JP2007077443A - Method for manufacturing three-dimensional structure - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、三次元形状造形物の製造方法に関し、造形プレート上の金属粉末層を光ビームで焼結硬化させることで三次元形状造形物を製造し、且つ造形途中で硬化層の表面除去加工を行う表面除去機構を備える装置において、別装置により必要形状の三次元形状造形物と造形プレートとを一体に切り出すための加工基準を設定する技術に係るものである。 The present invention relates to a method for manufacturing a three-dimensional shaped object, and manufactures a three-dimensional shaped object by sintering and hardening a metal powder layer on a modeling plate with a light beam, and surface removal processing of the cured layer in the middle of modeling. In the apparatus provided with the surface removal mechanism for performing the above-described process, the present invention relates to a technique for setting a processing standard for integrally cutting out a three-dimensionally shaped object having a required shape and a modeling plate by another apparatus.
従来、三次元形状造形物の製造方法には、例えば特許文献1に記載するものがある。これは、図4に示すように、必要形状の三次元形状造形物1を造形プレート2上に焼結造形するものであり、金属粉末層の焼結と積層とを繰り返すことにより三次元形状造形物1を焼結造形するものである。
Conventionally, for example,
この装置において、造形プレート2は造形タンク5の内部に設けた昇降テーブル6にボルト固定しており、造形タンク5に投入された金属粉末7を焼結硬化させて造形プレート2に三次元形状造形物1の一層分だけ造形した後に、次の一層分だけ昇降テーブル6を降下させ、金属粉末層の焼結と積層とを繰り返す。その途中においてこの装置が有する表面除去加工を行う表面除去機構8を利用して、硬化層表面を所望形状に除去しつつ、最終的に造形プレート2と一体となった三次元形状造形物1を造形タンク5の内部に沈み込ませる。
In this apparatus, the
そして、図5に示すように、必要形状の三次元形状造形物1を造形プレート2上に焼結造形する際に、切り出し用の加工基準をなす基準形状4を設けている。この加工基準は必要形状の三次元形状造形物1と造形プレート2とを一体に切り出すための基準をなすものである。
Then, as shown in FIG. 5, when the required three-dimensional
この加工基準を設ける理由は以下にある。三次元形状造形物1を焼結造形する際に、造形プレート2に対する三次元形状構造物1の造形位置は、造形プレート2の上に造形することから垂線方向のZ方向では必然的に決定されるが、造形プレート2が昇降テーブル6にボルト固定するだけの配置構造であるために、造形プレート2の面上の位置、つまり平面視X−Y方向の位置は定まらない。
The reason for providing this processing standard is as follows. When the three-dimensional
このため造形プレート2上に加工基準として基準形状部4を三次元形状造形物1と同時に焼結造形する。この加工基準を設けることにより、焼結造形する装置において造形プレート2を正確に位置合わせする必要がなくなり、造形後に装置から造形プレート2を三次元形状造形物1と共に取り出し、別装置(フライス加工装置、ワイヤーカット装置等)により基準形状4を基にして造形プレート2から必要形状の三次元形状造形物1を一体に切り出すことが可能となる。
For this reason, the
図6は、基準形状4を用いない場合を示すものであり、造形後に予め装置にプログラミングされた輪郭Aに沿って、装置内で造形プレート2から必要形状の三次元形状造形物1を一体に切り出すものであり、焼結硬化による基準形状4を造形する必要がない。装置に組み込まれた表面除去機構を利用して切り出すので、造形プレート2の取り外しも不要で、且つ切り出し加工を高精度で行えるだけでなく、切り出し加工のための専用機構を別途設ける必要がなく、既設装置において作業が完結する。
しかし、上記した従来の方法において、造形プレート2に基準形状4を形成する場合には、基準形状4を造形するための焼結硬化に余分な時間が掛かってしまう。また、基準形状4も硬化層の積層による造形物であるが故に、必要形状の三次元形状造形物1の造形データ以外に基準形状4の造形データを必要とし、三次元形状造形物1の大きさによっては制約を受けることもある。
However, in the above-described conventional method, when the
また、焼結硬化によって形成する基準形状4には、その立ち上がり面の表面に、この装置の特徴でもある、積層ピッチ(一般的に0.5mm)ごとに0.01mm程度の段が生じる。この段差があるために、基準形状4を加工基準とすることは高精度の位置決めには向かない。
Further, in the
一方、基準形状4を形成しない場合には以下の問題がある。造形工程の最終の状態において造形プレート2と一体となった三次元形状造形物1が共に造形タンク内5に沈み込んでおり、この時造形プレート2の周りは全て金属粉末7である。
On the other hand, when the
このような造形完了直後の状況下で、この装置が有する表面除去機構8を利用して、金属粉末7中の造形プレート2から必要形状の三次元形状造形物1を一体に直接切り出すためには、造形プレート2を切り落とせるだけの工具長さが必要であり、金属粉末7中において造形プレート2を切り出せるほどの主軸剛性が必要となる。
In order to directly cut out the three-dimensional
また、三次元形状造形物1を造形プレート2と一体に切り出すために、造形プレート2は造形タンク5内の昇降テーブル6へ直接にボルト固定するのではなく、造形プレート2と昇降テーブル6の間に切り出し用プレート9を設けて、切り出し用プレート9と昇降テーブル6をボルト固定し、造形プレート2と切り出し用プレート9をボルト固定する。
Further, in order to cut out the three-dimensional modeled
ここで重要なのは、造形プレート2から必要形状の三次元形状造形物1を切り出す切削加工時において、造形プレート2が加工負荷でずれることなくしっかり固定されていることである。
What is important here is that the
しかし、切り出し用プレート9の大きさは、造形プレート2を切り出す必要があるために、必然的に造形プレート2より小さい形状をなしており、三次元形状造形物1を切り出すための切り出し範囲10によっては、切り出し用プレート9の大きさがかなり制約を受けてしまい、結果としてバランスよく造形プレート2が固定されないことがあった。
However, since it is necessary to cut out the
本発明は上記した従来の課題を解決するものであり、造形完了後に金属粉末7中の造形プレート2から必要形状の三次元形状造形物1を直接に切り出さずに、造形後の造形プレート2と一体となった三次元形状造形物1を別装置によって高精度に切り出すことを前提とし、従来の焼結硬化による基準形状4を用いずに、別装置で必要となる加工基準を作成する手段を用いる三次元形状造形物の製造方法を提供することを目的とする。
The present invention solves the above-described conventional problems, and without forming the three-dimensional
上記課題を解決するために、請求項1に係る本発明の三次元形状造形物の製造方法は、造形プレート上に金属粉末層を光ビームで焼結硬化させて三次元形状造形物を造形し、表面除去機構によって硬化層の表面除去加工を行う装置において、前記装置に造形プレートを設置し、前記造形プレートに前記表面除去機構による切削加工にて切り出し基準形状を形成し、前記切り出し基準形状が形成された造形プレート上に三次元形状造形物を造形し、前記三次元形状造形物が造形された造形プレートを装置から取り出し、取り出された造形プレートを前記切り出し基準形状に基づいて必要形状に切り出すものである。 In order to solve the above-mentioned problem, the method for producing a three-dimensional shaped article of the present invention according to claim 1 forms a three-dimensional shaped article by sintering and hardening a metal powder layer with a light beam on a modeling plate. In the apparatus for performing the surface removal processing of the hardened layer by the surface removal mechanism, a modeling plate is installed in the apparatus, a cutting reference shape is formed on the modeling plate by cutting by the surface removal mechanism, and the cutting reference shape is A three-dimensional shaped object is modeled on the formed modeling plate, the modeling plate on which the three-dimensional shaped object is modeled is taken out of the apparatus, and the taken-out modeling plate is cut into a necessary shape based on the cut-out reference shape. Is.
請求項2に係る本発明の三次元形状造形物の製造方法は、切り出し基準形状が三次元形状造形物の輪郭を含んで平面視四角形状の範囲を囲む形状をなすものである。 In the method for manufacturing a three-dimensional shaped object according to the second aspect of the present invention, the cut-out reference shape includes a contour of the three-dimensional shaped object and surrounds a quadrangular range in plan view.
以上のように本発明によれば、造形プレートに切り出し基準形状を造形前に切削加工で形成するので、三次元形状造形物と一緒に焼結硬化によって基準形状を造形する必要がなく、造形後に別装置によって造形プレートと一体に三次元形状造形物を切り出すので、切り出し用プレートも不要である。 As described above, according to the present invention, the reference shape is cut out on the modeling plate and formed by cutting before modeling, so there is no need to model the reference shape by sintering and hardening together with the three-dimensional modeled object. Since the three-dimensional shaped object is cut out integrally with the modeling plate by a separate apparatus, a cutting plate is also unnecessary.
また、造形プレート上に金属粉末を最初に供給する前に、この装置が有する表面除去機構による切削加工で、造形プレートの任意の位置に切り出し基準形状を切削して設けるので、切り出し基準形状の加工を高速高精度化することができ、別装置で造形プレートから必要形状の三次元形状造形物を一体に切り出す際の位置精度を向上させることができる。 In addition, before the metal powder is first supplied onto the modeling plate, the cutting reference shape is cut and provided at an arbitrary position on the modeling plate by cutting using the surface removal mechanism of this apparatus. Can be improved at high speed, and the position accuracy can be improved when a three-dimensional shaped object having a required shape is cut out integrally from the modeling plate by another apparatus.
また、請求項2記載の本発明によれば、請求項1記載の効果に加えて、加工基準となる切り出し基準形状に種類を持たせることで、別装置に応じて、その切削による切り出しに必要な基準形状を選択できるので、加工段取りの効率化が図れる。
Further, according to the present invention described in
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
(実施例1)
この装置による造形方法は、基本的に従来と同様であり、その方法を図3に基づいて説明する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
Example 1
The modeling method using this apparatus is basically the same as the conventional one, and the method will be described with reference to FIG.
まず、造形タンク5の内部に設けた昇降テーブル6に造形プレート2を取付ける。そして、材料タンク12の内部に設けた昇降テーブル13の上に金属粉末7を投入し、昇降テーブル13を上昇させて持ち上げた金属粉末7をブレード14で造形タンク5に向かってスキージングする。
First, the
その際、造形タンク5の昇降テーブル6の設定位置は、造形プレート2がブレード14の高さよりも、焼結造形させる一層分の厚みだけ下がった位置に来るように制御されている。このような状態で、先ほどのスキージングを行うことで、造形プレート2の上に金属粉末7を均一高さ(一般的には0.05mm)に供給することができる。
At this time, the setting position of the lifting table 6 of the
その後、ブレード14が元の材料タンク12へ移動した後に、レーザー光15を造形プレート2上の金属粉末7に所望する形状部に沿って照射することで、造形プレート2に金属粉末7を焼結硬化させる。
Then, after the
この後、二層目を造形する際も一層目と同様に、造形タンク5内の昇降テーブル6を焼結造形させる二層目の厚みだけ下げた後に、材料タンク12内の昇降テーブル13を上昇させ、ブレード14で金属粉末7をスキージングして造形プレート2の一層目の焼結硬化した面に金属粉末7を均一高さに供給し、その後に所望する形状部にレーザー照射することによって一層目に重ねて金属粉末7を焼結硬化させる。
After that, when the second layer is formed, the lift table 13 in the
このように金属粉末7を供給する工程と、レーザー光15を所望する形状部に照射する工程を繰り返すことで、焼結硬化層を堆積させて三次元形状造形物1を製造する。また、造形途中である高さにまで焼結硬化層(一般的には0.05mmの積層を10層重ねた時点、即ち0.5mmの焼結硬化層)が形成された時点で、この装置が有する表面除去加工を行う表面除去機構8で焼結硬化層の表面を所望の形状に切削加工し、所望する三次元形状に仕上げる。
Thus, by repeating the step of supplying the metal powder 7 and the step of irradiating the desired shape portion with the
次に、本発明の特徴的な構成について説明する。本発明においては、造形完了後に本装置が有する表面除去加工を行う表面除去機構8による切削加工によっては、造形プレート2と必要形状の三次元形状造形物1とを一体に切り出さないので、図1に示すように、造形プレート2を昇降テーブル6に直接ボルト固定する(図面上ボルトは省略している)。
Next, a characteristic configuration of the present invention will be described. In the present invention, the
そして、造形プレート2の上に金属粉末7を最初に供給する前に、表面除去機構8による切削加工で造形プレート2の任意の位置を切削して切り出し基準形状11を設ける。この切り出し基準形状11において加工基準に必要となる面の大きさ(高さ)は、図1中に符号aで表しているが、一般的には3mmもあれば加工基準としての機能を果たすことができる。
And before supplying the metal powder 7 on the
そのため、表面除去機構8において切削加工に用いる工具刃長は、高さaを削れるだけの長さで十分となる。このため、先に図4で示したような工具長さは不要となり、造形装置の主軸に掛かる負荷を軽減できる。
Therefore, the tool blade length used for cutting in the
次に、造形終了後に造形プレート2と三次元形状造形物1を一体に装置外へ取り出し、別装置による切削によって切り出し基準形状11に基づいて三次元形状造形物1を造形プレート1と一体に必要形状に切り出す。
(実施例2)
図2に示すように、切り出し基準形状11は三次元形状造形物1の輪郭を含む平面視四角形状の範囲を囲んでおり、表面除去機構8による切削加工において、切り出し基準形状11で囲む範囲外の造形プレート2を全て削り出して必要とされる三次元形状造形物1の輪郭を囲う平面視四角形状を削り残すか、若しくはある設計範囲内で切り出し基準形状11を切削する。
Next, after the modeling is completed, the
(Example 2)
As shown in FIG. 2, the
図2(a)、(a’)は、必要とされる三次元形状造形物1の輪郭を含む平面視四角形状の範囲を、加工基準となるべき機能を有する基準形状11で囲むものであり、表面除去機構8による切削加工で基準形状11の外周の範囲外を全て削り出したもので、造形プレート2に基準形状11が凸状に残された構成を示している。
2 (a) and 2 (a ') surround a square range in plan view including the required outline of the three-dimensional
図2(b)、(b’)は、必要とされる三次元形状造形物1の輪郭を含む平面視四角形状の範囲を、加工基準となるべき機能を有する基準形状11で囲むものであり、表面除去機構8による切削加工で基準形状11を設計基準で定められた幅B分だけ削り込んだ構成を示している。
2 (b) and 2 (b ′) surround a square range in plan view including the required outline of the three-dimensional
図2(c)、(c’)は、必要とされる三次元形状造形物1の輪郭を含む平面視四角形状の範囲を、加工基準となるべき機能を有する基準形状11で囲むものであり、表面除去機構8による切削加工で基準形状11を設計基準で定められた幅で平面視L字状に形成し、三次元形状造形物1の輪郭を含む平面視四角形状の範囲の四隅に基準形状11を分散配置する構成を示している。
2 (c) and 2 (c ') surround a square range in plan view including the required outline of the three-dimensional
本発明にかかる三次元形状構造物の製造方法は、造形プレート上に金属粉末を最初に供給する前に、この装置が有する表面除去加工を行う表面除去機構による切削加工で、造形プレートの任意の位置に切削による基準形状を設けるため、造形プレート上の金属粉末を光ビームで焼結硬化させることで三次元形状造形物を製造し、且つ造形途中で硬化層の表面除去加工を行う表面除去機構を備える装置において有用である。 The manufacturing method of the three-dimensional structure according to the present invention is a cutting process by a surface removal mechanism that performs a surface removal process of the apparatus before supplying metal powder to the modeling plate for the first time. In order to provide a reference shape by cutting at a position, a surface removal mechanism that manufactures a three-dimensional shaped object by sintering and hardening metal powder on a modeling plate with a light beam, and performs surface removal processing of the hardened layer during modeling It is useful in an apparatus comprising
1 三次元形状造形物
2 造形プレート
4 焼結硬化による基準形状
5 造形タンク
6 昇降テーブル
7 金属粉末
8 表面除去機構
9 切り出し用プレート
11 切削による基準形状
12 材料タンク
13 昇降テーブル
14 ブレード
15 レーザー光
DESCRIPTION OF
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005266141A JP2007077443A (en) | 2005-09-14 | 2005-09-14 | Method for manufacturing three-dimensional structure |
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JP (1) | JP2007077443A (en) |
Cited By (2)
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---|---|---|---|---|
WO2011102382A1 (en) * | 2010-02-17 | 2011-08-25 | パナソニック電工株式会社 | Method for producing three-dimensional shaped article and three-dimensional shaped article |
JP2017144446A (en) * | 2016-02-15 | 2017-08-24 | 富士通アイソテック株式会社 | Metal 3d printer and shaping method using metal 3d printer |
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2005
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