JP2015030883A - Method and apparatus for production of three-dimensional laminate formed object - Google Patents

Method and apparatus for production of three-dimensional laminate formed object Download PDF

Info

Publication number
JP2015030883A
JP2015030883A JP2013161631A JP2013161631A JP2015030883A JP 2015030883 A JP2015030883 A JP 2015030883A JP 2013161631 A JP2013161631 A JP 2013161631A JP 2013161631 A JP2013161631 A JP 2013161631A JP 2015030883 A JP2015030883 A JP 2015030883A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
metal powder
electron beam
melt
adhesive
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.)
Pending
Application number
JP2013161631A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
利彦 古川
Toshihiko Furukawa
利彦 古川
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sodick Co Ltd
Original Assignee
Sodick Co Ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sodick Co Ltd filed Critical Sodick Co Ltd
Priority to JP2013161631A priority Critical patent/JP2015030883A/en
Publication of JP2015030883A publication Critical patent/JP2015030883A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Powder Metallurgy (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To solve the problem that, when a plurality of melt solidified layers are laminated, while a thin melt solidified layer allows reduction of a level difference of an outer surface consisting of a side end surface of the layer, presence of irregularities with the height comparable with the thickness of the layer in the upper surface of the melt solidified layer lead to an accumulative increase of the irregularities, making smooth finishing of the surface of a product impossible.SOLUTION: A method of producing a three-dimensional laminate formed object comprises laminating melt solidified layers by repeating the process of: forming an adhesive layer by applying an adhesive of a specified thickness to necessary parts in the upper surface of a metal solid according to the shape of an intended laminate formed object; forming a metal powder layer by supplying a metal powder and fixing the metal powder to the adhesive layer; removing excessive metal powder not fixed with the adhesive, and producing plasma in an annular anode electrode in an atmosphere of a rare gas in a vacuum chamber and irradiating the metal powder layer with an electron beam to melt and solidify the metal powder layer so as to be integrated with the metal solid and thereby make the surface of the metal solid in a modified state.

Description

本発明は、金属粉末材料に電子ビームを照射して金属粉末層を溶融固化させて金属固体と一体化させて金属固体の表面が改質した状態になるように溶融固化層を形成することを繰り返して溶融固化層を積層し所望の積層造形物を製造する方法およびその積層造形物を製造する装置に関する。   In the present invention, the metal powder material is irradiated with an electron beam to melt and solidify the metal powder layer to be integrated with the metal solid to form a melt-solidified layer so that the surface of the metal solid is modified. The present invention relates to a method for manufacturing a desired layered object by repeatedly laminating a melt-solidified layer and an apparatus for manufacturing the layered object.

三次元形状の積層造形物を製造する方法では、金属などの粉末材料からなる粉末層にビームを照射して焼結させることによって焼結層を形成し、この焼結層の上に新たな粉末層を敷き、その新たな粉末層にビームを照射して焼結させることによって下の焼結層と接合した新たな焼結層を形成し、そして、これを繰り返すことによって、複数の焼結層が積層一体化した所望の三次元形状の積層造形物を製造する。その製造方法は、粉末焼結積層造形法とも称され、材料が金属粉末の場合には金属光造形法とも称され、また、材料が金属粉末であって製造途中の積層造形物に切削加工または研削加工等の加工を加えれば金属光造形複合加工とも称されることもある。   In the method of manufacturing a three-dimensional layered object, a sintered layer is formed by irradiating a powder layer made of a powder material such as a metal to sinter, and a new powder is formed on the sintered layer. A plurality of sintered layers are formed by laying a layer, forming a new sintered layer joined to the underlying sintered layer by irradiating the new powder layer with a beam and sintering, and repeating this. Manufactures a desired three-dimensional layered product that is laminated and integrated. The manufacturing method is also referred to as a powder sintering additive manufacturing method, and when the material is a metal powder, it is also referred to as a metal stereolithography method. If processing such as grinding is added, it may be referred to as metal stereolithography combined processing.

粉末層に照射するビームは、例えば、特許文献1(特許2620353号公報)で開示されているレーザビームや特許文献2(特開2010−255057号公報)で開示されている電子ビーム等がある。レーザビームは、大気中で照射することが可能である。電子ビームは、真空中または真空に近い状態の中で照射される。   Examples of the beam applied to the powder layer include a laser beam disclosed in Patent Document 1 (Japanese Patent No. 2620353) and an electron beam disclosed in Patent Document 2 (Japanese Patent Laid-Open No. 2010-255057). The laser beam can be irradiated in the atmosphere. The electron beam is irradiated in a vacuum or in a state close to a vacuum.

特許文献2の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と、その真空チャンバ内に照射する電子ビームを発生するための電子ビーム発生部と、その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と、その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と、造形物を造形するための金属パウダーを貯留するパウダーコンテナと、上面が前記真空チャンバ内に露出しその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と、その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と、前記ベースプレイトを昇降させるためのエレベータと、を含んでいる。   The electron beam shaping apparatus of Patent Document 2 includes a vacuum chamber whose inside is evacuated by a vacuum pump, an electron beam generator for generating an electron beam to be irradiated in the vacuum chamber, and the electron beam generator A focus coil for focusing the generated electron beam, a deflection coil for deflecting and scanning the electron beam focused by the focus coil, and a metal powder for modeling a model A powder container to be stored, a base plate whose upper surface is exposed in the vacuum chamber, and the metal powder is supplied from the powder container to the upper surface, and the metal powder supplied on the base plate is scraped. Reiki and an elevator for raising and lowering the base plate.

それで、特許文献2の電子ビーム造形装置は、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そのベースプレイトを下降させ、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し、その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し、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その金属パウダーを予備加熱し、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その金属パウダーを溶融するこ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。さらに、特許文献2の電子ビーム造形装置は、前記造形処理において、前記ベースプレイト上の金属パウダーに前記電子ビームを走査してその金属パウダーを溶融したあとに、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、前記層別二次元データに基づいて、その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その溶融体を再溶融させて、前記溶融体の上面を平滑にすることを開示している。   Therefore, in the electron beam shaping apparatus of Patent Document 2, the base plate is lowered 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, The metal powder is supplied from the powder container onto the base plate, the metal powder supplied onto the base plate is scraped with the rake, and the metal powder scraped with the base plate is added to the metal powder. The metal powder is preheated by scanning an electron beam, and the preheated metal powder is formed on the base plate based on the two-dimensional layered data obtained by slicing the three-dimensional CAD data of the modeled object to a predetermined thickness. By performing a modeling process that repeats melting the metal powder by scanning the electron beam, Serial-based play on preparative stacked layers of melt of the metal powder to shape the shaped article. Furthermore, in the electron beam modeling apparatus of Patent Document 2, in the modeling process, after the metal powder on the base plate is scanned with the electron beam to melt the metal powder, the upper surface of the melt is the focusing point. The base plate is moved up by the elevator so that the melt is re-melted by scanning the electron beam on the melt on the base plate based on the two-dimensional stratified data. Discloses that the top surface of the melt is smooth.

特許第2620353号公報Japanese Patent No. 2620353 特開2010−255057号公報JP 2010-255057 A

特許文献1のレーザビームを用いる積層造形物の製造方法では、製造される積層造形物において、焼結層の厚みを厚くすると、複数の焼結層の側端面からなる外周面に段差が形成されて、その段差を切削加工または研削加工で所望の最終製品の形状および寸法まで別途に加工する必要がある。特に、精密金型の製造においては、例えば、成形後に工具を使うことができないリブのような狭い溝や曲がった穴を有する積層造形物のように、切削加工または研削加工による仕上げ加工が不可能であるケースもある。また、特許文献1の製造方法では、製造される積層造形物において、焼結層の厚みを薄くすることによって複数の焼結層の側端面からなる外周面に形成される段差を軽減することができる反面、他方で焼結層の上面に粉末材料をレーザビームで焼き付ける工程において焼結層の上面に層の厚さに匹敵する高低の凹凸が出来やすくなる。その結果、焼結層が薄いため真下にある焼結層の上面に形成された凹凸に倣って真上にある焼結層の上面にも凹凸が形成されやすく、しかも焼結層の厚みが薄くなれば積み重ねる焼結層の数が多くなるので、各焼結層の上面の凹凸が積層を重ねる毎に累積的に大きくなって、最終製品の外表面に切削加工や研削加工などの表面加工を行っても除去することができないような鋭利な凹凸が形成されるなど、最終製品の外表面の表面を滑らかに仕上げることができない場合がある。特に、金型装置では、キャビティ空間を成す面を滑らかに形成することができなければ、キャビティ空間から成形品を容易に離型させることができない。例えば、特許文献1の製造方法では、金型装置において、微細で複雑なキャビティ空間を形成するために、厚みの薄い焼結層が数多く積み重なると、焼結層の上面の凹凸が累積的に大きくなり、ミーリング加工や研磨加工などの表面加工を行っても除去することができないような鋭利な凹凸が形成されて、キャビティ空間の表面を滑らかに形成することができない場合がある。   In the method for manufacturing a layered object using the laser beam of Patent Document 1, in the manufactured layered object, when the thickness of the sintered layer is increased, a step is formed on the outer peripheral surface including the side end surfaces of the plurality of sintered layers. Therefore, it is necessary to separately process the step to the desired shape and size of the final product by cutting or grinding. In particular, in the manufacture of precision molds, for example, it is impossible to perform finishing by cutting or grinding, such as a layered product with narrow grooves such as ribs that cannot be used after molding or curved holes. There is also a case. Moreover, in the manufacturing method of patent document 1, the level | step difference formed in the outer peripheral surface which consists of the side end surface of a several sintered layer can be reduced by making the thickness of a sintered layer thin in the laminate-molded article manufactured. On the other hand, in the process of baking the powder material on the upper surface of the sintered layer with a laser beam, high and low irregularities comparable to the thickness of the layer are easily formed on the upper surface of the sintered layer. As a result, since the sintered layer is thin, unevenness is easily formed on the upper surface of the sintered layer directly above the uneven surface formed on the upper surface of the sintered layer directly below, and the thickness of the sintered layer is thin. Since the number of sintered layers to be stacked will increase, the unevenness on the upper surface of each sintered layer will increase cumulatively each time the layers are stacked, and surface processing such as cutting and grinding will be applied to the outer surface of the final product. In some cases, the surface of the outer surface of the final product cannot be smoothly finished, for example, sharp irregularities that cannot be removed even if it is performed. In particular, in the mold apparatus, a molded product cannot be easily released from the cavity space unless the surface forming the cavity space can be formed smoothly. For example, in the manufacturing method of Patent Document 1, when a large number of thin sintered layers are stacked in a mold apparatus to form a fine and complex cavity space, the unevenness on the upper surface of the sintered layer is cumulatively large. Therefore, there may be a case where sharp irregularities that cannot be removed even if surface processing such as milling or polishing is performed and the surface of the cavity space cannot be formed smoothly.

また、特許文献2の電子ビーム造形装置では、金属パウダーを溶融して溶融体の層を形成するための一次溶融と、その溶融体の層を再溶融してその溶融体の層の上面を平滑にするための二次溶融と、が共にフォーカスコイルで集束されたあとに偏向コイルで偏向されることで任意の位置に走査される電子ビームを用いている。特許文献2は、電子ビームを走査しながら照射する装置を開示している(以下、説明の便宜上、走査線方式と称する。)。そのため、特許文献2の電子ビーム造形装置では、走査線方式によって、電子が小さい範囲に集中して照射する必要があるので、溶融体の層の上面に走査線の痕跡が残る場合があり、その痕跡が上面の平滑化をさらに向上させる際の妨げになる場合がある。また、電子ビームによる金属パウダーの溶融は、概ね高速に移動する電子が金属パウダーに衝突したときのエネルギに依るものであるため、電子の衝突時の衝撃で溶融した金属パウダーが周囲に飛散するおそれがある。   Further, in the electron beam shaping apparatus of Patent Document 2, primary melting for melting metal powder to form a melt layer and remelting the melt layer to smooth the upper surface of the melt layer are performed. In this case, an electron beam that is scanned at an arbitrary position by being deflected by a deflection coil after being focused by a focus coil is used. Patent Document 2 discloses an apparatus that irradiates an electron beam while scanning (hereinafter referred to as a scanning line method for convenience of explanation). Therefore, in the electron beam shaping apparatus of Patent Document 2, since it is necessary to irradiate the electrons in a small range by the scanning line method, traces of the scanning lines may remain on the upper surface of the melt layer. The trace may interfere with further improving the smoothing of the upper surface. In addition, melting of metal powder by an electron beam depends on energy when electrons moving at high speed collide with the metal powder, so that the molten metal powder may be scattered by the impact of the electron collision. There is.

そこで、本発明は、金属粉末層を敷く前の溶融固化層の表面に残る凹凸を軽減して滑らかな面に形成しておくことで、最終製品となる積層造形物の外表面を表面粗さの細かく滑らかな面に形成することが可能な三次元形状の積層造形物の製造方法および製造装置を提案することを目的とする。   Therefore, the present invention reduces the unevenness remaining on the surface of the melt-solidified layer before laying the metal powder layer and forms it on a smooth surface, so that the outer surface of the layered object that is the final product is surface-roughened. An object of the present invention is to propose a manufacturing method and a manufacturing apparatus of a three-dimensional layered object that can be formed on a fine and smooth surface.

上記目的を達成するために、本発明の三次元形状の積層造形物の製造方法では、所望の積層造形物の形状に合わせて金属固体の上面における所要の部位に所定の厚さの接着剤を塗布して接着層を形成する第1の工程と、前記接着層に金属粉末を供給して前記金属粉末を前記接着層に固定し金属粉末層を形成する第2の工程と、前記接着剤で固定されていない余剰の金属粉末を除去する第3の工程と、真空引きされた真空チャンバ内における希ガスの雰囲気の中で環状のアノード電極の中にプラズマを生成して前記金属粉末層に電子ビームを照射し前記金属粉末層を溶融固化させて前記金属固体と一体化させて前記金属固体の表面が改質した状態になるように溶融固化層を形成する第4の工程と、前記第1の工程から前記第4の工程を繰り返して溶融固化層を積層し前記所望の積層造形物を製造することを特徴とする。   In order to achieve the above object, in the method for manufacturing a three-dimensional layered object of the present invention, an adhesive having a predetermined thickness is applied to a required portion of the upper surface of the metal solid in accordance with the shape of the desired layered object. A first step of applying and forming an adhesive layer; a second step of supplying a metal powder to the adhesive layer and fixing the metal powder to the adhesive layer to form a metal powder layer; and the adhesive. A third step of removing excess metal powder that is not fixed, and plasma is generated in the annular anode electrode in an atmosphere of a rare gas in a vacuum chamber that is evacuated, and electrons are generated in the metal powder layer. A fourth step of irradiating a beam to melt and solidify the metal powder layer to be integrated with the metal solid to form a melt-solidified layer so that the surface of the metal solid is modified; Repeat step 4 from step 4 The fused solidified layer are stacked, characterized in that to produce the desired laminate shaped article.

ここで、本発明では、真空引きされた真空チャンバ内における希ガスの雰囲気の中で環状のアノード電極の中にプラズマを生成した状態で照射される電子ビームであって、そのビームの断面積が10mm以上ある電子ビームを利用する。説明の便宜上、電子ビームの断面積が10mm以上の場合を大面積照射方式と呼ぶ。その大面積照射方式は、特開2006−344387号公報、特開2010−100904号公報、特開2013−49880号公報、そして、特開2013−49882号公報などで開示されている。大面積照射方式は、粒子線束の断面積が大きく比較的低エネルギ密度で大きな電流の電子ビームを照射する。大面積照射方式では、電子ビームが低エネルギ密度であるので、被照射体を表面から数μmを超えて侵食させない。そのため、被照射体の表面全面に均一に改質できる利点がある。また、大面積照射方式では電子ビームを照射する範囲を所定ピッチずつずらしながら照射することになるが、その際に、すでに改質されている表面とこれから電子ビームが照射される表面が部分的に重なるよう、すなわち改質されない面または改質が不十分な面ができないよう電子ビームを重畳的に照射して、より均一な表面の改質を行うようにすると良い。大面積照射方式では、電子ビームの粒子線束の断面積が大きいことから、電子ビームの照射方向を偏向することが難しく、電子ビームは見掛け上、真直ぐに照射されている。したがって、大面積照射方式では、被照射体と電子ビームを照射する装置のいずれか一方に対して、その他方を所定ピッチずつずらしながら電子ビームを照射することになる。なお、「電子ビームを照射した面を改質する」とは、電子ビームを照射して被照射面を溶融させることにより、表面張力等の作用により被照射面の凹凸部が平滑化し、その後に自己放冷することで平滑化した状態で凝固させることで、被照射面の凹凸部を平滑化して表面粗さを小さくすること、若しくは、電子ビームを照射して被照射面をアモルファス化して耐摩耗性が向上すること、複合材であれば材料のどれかが全体に均質に表面に溶け出して再凝固し表面をムラなく滑らかに覆うことにより耐蝕性が向上すること、不純物を含む鉄だけの素材であれば表面の鉄が再凝固するときにアモルファス化するなどして耐蝕性が向上すること、などを意味する。また、表面改質された面は、単に表面粗さが小さくなるだけではなくて、凹凸自体もなだらかで滑らかな形状となる。 Here, in the present invention, an electron beam is irradiated in a state where plasma is generated in an annular anode electrode in an atmosphere of a rare gas in a vacuumed vacuum chamber, and the cross-sectional area of the beam is An electron beam of 10 mm 2 or more is used. For convenience of explanation, the case where the cross-sectional area of the electron beam is 10 mm 2 or more is called a large area irradiation method. The large area irradiation method is disclosed in JP-A-2006-344387, JP-A-2010-100904, JP-A-2013-49880, JP-A-2013-49882, and the like. The large-area irradiation method irradiates an electron beam with a large current at a relatively low energy density with a large cross-sectional area of the particle beam bundle. In the large area irradiation method, since the electron beam has a low energy density, the irradiated object is not eroded more than several μm from the surface. Therefore, there is an advantage that the entire surface of the irradiated body can be uniformly modified. In addition, in the large area irradiation method, irradiation is performed while shifting the electron beam irradiation range by a predetermined pitch. At this time, the surface that has already been modified and the surface to which the electron beam is irradiated are partially It is preferable to perform a more uniform surface modification by superimposing an electron beam so as to overlap, that is, a surface that is not modified or a surface that is not sufficiently modified. In the large area irradiation method, since the sectional area of the particle beam bundle of the electron beam is large, it is difficult to deflect the irradiation direction of the electron beam, and the electron beam is apparently irradiated straight. Therefore, in the large area irradiation method, the electron beam is irradiated while shifting the other one by a predetermined pitch with respect to one of the irradiation object and the electron beam irradiation apparatus. “Improving the surface irradiated with the electron beam” means that the irradiated surface is melted by irradiating the electron beam so that the uneven portion of the irradiated surface is smoothed by the action of surface tension, etc. By solidifying in a smoothed state by self-cooling, the unevenness of the irradiated surface is smoothed to reduce the surface roughness, or the irradiated surface is made amorphous by irradiating an electron beam to withstand resistance. Abrasion is improved, and if it is a composite material, any of the materials melts uniformly on the surface and re-solidifies, covering the surface smoothly and smoothly, improving corrosion resistance, only iron containing impurities This means that the corrosion resistance is improved by, for example, becoming amorphous when the iron on the surface is re-solidified. Further, the surface-modified surface not only has a small surface roughness, but also has a smooth and smooth shape with irregularities.

本発明の三次元形状の積層造形物の製造方法によれば、金属粉末層に大面積照射方式の電子ビームを照射して、金属粉末層を溶融固化させて金属固体と一体化させて金属固体の表面が改質した状態になるように溶融固化層を形成することで、凹凸が軽減された滑らかな表面を持つ溶融固化層を形成することができる。ここで、金属固体とは、台座、溶融固化層、台座と溶融固化層が一体になった物体、または、最終製品となる積層造形物のことである。大面積照射方式の電子ビームは、表面の凹凸を電子の衝突によって一瞬にして溶かして滑らかな面に形成することができる。特に、本発明では、真空引きされた真空チャンバ内における希ガスの雰囲気の中で環状のアノード電極の中にプラズマを生成した状態で照射される電子ビーム
ビーム、すなわち、大面積照射方式の電子ビームを金属粉末層に照射することで、溶融固化層を形成するとともにその溶融固化層の上面を平滑に形成することができ、さらに、走査線方式の電子ビームを金属粉末層や溶融固化層に照射する場合に比べて、溶融固化層の表面を平滑に形成することができる。したがって、本発明の製造方法では、溶融固化層を積層することにより、累積的に溶融固化層の凹凸が大きくなることを抑制して最終製品の表面をなだらかで滑らかに形成することができる。また、本発明の製造方法を金型装置の製造に適用することによって、形状にもよるが、特定箇所だけに電子ビームが集中的に照射されて形状を損ねたり、局所的に電子ビームが照射されないというおそれを低減することができる。そして、キャビティ空間を成す面を滑らかに形成することが可能になり、キャビティ空間から成形品を容易に離型できる金型装置を製造可能になる。また、本発明の製造方法によって形成される積層造形物は、その表面に除去することが困難な鋭利な凹凸等が形成されることがなくなるので、必要に応じて電子ビームの照射によって平滑化された表面に対してミーリング加工などの各種切削加工や研磨加工などの各種研削加工を行なうことによって加工時間を増大させずに高い形状精度の積層造形物を得ることができる。
According to the method for manufacturing a three-dimensional layered object of the present invention, the metal powder layer is irradiated with an electron beam of a large area irradiation method, and the metal powder layer is melted and solidified to be integrated with the metal solid. By forming the melt-solidified layer so that the surface of the film is modified, a melt-solidified layer having a smooth surface with reduced irregularities can be formed. Here, the metal solid is a pedestal, a melt-solidified layer, an object in which the pedestal and the melt-solidified layer are integrated, or a layered object that is a final product. A large area irradiation type electron beam can be formed on a smooth surface by melting surface irregularities instantaneously by collision of electrons. In particular, in the present invention, an electron beam beam irradiated in a state where plasma is generated in an annular anode electrode in a rare gas atmosphere in a vacuumed vacuum chamber, that is, an electron beam of a large area irradiation system By irradiating the metal powder layer, the molten solidified layer can be formed and the top surface of the molten solidified layer can be formed smoothly. Further, the scanning powder type electron beam is irradiated to the metal powder layer and the molten solidified layer. Compared to the case, the surface of the melt-solidified layer can be formed smoothly. Therefore, in the production method of the present invention, by laminating the melt-solidified layer, the surface of the final product can be smoothly and smoothly formed by suppressing the unevenness of the melt-solidified layer from being cumulatively increased. In addition, by applying the manufacturing method of the present invention to the manufacturing of a mold apparatus, depending on the shape, the electron beam is intensively irradiated only at a specific location to damage the shape, or the electron beam is irradiated locally. It is possible to reduce the risk of not being performed. And it becomes possible to form smoothly the surface which comprises cavity space, and it becomes possible to manufacture the metal mold | die apparatus which can release a molded article easily from cavity space. In addition, the layered object formed by the manufacturing method of the present invention does not form sharp irregularities that are difficult to remove on the surface, and is smoothed by irradiation with an electron beam as necessary. By performing various cutting processes such as milling processes and various grinding processes such as polishing processes on the surface, it is possible to obtain a layered object with high shape accuracy without increasing the processing time.

また、好ましくは、本発明の三次元形状の積層造形物の製造方法が、前記金属固体の外表面を切削加工する工程または研削加工する工程のうちの少なくともいずれか一方の工程を、前記積層造形物の製造途中に含むと良い。   Preferably, in the method for producing a three-dimensional layered object of the present invention, at least one of the step of cutting or grinding the outer surface of the metal solid is performed by the layered model. It is good to include in the middle of manufacturing.

本発明の三次元形状の積層造形物の製造方法によれば、積層造形物の製造途中において、積層造形物の表面に対してミーリング加工などの各種切削加工や研磨加工などの各種研削加工を行うようにすれば、最終製品の表面を滑らかに仕上げることができる。   According to the method for manufacturing a three-dimensional layered object according to the present invention, various grinding processes such as milling and polishing are performed on the surface of the layered object during the manufacturing of the layered object. By doing so, the surface of the final product can be finished smoothly.

上記目的を達成するために、本発明の三次元形状の積層造形物の製造装置では、所望の積層造形物の形状に合わせて金属固体の上面における所要の部位に所定の厚さの接着剤を塗布して接着層を形成する接着剤塗布装置と、前記接着層に金属粉末を供給して前記金属粉末を前記接着層に固定し金属粉末層を形成する粉末材料供給装置と、前記接着剤で固定されていない余剰の金属粉末を除去する粉末材料供給装置と、真空引きされた真空チャンバ内における希ガスの雰囲気の中で環状のアノード電極の中にプラズマを生成して前記金属粉末層に電子ビームを照射し前記金属粉末層を溶融固化させて前記金属固体と一体化させて前記金属固体の表面が改質した状態になるように溶融固化層を形成する電子ビーム照射装置と、を含むことを特徴とする。   In order to achieve the above object, in the three-dimensional layered object manufacturing apparatus of the present invention, an adhesive having a predetermined thickness is applied to a predetermined portion of the upper surface of the metal solid in accordance with the shape of the desired layered object. An adhesive application device for forming an adhesive layer by coating, a powder material supply device for supplying a metal powder to the adhesive layer and fixing the metal powder to the adhesive layer to form a metal powder layer, and the adhesive. A powder material supply device that removes excess metal powder that is not fixed, and plasma is generated in an annular anode electrode in an atmosphere of a rare gas in a vacuumed vacuum chamber, and electrons are generated in the metal powder layer. And an electron beam irradiation device that forms a melt-solidified layer by irradiating a beam to melt and solidify the metal powder layer so as to be integrated with the metal solid so that the surface of the metal solid is modified. With features That.

ここで、本発明で利用する電子ビーム照射装置は、電子ビームの照射方式として大面積照射方式を採用し、真空チャンバと、真空装置と、希ガス供給装置と、電源装置を含む電子ビーム発生装置とを含む。真空チャンバは、台座を含む金属固体を内部に収容することができる耐真空構造の容器である。真空装置は、密閉されたチャンバの内部を真空に近い状態にする手段である。真空装置は、真空ポンプによって真空チャンバの中の空気を抜く、いわゆる真空引きにより真空チャンバ内を減圧する。真空ポンプは、金属固体に電子ビームを照射している間、チャンバを排気し、真空に近い状態を維持している。希ガス供給装置は、チャンバ内に希ガスを供給する手段である。希ガス(不活性ガス)は、長周期表第18族元素であるヘリウム,ネオン,アルゴン,クリプトン,キセノン,ラドンを示す。電子ビームによる表面改質で実績のある希ガスは、他の希ガスに比べて大気中に多く存在する点で安全性が高いとされているアルゴンガスである。電子ビーム発生装置は、電子銃であるカソード電極と、環状のアノード電極と、被照射体となる金属固体に通電するためのテーブル(コレクタ)と、磁場を形成するためのソレノイドを含んでなる。台座を含む金属固体を載せるテーブルはチャンバにグランドラインでアースされている。また、テーブルと通電する被照射体とカソード電極の両極間に電圧パルスを印加することで電子ビームが発生する。また、アノード電極は、照射した電子が散乱しないように、電子を収束させるためのプラズマを発生する機能を有しており、カソード電極とアノード電極の間にプラズマ発生用電源装置が設けられている。   Here, the electron beam irradiation apparatus used in the present invention adopts a large area irradiation method as an electron beam irradiation method, and includes an electron beam generator including a vacuum chamber, a vacuum device, a rare gas supply device, and a power supply device. Including. The vacuum chamber is a vacuum-resistant container that can contain a metal solid including a pedestal therein. The vacuum device is a means for bringing the inside of a sealed chamber into a state close to a vacuum. The vacuum apparatus depressurizes the inside of the vacuum chamber by so-called evacuation by drawing air from the vacuum chamber by a vacuum pump. The vacuum pump evacuates the chamber while the metal solid is irradiated with the electron beam, and maintains a state close to vacuum. The rare gas supply device is means for supplying a rare gas into the chamber. The noble gas (inert gas) indicates helium, neon, argon, krypton, xenon, or radon which are Group 18 elements of the long periodic table. A rare gas that has a proven track record in surface modification with an electron beam is argon gas, which is considered to be highly safe in that it is present in the atmosphere more than other rare gases. The electron beam generator includes a cathode electrode that is an electron gun, an annular anode electrode, a table (collector) for energizing a metal solid that is an object to be irradiated, and a solenoid for forming a magnetic field. The table on which the metal solid including the pedestal is placed is grounded to the chamber by a ground line. In addition, an electron beam is generated by applying a voltage pulse between the poles of the table and the irradiated object to be energized and the cathode electrode. The anode electrode has a function of generating plasma for converging the electrons so that the irradiated electrons are not scattered, and a power source device for plasma generation is provided between the cathode electrode and the anode electrode. .

そうした電子ビーム照射装置による電子ビームの照射方法は、つぎの通りである。まず、清浄なチャンバの内部を真空引きして希ガスを供給する。つぎに、ソレノイドで磁場を形成しアノード電極に所定の電圧パルスを印加して環状のアノード電極の環内にプラズマを生成する。そして、カソード電極とコレクタとの間に電圧パルスを印加して電子ビームを発生させる。数回の電子ビームの照射の後で真空チャンバの中に残留する滓を除去する。   An electron beam irradiation method using such an electron beam irradiation apparatus is as follows. First, the inside of a clean chamber is evacuated to supply a rare gas. Next, a magnetic field is formed by a solenoid, and a predetermined voltage pulse is applied to the anode electrode to generate plasma in the ring of the annular anode electrode. Then, a voltage pulse is applied between the cathode electrode and the collector to generate an electron beam. The soot remaining in the vacuum chamber is removed after several electron beam irradiations.

本発明の三次元形状の積層造形物の製造装置によれば、真空引きされた真空チャンバ内における希ガスの雰囲気の中で環状のアノード電極の中にプラズマを生成した状態で照射される電子ビーム、すなわち、大面積照射方式の電子ビームを金属粉末層の所定箇所に照射する電子ビーム照射装置を含むことで、金属粉末層に大面積照射方式の電子ビームを照射して金属粉末を前記金属粉末層を溶融固化させて前記金属固体と一体化させて前記金属固体の表面が改質した状態になるように溶融固化層を形成して、走査線方式の電子ビームを利用する場合に比べて、凹凸が軽減された滑らかな表面を持つ溶融固化層を形成することができる。したがって、本発明の製造装置では、高い形状精度を得るために溶融固化層を可能な限り薄くして成形する場合であっても、薄い溶融固化層が積み重ねられることで累積的に溶融固化層の表面の凹凸が成形後に容易に除去できない程度に残留することを防いで最終製品の表面を滑らかに仕上げることができる。そのため、本発明の製造装置では、特に、金型装置の製造に適用すれば、キャビティ空間を成す面を滑らかに形成することが可能になり、キャビティ空間から成形品を容易に離型できる金型装置を製造可能になる。また、本発明の製造装置によって形成される積層造形物は、その表面に除去することが困難な鋭利な凹凸等が形成されることがなくなる。また、ミーリング加工などの各種切削加工や研磨加工などの各種研削加工を行うことによって形状をより高い形状精度に仕上げることが可能である。特に、成形後に工具を使うことができない狭い溝や曲がった穴を有する積層造形物の場合でも、成形中に適宜のタイミングで上記切削加工や上記研削加工を行なうことによって所望の形状精度と面粗さを有する積層造形物を得ることが容易になる。   According to the three-dimensional layered object manufacturing apparatus of the present invention, an electron beam irradiated in a state in which plasma is generated in an annular anode electrode in an atmosphere of a rare gas in a vacuumed vacuum chamber That is, by including an electron beam irradiation apparatus that irradiates a predetermined area of the metal powder layer with an electron beam of a large area irradiation method, the metal powder is irradiated with the electron beam of a large area irradiation method onto the metal powder. Compared to the case of using a scanning line method electron beam by forming a melt-solidified layer so that the surface of the metal solid is modified by melting and solidifying the layer and integrating with the metal solid, A melt-solidified layer having a smooth surface with reduced irregularities can be formed. Therefore, in the manufacturing apparatus of the present invention, even when the molten solidified layer is formed as thin as possible in order to obtain high shape accuracy, the thin molten solidified layer is accumulated so that the molten solidified layer is accumulated. The surface of the final product can be smoothly finished by preventing the unevenness of the surface from remaining to the extent that it cannot be easily removed after molding. Therefore, in the manufacturing apparatus of the present invention, particularly when applied to the manufacture of a mold apparatus, it is possible to smoothly form the surface forming the cavity space, and the mold that can easily release the molded product from the cavity space. The device can be manufactured. In addition, the layered object formed by the manufacturing apparatus of the present invention does not have sharp irregularities that are difficult to remove on the surface. In addition, it is possible to finish the shape with higher shape accuracy by performing various cutting processes such as milling and various grinding processes such as polishing. In particular, even in the case of a layered product having a narrow groove or a bent hole in which a tool cannot be used after molding, the desired shape accuracy and surface roughness can be obtained by performing the cutting and grinding processes at an appropriate timing during molding. It becomes easy to obtain a layered object having a thickness.

また、好ましくは、本発明の三次元形状の積層造形物の製造装置が、前記金属固体の外表面を切削加工する装置または研削加工する装置のうちの少なくともいずれか一方の装置を含むと良い。   Preferably, the three-dimensional layered object manufacturing apparatus of the present invention includes at least one of a device for cutting or grinding an outer surface of the metal solid.

本発明の三次元形状の積層造形物の製造装置によれば、積層造形物の表面に対してミーリング加工などの各種切削加工または研磨加工などの各種研削加工を行う装置のうちのどちらか一方の装置またはそれら両方の装置を含むので、溶融固化層を積層して造形する製造過程で適時に適当な切削加工または研削加工を行うことができる。   According to the three-dimensional layered object manufacturing apparatus of the present invention, either one of the apparatuses that perform various cutting processes such as milling or grinding processes such as a polishing process on the surface of the layered object. Since the apparatus or both apparatuses are included, an appropriate cutting process or grinding process can be performed in a timely manner in the manufacturing process in which the melt-solidified layer is laminated and shaped.

本発明の三次元形状の積層造形物の製造方法およびその製造装置によれば、金属粉末層に大面積照射方式の電子ビームを照射することで平滑な表面に形成された溶融固化層を形成して、金属粉末層が敷かれる面の凹凸を軽減して滑らかな面に形成しておくことで、最終製品となる積層造形物の外表面を表面粗さが細かく、凹凸が滑らかな面に形成することが可能になる。   According to the method for manufacturing a three-dimensional layered object and its manufacturing apparatus of the present invention, a molten solidified layer formed on a smooth surface is formed by irradiating a metal powder layer with an electron beam of a large area irradiation method. In addition, by reducing the unevenness of the surface on which the metal powder layer is spread and forming a smooth surface, the outer surface of the layered product that will be the final product is formed with a fine surface roughness and a smooth surface It becomes possible to do.

本発明の積層造形物の製造装置の概略図であって、接着層を塗布する工程A(接着剤塗布装置)、金属粉末層を敷く工程B(粉末材料供給装置)、接着層に接着されていない金属粉末材料を除去する工程C(粉末材料除去装置)、および、金属粉末層を溶融固化させて金属固体と一体化させて金属固体の表面が改質した状態になるように溶融固化層を形成する工程D(電子ビーム照射装置)とを含む本発明の積層造形物の製造装置を示す概略図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is the schematic of the manufacturing apparatus of the laminate-molded article of this invention, Comprising: It adhere | attached on the process A (adhesive application apparatus) which apply | coats an adhesive layer, the process B (powder material supply apparatus) which spreads a metal powder layer, and an adhesive layer Step C (powder material removal device) for removing the metal powder material that is not present, and the molten solidified layer so that the surface of the metal solid is modified by melting and solidifying the metal powder layer and integrating it with the metal solid It is the schematic which shows the manufacturing apparatus of the laminate-molded article of this invention including the process D (electron beam irradiation apparatus) to form. 本発明の積層造形物の製造装置に含まれる各種装置の概略図であって、(a)接着剤塗布装置、(b)粉末材料供給装置、(c)粉末材料除去装置、および、(d)電子ビーム照射装置を含む本発明の積層造形物の製造装置を示す概略図である。It is the schematic of the various apparatuses contained in the manufacturing apparatus of the laminate-molded article of this invention, Comprising: (a) Adhesive application apparatus, (b) Powder material supply apparatus, (c) Powder material removal apparatus, (d) It is the schematic which shows the manufacturing apparatus of the laminate-molded article of this invention containing an electron beam irradiation apparatus. 本発明の積層造形物の製造装置の概略図であって、機台上の真空チャンバ内に、(a)接着剤塗布装置、(b)粉末材料供給装置、(c)粉末材料除去装置、および、(d)電子ビーム照射装置を含んだ実施の態様で示される本発明の積層造形物の製造装置を示す概略図である。It is the schematic of the manufacturing apparatus of the laminate-molded article of this invention, Comprising: (a) Adhesive application apparatus, (b) Powder material supply apparatus, (c) Powder material removal apparatus in the vacuum chamber on a machine stand, (D) It is the schematic which shows the manufacturing apparatus of the laminate-molded article of this invention shown by the embodiment containing the electron beam irradiation apparatus. 本発明の積層造形物の製造装置の別の実施の態様を示す概略図であって、機台上に、切削加工装置または研削加工装置のうちのいずれか一方またはそれら両方を含んだ実施の態様で示される本発明の積層造形物の製造装置を示す概略図である。It is the schematic which shows another embodiment of the manufacturing apparatus of the laminate-molded article of this invention, Comprising: The embodiment which included any one or both of a cutting apparatus or a grinding apparatus on a machine stand It is the schematic which shows the manufacturing apparatus of the laminate-molded article of this invention shown by this. 本発明の積層造形物の製造装置の別の実施の態様を示す概略図であって、機台上のチャンバの外に、電子ビーム照射装置以外の各装置を配置した実施の態様で示される本発明の積層造形物の製造装置を示す概略図である。It is the schematic which shows another embodiment of the manufacturing apparatus of the layered object of this invention, Comprising: The book shown by the embodiment which has arrange | positioned each apparatus other than an electron beam irradiation apparatus outside the chamber on a machine stand It is the schematic which shows the manufacturing apparatus of the laminate-molded article of invention.

本発明の三次元形状の積層造形物の製造方法および製造装置の実施の形態について、図1ないし図5を参照しながら以下に説明する。   Embodiments of a method for manufacturing a three-dimensional layered object and a manufacturing apparatus according to the present invention will be described below with reference to FIGS. 1 to 5.

本発明の三次元形状の積層造形物の製造装置1は、台座9dまたは溶融固化層9bの上の所定箇所に接着剤3からなる接着層9eを塗布する接着剤塗布装置30と、接着層9eの上に金属粉末2からなる金属粉末層9cを敷くための粉末材料供給装置20と、金属粉末層9cの周囲で接着層9eに接着されず残留した金属粉末2を除去するための粉末材料除去装置40と、金属粉末層9cの所定箇所に大面積照射方式の電子ビーム50aを照射するための電子ビーム照射装置50と、を含む。   The three-dimensional layered object manufacturing apparatus 1 of the present invention includes an adhesive application device 30 that applies an adhesive layer 9e made of an adhesive 3 to a predetermined location on a base 9d or a melt-solidified layer 9b, and an adhesive layer 9e. Powder material supply device 20 for laying a metal powder layer 9c made of metal powder 2 on the surface, and powder material removal for removing metal powder 2 remaining without being adhered to the adhesive layer 9e around the metal powder layer 9c The apparatus 40 and the electron beam irradiation apparatus 50 for irradiating the predetermined area | region of the metal powder layer 9c with the electron beam 50a of a large area irradiation system are included.

接着剤塗布装置30は、最初は台座9dの上の所要の部位に所定の厚さの接着層9eを塗布し、それ以外は最新の溶融固化層9bの上の所要の部位に所定の厚さの接着層9eを塗布する。接着剤塗布装置30は、ローラ部材31や図示省略されるハケ部材や筆部材等に染みこませた接着剤3を、台座9dの上や溶融固化層9cの上の所定箇所に塗りつける手段を含んでも良いし、所定箇所を開口させてあるマスク部材を用いて、そのマスク部材の上から接着剤3を散布したり、塗りつける手段を含んでも良い。また、例えば、接着剤塗布装置30は、台座9dまたは溶融固化層9bの上から接着剤3を噴射する図示省略されるノズルを含んでも良い。そして、接着剤塗布装置30は、ローラ31やノズル等の側と、台座9dまたは溶融固化層9b側のどちらか一方側に対して、水平1軸方向と、水平1軸方向(X軸)に直交する他の水平1軸方向(Y軸)と、必要に応じてそれら両軸からなるXY平面に対する鉛直方向(Z軸)と、に移動可能に構成されて、台座9dまたは溶融固化層9bの上の所定箇所に接着剤3を塗りつける又は散布する等して接着層9eを塗布するようにしても良い。接着剤塗布装置30は、台座9dまたは溶融固化層9bに対してローラ31やノズル等をX軸方向に移動させる手段とY軸方向の移動させる手段とを含んでも良いし、ローラ31やノズルなどに対して台座9dまたは溶融固化層層9bをX軸方向やY軸方向に移動させる後述される移動装置70を利用しても良い。さらに、接着剤塗布装置30は、台座9dまたは溶融固化層9bに対してローラ31やノズルなどを近づけたり離したりするZ軸方向に移動させる手段を含んでも良いし、ローラ31やノズルなどに対して台座9dまたは溶融固化層9bを近づけたり離したりさせる後述される移動装置70を利用しても良い。また、接着剤塗布装置30は、図示省略の制御装置を含み、NCプログラムに基づき、ローラ31やノズル等の側の移動または台座9dまたは溶融固化層9b側の移動を制御すると良い。接着剤3を台座9dまたは溶融固化層9bの上面の所定箇所に塗布するために、少なくとも同時水平2軸方向の相対移動を制御するためのプログラムは、例えば、三次元CADで設計した立体形状のデータを二次元CAMに入力し、積層方向にスライスして複数の平面形状のデータを作成してNCプログラムに変換されることで生成されると良い。   The adhesive application device 30 first applies the adhesive layer 9e having a predetermined thickness on a predetermined portion on the base 9d, and otherwise applies a predetermined thickness on a predetermined portion on the latest melt-solidified layer 9b. The adhesive layer 9e is applied. The adhesive application device 30 includes means for applying the adhesive 3 soaked in the roller member 31 or a brush member or brush member (not shown) onto a predetermined position on the base 9d or the melt-solidified layer 9c. Alternatively, it may include means for spraying or applying the adhesive 3 on the mask member using a mask member having a predetermined portion opened. Further, for example, the adhesive application device 30 may include a nozzle (not shown) that injects the adhesive 3 from the pedestal 9d or the melt-solidified layer 9b. Then, the adhesive application device 30 has a horizontal uniaxial direction and a horizontal uniaxial direction (X-axis) with respect to the roller 31 or the nozzle side and either the pedestal 9d or the melt-solidified layer 9b side. The pedestal 9d or the melt-solidified layer 9b is configured to be movable in another horizontal one-axis direction (Y-axis) orthogonal to each other and, if necessary, a vertical direction (Z-axis) with respect to the XY plane composed of both axes. The adhesive layer 9e may be applied by applying or spraying the adhesive 3 on the predetermined portion. The adhesive application device 30 may include means for moving the roller 31 and the nozzle in the X-axis direction and means for moving in the Y-axis direction with respect to the base 9d or the melt-solidified layer 9b. On the other hand, a moving device 70 described later for moving the base 9d or the molten solidified layer 9b in the X-axis direction or the Y-axis direction may be used. Further, the adhesive application device 30 may include means for moving the roller 31 and the nozzle in the Z-axis direction so that the roller 31 and the nozzle are brought close to and away from the base 9d or the melt-solidified layer 9b. A moving device 70 described later that moves the base 9d or the melt-solidified layer 9b closer to or away from the base 9d may be used. Further, the adhesive application device 30 includes a control device (not shown), and controls movement of the roller 31 and the nozzle side or movement of the base 9d or the melt-solidified layer 9b side based on the NC program. In order to apply the adhesive 3 to a predetermined location on the upper surface of the base 9d or the melt-solidified layer 9b, a program for controlling relative movement in at least the simultaneous horizontal biaxial directions is, for example, a three-dimensional CAD designed by three-dimensional CAD The data may be generated by inputting data to a two-dimensional CAM, slicing in the stacking direction to create a plurality of plane shape data, and converting the data into an NC program.

粉末材料供給装置20は、接着層9eの上に金属粉末層9cを敷く。粉末材料供給装置20は、少なくとも接着層9eの上に、金属粉末2からなる金属粉末層9cを所定の厚み寸法で敷くことが出来る各種手段を適宜採用すれば良い。   The powder material supply apparatus 20 lays the metal powder layer 9c on the adhesive layer 9e. The powder material supply device 20 may appropriately employ various means capable of laying the metal powder layer 9c made of the metal powder 2 with a predetermined thickness dimension on at least the adhesive layer 9e.

粉末材料除去装置40は、接着層9eの上に金属粉末層9cを敷いたあと、接着層9eに接着されていない金属粉末2を吸引して除去することが好ましい。また、その除去装置40は、接着層9eに接着されていない金属粉末2をブロアーの風で吹き飛ばす装置、または、ハケやブラシなどを作動させて弾き飛ばす装置としても良いが、後述されるように真空チャンバ51内で金属粉末層9cに電子ビーム50aを照射して溶融固化層9bを形成するために、真空チャンバ51内は清浄な状態であることが好ましいので、吹き飛ばした金属粉末2や弾き飛ばした金属粉末2を吸引するなどして回収する装置を含むことが好ましい。なお、吸引や回収された金属粉末2は、材料供給装置20に戻されて、再び粉末層9cとして再利用するように構成を変形することができる。   The powder material removing device 40 preferably sucks and removes the metal powder 2 not adhered to the adhesive layer 9e after the metal powder layer 9c is laid on the adhesive layer 9e. Further, the removing device 40 may be a device that blows away the metal powder 2 that is not bonded to the adhesive layer 9e with a blower wind, or a device that blows off by operating a brush or a brush, as will be described later. In order to form the molten solidified layer 9b by irradiating the metal powder layer 9c with the electron beam 50a in the vacuum chamber 51, it is preferable that the inside of the vacuum chamber 51 is in a clean state. It is preferable to include a device for collecting the metal powder 2 by suction or the like. The metal powder 2 that has been sucked and collected can be returned to the material supply device 20, and the configuration can be modified so as to be reused as the powder layer 9c again.

電子ビーム照射装置50は、大面積照射方式であって、主に真空チャンバ51と、希ガス供給装置52と、真空装置53と、電源装置を含む電子ビーム発生装置54と、移動装置70とを含む。   The electron beam irradiation device 50 is a large-area irradiation method, and mainly includes a vacuum chamber 51, a rare gas supply device 52, a vacuum device 53, an electron beam generator 54 including a power supply device, and a moving device 70. Including.

真空チャンバ51は、電子ビーム50aを照射する際に、台座9dと溶融固化層9bからなる金属固体9aを被照射体として収容する手段であって、耐真空構造である。真空チャンバ51は、電子ビーム50aを照射するときに、機台10の上に被せられても良い。また、真空チャンバ51は、例えば、図3や図4で示す実施の態様のように、チャンバ51内に各種装置を内蔵するようにして、機台10の上に常時設置されても良い。   The vacuum chamber 51 is a means for accommodating the solid metal 9a composed of the pedestal 9d and the molten solidified layer 9b as an irradiated body when the electron beam 50a is irradiated, and has a vacuum-resistant structure. The vacuum chamber 51 may be placed on the machine base 10 when the electron beam 50a is irradiated. Moreover, the vacuum chamber 51 may be always installed on the machine base 10 so that various devices are built in the chamber 51 as in the embodiment shown in FIGS. 3 and 4.

真空装置53は、密閉された真空チャンバ51の中を真空に近い状態にする手段である。真空装置53は、真空ポンプ53aによって真空チャンバ51の中の空気を抜く、いわゆる真空引きをして真空チャンバ51の中を減圧する。真空チャンバ51の中の空気を抜いた後は、流量調整弁53b,53cを絞って真空チャンバ51の中の真空に近い状態を保持する。また、真空装置53は、真空チャンバ51の中を浄化する手段を兼用する。真空装置53は、電子ビーム50aを照射している間稼働して真空チャンバ51のガスを排出し、真空チャンバ51の中を真空に近い状態に維持している。真空装置53は、真空チャンバ51のガスを排出しているときに、浮遊する材料の滓を真空チャンバ51から吸い出す。   The vacuum device 53 is a means for bringing the sealed vacuum chamber 51 into a state close to a vacuum. The vacuum device 53 evacuates the air in the vacuum chamber 51 by the vacuum pump 53a, so-called evacuation, and decompresses the inside of the vacuum chamber 51. After the air in the vacuum chamber 51 is evacuated, the flow rate adjustment valves 53b and 53c are throttled to maintain a state close to the vacuum in the vacuum chamber 51. The vacuum device 53 also serves as a means for purifying the inside of the vacuum chamber 51. The vacuum device 53 operates while irradiating the electron beam 50a, discharges the gas in the vacuum chamber 51, and maintains the vacuum chamber 51 in a state close to a vacuum. The vacuum device 53 sucks out the soot of floating material from the vacuum chamber 51 while discharging the gas from the vacuum chamber 51.

希ガス供給装置52は、真空チャンバ51の中にプラズマを生成するために必要な希ガスを供給する手段である。希ガス(不活性ガス)は、長周期表第18族元素であるヘリウム,ネオン,アルゴン,クリプトン,キセノン,ラドンを示す。本発明の実施の形態では、不活性ガスとして比較的安全で入手しやすいアルゴンガスを使用している。希ガス供給装置52は、液化アルゴンを封入したボンベ52aと、真空チャンバ51に接続する配管と、バルブ52bと、を含んでなる。電子ビーム照射装置50は、真空チャンバ51の中のガス圧を0.03Pa〜0.1Paにすることができるように設計されると良い。   The rare gas supply device 52 is a means for supplying a rare gas necessary for generating plasma in the vacuum chamber 51. The noble gas (inert gas) indicates helium, neon, argon, krypton, xenon, or radon which are Group 18 elements of the long periodic table. In the embodiment of the present invention, an argon gas that is relatively safe and easily available is used as the inert gas. The rare gas supply device 52 includes a cylinder 52a filled with liquefied argon, a pipe connected to the vacuum chamber 51, and a valve 52b. The electron beam irradiation apparatus 50 is preferably designed so that the gas pressure in the vacuum chamber 51 can be set to 0.03 Pa to 0.1 Pa.

電子ビーム発生装置54は、電子銃であるカソード電極54aと、環状のアノード電極54bと、被照射体となる金属固体9aに通電するコレクタ54cと、磁場を形成するソレノイド54dと、を含んでなる。図で示されている実施の態様では、コレクタ54cは、昇降装置73のテーブル73aである。テーブル73aは、真空チャンバ51にグランドライン54eでアースする。   The electron beam generator 54 includes a cathode electrode 54a that is an electron gun, an annular anode electrode 54b, a collector 54c that energizes a metal solid 9a that is an object to be irradiated, and a solenoid 54d that forms a magnetic field. . In the embodiment shown in the figure, the collector 54 c is a table 73 a of the lifting device 73. The table 73a is grounded to the vacuum chamber 51 through a ground line 54e.

カソード電極54aとテーブル73aに通電する金属固体9aとの両極間に電子ビーム50aを発生させるための電圧パルスを印加する高圧電源を含む電子ビーム発生用電源装置54fが設けられる。また、カソード電極54aとアノード電極54bとの間にプラズマ発生用電源装置54gが設けられる。スイッチ54hは、カソード電極54bの電源の接続を切り換える。カソード電極54aは、断面円形の基盤にチタンでなる多数の針状の突起が設けられている。アノード電極54bは、カソード電極54aの断面積より大きい内径を有するリング形状をしている。実施の形態の電子ビーム照射装置50は、例えば、カソード電極54aの直径が90mmφで、アノード電極54bの内径が140mmφである。アノード電極54bは、円環内に比較的存在時間の短いプラズマを生成する。プラズマの電離層は、カソード電極54aから放出される電子を収束する。   An electron beam generating power supply device 54f including a high voltage power source for applying a voltage pulse for generating an electron beam 50a is provided between both electrodes of the cathode electrode 54a and the metal solid 9a energizing the table 73a. Further, a plasma generating power supply device 54g is provided between the cathode electrode 54a and the anode electrode 54b. The switch 54h switches the connection of the power supply of the cathode electrode 54b. The cathode electrode 54a is provided with a large number of needle-like protrusions made of titanium on a base having a circular cross section. The anode electrode 54b has a ring shape having an inner diameter larger than the cross-sectional area of the cathode electrode 54a. In the electron beam irradiation apparatus 50 according to the embodiment, for example, the cathode electrode 54a has a diameter of 90 mmφ and the anode electrode 54b has an inner diameter of 140 mmφ. The anode electrode 54b generates plasma having a relatively short time in the ring. The ionosphere of plasma converges electrons emitted from the cathode electrode 54a.

移動装置70は、水平1軸方向と、水平1軸方向(X軸)に直交する他の水平1軸方向(Y軸)と、鉛直方向(Z軸)と、に被照射体となる金属固体9aを移動させる手段である。移動装置70は、X軸方向に移動する第1移動体71と、Y軸方向に移動する第2移動体72と、Z軸方向に上下移動する昇降装置73と、を備える。図に示す実施の形態の移動装置70では、第1移動体71の上に第2移動体72が搭載され、第2移動体72の上に昇降装置73が設置される。昇降装置30の上に被照射体となる金属固体9aを設置するためのテーブル73が設けられる。なお、各軸方向は、例えば、X軸方向が図の左右方向、Z軸方向が図の上下方向、そして、Y軸方向が図の左右方向に垂直かつ上下方向にも垂直な方向として説明する。   The moving device 70 is a metal solid that becomes an object to be irradiated in one horizontal axis direction, another horizontal one axis direction (Y axis) orthogonal to the horizontal one axis direction (X axis), and the vertical direction (Z axis). It is a means to move 9a. The moving device 70 includes a first moving body 71 that moves in the X-axis direction, a second moving body 72 that moves in the Y-axis direction, and an elevating device 73 that moves up and down in the Z-axis direction. In the moving device 70 of the embodiment shown in the figure, the second moving body 72 is mounted on the first moving body 71, and the lifting device 73 is installed on the second moving body 72. A table 73 is provided on the elevating device 30 for installing the metal solid 9a to be irradiated. Each axis direction will be described assuming that, for example, the X-axis direction is the horizontal direction in the figure, the Z-axis direction is the vertical direction in the figure, and the Y-axis direction is perpendicular to the horizontal direction in the figure and perpendicular to the vertical direction. .

第1移動体71は、案内軸となる第1ガイドレール71aと案内軸受となる第1ガイドブロック71bなどからなるガイド部材と、図示しないモータなどの駆動源によってX軸方向に移動させても良い。第2移動体72は、案内軸となる第2ガイドレール72aと案内軸受となる第2ガイドブロック72bなどからなるガイド部材と、図示しないモータなどの駆動源によってY軸方向に移動させても良い。第1移動体71と第2移動体72は、図示しない移動制御装置で制御される。昇降装置73は、図示しないジャッキ装置などの昇降部材と、図示しないモータ等の駆動源によってZ軸方向に移動させても良い。昇降装置73は、第1移動体71と第2移動体72を制御する前述の移動制御装置で制御するようにすることができる。各駆動源は、モータ駆動に限らず、電動式や油圧式や空圧式などの各種駆動機構を適宜に搭載すれば良い。また、移動装置70は、粉末材料供給装置20、接着剤塗布装置30、および、粉末材料除去装置40で、金属固体9aを移動する移動装置として共用しても良い。また、移動装置70を制御する数値制御装置は、三次元CADで設計した立体形状のデータを二次元CAMに入力し、積層方向にスライスして複数の平面形状のデータを作成して生成されるNCプログラムを利用することもできる。   The first moving body 71 may be moved in the X-axis direction by a guide member including a first guide rail 71a serving as a guide shaft and a first guide block 71b serving as a guide bearing, and a drive source such as a motor (not shown). . The second moving body 72 may be moved in the Y-axis direction by a guide member including a second guide rail 72a serving as a guide shaft and a second guide block 72b serving as a guide bearing, and a drive source such as a motor (not shown). . The first moving body 71 and the second moving body 72 are controlled by a movement control device (not shown). The lifting device 73 may be moved in the Z-axis direction by a lifting member such as a jack device (not shown) and a drive source such as a motor (not shown). The lifting device 73 can be controlled by the above-described movement control device that controls the first moving body 71 and the second moving body 72. Each drive source is not limited to motor drive, and various drive mechanisms such as electric type, hydraulic type, and pneumatic type may be appropriately mounted. Further, the moving device 70 may be shared by the powder material supply device 20, the adhesive application device 30, and the powder material removing device 40 as a moving device that moves the metal solid 9a. The numerical control device that controls the moving device 70 is generated by inputting three-dimensional shape data designed by three-dimensional CAD into a two-dimensional CAM and slicing in the stacking direction to create a plurality of planar shape data. NC programs can also be used.

電子ビーム照射装置50は、密閉された真空チャンバ51の中を真空に近い状態にする。ソレノイド54dを励起してチャンバ51の中のカソード電極54aと被照射体となる金属個体9aとの間の加速空間に磁場を形成する。カソード電極54aと金属個体9aとの間に形成される磁場によって、カソード電極54aから放出される電子が加速空間で要求される速度まで加速される。アノード電極54bの円環の中にプラズマを生成するために必要な希ガスを供給する。カソード電極54aから放出される電子は、プラズマ空間で収束されて被照射面となる金属粉末層9cに到達する。大面積照射方式は、粒子線束の断面積が大きく比較的低エネルギ密度で大きな電流の電子ビーム50aを照射する。大面積照射方式では、電子ビーム50aが低エネルギ密度であるので、金属固体9aの最新の溶融固化層9bを表面から数μmを超えて侵食させない。そのため、最新の溶融固化層9bの上面範囲を所定ピッチずつずらしながら照射することになるが、その際に、すでに改質されている表面とこれから電子ビームが照射される表面が部分的に重なるよう、すなわち改質されない面または改質が不十分な面ができないよう電子ビーム50aを重畳的に照射して、より均一な改質を行うようにすると良い。   The electron beam irradiation apparatus 50 makes the inside of the sealed vacuum chamber 51 close to a vacuum. The solenoid 54d is excited to form a magnetic field in the acceleration space between the cathode electrode 54a in the chamber 51 and the metal solid 9a that is the object to be irradiated. Electrons emitted from the cathode electrode 54a are accelerated to a speed required in the acceleration space by a magnetic field formed between the cathode electrode 54a and the metal solid 9a. A rare gas necessary for generating plasma is supplied into the ring of the anode electrode 54b. The electrons emitted from the cathode electrode 54a are converged in the plasma space and reach the metal powder layer 9c serving as an irradiated surface. In the large area irradiation method, the electron beam 50a with a large current is irradiated at a relatively low energy density with a large cross-sectional area of the particle beam bundle. In the large-area irradiation method, since the electron beam 50a has a low energy density, the latest melt-solidified layer 9b of the metal solid 9a is not eroded more than several μm from the surface. For this reason, irradiation is performed while shifting the upper surface range of the latest melt-solidified layer 9b by a predetermined pitch. At this time, the surface that has already been modified and the surface to which the electron beam is irradiated are partially overlapped. In other words, it is preferable that the electron beam 50a is superimposedly irradiated so that a surface that is not modified or a surface that is insufficiently modified cannot be formed, so that more uniform modification is performed.

本発明の三次元形状の積層造形物の製造装置1は、電子ビーム照射装置50のチャンバ51を機台10の上に配置し、真空チャンバ51の中に、粉末材料供給装置20と、接着剤塗布装置30と、粉末材料除去装置40と、電子ビーム照射装置50と、を含む。また、そうした製造装置1は、真空チャンバ51内であって、機台10の上に各装置で共有して使用する移動装置70を配置して、その移動装置70の昇降テーブル73aの上に台座9dを載置しても良い(図3)。また、昇降装置73は、図示省略される枠体の中に配置されて、昇降テーブル73aを枠体の中で昇降自在に配置しても良い。それで、金属粉末層9cを形成する際には、昇降テーブル73aを金属粉末層9cの寸法だけ下降させて、台座9dもしくは最新の溶融固化層9bの上に所要の部位に所定の厚さの接着剤3を塗布した接着層9eの上に、材料供給装置20で金属粉末2を蒔き、図示省略される均し装置で所定の厚みの金属粉末層9cを形成するようにしても良い。   The three-dimensional layered object manufacturing apparatus 1 of the present invention includes a chamber 51 of an electron beam irradiation device 50 disposed on a machine base 10, and a powder material supply device 20 and an adhesive in the vacuum chamber 51. A coating device 30, a powder material removing device 40, and an electron beam irradiation device 50 are included. In addition, such a manufacturing apparatus 1 is provided in the vacuum chamber 51, the moving device 70 that is shared and used by each device is disposed on the machine base 10, and the pedestal is placed on the lifting table 73 a of the moving device 70. 9d may be placed (FIG. 3). Further, the elevating device 73 may be arranged in a frame not shown, and the elevating table 73a may be arranged so as to be movable up and down in the frame. Therefore, when forming the metal powder layer 9c, the lifting table 73a is lowered by the size of the metal powder layer 9c, and a predetermined thickness is adhered to the required portion on the base 9d or the latest melt-solidified layer 9b. The metal powder 2 may be spread on the adhesive layer 9e coated with the agent 3 by the material supply device 20, and the metal powder layer 9c having a predetermined thickness may be formed by a leveling device not shown.

そうした製造装置1では、つぎのような本発明の三次元形状の積層造形物の製造方法が行われる。テーブル73の上には、最初に台座9dが固定されている。例えば、その台座9dは、製造したい積層造形物9が金型装置であれば、金型装置の一部となる。まず、(A)本発明の製造装置1の接着剤塗布装置30が、台座9dの上に所要の部位に所定の厚さの接着剤3からなる接着層9e塗布する。(B)本発明の製造装置1の粉末材料供給装置20が、金属粉末2からなる金属粉末層9cを接着層9eの所定の箇所にかつ所定の厚み寸法で敷く。(C)本発明の製造装置1の粉末材料除去装置40が、金属粉末層9cの周囲から接着層9eに接着されなかった金属粉末2を除去する。(D)本発明の製造装置1の電子ビーム照射装置50が、金属粉末層9cの所定の箇所に大面積照射方式の電子ビーム50aを照射して、所定の箇所にある金属粉末2を溶融固化させて金属固体9aと一体化させて金属固体9aの表面が改質した状態になるように溶融固化層9bを形成する。このとき、接着層9eの接着剤3は、電子ビーム50aの照射によって金属粉末2が溶融固化するときの高温状態によって蒸発して金属固体9aに残留することはない。電子ビーム50aを金属粉末層9cに照射して金属粉末2を溶融固化して形成された溶融固化層9bの上面は、例えば、金型装置であれば、成形品の離型のときに引っ掛かりを生じることがない程度にまで、その上面の凹凸が小さくなる。つぎからは、台座9dに代えて新たな溶融固化層9bに対して、これらの工程を繰り返すことで台座9dの上に複数の溶融固化層9bを積層して一体となる金属固体9aからなる三次元形状の積層造形物9を形成する。   In such a manufacturing apparatus 1, the following method for manufacturing a three-dimensional layered object according to the present invention is performed. On the table 73, a base 9d is first fixed. For example, the pedestal 9d becomes a part of the mold apparatus if the layered object 9 to be manufactured is a mold apparatus. First, (A) the adhesive application device 30 of the manufacturing apparatus 1 of the present invention applies the adhesive layer 9e made of the adhesive 3 having a predetermined thickness on a required portion on the base 9d. (B) The powder material supply device 20 of the manufacturing apparatus 1 of the present invention lays the metal powder layer 9c made of the metal powder 2 on a predetermined portion of the adhesive layer 9e with a predetermined thickness dimension. (C) The powder material removing device 40 of the manufacturing apparatus 1 of the present invention removes the metal powder 2 that has not been adhered to the adhesive layer 9e from the periphery of the metal powder layer 9c. (D) The electron beam irradiation apparatus 50 of the manufacturing apparatus 1 of the present invention irradiates a predetermined portion of the metal powder layer 9c with the large-area irradiation type electron beam 50a, and melts and solidifies the metal powder 2 at the predetermined portion. Thus, the solidified layer 9b is formed so that the surface of the metal solid 9a is modified by being integrated with the metal solid 9a. At this time, the adhesive 3 of the adhesive layer 9e does not evaporate and remain in the metal solid 9a due to a high temperature state when the metal powder 2 is melted and solidified by irradiation with the electron beam 50a. The upper surface of the melt-solidified layer 9b formed by irradiating the metal powder layer 9c with the electron beam 50a to melt and solidify the metal powder 2 is caught when the molded product is released, for example, in the case of a mold apparatus. The unevenness of the upper surface is reduced to such an extent that it does not occur. From then on, a tertiary layer composed of a metal solid 9a integrated by laminating a plurality of melt-solidified layers 9b on the base 9d by repeating these steps for a new melt-solidified layer 9b instead of the base 9d. An original shaped layered product 9 is formed.

また、別の実施態様として、本発明の三次元形状の積層造形物の製造装置1は、金属固体9aの表面に対してミーリング加工などの各種切削加工または研磨加工などの各種研削加工を行う装置のうちのどちらか一方またはそれら両方からなる装置60を含んでも良い。その製造装置1は、切削および/または研削加工の装置60の切削工具または研削工具61が取り付けられている主軸の位置まで、例えば、図4に示す別の実施の態様のように、第1ガイドレール71aを延長してX軸方向の第1移動体71を移動させて、金属固体9aを移動させてから加工する構成にしても良い。また、その際、図4に示す実施の態様のように、チャンバ51に開閉扉51aを設けて、機台10の上であって、真空チャンバ51の外部に切削加工および/または研削加工の装置60を配置しても良い。切削または研削の工具61を取り付けた主軸は、工具61を回転する回転駆動装置を含み、機台10に取り付けられたコラムにZ軸方向に上下移動自在に取り付けられても良い。また、その主軸は、移動装置70の昇降装置73で金属固体9aをZ軸方向に上下移動させれば、主軸用のZ軸方向の駆動装置を省くこともできる。また、切削および/または研削加工の装置60には、切削屑等を除去する装置を含んでも良い。また、切削加工および/または研削加工の装置60は、機台10の真空チャンバ51内に切削加工および/または研削加工の装置60を配置しても良い。   As another embodiment, the three-dimensional layered object manufacturing apparatus 1 according to the present invention performs various grinding processes such as milling or polishing on the surface of the metal solid 9a. A device 60 comprising either one or both of them may be included. The manufacturing apparatus 1 includes the first guide up to the position of the main shaft to which the cutting tool or grinding tool 61 of the cutting and / or grinding apparatus 60 is attached, for example, as in another embodiment shown in FIG. The rail 71a may be extended to move the first moving body 71 in the X-axis direction, and the metal solid 9a may be moved before processing. Further, at that time, as in the embodiment shown in FIG. 4, an opening / closing door 51 a is provided in the chamber 51, and an apparatus for cutting and / or grinding on the machine base 10 and outside the vacuum chamber 51. 60 may be arranged. The main shaft to which the cutting or grinding tool 61 is attached may include a rotational drive device that rotates the tool 61 and may be attached to a column attached to the machine base 10 so as to be movable up and down in the Z-axis direction. Moreover, if the metal solid 9a is moved up and down in the Z-axis direction by the elevating device 73 of the moving device 70, the main shaft can also omit the Z-axis driving device for the main shaft. Further, the cutting and / or grinding device 60 may include a device for removing cutting waste and the like. Further, the cutting and / or grinding apparatus 60 may be arranged in the vacuum chamber 51 of the machine base 10.

そうした製造装置1であれば、溶融固化層9bを積層して造形する製造過程で適時に適当な切削加工または研削加工を行って形状を整えることもができる。もちろん、切削加工または研削加工を行う工程は、溶融固化層9bを形成する毎に毎回実施しても良いし、複数の溶融固化層9bを形成する毎に間を置いて実施しても良い。また、切削加工または研削加工を行う工程は、(D)金属粉末層9cに大面積照射方式の電子ビーム50aを照射する工程のあとに毎回あるいは所定の回数毎に実施しても良い。   With such a manufacturing apparatus 1, it is also possible to adjust the shape by performing appropriate cutting or grinding in a timely manner in the manufacturing process in which the melt-solidified layer 9 b is laminated and shaped. Of course, the step of cutting or grinding may be performed every time the melt-solidified layer 9b is formed, or may be performed at intervals each time the plurality of melt-solidified layers 9b are formed. Further, the step of cutting or grinding may be performed every time or every predetermined number of times after the step (D) irradiating the metal powder layer 9c with the electron beam 50a of the large area irradiation method.

また、本発明の三次元形状の積層造形物の製造装置1は、図5に示す別の実施の態様のように、(A)接着層9eを塗布し、(B)接着層9eの上に粉末材料2を供給して金属粉末層9cを形成し、(C)接着層9eに接着されていない粉末材料2を除去する作業をまとめて行う作業領域と、(D)電子ビーム50aを照射する作業と、そして、必要に応じて金属固体9aの表面を切削加工や研削加工を行う作業領域と、に分けて、各装置を配置するとともに、移動装置70の移動体71のガイドレール71aを機台10の上の各作業領域にわたって敷設することで、移動装置70に載置した溶融固化層9aがそれら作業領域の間を移動できるようにしても良い。また、本発明の三次元形状の積層造形物の製造装置1は、図5に示す別の実施の態様のように、移動装置70を各装置で共有するようにしても良い。例えば、電子ビーム照射装置50の真空チャンバ51内をより清浄に保つ必要がある場合には、電子ビーム照射装置50を機台10の上に単独で配置することが可能になって、例えば、未接着の金属粉末2がチャンバ51内に入り込まないようにすることもできる。図5に示す実施の態様以外にも、作業領域を細分化しても良いし、作業領域を共有する装置の組合せを適宜変更しても良い。また、図5に示す実施の態様以外にも、移動装置70を回転テーブルの上に載置して、作業領域を移動する手段を用いても良いし、適宜に別の移動する手段を用いて良い。   Moreover, the three-dimensional layered object manufacturing apparatus 1 of the present invention applies (A) the adhesive layer 9e and (B) on the adhesive layer 9e, as in another embodiment shown in FIG. The powder material 2 is supplied to form the metal powder layer 9c, and (C) a work area in which the work of removing the powder material 2 not bonded to the adhesive layer 9e is collectively performed, and (D) the electron beam 50a is irradiated. Each device is arranged separately into work and a work area where the surface of the metal solid 9a is cut or ground as necessary, and the guide rail 71a of the moving body 71 of the moving device 70 is used as a machine. By laying over each work area on the table 10, the molten solidified layer 9a placed on the moving device 70 may be moved between these work areas. Further, the three-dimensional layered object manufacturing apparatus 1 of the present invention may share the moving device 70 with each device as in another embodiment shown in FIG. For example, when it is necessary to keep the inside of the vacuum chamber 51 of the electron beam irradiation apparatus 50 cleaner, the electron beam irradiation apparatus 50 can be arranged on the machine base 10 alone. It is also possible to prevent the bonded metal powder 2 from entering the chamber 51. In addition to the embodiment shown in FIG. 5, the work area may be subdivided, and the combination of devices sharing the work area may be changed as appropriate. In addition to the embodiment shown in FIG. 5, a means for moving the work area by placing the moving device 70 on the rotary table may be used, or another means for moving appropriately may be used. good.

本発明の三次元形状の積層造形物の製造方法およびその製造装置は、金属加工の技術分野において広く適用される。特に、本発明の三次元形状の積層造形物の製造方法およびその製造装置は、金型装置などのように滑らかで、細かい表面粗さで、そして、凹凸がゆるやかな面加工が求められる際に適用される。   The manufacturing method and manufacturing apparatus for a three-dimensional layered object of the present invention are widely applied in the technical field of metal processing. In particular, the method for manufacturing a three-dimensional layered object and its manufacturing apparatus according to the present invention require smooth surface processing with a fine surface roughness and gentle unevenness, such as a mold apparatus. Applied.

1 積層造形物の製造装置
2 金属粉末材料
3 接着剤
9 積層造形物
9a 金属固体
9b 溶融固化層
9c 金属粉末層
9d 台座
9e 接着層
10 機台
20 粉末材料供給装置
30 接着剤塗布装置
31 ローラ
40 粉末材料除去装置
50 電子ビーム照射装置
50a 電子ビーム
51 チャンバ
52 希ガス供給装置
52a 希ガスを封入したボンベ
52b バルブ
53 真空装置
53a 真空ポンプ
53b 流量調整弁
53c 流量調整弁
54 電子ビーム発生装置
54a カソード電極
54b アノード電極
54c コレクタ
54d ソレノイド
54e グランドライン
54f 電子ビーム発生用電源装置
54g プラズマ発生用電源装置
54h スイッチ
60 切削および/または研削加工の装置
61 切削工具または研削工具
70 XYテーブル
71 X軸方向に移動する第1移動体
71a 第1ガイドレール
71b 第1ガイドブロック
72 Y軸方向に移動する第2移動体
72a 第2ガイドレール
72b 第2ガイドブロック
73 昇降装置
73a テーブル
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Manufacturing apparatus of layered object 2 Metal powder material 3 Adhesive 9 Layered object 9a Metal solid 9b Melt-solidified layer 9c Metal powder layer 9d Base 9e Adhesive layer 10 Machine base 20 Powder material supply apparatus 30 Adhesive application apparatus 31 Roller 40 Powder material removing device 50 Electron beam irradiation device 50a Electron beam 51 Chamber 52 Noble gas supply device 52a Gas cylinder 52b filled with rare gas Valve 53 Vacuum device 53a Vacuum pump 53b Flow rate adjusting valve 53c Flow rate adjusting valve 54 Electron beam generating device 54a Cathode electrode 54b Anode electrode 54c Collector 54d Solenoid 54e Ground line 54f Electron beam generating power supply 54g Plasma generating power supply 54h Switch 60 Cutting and / or grinding apparatus 61 Cutting tool or grinding tool 70 XY table 71 Moves in the X-axis direction First Moving body 71a First guide rail 71b First guide block 72 Second moving body 72a moving in the Y-axis direction Second guide rail 72b Second guide block 73 Lifting device 73a Table

Claims (4)

所望の積層造形物の形状に合わせて金属固体の上面における所要の部位に所定の厚さの接着剤を塗布して接着層を形成する第1の工程と、前記接着層に金属粉末を供給して前記金属粉末を前記接着層に固定し金属粉末層を形成する第2の工程と、前記接着剤で固定されていない余剰の金属粉末を除去する第3の工程と、真空引きされた真空チャンバ内における希ガスの雰囲気の中で環状のアノード電極の中にプラズマを生成して前記金属粉末層に電子ビームを照射し前記金属粉末層を溶融固化させて前記金属固体と一体化させて前記金属固体の表面が改質した状態になるように溶融固化層を形成する第4の工程と、前記第1の工程から前記第4の工程を繰り返して溶融固化層を積層し前記所望の積層造形物を製造することを特徴とする三次元形状の積層造形物の製造方法。   A first step of forming an adhesive layer by applying an adhesive of a predetermined thickness to a required portion on the upper surface of the metal solid in accordance with the shape of the desired layered object, and supplying metal powder to the adhesive layer A second step of fixing the metal powder to the adhesive layer to form a metal powder layer, a third step of removing excess metal powder not fixed by the adhesive, and a vacuum chamber that is evacuated Plasma is generated in a ring-shaped anode electrode in an atmosphere of a rare gas inside, and the metal powder layer is irradiated with an electron beam to melt and solidify the metal powder layer to be integrated with the metal solid. A fourth step of forming a melt-solidified layer so that the surface of the solid is in a modified state; and the desired layered product by repeating the first to fourth steps to laminate the melt-solidified layer. 3D characterized by manufacturing Production method shaped for laminate shaped article. 前記金属固体の外表面を切削加工する工程または研削加工する工程のうちの少なくともいずれか一方の工程を、前記積層造形物の製造途中に含むことを特徴とする請求項1または2に記載の三次元形状の積層造形物の製造方法。   3. The tertiary according to claim 1, wherein at least one of a step of cutting an outer surface of the metal solid or a step of grinding is included in the course of manufacturing the layered object. Manufacturing method of original shaped layered object. 所望の積層造形物の形状に合わせて金属固体の上面における所要の部位に所定の厚さの接着剤を塗布して接着層を形成する接着剤塗布装置と、前記接着層に金属粉末を供給して前記金属粉末を前記接着層に固定し金属粉末層を形成する粉末材料供給装置と、前記接着剤で固定されていない余剰の金属粉末を除去する粉末材料供給装置と、真空引きされた真空チャンバ内における希ガスの雰囲気の中で環状のアノード電極の中にプラズマを生成して前記金属粉末層に電子ビームを照射し前記金属粉末層を溶融固化させて前記金属固体と一体化させて前記金属固体の表面が改質した状態になるように溶融固化層を形成する電子ビーム照射装置と、を含み、溶融固化層を積層し前記所望の積層造形物を製造することを特徴とする三次元形状の積層造形物の製造装置。   An adhesive application device that forms an adhesive layer by applying an adhesive of a predetermined thickness to a required portion on the upper surface of the metal solid in accordance with the shape of the desired layered object, and supplying metal powder to the adhesive layer A powder material supply device that fixes the metal powder to the adhesive layer to form a metal powder layer, a powder material supply device that removes excess metal powder not fixed by the adhesive, and a vacuum chamber that is evacuated Plasma is generated in a ring-shaped anode electrode in an atmosphere of a rare gas inside, and the metal powder layer is irradiated with an electron beam to melt and solidify the metal powder layer to be integrated with the metal solid. An electron beam irradiation device that forms a melt-solidified layer so that the surface of the solid is in a modified state, and laminates the melt-solidified layer to produce the desired three-dimensional model, Laminated structure Things of manufacturing equipment. 前記金属固体の外表面を切削加工する装置または研削加工する装置のうちの少なくともいずれか一方の装置を含むことを特徴とする請求項4または5に記載の三次元形状の積層造形物の製造装置。   The apparatus for producing a three-dimensional layered object according to claim 4 or 5, comprising at least one of a device for cutting an outer surface of the metal solid and a device for grinding. .
JP2013161631A 2013-08-02 2013-08-02 Method and apparatus for production of three-dimensional laminate formed object Pending JP2015030883A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013161631A JP2015030883A (en) 2013-08-02 2013-08-02 Method and apparatus for production of three-dimensional laminate formed object

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013161631A JP2015030883A (en) 2013-08-02 2013-08-02 Method and apparatus for production of three-dimensional laminate formed object

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2015030883A true JP2015030883A (en) 2015-02-16

Family

ID=52516473

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2013161631A Pending JP2015030883A (en) 2013-08-02 2013-08-02 Method and apparatus for production of three-dimensional laminate formed object

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2015030883A (en)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016216822A (en) * 2015-05-14 2016-12-22 ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ Addition production on 3d component
CN106984810A (en) * 2016-03-24 2017-07-28 株式会社松浦机械制作所 3-dimensional object formation
JP2017150020A (en) * 2016-02-23 2017-08-31 マツダ株式会社 Manufacturing method of structure
JP2017171976A (en) * 2016-03-23 2017-09-28 株式会社ソディック Laminate molding device
JP2017532719A (en) * 2014-08-22 2017-11-02 ア−カム アーベー Improved electron beam generation
CN111347043A (en) * 2020-03-27 2020-06-30 南京理工大学 Method for preparing heterogeneous material by plasma cladding

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017532719A (en) * 2014-08-22 2017-11-02 ア−カム アーベー Improved electron beam generation
JP2016216822A (en) * 2015-05-14 2016-12-22 ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ Addition production on 3d component
EP3093087B1 (en) * 2015-05-14 2019-12-18 General Electric Company Additive manufacturing of 3-d components
US10946473B2 (en) 2015-05-14 2021-03-16 General Electric Company Additive manufacturing on 3-D components
JP2017150020A (en) * 2016-02-23 2017-08-31 マツダ株式会社 Manufacturing method of structure
JP2017171976A (en) * 2016-03-23 2017-09-28 株式会社ソディック Laminate molding device
CN107363259A (en) * 2016-03-23 2017-11-21 沙迪克株式会社 It is laminated styling apparatus
US10583607B2 (en) 2016-03-23 2020-03-10 Sodick Co., Ltd. Lamination molding apparatus
CN107363259B (en) * 2016-03-23 2020-07-10 株式会社沙迪克 Laminated molding device
CN106984810A (en) * 2016-03-24 2017-07-28 株式会社松浦机械制作所 3-dimensional object formation
CN111347043A (en) * 2020-03-27 2020-06-30 南京理工大学 Method for preparing heterogeneous material by plasma cladding
CN111347043B (en) * 2020-03-27 2022-04-01 南京理工大学 Method for preparing heterogeneous material by plasma cladding

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2015030883A (en) Method and apparatus for production of three-dimensional laminate formed object
JP3943315B2 (en) Manufacturing method of three-dimensional shaped object
JP3446733B2 (en) Method and apparatus for manufacturing three-dimensional shaped object
JP2020505251A (en) Additive manufacturing equipment combining electron beam selective melting and electron beam cutting
JP5777187B1 (en) Additive manufacturing equipment
US7741578B2 (en) Gas shielding structure for use in solid free form fabrication systems
JP6273578B2 (en) Three-dimensional additive manufacturing apparatus and three-dimensional additive manufacturing method
US11104068B2 (en) Method for enhancing the finish of additively-manufactured components
JP2015175012A (en) Three-dimensional lamination molding device and method
JPWO2011102382A1 (en) Manufacturing method of three-dimensional shaped object and three-dimensional shaped object
EP3427870B1 (en) Three-dimensional molded object production method
JP2015030872A (en) Method and apparatus for production of three-dimensional laminate formed object
CN107009150A (en) A kind of plasma and multi-axis NC Machine Tools increase and decrease material is combined 3D printing apparatus and method for
US20120223462A1 (en) Laser build up method using vibration and apparatus
JP5456400B2 (en) Manufacturing apparatus and manufacturing method of three-dimensional shaped object
US10919114B2 (en) Methods and support structures leveraging grown build envelope
US20180243828A1 (en) Method and Device for Producing A Three-dimensional Object
JPWO2018212193A1 (en) Additive manufacturing apparatus and additive manufacturing method
JP5612530B2 (en) Manufacturing method of three-dimensional shaped object
JP2021188070A (en) Lamination modeling method and lamination modeling apparatus
JP6680452B1 (en) Additive manufacturing method for 3D objects
JP6192677B2 (en) Additive manufacturing method and additive manufacturing apparatus
JP7150121B1 (en) Modeling program creation method, layered manufacturing method, and layered manufacturing apparatus
KR20210013562A (en) Method for preparing the top surface of an additive manufacturing platen by depositing a powder bed
EP3984669A1 (en) Method of regenerating a build plate