JP2010255057A - Apparatus for forming shaped article with electron beam - Google Patents
Apparatus for forming shaped article with electron beam Download PDFInfo
- Publication number
- JP2010255057A JP2010255057A JP2009107553A JP2009107553A JP2010255057A JP 2010255057 A JP2010255057 A JP 2010255057A JP 2009107553 A JP2009107553 A JP 2009107553A JP 2009107553 A JP2009107553 A JP 2009107553A JP 2010255057 A JP2010255057 A JP 2010255057A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- electron beam
- base plate
- metal powder
- melt
- powder
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P10/00—Technologies related to metal processing
- Y02P10/25—Process efficiency
Landscapes
- Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
- Powder Metallurgy (AREA)
Abstract
Description
本発明は3次元CADデータを一定の厚み(ピッチ)にスライスしたデータに基づき、金属パウダーに電子ビームを照射溶融し、これを繰り返すことにより該パウダーを溶融し所望の形状の整形物を造形する電子ビーム造形装置において、造形物の表面の凹凸を小さくできる電子ビーム造形技術に関する。 The present invention is based on data obtained by slicing three-dimensional CAD data to a certain thickness (pitch), and irradiates and melts an electron beam on metal powder, and repeats this to melt the powder and form a shaped article having a desired shape. The present invention relates to an electron beam modeling technique that can reduce the unevenness of the surface of a modeled object in an electron beam modeling apparatus.
三次元造形方法は、高分子を用いた部品を鋳型や切削加工を用いずに迅速に製作する方法として、開発されたラピッドプロトタイピングと呼ばれる成型手法で、歴史的には、紫外線あるいは可視光により硬化する樹脂を用い、紫外線レーザ、可視光レーザあるいは近赤外光フラッシュランプを用い、3次元CADデータを層別し各層毎に成型を繰り返し積層する方法である光造形法が端緒である。 The 3D modeling method is a rapid molding method called rapid prototyping, which is a method for rapidly producing parts using polymers without using molds or cutting. The stereolithography method, which is a method of layering three-dimensional CAD data and repeating molding for each layer using an ultraviolet laser, visible light laser, or near-infrared light flash lamp, using a curing resin, is the beginning.
その後、光硬化樹脂に代わり、プラスチックをレーザで焼結する粉末積層法が開発された。この方法の応用として、鋳物砂や金属粉に樹脂をコーティングし溶融焼結することで、無機材料や金属製部品の製作も可能となったが、その機械的強度は金属加工で得られる物と比べて極めて弱く使用範囲が限られている。 After that, a powder lamination method was developed in which plastic was sintered with a laser instead of a photo-curing resin. As an application of this method, it became possible to manufacture inorganic materials and metal parts by coating resin on foundry sand and metal powder and melting and sintering, but the mechanical strength is obtained by metal processing. Compared with weakness, the range of use is limited.
これを解決するために、レーザで金属を溶融させて三次元造形する金属造形法が開発された。これはレーザの利点を生かし大気中での成型が可能である反面、不純物(酸化物)の混入を避けられないという課題を有している。 In order to solve this problem, a metal modeling method has been developed in which a metal is melted with a laser and three-dimensional modeling is performed. This makes it possible to perform molding in the atmosphere by taking advantage of the advantage of the laser, but has a problem that it is inevitable to mix impurities (oxides).
このような背景で開発されたのが、電子ビームを用いる三次元造形法であり、真空中での造形のため不純物の混入を防ぎ、レーザに比べてエネルギー効率の高さから積層金属の金属特性が鍛造製品の特性に近く、組成に酸化物も少なく、また高融点金属あるいは難溶接金属の造形も可能となった。 The three-dimensional modeling method using an electron beam was developed in this background, preventing contamination by impurities for modeling in vacuum, and the metal characteristics of laminated metal due to its energy efficiency compared to lasers. However, it is close to the characteristics of forged products, has little oxide in the composition, and can form refractory metals or difficult-to-weld metals.
非特許文献1は本特許が適用される電子ビーム造形装置の概要を述べたものであり、文中には、「本装置は3DCADにより設計されたデータに基づきチタン部品を製作します。真空チャンバ内で平均100ミクロン程度の厚さでチタンパウダーを撒きます。この後電子ビームが必要な箇所をスキャン照射します。電子ビームが照射されたチタンパウダーは溶解し薄いチタン層になります。この薄いチタン層を縦方向に積み重ねて造形します。電子ビームは焦点深度が深いため、チタン層間は完全に融合しています。」と記載されているが、溶融表面を平滑にする手段についてはなんら触れられていない。 Non-Patent Document 1 describes the outline of an electron beam shaping apparatus to which this patent is applied. In the text, "This apparatus produces titanium parts based on data designed by 3D CAD. Inside the vacuum chamber. Then, the titanium powder is sprinkled with an average thickness of about 100 microns, and then the part where the electron beam is needed is scanned and the titanium powder irradiated with the electron beam melts into a thin titanium layer. The layers are stacked vertically, and the electron beam has a deep depth of focus, so the titanium layers are completely fused together. ”However, there is no mention of means for smoothing the molten surface. Not.
上述したように多くの三次元造形方法の中で優れている電子ビーム造形技術においても、なお、優位点を活かすための問題点解決の必要性がある。 As described above, even in the electron beam modeling technique that is superior among many three-dimensional modeling methods, there is still a need to solve problems in order to make use of the advantages.
第1の問題点は、生成物の表面粗さが粒径と同程度であり、微小部品や平滑を要求するような用途には適していないことである。これは、電子ビーム造形装置で用いられる金属パウダーの粒径が大きく、さらにこの粒径に合致したステップで造形物が搭載されたエレベータを下降させることにより生成される造形物の面の凹凸が、パウダーの粒径程度に粗くなるという問題を持っている。この問題点を解決するために、単純にエレベータの下降ステップを細かくした場合には、溶融表面が基準レベルより高い位置になり、次の工程であるパウダー供給とレイキ動作ができなくなるという問題が発生する。 The first problem is that the surface roughness of the product is about the same as the particle size, and is not suitable for applications that require microparts or smoothness. This is because the particle size of the metal powder used in the electron beam modeling apparatus is large, and the unevenness of the surface of the modeled object generated by lowering the elevator on which the modeled object is mounted in a step that matches this particle size, It has the problem of becoming coarser to the particle size of the powder. In order to solve this problem, if the elevator descent step is simply made fine, the melting surface will be higher than the reference level, and there will be a problem that powder supply and reiki operation as the next process can not be done. To do.
第2の問題点は、第1の工程で金属パウダーを電子ビームで溶融した後、第2の工程として第1の工程と同じ位置に電子ビームを照射し溶融表面を平滑化して問題を解決しようとして電子ビームを同じ焦点位置で照射した場合には、電子ビームの集束スポット径が大きくなり、その位置での電子ビームの集束密度が低下し金属表面を適温にできないという問題がある。 The second problem is to solve the problem by melting the metal powder with the electron beam in the first step and then irradiating the same position as the first step with the electron beam to smooth the molten surface. When the electron beam is irradiated at the same focal position, the focused spot diameter of the electron beam becomes large, and there is a problem that the focused density of the electron beam at that position is lowered and the metal surface cannot be brought to an appropriate temperature.
第3の問題点は、造形物の精細度が金属パウダーの粒径の数倍を限界としていることである。金属パウダーの粒径が微小になればなる程粉塵爆発の危険性が増すことはよく知られている。そのため、電子ビーム造形装置では微小金属パウダーの使用を禁じ粉塵爆発の危険性の低い粒径の金属パウダーを使用している。このため、造形物の精細度が数百ミクロンとなり、微細な部品の製作には適しないという問題がある。 The third problem is that the definition of the modeled object is limited to several times the particle size of the metal powder. It is well known that the smaller the particle size of the metal powder, the greater the risk of dust explosion. For this reason, the electron beam modeling apparatus prohibits the use of fine metal powder and uses metal powder having a particle size with a low risk of dust explosion. For this reason, there is a problem that the fineness of the modeled object becomes several hundred microns, which is not suitable for the production of fine parts.
本発明は、このような背景のもとになされたものであり、その目的は、粒径の大きい金属パウダーを用いても従来より平滑な表面をもった造形物を製作可能な電子ビーム造形装置を提供することにある。 The present invention has been made based on such a background, and an object of the present invention is to provide an electron beam modeling apparatus capable of producing a modeled object having a smoother surface than that of a conventional metal powder having a large particle size. Is to provide.
本発明は前記課題を解決するため、次のような手段を採る。なお後述する発明を実施するための形態の説明及び図面で使用した符号を参考のために括弧書きで付記するが、本発明の構成要素は該付記したものには限定されない。 The present invention adopts the following means in order to solve the above problems. Note that the reference numerals used in the description and drawings of the embodiments for carrying out the invention to be described later are added in parentheses for reference, but the constituent elements of the present invention are not limited to those added.
まず本発明に係る電子ビーム造形装置は、
真空ポンプにより内部が真空にされる真空チャンバ(7)と、該真空チャンバ内に照射する電子ビーム(6)を発生するための電子ビーム発生部(フィラメント1,グリッドカップ2,アノード3)と、該電子ビーム発生部にて発生された電子ビームを集束するためのフォーカスコイル(4)と、該フォーカスコイルにて集束された電子ビームを偏向して任意の位置に走査するための偏向コイル(5)と、造形物を造形するための金属パウダー(11)を貯留するパウダーコンテナ(9)と、上面が前記真空チャンバ内に露出し該上面に前記パウダーコンテナから前記金属パウダーが供給されるベースプレイト(15)と、該ベースプレイト上に供給された前記金属パウダーを掻き均すためのレイキ(10)と、前記ベースプレイトを昇降させるためのエレベータ(8)と、を含み、
前記ベースプレイトの上面が前記電子ビームの集束点(61)から前記金属パウダーの粒径だけ下方に位置するように、前記エレベータにて該ベースプレイトを下降させる下降ステップと、前記パウダーコンテナから前記ベースプレイト上に前記金属パウダーを供給する供給ステップと、該ベースプレイト上に供給された前記金属パウダーを前記レイキにて掻き均す掻き均しステップと(以上、図3)、前記ベースプレイト上で掻き均された前記金属パウダーに前記電子ビームを走査して該金属パウダーを予備加熱する予備加熱ステップと(図4)、前記造形物の三次元CADデータを所定の厚みにスライスした層別二次元データに基づいて、前記ベースプレイト上で予備加熱された金属パウダーに前記電子ビームを走査して該金属パウダーを溶融する溶融ステップと(図6)、を繰り返す造形処理を行うことにより、前記ベースプレイト上で前記金属パウダーの溶融体(14)の層を積み重ねて前記造形物を造形することを前提とする(図5)。
First, an electron beam modeling apparatus according to the present invention is as follows.
A vacuum chamber (7) whose inside is evacuated by a vacuum pump, an electron beam generator (filament 1, grid cup 2, anode 3) for generating an electron beam (6) to be irradiated into the vacuum chamber, A focus coil (4) for focusing the electron beam generated by the electron beam generator, and a deflection coil (5) for deflecting the electron beam focused by the focus coil and scanning it to an arbitrary position And a powder container (9) for storing a metal powder (11) for modeling a modeled object, and a base plate in which the upper surface is exposed in the vacuum chamber and the metal powder is supplied from the powder container to the upper surface. (15), Reiki (10) for scraping and leveling the metal powder supplied on the base plate, and raising and lowering the base plate Including the order of the elevator (8), and,
A descent step of lowering the base plate by the elevator so that the upper surface of the base plate is positioned below the focusing point (61) of the electron beam by the particle size of the metal powder; A supply step of supplying the metal powder on the plate, a scraping step of scraping the metal powder supplied on the base plate with the reiki (FIG. 3 above), and scraping on the base plate A preheating step of preheating the metal powder by scanning the electron beam with the averaged metal powder (FIG. 4), and layered two-dimensional data obtained by slicing the three-dimensional CAD data of the modeled object to a predetermined thickness And scanning the electron beam onto a metal powder preheated on the base plate. It is assumed that the modeling object is modeled by stacking layers of the melted metal powder (14) on the base plate by performing a modeling process of repeating the melting step of melting (FIG. 6) ( FIG. 5).
そして請求項1に係る電子ビーム造形装置は、
前記造形処理が、前記溶融ステップの後に、前記溶融体(14)の上面が前記集束点(61)に位置するように、前記エレベータにて前記ベースプレイトを(H1だけ)上昇させる上昇ステップと(図8)、前記層別二次元データに基づいて、該ベースプレイト上の溶融体に前記電子ビーム(6)を走査して該溶融体を溶融する(再溶融体141とする)再溶融ステップと(図8〜図9)、をさらに含むことを特徴とする。
And the electron beam modeling apparatus according to claim 1
The shaping process includes a step of raising the base plate (only H1) by the elevator so that the upper surface of the melt (14) is positioned at the converging point (61) after the melting step; FIG. 8), a remelting step of scanning the electron beam (6) on the melt on the base plate based on the layered two-dimensional data to melt the melt (referred to as a remelt 141). (FIGS. 8 to 9).
また請求項2に係る電子ビーム造形装置は、
前記造形処理が、前記溶融ステップの後に、前記集束点(61)が前記溶融体(141)の上面に位置するように(即ち集束点61がテーブル12の面からH1だけ下方に位置するように)前記電子ビーム(6)を調整する調整ステップと、前記層別二次元データに基づいて、前記ベースプレイト上の溶融体に前記調整された電子ビームを走査して該溶融体を溶融する再溶融ステップと(以上、図10)、をさらに含むことを特徴とする。
An electron beam modeling apparatus according to claim 2
In the shaping process, after the melting step, the focusing point (61) is positioned on the upper surface of the melt (141) (that is, the focusing
さらに請求項3に係る電子ビーム造形装置は、請求項2に記載した電子ビーム造形装置であって、
前記溶融ステップの後に、前記ベースプレイト上の溶融体に前記電子ビームを走査して該溶融体を予備加熱し、当該予備加熱の際に、前記電子ビームの集束径が最適になるように観測する観測ステップを行い(図11:スポットサイズと輝度を観測する)、該観測結果に基づいて前記調整ステップを行うことを特徴とする。
Furthermore, the electron beam modeling apparatus according to claim 3 is the electron beam modeling apparatus according to claim 2,
After the melting step, the melt on the base plate is scanned with the electron beam to pre-heat the melt, and the pre-heating is observed so that the focused diameter of the electron beam is optimized. An observation step is performed (FIG. 11: spot size and luminance are observed), and the adjustment step is performed based on the observation result.
請求項1に係る電子ビーム造形装置によれば、溶融ステップ(一次溶融)の後に、溶融体の上面が集束点に位置するように、エレベータにてベースプレイトを上昇させて、該ベースプレイト上の溶融体に電子ビームを走査して該溶融体を再溶融(二次溶融)することにより、電子ビームの集束点を調整することなく、一次溶融と同一の集束径で電子ビームによる二次溶融を行うことができるので、粒径の大きい金属パウダーを用いても従来より平滑な表面をもった造形物を製作可能となる。 According to the electron beam shaping apparatus according to claim 1, after the melting step (primary melting), the base plate is raised by the elevator so that the upper surface of the melt is located at the converging point, and on the base plate. By scanning the melt with an electron beam and remelting the melt (secondary melting), the secondary melting by the electron beam is performed with the same focusing diameter as the primary melting without adjusting the focusing point of the electron beam. Therefore, even if metal powder having a large particle diameter is used, it is possible to produce a shaped article having a smoother surface than before.
また請求項2に係る電子ビーム造形装置によれば、溶融ステップ(一次溶融)の後に、集束点が溶融体の上面に位置するように電子ビームを調整し、ベースプレイト上の溶融体に該調整された電子ビームを走査して該溶融体を再溶融(二次溶融)することにより、エレベータでベースプレイトを上昇させることなく、一次溶融と同一の集束径で電子ビームによる二次溶融を行うことができるので、粒径の大きい金属パウダーを用いても従来より平滑な表面をもった造形物を製作可能となる。 According to the electron beam shaping apparatus according to claim 2, after the melting step (primary melting), the electron beam is adjusted so that the focal point is located on the upper surface of the melt, and the adjustment is performed on the melt on the base plate. The secondary melting by the electron beam is performed with the same focused diameter as the primary melting without raising the base plate by the elevator by scanning the electron beam thus remelted (secondary melting). Therefore, even if metal powder having a large particle size is used, it is possible to produce a shaped article having a smoother surface than before.
さらに請求項3に係る電子ビーム造形装置によれば、一次溶融の後、二次溶融の前に、ベースプレイト上の溶融体に電子ビームを走査して該溶融体を予備加熱し、当該予備加熱の際に、電子ビームの集束径が最適になるように観測して(例えばスポットサイズと輝度を観測して)、該観測結果に基づいて、集束点が溶融体の上面に位置するように電子ビームを調整するので、電子ビームの最適な集束点を調整により求めることが可能となる。 Further, according to the electron beam shaping apparatus according to claim 3, after the primary melting and before the secondary melting, the melt on the base plate is scanned with the electron beam to preheat the melt, and the preheating is performed. In this case, the electron beam is observed so as to have an optimum focusing diameter (for example, spot size and brightness), and based on the observation results, the electrons are positioned so that the focusing point is located on the upper surface of the melt. Since the beam is adjusted, the optimum focusing point of the electron beam can be obtained by adjustment.
図1は三次元CADデータをスライスしてきりだされた層別ニ次元データに沿って電子ビームで金属パウダーを溶融し、直接CADデータから三次元金属モデルを製作する電子ビーム造形装置の構造を示すものである。図1で、真空ポンプ(図示外)により真空にされた真空チャンバ7に設置された電子銃のフィラメント1に電流を流すとここから電子ビーム6が発生し、グリッドカップ2とアノード3で加速され前方(図では下方)に放射される。電子ビーム6は伝播とともに拡がりを持ちフォーカスコイル4に電流を流すことによって得られる電子レンズの働きで電子ビーム6は前方に集束する。次に、偏向コイル5に鋸歯状波的な電流を流して電子ビーム6を偏向させることにより、電子ビーム6を任意の位置への照射あるいは走査することができる。真空チャンバ7にはパウダーコンテナ9とエレベータ8を持つテーブル12と金属パウダー(以下、単に「パウダー」と称する。)11を均すレイキ10が設置されている。エレベータ8は定められた量で移動するようになっている。パウダーコンテナ9は一定量のパウダー11を供給しこれをレイキ10が加工面でのパウダー11が均一になるよう均す。その状態で電子ビーム6がフォーカスコイル4と偏向コイル5によりパウダー11面上に集束、走査され、パウダー11を溶融する。この状況は図2以降で詳細に述べる。
FIG. 1 shows the structure of an electron beam forming apparatus that melts metal powder with an electron beam along with two-dimensional layered data obtained by slicing three-dimensional CAD data, and directly produces a three-dimensional metal model from CAD data. Is. In FIG. 1, when an electric current is passed through the filament 1 of an electron gun installed in a vacuum chamber 7 that is evacuated by a vacuum pump (not shown), an
ここで用いられるパウダー11は、例えば材質がチタンであり、粒径が40〜100μm(即ち平均粒径70μm)であるが、材質はチタン・アルミニウム・バナジウム合金、コバルト・クロム合金等でも良く、平均粒径は25〜80μmでも良い。
The
図2はテーブル12とエレベータ8付近を拡大した模式図である。図でエレベータ8の上にベースプレイト15が載っており、このベースプレイト15上の全面に電子ビーム6を走査・照射により予備加熱してベースプレイト15の温度を上昇させる。
FIG. 2 is an enlarged schematic view of the vicinity of the table 12 and the
図3では、図2のプロセスを実施後、エレベータ8を0.1mm降下させた後、図1のパウダーコンテナ9からパウダー11を供給しレイキ10で均した状態を示す。
FIG. 3 shows a state in which the
図4はベースプレイト15上のパウダー14への電子ビーム6の照射している状態を示している。電子ビーム6はその集束点61がパウダー14の上面にくるように調整されている。電子ビーム6は初めに全面亘って走査されパウダーを予備加熱した後、造形物の三次元CADデータを所定の厚みにスライスした層別二次元データに基づいき必要箇所を溶融する。
FIG. 4 shows a state where the
図5は図3と図4を繰り返した後の状態を示しており、ベースプレイト15上には繰り返された回数に相当する溶融されたパウダーの溶融体14があり、その上に供給されたパウダー11がレイキ10で均された状態にあることを示している。
FIG. 5 shows a state after repeating FIG. 3 and FIG. 4, and there is a
図6(a)はパウダー11上を電子ビーム6が照射している模式図で、溶融体14上に溶融前のパウダー11がのっている。図6(b)はパウダー11が溶融され溶融体14になった状態を示している。金属が溶融し液状になるときパウダー11の隙間を埋めるため、溶融体14の嵩は低くなることを示している。
FIG. 6A is a schematic diagram in which the
通常のプロセスでは、図6(b)の状態でエレベータを一定量降下させた後、パウダーコンテナ9からパウダー11を供給、レイキ10による均しを得て、図5の状態に戻る。この繰り返しが従来のプロセスである。このプロセスでは溶融体14の表面の粗さはパウダー11の粒子の凹凸を完全には平滑にすることは困難である。
In the normal process, after the elevator is lowered by a certain amount in the state of FIG. 6B, the
本発明では、図6(a)(b)での通常プロセスの後に、溶融体14に電子ビームを照射、溶融し溶融体14の表面を平滑にしようとするものであるが、図7に示すようにテーブル12面から距離H1下にある溶融体14面に電子ビーム6を照射した場合には、電子ビーム6の集束点61は溶融体14の表面より距離がほぼH1高いところにあり溶融体14の表面の電子ビーム6の径62は集束径61より太くなるため、十分な溶融効果が得られないばかりか、却って表面の凹凸を大きくすることがある。
In the present invention, after the normal process in FIGS. 6 (a) and 6 (b), the
図8は、上記の欠点を解消するための方策を示す図で、一回目の照射、溶融プロセスの後に、エレベータ8を距離H1上昇させ溶融体14の表面を電子ビーム6の集束点61に合わせた後、電子ビーム6の照射し、溶融体14を効果的に再溶融する。
FIG. 8 is a diagram showing a measure for eliminating the above-described drawbacks, and after the first irradiation and melting process, the
図9はこのようにして得られた改善された平滑な表面を持つ再溶融体141とテーブル12の関係を示している。
従来のパウダー供給の層の厚さをDとすると、従来の溶融体の各層の厚さdは次式で表わされる。 d=D−H1
これに対して、本発明によるプロセスによれば、各層の厚さは、d=D−(H1+H2)となり、より精細になっていることが分かる。これは3次元モデルの表面だけでなく側面もより滑らかになることを示している。
FIG. 9 shows the relationship between the
When the thickness of the conventional powder supply layer is D, the thickness d of each layer of the conventional melt is expressed by the following equation. d = D-H1
On the other hand, according to the process of the present invention, it can be seen that the thickness of each layer is d = D− (H1 + H2), which is finer. This indicates that not only the surface of the three-dimensional model but also the side surface becomes smoother.
図10に示すように、溶融体14を再溶融させるため、電子ビーム6の集束点61をテーブル12面より距離H1下に結ばせることも、本発明の効果を実現する方法として有効である。この場合、再溶融後の溶融体141の面とテーブル12面との距離dは次式で表わされる。即ち、 d=H1+H2
この方法として、H1長い集束長が得られるようフォーカスコイル4への電流供給を制御することにより可能である。
また、この場合には、次の層のためのエレーベータ8の下降量はH2分減じることが必要である。
As shown in FIG. 10, in order to remelt the
As this method, it is possible to control the current supply to the focus coil 4 so as to obtain a long focusing length H1.
In this case, the descending amount of the
図11は、図10において電子ビームの集束点61を求めるための一つの例を示すグラフであって、電子ビーム6のスポットサイズと電子ビーム照射による溶融点の温度の関係を示している。熔融点の温度は市販されている赤外線サーモグラフィで観測される。ここで、電子ビーム6の照射による溶融点の相対輝度は、照射点をほぼ中心とした点対象を示す。スポットサイズは相対輝度が溶融点の最高輝度の2分の1になる等高線の直径と定義する。
FIG. 11 is a graph showing one example for obtaining the electron
1…フィラメント
2…グリッドカップ
3…アノード
4…フォーカスコイル
5…偏向コイル
6…電子ビーム
7…真空チャンバ
8…エレベータ
9…パウダーコンテナ
10…レイキ
11…パウダー
12…テーブル
14…溶融体
15…プレート
61…(電子ビームの)集束点
62…(溶融体上での電子ビームの)スポットサイズ
141…再溶融体
H1…溶融体14とテーブル12面の高低差
H2…再溶融体141とテーブル12面の高低差
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Filament 2 ... Grid cup 3 ... Anode 4 ... Focus coil 5 ...
Claims (3)
前記ベースプレイトの上面が前記電子ビームの集束点から前記金属パウダーの粒径だけ下方に位置するように、前記エレベータにて該ベースプレイトを下降させる下降ステップと、前記パウダーコンテナから前記ベースプレイト上に前記金属パウダーを供給する供給ステップと、該ベースプレイト上に供給された前記金属パウダーを前記レイキにて掻き均す掻き均しステップと、前記ベースプレイト上で掻き均された前記金属パウダーに前記電子ビームを走査して該金属パウダーを予備加熱する予備加熱ステップと、前記造形物の三次元CADデータを所定の厚みにスライスした層別二次元データに基づいて、前記ベースプレイト上で予備加熱された金属パウダーに前記電子ビームを走査して該金属パウダーを溶融する溶融ステップと、を繰り返す造形処理を行うことにより、前記ベースプレイト上で前記金属パウダーの溶融体の層を積み重ねて前記造形物を造形する電子ビーム造形装置であって、
前記造形処理は、前記溶融ステップの後に、前記溶融体の上面が前記集束点に位置するように、前記エレベータにて前記ベースプレイトを上昇させる上昇ステップと、前記層別二次元データに基づいて、該ベースプレイト上の溶融体に前記電子ビームを走査して該溶融体を溶融する再溶融ステップと、をさらに含むことを特徴とする電子ビーム造形装置。 A vacuum chamber whose inside is evacuated by a vacuum pump, an electron beam generator for generating an electron beam irradiated in the vacuum chamber, and a beam for focusing the electron beam generated by the electron beam generator A focus coil, a deflection coil for deflecting and scanning an electron beam focused by the focus coil to an arbitrary position, a powder container for storing metal powder for modeling a model, and an upper surface of the vacuum coil A base plate exposed in the chamber and supplied with the metal powder from the powder container on the upper surface, a rake for scraping the metal powder supplied on the base plate, and for raising and lowering the base plate And an elevator,
A descent step of lowering the base plate by the elevator so that the upper surface of the base plate is positioned below the focal point of the electron beam by the particle size of the metal powder; and from the powder container onto the base plate A supply step of supplying the metal powder; a scraping step of scraping the metal powder supplied on the base plate with the reiki; and the electron added to the metal powder scraped on the base plate. A preheating step of scanning the beam to preheat the metal powder, and preheating on the base plate based on layered two-dimensional data obtained by slicing the three-dimensional CAD data of the modeled object to a predetermined thickness. A melting step in which the metal powder is scanned with the electron beam to melt the metal powder. By performing the molding process of returning an electronic beam shaping device to shape the shaped article on the base play preparative stacked layers of melt said metal powder,
The modeling process is based on the ascending step of raising the base plate by the elevator and the layered two-dimensional data so that the upper surface of the melt is located at the converging point after the melting step, An electron beam shaping apparatus further comprising: a remelting step of scanning the electron beam onto the melt on the base plate to melt the melt.
前記ベースプレイトの上面が前記電子ビームの集束点から前記金属パウダーの粒径だけ下方に位置するように、前記エレベータにて該ベースプレイトを下降させる下降ステップと、前記パウダーコンテナから前記ベースプレイト上に前記金属パウダーを供給する供給ステップと、該ベースプレイト上に供給された前記金属パウダーを前記レイキにて掻き均す掻き均しステップと、前記ベースプレイト上で掻き均された前記金属パウダーに前記電子ビームを走査して該金属パウダーを予備加熱する予備加熱ステップと、前記造形物の三次元CADデータを所定の厚みにスライスした層別二次元データに基づいて、前記ベースプレイト上で予備加熱された金属パウダーに前記電子ビームを走査して該金属パウダーを溶融する溶融ステップと、を繰り返す造形処理を行うことにより、前記ベースプレイト上で前記金属パウダーの溶融体の層を積み重ねて前記造形物を造形する電子ビーム造形装置であって、
前記造形処理は、前記溶融ステップの後に、前記集束点が前記溶融体の上面に位置するように前記電子ビームを調整する調整ステップと、前記層別二次元データに基づいて、前記ベースプレイト上の溶融体に前記調整された電子ビームを走査して該溶融体を溶融する再溶融ステップと、をさらに含むことを特徴とする電子ビーム造形装置。 A vacuum chamber whose inside is evacuated by a vacuum pump, an electron beam generator for generating an electron beam irradiated in the vacuum chamber, and a beam for focusing the electron beam generated by the electron beam generator A focus coil, a deflection coil for deflecting and scanning an electron beam focused by the focus coil to an arbitrary position, a powder container for storing metal powder for modeling a model, and an upper surface of the vacuum coil A base plate exposed in the chamber and supplied with the metal powder from the powder container on the upper surface, a rake for scraping the metal powder supplied on the base plate, and for raising and lowering the base plate And an elevator,
A descent step of lowering the base plate by the elevator so that the upper surface of the base plate is positioned below the focal point of the electron beam by the particle size of the metal powder; and from the powder container onto the base plate A supply step of supplying the metal powder; a scraping step of scraping the metal powder supplied on the base plate with the reiki; and the electron added to the metal powder scraped on the base plate. A preheating step of scanning the beam to preheat the metal powder, and preheating on the base plate based on layered two-dimensional data obtained by slicing the three-dimensional CAD data of the modeled object to a predetermined thickness. A melting step in which the metal powder is scanned with the electron beam to melt the metal powder. By performing the molding process of returning an electronic beam shaping device to shape the shaped article on the base play preparative stacked layers of melt said metal powder,
After the melting step, the modeling process is performed on the base plate based on the adjustment step of adjusting the electron beam so that the focusing point is located on the upper surface of the melt, and the two-dimensional stratified data. An electron beam shaping apparatus further comprising a remelting step of scanning the melt with the adjusted electron beam to melt the melt.
前記溶融ステップの後に、前記ベースプレイト上の溶融体に前記電子ビームを走査して該溶融体を予備加熱し、当該予備加熱の際に、前記電子ビームの集束径が最適になるように観測する観測ステップを行い、該観測結果に基づいて前記調整ステップを行うことを特徴とする電子ビーム造形装置。 The electron beam shaping apparatus according to claim 2,
After the melting step, the melt on the base plate is scanned with the electron beam to pre-heat the melt, and the pre-heating is observed so that the focused diameter of the electron beam is optimized. An electron beam shaping apparatus characterized by performing an observation step and performing the adjustment step based on the observation result.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009107553A JP2010255057A (en) | 2009-04-27 | 2009-04-27 | Apparatus for forming shaped article with electron beam |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009107553A JP2010255057A (en) | 2009-04-27 | 2009-04-27 | Apparatus for forming shaped article with electron beam |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2010255057A true JP2010255057A (en) | 2010-11-11 |
Family
ID=43316303
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2009107553A Withdrawn JP2010255057A (en) | 2009-04-27 | 2009-04-27 | Apparatus for forming shaped article with electron beam |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2010255057A (en) |
Cited By (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2015167125A (en) * | 2014-02-14 | 2015-09-24 | 日本電子株式会社 | Electron gun, three-dimensional lamination molding device and electron gun control method |
JP2015195083A (en) * | 2014-03-31 | 2015-11-05 | 日本電子株式会社 | Electron gun, three-dimensional laminate molding apparatus, and electron gun control method |
CN105499566A (en) * | 2015-12-03 | 2016-04-20 | 北京航空航天大学 | In-situ heat treatment method for realizing electron beam selective melting material increase manufacturing of metal parts |
WO2016103493A1 (en) * | 2014-12-26 | 2016-06-30 | 技術研究組合次世代3D積層造形技術総合開発機構 | Three-dimensional printing device, three-dimensional printing device control method, and control program |
JP2017530033A (en) * | 2014-09-19 | 2017-10-12 | ムーグ インコーポレイテッド | Method for removing defects layer by layer during additive manufacturing |
WO2018092841A1 (en) * | 2016-11-17 | 2018-05-24 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | Method for manufacturing 3d printed object |
CN109532005A (en) * | 2018-11-20 | 2019-03-29 | 广州捷和电子科技有限公司 | A kind of adaptive hot spot Method of printing of 3D photocuring dynamic focusing |
JP2019151931A (en) * | 2019-03-28 | 2019-09-12 | 株式会社ニコン | Molding device and molding method |
KR102056825B1 (en) | 2017-09-28 | 2019-12-17 | 조선대학교산학협력단 | Preheating and sintering processes of the metallic powder using a plasma electron beam |
US11161202B2 (en) | 2014-11-14 | 2021-11-02 | Nikon Corporation | Shaping apparatus and shaping method |
CN113840731A (en) * | 2018-09-14 | 2021-12-24 | 弗劳恩霍夫应用研究促进协会 | Method for smoothing a surface region of a component |
US11806810B2 (en) | 2014-11-14 | 2023-11-07 | Nikon Corporation | Shaping apparatus and shaping method |
-
2009
- 2009-04-27 JP JP2009107553A patent/JP2010255057A/en not_active Withdrawn
Cited By (16)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2015167125A (en) * | 2014-02-14 | 2015-09-24 | 日本電子株式会社 | Electron gun, three-dimensional lamination molding device and electron gun control method |
JP2015195083A (en) * | 2014-03-31 | 2015-11-05 | 日本電子株式会社 | Electron gun, three-dimensional laminate molding apparatus, and electron gun control method |
JP2017530033A (en) * | 2014-09-19 | 2017-10-12 | ムーグ インコーポレイテッド | Method for removing defects layer by layer during additive manufacturing |
US11161202B2 (en) | 2014-11-14 | 2021-11-02 | Nikon Corporation | Shaping apparatus and shaping method |
US11911844B2 (en) | 2014-11-14 | 2024-02-27 | Nikon Corporation | Shaping apparatus and shaping method |
US11806810B2 (en) | 2014-11-14 | 2023-11-07 | Nikon Corporation | Shaping apparatus and shaping method |
JP6042552B2 (en) * | 2014-12-26 | 2016-12-14 | 技術研究組合次世代3D積層造形技術総合開発機構 | Control method and control program for three-dimensional modeling apparatus and three-dimensional modeling apparatus |
US10166628B2 (en) | 2014-12-26 | 2019-01-01 | Technology Research Association For Future Additive Manufacturing | Three-dimensional shaping apparatus, control method thereof, and control program |
WO2016103493A1 (en) * | 2014-12-26 | 2016-06-30 | 技術研究組合次世代3D積層造形技術総合開発機構 | Three-dimensional printing device, three-dimensional printing device control method, and control program |
CN105499566A (en) * | 2015-12-03 | 2016-04-20 | 北京航空航天大学 | In-situ heat treatment method for realizing electron beam selective melting material increase manufacturing of metal parts |
WO2018092841A1 (en) * | 2016-11-17 | 2018-05-24 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | Method for manufacturing 3d printed object |
KR102056825B1 (en) | 2017-09-28 | 2019-12-17 | 조선대학교산학협력단 | Preheating and sintering processes of the metallic powder using a plasma electron beam |
CN113840731A (en) * | 2018-09-14 | 2021-12-24 | 弗劳恩霍夫应用研究促进协会 | Method for smoothing a surface region of a component |
CN109532005A (en) * | 2018-11-20 | 2019-03-29 | 广州捷和电子科技有限公司 | A kind of adaptive hot spot Method of printing of 3D photocuring dynamic focusing |
CN109532005B (en) * | 2018-11-20 | 2021-08-10 | 广州捷和电子科技有限公司 | 3D photocuring dynamic focusing self-adaptive light spot printing method |
JP2019151931A (en) * | 2019-03-28 | 2019-09-12 | 株式会社ニコン | Molding device and molding method |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP2010255057A (en) | Apparatus for forming shaped article with electron beam | |
JP5452072B2 (en) | Electron beam shaping method | |
Ahmed | Direct metal fabrication in rapid prototyping: A review | |
JP6303016B2 (en) | Manufacturing method of layered objects | |
CN107262711B (en) | Three-dimensional manufacturing method and three-dimensional manufacturing apparatus | |
US9505057B2 (en) | Powder distribution in additive manufacturing of three-dimensional articles | |
US10994371B2 (en) | System and method for depositing a metal to form a three-dimensional part | |
US9844913B2 (en) | Method and apparatus for producing three-dimensional objects | |
WO2019091086A1 (en) | Metal fine porous structure forming method based on selective laser melting | |
US11135653B2 (en) | DMLM build release layer and method of use thereof | |
JP2018197372A (en) | Electron beam lamination molding method for sus316l | |
JP2011251529A (en) | Device and method of generatively manufacturing three-dimensional object with working field limitation | |
JP2009511145A (en) | Denture manufacturing method | |
US11014189B2 (en) | Method to control additive manufacturing builds using laser angle of incidence | |
WO2019087845A1 (en) | Three-dimensional shaping device and three-dimensional shaping method | |
WO2020126086A1 (en) | Method and system for generating a three-dimensional workpiece | |
JPWO2019171689A1 (en) | Method for manufacturing three-dimensional shaped object | |
JP2006257463A (en) | Powdery material to be sintered by laser, manufacturing method therefor, three-dimensional structure and manufacturing method therefor | |
JP2008184623A (en) | Method for producing three-dimensional molding, and material | |
JP6711868B2 (en) | Continuous additive manufacturing of high pressure turbines | |
EP3315227A1 (en) | Method of manufacturing metal articles | |
JP2019196523A (en) | Apparatus and method for lamination molding | |
EP3461574B1 (en) | Modified frame and recoating system | |
JP6768459B2 (en) | Three-dimensional laminated molding method and three-dimensional laminated molding equipment | |
JP2021031683A (en) | Production method for metal molded material |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20120703 |