JP2021183713A - Three-dimensional forming apparatus and method for manufacturing three-dimensionally formed article - Google Patents

Three-dimensional forming apparatus and method for manufacturing three-dimensionally formed article Download PDF

Info

Publication number
JP2021183713A
JP2021183713A JP2020089463A JP2020089463A JP2021183713A JP 2021183713 A JP2021183713 A JP 2021183713A JP 2020089463 A JP2020089463 A JP 2020089463A JP 2020089463 A JP2020089463 A JP 2020089463A JP 2021183713 A JP2021183713 A JP 2021183713A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
base plate
powder
plate
metal plate
stage
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2020089463A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
智也 今井
Tomoya Imai
恭諒 丸小
Takaaki MARUKO
啓祐 田中
Keisuke Tanaka
裕章 巽
Hiroaki Tatsumi
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
Priority to JP2020089463A priority Critical patent/JP2021183713A/en
Publication of JP2021183713A publication Critical patent/JP2021183713A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25Process efficiency

Landscapes

  • Powder Metallurgy (AREA)

Abstract

To provide a three-dimensional forming apparatus capable of suppressing a larger amount of loss of heat provided for preheating through an electron beam than conventionally.SOLUTION: A three-dimensional forming apparatus 1 includes a stage 11, a base plate 13, a powder bed-forming part 16, an electron gun 21, a metal plate 171, and a support plate 172. The stage is installed in a chamber 10 and can move in a height direction. The base plate is arranged on the stage through a column 14 and is used as a base for forming a formed article 110 laminated three-dimensionally by powder 100. In the powder bed-forming part, a powder bed is formed by covering the base plate with the powder. The electron gun generates an electron beam EB and irradiates the base plate or the powder bed with the electron beam. The metal plate, a position corresponding to the base plate of which is opened, partitions a space on the stage into an upper space of the base plate and a lower space thereof. The support plate supports the metal plate on the stage.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本開示は、粉末材料を選択的に溶融凝固させる処理を繰り返すことによって三次元の造形物を製造する三次元造形装置および三次元造形物の製造方法に関する。 The present disclosure relates to a three-dimensional modeling apparatus for producing a three-dimensional model by repeating a process of selectively melting and solidifying a powder material, and a method for manufacturing a three-dimensional model.

電子ビームを照射することにより溶融凝固させることができる金属粉末材料を使用した層を複数層重ね合わせることによって三次元の造形物を製造する三次元造形装置が知られている。三次元造形装置では、三次元の造形物を造形する領域に粉末床を形成するために金属粉末材料を供給する供給工程と、粉末床の金属粉末材料に選択的に造形用の電子ビームを照射して金属粉末材料を溶融凝固させて造形を行う造形工程と、を複数回繰り返して実施することができる手段を含む。通常、金属粉末材料に対して電子ビームを照射した場合に、帯電した金属粉末材料同士のクーロン力による反発によって粉末材料が飛散してしまう。このため、金属粉末材料に対して電子ビームを照射する前に、予め金属粉末材料の帯電を抑制する処置が実行される。特許文献1には、造形工程の前に粉末材料を予熱する予熱工程を含む三次元造形方法が開示されている。特許文献1に記載の三次元造形方法では、予熱工程で、デフォーカスした電子ビームを粉末材料に照射することによって、局所的な帯電を防ぎながら粉末材料を予め高温化し、粉末材料の電気抵抗を低下させている。これによって、粉末材料を溶融凝固させるための造形用の電子ビームの照射によって、電子が粉末材料に帯電してしまうことが抑制される。 A three-dimensional modeling apparatus that manufactures a three-dimensional model by superimposing a plurality of layers using a metal powder material that can be melted and solidified by irradiating an electron beam is known. In the three-dimensional modeling device, the supply process of supplying the metal powder material to form the powder bed in the area where the three-dimensional model is to be modeled, and the electronic beam for modeling are selectively applied to the metal powder material of the powder bed. It includes a means capable of repeating the molding step of melting and solidifying the metal powder material to perform the molding a plurality of times. Normally, when the metal powder material is irradiated with an electron beam, the powder material is scattered due to the repulsion between the charged metal powder materials due to the Coulomb force. Therefore, before irradiating the metal powder material with the electron beam, a measure for suppressing the charge of the metal powder material is executed in advance. Patent Document 1 discloses a three-dimensional modeling method including a preheating step of preheating a powder material before the modeling process. In the three-dimensional modeling method described in Patent Document 1, in the preheating step, the powder material is irradiated with a defocused electron beam to raise the temperature of the powder material in advance while preventing local charging, and the electrical resistance of the powder material is increased. It is decreasing. As a result, it is possible to prevent electrons from being charged in the powder material by irradiation with an electron beam for modeling for melting and solidifying the powder material.

特表2011−506761号公報Japanese Patent Publication No. 2011-506661

しかしながら、通常の三次元造形装置では、三次元の造形物を造形する土台であるベースプレートは、上下方向に移動可能なステージに直接取り付けられているか、あるいはステージ上に充填された粉末の上に載せられている。このような三次元造形装置において、特許文献1に記載の技術のように、ベースプレート上の粉末材料を電子ビームで予熱すると、ベースプレートは加熱されるが、ベースプレートに接触しているステージまたは粉末材料へと熱が流れてしまう。つまり、電子ビームによって予熱のために投入された熱の損失が大きくなってしまうという問題があった。 However, in a normal 3D modeling device, the base plate, which is the base for modeling a 3D model, is directly attached to a stage that can be moved up and down, or placed on a powder filled on the stage. Has been done. In such a three-dimensional modeling apparatus, when the powder material on the base plate is preheated with an electron beam as in the technique described in Patent Document 1, the base plate is heated, but the stage or the powder material in contact with the base plate is reached. And heat will flow. That is, there is a problem that the loss of heat input for preheating by the electron beam becomes large.

本開示は、上記に鑑みてなされたものであって、電子ビームによって予熱のために投入された熱の損失を従来に比して抑えることができる三次元造形装置を得ることを目的とする。 The present disclosure has been made in view of the above, and an object of the present invention is to obtain a three-dimensional modeling apparatus capable of suppressing the loss of heat input for preheating by an electron beam as compared with the conventional case.

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本開示に係る三次元造形装置は、ステージと、ベースプレートと、粉末床形成部と、電子銃と、金属板と、支持板と、を備える。ステージは、チャンバ内に設けられ、高さ方向に移動可能である。ベースプレートは、ステージ上に支柱を介して配置され、粉末によって三次元状に積層される造形物を造形する土台となる。粉末床形成部は、粉末をベースプレート上に敷き詰めて粉末床を形成する。電子銃は、電子ビームを生成し、ベースプレートまたは粉末床に電子ビームを照射する。金属板は、ベースプレートに対応する位置が開口し、ステージ上においてベースプレートの上部の空間とベースプレートの下部の空間とを隔てる。支持板は、ステージ上で金属板を支持する。 In order to solve the above-mentioned problems and achieve the object, the three-dimensional modeling apparatus according to the present disclosure includes a stage, a base plate, a powder bed forming portion, an electron gun, a metal plate, and a support plate. .. The stage is provided in the chamber and can be moved in the height direction. The base plate is arranged on the stage via a support column, and serves as a base for modeling a model that is three-dimensionally laminated by powder. The powder bed forming portion forms a powder bed by spreading the powder on the base plate. The electron gun produces an electron beam and irradiates the base plate or powder bed with the electron beam. The metal plate opens at a position corresponding to the base plate and separates the space above the base plate from the space below the base plate on the stage. The support plate supports the metal plate on the stage.

本開示によれば、電子ビームによって予熱のために投入された熱の損失を従来に比して抑えることができるという効果を奏する。 According to the present disclosure, there is an effect that the loss of heat input for preheating by the electron beam can be suppressed as compared with the conventional case.

実施の形態1による三次元造形装置の構成の一例を模式的に示す断面図Cross-sectional view schematically showing an example of the configuration of the three-dimensional modeling apparatus according to the first embodiment. 実施の形態2による三次元造形装置のベースプレートの外周部周辺の構造の一例を模式的に示す断面図A cross-sectional view schematically showing an example of the structure around the outer peripheral portion of the base plate of the three-dimensional modeling apparatus according to the second embodiment. 実施の形態2による三次元造形装置のベースプレートの外周部周辺の構造の他の例を模式的に示す断面図Cross-sectional view schematically showing another example of the structure around the outer peripheral portion of the base plate of the three-dimensional modeling apparatus according to the second embodiment. 実施の形態2による三次元造形装置のベースプレートの外周部周辺の構造の他の例を模式的に示す断面図Cross-sectional view schematically showing another example of the structure around the outer peripheral portion of the base plate of the three-dimensional modeling apparatus according to the second embodiment. 実施の形態3による三次元造形装置の構成の一例を模式的に示す断面図Cross-sectional view schematically showing an example of the configuration of the three-dimensional modeling apparatus according to the third embodiment. 実施の形態3による三次元造形装置のベースプレートの外周部周辺の構造の一例を模式的に示す断面図A cross-sectional view schematically showing an example of the structure around the outer peripheral portion of the base plate of the three-dimensional modeling apparatus according to the third embodiment. 実施の形態4による三次元造形装置のベースプレートの外周部周辺の構造の一例を模式的に示す断面図Cross-sectional view schematically showing an example of the structure around the outer peripheral portion of the base plate of the three-dimensional modeling apparatus according to the fourth embodiment. 実施の形態5による三次元造形装置のベースプレートの外周部周辺の構造の一例を模式的に示す断面図Cross-sectional view schematically showing an example of the structure around the outer peripheral portion of the base plate of the three-dimensional modeling apparatus according to the fifth embodiment. 実施の形態6による三次元造形装置のベースプレートの外周部周辺の構造の一例を模式的に示す断面図A cross-sectional view schematically showing an example of the structure around the outer peripheral portion of the base plate of the three-dimensional modeling apparatus according to the sixth embodiment.

以下に、本開示の実施の形態に係る三次元造形装置および三次元造形物の製造方法を図面に基づいて詳細に説明する。 Hereinafter, a three-dimensional modeling apparatus and a method for manufacturing a three-dimensional model according to the embodiment of the present disclosure will be described in detail with reference to the drawings.

実施の形態1.
三次元造形装置は、粉末材料に電子ビームを照射し、粉末材料を溶融凝固させて三次元の造形物を造形する装置である。図1は、実施の形態1による三次元造形装置の構成の一例を模式的に示す断面図である。三次元造形装置1は、チャンバ10を備える。チャンバ10は、内部を真空にすることができるように、密閉された構造を有する。チャンバ10には、排気装置である図示しない真空ポンプが接続され、チャンバ10内を排気することで予め定められた圧力にすることができる。
Embodiment 1.
The three-dimensional modeling device is a device that irradiates a powder material with an electron beam to melt and solidify the powder material to form a three-dimensional model. FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing an example of the configuration of the three-dimensional modeling apparatus according to the first embodiment. The three-dimensional modeling device 1 includes a chamber 10. The chamber 10 has a hermetically sealed structure so that the inside can be evacuated. A vacuum pump (not shown), which is an exhaust device, is connected to the chamber 10, and a predetermined pressure can be obtained by exhausting the inside of the chamber 10.

三次元造形装置1は、チャンバ10の上部に設けられる電子銃室20内に、電子銃21を備える。電子銃21は、チャンバ10内の任意の位置に電子ビームEBを照射する。電子銃21は、電子を放出する機構と、放出した電子を収束させる機構と、予め定められた位置に電子が照射されるように電子を偏向させる機構と、を有する。 The three-dimensional modeling device 1 includes an electron gun 21 in an electron gun chamber 20 provided in the upper part of the chamber 10. The electron gun 21 irradiates an electron beam EB at an arbitrary position in the chamber 10. The electron gun 21 has a mechanism for emitting electrons, a mechanism for converging the emitted electrons, and a mechanism for deflecting the electrons so that the electrons are irradiated to a predetermined position.

三次元造形装置1は、チャンバ10の内部に、ステージ11と、ステージ側壁部12と、ベースプレート13と、支柱14と、粉末ボックス15と、粉末床形成部16と、をさらに備える。ステージ11は、三次元状に積層された造形物110を構築するために高さ方向の位置を任意に調節可能である。ステージ11の外周部はステージ側壁部12と接触している。ステージ側壁部12と接触するステージ11の外周部にシール部材が設けられていてもよい。 The three-dimensional modeling apparatus 1 further includes a stage 11, a stage side wall portion 12, a base plate 13, a support column 14, a powder box 15, and a powder floor forming portion 16 inside the chamber 10. The position of the stage 11 can be arbitrarily adjusted in the height direction in order to construct the three-dimensionally stacked shaped objects 110. The outer peripheral portion of the stage 11 is in contact with the side wall portion 12 of the stage. A sealing member may be provided on the outer peripheral portion of the stage 11 that comes into contact with the stage side wall portion 12.

ステージ側壁部12は、ステージ11の外周部に接触し、高さ方向に延在する筒状の構成を有する。ステージ側壁部12は、ステージ11が高さ方向に移動するときのガイドとしての役割を有するとともに、ステージ11上に敷設される粉末100がステージ11よりも水平方向の外部へ移動することを抑制する役割を有する。 The stage side wall portion 12 has a tubular structure that contacts the outer peripheral portion of the stage 11 and extends in the height direction. The stage side wall portion 12 serves as a guide when the stage 11 moves in the height direction, and also suppresses the powder 100 laid on the stage 11 from moving to the outside in the horizontal direction as compared with the stage 11. Has a role.

ベースプレート13は、造形物110を造形するための土台であり、形成された造形物110を支持する。ベースプレート13は、三次元造形装置1が動作中である造形処理における電子銃21からの電子ビームEBの照射に対して溶融しない高い耐熱性を有する材料で構成される。一例では、ベースプレート13は、ステンレス鋼、炭素鋼、銅、チタン、アルミニウムから構成される。 The base plate 13 is a base for modeling the model 110, and supports the formed model 110. The base plate 13 is made of a material having high heat resistance that does not melt with respect to the irradiation of the electron beam EB from the electron gun 21 in the modeling process in which the three-dimensional modeling apparatus 1 is in operation. In one example, the base plate 13 is made of stainless steel, carbon steel, copper, titanium and aluminum.

支柱14は、ステージ11上でベースプレート13を支持する。支柱14は、造形物110が造形される面である造形面に対してベースプレート13が平行度を保って設置されるように、ベースプレート13を支持する。ベースプレート13が矩形状である場合には、ベースプレート13の四隅付近の位置に、支柱14が設けられる。支柱14は、高さが固定されていてもよいし、独立して高さ調整が可能であってもよい。なお、支柱14の数は、これに限定されるものではなく、ステージ11上でベースプレート13を支持することができれば、何本でもよい。支柱14の下端部は、ステージ11に接触し、上端部は、ベースプレート13と接触している。支柱14は、本体部141と、ベースプレート13と接触する接触部142と、を有する。接触部142は、図1の例では、支柱14の上端部分である。接触部142がベースプレート13と接触する面積は、本体部141の延在方向、すなわち高さ方向に垂直な断面積に比して小さくなっている。図1の例では、接触部142は、本体部141との接続部からベースプレート13に向かって先細り形状となっているが、接触部142の形状は、本体部141の断面積よりも小さければ、どのような形状であってもよい。これによって、支柱14とベースプレート13との接触面積が小さくなり、ベースプレート13から支柱14への熱移動を抑制している。 The stanchion 14 supports the base plate 13 on the stage 11. The support column 14 supports the base plate 13 so that the base plate 13 is installed in parallel with the modeling surface, which is the surface on which the model 110 is modeled. When the base plate 13 has a rectangular shape, the columns 14 are provided at positions near the four corners of the base plate 13. The height of the support column 14 may be fixed, or the height may be independently adjustable. The number of columns 14 is not limited to this, and may be any number as long as the base plate 13 can be supported on the stage 11. The lower end of the column 14 is in contact with the stage 11, and the upper end is in contact with the base plate 13. The support column 14 has a main body portion 141 and a contact portion 142 in contact with the base plate 13. In the example of FIG. 1, the contact portion 142 is the upper end portion of the support column 14. The area where the contact portion 142 contacts the base plate 13 is smaller than the cross-sectional area perpendicular to the extending direction of the main body portion 141, that is, the height direction. In the example of FIG. 1, the contact portion 142 has a tapered shape from the connection portion with the main body portion 141 toward the base plate 13, but if the shape of the contact portion 142 is smaller than the cross-sectional area of the main body portion 141, It may have any shape. As a result, the contact area between the support column 14 and the base plate 13 is reduced, and heat transfer from the base plate 13 to the support column 14 is suppressed.

支柱14は、一例では、鉄(Fe)よりも小さい熱伝導率を有する材料によって構成される。一例では、支柱14は、ジルコニウム(Zr)によって構成される。また、接触部142のみ、鉄よりも小さい熱伝導率を有するジルコニウムなどの材料によって構成されてもよい。 The strut 14 is, in one example, made of a material having a thermal conductivity lower than that of iron (Fe). In one example, the stanchion 14 is made of zirconium (Zr). Further, only the contact portion 142 may be made of a material such as zirconium having a thermal conductivity lower than that of iron.

粉末ボックス15は、造形物110の原料となる粉末100を貯蔵する。粉末100の一例は、金属粉末である。金属粉末はチタン(Ti)、各種鋼、銅(Cu)など、用途に応じた金属粉末が使用される。金属粉末の平均粒径の一例は、20μm以上200μm以下であり、用途に応じた平均粒径の金属粉末が使用される。 The powder box 15 stores the powder 100 that is the raw material of the model 110. An example of the powder 100 is a metal powder. As the metal powder, titanium (Ti), various steels, copper (Cu), and other metal powders according to the application are used. An example of the average particle size of the metal powder is 20 μm or more and 200 μm or less, and a metal powder having an average particle size according to the application is used.

粉末床形成部16は、ベースプレート13上を移動することによって、粉末ボックス15から供給された粉末100をベースプレート13上に敷き詰めて粉末床を形成する。粉末床形成部16の一例は、スキージである。 The powder bed forming portion 16 moves on the base plate 13 to spread the powder 100 supplied from the powder box 15 on the base plate 13 to form a powder bed. An example of the powder bed forming portion 16 is a squeegee.

なお、三次元造形装置1は、三次元の造形物110を造形する造形領域に対して造形領域から発生する輻射熱を造形領域の表面に反射し、また反射した輻射熱の一部を受けることで温度が上昇する機構を、造形領域の上方に備えてもよい。このような機構を設けることで、造形領域の温度を効率的に高め、維持することができる。 The three-dimensional modeling apparatus 1 reflects radiant heat generated from the modeling region on the surface of the modeling region with respect to the modeling region for modeling the three-dimensional model 110, and receives a part of the reflected radiant heat to generate a temperature. A mechanism for raising the temperature may be provided above the modeling area. By providing such a mechanism, the temperature of the modeling region can be efficiently increased and maintained.

三次元造形装置1は、支柱14によって支えられるベースプレート13の周囲に配置される粉末落下抑制部17をさらに備える。粉末落下抑制部17は、外周部がステージ側壁部12に接するとともに、内周部がベースプレート13の外周部に接する金属板171と、金属板171をステージ11上で支持する支持板172と、を有する。 The three-dimensional modeling device 1 further includes a powder drop suppressing portion 17 arranged around the base plate 13 supported by the support column 14. The powder drop suppressing portion 17 has a metal plate 171 whose outer peripheral portion is in contact with the stage side wall portion 12 and whose inner peripheral portion is in contact with the outer peripheral portion of the base plate 13, and a support plate 172 which supports the metal plate 171 on the stage 11. Have.

金属板171は、ステージ11の上方から見たときに、ステージ11と同じ大きさを有し、ベースプレート13に対応する位置が開口した形状を有する。金属板171は、ベースプレート13の上部の三次元の造形物110が造形される空間とベースプレート13の下部の空間とを隔てる。これによって、三次元の造形物110を造形するために敷き均される粉末床を構成する粉末100がベースプレート13の下部の空間へ入流することが抑制される。 The metal plate 171 has the same size as the stage 11 when viewed from above the stage 11, and has a shape in which the position corresponding to the base plate 13 is open. The metal plate 171 separates the space in which the three-dimensional model 110 in the upper part of the base plate 13 is formed and the space in the lower part of the base plate 13. As a result, the powder 100 constituting the powder bed to be spread for modeling the three-dimensional model 110 is suppressed from flowing into the space below the base plate 13.

支持板172の高さは、図1の例では、金属板171の上面の位置がベースプレート13の厚さの範囲内に存在する高さに設定される。支持板172は、ベースプレート13からの輻射熱による熱損失を抑制するための輻射シールドの役割も担う。支持板172が設置される枚数は、1枚でもよいし、複数枚であってもよい。 In the example of FIG. 1, the height of the support plate 172 is set to a height at which the position of the upper surface of the metal plate 171 is within the thickness range of the base plate 13. The support plate 172 also serves as a radiant shield for suppressing heat loss due to radiant heat from the base plate 13. The number of support plates 172 installed may be one or a plurality.

金属板171および支持板172は、金属板171および支持板172を伝った熱伝導による熱損失を抑制することができる材料によって構成されることが好ましい。一例では、金属板171および支持板172は、ステンレス鋼のような鉄よりも熱伝導率の小さい材料で構成されることが好ましい。なお、図1では、金属板171の内周部がベースプレート13の外周部と接触する場合を示したが、金属板171がベースプレート13よりも下方に位置し、ステージ11の上方から見たときに、金属板171の一部がベースプレート13と重なるように配置されていてもよい。 The metal plate 171 and the support plate 172 are preferably made of a material capable of suppressing heat loss due to heat conduction transmitted through the metal plate 171 and the support plate 172. In one example, the metal plate 171 and the support plate 172 are preferably made of a material having a lower thermal conductivity than iron, such as stainless steel. Although FIG. 1 shows a case where the inner peripheral portion of the metal plate 171 contacts the outer peripheral portion of the base plate 13, when the metal plate 171 is located below the base plate 13 and viewed from above the stage 11. , A part of the metal plate 171 may be arranged so as to overlap with the base plate 13.

つぎに、三次元造形装置1を動作させて三次元造形物を製造する三次元造形物の製造方法について説明する。まず、粉末ボックス15に予め定められた量の粉末100が充填される。また、ステージ11上の金属板171で覆われていない、支柱14が露出した領域に、支柱14に支持されるようにベースプレート13が載置される。その後、チャンバ10内が予め定められた真空度となるように、チャンバ10内が真空ポンプによって排気される。チャンバ10内が予め定められた真空度に達した後、ベースプレート13には電子銃21からの電子ビームEBが照射され、ベースプレート13は予熱される。この予熱は、第1層目の造形の前に行われる。また、ベースプレート13の予熱では、ベースプレート13が溶融しないように照射条件、すなわち出力を調整した電子ビームEBが照射される。 Next, a method for manufacturing a three-dimensional model by operating the three-dimensional model device 1 to manufacture the three-dimensional model will be described. First, the powder box 15 is filled with a predetermined amount of powder 100. Further, the base plate 13 is placed so as to be supported by the support column 14 in the area where the support column 14 is exposed, which is not covered by the metal plate 171 on the stage 11. After that, the inside of the chamber 10 is exhausted by the vacuum pump so that the inside of the chamber 10 has a predetermined degree of vacuum. After the inside of the chamber 10 reaches a predetermined degree of vacuum, the base plate 13 is irradiated with the electron beam EB from the electron gun 21, and the base plate 13 is preheated. This preheating is performed before the molding of the first layer. Further, in the preheating of the base plate 13, the irradiation condition, that is, the electron beam EB whose output is adjusted so that the base plate 13 does not melt is irradiated.

出力を調整した電子ビームEBの照射によってベースプレート13が予め定められた温度に予熱された後、ステージ11を粉末床1層分の高さだけ下げる。その後、粉末ボックス15より供給された粉末100を、粉末床形成部16で敷き均すことによって、ベースプレート13および金属板171を含む領域上に1層分の粉末床が敷設される。粉末床の形成には、粉末床形成部16をベースプレート13および金属板171を含む領域上を一回または複数回通過させればよい。このとき、ベースプレート13の外周部に接するように金属板171が設けられているので、粉末床形成部16の移動によって粉末100が敷き均されるときに、ベースプレート13よりも下の空間に粉末100が落下してしまうことが抑制される。 After the base plate 13 is preheated to a predetermined temperature by irradiation with the electron beam EB whose output is adjusted, the stage 11 is lowered by the height of one layer of the powder bed. After that, the powder 100 supplied from the powder box 15 is spread evenly by the powder bed forming portion 16, so that a powder bed for one layer is laid on the region including the base plate 13 and the metal plate 171. To form the powder bed, the powder bed forming portion 16 may be passed once or a plurality of times on the region including the base plate 13 and the metal plate 171. At this time, since the metal plate 171 is provided so as to be in contact with the outer peripheral portion of the base plate 13, when the powder 100 is spread even by the movement of the powder bed forming portion 16, the powder 100 is placed in the space below the base plate 13. Is suppressed from falling.

粉末床を敷設してから、予め定められた時間が経過するまで、そのままの状態とする。この期間中に、ベースプレート13からの熱伝導によって、敷設された粉末床が予熱される。すなわち、形成された粉末床は予熱されたベースプレート13からの熱伝導によって予熱される。その結果、粉末100の電気抵抗が低下し、後の工程で電子ビームEBが照射されても、粉末100はクーロン力により反発しない状態となる。 After laying the powder bed, leave it as it is until a predetermined time elapses. During this period, the laid powder bed is preheated by heat conduction from the base plate 13. That is, the formed powder bed is preheated by heat conduction from the preheated base plate 13. As a result, the electric resistance of the powder 100 decreases, and even if the electron beam EB is irradiated in a later step, the powder 100 is in a state of not repelling due to the Coulomb force.

その後、電子ビームEBの予め設定されている照射パターンに従って、粉末100を溶融しないように条件調整した電子ビームEBが粉末床全体に照射され、粉末床が加熱される。電子ビームEBの照射によって、粉末床の全体が加熱された後、造形用に条件が設定された電子ビームEBが、予め定められた造形物110を形成するためのパターンである造形パターンに沿って照射される。この照射によって、必要部分の粉末100が溶融凝固される。これによって、1層目の造形物110が形成される。 Then, according to a preset irradiation pattern of the electron beam EB, the electron beam EB whose conditions are adjusted so as not to melt the powder 100 is irradiated to the entire powder bed, and the powder bed is heated. After the entire powder bed is heated by the irradiation of the electron beam EB, the electron beam EB whose conditions are set for modeling follow a modeling pattern which is a pattern for forming a predetermined model 110. Be irradiated. By this irradiation, the powder 100 of the necessary portion is melted and solidified. As a result, the first-layer model 110 is formed.

造形パターンに沿った電子ビームEBの照射後、温度が低下した粉末床を再予熱するために、粉末100が溶融しないように条件調整された電子ビームEBが、予め設定されている照射パターンに従って、粉末床に照射される。 After irradiation of the electron beam EB along the modeling pattern, the electron beam EB whose conditions are adjusted so that the powder 100 does not melt in order to reheat the powder bed whose temperature has dropped is according to a preset irradiation pattern. The powder bed is irradiated.

その後、ステージ11を粉末床1層分の高さだけ下げて、粉末床を形成する処理から、電子ビームEBによる粉末床の予熱処理、造形パターンに従った電子ビームEBの照射処理、および電子ビームEBによる粉末床の再予熱処理までが繰り返し実施される。これによって、前層の上に次層の粉末床が形成される処理が繰り返され、その結果、三次元状に積層された造形物110が完成する。 After that, the stage 11 is lowered by the height of one layer of the powder bed to form the powder bed, the preheat treatment of the powder bed by the electron beam EB, the irradiation treatment of the electron beam EB according to the modeling pattern, and the electron beam. The re-preheat treatment of the powder bed by EB is repeatedly carried out. As a result, the process of forming the powder bed of the next layer on the front layer is repeated, and as a result, the model 110 laminated in three dimensions is completed.

ここで、比較例と比較した実施の形態1による三次元造形装置1の効果について説明する。比較例による三次元造形装置は、ベースプレートが高さ方向に上下可能なステージに直接取り付けられる構造、あるいはベースプレートがステージ上に充填された粉末の上に載せられた構造を有する。つまり、実施の形態1による三次元造形装置1で、ステージ11上に支柱14および粉末落下抑制部17が設けられない構造を有する。このため、数百度に予熱したベースプレートから、熱伝導によってベースプレートに接触しているステージに熱が流れたり、あるいはベースプレートに接触している粉末に熱が流れたりする。このように、電子ビームEBの照射によって投入した熱の損失が大きくなってしまっていた。 Here, the effect of the three-dimensional modeling apparatus 1 according to the first embodiment compared with the comparative example will be described. The three-dimensional modeling apparatus according to the comparative example has a structure in which the base plate is directly attached to a stage that can be raised and lowered in the height direction, or a structure in which the base plate is placed on a powder filled on the stage. That is, the three-dimensional modeling apparatus 1 according to the first embodiment has a structure in which the support column 14 and the powder drop suppressing portion 17 are not provided on the stage 11. Therefore, heat flows from the base plate preheated to several hundred degrees to the stage in contact with the base plate by heat conduction, or heat flows to the powder in contact with the base plate. In this way, the loss of heat input due to the irradiation of the electron beam EB has increased.

また、他の比較例による三次元造形装置は、ベースプレートがステージ上に、支柱によって支持される構造を有する。つまり、実施の形態1による三次元造形装置1で、粉末落下抑制部17が設けられない構造を有する。このような三次元造形装置では、支柱をZrのような熱伝導率の小さい材料で構成することによって、ベースプレートからステージへ熱が流れることを抑制することができる。しかし、ベースプレートの下部とステージとの間の空間を充填するための粉末が少なからず必要であり、ベースプレートから粉末への熱の流れによる熱損失を抑制することができなかった。また、三次元の造形物を造形する過程で、三次元の造形物を造形するために敷き均される粉末床から逐次ベースプレートの下部とステージとの間の空間に粉末が流入する。このため、電子ビームEBを照射する領域全体で均一に粉末を供給し、敷き均すことが困難な状態であった。 Further, the three-dimensional modeling apparatus according to another comparative example has a structure in which the base plate is supported by columns on the stage. That is, the three-dimensional modeling apparatus 1 according to the first embodiment has a structure in which the powder drop suppressing portion 17 is not provided. In such a three-dimensional modeling apparatus, it is possible to suppress the flow of heat from the base plate to the stage by forming the columns with a material having a low thermal conductivity such as Zr. However, not a little powder is required to fill the space between the lower part of the base plate and the stage, and the heat loss due to the heat flow from the base plate to the powder cannot be suppressed. Further, in the process of modeling a three-dimensional model, powder flows into the space between the lower part of the base plate and the stage sequentially from the powder bed spread for modeling the three-dimensional model. For this reason, it was difficult to uniformly supply and spread the powder over the entire region irradiated with the electron beam EB.

しかし、実施の形態1による三次元造形装置1では、ベースプレート13の上部の空間とベースプレート13の下部の空間とを隔てる金属板171、および金属板171をステージ11上で支持する支持板172が設けられる。これによって、ベースプレート13の下部の空間を埋めるための粉末100が必要ではなくなり、粉末100がベースプレート13の下部のステージ11との間の空間に流入することが抑制される。つまり、ベースプレート13の下面は、粉末100と接触することがなく、ベースプレート13とステージ11との間は、空間が保たれることになる。これによって、ベースプレート13から粉末100へ熱が流れることがなくなるため、予熱によって高温に熱せられたベースプレート13からの粉末100への熱伝導による熱損失を抑制することができる。また、造形処理中は、チャンバ10内は真空であり、ベースプレート13および金属板171とステージ11との間の空間も真空となり、予熱したベースプレート13からの輻射熱損失の発生も抑制することができる。さらに、三次元の造形物110を造形する過程において、ベースプレート13の下部の空間へ粉末100が流入することが抑制されるため、電子ビームEBを照射する領域全体で均一に粉末100を敷き均すことが可能となる。 However, in the three-dimensional modeling apparatus 1 according to the first embodiment, a metal plate 171 that separates the space above the base plate 13 and the space below the base plate 13 and a support plate 172 that supports the metal plate 171 on the stage 11 are provided. Be done. This eliminates the need for the powder 100 to fill the space below the base plate 13, and prevents the powder 100 from flowing into the space between the stage 11 and the bottom of the base plate 13. That is, the lower surface of the base plate 13 does not come into contact with the powder 100, and a space is maintained between the base plate 13 and the stage 11. As a result, heat does not flow from the base plate 13 to the powder 100, so that heat loss due to heat conduction from the base plate 13 heated to a high temperature by preheating to the powder 100 can be suppressed. Further, during the modeling process, the inside of the chamber 10 is evacuated, and the space between the base plate 13 and the metal plate 171 and the stage 11 is also evacuated, so that the generation of radiant heat loss from the preheated base plate 13 can be suppressed. Further, in the process of modeling the three-dimensional model 110, the powder 100 is suppressed from flowing into the space below the base plate 13, so that the powder 100 is evenly spread over the entire region irradiated with the electron beam EB. Is possible.

実施の形態2.
図2は、実施の形態2による三次元造形装置のベースプレートの外周部周辺の構造の一例を模式的に示す断面図である。なお、実施の形態2による三次元造形装置1の構成は、実施の形態1と同様であるので、以下では、実施の形態1と異なる部分について説明する。
Embodiment 2.
FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing an example of the structure around the outer peripheral portion of the base plate of the three-dimensional modeling apparatus according to the second embodiment. Since the configuration of the three-dimensional modeling apparatus 1 according to the second embodiment is the same as that of the first embodiment, the parts different from the first embodiment will be described below.

実施の形態2による三次元造形装置1では、ベースプレート13が加熱されていない状態、一例では室温状態で、ベースプレート13と金属板171とが、間隔dを開けて配置されている。また、この例では、金属板171は、ベースプレート13の下面よりも下の位置となるように配置されている。三次元造形装置1の動作時にベースプレート13の長さが昇温によって増加する量をΔLとすると、d<ΔLの関係となるように、ベースプレート13および金属板171の位置が設計される。 In the three-dimensional modeling apparatus 1 according to the second embodiment, the base plate 13 and the metal plate 171 are arranged at a distance d in a state where the base plate 13 is not heated, for example, in a room temperature state. Further, in this example, the metal plate 171 is arranged so as to be located below the lower surface of the base plate 13. Assuming that the amount by which the length of the base plate 13 increases due to the temperature rise during the operation of the three-dimensional modeling apparatus 1 is ΔL, the positions of the base plate 13 and the metal plate 171 are designed so that d <ΔL.

実施の形態2による三次元造形装置1では、実施の形態1のように第一層目の造形の前にベースプレート13が予備加熱される。予備加熱によるベースプレート13の昇温によって、ベースプレート13が熱膨張し、寸法が増加する。図2に示されるように、ベースプレート13の外周部の位置が、ΔLだけ外側に移動することになる。実施の形態2では、ベースプレート13の外周部における寸法変化量ΔLと、昇温前のベースプレート13と金属板171との間の間隔dの関係が規定される。すなわち、d<ΔLの関係とすることで、予備加熱によってベースプレート13が昇温した後では、ベースプレート13の上方から見たときに、ベースプレート13の外周部が金属板171と重なることになる。その結果、ベースプレート13と金属板171との水平方向における隙間がなくなり、ベースプレート13の下部の空間に粉末100が流入することをさらに抑制することができる。 In the three-dimensional modeling apparatus 1 according to the second embodiment, the base plate 13 is preheated before the modeling of the first layer as in the first embodiment. Due to the temperature rise of the base plate 13 due to preheating, the base plate 13 thermally expands and its dimensions increase. As shown in FIG. 2, the position of the outer peripheral portion of the base plate 13 moves outward by ΔL. In the second embodiment, the relationship between the dimensional change amount ΔL in the outer peripheral portion of the base plate 13 and the distance d between the base plate 13 and the metal plate 171 before the temperature rise is defined. That is, by setting d <ΔL, after the temperature of the base plate 13 is raised by preheating, the outer peripheral portion of the base plate 13 overlaps with the metal plate 171 when viewed from above the base plate 13. As a result, the gap between the base plate 13 and the metal plate 171 in the horizontal direction is eliminated, and the inflow of the powder 100 into the space below the base plate 13 can be further suppressed.

一例では、ベースプレート13が一般的なステンレス鋼SUS(Steel special Use Stainless)304からなり、長さが150mmであり、造形処理時に700℃まで昇温させるとした場合に、ΔLは0.98mmとなる。ここで、ΔLは、ステンレス鋼SUS304の線膨張係数が18.7×10-6/Kであり、ベースプレート13が左右対称であると仮定した場合におけるベースプレート13の片側の寸法の増加量である。よって、昇温前のベースプレート13と金属板171との間隔dがd<0.98mmとなるように、ベースプレート13および金属板171が設置される。 In one example, the base plate 13 is made of general stainless steel SUS (Steel special Use Stainless) 304, has a length of 150 mm, and has a ΔL of 0.98 mm when the temperature is raised to 700 ° C. during the molding process. .. Here, ΔL is the amount of increase in the dimension of one side of the base plate 13 when the linear expansion coefficient of the stainless steel SUS304 is 18.7 × 10 -6 / K and the base plate 13 is assumed to be symmetrical. Therefore, the base plate 13 and the metal plate 171 are installed so that the distance d between the base plate 13 and the metal plate 171 before the temperature rise is d <0.98 mm.

図2では、金属板171をベースプレート13の下方に配置する場合を示したが、金属板171とベースプレート13との配置関係は、これに限定されるものではない。図3および図4は、実施の形態2による三次元造形装置のベースプレートの外周部周辺の構造の他の例を模式的に示す断面図である。図3では、金属板171がベースプレート13の厚さの範囲に配置される場合であり、図4では、金属板171の上面とベースプレート13の上面とが一致する場合である。これらの場合でも、ベースプレート13の外周部と金属板171の内周部との間の間隔dはd<ΔLとされる。ただし、金属板171が設けられる高さ方向のベースプレート13の位置に、凹部131a,131bが設けられる。凹部131a,131bの底面132a,132bと金属板171の内周部との間の間隔Dは、D≧ΔLとされる。 FIG. 2 shows a case where the metal plate 171 is arranged below the base plate 13, but the arrangement relationship between the metal plate 171 and the base plate 13 is not limited to this. 3 and 4 are cross-sectional views schematically showing another example of the structure around the outer peripheral portion of the base plate of the three-dimensional modeling apparatus according to the second embodiment. FIG. 3 shows a case where the metal plate 171 is arranged within the thickness range of the base plate 13, and FIG. 4 shows a case where the upper surface of the metal plate 171 and the upper surface of the base plate 13 coincide with each other. Even in these cases, the distance d between the outer peripheral portion of the base plate 13 and the inner peripheral portion of the metal plate 171 is d <ΔL. However, the recesses 131a and 131b are provided at the positions of the base plate 13 in the height direction in which the metal plate 171 is provided. The distance D between the bottom surfaces 132a and 132b of the recesses 131a and 131b and the inner peripheral portion of the metal plate 171 is D ≧ ΔL.

図3では、ベースプレート13の外周部の厚さ方向の中央付近に溝加工によって形成される凹部131aが設けられる。凹部131aの水平方向の長さである深さは、ΔL−d以上であることが望ましい。図4では、ベースプレート13の外周部の上部に、溝加工によって形成される凹部131bが設けられる。図4では、ベースプレート13の上面に段差構造が設けられた構造となる。この場合でも、凹部131bの水平方向の長さである深さは、ΔL−d以上であることが望ましい。図3および図4のような構造では、ベースプレート13が予備加熱され、昇温されると、ベースプレート13の外周部の位置がΔLだけ外側に移動し、金属板171がベースプレート13の凹部131a,131bに嵌り込む。 In FIG. 3, a recess 131a formed by grooving is provided near the center of the outer peripheral portion of the base plate 13 in the thickness direction. It is desirable that the depth, which is the horizontal length of the recess 131a, is ΔL−d or more. In FIG. 4, a recess 131b formed by grooving is provided on the upper portion of the outer peripheral portion of the base plate 13. In FIG. 4, the structure is such that a step structure is provided on the upper surface of the base plate 13. Even in this case, it is desirable that the depth of the recess 131b, which is the horizontal length, is ΔL−d or more. In the structure as shown in FIGS. 3 and 4, when the base plate 13 is preheated and the temperature is raised, the position of the outer peripheral portion of the base plate 13 moves outward by ΔL, and the metal plate 171 moves to the outside of the recesses 131a and 131b of the base plate 13. Fit into.

実施の形態2による三次元造形装置1では、ベースプレート13と金属板171との間隔dが、ベースプレート13の外周部の位置が昇温によって変化する量をΔLとしたときに、d<ΔLの関係となるように設計した。これによって、ベースプレート13の下部の空間へ粉末100が流入することをさらに抑制することができる。 In the three-dimensional modeling apparatus 1 according to the second embodiment, the relationship d <ΔL when the distance d between the base plate 13 and the metal plate 171 is ΔL and the amount at which the position of the outer peripheral portion of the base plate 13 changes due to the temperature rise is ΔL. It was designed to be. This makes it possible to further suppress the inflow of the powder 100 into the space below the base plate 13.

実施の形態3.
図5は、実施の形態3による三次元造形装置の構成の一例を模式的に示す断面図である。以下では、実施の形態1の三次元造形装置1と同一の構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略し、実施の形態1と異なる部分について説明する。実施の形態3による三次元造形装置1は、ベースプレート13とステージ11との間の空間で、ベースプレート13の下に輻射シールド18をさらに備える。輻射シールド18によって、ベースプレート13の底面からの輻射熱による熱損失が抑制される。輻射シールド18は、支柱14に固定される。
Embodiment 3.
FIG. 5 is a cross-sectional view schematically showing an example of the configuration of the three-dimensional modeling apparatus according to the third embodiment. Hereinafter, the same components as those of the three-dimensional modeling apparatus 1 of the first embodiment are designated by the same reference numerals, the description thereof will be omitted, and the parts different from the first embodiment will be described. The three-dimensional modeling apparatus 1 according to the third embodiment further includes a radiation shield 18 under the base plate 13 in the space between the base plate 13 and the stage 11. The radiant shield 18 suppresses heat loss due to radiant heat from the bottom surface of the base plate 13. The radiation shield 18 is fixed to the support column 14.

図6は、実施の形態3による三次元造形装置のベースプレートの外周部周辺の構造の一例を模式的に示す断面図である。輻射シールド18は、ベースプレート13の上方から見たときに、少なくとも一部が金属板171と重なりを持つような構造となっている。金属板171と重なりを持つことによって、ベースプレート13と金属板171との隙間から流入する粉末100は輻射シールド18上に堆積し、ステージ11上に堆積することが抑制される。 FIG. 6 is a cross-sectional view schematically showing an example of the structure around the outer peripheral portion of the base plate of the three-dimensional modeling apparatus according to the third embodiment. The radiation shield 18 has a structure such that at least a part thereof overlaps with the metal plate 171 when viewed from above the base plate 13. By having the overlap with the metal plate 171 the powder 100 flowing in from the gap between the base plate 13 and the metal plate 171 is deposited on the radiation shield 18 and is suppressed from being deposited on the stage 11.

輻射シールド18は、ベースプレート13からの輻射熱による熱損失を抑制する役割を持つことから、ベースプレート13の底面全体を覆うような寸法を持つことが好ましいが、ベースプレート13の底面よりも小さい寸法であっても上記の効果は得られる。 Since the radiant shield 18 has a role of suppressing heat loss due to radiant heat from the base plate 13, it is preferable that the radiation shield 18 has a dimension that covers the entire bottom surface of the base plate 13, but the dimension is smaller than the bottom surface of the base plate 13. However, the above effect can be obtained.

なお、上記した説明では、実施の形態1の構成に輻射シールド18を設ける場合を説明したが、実施の形態2の構成に輻射シールド18を設けてもよい。 In the above description, the case where the radiation shield 18 is provided in the configuration of the first embodiment has been described, but the radiation shield 18 may be provided in the configuration of the second embodiment.

実施の形態3による三次元造形装置1は、ベースプレート13の下に輻射シールド18を備える。そのため、ベースプレート13の底面からの輻射熱による熱損失を抑制することができる。また、輻射シールド18は、ベースプレート13の上方から見たときに金属板171と少なくとも一部が重なるように設けられる。これによって、ベースプレート13と金属板171との隙間から流入する粉末100がベースプレート13の下部の空間に堆積することを抑制することができる。 The three-dimensional modeling apparatus 1 according to the third embodiment includes a radiation shield 18 under the base plate 13. Therefore, heat loss due to radiant heat from the bottom surface of the base plate 13 can be suppressed. Further, the radiation shield 18 is provided so as to overlap at least a part of the metal plate 171 when viewed from above the base plate 13. As a result, it is possible to prevent the powder 100 flowing in from the gap between the base plate 13 and the metal plate 171 from accumulating in the space below the base plate 13.

実施の形態4.
図7は、実施の形態4による三次元造形装置のベースプレートの外周部周辺の構造の一例を模式的に示す断面図である。なお、実施の形態4による三次元造形装置1の構成は、実施の形態1,3と同様であるので、以下では、実施の形態1,3と異なる部分について説明する。
Embodiment 4.
FIG. 7 is a cross-sectional view schematically showing an example of the structure around the outer peripheral portion of the base plate of the three-dimensional modeling apparatus according to the fourth embodiment. Since the configuration of the three-dimensional modeling apparatus 1 according to the fourth embodiment is the same as that of the first and third embodiments, the parts different from the first and third embodiments will be described below.

実施の形態4による三次元造形装置1では、実施の形態3の構成において、金属板171の内周部側の端部と輻射シールド18aの外周部側の端部とが返し形状となっており、三次元的に重なりを持つ構造を有する。金属板171は、ベースプレート13と平行な天板部171aの外周部が下方に向かって折り曲げられた返し部171bを有する。また、輻射シールド18aは、ベースプレート13と平行な底面部181の外周部が上方に向かって折り曲げられた返し部182を有する。輻射シールド18aの返し部182は、金属板171の返し部171bの外側に配置される。つまり、ベースプレート13の上方から見たときにも、側面方向から見たときにも、金属板171と輻射シールド18aとが重なりを持つような返し構造となっている。この構造によって、輻射シールド18a上に堆積した粉末100がステージ11上へ流れ落ちることをさらに抑制することができる。なお、返し構造を持つ輻射シールド18aは、一枚の板状部材の外周部を折り曲げることによって、一体的に構成されていてもよいし、底面部181と返し部182とで2つ以上の部材が接合されることによって構成されていてもよい。 In the three-dimensional modeling apparatus 1 according to the fourth embodiment, in the configuration of the third embodiment, the end portion on the inner peripheral portion side of the metal plate 171 and the end portion on the outer peripheral portion side of the radiation shield 18a have a return shape. , Has a three-dimensionally overlapping structure. The metal plate 171 has a return portion 171b in which the outer peripheral portion of the top plate portion 171a parallel to the base plate 13 is bent downward. Further, the radiation shield 18a has a return portion 182 in which the outer peripheral portion of the bottom surface portion 181 parallel to the base plate 13 is bent upward. The return portion 182 of the radiation shield 18a is arranged outside the return portion 171b of the metal plate 171. That is, the metal plate 171 and the radiation shield 18a have a return structure in which the metal plate 171 and the radiation shield 18a overlap each other both when viewed from above the base plate 13 and when viewed from the side surface. With this structure, it is possible to further prevent the powder 100 deposited on the radiation shield 18a from flowing down onto the stage 11. The radiation shield 18a having a return structure may be integrally configured by bending the outer peripheral portion of one plate-shaped member, or two or more members including the bottom surface portion 181 and the return portion 182. May be configured by joining.

実施の形態4による三次元造形装置1では、金属板171の内周部側の端部に下方に突出する返し部171bを設け、輻射シールド18aの外周部側の端部に上方に突出する返し部182を設け、金属板171の返し部171bと輻射シールド18aの返し部182とが三次元的に重なりを持つ構造とした。これによって、輻射シールド18a上に流出した粉末100が、ベースプレート13の下部の空間、すなわちステージ11上に堆積してしまうことを抑制することができる。 In the three-dimensional modeling apparatus 1 according to the fourth embodiment, the return portion 171b projecting downward is provided at the end portion of the metal plate 171 on the inner peripheral portion side, and the return portion 171b projecting upward is provided at the end portion of the radiation shield 18a on the outer peripheral portion side. A portion 182 is provided so that the return portion 171b of the metal plate 171 and the return portion 182 of the radiation shield 18a are three-dimensionally overlapped with each other. As a result, it is possible to prevent the powder 100 flowing out on the radiation shield 18a from accumulating on the space below the base plate 13, that is, on the stage 11.

実施の形態5.
図8は、実施の形態5による三次元造形装置のベースプレートの外周部周辺の構造の一例を模式的に示す断面図である。なお、実施の形態5による三次元造形装置1の構成は、実施の形態1,3,4と同様であるので、以下では、実施の形態1,3,4と異なる部分について説明する。
Embodiment 5.
FIG. 8 is a cross-sectional view schematically showing an example of the structure around the outer peripheral portion of the base plate of the three-dimensional modeling apparatus according to the fifth embodiment. Since the configuration of the three-dimensional modeling apparatus 1 according to the fifth embodiment is the same as that of the first, third, and fourth embodiments, the parts different from the first, third, and fourth embodiments will be described below.

実施の形態5による三次元造形装置1では、実施の形態4の構成において、輻射シールド18aが2層、または複数層設けられる構成を有する。図8では、2つの輻射シールド18a,18bが高さ方向に設けられる例が示されている。この構造によって、ベースプレート13の底面からの輻射熱による熱損失を実施の形態3,4の場合に比してさらに抑制することができ、実施の形態3,4で示した効果をさらに向上させることができる。 The three-dimensional modeling apparatus 1 according to the fifth embodiment has a configuration in which the radiation shield 18a is provided with two layers or a plurality of layers in the configuration of the fourth embodiment. FIG. 8 shows an example in which two radiation shields 18a and 18b are provided in the height direction. With this structure, the heat loss due to the radiant heat from the bottom surface of the base plate 13 can be further suppressed as compared with the cases of the third and fourth embodiments, and the effects shown in the third and fourth embodiments can be further improved. can.

それぞれの輻射シールド18a,18bは、すべて同じ大きさであってもよいし、異なる大きさであってもよい。また、異なる大きさである場合には、ベースプレート13側から下方に向かうにつれて大きくなるように配置してもよい。さらに、高さ方向に隣接する2つの輻射シールド18a,18b間の間隔は、接触しない範囲で可能な限り小さくすることが好ましい。 The radiation shields 18a and 18b may all have the same size or may have different sizes. Further, when the sizes are different, they may be arranged so as to increase downward from the base plate 13 side. Further, it is preferable that the distance between the two radiation shields 18a and 18b adjacent to each other in the height direction is as small as possible within a range where they do not touch each other.

なお、図8では、実施の形態4の構成において輻射シールド18bをさらに備える場合を示したが、実施の形態3の構成において輻射シールド18をさらに備えるようにしてもよい。すなわち、複数の平板状の輻射シールド18が設けられてもよい。また、平板状の輻射シールド18と返し構造を有する輻射シールド18bとが混在して設けられてもよい。 Although FIG. 8 shows a case where the radiation shield 18b is further provided in the configuration of the fourth embodiment, the radiation shield 18 may be further provided in the configuration of the third embodiment. That is, a plurality of flat plate-shaped radiation shields 18 may be provided. Further, the flat plate-shaped radiation shield 18 and the radiation shield 18b having a return structure may be provided in a mixed manner.

実施の形態5による三次元造形装置1は、複数の輻射シールド18a,18bを備える。これによって、ベースプレート13の底面からの輻射熱による熱損失を抑制する効果を、実施の形態3,4に比してさらに向上させることができる。 The three-dimensional modeling apparatus 1 according to the fifth embodiment includes a plurality of radiation shields 18a and 18b. Thereby, the effect of suppressing the heat loss due to the radiant heat from the bottom surface of the base plate 13 can be further improved as compared with the third and fourth embodiments.

実施の形態6.
図9は、実施の形態6による三次元造形装置のベースプレートの外周部周辺の構造の一例を模式的に示す断面図である。なお、実施の形態6による三次元造形装置1の構成は、実施の形態1,3,4,5と同様であるので、以下では、実施の形態1,3,4,5と異なる部分について説明する。
Embodiment 6.
FIG. 9 is a cross-sectional view schematically showing an example of the structure around the outer peripheral portion of the base plate of the three-dimensional modeling apparatus according to the sixth embodiment. Since the configuration of the three-dimensional modeling apparatus 1 according to the sixth embodiment is the same as that of the first, third, fourth, and fifth embodiments, the parts different from the first, third, fourth, and fifth embodiments will be described below. do.

実施の形態6による三次元造形装置1では、実施の形態5の構成において、ベースプレート13の底面部に溝部133を有する。また、実施の形態6による三次元造形装置1では、輻射シールド18aの返し部182が、ベースプレート13の底面に設けられる溝部133に嵌合する構造となっている。つまり、ベースプレート13の底面の溝部133は、輻射シールド18aの返し部182と嵌合可能な構造となっている。 In the three-dimensional modeling apparatus 1 according to the sixth embodiment, in the configuration of the fifth embodiment, the groove portion 133 is provided on the bottom surface portion of the base plate 13. Further, in the three-dimensional modeling apparatus 1 according to the sixth embodiment, the return portion 182 of the radiation shield 18a is fitted to the groove portion 133 provided on the bottom surface of the base plate 13. That is, the groove portion 133 on the bottom surface of the base plate 13 has a structure that can be fitted with the return portion 182 of the radiation shield 18a.

輻射シールド18aの返し部182をベースプレート13の底面に施された溝部133に嵌合させることで、ベースプレート13と輻射シールド18aとの間にできる空間に、金属板171とベースプレート13との隙間から流入した粉末100が入り込むことを抑制することができる。 By fitting the return portion 182 of the radiation shield 18a into the groove portion 133 provided on the bottom surface of the base plate 13, it flows into the space created between the base plate 13 and the radiation shield 18a through the gap between the metal plate 171 and the base plate 13. It is possible to prevent the powder 100 from entering.

図9では、複数の輻射シールド18a,18bのうち、ベースプレート13に最も近い最上層の輻射シールド18aの返し部182がベースプレート13の溝部133に嵌合する構造が示されている。しかし、下側の輻射シールド18bの返し部182がベースプレート13の溝部133に嵌合し、上側の輻射シールド18aは、ベースプレート13と下側の輻射シールド18bとの間に位置するような構造となっていてもよい。また、3層以上の輻射シールドが設けられる場合には、ベースプレート13の溝部133に嵌合する輻射シールドは、どの輻射シールドでもよい。 FIG. 9 shows a structure in which the return portion 182 of the uppermost radiation shield 18a closest to the base plate 13 is fitted to the groove portion 133 of the base plate 13 among the plurality of radiation shields 18a and 18b. However, the return portion 182 of the lower radiation shield 18b is fitted into the groove portion 133 of the base plate 13, and the upper radiation shield 18a has a structure such that it is located between the base plate 13 and the lower radiation shield 18b. May be. Further, when three or more layers of radiation shields are provided, the radiation shield fitted in the groove portion 133 of the base plate 13 may be any radiation shield.

なお、図9では、実施の形態5の構成において複数の輻射シールド18a,18bのいずれかがベースプレート13の底面の溝部133と嵌合する場合を示した。しかし、返し部182を有する輻射シールド18a,18bのすべてがベースプレート13の底面の溝部133と嵌合してもよい。 Note that FIG. 9 shows a case where any one of the plurality of radiation shields 18a and 18b fits with the groove portion 133 on the bottom surface of the base plate 13 in the configuration of the fifth embodiment. However, all of the radiation shields 18a and 18b having the return portion 182 may be fitted to the groove portion 133 on the bottom surface of the base plate 13.

実施の形態6による三次元造形装置1では、ベースプレート13の底面に設けられた溝部133に、輻射シールド18aの返し部182が嵌合する構造を有する。これによって、金属板171とベースプレート13との隙間から流入した粉末100が、ベースプレート13と輻射シールド18aとの間にできる空間に入り込むことを抑制することができる。また、ベースプレート13から粉末100への熱伝導による熱損失も抑制することができる。 The three-dimensional modeling apparatus 1 according to the sixth embodiment has a structure in which the return portion 182 of the radiation shield 18a is fitted to the groove portion 133 provided on the bottom surface of the base plate 13. As a result, it is possible to prevent the powder 100 that has flowed in from the gap between the metal plate 171 and the base plate 13 from entering the space formed between the base plate 13 and the radiation shield 18a. In addition, heat loss due to heat conduction from the base plate 13 to the powder 100 can be suppressed.

以上の実施の形態に示した構成は、一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、実施の形態同士を組み合わせることも可能であるし、要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。 The configuration shown in the above embodiments is an example, and can be combined with another known technique, can be combined with each other, and does not deviate from the gist. It is also possible to omit or change a part of the configuration.

1 三次元造形装置、10 チャンバ、11 ステージ、12 ステージ側壁部、13 ベースプレート、14 支柱、15 粉末ボックス、16 粉末床形成部、17 粉末落下抑制部、18,18a,18b 輻射シールド、20 電子銃室、21 電子銃、100 粉末、110 造形物、131a,131b 凹部、132a,132b 底面、133 溝部、141 本体部、142 接触部、171 金属板、171a 天板部、171b,182 返し部、172 支持板、181 底面部、EB 電子ビーム。 1 Three-dimensional modeling device, 10 chambers, 11 stages, 12 stage side walls, 13 base plates, 14 columns, 15 powder boxes, 16 powder floor forming parts, 17 powder drop suppression parts, 18, 18a, 18b radiation shields, 20 electron guns Chamber, 21 electron gun, 100 powder, 110 model, 131a, 131b recess, 132a, 132b bottom, 133 groove, 141 main body, 142 contact, 171 metal plate, 171a top plate, 171b, 182 return part, 172 Support plate, 181 bottom surface, EB electron beam.

Claims (9)

チャンバ内に設けられ、高さ方向に移動可能なステージと、
前記ステージ上に支柱を介して配置され、粉末によって三次元状に積層される造形物を造形する土台となるベースプレートと、
前記粉末を前記ベースプレート上に敷き詰めて粉末床を形成する粉末床形成部と、
電子ビームを生成し、前記ベースプレートまたは前記粉末床に前記電子ビームを照射する電子銃と、
前記ベースプレートに対応する位置が開口し、前記ステージ上において前記ベースプレートの上部の空間と前記ベースプレートの下部の空間とを隔てる金属板と、
前記ステージ上で前記金属板を支持する支持板と、
を備えることを特徴とする三次元造形装置。
A stage that is installed in the chamber and can be moved in the height direction,
A base plate that is placed on the stage via a support and serves as a base for modeling a model that is three-dimensionally laminated by powder.
A powder bed forming portion for forming a powder bed by spreading the powder on the base plate, and a powder bed forming portion.
An electron gun that generates an electron beam and irradiates the base plate or the powder bed with the electron beam.
A metal plate that opens at a position corresponding to the base plate and separates the space above the base plate from the space below the base plate on the stage.
A support plate that supports the metal plate on the stage,
A three-dimensional modeling device characterized by being equipped with.
前記ベースプレートの外周部と前記金属板の内周部との間の間隔をdとし、前記ベースプレートの外周部の位置が昇温によって変化する量をΔLとしたときに、d<ΔLの関係となるように前記ベースプレートおよび前記金属板が配置されることを特徴とする請求項1に記載の三次元造形装置。 When the distance between the outer peripheral portion of the base plate and the inner peripheral portion of the metal plate is d, and the amount of change in the position of the outer peripheral portion of the base plate due to temperature rise is ΔL, the relationship of d <ΔL is obtained. The three-dimensional modeling apparatus according to claim 1, wherein the base plate and the metal plate are arranged as described above. 前記金属板は、前記ベースプレートの底面の位置よりも下側に配置されることを特徴とする請求項2に記載の三次元造形装置。 The three-dimensional modeling apparatus according to claim 2, wherein the metal plate is arranged below the position of the bottom surface of the base plate. 前記金属板は、高さ方向において前記ベースプレートと重なって配置され、
前記ベースプレートは、高さ方向において前記金属板と重なる前記外周部の位置に、前記金属板が嵌合可能な凹部を有することを特徴とする請求項3に記載の三次元造形装置。
The metal plate is arranged so as to overlap the base plate in the height direction.
The three-dimensional modeling apparatus according to claim 3, wherein the base plate has a recess in which the metal plate can be fitted at a position of an outer peripheral portion that overlaps with the metal plate in the height direction.
前記ベースプレートの下方に、上方から見たときに少なくとも一部が前記金属板と重なりを持つ輻射シールドをさらに備えることを特徴とする請求項1から4のいずれか1つに記載の三次元造形装置。 The three-dimensional modeling apparatus according to any one of claims 1 to 4, further comprising a radiation shield below the base plate, which at least partially overlaps with the metal plate when viewed from above. .. 前記輻射シールドは、前記ベースプレートの下方に、高さ方向に複数設けられることを特徴とする請求項5に記載の三次元造形装置。 The three-dimensional modeling apparatus according to claim 5, wherein a plurality of the radiation shields are provided below the base plate in the height direction. 前記輻射シールドは、外周部の端部に上方に突出する返し部を有し、
前記金属板は、内周部の端部に下方に突出する返し部を有し、
前記輻射シールドと前記金属板とが立体的に重なるように配置されることを特徴とする請求項5または6に記載の三次元造形装置。
The radiation shield has a barb that projects upward at the end of the outer peripheral portion.
The metal plate has a barb that protrudes downward at the end of the inner peripheral portion.
The three-dimensional modeling apparatus according to claim 5 or 6, wherein the radiation shield and the metal plate are arranged so as to be three-dimensionally overlapped with each other.
前記ベースプレートは、底面に前記輻射シールドの前記返し部と嵌合可能な溝部を有し、
前記輻射シールドの前記返し部は、前記ベースプレートの前記溝部と嵌合することを特徴とする請求項7に記載の三次元造形装置。
The base plate has a groove portion on the bottom surface that can be fitted with the return portion of the radiation shield.
The three-dimensional modeling apparatus according to claim 7, wherein the return portion of the radiation shield is fitted with the groove portion of the base plate.
粉末によって三次元状に積層される造形物を造形する土台となるベースプレートに対応する位置が開口し、前記ベースプレートの上部の空間と前記ベースプレートの下部の空間とを隔てる金属板が支持板を介して配置された、高さ方向に移動可能なステージ上の前記開口の内部に配置された支柱上に、前記ベースプレートを配置する工程と、
前記ベースプレートに電子ビームを照射して前記ベースプレートを予熱する工程と、
予熱された前記ベースプレート上に前記粉末を敷き詰めた粉末床を敷設する工程と、
照射パターンにしたがって前記電子ビームを前記粉末床に照射する工程と、
を含むことを特徴とする三次元造形物の製造方法。
A position corresponding to the base plate that serves as a base for modeling a model that is three-dimensionally laminated by powder is opened, and a metal plate that separates the space above the base plate from the space below the base plate is interposed through the support plate. A step of arranging the base plate on a support column arranged inside the opening on an arranged, height-movable stage.
The step of irradiating the base plate with an electron beam to preheat the base plate, and
The process of laying a powder bed on which the powder is spread on the preheated base plate, and
The step of irradiating the powder bed with the electron beam according to the irradiation pattern, and
A method for manufacturing a three-dimensional model, which comprises.
JP2020089463A 2020-05-22 2020-05-22 Three-dimensional forming apparatus and method for manufacturing three-dimensionally formed article Pending JP2021183713A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020089463A JP2021183713A (en) 2020-05-22 2020-05-22 Three-dimensional forming apparatus and method for manufacturing three-dimensionally formed article

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020089463A JP2021183713A (en) 2020-05-22 2020-05-22 Three-dimensional forming apparatus and method for manufacturing three-dimensionally formed article

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2021183713A true JP2021183713A (en) 2021-12-02

Family

ID=78767147

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2020089463A Pending JP2021183713A (en) 2020-05-22 2020-05-22 Three-dimensional forming apparatus and method for manufacturing three-dimensionally formed article

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2021183713A (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6887896B2 (en) 3D laminated modeling equipment
JP6639735B2 (en) 3D modeling equipment
JP4054075B2 (en) Method and apparatus for manufacturing a three-dimensional object
JP4694617B2 (en) Apparatus and method for producing a three-dimensional object using a heated recoater for powdered molding material
CN107457988B (en) Device and method for generatively producing three-dimensional objects
JP5256349B2 (en) Frame for three-dimensional object manufacturing apparatus and three-dimensional object manufacturing apparatus using the frame
JP2016505709A (en) Method for melting powder, including heating in a range adjacent to the molten bath
JP6273578B2 (en) Three-dimensional additive manufacturing apparatus and three-dimensional additive manufacturing method
JP2008546572A (en) 3D object manufacturing equipment
JP6216464B1 (en) Control method for three-dimensional additive manufacturing apparatus, control method for three-dimensional additive manufacturing apparatus, and control program for three-dimensional additive manufacturing apparatus
JP6231695B1 (en) Control method for three-dimensional additive manufacturing apparatus, control method for three-dimensional additive manufacturing apparatus, and control program for three-dimensional additive manufacturing apparatus
US11396175B2 (en) Method and device for producing a three-dimensional object
JP6866931B2 (en) 3D modeling device and 3D modeling method
US20190152143A1 (en) Powder reduction apparatus
WO2019031979A1 (en) Additive manufacturing apparatus with a heat shield for controlling heat losses from a powder bed
JP2023115028A (en) Additive manufacturing device and additive manufacturing method
US20210316369A1 (en) Powder bed fusion apparatus and methods
JP2021183713A (en) Three-dimensional forming apparatus and method for manufacturing three-dimensionally formed article
JP7550624B2 (en) Three-dimensional modeling apparatus and method for manufacturing a model
JP7240992B2 (en) Manufacturing equipment and manufacturing method
JP6878364B2 (en) Movable wall for additional powder floor
JP7502237B2 (en) Three-dimensional additive manufacturing device and three-dimensional additive manufacturing method
JP7457613B2 (en) 3D additive manufacturing device and 3D additive manufacturing method
JP2021188078A (en) Three-dimensional molding apparatus, and method of producing three-dimensional molding article
WO2019147354A1 (en) Heated gas circulation system for an additive manufacturing machine

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20230208

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20231226

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20240116

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20240723