JP2015157405A - Laminate molding method and laminate molding device - Google Patents

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雄二 金子
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce waste of a powder material.SOLUTION: A powder supply device 6 distributes a material powder at belt like per each layer where desired products are divided into a plurality of layers. A uniformizing device 7 uniformizes the distributed material powder according to set thickness t and forms a powder layer having a predetermined height. A laser irradiation device 8 solidifies by sintering the powder layer by scanning a laser light on distribution of the material powder with tracking and forms sintered layer. Belt-like sintered layers are combined for each layer and sintered layers in a predetermined molding region defined by a planar shape are formed, and sintered layers in each layer are laminated to obtain a desired article.

Description

本発明は、所望の形状物品を複数の層に分割し、最下層から順番に各層の形状を形成しながら各層を重ね合わせるようにして、所望の形状の金属製の物品を生成する積層造形方法および積層造形装置に関する。特に、本発明は、粉末積層法によって金属製の物品を生成する積層造形方法および積層造形装置に関する。   The present invention is an additive manufacturing method for generating a metal article having a desired shape by dividing an article having a desired shape into a plurality of layers and superimposing each layer while forming the shape of each layer in order from the lowest layer. And an additive manufacturing apparatus. In particular, the present invention relates to a layered modeling method and a layered modeling apparatus that generate a metal article by a powder layering method.

三次元造形による物品の生成は、基本的に積層造形法によって実施される。材料粉体を所要の形状に固化して積層していく粉末積層法、特に、高エネルギのレーザ光によって材料粉体を焼結して形状を形成する方法、または、例えば、電子ビームによって材料粉体を溶融し直後に固化させて形状を形成する方法によって金属製の物品を生成することができることが知られている。本発明では、材料粉体をレーザ光によって焼結して形状を形成する方法を粉末焼結積層法という。また、材料粉体を電子の衝突によって溶融固化させて形状を形成する方法を粉末溶融積層法という。   Generation of an article by three-dimensional modeling is basically performed by an additive manufacturing method. A powder laminating method in which the material powder is solidified into a desired shape and laminated, in particular, a method of forming the shape by sintering the material powder with high-energy laser light, or, for example, by using an electron beam It is known that a metal article can be produced by a method of forming a shape by melting and immediately solidifying a body. In the present invention, a method of forming a shape by sintering material powder with laser light is called a powder sintering lamination method. A method of forming a shape by melting and solidifying material powder by electron collision is called a powder melt lamination method.

三次元形状の金属の加工は、専ら切削加工または放電加工によって実施されている。本発明において、“加工”は、材料を除去する操作のことをいう。一方、“造形”は、材料を付加する操作のことをいう。加工と造形は、物品の生成において一長一短がある。それでも、加工と造形のそれぞれにおける操作のプロセスの本質的な差異によって、三次元造形は、三次元加工では得ることができない、いくつかの利点を有している。   The processing of the three-dimensional metal is performed exclusively by cutting or electric discharge machining. In the present invention, “processing” refers to an operation of removing material. On the other hand, “modeling” refers to an operation of adding a material. Processing and modeling have merits and demerits in producing articles. Nevertheless, due to the inherent differences in the process of operation in each of processing and modeling, three-dimensional modeling has several advantages that cannot be obtained with three-dimensional processing.

例えば、造形では、加工にとって必要不可欠である工具が存在しないので、複数の工具を準備したり、工具を交換する作業が要求されない。そのため、総合的な観点から、三次元の任意の形状を加工する場合に比べて同じような三次元の形状の物品を生成するまでの時間を短縮することが期待できる。また、三次元造形によると、工具が到達することができずに加工を施すことが困難な部位を形成することができる。   For example, in modeling, there is no tool that is indispensable for processing, and therefore, an operation of preparing a plurality of tools or exchanging tools is not required. Therefore, from a comprehensive point of view, it can be expected to shorten the time until an article having a similar three-dimensional shape is generated as compared with the case of processing an arbitrary three-dimensional shape. Further, according to the three-dimensional modeling, it is possible to form a part that is difficult to be processed without being able to reach the tool.

以下の説明では、特段のことわりがない限り、粉末焼結積層法による金属製の物品の造形について説明する。本発明では、所望の物品を複数の層に分割してなる各層毎に材料粉体を撒布してから所定の高さに平定されてできる材料粉体の層を粉末層といい、特に、粉末層のうち焼結によって固化して形成された部位を焼結層という。また、粉末層のうち溶融固化されてできた部位を溶融固化層という。なお、生成される物品の基礎になる最下層の粉末層または焼結層を複数の層の第1層とする。   In the following description, modeling of a metal article by a powder sintering lamination method will be described unless otherwise specified. In the present invention, a layer of material powder obtained by spreading a material powder for each layer obtained by dividing a desired article into a plurality of layers and then leveling to a predetermined height is called a powder layer. A portion formed by solidification by sintering is referred to as a sintered layer. Moreover, the site | part formed by melt-solidifying among powder layers is called a melt-solidified layer. In addition, let the powder layer or sintered layer of the lowest layer used as the foundation of the articles | goods produced | generated be the 1st layer of several layers.

粉末層の厚さは、材料粉体が平均粒径30μmφの銅のときで、およそ50μmである。材料粉体の平均粒径が異なると、同一のエネルギの1回のレーザ光の照射で焼結できる粉末層の厚さが変わる。また、生成される物品の材質が黄銅あるいは超硬合金(バインダであるコバルトを含む)のような合金である場合は、混合している金属材料粉体の平均粒径あるいは混合比の違いによって、確実に焼結することができる粉末層の厚さが異なる可能性がある。したがって、本発明では、粉末層の設定厚を30μmないし100μmの範囲に想定している。   The thickness of the powder layer is approximately 50 μm when the material powder is copper having an average particle diameter of 30 μmφ. When the average particle size of the material powder is different, the thickness of the powder layer that can be sintered by one irradiation of laser light with the same energy changes. In addition, when the material of the article to be produced is an alloy such as brass or cemented carbide (including cobalt as a binder), depending on the average particle diameter or mixing ratio of the mixed metal material powder, The thickness of the powder layer that can be reliably sintered can be different. Therefore, in the present invention, the set thickness of the powder layer is assumed to be in the range of 30 μm to 100 μm.

粉末焼結積層法によって三次元造形を行なうにあたっては、造形前に、例えば、三次元コンピュータ支援デザインシステム(CAD,Computerized Aided Design Systems)によって作成された所望の物品のソリッドデータを予め決められている厚さでスライスするようにして複数の層に分割し、各層毎に平面形状のデータを得て、レーザ光の走査経路を演算する。   When three-dimensional modeling is performed by the powder sintering lamination method, solid data of a desired article created by, for example, a three-dimensional computer-aided design system (CAD) is determined in advance before modeling. It is divided into a plurality of layers so as to be sliced by thickness, and planar shape data is obtained for each layer, and the scanning path of the laser beam is calculated.

造形時は、各層毎に粉末供給装置によって枠体で形成されている造形室の全域にわたって材料粉体を撒布し、その後、均一化装置によって所定の高さに均して予め決められている所定の厚さの粉末層を形成してから、所定の走査経路に従ってレーザ光を照射しながら走査して、物品となる所定の造形領域だけを選択的に焼結する。   At the time of modeling, the material powder is distributed over the entire area of the modeling chamber formed of a frame body by the powder supply device for each layer, and then uniformized to a predetermined height by a homogenizing device. After forming a powder layer having a thickness of, a scan is performed while irradiating a laser beam along a predetermined scanning path, and only a predetermined modeling region that becomes an article is selectively sintered.

特許文献1には、所望の物品を複数の層に分割してなる各層毎に所定の平均粒径を有する材料粉体を撒布して、撒布した材料粉体を予め決められている各層の厚さに相当する高さに均して粉末層を形成してから、各層毎に各層における平面形状に合わせてレーザ光を走査しながら照射して、焼結層を積層して所望の形状の物品を生成する積層造形法が開示されている。   In Patent Document 1, a material powder having a predetermined average particle diameter is distributed for each layer obtained by dividing a desired article into a plurality of layers, and the distributed material powder has a predetermined thickness. After forming a powder layer to a height corresponding to the thickness, each layer is irradiated with a laser beam in accordance with the planar shape of each layer, and a sintered layer is laminated to form an article having a desired shape. An additive manufacturing method for generating is disclosed.

特許文献2および特許文献3に代表的に開示されているように、粉末積層法によって所望の三次元造形を行なう一般的な積層造形装置には、予め定められている平均粒径の材料粉体をテーブルまたはテーブルに載置されるベースプレート上に撒布する粉体供給装置と、ブレードまたはワイパと称される撒布された材料粉体を所定の高さに平定する部材を有する、いわゆるスキージング装置が設けられている。特許文献2および特許文献3の発明によると、高さが均一の粉末層を形成して所要の部位にレーザ光あるいは電子ビームを照射することによって、より確実に焼結層を積層していくことができる。   As typically disclosed in Patent Document 2 and Patent Document 3, a general additive manufacturing apparatus that performs desired three-dimensional modeling by a powder lamination method includes a material powder having a predetermined average particle diameter. A so-called squeezing device having a powder supply device for distributing the powder on a table or a base plate placed on the table, and a member for leveling the distributed material powder called a blade or wiper to a predetermined height Is provided. According to the inventions of Patent Document 2 and Patent Document 3, a sintered layer is more reliably laminated by forming a powder layer having a uniform height and irradiating a required portion with a laser beam or an electron beam. Can do.

したがって、一般的な積層造形装置においては、撒布された材料粉体の多くが物品の生成に直接関わることがなく造形室に残される。残った材料粉体を回収することは可能ではあるが、全てが再利用できる状態で残されているわけではない。そのため、再利用できる材料粉体と再利用できない材料粉体とを分別して回収する作業が必要であり、作業の効率を低下させる原因になる。また、物品に直接使用される材料粉体よりも十分に多い量の材料粉体を常時余分に準備しておくことが要求される。特に、希少価値の高い比較的高価な金属材料粉体を含む場合には、可能な限り再利用できない無駄な材料粉体を生じさせないことが望まれている。   Therefore, in a general additive manufacturing apparatus, most of the distributed material powder remains in the modeling room without being directly involved in the production of the article. Although it is possible to recover the remaining material powder, not all are left in a reusable state. Therefore, it is necessary to separate and collect the reusable material powder and the non-reusable material powder, which causes a reduction in work efficiency. In addition, it is required to always prepare extra material powder in an amount sufficiently larger than the material powder directly used for the article. In particular, when a relatively expensive metal material powder having a high rare value is included, it is desired not to generate a waste material powder that cannot be reused as much as possible.

また、各層を積層していく間に造形領域以外に撒布されている余剰の粉体材料が累積して造形室に大量に残されたままになるので、造形途中で平均粒径あるいは材質が異なる材料粉体に交換することは容易ではない。そのため、例えば、造形時間の短縮を図るために、平均粒径が比較的大きい材料粉体を使用して要求される面粗さが大きい部位を焼結して積層しながら、選択的に平均粒径が比較的小さい材料粉体を使用して要求される面粗さが小さい部位を積層するというような造形の手法を簡単に採用することができない。   In addition, since the excess powder material that is distributed outside the modeling area is accumulated and remains in the modeling chamber in a large amount while the layers are stacked, the average particle diameter or material is different during the modeling. It is not easy to replace the material powder. Therefore, for example, in order to shorten the modeling time, the average grain is selectively averaged while sintering and laminating a portion having a large surface roughness required using a material powder having a relatively large average particle diameter. It is not possible to easily adopt a modeling technique such as laminating a portion having a small surface roughness required using a material powder having a relatively small diameter.

特許文献4は、所望の物品を複数の層に分割してなる各層毎に必要な造形領域を特定して、特定の造形領域に局所的に材料粉体を供給する積層造形方法を開示している。特許文献4の発明は、具体的に、特定の造形領域に移動可能な材料粉体を貯留する原料貯蔵タンクと、特定の造形領域の大きさに合わせて幅寸法を変えることができるスキージング用ブレードを備える。   Patent Document 4 discloses a layered modeling method in which a required modeling region is specified for each layer obtained by dividing a desired article into a plurality of layers, and material powder is locally supplied to the specific modeling region. Yes. Specifically, the invention of Patent Document 4 is a raw material storage tank that stores material powder that can move to a specific modeling area, and a squeezing that can change the width according to the size of the specific modeling area. With a blade.

また、特許文献5は、水平方向に移動しながら落下供給する材料粉体を平坦に均す両側枠を設けるとともに、両側枠の間に造形領域を制限する仕切板を設けてなる積層造形装置を開示している。特許文献5の発明によると、材料粉体を供給する所定の造形領域の端部において、材料粉体が長手方向に流動しないようにすることによって所定の造形領域に供給される材料粉体の幅を調整することができ、材料粉体の無駄を低減することができる。   Patent Document 5 discloses an additive manufacturing apparatus provided with both side frames for leveling the material powder to be dropped while moving in the horizontal direction, and a partition plate for restricting a modeling area between the both side frames. Disclosure. According to the invention of Patent Document 5, the width of the material powder supplied to the predetermined modeling area by preventing the material powder from flowing in the longitudinal direction at the end of the predetermined modeling area where the material powder is supplied. And waste of material powder can be reduced.

特表平1−502890号公報JP-T-1-502890 特開平8−281807号公報JP-A-8-281807 特開平6−192702号公報JP-A-6-192702 特開2012−246541号公報JP 2012-246541 A 特開2007−216595号公報JP 2007-216595 A

所望の物品を複数の層に分割してなる各層毎に特定される所定の造形領域に制限して材料粉体を供給するときは、任意の平面形状を有する所定の造形領域を十分に包囲し得るより広い四角形のエリアに材料粉体を撒布する必要がある。したがって、撒布する材料粉体の量をより少なくできる余地がある。また、撒布する材料粉体の量を減らそうとするほど、粉体で囲まれている造形室の全域に材料粉体を撒布して一気に所定の高さに均す場合に比べて粉末層を形成する時間を余計に要し、かえって作業の効率が低下するおそれがある。   When supplying a material powder by limiting to a predetermined modeling area specified for each layer obtained by dividing a desired article into a plurality of layers, sufficiently enclose a predetermined modeling area having an arbitrary planar shape. It is necessary to distribute the material powder in a wider rectangular area to obtain. Therefore, there is room for reducing the amount of material powder to be distributed. In addition, as the amount of the material powder to be distributed is reduced, the powder layer is spread compared to the case where the material powder is distributed all over the modeling chamber surrounded by the powder and leveled at a predetermined height. It takes extra time to form, which may reduce the work efficiency.

本発明は、上記課題に鑑みて、撒布する材料粉体の量をより少なくすることができる改良された積層造形方法および積層造形装置を提供することを主たる目的とする。また、材料粉体を局所的に撒布して固化するときに、材料粉体を撒布してから材料粉体を焼結または溶融固化するまでの作業の効率を可能な限り低下させないようにする積層造形方法および積層造形装置を提供することを目的とする。その他の本発明の積層造形方法および積層造形装置の有利な点は、具体的な実施の形態の説明において、その都度詳しく記述される。   In view of the above problems, it is a primary object of the present invention to provide an improved additive manufacturing method and additive manufacturing apparatus capable of reducing the amount of material powder to be distributed. In addition, when the material powder is locally distributed and solidified, it is a lamination that does not reduce the efficiency of the work from distributing the material powder to sintering or melting and solidifying the material powder as much as possible. An object is to provide a modeling method and an additive manufacturing apparatus. Other advantages of the additive manufacturing method and additive manufacturing apparatus of the present invention will be described in detail in the description of specific embodiments.

本発明の積層造形方法は、上記課題を解決するために、所望の物品を複数の層に分割してなる各層毎に材料粉体を帯状に撒布し、帯状に撒布された粉体材料を各層毎に予め決められている厚さに従って所定の高さの粉末層を形成し、材料粉体の撒布に追従させて粉末層を固化して帯状に焼結層または溶融固化層を形成し、各層毎に帯状の焼結層または溶融固化層を合わせて所定の造形領域の焼結層または溶融固化層を得て、各層の所定の造形領域の焼結層または溶融固化層を積層して所望の物品を得るようにする。   In order to solve the above problems, the additive manufacturing method of the present invention distributes a material powder in a strip shape for each layer obtained by dividing a desired article into a plurality of layers, and the powder material distributed in a strip shape is applied to each layer. A powder layer having a predetermined height is formed according to a predetermined thickness every time, and the powder layer is solidified by following the distribution of material powder to form a sintered layer or a melt-solidified layer in a band shape. By combining the belt-like sintered layer or the melt-solidified layer every time to obtain a sintered layer or a melt-solidified layer of a predetermined modeling region, the sintered layer or the melt-solidified layer of the predetermined modeling region of each layer is laminated to obtain a desired layer Get an article.

上記積層造形方法は、好ましくは、粉末層を固化する進行方向に対して直交する方向にレーザ光または電子ビームを所定の距離の範囲内で繰返し往復移動させて照射しながら帯状の焼結層または溶融固化層を形成するようにする。   The layered manufacturing method is preferably a band-like sintered layer or while irradiating a laser beam or an electron beam repeatedly reciprocating within a predetermined distance in a direction perpendicular to the advancing direction in which the powder layer is solidified. A melt-solidified layer is formed.

本発明の積層造形装置は、所望の物品を複数の層に分割してなる各層毎に材料粉体を帯状に撒布する粉末供給装置(6)と、粉末供給装置(6)に追従して帯状に撒布された材料粉体を各層の設定厚に従って所定の高さに均して帯状の粉末層を形成する均一化装置(7)と、均一化装置(7)に追従して帯状に平定された粉末層を焼結して帯状の焼結層を形成するレーザ照射装置(8)と、を備えてなる。   The additive manufacturing apparatus of the present invention includes a powder supply device (6) for distributing a material powder in a strip shape for each layer obtained by dividing a desired article into a plurality of layers, and a belt shape following the powder supply device (6). The homogenizing device (7) for forming the belt-like powder layer by leveling the material powder spread on the layer according to the set thickness of each layer to form a belt-like powder layer, and leveling the belt following the homogenizing device (7) And a laser irradiation device (8) for forming a belt-like sintered layer by sintering the powder layer.

上記積層造形装置は、好ましくは、粉末供給装置(7)の粉末貯留箱(7A)と、均一化装置(7)のブレード(7A)と、レーザ照射装置(8)のレーザ照射器(8A)と、を一体に取り付けてなるとともに、水平1軸方向とその水平1軸方向に直交する他の水平1軸方向と各水平1軸方向に直交する鉛直1軸方向とに同期して相対移動するとともに鉛直1軸廻りに各軸方向に同期して回転角度割出可能に水平に回転する造形ヘッド(2)を備えてなる。   The additive manufacturing apparatus is preferably a powder storage box (7A) of a powder supply device (7), a blade (7A) of a homogenizing device (7), and a laser irradiator (8A) of a laser irradiation device (8). Are moved together in synchronism with one horizontal axis direction, another horizontal one axis direction orthogonal to the horizontal one axis direction, and one vertical axis direction orthogonal to each horizontal one axis direction. In addition, there is provided a modeling head (2) that rotates horizontally around a vertical axis so that the rotation angle can be indexed in synchronization with each axial direction.

上記積層造形装置は、より好ましくは、レーザ照射器(8A)が進行方向に対して直交する方向に所定の距離の範囲内で往復移動するようにする。また、望ましくは、造形ヘッド(2)が粉末供給装置(6)から供給される材料粉体が造形途中の造形物の縁から自由落下しないように上記縁に密接する落下阻止体(2C)を含んでなるようにする。   More preferably, the layered manufacturing apparatus is configured so that the laser irradiator (8A) reciprocates within a predetermined distance in a direction orthogonal to the traveling direction. Desirably, the fall prevention body (2C) is in close contact with the edge so that the material powder supplied from the powder feeding device (6) by the modeling head (2) does not fall freely from the edge of the modeled object during modeling. To include.

なお、上記括弧書きで示される符号は、説明の便宜上付されたものであって、本発明を図面に具体的に示されている実施の形態の積層造形方法および積層造形装置に限定するものではない。   In addition, the code | symbol shown by the said parenthesis is attached | subjected for convenience of explanation, Comprising: It does not limit this invention to the additive manufacturing method and additive manufacturing apparatus of embodiment specifically shown by drawing. Absent.

本発明の積層造形方法は、各層毎に材料粉体を帯状に撒布するとともに撒布した材料粉体の高さを均一にし、材料粉体の撒布に追従させて帯状に焼結層または溶融固化層を形成するようにするので、撒布する材料粉体の量をより少なくすることができる。そのため、材料粉体に要するコストを削減することができる。また、残された材料粉体を再利用するために材料粉体を回収する作業の負担が軽減される。加えて、造形途中で平均粒径または材質が異なる材料粉体の交換をより容易に行なうことができ、より効率のよい造形を実施することができる。   The layered manufacturing method of the present invention distributes the material powder in a band shape for each layer and makes the height of the distributed material powder uniform, and follows the material powder distribution to form a sintered layer or a melt-solidified layer in a band shape. Therefore, the amount of material powder to be distributed can be reduced. Therefore, the cost required for the material powder can be reduced. Moreover, the burden of the operation | work which collect | recovers material powder in order to reuse the remaining material powder is reduced. In addition, it is possible to more easily exchange material powders having different average particle sizes or materials during modeling, and more efficient modeling can be performed.

本発明の積層造形装置は、材料粉体を帯状に撒布する粉末供給装置と、粉末供給装置に追従して材料粉体を所定の高さに均して帯状の粉末層を形成する均一化装置と、均一化装置に追従して粉末層を焼結して固化するレーザ照射装置とを備えるので、粉末層と焼結層の形成をほぼ同時に行なうことができ、造形室の全域に材料粉体を撒布して造形するときに比べて、それほど作業の効率を低下させない。また、造形室の全域に材料粉体を撒布しないので、テーブル、ベースプレート、または造形室を形成する枠体を造形の進行に合わせて移動する必要がなく、積層造形装置の全体の構成をより簡素にすることができる。   The additive manufacturing apparatus of the present invention includes a powder supply device that distributes material powder in a strip shape, and a homogenizer that forms a belt-like powder layer by leveling the material powder to a predetermined height following the powder supply device. And a laser irradiation device that sinters and solidifies the powder layer following the homogenizing device, so that the powder layer and the sintered layer can be formed almost simultaneously, and the material powder is spread throughout the modeling chamber. Compared to the case of distributing and modeling, the work efficiency is not reduced so much. In addition, since material powder is not distributed throughout the modeling room, there is no need to move the frame that forms the table, base plate, or modeling room as the modeling progresses, and the overall configuration of the additive manufacturing apparatus is simplified. Can be.

特に、材料粉体を帯状に撒布する粉末貯留箱と一体でレーザ照射器が追従ヘッドに取り付けられている構成の本発明の積層造形装置では、三次元方向に移動可能な粉末貯留箱に追従するレーザ照射器の駆動源を共用することができるとともに、位置決め制御をすることなく粉末貯留箱とレーザ照射器の位置関係を維持することができ、積層造形装置の全体の構成をより簡素にすることができる。また、三次元造形に切削加工のような三次元加工を組み合わせて実施する場合には、積層造形における造形ヘッドと切削加工における加工ヘッドの駆動源を共用することが可能になる。   In particular, in the additive manufacturing apparatus according to the present invention in which the laser irradiator is attached to the tracking head integrally with the powder storage box in which the material powder is distributed in a band shape, it follows the powder storage box movable in the three-dimensional direction. The drive source of the laser irradiator can be shared, the positional relationship between the powder storage box and the laser irradiator can be maintained without positioning control, and the overall configuration of the additive manufacturing apparatus can be simplified. Can do. Moreover, when combining and implementing three-dimensional shaping | molding and three-dimensional processing like cutting, it becomes possible to share the drive source of the shaping | molding head in lamination molding, and the processing head in cutting.

本発明の積層造形方法を実施する積層造形装置の基本的な構成を模式的に部分的に示す斜視図である。It is a perspective view showing typically the basic composition of the additive manufacturing apparatus which performs the additive manufacturing method of the present invention partially. 本発明の積層造形装置の実施の形態の概容を部分的に示す斜視図である。1 is a perspective view partially showing an outline of an embodiment of an additive manufacturing apparatus of the present invention. 図2に示される実施の形態の造形ヘッドの要部を示す下面図である。It is a bottom view which shows the principal part of the modeling head of embodiment shown by FIG. 図3に示される造形ヘッドの斜視図である。It is a perspective view of the modeling head shown by FIG. 図3に示される造形ヘッドの相対移動軌跡を示す平面図である。It is a top view which shows the relative movement locus | trajectory of the modeling head shown by FIG. 図3に示される造形ヘッドの要部を示す右側面図である。It is a right view which shows the principal part of the modeling head shown by FIG. 造形途中の造形物の縁に位置するときの図3に示される造形ヘッドの要部を示す前面図である。It is a front view which shows the principal part of the modeling head shown in FIG. 3 when located in the edge of the modeling object in the middle of modeling. 造形途中の造形物の上面を移動しているときの図3に示される造形ヘッドの要部を示す前面図である。It is a front view which shows the principal part of the modeling head shown by FIG. 3 when moving the upper surface of the modeling object in the middle of modeling. 直線移動時の造形ヘッドの要部を示す上面図である。It is a top view which shows the principal part of the modeling head at the time of linear movement. 曲線移動時の造形ヘッドの要部を示す上面図である。It is a top view which shows the principal part of the modeling head at the time of curve movement. レーザ照射器が往復移動するときの造形ヘッドの要部を示す上面図である。It is a top view which shows the principal part of a modeling head when a laser irradiation device reciprocates.

図1に、本発明の積層造形方法を実施することができる積層造形装置の基本的な構成が示されている。図1は、積層造形装置を部分的に切断されている状態で示している。図1に示される積層造形装置は、各層毎に金属材料粉体を帯状に散布しながら均一の高さに平定し、帯状の粉末層の形成に追従させて所定の造形領域を焼結することを繰り返すことによって金属の物品を生成する。   FIG. 1 shows a basic configuration of an additive manufacturing apparatus capable of implementing the additive manufacturing method of the present invention. FIG. 1 shows the additive manufacturing apparatus in a partially cut state. The layered manufacturing apparatus shown in FIG. 1 flattens the metal material powder in a band shape for each layer to a uniform height, and follows the formation of the band-shaped powder layer to sinter a predetermined modeling area. By repeating the above, a metal article is generated.

積層造形装置1は、図1に示されるように、造形ヘッド2と、造形ヘッド2を水平1軸方向と、その水平1軸方向に直交する他の水平1軸方向と、それら水平2軸方向に直交する鉛直1軸方向との同時3軸方向に移動させる移動装置3と、図示しない基台上に設定されるテーブル4と、テーブル4に形成される造形室5とを備える。また、積層造形装置1は、材料を帯状に撒布する粉末供給装置6と、帯状に撒布された材料粉体を各層の設置厚に従って所定の高さに均して帯状の粉末層を形成する均一化装置7と、均一化装置7に追従して帯状に予定された粉末層を焼結して帯状の焼結層を形成するレーザ照射装置8とを備える。   As shown in FIG. 1, the additive manufacturing apparatus 1 includes a modeling head 2, a modeling head 2 in a horizontal uniaxial direction, another horizontal uniaxial direction orthogonal to the horizontal uniaxial direction, and these horizontal biaxial directions. A moving device 3 that moves in three simultaneous axial directions with a vertical one-axis direction orthogonal to the table, a table 4 set on a base (not shown), and a modeling chamber 5 formed in the table 4 are provided. The layered manufacturing apparatus 1 is also configured to form a belt-like powder layer by leveling a powder supply device 6 that spreads the material in a strip shape and a material powder spread in a strip shape to a predetermined height according to the installation thickness of each layer. And a laser irradiation device 8 that forms a belt-like sintered layer by sintering the powder layer scheduled in the belt-like shape following the homogenizing device 7.

図1に示される積層造形装置1のレーザ照射装置8は、レーザ照射器8Aと、光源であるレーザ発振器8Bと、複数の反射装置および集光装置を含む走査装置8Cとを備えている。レーザ光を走査する走査装置8Cは、ガルバノミラーによってレーザ光を偏向してスキャンさせる光学システムである。走査装置8Cは、積層造形装置1の上梁1Aの架設方向に対して直交する方向に向けてレーザ光を走査して任意の位置に照射する。また、レーザヘッドである走査装置8Cは、積層造形装置1の上梁1Aの架設方向に沿って往復移動することができ、上梁1Aにおける任意の位置からレーザ光を照射することができる。   A laser irradiation apparatus 8 of the additive manufacturing apparatus 1 shown in FIG. 1 includes a laser irradiator 8A, a laser oscillator 8B as a light source, and a scanning apparatus 8C including a plurality of reflection apparatuses and a condensing apparatus. The scanning device 8C that scans the laser beam is an optical system that deflects and scans the laser beam with a galvanometer mirror. The scanning device 8 </ b> C scans the laser beam in a direction orthogonal to the installation direction of the upper beam 1 </ b> A of the additive manufacturing apparatus 1 and irradiates an arbitrary position. Further, the scanning device 8 </ b> C that is a laser head can reciprocate along the installation direction of the upper beam 1 </ b> A of the additive manufacturing apparatus 1, and can irradiate laser light from an arbitrary position on the upper beam 1 </ b> A.

積層造形装置1による本発明の積層造形方法の基本的なプロセスは、次のとおりである。まず、造形ヘッド2を水平2軸方向に移動させて、造形ヘッド2に設けられている粉末供給装置6によって所望の物品を複数の層に分割してなる各層毎に材料粉体を帯状に撒布する。   The basic process of the additive manufacturing method of the present invention by the additive manufacturing apparatus 1 is as follows. First, the modeling head 2 is moved in two horizontal axes, and a powder supply device 6 provided on the modeling head 2 is used to divide a desired article into a plurality of layers and distribute the material powder in a strip shape. To do.

粉末供給装置6に追従するように造形ヘッド2に設けられている均一化装置7を移動させて、均一化装置7によって帯状に撒布された材料粉体を各層毎に予め決められている厚さに従って所定の高さの粉末層を形成する。   By moving the homogenizer 7 provided in the modeling head 2 so as to follow the powder supply device 6, the thickness of the material powder distributed in a strip shape by the homogenizer 7 is predetermined for each layer. To form a powder layer having a predetermined height.

均一化装置7の移動に追従させてレーザ照射装置8または電子ビーム照射装置を操作して、帯状に形成されていく粉末層を追跡するようにレーザ光または電子ビームを走査して照射し、材料粉体の撒布に追従させて粉末層を固化して帯状に焼結層または溶融固化層を形成する。そして、各層毎に帯状の焼結層または溶融固化層を合わせて所定の造形領域の焼結層または溶融固化層を得て、各層の所定の造形領域の焼結層または溶融固化層を積層して所望の物品を得る。   By operating the laser irradiation device 8 or the electron beam irradiation device following the movement of the homogenizing device 7, the laser beam or the electron beam is scanned and irradiated so as to follow the powder layer formed in a band shape. The powder layer is solidified by following the powder distribution to form a sintered layer or a melt-solidified layer in a band shape. Then, a belt-like sintered layer or melt-solidified layer is combined for each layer to obtain a sintered layer or melt-solidified layer in a predetermined modeling area, and a sintered layer or melt-solidified layer in a predetermined modeling area of each layer is laminated. To obtain a desired article.

図2および図3は、本発明の積層造形装置の適する実施の形態を示す。図2に示される積層造形装置は、図1に示される積層造形装置と同じ手段を含んでいる。ただし、図2に示される実施の形態の積層造形装置は、レーザ照射装置のレーザ照射器が造形ヘッドに取り付けられている点で、図1に示される基本的な構成の積層造形装置と異なる。   2 and 3 show a suitable embodiment of the additive manufacturing apparatus of the present invention. The additive manufacturing apparatus shown in FIG. 2 includes the same means as the additive manufacturing apparatus shown in FIG. However, the additive manufacturing apparatus of the embodiment shown in FIG. 2 is different from the additive manufacturing apparatus of the basic configuration shown in FIG. 1 in that the laser irradiation device of the laser irradiation apparatus is attached to the formation head.

以下、適する実施の形態の積層造形装置1を図2ないし図11を適宜参照して詳しく説明する。図2に示される実施の形態の積層造形装置1は、各層毎に金属材料粉体を撒布して均一の高さに平定して帯状の粉末層を形成し、粉末層に高出力のレーザ光を照射して所定の造形領域を焼結することを繰り返すことによって金属製の三次元形状の物品を生成する。図2に示される積層造形装置1においては、図面向かって左手に位置する面を前面とし、前面に対して右に位置する面を右側面、前面に対して左に位置する面を左側面、前面に対して反対に位置する面を背面とする。   Hereinafter, the additive manufacturing apparatus 1 according to a suitable embodiment will be described in detail with reference to FIGS. 2 to 11 as appropriate. The additive manufacturing apparatus 1 according to the embodiment shown in FIG. 2 spreads a metal material powder for each layer, leveles it to a uniform height to form a belt-like powder layer, and high-power laser light is applied to the powder layer. Is repeated to sinter a predetermined modeling area, thereby generating a metal three-dimensional shaped article. In the additive manufacturing apparatus 1 shown in FIG. 2, the surface located on the left hand side in the drawing is the front surface, the surface located on the right side with respect to the front surface is the right side surface, the surface located on the left side with respect to the front surface is the left side surface, The surface located opposite to the front surface is the back surface.

図2に示される実施の形態の積層造形装置1の造形ヘッド2においては、造形ヘッド2が相対的に前進する方向に位置する面を前面とし、前面の反対に位置する面を後面として、造形ヘッド2が前進する方向に対して右に位置する面を右側面、左に位置する面を左側面とする。なお、造形ヘッド2が前進する方向は、造形の進行方向と一致するので、特にことわりがない限りは、造形ヘッド2が前進する方向を単に進行方向という。   In the modeling head 2 of the additive manufacturing apparatus 1 of the embodiment shown in FIG. 2, the surface positioned in the direction in which the modeling head 2 relatively advances is the front surface, and the surface positioned opposite to the front surface is the rear surface. A surface located on the right side in the direction in which the head 2 moves forward is a right side surface, and a surface located on the left side is a left side surface. Note that the direction in which the modeling head 2 moves forward coincides with the direction in which modeling proceeds, so the direction in which the modeling head 2 moves forward is simply referred to as the traveling direction unless otherwise specified.

造形ヘッド2は、図3および図4に詳しく示されるように、粉末供給装置6の粉末貯留箱6Aと、均一化装置7のブレード7Aと、レーザ照射装置8のレーザ照射器8Aと、を進行方向に沿って前面側から直線上に順番に並べて筐体2Aに一体的に取り付けてなる組体である。造形ヘッド2の筐体2Aには、粉末貯留箱6Aから自由落下する金属材料粉体が通過する貫通孔とブレード7Aが貫通する貫通孔(共に不図示)、およびレーザ照射器8Aが挿通される長孔2Bが設けられている。   As shown in detail in FIGS. 3 and 4, the modeling head 2 advances the powder storage box 6 </ b> A of the powder supply device 6, the blade 7 </ b> A of the homogenizing device 7, and the laser irradiator 8 </ b> A of the laser irradiation device 8. It is an assembly that is arranged in order on a straight line from the front side along the direction and is integrally attached to the housing 2A. The housing 2A of the modeling head 2 is inserted with a through hole through which the metal material powder that freely falls from the powder storage box 6A passes, a through hole through which the blade 7A passes (both not shown), and a laser irradiator 8A. A long hole 2B is provided.

造形ヘッド2は、移動装置3によって、積層造形装置1における水平1軸方向(左右方向)と、その水平1軸方向に直交する他の水平1軸方向(前後方向)と、各水平1軸方向に直交する鉛直1軸方向(上下方向)と、に同期して積層造形装置1の造形室5に対して相対移動する。また、造形ヘッド2は、鉛直1軸廻りに各軸に同期して回転角度割出可能に水平に回転移動する。   The modeling head 2 is moved by the moving device 3 in the horizontal uniaxial direction (left-right direction) in the additive manufacturing apparatus 1, another horizontal uniaxial direction (front-rear direction) orthogonal to the horizontal uniaxial direction, and each horizontal uniaxial direction. Is moved relative to the modeling chamber 5 of the additive manufacturing apparatus 1 in synchronism with a vertical one-axis direction (vertical direction) perpendicular to the vertical direction. Further, the modeling head 2 rotates and moves horizontally around the vertical axis so that the rotation angle can be indexed in synchronization with each axis.

造形ヘッド2は、落下阻止体2Cを備える。落下阻止体2Cは、粉末供給装置6から供給される材料粉体が造形途中の造形物(焼結体)の縁から自由落下しないように造形物の縁に密接する弾性体である。落下阻止体2Cは、望ましくは、造形ヘッド2の円滑な前進のために、造形ヘッド2の前面において面取りされている。落下阻止体2Cは、着脱自在であって、少なくとも造形ヘッド2の左右片側に取り付けられ、必要に応じて造形ヘッド2の左右両側に取り付けられる。   The modeling head 2 includes a fall prevention body 2C. The fall prevention body 2C is an elastic body that is in close contact with the edge of the modeled object so that the material powder supplied from the powder supply device 6 does not fall freely from the edge of the modeled object (sintered body) being modeled. The fall prevention body 2 </ b> C is desirably chamfered on the front surface of the modeling head 2 for smooth advancement of the modeling head 2. The fall prevention body 2C is detachable and is attached to at least one of the left and right sides of the modeling head 2 and is attached to the left and right sides of the modeling head 2 as necessary.

落下阻止体2Cは、造形途中の造形物の輪郭形状に合わせて造形物の縁に押し付けられるときに、造形物の縁との間に隙間を形成しない程度に変形し得る歪量が比較的大きい材質によって形成される。また、落下阻止体2Cの表面は、造形物の縁との間に生じる摩擦力を可能な限り小さくするように円滑に形成されている。具体的に、実施の形態の積層造形装置1の造形ヘッド2に設けられている落下阻止体2Cは、例えば、繊維密度が十分に高く表面が円滑な海綿体、いわゆるスポンジである。   The fall prevention body 2C has a relatively large amount of distortion that can be deformed so as not to form a gap with the edge of the modeled object when pressed against the edge of the modeled object in accordance with the contour shape of the modeled object in the middle of modeling. It is formed by the material. Further, the surface of the fall prevention body 2C is smoothly formed so as to minimize the frictional force generated between the fall prevention body 2C and the edge of the modeled object. Specifically, the fall prevention body 2C provided in the modeling head 2 of the additive manufacturing apparatus 1 according to the embodiment is, for example, a so-called sponge having a sufficiently high fiber density and a smooth surface.

落下阻止体2Cは、図6および図7に示されるように、筐体2Aの外枠よりも所定の突出量hだけ下方向に突出して設けられる。また、落下阻止体2Cは、図7に示されるように、突出量h以下で上方向に変形することができる。所定の突出量hは、予め決められている粉末層PLまたは焼結層SLの設定厚tよりも僅かでも大きい値であることが望ましい。なお、落下阻止体2Cを電歪材のようなアクチュエータによって焼結層SLの設定厚tに合わせて上下動するようにすることができる。   As shown in FIGS. 6 and 7, the fall prevention body 2 </ b> C is provided to project downward by a predetermined projection amount h from the outer frame of the housing 2 </ b> A. Further, as shown in FIG. 7, the fall prevention body 2 </ b> C can be deformed upward with a protrusion amount h or less. The predetermined protruding amount h is desirably a value that is slightly larger than a predetermined thickness t of the powder layer PL or the sintered layer SL. The fall prevention body 2C can be moved up and down in accordance with the set thickness t of the sintered layer SL by an actuator such as an electrostrictive material.

移動装置3は、複数の移動体を有し、各移動体を同期させて所定の方向に往復移動させることによって造形ヘッド2を三次元の任意の方向に相対移動させる。移動装置3は、図示しない制御装置を含んでなる。制御装置は、各移動体毎に設けられる位置検出器の検出信号を入力して各移動体を移動させるサーボモータを制御する。移動装置3の各移動体は、具体的に、トップビーム31と、スライダ32と、クイル33と、ロータ34である。   The moving device 3 includes a plurality of moving bodies, and relatively moves the modeling head 2 in a three-dimensional arbitrary direction by synchronizing and reciprocating each moving body in a predetermined direction. The moving device 3 includes a control device (not shown). The control device inputs a detection signal of a position detector provided for each moving body and controls a servo motor that moves each moving body. Specifically, each moving body of the moving device 3 is a top beam 31, a slider 32, a quill 33, and a rotor 34.

トップビーム31は、図2に示されるように、一対のリニアモータでなるサーボモータ31Aによって積層造形装置1の左右方向に相当する水平1軸方向に往復移動する。実施の形態の積層造形装置1においては、便宜上、積層造形装置1の左右方向の制御軸をX軸とする。   As shown in FIG. 2, the top beam 31 reciprocates in a horizontal uniaxial direction corresponding to the left and right direction of the additive manufacturing apparatus 1 by a servo motor 31 </ b> A composed of a pair of linear motors. In the additive manufacturing apparatus 1 of the embodiment, for the sake of convenience, the control axis in the left-right direction of the additive manufacturing apparatus 1 is taken as the X axis.

トップビーム31には、その中心軸線に沿って長手方向にほぼ長方形の中空空間31Bが形成されている。トップビーム31は、クイル33を中空空間31Bに貫通させた状態でクイル33を支持するスライダ32を前後方向に往復移動可能に搭載する。したがって、トップビーム31が左右方向に移動するとき、スライダ32とクイル33も同時に左右方向に移動する。   The top beam 31 is formed with a substantially rectangular hollow space 31B in the longitudinal direction along the central axis. The top beam 31 mounts a slider 32 that supports the quill 33 in a state in which the quill 33 passes through the hollow space 31B so that the slider 32 can reciprocate in the front-rear direction. Therefore, when the top beam 31 moves in the left-right direction, the slider 32 and the quill 33 also move in the left-right direction at the same time.

スライダ32は、リニアモータであるサーボモータ32Aによって積層造形装置1の前後方向に相当する水平1軸方向に往復移動する。実施の形態の積層造形装置1においては、積層造形装置1の前後方向の制御軸をY軸とする。スライダ32は、クイル33が上下方向に移動可能であるように支持する。   The slider 32 is reciprocated in a horizontal axis direction corresponding to the front-rear direction of the additive manufacturing apparatus 1 by a servo motor 32A that is a linear motor. In the additive manufacturing apparatus 1 of the embodiment, the control axis in the front-rear direction of the additive manufacturing apparatus 1 is the Y axis. The slider 32 supports the quill 33 so that it can move in the vertical direction.

クイル33は、回転サーボモータ33Aによって積層造形装置1の上下方向に相当する鉛直1軸方向に往復移動する。実施の形態の積層造形装置1においては、積層造形装置1の上下方向の制御軸をZ軸とする。クイル33は、トップビーム31に設けられている中空空間31Bを貫通し、スライダ32の移動にともなって前後方向に移動する。   The quill 33 is reciprocated in a vertical one-axis direction corresponding to the vertical direction of the additive manufacturing apparatus 1 by a rotary servomotor 33A. In the additive manufacturing apparatus 1 according to the embodiment, the control axis in the vertical direction of the additive manufacturing apparatus 1 is the Z axis. The quill 33 passes through the hollow space 31 </ b> B provided in the top beam 31 and moves in the front-rear direction as the slider 32 moves.

図4に示されるようなクイル33の中空孔33Bには、回転型サーボモータ33Aの駆動力を伝達してクイル33を上下に移動させるボールネジとナットのような図示しない伝達機構と、粉末供給装置6の粉末供給管6Dと、レーザ照射装置8のレーザ光を導光する光軸管8Dまたは光軸管8Dに代わる光の誘導ラインがそれぞれ収容されている。   In the hollow hole 33B of the quill 33 as shown in FIG. 4, a transmission mechanism (not shown) such as a ball screw and a nut that transmits the driving force of the rotary servomotor 33A to move the quill 33 up and down, and a powder supply device 6 powder supply tube 6D, and optical axis tube 8D for guiding the laser beam of laser irradiation device 8 or a light guide line in place of optical axis tube 8D are accommodated.

ロータ34は、クイル33の下端に設けられるダイレクトドライブ方式の回転サーボモータ34によって鉛直1軸(Z軸)廻りに水平に回転する。ロータ34は、回転角度割出による回転方向の位置決めが可能であって、時計回りと反時計回りに選択的に回動して造形ヘッド2をZ軸の軸線を中心にして水平方向に回転移動させる。実施の形態の積層造形装置1においては、積層造形装置1の水平回転方向の制御軸をC軸とする。   The rotor 34 is rotated horizontally around one vertical axis (Z axis) by a direct drive type rotary servo motor 34 provided at the lower end of the quill 33. The rotor 34 can be positioned in the rotational direction by indexing the rotational angle, and selectively rotates clockwise and counterclockwise to rotate the modeling head 2 in the horizontal direction around the Z-axis axis. Let In the additive manufacturing apparatus 1 of the embodiment, the control axis in the horizontal rotation direction of the additive manufacturing apparatus 1 is set as the C axis.

回転サーボモータ34Aの動力供給線と、制御信号の入出力線と、位置検出器の信号出力線とを含む図示しない各ケーブルは、他のケーブル群と共に、クイル33の中空孔33Bの中を通されるか、またはクイル33の外周に沿って引き回されて、積層造形装置1の外に導出される。   Each cable (not shown) including the power supply line of the rotary servo motor 34A, the input / output line of the control signal, and the signal output line of the position detector passes through the hollow hole 33B of the quill 33 together with other cable groups. Or drawn around the outer periphery of the quill 33 and led out of the additive manufacturing apparatus 1.

テーブル4は、造形途中の造形物ないし造形後の所望の物品を水平に設置する手段である。図2に示されるように、実施の形態の積層造形装置1では、テーブル上に予めベースプレート4Aを設置している。そのため、焼結層の第1層を形成する時間をなくすことができ、造形時間を短縮することができる。ベースプレート4Aは、第2層の粉末層を焼結するときに、第2層の焼結層が基礎である第1層に定着しやすい材質であることが有利である。ベースプレート4Aの材質は、望ましくは、物品を形成する金属材料粉体と同一である。   The table 4 is a means for horizontally placing a modeled object during modeling or a desired article after modeling. As shown in FIG. 2, in the additive manufacturing apparatus 1 according to the embodiment, a base plate 4A is installed on a table in advance. Therefore, the time for forming the first layer of the sintered layer can be eliminated, and the modeling time can be shortened. When the second powder layer is sintered, the base plate 4A is advantageously made of a material that is easily fixed to the first layer on which the second sintered layer is based. The material of the base plate 4A is desirably the same as the metal material powder forming the article.

造形室5は、4枚の枠板5Aで包囲される空間に形成される。枠体5Aは、テーブル4上に立設される。したがって、造形室5は、テーブル4上に形成される。造形室5の中で造形が実施され、枠体5Aは、材料粉体が造形室5の外に飛散しにくいように造形室5を覆う。特に、実施の形態の積層造形装置1では、帯状に焼結層を形成していくので、撒布された材料粉体が造形室5の外に出ないように枠体5Aによって仕切る必要がなく、その結果、造形の進行に合わせてテーブル4または枠体5Aを上下方向に移動させる必要がない点で有利である。   The modeling chamber 5 is formed in a space surrounded by four frame plates 5A. The frame 5A is erected on the table 4. Therefore, the modeling room 5 is formed on the table 4. Modeling is performed in the modeling chamber 5, and the frame body 5 </ b> A covers the modeling chamber 5 so that the material powder is not easily scattered outside the modeling chamber 5. In particular, in the additive manufacturing apparatus 1 according to the embodiment, since the sintered layer is formed in a band shape, it is not necessary to partition by the frame body 5A so that the distributed material powder does not go out of the modeling chamber 5, As a result, it is advantageous in that it is not necessary to move the table 4 or the frame 5A in the vertical direction in accordance with the progress of modeling.

粉末供給装置6は、図3および図4に示されるように、少なくとも、粉末貯留箱6Aと、口金6Bと、供給量調整器6Cと、粉末供給管6Dとを含んでなる。粉末供給装置6は、造形室5の外側に設置される図示しない1以上の粉末貯留槽と粉末圧送装置を備え、粉末圧送装置によって粉末貯留槽から必要な量の金属粉末粉体を吸い上げて粉末供給管6Dを通して粉末貯留箱6Aに送る。ただし、材料粉体の補給は、造形ヘッド2の相対移動の障害にならない範囲で任意の方法で行なわれる。例えば、材料粉体を封入しているボトルから材料粉体を粉末供給箱6Aに補充するようにすることができる。   As shown in FIGS. 3 and 4, the powder supply device 6 includes at least a powder storage box 6A, a base 6B, a supply amount adjuster 6C, and a powder supply pipe 6D. The powder supply device 6 includes one or more powder storage tanks (not shown) installed outside the modeling chamber 5 and a powder pumping device. The powder pumping device sucks up a required amount of metal powder from the powder storage tank and generates powder. It sends to the powder storage box 6A through the supply pipe 6D. However, the replenishment of the material powder is performed by an arbitrary method as long as it does not hinder the relative movement of the modeling head 2. For example, the material powder can be replenished to the powder supply box 6A from a bottle enclosing the material powder.

粉末貯留箱6Aと、口金6Bと、供給量調整器6Cは、それぞれ均一化装置7のブレード7Aおよびレーザ照射装置8のレーザ照射器8Aよりも前方に位置するように造形ヘッド2に設けられる。したがって、粉末貯留箱6Aと、口金8Bと、供給量調整器6Cは、ブレード7Aとレーザ照射器8Aに先行して移動する。   The powder storage box 6A, the base 6B, and the supply amount adjuster 6C are provided in the modeling head 2 so as to be positioned in front of the blade 7A of the homogenizer 7 and the laser irradiator 8A of the laser irradiator 8, respectively. Therefore, the powder storage box 6A, the base 8B, and the supply amount adjuster 6C move in advance of the blade 7A and the laser irradiator 8A.

粉末供給装置6の粉末貯留箱6Aは、その上端における最大の横断面積が口金6Bによって形成される粉末供給口6Eの開口面積よりも十分に大きくなるように形成され、上端から下端に向かって口金6Bと連通する下端の開口を絞るような漏斗形状を有する。そのため、比重の大きい殆どの粉体材料は、自重で自由落下して粉末供給口7Eから所定の造形領域に供給される。   The powder storage box 6A of the powder supply device 6 is formed such that the maximum cross-sectional area at the upper end is sufficiently larger than the opening area of the powder supply port 6E formed by the base 6B, and the base from the upper end toward the lower end. It has a funnel shape that narrows the opening at the lower end communicating with 6B. Therefore, most powder material having a large specific gravity falls freely by its own weight and is supplied from the powder supply port 7E to a predetermined modeling area.

干渉を回避する理由によって粉末供給箱6Aの大きさに制約があるときであって、材料の自由落下だけでは単位時間当たりに要求される量の材料粉体を所定の造形領域に連続して供給することが期待できない場合は、圧送装置によって材料粉体を常時圧送している状態にすることによって粉末貯留箱6Aに大気圧よりも高い気圧を付与する。その結果、粉末貯留箱6Aに貯留されている材料粉体が粉末供給口6Eに押し出されて、要求される十分な量の材料粉体を供給するようにすることができる。   Even when the size of the powder supply box 6A is limited due to the reason for avoiding interference, the amount of material powder required per unit time is continuously supplied to a predetermined modeling area only by free fall of the material. In the case where it cannot be expected, a pressure higher than the atmospheric pressure is applied to the powder storage box 6A by constantly pressing the material powder by the pressure feeding device. As a result, the material powder stored in the powder storage box 6A is pushed out to the powder supply port 6E, and a sufficient amount of material powder required can be supplied.

供給量調整器6Cは、単位時間当たりに供給する材料粉体の量を調整する。供給量調整器6Cは、口金6Bで形成される粉末供給口6Eと同じ面積以上の貫通孔を有する図示しないスライドプレートを造形ヘッド2の進行方向に対して直交する方向に水平移動させることによって、粉末供給口6Eの開口面積を任意に変更することができる。したがって、スライドプレートを移動させて粉末供給口6Eの開き具合を調整することによって、単位時間当たりに自由落下する材料粉体の量を決めることができる。造形を行なわないときは、スライドプレートによって粉末供給口6Eを塞いで材料粉体の供給を停止する。   The supply amount adjuster 6C adjusts the amount of material powder supplied per unit time. The supply amount adjuster 6C horizontally moves a slide plate (not shown) having a through-hole having the same area or more as the powder supply port 6E formed by the base 6B in a direction orthogonal to the traveling direction of the modeling head 2. The opening area of the powder supply port 6E can be arbitrarily changed. Therefore, the amount of the material powder that freely falls per unit time can be determined by moving the slide plate and adjusting the degree of opening of the powder supply port 6E. When the modeling is not performed, the powder supply port 6E is closed by the slide plate, and the supply of the material powder is stopped.

均一化装置7は、少なくともブレード7Aを有する。ブレード7Aは、造形ヘッド2が進行方向に沿って粉末供給管6の口金6Bよりも後方であってレーザ照射装置8のレーザ照射器8Aよりも前方の造形ヘッド2の筐体2Aに設けられる。ブレード7Aの一端は、造形ヘッド2に設けられている落下阻止体2Cの側面に殆ど接触するように設けられる。   The homogenizer 7 has at least a blade 7A. The blade 7 </ b> A is provided in the housing 2 </ b> A of the modeling head 2 behind the base 6 </ b> B of the powder supply tube 6 and in front of the laser irradiator 8 </ b> A of the laser irradiation device 8 along the traveling direction. One end of the blade 7 </ b> A is provided so as to be almost in contact with the side surface of the fall prevention body 2 </ b> C provided in the modeling head 2.

ブレード7Aは、上下方向に移動することができる。ブレード7Aを上下方向に移動させてブレード7Aの高さ位置を調整することによって、予め定められている設定厚の粉末層を形成するように粉末供給装置6によって帯状に撒布された材料粉体を均すことができる。   The blade 7A can move in the vertical direction. By moving the blade 7A in the vertical direction and adjusting the height position of the blade 7A, the material powder spread in a strip shape by the powder supply device 6 so as to form a powder layer having a predetermined set thickness is obtained. Can be leveled.

レーザ照射装置8は、図3に示されるような予め決められる所定の照射スポット8EにYAGレーザあるいは炭酸ガスレーザのようなレーザ光を照射して、所定の照射スポット8Eにおける粉末層PLの金属材料粉体を焼結して固化する。レーザ照射装置8は、高出力のレーザ発振器から出力されるレーザ光の光エネルギを複数の反射板、導光板、光ファイバケーブルによってレーザ照射器8Aまで案内する。レーザ照射装置8は、レーザ光を走査し粉末層の形成に追従させて粉末層上の所定の照射スポット8Eにレーザ光を照射する。   The laser irradiation device 8 irradiates a predetermined irradiation spot 8E as shown in FIG. 3 with a laser beam such as a YAG laser or a carbon dioxide laser, and the metal material powder of the powder layer PL at the predetermined irradiation spot 8E. The body is sintered and solidified. The laser irradiation device 8 guides the optical energy of the laser light output from the high-power laser oscillator to the laser irradiator 8A by a plurality of reflectors, a light guide plate, and an optical fiber cable. The laser irradiation device 8 scans the laser beam to follow the formation of the powder layer, and irradiates the laser beam to a predetermined irradiation spot 8E on the powder layer.

レーザ照射器8Aは、上下方向に相対移動可能な複数の集光レンズを含む図示しない照準機を内蔵している。レーザ照射装置8は、レーザ発振器から出力されるレーザ光をレーザ照射器8Aまで導光する。レーザ照射器8Aでは、照準機によって所定の照射スポット8Eの照射径dでエネルギ量が一定であるように照準が合わされてレーザ光が照射される。   The laser irradiator 8A incorporates a sighting machine (not shown) including a plurality of condensing lenses that are relatively movable in the vertical direction. The laser irradiation device 8 guides the laser beam output from the laser oscillator to the laser irradiator 8A. In the laser irradiator 8A, the sighting is performed by the sighting device so that the amount of energy is constant at the irradiation diameter d of the predetermined irradiation spot 8E, and the laser beam is irradiated.

レーザ照射器8Aは、進行方向に沿って粉末供給装置6の粉末供給口6Eを形成する口金6Bと均一化装置7のブレード7Aよりも後方の造形ヘッド2の筐体2Aに材料供給箱6Aと一体であるように設けられ、粉末供給口6Eを追尾するように移動する。   The laser irradiator 8A includes a material supply box 6A and a base 6B that forms a powder supply port 6E of the powder supply device 6 along the traveling direction, and a housing 2A of the modeling head 2 behind the blade 7A of the homogenization device 7. It is provided so as to be integrated, and moves so as to track the powder supply port 6E.

レーザ照射器8Aは、常に粉末供給口6Eとブレード7Aが移動する移動軌跡を追跡するように移動するので、粉末層PLを形成しながら帯状の焼結層を形成することができる。そのため、実施の形態の積層造形装置1によると、撒布する材料粉体をより少なくすることができる。また、材料粉体の撒布および粉末層と焼結層の形成を連続して行なうことによって、材料粉体を造形室5の全域に撒布して粉末層を形成し所定の造形領域に焼結層を形成する方法に比べて作業の効率をそれほど低下させることがない。   Since the laser irradiator 8A always moves so as to follow the movement locus of the powder supply port 6E and the blade 7A, the belt-like sintered layer can be formed while forming the powder layer PL. Therefore, according to the additive manufacturing apparatus 1 of the embodiment, the material powder to be distributed can be reduced. Further, the material powder is distributed and the powder layer and the sintered layer are continuously formed, whereby the material powder is distributed over the entire area of the modeling chamber 5 to form a powder layer, and the sintered layer is formed in a predetermined modeling area. Compared with the method of forming, the work efficiency is not lowered so much.

実施の形態の積層造形装置は、粉末層を固化する進行方向に沿ってレーザ光を照射するとともに、進行方向に対して直交する方向にレーザ光または電子ビームを所定の距離の範囲内で繰返し往復移動させて照射することによって所望の幅の帯状の焼結層または溶融固化層を形成するようにすることができる。   The additive manufacturing apparatus according to the embodiment irradiates a laser beam along a traveling direction in which the powder layer is solidified, and repeatedly reciprocates a laser beam or an electron beam within a predetermined distance in a direction orthogonal to the traveling direction. By moving and irradiating, a band-like sintered layer or melt-solidified layer having a desired width can be formed.

具体的に、図2に示される実施の形態の積層造形装置1では、図4および図5に示されるように、レーザ照射器8Aがリニアモータのような小型の電動アクチュエータ8Fによって造形ヘッド2の筐体2Aに設けられている長孔2Bに沿って造形ヘッド2の進行方向Fに対して直交する方向V(以下、単に直交方向という)に沿って所定の距離Lの範囲内で往復移動することができる。   Specifically, in the layered manufacturing apparatus 1 of the embodiment shown in FIG. 2, as shown in FIGS. 4 and 5, the laser irradiator 8A is formed of the modeling head 2 by a small electric actuator 8F such as a linear motor. It reciprocates within a range of a predetermined distance L along a direction V (hereinafter simply referred to as an orthogonal direction) perpendicular to the traveling direction F of the modeling head 2 along the long hole 2B provided in the housing 2A. be able to.

そのため、例えば、造形ヘッド2を進行方向Fに移動させるとともにレーザ照射装置8Aを直交方向Vに移動させながら連続的または線的、もしくは断続的または点的にレーザ光を照射することによって、粉末層PLに対して帯状に形成される焼結層SLの幅を所定の距離Lの範囲内で調整しながら造形することができる。その結果、実施の形態の積層造形装置1によると、作業の効率をより向上させることができる。   Therefore, for example, by moving the modeling head 2 in the traveling direction F and moving the laser irradiation device 8A in the orthogonal direction V, the laser beam is irradiated continuously, linearly, intermittently, or in a point manner. Modeling can be performed while adjusting the width of the sintered layer SL formed in a band shape with respect to PL within a predetermined distance L. As a result, according to the additive manufacturing apparatus 1 of the embodiment, work efficiency can be further improved.

以下に、図2ないし図11を適宜引用して、本発明の積層造形方法によって金属製の所望の物品を生成する実施の形態の積層造形装置1の動作を説明する。ただし、実施の形態の積層造形装置1では、造形時間を短縮するために、予めベースプレート4Aをテーブル上に水平に設定して造形を行なうようにしている。   The operation of the additive manufacturing apparatus 1 according to the embodiment for generating a metal desired article by the additive manufacturing method of the present invention will be described below with reference to FIGS. 2 to 11 as appropriate. However, in the additive manufacturing apparatus 1 of the embodiment, in order to shorten the modeling time, the base plate 4A is previously set horizontally on the table to perform modeling.

造形に先立って、予め図示しない制御装置に造形ヘッド2の相対移動軌跡を設定する。具体的には、まず、CADで作成されている所望の物品のソリッドデータから設定厚tで複数の層に分割した各層毎の三次元形状のデータを得る。そして、各層毎に三次元形状のデータから各層における造形途中の造形物の平面形状(輪郭形状)OLのデータを得る。   Prior to modeling, the relative movement trajectory of the modeling head 2 is set in advance in a control device (not shown). Specifically, first, three-dimensional shape data is obtained for each layer divided into a plurality of layers with a set thickness t from solid data of a desired article created by CAD. And the data of the planar shape (contour shape) OL of the modeling object in the middle of modeling in each layer is obtained from the three-dimensional shape data for each layer.

次に、各層毎に平面形状OLのデータと予定されているレーザ光の所定の照射スポット8Eの照射径dとから図5に示されるような平面形状OLに沿った造形ヘッド2の相対移動軌跡を生成する。この生成された相対移動軌跡と予め定義されている基本の相対移動軌跡BLとを接続して各層毎の造形ヘッド2の相対移動軌跡のデータを生成する。そして、各層毎に造形ヘッド2の移動速度と進行方向のデータを付加して、造形ヘッド2の移動制御データ(移動プログラム)を生成する。   Next, the relative movement locus of the modeling head 2 along the plane shape OL as shown in FIG. 5 from the data of the plane shape OL for each layer and the irradiation diameter d of a predetermined irradiation spot 8E of the laser beam. Is generated. The generated relative movement trajectory and a basic relative movement trajectory BL defined in advance are connected to generate data of the relative movement trajectory of the modeling head 2 for each layer. Then, the movement speed data and movement direction data of the modeling head 2 are added to each layer to generate movement control data (movement program) of the modeling head 2.

実施の形態の積層造形装置1における基本の相対移動軌跡BLは、レーザ光の所定の照射スポット8Eの照射径dによって決定される幅で水平面上を直線状に縦横に移動する櫛歯形状に予め定義されている。ただし、図11に示されるように、造形ヘッド2を進行方向Fに移動させながらレーザ照射器8Aを直交方向Vに所定の距離Lの範囲内で繰返し往復移動させる場合は、所定の照射スポット8Eの照射径dに代えて所定の距離Lによって櫛歯形状の基本の相対移動軌跡BLを決める。   The basic relative movement trajectory BL in the additive manufacturing apparatus 1 of the embodiment is preliminarily formed in a comb-teeth shape that moves vertically and horizontally on a horizontal plane with a width determined by the irradiation diameter d of a predetermined irradiation spot 8E of laser light. Is defined. However, as shown in FIG. 11, in the case where the laser irradiator 8A is repeatedly reciprocated within a predetermined distance L in the orthogonal direction V while moving the modeling head 2 in the traveling direction F, a predetermined irradiation spot 8E is used. Instead of the irradiation diameter d, a comb-shaped basic relative movement locus BL is determined by a predetermined distance L.

なお、レーザ照射器8Aを直交方向Vに所定の距離Lの範囲内で往復移動させるときに、レーザ照射器8Aが直交方向Vに所定の距離L移動するたびに造形ヘッド2を進行方向Fに所定単位移動距離k移動させるように動作させる場合は、レーザ光の走査軌跡は、図5左下に示されるような矩形になる。また、造形ヘッド2を進行方向Fに所定の移動速度で移動させながら、同時にレーザ照射器8Aを所定の“揺動速度”で直交方向Vに所定の距離Lの範囲内で往復移動するように動作させる場合は、レーザ光の走査軌跡は、図5右下に示されるように鋸歯形になる。   When the laser irradiator 8A is reciprocated within the range of the predetermined distance L in the orthogonal direction V, the modeling head 2 is moved in the traveling direction F every time the laser irradiator 8A moves in the orthogonal direction V by the predetermined distance L. When operating so as to move by a predetermined unit moving distance k, the scanning trajectory of the laser light becomes a rectangle as shown in the lower left of FIG. Further, while moving the modeling head 2 in the traveling direction F at a predetermined moving speed, at the same time, the laser irradiator 8A is reciprocated within a predetermined distance L in the orthogonal direction V at a predetermined “swinging speed”. When operated, the scanning trajectory of the laser light has a sawtooth shape as shown in the lower right of FIG.

造形時は、制御装置は、所望の物品を複数の層に分割してなる各層のうちのある第n層において、図5に示されるように、すでに生成されている造形ヘッド2の移動制御データに基づいて造形ヘッド2を始点SPに移動し、始点SPから平面形状OLに沿って所定の移動速度で移動させる。   At the time of modeling, as shown in FIG. 5, the movement control data of the modeling head 2 that has already been generated in the nth layer among the layers obtained by dividing the desired article into a plurality of layers. Then, the modeling head 2 is moved to the starting point SP, and is moved from the starting point SP along the planar shape OL at a predetermined moving speed.

造形ヘッド2が所定の移動速度で移動している間に、粉末供給装置6の粉末貯留箱6Aから予め決められている所定の供給量で金属材料粉体を粉末供給口6Eに供給して、粉末供給口6Eから所定の造形領域に撒布する。直後に、図6ないし図8に示されるように、材料粉体の撒布に平坦化装置7のブレード7Aを追従させて撒布された材料粉体を設定厚tに従う高さに均して帯状の粉末層PLを形成する。   While the modeling head 2 is moving at a predetermined moving speed, the metal material powder is supplied from the powder storage box 6A of the powder supply device 6 to the powder supply port 6E with a predetermined supply amount, It distributes to a predetermined modeling area | region from the powder supply port 6E. Immediately after that, as shown in FIG. 6 to FIG. 8, the material powder spread by causing the blade 7A of the flattening device 7 to follow the material powder is uniformly stripped to a height according to the set thickness t. The powder layer PL is formed.

粉末層PLを形成した後に、粉末貯留箱6Aとブレード7Aに追従するレーザ照射器8Aによって粉末層PLを所定の幅で焼結して帯状の焼結層SLを形成する。焼結層SLの幅は、図11に示されるように、所定の照射スポット8Bの照射径dであるか、または所定の距離Lから照射径dを加えた長さとほぼ同じである。造形ヘッド2は、平面形状OLに従って各層毎の造形領域をおよそ1周した地点から櫛歯形状の基本の相対移動軌跡BL上を移動し、終点EPで第n層における造形を終了する。   After forming the powder layer PL, the powder layer PL is sintered with a predetermined width by the laser irradiator 8A following the powder storage box 6A and the blade 7A to form a belt-like sintered layer SL. As shown in FIG. 11, the width of the sintered layer SL is the irradiation diameter d of a predetermined irradiation spot 8B, or substantially the same as the length obtained by adding the irradiation diameter d from a predetermined distance L. The modeling head 2 moves on the basic relative movement trajectory BL having a comb-tooth shape from a point that makes a round of the modeling region for each layer in accordance with the planar shape OL, and finishes the modeling in the nth layer at the end point EP.

造形途中の造形物の平面形状OLが直線であるときは、図9に示されるように落下阻止体2Cが直線形の縁に密接して、図6および図7に示されるように設定厚tよりも少し大きい程度で下方向に突出する。平面形状OLが曲線であるときは、図10に示されるように落下阻止体2Cが曲面に合わせて変形して曲線形の縁に密接し、図6および図7に示されるように設定厚tよりも少し大きい程度で下方向に突出する。そのため、造形ヘッド2が平面形状OLに沿って造形途中の造形物の縁を移動している間は、落下阻止体2Cによって材料粉体の落下が抑えられ、粉末層PLの高さが保たれる。   When the planar shape OL of the modeled object in the middle of modeling is a straight line, the fall prevention body 2C is in close contact with the linear edge as shown in FIG. 9, and the set thickness t as shown in FIG. 6 and FIG. It protrudes downward to a slightly larger extent. When the planar shape OL is a curved line, the fall prevention body 2C is deformed in accordance with the curved surface as shown in FIG. 10 and comes into close contact with the curved edge, and the set thickness t as shown in FIGS. It protrudes downward to a slightly larger extent. Therefore, while the modeling head 2 is moving along the edge of the modeled object in the middle of the modeling along the planar shape OL, the fall prevention body 2C suppresses the fall of the material powder, and the height of the powder layer PL is maintained. It is.

縁が角である場合は、造形ヘッド2が方向転換する前後の直線において落下阻止体2Cと縁が接している長さが極めて小さくなる。しかしながら、レーザ光の所定の照射スポット8Eの照射径dが十分に小さい、言い換えると、撒布される材料粉体で形成される帯状の粉末層の幅がそれほど大きいわけではないから、角の縁が落下阻止体2Cに食い込むような状態になることによって、実質的に材料粉体の落下が最小限度に抑えられる。   In the case where the edge is a corner, the length of contact between the fall prevention body 2C and the edge in the straight line before and after the modeling head 2 changes direction is extremely small. However, since the irradiation diameter d of the predetermined irradiation spot 8E of the laser beam is sufficiently small, in other words, the width of the band-shaped powder layer formed of the material powder to be distributed is not so large, By being in a state of biting into the fall prevention body 2C, the fall of the material powder is substantially suppressed to the minimum.

粉末層PLの設定厚tが約30μmないし100μmの範囲であるとすると、落下阻止体2Cに要求される突出量hは、せいぜい200μm程度である。したがって、落下阻止体2Cが0.2mmから1.0mmの範囲で上下方向に復元可能に変形できるとともに、表面が円滑な材質で形成されているならば、造形ヘッド2が造形途中の造形物の上面を移動しているときに、図8で示されるように、突出部位が上方向に押し潰されるように変形することによって、落下阻止体2Cが造形ヘッド2の走行の障害になることがなく、すでに形成されている焼結層SLを損傷させずに造形ヘッド2を移動させることができる。   Assuming that the set thickness t of the powder layer PL is in the range of about 30 μm to 100 μm, the protrusion amount h required for the fall prevention body 2C is at most about 200 μm. Accordingly, if the fall prevention body 2C can be deformed so as to be restored in the vertical direction within the range of 0.2 mm to 1.0 mm, and if the surface is formed of a smooth material, the modeling head 2 can be When the upper surface is moved, as shown in FIG. 8, the fall prevention body 2 </ b> C does not become an obstacle to the running of the modeling head 2 by being deformed so that the protruding portion is crushed upward. The modeling head 2 can be moved without damaging the already formed sintered layer SL.

造形ヘッド2が基本の相対移動軌跡を移動しながら帯状の焼結層を形成していくと、平面形状OLに沿って形成されている焼結層と基本の相対移動軌跡に沿って形成されていく焼結層とが合わせられ、また、隣り合う帯状の焼結層どうしが合わせられて、各層毎の所定の平面形状OLで囲まれて規定される所定の造形領域の焼結層を得ることができる。そして、各層における所定の造形領域の焼結層を積層していくことによって所望の物品を得ることができる。   When the forming head 2 moves along the basic relative movement trajectory to form the band-like sintered layer, it is formed along the basic relative movement trajectory with the sintered layer formed along the planar shape OL. To obtain a sintered layer of a predetermined modeling region that is defined by being surrounded by a predetermined planar shape OL for each layer. Can do. And a desired article can be obtained by laminating a sintered layer of a predetermined modeling area in each layer.

以上に説明される実施の形態の積層造形方法および積層造形装置は、具体的に示されている態様に限定されることははく、すでにいくつかの例が示されているが、本発明の技術思想を逸脱しない範囲で、種々の応用が可能である。なお、実施の形態で示される具体的な積層造形装置は、レーザ照射装置を具備する積層造形装置であるが、同じ技術思想の下で電子ビームの照射に必要な作業環境を整えることによって電子ビーム照射装置を具備する積層造形装置に置き換えて適用することができる。   The additive manufacturing method and additive manufacturing apparatus of the embodiment described above are not limited to the specifically shown embodiments, and some examples have already been shown. Various applications are possible without departing from the technical idea. Note that the specific additive manufacturing apparatus shown in the embodiment is an additive manufacturing apparatus including a laser irradiation apparatus, but an electron beam is prepared by preparing a work environment necessary for electron beam irradiation under the same technical idea. It can replace and apply to the additive manufacturing apparatus which comprises an irradiation apparatus.

本発明は、金属材料粉体を固化して積層する積層造形法による任意の三次元形状を有する金属製の物品の生成に適用することができる。例えば、本発明は、金型あるいは歯車のような金属部品の製造に利用することができる。本発明は、造形によって金属製の物品を生成する技術分野の発展に寄与する。   The present invention can be applied to the production of a metal article having an arbitrary three-dimensional shape by an additive manufacturing method in which a metal material powder is solidified and laminated. For example, the present invention can be used for manufacturing metal parts such as molds or gears. The present invention contributes to the development of the technical field of producing metal articles by modeling.

1 積層造形装置
2 造形ヘッド
2A 筐体
2B 長孔
2C 落下阻止体
3 移動装置
4 テーブル
5 造形室
5A 枠体
6 粉末供給装置
6A 粉末貯留箱
6B 口金
6C 供給量調整器
6D 粉末供給管
6E 粉末供給口
7 均一化装置
7A ブレード
8 レーザ照射装置
8A レーザ照射器
8B レーザ発振器
8C 走査装置
8D 光軸管
8E 照射スポット
8F 電動アクチュエータ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Layered modeling apparatus 2 Modeling head 2A Housing | casing 2B Long hole 2C Fall prevention body 3 Moving apparatus 4 Table 5 Modeling room 5A Frame body 6 Powder supply apparatus 6A Powder storage box 6B Base 6C Supply amount regulator 6D Powder supply pipe 6E Powder supply Mouth 7 Uniformizer 7A Blade 8 Laser irradiation device 8A Laser irradiator 8B Laser oscillator 8C Scanning device 8D Optical axis tube 8E Irradiation spot 8F Electric actuator

Claims (6)

所望の物品を複数の層に分割してなる各層毎に材料粉体を帯状に撒布し、前記帯状に撒布された材料粉体を前記各層毎に予め決められている厚さに従って所定の高さの粉末層を形成し、前記材料粉体の撒布に追従させて前記粉末層を固化して帯状に焼結層または溶融固化層を形成し、前記各層毎に前記帯状の焼結層または溶融固化層を合わせて所定の造形領域の焼結層または溶融固化層を得て、前記各層の前記所定の造形領域の焼結層または溶融固化層を積層して所望の物品を得ることを特徴とする積層造形方法。   The material powder is spread in a strip shape for each layer obtained by dividing the desired article into a plurality of layers, and the material powder spread in the strip shape has a predetermined height according to a predetermined thickness for each layer. The powder layer is made to follow the distribution of the material powder, and the powder layer is solidified to form a band-like sintered layer or a melt-solidified layer, and the band-like sintered layer or the melt-solidified for each layer The layers are combined to obtain a sintered layer or a melt-solidified layer in a predetermined modeling area, and a desired article is obtained by laminating the sintered layers or the melt-solidified layers in the predetermined modeling area of the respective layers. Additive manufacturing method. 前記粉末層を固化する進行方向に対して直交する方向にレーザ光または電子ビームを所定の距離の範囲内で繰返し往復移動させて照射しながら前記帯状の焼結層または溶融固化層を形成することを特徴とする請求項1に記載の積層造形方法。   Forming the band-like sintered layer or melt-solidified layer while irradiating the laser beam or electron beam repeatedly and reciprocatingly within a predetermined distance in a direction perpendicular to the advancing direction of solidifying the powder layer. The additive manufacturing method according to claim 1. 所望の物品を複数の層に分割してなる各層毎に材料粉体を帯状に撒布する粉末供給装置と、前記粉末供給装置に追従して前記帯状に撒布された材料粉体を前記各層の設定厚に従って所定の高さに均して帯状の粉末層を形成する均一化装置と、前記均一化装置に追従して帯状に平定された前記粉末層を焼結して帯状の焼結層を形成するレーザ照射装置と、を備えてなる積層造形装置。   A powder supply device that distributes a material powder in a strip shape for each layer obtained by dividing a desired article into a plurality of layers, and a material powder that is distributed in a strip shape following the powder supply device is set in each layer A homogenizer that forms a belt-like powder layer that is leveled to a predetermined height according to the thickness, and forms a belt-like sintered layer by sintering the powder layer that has been flattened into a belt-like shape following the homogenizer. And a laser beam irradiating device. 前記粉末供給装置の粉末貯留箱と、前記均一化装置のブレードと、前記レーザ照射装置のレーザ照射器と、を一体に取り付けてなるとともに、水平1軸方向と当該水平1軸方向に直交する他の水平1軸方向と前記各水平1軸方向に直交する鉛直1軸方向とに同期して相対移動するとともに前記鉛直1軸廻りに前記各軸方向に同期して回転角度割出可能に水平に回転する造形ヘッドを備えてなる請求項3に記載の積層造形装置。   The powder storage box of the powder supply device, the blade of the homogenizing device, and the laser irradiator of the laser irradiation device are integrally attached, and the horizontal one axis direction is orthogonal to the horizontal one axis direction. The horizontal one axis direction and the vertical one axis direction orthogonal to each horizontal one axis direction move relative to each other synchronously, and the rotation angle can be indexed around the vertical one axis in synchronization with each axis direction. The additive manufacturing apparatus according to claim 3, comprising a rotating modeling head. 前記レーザ照射器が前記進行方向に対して直交する方向に所定の距離の範囲内で往復移動することを特徴とする請求項4に記載の積層造形装置。   The additive manufacturing apparatus according to claim 4, wherein the laser irradiator reciprocates within a predetermined distance in a direction orthogonal to the traveling direction. 前記造形ヘッドが前記粉末供給装置から供給される前記材料粉体が造形途中の造形物の縁から自由落下しないように上記縁に密接する落下阻止体を含んでなる請求項4に記載の積層造形装置。   5. The additive manufacturing according to claim 4, wherein the modeling head includes a fall prevention body that is in close contact with the edge so that the material powder supplied from the powder supply device does not fall freely from an edge of a modeled object during modeling. apparatus.
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