JP2020192800A

JP2020192800A - 大型複雑部品の選択的レーザー焼結成形装置、システム、および方法

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Publication number: JP2020192800A
Application number: JP2019175174A
Authority: JP
Inventors: 玉升史; Yusheng Shi; 春澤 ▲ヤン▼; Chunze Yan; 昭青李; Zhaoqing Li; 鵬陳; Hou Chin; 主峰劉; Zhufeng Liu; 甲民 ▲呉▼; Jiamin Wu; 世峰文; Shifeng Wen; 晨輝李; Chenhui Li; 李超張; Lichao Zhang
Original assignee: Huazhong University of Science and Technology
Current assignee: Huazhong University of Science and Technology
Priority date: 2019-05-27
Filing date: 2019-09-26
Publication date: 2020-12-03
Anticipated expiration: 2039-09-26
Also published as: EP3744506A1; EP3744506B1; US20200376708A1; CN110194669A; RU2745247C1; US11305456B2; JP6896817B2; CN110194669B

Abstract

【課題】大型複雑備品の選択的レーザー焼結成形装置、システムおよび方法を提供する。【解決手段】システムは、ガイドレール６により選択的レーザー焼結成形機構、粉末除去装置、およびポスト固化−炭化装置を統合し、成形機構が成形台の上で１つのスライス層の選択的レーザー焼結成形を完了させた後、上下駆動機構１１２は、１つのスライス層の高さを増やし、成形台の高さが変動しない状況で、成形機構の高さをレイヤーごとに増やすことにより成形用部品の積層加工を実現し、水平駆動機構は、駆動機構の上方の成形機構または装置を成形台と分離させるために使用され、全装置は、固定された成形台を採用し成形部品を移動させないことを基礎として全体の製造工程を完了することにより、部品の移動による破損、湾曲、および変形を防ぎ、さらに大型部品の製造に使用することができる。【選択図】図１

Description

本発明は、付加製造分野に属し、具体的には、大型複雑部品を成形する選択的レーザー焼結成形装置、システム、および方法に関するものである。

付加製造技術、いわゆる３Ｄ印刷は、積層造形と重ね合わせ原理を採用して直接ＣＡＤモデルから３Ｄ実体部品を製造する製造技術であり、高度製造分野研究の前衛である。伝統的な除去加工（切削加工）、等材製造（ｅｑｕａｌｍａｎｕｆａｃｔｒｉｎｇ）（鋳造、鍛造）等の加工方法と異なり、材料集積法を利用して高分子材料、セラミック、金属、および各種複合材料の部品を加工製造するものであり、その最大の趨勢は、どんな複雑構造部品も成形することができ、部品の組み立て不要および一体成形の効果および材料−構造の一体化成形を実現することができることであるため、航空宇宙、生物医療、自動車産業の分野において既に幅広く応用されている。

しかしながら、現在、国内外で商品化されているＳＬＳ成形装置は、テーブル面が比較的小さいため、サイズの大きい複雑部品を一体成形することができず、通常、分割製造してからスプライスする方法を採用しているため、部品加工精度および性能が下がり、効率が低下し、コストが上がる。国外において、著名なＳＬＳ成形装置メーカーの米国３Ｄシステムズ（3D Systems）社製の最も大型の装置ｓＰｒｏ^TM １４０ＨＳのテーブル面も、０．５５ｍ×０．５５ｍしかなく；ドイツＥＯＳ社製の最大のＳＬＳ成形装置である砂型鋳造（コア）成形専用のＥＯＳＩＮＴ７５０も、テーブル面が０．７２ｍ×０．３８ｍしかない。国内では、武漢濱湖機電技術産業有限公司（華中科技大学に技術開発を委託）が２０１１年に当時世界で最大のテーブル面１．４ｍ×０．７ｍのＨＲＰＳ−ＶＩＩ型デュアルレーザーＳＬＳ成形装置を推進した。現在、サイズが１．４ｍよりも大きい部品は、大型部品のＣＡＤモデルを分割してから、それぞれ各部分のＳＬＳ成形製造を行い、最後に、成形した各部分をスプライスして１つの完全な大型部品を取得するしかない。しかしながら、ＳＬＳ成形と手動後処理スプライス等の操作の誤差により、部品を成形する精度および性能が要求に達しない上、時間がかかり、効率が下がり、コストが上がる。

現在、現存する最大のＳＬＳ成形装置のテーブル面は、１．４ｍ×０．７ｍであるが、さらに拡大されると“装置大型化”の技術的難題に直面する。主に、既存のデュアルレーザースキャンニングシステムは、成形室のさらなる拡大に伴い、レーザースポットサイズおよび成形効率が要求を満たすことができないため、多レーザーガルボスキャニングシステムを採用しなければならない。しかし、多レーザー共同スキャン、多レーザー負荷平衡、および多レーザー精度調整等の一連の技術難題が存在する；大型部品ＳＬＳ成形後、乾燥膨張度が比較的低いことにより、加工部品の取り出し過程中、または後処理時に、破損や破壊が生じやすく、成形部品を廃棄しなければならなくなる。したがって、現存の粉末床付加製造技術は、小型部品の成形しか実現することができず、大型複雑セラミック部品の一体化成形を実現することはできない。

現有技術の上記の欠陥または改善要求に対し、本発明は、大型複雑備品の選択的レーザー焼結成形装置、システム、および方法を提供し、成形台の固定、ＳＬＳ成形機構の上下移動を採用することにより、スライス層の積層加工の方法で加工を行い、大型部品の加工過程において部品の上下移動により一部の構造が破壊、湾曲、および変形し、大型部品が１つの工程位置から次の工程位置に進む時の搬送過程において破損するのを防ぎ、それにより、現存のＳＬＳ装置をサイズの大きな複雑部品の加工に使用することができない技術課題を解決する。

上述した目的を実現するため、本発明の１つの態様に基づき、成形機構、成形台、および駆動機構を含む大型複雑備品の選択的レーザー焼結成形装置、システム、および方法を提供する。

前記成形台は、成形用部品の成形プラットフォームであり、前記成形機構は、前記成形台の上方に設置され、成形台の上で成形用部品のスライス層を散粉し、散布した粉末に対して選択的レーザー焼結成形するために使用される。

前記駆動機構は、前記成形機構の下方に設置され、前記駆動機構は、上下駆動機構および水平駆動機構を含み、前記成形機構が前記成形台の上で１つのスライス層の選択的レーザー焼結成形を完了させた後、前記上下駆動機構は、前記成形機構を駆動して１つのスライス層の高さを増やし、成形台の高さが変動しない状況で、前記成形機構の高さをレイヤーごとに増やすことにより、成形用部品の積層加工を実現し、成形過程において成形台が成形用部品の上下移動に連動するのを防ぎ、前記水平駆動機構は、前記成形機構を駆動して成形台上方の水平方向において前後移動させるために使用され、これにより、前記成形機構を前記成形台の上方に移動させる、あるいは成形台と分離させて、成形部品を成形台に残して後続の工程を実行できるようにし、ＳＬＳ成形完了後に成形部品が移動するのを防ぐ。

さらに選択的に、前記成形機構は、筐体および散粉ユニットを含み、前記散粉ユニットは、前記筐体の下方に設置され、給粉シリンダおよび散粉ロールを含み、前記給粉シリンダは、前記成形台の両側に対称的に設置され、前記散粉ロールは、前記給粉シリンダと成形台の間で前後移動して、前記給粉シリンダ内の粉末を前記成形台の上に散布して散粉を実現し、前記筐体の中に隔離ユニットが設置され、前記隔離ユニットは、前記筐体の内部空間を上半分部分と下半分部分に分割し、前記上半分部分にレーザー、ガルバノメータユニットが設置され、レーザーを発射して前記成形台の上の粉末に対して選択的レーザー焼結成形を行うために使用され、前記下半分部分は、成形用部品の成形室であり、その中に均一に分配された複数の加熱ユニットが設置され、前記成形台の上の粉末に対してレーザー焼結前の予熱を行うために使用される。

さらに選択的に、前記成形台の中に成形シリンダが設置され、前記散粉ユニットの粉末は、前記成形シリンダの上に散布され、１つのスライス層の成形が完了した後、前記成形シリンダのシリンダ壁が１つのスライス層の厚さを増やして、成形シリンダ中の粉末が散落するのを防ぐ。

さらに選択的に、前記筐体の内側に保温層が設置され、前記成形室の中の温度を保持するために使用される。

本発明の別の態様に基づき、上述した選択的レーザー焼結成形装置、粉末除去装置、およびポスト固化−炭化装置を含む選択的レーザー焼結ＳｉＣセラミック部品の成形システムを提供する。前記選択的レーザー焼結成形装置の水平駆動機構は、前記成形台の両側に設置されたガイドレールを含み、前記選択的レーザー焼結成形装置、粉末除去装置、およびポスト固化−炭化装置の上には、いずれも前記ガイドレールと嵌合する滑車が設置され、前記選択的レーザー焼結成形装置、粉末除去装置、およびポスト固化−炭化装置は、ガイドレール上を移動することにより、順番に前記成形台の上の成形用部品に対して選択的レーザー焼結成形、粉末除去、ポスト固化および炭化工程を行う。

さらに選択的に、前記粉末除去装置は、粉末除去室を含み、前記粉末除去室内の回転軌道、排気口、および吸気口に設置され、前記排気口および吸気口は、前記回転軌道に設置されて回転し、前記粉末除去装置が前記成形台の上方に移動した時、前記成形台が前記粉末除去室の回転軌道中央に配置され、前記排気口と吸気口の嵌合により前記成形台の上の成形部品の上にある残余粉末を除去する。

さらに選択的に、前記ポスト固化−炭化装置は、気密室および加熱機構を含み、前記気密室は、成形台の上の成形部品を密封するために使用され、前記加熱機構は、前記成形台を取り囲み、成形部品に対して加熱後固化を行うために使用され、前記気密室の上には、吸気管と排気管が設置され、この排気管と吸気管により前記気密室内の真空または不活性ガス雰囲気を保持する。

本発明のさらに１つの態様に基づき、下記のステップを含む上述したＳｉＣセラミック部品成形システムを利用してＳｉＣセラミック部品を成形する成形方法を提供する。

（ａ）樹脂または樹脂複合材料を原料として選択し、成形用部品の構造に基づいて３Ｄモデルを作成し、前記３Ｄモデルの切片に対して複数のスライス層の情報を取得して、前記原料を前記成形機構の中に配置し、前記各スライス層の情報に基づいて、散粉ユニットにより成形台に散粉し、加熱ユニットにより散布した粉末に対して予熱を行い、レーザーユニットにより予熱した粉末に対して選択的レーザー焼結成形を行うことによって、１つのスライス層の加工を完了させ、成形機構により１つのスライス層の高さを増やし、次のスライス層に対して加工を行うことによって、成形用部品をレイヤーごとに成形し、前記成形台の上に成形用部品のブランクを取得する。

（ｂ）前記成形機構を前記成形台の上方から移動させて、前記粉末除去装置を前記成形台の上方に移動させ、前記回転軌道を回転させて、前記排気口と吸気口の共同作業により、前記ブランクを３６０度回転させて粉末が除去される。

（ｃ）前記粉末除去装置を前記成形台の上方から移動させて、前記ポスト固化−炭化装置を前記成形台の上方に移動させ、前記気密室のドアを閉めて、加熱機構により加熱を開始して前記ブランクをポスト固化させ；気密室内を不活性ガスで満たし、または真空にして、加熱機構により６００℃〜１５００℃に加熱して、固化後のブランクを炭化させることによって、必要な部品のカーボンプリフォームを取得し、このカーボンプリフォームをケイ化処理して、必要なＳｉＣセラミック部品を取得する。

さらに選択的に、ステップ（ｃ）において、前記ケイ化処理の方法は、前駆体含浸分解（precursor infiltration and pyrolysis, PIP）法、化学気相浸透法、または反応溶融含浸法（reactive melt infiltration, RMI）を選択して採用する。

以上をまとめると、本発明が構想する以上の技術方案と現有技術を比較することにより、下記の有益効果を得ることができる。

１、本発明が提供する選択的レーザー焼結装置は、成形台が固定され、ＳＬＳ成形機構の上下移動によりスライス層の積層加工を行うものであり、現存する装置の成形台の上下移動によりスライス層の積層加工を実現する方法と比較すると、加工過程にいて部品を固定したままにすることにより、大型部品の加工過程において部品の上下移動により一部の構造が破壊、湾曲、および変形するのを防ぎ、また、ＳＬＳ成形機構が水平方向の移動により部品を常に成形台の上に保持し、次の工程を行うために成形部品を成形装置の中から取り出してから次の工程位置に進むのを回避し、さらに、移動過程において成形部品が破損するのを防ぐ。

２、本発明が提供する成形機構は、選択的レーザー焼結成形を行う過程において、筐体を採用して成形台を包み、全成形過程を密封された環境に置き、同時に、保温層と加熱ユニットの共同作用により成形室内の温度を均一に分布させ、不均一な温度分布によりもたらされる反りや変形を防ぐ。

３、本発明が提供するＳｉＣセラミック部品成形システムは、ガイドレールにより選択的レーザー焼結成形、粉末除去、およびポスト固化−炭化工程を順番に実現し、成形台は、常に固定されたままであり、さらに成形部品は、常に固定されたままであるため、大型部品が異なる工程の間で搬送される時の破損を防ぐと同時に、３つの工程を一体化して加工時間を大幅に減らし、加工効率を上げる。

４、本発明が提供するＳｉＣセラミック部品の成形方法は、選択的レーザー焼結成形中に得られたブランクを炭素を含む部品とし、その後、粉末除去、ポスト固化、炭化、およびケイ化処理により必要なＳｉＣセラミック部品を取得し、現存するＳｉＣセラミック部品を直接取得する方法は、セラミック部品自体の硬度が高く、脆性が大きく、成形部品の構造に対して多くの制限を有するため、本発明が提供する選択的レーザー焼結成形、粉末除去、およびポスト固化−炭化工程一体化の方法を採用することによって、ＳｉＣセラミック部品自体の特性を保持するとともに、成形の必要なセラミック部品の３Ｄ構造に対する制限がなくなり、任意の３Ｄ構造の製品を成形するのに使用することができ、適用範囲がさらに広まる。

本発明の上記および他の目的、特徴、および利点をより分かり易くするため、図面と併せた幾つかの実施形態を以下に説明する。

添付図面は、本発明の原理がさらに理解されるために含まれており、本明細書に組み込まれ、且つその一部を構成するものである。図面は、本発明の実施形態を例示しており、説明とともに、本発明の原理を説明する役割を果たしている。

本発明の選択的実施形態に基づいて作成された大型複雑部品の選択的レーザー焼結成形装置の構造概略図である。本発明の選択的実施形態に基づいて作成された大型複雑部品成形システムの構造概略図である。本発明の選択的実施形態に基づいて作成された粉末除去装置の上面図である。本発明の選択的実施形態に基づいて作成されたポスト固化−炭化装置の上面図である。本発明の選択的実施形態に基づいて作成されたＳｉＣセラミック部品のフロー図である。

本発明の目的、技術方案、および利点をさらに明確にするため、以下、図面と実施形態を組み合わせて、本発明をさらに詳しく説明する。理解すべきこととして、ここで説明する具体的実施例は、本発明を解釈するためのものであり、本発明を限定するものではない。また、以下に説明する本発明の各実施形態に関連する技術特徴は、互いに衝突しない限り、相互に組み合わせてもよい。

本発明が提供する大型複雑部品の選択的レーザー焼結成形装置、システム、および方法は、成形台を移動させないことを基礎として、ガイドレールを採用して選択的レーザー焼結成形装置、粉末除去装置、およびポスト固化−炭化装置を移動させる。選択的レーザー焼結成形装置が多レーザー、多ガルボの共同作業を採用することにより、大型複雑セラミック部品の全体成形製造を実現する。

図１は、本発明の選択的実施形態に基づいて作成された大型複雑部品の選択的レーザー焼結成形装置の構造概略図である。図１に示すように、この装置は、成形機構、成形台、および駆動機構を含み、前記成形台は、成形用部品の成形プラットフォームであり、前記成形機構は、前記成形台の上方に設置され、成形台の上で成形用部品のスライス層を散粉するとともに、散布した粉末に対して選択的レーザー焼結成形を行うために使用される；前記駆動機構は、前記成形機構の上方に設置され、前記駆動機構は、上下駆動機構および水平駆動機構を含み、前記成形機構が前記成形台の上で１つのスライス層の選択的レーザー焼結成形を完了させた後、前記上下駆動機構、前記成形機構が１つのスライス層の高さを増やし、成形台の高さが変化しない状況において、前記成形機構の高さをレイヤーごとに増やすことにより成形用部品の積層加工を実現し、成形過程における成形用部品の上下移動を防ぎ、前記水平駆動機構は、前記成形機構を駆動して水平方向において移動するよう使用され、これにより、前記成形機構を成形台と分離して、成形用部品を成形台の上に残して後続の工程を行い、ＳＬＳ成形が完了した後に成形用部品が移動するのを防ぐ。

前記成形機構は、筐体１０および散粉ユニットを含み、前記散粉ユニットは、前記筐体の下方に設置され、給粉シリンダ１６および散粉ロール１５を含み、前記給粉シリンダ１６は、前記成形台の両側に対称的に設置され、散粉ロール１５は、前記給粉シリンダと成形台の間で前後移動して、前記給粉シリンダ１６内の粉末を前記成形台の上に散布して散粉を実現し、前記筐体１０の中には、隔離ユニット２０が設置され、前記隔離ユニット２０は、前記筐体の内部空間を上半分部分と下半分部分に分割し、前記上半分部分には、レーザーユニットが設置され、レーザーを発射して前記成形台の上の粉末に対して選択的レーザー焼結成形を行うために使用され、前記下半分部分は、成形用部品の成形室であり、その中に均一に分配された複数の加熱ユニット１４が設置され、前記成形台の上の粉末に対してレーザー焼結前の予熱を行うために使用される。筐体の中には、複数セットのレーザーユニットおよび加熱ユニットが設置され、各レーザーユニットは、レーザー１１およびガルボ１２を含み、本実施形態において、５ｍ前後の部品を加工するために、３×３セットのレーザーユニットを採用し；加熱ユニット１４は、成形台の上の粉体に対してレーザー焼結前の予熱を行うために使用され、加熱方法は、抵抗加熱および放射加熱であってもよく、筐体の中には、保温層１３が設置され、成形室内の温度を均一に分布させることにより粉体を均一に予熱し；隔離ユニット２０は、筐体の中に設置され、レーザーユニットを成形室と分離して、レーザーユニットの過熱を防ぐ。

成形機構１が採用する給粉方法は、粉体の散布と粉体の敷設を含み；給粉シリンダ機構を成形機構の上に固定し、給粉シリンダ機構の中に加熱部材を設置して、成形された粉末に対する予熱を実現することができ；散粉ロールは、成形機構１とともにガイドレール上で支持される上下駆動機構１１２の定量が増加することにより、散粉平面の定量上昇を実現することができ；成形機構１は、多レーザー、多ガルボの共同作業を採用して、大型部品の高速、高品質成形を実現し；成形機構１は、大量データを採用してソフトウェア、ハードウェアを処理し、多レーザースキャンパスプランニングを実現する。

成形機構の下方には、水平駆動機構が設置され、水平駆動機構は、ガイドレール６を含み、成形機構の下方には、ガイドレール６と嵌合する滑車１１３が設置され、ガイドレール６上の移動により成形機構を成形台の上方へ／から移動させることができる。

前記成形台は、成形シリンダ１７を含み、前記散粉ユニットの粉末は、前記成形シリンダ１７の上に散布され、１つのスライス層の成形が完了した後、前記成形シリンダのシリンダ壁１８が１つのスライス層の厚さを増やして、成形シリンダ中の粉末が散落するのを防ぎ、成形ブランク１９は、成形シリンダ１７内にあり、成形シリンダシリンダ壁の昇降機構１１１と成形機構の上下駆動機構１１２は、連携して上昇する。

図２は、本発明の選択的実施形態に基づいて作成されたＳｉＣセラミック部品成形システムの構造概略図であり、図２に示すように、このシステムは、前記選択的レーザー焼結成形装置、粉末除去装置２、およびポスト固化−炭化装置３を含み、前記選択的レーザー焼結成形装置の水平駆動機構は、前記成形台の両側に設置されたガイドレール６を含み、ガイドレール６は、地面７に設置され、前記成形機構１、粉末除去装置２、およびポスト固化−炭化装置３の上には、いずれも前記ガイドレール６と嵌合する滑車１１３が設置され、前記成形機構、粉末除去装置、およびポスト固化−炭化装置がガイドレール６の上を移動することにより、順番に前記成形台の上の成形用部品に対して選択的レーザー焼結成形、粉末除去、ポスト固化−炭化工程を行う。

図３は、本発明の選択的実施形態に基づいて作成された粉末除去装置の上面図であり、図３に示すように、前記粉末除去装置２は、粉末除去室２５を含み、前記粉末除去室内の回転軌道２３、排気口２１、および吸気口２２に設置され、前記排気口２１および吸気口２２は、前記回転軌道に設置されて回転し、前記粉末除去装置２が前記成形台の上方に移動した時、前記成形台が前記粉末除去室２５の回転軌道中央に配置され、粉末除去室ドア２４を閉めて、前記排気口２１と吸気口２２の嵌合により前記成形台の上の成形部品の上にある残余粉末を除去し、３６０度回転して粉体の吹き出し、吸引を実現する。

粉末除去装置２は、ガイドレール６により平行移動することができ、成形台を移動させない状況において、粉末除去装置を成形台の上に移動させることができ；粉末除去装置は、吹き出し口、吸引口を有し、吹き出し口と吸引口は向かい合い、同時に、粉体の吹き出し、吸引を行って、高効率の粉末除去を実現し；前記粉体吹き出し、吸引装置は、３６０度回転を行うことができ、全角度での粉体の吹き出し、吸引を実現し、粉末除去品質を向上させる。

図４は、本発明の選択的実施形態に基づいて作成されたポスト固化−炭化装置の上面図であり、図４に示すように、前記ポスト固化−炭化装置３は、気密室３０と加熱機構３３を含み、前記気密室３０の上には、気密層３２が設置され、成形台の上の成形部品を密封するために使用され、前記ポスト固化−炭化装置が成形台の上方に移動した後、気密室ドア３１を閉め、前記加熱機構３３は、前記成形台を取り囲み、成形部品に対して加熱後固化を行うために使用され、前記気密室３０の上には、吸気管３４と排気管３５が設置され、この排気管と吸気管により前記気密室３０内に真空または不活性ガス雰囲気を保持し、吸気管３４は、不活性ガスの取り込みに使用され、排気管３５は、真空排気およびガスの排出に使用される。

ポスト固化−炭化装置３は、ガイドレール６により平行移動することができ、成形台を移動させない状況において、ポスト固化−炭化装置を成形台の上に移動させることができ；ポスト固化−炭化装置３は、ガイドレール６の方向に沿って前後の焚口戸を有し、成形部品の密封処理を実現することができ；ポスト固化−炭化装置３は、加熱方法を採用してポスト固化処理を行い、加熱機構は、成形部品を最高で１０００℃まで加熱することができ、複数種類の材料の成形部品に対してポスト固化処理を行うことができる。

図５は、本発明の選択的実施形態に基づいて作成されたＳｉＣセラミック部品のフロー図であり、図５に示すように、大型複雑ＳｉＣセラミック部品の成形方法は、以下のステップを含む。

（１）選択的レーザー焼結成形

ガイドレール６およびガイドレール車輪１１３によりＳＬＳ装置を成形台の上方に平行移動させ、給粉シリンダ１６および散粉引板１５機構をＳＬＳ装置の上に固定し、ＳＬＳ装置とともにガイドレール上で支持される上下駆動機構１１２の定量が増加することにより、散粉平面の定量上昇を実現することができ；成形シリンダ１７は、成形台の上に固定され、シリンダ壁が昇降機構１１１により散粉平面の上昇と同期して上昇し；ＳＬＳ装置は、多レーザー１１、多ガルボ１２の共同作業を採用して、大型部品の高速、高品質成形を実現し；大量データを採用してソフトウェア、ハードウェアを処理し、多レーザースキャンパスプランニングを実現する。

（２）粉末除去

ＳＬＳ成形後、ガイドレール６によりＳＬＳ装置１を移動させ、粉末除去装置２を成形台の上方に平行移動させて、成形シリンダシリンダ壁１８は、昇降機構１１１の制御において下降し、同時に排気口２１、吸気口２２機構を開いて、回転軌道２３の回転により３６０度回転して粉末除去を行う。

（３）ポスト固化

粉末除去が完了した後、ガイドレール６により粉末除去装置２を移動させて、ポスト固化−炭化装置３を成形台の上方に平行移動させ、固化−炭化装置の焚口戸を閉めた後に密閉し、加熱して成形樹脂構造のポスト固化を実現する。

（４）炭化

ポスト固化が完了した後、ポスト固化−炭化装置を気密層３３で密封し、排気管３５により空気を抜いて、吸気管３４を不活性ガスで満たし、真空または不活性ガス雰囲気の下で６００〜１５００℃に加熱して、大型複雑構造カーボンプリフォームを製造する。

（５）ケイ化処理

得られた大型複雑構造カーボンプリフォームにケイ化処理の方法を採用し、大型複雑ＳｉＣシリコン部材を製造する。

選択的に、ステップ（１）における前記固定された成形台は正方形であり、一辺は、１ｍ〜１０ｍである；前記成形シリンダは、成形台の上に固定され、シリンダ壁は、昇降機構により最大で高度が１０ｍ上昇する。

選択的に、成形機構は、上下駆動機構により最大で高度が１０ｍ上昇する。

選択的に、ステップ（４）で述べた保護ガスは、窒素ガス、アルゴンガスを含み、前記加熱炭化温度は、６００℃〜１５００℃である。

選択的に、ステップ（４）で述べたケイ化処理方法は、前駆体含浸分解法、化学気相浸透法、および反応溶融含浸法（液相および気相ケイ化処理法を含む）を含む。

以上のごとく、この発明を実施形態により開示したが、もとより、この発明を限定するためのものではなく、当業者であれば容易に理解できるように、この発明の技術思想の範囲内において、適当な変更ならびに修正が当然なされうるものであるから、その特許権保護の範囲は、特許請求の範囲および、それと均等な領域を基準として定めなければならない。

１成形機構（ＳＬＳ装置）
２粉末除去装置
３ポスト固化−炭化装置
６ガイドレール
７地面
１０筐体
１１レーザー
１２ガルボ
１３保温層
１４加熱ユニット
１５散粉ロール
１６給粉シリンダ
１７成形シリンダ
１８シリンダ壁
１９成形ブランク
２０隔離ユニット
１１１成形シリンダシリンダ壁の昇降機構
１１２上下駆動機構
１１３滑車
１１５地面
２１排気口
２２吸気口
２３回転軌道
２４粉末除去室ドア
２５粉末除去室
３０気密室
３１気密室ドア
３２気密層
３３加熱機構
３４排気管
３５吸気管

Claims

成形機構、成形台、および駆動機構を含む選択的レーザー焼結成形装置であって、
前記成形台が、成形用部品の成形プラットフォームであり、前記成形機構が、前記成形台の上方に設置され、成形台の上で成形用部品のスライス層を散粉し、散布した粉末に対して選択的レーザー焼結成形するために使用され、
前記駆動機構が、前記成形機構の下方に設置され、前記駆動機構が、上下駆動機構および水平駆動機構を含み、前記成形機構が前記成形台の上で１つのスライス層の選択的レーザー焼結成形を完了させた後、前記上下駆動機構が、前記成形機構を駆動して１つのスライス層の高さを増やし、成形台の高さが変動しない状況で、前記成形機構の高さをレイヤーごとに増やすことにより成形用部品の積層加工を実現し、成形過程において成形台が成形用部品の上下移動に連動するのを防ぎ、前記水平駆動機構が、前記成形機構を駆動して成形台上方の水平方向において前後移動させるために使用され、これにより、前記成形機構を前記成形台の上方に移動させる、あるいは成形台と分離させて、成形部品を成形台に残して後続の工程を実行できるようにし、ＳＬＳ成形完了後に成形部品が移動するのを防ぐ
ことを特徴とする大型複雑備品の選択的レーザー焼結成形装置。
前記成形機構が、筐体（１０）および散粉ユニットを含み、前記散粉ユニットが、前記筐体の下方に設置され、給粉シリンダ（１６）および散粉ロール（１５）を含み、前記給粉シリンダ（１６）が、前記成形台の両側に対称的に設置され、前記散粉ロール（１５）が、前記給粉シリンダと成形台の間で前後移動して、前記給粉シリンダ（１６）内の粉末を前記成形台の上に散布して散粉を実現し、前記筐体の中に隔離ユニット（２０）が設置され、前記隔離ユニット（２０）が、前記筐体の内部空間を上半分部分と下半分部分に分割し、前記上半分部分にレーザー、ガルバノメータユニットが設置され、レーザーを発射して前記成形台の上の粉末に対して選択的レーザー焼結成形を行うために使用され、前記下半分部分が、成形用部品の成形室であり、その中に均一に分配された複数の加熱ユニット（１４）が設置され、前記成形台の上の粉末に対してレーザー焼結前の予熱を行うために使用される請求項１に記載の大型複雑備品の選択的レーザー焼結成形装置。
前記成形台の中に成形シリンダ（１７）が設置され、前記散粉ユニットの粉末が、前記成形シリンダの上に散布され、１つのスライス層の成形が完了した後、前記成形シリンダのシリンダ壁（１８）が１つのスライス層の厚さを増やして、成形シリンダ中の粉末が散落するのを防ぐ請求項１または２に記載の大型複雑備品の選択的レーザー焼結成形装置。
前記筐体（１０）の内側に保温層（１３）が設置され、前記成形室の中の温度を保持するために使用される請求項１〜３のいずれか１項に記載の大型複雑備品の選択的レーザー焼結成形装置。
請求項１〜４のいずれか１項に記載の選択的レーザー焼結成形装置、粉末除去装置（２）、およびポスト固化−炭化装置（３）を含む選択的レーザー焼結ＳｉＣセラミック部品の成形システムであって、
前記選択的レーザー焼結成形装置の水平駆動機構が、前記成形台の両側に設置されたガイドレール（６）を含み、前記選択的レーザー焼結成形装置（１）、粉末除去装置（２）、およびポスト固化−炭化装置（３）の上にいずれも前記ガイドレール（６）と嵌合する滑車（１１３）が設置され、前記選択的レーザー焼結成形装置、粉末除去装置、およびポスト固化−炭化装置が、ガイドレール（６）の上を移動することにより、順番に前記成形台の上の成形用部品に対して選択的レーザー焼結成形、粉末除去、ポスト固化および炭化工程を行う
ことを特徴とする選択的レーザー焼結ＳｉＣセラミック部品の成形システム。
前記粉末除去装置が、粉末除去室（２５）を含み、前記粉末除去室内の回転軌道（２３）、排気口（２１）、および吸気口（２２）に設置され、前記排気口（２１）および吸気口（２２）が、前記回転軌道（２３）に設置されて回転し、前記粉末除去装置（２）が前記成形台の上方に移動した時、前記成形台が前記粉末除去室の回転軌道中央に配置され、前記排気口と吸気口の嵌合により前記成形台の上の成形部品の上にある残余粉末を除去する請求項５に記載のＳｉＣセラミック部品の成形システム。
前記ポスト固化−炭化装置（３）が、気密室（３０）および加熱機構（３３）を含み、前記気密室が、成形台の上の成形部品を密封するために使用され、前記加熱機構が、前記成形台を取り囲み、成形部品に対して加熱後固化を行うために使用され、前記気密室の上に吸気管（３４）と排気管（３５）が設置され、前記排気管と前記吸気管により前記気密室内の真空または不活性ガス雰囲気を保持する請求項５または６に記載のＳｉＣセラミック部品の成形システム。
請求項５〜７のいずれか１項に記載のＳｉＣセラミック部品成形システムを利用してＳｉＣセラミック部品を成形する成形方法であって、
（ａ）樹脂または樹脂複合材料を原料として選択し、成形用部品の構造に基づいて３Ｄモデルを作成し、前記３Ｄモデルの切片に対して複数のスライス層の情報を取得して、前記原料を前記成形機構の中に配置し、前記各スライス層の情報に基づいて、散粉ユニットにより成形台の上に散粉し、加熱ユニットにより散布した粉末に対して予熱を行い、レーザーユニットにより予熱した粉末に対して選択的レーザー焼結成形を行うことによって、１つのスライス層の加工を完了させ、成形機構により１つのスライス層の高さを増やし、次のスライス層に対して加工を行うことによって、成形用部品をレイヤーごとに成形し、前記成形台の上に成形用部品のブランクを取得するステップと、
（ｂ）前記成形機構を前記成形台の上方から移動させて、前記粉末除去装置を前記成形台の上方に移動させ、前記回転軌道を回転させて、前記排気口と吸気口の共同作業により、前記ブランクを３６０度回転させて粉末除去を行うステップと、
（ｃ）前記粉末除去装置を前記成形台の上方から移動させて、前記ポスト固化−炭化装置を前記成形台の上方に移動させ、前記気密室のドアを閉めて、加熱機構により加熱を開始して前記ブランクをポスト固化させ；気密室内を不活性ガスで満たし、または真空にして、加熱機構により６００℃〜１５００℃に加熱して、固化後のブランクを炭化させることによって、必要な部品のカーボンプリフォームを取得し、このカーボンプリフォームをケイ化処理して、必要なＳｉＣセラミック部品を取得するステップと、
を含むＳｉＣセラミック部品の成形方法。
ステップ（ｃ）において、前記ケイ化処理の方法が、前駆体含浸分解法、化学気相浸透法、または反応溶融含浸法を選択して採用する請求項８に記載のＳｉＣセラミック部品の成形方法。