DE112004000302B3

DE112004000302B3 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines dreidimensionalen Objekts

Info

Publication number: DE112004000302B3
Application number: DE112004000302T
Authority: DE
Inventors: Satoshi Kadoma Abe; Isao Kadoma Fuwa; Yoshikazu Kadoma Higashi; Hirohiko Kadoma Togeyama; Norio Kadoma Yoshida; Masataka Kadoma Takenami; Takashi Kadoma Shimizu; Shushi Kadoma Uenaga
Original assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2003-02-25
Filing date: 2004-02-25
Publication date: 2010-08-26
Anticipated expiration: 2024-02-26
Also published as: KR100697217B1; KR20050105236A; CN1753747A; CN100377816C; WO2004076103A1; US7754135B2; US20060208396A1

Abstract

Verfahren zur Herstellung eines dreidimensionalen Objekts, umfassend:
(a) Bilden einer Pulverschicht (10);
(b) Bestrahlen eines vorbestimmten Teils der Pulverschicht mit einem optischen Strahl unter Bildung einer gesinterten Schicht (11);
(c) Bilden einer neuen Pulverschicht (10) auf einer Oberfläche der gesinterten Schicht (11);
(d) Bestrahlen eines vorbestimmten Teils der neuen Pulverschicht mit einem optischen Strahl unter Bildung einer neuen gesinterten Schicht (11), die mit der darunterliegenden gesinterten Schicht vereinigt ist;
(e) Entfernen eines Teils der gesinterten Schicht (11), der höher ist als ein vorbestimmtes Niveau, nach Schritt (b) oder (d), falls es erforderlich ist; und
(f) Wiederholen der Schritte (c), (d) und (e) unter Bildung einer Menge von gesinterten Schichten,
wobei der Teil der gesinterten Schicht (11), der entfernt werden soll, ein abnorm gesinterter Teil (19) ist, der auf der Oberfläche der gesinterten Schicht entstanden ist, und
wobei die Anwesenheit oder Abwesenheit des...

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung eines dreidimensionalen Objekts durch Bestrahlen einer Pulverschicht mit einem optischen Strahl unter Bildung einer gesinterten Schicht und durch Übereinanderlaminieren von gesinterten Schichten.
Ein Verfahren zur Herstellung eines dreidimensionalen Objekts durch Laminieren von gesinterten Schichten ist zum Beispiel aus der Japanischen Offenlegungsschrift JP 01-502 890 A bekannt, wobei zuerst eine auf einem Träger gebildete Pulverschicht unter Bildung einer gesinterten Schicht mit einem optischen Strahl (gerichteten Energiestrahl, zum Beispiel einem Laser) bestrahlt wird. Die so erhaltene gesinterte Schicht wird dann mit einer neuen Pulverschicht bedeckt, woraufhin mit dem optischen Strahl bestrahlt wird, so dass eine neue gesinterte Schicht entsteht. Diese Vorgänge werden wiederholt durchgeführt, wobei ein dreidimensionales Objekt entsteht, bei dem eine Vielzahl von gesinterten Schichten übereinander laminiert sind.
Ein Verfahren zur Behandlung der Oberfläche eines geformten Objekts, d. h. eines laminierten Körpers, der aus den gesinterten Schichten besteht, mitten während der Herstellung des dreidimensionalen Objekts ist zum Beispiel in der Japanischen Offenlegungsschrift JP 2002-115 004 A offenbart.
Wie in 19A gezeigt ist, gilt Folgendes: Wenn ein vorbestimmter Teil einer Pulverschicht 10 zum selektiven Sintern mit einem optischen Strahl bestrahlt wird, werden Funken verstreut, und ein Rückstand von geschmolzenem Pulver, der in den Funken enthalten ist, haftet zuweilen an einer Oberfläche einer gesinterten Schicht 11, wie es in 19B gezeigt ist, was zu einer abnormen Sinterung 19 in Form von Erhebungen führt.
Bei Anwendungen, bei denen während des Vorgang der Laminierung der gesinterten Schichten 11 eine Oberflächenbearbeitung durchgeführt wird, wird Bearbeitungsabfall (Schnittabfall) verstreut, und wenn dieser Bearbeitungsabfall zu Erhebungen auf einer Oberfläche der nächsten Pulverschicht 10 führt, besteht eine hohe Wahrscheinlichkeit, dass während des anschließenden Sinterns abnorm gesinterte Teile 19 in Form von Erhebungen entstehen können.
Bei Anwendungen, bei denen jede Pulverschicht 10 so eingestellt wird, dass sie eine Dicke von 50 μm hat, um ein dreidimensionales Objekt mit einer hohen Dichte und einer hohen Geometrie zu erhalten, haben die Pulverteilchen einen Durchmesser von etwa 10–50 μm. Wenn in diesem Fall die abnorm gesinterten Teile 19 erzeugt werden, besteht eine recht hohe Wahrscheinlichkeit, dass sie aus der Oberfläche der anschließenden Schicht 10 herausragen können, und das Einebnungsblatt zum Einebnen der Oberfläche der Pulverschicht 10 kann mit den abnorm gesinterten Teilen 19 in Kontakt kommen, wodurch der Formvorgang abgebrochen wird.
Die vorliegende Erfindung wurde entwickelt, um die oben beschriebenen Nachteile zu überwinden.
Dementsprechend ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung eines dreidimensionalen Objekts bereitzustellen, die kein Abbrechen des Formvorgangs beinhalten, das bisher durch die abnorm gesinterten Teile verursacht wurde.
Um das obige Ziel zu erreichen, umfasst das Verfahren zur Herstellung eines dreidimensionalen Objekts gemäß der vorliegenden Erfindung Folgendes: (a) Bilden einer Pulverschicht; (b) Bestrahlen eines vorbestimmten Teils der Pulverschicht mit einem optischen Strahl unter Bildung einer gesinterten Schicht; (c) Bilden einer neuen Pulverschicht auf einer Oberfläche der gesinterten Schicht; (d) Bestrahlen eines vorbestimmten Teils der neuen Pulverschicht mit einem optischen Strahl unter Bildung einer neuen gesinterten Schicht, die mit der darunterliegenden gesinterten Schicht vereinigt ist; (e) Entfernen eines Teils der gesinterten Schicht, der höher ist als ein vorbestimmtes Niveau, nach Schritt (b) oder (d), falls es erforderlich ist; und (f) Wiederholen der Schritte (c), (d) und (e) unter Bildung einer Menge von gesinterten Schichten, wobei der Teil der gesinterten Schicht, der entfernt werden soll, ein abnorm gesinterter Teil ist, der auf der Oberfläche der gesinterten Schicht entstanden ist und wobei die Anwesenheit oder Abwesenheit des abnorm gesinterten Teils auf der Oberfläche der gesinterten Schicht jedes Mal nachgewiesen wird, wenn jeweils eine gesinterte Schicht gebildet wurde, und wenn ein abnorm gesinterter Teil nachgewiesen wird, wird der abnorm gesinterte Teil entfernt; und wobei die Anwesenheit oder Abwesenheit des abnorm gesinterten Teils nachgewiesen wird, indem man eine Belastung nachweist, die auf ein Blatt ausgeübt wird, das die Einebnung der Oberfläche der Pulverschicht bewirkt oder wobei die Anwesenheit oder Abwesenheit des abnorm gesinterten Teils optisch nachgewiesen wird.
Durch das oben beschriebene Entfernen des abnorm gesinterten Teils, der auf der gesinterten Schicht entstanden ist, kann ein Abbrechen des Formvorgangs, das durch den abnorm gesinterten Teil verursacht werden kann, verhindert werden.
Da nur der abnorm gesinterte Teil entfernt wird, nachdem er nachgewiesen wurde, kann die Entfernungsarbeit innerhalb einer kurzen Zeit durchgeführt werden.
Da die Anwesenheit oder Abwesenheit des abnorm gesinterten Teils bestimmt wird, indem man eine Belastung nachweist, die auf ein Blatt ausgeübt wird, das die Einebnung der Oberfläche der Pulverschicht bewirkt, wird keinerlei Vorrichtung benötigt, die eigens dazu dient, den abnorm gesinterten Teil nachzuweisen, und damit kann der Nachweis des abnorm gesinterten Teils zu geringen Kosten durch geführt werden. Da die Anwesenheit oder Abwesenheit des abnorm gesinterten Teils andererseits optisch nachgewiesen wird, kann die Position, wo der abnorm gesinterte Teil entstanden ist, leicht in zwei Dimensionen erkannt werden, was es ermöglicht, den Bereich der Entfernung des abnorm gesinterten Teils zu reduzieren.
Wenn die Bearbeitung zur Entfernung des abnorm gesinterten Teils nur mit dem nachgewiesenen abnorm gesinterten Teil und seiner näheren Umgebung durchgeführt wird, kann die Entfernungsarbeit innerhalb einer kurzen Zeit beendet werden. Wenn die Bearbeitung zur Entfernung des abnorm gesinterten Teils mit der gesamten Oberfläche der gesinterten Schicht oder den gesamten Oberflächen der gesinterten Schicht und der Pulverschicht durchgeführt wird, kann der abnorm gesinterte Teil auch dann sicher entfernt werden, wenn er zum Zeitpunkt des Nachweises übersehen wurde. Wenn nur ein Teil des abnorm gesinterten Teils, der sich auf einem höheren Niveau befindet als das untere Ende des Blattes zur Einebnung der Oberfläche der Pulverschicht, entfernt wird, kann der für die Entfernungsarbeit erforderliche Zeitraum minimiert werden.
Die Vorrichtung zur Herstellung eines dreidimensionalen Objekts gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst einen Tisch, eine Pulverschichtbildungseinheit zur Bildung einer Pulverschicht auf dem Tisch, eine Bestrahlungseinheit zum Bestrahlen eines vorbestimmten Bereichs der Pulverschicht mit einem optischen Strahl, so dass der vorbestimmte Bereich der Pulverschicht gesintert wird, eine Bearbeitungseinheit zur Bearbeitung der Oberfläche einer vorbestimmten Zahl von gesinterten Schichten, eine Nachweiseinheit zum Nachweisen der Anwesenheit oder Abwesenheit eines abnorm gesinterten Teils auf einer Oberfläche jeder der gesinterten Schichten sowie eine Entfernungseinheit zum Entfernen des abnorm gesinterten Teils, der durch die Nachweiseinheit nachgewiesen wurde, wobei die Pulverschichtbildungseinheit ein Blatt zum Einebnen der Oberfläche der Pulverschicht umfasst und die Nachweiseinheit den abnorm gesinterten Teil nachweist, indem sie eine auf das Blatt ausgeübte Belastung nachweist, und wobei die Entfernungseinheit die Bearbeitungseinheit umfasst, die entlang eines Entfernungswegs angetrieben wird, der in Abhängigkeit von der Position des abnorm gesinterten Teils be rechnet wird, die durch die Nachweiseinheit nachgewiesen wurde oder wobei die Nachweiseinheit den abnorm gesinterten Teil optisch nachweist und die Entfernungseinheit die Bearbeitungseinheit umfasst, die entlang eines Entfernungswegs angetrieben wird, der in Abhängigkeit von der Position des abnorm gesinterten Teils berechnet wird, die durch die Nachweiseinheit nachgewiesen wurde.
Die Bereitstellung der Nachweiseinheit zum Nachweisen des abnorm gesinterten Teils auf der Oberfläche der gesinterten Schicht und die Entfernungseinheit zum Entfernen des nachgewiesenen abnorm gesinterten Teils kann ein Abbrechen des Formvorgangs, das durch den abnorm gesinterten Teil verursacht werden kann, verhindern.
Im Hinblick auf geringe Kosten wird bevorzugt, dass die Nachweiseinheit den abnorm gesinterten Teil dadurch nachweist, dass sie eine Belastung nachweist, die auf das Blatt zum Einebnen der Oberfläche der Pulverschicht ausgeübt wird, und die Bearbeitungseinheit, die entlang eines Entfernungsweges angetrieben wird, der von der Position des nachgewiesenen abnorm gesinterten Teils abhängt, auch als Entfernungseinheit dient.
1 ist eine perspektivische Ansicht, teilweise geschnitten, einer Vorrichtung zur Herstellung eines dreidimensionalen Objekts gemäß der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine perspektivische Ansicht eines Teils der Vorrichtung von 1.
3 ist eine vertikale Schnittansicht der Vorrichtung von 1 während des Formens.
4 ist ein Blockdiagramm, das das Formen durch die Vorrichtung von 1 zeigt.
5 ist eine Reihe von erläuternden Ansichten, die den Betrieb der Vorrichtung von 1 zeigen, wenn ein abnorm gesinterter Teil nachgewiesen wurde.
6 ist eine Graphik, die die Drehmomentvariationen eines Antriebsmotors zeigt, wenn ein in der Vorrichtung von 1 montiertes Einebnungsblatt mit dem abnorm gesinterten Teil in Kontakt gebracht wurde.
7 ist ein Flussdiagramm, das den Ablauf von einem Pulverzufuhrvorgang bis zur Oberflächenschicht entfernenden Bearbeitung bei einem Oberflächenbearbeitungsvorgang in der Vorrichtung von 1 zeigt.
8 ist eine Draufsicht der Vorrichtung von 1, die ein Beispiel für einen Entfernungsbereich des abnorm gesinterten Teils zeigt.
9 ist eine vergrößerte Draufsicht eines Teils von 8, die ein weiteres Beispiel für den Entfernungsbereich des abnorm gesinterten Teils zeigt.
10 ist eine vergrößerte Draufsicht eines Teils von 8, die ein weiteres Beispiel für den Entfernungsbereich des abnorm gesinterten Teils zeigt.
11 ist eine vergrößerte Draufsicht eines Teils von 8, die noch ein weiteres Beispiel für den Entfernungsbereich des abnorm gesinterten Teils zeigt.
12 ist eine schematische vertikale Schnittansicht einer Nachweiseinheit zum Nachweis des abnorm gesinterten Teils, die in der Vorrichtung von 1 montiert ist.
13A ist eine schematische perspektivische Ansicht einer anderen Nachweiseinheit zum Nachweis des abnorm gesinterten Teils, die in der Vorrichtung von 1 montiert ist.
13B ist ein photographisches Bild, das von der Nachweiseinheit von 13A aufgenommen wurde.
14 ist eine Draufsicht der Vorrichtung von 1, die ein Beispiel für den Entfernungsbereich des abnorm gesinterten Teils zeigt.
15 ist ein Flussdiagramm, das den Ablauf von einem Pulverzufuhrvorgang bis zur Oberflächenschicht entfernenden Bearbeitung bei einem Oberflächenbearbeitungsvorgang in der Vorrichtung von 1 zeigt, die die Nachweiseinheit von 12 oder 13A aufweist.
16 ist eine Draufsicht der Vorrichtung von 1, die ein weiteres Beispiel für den Entfernungsbereich des abnorm gesinterten Teils zeigt.
17 ist eine erläuternde Ansicht, die einen Fall zeigt, in dem eine gesinterte Schicht mit einer Dicke, die größer ist als eine vorbestimmte Dicke, gebildet wurde und die gesamte gesinterte Schicht, die sich oberhalb der vorbestimmten Dicke befindet, entfernt wird.
18A ist eine vergrößerte Draufsicht eines Teils von 16, die ein weiteres Beispiel für den Entfernungsbereich des abnorm gesinterten Teils zeigt.
18B ist eine vergrößerte Draufsicht des Teils von 16, die noch ein weiteres Beispiel für den Entfernungsbereich des abnorm gesinterten Teils zeigt.
18C ist eine vergrößerte Draufsicht des Teils von 16, die ein weiteres Beispiel für den Entfernungsbereich des abnorm gesinterten Teils zeigt.
Die 19A und 19B sind erläuternde Ansichten eines Entstehungsmechanismus der abnorm gesinterten Teile in der Vorrichtung zur Herstellung des dreidimensionalen Objekts.
Im Folgenden wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert.
Die 1 und 3 zeigen eine Vorrichtung zur Herstellung eines dreidimensionalen Objekts gemäß der vorliegenden Erfindung. Die dort gezeigte Vorrichtung beinhaltet eine Pulverschichtbildungseinheit 2 zur Bildung einer Pulverschicht 10 auf einem Tisch 20, eine Bestrahlungseinheit 3 zum Bestrahlen eines vorbestimmten Bereichs der so gebildeten Pulverschicht mit einem optischen Strahl, eine Oberflächenschicht-Bearbeitungseinheit 4 zur Bearbeitung der Oberfläche einer vorbestimmten Zahl von gesinterten Schichten, eine Nachweiseinheit zum Nachweisen der Anwesenheit oder Abwesenheit eines abnorm gesinterten Teils 19 auf einer Oberfläche (oberen Oberfläche) jeder gesinterten Schicht sowie eine Entfernungseinheit zum Entfernen des abnorm gesinterten Teils 19, der durch die Nachweiseinheit nachgewiesen wurde. Die Pulverschichtbildungseinheit 2, die Oberflächen schicht-Bearbeitungseinheit 4 und dergleichen sind innerhalb einer Kammer 5 untergebracht.
Die Pulverschichtbildungseinheit 2 bildet eine Pulverschicht 10 mit einer vorbestimmten Dicke Δt1 auf einem vertikal beweglichen Tisch 20, der durch einen Zylinder innerhalb eines beschränkten Raums vertikal bewegt werden kann, durch Zuführen und Einebnen eines Metallpulvermaterials auf dem Tisch 20 mit Hilfe eines Einebnungsblattes 21.
Die Bestrahlungseinheit 3 strahlt einen Laser, der von einem Lasergenerator 30 ausgegeben wird, über ein optisches Abtastsystem, das einen galvanischen Spiegel 31, eine Strahlformkorrektureinheit 35 und dergleichen beinhaltet, auf die Pulverschicht 10. Die Bestrahlungseinheit 3 befindet sich außerhalb der Kammer 5, und der daraus emittierte optische Laser wird durch ein lichtdurchlässiges Fenster 50, das auf der Kammer 5 montiert ist, auf die Pulverschicht 10 gestrahlt. Für das Fenster 50 wird ein Material verwendet, das für den optischen Laser durchlässig ist. Wenn der Lasergenerator 30 ein CO₂-Laser ist, kann eine flache Platte aus ZnSe oder dergleichen verwendet werden.
Die Oberflächenschicht-Bearbeitungseinheit 4 beinhaltet eine XY-Antriebseinheit 40, die auf einer Basis der Pulverschichtbildungseinheit 2 montiert ist, und einen Fräskopf 41, der auf der XY-Antriebseinheit 40 montiert ist.
Die Nachweiseinheit bestimmt die Anwesenheit oder Abwesenheit des abnorm gesinterten Teils durch Nachweisen eines Drehmoments eines Antriebsmotors für das Einebnungsblatt 21, und die Oberflächenschicht-Bearbeitungseinheit 4 dient auch als Entfernungseinheit zur Entfernung des abnorm gesinterten Teils.
3 zeigt, wie man unter Verwendung der oben genannten Vorrichtung ein dreidimensionales Objekt herstellt. Wie dort gezeigt ist, wird zuerst ein Metallpulvermaterial, das aus einem Pulvertank 23 gerieselt ist, durch das Einebnungsblatt 21 einer auf dem Tisch 20 montierten Formbasis 22 zugeführt. Das so zugeführte Metallpulvermaterial auf der Basis 22 wird gleichzeitig durch das Einebnungsblatt 21 eingeebnet, so dass eine erste Pulverschicht 10 entsteht, und dann wird ein optischer Strahl (Laserstrahl) L auf einen gewünschten Teil der ersten Pulverschicht 10 gestrahlt, so dass dieser gesintert wird und dadurch eine gesinterte Schicht 11 entsteht, die mit der Basis 22 vereinigt ist.
Danach wird der Tisch 20 um eine vorbestimmte Strecke abgesenkt, und eine zweite Pulverschicht 10 wird sowohl auf der ersten Pulverschicht 10 als auch auf der gesinterten Schicht 11 gebildet, indem man wiederum das Metallpulvermaterial zuführt und es mit Hilfe des Einebnungsblatts 21 einebnet. Der optische Strahl L wird wiederum auf einen gewünschten Teil der zweiten Pulverschicht 10 gestrahlt, so dass dieser gesintert wird und dadurch eine weitere gesinterte Schicht 11 entsteht, die mit der darunterliegenden gesinterten Schicht 11 vereinigt ist.
Der Vorgang der Bildung einer neuen Pulverschicht 10, nachdem der Tisch 20 abgesenkt wurde, und der Vorgang der Bestrahlung eines gewünschten Teils der neuen Pulverschicht 10 mit dem optischen Strahl L unter Bildung einer neuen gesinterten Schicht 11 werden wiederholt durchgeführt, wodurch ein gewünschtes dreidimensionales Objekt als laminierter Körper aus den gesinterten Schichten hergestellt wird. Als optischer Strahl wird vorzugsweise ein CO₂-Laser verwendet. Bei Anwendungen, bei denen das dreidimensionale Objekt ein Umformwerkzeug ist, beträgt die bevorzugte Dicke Δt1 jeder Pulverschicht 10 etwa 0,05 mm.
Wie in 4 gezeigt ist, können Daten, die den Bestrahlungsweg des optischen Strahls anzeigen, im voraus aus dreidimensionalen CAD-Daten erzeugt werden. Zum Beispiel werden Konturendaten für jeden Schnitt hergestellt, indem man aus einem dreidimensionalen CAD-Modell erzeugte STL-Daten (triangulierte Stereolithographiedaten) in gleichmäßigen Abständen (0,05 mm im Falle, dass Δt1 0,05 mm beträgt) in Schnitte zerlegt, und mit diesen Daten wird eine den Bestrahlungsweg erzeugende Verarbeitung durchgeführt, so dass die Daten entstehen, die den Bestrahlungsweg des optischen Strahls anzeigen, die dann zusammen mit den Konturdaten in die Vorrichtung eingegeben werden.
Wenn während der Bildung der gesinterten Schichten 11 durch Wiederholen der Schritte des Bildens einer Pulverschicht 10 und dann des Bildens einer gesinterten Schicht 11 durch Einstrahlen eines optischen Strahls die Gesamtdicke der gesinterten Schichten 11 einen speziellen Wert erreicht, der zum Beispiel aus der Messerlänge des Fräskopfs 41 der Oberflächenschicht-Bearbeitungseinheit 4 bestimmt wurde, wird die Oberflächenschicht-Bearbeitungseinheit 4 aktiviert, so dass sie die Oberfläche des dreidimensionalen Objekts, das bis dahin geformt wurde, schneidend bearbeitet. Zum Beispiel kann ein Messer (Fräser mit runder Stirn) des Fräskopfs 41 mit einem Durchmesser von 1 mm und einer effektiven Klingenlänge von 3 mm eine Schneidtiefe von 3 mm erreichen, und wenn die Dicke Δt1 der Pulverschicht 10 = 0,05 mm beträgt, wird die Oberflächenschicht-Bearbeitungseinheit 4 aktiviert, wenn sechzig gesinterte Schichten 11 gebildet wurden.
Die Oberflächenschicht-Bearbeitungseinheit 4 kann eine Oberflächenschicht geringer Dichte, die durch die Haftung des Pulvers an der Oberfläche des geformten Objekts entstanden ist, entfernen und gleichzeitig einen Teil des Bereichs hoher Dichte ausschneiden und dadurch den Bereich hoher Dichte über die gesamte Oberfläche des geformten Objekts freilegen.
Wie in 4 gezeigt ist, werden der Weg zum Schneiden durch die Oberflächenschicht-Bearbeitungseinheit 4 sowie der Weg für die Laserbestrahlung im voraus aus den dreidimensionalen CAD-Daten hergestellt. Obwohl der Weg zum Schneiden auf der Basis der sogenannten Konturenverarbeitung bestimmt wird, muss die vertikale Schrittweite des Wegs zum Schneiden nicht immer dieselbe sein wie die Schrittweite der Laminierung während des Sinterns. Wenn das gewünschte Objekt eine leichte Steigung aufweist, kann eine glatte Oberfläche erhalten werden, indem man die vertikale Schrittweise für eine Interpolation reduziert.
Wenn bei der Vorrichtung zur Herstellung des dreidimensionalen Objekts gemäß der vorliegenden Erfindung das Blatt 21 motorgetrieben ist, um der oberen Oberfläche einer gesinterten Schicht 11, die gerade gebildet wurde, ein Pulvermaterial zuzuführen, und wenn die Höhe eines abnorm gesinterten Teils 19, der auf einer Oberfläche (oberen Oberfläche) der gesinterten Schicht 11 gebildet wurde, höher ist als die Dicke der nächsten Pulverschicht 10, wird das Blatt 21 mit dem abnorm gesinterten Teil 19 in Kontakt gebracht, was zu einer Zunahme des Drehmoments des Antriebsmotors führt. Wenn der Drehmomentwert einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet, wie in 6 gezeigt ist, stoppt eine Steuerungsschaltung zur Steuerung der Vorrichtung das Blatt 21 und bewegt es zurück, und ein Teil des abnorm gesinterten Teils 19, der sich auf einem höheren Niveau (einer größeren Höhe) als ein Ende (unteres Ende) des Blattes 21 befindet, wird abgeschnitten und entfernt. Danach wird die Bildung der Pulverschicht 10 durch das Blatt 21 erneut durchgeführt.
Der Verlauf vom Vorgang der Pulverzuführung bis zur Oberflächenschicht entfernenden Bearbeitung im Oberflächenbearbeitungsvorgang wird im Folgenden unter Bezugnahme auf 7 näher erläutert.
Im Schritt S1 wird zuerst ein Pulvermaterial durch die Pulverschichtbildungseinheit 2 zugeführt, und im Schritt S2 wird die Anwesenheit oder Abwesenheit eines abnorm gesinterten Teils 19 nachgewiesen, d. h. ob das Blatt 21 mit dem abnorm gesinterten Teil 19 in Kontakt gekommen ist oder nicht. Wenn der abnorm gesinterte Teil 19 in Schritt S2 nachgewiesen wird, wird derjenige Teil des abnorm gesinterten Teils 19, der sich oberhalb des Endes (unteren Endes) des Blattes 21 befindet, in Schritt S3 durch die Oberflächenschicht-Bearbeitungseinheit 4 entfernt, und das Verfahren kehrt zu Schritt S1 zurück, in dem das Pulvermaterial wiederum zugeführt wird. Wenn in Schritt S2 andererseits kein abnorm gesinterter Teil 19 nachgewiesen wird, wird in Schritt S4 ein vorbestimmter Bereich der Pulverschicht 10 mit einem Laser bestrahlt, so dass eine gesinterte Schicht 11 entsteht, und das Verfahren rückt zu Schritt S5 vor.
Im Schritt S5 wird festgestellt, ob eine vorbestimmte Zahl (zum Beispiel sechzig) gesinterte Schichten 11 gebildet wurde oder nicht, d. h. ob eine Oberflächenbearbeitung benötigt wird oder nicht. Wenn festgestellt wurde, dass keine Oberflächenbearbeitung benötigt wird, kehrt das Verfahren zu Schritt S1 zurück, aber wenn festgestellt wurde, dass die Oberflächenbearbeitung benötigt wird, wird im Schritt S6 eine Oberflächenentfernung durch die Oberflächenschicht-Bearbeitungseinheit 4 durchgeführt.
Wenn der Antriebsmotor für das Blatt 21 mit einer Kodiereinrichtung versehen ist, kann die Position, wo sich der abnorm gesinterte Teil 19 befindet, in einer Richtung des Antriebs des Blattes 21 nachgewiesen werden, und damit kann der Bereich, innerhalb dessen die Oberflächenschicht-Bearbeitungseinheit 4 angetrieben werden muss, um den abnorm gesinterten Teil 19 zu entfernen, auf einen streifenförmigen Bereich A1 beschränkt werden, der den abnorm gesinterten Teil 19 enthält und der eine vorbestimmte Länge (zum Beispiel 1–10 mm) in einer Bewegungsrichtung des Blattes 21 hat, wie in 8 gezeigt ist.
Wie in 9 gezeigt ist, kann alternativ dazu die Oberflächenschicht-Bearbeitungseinheit 4 auch innerhalb eines Bereichs einer vorbestimmten Länge N und einer vorbestimmten Breite, die die maximale Breite des Sinterbereichs plus Randbreiten M einer vorbestimmten Länge auf den jeweiligen Seiten der maximalen Breite umfasst, zur Entfernung des abnorm gesinterten Teils 19 angetrieben werden.
Als weitere Alternative, wie in 10 gezeigt ist, kann auch ein Pulverschichtbildungsbereich, der sich in Antriebsrichtung des Blattes 21 vor dem abnorm gesinterten Teil 19 befindet, vollständig als Oberflächenschicht-Entfernungsbereich eingestellt werden, oder wie in 11 gezeigt ist, kann ein Pulverschichtbildungsbereich mit einer Breite, die die maximale Breite des Sinterbereichs plus Randbreiten M beinhaltet und sich in Antriebsrichtung des Blattes 21 vor dem abnorm gesinterten Teil 19 befindet, vollständig als Oberflächenschicht-Entfernungsbereich eingestellt werden.
Wie in 12 gezeigt ist, kann die Nachweiseinheit zum Nachweisen des abnorm gesinterten Teils aus einem Laserbestrahlungsteil 80 und einem Lichtempfangsteil 81 bestehen, die ein Paar bilden, um einen abnorm gesinterten Bereich nachzuweisen, oder wie in 13A gezeigt ist, wird ein Bild einer gesinterten Oberfläche, die mit dem optischen Strahl bestrahlt wurde, durch eine Bildaufnahmeeinheit 82 aufgenommen, und die Anwesenheit oder Abwesenheit eines abnorm gesinterten Teils 19 kann auf der Grundlage eines solchen Bildes bestimmt werden (siehe 13B).
Da im letzteren Fall die Position, wo der abnorm gesinterte Teil 19 aufgetreten ist, in biaxialen Richtungen spezifiziert werden kann, kann der Bereich, innerhalb dessen die Oberflächenschicht-Bearbeitungseinheit 4 angetrieben werden muss, um den abnorm gesinterten Teil 19 zu entfernen, auf einen vorbestimmten schmalen Bereich A2 beschränkt werden, der den abnorm gesinterten Teil 19 enthält, wie in 14 gezeigt ist.
15 ist ein Flussdiagramm, das den Verlauf von einem Pulverzufuhrvorgang bis zur Oberflächenschicht entfernenden Bearbeitung bei einem Oberflächenbearbeitungsvorgang in dem Fall zeigt, bei dem die Nachweiseinheit zum Nachweisen des abnorm gesinterten Teils aus dem Laserbestrahlungsteil 80 und dem Lichtempfangsteil 81 oder der Bildaufnahmeeinheit 82 besteht.
Wie im Flussdiagramm von 15 gezeigt ist, wird in Schritt S11 zuerst ein Pulvermaterial durch die Pulverschichtbildungseinheit 2 zugeführt, und dann folgt Schritt S12, in dem ein vorbestimmter Bereich der Pulverschicht 10 mit einem Laser bestrahlt wird, so dass eine gesinterte Schicht 11 entsteht, und im Schritt S13 wird die Anwesenheit oder Abwesenheit eines abnorm gesinterten Teils 19 durch die Nachweiseinheit nachgewiesen. Wenn der abnorm gesinterte Teil 19 in Schritt S13 nachgewiesen wird, wird derjenige Teil des abnorm gesinterten Teils 19, der sich oberhalb des Endes (unteren Endes) des Blattes 21 befindet, in Schritt S14 durch die Oberflächenschicht-Bearbeitungseinheit 4 entfernt, und das Verfahren rückt zu Schritt S15 vor. Wenn in Schritt S13 festgestellt wurde, dass es keinen abnorm gesinterten Teil gibt, rückt das Verfahren ebenfalls zu Schritt S15 vor.
In Schritt S15 wird festgestellt, ob eine vorbestimmte Zahl (zum Beispiel sechzig) gesinterte Schichten 11 gebildet wurde oder nicht, d. h. ob eine Oberflächenbearbeitung benötigt wird oder nicht. Wenn festgestellt wurde, dass keine Oberflächenbearbeitung benötigt wird, kehrt das Verfahren zu Schritt S11 zurück, aber wenn festgestellt wurde, dass die Oberflächenbearbeitung benötigt wird, wird im Schritt S16 eine Oberflächenentfernung durch die Oberflächenschicht-Bearbeitungseinheit 4 durchgeführt.
Selbst wenn die Nachweiseinheit die Position des abnorm gesinterten Teils 19 nicht nachweisen kann, reicht es aus, wenn sie nur die Anwesenheit oder Abwesenheit des abnorm gesinterten Teils 19 nachweisen kann. In diesem Fall wird die Entfernung der Oberflächenschicht über die gesamte Oberfläche A3 der gesinterten Schicht 11 oder die gesamte Oberfläche A4, die die Pulverschicht 10 enthält, durchgeführt, wie in 16 gezeigt ist.
Ein Bearbeitungsweg, entlang dessen die Oberflächenschicht-Bearbeitungseinheit 4 bewegt wird, wird berechnet und in Abhängigkeit vom Entfernungsbereich A1–A3 von einer Steuerungsschaltung bestimmt. Wenn der Entfernungsbereich A4 ist, kann ein Entfernungsweg im voraus bestimmt werden.
Wenn in der oben beschriebenen Ausführungsform die gesinterte Schicht 11 auf ihrer Oberfläche einen abnorm gesinterten Teil 19 aufweist, der sich oberhalb der nächsten Pulverschicht befindet, wird derjenige Teil des abnorm gesinterten Teils 19, der sich auf einem höheren Niveau befindet als das Ende (untere Ende) des Blattes 21, durch die Oberflächenschicht-Bearbeitungseinheit 4 entfernt, wie in 5 gezeigt ist, aber es kann auch der gesamte abnorm gesinterte Teil 19 entfernt werden. Wie in 17 gezeigt ist, kann alternativ dazu auch die Dicke jeder Pulverschicht so eingestellt werden, dass sie größer als eine vorbestimmte Dicke ist, und in diesem Fall wird der Teil der gesinterten Schicht, der sich oberhalb der vorbestimmten Dicke befindet, vollständig entfernt, nachdem eine gesinterte Schicht mit einer Dicke, die größer als die vorbestimmte Dicke ist, gebildet wurde. Da die obere Oberfläche der gesinterten Schicht unabhängig davon, ob der abnorm gesinterte Teil 19 vorhanden ist oder nicht, vollständig entfernt wird, wird keine Nachweiseinheit zum Nachweisen des abnorm gesinterten Teils benötigt, wenn auch die Zeitdauer für die Entfernung lang wird.
Die 18A bis 18C zeigen jeweils einen Entfernungsbereich der gesinterten Schicht für den Fall, dass kein abnorm gesinterter Teil nachgewiesen wird.
Im Beispiel von 18A wird ein gesamter Bereich (ein Bereich, in dem die Pulverschicht gebildet wird) auf dem Tisch 20 auf einen Entfernungsbereich A5 eingestellt, und im Beispiel von 18B wird ein Entfernungsbereich A6 so eingestellt, dass er eine Breite hat, die die maximale Breite des Sinterbereichs plus Randbreiten M einer vorbestimmten Länge auf den jeweiligen Seiten der maximalen Breite umfasst, und dass er außerdem eine Länge hat, die die Gesamtlänge des Sinterbereichs in der Antriebsrichtung des Blattes 21 plus Randbreiten P einer vorbestimmten Länge auf den jeweiligen Seiten der Gesamtlänge umfasst. Wie in 18C gezeigt ist, kann alternativ dazu auch ein Entfernungsbereich A7 so eingestellt werden, dass es sich um den Sinterbereich plus eine Randbreite Q einer vorbestimmten Länge handelt, die sich von der Kontur des Sinterbereichs aus nach außen erstreckt.
Obwohl in der oben beschriebenen Ausführungsform die Oberflächenschicht-Bearbeitungseinheit 4 so beschrieben wurde, dass sie auch als Entfernungseinheit zum Entfernen des abnorm gesinterten Teils dient, kann auch unabhängig von der Oberflächenschicht-Bearbeitungseinheit 4 eine Einheit vorgesehen sein, die eigens zum Entfernen von abnorm gesinterten Teilen dient. In diesem Fall wird die Oberflächenschicht-Bearbeitungseinheit 4 so betrieben, dass sie lediglich eine Oberflächenschicht mit einer vorbestimmten Zahl von gesinterten Schichten bearbeitet, während die Entfernungseinheit zum Entfernen des abnorm gesinterten Teils so betrieben wird, dass sie lediglich die abnorm gesinterten Teile entfernt.
In der oben beschriebenen Ausführungsform ist die Oberflächenbearbeitung für die vorbestimmte Zahl von gesinterten Schichten 11 nicht immer erforderlich. Bei Anwendungen, bei denen die Entfernungseinheit zum Entfernen des abnorm gesinterten Teils zur ausschließlichen Verwendung bereitgestellt wird, kann auf die Oberflächenschicht-Bearbeitungseinheit 4 verzichtet werden.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines dreidimensionalen Objekts, umfassend: (a) Bilden einer Pulverschicht (10); (b) Bestrahlen eines vorbestimmten Teils der Pulverschicht mit einem optischen Strahl unter Bildung einer gesinterten Schicht (11); (c) Bilden einer neuen Pulverschicht (10) auf einer Oberfläche der gesinterten Schicht (11); (d) Bestrahlen eines vorbestimmten Teils der neuen Pulverschicht mit einem optischen Strahl unter Bildung einer neuen gesinterten Schicht (11), die mit der darunterliegenden gesinterten Schicht vereinigt ist; (e) Entfernen eines Teils der gesinterten Schicht (11), der höher ist als ein vorbestimmtes Niveau, nach Schritt (b) oder (d), falls es erforderlich ist; und (f) Wiederholen der Schritte (c), (d) und (e) unter Bildung einer Menge von gesinterten Schichten, wobei der Teil der gesinterten Schicht (11), der entfernt werden soll, ein abnorm gesinterter Teil (19) ist, der auf der Oberfläche der gesinterten Schicht entstanden ist, und wobei die Anwesenheit oder Abwesenheit des abnorm gesinterten Teils (19) auf der Oberfläche der gesinterten Schicht (11) jedes Mal nachgewiesen wird, wenn jeweils eine gesinterte Schicht (11) gebildet wurde, und wenn ein abnorm gesinterter Teil (19) nachgewiesen wird, wird der abnorm gesinterte Teil (19) entfernt; und wobei die Anwesenheit oder Abwesenheit des abnorm gesinterten Teils (19) nachgewiesen wird, indem man eine Belastung nachweist, die auf ein Blatt (21) ausgeübt wird, das die Einebnung der Oberfläche der Pulverschicht (10) bewirkt oder wobei die Anwesenheit oder Abwesenheit des abnorm gesinterten Teils (19) optisch nachgewiesen wird.
Verfahren zur Herstellung eines dreidimensionalen Objekts gemäß Anspruch 1, wobei die Bearbeitung zur Entfernung des abnorm gesinterten Teils (19) nur in einem vorbestimmten Oberflächenbereich der gesinterten Schicht (11) und der Pulverschicht (10) durchgeführt wird.
Verfahren zur Herstellung eines dreidimensionalen Objekts gemäß Anspruch 2, wobei es sich bei dem vorbestimmten Oberflächenbereich der gesinterten Schicht (11) und der Pulverschicht (10) um die gesamte Oberfläche der gesinterten Schicht (11) oder um die gesamte Oberfläche der gesinterten Schicht (11) und der Pulverschicht (10) handelt.
Verfahren zur Herstellung eines dreidimensionalen Objekts gemäß Anspruch 1, wobei ein Teil des abnorm gesinterten Teils (19) entfernt wird, der sich auf einem höheren Niveau befindet als das untere Ende des Blattes (21) zur Einebnung der Oberfläche der Pulverschicht.
Vorrichtung zur Herstellung eines dreidimensionalen Objekts, umfassend: einen Tisch (20); eine Pulverschichtbildungseinheit (2) zur Bildung einer Pulverschicht (10) auf dem Tisch (20); eine Bestrahlungseinheit (3) zum Bestrahlen eines vorbestimmten Bereichs der Pulverschicht (10) mit einem optischen Strahl, so dass der vorbestimmte Bereich der Pulverschicht (10) gesintert wird; eine Bearbeitungseinheit (4) zur Bearbeitung der Oberfläche einer vorbestimmten Zahl von gesinterten Schichten (11); eine Nachweiseinheit zum Nachweisen der Anwesenheit oder Abwesenheit eines abnorm gesinterten Teils (19) auf einer Oberfläche jeder der gesinterten Schichten (11); und eine Entfernungseinheit zum Entfernen des abnorm gesinterten Teils, der durch die Nachweiseinheit nachgewiesen wurde; und wobei die Pulverschichtbildungseinheit (2) ein Blatt (21) zum Einebnen der Oberfläche der Pulverschicht (10) umfasst und die Nachweiseinheit den abnorm gesinterten Teil (19) nachweist, indem sie eine auf das Blatt (21) ausgeübte Belastung nachweist, und wobei die Entfernungseinheit die Bearbeitungseinheit (4) umfasst, die entlang eines Entfernungswegs angetrieben wird, der in Abhängigkeit von der Position des abnorm gesinterten Teils (19) berechnet wird, die durch die Nachweiseinheit nachgewiesen wurde oder wobei die Nachweiseinheit den abnorm gesinterten Teil optisch nachweist und die Entfernungseinheit die Bearbeitungseinheit (4) umfasst, die entlang eines Entfernungswegs angetrieben wird, der in Abhängigkeit von der Position des abnorm gesinterten Teils (19) berechnet wird, die durch die Nachweiseinheit nachgewiesen wurde.