Umgebungsgas von der Oberfläche der Metallpulverschicht oder der gesinterten Schicht abgeleitet werden kann, wodurch es möglich wird, den Rauch aus der Kammer auf eine effektive Art und Weise zu entfernen. Insbesondere kann das Umgebungsgas aus dem Bereich gelassen werden, der sich gerade nahe dem Raucherzeugungspunkt befindet, wodurch es möglich wird, den Rauch schnell zu entfernen, bevor er nach oben diffundiert.
In diesem Fall sind Filter 201 in den Gasdurchgängen 20a vorgesehen, die es nur einem gasförmigen Material erlauben, durch sie hindurch zu passieren, aber ein festes Material daran hindern durch sie hindurch zu passieren, so dass das nicht gesinterte Pulver nicht durch die Gasdurchgänge 20a fallen sollte oder durch es abgesaugt werden sollte.
Es ist bevorzugt, dass die Gasdurchgänge 24a der gesinterten Schichten 24 zum Schluss geschlossen werden, wie in 9A gezeigt ist, so dass diese nicht auf der Oberfläche 24c des geformten Gegenstandes erscheinen sollten. Dies macht es möglich, den geformten Gegenstand 24' in geeigneter Art und Weise als eine Form zu verwenden. In dem Fall, dass die Gasdurchgänge 24a als Löcher für die Aufnahme von KO-Stiften oder knock-out-Stiften verwendet werden, besteht kein Bedarf, die Gasdurchgänge 24a zu schließen. Mit anderen Worten können die Gasdurchgänge 24a auf der Oberfläche 24c des geformten Gegenstandes erscheinen.
Wie in 9B gezeigt ist, können die Gasdurchgänge 24a des geformten Gegenstandes 24' als ein Kühlmitteldurchgang verwendet werden (z. B. eine Formtemperatursteuer-Wasserleitung). Mit anderen Worten können die Gasdurchgänge der gesinterten Schichten als ein Durchgang für das Umgebungsgas (Rauch) während des Verlaufes der Herstellung des geformten Gegenstandes verwendet werden und als ein Kühlmitteldurchgang nach der Herstellung des geformten Gegenstandes. Dies macht es möglich, einen gewünschten Effekt während des Verlaufes der Herstellung des geformten Gegenstandes zu erhalten und nach Herstellung des geformten Gegenstandes.
(Evakuierung durch poröse Bereiche der gesinterten Schicht)
Dies ist auf ein Beispiel gerichtet, bei welchem, wie in 10A gezeigt ist, das in der Kammer vorhandene Umgebungsgas durch poröse Bereiche 24b der gesinterten Schichten 24 abgelassen wird. Wie gezeigt, stehen die porösen Bereiche 24b der gesinterten Schichten 24 in Fluidverbindung mit den Gasdurchgängen 20a des Formtisches und den Gasdurchgängen 21a des Substrats 21. Die porösen Bereiche 24b (nämlich der grob-gesinterte Bereich) der gesinterten Schichten 24 kann durch Steuerung der Einstrahlbedingungen des Lichtstrahles L gebildet werden. Zum Beispiel wird ein Lichtstrahl mit niedriger Ausgangsenergie auf die Pulverschichtbereich gestrahlt, der den porösen Bereichen 24b entspricht, um dadurch die Sinterdichte an diesem Bereich zu verringern (um beispielsweise ungefähr 40% bis 90%). Ein Lichtstrahl mit spezifizierter Intensität wird auf den verbleibenden Bereich gestrahlt, um einen gesinterten Bereich zu bilden. Die porösen Bereiche 24b können nicht nur durch (a) Verringerung der Ausgangsenergie des Lichtstrahls gebildet werden, sondern auch durch (b) Vergrößerung der Abtastgeschwindigkeit des Lichtstrahls, (c) Verbreitern des Abtastabstandes des Lichtstrahles oder (d) Vergrößerung des Sammeldurchmessers des Lichtstrahls. Die Techniken (a) bis (d) können unabhängig voneinander oder in Kombination ausgeführt werden. Im Falle von Technik (a) kann die Sinterdichte ungefähr gleich 70 bis 80% sein, indem ein Lichtstrahl eingestrahlt wird, dessen Energiedichte ungefähr 2 bis 3 J/mm² beträgt. Bei dem Beispiel, bei welchem die porösen Bereiche der gesinterten Schichten gebildet werden, kann der Rauch 60 aus der Kammer durch die porösen Bereiche 24b der gesinterten Schichten 24 abgeleitet werden, die Gasdurchgänge 21a des Substrats 21 und die Gasdurchgängen 20a des Formtisches 20. Dies stellt einen Vorteil dar, indem das Umgebungsgas von der Oberfläche der Metallpulverschicht oder der gesinterten Schicht abgeleitet werden kann (den porösen Bereichen) abgeleitet werden kann, wodurch es möglich wird, den Rauch aus der Kammer auf eine effektive Art und Weise zu entfernen. Insbesondere kann das Umgebungsgas schnell aus dem Bereich abgelassen werden, der nahe dem Raucherzeugungspunkt liegt, wodurch es möglich wird, den Rauch zu entfernen, bevor er nach oben diffundiert. Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass die porösen Bereiche der gesinterten Schichten 24 dazu dienen, zu verhindern, dass nicht-gesintertes Pulver nach unten fällt. In dem Fall, bei dem poröse Bereiche 24b der gesinterten Schichten 24, die in 10A gezeigt sind, in dem geformten Gegenstand vorhanden sind, kann der derart erhaltene Gegenstand vorteilhafterweise als eine Form verwendet werden. Insbesondere ist es typisch, dass eine unzureichende Füllung eines Harzes auftritt, wenn die Luft, die in einem Hohlraum vorhanden ist und das Gas, das in dem Hohlraum erzeugt wird, nicht austreten können, wenn ein geschmolzenes Harz in eine Form eingespritzt wird. Zusätzlich werden die Luft und das Gas unter Druck abnormal aufgeheizt, was konsequenterweise zum Verbrennen eines harzgeformten Gegenstandes führt. Bei dem Fall, bei dem der geformte Gegenstand, der in 10A gezeigt ist, als eine Form verwendet wird, dienen die porösen Bereiche 24b der gesinterten Schichten 24 als Gasentweichungswege. Dies macht es möglich, einen gewünschten harzgeformten Gegenstand zu erhalten.
Vom Standpunkt des Verhinderns des Herausfallens des Metallpulvers können die porösen Bereiche 24b der gesinterten Schichten in einer Form, wie in 10B gezeigt ist, gebildet werden. Mit anderen Worten können die porösen Bereiche 24b der gesinterten Schichten lokal gebildet werden, um Verschlüsse in den Gasdurchgängen 21a des Substrates 21 vorzusehen. Dies macht es möglich, zuverlässig zu verhindern, dass Metallpulver, das oberhalb der porösen Bereiche geliefert wird, herausfällt.
Es kann in Betracht gezogen werden, viele andere Beispiele zu verwenden, bei welchen die Evakuierung durch die porösen Bereiche der gesinterten Schichten 24 ausgeführt wird. Zum Beispiel ist es denkbar, die in 11A bis 11C gezeigten Beispiele zu verwenden. 11A zeigt ein Beispiel, bei welchem die Gasdurchgänge 21a des Substrates 21, die unterhalb der porösen Bereiche 24b der gesinterten Schichten 24 liegen, in einer gekrümmten Form gebildet werden. Bei dem veranschaulichten Beispiel können die Gasdurchgänge 21a mit gekrümmter Form zuverlässig verhindern, dass das Metallpulver nach unten fällt. Die 11B und 11C sind auf Beispiele gerichtet, bei welchen die Gasdurchgänge 21a des Substrates 21, die in Fluidverbindung mit den porösen Bereichen 24b der gesinterten Schichten stehen, miteinander so verbunden sind, dass sie einen einzelnen Durchgang bereitstellen. Folglich können die Gasdurchgänge 21a des Substrates 21, die zu dem Formtisch 20 führen, zu einem einzelnen Durchgang zusammengeführt werden, unabhängig von der Anzahl und der Position der porösen Bereiche 24b der gesinterten Schichten 24. Mit anderen Worten können die Position und/oder die Anzahl der porösen Bereiche 24b frei gewählt und frei gesetzt werden, indem nur die Form der Gasdurchgänge des Substrats geändert wird. Bei dem in 11B gezeigten Beispiel sind die Gasdurchgänge 21a des Substrats 21 und die Gasdurchgänge 20a des Formtisches 20 miteinander durch eine Röhre 53 verbunden. Das Umgebungsgas wird aus dem Bereich des Formtisches 20 gesaugt und entfernt, über dem das Substrat 21 nicht platziert ist. Bei dem in 11C gezeigten Beispiel wird das Umgebungsgas aus dem Bereich des Formtisches 20 gesaugt und entfernt, über dem das Substrat 21 platziert ist (wie gezeigt ist, kann der Evakuierungsweg durch Bereitstellen z. B. eines Anschlussgliedes 24 zu dem Gasdurchgang 21a des Substrates 21 verändert werden). Wie den 11B und 11C entnommen werden kann, kann das Umgebungsgas in Abhängigkeit der Art des Gasdurchganges des Substrats aus einem gewünschten Punkt abgelassen werden.
(Evakuierung in Kombination mit der Gaslieferung)
Die 12A und 12B sind auf Beispiele gerichtet, bei welchen die Lieferung des Gases in die Kammer nahe der gesinterten Schichten ausgeführt wird, so dass der Rauch 60 zuverlässig zu den Gasdurchgängen geführt werden kann. Wie gezeigt, wird die Gaslieferung ausgeführt, um sicherzustellen, dass der Rauch 60 zu den Gasdurchgängen über eine kürzeste mögliche Distanz geleitet wird. Dies macht es möglich, den Rauch aus der Kammer zu entfernen, während die Aufwärtsbewegung des Rauches soweit wie möglich unterdrückt wird. Bei dem Beispiel, das in 12A gezeigt ist, wird das Umgebungsgas durch die Gasdurchgänge 20a, 21a und 24a geliefert, die auf einer Seite gebildet sind, und das Umgebungsgas, das Rauch enthält, wird durch die Gasdurchgänge 20a', 21a' und 24a' abgesaugt und entfernt, die auf der anderen Seite gebildet sind. Wenn die Lieferung des Gases und das Absaugentfernen derselben kontinuierlich auf diese Art und Weise ausgeführt werden, fließt die ganze Zeit ein Schutzgas nahe der Oberfläche der Metallpulverschicht und/oder der gesinterten Schicht. Dies erzeugt einen sogenannten Schutzschild. Als Ergebnis wird es möglich, die Oxidation der gesinterten Schicht effektiv zu verhindern, wodurch ein Effekt der Verbesserung der Qualität eines geformten Gegenstandes bereitgestellt wird.
(Herstellungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung)
Als Nächstes wird eine Vorrichtung beschrieben, die zur Ausführung des Herstellungsverfahrens der vorliegenden Erfindung ausgelegt ist. (Die Beschreibung bezieht sich auf ein Beispiel der Vorrichtung, bei welchem ein Metallpulver als das Pulver verwendet wird und die verfestigte Schicht eine gesinterte Schicht ist).
Wie in den 1, 2 und 13 gezeigt ist, weist die vorliegende Vorrichtung eine Pulverschichtbildungseinheit 2 zum Bilden einer Metallpulverschicht auf, eine Lichtstrahlabstrahleinheit 3 zum Strahlen eines Lichtstrahles L auf einen spezifizierten Bereich der Metallpulverschicht 22, um eine gesinterte Schicht zu bilden, einen Formtisch 20, auf dem die Metallpulverschicht und/oder die verfestigte Schicht gebildet werden, und eine Kammer 50 zum Aufnehmen der Pulverschichtbildungseinheit 2 und des Formtisches 20 darin. Der Formtisch 20 ist mit Gasdurchgängen 20a versehen, durch welche ein Umgebungsgas aus der Kammer 50 abgeleitet und in diese geliefert wird. Die Gasdurchgänge 20a sind mit einer Absaugpumpe 57 oder einer Zuführpumpe 58 durch eine Leitung 55 verbunden. Bei dieser Herstellungsvorrichtung sind die Gasdurchgänge 20a des Formtisches 20 mit der Absaugpumpe 57 verbunden (z. B. ein Absaugventilator), wie in 13 gesehen werden kann. Folglich kann wenigstens ein Teil des Umgebungsgases, das innerhalb der Kammer 50 vorhanden ist, nach unten durch den Formtisch 20 abgelassen werden. Da die Pulverschichtbildungseinheit 2, der Formtisch 20, die Lichtstrahlabstrahleinheit 3 und die Kammer 50 sowie der Betrieb der vorliegende Herstellungsvorrichtung bereits in Verbindung mit dem selektiven Lasersintern oder -schmelzen beschrieben wurden, wird in dieser Hinsicht keine Beschreibung vorgenommen, um Wiederholungen zu vermeiden.
Bei einem Beispiel, bei welchem das Substrat auf dem Formtisch 20 vorgesehen ist, sind die Gasdurchgänge 21a, durch welche ein Umgebungsgas aus und in die Kammer 50 abgeleitet und geliefert wird, in dem Substrat 21 gebildet. In diesem Fall stehen die Gasdurchgänge 20a des Formtisches 20 und die Gasdurchgänge 21a des Substrates 21 in Fluidverbindung miteinander (siehe z. B. 7 und 13).
Vorzugsweise ist eine Staubsammelvorrichtung 70 in der Leitung 55 vorgesehen, die mit den Gasdurchgängen 20a des Formtisches 20 verbunden ist (siehe 13). Dies macht es möglich, das abgeleitete Umgebungsgas zurück in die Kammer 50 zu liefern, nachdem es Gegenstand einer Staubsammelverarbeitung war. Durch das Ausführen der Gasreinigung, wie beispielsweise Staubsammeln oder dergleichen, wird es möglich, das Gasliefer- und den Ableitvorgang kontinuierlich auszuführen und den Rauch aus der Kammer kontinuierlich zu entfernen. Die Staubsammelvorrichtung 70 kann z. B. einen Filter aufweisen, der dazu dient, zu verhindern, dass der Rauch (und das verstreute oder abgeleitete Metallpulver) dort hindurchpassieren. Jede Art von Filter kann verwendet werden, soweit er in der Lage ist, den Rauch und das Metallpulver aufzufangen. Zum Beispiel kann ein Labyrinth-Typ-Filter verwendet werden. Alternativ kann das Staubsammeln durch Verwenden einer Zentrifugalkraft ausgeführt werden (Mit anderen Worten, kann es möglich sein, einen Zentrifugalstaubsammler, wie beispielsweise einen Zyklonabscheider oder dergleichen, zu verwenden). Bei dem Fall, bei dem das Pulver ein metallisches ist, kann der Rauch einen Metalldampf enthalten. Bei diesem Fall kann das Staubsammeln durch Verwenden einer Staubsammeleinheit, wie beispielsweise eines Magneten oder dergleichen, ausgeführt werden.
Während bestimmte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung hierin beschrieben wurden, sind diese nicht mehr als eine Veranschaulichung von typischen Beispielen, die in den Schutzbereich der vorliegenden Erfindung fallen. Daher soll die vorliegende Erfindung nicht auf die vorangegangenen Ausführungsbeispiele beschränkt sein. Für den Fachmann ist es offensichtlich, dass viele Änderungen und Abwandlungen vorgenommen werden können, ohne den Schutzbereich der Erfindung zu verlassen.
Zum Beispiel, obwohl die hierin oben vorgenommene Beschreibung in erster Linie auf eine Anordnung gerichtet ist, bei welcher die Gasdurchgänge in dem Formtisch 20 gebildet sind (siehe 6), soll die vorliegende Erfindung nicht auf diese Anordnung beschränkt sein. Als ein alternatives Beispiel kann der Wandbereich des Formtankes (der Bereich, der durch das Bezugszeichen „27” in 6 bezeichnet ist) mit Gasdurchgängen versehen sein, durch welche das Umgebungsgas aus der Kammer abgeleitet werden kann.
Obwohl die vorangegangene Beschreibung in erster Linie auf ein Beispiel gerichtet ist, bei welchem die Pulverschicht eine Metallpulverschicht und die verfestigte Schicht eine gesinterte Schicht ist, wird der Fachmann einfach verstehen, dass dieselben Merkmale und Wirkungen bereitgestellt werden können, selbst dann, wenn die Pulverschicht eine Harzpulverschicht und die verfestigte Schicht eine erstarrte Schicht ist.
Gewerbliche Anwendbarkeit
Verschiedene Arten von Gegenständen können durch das Ausführen des vorliegenden Verfahrens zum Herstellen eines dreidimensional geformten Gegenstandes hergestellt werden. Es kann, falls die Pulverschicht eine Metallpulverschicht ist und die verfestigte Schicht eine gesinterte Schicht ist, der so hergestellte dreidimensionale geformte Gegenstand als eine Form verwendet werden, wie beispielsweise eine Form für das Spritzgießen von Kunststoff, eine Pressform, eine Druckgussform, eine Gießform, eine Schmiedeform oder dergleichen. Falls die Pulverschicht eine Harzpulverschicht ist und die verfestigte Schicht eine erstarrte Schicht, kann der derart hergestellte dreidimensional geformte Gegenstand als ein harzgeformter Artikel verwendet werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- JP 1-502890 [0002]
- JP 2000-73108 [0002]

Claims

Verfahren zum Herstellen eines dreidimensional geformten Gegenstandes, umfassend die Schritte: (i) Bilden einer verfestigten Schicht (24) durch Strahlen eines Lichtstrahles (L) auf einen spezifizierten Bereich einer Pulverschicht (22), die auf einem Formtisch (20) platziert ist, um den spezifizierten Bereich zu sintern oder zu schmelzen; (ii) Bilden einer weiteren verfestigten Schicht (24) durch Platzieren einer neuen Pulverschicht (22) auf die derart erhaltene verfestigten Schicht, und Strahlen des Lichtstrahles (L) auf einen spezifizierten Bereich der neuen Pulverschicht, um den spezifizierten Bereich der neuen Pulverschicht zu sintern oder zu schmelzen; und (iii) Wiederholen des Schrittes (ii), um einen dreidimensional geformten Gegenstand herzustellen, wobei, wenn die Schritte (i) bis (iii) innerhalb einer Kammer (50) ausgeführt werden, wenigstens ein Teil eines Umgebungsgases in der Kammer (50) aus der Kammer (50) durch einen Gasdurchgang eines Formtankes (29) abgelassen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem, durch das Ablassen des Umgebungsgases, wenigstens ein Teil von Rauch (60), der durch das Strahlen des Lichtstrahles (L) erzeugt wird, aus der Kammer (50) durch den Gasdurchgang des Formtankes (29) entfernt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei wenigstens ein Teil des Umgebungsgases aus der Kammer (50) durch den Formtisch (20) entfernt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, bei welchem die Pulverschicht (22) und/oder die verfestigte Schicht (24) auf einem Substrat (21) gebildet werden, das auf dem Formtisch (20) vorgesehen ist, und wenigstens ein Teil des Umgebungsgases aus der Kammer (50) durch einen Gasdurchgang (20a, 20a') des Formtisches und den Gasdurchgang des Formtanks entfernt wird.
Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, bei welchem wenigstens ein Teil des Umgebungsgases aus der Kammer durch einen Gasdurchgang der verfestigten Schicht entfernt wird, dem Gasdurchgang des Formtisches und dem Gasdurchgang des Formtanks.
Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, bei welchem die verfestigte Schicht (24) einen porös gesinterten Bereich (24b) aufweist, und wenigstens ein Teil des Umgebungsgases aus der Kammer (50) durch den porös gesinterten Bereich (24b) der verfestigten Schicht (24) entfernt wird, dem Gasdurchgang (20a, 20a') des Formtisches und dem Gasdurchgang des Formtanks.
Verfahren nach Anspruch 6, bei welchem der porös gesinterte Bereich (24b) der verfestigten Schicht als ein Verschluss in dem Gasdurchgang (21a) des Substrats (21) dient.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 7, über welchem die Anzahl der Gasdurchgänge (21a) des Substrats (21) zwei oder mehr beträgt, und ein Gas in die Kammer (50) durch einen der Gasdurchgänge (21a) geliefert wird, während wenigstens ein Teil des Umgebungsgases durch den anderen abgelassen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei welchem das abgelassene Umgebungsgas Gegenstand einer Staubsammelverarbeitung ist und dann in die Kammer (50) zurückgeführt wird.
Dreidimensional geformter Gegenstand, der durch das Verfahren nach Anspruch 5 erhalten wird, wobei der dreidimensional geformte Gegenstand als eine Form verwendet wird und wenigstens ein Teil des Gasdurchganges (24a) der verfestigten Schicht (24) als ein Kühlmittelgang der Form verwendet wird.
Vorrichtung zum Herstellen eines dreidimensional geformten Gegenstandes, umfassend: eine Pulverschichtbildungseinheit (2) zum Bilden einer Pulverschicht (22); eine Lichtstrahlabstrahleinheit (3) zum Strahlen eines Lichtstrahles (L) auf einen spezifizierten Bereich der Pulverschicht (22), um eine verfestigte Schicht (24) zu bilden; einen Formtisch (20), auf welchem die Pulverschicht (22) und/oder die verfestigte Schicht (24) gebildet werden; und eine Kammer (50) zum Aufnehmen der Pulverschichtbildungseinheit (2) und des Formtisches (20) darin, wobei der Formtisch (20) mit wenigstens einem Gasdurchgang (20a, 20a') versehen ist, durch welchen ein Umgebungsgas aus der Kammer (50) abgelassen wird oder in die Kammer (50) geliefert wird, wobei der Gasdurchgang (20a, 20a') mit einer Gasabsaugeinheit oder einer Gasliefereinheit verbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 11, bei welcher ein Substrat (21) auf dem Formtisch (20) vorgesehen ist und das Substrat (21) mit wenigstens einem Gasdurchgang (21a) versehen ist, durch welchen das Umgebungsgas aus oder in die Kammer (50) abgelassen oder geliefert wird, wobei der Gasdurchgang (21a) des Substrats (21) in Fluidverbindung mit dem Gasdurchgang (21a) des Substrates (21) ist.