JP2007146216A5

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Publication number: JP2007146216A5
Application number: JP2005341226A
Authority: JP
Filing date: 2005-11-25
Publication date: 2008-04-24
Anticipated expiration: 2025-11-25

Description

上記光学機器は加工機における主軸台に取り付けられていることが好ましい。焼結させるための光ビームのスポット径の調整を主軸台の移動によって行うことができる。また、前記光学機器と前記主軸台との間に振動吸収材を介在させたり、光学機器を主軸台に着脱自在に取り付けておくことも好ましい。

造形機は不活性雰囲気下の焼結を可能とする密閉構造であり且つ加工機による加工時用に開閉自在な蓋を備えていることが、焼結時の雰囲気の確保による安定した焼結を得られると同時に、仕上げ加工を問題なく行うことができるものとなる点で好ましい。

図２はここで用いている造形機１の一例を示しており、密閉可能な筐体１８内に造形部１０と粉末供給部１３とを納めたものとして構成されている。上記造形部１０は上下に昇降させることができるステージ１１を備え、また粉末供給部１３は粉末を納めた粉末タンク１４と該粉末タンク１４内に上下に昇降自在に配された昇降テーブル１５、粉末タンク１４内の粉末を造形部１０側に供給するとともに均すスキージング用ブレード１６からなるものとして形成されている。また上記筐体１８内には余剰粉末回収部１７が設けられている。

光ビームの照射経路（ハッチング経路）は、予め三次元ＣＡＤデータから作成しておく。すなわち、三次元ＣＡＤモデルから生成したＳＴＬデータを等ピッチ（粉末層の厚みを０．０５ｍｍとした場合、０．０５ｍｍピッチ）でスライスした各断面の輪郭形状データを用いる。この時、三次元形状造形物の少なくとも最表面が高密度（気孔率５％以下）となるように焼結させることができるように光ビームの照射を行い、内部は低密度となるように焼結させることで、つまりは形状モデルデータを予め、表層部と内部とに分割しておき、内部についてはポーラスとなるような焼結条件、表層部はほぼ粉末が溶融して高密度となる条件で光ビームを照射することで、緻密な表面を持つ造形物を高速に得ることができる。

ここにおいて、加工機３は前述のように汎用の数値工作機械であり、これに造形機１及び光学機器２を付加したものとして構成されているために、数値工作機械を既に所有している場合は、ハード的には造形機１と光学機器２を導入するだけでよいものであり、また数値工作機械も新たに導入するとしても、テーブル３０上にボルトナット等の固定具３９で固定された造形機１を取り外せばそれだけで加工機３を他のものの製造にも利用することができるために、やはりコスト的に有利となる。このために造形機１はテーブル３０上に簡便に着脱できるようにしておくことが望ましい。

図８に他例を示す。これはテーブル３０（もしくはベース）上にアクチュエータによるＸＹ駆動の可動テーブル３５を備えた加工機３において、その可動テーブル３５上に造形機１を設置するとともに加工機３から立設した支柱上に光学機器２を配したものであり、この場合における主軸台３１は可動テーブル３５側がＸＹの２軸についての自由度を有するために、上下軸方向にのみ可動となっているものであってもよい。

そしてレーザーＬによる焼結時には可動テーブル３５によって図８(b)に示すように、光学機器２の下方側に造形機１の造形部１０を移動させ、加工時には主軸台３１の直下に造形部１０を移動させる。

このものではレーザスキャン座標系と加工機３における切削座標系とを整合させる必要があることから、両座標系の軸方向及び造形機１の移動軸方向を合わせておくことが好ましい。また、上記座標軸合わせを簡単にするために、光学機器２の配置位置を微小調整するための精密テーブル（ＸＹＺ及びＺ軸回りの回転ができるものが好ましい）を介して光学機器２をセットしておいてもよい。

光学機器２が図９に示すように造形機１における筐体１８に取り付けられていてもよい。この場合、加工機３による加工時に光学機器２が邪魔になることがないように、光学機器２は造形部１０の直上位置からスライド移動もしくは図１０に示すように回転移動して退去させることができるようにしておく。図１０の５６は光学機器２の回転移動のための回転軸、５７は不活性ガス充填口である。

なお、図示例では可動テーブル３５上に光学機器２付きの造形機１をセットしているが、図１に示したテーブル３０上に光学機器２付き造形機１をセットしたものであってもよいのはもちろんである。

(a)(b)は共に本発明の実施の形態の一例の概略断面図である。 (a)(b)は同上の造形機の概略断面図と蓋を外した状態の平面図である。同上の造形機における蓋の開閉構造を示す概略断面図である。同上のフローチャートである。 (a)(b)は同上の焼結準備工程及び切削準備工程のフローチャートである。 (a)(b)は光学機器取り付け部の概略断面図と拡大断面図である。 (a)(b)は他例の概略断面図である。 (a)(b)は他の実施の形態の一例の概略断面図である。 (a)(b)は別の実施の形態の一例の概略断面図である。 (a)(b)は同上の他例の概略断面図である。同上の光学機器の他例のブロック図である。

１造形機
２光学機器
３加工機

Claims

造形用のステージが設けられた造形部及びこの造形部に粉末を供給して粉末層を形成するための粉末供給部とを有する造形機、上記造形部に対して光ビームを照射して粉末層の所定箇所の粉末を焼結させるための光学機器、焼結層の積層物としての造形物の表面の仕上げ加工を少なくとも造形途中に行う加工機で構成された三次元造形物製造装置であって、上記加工機は少なくとも３軸制御可能な汎用の数値制御工作機械であり、上記造形機は上記加工機におけるテーブル上にセットされ、上記光学機器は加工機もしくは造形機に取り付けられていることを特徴とする三次元造形物製造装置。
光学機器は加工機における主軸台に取り付けられていることを特徴とする請求項１記載の三次元形状造形物製造装置。
前記光学機器と前記主軸台との間に振動吸収材を介在させていることを特徴とする請求項２記載の三次元形状造形物製造装置。
前記光学機器は前記主軸台に着脱自在に取り付けられていることを特徴とする請求項１または２記載の三次元形状造形物製造装置。
造形機は加工機におけるテーブル上に着脱自在に取り付けられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の三次元形状造形物製造装置。
造形機は不活性雰囲気下の焼結を可能とする密閉構造であり且つ加工機による加工時用に開閉自在な蓋を備えていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の三次元形状造形物製造装置。
光学機器は光ビームを発する発振部とスキャン用の光学系ユニットとが分離しているとともに両者が光ファイバーで接続されたものであることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の三次元形状造形物製造装置。