JP2017160482A - 三次元造形方法 - Google Patents
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Abstract
Description
A レーザービーム又は電子ビームの粉末層に対する照射に関する制御系の異常によって、供給されるビームが過剰であるか又は不足することによって、各ビームの供給が正常である場合に比し焼結表面が平坦でなく、概略規則的な凹凸状態を形成すること、
B 粉末層の形成に際し、前記Aの凹凸状態の形成、又は切り屑が入り込むことを原因として、スキージの移動が困難と化し、均一な平坦面の実現に支障が生ずること、又は既に焼結が行われた層と新たに焼結が行われた層との溶融による接合が不完全であること等による粉末層表面の異常を原因として粉末層表面が平坦ではなく、不規則的な凹凸状態を形成すること、
に基づく焼結不良を完全に防止することが不可能な状況にある。
前記A、Bの如き焼結不良が生じた場合には、火花は、正常な焼結とは異なる態様を呈することが経験則上知られている。
因みに、特許文献1においては、三次元造形において粉末の飛散に伴って発生する火花については、異常な造形の原因と見做されているに過ぎない。
しかも、特許文献1以外に、各ビームの照射に際して発生する火花に着目して、当該火花を三次元造形において積極的に活用しようとしている公知技術文献は見当たらない。
a 焼結領域の全周囲におけるレーザービーム又は電子ビームの照射を原因として粉末の飛散に伴って発生する火花の撮影、及び当該火花による光強度の測定、
b 各焼結工程に必要な時間以内の時間単位において、aによって撮影された火花の形成領域幅又は前記aによって測定された火花による光強度が、焼結不良を生じていない状態にある上記領域幅による基準及び上記光強度による基準の各範囲を逸脱していないことが検出された場合には、次の時間単位における焼結工程、又は次の粉末形成工程を継続すべき旨の指令、
c 各焼結工程に必要な時間以内の時間単位において、aによって撮影された火花の形成領域幅又は前記aによって測定された火花による光強度が、焼結不良を生じていない状態にある上記領域幅による基準又は上記光強度による基準の各範囲を逸脱していることが検出された場合には、焼結不良が発生している旨の判断の下に、次の時間単位における焼結工程、又は次の粉末形成工程を中止すべき旨の指令、
からなる。
尚、光強度測定装置9は、火花による光の光度及び照度の何れをも基準とすることができる。
三次元造形方法においては、造形対象物の種類によって適切なレーザービーム又は電子ビームの強度の範囲が特定されている。
従って、前記Aの異常なビームの供給を原因とする凹凸状態に到らない基準については、各種類の造形対象物につき、所定の時間単位及び所定の測定位置の下に正常なレーザービーム又は電子ビームの供給量を、正常な状態から順次増加及び減少させ、適切な凹凸状態の限界に到るような供給を行い、当該限界の段階における火花7の形成領域幅及び火花7による光強度を測定することによって、上記供給量が過剰な段階に到る寸前の最大値及び不足な状態に到る寸前の最小値を予め設定することができる。
この点を考慮し、前記Bの異常な凹凸状態に到らない基準については、所定の時間単位及び所定の測定位置の下に、切り屑の入り込み等を原因として、平坦面の実現に支障を生ずるようなスキージ4の移動困難な状態、又は不十分な焼結による不完全な溶融状態を設定することによって上記不規則の程度及び不完全の程度を次第に減少するという個別の実験によって、正常な平坦状態と異常な凹凸状態の境界段階を確認し、当該確認を行った段階における火花7の形成領域幅及び火花7による光強度を測定することによって、不規則な状態に到る寸前の最小値を予め設定することができる。
但し、極めて例外的ではあるが、このような対応関係が成立せず、前者が基準範囲内にあるにも拘らず、後者が基準範囲から逸脱している場合、又はその逆の場合が発生することを否定することができない。
このため、bの継続指令の場合には、双方が各基準の範囲内にあることを要件とするのに対し、cの中止指令の場合には、何れか一方が各基準の範囲を逸脱していることを要件としている。
尚、図2のフローチャートにおいては、bとcの峻別に関し、上記領域幅及び光強度が基準範囲内にあるか否かの判断を行っているが、当該判断が「No」であって否定された場合には、少なくとも何れか一方が各基準の範囲を逸脱している以上、上記判断から更に何れか一方が各基準の範囲を逸脱しているか否かを判断する必要はない。
d cの指令の原因である焼結不良を発生した焼結部位、及びその後の時間単位内における焼結部位の火花の形成領域の撮影、
e dにおける各火花の形成領域幅が変化していないか、又は緩慢な変化である場合には、cの指令の原因となった焼結不良の原因がレーザービーム又は電子ビームに関する制御系の異常にある旨の判断を行い、
dにおける各火花の形成領域幅が急変している場合には、cの指令の原因である焼結不良の原因が粉末層表面の異常にある旨の判断を行うこと。
前記相違が、予め峻別基準として設定した所定の数値範囲を逸脱している場合には、焼結不良の原因が粉末層表面の異常にある旨の判断及びその旨の表示を行うことを特徴とする実施形態を採用するとよい。
f cの指令の原因である焼結不良が発生した部位、及びその後の時間単位内における焼結部位の火花による光強度の記録、
g fにおける各光強度が変化していないか、又は緩慢な変化である場合には、cの指令の原因となった焼結不良の原因がレーザービーム又は電子ビームに関する制御系の異常にある旨の判断を行い、fにおける各光強度が急変している場合には、上記焼結不良の原因が粉末層表面の異常にある旨の判断を行うこと。
上記相違が、予め峻別基準として設定した所定の数値範囲を逸脱している場合には、焼結不良の原因が粉末層表面の異常にある旨の判断及びその旨の表示を行うことを特徴とする実施形態を採用するとよい。
2 テーブル
3 粉末供給用具
4 スキージ
5 レーザービーム又は電子ビーム供給源
6 スキャナ
7 火花
8 火花の形成領域幅撮影装置
9 火花による光強度の測定装置
10 コントローラー
A レーザービーム又は電子ビームの粉末層に対する照射に関する制御系の異常によって、供給されるビームが過剰であるか又は不足することによって、各ビームの供給が正常である場合に比し焼結表面が平坦でなく、概略規則的な凹凸状態を形成すること、
B 粉末層の形成に際し、前記Aの凹凸状態の形成、又は切り屑が入り込むことを原因として、スキージの移動が困難と化し、均一な平坦面の実現に支障が生ずること、又は既に焼結が行われた層と新たに焼結が行われた層との溶融による接合が不完全であること等による粉末層表面の異常を原因として粉末層表面が平坦ではなく、不規則的な凹凸状態を形成すること、
に基づく焼結不良を完全に防止することが不可能な状況にある。
前記A、Bの如き焼結不良が生じた場合には、火花は、正常な焼結とは異なる態様を呈することが経験則上知られている。
因みに、特許文献1においては、三次元造形において粉末の飛散に伴って発生する火花については、異常な造形の原因と見做されているに過ぎない。
しかも、特許文献1以外に、各ビームの照射に際して発生する火花に着目して、当該火花を三次元造形において積極的に活用しようとしている公知技術文献は見当たらない。
(1)粉末層形成工程と、移動するレーザービーム又は電子ビームの照射によって前記粉末層を焼結する焼結工程との交互の繰り返しからなる積層を伴う三次元造形方法であって、前記焼結工程に際し、以下のプロセスを採用している三次元造形方法。
a 焼結領域の全周囲におけるレーザービーム又は電子ビームの照射を原因として粉末の飛散に伴って発生する火花の撮影、及び当該火花による光強度の測定、
b 各焼結工程に必要な時間以内の時間単位において、aによって撮影された火花の形成領域幅及び前記aによって測定された火花による光強度が、焼結不良を生じていない状態にある上記領域幅による基準及び上記光強度による基準の各範囲を逸脱していないことが検出された場合には、次の時間単位における焼結工程、又は次の粉末形成工程を継続すべき旨の指令、
c 各焼結工程に必要な時間以内の時間単位において、aによって撮影された火花の形成領域幅又は前記aによって測定された火花による光強度が、焼結不良を生じていない状態にある上記領域幅による基準又は上記光強度による基準の各範囲を逸脱していることが検出された場合には、焼結不良が発生している旨の判断の下に、次の時間単位における焼結工程、又は次の粉末形成工程を中止すべき旨の指令、
d cの指令の原因である焼結不良を発生した焼結部位、及びその後の時間単位内における焼結部位の火花の形成領域の撮影、
e dにおける各火花の形成領域幅が変化していないか、又は緩慢な変化である場合には、cの指令の原因となった焼結不良の原因がレーザービーム又は電子ビームに関する制御系の異常にある旨の判断を行い、
dにおける各火花の形成領域幅が急変している場合には、cの指令の原因である焼結不良の原因が粉末層表面の異常にある旨の判断を行うこと、
(2)粉末層形成工程と、移動するレーザービーム又は電子ビームの照射によって前記粉末層を焼結する焼結工程との交互の繰り返しからなる積層を伴う三次元造形方法であって、前記焼結工程に際し、以下のプロセスを採用している三次元造形方法。
a 焼結領域の全周囲におけるレーザービーム又は電子ビームの照射を原因として粉末の飛散に伴って発生する火花の撮影、及び当該火花による光強度の測定、
b 各焼結工程に必要な時間以内の時間単位において、aによって撮影された火花の形成領域幅及び前記aによって測定された火花による光強度が、焼結不良を生じていない状態にある上記領域幅による基準及び上記光強度による基準の各範囲を逸脱していないことが検出された場合には、次の時間単位における焼結工程、又は次の粉末形成工程を継続すべき旨の指令、
c 各焼結工程に必要な時間以内の時間単位において、aによって撮影された火花の形成領域幅又は前記aによって測定された火花による光強度が、焼結不良を生じていない状態にある上記領域幅による基準又は上記光強度による基準の各範囲を逸脱していることが検出された場合には、焼結不良が発生している旨の判断の下に、次の時間単位における焼結工程、又は次の粉末形成工程を中止すべき旨の指令、
f cの指令の原因である焼結不良が発生した部位、及びその後の時間単位内における焼結部位の火花による光強度の記録、
g fにおける各光強度が変化していないか、又は緩慢な変化である場合には、cの指令の原因となった焼結不良の原因がレーザービーム又は電子ビームに関する制御系の異常にある旨の判断を行い、fにおける各光強度が急変している場合には、上記焼結不良の原因が粉末層表面の異常にある旨の判断を行うこと、
からなる。
尚、光強度測定装置9は、火花による光の光度及び照度の何れをも基準とすることができる。
三次元造形方法においては、造形対象物の種類によって適切なレーザービーム又は電子ビームの強度の範囲が特定されている。
従って、前記Aの異常なビームの供給を原因とする凹凸状態に到らない基準については、各種類の造形対象物につき、所定の時間単位及び所定の測定位置の下に正常なレーザービーム又は電子ビームの供給量を、正常な状態から順次増加及び減少させ、適切な凹凸状態の限界に到るような供給を行い、当該限界の段階における火花7の形成領域幅及び火花7による光強度を測定することによって、上記供給量が過剰な段階に到る寸前の最大値及び不足な状態に到る寸前の最小値を予め設定することができる。
この点を考慮し、前記Bの異常な凹凸状態に到らない基準については、所定の時間単位及び所定の測定位置の下に、切り屑の入り込み等を原因として、平坦面の実現に支障を生ずるようなスキージ4の移動困難な状態、又は不十分な焼結による不完全な溶融状態を設定することによって上記不規則の程度及び不完全の程度を次第に減少するという個別の実験によって、正常な平坦状態と異常な凹凸状態の境界段階を確認し、当該確認を行った段階における火花7の形成領域幅及び火花7による光強度を測定することによって、不規則な状態に到る寸前の最小値を予め設定することができる。
但し、極めて例外的ではあるが、このような対応関係が成立せず、前者が基準範囲内にあるにも拘らず、後者が基準範囲から逸脱している場合、又はその逆の場合が発生することを否定することができない。
このため、bの継続指令の場合には、双方が各基準の範囲内にあることを要件とするのに対し、cの中止指令の場合には、何れか一方が各基準の範囲を逸脱していることを要件としている。
尚、図2のフローチャートにおいては、bとcの峻別に関し、上記領域幅及び光強度が基準範囲内にあるか否かの判断を行っているが、当該判断が「No」であって否定された場合には、少なくとも何れか一方が各基準の範囲を逸脱している以上、上記判断から更に何れか一方が各基準の範囲を逸脱しているか否かを判断する必要はない。
d cの指令の原因である焼結不良を発生した焼結部位、及びその後の時間単位内における焼結部位の火花の形成領域の撮影、
e dにおける各火花の形成領域幅が変化していないか、又は緩慢な変化である場合には、cの指令の原因となった焼結不良の原因がレーザービーム又は電子ビームに関する制御系の異常にある旨の判断を行い、
dにおける各火花の形成領域幅が急変している場合には、cの指令の原因である焼結不良の原因が粉末層表面の異常にある旨の判断を行うこと。
前記相違が、予め峻別基準として設定した所定の数値範囲を逸脱している場合には、焼結不良の原因が粉末層表面の異常にある旨の判断及びその旨の表示を行うことを特徴とする実施形態を採用するとよい。
f cの指令の原因である焼結不良が発生した部位、及びその後の時間単位内における焼結部位の火花による光強度の記録、
g fにおける各光強度が変化していないか、又は緩慢な変化である場合には、cの指令の原因となった焼結不良の原因がレーザービーム又は電子ビームに関する制御系の異常にある旨の判断を行い、fにおける各光強度が急変している場合には、上記焼結不良の原因が粉末層表面の異常にある旨の判断を行うこと。
上記相違が、予め峻別基準として設定した所定の数値範囲を逸脱している場合には、焼結不良の原因が粉末層表面の異常にある旨の判断及びその旨の表示を行うことを特徴とする実施形態を採用するとよい。
2 テーブル
3 粉末供給用具
4 スキージ
5 レーザービーム又は電子ビーム供給源
6 スキャナ
7 火花
8 火花の形成領域幅撮影装置
9 火花による光強度の測定装置
10 コントローラー
Claims (9)
- 粉末層形成工程と、移動するレーザービーム又は電子ビームの照射によって前記粉末層を焼結する焼結工程との交互の繰り返しからなる積層を伴う三次元造形方法であって、前記焼結工程に際し、以下のプロセスを採用している三次元造形方法。
a 焼結領域の全周囲におけるレーザービーム又は電子ビームの照射を原因として粉末の飛散に伴って発生する火花の撮影、及び当該火花による光強度の測定、
b 各焼結工程に必要な時間以内の時間単位において、aによって撮影された火花の形成領域幅及び前記aによって測定された火花による光強度が、焼結不良を生じていない状態にある上記領域幅による基準及び上記光強度による基準の各範囲を逸脱していないことが検出された場合には、次の時間単位における焼結工程、又は次の粉末形成工程を継続すべき旨の指令、
c 各焼結工程に必要な時間以内の時間単位において、aによって撮影された火花の形成領域幅又は前記aによって測定された火花による光強度が、焼結不良を生じていない状態にある上記領域幅による基準又は上記光強度による基準の各範囲を逸脱していることが検出された場合には、焼結不良が発生している旨の判断の下に、次の時間単位における焼結工程、又は次の粉末形成工程を中止すべき旨の指令。 - 以下のプロセスを採用していることを特徴とする請求項1記載の三次元造形方法。
d cの指令の原因である焼結不良を発生した焼結部位、及びその後の時間単位内における焼結部位の火花の形成領域の撮影、
e dにおける各火花の形成領域幅が変化していないか、又は緩慢な変化である場合には、cの指令の原因となった焼結不良の原因がレーザービーム又は電子ビームに関する制御系の異常にある旨の判断を行い、
dにおける各火花の形成領域幅が急変している場合には、cの指令の原因である焼結不良の原因が粉末層表面の異常にある旨の判断を行うこと。 - dの各火花の形成領域幅のうち、cの指令の原因である焼結不良が発生している焼結部位における火花の形成領域幅と、その後の焼結部位のうち、1箇所の焼結部位における火花の形成領域幅との相違が、予め峻別基準として設定した所定の数値範囲以内である場合には、cの指令の原因となった焼結不良の原因が、レーザービーム又は電子ビームに関する制御系の異常にある旨の判断及びその旨の表示を行い、
前記相違が、予め峻別基準として設定した所定の数値範囲を逸脱している場合には、焼結不良の原因が粉末層表面の異常にある旨の判断及びその旨の表示を行うことを特徴とする請求項2記載の三次元造形方法。 - 以下のプロセスを採用していることを特徴とする請求項1記載の三次元造形方法。
f cの指令の原因である焼結不良が発生した部位、及びその後の時間単位内における焼結部位の火花による光強度の記録、
g fにおける各光強度が変化していないか、又は緩慢な変化である場合には、cの指令の原因となった焼結不良の原因がレーザービーム又は電子ビームに関する制御系の異常にある旨の判断を行い、fにおける各光強度が急変している場合には、上記焼結不良の原因が粉末層表面の異常にある旨の判断を行うこと。 - fの各光強度のうち、cの指令の原因である焼結不良が発生している焼結部位における光強度と、その後の焼結部位のうち、1箇所の焼結部位における上記光強度の相違が、予め峻別基準として設定した所定の数値範囲内にある場合には、cの指令の原因となった焼結不良の原因がレーザービーム又は電子ビームに関する制御系の異常にある旨の判断及びその旨の表示を行い、
上記相違が、予め峻別基準として設定した所定の数値範囲を逸脱している場合には、焼結不良の原因が粉末層表面の異常にある旨の判断及びその旨の表示を行うことと特徴とする請求項4記載の三次元造形方法。 - 焼結不良の原因を是正し、かつcの指令が行われた焼結部位を含む全焼結領域、又は当該全焼結領域及び当該領域の下側にて既に積層されている全焼結領域を、レーザービーム又は電子ビームによって溶融するか、若しくは軟化したうえで、当該溶融若しくは軟化領域の厚さ分若しくは当該焼結及び積層された焼結領域の厚さ分だけ除去するか、又は上記各全焼結領域を、切削工具によって除去したうえで、改めて除去した領域から積層工程及び焼結工程を繰り返すことを特徴とする請求項2、3、4、5の何れか一項に記載の三次元造形方法。
- cの指令に際し、光信号及び/又は音声信号によって焼結異常を知らせることを特徴とする請求項2、3、4、5の何れか一項に記載の三次元造形方法。
- 焼結不良の原因に対応して異なるカラーの光信号を選択することを特徴とする請求項3、5、7の何れか一項に記載の三次元造形方法。
- 焼結不良の原因に対応して異なる音声を選択することを特徴とする請求項3、5、7の何れか一項に記載の三次元造形方法。
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