JP2019142015A - Additional manufacturing device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、付加製造装置に関する。 The present invention relates to an additive manufacturing apparatus.
従来から、付加製造技術が知られている。付加製造は、材料を付着することによって物体を三次元形状の数値表現から作成するプロセスであり、除去的な製造とは対照をなすものである。付加製造は、「3Dプリンター」や「積層造形」とも呼ばれ、多くの場合、複数の層を積層させることによって実現される。付加製造を行う装置の一例として、粉末材料を層状に堆積させつつ、レーザ光で選択的に加熱して固化させることで立体的な造形物を形成する粉末床溶融結合装置に関する発明が知られている(下記特許文献1を参照)。 Conventionally, an additive manufacturing technique is known. Additive manufacturing is the process of creating an object from a numerical representation of a three-dimensional shape by depositing material, in contrast to repetitive manufacturing. Additive manufacturing is also called “3D printer” or “laminated modeling”, and is often realized by laminating a plurality of layers. As an example of an apparatus for performing addition manufacturing, an invention related to a powder bed fusion bonding apparatus that forms a three-dimensional shaped object by selectively heating and solidifying with a laser beam while depositing a powder material in layers is known. (See Patent Document 1 below).
特許文献1に記載された粉末床溶融結合装置は、造形用容器と、レーザ光源と、チャンバーと、レーザウインドウと、光走査素子と、赤外線カメラと、を備えたことを特徴とする(同文献、請求項1等を参照)。造形用容器は、粉末材料の薄層と共に造形物を収容する。レーザ光源は、粉末材料の薄層に照射するレーザ光を生成する。チャンバーは、造形用容器を収容する。レーザウインドウは、チャンバー上面に設けられる。光走査素子は、レーザウインドウを通じて粉末材料の薄層にレーザ光を照射して走査させる。赤外線カメラは、光走査素子に隣接して配置され、レーザウインドウを通じて造形用容器の表面の粉末材料の薄層の温度分布を撮像する。 The powder bed fusion bonding apparatus described in Patent Document 1 includes a modeling container, a laser light source, a chamber, a laser window, an optical scanning element, and an infrared camera (the same document). , See claim 1). The modeling container accommodates a modeled object together with a thin layer of powder material. The laser light source generates laser light that irradiates a thin layer of powder material. The chamber accommodates a modeling container. The laser window is provided on the upper surface of the chamber. The optical scanning element irradiates and scans a thin layer of powder material through a laser window. The infrared camera is arranged adjacent to the optical scanning element, and images the temperature distribution of the thin layer of the powder material on the surface of the modeling container through the laser window.
また、特許文献1に記載された粉末床溶融結合装置は、光走査素子および赤外線カメラなどの光学機器とチャンバーとの間にレーザウインドウが配置され、このレーザウインドウを介在させて、チャンバーに光学機器が取り付けられている。これにより、レーザ光の照射や赤外線ヒータで加熱された粉末材料の一部が昇華して、光学機器が短時間で故障してしまうのを回避している(同文献、第0056、0057段落および図3等を参照)。 In addition, the powder bed melting and bonding apparatus described in Patent Document 1 includes a laser window disposed between an optical device such as an optical scanning element and an infrared camera and a chamber, and the optical device is disposed in the chamber via the laser window. Is attached. This avoids sublimation of a part of the powder material heated by laser light irradiation or an infrared heater and failure of the optical device in a short time (the same document, paragraphs 0056, 0057 and (See FIG. 3 etc.)
上記従来の粉末床溶融結合装置は、前述のように、レーザ光出射部を含む光学機器がチャンバーに取り付けられている。そのため、たとえばチャンバーの内部を大気圧よりも減圧して真空圧にすると、チャンバーが内側に向けてたわむように変形し、レーザ光出射部に位置ずれや傾きを生じるおそれがある。このようなレーザ光出射部の位置ずれや傾きは、造形物の品質を低下させる要因となる。 In the conventional powder bed fusion bonding apparatus, as described above, an optical device including a laser beam emitting portion is attached to a chamber. For this reason, for example, when the inside of the chamber is depressurized from the atmospheric pressure to a vacuum pressure, the chamber is deformed so as to bend inward, and there is a possibility that the laser beam emitting portion is displaced or tilted. Such misalignment or inclination of the laser beam emitting portion is a factor that degrades the quality of the modeled object.
本開示は、レーザ光や電子ビームなどの高エネルギービームを照射する照射部の位置ずれや傾きを防止して、造形物の品質を向上させることが可能な付加製造装置を提供する。 The present disclosure provides an additional manufacturing apparatus capable of improving the quality of a modeled object by preventing displacement and inclination of an irradiation unit that emits a high energy beam such as a laser beam or an electron beam.
本開示の一態様は、付加製造用の材料を収容するチャンバーと、該チャンバーに設けられた透過窓と、該透過窓を介して前記材料に高エネルギービームを照射する照射部と、前記チャンバーの内部を減圧する減圧部と、を備えた付加製造装置であって、前記チャンバーの外部に前記照射部を支持する支持部を備え、前記支持部は、前記チャンバーから離隔され、前記照射部を前記チャンバーから離隔させて支持することを特徴とする付加製造装置である。 One embodiment of the present disclosure includes a chamber that accommodates a material for additive manufacturing, a transmission window provided in the chamber, an irradiation unit that irradiates the material with a high-energy beam through the transmission window, An additional manufacturing apparatus comprising: a decompression unit that decompresses the interior; and a support unit that supports the irradiation unit outside the chamber, wherein the support unit is separated from the chamber, and the irradiation unit is It is an additional manufacturing apparatus characterized by being supported separately from the chamber.
上記一態様によれば、レーザ光や電子ビームなどの高エネルギービームを照射する照射部の位置ずれや傾きを防止して、造形物の品質を向上させることが可能な付加製造装置を提供することができる。 According to the above aspect, it is possible to provide an additional manufacturing apparatus capable of improving the quality of a modeled object by preventing positional deviation and inclination of an irradiation unit that irradiates a high energy beam such as a laser beam or an electron beam. Can do.
以下、図面を参照して本開示に係る付加製造装置の実施形態を説明する。 Hereinafter, an embodiment of an additive manufacturing apparatus according to the present disclosure will be described with reference to the drawings.
[実施形態1]
図1は、本開示の実施形態1に係る付加製造装置1の概略構成を示す模式的な断面図である。詳細については後述するが、本実施形態の付加製造装置1は、以下の構成を最大の特徴としている。
[Embodiment 1]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view illustrating a schematic configuration of an additive manufacturing apparatus 1 according to Embodiment 1 of the present disclosure. Although details will be described later, the additive manufacturing apparatus 1 of the present embodiment has the following features as the maximum features.
付加製造装置1は、付加製造用の材料粉末Pを収容するチャンバー2と、このチャンバー2に設けられた透過窓22と、この透過窓22を介して材料粉末Pに高エネルギービームBを照射する照射部8と、チャンバー2の内部を減圧する減圧部3と、を備えている。さらに、付加製造装置1は、チャンバー2の外部に照射部8を支持する支持部9を備えている。この支持部9は、チャンバー2から離隔され、照射部8をチャンバー2から離隔させて支持している。
The additive manufacturing apparatus 1 irradiates the material powder P with a high energy beam B through the
以下、本実施形態の付加製造装置1の各部の構成について、詳細に説明する。付加製造装置1は、たとえば、チャンバー2と、減圧部3と、材料供給部4と、付加製造部5と、回収部6と、リコータ7と、照射部8と、支持部9と、基台部10とを備えている。付加製造装置1は、たとえば、付加製造部5に敷き詰められた付加製造用の材料である材料粉末Pを、高エネルギービームBの熱エネルギーによって選択的に溶融結合させて造形物Mの付加製造を行う粉末床溶融結合方式を採用している。
Hereinafter, the structure of each part of the additional manufacturing apparatus 1 of this embodiment is demonstrated in detail. The additional manufacturing apparatus 1 includes, for example, a
チャンバー2は、たとえば、照射部8および減圧部3を除く付加製造装置1の各部を収容している。チャンバー2は、たとえば、保護ガラス21がはめ込まれた透過窓22を有している。透過窓22は、チャンバー2の外部に配置された照射部8から照射される高エネルギービームBを透過させ、チャンバー2の内部の付加製造部5のステージ51に敷き詰められた材料粉末Pに到達させる。
The
チャンバー2は、チャンバー2の内部のガスを排出するガス出口2bを有している。図示を省略するが、チャンバー2は、たとえば、アルゴンガスや窒素ガスなどの不活性ガスを導入するガス入口を有してもよい。また、後述する別の実施形態において詳細に説明するが、チャンバー2は、少なくとも透過窓22の周囲の外表面に、補強リブを有してもよい。
The
減圧部3は、たとえば、真空ポンプによって構成され、ガス出口2bに接続された真空引き用の配管23を介してチャンバー2に接続される。減圧部3は、配管23を介してチャンバー2の内部のガスを吸い込んでチャンバー2の外部に排出することで、チャンバー2の内圧を大気圧よりも減圧された真空圧にして、チャンバー2の内部を真空状態にする。チャンバー2の内部の圧力は、減圧部3によって、たとえば絶対圧で10[Pa]から10−3[Pa]に減圧される。
The
材料供給部4は、たとえば、側壁と底壁とによって囲まれた凹状の部分である。材料供給部4は、材料粉末Pを供給するためのステージ41を有している。材料供給部4の底壁は、材料供給用のステージ41によって構成されている。材料供給部4は、上方が開放されて側壁の上端に開口部を有し、材料供給用のステージ41上に材料粉末Pが載置される。材料供給用のステージ41は、たとえば、適宜の昇降機構によって、所定のピッチで昇降可能に設けられている。
The
造形物Mの付加製造に用いられる材料粉末Pとしては、特に限定されないが、たとえば、銅、チタン合金、ニッケル合金、アルミニウム合金、コバルトクロム合金、ステンレス鋼などの金属材料の粉末、ポリアミドなどの樹脂材料の粉末、セラミックスの粉末などを用いることができる。本実施形態の付加製造装置1は、材料粉末Pとして、たとえば金属材料の粉末を使用する。 Although it does not specifically limit as material powder P used for addition manufacture of the molded article M, For example, powder of metal materials, such as copper, a titanium alloy, a nickel alloy, an aluminum alloy, a cobalt chromium alloy, stainless steel, resin, such as polyamide Material powder, ceramic powder, or the like can be used. The additive manufacturing apparatus 1 of the present embodiment uses, for example, a metal material powder as the material powder P.
付加製造部5は、たとえば、前述の材料供給部4と同様に、側壁と底壁とによって囲まれた凹状の部分である。付加製造部5は、付加製造用のステージ51を有している。付加製造部5の底壁は、付加製造用のステージ51によって構成されている。付加製造部5は、材料供給部4と同様に、上方が開放されて側壁の上端に開口部を有し、付加製造用のステージ51上に、材料供給部4から供給される材料粉末Pと、付加製造によって製造される造形物Mが載置される。付加製造部5の開口部と材料供給部4の開口部は、たとえば、鉛直方向の高さがおおむね等しく、おおむね水平方向に並んでいる。付加製造用のステージ51は、前述の材料供給用のステージ41と同様に、たとえば、適宜の昇降機構によって、所定のピッチで昇降可能に設けられている。
The
回収部6は、たとえば、側壁と底壁によって囲まれた凹状の部分である。図示の例において、回収部6の底壁は、側壁の下端部に固定されているが、材料供給部4および付加製造部5と同様に、昇降可能なステージによって構成されていてもよい。回収部6は、上部が開放されて側壁の上端に開口部を有している。回収部6の開口部と、付加製造部5の開口部は、鉛直方向の高さがおおむね等しく、おおむね水平方向に並んでいる。回収部6は、たとえば、リコータ7によって材料供給部4から付加製造部5に供給された余分な材料粉末Pを収容して回収する。
The
リコータ7は、たとえば、適宜の移動機構により、材料供給部4および付加製造部5の開口部に沿って、おおむね水平方向に移動可能に設けられている。リコータ7は、その移動方向に往復することができるように設けられている。リコータ7は、材料供給部4から材料粉末Pを付加製造部5に供給するときに、材料供給部4の開口部の手前側の位置から、材料供給部4の開口部と付加製造部5の開口部を横断して、回収部6の開口部に臨む位置まで移動する。
The
照射部8は、たとえば、真空中で数kW程度の出力の電子ビームを発生させる電子照射部、または、数百Wから数kW程度の出力のレーザを発生させるレーザ光源とガルバノスキャナーなどの光学系とによって構成することができる。本実施形態の付加製造装置1の照射部8は、たとえば、波長が1070nm、出力が500Wのシングルモードファイバーレーザ、すなわちエネルギー強度がガウス分布のファイバーレーザを発生させるレーザ光源を含む。
The
支持部9は、前述のように、チャンバー2の外部に照射部8を支持するための構造体であり、チャンバー2から離隔して設けられ、照射部8をチャンバー2から離隔させて支持している。すなわち、支持部9は、チャンバー2に固定されておらず、チャンバー2に対して独立して設けられており、チャンバー2との間に空隙を有している。支持部9は、たとえば、柱状または梁状の構造体であり、チャンバー2の周囲に格子状または枠状に設けられている。支持部9は、たとえば、全体がチャンバー2から所定の距離をおいて配置され、チャンバー2に接することなく、チャンバー2を取り囲んでいる。支持部9は、たとえば、ステンレス鋼や構造用鋼など、付加製造装置1の運転による変形を生じない十分な剛性を有する素材によって構成されている。
As described above, the
基台部10は、たとえば、チャンバー2と、その内部に収容された材料供給部4、付加製造部5、回収部6、およびリコータ7などの付加製造装置1を構成する各部材を支持するための平板状、格子状または枠状の構造体である。基台部10は、たとえば、付加製造装置1の底部に配置され、各部材を下方から支持している。より具体的には、チャンバー2は、基台部10の上面に固定され、基台部10によって支持されている。
The
また、チャンバー2の内部に収容された材料供給部4、付加製造部5、回収部6、およびリコータ7などの各部も、たとえば、少なくとも一部が基台部10に固定され、チャンバー2とは独立して、基台部10によって支持されている。図1に示す例において、基台部10は、チャンバー2の側壁の下端部を閉塞しており、基台部10によってチャンバー2の底壁が構成されている。なお、チャンバー2は、基台部10とは別に底壁を有してもよく、その底壁が基台部10に固定されていてもよい。
Further, for example, at least a part of each part such as the
基台部10は、たとえば、ステンレス鋼や構造用鋼など、付加製造装置1の運転による変形を生じない十分な剛性を有する素材によって構成されている。基台部10は、たとえば、複数の脚部を有し、その複数の脚部によって床面の上に支持されている。基台部10と床面との間のスペースには、たとえば、付加製造装置1の各部を構成するモータ、電源、制御機器、ガス供給機器、ガス回収機器、配管、ケーブルなどの各種の補機類が配置される。
The
本実施形態の付加製造装置1において、チャンバー2の外部に照射部8を支持する支持部9は、たとえば、基台部10に固定されている。より具体的には、支持部9は、たとえば、下端部に設けられたフランジが、ボルトやナットなどの締結部材によって基台部10に固定されている。また、支持部9の下端部は、たとえば、溶接によって基台部10に固定されていてもよい。支持部9は、たとえば、チャンバー2の外寸よりも一回り大きい寸法にされ、基台部10に固定された状態でチャンバー2から離隔され、照射部8をチャンバー2から離隔させて支持している。
In the additive manufacturing apparatus 1 of the present embodiment, the
以下、本実施形態の付加製造装置1の作用について説明する。 Hereinafter, the operation of the additive manufacturing apparatus 1 of the present embodiment will be described.
本実施形態の付加製造装置1によって造形物Mの付加製造を行うには、まず、減圧部3によってチャンバー2の内部の空気を排出し、チャンバー2の内部を大気圧よりも減圧して真空状態にする。また、チャンバー2がガス入口を有する場合には、チャンバー2の内部アルゴンガスや窒素ガスなどの不活性ガスを導入するとともに、減圧部3によってチャンバー2の内部のガスを排出して、チャンバー2の内部を大気圧よりも低い真空状態にする。
In order to perform the additive manufacturing of the shaped article M by the additional manufacturing apparatus 1 of the present embodiment, first, the air inside the
次に、付加製造部5のステージ51を側壁の上端部の開口部から所定のピッチで下降させ、付加製造部5に所定量の付加製造用の材料粉末Pを収容可能な状態にする。次に、材料供給部4のステージ41を所定のピッチで上昇させ、開口部よりも上方に所定量の付加製造用の材料粉末Pを押し上げる。次に、材料供給部4の開口部を横断するようにリコータ7を移動させ、材料供給部4の開口部の上方に押し上げられた材料粉末Pをリコータ7によって付加製造部5に移動させる。
Next, the
さらに、付加製造部5の開口部を横断するようにリコータ7を移動させ、リコータ7によって材料粉末Pを付加製造部5の開口部へ導入して付加製造部5のステージ51に載置するとともに、リコータ7によって材料粉末Pを付加製造部5の開口部の高さに平坦に均して敷き詰める。このとき、余分な材料粉末Pは、リコータ7によって回収部6の開口部へ導入され、回収部6に収容されて回収される。その後、リコータ7を逆方向に移動させて元の位置に戻す。
Further, the
次に、造形物Mの三次元形状のデータに基づいて、照射部8から、付加製造部5のステージ51上の材料粉末Pの所定の領域に、レーザや電子ビームなどの高エネルギービームBを照射する。これにより、所定の領域の材料粉末Pが溶融結合されて造形物Mの一部が形成される。このとき、チャンバー2は、内部の圧力が大気圧よりも低い真空状態になっている。そのため、チャンバー2の内部と外部との圧力差によって、チャンバー2を画定する隔壁は、内側にたわむように変形している。
Next, based on the three-dimensional shape data of the model M, a high energy beam B such as a laser or an electron beam is applied from the
図5は、前記した従来の粉末床溶融結合装置と同様にチャンバー2に透過窓22を介して照射部8を取り付けた場合の問題点を説明する比較形態の付加製造装置1Xの模式的な断面図である。図6は、図5に示す比較形態の付加製造装置1Xの付加製造部5と照射部8との関係を示す模式図である。なお、比較形態の付加製造装置1Xにおいて、本実施形態の付加製造装置1と同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of a comparative
チャンバー2の内部を大気圧よりも減圧して真空状態にすると、チャンバー2の内部と外部との圧力差によって、チャンバー2を画定する隔壁が内側にたわむように変形する。そのため、照射部8がチャンバー2に取り付けられている場合、チャンバー2の内部が真空状態になると、照射部8の位置や傾きが、チャンバー2を減圧する前の位置や傾きから変化する。そのため、照射部8から照射された高エネルギービームBが材料粉末Pに照射される照射位置も変化し、造形物Mの品質を低下させるおそれがある。
When the inside of the
特に、付加製造装置1Xが複数の照射部8を有し、複数の照射部8によって分担して造形物Mの付加製造を行う場合、上記のような照射部8の位置ずれや傾きは、造形物Mの品質に大きく影響する。これは、各照射部8が分担する領域の境界で各照射部8が照射する高エネルギービームBの照射位置を一致させる必要があるためである。
In particular, when the
たとえば、図6に示すように、照射部8と付加製造部5に敷き詰められた材料粉末Pとの間の距離Hが、800[mm]である場合を想定する。この場合、チャンバー2の減圧後に傾いた照射部8の傾き角θが0.1[°]であると、高エネルギービームBの照射位置は、チャンバー2の減圧前の照射位置から、約1.4[mm]ずれる。一方、高エネルギービームBがレーザ光である場合、照射位置におけるビーム径は、たとえば0.1[mm]である。そのため、たとえば、高エネルギービームBの照射位置のずれをビーム径の10%以下、すなわち0.01[mm]以下にする場合、照射部8の傾き角θを0.0007[°]以下にする必要がある。
For example, as shown in FIG. 6, a case is assumed in which a distance H between the
しかし、図5に示す比較形態の付加製造装置1Xのように、照射部8がチャンバー2に取り付けられている場合、チャンバー2の内部が真空状態になると、照射部8が、たとえば約0.03[°]程度の傾き角θで傾く場合がある。この傾きを抑制するために、チャンバー2の隔壁を厚くしたり、補強したりすることが考えられるが、費用の増加、重量の増加、外寸の増加、構造の複雑化などが生じるため、現実的ではない。
However, when the
これに対し、本実施形態の付加製造装置1は、前述のように、付加製造用の材料粉末Pを収容するチャンバー2と、このチャンバー2に設けられた透過窓22と、この透過窓22を介して材料粉末Pに高エネルギービームBを照射する照射部8と、チャンバー2の内部を減圧する減圧部3と、を備えている。さらに、本実施形態の付加製造装置1は、チャンバー2の外部に照射部8を支持する支持部9を備え、この支持部9が、チャンバー2から離隔され、照射部8をチャンバー2から離隔させて支持している。
On the other hand, as described above, the additive manufacturing apparatus 1 of the present embodiment includes the
そのため、チャンバー2の内部を大気圧より減圧させて真空状態にすることで、チャンバー2の隔壁が内側にたわむように変形しても、チャンバー2の変形の影響は、チャンバー2から離隔された支持部9には及ばない。また、支持部9は、照射部8をチャンバー2から離隔させて支持している。そのため、照射部8は、チャンバー2の変形によって位置がずれたり、傾いたりすることはない。
Therefore, even if the inside of the
これにより、チャンバー2の内部を減圧させる前と後で、照射部8から照射された高エネルギービームBが材料粉末Pに照射される照射位置が変化するのを防止できる。したがって、本実施形態の付加製造装置1によれば、レーザ光や電子ビームなどの高エネルギービームBを照射する照射部8の位置ずれや傾きを防止して、造形物Mの品質を向上させることができる。
Thereby, it can prevent that the irradiation position where the high energy beam B irradiated from the
また、本実施形態の付加製造装置1は、前述のように、チャンバー2を支持する基台部10を備えている。そして、支持部9は、基台部10に固定されている。これにより、チャンバー2に収容されて基台部10に支持された付加製造部5と、支持部9との位置関係が変化することが防止される。そのため、支持部9によって支持された照射部8と、付加製造部5に敷き詰められた材料粉末Pとの位置関係が変化することが防止され、付加製造部5で造形される造形物Mの品質を向上させることができる。
Moreover, the additional manufacturing apparatus 1 of this embodiment is provided with the
以上説明したように、本実施形態によれば、レーザ光や電子ビームなどの高エネルギービームBを照射する照射部8の位置ずれや傾きを防止して、造形物Mの品質を向上させることが可能な付加製造装置1を提供することができる。
As described above, according to the present embodiment, it is possible to improve the quality of the shaped object M by preventing the displacement and the inclination of the
[実施形態2]
図2は、本開示の実施形態2に係る付加製造装置1Aの概略構成を示す模式的な断面図である。本実施形態の付加製造装置1Aは、支持部9によって支持された複数の照射部8を備える点、および、照射部8と透過窓22との間の高エネルギービームBが通過する空間を包囲する遮蔽部11を備える点で、前述の実施形態1に係る付加製造装置1と異なっている。本実施形態の付加製造装置1Aのその他の構成は、前述の実施形態1の付加製造装置1の構成と同様であるので、同様の部分には同一の符号を付して説明を省略する。
[Embodiment 2]
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view illustrating a schematic configuration of an
本実施形態の付加製造装置1Aにおいて、チャンバー2は、たとえば、支持部9によって支持された複数の照射部8に対応する複数の透過窓22を有している。照射部8の数は特に限定されないが、たとえば、2つから4つ程度の照射部8を支持部9によって支持することができる。このような構成により、付加製造装置1Aは、複数の照射部8によって造形物Mを分担して造形することができ、造形物Mの造形を迅速に行うことができる。また、前述のように、各照射部8が造形を分担する範囲の境界において、高エネルギービームBが材料粉末Pに照射される照射位置の位置ずれを防止して、付加製造部5で造形される造形物Mの品質を向上させることができる。
In the
遮蔽部11は、照射部8と透過窓22との間の高エネルギービームBが通過する空間を包囲することで、高エネルギービームBが反射などによって遮蔽部11の外部へ放出されるのを防止する。これにより、高エネルギービームBを使用する付加製造装置1Aの安全性を向上させることができる。
The shielding
また、本実施形態の付加製造装置1において、遮蔽部11は、たとえば、照射部8と透過窓22とが対向する方向に変形可能に設けられている。より具体的には、たとえば、遮蔽部11の素材として、チャンバー2の変形に追従して変形することが可能な柔軟性や弾性を有する素材を使用することができる。また、たとえば、金属等の剛性を有する素材であっても、複数の筒状部材を組み合わせた伸縮構造や、蛇腹構造を採用することで、遮蔽部11を照射部8と透過窓22とが対向する方向に変形可能に構成することができる。このような構成により、遮蔽部11を支持部9とチャンバー2に接触させて高エネルギービームBの漏洩を確実に防止しつつ、遮蔽部11によってチャンバー2の変形を許容し、チャンバー2の変形が支持部9に影響を及ぼすのを防止できる。
Moreover, in the additional manufacturing apparatus 1 of this embodiment, the shielding
[実施形態3]
図3は、本開示の実施形態3に係る付加製造装置1Bの概略構成を示す模式的な断面図である。本実施形態の付加製造装置1Bは、以下に説明する三つの点が、前述の実施形態1に係る付加製造装置1と異なっている。本実施形態の付加製造装置1Bのその他の構成は、前述の実施形態1の付加製造装置1の構成と同様であるので、同様の部分には同一の符号を付して説明を省略する。
[Embodiment 3]
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view illustrating a schematic configuration of an
本実施形態の付加製造装置1Bが前述の実施形態1の付加製造装置1と異なる第1の点は、チャンバー2が主室2Aと副室2Bとを有する点である。主室2Aは、たとえば副室2Bよりも容積が大きく、材料粉末Pが敷き詰められる付加製造部5の他、材料供給部4、回収部6、およびリコータ7等を収容している。副室2Bは、たとえば主室2Aとの間の隔壁に開口を設けることによって主室2Aに連通させて設けられ、主室2Aと反対側の照射部8に対向する隔壁に透過窓22が設けられている。
The first difference between the
また、本実施形態の付加製造装置1Bが前述の実施形態1の付加製造装置1と異なる第2の点は、副室2Bが、たとえばアルゴンガスや窒素ガスなどの不活性ガスを導入するガス入口2aを有し、主室2Aが、減圧部3に接続されたガス出口2bを有している点である。さらに、本実施形態の付加製造装置1Bが前述の実施形態1の付加製造装置1と異なる第3の点は、チャンバー2が、少なくとも透過窓22の周囲の外表面に補強リブ24を有している点である。
The second point of difference between the
上記第1の点により、本実施形態の付加製造装置1Bは、材料粉末Pが配置される付加製造部5等を主室2Aに収容し、保護ガラス21を有する透過窓22を材料粉末Pから離れた位置にある副室2Bに設けることができる。これにより、主室2Aに収容された材料粉末Pの溶融結合時に発生する金属蒸気を含むヒュームが、副室2Bに設けられた透過窓22の保護ガラス21へ到達しにくくなり、保護ガラス21の曇りや汚れを防止することができる。
By the said 1st point, the
また、副室2Bを主室2Aよりも小さくして、副室2Bに透過窓22を設けることで、照射部8に対向し、透過窓22が設けられるチャンバー2の隔壁の面積を可及的に小さくすることができる。これにより、照射部8に対向し、透過窓22が設けられるチャンバー2の隔壁のたわみを抑制することができ、透過窓22にはめ込まれる保護ガラス21とチャンバー2の隔壁との間の気密性を向上させることができる。
Further, by making the
また、上記第2の点により、本実施形態の付加製造装置1Bは、副室2Bのガス入口2aからガスを導入し、主室2Aのガス出口2bからガスを排出することができ、副室2Bの内圧を主室2Aの内圧よりも高くすることができる。これにより、たとえば材料粉末Pの溶融結合時に主室2Aにおいて発生した金属蒸気を含むヒュームが副室2Bへ移動するのを防止できる。そのため、副室2Bに設けられた透過窓22の保護ガラス21の曇りや汚れを防止することができる。
Further, due to the second point, the
また、上記第3の点のように、付加製造装置1Bのチャンバー2は、少なくとも透過窓22の周囲の外表面に補強リブ24を有している。この構成により、チャンバー2の内部を減圧して真空状態にしたときに、少なくとも透過窓22の周囲のチャンバー2の隔壁の変形が抑制される。これにより、透過窓22の保護ガラス21とチャンバー2の隔壁との間の気密性が低下するのを防止することができる。特に、主室2Aよりも小さい副室2Bに透過窓22が設けられ、少なくとも透過窓22の周囲の外表面に補強リブ24を有することで、より効果的に透過窓22の周囲のチャンバー2の隔壁を補強することが可能である。
Further, as in the third point, the
[実施形態4]
図4は、本開示の実施形態4に係る付加製造装置1Cの概略構成を示す模式的な断面図である。本実施形態の付加製造装置1Cは、チャンバー2の外部から透過窓22を介してチャンバー2の内部を撮像する撮像部12を備え、支持部9が撮像部12をチャンバー2から離隔させて支持する点で、前述の実施形態2に係る付加製造装置1Aと異なっている。本実施形態の付加製造装置1Cのその他の構成は、前述の実施形態2の付加製造装置1Aの構成と同様であるので、同様の部分には同一の符号を付して説明を省略する。
[Embodiment 4]
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view illustrating a schematic configuration of an additive manufacturing apparatus 1C according to
撮像部12は、たとえば、付加製造部5において造形された造形物Mの形状を撮影する検査用のCCDカメラや、付加製造部5のステージ51上の材料粉末Pの温度を測定するための赤外線カメラなどによって構成することができる。チャンバー2は、たとえば、撮像部12と付加製造部5との間に、撮像用の透過窓22を有してもよい。本実施形態の付加製造装置1Cによれば、チャンバー2の内部を大気圧よりも低い真空状態に減圧して、チャンバー2の隔壁が内側にたわんでも、支持部9に支持された撮像部12にチャンバー2の変形の影響が及ぶことがない。そのため、撮像部12の位置ずれや傾きを防止して、撮像部12の造形物Mの検査や温度測定に不具合が生じるのを防止できる。
The
以上、図面を用いて本開示に係る付加製造装置の実施形態を詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本開示に係る発明に含まれるものである。たとえば、前述の実施形態では、粉末床溶融結合方式の付加製造装置について説明した。しかし、本開示に係る発明は、粉末床溶融結合方式の付加製造装置に限定されず、チャンバーの内圧が大気圧よりも減圧され、チャンバーの内部の付加製造用の材料に対してチャンバーの外部から高エネルギービームを照射する方式であれば適用することが可能である。 As described above, the embodiment of the additive manufacturing apparatus according to the present disclosure has been described in detail with reference to the drawings. However, the specific configuration is not limited to this embodiment, and the design can be changed without departing from the gist of the present invention. And the like are included in the invention according to the present disclosure. For example, in the above-described embodiment, the additive manufacturing apparatus of the powder bed fusion bonding method has been described. However, the invention according to the present disclosure is not limited to the powder bed melt-bonding type additive manufacturing apparatus, and the internal pressure of the chamber is reduced from the atmospheric pressure, and the additive manufacturing material inside the chamber is external to the chamber. Any method that irradiates with a high energy beam can be applied.
1 付加製造装置
1A 付加製造装置
1B 付加製造装置
1C 付加製造装置
2 チャンバー
2A 主室
2B 副室
2a ガス入口
2b ガス出口
22 透過窓
24 補強リブ
3 減圧部
8 照射部
9 支持部
10 基台部
12 撮像部
11 遮蔽部
B 高エネルギービーム
P 材料粉末(付加製造用の材料)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (9)
前記チャンバーの外部に前記照射部を支持する支持部を備え、
前記支持部は、前記チャンバーから離隔され、前記照射部を前記チャンバーから離隔させて支持することを特徴とする付加製造装置。 A chamber containing a material for additive manufacturing, a transmission window provided in the chamber, an irradiation unit for irradiating the material with a high energy beam through the transmission window, and a decompression unit for decompressing the inside of the chamber An additional manufacturing apparatus comprising:
A support unit for supporting the irradiation unit outside the chamber;
The additional manufacturing apparatus, wherein the support part is separated from the chamber and supports the irradiation part while being separated from the chamber.
前記支持部は、前記基台部に固定されていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の付加製造装置。 A base for supporting the chamber;
The additive manufacturing apparatus according to claim 1, wherein the support portion is fixed to the base portion.
前記支持部は、前記撮像部を前記チャンバーから離隔させて支持することを特徴とする請求項1に記載の付加製造装置。 An imaging unit that images the inside of the chamber from the outside of the chamber through the transmission window,
The additive manufacturing apparatus according to claim 1, wherein the support unit supports the imaging unit while being spaced apart from the chamber.
前記主室は、前記減圧部に接続されたガス出口を有することを特徴とする請求項7に記載の付加製造装置。 The sub chamber has a gas inlet for introducing gas,
The additive manufacturing apparatus according to claim 7, wherein the main chamber has a gas outlet connected to the decompression unit.
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