JP2019011485A - Device and method for manufacturing a lamination molded body - Google Patents

Device and method for manufacturing a lamination molded body Download PDF

Info

Publication number
JP2019011485A
JP2019011485A JP2017127138A JP2017127138A JP2019011485A JP 2019011485 A JP2019011485 A JP 2019011485A JP 2017127138 A JP2017127138 A JP 2017127138A JP 2017127138 A JP2017127138 A JP 2017127138A JP 2019011485 A JP2019011485 A JP 2019011485A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
powder
modeling
layered object
layered
metal
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.)
Granted
Application number
JP2017127138A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP6858658B2 (en
Inventor
田中 啓祐
Keisuke Tanaka
啓祐 田中
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.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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 Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
Priority to JP2017127138A priority Critical patent/JP6858658B2/en
Publication of JP2019011485A publication Critical patent/JP2019011485A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6858658B2 publication Critical patent/JP6858658B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Landscapes

  • Powder Metallurgy (AREA)

Abstract

To provide a device and method for manufacturing a lamination molded body capable of preventing that in powder-bed-melting lamination molding, a metallic three-dimensional lamination molded body has a temperature gradient only in a normal direction to a surface of the molding plate so that by cooling in order in this direction, anisotropy dependent on a lamination direction occurs in a crystalline structure of the molded body, and that internal heat storage occurs to cause oxidation due to overheat or molding defects such as micro-porosity.SOLUTION: A device and method for manufacturing a lamination molded body is movably provided with a cooling body for temperature cooling of a molded body for newly providing a cooling passage, in addition to a cooling passage in a normal direction to a surface of the molded plate, orthogonal thereto in a position contacting or neighboring the molded body.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

この発明は、粉末床溶融方式による3次元付加造形技術に関わり、粉末材料に光ビームの照射を行うことで得られる、積層造形物の製造装置および製造方法に関する。   The present invention relates to a three-dimensional additive modeling technique based on a powder bed melting method, and relates to an apparatus and a method for manufacturing a layered object obtained by irradiating a powder material with a light beam.

金属3次元造形の指向性エネルギー法(SLM:Selective Laser Melting)を用いた粉末床溶融結合(PBF:Powder bed fusion)方式では、造形時に発生する熱について、
造形品を伝ってベースプレートと呼ばれる金属板に放熱する方法が従来から知られている。
In the powder bed fusion (PBF) method using the directional energy method (SLM: Selective Laser Melting) of metal 3D modeling,
A method of dissipating heat to a metal plate called a base plate through a shaped product has been conventionally known.

この方法では無機質あるいは有機質の粉末材料を、均質に堆積させた粉末層に対し、レーザや電子ビーム等の指向性エネルギーを照射することで、粉末の指向性エネルギー照射エリアを選択的に、溶融凝固または焼結させ、更に粉末層を堆積させ指向性エネルギーを照射するプロセスを繰り返すことで、粉末材料を元に3次元構造物を形成するプロセスである。このプロセスにおける指向性エネルギーの照射プロセスは、粉末を溶融凝固させる熱プロセスであり、当然ながら指向性エネルギーによる入熱、前記ベースプレート方向への放熱という熱流が発生する。   In this method, a powder layer in which inorganic or organic powder materials are uniformly deposited is irradiated with directional energy such as a laser or an electron beam to selectively melt the directional energy irradiation area of the powder. Alternatively, it is a process of forming a three-dimensional structure based on a powder material by repeating a process of sintering, further depositing a powder layer, and irradiating directivity energy. The irradiation process of the directional energy in this process is a thermal process for melting and solidifying the powder, and naturally, a heat flow of heat input by the directional energy and heat radiation toward the base plate is generated.

先行技術文献によれば、造形プレートを所定の冷却手段により冷却するものがあり、造形プレートに接触する昇降テーブルに冷却用の媒体が流れる配管を設け、外部に冷却機を設置することで造形プレートと造形品の冷却を行っているものがある(例えば特許文献1参照)。   According to the prior art documents, there is one that cools a modeling plate by a predetermined cooling means, a piping through which a cooling medium flows is provided on an elevating table that contacts the modeling plate, and a cooling machine is installed outside to form the modeling plate And cooling the shaped product (for example, see Patent Document 1).

WO2008/143106号WO2008 / 143106

既知の金属3次元造形装置や前記先行技術文献では、ベースプレート上に形成した造形体の持つ熱をベースプレートや未溶融の粉末を介して周囲に放熱することで冷却している。
しかしながら、粉末が瞬時に溶融するだけの熱量を加え、放熱が完了する前に、次の層を積み重ねて同様の溶融池を形成するため、造形体は蓄熱する傾向にあり、造形時の条件によっては造形体内部の温度差で反り変形を起こしたり、未溶融の粉末と接触する面の一部が酸化したり、冷却温度勾配に不均一が発生しミクロポロシティ(Microporosity、空
孔、欠陥)を内包したりして、造形品質上の不良が発生する。
In the known metal three-dimensional modeling apparatus and the above-mentioned prior art documents, cooling is performed by dissipating the heat of the model formed on the base plate to the surroundings through the base plate and unmelted powder.
However, since the amount of heat that the powder melts instantaneously is added and the next layer is stacked to form a similar molten pool before the heat release is completed, the shaped body tends to store heat, depending on the conditions during shaping Causes warping deformation due to the temperature difference inside the modeled body, oxidation of part of the surface in contact with the unmelted powder, unevenness in the cooling temperature gradient, and microporosity (vacancies, defects). It may be encapsulated, resulting in defects in modeling quality.

また、特許文献1に示される構成では、冷却における熱伝導の方向がベースプレート向き(造形品からベースプレートへ向かう方向)に一定であるため、造形品が金属である場合などは、結晶組織に異方性が生じ、造形体の積層方向に依存した機械強度の異方性が生じる。   Further, in the configuration shown in Patent Document 1, since the direction of heat conduction in cooling is constant toward the base plate (direction from the modeled product to the baseplate), when the modeled product is a metal, the crystal structure is anisotropic. And anisotropy of mechanical strength depending on the stacking direction of the shaped bodies occurs.

また、造形体に対して、冷却面が造形プレートの接触面のみであるため、造形後期の造形プレートから離れた位置の造形時の入熱は放熱が遅く、造形完了後に造形体を取り出し可能な温度まで冷却されるのに長い時間がかかり、装置の稼働率を下げる要因となる。   In addition, since the cooling surface is only the contact surface of the modeling plate with respect to the modeling object, heat input at the time of modeling at a position away from the modeling plate in the latter modeling stage is slow in heat dissipation, and the modeling object can be taken out after the modeling is completed. It takes a long time to cool down to the temperature, which causes a reduction in the operating rate of the apparatus.

本発明の積層造形体の製造装置は、
粉末集合体の粉末を選択的に溶融結合して面状に形成された溶融結合体を積層して造形する積層造形体の製造装置であって、
前記積層造形体を造形するための造形チャンバと、
この造形チャンバの下方に設置され、前記積層造形体を接合して固着させるための造形プレートと、
この造形プレートの下方に配設され、当該造形プレートを昇降させるリフトプレートと、前記造形チャンバ内に前記粉末を供給するための粉末供給機と、
この粉末供給機から前記粉末を受給し前記造形プレート上に粉末層を形成するリコートユニットと、
前記粉末層中の粉末を溶融させる熱源となるレーザ光を励起するレーザ発振器と、
前記造形チャンバの上方に設置され、前記レーザ光を走査するガルバノミラーと、
前記溶融結合体の積層された層に平行して、前記溶融結合体が積層された各層のいずれか1つと同じ高さ位置に設置され、外部表面が前記積層造形体あるいは前記粉末より低温の冷却体と、を備え、
前記リコートユニットにより形成した粉末層中の粉末を、前記ガルバノミラーによって前記レーザ光を走査することにより溶融させるとともに、前記リフトプレートにより、前記造形プレートを一定のピッチで移動させ、前記溶融結合体を形成しつつ、前記積層造形体の積層された最上部の溶融結合体の層の高さ位置で、前記粉末層中の粉末が溶融されて造形された積層造形体を前記冷却体により冷却することを特徴とするものである。
The manufacturing apparatus of the layered object of the present invention is
It is a manufacturing apparatus for a layered object that is formed by laminating and molding a melt-bonded body that is formed into a planar shape by selectively melting and bonding powder of a powder aggregate,
A modeling chamber for modeling the layered object,
A modeling plate that is installed below the modeling chamber and for joining and fixing the layered model,
A lift plate that is disposed below the modeling plate and raises and lowers the modeling plate; and a powder feeder for supplying the powder into the modeling chamber;
A recoat unit that receives the powder from the powder feeder and forms a powder layer on the modeling plate;
A laser oscillator that excites laser light serving as a heat source for melting the powder in the powder layer;
A galvano mirror that is installed above the modeling chamber and scans the laser beam;
Parallel to the laminated layer of the melt-bonded body, it is installed at the same height position as any one of the layers where the melt-bonded body is stacked, and the outer surface is cooled at a lower temperature than the layered structure or the powder. With body,
The powder in the powder layer formed by the recoat unit is melted by scanning the laser beam with the galvanometer mirror, and the modeling plate is moved at a constant pitch by the lift plate, and Cooling the layered object formed by melting the powder in the powder layer at the height position of the layer of the uppermost melt-bonded body on which the layered object is stacked while forming. It is characterized by.

積層造形体に対して、積層造形体を保持する造形プレートの、積層造形体との接触面の法線方向以外の方向へ熱伝導の方向を変更するべく、積層造形体に対して、冷却体の熱流の方向を積層造形体との接触面の法線と直交する方向になるよう、冷却体を配置する(新たに構成するようにする)ことで、積層造形体の近傍領域の温度分布を制御し、主な熱伝導の方向を、ベースプレート接触面の法線方向以外の方向にも設けることによって、特に金属積層造形体の結晶組織を従来よりランダム化して機械強度異方性を抑制すると共に、効率よく冷却することが可能になる。また、造形完了後の積層造形体の冷却時間を短縮し、積層造形体の製造装置の稼働率を向上することが可能となる。   In order to change the direction of heat conduction to the direction other than the normal direction of the contact surface with the layered shaped body of the shaped plate that holds the layered shaped body with respect to the layered shaped body, the cooling body By arranging the cooling body so that the direction of the heat flow is perpendicular to the normal of the contact surface with the layered object (by newly configuring), the temperature distribution in the vicinity of the layered object is By controlling and providing the main heat conduction directions in directions other than the normal direction of the base plate contact surface, in particular, the crystal structure of the metal laminate model is made random compared to the conventional and the mechanical strength anisotropy is suppressed. It becomes possible to cool efficiently. Moreover, it becomes possible to shorten the cooling time of the layered object after completion of modeling, and to improve the operation rate of the manufacturing apparatus of the layered object.

本発明の実施の形態1に係る金属3次元造形体製造装置における造形開始時の造形体の状態を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the state of the modeling body at the time of the modeling start in the metal 3D modeling body manufacturing apparatus which concerns on Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1に係る金属3次元造形体製造装置における造形途中の造形体の状態を説明するための一例を示す図である。It is a figure which shows an example for demonstrating the state of the modeling body in the middle of modeling in the metal 3D modeling body manufacturing apparatus which concerns on Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1に係る金属3次元造形体製造装置における造形途中の造形体の状態を説明するための他の例を示す図である。It is a figure which shows the other example for demonstrating the state of the modeling body in the middle of modeling in the metal 3D modeling body manufacturing apparatus which concerns on Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1に係る金属3次元造形体製造装置における水平冷却棒を用いて冷却した場合の、造形体の温度分布の解析結果の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the analysis result of the temperature distribution of a molded object at the time of cooling using the horizontal cooling rod in the metal three-dimensional molded object manufacturing apparatus which concerns on Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1に係る金属3次元造形体製造装置における造形途中の造形体の状態を説明するための他の例を示す図である。It is a figure which shows the other example for demonstrating the state of the modeling body in the middle of modeling in the metal 3D modeling body manufacturing apparatus which concerns on Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1に係る金属3次元造形体製造装置による造形体の造形プロセスを示すフローチャート図である。It is a flowchart figure which shows the modeling process of the molded object by the metal three-dimensional molded object manufacturing apparatus which concerns on Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1に係る金属3次元造形体製造装置において造形体に造形サポートを取り付けた概略モデル図である。It is a schematic model figure which attached the modeling support to the modeling object in the metal three-dimensional modeling object manufacturing device concerning Embodiment 1 of the present invention. 本発明の実施の形態1に係る金属3次元造形体製造装置において造形体に造形サポートを取り付け、冷却棒の侵入エリアを設定した状態を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the state which attached the modeling support to the modeling body in the metal 3D modeling body manufacturing apparatus which concerns on Embodiment 1 of this invention, and set the intrusion area of the cooling rod. 本発明の実施の形態2に係る金属3次元造形体製造装置による造形品の造形途中の状態を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the state in the middle of modeling of the molded article by the metal three-dimensional molded object manufacturing apparatus which concerns on Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態2に係る金属3次元造形体製造装置による造形品の造形完了状態を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the modeling completion state of the molded article by the metal three-dimensional molded object manufacturing apparatus which concerns on Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態2に係る金属3次元造形体製造装置による造形品の取出し状態を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the taking-out state of the molded article by the metal three-dimensional molded object manufacturing apparatus which concerns on Embodiment 2 of this invention. 造形チャンバ内の水平冷却棒および垂直冷却棒延伸状態の俯瞰図である。It is an overhead view of a horizontal cooling rod and a vertical cooling rod extended state in a modeling chamber. 本発明の実施の形態4に係る金属3次元造形体製造装置の垂直冷却棒によるサポート代替状態を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the support alternative state by the vertical cooling rod of the metal three-dimensional structure manufacturing apparatus which concerns on Embodiment 4 of this invention. 本発明の実施の形態4に係る金属3次元造形体製造装置の垂直冷却棒によるサポート代替状態の俯瞰図である。It is an overhead view of the support alternative state by the vertical cooling rod of the metal three-dimensional structure manufacturing apparatus which concerns on Embodiment 4 of this invention. 本発明の実施の形態4に係る金属3次元造形体製造装置の垂直冷却棒によるサポートを一部代替した状態を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the state which partially substituted the support by the vertical cooling rod of the metal three-dimensional structure manufacturing apparatus which concerns on Embodiment 4 of this invention.

実施の形態1.
本発明の実施の形態に係る3次元造形体の製造方法および製造装置について、図を参照しながら以下説明する。図1は本発明の実施の形態1に係る3次元造形体の製造において用いられる金属3次元造形体製造装置の主な構成を示す。なお、図1は、本発明に係る主要な構成要素の部品のみについて記述するため、細かな部品を省略した概略図となっている。
Embodiment 1 FIG.
A method and apparatus for manufacturing a three-dimensional structure according to an embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows the main configuration of a metal three-dimensional structure manufacturing apparatus used in manufacturing a three-dimensional structure according to Embodiment 1 of the present invention. Note that FIG. 1 is a schematic diagram in which detailed parts are omitted in order to describe only main components of the present invention.

本装置は、金属3次元積層造形体22(他の材質のものも含める場合は総称して単に3次元積層造形体と呼ぶ。またこれらを簡略化して金属積層造形体、あるいは積層造形体と呼ぶ場合もある)を形成するための造形チャンバ11と、金属3次元積層造形体22を接合して固着させる造形プレート12と、造形チャンバ11内に金属粉末を適量供給するための粉末供給機13と、粉末供給機から粉末を受給し前記造形プレート12上に厚さ0.02mm〜0.1mmの粉末層(以下、粉末レイヤともいう)を形成するリコートユニット14と、粉末レイヤを溶融させる熱源となるレーザ光を励起するレーザ発振器15と、レーザ発振器15から造形チャンバ11上部のガルバノミラー16までレーザ光を伝送する光路17と、を備え、ガルバノミラーによって走査されたレーザ光が集光レンズ18と保護レンズ19を通過し、前記粉末レイヤ中の金属粉末を溶融させる。   This apparatus is a metal three-dimensional layered object 22 (generally referred to as a three-dimensional layered object when other materials are included. Also, these are simply referred to as a metal layered object or a layered object. A molding chamber 11 for forming a metal three-dimensional layered model body 22 to be fixed, and a powder feeder 13 for supplying an appropriate amount of metal powder into the modeling chamber 11. A recoat unit 14 that receives powder from a powder feeder and forms a powder layer (hereinafter also referred to as a powder layer) having a thickness of 0.02 mm to 0.1 mm on the modeling plate 12, and a heat source that melts the powder layer A laser oscillator 15 for exciting the laser beam and an optical path 17 for transmitting the laser beam from the laser oscillator 15 to the galvanometer mirror 16 above the modeling chamber 11. The laser beams scanned by the mirror passes through the protective lens 19 and the condenser lens 18, to melt the metal powder in the powder layer.

図2において、造形プレートの下部には造形プレート12を昇降させるリフトプレート21と、金属3次元積層造形体22を冷却する目的で、造形チャンバ11の下方に、1または複数の水平冷却棒23と、1または複数の垂直冷却棒24と、これら水平冷却棒23と垂直冷却棒24とをそれぞれ個別に移動するためのアクチュエータ26を備える。また、これら2種類の水平冷却棒23、垂直冷却棒24の先端部分には、熱電対等の温度センサが組み込まれ、当該温度センサにより検知された温度情報は冷却装置に備えられている図示しない温度制御器に送られ、当該検知箇所の温度が所望の値になるよう制御される。
なお、金属3次元積層造形体22の周囲には、未溶融の粉末堆積物25が存在する。
In FIG. 2, a lift plate 21 that raises and lowers the modeling plate 12 below the modeling plate, and one or a plurality of horizontal cooling rods 23 below the modeling chamber 11 for the purpose of cooling the metal three-dimensional layered model 22. One or a plurality of vertical cooling rods 24 and actuators 26 for individually moving the horizontal cooling rods 23 and the vertical cooling rods 24 are provided. Further, a temperature sensor such as a thermocouple is incorporated in the tip portions of these two types of horizontal cooling rods 23 and vertical cooling rods 24, and temperature information detected by the temperature sensors is a temperature (not shown) provided in the cooling device. It is sent to the controller and controlled so that the temperature at the detection location becomes a desired value.
Note that an unmelted powder deposit 25 exists around the metal three-dimensional layered structure 22.

図1の造形前の状態から、図6に示す金属3次元積層造形体の造形加工のフローチャートに従って造形を続け、図2および図9に示す金属3次元積層造形体の造形途中の状態、図10に示す金属3次元積層造形体の造形完了の状態(この状態までは、未溶融の粉末堆積物25が残っている)を経て、図11に示したように、最終的にはリフトプレート21によって、金属3次元積層造形体22は、造形チャンバ11内に移動されて、さらに未溶融の粉末堆積物(図示せず)を取り除いた後に、造形プレート12ごと取出される。   From the state before modeling in FIG. 1, modeling is continued according to the flowchart of modeling processing of the metal three-dimensional layered object shown in FIG. 6, and the state during the modeling of the metal three-dimensional layered object shown in FIGS. 2 and 9, FIG. 10. As shown in FIG. 11, after the state of completion of modeling of the metal three-dimensional layered structure shown in FIG. 11 (until this state, the unmelted powder deposit 25 remains), finally, the lift plate 21 The metal three-dimensional layered structure 22 is moved into the modeling chamber 11, and after removing unmelted powder deposits (not shown), the modeling plate 12 is taken out.

以下、金属3次元積層造形体22についての詳細な造形プロセスを、図6のフローチャートとこの造形プロセスに示した個々のプロセスに関係する図を用いて説明する。
図6の右側括弧の記号Aで括った工程は、CAD/CAM作業の工程であり、この工程は本発明に係る造形装置の造形作業ではなく準備作業となるが、後述する水平冷却棒23と垂直冷却棒24の動作に関連するため、この工程を記載している。また、図6の右側括弧の記号Bで括った工程は、Ar、N2ガス等の、広義の不活性ガス雰囲気中での作業を
示す工程であって、上記金属3次元積層造形体を造形する工程である。
Hereinafter, the detailed modeling process about the metal three-dimensional layered object 22 will be described with reference to the flowchart of FIG. 6 and the drawings related to the individual processes shown in this modeling process.
The process enclosed with the symbol A in the right parenthesis in FIG. 6 is a CAD / CAM work process. This process is not a modeling work of the modeling apparatus according to the present invention, but a preparation work. This process is described because it relates to the operation of the vertical cooling rod 24. Further, the process enclosed by the symbol B in the right parenthesis in FIG. 6 is a process showing work in an inert gas atmosphere in a broad sense such as Ar, N 2 gas, etc. It is a process to do.

まず、図6の記号Aで括った工程について説明する。
金属3次元積層造形体22を造形するための3次元CADモデルについて、通常の3次元CADモデルのデータには無い、一般的にサポート41と呼ばれる金属3次元積層造形体22の保持体についてのデータを付与する。このサポート41は、通常、前記造形プレート12と金属3次元積層造形体22の間に配置される(図7参照)。そして、このサポート41により、金属3次元積層造形体22と造形プレート12をつなぐことによって、金属3次元積層造形体22が造形プロセス中の熱的変化によって変形するのを防止している。
First, the process enclosed by the symbol A in FIG. 6 will be described.
About the three-dimensional CAD model for modeling the metal three-dimensional layered object 22, data about the holding body of the metal three-dimensional layered object 22, generally called a support 41, which is not in the data of the normal three-dimensional CAD model Is granted. The support 41 is usually disposed between the modeling plate 12 and the metal three-dimensional layered structure 22 (see FIG. 7). The support 41 prevents the metal three-dimensional layered model 22 from being deformed by a thermal change during the modeling process by connecting the metal three-dimensional layered model 22 and the modeling plate 12.

3次元CADデータ上にサポートの形状データ(以降、サポートデータと呼ぶ)を付与した後に、図8に示すように、上述の水平冷却棒23と垂直冷却棒24の侵入禁止エリア(水平冷却棒23と垂直冷却棒24を配置しない領域)を、(上下2つの直方体で示した)破線で囲った領域Cとして設定する。
ここで、3次元CADデータとサポートデータは、造形時の積層ピッチとなる前記粉末レイヤと同じ厚さの層を単位として、造形プレート12の面と平行になる多数の層に分割したスライスデータとして作成される。
After providing support shape data (hereinafter referred to as support data) on the three-dimensional CAD data, as shown in FIG. 8, the intrusion prohibited area (the horizontal cooling rod 23) of the horizontal cooling rod 23 and the vertical cooling rod 24 described above is used. And a region where the vertical cooling rod 24 is not disposed) is set as a region C surrounded by a broken line (shown by upper and lower two rectangular parallelepipeds).
Here, the three-dimensional CAD data and the support data are slice data divided into a number of layers parallel to the surface of the modeling plate 12 with a layer having the same thickness as the powder layer serving as a stacking pitch at the time of modeling as a unit. Created.

次に、造形時の環境条件や、熱源であるレーザ光の照射条件を設定し、スライスデータを出力する。ちなみに、一般的には、金属3次元積層造形体22の配置、サポート付与の有無、環境条件やレーザ光の照射条件などのデータを除いて、多数の層に分割するデータ処理は、(CADソフトウェアではなく)CAMソフトウェア側で自動的に実行される。   Next, the environmental conditions at the time of modeling and the irradiation conditions of the laser beam which is a heat source are set, and slice data is output. By the way, in general, data processing to divide into a large number of layers, except for data such as the arrangement of the metal three-dimensional layered structure 22, whether support is provided, environmental conditions, laser light irradiation conditions, and the like (CAD software) (But not automatically) on the CAM software side.

次に、図6の右下側の括弧Bで括った工程に関する金属3次元積層造形装置内での造形プロセスについて以下説明する。
上述したスライスデータを金属3次元積層造形装置に取り込み、造形を開始する。第1層目のスライスデータに従ってレーザ光を走査する前に、前記リコートユニット14が左右に移動し、造形プレート上に前記粉末レイヤを形成する(ステップS105参照)。
Next, a modeling process in the metal three-dimensional additive manufacturing apparatus related to the process enclosed by the bracket B on the lower right side of FIG. 6 will be described below.
The above slice data is taken into the metal three-dimensional additive manufacturing apparatus, and modeling is started. Before the laser beam is scanned according to the slice data of the first layer, the recoat unit 14 moves left and right to form the powder layer on the modeling plate (see step S105).

なお、粉末レイヤ形成時において、造形プレート12の上面は、リコートユニット14の下面に対して0.02mm〜0.1mm程度離間した、リコートユニット14の下側の位置に設置されており、粉末レイヤは、この造形プレートの上面に対して均一な厚みで形成される。   At the time of forming the powder layer, the upper surface of the modeling plate 12 is installed at a position below the recoat unit 14 that is separated from the lower surface of the recoat unit 14 by about 0.02 mm to 0.1 mm. Is formed with a uniform thickness with respect to the upper surface of the modeling plate.

第1層のスライスデータに基づいてレーザ光が粉末レイヤに照射されると、レーザ光の当たった部分の粉末が選択的に溶湯し凝固することによって、第1層目の金属3次元積層造形体22が形成される(ステップS106参照)。   When the laser beam is irradiated to the powder layer based on the slice data of the first layer, the powder in the portion irradiated with the laser beam is selectively melted and solidified, so that the first-layer metal three-dimensional layered object is formed. 22 is formed (see step S106).

次に、リフトプレート21の下降動作に応動して、造形プレート12が粉末レイヤ1層分下降し、リコートユニット14が図の左右方向に移動して第2層の粉末レイヤを形成し、第2層のスライスデータに基づいてレーザ光を照射する(ステップS107参照)。以下、同様にして、この動作(粉末レイヤを形成し、スライスデータに基づいてレーザ光を照射する動作)を順次繰り返すことで、言い換えると、Nを自然数としてN≧2のNについて、第N層の造形プレート12降下、リコートユニット14の左右方向への移動動作に伴う粉末レイヤの形成およびレーザ光照射による粉末レイヤの、上述の選択的な溶融凝固
の一連の動作を順次繰り返すことで、目的とする金属3次元積層造形体22を形成する。
Next, in response to the lowering operation of the lift plate 21, the modeling plate 12 is lowered by one powder layer, and the recoat unit 14 is moved in the left-right direction in the drawing to form a second powder layer. Laser light is irradiated based on the slice data of the layer (see step S107). Hereinafter, in the same manner, this operation (operation of forming a powder layer and irradiating a laser beam based on slice data) is sequentially repeated. In other words, N is a natural number and N is the Nth layer. By repeating the above-described series of selective melting and solidification operations of the powder layer by the lowering of the modeling plate 12 and the movement of the recoating unit 14 in the left-right direction and the laser beam irradiation in order, The metal three-dimensional layered object 22 to be formed is formed.

続いて、水平冷却棒23、および垂直冷却棒24の動作について述べる。水平冷却棒23および垂直冷却棒24は、金属3次元積層造形体22が形成された部分の周囲に配置されているが、造形が進むにつれ、造形プレート12は、水平冷却棒23のうち、最上段に配置された水平冷却棒23aよりも低い位置に到達する。その際、図6のフローチャートにおける“第NL番の冷却棒分積層(ここで、NL:最大のN)”( ステップS108参照)の分岐がYES側になるため、水平冷却棒23aが前記侵入禁止エリア付近まで(水平方向に)移動する。 Subsequently, the operation of the horizontal cooling rod 23 and the vertical cooling rod 24 will be described. The horizontal cooling rod 23 and the vertical cooling rod 24 are arranged around the portion where the metal three-dimensional layered structure 22 is formed. As the modeling proceeds, the modeling plate 12 is the most of the horizontal cooling rods 23. It reaches a position lower than the horizontal cooling rod 23a arranged in the upper stage. At that time, the branch of “N Lth cooling rod-numbered stack (here, N L : maximum N)” (see step S108) in the flowchart of FIG. Move to the vicinity of the no entry area (horizontal direction).

水平冷却棒23は、図12に示すように奥行き方向(図中の矢印Eの方向)に多数配置されており、最上段の水平冷却棒23aは全て侵入禁止エリア付近まで移動する。この水平冷却棒23は、図6のフローチャートに示す通り、スライスデータにおける最終層に到達するまで繰り返し造形するのに合わせて、順次、水平冷却棒23b、水平冷却棒23cと続いて、上述した移動動作を繰り返す。   A large number of horizontal cooling rods 23 are arranged in the depth direction (in the direction of arrow E in the figure) as shown in FIG. 12, and all of the uppermost horizontal cooling rods 23a move to the vicinity of the intrusion prohibited area. As shown in the flowchart of FIG. 6, the horizontal cooling rod 23 is sequentially moved to the last layer in the slice data until the final layer is formed, and then the horizontal cooling rod 23 b and the horizontal cooling rod 23 c are sequentially moved as described above. Repeat the operation.

これらの水平冷却棒23a、23b、23c、…、23m(mは設置されている最大の個数を示す。例えば図12では、mが3個の場合の水平冷却棒を用いた場合について示している)は、それぞれ各装置構成図に記載されている、温度制御器を含む冷却装置とつながり、造形時にレーザ光から受ける入熱を、内部を流れる冷却媒体に積極的に排熱する機構となっている。水平冷却棒23は、例えば、その内部に水管を配置し、冷却媒体である水を流通させることで、金属3次元積層造形体22から冷却棒への熱移動を行わせるものである。
なお、この例に限らず、水平冷却棒23自体にペルチェ素子を内蔵し、金属3次元積層造形体22や粉末堆積物25から吸熱することで、金属3次元積層造形体22の冷却を行ってもよい。
These horizontal cooling rods 23a, 23b, 23c,..., 23m (m is the maximum number of installed. For example, FIG. 12 shows a case where horizontal cooling rods with 3 m are used. ) Is connected to a cooling device including a temperature controller, which is described in each device configuration diagram, and serves as a mechanism for positively exhausting heat received from laser light during modeling to a cooling medium flowing inside. Yes. For example, the horizontal cooling rod 23 is configured such that a water pipe is disposed therein and water as a cooling medium is circulated to perform heat transfer from the metal three-dimensional layered structure 22 to the cooling rod.
In addition to this example, the horizontal cooling rod 23 itself incorporates a Peltier element and absorbs heat from the metal three-dimensional layered object 22 or the powder deposit 25 to cool the metal three-dimensional layered object 22. Also good.

ちなみに、垂直冷却棒24の動作については、この限りでなく、各層の造形後の造形プレート12の降下量に併せて前述の侵入禁止エリアC外に位置する各垂直冷却棒24は上方へ移動し、最終層の造形が完了するまで上方への移動を続ける。   Incidentally, the operation of the vertical cooling rods 24 is not limited to this, and each vertical cooling rod 24 located outside the intrusion prohibition area C moves upward in accordance with the descending amount of the modeling plate 12 after forming each layer. Continue to move upward until the final layer is completed.

最終層の造形が完了し、かつ、各水平冷却棒23と垂直冷却棒24による冷却効果によって、造形体の温度が室温付近まで低下した後に、図10に示すように、各水平冷却棒23と垂直冷却棒24を、金属3次元積層造形体の造形エリア(図中、破線で囲った矩形領域D)の外側へ移動させる。   After the formation of the final layer is completed, and the cooling effect of each horizontal cooling rod 23 and vertical cooling rod 24 lowers the temperature of the shaped body to near room temperature, as shown in FIG. The vertical cooling rod 24 is moved to the outside of the modeling area of the metal three-dimensional layered object (rectangular region D surrounded by a broken line in the figure).

続いて、造形プレート12、およびリフトプレート21が、金属3次元積層造形体の造形開始初期の高さまで上昇した後に、金属3次元積層造形体22の周囲にある粉末堆積物25を取り除いて、造形プレート12とリフトプレート21を離間させることにより、金属3次元積層造形体22を造形プレート12ごと造形チャンバ11から取出す(図6のステップS112参照)。   Subsequently, after the modeling plate 12 and the lift plate 21 are raised to the initial height of modeling of the metal three-dimensional layered object, the powder deposit 25 around the metal three-dimensional layered object 22 is removed to form the model. By separating the plate 12 and the lift plate 21, the metal three-dimensional layered object 22 is taken out from the modeling chamber 11 together with the modeling plate 12 (see step S <b> 112 in FIG. 6).

取出した金属3次元積層造形体と一体になった造形プレート12は、例えば、ワイヤカットやワイヤソー等の機械加工による手段によって切り離され、金属3次元積層造形体22の一部を構成するサポート41は、例えば、フライス加工装置やマシニングセンタ加工装置による加工により取り除かれ、取出した金属3次元積層造形体から、3次元CADの元データと同じ形状の金属3次元積層造形体22が形成される。   The modeling plate 12 integrated with the taken-out metal three-dimensional layered object is cut off by means of machining such as wire cutting and wire saw, for example, and the support 41 constituting a part of the metal three-dimensional layered object 22 is For example, the metal three-dimensional layered object 22 having the same shape as the original data of the three-dimensional CAD is formed from the metal three-dimensional layered object that has been removed by the processing by the milling apparatus or the machining center processing apparatus.

なお、以上の説明では、水平冷却棒以外に垂直冷却棒も構成要素として含まれるとして説明したが、これに限らず、水平冷却棒だけを構成要素として含んでいても同様の効果を
奏する(例えば、図3参照)。
In the above description, the vertical cooling rod is described as a component in addition to the horizontal cooling rod. However, the present invention is not limited to this, and the same effect can be obtained even when only the horizontal cooling rod is included as a component (for example, FIG. 3).

ここで、水平冷却棒だけを構成要素として含んでいる場合において、水平冷却棒の有無の効果に関し、温度分布をシミュレーションモデルにより解析した結果の一例について図4を用いて説明する。
図4(a)は、図4(b)に示す本実施の形態での実施例との比較のために示した比較例であり、従来方式の造形プレートに直接放熱した場合の温度分布の一例を示した図であり、符号GA1で示した箇所へのレーザ光の走査直後(走査後数秒時点)の温度分布を示したものである。この比較例では、造形体の上面にレーザ光を走査した後の状態が示されている(符号GA1〜GA6参照)。図4(a)左側の(a1)図には、温度分布を濃度を変えて表示し、図4(a)右側の(a2)図には、この温度分布を等温度線(図中の白線)を用いて示している。
この図4(a)において、符号GA1で示した箇所は溶融している領域であり、例えばステンレス合金などでは1500℃程度になっている。符号GA2〜GA5で示した箇所では、符号GA2からGA5まで、符号順に温度が低下していき、符号GA5で示した箇所では、造形プレート部分の温度(符号GA6で示した箇所の温度)まで低下している。以上においてGA1〜GA6の温度は、およそ以下の通りである。GA1:1900℃、GA2:1500℃、GA3:800℃、GA4:250℃、GA5:150〜160℃、GA6:150℃。
Here, in the case where only the horizontal cooling rod is included as a component, an example of the result of analyzing the temperature distribution by a simulation model will be described with reference to FIG.
FIG. 4A is a comparative example shown for comparison with the example in the present embodiment shown in FIG. 4B, and shows an example of a temperature distribution when heat is directly radiated to a conventional modeling plate. The temperature distribution immediately after scanning of the laser beam to the portion indicated by the symbol GA1 (at several seconds after scanning) is shown. In this comparative example, a state after the laser beam is scanned on the upper surface of the modeled body is shown (see symbols GA1 to GA6). The (a1) diagram on the left side of FIG. 4 (a) shows the temperature distribution with different concentrations, and the (a2) diagram on the right side of FIG. ).
In FIG. 4A, the portion indicated by reference sign GA1 is a melted region, and is, for example, about 1500 ° C. for a stainless alloy or the like. In the places indicated by reference signs GA2 to GA5, the temperature decreases from the reference signs GA2 to GA5 in the order of the signs, and in the places indicated by reference sign GA5, the temperature decreases to the temperature of the modeling plate portion (the temperature indicated by the reference sign GA6). doing. In the above, the temperatures of GA1 to GA6 are approximately as follows. GA1: 1900 ° C, GA2: 1500 ° C, GA3: 800 ° C, GA4: 250 ° C, GA5: 150-160 ° C, GA6: 150 ° C.

図4(b)は、本実施の形態に記載の装置構成を用いて、水平冷却棒(本図では左右5組の水平冷却棒を用いている)と造形プレートの両方に放熱した場合の温度分布の一例を示したものである。図4(b)左側の(b1)図には、温度分布を濃度を変えて表示し、図4(b)右側の(b2)図には、この温度分布を等温度線(図中の白線)を用いて示している。
本実施の形態に記載の装置構成にした場合には、符号GB1で示した箇所のレーザ光の走査直後(走査後数秒時点)の温度分布は従来方式の場合とほぼ同様であるが、その他の箇所(符号GB2〜GB6で示した箇所)では、水平冷却棒23が造形体側面に接触しているため、接触部分の温度が低下し、造形体は、図4(b)に示したような温度分布となる(符号GB2〜GB6で示した箇所参照)。以上においてGB1〜GB6の温度は、およそ以下の通りである。GB1:1700℃、GB2:1300℃、GB3:750℃、GB4:260℃、GB5:120〜130℃、GB6:140〜150℃。
FIG. 4B shows the temperature when heat is radiated to both the horizontal cooling rod (in this figure, five horizontal cooling rods are used in the drawing) and the modeling plate using the apparatus configuration described in the present embodiment. An example of the distribution is shown. In FIG. 4 (b), the left (b1) diagram displays the temperature distribution by changing the concentration, and in FIG. 4 (b), the right (b2) diagram shows the temperature distribution as an isothermal line (white line in the diagram). ).
In the case of the apparatus configuration described in the present embodiment, the temperature distribution immediately after scanning of the laser beam at the position indicated by reference numeral GB1 (several seconds after scanning) is substantially the same as in the conventional method, Since the horizontal cooling rod 23 is in contact with the side surface of the molded body at the locations (locations indicated by symbols GB2 to GB6), the temperature of the contact portion is lowered, and the molded body is as shown in FIG. The temperature distribution is obtained (see the locations indicated by reference numerals GB2 to GB6). In the above, the temperatures of GB1 to GB6 are approximately as follows. GB1: 1700 ° C, GB2: 1300 ° C, GB3: 750 ° C, GB4: 260 ° C, GB5: 120-130 ° C, GB6: 140-150 ° C.

上述の結果から、従来方式と本実施の形態に記載の装置構成とでは温度分布が明らかに違っており、水平冷却棒による冷却効果(従来より効率のよい冷却ができること)は明らかである。   From the above results, the temperature distribution is clearly different between the conventional system and the apparatus configuration described in the present embodiment, and the cooling effect by the horizontal cooling rod (that can be cooled more efficiently than the conventional one) is clear.

また、以上の説明においては、水平冷却棒は、アクチュエータにより移動可能に構成されているものを前提に説明したが、これに限らず、設置された高さ位置が、金属3次元積層造形体22の側面の高さ位置の範囲内にあるように配置されていれば、水平方向を移動可能なものではなく、設置位置が固定されているものでも、同様の冷却効果を奏するものである(図5参照)。
さらに、以上の説明では、水平冷却棒あるいは垂直冷却棒と呼称して棒状の冷却体を前提に説明したが、これに限らず、水平冷却棒あるいは垂直冷却棒は、板状の形状の冷却体であっても同様の効果を奏する。言いかえると、水平冷却棒は、その形状が板状の場合も含め、水平冷却体と呼称でき、垂直冷却棒は、その形状が板状の場合も含め、垂直冷却体とも呼称できる。そして、これら両者を総称して冷却体と呼称できる。
In the above description, the horizontal cooling rod has been described on the premise that it is configured to be movable by an actuator. However, the present invention is not limited to this, and the installed height position is the metal three-dimensional layered object 22. If it is arranged so that it is within the range of the height position of the side surface, it is not possible to move in the horizontal direction, and even if the installation position is fixed, the same cooling effect is achieved (FIG. 5).
Further, in the above description, the horizontal cooling rod or the vertical cooling rod is referred to as a rod-shaped cooling body, but the present invention is not limited to this, and the horizontal cooling rod or the vertical cooling rod is a plate-shaped cooling body. Even so, the same effect is achieved. In other words, the horizontal cooling rod can be referred to as a horizontal cooling body including a plate shape, and the vertical cooling rod can be referred to as a vertical cooling body including a plate shape. These both can be collectively referred to as a cooling body.

実施の形態2.
実施の形態1におけるスライスデータでは、金属3次元積層造形体22の表面と侵入禁
止エリアが同一表面を形成しているため、各水平冷却棒23は金属3次元積層造形体22に、実質、接触している。
Embodiment 2. FIG.
In the slice data in the first embodiment, since the surface of the metal three-dimensional layered structure 22 and the intrusion prohibition area form the same surface, each horizontal cooling rod 23 substantially contacts the metal three-dimensional layered object 22. doing.

本実施の形態の一例である図9、図10、図11、図12では、金属3次元積層造形体22に対して、水平冷却棒23は接触していない。つまり、本実施の形態では、水平冷却棒23と金属3次元積層造形体22の間に粉末堆積物25が存在するため、それぞれの間で接触熱抵抗が発生する。よって、実施の形態1の場合と比べて冷却効率の値が少し小さくはなるが、本発明に係る水平冷却棒23と垂直冷却棒24による冷却効果により、従来の造形プレートを介した放熱に比べると冷却効率の値は大きくなっている。   In FIG. 9, FIG. 10, FIG. 11, and FIG. 12 that are examples of the present embodiment, the horizontal cooling rod 23 is not in contact with the metal three-dimensional layered structure 22. That is, in this Embodiment, since the powder deposit 25 exists between the horizontal cooling rod 23 and the metal three-dimensional lamination | stacking modeling body 22, contact thermal resistance generate | occur | produces between each. Therefore, although the value of the cooling efficiency is slightly smaller than in the case of the first embodiment, the cooling effect by the horizontal cooling rod 23 and the vertical cooling rod 24 according to the present invention is compared with the heat dissipation through the conventional modeling plate. And the value of cooling efficiency is getting bigger.

ただし、この場合の放熱経路においては、粉末堆積物25の占める部分が最も熱伝導が良くないため、金属3次元積層造形体の表面と各水平冷却棒23と垂直冷却棒24の間は、できるだけ小さいサイズに設定することが望ましい。   However, in the heat dissipation path in this case, the portion occupied by the powder deposit 25 has the least heat conduction, and therefore, as much as possible between the surface of the metal three-dimensional layered object and each horizontal cooling rod 23 and vertical cooling rod 24. It is desirable to set it to a small size.

実施の形態3.
本実施の形態3では、金属3次元積層造形体22の冷却時の温度勾配を、造形プレート12の面に対して平行な方向(水平方向)へも取るようにしている。これにより、金属3次元積層造形体22の造形完了後の冷却時間を短縮した金属3次元積層造形体22の金属組織の結晶粒の成長をランダムにできる(この効果については、上記実施の形態1および実施の形態2で述べた)他、以下に示すような、上述の効果以外の効果を奏する。
Embodiment 3 FIG.
In the third embodiment, the temperature gradient during cooling of the metal three-dimensional layered structure 22 is also taken in a direction parallel to the surface of the modeling plate 12 (horizontal direction). Thereby, the growth of crystal grains of the metal structure of the metal three-dimensional layered structure 22 in which the cooling time after the completion of the modeling of the metal three-dimensional layered body 22 is shortened can be randomized (for this effect, the first embodiment described above). In addition to the effects described above in the second embodiment, there are effects other than those described above.

本実施の形態3においては、水平冷却棒23は、金属3次元積層造形体22に対して接触している場合でも、接触していない場合と同様の効果が得られる。水平冷却棒23と垂直冷却棒24は、粉末堆積物を押しのけて移動できるよう設定しているので、押しのけられた粉末堆積物は、リコートユニット14の可動エリアへ排出されることとなる。   In the third embodiment, even when the horizontal cooling rod 23 is in contact with the metal three-dimensional layered structure 22, the same effect as when it is not in contact is obtained. Since the horizontal cooling rods 23 and the vertical cooling rods 24 are set so as to move the powder deposits, the pushed powder deposits are discharged to the movable area of the recoat unit 14.

これによって各層をリコートユニット14が、水平方向である図の左右方向に移動する際に、粉末の再利用ができるため、造形チャンバ11内への金属粉末の持ち込み量がその分少なくできる。このことは、金属3次元造形用の金属粉末が一般的に高価であるため、ストックとしての金属粉末を持つ必要性を少なくすることで、製造価格を低減できることにつながる。   As a result, the powder can be reused when the recoating unit 14 moves in the horizontal direction in the figure, which is the horizontal direction, so that the amount of metal powder brought into the modeling chamber 11 can be reduced accordingly. This leads to a reduction in the manufacturing cost by reducing the necessity of having metal powder as stock because metal powder for metal three-dimensional modeling is generally expensive.

実施の形態4.
本実施の形態について図13、図14、図15を用いて説明する。図13は、本発明における実施の形態1〜3で用いられていた垂直冷却棒24について、造形する金属3次元積層造形体22と同種の材質の金属部材101を、垂直冷却棒24の先端に、ねじ等の取り外し可能な方法で取り付けている状態を示している。このように設定することで、従来、サポートが必須であった金属3次元積層造形体22に対して、サポートをほとんど使用することなく、造形することが可能となる。
Embodiment 4 FIG.
This embodiment will be described with reference to FIGS. 13, 14, and 15. FIG. FIG. 13 shows the vertical cooling rod 24 used in the first to third embodiments of the present invention, with the metal member 101 made of the same material as that of the metal three-dimensional layered structure 22 to be modeled, at the tip of the vertical cooling rod 24. The state which has attached by the detachable methods, such as a screw, is shown. By setting in this way, it is possible to form the metal three-dimensional layered structure 22 that has conventionally required support with almost no support.

この事情は以下の通りである。すなわち、図13に示すように、金属3次元積層造形体22が、アンダーカット部(図中、点線Fで囲った部分参照)を有するものである場合には、金属3次元積層造形体を造形するにあたって、図14(a)に示したように、造形エリアに多くのサポート111を配置する必要がある。この際、造形エリアに配置する必要のあったサポート111に代替するため、図14(b)に示すように、金属部材101を造形の進度に合わせて垂直冷却棒24と一体構造になった金属部材101の長さを調整することにより、サポート111の使用が避けられる。このことにより、造形完了後のサポート除去工程が簡略化できる効果がある。   This situation is as follows. That is, as shown in FIG. 13, when the metal three-dimensional layered object 22 has an undercut portion (see the portion surrounded by the dotted line F in the figure), the metal three-dimensional layered object is formed. In doing so, as shown in FIG. 14A, it is necessary to arrange a large number of supports 111 in the modeling area. At this time, in order to substitute for the support 111 that had to be arranged in the modeling area, as shown in FIG. 14B, the metal member 101 is a metal integrated with the vertical cooling rod 24 in accordance with the progress of modeling. By adjusting the length of the member 101, the use of the support 111 can be avoided. This has the effect that the support removal process after the completion of modeling can be simplified.

従来、ワイヤカット放電加工や、ワイヤソーによって造形プレート12から金属3次元
積層造形体22を切り離したのちに、金属3次元積層造形体22に残ったサポート111およびサポート111の残留物をフライス加工やマシニングセンタ加工等の機械加工機で切削加工して取り除いていたが、上述のように、サポート111を前記金属部材101に置き換えることによって、金属3次元積層造形体22と造形プレート12の切り離し作業が垂直冷却棒24と金属部材101を接続するねじ等を取り外すことで完了できるため、切り離し作業の時間が短縮できる効果が生まれる。
Conventionally, after the metal three-dimensional layered object 22 is cut off from the modeling plate 12 by wire-cut electric discharge machining or a wire saw, the support 111 and the residue of the support 111 remaining on the metal three-dimensional layered object 22 are milled or machined. Although it was removed by cutting with a machining machine such as machining, as described above, the metal 111 is replaced with the support member 111, so that the work of separating the metal three-dimensional layered structure 22 and the modeling plate 12 is vertically cooled. Since it can complete by removing the screw etc. which connect the bar | burr 24 and the metal member 101, the effect that the time of isolation | separation work can be shortened is produced.

また、サポート111の形成に費やしていた各層のレーザ光走査時間を短縮し、かつサポート111の形成に費やしていた金属粉末の使用量を削減する効果もある。   In addition, the laser beam scanning time for each layer spent for forming the support 111 can be shortened, and the amount of metal powder used for forming the support 111 can be reduced.

垂直冷却棒24と一体となった金属部材101の直上にアンダーカット部が無い場合は、図15に示すように、垂直冷却棒24と一体となった金属部材101から広げる形でアンダーカット部となる部分の面全体を支える最小限サポート121を形成することで造形が可能である。   When there is no undercut portion directly above the metal member 101 integrated with the vertical cooling rod 24, the undercut portion is expanded from the metal member 101 integrated with the vertical cooling rod 24 as shown in FIG. Forming is possible by forming the minimum support 121 that supports the entire surface of the part to be formed.

この場合も、垂直冷却棒24と一体となった金属部材101と垂直冷却棒24の体積分はサポートの形成が不要となるため、金属粉末の使用量が削減できる他、レーザ光の走査時間が短縮され、金属3次元積層造形体22の造形にかかる造形時間が短縮できる効果がある。   Also in this case, since the volume of the metal member 101 and the vertical cooling rod 24 integrated with the vertical cooling rod 24 does not require the formation of a support, the amount of metal powder used can be reduced and the scanning time of the laser beam can be reduced. There is an effect that the modeling time required for modeling the metal three-dimensional layered model 22 can be shortened.

また、従来のサポートを用いた場合には、図13に示したような、造形プレート12と金属3次元積層造形体22におけるアンダーカット部(図中の点線で囲んだ記号Fの部分を参照)が大きく離れている場合(この図では上下方向に離れている場合を示す)には、サポートを形成したとしても、サポートの長さ分(上下方向のサイズ分)、金属3次元積層造形体22の放熱経路が長くなり、熱抵抗が大きくなるため、しばしば放熱不足による造形体の過熱、酸化等の造形品質上の不良が発生する可能性がある。また、造形途中に金属3次元積層造形体22の内部で熱ひずみが発生し、造形体の一部が変形しリコートユニット14と接触してリコートユニット14を破損させる事故が発生する可能性がある。   In addition, when a conventional support is used, an undercut portion in the modeling plate 12 and the metal three-dimensional layered structure 22 as shown in FIG. 13 (see the portion of the symbol F surrounded by a dotted line in the figure). Is far apart (in this figure, the case where they are separated in the vertical direction), even if the support is formed, the length of the support (the size in the vertical direction), the metal three-dimensional layered object 22 Therefore, there is a possibility that defects in modeling quality such as overheating and oxidation of the shaped body due to insufficient heat radiation may occur. In addition, there is a possibility that a thermal strain occurs inside the metal three-dimensional layered structure 22 during modeling, and an accident that a part of the model deforms and contacts the recoat unit 14 to damage the recoat unit 14 may occur. .

本実施の形態では、垂直冷却棒24に接続した金属部材101を、例えば熱伝導の良い金属に置き換えた上で、金属部材101の造形面のみに、溶射やPVD(物理蒸着、すなわちPhysical Vapor Depositionの略)処理によって、金属3次元積層造形体22と同種
の金属を形成したり、ろう付けによって接合したりしておくことで、金属部材101を介した垂直冷却棒24への冷却効率を高めることができ、前述の造形品質不良の発生を抑制すると共に、造形中の事故を防止できるという効果が有る。
In the present embodiment, the metal member 101 connected to the vertical cooling rod 24 is replaced with, for example, a metal having good heat conduction, and only the molding surface of the metal member 101 is sprayed or PVD (physical vapor deposition, ie, physical vapor deposition). The cooling efficiency to the vertical cooling rod 24 via the metal member 101 is increased by forming the same kind of metal as the metal three-dimensional layered structure 22 by bonding or by joining by brazing. It is possible to suppress the occurrence of the above-described modeling quality defect and to prevent an accident during modeling.

なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。例えば、本発明では造形プレートに金属の部品を介さず、直接、金属3次元積層造形体を造形する装置、あるいは方法について説明したが、これに限らず、予め、造形プレートに設置された金属の部品に対して、金属3次元積層造形体を追加的に造形する装置、あるいは方法にも同様に適用することが可能である。   It should be noted that the present invention can be freely combined with each other within the scope of the invention, and each embodiment can be appropriately modified or omitted. For example, in the present invention, an apparatus or a method for directly modeling a metal three-dimensional layered object is described without using metal parts on the modeling plate. However, the present invention is not limited to this. The present invention can be similarly applied to an apparatus or a method for additionally modeling a metal three-dimensional layered model for a part.

また、造形方法として、未溶融の粉末堆積物をレーザ光等で溶融するものについて説明したが、これに限らず、未焼結の粉末堆積物をレーザ光あるいは電子ビーム等で焼結するものにも適用可能である。さらに、造形に用いる粉末材料は金属を例に説明したが、粉末材料はこれに限らず、熱伝導性のよい樹脂等の粉末にも同様に適用可能である。   In addition, as a modeling method, an explanation has been given of melting an unmelted powder deposit with a laser beam or the like. However, the present invention is not limited to this. Is also applicable. Furthermore, although the powder material used for shaping | molding demonstrated the metal as an example, powder material is not restricted to this, It can apply similarly to powder, such as resin with good heat conductivity.

11 造形チャンバ、12 造形プレート、13 粉末供給機、14 リコートユニッ
ト、15 レーザ発振器、16 ガルバノミラー、17 光路、18 集光レンズ、19
保護レンズ、21 リフトプレート、22 金属3次元積層造形体、23 水平冷却棒、24 垂直冷却棒、25 粉末堆積物、26 アクチュエータ、41、111 サポート、101 金属部材、121 最小限サポート
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Modeling chamber, 12 Modeling plate, 13 Powder supply machine, 14 Recoat unit, 15 Laser oscillator, 16 Galvano mirror, 17 Optical path, 18 Condensing lens, 19
Protection lens, 21 Lift plate, 22 Metal three-dimensional layered object, 23 Horizontal cooling rod, 24 Vertical cooling rod, 25 Powder deposit, 26 Actuator, 41, 111 Support, 101 Metal member, 121 Minimum support

Claims (9)

粉末集合体の粉末を選択的に溶融結合して面状に形成された溶融結合体を積層して造形する積層造形体の製造装置であって、
前記積層造形体を造形するための造形チャンバと、
この造形チャンバの下方に設置され、前記積層造形体を接合して固着させるための造形プレートと、
この造形プレートの下方に配設され、当該造形プレートを昇降させるリフトプレートと、前記造形チャンバ内に前記粉末を供給するための粉末供給機と、
この粉末供給機から前記粉末を受給し前記造形プレート上に粉末層を形成するリコートユニットと、
前記粉末層中の粉末を溶融させる熱源となるレーザ光を励起するレーザ発振器と、
前記造形チャンバの上方に設置され、前記レーザ光を走査するガルバノミラーと、
前記溶融結合体の積層された層に平行して、前記溶融結合体が積層された各層のいずれか1つと同じ高さ位置に設置され、外部表面が前記積層造形体あるいは前記粉末より低温の冷却体と、を備え、
前記リコートユニットにより形成した粉末層中の粉末を、前記ガルバノミラーによって前記レーザ光を走査することにより溶融させるとともに、前記リフトプレートにより、前記造形プレートを一定のピッチで移動させ、前記溶融結合体を形成しつつ、前記積層造形体の積層された最上部の溶融結合体の層の高さ位置で、前記粉末層中の粉末が溶融されて造形された積層造形体を前記冷却体により冷却することを特徴とする積層造形体の製造装置。
It is a manufacturing apparatus for a layered object that is formed by laminating and molding a melt-bonded body that is formed into a planar shape by selectively melting and bonding powder of a powder aggregate,
A modeling chamber for modeling the layered object,
A modeling plate that is installed below the modeling chamber and for joining and fixing the layered model,
A lift plate that is disposed below the modeling plate and raises and lowers the modeling plate; and a powder feeder for supplying the powder into the modeling chamber;
A recoat unit that receives the powder from the powder feeder and forms a powder layer on the modeling plate;
A laser oscillator that excites laser light serving as a heat source for melting the powder in the powder layer;
A galvano mirror that is installed above the modeling chamber and scans the laser beam;
Parallel to the laminated layer of the melt-bonded body, it is installed at the same height position as any one of the layers where the melt-bonded body is stacked, and the outer surface is cooled at a lower temperature than the layered structure or the powder. With body,
The powder in the powder layer formed by the recoat unit is melted by scanning the laser beam with the galvanometer mirror, and the modeling plate is moved at a constant pitch by the lift plate, and Cooling the layered object formed by melting the powder in the powder layer at the height position of the layer of the uppermost melt-bonded body on which the layered object is stacked while forming. An apparatus for manufacturing a layered object characterized by the above.
前記冷却体を移動するためのアクチュエータを備え、
このアクチュエータにより、前記溶融されて造形された積層造形体の近傍まで移動させて、溶融されて造形された積層造形体あるいは溶融されずに残存している残存粉末を冷却することを特徴とする請求項1に記載の積層造形体の製造装置。
An actuator for moving the cooling body,
The actuator is moved to the vicinity of the melted and shaped layered object to cool the melted and shaped object, or the remaining powder remaining without being melted. Item 2. A manufacturing apparatus for a layered object according to Item 1.
溶融されて造形された積層造形体あるいは前記残存粉末を冷却するための、前記溶融結合体の積層面に直交する方向に移動可能に設置された1または複数の垂直冷却体と、当該垂直冷却体を移動するためのアクチュエータと、をさらに備え、
当該垂直冷却体を溶融されて造形された積層造形体の近傍まで移動して、溶融されて造形された積層造形体あるいは前記残存粉末を冷却することを特徴とする請求項2に記載の積層造形体の製造装置。
One or a plurality of vertical cooling bodies installed to be movable in a direction orthogonal to the laminated surface of the molten bonded body for cooling the molten shaped body or the residual powder, and the vertical cooling body And an actuator for moving
3. The additive manufacturing method according to claim 2, wherein the vertical cooling body is moved to the vicinity of the additive manufacturing object that is melted and formed to cool the additive manufacturing object that is melted and formed or the residual powder. Body manufacturing equipment.
前記積層造形体がアンダーカット部を有するものである場合において、
前記垂直冷却体の先端に、取り外し可能な前記積層造形体と同種の金属部材を取付けたことを特徴とする請求項3に記載の積層造形体の製造装置。
In the case where the layered object has an undercut part,
The manufacturing apparatus for a layered object according to claim 3, wherein a metal member of the same type as the removable layered object is attached to a tip of the vertical cooling body.
粉末集合体の粉末を選択的に溶融結合して面状に形成された溶融結合体を積層して造形する積層造形体の製造方法であって、
前記積層造形体を造形するための造形チャンバと、
この造形チャンバの下方に設置され、前記積層造形体を接合して固着させるための造形プレートと、
この造形プレートの下方に配設され、当該造形プレートを昇降させるリフトプレートと、前記造形チャンバ内に前記粉末を供給するための粉末供給機と、
この粉末供給機から前記粉末を受給し前記造形プレート上に粉末層を形成するリコートユニットと、
前記粉末層中の粉末を溶融させる熱源となるレーザ光を励起するレーザ発振器と、
前記造形チャンバの上方に設置され、前記レーザ光を走査するガルバノミラーと、
前記溶融結合体の積層された層に平行して、前記溶融結合体が積層された各層のいずれか1つと同じ高さ位置に設置され、外部表面が前記積層造形体あるいは前記粉末より低温の冷却体と、を備えた積層造形体の製造装置を用いて、
前記粉末から粉末層を形成し、この形成した粉末層中の粉末を溶融させて積層造形体を積層造形しつつ、
前記積層造形体の積層された最上部の溶融結合体の層の高さ位置で、前記粉末層中の粉末が溶融されて造形された積層造形体を前記冷却体により冷却することを特徴とする積層造形体の製造方法。
A method for manufacturing a layered object that is formed by laminating and molding a melt-bonded body formed in a planar shape by selectively melting and bonding powder of a powder assembly,
A modeling chamber for modeling the layered object,
A modeling plate that is installed below the modeling chamber and for joining and fixing the layered model,
A lift plate that is disposed below the modeling plate and moves the modeling plate up and down; a powder feeder for supplying the powder into the modeling chamber;
A recoat unit that receives the powder from the powder feeder and forms a powder layer on the modeling plate;
A laser oscillator that excites laser light serving as a heat source for melting the powder in the powder layer;
A galvano mirror that is installed above the modeling chamber and scans the laser beam;
Parallel to the laminated layer of the melt-bonded body, it is installed at the same height position as any one of the layers where the melt-bonded body is stacked, and the outer surface is cooled at a lower temperature than the layered structure or the powder. And a manufacturing apparatus for a layered object including the body,
While forming a powder layer from the powder, melting the powder in the formed powder layer and layering the layered object,
The layered object formed by melting the powder in the powder layer is cooled by the cooling body at the height position of the layer of the uppermost melt-bonded body of the layered object. A manufacturing method of a layered object.
前記積層造形体の製造装置は、前記冷却体を移動するためのアクチュエータを備えており、前記アクチュエータにより前記粉末が溶融されて造形された積層造形体の近傍に前記冷却体を移動させて、溶融されて造形された積層造形体あるいは溶融されずに残存している残存粉末を冷却することを特徴とする請求項5に記載の積層造形体の製造方法。   The manufacturing apparatus for the layered object includes an actuator for moving the cooling body, and moves the cooling body in the vicinity of the layered object formed by melting the powder by the actuator to melt the powder. The method for producing a layered object according to claim 5, wherein the layered object formed and formed or the remaining powder remaining without being melted is cooled. 前記積層造形体の製造装置は、前記アクチュエータを複数備え、
前記冷却体は、第一のアクチュエータにより前記溶融結合体の積層面に平行して移動可能に設置された水平冷却体と、第二のアクチュエータにより前記溶融結合体の積層面に直交する方向に移動可能に設置された垂直冷却体と、を有することを特徴とする請求項6に記載の積層造形体の製造方法。
The additive manufacturing apparatus includes a plurality of the actuators,
The cooling body is moved by a first actuator so as to be movable in parallel with the laminated surface of the molten bonded body, and moved by a second actuator in a direction perpendicular to the laminated surface of the molten bonded body. The method for manufacturing a layered object according to claim 6, further comprising: a vertical cooling body that is installed.
前記積層造形体はアンダーカット部を有するものであって、
前記垂直冷却体の先端に、取り外し可能な前記積層造形体と同種の金属部材を取付け、この金属部材の長さを前記積層造形体の造形の進度に合わせて調整可能に設定することを特徴とする請求項7に記載の積層造形体の製造方法。
The layered object has an undercut part,
A metal member of the same type as the removable layered object is attached to the tip of the vertical cooling body, and the length of the metal member is set to be adjustable according to the degree of modeling of the layered object. The manufacturing method of the layered object according to claim 7.
平面状に形成された粉末集合体の粉末を選択的に溶融結合する動作を繰り返して、層状の溶融結合体を積層して造形する積層造形体の製造方法であって、
この積層造形体の造形時の環境条件、前記粉末を溶融させる熱源であるレーザ光の照射条件が設定されているとともに、
前記積層造形体を造形するための3次元CADデータと、この3次元CADデータに付与された積層造形体を保持する保持体の形状データを有し、
前記3次元CADデータと前記保持体の形状データは、前記積層造形体の造形前に、前記積層造形体の造形時の積層ピッチと同じサイズの厚みを持つ層を形成するように、前記溶融結合体の積層された面と平行な多数の層に分割したスライスデータとして作成されていることを特徴とする積層造形体の製造方法。
It is a manufacturing method of a layered structure that repeats the operation of selectively melting and bonding powder of a powder assembly formed in a planar shape, and stacks and forms a layered molten body,
While the environmental conditions at the time of modeling this layered model, the irradiation conditions of the laser beam that is a heat source for melting the powder are set,
3D CAD data for modeling the layered object, and shape data of a holding body that holds the layered object provided to the 3D CAD data,
The three-dimensional CAD data and the shape data of the holding body are formed by the melt bonding so that a layer having the same size as the lamination pitch at the time of modeling the layered object is formed before the layered object is formed. A method for manufacturing a layered object, which is created as slice data divided into a number of layers parallel to a surface on which the body is stacked.
JP2017127138A 2017-06-29 2017-06-29 Manufacturing equipment and manufacturing method for laminated model Active JP6858658B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017127138A JP6858658B2 (en) 2017-06-29 2017-06-29 Manufacturing equipment and manufacturing method for laminated model

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017127138A JP6858658B2 (en) 2017-06-29 2017-06-29 Manufacturing equipment and manufacturing method for laminated model

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2019011485A true JP2019011485A (en) 2019-01-24
JP6858658B2 JP6858658B2 (en) 2021-04-14

Family

ID=65227778

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2017127138A Active JP6858658B2 (en) 2017-06-29 2017-06-29 Manufacturing equipment and manufacturing method for laminated model

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6858658B2 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11731200B2 (en) 2019-10-23 2023-08-22 Sodick Co., Ltd. Cooling device with processing head of a lamination molding apparatus
KR102627095B1 (en) * 2023-05-08 2024-01-23 고려공업검사 주식회사 Automatic nondestructive testing system for 3D printers using eddy current flaw detection method
KR102627098B1 (en) * 2023-05-08 2024-01-23 고려공업검사 주식회사 Automatic nondestructive testing system for 3D printers using magnetic particle detection method

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11731200B2 (en) 2019-10-23 2023-08-22 Sodick Co., Ltd. Cooling device with processing head of a lamination molding apparatus
KR102627095B1 (en) * 2023-05-08 2024-01-23 고려공업검사 주식회사 Automatic nondestructive testing system for 3D printers using eddy current flaw detection method
KR102627098B1 (en) * 2023-05-08 2024-01-23 고려공업검사 주식회사 Automatic nondestructive testing system for 3D printers using magnetic particle detection method

Also Published As

Publication number Publication date
JP6858658B2 (en) 2021-04-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6295001B1 (en) Laminated modeling apparatus and manufacturing method of a layered object
EP2986406B1 (en) Build platform, apparatus and method for additive manufacturing
TWI724321B (en) Lamination molding apparatus and method for manufacturing lamination molded product
US9839960B2 (en) Three dimensional printer
JP5119123B2 (en) Manufacturing method of three-dimensional shaped object
JP2018095946A (en) Manufacturing method of three-dimensional molded article and three-dimensional molding device
EP3354379B1 (en) Manufacturing method of three-dimensional shaped object and additive manufacturing apparatus used therefor
JP6858658B2 (en) Manufacturing equipment and manufacturing method for laminated model
SE530323C2 (en) Methods of making amorphous metal objects
US20220134433A1 (en) Additive manufacture
US20170151631A1 (en) Additive manufacturing apparatus
EP3807032A1 (en) Method and apparatus for producing a 3-dimensional metal object, in particular a 3-dimensional solid metal object
JP6560775B1 (en) Laminated modeling apparatus and manufacturing method of a layered object
TWI784253B (en) Three-dimensional molded object, and lamination molding apparatus
JP2018118306A (en) Foil-based additive manufacturing system and method
JP5612530B2 (en) Manufacturing method of three-dimensional shaped object
JP2015189085A (en) Lamination shaping method and lamination shaping apparatus
US11123798B2 (en) Method for manufacturing a semi-finished product and a workpiece
KR102476579B1 (en) Printer for manufacturing three-dimensional object
JP6556296B1 (en) Manufacturing method of layered objects
WO2018079626A1 (en) Three-dimensional printing apparatus and method for producing three-dimensional printed object
US20170151720A1 (en) Additive manufacturing method
WO2020235214A1 (en) Am device and method for manufacturing molded object
US10898953B2 (en) Method for manufacturing three-dimensional shaped object
JP2023031963A (en) Production method of three-dimensional molded object

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20200312

RD02 Notification of acceptance of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422

Effective date: 20200312

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20201207

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20201215

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20210122

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20210224

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20210324

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 6858658

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151