JP2021188110A - 積層造形方法及び積層造形装置 - Google Patents

積層造形方法及び積層造形装置 Download PDF

Info

Publication number
JP2021188110A
JP2021188110A JP2020097394A JP2020097394A JP2021188110A JP 2021188110 A JP2021188110 A JP 2021188110A JP 2020097394 A JP2020097394 A JP 2020097394A JP 2020097394 A JP2020097394 A JP 2020097394A JP 2021188110 A JP2021188110 A JP 2021188110A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
light
light beam
laminated modeling
modeled object
irradiation unit
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.)
Granted
Application number
JP2020097394A
Other languages
English (en)
Other versions
JP7306330B2 (ja
Inventor
悠人 田中
Yuto Tanaka
克彦 小嶋
Katsuhiko Kojima
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.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor 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 Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
Priority to JP2020097394A priority Critical patent/JP7306330B2/ja
Priority to DE102021110709.1A priority patent/DE102021110709A1/de
Priority to US17/241,353 priority patent/US20210379663A1/en
Priority to CN202110576997.5A priority patent/CN113751721A/zh
Publication of JP2021188110A publication Critical patent/JP2021188110A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP7306330B2 publication Critical patent/JP7306330B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/20—Direct sintering or melting
    • B22F10/28—Powder bed fusion, e.g. selective laser melting [SLM] or electron beam melting [EBM]
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/20—Direct sintering or melting
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/20—Direct sintering or melting
    • B22F10/25—Direct deposition of metal particles, e.g. direct metal deposition [DMD] or laser engineered net shaping [LENS]
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/30—Process control
    • B22F10/36—Process control of energy beam parameters
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/30—Process control
    • B22F10/36—Process control of energy beam parameters
    • B22F10/366—Scanning parameters, e.g. hatch distance or scanning strategy
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/30—Process control
    • B22F10/38—Process control to achieve specific product aspects, e.g. surface smoothness, density, porosity or hollow structures
    • B22F10/385—Overhang structures
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F12/00—Apparatus or devices specially adapted for additive manufacturing; Auxiliary means for additive manufacturing; Combinations of additive manufacturing apparatus or devices with other processing apparatus or devices
    • B22F12/40—Radiation means
    • B22F12/41—Radiation means characterised by the type, e.g. laser or electron beam
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F12/00—Apparatus or devices specially adapted for additive manufacturing; Auxiliary means for additive manufacturing; Combinations of additive manufacturing apparatus or devices with other processing apparatus or devices
    • B22F12/40—Radiation means
    • B22F12/41—Radiation means characterised by the type, e.g. laser or electron beam
    • B22F12/43—Radiation means characterised by the type, e.g. laser or electron beam pulsed; frequency modulated
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F12/00—Apparatus or devices specially adapted for additive manufacturing; Auxiliary means for additive manufacturing; Combinations of additive manufacturing apparatus or devices with other processing apparatus or devices
    • B22F12/40—Radiation means
    • B22F12/44—Radiation means characterised by the configuration of the radiation means
    • B22F12/45—Two or more
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/10—Processes of additive manufacturing
    • B29C64/141—Processes of additive manufacturing using only solid materials
    • B29C64/153—Processes of additive manufacturing using only solid materials using layers of powder being selectively joined, e.g. by selective laser sintering or melting
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/20—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • B29C64/264—Arrangements for irradiation
    • B29C64/268—Arrangements for irradiation using laser beams; using electron beams [EB]
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/20—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • B29C64/264—Arrangements for irradiation
    • B29C64/277—Arrangements for irradiation using multiple radiation means, e.g. micromirrors or multiple light-emitting diodes [LED]
    • B29C64/282—Arrangements for irradiation using multiple radiation means, e.g. micromirrors or multiple light-emitting diodes [LED] of the same type, e.g. using different energy levels
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/20—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • B29C64/264—Arrangements for irradiation
    • B29C64/291—Arrangements for irradiation for operating globally, e.g. together with selectively applied activators or inhibitors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y10/00—Processes of additive manufacturing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y30/00—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y50/00—Data acquisition or data processing for additive manufacturing
    • B33Y50/02—Data acquisition or data processing for additive manufacturing for controlling or regulating additive manufacturing processes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2202/00—Treatment under specific physical conditions
    • B22F2202/11—Use of irradiation
    • 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

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)

Abstract

【課題】造形物の強度を保持し、形状精度を向上させること。【解決手段】積層造形方法は、複数の光線照射部１０３、１０４を有する積層造形装置により、材料から造形物を造形する。積層造形方法は、造形物の少なくとも一部分についての積層方向に対する角度に応じて、前記複数の光線照射部のうち、当該一部分へ照射する光線照射部を決定するステップと、当該一部分に対し前記決定された光線照射部から光線を照射するステップと、を含む。【選択図】図２

Description

本発明は、積層造形方法及び積層造形装置に関する。
特許文献１には、３ＤＰにおいて、ダウンスキン部のダレを抑制するために、ダウンスキン部を形成する際のレーザの出力を抑える技術が開示されている。
特開２０１７−１８５８０４号公報
しかしながら、レーザの出力を抑えた結果、当該ダウンスキン部の強度が低下してしまう恐れがある。
本発明は、このような問題を解決するためのものであり、造形物の強度を保持し、形状精度を向上した積層造形方法及び積層造形装置を提供することを目的とする。
本発明の例示的な一態様に係る積層造形方法は、複数の光線照射部を有する積層造形装置により、材料から造形物を造形する積層造形方法であって、
造形物の少なくとも一部分についての積層方向に対する角度に応じて、前記複数の光線照射部のうち、当該一部分へ照射する光線照射部を決定するステップと、
当該一部分に対し前記決定された光線照射部から光線を照射するステップと、
を含む。
本発明の例示的な一態様に係る積層造形装置は、造形台上に提供された材料に光線を照射する複数の光線照射部と、
造形物の少なくとも一部分についての積層方向に対する角度に応じて、前記複数の光線照射部のうち当該一部分へ照射する光線照射部を決定し、
当該一部分に対し前記決定された光線照射部から光線を照射するように構成される制御部と、を備える。
本開示により、造形物の強度を保持し、形状精度を向上した積層造形方法及び積層造形装置を提供することができる。
本発明の実施の形態１に係る積層造形装置の構成を示す概略構成図である。 本発明の実施の形態１に係る積層造形方法を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態２に係る積層造形装置の構成を示す概略上面構成図である。 本発明の実施の形態２に係る積層造形装置の構成を示す概略側面構成図である。 本発明の実施の形態２に係る積層造形方法を示すフローチャートである。 積層造形方法の効果を説明する図である。 本発明の実施の形態３に係る積層造形装置の構成を示す概略上面構成図である。 本発明の実施の形態３に係る積層造形方法を示すフローチャートである。 造形物の特定の層の断面図である。 内側輪郭と外側輪郭に対する断続的照射工程を示す拡大断面図である。 実施形態における積層造形装置の制御部のハードウェア構成例を示すブロック図である。
以下、本発明を適用した具体的な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。ただし、本発明が以下の実施形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、以下の記載および図面は、適宜、簡略化されている。
実施の形態１
図１を参照して、実施の形態１にかかる積層造形装置の構成を説明する。積層造形装置１は、造形台１０７上に提供された材料に光線を照射する複数の光線照射部１０３、１０４（１０４ａ、１０４ｂ）と、造形物１００の少なくとも一部分についての積層方向に対する角度に応じて、複数の光線照射部１０３、１０４のうち当該一部分へ照射する光線照射部１０４を決定し、当該一部分に対し前記決定された光線照射部１０４から光線を照射するように構成される制御部１５０と、を備える。
制御部１５０は、コンピュータにより実現される情報処理装置である。制御部１５０は、記憶部に格納された各種プログラムに基づいて、各種制御を実行する機能を有し、中央演算処理装置（ＣＰＵ）、読出専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、入出力ポート（Ｉ／Ｏ）等により実現される。
制御部１５０は、複数の光線照射部１０３、１０４（１０４ａ、１０４ｂ）の照射や照射角度を制御する。複数の光線照射部１０３、１０４ａ、１０４ｂは、それぞれ、光線の向きを変更するための回動式ミラー１１３，１１４ａ、１１４ｂを有する。第１の光線照射部１０３は、造形される物の内側の上方に配置され、材料の塗り潰しに使用され得る。第２の光線照射部１０４は、第１の光線照射部１０３の外側に配置され、造形される物の外側の上方に配置される。
積層造形装置１では、造形台１０７上の材料に光線を照射すると、光線による熱で材料が溶融し、その後、凝固する。更に材料を噴射し、こうした造形プロセスを層ごとに繰り返す。これにより、造形物が完成する。材料は、金属粉末に限定されず、例えば、樹脂粉末などであってもよい。
造形物１００の少なくとも一部分は、例えば、張り出し部１２０の輪郭線である。図１に示すように、造形物の張り出し部１２０は、層によっては、造形物１００の内側輪郭線にある場合も、造形物１００の外側輪郭線にある場合もある。各輪郭線に対して、所望の光線の照射角度が予め決められている。
図２を参照して、実施の形態１に係る積層造形装置を用いた積層造形方法を説明する。
積層造形方法は、複数の光線照射部１０３、１０４を有する積層造形装置１により、材料から造形物１００を造形する。造形物１００の少なくとも一部分についての積層方向に対する角度に応じて、複数の光線照射部１０３、１０４のうち、当該一部分へ照射する光線照射部を決定する（ステップＳ１０１）。例えば、積層方向に対する角度が閾値よりも大きい場合は、第２の光線照射部１０４が選択される。ついで、当該一部分に対し前記決定された光線照射部から光線を照射する（ステップＳ１０２）。こうして、当該一部分についての造形物が完成する。
以上説明した実施の形態１によれば、造形物１００の少なくとも一部分についての積層方向に対する角度に応じて、適切な光線照射部を選択し、造形物の強度を保持し、形状精度を向上した高品質な造形物を造形することができる。
実施の形態２
図３及び図４を参照して、本発明の実施の形態２に係る積層造形装置の構成を説明する。図３は本発明の実施の形態２に係る積層造形装置２の構成を示す概略上面構成図である。図４は本発明の実施の形態２に係る積層造形装置２の構成を示す概略側面構成図である。
積層造形装置２としては、ＬＭＤ（Ｌａｓｅｒ Ｍｅｔａｌ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）型３次元積層造形装置を例に説明する。積層造形装置２は、複数の光線照射部を切り替えて、高品質な３次元積層造形物を造形することができる。
材料噴射部２０６は、造形台２０７上に金属粉末などの材料を噴射する。材料は、金属粉末に限定されず、例えば、樹脂粉末などであってもよい。
光線発振器２０１は、回動式ミラー２１２を有する光線切替機構２０２に向けて光線を照射する。光線切替機構２０２は、制御部２５０からの指示に基づき、ミラー２１２を回転させることで、受け取った光線を第１の光線照射部２０３又は第２の光線照射部２０４ａ、２０４ｂに選択的に送ることができる。光線切替機構２０２は、光線切り替えスキャナとも呼ばれる場合がある。
光線照射部２０３、２０４は、図４に示すように、造形台２０７上の材料に対して、光線を照射する。光線は、レーザ光や電子線などに限定されず、その他の波長の光線であってもよい。光線照射部２０３、２０４は、材料の塗り潰しのための第１の光線照射部２０３と、造形物の一部分の形状精度向上のための第２の光線照射部２０４を含む。
第１の光線照射部２０３は、造形台上の造形される物の内側の上方に配置され、光線を照射した材料を表面的に溶かすのに使用される。第１の光線照射部２０３は、通常スキャナとも呼ばれる。第１の光線照射部２０３は、受け取った光線の向きを変えるための回動式ミラー２１３を有する。
一方、第２の光線照射部２０４ａ、２０４ｂは、造形される物の外側（造形エリアの１つの対角線上の両隅）の上方に配置され、光線の入射角度を変更することができる。第２の光線照射部２０４ａ、２０４ｂは、受け取った光線の向きを変えるための回動式ミラー２１４ａ、２１４ｂを有する。この第２の光線照射部２０４ａ、２０４ｂは、光線の向きを微細に変更し、材料に対して、積層方向に対する角度（例えば、閾値以上の角度）を付けて光線を照射することができる。第２の光線照射部は、張り出し部（又はダウンスキン）用スキャナとも呼ばれる場合がある。なお、図３では、２つの第２の光線照射部２０４ａ、２０４ｂを、造形エリアの１つの対角線上の両隅に配置したが、本発明はこれに限定されない。例えば、１つの第２の光線照射部が、造形エリアの外縁部の上方に配置されてもよいし、４つの第２の光線照射部が、造形エリアの４つの角部の上方に配置されてもよい。
光線が照射された材料は、光線からの熱（エネルギー）により溶融し、溶融池を形成する。その後、溶融池が冷えて、凝固する。そして、材料の噴射と、光線の照射を繰り返すことで、材料が積層され、３次元積層造形物２００が造形される。
制御部２５０は、材料の噴射、複数の光線照射部２０３、２０４の切り替え、光線の照射等の処理を制御する。制御部２５０は、予め作成された、造形される物体のＣＡＤモデルにしたがって、こうした制御を実行することができる。こうしたＣＡＤモデル（造形データ）は、一般に公知のソフトウェアアプリケーションによって作成され、記憶部２５５に記憶されている。記憶部２５５は、積層造形装置２の内部記憶部でもよいし、ネットワークを介して接続された外部記憶部であってもよい。造形データは、積層造形プロセスの各層に対応する複数の断面パターンを含む。
制御部２５０は、切替部２５２を含む。切替部２５２は、光線切替機構２０２に指示して、光線発振器２０１からの光線を光線照射部２０３、２０４のいずれかに送るように切り替える。
制御部２５０は、記憶部２５５に格納された各種プログラム（造形製造方法をコンピュータに実行させるプログラムを含む）に基づいて、各種制御を実行する機能を有し、中央演算処理装置（ＣＰＵ）、読出専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、入出力ポート（Ｉ／Ｏ）等により実現される。
造形物は、基本的には、積層方向（すなわち、鉛直方向）に積層されるが、造形物の部分には、張り出し部（すなわち、張り出し部の下側に何もないダウンスキン部）が存在する。こうした部分に、第１の光線照射部からの光線を照射すると、エネルギー過多により表面が粗くなるという問題が生じている。そのため、本開示では、こうした部分に閾値以上の角度を付けて光線を照射できる第２の光線照射部を設けている。
所定のソフトウェアで作成される造形物の断面パターンにおいて、材料の塗り潰しのための第１の光線照射部２０３を用いて造形する部分と、形状精度向上のための第２の光線照射部２０４を用いて造形する部分と、が区別されている。第２の光線照射部２０４を用いて造形する部分は、造形される物体のうち、積層方向に対し垂直以外の角度を有する部分である。具体的には、例えば、張り出し部の輪郭線は、形状精度向上のための第２の光線照射部２０４を用いて造形することができる。また、異なる張り出し部（例えば、図１の内側輪郭線、外側輪郭線）は、異なる入射角度になるように、予め定められている。例えば、光線が張り出し部の表面に、ほぼ平行に入射されるように設定されてもよい。それ以外は、第１の光線照射部２０３を用いて造形する部分としてもよい。造形物は、こうした複数の断面パターンを用いて、第１の光線照射部２０３と第２の光線照射部２０４を切り替えながら、造形される。
図５は、実施の形態２に係る積層造形装置を用いた積層造形方法を示すフローチャートである。
制御部２５０は、造形する物体のＣＡＤモデル（造形データ）の層ごとの断面パターンを取得する（ステップＳ２０１）。次に、制御部２５０は、特定の層に張り出し部２２０が存在するかを判定する。張り出し部がない（ステップＳ２０３でＮＯ）場合には、制御部２５０の切替部２５２は、光線発振器２０１からの光線を、光線切替機構２０２を介して、第１の光線照射部２０３に送る。第１の光線照射部２０３は、層に対応する断面パターンに基づいて材料に対して光線を照射する（ステップＳ２０４）。これにより、張り出し部がない層が造形される。
一方、断面パターン内に張り出し部がある（ステップＳ２０３でＹＥＳ）場合には、まず、張り出し部以外の部分について造形する。制御部２５０の切替部２５２は、光線発振器２０１からの光線を、光線切替機構２０２を介して、第１の光線照射部２０３に送る（ステップＳ２０６）。第１の光線照射部２０３は光線を、材料に対して照射する（ステップＳ２０８）。
次に、張り出し部２２０について造形する。制御部２５０の切替部２５２は、光線発振器２０１からの光線を、光線切替機構２０２を介して、第２の光線照射部２０４に送る（ステップＳ２１０）。第２の光線照射部２０４は、ミラー２１４を回動して、積層方向に対して所定の角度（例えば、張り出し部の下側表面に対してほぼ平行）で光線を、材料（造形物の一部分）に対して照射する（ステップＳ２１２）。また、この場合、第２の光線照射部２０４は、引き出し部の強度を保持するため、光線の出力を抑えなくてもよい。こうして、張り出し部２２０を有する層が造形される。
このように、層ごとの造形プロセスを繰り返すことで、第１の光線照射部２０３と第２の光線照射部２０４を切り替えながら、最終的に積層造形物２００が完成する。
なお、図５のフローチャートは、実行の具体的な順番を示しているが、実行の順番は示されている形態と異なってもよい。例えば、２つ以上のステップの実行の順番は、示された順番に対して入れ替えてもよい。また、図５の中で連続して示された２つ以上のステップは、同時に、または部分的に同時に実行されてもよい。さらに、いくつかの実施形態では、図５に示された１つまたは複数のステップがスキップまたは省略されてもよい。
ここで図６を参照して、本開示による積層造形方法の効果を説明する。
張り出し部２２０の下側面は、ダウンスキン部とも呼ばれる場合がある。図６の右図は、第１の光線照射部２０３のみを用いて造形された張り出し部の拡大図である。溶融池２３０がダレて、造形物の下側表面（ダウンスキン部）の外まで生じており、結果として、表面粗さが大きくなっている。一方、図６の左図は、第１の光線照射部２０３と、第２の光線照射部２０４を用いて造形された張り出し部の拡大図である。ほとんどの溶融池２３０が造形物２００の下側表面（ダウンスキン部）の内側に生じており、結果として、表面粗さが少ない。
以上のように、本実施形態によれば、造形物の張り出し部の表面粗さを改善し、形状精度を向上した高品質な造形物を造形することができる。
実施の形態３
実施の形態３に係る積層造形装置は、複数の光線照射部を切り替えるとともに、光線の断続的な照射を制御して、より一層高品質な３次元積層造形物を造形する。
図７は、本発明の実施の形態３に係る積層造形装置の構成を示す概略上面図である。図７では、実施の形態２と同一の構成要素は、図３と同一の符号を付し、適宜説明を省略する。図７では、制御部３５０において、断続部３５３が追加されている。断続部３５３は、光線発振器２０１からの光線が断続的に照射されるように制御する。断続部３５３は、例えば、光線発振器２０１を周期的にオン・オフすることで、光線の断続的照射を実行してもよい。
図８は、実施の形態３に係る積層造形装置を用いた積層造形方法を示すフローチャートである。
制御部３５０は、造形する物体のＣＡＤモデル（造形データ）の層ごとの断面パターンを取得する（ステップＳ３０１）。次に、制御部３５０は、断面パターンに基づき、特定の層に張り出し部が存在するかを判定する。張り出し部がない（ステップ３０３でＮＯ）場合には、制御部３５０の切替部２５２は、光線発振器２０１からの光線を、光線切替機構２０２を介して、第１の光線照射部２０３に送る。第１の光線照射部２０３は、層に対応する断面パターンに基づき、材料に対して光線を照射する（ステップＳ３０４）。これにより、張り出し部のない層が造形される。
一方、断面パターン内に張り出し部がある（ステップＳ３０３でＹＥＳ）場合には、まず、張り出し部以外の部分について造形する。制御部３５０の切替部２５２は、光線発振器２０１からの光線を、光線切替機構２０２を介して、第１の光線照射部２０３に送る（ステップＳ３０６）。第１の光線照射部２０３で光線を、材料に対して照射する（ステップＳ３０８）。
次に、張り出し部について造形する。制御部３５０の切替部２５２は、光線発振器２０１からの光線を、光線切替機構２０２を介して、第２の光線照射部２０４に送る（ステップＳ３１０）。第２の光線照射部２０４は、ミラー２１４を回動して、積層方向に対して所定の角度（例えば、張り出し部の下側表面に対してほぼ平行）で光線を、材料に対して照射する（ステップＳ３１２）。
更に、本実施形態では、造形物の張り出し部の外周面（ダウンスキン部）をより一層滑らかにするため、張り出し部の内側輪郭及び外側輪郭に対して、断続的な照射を行う（ステップＳ３１５）。詳細は、図９及び図１０を用いて後述する。
なお、図８のフローチャートは、実行の具体的な順番を示しているが、実行の順番は示されている形態と異なってもよい。例えば、２つ以上のステップの実行の順番は、示された順番に対して入れ替えてもよい。また、図８の中で連続して示された２つ以上のステップは、同時に、または部分的に同時に実行されてもよい。さらに、いくつかの実施形態では、図８に示された１つまたは複数のステップがスキップまたは省略されてもよい。
ここで、図９及び図１０を参照して、断続的な照射について具体的に説明する。
図９は、造形物の特定の層を示す断面図である。
図９に示す層は、中実部９０１と張り出し部９００を含む。張り出し部９００は、内側輪郭９０２と外側輪郭９０３を含む。中実部９０１は、第１の光線照射部２０３を用いて光線が照射されることで造形される。一方、張り出し部９００は、内側輪郭９０２と外形形状９０６の間に本来溶融させたくない部分にも溶融池９０５ができてしまい、表面が粗くなる場合がある。そこで、張り出し部９００の内側輪郭９０２と外側輪郭９０３については、第２の光線照射部２０４を用いて光線を断続的に照射する。
図１０は、内側輪郭と外側輪郭に対する断続的照射工程を説明するための拡大断面図である。
まず、内側輪郭９０２に対して、第２の光線照射部２０４から断続的に光線を照射する（図１０の１）。次に、内側輪郭９０２の、当該断続的に光線が照射された部分と部分の間に、第２の光線照射部２０４から光線を照射する（図１０の２）。これにより、内側輪郭９０２全部にわたって光線を照射することができる。更に、外側輪郭９０３に対して、第２の光線照射部２０４から断続的に光線を照射する（図１０の３）。次に、外側輪郭９０３の、当該断続的に光線が照射された部分と部分の間に、第２の光線照射部２０４から光線を照射する（図１０の４）。これにより、外側輪郭９０３全部にわたって光線を照射することができる。
以上説明したように、第２の光線照射部２０４からの光線の照射を断続的に実行することで、エネルギーを分散させ、エネルギー供給の過多による表面粗さを改善することができる。例えば、通常のレーザ条件（連続照射）では、Ｒａは６２マイクロメートルで、Ｒｚは３１０マイクロメートルであった。それに対して、本実施形態によるレーザ条件（断続照射）では、Ｒａは２４マイクロメートルで、Ｒｚは、１５３マイクロメートルとなり、張り出し部の下側表面が滑らかになった。
以上のように、本実施形態によれば、光線の断続的照射により、造形物の張り出し部の表面粗さを改善し、造形物の強度を保持し、より一層高品質な造形物を造形することができる。
図１１は、いくつかの実施形態における積層造形装置の制御部のハードウェア構成例を示すブロック図である。図１１に示すように、いくつかの実施形態の制御部１５０，２５０，３５０は、プロセッサ１２０１、ＲＡＭ（Random access memory）１２０２、ＲＯＭ（Read Only Memory）１２０３などを有するコンピュータである。プロセッサ１２０１は、ＲＡＭ１２０２、ＲＯＭ１２０３、または、ハードディスク１２０４に格納されたソフトウェアに従い演算および制御を行う。ＲＡＭ１２０２は、ＣＰＵ１２０１が各種処理を実行する際の一時記憶領域として使用される。ハードディスク１２０４には、オペレーティングシステム（ＯＳ）や、登録プログラムなどが記憶される。ディスプレイ１２０５は、液晶ディスプレイとグラフィックコントローラとから構成され、ディスプレイ１２０５には、画像やアイコンなどのオブジェクト、および、ＧＵＩなどが表示される。入力部１２０６は、ユーザが積層造形装置に各種指示を与えるための装置であり、例えばマウスやキーボード、タッチパネルなどによって構成される。Ｉ／Ｆ（インターフェース）部１２０７は、ＩＥＥＥ ８０２．１１ａなどの規格に対応した無線ＬＡＮ通信や有線ＬＡＮ通信を制御することができ、ＴＣＰ／ＩＰなどのプロトコルに基づき同一通信ネットワークおよびインターネットを介して外部機器と通信する。システムバス１２０８は、プロセッサ１２０１、ＲＡＭ１２０２、ＲＯＭ１２０３、および、ハードディスク１２０４などとのデータのやり取りを制御する。
上述の例において、プログラムは、様々なタイプの非一時的なコンピュータ可読媒体（non-transitory computer readable medium）を用いて格納され、コンピュータに提供することができる。非一時的なコンピュータ可読媒体は、様々なタイプの実体のある記録媒体（tangible storage medium）を含む。非一時的なコンピュータ可読媒体の例は、磁気記録媒体（例えば、フレキシブルディスク、磁気テープ、ハードディスクドライブ）、光磁気記録媒体（例えば、光磁気ディスク）、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−Ｒ／Ｗ、半導体メモリ（例えば、マスクＲＯＭ、ＰＲＯＭ（Programmable ROM）、ＥＰＲＯＭ（Erasable PROM）、フラッシュＲＯＭ、ＲＡＭ）を含む。また、プログラムは、様々なタイプの一時的なコンピュータ可読媒体（transitory computer readable medium）によってコンピュータに提供されてもよい。一時的なコンピュータ可読媒体の例は、電気信号、光信号、及び電磁波を含む。一時的なコンピュータ可読媒体は、電線及び光ファイバ等の有線通信路、又は無線通信路を介して、プログラムをコンピュータに供給できる。
本発明は、上述した実施形態に限られたものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。
１ 積層造形装置
２ 積層造形装置
３ 積層造形装置
１０ 光線
１００ 造形物
１０３ 第１の光線照射部
１０４ａ 第２の光線照射部
１０４ｂ 第２の光線照射部
１１３ ミラー
１１４ａ ミラー
１１４ｂ ミラー
１０７ 造形台
１５０ 制御部
２００ 造形物
２０１ 光線発振器
２０２ 光線切替機構
２０３ 第１の光線照射部
２０４ａ 第２の光線照射部
２０４ｂ 第２の光線照射部
２０６ 材料噴射部
２０７ 造形台
２１０ 造形エリア
２１２ ミラー
２１３ ミラー
２１４ａ ミラー
２１４ｂ ミラー
２２０ 張り出し部
２３０ 溶融池
２５０ 制御部
２５２ 切替部
２５５ 記憶部
３５０ 制御部
３５３ 断続部
９００ 張り出し部
９０１ 中実部
９０２ 内側輪郭
９０３ 外側輪郭
９０５ 溶融池
９０６ 外形形状

Claims (7)

  1. 複数の光線照射部を有する積層造形装置により、材料から造形物を造形する積層造形方法であって、
    造形物の少なくとも一部分についての積層方向に対する角度に応じて、前記複数の光線照射部のうち、当該一部分へ照射する光線照射部を決定するステップと、
    当該一部分に対し前記決定された光線照射部から光線を照射するステップと、
    を含む、積層造形方法。
  2. 前記決定された光線照射部を用いて、前記一部分についての積層方向に対する角度に応じて、当該一部分へ照射する光線の角度を決定するステップを更に含む、請求項１に記載の積層造形方法。
  3. 前記造形物の少なくとも一部は、積層方向に対し垂直以外の角度を有する、請求項１に記載の積層造形方法。
  4. 前記造形物の少なくとも一部は、前記造形物の張り出し部である、請求項１に記載の積層造形方法。
  5. 前記複数の光線照射部は、前記造形物の内側の上方に配置された第１の光線照射部と、前記造形物の外側の上方に配置された第２の光線照射部と、を含む、請求項１に記載の積層造形方法。
  6. 前記造形物の一部分に対し、前記決定された光線照射部から断続的に光線を照射するステップと、
    当該断続的に光線を照射された部分と部分の間に、前記決定された光線照射部から光線を照射するステップと、
    を更に含む、請求項１に記載の積層造形方法。
  7. 造形台上に提供された材料に光線を照射する複数の光線照射部と、
    造形物の少なくとも一部分についての積層方向に対する角度に応じて、前記複数の光線照射部のうち当該一部分へ照射する光線照射部を決定し、
    当該一部分に対し前記決定された光線照射部から光線を照射するように構成される制御部と、を備える積層造形装置。
JP2020097394A 2020-06-04 2020-06-04 積層造形方法及び積層造形装置 Active JP7306330B2 (ja)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020097394A JP7306330B2 (ja) 2020-06-04 2020-06-04 積層造形方法及び積層造形装置
DE102021110709.1A DE102021110709A1 (de) 2020-06-04 2021-04-27 Additives Fertigungsverfahren und Vorrichtung zur additiven Fertigung
US17/241,353 US20210379663A1 (en) 2020-06-04 2021-04-27 Additive manufacturing method and additive manufacturing apparatus
CN202110576997.5A CN113751721A (zh) 2020-06-04 2021-05-26 层叠造型方法及层叠造型装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020097394A JP7306330B2 (ja) 2020-06-04 2020-06-04 積層造形方法及び積層造形装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2021188110A true JP2021188110A (ja) 2021-12-13
JP7306330B2 JP7306330B2 (ja) 2023-07-11

Family

ID=78605363

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2020097394A Active JP7306330B2 (ja) 2020-06-04 2020-06-04 積層造形方法及び積層造形装置

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20210379663A1 (ja)
JP (1) JP7306330B2 (ja)
CN (1) CN113751721A (ja)
DE (1) DE102021110709A1 (ja)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102022116140A1 (de) 2022-06-29 2024-01-04 Trumpf Laser- Und Systemtechnik Gmbh Verfahren und Planungsvorrichtung zum Planen einer lokal selektiven Bestrahlung eines Arbeitsbereichs mit einer Mehrzahl an Energiestrahlen, Verfahren und Fertigungsvorrichtung zum additiven Fertigen eines Bauteils aus einem Pulvermaterial, und Computerprogramm zum Durchführen eines solchen Verfahrens

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20190358736A1 (en) * 2018-05-25 2019-11-28 General Electric Company Method to control additive manufacturing builds using laser angle of incidence

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3127635A1 (en) * 2015-08-06 2017-02-08 TRUMPF Laser-und Systemtechnik GmbH Additive manufacturing of down-skin layers
US10766197B2 (en) 2016-03-31 2020-09-08 Hexcel Corporation Apparatus and method for selective laser sintering an object with a void
US10357829B2 (en) * 2017-03-02 2019-07-23 Velo3D, Inc. Three-dimensional printing of three-dimensional objects
CN109759587B (zh) * 2019-01-30 2021-12-24 东南大学 一种无辅助支撑加工金属悬垂结构件的增材制造方法
EP3804883A1 (en) * 2019-10-11 2021-04-14 Siemens Aktiengesellschaft Method of applying a plurality of energy beams in additive manufacturing
US11772195B2 (en) * 2020-04-21 2023-10-03 The Boeing Company Additive manufacturing system and method using multiple beam orientations

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20190358736A1 (en) * 2018-05-25 2019-11-28 General Electric Company Method to control additive manufacturing builds using laser angle of incidence

Also Published As

Publication number Publication date
DE102021110709A1 (de) 2021-12-09
JP7306330B2 (ja) 2023-07-11
CN113751721A (zh) 2021-12-07
US20210379663A1 (en) 2021-12-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11850661B2 (en) Method of segmenting object to be manufactured by energy input parameter and passing energy beam across segments
JP6030597B2 (ja) 三次元造形装置及び三次元形状造形物の製造方法
JP5826430B1 (ja) 三次元造形装置及び三次元形状造形物の製造方法
KR20150115596A (ko) 3차원 조형 장치 및 3차원 형상 조형물의 제조 방법
JP2015199195A (ja) 三次元造形装置
JP2017013426A (ja) 粉末床溶融結合装置
CN112512729B (zh) 用于确定针对增材制造方法的构造规范的方法
JP6200599B1 (ja) ３次元積層造形装置、３次元積層造形装置の制御方法および３次元積層造形装置の制御プログラム
JP2009006509A (ja) 三次元形状造形物の製造方法及び製造装置
US10583647B2 (en) Method of controlling warping in 3D printing
JP2016078392A (ja) 積層造形装置
CN104760402A (zh) 用于三维打印机的曝光装置、三维打印机和三维打印方法
JP6628024B2 (ja) 三次元形状造形物の製造方法および三次元形状造形物
JP2021188110A (ja) 積層造形方法及び積層造形装置
JP2018119180A (ja) 三次元造形物の製造方法、およびそれに用いる三次元造形装置
JP2019521007A (ja) ３ｄ印刷
KR20230024338A (ko) 적층 제조에서 레이저 어레이의 경사진 스캔
CN114713844A (zh) 金属选区激光熔化成形方法及系统
JP2021188070A (ja) 積層造形方法及び積層造形装置
US20150367577A1 (en) Use of multiple beam spot sizes for obtaining improved performance in optical additive manufacturing techniques
JP2004122489A (ja) 三次元形状造形物の製造装置及びこれを用いた金型の製造方法
JP6850622B2 (ja) 三次元積層造形用のスライスデータ生成方法、三次元積層造形方法及び三次元積層造形用のスライスデータ生成プログラム
JP7126638B1 (ja) 積層造形経路生成装置、積層造形経路生成方法、積層造形システム、および、積層造形方法
CN110545940B (zh) 制造工件的方法、建立校正参数的方法和存储介质
CN110573278A (zh) 用于影线图案的直角边消除策略

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20220523

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20230315

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20230404

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20230426

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20230530

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20230612

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 7306330

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151