JP2021120209A - Three-dimensional object molding device - Google Patents

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民彦 神山
Tamihiko Kamiyama
民彦 神山
雅美 富澤
Masami Tomizawa
雅美 富澤
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Abstract

To provide a powder-bed type three-dimensional object molding device that can easily inspect the melting state of material powder and the stacking state of the melted and bonded molding materials during molding.SOLUTION: A sample forming section 7 is provided at the side of a three-dimensional object molding section 4. A sample box 10 is removably placed inside the sample forming section 7, and is filled with material powder. A laser irradiator 14 is placed above the three-dimensional object molding section and the sample forming section, and moves in the three-dimensional direction. A sealed room 15 filled with inert gas seals the three-dimensional object molding section, a recoater 5, the sample forming section, and the laser irradiator. A partition wall 16 is provided inside the sealed room to air-tightly separate the three-dimensional object molding section from the sample forming section. A first shutter 18 is provided in the sealed room, and a second shutter 20 is provided in the partition wall and is closed when the first shutter is opened. A mechanism 22 is provided to remove the sample inside the sample forming section and transport it to a radiation inspection device 21.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明の実施形態は、パウダーベッド方式の立体物造形装置に関する。 An embodiment of the present invention relates to a powder bed type three-dimensional object modeling apparatus.

一般に3Dプリンタと呼ばれる立体物造形装置は、樹脂或いは金属製の立体物を製造するために使用される。特に、平に敷き詰められた樹脂、または金属の粉末をレーザビームによって溶融・結合させて積層する粉末床溶融結合法を用いる3Dプリンタが、製造業の各分野において採用されている。 A three-dimensional object modeling device generally called a 3D printer is used to manufacture a three-dimensional object made of resin or metal. In particular, a 3D printer using a powder bed fusion bonding method in which flatly spread resin or metal powder is melted and bonded by a laser beam and laminated is adopted in various fields of the manufacturing industry.

この粉末床溶融結合法を用いる3Dプリンタは、溶融した金属を多層に積み重ねていくことから、各層間に融合不良や溶込み不良、あるいはボイドが発生しやすい。これらを解消するためには、レーザビームによる加熱温度と金属粉末の供給量を適切に制御する必要がある。 In a 3D printer using this powder bed fusion bonding method, molten metal is stacked in multiple layers, so that fusion failure, penetration failure, or voids are likely to occur between the layers. In order to eliminate these, it is necessary to appropriately control the heating temperature by the laser beam and the supply amount of the metal powder.

立体物を意図した形状とするためには、メルトプールと呼ばれる金属の溶融池の状態を適切な大きさや形状とする必要がある。すなわち、溶融池が小さすぎると立体物に必要な溶融金属が不足して立体物に欠損が生じ、溶融池が大きすぎると液だれが生じて立体物に余分な突起や凹凸が生じる。そのため、立体物の形状や寸法に応じて、金属粉末の供給量、レーザビームの出力や移動速度を適正に制御する必要がある。 In order to make a three-dimensional object have an intended shape, it is necessary to make the state of a metal molten pool called a melt pool an appropriate size and shape. That is, if the molten pool is too small, the molten metal required for the three-dimensional object is insufficient and the three-dimensional object is defective, and if the molten pool is too large, dripping occurs and extra protrusions and irregularities are generated on the three-dimensional object. Therefore, it is necessary to appropriately control the supply amount of the metal powder, the output of the laser beam, and the moving speed according to the shape and dimensions of the three-dimensional object.

従来、金属製品用の立体物造形装置として、特許文献1に示すように、放射線CTや放射線透視装置を設けることで、造形途中や完成後の立体物の検査を行うものが提案されている。 Conventionally, as a three-dimensional object modeling device for metal products, as shown in Patent Document 1, a device that inspects a three-dimensional object during or after completion by providing a radiation CT or a radiation fluoroscopy device has been proposed.

特開2019−104981号公報JP-A-2019-104981

特許文献1の装置(ここでは、立体物を造形物と呼ぶ)は、パウダーベッド方式、または粉末床溶融結合方法と呼ばれ、平らなステージの上に薄く樹脂または、金属の粉末を散布した後、散布した樹脂または、金属の一部をレーザビームによって溶融・結合させ、所定の形状を作り出す。 The device of Patent Document 1 (here, a three-dimensional object is referred to as a modeled object) is called a powder bed method or a powder bed melt-bonding method, and after spraying a thin resin or metal powder on a flat stage. , A part of the sprayed resin or metal is melted and bonded by a laser beam to create a predetermined shape.

この散布と溶融・結合を繰り返すことにより造形物を造形する。この従来技術では、ステージの上方にX線発生器、また下方にX線検出器を配置してX線透過量を検出している。この従来技術には、下記のような欠点が考えられる。
(1)造形物にX線を照射してX線検出器で透過量を検出し、設計厚みより小さな領域と判定される領域を空隙存在領域としているが、造形物の厚みが増すとX線透過量データの正確さが徐々に失われる。またX線透過量を均一にするため造形物の厚み、材料、粉末の大きさなどに対して、X線発生器の出力を毎回変更して対応することは不可能に近い。
(2)X線焦点(X線発生器)からX線受像面(X線検出器)までの距離FDD(Focus To Detector Distance)が一定であり、X線は放射線状に照射するため、造形物の高さが増加すると共に視野は狭くなっていく。
(3)造形物と周辺が金属粉末の環境下にX線を照射するため、散乱線がノイズとして多方面に発生し、X線透過量データの正確性に欠ける。
(4)ステージ上のX線検出器と垂直上のX線発生器はそれぞれ固定されており、そのX線発生源からの放射線状ビーム内に造形物があるため、一方向からしか撮影できない。またX線発生器とX線検出器を複数台設け、相対的に走査しても、造形物の周辺には未溶融・結合の粉末が充填された状態で残っているため、造形物の外周面など金属粉末に覆われた部分については鮮明な画像を得ることができない。
By repeating this spraying and melting / bonding, a modeled object is modeled. In this conventional technique, an X-ray generator is arranged above the stage and an X-ray detector is arranged below the stage to detect the amount of X-ray transmission. The following drawbacks can be considered in this conventional technique.
(1) A region that is determined to be smaller than the design thickness by irradiating the modeled object with X-rays and detecting the amount of transmission with an X-ray detector is defined as a void-existing area. However, when the thickness of the modeled object increases, X-rays are emitted. The accuracy of the transmission data is gradually lost. Further, in order to make the amount of X-ray transmission uniform, it is almost impossible to change the output of the X-ray generator every time to deal with the thickness of the modeled object, the material, the size of the powder, and the like.
(2) Distance from the X-ray focus (X-ray generator) to the X-ray image receiving surface (X-ray detector) The FDD (Focus To Detector Distance) is constant, and X-rays are emitted in a radial pattern. The field of view becomes narrower as the height of the X-ray increases.
(3) Since the modeled object and its surroundings are irradiated with X-rays in an environment of metal powder, scattered rays are generated as noise in many directions, and the accuracy of the X-ray transmission amount data is lacking.
(4) The X-ray detector on the stage and the X-ray generator on the vertical side are fixed, and since there is a model in the radial beam from the X-ray source, the image can be taken from only one direction. In addition, even if a plurality of X-ray generators and X-ray detectors are provided and relatively scanned, the outer periphery of the modeled object remains filled with unmelted / bonded powder. A clear image cannot be obtained for a part covered with metal powder such as a surface.

ところで、パウダーベッド方式においては、粉塵爆発と造形物の酸化を防止するために装置全体を密閉室内に収容し、窒素ガスやアルゴンガスなどの不活性ガス雰囲気中で造形を行う。特許文献1の装置では、X線発生器とX線検出器を密閉室内部に配置しているが、造形物とX線焦点との距離が大きくなり、造形物の詳細、特に溶融池の状態を拡大して表示することができない。仮に、造形途中で造形物を取り出して検査を行ったとしても、排気された不活性ガスを密閉室内に再度充填するには、装置の規模にもよるが10分程度を要し、造形作業が長時間中断されることになる。 By the way, in the powder bed method, in order to prevent a dust explosion and oxidation of a modeled object, the entire apparatus is housed in a closed room, and modeling is performed in an atmosphere of an inert gas such as nitrogen gas or argon gas. In the device of Patent Document 1, the X-ray generator and the X-ray detector are arranged in the closed chamber, but the distance between the modeled object and the X-ray focal point becomes large, and the details of the modeled object, particularly the state of the molten pool. Cannot be enlarged and displayed. Even if the modeled object is taken out during modeling and inspected, it takes about 10 minutes to refill the exhausted inert gas into the closed chamber, depending on the scale of the device, and the modeling work is required. It will be interrupted for a long time.

本実施形態は、上記のような従来技術の問題点を解決するために提案されたものである。本実施形態の目的は、造形時における材料粉末の溶融状態及び溶融・結合された造形材料の積層状態を容易に検査することができる、パウダーベッド方式の立体物造形装置を提供することにある。 This embodiment has been proposed to solve the above-mentioned problems of the prior art. An object of the present embodiment is to provide a powder bed type three-dimensional object modeling apparatus capable of easily inspecting a molten state of a material powder and a laminated state of a molten / bonded modeling material at the time of modeling.

本発明の実施形態のパウダーベッド方式の立体物造形装置は、次のような構成を有する。
(1)床面に設置される基台と、前記基台に対して昇降自在に設けられ、造形対象の立体物を載置するテーブル。
(2)前記テーブルの周囲に配置され、その内側でテーブルが昇降する枠部。
(3)前記テーブルと前記枠部とによって形成された上面開口型の立体物造形部。
(4)前記立体物造形部の上方に配置され、前記立体物造形部内に所定の厚さの粉末材料を供給するリコータ。
(5)前記立体物造形部に対して粉末材料を供給する粉末貯溜部。
(6)前記立体物造形部の側方に設けられたサンプル形成部。
(7)前記立体物造形部及び前記サンプル形成部の上方に配置され、前記テーブル表面を基準として少なくとも3次元方向に移動するレーザ照射器。
(8)前記立体物造形部、前記リコータ、前記サンプル形成部及び前記レーザ照射器を密閉し、不活性ガスが充填された密閉室。
(9)前記密閉室内に設けられ、前記立体物造形部と前記サンプル形成部とを気密に区画する隔壁。
(10)前記密閉室に設けられ、前記サンプル形成部に対して前記サンプルを出し入れすることのできる第1シャッタ。
(11)前記隔壁に設けられ、前記第1シャッタの開放時には閉鎖される第2シャッタ。
The powder bed type three-dimensional object modeling apparatus according to the embodiment of the present invention has the following configuration.
(1) A base installed on the floor surface and a table that is provided so as to be able to move up and down with respect to the base and on which a three-dimensional object to be modeled is placed.
(2) A frame portion that is arranged around the table and the table moves up and down inside the table.
(3) An upper surface opening type three-dimensional object modeling portion formed by the table and the frame portion.
(4) A recorder that is arranged above the three-dimensional object modeling portion and supplies a powder material having a predetermined thickness into the three-dimensional object modeling portion.
(5) A powder storage unit that supplies a powder material to the three-dimensional object modeling unit.
(6) A sample forming portion provided on the side of the three-dimensional object modeling portion.
(7) A laser irradiator that is arranged above the three-dimensional object modeling portion and the sample forming portion and moves in at least three-dimensional directions with respect to the table surface.
(8) A closed chamber in which the three-dimensional object modeling portion, the recorder, the sample forming portion, and the laser irradiator are sealed and filled with an inert gas.
(9) A partition wall provided in the closed chamber that airtightly partitions the three-dimensional object modeling portion and the sample forming portion.
(10) A first shutter provided in the closed chamber and capable of taking the sample in and out of the sample forming portion.
(11) A second shutter provided on the partition wall and closed when the first shutter is opened.

実施形態において、次のような構成とすることができる。
(1)前記密閉室の近傍に配置された放射線検査装置と、前記サンプル形成部内の前記サンプルを取り出して前記放射線検査装置に搬送する機構を有する。
(2)前記サンプル形成部は、複数の前記サンプルを形成可能である。
(3)前記サンプル形成部は、内部に材料粉末が充填されるサンプル箱と、その保持機構を有する。
(4)前記リコータによる前記立体物造形部に対する材料粉末の供給と同期して、前記サンプル箱内に材料粉末を供給するノズルを有する。
(5)前記搬送機構が多関節ロボットである。
(6)前記放射線検査装置が、前記放射線検出器からの出力を画像データに変換して、表示する透視画像表示装置である。
(7)前記放射線検査装置が、前記放射線検出器からの出力を再構成して、前記立体物の断面映像を出力する放射線CTである。
In the embodiment, the configuration can be as follows.
(1) It has a radiation inspection device arranged in the vicinity of the closed chamber and a mechanism for taking out the sample in the sample forming portion and transporting the sample to the radiation inspection device.
(2) The sample forming unit can form a plurality of the samples.
(3) The sample forming portion has a sample box filled with material powder inside and a holding mechanism thereof.
(4) The sample box has a nozzle for supplying the material powder in synchronization with the supply of the material powder to the three-dimensional object modeling portion by the recorder.
(5) The transport mechanism is an articulated robot.
(6) The radiation inspection device is a fluoroscopic image display device that converts the output from the radiation detector into image data and displays it.
(7) The radiation inspection apparatus is a radiation CT that reconstructs the output from the radiation detector and outputs a cross-sectional image of the three-dimensional object.

第1実施形態の立体物造形装置の斜視図。The perspective view of the three-dimensional object modeling apparatus of 1st Embodiment. 第1実施形態におけるサンプル箱とその保持機構を示す斜視図。The perspective view which shows the sample box and the holding mechanism thereof in 1st Embodiment. 第1実施形態の制御部を示す機能ブロック図。The functional block diagram which shows the control part of 1st Embodiment. サンプル形成部の変形例を示す断面図。The cross-sectional view which shows the modification of the sample forming part. サンプル形成部の他の変形例を示す斜視図。The perspective view which shows the other modification of the sample forming part.

[1.第1実施形態]
[1−1.実施形態の構成]
[1−1−1.立体物造形装置]
第1実施形態の立体物造形装置は、図1の斜視図に示すように、床面に設置される基台1と、基台1に対して昇降自在に設けられ、造形対象の立体物を載置するテーブル2を備える。基台1には、テーブル2の周囲に配置される枠部3が固定される。枠部3の内側には、テーブル2と、材料粉末の散布厚に相当する間隔でテーブル2を断続的に昇降させる図示しない駆動機構が設けられる。駆動機構としては、例えば、シリンダ、リニアモータ、スクリュウロッド、ラック&ピニオンなどのガイド付きが使用できる。
[1. First Embodiment]
[1-1. Configuration of Embodiment]
[1-1-1. Three-dimensional object modeling device]
As shown in the perspective view of FIG. 1, the three-dimensional object modeling device of the first embodiment is provided with a base 1 installed on the floor surface and a three-dimensional object to be modeled by being vertically movable with respect to the base 1. A table 2 on which the table is placed is provided. A frame portion 3 arranged around the table 2 is fixed to the base 1. Inside the frame portion 3, a table 2 and a drive mechanism (not shown) for intermittently raising and lowering the table 2 at intervals corresponding to the spray thickness of the material powder are provided. As the drive mechanism, for example, a cylinder, a linear motor, a screw rod, a rack & pinion, or the like with a guide can be used.

テーブル2の上面には、テーブル2と枠部3とによって囲まれた上面開口型の立体物造形部4が形成される。立体物造形部4の上方にリコータ5が配置される。リコータ5は、立体物造形部4内に所定の厚さの粉末材料を敷き詰めるための部材で、図示しない駆動機構が設けられ、枠部3の上縁に沿って図中左右方向に往復動作する。リコータ5は、上面が開口した細長い箱状の部材で、その下部が枠部3の上面に沿ってスライドするステージとして機能し、箱の内部が立体物造形部4に対して粉末材料を供給する粉末貯溜部6になっている。材料粉末としては、金属系の場合は、鉄粉、ステンレス粉末、チタン合金などが使用できる。金属粉末の大きさとして、約20μm〜45μmのものが好ましい。金属粉末に代えて各種の樹脂粉末も使用可能である。 On the upper surface of the table 2, an upper surface opening type three-dimensional object modeling portion 4 surrounded by the table 2 and the frame portion 3 is formed. The recorder 5 is arranged above the three-dimensional object modeling unit 4. The recorder 5 is a member for laying a powder material of a predetermined thickness in the three-dimensional object modeling portion 4, is provided with a drive mechanism (not shown), and reciprocates in the left-right direction in the drawing along the upper edge of the frame portion 3. .. The recorder 5 is an elongated box-shaped member having an open upper surface, the lower portion of which functions as a stage that slides along the upper surface of the frame portion 3, and the inside of the box supplies powder material to the three-dimensional object modeling portion 4. It is a powder storage unit 6. As the material powder, in the case of a metal type, iron powder, stainless steel powder, titanium alloy and the like can be used. The size of the metal powder is preferably about 20 μm to 45 μm. Various resin powders can be used instead of the metal powder.

基台1上部における立体物造形部4の側方にサンプル形成部7が設けられる。サンプル形成部7は、リコータ5と平行かつ水平に配置された支持板8を備える。支持板8は、基台1上部に枠部3上縁とほぼ同じ高さに固定される。支持板8上には、一定の間隔で複数個の保持機構9が設けられ、各保持機構9にサンプル箱10が着脱自在に固定される。サンプル箱10は、図2の拡大斜視図に示すように、上面が開口した四角い箱型の部材である。サンプル箱10は、放射線が透過しやすく、レーザによる材料粉末の溶融時の高温に耐える炭素繊維強化プラスチックから構成されるのが好ましいが、他の材料から構成されても良い。保持機構9は、例えば、支持板8から一定の間隔を保って立ち上がった一対のねじ板11と、各ねじ板11にねじ込まれた固定ボルト12から構成される。一対の固定ボルト12の間にサンプル箱10を配置し、固定ボルト12を締め付けることにより、サンプル箱10は支持板8に固定される。保持機構9として、モータやシリンダ、あるいは電磁プランジャの力でサンプル箱10を把持することもできる。 A sample forming portion 7 is provided on the side of the three-dimensional object modeling portion 4 on the upper part of the base 1. The sample forming portion 7 includes a support plate 8 arranged parallel to and horizontally with the recorder 5. The support plate 8 is fixed to the upper part of the base 1 at substantially the same height as the upper edge of the frame portion 3. A plurality of holding mechanisms 9 are provided on the support plate 8 at regular intervals, and the sample box 10 is detachably fixed to each holding mechanism 9. As shown in the enlarged perspective view of FIG. 2, the sample box 10 is a square box-shaped member having an open upper surface. The sample box 10 is preferably made of carbon fiber reinforced plastic that easily transmits radiation and can withstand high temperatures when the material powder is melted by a laser, but may be made of other materials. The holding mechanism 9 is composed of, for example, a pair of screw plates 11 that rise from the support plate 8 at regular intervals, and fixing bolts 12 that are screwed into each screw plate 11. The sample box 10 is fixed to the support plate 8 by arranging the sample box 10 between the pair of fixing bolts 12 and tightening the fixing bolts 12. As the holding mechanism 9, the sample box 10 can be gripped by the force of a motor, a cylinder, or an electromagnetic plunger.

サンプル形成部7におけるサンプル箱10の上方には、各サンプル箱10内に材料粉末を充填する粉末供給ノズル13が配置される。粉末供給ノズル13は、図示しない駆動機構により、各サンプル箱10の配列方向に沿って移動し、各サンプル箱10の上方で停止した状態でサンプル箱10内に材料粉末を一定の厚さで散布する。この粉末供給ノズル13による材料粉末の散布は、リコータ5による立体物造形部4に対する材料粉末の供給と同期して行われ、サンプル箱10と立体物造形部4とで常に同じ厚さの材料粉末層が形成される。 Above the sample box 10 in the sample forming unit 7, a powder supply nozzle 13 for filling the material powder in each sample box 10 is arranged. The powder supply nozzle 13 is moved along the arrangement direction of each sample box 10 by a drive mechanism (not shown), and the material powder is sprayed into the sample box 10 with a constant thickness while stopped above each sample box 10. do. The material powder is sprayed by the powder supply nozzle 13 in synchronization with the supply of the material powder to the three-dimensional object modeling unit 4 by the recoater 5, and the material powder of the same thickness is always provided in the sample box 10 and the three-dimensional object modeling unit 4. Layers are formed.

立体物造形部4の上方にレーザ照射器14が配置される。レーザ照射器14は、図示しない駆動機構により、テーブル2表面を基準として少なくとも3次元方向に移動する。すなわち、レーザ照射器14は、立体物造形部4における立体物の造形位置及びサンプル形成部7におけるサンプルの造形位置(具体的には、各サンプル箱10の内側の範囲)に対応して、前後左右及び上下方向に移動する。そのため、駆動機構としては、多関節ロボットや、昇降する垂直な回転軸の下端に水平方向に伸縮するリンクアームを取り付け、リンクアームの先端にレーザ照射器14を固定するものなどが使用できる。 The laser irradiator 14 is arranged above the three-dimensional object modeling unit 4. The laser irradiator 14 moves in at least three-dimensional directions with respect to the surface of the table 2 by a drive mechanism (not shown). That is, the laser irradiator 14 corresponds to the modeling position of the three-dimensional object in the three-dimensional object modeling unit 4 and the sample modeling position in the sample forming unit 7 (specifically, the range inside each sample box 10). Move left and right and up and down. Therefore, as the drive mechanism, an articulated robot, a link arm that expands and contracts in the horizontal direction is attached to the lower end of a vertical rotating shaft that moves up and down, and a laser irradiator 14 is fixed to the tip of the link arm.

立体物造形部4、リコータ5、サンプル形成部7及びレーザ照射器14は、不活性ガスが充填された密閉室15内に配置される。不活性ガスとしては、粉末の酸化による粉塵爆発の防止と立体物の酸化を防止するために窒素ガスが一般的に使用できるが、材料粉末にチタンが含まれる場合は、窒化による発熱・発火を防止するためにアルゴンガスを使用する。密閉室15内には、密閉室15を気密に区画する隔壁16が設けられる。この隔壁16によって、密閉室15内は、リコータ5及びレーザ照射器14が配置された立体物造形部4と、サンプル箱10が配置されたサンプル形成部7とに区画される。不活性ガスは、区画された立体物造形部4とサンプル形成部7のそれぞれに充填される。 The three-dimensional object modeling unit 4, the recorder 5, the sample forming unit 7, and the laser irradiator 14 are arranged in a closed chamber 15 filled with an inert gas. As the inert gas, nitrogen gas can be generally used to prevent dust explosion due to powder oxidation and oxidation of three-dimensional objects, but if the material powder contains titanium, it will generate heat and ignite due to argon. Use argon gas to prevent. In the closed chamber 15, a partition wall 16 for airtightly partitioning the closed chamber 15 is provided. The partition wall 16 divides the inside of the closed chamber 15 into a three-dimensional object modeling portion 4 in which the recoater 5 and the laser irradiator 14 are arranged, and a sample forming portion 7 in which the sample box 10 is arranged. The inert gas is filled in each of the partitioned three-dimensional object modeling portion 4 and the sample forming portion 7.

密閉室15におけるサンプル形成部7側の外壁面には、サンプルの取出口17と、取出口17を開閉する第1シャッタ18が設けられる。第1シャッタ18は、その開放時において取出口17を開口させ、その内部に搬送機構(図示の実施形態では多関節ロボット22の先端)を進入させることにより、サンプル形成部7に対してサンプル箱10を出し入れすることができる。 An outlet 17 for a sample and a first shutter 18 for opening and closing the outlet 17 are provided on the outer wall surface of the closed chamber 15 on the side of the sample forming portion 7. When the first shutter 18 is opened, the outlet 17 is opened, and the transport mechanism (the tip of the articulated robot 22 in the illustrated embodiment) is inserted into the outlet 17, so that the sample box is referred to the sample forming portion 7. 10 can be taken in and out.

隔壁16には、レーザ照射器14がサンプル形成部7内に進入するための通過口19と、通過口19を開閉する第2シャッタ20が設けられる。すなわち、第2シャッタ20は、その開放時において通過口19を開放させ、その内部にレーザ照射器14を支持している多関節ロボット22やリンクアームを進入させることにより、サンプル形成部7内においてサンプルの造形作業を可能とする。 The partition wall 16 is provided with a passage port 19 for the laser irradiator 14 to enter the sample forming portion 7, and a second shutter 20 for opening and closing the passage port 19. That is, when the second shutter 20 is opened, the passage port 19 is opened, and the articulated robot 22 or the link arm supporting the laser irradiator 14 is allowed to enter the inside of the passage port 19, thereby causing the second shutter 20 to enter the sample forming unit 7. Allows sample modeling work.

第1シャッタ18が開放されてサンプル取出口17が開いている場合には、第2シャッタ20は閉鎖され、隔壁16によって区分された立体物造形部4の密封性は確保される。第1シャッタ18及び第2シャッタ20は、密閉室15及び隔壁16を気密に封止できるものであれば、その構造は限定されない。本実施形態では、第1シャッタ18及び第2シャッタ20は、密閉室15及び隔壁16の表面に沿って上下方向に移動し、取出口17及び通過口19を開閉するものを使用する。 When the first shutter 18 is opened and the sample outlet 17 is open, the second shutter 20 is closed, and the sealing property of the three-dimensional object modeling portion 4 separated by the partition wall 16 is ensured. The structure of the first shutter 18 and the second shutter 20 is not limited as long as the closed chamber 15 and the partition wall 16 can be hermetically sealed. In the present embodiment, the first shutter 18 and the second shutter 20 move in the vertical direction along the surfaces of the closed chamber 15 and the partition wall 16 to open and close the outlet 17 and the passage port 19.

[1−1−2.サンプル搬送機構(多関節ロボット22)]
密閉室15の近傍には、サンプルの透視画像を取得する放射線検査装置21と、サンプル形成部7内のサンプル箱10を取り出して放射線検査装置21に搬送するサンプル搬送機構が設けられる。サンプル搬送機構としては、先端に把持部23を有する多関節ロボット22が使用される。把持部23は、密閉室15の壁面に設けられたサンプル取出口17からサンプル形成部7内に入り込んで、サンプル箱10を密閉室15外部に運ぶ。この際、多関節ロボット22は、把持部23によって固定ボルト12を回転させ、保持機構9によるサンプル箱10の固定を解除する機能を有する。多関節ロボット22は、その把持部23を放射線検査装置21側に移動させ、放射線検査装置21に設けられたターンテーブル24上に、サンプル箱10を載置する。保持機構9として電動タイプのものを使用した場合には、多関節ロボット22によって保持機構9を解除する代わりに、サンプル箱の取出作業に入った場合、電気的信号により保持機構9を開放する。
[1-1-2. Sample transfer mechanism (articulated robot 22)]
In the vicinity of the closed chamber 15, a radiation inspection device 21 for acquiring a fluoroscopic image of a sample and a sample transfer mechanism for taking out a sample box 10 in a sample forming unit 7 and transporting the sample box 10 to the radiation inspection device 21 are provided. As the sample transfer mechanism, an articulated robot 22 having a grip portion 23 at the tip is used. The grip portion 23 enters the sample forming portion 7 from the sample outlet 17 provided on the wall surface of the closed chamber 15 and carries the sample box 10 to the outside of the closed chamber 15. At this time, the articulated robot 22 has a function of rotating the fixing bolt 12 by the grip portion 23 and releasing the fixing of the sample box 10 by the holding mechanism 9. The articulated robot 22 moves the grip portion 23 toward the radiation inspection device 21, and places the sample box 10 on the turntable 24 provided in the radiation inspection device 21. When an electric type holding mechanism 9 is used, instead of releasing the holding mechanism 9 by the articulated robot 22, when the sample box is taken out, the holding mechanism 9 is opened by an electric signal.

[1−1−3.放射線検査装置21]
放射線検査装置21は、昇降機構25によって支持されたターンテーブル24と、ターンテーブル24を挟んで配置された放射線発生器21aと放射線検出器21bを有する。ターンテーブル24は昇降機構25によって上下動作すると共に、図示しないX−Y機構に支持されて水平方向に移動する。放射線発生器21aと放射線検出器21bは昇降機構25によってそれぞれ独立して昇降するように支持され、昇降機構25と共にターンテーブル24の周囲を回転するように、回転機構26により支持される。放射線検出器21bは、造形された立体物を透過した放射線を検出して電子データとして出力するものであり、例えば、放射線像蛍光増倍管(イメージインテンシファイア)とそれを撮影するカメラ、MCP(マイクロチャンネルプレート)とそれを撮影するカメラ、FPD(フラットパネルディテクタ)が使用可能である。ここでは、カメラは高速度カメラであってもよい。
[1-1-3. Radiation inspection device 21]
The radiation inspection device 21 has a turntable 24 supported by an elevating mechanism 25, a radiation generator 21a and a radiation detector 21b arranged across the turntable 24. The turntable 24 is moved up and down by the elevating mechanism 25, and is supported by an XY mechanism (not shown) to move in the horizontal direction. The radiation generator 21a and the radiation detector 21b are supported by the elevating mechanism 25 so as to be independently moved up and down, and are supported by the rotating mechanism 26 so as to rotate around the turntable 24 together with the elevating mechanism 25. The radiation detector 21b detects the radiation transmitted through the shaped three-dimensional object and outputs it as electronic data. For example, a radiation image fluorescence multiplying tube (image intensifier) and a camera for photographing the radiation, MCP. (Micro channel plate), a camera that captures it, and an FPD (flat panel detector) can be used. Here, the camera may be a high speed camera.

放射線検査装置21には放射線検出器21bからの出力データである透過データをCT画像に変換する再構成部211と、再構成部211で得られCT画像を表示する表示部212が設けられる。CT画像の代わりに、透過データを静止画像や動画像として表示部212に映し出しても良い。 The radiation inspection device 21 is provided with a reconstruction unit 211 that converts transmission data, which is output data from the radiation detector 21b, into a CT image, and a display unit 212 that displays the CT image obtained by the reconstruction unit 211. Instead of the CT image, the transparent data may be projected on the display unit 212 as a still image or a moving image.

[1−1−4.制御部30]
図3に示すように、立体物造形装置には、各機構を制御する制御部30が設けられる。すなわち、造形装置制御部31、搬送機構制御部32及び放射線検査装置制御部33が設けられる。造形装置制御部31は、テーブル制御部311、リコータ制御部312、レーザ照射器制御部313、第1シャッタ及び第2シャッタ制御部314、粉末供給ノズル制御部315を有する。搬送機構制御部32は、多関節ロボット制御部321及びサンプル箱保持機構制御部322を有する。放射線検査装置制御部33は、スキャン制御部331位置決め制御部332を有する。
[1-1-4. Control unit 30]
As shown in FIG. 3, the three-dimensional object modeling apparatus is provided with a control unit 30 that controls each mechanism. That is, a modeling device control unit 31, a transport mechanism control unit 32, and a radiation inspection device control unit 33 are provided. The modeling device control unit 31 includes a table control unit 311, a recoater control unit 312, a laser irradiator control unit 313, a first shutter and a second shutter control unit 314, and a powder supply nozzle control unit 315. The transport mechanism control unit 32 includes an articulated robot control unit 321 and a sample box holding mechanism control unit 322. The radiation inspection device control unit 33 has a scan control unit 331 positioning control unit 332.

テーブル制御部311は、材料粉末を1層ずつ溶融させて立体物を造形する場合に、造形された立体物の高さに応じてテーブル2を下降させるなど、テーブル2の昇降機構を制御する。リコータ制御部312は、リコータ5の移動や、粉末貯溜部6から立体物造形部4に対する材料粉末の供給量やタイミングなどを制御する。レーザ照射器制御部313は、レーザ照射器14の移動位置、速度、レーザビームの出力などを制御する。第1シャッタ及び第2シャッタ制御部314は、サンプル箱10の出し入れの際の第1シャッタ18と第2シャッタ20の開閉制御や、レーザ照射器14の移動時における第2シャッタ20の開閉制御などを行う。粉末供給ノズル制御部315は、各サンプル箱10に対する材料粉末の供給量、供給タイミング、ノズルの移動位置などを制御する。 The table control unit 311 controls the elevating mechanism of the table 2 by lowering the table 2 according to the height of the three-dimensional object formed when the material powder is melted layer by layer to form a three-dimensional object. The recorder control unit 312 controls the movement of the recorder 5 and the supply amount and timing of the material powder from the powder storage unit 6 to the three-dimensional object modeling unit 4. The laser irradiator control unit 313 controls the moving position, speed, laser beam output, and the like of the laser irradiator 14. The first shutter and the second shutter control unit 314 control the opening / closing of the first shutter 18 and the second shutter 20 when the sample box 10 is taken in and out, and the opening / closing control of the second shutter 20 when the laser irradiator 14 is moved. I do. The powder supply nozzle control unit 315 controls the supply amount of the material powder, the supply timing, the moving position of the nozzle, and the like for each sample box 10.

多関節ロボット制御部321は、サンプル箱10を密閉室15内から取り出して放射線検査装置21のターンテーブル24に載置する際に、多関節ロボット22の移動位置やタイミングを制御する。サンプル箱保持機構制御部322は、サンプル形成部7内にサンプル箱10を固定あるいは開放する制御を行う。固定ボルト12を回すなどして、多関節ロボット22によって保持機構9によるサンプル箱10の固定を解除する場合には、多関節ロボット制御部321がサンプル箱保持機構制御部322を兼用することもできる。 The articulated robot control unit 321 controls the moving position and timing of the articulated robot 22 when the sample box 10 is taken out from the closed chamber 15 and placed on the turntable 24 of the radiation inspection device 21. The sample box holding mechanism control unit 322 controls the sample box 10 to be fixed or opened in the sample forming unit 7. When the articulated robot 22 releases the fixing of the sample box 10 by the holding mechanism 9 by turning the fixing bolt 12, the articulated robot control unit 321 can also serve as the sample box holding mechanism control unit 322. ..

スキャン制御部331は、放射線発生器21aによる撮影開始タイミング、放射線出力、放射線ビーム角度、拡大率、再構成部211による透過データの処理、表示部212に表示する画像の表示形態などを制御する。位置決め制御部332は、ターンテーブル24、放射線発生器21a及び放射線検出器21bの回転機構26や、昇降機構25を制御して、それらの位置や角度、移動速度などを制御する。 The scan control unit 331 controls the imaging start timing by the radiation generator 21a, the radiation output, the radiation beam angle, the magnification, the processing of the transmission data by the reconstruction unit 211, the display form of the image displayed on the display unit 212, and the like. The positioning control unit 332 controls the rotation mechanism 26 of the turntable 24, the radiation generator 21a and the radiation detector 21b, and the elevating mechanism 25 to control their positions, angles, moving speeds, and the like.

[1−2.実施形態の作用]
本実施形態において立体物を造形するには、第1シャッタ18を閉じて密閉室15内を気密状態とし、その内部に不活性ガスを充填する。この時、第2シャッタ20を開いて通過口19を開口し、立体物造形部4とサンプル形成部7が共に不活性ガス雰囲気となるようにすると共に、通過口19を通じてレーザ照射器14が立体物造形部4とサンプル形成部7の間を移動できるようにする。
[1-2. Action of embodiment]
In order to form a three-dimensional object in the present embodiment, the first shutter 18 is closed to make the inside of the closed chamber 15 airtight, and the inside thereof is filled with an inert gas. At this time, the second shutter 20 is opened to open the passage port 19, so that both the three-dimensional object modeling portion 4 and the sample forming portion 7 have an inert gas atmosphere, and the laser irradiator 14 is three-dimensionalized through the passage port 19. Allows movement between the modeling section 4 and the sample forming section 7.

次いで、枠部3で囲まれたテーブル2の上方にリコータ5を移動させることで、リコータ5に設けられた粉末貯溜部6からテーブル2の表面に一層分の材料粉末を供給する。この場合、リコータ5が枠部3の上縁に沿って移動することで、テーブル2上に供給された余分な材料粉末が掻き落され、テーブル2上には、所定量の材料粉末の層が形成される。同時に、各サンプル箱10の内部に粉末供給ノズル13から材料粉末を順次供給し、各サンプル箱10の底部にもテーブル2上と同じ厚さの材料粉末層を形成する。 Next, by moving the recorder 5 above the table 2 surrounded by the frame portion 3, one layer of material powder is supplied from the powder storage portion 6 provided in the recorder 5 to the surface of the table 2. In this case, as the recorder 5 moves along the upper edge of the frame portion 3, the excess material powder supplied on the table 2 is scraped off, and a predetermined amount of the material powder layer is formed on the table 2. It is formed. At the same time, the material powder is sequentially supplied from the powder supply nozzle 13 to the inside of each sample box 10, and a material powder layer having the same thickness as that on the table 2 is formed on the bottom of each sample box 10.

立体物の造形前に供給された材料粉末の充填状態を確認するには、サンプル箱10内に材料粉末が供給された状態で第2シャッタ20を閉じ、第1シャッタ18を開放して取出口17を開く。開いた取出口17に多関節ロボット22の把持部23を挿入して、保持機構9の固定ボルト12を緩め、把持部23によってサンプル箱10を持ち上げて、密閉室15外部に取り出す。取り出したサンプル箱10は、多関節ロボット22により放射線検査装置21に搬送され、ターンテーブル24上にセットされる。サンプル箱10を取り出した後は、直ちに第1シャッタ18を閉鎖して取出口17を閉じて、密閉室15を密閉する。密閉後は、第2シャッタ20を開いて立体物造形部4とサンプル形成部7を連通させてサンプル形成部7を不活性ガス雰囲気とすると共に、通過口19を開口させてレーザ照射器14がサンプル形成部7側に移動可能とする。 To check the filling state of the supplied material powder before modeling the three-dimensional object, close the second shutter 20 with the material powder supplied in the sample box 10, open the first shutter 18, and take out the outlet. Open 17. The grip portion 23 of the articulated robot 22 is inserted into the open outlet 17, the fixing bolt 12 of the holding mechanism 9 is loosened, the sample box 10 is lifted by the grip portion 23, and the sample box 10 is taken out of the closed chamber 15. The taken-out sample box 10 is conveyed to the radiation inspection device 21 by the articulated robot 22 and set on the turntable 24. Immediately after taking out the sample box 10, the first shutter 18 is closed, the outlet 17 is closed, and the closed chamber 15 is sealed. After sealing, the second shutter 20 is opened to allow the three-dimensional object modeling portion 4 and the sample forming portion 7 to communicate with each other to create an inert gas atmosphere in the sample forming portion 7, and the passage port 19 is opened to open the laser irradiator 14. It can be moved to the sample forming portion 7 side.

立体物造形部4とサンプル箱10内に1層分の材料粉末を供給した後は、レーザ照射器14を予めプログラミングされた位置と速度で移動させながらテーブル2上の材料粉末にレーザビームを照射することにより、テーブル2上で材料粉末を溶融させる。テーブル2上で溶融した材料粉末は、レーザ照射器14の移動に伴い冷却し固化するため、テーブル2上にはレーザ照射器14の軌跡に対応した粉末材料1層分の立体物が形成される。 After supplying one layer of material powder into the three-dimensional object modeling unit 4 and the sample box 10, the material powder on the table 2 is irradiated with a laser beam while moving the laser irradiator 14 at a pre-programmed position and speed. By doing so, the material powder is melted on the table 2. Since the material powder melted on the table 2 is cooled and solidified as the laser irradiator 14 moves, a three-dimensional object for one layer of the powder material corresponding to the trajectory of the laser irradiator 14 is formed on the table 2. ..

立体物造形部4に対するレーザビームの照射に引き続いて、レーザ照射器14を通過口19からサンプル箱10の上部に移動させ、サンプル箱10の底部に供給された1層分の材料粉末に対して、立体物造形部4と同じ出力と移動速度でレーザビームを照射する。サンプル箱10内で造形するサンプルの形状は任意であるが、造形対象の立体物の中で検査を必要とする個所の形状に近いものが望ましい。立体物造形部4及びサンプル箱10内の材料粉末に対するレーザビームの照射が終わった後は、レーザ照射器14を立体物造形部4側に復帰させる。 Following the irradiation of the laser beam to the three-dimensional object modeling portion 4, the laser irradiator 14 is moved from the passage port 19 to the upper part of the sample box 10 with respect to the material powder for one layer supplied to the bottom of the sample box 10. , The laser beam is irradiated with the same output and moving speed as the three-dimensional object modeling unit 4. The shape of the sample to be modeled in the sample box 10 is arbitrary, but it is desirable that the shape of the sample to be modeled is close to the shape of the part requiring inspection. After the irradiation of the laser beam to the material powder in the three-dimensional object modeling unit 4 and the sample box 10 is completed, the laser irradiator 14 is returned to the three-dimensional object modeling unit 4 side.

立体物造形部4及びサンプル箱10内で材料粉末の1層目が溶融固化した後は、テーブル2を材料粉末1層分の高さだけ下降させ、再びリコータ5を用いて立体物造形部4内に2層目の材料粉末を供給する。同時に、サンプル箱10内にも粉末供給ノズル13から2層目の材料粉末を供給する。その後、レーザ照射器14により材料粉末を溶融させ、以下、このような材料粉末の供給と、溶融及び固化が繰り返されることで、テーブル2及びサンプル箱10の底部上に溶融した材料が多層に積層され、立体的なサンプルと、造形対象の立体物が造形される。 After the first layer of the material powder is melted and solidified in the three-dimensional object modeling unit 4 and the sample box 10, the table 2 is lowered by the height of one layer of the material powder, and the three-dimensional object modeling unit 4 is again used by the recorder 5. A second layer of material powder is supplied inside. At the same time, the material powder of the second layer is supplied from the powder supply nozzle 13 into the sample box 10. After that, the material powder is melted by the laser irradiator 14, and the melted material is laminated in multiple layers on the bottom of the table 2 and the sample box 10 by repeating the supply, melting and solidification of the material powder. Then, a three-dimensional sample and a three-dimensional object to be modeled are modeled.

複数個のサンプル箱10が設けられている本実施形態では、最初のサンプル箱10については、レーザビームを照射しない状態で取り出して、放射線検出器21bによる透視検査を行い、2番目以降のサンプル箱10については、材料の積層数が一定回数に達するごとにサンプル箱10を取り出して放射線検査を行う。このように立体物の造形動作の任意の異なる段階において、サンプル箱10を取り出して検査を行うことにより、材料粉末の溶融状態(特に、溶融池の状態)と立体物内部のガスの気泡(ガスポア)を確認することができる。また、サンプル箱10内における造形された立体物の周囲には、レーザビームが照射されずに未溶融の材料粉末が残っていることから、造形途中における未溶融の材料粉末の状況も知ることができる。 In the present embodiment in which a plurality of sample boxes 10 are provided, the first sample box 10 is taken out without irradiating the laser beam, subjected to a fluoroscopic inspection with a radiation detector 21b, and the second and subsequent sample boxes. For No. 10, the sample box 10 is taken out and a radiation inspection is performed every time the number of laminated materials reaches a certain number of times. By taking out the sample box 10 and inspecting it at any different stage of the modeling operation of the three-dimensional object in this way, the molten state of the material powder (particularly the state of the molten pool) and the gas bubbles inside the three-dimensional object (gas pores). ) Can be confirmed. Further, since the unmelted material powder remains around the three-dimensional object formed in the sample box 10 without being irradiated with the laser beam, it is possible to know the state of the unmelted material powder during the modeling process. can.

密閉室15から取り出された各段階のサンプル箱10は、多関節ロボット22により放射線検出装置のターンテーブル24に載置され、放射線発生器21aからの放射線が照射される。その際、ターンテーブル24上に載置されたサンプルが所定の位置に来るように、位置決め制御部332がX−Y機構や昇降機構25を制御することにより、サンプル箱10の位置決めが行われる。 The sample box 10 of each stage taken out from the closed chamber 15 is placed on the turntable 24 of the radiation detection device by the articulated robot 22, and is irradiated with the radiation from the radiation generator 21a. At that time, the sample box 10 is positioned by controlling the XY mechanism and the elevating mechanism 25 by the positioning control unit 332 so that the sample placed on the turntable 24 comes to a predetermined position.

サンプル箱10及びその内部のサンプルや周囲の材料粉末を透過した放射線は、放射線検出器21bによって電子データに変換される。放射線検出器21bからの透過データは、静止画や動画の場合には表示部212に映し出される。CT画像を得る場合には、回転機構26を用いて、ターンテーブル24の周囲で放射線発生器21aと放射線検出器21bを回転させ、得られた透視画像を再構成部211で変換し、表示部212に出力する。 The radiation transmitted through the sample box 10 and the sample inside the sample box and the surrounding material powder is converted into electronic data by the radiation detector 21b. The transmitted data from the radiation detector 21b is displayed on the display unit 212 in the case of a still image or a moving image. When obtaining a CT image, the rotation mechanism 26 is used to rotate the radiation generator 21a and the radiation detector 21b around the turntable 24, and the obtained fluoroscopic image is converted by the reconstruction unit 211 and displayed. Output to 212.

上記のような各部の動作や処理は、制御部30に設けられた造形装置制御部31、搬送機構制御部32及び放射線検査装置制御部33によって実行される。 The operations and processes of each unit as described above are executed by the modeling device control unit 31, the transport mechanism control unit 32, and the radiation inspection device control unit 33 provided in the control unit 30.

放射線検出器21bで得られたサンプルの放射線透視画像やCT画像を、立体物の高さ、長さ、角度、積層ごとに、レーザ照射器14のビーム出力、移動速度、材料粉末供給量と共に保存しておくことで、造形装置の各種データと放射線画像とを対応付けて管理することができる。その結果、これらのデータをいつでも取り出すことにより、立体物を構成する材料層の積層状態を再現あるいは修正することなども自在にでき、リバースエンジニアリングが可能である。 The radiation fluoroscopic image and CT image of the sample obtained by the radiation detector 21b are stored together with the beam output, moving speed, and material powder supply amount of the laser irradiator 14 for each height, length, angle, and stacking of the three-dimensional object. By doing so, it is possible to manage the various data of the modeling apparatus in association with the radiographic image. As a result, by taking out these data at any time, it is possible to freely reproduce or correct the laminated state of the material layers constituting the three-dimensional object, and reverse engineering is possible.

[1−3.実施形態の効果]
本実施形態は、次のような効果を有する。
(1)放射線検出器21bによってサンプル箱10を検査することで、造形前のサンプル箱10内における材料粉末の充填状態や、造形途中の立体物の積層状態を、任意の拡大率の放射線透視画像やCT画像によって確認することができる。得られた検査結果に基づいて、立体物造形部4における材料粉末の供給状態を推察し、リコータ5による材料粉末の供給速度や供給量を調整できる。また、撮影された画像に基づいて、造形作業の適否を迅速かつ容易に判断することが可能となる。その結果、例えば、レーザビーム出力、材料粉末の供給量、レーザ照射器14の移動速度や溶融ポイントまでの距離などを造形途中において調整することで、ボイドや溶融不良がない高品質の立体物を造形することができる。
[1-3. Effect of embodiment]
This embodiment has the following effects.
(1) By inspecting the sample box 10 with the radiation detector 21b, the state of filling the material powder in the sample box 10 before modeling and the state of stacking three-dimensional objects in the process of modeling can be seen as a radiation fluoroscopic image at an arbitrary magnification. It can be confirmed by the CT image or CT image. Based on the obtained inspection result, the supply state of the material powder in the three-dimensional object modeling unit 4 can be inferred, and the supply speed and the supply amount of the material powder by the recorder 5 can be adjusted. In addition, it is possible to quickly and easily determine the suitability of the modeling work based on the captured image. As a result, for example, by adjusting the laser beam output, the amount of material powder supplied, the moving speed of the laser irradiator 14, the distance to the melting point, etc. during modeling, a high-quality three-dimensional object without voids or melting defects can be obtained. Can be modeled.

(2)密閉室15内に通過口19を有する隔壁16を設け、サンプル箱10の取出時には第2シャッタ20により通過口19を閉鎖することで、取出口17を開いてサンプル箱10を取り出す場合に、容積の広い立体物造形部4の密閉状態を維持したまま、サンプル形成部7のみを開放する。その結果、サンプルの検査のために密閉室15全体を開放する必要がなくなり、密閉室15全体に多量の不活性ガスを再充填することが不要となり、不活性ガスの削減、再充填時間の短縮が可能となる。 (2) When a partition wall 16 having a passage port 19 is provided in the closed chamber 15 and the passage port 19 is closed by the second shutter 20 when the sample box 10 is taken out to open the take-out port 17 and take out the sample box 10. In addition, only the sample forming portion 7 is opened while maintaining the sealed state of the three-dimensional object forming portion 4 having a large volume. As a result, it is not necessary to open the entire closed chamber 15 for sample inspection, and it is not necessary to refill the entire closed chamber 15 with a large amount of inert gas, which reduces the amount of inert gas and shortens the refilling time. Is possible.

(3)サンプル箱10を複数個設けることで、造形前や造形途中など多段階にわたってサンプルの検査を行うことが可能となる。その結果、立体物造形部4で製作する立体物の各段階における状態を知ることができるので、造形材料を多層に積層した場合にどの段階で造形不良が出やすいかなどの経時的な情報を、ユーザが希望する間隔で自由に得ることができる。 (3) By providing a plurality of sample boxes 10, it is possible to inspect the sample in multiple stages such as before and during modeling. As a result, since it is possible to know the state of the three-dimensional object manufactured by the three-dimensional object modeling unit 4 at each stage, it is possible to obtain information over time such as at which stage modeling defects are likely to occur when the modeling materials are laminated in multiple layers. , Can be freely obtained at intervals desired by the user.

(4)サンプル箱10内部にサンプルが造形され、サンプルの周囲には未溶融の材料粉末が残された状態で、サンプル箱10を放射線検査装置21に移送するため、サンプルに把持部23が触れることがなく、サンプルの損傷や劣化か生じないとともに、造形されたサンプルとその周囲の未溶融材料の状態を同時に検査することができる。 (4) In order to transfer the sample box 10 to the radiation inspection device 21 in a state where the sample is formed inside the sample box 10 and the unmelted material powder is left around the sample, the grip portion 23 touches the sample. There is no damage or deterioration of the sample, and the condition of the molded sample and the unmelted material around it can be inspected at the same time.

(5)隔壁16の通過口19を通して立体物造形部4とサンプル形成部7の間でレーザ照射器14を移動させるため、レーザ照射器14が1台で済むとともに、立体物の造形とサンプルの造形が同じレーザ照射器14で行われることになり、造形された立体物の状況がそのままサンプルに反映される。その結果、放射線検査装置21で検出したサンプルからの情報に基づいて、造形された立体物の状況を正確に知ることができる。 (5) Since the laser irradiator 14 is moved between the three-dimensional object modeling unit 4 and the sample forming unit 7 through the passage port 19 of the partition wall 16, only one laser irradiator 14 is required, and the three-dimensional object modeling and the sample The modeling will be performed by the same laser irradiator 14, and the state of the modeled three-dimensional object will be reflected in the sample as it is. As a result, it is possible to accurately know the state of the modeled three-dimensional object based on the information from the sample detected by the radiation inspection device 21.

[2.他の実施形態]
本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示される複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。具体的には、次のような他の実施形態も包含する。
[2. Other embodiments]
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and at the implementation stage, the components can be modified and embodied within a range that does not deviate from the gist thereof. In addition, various inventions can be formed by an appropriate combination of the plurality of components disclosed in the above-described embodiment. For example, some components may be removed from all the components shown in the embodiments. In addition, components across different embodiments may be combined as appropriate. Specifically, it also includes other embodiments such as the following.

(1)サンプル箱10内に材料粉末を供給する手段としては、ノズルによる散布以外に、立体物造形部4と同様なリコータ5やローラなどを使用することもできる。例えば、図4に示すように、サンプル箱10の代わりに、サンプル箱10の側壁と同様な寸法で底部が開口したサンプル用枠部3aを基台1に固定し、このサンプル用枠部3aの内側に立体物造形部4のテーブル2と同期して移動するサンプル用テーブル2aを昇降自在に配置する。サンプル用テーブル2aの上面に移送用トレー10aを置いて、その上にリコータ5によって立体物造形部4と同時に材料粉末を供給する。 (1) As a means for supplying the material powder into the sample box 10, a recoater 5 or a roller similar to the three-dimensional object modeling unit 4 can be used in addition to the spraying by the nozzle. For example, as shown in FIG. 4, instead of the sample box 10, a sample frame portion 3a having the same dimensions as the side wall of the sample box 10 and having an open bottom is fixed to the base 1, and the sample frame portion 3a A sample table 2a that moves in synchronization with the table 2 of the three-dimensional object modeling unit 4 is arranged inside so as to be able to move up and down. A transfer tray 10a is placed on the upper surface of the sample table 2a, and the material powder is supplied onto the transfer tray 10a at the same time as the three-dimensional object modeling portion 4 by the recorder 5.

このようにすると、立体物の造形後には、多関節ロボット22によって移送用トレー10aを把持することにより、造形された立体物のサンプルに触れることなく、サンプルを放射線検査装置21に移送することができる。また、サンプル形成部7に専用の粉末供給ノズル13を設けることなく、1台のリコータ5によって立体物造形部4とサンプル形成部7に材料粉末を供給できるため、立体物とサンプルとで材料粉末の厚さの管理が正確かつ容易になる。 In this way, after modeling the three-dimensional object, the transfer tray 10a can be gripped by the articulated robot 22 to transfer the sample to the radiation inspection device 21 without touching the sample of the modeled three-dimensional object. can. Further, since the material powder can be supplied to the three-dimensional object modeling unit 4 and the sample forming unit 7 by one recorder 5 without providing the sample forming unit 7 with the dedicated powder supply nozzle 13, the material powder can be supplied between the three-dimensional object and the sample. Thickness management is accurate and easy.

(2)前記の実施例は、サンプル箱10内に粉末供給ノズル13を利用して材料粉末を供給したが、造形途中の溶融層の状態を観察する必要がない場合には、予め材料粉末を所定の厚さに充填しておいた複数のサンプル箱10を用意し、このサンプル箱10に対して、異なる出力や移動速度のレーザビームを照射することで、材料粉末の溶融状態を検査することも可能である。 (2) In the above embodiment, the material powder is supplied into the sample box 10 by using the powder supply nozzle 13, but when it is not necessary to observe the state of the molten layer during molding, the material powder is preliminarily used. A plurality of sample boxes 10 filled to a predetermined thickness are prepared, and the sample boxes 10 are irradiated with laser beams having different outputs and moving speeds to inspect the molten state of the material powder. Is also possible.

(3)前記の実施例は、サンプル箱10や移送用トレーを使用することで、搬送機構が造形されたサンプルに直接触れることがなく、搬送時にサンプルの変形などのおそれがない。搬送機構によってサンプルを直接把持しても問題がない場合には、サンプル箱10や移送用トレー10aを設けることなく、図5に示すように、立体物造形部4に連続してサンプル形成部7を設けてサンプルSを造形することができる。このようにすると、立体物造形部4の枠部3とサンプル形成部7の枠部3を一体とすることができるため、立対物造形部4に材料粉末を供給したリコータ5をそのまま隔壁16の第2シャッタ20を通過させてサンプル形成部7に侵入させ、サンプル形成部7内に材料粉末を供給することができる。 (3) In the above-described embodiment, by using the sample box 10 and the transfer tray, the transfer mechanism does not directly touch the shaped sample, and there is no risk of the sample being deformed during transfer. If there is no problem in directly gripping the sample by the transport mechanism, the sample forming section 7 is continuously connected to the three-dimensional object modeling section 4 as shown in FIG. 5 without providing the sample box 10 or the transfer tray 10a. Can be provided to form the sample S. In this way, the frame portion 3 of the three-dimensional object modeling portion 4 and the frame portion 3 of the sample forming portion 7 can be integrated, so that the recorder 5 that supplies the material powder to the vertical objective modeling portion 4 can be used as it is on the partition wall 16. The material powder can be supplied into the sample forming portion 7 by passing through the second shutter 20 and invading the sample forming portion 7.

(4)前記の実施形態は、リコータ5と粉末貯溜部6を一体に設けたが、両者を別体とすることも可能である。例えば、立体物造形部4の上方に材料粉末を供給するノズルを設けることができる。また、立体物造形部4の側方に上面開口型の粉末貯溜部6を設けて、リコータ5によって粉末貯溜部6の上部から立体物造形部4に向けて材料粉末を掻き出しても良い。 (4) In the above-described embodiment, the recorder 5 and the powder storage unit 6 are integrally provided, but both can be separated from each other. For example, a nozzle for supplying material powder can be provided above the three-dimensional object modeling unit 4. Further, the upper surface opening type powder storage unit 6 may be provided on the side of the three-dimensional object modeling unit 4, and the material powder may be scraped from the upper part of the powder storage unit 6 toward the three-dimensional object modeling unit 4 by the recorder 5.

(5)リコータ5によって立体物造形部4に材料粉末を供給した場合、リコータ5によって掻き出された材料粉末が枠部3の上縁からオーバーフロすることがある。そのため、枠部3の周囲や、立体物造形部4とサンプル形成部7の間に材料粉末の回収部を設けることができる。 (5) When the material powder is supplied to the three-dimensional object modeling portion 4 by the recoater 5, the material powder scraped out by the recoater 5 may overflow from the upper edge of the frame portion 3. Therefore, a material powder recovery portion can be provided around the frame portion 3 or between the three-dimensional object modeling portion 4 and the sample forming portion 7.

(6)サンプル形成部7において造形されるサンプル数は、検査の目的や回数に応じて、1個あるいは複数個とすることができる。サンプル数を複数個とした場合に、別途設けられたシャッタなどを利用してサンプル形成部7の内部をサンプル毎に密閉された小部屋に区切ると共に、各小部屋の外壁にそれぞれ第1シャッタ18を設けることもできる。このようにすると、サンプルの取出時に排出される不活性ガス量がより少なくて済む。 (6) The number of samples formed in the sample forming unit 7 may be one or a plurality depending on the purpose and the number of inspections. When the number of samples is a plurality, the inside of the sample forming portion 7 is divided into small chambers sealed for each sample by using a separately provided shutter or the like, and the first shutter 18 is formed on the outer wall of each small chamber. Can also be provided. In this way, the amount of inert gas discharged when the sample is taken out can be reduced.

(7)本実施形態によって得られる透視画像としては、高速度カメラによる透視動画またはCT透視画像のいずれか一方をまたは双方であっても良いし、一定時間毎に撮影する静止画像であっても良い。 (7) The fluoroscopic image obtained by the present embodiment may be either one or both of a fluoroscopic moving image or a CT fluoroscopic image obtained by a high-speed camera, or may be a still image taken at regular time intervals. good.

1…基台
2…テーブル
3…枠部
4…立体物造形部
5…リコータ
6…粉末貯溜部
7…サンプル形成部
8…支持板
9…保持機構
10…サンプル箱
11…ねじ板
12…固定ボルト
13…粉末供給ノズル
14…レーザ照射器
15…密閉室
16…隔壁
17…取出口
18…第1シャッタ
19…通過口
20…第2シャッタ
21…放射線検査装置
21a…放射線発生器
21b…放射線検出器
211…再構成部
212…表示部
22…多関節ロボット
23…把持部
24…ターンテーブル
25…昇降機構
26…回転機構
30…制御部
31…造形装置制御部
311…テーブル制御部
312…リコータ制御部
313…レーザ照射器制御部
314…第1シャッタ及び第2シャッタ制御部
315…粉末供給ノズル制御部
32…搬送機構制御部
321…多関節ロボット制御部
322…保持機構制御部
33…放射線検査装置制御部
331…スキャン制御部
332…位置決め制御部
1 ... Base 2 ... Table 3 ... Frame part 4 ... Three-dimensional object modeling part 5 ... Recorder 6 ... Powder storage part 7 ... Sample forming part 8 ... Support plate 9 ... Holding mechanism 10 ... Sample box 11 ... Screw plate 12 ... Fixing bolt 13 ... Powder supply nozzle 14 ... Laser irradiator 15 ... Sealed room 16 ... Partition 17 ... Outlet 18 ... First shutter 19 ... Passage port 20 ... Second shutter 21 ... Radiation inspection device 21a ... Radiation generator 21b ... Radiation detector 211 ... Reconstruction unit 212 ... Display unit 22 ... Articulated robot 23 ... Grip unit 24 ... Turntable 25 ... Elevating mechanism 26 ... Rotation mechanism 30 ... Control unit 31 ... Modeling device control unit 311 ... Table control unit 312 ... Recorder control unit 313 ... Laser irradiator control unit 314 ... First shutter and second shutter control unit 315 ... Powder supply nozzle control unit 32 ... Conveyance mechanism control unit 321 ... Articulated robot control unit 322 ... Holding mechanism control unit 33 ... Radiation inspection device control Unit 331 ... Scan control unit 332 ... Positioning control unit

Claims (8)

床面に設置される基台と、前記基台に対して昇降自在に設けられ、造形対象の立体物を載置するテーブルと、
前記テーブルの周囲に配置され、その内側でテーブルが昇降する枠部と、
前記テーブルと前記枠部とによって形成された上面開口型の立体物造形部と、
前記立体物造形部の上方に配置され、前記立体物造形部内に所定の厚さの粉末材料を供給するリコータと、
前記立体物造形部に対して粉末材料を供給する粉末貯溜部と、
前記立体物造形部の側方に設けられたサンプル形成部と、
前記立体物造形部及び前記サンプル形成部の上方に配置され、前記テーブル表面を基準として少なくとも3次元方向に移動するレーザ照射器と、
前記立体物造形部、前記リコータ、前記サンプル形成部及び前記レーザ照射器を密閉し、不活性ガスが充填された密閉室と、
前記密閉室内に設けられ、前記立体物造形部と前記サンプル形成部とを気密に区画する隔壁と、
前記密閉室に設けられ、前記サンプル形成部に対して前記サンプルを出し入れすることのできる第1シャッタと、
前記隔壁に設けられ、前記第1シャッタの開放時には閉鎖される第2シャッタと、
を備えるパウダーベッド方式の立体物造形装置。
A base installed on the floor, a table that can be raised and lowered with respect to the base and on which a three-dimensional object to be modeled is placed,
A frame that is placed around the table and the table moves up and down inside it,
An upper surface opening type three-dimensional object modeling portion formed by the table and the frame portion,
A recorder that is arranged above the three-dimensional object modeling section and supplies a powder material of a predetermined thickness into the three-dimensional object modeling section.
A powder storage unit that supplies powder material to the three-dimensional object modeling unit,
A sample forming portion provided on the side of the three-dimensional object modeling portion and
A laser irradiator that is arranged above the three-dimensional object modeling unit and the sample forming unit and moves in at least three-dimensional directions with respect to the table surface.
A closed chamber in which the three-dimensional object modeling portion, the recorder, the sample forming portion, and the laser irradiator are sealed and filled with an inert gas.
A partition wall provided in the closed chamber and airtightly partitioning the three-dimensional object modeling portion and the sample forming portion.
A first shutter provided in the closed chamber and capable of taking the sample in and out of the sample forming portion,
A second shutter provided on the partition wall and closed when the first shutter is opened,
A powder bed type three-dimensional object modeling device equipped with.
前記密閉室の近傍に配置された放射線検査装置と、前記サンプル形成部内の前記サンプルを取り出して前記放射線検査装置にセットする搬送機構を有する請求項1に記載のパウダーベッド方式の立体物造形装置。 The powder bed type three-dimensional object modeling device according to claim 1, further comprising a radiation inspection device arranged in the vicinity of the closed chamber and a transport mechanism for taking out the sample in the sample forming portion and setting the sample in the radiation inspection device. 前記サンプル形成部は、複数の前記サンプルを形成可能である請求項1または請求項2に記載のパウダーベッド方式の立体物造形装置。 The powder bed type three-dimensional object modeling apparatus according to claim 1 or 2, wherein the sample forming unit can form a plurality of the samples. 前記サンプル形成部は、内部に材料粉末が充填されるサンプル箱と、その保持機構を有する請求項1または請求項2に記載のパウダーベッド方式の立体物造形装置。 The powder bed type three-dimensional object modeling apparatus according to claim 1 or 2, wherein the sample forming portion has a sample box filled with material powder inside and a holding mechanism thereof. 前記リコータによる前記立体物造形部に対する材料粉末の供給と同期して、前記サンプル箱内に材料粉末を供給するノズルを有する請求項4に記載のパウダーベッド方式の立体物造形装置。 The powder bed type three-dimensional object modeling apparatus according to claim 4, further comprising a nozzle for supplying the material powder into the sample box in synchronization with the supply of the material powder to the three-dimensional object modeling portion by the recorder. 前記搬送機構が、多関節ロボットである請求項2に記載のパウダーベッド方式の立体物造形装置。 The powder bed type three-dimensional object modeling apparatus according to claim 2, wherein the transport mechanism is an articulated robot. 前記放射線検査装置が、前記放射線検出器からの出力を画像データに変換して表示する透視画像表示装置である請求項2に記載のパウダーベッド方式の立体物造形装置。 The powder bed type three-dimensional object modeling device according to claim 2, wherein the radiation inspection device is a fluoroscopic image display device that converts an output from the radiation detector into image data and displays it. 前記放射線検査装置が、前記放射線検出器からの出力を再構成して前記立体物の断面映像を出力する放射線CTである請求項2に記載のパウダーベッド方式の立体物造形装置。 The powder bed type three-dimensional object modeling apparatus according to claim 2, wherein the radiation inspection apparatus is a radiation CT that reconstructs an output from the radiation detector and outputs a cross-sectional image of the three-dimensional object.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP7414912B1 (en) 2022-08-23 2024-01-16 株式会社ソディック Laminated manufacturing device and method for manufacturing three-dimensional objects

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