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 PDFInfo
- 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
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 19
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 6
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 124
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 81
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 81
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 claims abstract description 38
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims description 52
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 claims description 45
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 claims description 4
- 238000003892 spreading Methods 0.000 claims description 2
- 238000005192 partition Methods 0.000 abstract 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 26
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 5
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 4
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 4
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 4
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 3
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 3
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 3
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 3
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 3
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 2
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 2
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910000975 Carbon steel Inorganic materials 0.000 description 1
- QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N Zirconium Chemical compound [Zr] QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 239000010962 carbon steel Substances 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000005304 joining Methods 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 230000001846 repelling effect Effects 0.000 description 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 1
- VSZWPYCFIRKVQL-UHFFFAOYSA-N selanylidenegallium;selenium Chemical compound [Se].[Se]=[Ga].[Se]=[Ga] VSZWPYCFIRKVQL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 1
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P10/00—Technologies related to metal processing
- Y02P10/25—Process efficiency
Landscapes
- Powder Metallurgy (AREA)
Abstract
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.
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.
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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-
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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)
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.
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.
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) |
-
2020
- 2020-05-22 JP JP2020089463A patent/JP2021183713A/en active Pending
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 |