DE102013226670A1

DE102013226670A1 - Bauvorrichtung für ein dreidimensionales objekt und verfahren zum bauen eines dreidimensionalen objekts

Info

Publication number: DE102013226670A1
Application number: DE102013226670.7A
Authority: DE
Inventors: Takaharu Echigo; Akio Shimoda; Keisuke Takahashi; Kazunori Kawai; Tadashi Yoshida
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2012-12-25
Filing date: 2013-12-19
Publication date: 2014-06-26
Also published as: US10384395B2; US20140175708A1; JP2014125643A; US9731450B2; US20170297110A1

Abstract

Die Bauvorrichtung für ein dreidimensionales Objekt (1) enthält eine Pulveraustrageeinheit (3), die Pulver auf einen Objektbaubereich (P1) austrägt, eine Pulverabflachungsvorrichtung (4), die das von der Pulveraustrageeinheit (3) ausgetragene Pulver abflacht, um eine Pulverschicht (13) zu bilden, sowie eine Lichtabstrahlungseinheit (5), die oberhalb des Objektbauteils (P1) angeordnet ist und einen Lichtstrahl (L) auf die Pulverschicht (13) abstrahlt, um das Pulver zu sintern oder festzuschmelzen, um ein Objekt zu bauen. Die Bauvorrichtung für ein dreidimensionales Objekt (1) enthält ferner einen Überführungsmechanismus (6), der eine Lichtabstrahlungseinheit (5) in dreidimensionalen Richtungen bewegt, und eine Abschirmung (7), die sich integriert mit der Lichtabstrahlungseinheit (5) bewegt und einen Raum oberhalb eines Bereichs der Pulverschicht, der kleiner ist als der Objektbaubereich (P1), um den Lichtstrahl (L) herum umgibt. Die Pulveraustrageeinheit (3) und die Pulverabflachungsvorrichtung (4) bewegen sich integriert mit der Lichtabstrahlungseinheit (5).

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Bauvorrichtung für ein dreidimensionales Objekt und ein Verfahren zum Bauen eines dreidimensionalen Objekts, worin ein Objekt durch Sintern eines Pulvers mit einem Lichtstrahl gebaut wird.
TECHNISCHER HINTERGRUND
In einer herkömmliche Bauvorrichtung für ein dreidimensionales Objekt (SLM-(Selektiven Laser-Schmelz)-Vorrichtung), wie zum Beispiel aus dem Patentdokument 1 bekannt, wird ein Scanner zum Abstrahlen eines Laserstrahls oberhalb des Objektbautischs (der Werkstückplattform in Patentdokument 1) vorgesehen, auf dem ein Objekt steht. Um die Abmessung des zu bauenden Objekts zu vergrößern, ist ein Scanner allgemein auf einer X-Y-Antriebsachsvorrichtung, wie etwa einer Portalbrücke (der Kreuzgleitlagerung in Patentdokument 1), so befestigt, dass er in X- und Y-Achsrichtungen bewegbar ist.
[Herkömmliches technisches Dokument]
[Patentdokument]

[Patentdokument 1] Japanische Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift Nr. 2004-516166 (entsprechend WO 2002/036330 )

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Technisches Problem
Die Technik von Patentdokument 1 verlängert die Zeit zur Durchführung eines Pulveraustrageprozesses und eines Pulverglättungsprozesses und tendiert daher danach, die Zykluszeit des Objektbaus zu verlängern. Weil darüber hinaus die Vorrichtung derart konfiguriert ist, dass die gesamte Kammer (der Raum) für den Objektbau oberhalb des Objektbautischs mit einer Inertgas-Atmosphäre gefüllt wird, nimmt die Verbrauchsmenge des Inertgases zu, und die Kosten für den Objektbau nehmen tendenziell zu.
Die vorliegende Erfindung ist zur Lösung des obigen Problems durchgeführt worden, und der Zweck ist es, eine Bauvorrichtung für ein dreidimensionales Objekt und ein Verfahren zum Bauen eines dreidimensionalen Objekts anzugeben, welche die Objektbau-Zykluszeit erfolgreich verkürzen und die Verbrauchsmenge an Umgebungsgas, wie etwa Inertgas, reduzieren können.
Lösung für das Problem
Zur Lösung des obigen Problems ist die vorliegende Erfindung eine Bauvorrichtung für ein dreidimensionales Objekt, welche aufweist: eine Pulveraustrageeinheit, die Pulver auf einen Objektbaubereich austrägt; eine Pulverabflachungsvorrichtung, die das von der Pulveraustrageeinheit ausgetragene Pulver abflacht, um eine Pulverschicht auszubilden; eine Lichtabstrahlungseinheit, die oberhalb des Objektbaubereichs angeordnet ist und einen Lichtstrahl auf die Pulverschicht abstrahlt, um das Pulver zu sintern oder festzuschmelzen, um ein Objekt zu bauen; einen Überführungsmechanismus, der die Lichtabstrahlungseinheit in dreidimensionalen Richtungen bewegt; eine Abdeckung, die sich integral mit der Lichtabstrahlungseinheit bewegt und einen Raum oberhalb eines Bereichs der Pulverschicht, der kleiner ist als der Objektbaubereich, um eine Abstrahlung des Lichtstrahls herum umgibt; und worin sich die Pulveraustrageeinheit und die Pulverabflachungsvorrichtung integral mit der Lichtabstrahlungseinheit bewegen.
Gemäß dieser Bauvorrichtung für ein dreidimensionales Objekt erreicht man die nachfolgend beschriebenen Vorteile.

(1) Die Abmessung des zu bauenden Objekts kann leicht bis zum dreidimensionalen Bewegungsbereich des Überführungsmechanismus vergrößert werden, der die Lichtabstrahlungseinheit erhält.
(2) Die Zykluszeit des Objektbaus kann verkürzt werden, weil die Pulveraustrageeinheit und die Pulverabflachungsvorrichtung integral mit der Lichtabstrahlungseinheit konfiguriert sind, so dass während der Bewegung der Lichtabstrahlungseinheit eine Pulverschicht ausgebildet werden kann.
(3) Die Vorrichtung kann kompakt konfiguriert werden, weil die Pulveraustrageeinheit und die Pulverabflachungsvorrichtung integral mit der Lichtabstrahlungseinheit konfiguriert sind, so dass Antriebsquellen für den jeweiligen Betrieb der Pulveraustrageeinheit und der Pulverabflachungsvorrichtung unnötig werden.
(4) Die Verbrauchsmenge des Umgebungsgases kann reduziert werden, weil das Umgebungsgas nur zur Innenseite der Abdeckung zugeführt wird, die die Pulverschicht bedeckt, deren Fläche kleiner ist als die Objektbaubereich.
(5) Da die Lichtabstrahlungseinheit integral mit der Pulveraustrageeinheit und der Pulverabflachungsvorrichtung konfiguriert ist, wird die Dimensionspräzision zwischen der Lichtabstrahlungseinheit und der Oberfläche einer Pulverschicht verbessert, die durch die Pulveraustrageeinheit und die Pulverabflachungsvorrichtung gebildet wird. Dementsprechend wird der Brennpunkt eines Lichtstrahls an der Pulverschicht stabil, und wird durch die Präzision des Objektsbaus verbessert.
(6) Die Zykluszeit des Objektbaus kann weiter verkürzt werden, weil das Objekt durch Abstrahlen eines Lichtstrahls gebaut werden kann, während die Lichtabstrahlungseinheit durch den Überführungsmechanismus verbraucht wird.

Darüber hinaus kann die Vorrichtung derart konfiguriert sein, dass die Pulveraustrageeinheit und die Pulverabflachungsvorrichtung an einer Seite der Abdeckung angeordnet sind, die in eine Vorwärtsbewegungsrichtung weist.
Gemäß dieser Bauvorrichtung für ein dreidimensionales Objekt können die Pulveraustrageeinheit und die Pulverabflachungsvorrichtung mit einer einfachen Struktur integriert mit der Abdeckung konfiguriert werden.
Darüber hinaus kann die Vorrichtung derart konfiguriert sein, dass die Pulveraustrageeinheit einen Pulverspeichertank aufweist, an deren unterem Abschnitt eine Pulverfallöffnung ausgebildet ist, wobei die Pulverabflachungsvorrichtung eine Klinge aufweist, die zwischen dem Pulverspeichertank und der Abdeckung angeordnet ist.
Gemäß dieser Bauvorrichtung für ein dreidimensionales Objekt können die Pulveraustrageeinheit und die Pulverabflachungsvorrichtung aus Elementen mit einfachen Strukturen hergestellt werden, und können hierdurch leicht an der Abdeckung angebracht werden.
Darüber hinaus kann die Vorrichtung ferner eine Öffnungs-Schließ-Tür aufweisen, die die Pulverfallöffnung des Pulverspeichertanks öffnet und schließt.
Gemäß dieser Bauvorrichtung für ein dreidimensionales Objekt kann die Zufuhr des Pulvers vom Pulverspeichertank durch Öffnungs- und Schließbetrieb der Öffnungs-Schließ-Tür leicht gesteuert werden.
Darüber hinaus kann die Vorrichtung derart konfiguriert sein, dass die Abdeckung eine Umgebungsgas-Zuführöffnung zum Zuführen eines Umgebungsgases in die Innenseite der Abdeckung sowie eine Rauchabsaugöffnung zum Absaugen von innerhalb der Abdeckung erzeugtem Rauch aufweist.
Gemäß dieser Bauvorrichtung für ein dreidimensionales Objekt kann das Umgebungsgas leicht zur Innenseite der Abdeckung geleitet werden und kann der Rauch leicht nach außen ausgeworfen werden.
Darüber hinaus kann die Vorrichtung derart konfiguriert sein, dass die Abdeckung mit einem Schürzenelement versehen ist, das vertikal bewegbar ist und eine Lücke zwischen einem unteren Ende der Abdeckung und der Pulverschicht blockiert, wenn sie abgesenkt ist.
Gemäß dieser Bauvorrichtung für ein dreidimensionales Objekt kann eine Leckage des Umgebungsgases aus der Lücke zwischen der Abdeckung der Pulverschicht effizient verhindert werden.
Darüber hinaus umfasst in der vorliegenden Erfindung das Verfahren einen Schritt: zum Vorsehen einer Pulveraustrageeinheit, einer Pulverabflachungsvorrichtung, einer Lichtabstrahlungseinheit und einer Abdeckung, die integral miteinander so strukturiert sind, dass diese in dreidimensionalen Richtungen bewegbar sind, worin die Pulveraustrageeinheit Pulver auf einen Objektbaubereich austrägt; die Pulverabflachungsvorrichtung eine Oberfläche des von der Pulveraustrageeinheit ausgetragenen Pulvers abflacht, um eine Pulverschicht zu bilden; die Lichtabstrahlungseinheit oberhalb des Objektbaubereichs angeordnet ist und einen Lichtstrahl auf die Pulverschicht abstrahlt, um zum Bauen des Objekts das Pulver zu sintern oder festzuschmelzen; die Abdeckung einen Raum oberhalb eines Bereichs der Pulverschicht, der kleiner als der Objektbaubereich ist, um eine Abstrahlung des Lichtstrahls herum umgibt; einen Eine-Schicht-Bauschritt, der aufweist: einen Pulverschicht-Bildungsschritt zum Bewegen der Abdeckung in seitlicher Richtung, so dass eine der zurückgelegten Distanz entsprechende Pulvermenge durch die Pulveraustrageeinheit unter die Abdeckung ausgetragen und durch die Pulverabflachungsvorrichtung abgeflacht wird; einen Objektbauschritt zum Abstrahlen eines Lichtstrahls auf die im Pulverschicht-Bildungsschritt abgeflachte Schicht zum Bauen des Objekts, worin durch Wiederholung des Pulverschicht-Bildungsschritts und des Objektbauschritts eine Pulverschicht gebaut wird; worin das dreidimensionale Objekt durch wiederholtes Anheben der Abdeckung und des Eine-Schicht-Bauschritts gebaut wird.
Gemäß diesem Verfahren zum Bauen eines dreidimensionalen Objekts können die gleichen Vorteile wie oben unter (1) bis (5) erzielt werden.
Darüber hinaus kann das Verfahren ferner den Schritt aufweisen, eine dreidimensionale Behelfswand zu bauen, welche einen Raum um das Objekt herum umgibt, um ein Zusammenfallen des Pulvers in den Raum um das zu bauende Objekt herum zu verhindern.
Gemäß diesem Verfahren zum Bauen eines dreidimensionalen Objekts kann ein Zusammenfallen des Objekt-umgebenden Pulvers durch die Behelfswand verhindert werden.
Vorteilhafte Effekte der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung können eine Verkürzung der Objektbau-Zykluszeit und eine Reduktion der Verbrauchsmenge des Umgebungsgases, wie etwa Inertgas, erzielt werden.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Seitenansicht einer Bauvorrichtung für ein dreidimensionales Objekt gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung;
2 ist eine äußere Perspektivansicht der Bauvorrichtung für ein dreidimensionales Objekt gemäß der Ausführung;
3A ist ein Diagramm zur Erläuterung eines Betriebs der Bauvorrichtung für ein dreidimensionales Objekt gemäß der Ausführung;
3B ist ein Diagramm zur Erläuterung eines Betriebs der Bauvorrichtung für ein dreidimensionales Objekt gemäß der Ausführung;
3C ist ein Diagramm zur Erläuterung eines Betriebs der Bauvorrichtung für ein dreidimensionales Objekt gemäß der Ausführung;
4A ist ein Diagramm zur Erläuterung eines Betriebs der Bauvorrichtung für ein dreidimensionales Objekt gemäß der Ausführung;
4B ist ein Diagramm zur Erläuterung eines Betriebs der Bauvorrichtung für ein dreidimensionales Objekt gemäß der Ausführung;
4C ist ein Diagramm zur Erläuterung eines Betriebs der Bauvorrichtung für ein dreidimensionales Objekt gemäß der Ausführung;
5A ist ein Diagramm zur Erläuterung eines Betriebs der Bauvorrichtung für ein dreidimensionales Objekt gemäß der Ausführung;
5B ist ein Diagramm zur Erläuterung eines Betriebs der Bauvorrichtung für ein dreidimensionales Objekt gemäß der Ausführung;
6 ist eine Seitenansicht einer Bauvorrichtung für ein dreidimensionales Objekt, wenn eine Behelfswand gebaut wird;
7A ist eine Seitenansicht einer Strukturbeispiel-Variante einer Öffnungs-Schließ-Tür des Speichertanks; und
7B ist eine Seitenansicht der Strukturbeispiel-Variante der Öffnungs-Schließ-Tür des Speichertanks.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
In 1 ist die Bauvorrichtung für ein dreidimensionales Objekt gemäß der vorliegenden Ausführung so konfiguriert, dass sie hauptsächlich aufweist: ein Objektbaubett 2; eine Pulveraustrageeinheit 3, die Pulver auf einen Objektbaubereich P₁ des Objektbaubetts 2 austrägt; eine Pulverabflachungsvorrichtung 4, die das von der Pulveraustrageeinheit 3 ausgetragene Pulver abflacht, um eine Pulverschicht 13 zu bilden; eine Lichtabstrahlungseinheit 5, die oberhalb des Objektbaubereichs P₁ angeordnet ist und einen Lichtstrahl L auf die abgeflachte Pulverschicht 13 abstrahlt, um das Pulver zu sintern oder festzuschmelzen, um ein Objekt zu bauen; einen Überführungsmechanismus 6, der die Lichtabstrahlungseinheit 5 in dreidimensionale Richtungen bewegt; eine Abdeckung (nachfolgend als „Abschirmung” bezeichnet) 7, die einen Raum oberhalb einer Fläche der Pulverschicht 3, die kleiner ist als der Objektbaubereich P₁, um die Strahlung des Lichtstrahls L herum umgibt; und einen Controller 8. Die Abschirmung 7, die Pulveraustrageeinheit 3 und die Pulverabflachungsvorrichtung 4 bewegen sich integral mit der Lichtabstrahlungseinheit 5.
[Objektbaubett 2]
Das Objektbaubett 2 ist ein plattenförmiges Element, das horizontal innerhalb eines Vorrichtungsrahmens 9 angeordnet ist, der zum Beispiel in der Form eines rechteckigen Kastens ausgebildet ist, und ist an dem Vorrichtungsrahmen 9 gesichert. Ein Wagen 10 zum Sammeln von Restpulver ist unter dem Objektbaubett 2 angeordnet. Das auf dem Objektbaubett 2 erzeugte Restpulver wird von dem Wagen 10 über einen Aufwurfkanal (nicht gezeigt) gesammelt, der zum Beispiel vertikal durch das Objektbaubett 2 gebohrt ist. Eine Objektanordnungsplatte 11 ist in ein Teil einer Oberseite des Objektbaubetts 2 abnehmbar eingesetzt, so dass sie mit dem Objektbaubett 2 fluchtet. Ein Objekt wird auf einer Oberseite dieser Objektanordnungsplatte 11 gebaut, und der Raum oberhalb der Objektanordnungsplatte 11 stellt einen Objektbaubereich P₁ dar.
[Lichtabstrahlungseinheit 5]
Die Lichtabstrahlungseinheit 5 enthält eine Lichtabstrahlungsvorrichtung 12, die einen Lichtstrahl L, wie etwa Laserlicht, abstrahlt. Linsen, Spiegel, etc. sind in die Lichtabstrahlungsvorrichtung 12 eingebaut, und das Strahlungsausmaß des Lichtstrahls L ist in einem Ausmaß in den horizontalen Richtungen (Ausmaß in X-Y-Achsen) einstellbar, das durch eine vorbestimmte Distanz definiert ist.
[Überführungsmechanismus 6]
Wie in 1 und 2 gezeigt, umfasst der Überführungsmechanismus 6: ein Paar von festen Führungsschienen 14, die an dem Vorrichtungsrahmen 9 angebracht sind; eine bewegliche Führungsschiene 15, die zwischen dem Paar von festen Führungsschienen 14 überbrückt und in der Y-Achsenrichtung durch eine nicht gezeigte Antriebsquelle bewegt wird; eine Basis 16, die an der beweglichen Führungsschiene angebracht ist und in der X-Achsenrichtung entlang der beweglichen Führungsschiene 15 durch eine nicht gezeigte Antriebsquelle bewegt wird; und ein Tragstangenelement 17, das vertikal orientiert ist und in der Z-Achsenrichtung relativ zur Basis 16 durch eine nicht gezeigte Antriebsquelle bewegt wird. Die Lichtabstrahlungsvorrichtung 12 ist am unteren Ende des Tragstangenelements 17 angebracht. Die obige Struktur ermöglicht, dass der Überführungsmechanismus 6 die Lichtabstrahlungsvorrichtung 12 in dreidimensionalen Richtungen bewegt.
[Abschirmung 7]
Die Abschirmung 7 ist aus einem hohlen Abdeckungselement aufgebaut, in dessen unterem Ende eine Öffnung ausgebildet ist. In 2 ist sie als rechteckfömiges Element dargestellt, aber sie kann auch andere Formen haben, wie etwa eine zylindrische Form. Der obere Abschnitt der Abschirmung 7 ist integral am unteren Ende der Lichtabstrahlungsvorrichtung 12 angebracht, so dass sie sich mit dem Abstrahlungsbereich des Lichtstrahls L nicht stört. Die Öffnungsfläche am unteren Ende der Abschirmung 7 ist kleiner ausgebildet als der Objektbaubereich P₁. Ein Schürzenelement 18 ist entlang dem Umfang von Unterende der Abschirmung 7 vorgesehen und ist vertikal derart beweglich, dass, wenn es abgesenkt wird, das Schürzenelement 18 eine Lücke C zwischen dem unteren Ende der Abschirmung 7 und der Pulverschicht 13 blockiert. Das Schürzenelement 18 ist ein rahmenförmiges Element, das entlang den Seitenflächen der Abschirmung 7 ausgebildet ist, und wird zum Beispiel durch eine Antriebsquelle, wie etwa einen an die Abschirmung 7 angebrachten Motor, auf- und abbewegt.
Darüber hinaus hat die Abschirmung 7 eine Umgebungsgas-Zuführöffnung 19 zum Zuführen von N₂-Gas als Umgebungsgas ins Innere der Abschirmung 7, und eine Rauchabsaug-Öffnung 20 zum Absaugen von Rauch, der innerhalb der Abschirmung 7 erzeugt wird. Die Umgebungsgas-Zuführöffnung 19 und die Rauchabsaug-Öffnung 20 sind jeweils mit einer N₂-Gas-Zuführvorrichtung 21 und einer Rauchabsaugvorrichtung 22, die außerhalb des Vorrichtungsrahmens 9 vorgesehen sind, über flexible Schläuche 31 und 32 verbunden.
[Pulveraustrageeinheit 3]
In 1 ist die Pulveraustrageeinheit 3 aufgebaut aus einem Pulverspeichertank 23, in dessen unterem Abschnitt eine Pulverfallöffnung 24 ausgebildet ist. Der Pulverspeichertank 23 ist zum Beispiel trichterförmig ausgebildet, mit einem Trichterabschnitt, dessen Querschnittsfläche zur Pulverfallöffnung 24 hin kleiner wird, und dessen oberer Abschnitt mit einer Öffnung zum Einfüllen des Pulvers ausgebildet ist. Das Pulver ist zum Beispiel ein Metallpulver und dergleichen mit einer Partikelgröße im Bereich von einigen wenigen bis mehreren Zehn um. Der Pulverspeichertank 23 ist mit einer Öffnungs-Schließ-Tür 25 zum Öffnen und Schließen der Pulverfallöffnung 24 ausgestattet. Die Öffnungs-Schließ-Tür 25 öffnet und schließt die Pulverfallöffnung 24 durch Verschiebung in seitlicher Richtung mittels einer Antriebsquelle, wie zum Beispiel eines am Pulverspeichertank 23 angebrachten Motors (nicht gezeigt). Der Pulverspeichertank 23 ist an der Abschirmung 7 über einen Träger 26 befestigt, so dass er an einer Seite der Abschirmung 7 angeordnet ist, die in der Vorwärtsbewegungsrichtung (rechte Richtung in 1) weist.
[Pulverabflachungsvorrichtung 4]
Die Pulverabflachungsvorrichtung 4 ist aufgebaut aus einer Klinge 27, zum Beispiel in der Form einer rechteckigen flachen Platte. Die Klinge 27 ist zwischen dem Pulverspeichertank 23 und der Abschirmung 7 angebracht, wobei sich ihre flache Oberfläche entlang einer allgemein vertikalen Richtung erstreckt, und glättet das Pulver mit ihrem unteren Längsrand, der horizontal angeordnet ist, um eine Pulverschicht 3 zu bilden. Die Klinge 27 ist entweder an einer Außenfläche des Pulverspeichertanks 23, wie in 1 gezeigt, oder an einer Außenfläche der Abschirmung 7 mittels Befestigungsschrauben oder dergleichen befestigt. Der Unterrand der Klinge 27 befindet sich an einer tieferen Position als der Position der Pulverfallöffnung 24 des Pulverspeichertanks 23 und der Position vom unteren Ende der Abschirmung 7.
[Controller 8]
Der Controller 8 ist aufgebaut aus einer CPU und dergleichen und ist zum Beispiel außerhalb des Vorrichtungsrahmens 9 angeordnet. Der Controller 8 steuert eine Laserlicht-Oszillationsvorrichtung 29, eine N₂-Gas-Zuführvorrichtung 21, die Rauchabsaugvorrichtung 22, etc., gemäß Befehlen von einer Bedienungsterminalvorrichtung 28, wie etwa einem Personal Computer. Die vorgenannte Lichtabstrahlungsvorrichtung 12 ist mit der Laserlicht-Oszillationsvorrichtung 29 über ein optisches Faserkabel 29 verbunden.
[Erläuterung des Betriebs der Bauvorrichtung für ein dreidimensionales Objekt 1]
Nun wird ein Betriebsbeispiel der Bauvorrichtung für ein dreidimensionales Objekt 1 mit der obigen Konfiguration beschrieben. 3A zeigt einen Zustand der Vorrichtung vor dem Beginn des Objektbaubetriebs, und die Abschirmung 7 ist in einem Wartebereich P₂ angeordnet, der an einer Endseite des Objektbaubereichs P₁ ausgebildet ist. Die Pulverfallöffnung 24 des Pulverspeichertanks 23 wird durch die Öffnungs-Schließ-Tür 25 verschlossen, und das Schürzenelement 18 der Abschirmung 7 wird angehoben. Es sei angemerkt, dass die andere Endseite des Objektbaubereichs P₁ als Freibereich P₃ des Pulverspeichertanks 23 ausgebildet ist.
Ausgehend vom in 3A gezeigten Zustand öffnet Öffnungs-Schließ-Tür 25 und wird die Abschirmung 7 durch den Überführungsmechanismus 6 nach vorne zu dem Objektbaubereich P₁ hin bewegt, und hierdurch wird das Pulver in der der zurückgelegten Distanz entsprechenden Menge auf die Objektanordnungsplatte 11 von der Pulverfallöffnung 24 des Pulverspeichertanks 23 zugeführt, und wird durch die Klinge 27 geglättet, zur Ausbildung als Teil von einer Schicht der Pulverschicht 13 unterhalb der Abschirmung 7 (3B). Dieser Schritt wird als „Pulverschicht-Bildungsschritt” bezeichnet. Es wird angemerkt, dass vor und nach Bewegungsbeginn der Abschirmung 7 durch die N₂-Gas-Zuführvorrichtung 21 N₂-Gas in die Abschirmung 7 geleitet wird und die Rauchabsaugvorrichtung 22 aktiviert wird, um das Umgebungsgas innerhalb der Abschirmung 7 zu umzuwälzen.
Dann wird, um eine N₂-Gas-Leckage aus der Lücke C zwischen dem unteren Ende der Abschirmung 7 und der Pulverschicht 13 zu verhindern, das Abschirmungselement 18 abgesenkt, um die Lücke C zu blockieren, wie in 3C gezeigt. Es sei angemerkt, dass das Vorsehen des Schürzenelements 18 nicht notwendig ist, wenn die Lücke C ausreichend klein ist, um die Menge der N₂-Gas-Leckage vernachlässigen zu können. Jedoch könnte die Lücke C auch durch Absenken des Tragstangenelements 17 des Überführungsmechanismus 6 blockiert werden, d. h. durch Absenken der Abschirmung 7 selbst, ohne das Schürzenelement 18 vorzusehen.
Als nächstes wird ein Lichtstrahl L von der Lichtabstrahlungsvorrichtung 12 auf die Pulverschicht 13 gestrahlt, die in dem Pulverschicht-Bildungsschritt geglättet worden ist, um ein Teil des Objekt W zu bauen. Dies wird als „Objektbauschritt” bezeichnet. Der während des Objektbaus erzeugte Rauch wird von der Rauchabsaug-Öffnung 20 durch die Rauchabsaugvorrichtung 22 ausgeworfen.
Nach Beendigung des Objektbaubauschritts wird das Schürzenelement 18 angehoben, und die Abschirmung 7 wird durch den Überführungsmechanismus 6 wieder nach vorne verbracht, und hierdurch wird Pulver in der dem nächsten Objektbau entsprechenden Menge von der Pulverfallöffnung 24 des Pulverspeichertanks 23 auf einen Bereich benachbart des bereits gebauten Objekts W in der Vorwärtsbewegungsrichtung (rechte Seite in 4A) ausgegeben und wird mit der Klinge 27 geglättet, um eine Pulverschicht 13 zu bilden (Zustand von 4A). Dann wird das Schürzenelement 18 abgesenkt, und es wird ein Lichtstrahl L von der Lichtabstrahlungsvorrichtung 12 auf die Pulverschicht 13 gestrahlt, und es wird ein nächstes Teil des Objekts W gebaut, zur Fortsetzung vom Teil des Objekts W, wie in 3C gezeigt (siehe 4B). Wie oben beschrieben wird, indem der Pulverschicht-Bildungsschritt und der Objektbauschritt mehrere Male ausgeführt wird, eine Schicht der Pulverschicht 13 des Objekts W gebaut, wie in 4C gezeigt. Der Bauprozess von einer Schicht der Pulverschicht 13 durch mehrmalige Ausführung des Pulverschicht-Bildungsschritts und des Objektbauschritts wird als „Eine-Schicht-Bauschritt” bezeichnet.
Nach Beendigung des „Eine-Schicht-Bauschritts” wird die Pulverfallöffnung 24 des Pulverspeichertanks 23 durch die Öffnungs-Schließ-Tür 25 verschlossen, und das Tragstangenelement 17 wird durch den Überführungsmechanismus 6 um eine Höhe entsprechend der Dicke einer Pulverschicht 13 angehoben, die anschließend auszubilden ist, und die Abschirmung 7 wird zum Wartebereich P₂ zurückbewegt (5A). Dann wird die zweite Pulverschicht 13 auf der bereits ausgebildeten ersten Pulverschicht 13 ausgebildet, und der in 3 und 4 gezeigte Eine-Schicht-Bauschritt wird erneut ausgeführt. Durch diese Wiederholung des Schichtbauschritts wird der Bau des gesamten Objekts W abgeschlossen, wie in 5B gezeigt. Es sei angemerkt, dass die Abschirmung 7 nur eine kurze Zeitdauer in dem Wartebereich P₂ bleibt, und nur eine geringe N₂-Gasmenge aus dem unteren Ende der Abschirmung 7 austritt. Wenn es die Situation erlaubt, kann die N₂-Gaszufuhr gestoppt werden, wenn die Abschirmung 7 in dem Wartebereich P₂ angeordnet ist.
Wenn darüber hinaus eine dreidimensionale Behelfswand 33, die einen Raum um das Objekt W umgibt, in dem Eine-Schicht-Bauschritt gebaut wird, wie in 6 gezeigt, kann, wenn das Objekt W gebaut wird, ein Zusammenfallen des das Objekt W umgebenden Pulvers durch die Behelfswand 33 verhindert werden.
Die unten erläuterten Vorteile erzielt man, wenn die dreidimensionale Objektbauvorrichtung 1 den Überführungsmechanismus 6 aufweist, der die Lichtabstrahlungsvorrichtung 12 (die Lichtabstrahlungseinheit 5) in dreidimensionalen Richtungen bewegt, die Abschirmung 7, die sich integral mit der Lichtabstrahlungsvorrichtung 12 bewegt und einen Raum oberhalb eines Bereichs der Pulverschicht 13, der kleiner ist als der Objektbaubereich P₁, um die Strahlung des Lichtstrahls L herum umgibt, den Pulverspeichertank 23 (die Pulveraustrageeinheit 3) und die Klinge 27 (die Pulverabflachungsvorrichtung 4), die sich integral mit der Lichtabstrahlungsvorrichtung 12 bewegt, wie oben beschrieben.

(1) Die Abmessung des zu bauenden Objekts W kann leicht bis zum dreidimensionalen Bewegungsbereich des Überführungsmechanismus 6 vergrößert werden, der die Lichtabstrahlungseinheit 5 hält.
(2) Die Zykluszeit des Objektbaus kann verkürzt werden, weil die Pulveraustrageeinheit 3 und die Pulverabflachungsvorrichtung 4 integral mit der Lichtabstrahlungseinheit 5 konfiguriert sind, so dass während der Bewegung der Lichtabstrahlungseinheit 5 eine Pulverschicht 13 ausgebildet werden kann.
(3) Die Vorrichtung kann kompakt konfiguriert werden, weil die Pulveraustrageeinheit 3 und die Pulverabflachungsvorrichtung 4 integral mit der Lichtabstrahlungseinheit 5 konfiguriert sind, so dass Antriebsquellen für den jeweiligen Betrieb der Pulveraustrageeinheit 3 und der Pulverabflachungsvorrichtung 4 unnötig werden.
(4) Die Verbrauchsmenge des Umgebungsgases kann reduziert werden, weil das Umgebungsgas nur zur Innenseite der Abschirmung 7 zugeführt wird, die die Pulverschicht 3 bedeckt, deren Fläche kleiner ist als der Objektbaubereich P₁.
(5) Da die Lichtabstrahlungseinheit 5 integral mit der Pulveraustrageeinheit 3 und der Pulverabflachungsvorrichtung 4 konfiguriert ist, wird die Dimensionspräzision zwischen der Lichtabstrahlungseinheit 5 und der Oberfläche einer durch die Pulveraustrageeinheit 3 und die Pulverabflachungsvorrichtung 4 gebildeten Pulverschicht 13 verbessert. Dementsprechend wird der Brennpunkt eines Lichtstrahls L an der Pulverschicht 13 stabil, und wird die Präzision des Objektbaus verbessert.
(6) Die Zykluszeit des Objektbaus kann weiter verkürzt werden, weil das Objekt W durch Abstrahlen eines Lichtstrahls L gebaut werden kann, während die Lichtabstrahlungseinheit 5 durch den Überführungsmechanismus 6 verbracht wird.

Wenn darüber hinaus die Pulveraustrageeinheit 3 und die Pulverabflachungsvorrichtung 4 an einer Seite der Abschirmung 7 angeordnet sind, welche in der Vorwärtsbewegungsrichtung weist, können die Pulveraustrageeinheit 3 und die Pulverabflachungsvorrichtung 4 mit einer einfachen Struktur integriert mit der Abschirmung 7 konfiguriert werden.
Wenn darüber hinaus die Pulveraustrageeinheit 3 als der Pulverspeichertank 23 mit der Pulverfallöffnung 24 am unteren Teil davon konfiguriert ist, und die Pulverabflachungsvorrichtung 4 als die Klinge 27 konfiguriert ist, die zwischen dem Pulverspeichertank 23 und der Abschirmung 7 angeordnet ist, können die Pulveraustrageeinheit 3 und die Pulverabflachungsvorrichtung 4 mit Elementen mit einfachen Strukturen konfiguriert werden, und können hierdurch leicht an der Abschirmung 7 angebracht werden.
Wenn ferner die Öffnungs-Schließ-Tür 25 vorgesehen wird, die die Pulverfallöffnung 24 des Pulverspeichertanks 22 öffnet und schließt, kann das Austragen des Pulvers vom Pulverspeichertank 23 durch den Öffnungs- und Schließbetrieb der Öffnungs-Schließ-Tür 25 leicht gesteuert werden. Wenn die Abschirmung 7 mit der Umgebungsgas-Zuführöffnung 19 und der Rauchabsaug-Öffnung 20 ausgebildet ist, kann das Umgebungsgas leicht zur Innenseite der Abschirmung 7 zugeführt werden und kann der Rauch leicht nach außen ausgeworfen werden. Da die Abschirmung 7 mit dem Schürzenelement 18 versehen ist, kann die Leckage von Umgebungsgas aus der Lücke C zwischen der Abschirmung 7 und der Pulverschicht 13 effizient verhindert werden.
Oben ist eine Ausführung der vorliegenden Erfindung erläutert worden. Die Klinge 27 kann als die Öffnungs-Schließ-Tür 25 genutzt werden, die die Pulverfallöffnung 24 des Pulverspeichertanks 23 öffnet und schließt. Wie in 7 gezeigt, ist eine Lagerachse 34 an einer Außenseite des Pulverspeichertanks 23 vorgesehen, und die Klinge 27 ist so angeordnet, dass sie um die Lagerachse 24 herum drehbar ist. Die Bezugszahl 35 bezeichnet eine Antriebsquelle, wie etwa einen Motor zum Drehen der Klinge 27, der zum Beispiel an einer Außenoberfläche des Pulverspeichertanks 23 angebracht ist. Wie in 7A gezeigt, verschließt die Klinge 27 die Pulverfallöffnung 24 des Pulverspeichertanks 23 in einem Zustand, wo die Klinge 27 horizontal orientiert ist, und die Klinge 27 wird, durch den Antrieb der Antriebsquelle 35, um die vertikal orientierte Lagerachse 34 herum gedreht, so dass die Pulverfallöffnung 24 öffnet, um das Pulver fallenzulassen und auszugeben, das dann durch die Unterkante der Klinge 27 geglättet wird. Gemäß dieser Struktur hat die Klinge 27 sowohl eine Pulverglättungsfunktion als auch eine Öffnungs-Schließ-Funktion der Pulverfallöffnung 24, und wird die Konfiguration der Pulveraustrageeinheit 3 und der Pulverabflachungsvorrichtung 4 vereinfacht.
Bezugszeichenliste

1: Bauvorrichtung für ein dreidimensionales Objekt
2: Objektbaubett
3: Pulveraustrageeinheit
4: Pulverabflachungsvorrichtung
5: Lichtabstrahlungseinheit
6: Überführungsmechanismus
7: Abschirmung (Abdeckung)
8: Controller
11: Objektanordnungsplatte
12: Lichtabstrahlungsvorrichtung (Lichtabstrahlungseinheit)
13: Pulverschicht
18: Schürzenelement
19: Umgebungsgas-Zuführöffnung
20: Rauchabsaug-Öffnung
23: Pulverspeichertank (Pulveraustrageeinheit)
24: Pulverfallöffnung
25: Öffnungs-Schließ-Tür
27: Klinge (Pulverabflachungsvorrichtung)
33: Behelfswand
C: Lücke
L: Lichtstrahl
P1: Objektbaubereich

Die Bauvorrichtung für ein dreidimensionales Objekt (1) enthält eine Pulveraustrageeinheit (3), die Pulver auf einen Objektbaubereich (P1) austrägt, eine Pulverabflachungsvorrichtung (4), die das von der Pulveraustrageeinheit (3) ausgetragene Pulver abflacht, um eine Pulverschicht (13) zu bilden, sowie eine Lichtabstrahlungseinheit (5), die oberhalb des Objektbauteils (P1) angeordnet ist und einen Lichtstrahl (L) auf die Pulverschicht (13) abstrahlt, um das Pulver zu sintern oder festzuschmelzen, um ein Objekt zu bauen. Die Bauvorrichtung für ein dreidimensionales Objekt (1) enthält ferner einen Überführungsmechanismus (6), der eine Lichtabstrahlungseinheit (5) in dreidimensionalen Richtungen bewegt, und eine Abschirmung (7), die sich integriert mit der Lichtabstrahlungseinheit (5) bewegt und einen Raum oberhalb eines Bereichs der Pulverschicht, der kleiner ist als der Objektbaubereich (P1), um den Lichtstrahl (L) herum umgibt. Die Pulveraustrageeinheit (3) und die Pulverabflachungsvorrichtung (4) bewegen sich integriert mit der Lichtabstrahlungseinheit (5).
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2004-516166 [0003]
WO 2002/036330 [0003]

Claims

Bauvorrichtung für ein dreidimensionales Objekt, welche aufweist: eine Pulveraustrageeinheit, die Pulver auf einen Objektbaubereich austrägt; eine Pulverabflachungsvorrichtung, die das von der Pulveraustrageeinheit ausgetragene Pulver abflacht, um eine Pulverschicht auszubilden; eine Lichtabstrahlungseinheit, die oberhalb des Objektbaubereichs angeordnet ist und einen Lichtstrahl auf die Pulverschicht abstrahlt, um das Pulver zu sintern oder festzuschmelzen, um ein Objekt zu bauen; einen Überführungsmechanismus, der die Lichtabstrahlungseinheit in dreidimensionalen Richtungen bewegt; eine Abdeckung, die sich integral mit der Lichtabstrahlungseinheit bewegt und einen Raum oberhalb eines Bereichs der Pulverschicht, der kleiner ist als der Objektbaubereich, um eine Abstrahlung des Lichtstrahls herum umgibt; und worin sich die Pulveraustrageeinheit und die Pulverabflachungsvorrichtung integral mit der Lichtabstrahlungseinheit bewegen.
Die Bauvorrichtung für ein dreidimensionales Objekt nach Anspruch 1, worin die Pulveraustrageeinheit und die Pulverabflachungsvorrichtung auf einem Teil einer Abdeckung angeordnet sind, das in eine Vorwärtsbewegungsrichtung weist.
Die Bauvorrichtung für ein dreidimensionales Objekt nach Anspruch 2, worin die Pulveraustrageeinheit einen Pulverspeichertank aufweist, an deren unterem Abschnitt eine Pulverfallöffnung ausgebildet ist, wobei die Pulverabflachungsvorrichtung eine Klinge aufweist, die zwischen dem Pulverspeichertank und der Abdeckung angeordnet ist.
Die Bauvorrichtung für ein dreidimensionales Objekt nach Anspruch 3, die ferner eine Öffnungs-Schließ-Tür aufweist, die die Pulverfallöffnung des Pulverspeichertanks öffnet und schließt.
Die Bauvorrichtung für ein dreidimensionales Objekt nach einem der Ansprüche 1 bis 4, worin die Abdeckung eine Umgebungsgas-Zuführöffnung zum Zuführen eines Umgebungsgases in die Innenseite der Abdeckung sowie eine Rauchabsaugöffnung zum Absaugen von innerhalb der Abdeckung erzeugtem Rauch aufweist.
Die Bauvorrichtung für ein dreidimensionales Objekt nach einem der Ansprüche 1 bis 5, worin die Abdeckung mit einem Schürzenelement versehen ist, das vertikal bewegbar ist und eine Lücke zwischen einem unteren Ende der Abdeckung und der Pulverschicht blockiert, wenn sie abgesenkt ist.
Verfahren zum Bauen eines dreidimensionalen Objekts, welches aufweist: einen Schritt zum Vorsehen einer Pulveraustrageeinheit, einer Pulverabflachungsvorrichtung, einer Lichtabstrahlungseinheit und einer Abdeckung, die integral miteinander so strukturiert sind, dass diese in dreidimensionalen Richtungen bewegbar sind, worin die Pulveraustrageeinheit Pulver auf einen Objektbaubereich austrägt, die Pulverabflachungsvorrichtung eine Oberfläche des von der Pulveraustrageeinheit ausgetragenen Pulvers abflacht, um eine Pulverschicht zu bilden, die Lichtabstrahlungseinheit oberhalb des Objektbaubereichs angeordnet ist und einen Lichtstrahl auf die Pulverschicht abstrahlt, um zum Bauen des Objekts das Pulver zu sintern oder festzuschmelzen, die Abdeckung einen Raum oberhalb eines Bereichs der Pulverschicht, der kleiner als der Objektbaubereich ist, um eine Abstrahlung des Lichtstrahls herum umgibt; einen Eine-Schicht-Bauschritt, der aufweist: einen Pulverschicht-Bildungsschritt zum Bewegen der Abdeckung in seitlicher Richtung, so dass eine der zurückgelegten Distanz entsprechende Pulvermenge durch die Pulveraustrageeinheit unter die Abdeckung ausgetragen und durch die Pulverabflachungsvorrichtung abgeflacht wird, einen Objektbauschritt zum Abstrahlen eines Lichtstrahls auf die im Pulverschicht-Bildungsschritt abgeflachte Schicht zum Bauen des Objekts, worin durch Wiederholung des Pulverschicht-Bildungsschritts und des Objektbauschritts eine Pulverschicht gebaut wird; worin das dreidimensionale Objekt durch wiederholtes Anheben der Abdeckung und des Eine-Schicht-Bauschritts gebaut wird.
Das Verfahren zum Bauen eines dreidimensionalen Objekts nach Anspruch 7, wobei das Verfahren den Schritt aufweist, eine dreidimensionale Behelfswand zu bauen, welche einen Raum um das Objekt herum umgibt, um ein Zusammenfallen des Pulvers in den Raum um das zu bauende Objekt herum zu verhindern.