【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、薄い粉末の層をレ−ザ−ト−チから発せられるレ−ザ−ビ−ムにて任意の形状に焼結することを繰返して、適当な高さに積層したら切削用主軸にて所定の形状に整形し、このレ−ザ−ビ−ムによる積層と切削用主軸による整形を繰返すことにより所要の寸法精度および面粗さの小さい３次元光造形を製作することが出来る３次元光造形加工装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の３次元光造形装置では、薄い粉末の層をレ−ザ−ビ−ムにて任意の形状に焼結することを繰返して、寸法精度および面粗さの粗い３次元光造形を製作し、この３次元造形物を切削加工装置や放電加工装置にて所要の寸法精度および面粗さに仕上げていた。（例えば、特許文献１参照）
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−２３４１０３号公報（第１頁 図５）
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の装置は光造形装置、切削加工装置、放電加工装置等とそれぞれの加工装置が必要であり、装置のト−タル費用が高額になる。また、各加工装置の被加工物が渡り歩くことにより、各装置の熟練技能者、段取り作業、工程計画作業等によりト−タルの製作時間が長くなり製作費用も高くつくという問題点があった。
本発明は、前記の如き従来技術の問題点を克服したもので、テ−ブル上に光造形によって焼結した造形物を、光造形の途中においてレ−ザ−ト−チが設置されている同じ加工ヘッドに設置された切削用主軸にて整形しながら完成された造形物を製作することによって、光造形と切削整形を１台の装置で行なえる複合加工装置を提供するものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
このため、本発明が採用した課題解決手段として、工作物を載置するテ−ブルの上方において、前後方向に移動可能であるガントリ−を設け、該ガントリ−に、左右方向および上下方向に別個に移動可能である加工ヘッドを設け、該加工ヘッドに、レ−ザ−発振器から光ファイバ−で接続された上下方向に移動可能なレ−ザ−ト−チと切削用主軸を上下方向に平行に設置されている３次元光造形装置としたことである。
また、テ−ブルは、互いに昇降可能な光造形テ−ブルと粉末供給テ−ブルからなり、粉末供給テ−ブル側には左右方向に移動可能なスキ−ジングブレ−ドを設けた３次元光造形装置としたことである。
また、光造形テ−ブル用サーボモ−タにより上下される光造形テーブルと、粉末供給テーブル用サーボモ−タにより上下される粉末供給テーブルを備え、光造形テーブルを焼結１層分だけ下降し、次に、粉末を搭載した粉末供給テーブルを焼結１層分だけ上昇させて、スキ−ジングブレ−ドを移動することにより、焼結１層分の粉末を粉末供給テーブル８から光造形テーブル７に敷き詰め、次に、光造形テーブルに敷き詰められた粉末にレ−ザ−ビ−ムを照射して所定の形状に焼結して整形し、このレ−ザ−ビ−ムによる積層と切削用主軸による整形を繰返すことにより所要の寸法精度および面粗さの小さい３次元光造形を製作する３次元光造形方法としたことである。
【０００５】
【発明の実施形態】
以下、この発明に係る３次元光造形装置の実施例について説明する。図１は３次元光造形装置の正面図、図２は図１の側面図、図３は図１の右側面図、図４は図１のＡ−Ａ断面図である。図１に示すように、フレ−ムＦの上部にはベッドＢが固定されており、ベッドＢには、ガントリー６が前後方向（第１図における紙面に対して垂直方向をいう）に移動可能に支持されている。
ガントリー６を形成する横ビ−ムには、加工ヘッド４が第１図の紙面の左右及び上下方向に移動可能に支持されている。加工ヘッド４には、レ−ザ−発振器（不図）から光ファイバ−３で接続された上下方向に移動可能なレ−ザ−ト−チ２および切削用主軸１を上下方向に平行に設置されている。
加工ヘッド４の下方には、スキ−ジングブレ−ド５と光造形テ−ブル７と粉末供給テ−ブル８が配置され、光造形テ−ブル７と粉末供給テ−ブル８は、フレ−ムＦに対して個別に上下方向に昇降可能に、また、スキ−ジングブレ−ド５は、前後方向に移動可能に支持されている。これらの部材の詳細な関係は図４に示す。図４において、光造形テ−ブル７と粉末供給テ−ブル８の昇降機構は同一の機構なのでその一方についてのみ説明する。
光造形テ−ブル７の下方には、ブラケット１４を有する光造形テ−ブル昇降支柱１３が固定され、ブラケット１４はナット１５を有している。このナット１５には、光造形テ−ブル用ボ−ルスクリュウ９が螺入され、該ボ−ルスクリュウ９は、その上端はフレ−ムＦにに設けた軸受に支持され、下端は光造形テ−ブル用サ−ボモ−タ１０の回転軸に連結されている。
したがって、光造形テ−ブル用サ−ボモ−タ１０の回転は、ボルト、ナットの関係からナット１５が上下動に昇降し、それに伴いブラケット１４も昇降し、その結果光造形テ−ブル７も上下動に昇降するものである。
粉末供給テ−ブル８は、光造形のための粉末を載置するテーブルで、粉末供給テ−ブル８上に載置されている粉末を、光造形テ−ブル７に移すのにスキ−ジングブレ−ド５の右方向の移動でもって行なうものである。なお、移動機構は周知であるので説明は省略する。
【０００６】
前記したように、本発明による３次元光造形装置は、光造形テ−ブル用サーボモ−タ１０により上下される光造形テーブル７と、粉末供給テーブル用サーボモ−タ１２により上下される粉末供給テーブル８を備えているので、成形時には、光造形テーブル７を焼結１層分だけ下降させ、次に、粉末を搭載した粉末供給テーブル８を焼結１層分だけ上昇させ、そして、スキ−ジングブレ−ド５を図４において右から左に移動することにより、焼結１層分の粉末を粉末供給テーブル８から光造形テーブル７に敷き詰めるものである。
また、本発明による３次元光造形装置は、図１に示すように、前後方向に移動可能に設置されたガントリ−６に、左右方向および上下方向に別個に移動可能に加工ヘッド４が取り付けられ、更に、該加工ヘッド４にはレ−ザ−発振器から光ファイバ−３で接続された上下方向に移動可能なレ−ザ−ト−チ２および切削用主軸１が上下方向に平行に設置されている。
したがって、光造形時にはレ−ザ−ト−チ２を下に下げて、前後・左右に移動しながら光造形テーブル７に敷き詰められた粉末にレ−ザ−ビ−ムを照射して所定の形状に焼結して行なうものである。
そして、この１層分の焼結作業を繰返して所定の高さに積み上がったら、図１に示す切削整形作業を繰返して、光造形テーブル７の上に所要の造形物を一度も取外し・取り付け作業を行なわずして完成させることが出来るものである。
なお、この発明は前述の実施の形態に限定されることなく、適宜な変更を行うことにより、その他の態様で実施得るものである。
【０００７】
【発明の効果】
以上の如き、本発明においては、１個の加工ヘッドに光造形用のレ−ザ−ト−チと切削整形用の切削主軸を設置し、光造形と切削整形を連続して交互に行い、所要の造形物を１工程で完成させることができる。
この為、従来技術の場合のように、各加工装置の間を移動する段取手段及び当該段取手段に関する操作等は一切不要となる。
このように、本発明は、１台の装置によって光造形と切削整形を交互に繰返して、所要の完成された造形物を製作することができるので、装置全体のコスト低下及び作業時間の短縮に充分資ことができる。
また、１台の装置で光造形と整形を交互に連続して行い所要の寸法精度及び面粗さに仕上げてしまうので、従来の方法に比較して製作コストおよび製作時間が半分程度で所要の３次元造形物を製作できる。プラスチックの射出成型用金型産業にとっては、短納期および低コストで金型を製作できるので競争力が向上する。モデルチェンジの激しい家電・ＩＴ関連産業にとっては、試作部品を短納期で製作できるので新商品開発競争力が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の３次元光造形装置の正面図である。
【図２】本発明の３次元光造形装置の上面図である。
【図３】本発明の３次元光造形装置の右側面図である。
【図４】本発明の３次元光造形装置の正面図の断面Ａ−Ａである。
【符号の説明】
１ 切削用主軸
２ レ−ザ−ト−チ
３ 光ファイバ−
４ 加工ヘッド
５ スキ−ジングブレ−ド
６ ガントリ−
７ 光造形テ−ブル
８ 粉末供給テ−ブル
９ 光造形テ−ブル用ボ−ルスクリュウ
１０ 光造形テ−ブル用サ−ボモ−タ
１１ 粉末供給テ−ブル用ボ−ルスクリュウ
１２ 粉末供給テ−ブル用サ−ボモ−タ
１３ 光造形テ−ブル昇降支柱
１４ ブラケット
１５ ナット
Ｂ ベッド
Ｆ フレ−ム[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention is directed to a spindle for cutting when a thin layer of powder is repeatedly sintered to an arbitrary shape by a laser beam emitted from a laser torch and laminated at an appropriate height. Then, by repeating the laminating by the laser beam and the shaping by the cutting spindle, it is possible to manufacture a three-dimensional stereolithography with a small required dimensional accuracy and surface roughness. The present invention relates to a three-dimensional stereolithography apparatus.
[0002]
[Prior art]
In a conventional three-dimensional stereolithography apparatus, a thin powder layer is repeatedly sintered to an arbitrary shape by a laser beam to produce a three-dimensional stereolithography having coarse dimensional accuracy and surface roughness. The three-dimensional object is finished to a required dimensional accuracy and surface roughness by a cutting machine or an electric discharge machine. (For example, see Patent Document 1)
[0003]
[Patent Document 1]
JP-A-2000-234103 (FIG. 5 on page 1)
[Problems to be solved by the invention]
However, the conventional apparatus requires an optical shaping apparatus, a cutting apparatus, an electric discharge apparatus, and other respective processing apparatuses, and the total cost of the apparatus becomes high. In addition, since the workpieces of the respective processing apparatuses move around, there is a problem that the total manufacturing time is increased due to the skilled technician of each apparatus, the setup work, the process planning work, and the like, and the manufacturing cost is increased.
The present invention overcomes the problems of the prior art as described above, and a laser torch is installed on a table on a molded object sintered by optical molding on the way of optical molding. An object of the present invention is to provide a combined machining apparatus capable of performing stereolithography and cutting and shaping with a single device by producing a completed model while shaping with a cutting spindle installed on the same machining head.
[0004]
[Means for Solving the Problems]
Therefore, as a means for solving the problems adopted by the present invention, a gantry movable in the front-rear direction is provided above a table on which a workpiece is placed, and the gantry is separately provided in the left-right direction and the up-down direction. A movable machining head, and a vertically movable laser torch connected to an optical fiber from a laser oscillator and a main spindle for cutting are parallel to the machining head. Is a three-dimensional stereolithography apparatus installed in the company.
The table comprises a stereolithography table and a powder supply table which can be moved up and down with respect to each other, and a three-dimensional light provided with a scanning blade movable in the left-right direction on the powder supply table side. That is, it is a molding device.
In addition, an optical molding table which is moved up and down by an optical molding table servomotor and a powder supply table which is moved up and down by a powder supply table servomotor are provided, and the optical molding table is lowered by one sintering layer. Next, the powder supply table on which the powder is mounted is raised by one layer of sintering, and the scanning blade is moved, whereby the powder of one layer of sintering is transferred from the powder supply table 8 to the optical shaping table 7. Laying, then irradiating a laser beam to the powder spread on the optical molding table, sintering it into a predetermined shape, shaping, laminating with this laser beam, and a spindle for cutting. Is a three-dimensional stereolithography method for producing a three-dimensional stereolithography with a small required dimensional accuracy and surface roughness by repeating the shaping according to.
[0005]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the three-dimensional stereolithography apparatus according to the present invention will be described. 1 is a front view of the three-dimensional stereolithography apparatus, FIG. 2 is a side view of FIG. 1, FIG. 3 is a right side view of FIG. 1, and FIG. 4 is a cross-sectional view of FIG. As shown in FIG. 1, a bed B is fixed on an upper portion of the frame F, and a gantry 6 can be moved on the bed B in a front-rear direction (a direction perpendicular to the plane of FIG. 1). It is supported by.
A processing head 4 is supported by the horizontal beam forming the gantry 6 so as to be movable in the left-right and up-down directions on the plane of FIG. A vertically movable laser torch 2 and a cutting spindle 1 connected to a laser oscillator (not shown) by an optical fiber 3 are installed in the processing head 4 in parallel in the vertical direction. Have been.
A scanning blade 5, an optical molding table 7, and a powder supply table 8 are disposed below the processing head 4. The optical molding table 7 and the powder supply table 8 are framed. The sliding blade 5 is supported so as to be able to move up and down individually with respect to F, and movably in the front and rear direction. The detailed relationship between these members is shown in FIG. In FIG. 4, the elevation mechanism of the stereolithography table 7 and the powder supply table 8 are the same, and only one of them will be described.
Below the stereolithography table 7, a stereolithography table lifting column 13 having a bracket 14 is fixed, and the bracket 14 has a nut 15. A ball screw 9 for an optical shaping table is screwed into the nut 15, and the ball screw 9 is supported at its upper end by a bearing provided on the frame F and at its lower end by an optical shaping table. It is connected to the rotating shaft of the servo motor for bull.
Accordingly, the rotation of the optical modeling table servomotor 10 causes the nut 15 to move up and down due to the relationship between the bolts and the nuts, and the bracket 14 also moves up and down accordingly. As a result, the optical modeling table 7 also moves. It moves up and down.
The powder supply table 8 is a table on which a powder for stereolithography is placed, and is used to transfer the powder placed on the powder supply table 8 to the stereolithography table 7. This is performed by moving the C-mode 5 rightward. Since the moving mechanism is well known, the description is omitted.
[0006]
As described above, the three-dimensional optical shaping apparatus according to the present invention comprises an optical shaping table 7 which is moved up and down by a servo motor 10 for an optical shaping table, and a powder supply table which is moved up and down by a servo motor 12 for a powder supply table. 8, at the time of molding, the stereolithography table 7 is lowered by one layer of sintering, and then the powder supply table 8 on which the powder is loaded is raised by one layer of sintering. By moving the cathode 5 from right to left in FIG. 4, the powder for one layer of sintering is spread from the powder supply table 8 to the stereolithography table 7.
In the three-dimensional optical shaping apparatus according to the present invention, as shown in FIG. 1, a processing head 4 is attached to a gantry 6 movably mounted in the front-rear direction so as to be movable in the left-right direction and the up-down direction. Further, a vertically movable laser torch 2 and a cutting spindle 1, which are connected by an optical fiber 3 from a laser oscillator, are installed in the processing head 4 in parallel in the vertical direction. ing.
Therefore, at the time of laser shaping, the laser beam 2 is lowered, and the powder spread on the laser shaping table 7 is irradiated with a laser beam while moving back and forth and right and left to obtain a predetermined shape. Sintering.
Then, when the sintering operation for one layer is repeated to build up to a predetermined height, the cutting and shaping operation shown in FIG. 1 is repeated to remove and mount the required object on the optical molding table 7 once. It can be completed without any work.
The present invention is not limited to the above-described embodiment, but can be embodied in other modes by making appropriate changes.
[0007]
【The invention's effect】
As described above, in the present invention, laser machining for laser shaping and a cutting spindle for shaping are installed in one processing head, and laser shaping and cutting and shaping are continuously and alternately performed. A required model can be completed in one process.
For this reason, as in the case of the prior art, there is no need for any setup means for moving between the processing devices and any operation for the setup means.
As described above, according to the present invention, it is possible to produce a required completed model by alternately repeating the optical shaping and the cutting and shaping by one apparatus, so that the cost of the entire apparatus and the working time can be reduced. Can contribute enough.
In addition, since stereolithography and shaping are alternately and continuously performed by one device to achieve the required dimensional accuracy and surface roughness, the production cost and production time are about half that of the conventional method, and the required 3D objects can be manufactured. For the plastic injection mold industry, the competitiveness is improved because the mold can be manufactured with a short delivery time and low cost. For the consumer electronics and IT-related industries, which undergo rapid model changes, prototype parts can be manufactured in a short delivery time, which will increase the competitiveness of new product development.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a front view of a three-dimensional stereolithography apparatus according to the present invention.
FIG. 2 is a top view of the three-dimensional stereolithography apparatus of the present invention.
FIG. 3 is a right side view of the three-dimensional stereolithography apparatus of the present invention.
FIG. 4 is a sectional view AA of a front view of the three-dimensional stereolithography apparatus of the present invention.
[Explanation of symbols]
1 Spindle for Cutting 2 Laser Torch 3 Optical Fiber
4 Machining head 5 Scanning blade 6 Gantry
7 Stereolithography table 8 Powder supply table 9 Ball screw for stereolithography table 10 Servomotor for stereolithography table 11 Ball screw for powder supply table 12 Powder supply table Servo motor 13 Stereolithography table lifting column 14 Bracket 15 Nut B Bed F Frame
