JP2002527613A - 3次元部品製造装置、特にレーザー焼結装置 - Google Patents

3次元部品製造装置、特にレーザー焼結装置

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    • B23K2103/04Steel or steel alloys

Abstract

(57)【要約】 本発明は、焼結用レーザーの出射光学系(走査機)が配置され、その下には高さ調節可能な工作台が設けられた装置筐体内に焼結物作業空間を有する3次元部品の製造装置、特にレーザー焼結装置であって、工作台上方の処理加工領域内の容器から粉末状の焼結材料を供給する塗工装置を有する材料供給手段と、作業空間内に挿入可能な仕切り枠を形成する交換式コンテナと、を備え、前記工作台が前記交換式コンテナとコンテナ底部として一体化されており、支持装置が前記交換式コンテナに係合し、レーザー焼結装置の動作時に、この支持装置上に前記工作台が載置される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、3次元部品製造装置、特にレーザー焼結装置に関する。具体的には
、請求項1のプリアンブル部分に記載の特徴が加わった合成材料用のレーザー焼
結装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
周知のレーザー焼結装置は、内部に焼結物作業空間または焼結物処理加工空間
が設けられ多装置筐体を備える。この作業空間の上側の領域には、焼結用レーザ
ーの出射光学系が走査機の形で配置されている。この走査機は、レーザー光線を
偏向させて焼結材料(熱可塑性粉末)の焼結に必要なエネルギを提供するための
光学系を構成するものである。光学系の下には高さ調節可能な工作台があり、そ
の上には、工作台の処理加工領域で容器から粉末状の焼結材料を供給するように
設計されて塗工装置を含む材料供給手段が設けられている。
【0003】 従来技術におけるレーザー焼結装置では、高さ調節可能な工作台の内部領域で
、複数の層を順次固化して部品を作製している。しかしながら、光線が照射され
ず未焼結のまま残った熱可塑性粉末が工作台から落ちるのを防止するために、工
作台の区切りとして機能するリムを同時に架台の周囲に実質的に作製すなわち焼
結している。
【0004】 この方法には、さまざまな面で問題がある。
【0005】 工作台上でリムを作製するには露光時間をさらに長くする必要があり、また、
他には使用されることのなさそうな熱可塑性粉末が別途必要になる。
【0006】 これ以外にも、個別の問題として、何らかの作製ミスがある場合は強度の十分
な区切り用箱形構造物が得られないため、遅くとも高さ調節可能な架台から部品
を引き離す際、時にはこれよりも早いタイミングですらも、変形が生じて結果と
して不良品を生みかねない。
【0007】 さらに、工作台をレーザー焼結装置から後退させる際に、リムの破片や損傷部
分が原因で若干の粉末がレーザー焼結装置の下側の領域に落ち、この部分が汚れ
てしまう。このため、レーザー焼結装置を停止させて保守点検を行う期間が余分
に必要になる。
【0008】 上記のあらゆる欠点より重大な問題として、実際の製造工程終了後も焼結した
部品ならびに区切りを一定の時間レーザー焼結装置内に残しておかなければなら
ないということがあげられる。これは、取り出し時に部品とエッジが変形しない
ようにある程度まで冷却して硬化させるためであるが、経験則から言うと、作製
時間が20時間であれば作製後のリムと部品の冷却にもほぼ20時間必要になる
。このため、従来技術のレーザー焼結装置ではダウンタイムが比較的長い。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、必要なエネルギと材料の量を削減でき、2つの作製行程間の
ダウンタイムを大幅に短縮できるように、請求項1のプリアンブルに記載の特色
を有する3次元部品製造装置、特にレーザー焼結装置を得ることにある。
【0010】 上記の目的は、請求項1の特徴項に記載の内容によって達成される。従属請求
項は好ましい別の実施形態に相当する。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本発明の中心となる態様によれば、仕切り枠を形成する交換式コンテナが前記
焼結物作業空間に挿入され、前記工作台が底部として前記交換式コンテナに統合
され、支持装置が前記交換式コンテナ内に設けられ、レーザー焼結装置の稼働時
には前記工作台がこの上に保持される。
【0012】 このため、前記焼結物作業空間に挿入可能な新規な交換式コンテナは、実質的
に2つの構成要素で構成されている。1つは仕切り枠を形成するシャフト状の外
側部分であり、もう1つはこのシャフト状の部分に高さの調節が可能な形で統合
された通常の工作台である。
【0013】 1層ずつ、すなわち層を重ねて厚みを順次増して部品を作製する場合、仕切り
枠内のコンテナ底部を徐々に下げ、工作台よりも上の領域に、従来の方法で塗工
装置によって粉末状の焼結材料を繰り返し充填する。
【0014】 しかしながら、周囲のリムまで作製する必要がないという利点がある。丈夫な
交換式コンテナ内に位置する実際の工作物のみを焼結すれば十分であり、未焼結
の焼結材料はその中に堆積して変形しないように保護される。
【0015】 部品の最終層を焼結後はすぐに、支持装置によって工作台を低い位置まで下げ
ることができる。また、交換式コンテナと工作台の壁面間で整列して設けられた
孔に挿入可能なスライディングプラグなどの係止要素によって、コンテナ底部を
コンテナ側壁にしっかりと連結する。次に、この連結部分を支持装置から離し、
作業空間から持ち上げて後退させることができる。これは、高温状態のまま問題
なく行うことができる。コンテナとその中に収容された部品、焼結材料の冷却は
、焼結装置の外で行われる。
【0016】 交換式コンテナの抜去直後に、新しい交換式コンテナを挿入することができる
。この場合、新しい交換式コンテナの底部を支持装置に連結した後、コンテナと
側壁との係止を解除する。約15〜20分の交換時間で焼結装置は次の焼結作業
のために再度待機状態となる。
【0017】 したがって、本発明にはこのような焼結装置での作業に対する有利な効果がい
くつかある。まず、周囲での作製ミスが原因で実際の部品が不良品になることは
ない。また、部品とその周囲にある材料の冷却時間が焼結装置とは切り離される
【0018】 この焼結装置では極めて短時間で次の作業の準備ができる。さらに、焼結材料
とエネルギの両方が節約される。
【0019】 有利なことに、交換式コンテナは上から見ると断面が実質的に正方形または長
方形であり、実質的に互いに直角に配置された4枚の側壁を有する。これらの側
壁内で、工作台が高さ調節可能な状態で案内される。
【0020】 基本的に、支持装置を下からコンテナ側壁のシャフトに係合させることができ
、あるいは一体型の部品として交換式コンテナと統合することもできる。装置に
しっかりと装着された支持装置を使用する際の安定性を得るために、機械方向す
なわち下から上に延在する係合凹部を交換式コンテナのコンテナ後壁に設け、こ
の溝を介して、作業空間の後壁部分で高さを調節可能な支持装置が実質的に水平
方向に延在している支持アームと係合できると好ましい。工作台よりも上の領域
で係合凹部を粉末から保護するように覆うための手段が設けられている。
【0021】 工作台を支持するための支持装置が、交換式コンテナの一側壁を介して複数の
支持アームによって交換式コンテナの内部と係合する上記の課題解決方式は、1
本の支持アームが交換式コンテナと係合して工作台を下から支持する方式よりも
有利である。交換式コンテナの下で支持装置のために確保しておくべき空間を節
約し、大きめの部品を作製するための作業空間として利用できるためである。し
かしながら、複数の支持アームまたは1本の支持アームが交換式コンテナの壁面
と横方向に係合する方式では、粉末が落ちてこないようにするために、支持アー
ム用の係合凹部を常に工作台の上で封止しておく必要がある。
【0022】 有利なことに、本発明の第1の実施形態では、交換式コンテナの上縁に固定さ
れ、工作台が下がったときにコンテナ壁の内側に保持されて係合凹部を覆うよう
になるローラーシャッター状の封止装置によって達成される。
【0023】 焼結粉末に対する十分な保護性を確保するために、スチール製のローラーシャ
ッターと協動する保持用磁石要素が設けられている。この保持用磁石要素によっ
て、極めて少量の粉末ですら装置の下側部分に入らないような状態で、スチール
製のローラーシャッターがコンテナ後壁の内側に密着固定される。
【0024】 本発明の第2の実施形態では、交換式コンテナは、長手方向に延在する後壁に
溝形の中央凹部を備え、工作台を支持するための支持アームが前記凹部に係合す
る。この係合凹部を工作台よりも上の領域で封止するために、後壁の上縁と、こ
の上縁と実質的に対角線上で向かい合う領域内で交換式コンテナの底部とにおい
てそれぞれ、スチール製ローラーシャッターの代わりにテープ(好ましくはスチ
ール製)締め付けて設ける。スチールテープは係合凹部に沿って工作台の底側で
案内され、案内用円筒を介して引っ張られる。2つの締付部分の間にあるスチー
ルテープの長さは一定であり、工作台の底側に沿って案内されるがゆえに、テー
プは工作台よりも上で常に正しい長さで係合凹部に押圧される。スチール製ロー
ラーシャッターを用いる実施形態と比べると、テープを用いる実施形態の方が有
利である。テープの方が安価であって、摩耗または破損した場合に簡単に交換で
きるためである。このテープにはほとんど力がかからない。しかしながら、上述
したローラーシャッターは巻き取り用に強いばねを有している。それにもかかわ
らず、テープでは、下側の位置に工作台を係止する必要がない。工作台を安定さ
せるには封止の摩擦だけで十分である。
【0025】 コンテナの上側部分には、移動行程を手作業での数ステップに制限するために
、保持用要素またはフック要素が設けられている。交換式コンテナを引き出しの
ように処理加工空間内に挿入することができれば特に有利である。処理加工空間
側壁と交換式コンテナはその上端に支持鋼材などで装着され、処理加工空間から
横方向に延在して離れ、ガイドの上に載置されている。
【0026】 別の実施形態では、横方向に突出して交換式コンテナに設けられた支持鋼材が
、処理加工空間の横方向の壁の領域内でガイドの上にあるわけではなく下から固
定され、処理加工空間内にて作業用プレートの位置に設けられた締付装置によっ
て作業用プレートに対して持ち上げられて押圧される。この締付装置は処理加工
空間内の作業用プレートに設けられ、水平方向に延在し、交換可能なコンテナの
輪郭に対応する凹部を有する。
【0027】 好ましくは、支持アームは工作台との間の着脱を極めて容易にする結合装置を
有する。
【0028】 好ましくは、ホイストがさらに設けられ、このホイストが交換式コンテナが移
動される作業空間内に、またはこの作業空間に隣接して駆動可能なものである。
【0029】 従来技術のレーザー焼結装置では、作業空間全体を加熱する。この種の作業空
間加熱は比較的時間がかかりエネルギ強度が高いものである。交換式コンテナ、
交換式コンテナの底部または側壁に一体に形成された加熱装置を用いることで、
加熱をレーザー焼結プロセスの熱要件に適宜合わせることが可能になる。
【0030】
【発明の実施の形態】
図面を参照すると、レーザー焼結装置1は、内部に作業空間3が設けられた装
置筐体2を有する。作業空間3の上側の領域4には、焼結用レーザー6の走査機
5が配置されている。この走査機は、レーザー光線7を偏向させ、これを工作台
8またはその上で成形された焼結材料9に集中させるためのものである。焼結材
料は、塗工装置10によって工作台8上に1層ずつ順次供給される。焼結材料9
は容器(図示せず)から塗工装置10に供給される。
【0031】 作業空間3の下側の領域11には、交換式コンテナ12が挿入される。このコ
ンテナは、側壁14と工作台8とで構成されており、工作台8は、側壁14内す
なわち側壁で形成されたシャフト内で上下方向に変位可能である。
【0032】 工作台8の高さを調節できるようにするために、支持装置20が設けられてい
る。レーザー焼結装置が動作している間、工作台8は支持装置上にあり、そこに
載置される。
【0033】 図1に示す実施形態を参照すると、工作台は交換式コンテナ内で最上方位置に
ある。
【0034】 交換式コンテナ12の実施形態の詳細図を示す図4の実施形態を参照し、工作
台8は下方後退位置で側壁14に係留されている。この状態では、交換式コンテ
ナ12は工作台8をその底板として係留した状態で、作業空間3から引き出すこ
とが可能である。交換式コンテナ12の側壁14を工作台8に係留するために、
側壁14に整列して設けられた孔と交換式コンテナ12とに挿入可能な摺動プラ
グ25が設けられている。このように、交換式コンテナ12は、支持装置20か
ら取り外し持ち上げ可能な一体型のユニットを形成する。
【0035】 図1、図3および図4に示す実施形態を参照すると、支持装置は、装置筐体の
後壁のある領域で案内装置31に配置された複数の支持アーム30からなるもの
である。支持アーム30上には、ねじ要素32によって工作台8が着脱自在に装
着されている。工作台8が図3に示すような交換式コンテナ12の上位置または
中間位置にある場合、支持アーム30は、後ろの側壁14’に垂直方向に形成さ
れた係合凹部33を介して係合される。
【0036】 別の形として、図2に示すように、支持装置40を交換式コンテナ12よりも
下側の位置で固定して一体化し、たとえばスピンドルドライブ42を用いて連続
上下動が可能なハサミタイプのジャッキ41を形成することも可能である。さら
に別の実施形態では、支持装置40は、交換式コンテナの下から内部まで達し、
支持装置を上下させるための直線状ガイド、好ましくは入れ子式の直線状ガイド
が設けられる。
【0037】 この場合、支持装置の構成要素はいずれも後ろの側壁14’の内部まで達する
必要がないため、後ろの側壁14’に係合凹部33を形成せずに交換式コンテナ
12を構成することが可能である。
【0038】 次に、図1、図3および図4を再度参照する。
【0039】 工作台8よりも上の領域で係合凹部33を粉末から保護するように覆うために
、ローラーシャッター34が設けられている。シャッターの上端35は、後ろの
側壁14’の上縁36に装着されている。ローラーシャッター34は、スチール
製ローラーシャッターであり、磁化可能な材料で構成される。係合凹部33に加
えて、ローラーシャッター34を側壁14’の内側に焼結粉末から保護するよう
に引きつける磁石要素37も設けられている。
【0040】 工作台8は、互いに間隔をあけて平行に配置された2枚の底部材によって形成
されている。上側の底部材が工作物保持面をなし、下側の底部材またはこれに相
当する底部要素が支持装置の上に載置される。2枚の底部材の間には、ローラー
シャッター34用の偏向プーリー60と、ばね荷重式巻取装置61が備えられて
いる。
【0041】 交換式コンテナの側壁14の内側15と工作台8の外側の縁との間には、粉末
封止要素が作用している。この要素は、外側の寸法がコンテナ壁の内側の寸法に
合うように作られたシリコーン板(図示せず)で形成されている。
【0042】 交換式コンテナ12は、装置筐体2のガイド70に引き出しのように挿入する
ことが可能なものであり、さらに、交換式コンテナ12の上縁から横方向に突出
して装置筐体2のガイド70上にある支持鋼材71を含む。
【0043】 交換式コンテナ112のさらに他の実施形態を図5および図7に示す。交換式
コンテナ112は、断面が正方形で有ることが好ましいが、必ずしもそうでなけ
ればならないわけではない。このコンテナは、4枚の側壁114a、114b、
114cおよび114dを備え、これらの側壁がシャフトを形成している。この
シャフトの中に、図7に示すように工作台108が高さ調節可能な状態で配設さ
れる。交換式コンテナ112が装置内に挿入されているときに作業空間への挿入
開口と対向している前側の側壁114aの部分において、2本の取っ手116が
交換式コンテナ112に備えられている。この取っ手によって、交換式コンテナ
を引き出しのように装置に出し入れすることができる。前側の側壁114aと隣
接した側壁114cおよび114dのそれぞれがある部分において、交換式コン
テナにはその上縁から一定の間隔をあけて横方向に突出した複数の支持レールま
たは支持鋼材171が備えられている。各支持鋼材171は、その中央下面に垂
直方向に突出して下向きにピン172が設けられている。このピンは丸い自由端
173を有する。また、支持鋼材の上側には2本のラグ174が設けられている
。前の側壁114aと対向し、装置筐体の後壁と対向して作業空間を区切ってい
る後ろの側壁114bの部分では、支持装置の支持アームとの係合用に実質的に
中央部に溝形係合凹部133が、工作台108の長手方向すなわち機械方向に延
在して交換式コンテナ112に設けられている。係合凹部133は、装置筐体内
で昇降装置に横方向に設けられた支持アームを挿入できるように、交換式コンテ
ナの下側の縁まで延在している。
【0044】 この実施形態では、交換式コンテナ112の側壁114a、114b、114
cの内側と、工作台108の外縁との間に粉末封止要素(図示せず)が設けられ
ている。この要素は、封止効果を有するたとえば、ゴム、シリコーンおよび/ま
たはフェルトからなる、単一の層またはいくつかの層の組み合わせでなり、その
外側の寸法は、断面で交換式コンテナの内側の寸法に相当し、スチール製のらせ
んばねによって、あるいは必要があれば接触横材(contact ledge
)によって、工作台の底側に弾性的に連結されている。このような構成にするこ
とで、交換式コンテナの製造に関する公差が得られ、位置や配置の誤差を補償で
きる。
【0045】 図7から明らかなように、作業空間3内に設けられた作業用プレート118は
、輪郭が交換式コンテナ112の断面に相当する形状の凹部119を備えている
。作業用プレート118の底側には、図6に別途示すような昇降/保持装置12
1が設けられている。締付装置は、実質的に交換式コンテナの輪郭に対応する正
方形の枠を備える。この枠は、2つの対向して配置された枠部分122と、枠部
分同士を連結する連結支柱122’とを有する。枠は、凹部119に隣接する作
業用プレート118の底側に、たとえば、ねじ120などによって固定されてい
る。枠部分122には、第1の脚部123aと、第1の脚部に枢支的に連結され
た第2の脚部123bとを有する1つのひざ形レバー123からなるひざ形レバ
ー系が設けられている。第1の脚部は、一方の端がジョイント125を介して枠
部分122の一方の端に枢支的に連結され、他方の端が第2の脚部123bに枢
軸的に連結されている。第2の脚部123bは、連結ロッド126を介して、第
2の脚部でジョイント127を介して枠部分122の他方の端に枢軸的にヒンジ
結合されている。2本のひざ形レバー123の第2の脚部123bの自由端は、
把持ロッド128を介して互いに連結され、昇降/保持装置を作動できるように
なっている。ひざ形レバーの第1の脚部123aは、枠部分122と対向する上
側に、特別に作製したショルダー部129を備える。このショルダー部は、表現
が第1の脚部123aの上側と平行に整列配置された第1のセクション129a
と、これに隣接し、ジョイント125に向かって下方向に傾斜した表面を有する
第2のセクション12bと、これに隣接し、脚の表面と同じく平行に整列配置さ
れた表面を有する第3のセクション129cと、を備える。昇降/保持装置12
1は、把持ロッド128が装置の交換式コンテナ挿入開口と対向するように、作
業空間3において作業用プレート118に固定されている。ショルダー部129
は、ピン172の自由端173が交換式コンテナ112の支持鋼材171におい
て被係止状態で第3のセクション129c上にあるように第1の脚部123aに
固定されている。また、作業用プレート118では、枠部分122と連結支柱1
22’との内部に延在している溝に収容された外周シール122”によって、粉
末から保護した状態で枠が取付られている。
【0046】 さらに、122および122’によって形成されている枠には、作業用プレー
ト118の開口119の方に向けて交換式コンテナを心合わせする機能がある。
上昇時、交換式コンテナは、スムーズかつ高信頼度で摺動して枠部分122とシ
ール122”とによって形成される連結部分にくるように、L型材122aと支
持面122bとによってレール122cを介して一平面内で横方向に案内される
。この目的のために、L型材122aと支持面122bはPTFEなどの滑りの
よい素材で作製されている。図5に示す一対のラグ174によって交換式コンテ
ナの垂直位置を定める。このラグは、支持鋼材171に対で設けられ、枠部分1
22に形成された対応する凹部122dにそれぞれ収容されている。支持鋼材お
よびラグはいずれも、長期間にわたって完全な位置決めが保証されるように、硬
質の鋼材で作製されている。
【0047】 ひざ形レバージョイントの動きを、停止片128aによって一方向に制限(交
換式コンテナ係止状態)し、停止片128bによって他の一方向に制限する。
【0048】 係合凹部133を工作台108よりも上の領域で封止するために、好ましくは
スチール製で幅が係合凹部133の幅よりも大きな平らなテープ200の形で図
7に示す封止装置が設けられている。テープ200は、係合凹部133よりも上
で、第1の締付点で交換式コンテナの後壁114bの上縁に締付ジョー201に
よってしっかりと締付られている。さらに、テープ200は、第1の締付点(ク
ランプ点)と実質的に対角線上にある第2の締付点で締付(クランプ)ジョー2
01によって交換式コンテナの前の側壁114aの下端に締付られている。工作
台108の底側には、第1の半円筒部202および第2の半円筒部203が互い
に間隔をあけて設けられている。これらの半円筒部は、いずれも摺動路を成すも
ので、テープ200を案内できる合成材料などの滑りのよい材料で作製されるこ
とが好ましい。第1の半円筒部202は、曲面部分が工作台108の底側から離
れる方を向くように配置されている。一方、第2の半円筒203は、工作台10
8の底側で補助構造204の上に架台と平行に配置され、その曲面部分は工作台
108の底側に向いているすなわち、第1の半円筒部202とは逆方向に向いて
いる。このため、テープは引っ張られながら案内される。半円筒部の曲率半径は
、その上を案内されるテープ200が曲がることなく、容易にその上を案内され
るように選択される。テープ200は、その第1の締付点から係合凹部133を
介し、次いで第1の半円筒部202の曲面を通過し、さらに第2の半円筒部20
3の曲面を通過して、そこからテープに対する第2の締付点に案内される。テー
プ200の長さは一定であり、テープがしっかりと案内されるような寸法である
。さらに、工作台の圧力がゆえに、テープは係合凹部133と密着して封止状態
になる。第1の実施形態と同様に、係合凹部133に加えて磁石要素を設けても
よい。テープをスチールまたは他の磁性材料で作製する場合は、この磁石要素に
よって、テープは係合凹部133の端でさらにしっかりと保持される。スチール
テープ200の長さは一定であるため、第1の実施形態でのスチール製ローラー
シャッターのような巻き取りは必要ない。
【0049】 工作台108は、図9から図14に示す支持アーム300の結合装置と係合す
るためのホルダ205を底側に備えている。この目的のため、ホルダ205は、
その底側で正方形に配置されるとともに結合装置と係合するように設計された4
つのソケット206を有する。図8乃至図11から明らかなように、動作時に工
作台108を支持している支持アーム300は、装置筐体内で昇降装置に連結さ
れ、動作時には交換式コンテナの外に配置される装着部301を有する。装着部
301から、連結部302が直角に延在している。この連結部の寸法は、係合凹
部133内で容易に移動できるような寸法である。使用時、連結部302は係合
凹部133を横切って延在する。連結部302は支持アームの結合装置に連結さ
れている。結合装置は、一端で連結部304を介して互いに連結された2本の支
柱305を有する。この支柱は、工作台のホルダ205に連結されるべき支持板
306が枢支軸307を中心に枢軸的に装着される場所で中空になっている。そ
の上端では、支持板306は、たとえば、板ばね308a(図14)を介して弾
性的に装着されているピン308の形での係合部を備える。この係合部は、ホル
ダ205のソケット206にカップリング状態で係合するように形成され、配置
されている。ピン308の先端の角度は、垂直方向の力による逆方向の動きを防
止できる程度に十分平坦なものである。このようにして係止動作が達成される。
ソケット206、ピン308および支持板306は、好ましくは硬質スチールな
どの硬質材料で作製される。
【0050】 支持板306は、枢支機構を介して、支持板が垂直でピン308が使用されて
ソケット206と係合する図9および図10に示す第1の位置から、支持板30
6が互いに折り畳まれ、工作台108とは全く連結されていない図10および1
1に示す第2の位置に旋回可能である。枢支機構は、2つのひざ形レバー309
からなるひざ形レバー系で構成される。このレバーは各々、一自由端で隣接する
支持板306にヒンジ結合された第1の脚部309aと、自由端で第1の脚部3
09aの各々に枢軸的に連結され、両方のひざ形レバーについて同じように設け
られた第2の脚部309bとを有する。この脚部は、支柱305を連結している
交差支柱310に装着されている。また、第2の脚部309bの部分にはピボッ
トレバー311が配置されている。このピボットレバー311が作動されると、
これによってひざ形レバー系を作動することができる。この目的のため、ピボッ
トレバーは、交差支柱310に対して回転できるような状態で第2の脚部309
bに作用する。ピボットレバー311が旋回すると、ひざ形レバーは伸長した状
態から畳まれた状態になったりその逆の動作をしたりすることができる。これに
よって、支持板は垂直の状態から互いに畳まれた状態になったり、その逆の動作
をしたりすることができる。
【0051】 使用時、まず最初に昇降/保持装置121を把持ロッド128が上側すなわち
作業用プレート118と向かい合った場所にある位置で空の作業空間3に配置す
る。次に、ひざ形レバーの脚部123a、123bの連結点が第1の下側位置に
くるようにする。脚部123a、123bの端を作業用プレート118の方に向
ける。続いて、横方向に突出する支持鋼材171が、図6および図7に示すひざ
形レバー123の第1の脚部123aと枠部分122との間の位置にシフトする
ように、空の交換式コンテナ112を作業空間3内に導入する。このプロセスで
は、ピン172の自由端173がそれぞれの連結部の第2のセクション129b
の上にくる。次に、図8bに示すような把持ロッド128を下向きに押圧し、交
換式コンテナが支持体122bに当たるようにする。交換式コンテナの心合わせ
運動によって、ピン172は、第3の表面129c(図8c)の上にくるまで第
2のセクション129bの傾斜した表面上を摺動する。このようにひざ形レバー
が第2の上位置にある間、第1の脚部123aは水平方向に整列配置され、第2
の脚部123bは、把持ロッド128の端位置が支持体128aによって定めら
れる状態で下方向を向いている。図8cに示されるように、昇降/保持装置の寸
法は、コンテナの重心がピン172による支持位置よりもほぼ低い位置にくるよ
うな寸法である。図8cに示す位置では、交換式コンテナは、枠部分122の支
持体に対して締付保持され、締付は実質的に第1の脚部123aとそれぞれのピ
ンとの間の締付力のスポット相互作用によってなされる。
【0052】 最初の時点では一番下の位置にある工作台108は、下から導入される前に支
持アーム400と連結される。これによって、ピボットレバー311が図9およ
び図10に示す位置まで移動し、ひざ形レバー309は伸長した位置になる。さ
らに、支持板306が枢支移動して垂直位置にくる。次に、図13および図14
に示されるように、ピン308がホルダ205のソケット206に押圧され、こ
れによって支持アームが連結される。位置決めは、部品306の上にあるソケッ
トによって垂直方向になされる。
【0053】 この状態になったら、交換式コンテナ内での部品の作製を行うことができる。
この目的のため、高さ変位手段を作動させて支持アームに支持された工作台を最
も上昇した位置まで変位させる。粉末材料の層を堆積させ、部品に対応する位置
で焼結させる。次に、層の厚さに相当する距離だけ工作台を下げ、新しい粉末を
堆積させる。工作台を下げることで、同時に係合凹部133を介して落ちる粉末
がないような状態で係合凹部がスチールテープ200によって封止される。スチ
ールテープが工作台108の底側で案内されることで、係合凹部の工作台よりも
上に位置する部分が常に覆われることになる。
【0054】 部品の完成後、工作台を後退位置(工作台の最も低い位置)に移動させる。次
に、ピボットレバーを右に旋回移動させることによって、支持板306を図12
に示す位置の方に旋回移動させて工作台をドライブから切り離す。このプロセス
によって、交換式コンテナを下げるための空間が垂直方向に十分な両で生成され
る。コンテナを下げるには、上述した昇降/保持装置を用いて図8a〜図8cに
示すステップを逆の順序で行う。これによって、交換式コンテナとその中で形成
された部品とが後退される。取っ手116を使用して、交換式コンテナを以後の
加工処理又は冷却用の位置に移動させる。別の実施形態では、ホイスト(図示せ
ず)によって交換式コンテナを取り出す。このホイストは、作業空間内または作
業空間の近くで駆動可能なものである。これは、非常に重い形成部品を含む交換
式コンテナを手で運ぶ必要がないという点で有利な形である。
【0055】 支持装置は結合装置を有する特別な構成を有しているため、交換式コンテナを
降下させるに必要な空間をz軸を移動させて作るのではないものとすることが可
能である。このため、最大変位可能距離の空間をすべて部品の作製にあてること
ができる。
【0056】 本発明は、レーザー焼結装置に限定されるものではなく、固化可能な材料から
工作台または作製架台上で1層ずつ部品を作製する高速プロトタイプ作製装置で
あれば、あらゆるタイプのものに応用できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 交換式コンテナを有するレーザー焼結装置の概略断面側面図である。
【図2】 図1と同様であるが、交換式コンテナが異なる装置の断面図である。
【図3】 工作台が上側の位置にある場合の図1に示す交換式コンテナの詳細断面図であ
る。
【図4】 工作台が下側のロック位置にある場合の図3に示す交換式コンテナの詳細断面
図である。
【図5】 交換式コンテナの一実施形態を示す斜視図である。
【図6】 作業空間に交換式コンテナを保持する為の昇降/保持装置の斜視図である。
【図7】 図5に示す交換式コンテナの組込み状態を示す概略断面図である。
【図8】 図8a〜8cは、第1の位置(図8a)、第2の位置(図8b)、第3の位置
(図8c)で交換式コンテナを上昇させて作業空間内の作業用プレートに保持さ
せる、図6の昇降/保持装置の動作を示す概略断面図である。
【図9】 工作台への結合用の結合装置が第1の被結合位置にあるが、工作台はない状態
での支持アームの実施形態を示す正面図である。
【図10】 図9に示す支持アームの実施形態を上から斜めに見た斜視図である。
【図11】 図9に示す結合装置が第2の位置にある状態での支持アームの正面図である。
【図12】 結合装置が図11による第2の位置にある状態での支持アームの斜視図である
【図13】 図9〜図11に示す結合装置の動作を交換式コンテナと関連させて示した概略
断面図である。
【図14】 図13の細部Xの拡大断面図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 Pasinger Strasse 2, 82152 Planegg,Germany (72)発明者 トゥルク,ハラルド ドイツ連邦共和国,ディー−80689 ミュ ンヘン,ロイターシュトラッセ 37 (72)発明者 マテス,トーマス ドイツ連邦共和国,ディー−82110 ゲル メリンク,ブルーメンシュトラッセ 73 Fターム(参考) 4E068 CE09 DA00 DB10 4K018 CA33 DA23

Claims (33)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 装置筐体内に作業空間(3)を有し、固化可能な材料を3次
    元部品の断面に対応する位置で1層ずつ順次固化させて部品を製造する3次元部
    品製造装置において、装置が動作している間、工作台(8、108)が一体化さ
    れ、かつ、前記工作台(8、108)を支持するおよび/または前記工作台が載
    置される支持装置が配置される前記作業空間(3)に、前記材料(9)の仕切り
    枠を形成する交換式コンテナ(12、112)を挿入可能であることを特徴とす
    る、3次元部品製造装置。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載の3次元部品製造装置において、前記工作台
    が、前記仕切り枠の範囲内で高さ調節可能なものであり、コンテナ底部として交
    換式コンテナと一体化されていることを特徴とする3次元部品製造装置。
  3. 【請求項3】 請求項1または2に記載の3次元部品製造装置において、か
    かる装置がレーザー焼結装置、特に合成材料用のレーザー焼結装置として構成さ
    れ、前記作業空間(3)が、装置筐体内に位置し、焼結用レーザーの出射光学系
    (5)が前記作業空間(3)内に配置され、前記工作台(8)が前記作業空間よ
    りも下に配置され、前記工作台(8)の処理加工領域内で容器から粉末状の焼結
    材料(9)を供給するための塗工装置(10)を有する材料供給手段が設けられ
    ていることを特徴とする3次元部品製造装置。
  4. 【請求項4】 請求項1乃至3のいずれか1項に記載の3次元部品製造装置
    において、前記工作台(8)を下側の後退位置で前記交換式コンテナ(12)の
    側壁(14)にラッチ結合することが可能であり、交換式コンテナ(12)を、
    ラッチ結合した状態で、そのコンテナ底部を形成している前記工作台(8)と一
    緒に前記作業空間(3)から引き離すことが可能であることを特徴とする3次元
    部品製造装置。
  5. 【請求項5】 請求項1乃至4のいずれか1項に記載の3次元部品製造装置
    において、前記交換式コンテナ(12)の側壁(14)と工作台(8)との間の
    係留結合が、互いに整列配置された孔に挿入可能な摺動プラグ(25)によって
    達成されることを特徴とする3次元部品製造装置。
  6. 【請求項6】 請求項1乃至5のいずれか1項に記載の3次元部品製造装置
    において、前記交換式コンテナ(12)が、上から見た断面図で実質的に正方形
    または長方形であり、実質的に互いに垂直な4枚の側壁(14)を有し、この中
    に前記工作台(8)が高さ調節可能な状態で案内されることを特徴とする3次元
    部品製造装置。
  7. 【請求項7】 請求項1乃至6のいずれか1項に記載の3次元部品製造装置
    において、前記工作台(8)用の支持装置(20)が、後ろの側壁(14’)に
    形成されて変位方向に延在している係合凹部(33)を介して係合されることを
    特徴とする3次元部品製造装置。
  8. 【請求項8】 請求項7に記載の3次元部品製造装置において、前記支持装
    置(20)が装置の後壁の領域内で案内されることを特徴とする3次元部品製造
    装置。
  9. 【請求項9】 請求項1乃至6のいずれか1項に記載の3次元部品製造装置
    において、前記支持装置(40)が、前記交換式コンテナ(12)よりも下側の
    部分に組み込まれた、前記交換式コンテナ(12)の固定要素であることを特徴
    とする3次元部品製造装置。
  10. 【請求項10】 請求項1乃至9のいずれか1項に記載の3次元部品製造装
    置において、前記作業空間(3)の側壁(14)の部分で前記交換式コンテナ(
    12)をガイド(70)に挿入可能であることを特徴とする3次元部品製造装置
  11. 【請求項11】 請求項10に記載の3次元部品製造装置において、前記交
    換式コンテナ(12)の上端に、横方向に延在して前記装置筐体(2)のガイド
    (70)の上にある支持鋼材(71)が設けられていることを特徴とする3次元
    部品製造装置。
  12. 【請求項12】 請求項1乃至11のいずれか1項に記載の3次元部品製造
    装置において、前記工作台(8)よりも上の部分で、前記係合凹部(33)が粉
    末から保護された状態で覆われていることを特徴とする3次元部品製造装置。
  13. 【請求項13】 請求項1乃至12のいずれか1項に記載の3次元部品製造
    装置において、前記係合凹部(33)がローラーシャッター(34)によって封
    止されることを特徴とする3次元部品製造装置。
  14. 【請求項14】 請求項1乃至13のいずれか1項に記載の3次元部品製造
    装置において、前記ローラーシャッター(34)の上端(35)が、後ろの側壁
    (14’)の上縁(36)に装着されていることを特徴とする3次元部品製造装
    置。
  15. 【請求項15】 請求項1乃至14のいずれか1項に記載の3次元部品製造
    装置において、前記ローラーシャッター(34)がスチール製ローラーシャッタ
    ーであることを特徴とする3次元部品製造装置。
  16. 【請求項16】 請求項1乃至15のいずれか1項に記載の3次元部品製造
    装置において、前記工作台(8)が、互いに間隔をあけて平行に配置された2枚
    の底部材によって形成され、上側の底部材が工作物保持面をなし、下側の底部材
    が前記支持装置(20)の上にあることを特徴とする3次元部品製造装置。
  17. 【請求項17】 請求項8乃至14のいずれか1項に記載の3次元部品製造
    装置において、前記ローラーシャッター(34)と協動する磁石要素(37)が
    、前記係合凹部(33)に隣接していることを特徴とする3次元部品製造装置。
  18. 【請求項18】 請求項1乃至17のいずれか1項に記載の3次元部品製造
    装置において、前記ローラーシャッター(34)が偏向プーリー(60)によっ
    て案内され、該偏向プーリーの後縁が後ろの側壁(14’)の内面と整列配置さ
    れていることを特徴とする3次元部品製造装置。
  19. 【請求項19】 請求項1乃至18のいずれか1項に記載の3次元部品製造
    装置において、前記交換式コンテナ(12)の側壁(14)の内側(15)と前
    記工作台(8)の外縁との間で、粉末圧縮要素がアクティブであることを特徴と
    する3次元部品製造装置。
  20. 【請求項20】 請求項1乃至19のいずれか1項に記載の3次元部品製造
    装置において、前記粉末封止要素が、シリコーンプレートで作製され、該シリコ
    ーンプレートの外側の寸法が、前記交換式コンテナ(12)の前記側壁(14)
    の内側の寸法に合うことを特徴とする3次元部品製造装置。
  21. 【請求項21】 請求項1乃至20のいずれか1項に記載の3次元部品製造
    装置において、前記工作台(8)が、加工時に前記支持装置(20)に連結され
    ることを特徴とする3次元部品製造装置。
  22. 【請求項22】 請求項1乃至8のいずれか1項に記載の3次元部品製造装
    置において、前記交換式コンテナ(12、112)が凹部(33、133)を有
    し、該凹部によって支持装置(300、30)が係合され、かつ支持装置が該凹
    部内まで変位できることを特徴とする3次元部品製造装置。
  23. 【請求項23】 請求項22に記載の3次元部品製造装置において、未固化
    材料が漏れないように、前記凹部(33、133)が前記作業空間(3)に対し
    て封止されていることを特徴とする3次元部品製造装置。
  24. 【請求項24】 請求項22または23に記載の3次元部品製造装置におい
    て、前記凹部(133)が、支持装置の変位方向に溝状に形成され、前記凹部よ
    りも上で前記交換式コンテナの壁面に装着されたテープ(200)によって封止
    され、前記工作台(108)によって前記凹部(133)を囲んでいるコンテナ
    壁に対して押圧されていることを特徴とする3次元部品製造装置。
  25. 【請求項25】 請求項24に記載の3次元部品製造装置において、前記テ
    ープ(200)が、その外端において、前記交換式コンテナの下縁領域で締付ら
    れ、締付られた箇所からの長さが一定であることを特徴とする3次元部品製造装
    置。
  26. 【請求項26】 請求項24または25に記載の3次元部品製造装置におい
    て、前記テープが、前記工作台の縁近辺に配置された少なくとも2つの摺動路(
    202、203)を介して前記工作台の下側で引っ張られていることを特徴とす
    る3次元部品製造装置。
  27. 【請求項27】 請求項24乃至26のいずれか1項に記載の3次元部品製
    造装置において、前記テープがスチールテープとして形成されていることを特徴
    とする3次元部品製造装置。
  28. 【請求項28】 請求項1乃至6のいずれか1項に記載の3次元部品製造装
    置において、前記支持装置(40)が、下から前記交換式コンテナ(12、11
    2)と係合し、前記工作台を上下させるための入れ子式直線状ガイドと連結され
    ていることを特徴とする3次元部品製造装置。
  29. 【請求項29】 請求項1乃至28のいずれか1項に記載の3次元部品製造
    装置において、前記作業空間(3)に作業用プレート(118)を設け、前記作
    業用プレートが、前記作業用プレート(118)の底側で前記交換式コンテナ(
    112)を締付るための装置(121)を備えることを特徴とする3次元部品製
    造装置。
  30. 【請求項30】 請求項1乃至29のいずれか1項に記載の3次元部品製造
    装置において、前記支持装置を前記工作台(108)に装着し、かつ該工作台か
    ら取り外すための結合装置(300)をさらに設けたことを特徴とする3次元部
    品製造装置。
  31. 【請求項31】 請求項1乃至30のいずれか1項に記載の3次元部品製造
    装置において、前記交換式コンテナ(12)、特にその側壁(14)および/ま
    たは前記工作台(8)に制御可能な加熱装置を設けたことを特徴とする3次元部
    品製造装置。
  32. 【請求項32】 請求項1乃至31のいずれか1項に記載の3次元部品製造
    装置において、前記交換式コンテナを下げるのに必要な空間が前記支持装置を垂
    直方向に変位させることなく得られるようにように前記支持装置が設計されてい
    ることを特徴とする3次元部品製造装置。
  33. 【請求項33】 請求項1乃至32のいずれか1項に記載の3次元部品製造
    装置において、前記交換式コンテナの上昇および係止が、1回の動きでおよび/
    また1つの機構を用いて行われることを特徴とする3次元部品製造装置。
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