JP2016534903A5 - - Google Patents

Description

本発明による装置は、少なくとも１個の三次元物体を層状に形成するための、ｘｙ平面上に配置された造形台と、この造形台を少なくとも部分的に覆い熱エネルギーを造形材料に入力するための加熱要素と、ｘ方向及び／又はｙ方向において造形台と加熱要素との間で相対運動を発生するための駆動装置を含む。加熱要素は同時に使用できる少なくとも２個の機能的開口を有しており、少なくとも２個の機能的開口の一方は材料通路として構成され、少なくとも２個の機能的開口の他方は放射通路として構成されている。本発明による装置は、材料通路を通して塗布された造形材料の温度を調節するための追加的加熱装置及び／又は冷却装置を含む。

本発明の根本的な思想は、造形材料を予熱する働きをする加熱要素を使用し、加熱要素は材料通路及び放射通路として、従ってまた造形材料を塗布するための被覆開口及び造形材料を局所的に加熱するための露出開口として働く機能的開口を特徴とすることにある。そのような加熱要素を適当なやり方で造形台に対して相対的に動かせば、造形材料の塗布、予熱及び選択的硬化が同時に行なわれ、ひいては少なくとも１個の物体のサイクル化されない連続した製造が行われる。換言すれば、物体若しくは複数の物体の造形は連続的に行なわれ、造形速度は造形台と加熱要素との間の相対運動によって決まる。種々の製造プロセス段階にある物体領域の幾何学的配置、特にこれらの物体領域相互の間隔は、加熱要素内の機能的開口の配置、特にこれらの機能的開口の相互の間隔によって決定される。

本発明により、材料通路を通して塗布された造形材料の温度を調節するための追加的加熱装置及び／又は冷却装置が設けられている。ここで「追加的」とは、加熱装置及び／又は冷却装置が、造形材料を予熱するために用いられる加熱要素に加えて、及び造形材料を選択的に硬化させるために用いられる放射源に加えて設けられていることを意味する。

本発明の１実施形態においては、そのような追加的加熱装置及び／又は冷却装置は、熱エネルギーを供給するための追加的熱源により、特に放射源の形式で構成される。その際に放射源は加熱要素の上方に配置されてよい。この場合に機能的開口の少なくとも一つは熱エネルギーを追加的に入力するための加熱開口として形成されていることが好ましい。ここで加熱開口は既に他の機能を実行する機能的開口であってよく、例えば既に露出開口として用いられている放射通路が同時に加熱開口として働くことができる。

その上、気体流を適当な方式で使用すれば、造形材料の硬化中に、従って例えば溶融中に発生する粒子、例えば煙や蒸気が、硬化させる造形材料に沈殿し、又は周面を汚染しないようにすることができる。それに代えてこれらの粒子は気体流により的確に排出され得る。更にこれらの粒子を取り除くことにより、使用する放射源、例えばレーザ及び使用される光学系の汚染が回避され、不都合のない運転に寄与する。

被覆開口は、常に材料貫通孔という意味での実際の開口である。これに対し露出開口のためには加熱要素は必ずしも貫通している必要はない。露出開口は、加熱要素の基体内の、放射の透過に適した適当な材料の領域として形成されることもできる。

本発明の好適な実施形態においては、露出開口を通して放射エネルギーが入力されるが、この開口が完全に照明されることはない。その代わりにこの開口の下方に配置された造形材料の目標領域が当該開口の境界内で照射される。その際に放射は１以上の放射源から出ることができる。例えば造形材料を局所的に加熱するために、機能的開口によって提供された窓の内部の１以上のレーザビームが、機能的開口の内部における直線的な往復運動を行うことができ、或いは１以上のレーザビームが窓の内部で、それぞれ形成しようとする構造に応じて非直線的な軌道曲線上を規定通りに誘導される。放射の誘導は適当な制御を用いて行なわれる。事前に加工温度を下回る温度に予熱された造形材料が、局所的に更に加熱される。この追加的エネルギー入力を用いて、加工温度が達成される。

本発明の代替変形例においては、機能的開口の形状、配置及び／又は大きさは可変である。例えば露出開口の大きさを可変に構成することが有利であり、特にこの機能的開口をオリフィスとして、即ち入力される放射の断面積を制限するために用いる場合はそうである。同様に被覆開口の大きさを可変に構成することが有利であり、特にこの開口が直接塗布場所若しくは単位時間当りに塗布される造形材料の体積を規定する場合はそうである。機能的開口の変更は、特に運転時間中も、従って製造プロセスの進行中にも行うことができる。このために場合によっては追加の適当な駆動・制御装置が設けられている。

本発明により造形材料への熱入力が改善されるだけではない。その上に機能的開口の配置と大きさ、加熱要素と造形台との間の相対運動、及び造形材料を局所的に硬化させるための放射の供給及び／又は誘導を適当に調和させることにより、製造プロセスを格別効率的に実施できる。

この目的のために、層造形プロセスを用いて製造しようとする物体を記述するためのデータモデルを使用して製造プロセスの集中制御が用いられる。その際に制御は種々の製造段階において同時に複数の箇所で進行する、即ち進行状態が非常に異なる製造プロセスの全ての関連する動作を包含する。換言すれば、制御は常に製造プロセスの実際の進行状況に対応して行われ、このために適当なセンサ、特に温度センサのセンサデータが使用される。制御は特に加熱要素の加熱の制御、ここでは場合により個々の温度範囲の定義された制御を含む。制御は、加熱要素と造形台の間の相対運動のための駆動装置の制御も、造形材料を供給及び／又は塗布するための供給装置及び／又は塗布装置の制御、並びに造形材料を局所的に加熱するために誘導される放射源の制御、場合によっては追加的加熱装置及び／又は冷却装置の制御、更に場合によっては配置及び／又は大きさを変えられる機能的開口の制御も含む。

装置１は、造形材料４を選択的に硬化させる目的で局所的に加熱するための放射エネルギーを供給する少なくとも１個の放射源７を含む。少なくとも１個の放射源７は、例えばレーザビーム８を誘導放出するレーザである。

加熱要素６は、同時に使用できる少なくとも２個の、図１に示す例では３個の互いに離れている機能的開口１８、１９、２０を有する。機能的開口１８、１９、２０はスリット状若しくは帯状の長方形をしており、互いに平行に、且つ主運動方向、ここではｘ方向に対して垂直に位置している。一方の機能的開口は材料通路１８として、他方の機能的開口は放射通路１９として構成されている。物体３を形成する間、造形材料４も、ここではレーザビーム８の形式の放射エネルギーも、同時に機能的開口１８、１９を通過する。

言い換えれば、一方の機能的開口は造形材料４を造形台２又は既にある造形層に塗布するための被覆開口１８として形成されており、他方の機能的開口は造形材料４を硬化させるために少なくとも１個の放射源７の放射エネルギーを塗布された造形材料４に同時に入力するための露出開口１９として形成されている。

装置１は、図１に示す例では、加熱要素６の上方に配置された熱エネルギーを供給するための追加的加熱装置２２（放射源２５の形式）も含む。この追加的放射源２５は、例えば赤外線２６を放出する赤外放射器である。この放射源２５に対しても同様に適当な制御装置２７が設けられている。この追加的放射源２５には加熱開口として用いられる固有の機能的開口２０が割り当てられている。

総括すれば、本発明は層状に塗布された造形材料４を選択的に硬化させることによって三次元物体３を製造するための装置１に関し、当該装置は少なくとも１個の三次元物体３を層状に形成するための、ｘｙ平面上に配置された造形台２と、造形台２を少なくとも部分的に覆い熱エネルギー１１を造形材料４に入力するための加熱要素６と、ｘ方向及び／又はｙ方向において造形台２と加熱要素６との間の相対運動を発生するための駆動装置１５とを有しており、加熱要素６は同時に使用できる少なくとも２個の機能的開口１８、１９を備え、少なくとも２個の機能的開口の一方は材料通路１８として構成され、少なくとも２個の機能的開口の他方は放射通路１９として構成されている。この装置１は、本発明により材料通路１８を通して塗布された造形材料４の温度を調節するための追加的加熱装置及び／又は冷却装置を含む。

１ レーザ焼結装置
２ 造形台
３ 物体
４ 造形材料
５ 駆動装置（ｚ）
６ 加熱要素
７ 放射源、レーザ
８ レーザビーム
９ 供給装置／塗布装置
１０ 材料塗布制御装置
１１ 熱放射
１２ プロセスチャンバ
１３ カバー
１４ （なし）
１５ 駆動装置（ｘ／ｙ）
１６ 駆動制御装置（ｚ）
１７ 駆動制御装置（ｘ／ｙ）
１８ 機能的開口、材料通路、被覆開口
１９ 機能的開口、放射通路、露出開口
２０ 機能的開口、加熱開口又は冷却開口
２１ レーザの駆動・制御装置
２２ 加熱装置及び／又は冷却装置
２３ 加熱モジュール
２４ 加熱制御装置
２５ 放射源、赤外線放射器
２６ 赤外線
２７ 追加的加熱制御装置
２８ 集中制御装置
２９ 気体流
３０ （なし）
３１ ファン
３２ 吸引装置

Claims (2)

1. 層状に塗布された造形材料（４）を選択的に硬化させることによって三次元物体（３）を製造するための装置であって、
   少なくとも１個の三次元物体（３）を層状に形成するための、ｘｙ平面上に配置された造形台（２）と、
   少なくとも部分的に造形台（２）を覆い熱エネルギー（１１）を造形材料（４）に入力するための加熱要素（６）と、
   ｘ方向及び／又はｙ方向において造形台（２）と加熱要素（６）との間の相対運動を発生するための駆動装置（１５）と、
   材料通路（１８）を通して塗布される造形材料（４）の温度を調節するための追加的加熱装置及び／又は冷却装置（２２）とを有し、
   加熱要素（６）は少なくとも２個の同時に使用できる機能的開口（１８、１９）を備え、
   少なくとも２個の機能的開口の一方は材料通路（１８）として構成され、少なくとも２個の機能的開口の他方は放射通路（１９）として構成され、
   放射（８）が、機能的開口（１９）の境界内で機能的開口（１９）を通過する、装置（１）。
2. 層状に塗布された造形材料（４）を選択的に硬化させることによって三次元物体（３）を製造するための方法であって、
   ｘｙ平面上に配置された造形台（２）上で少なくとも１個の三次元物体（３）を層状に形成し、
   造形台（２）を少なくとも部分的に覆う加熱要素（６）により熱エネルギー（１１）を造形材料（４）に入力し、
   駆動装置（１５）によりｘ方向及び／又はｙ方向において造形台（２）と加熱要素（６）との間の相対運動を発生し、
   加熱要素（６）は少なくとも２個の機能的開口（１８、１９、２０）を使用して造形材料（４）と放射（８）を同時に通過させ、ここで、放射（８）は、機能的開口（１９）の境界内で機能的開口（１９）を通過する様になっており、
   追加的加熱装置及び／又は冷却装置（２２）により、材料通路（１８）を通して塗布される造形材料（４）を加熱又は冷却する方法。