JP2022106332A - 三次元積層造形装置 - Google Patents
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Abstract
Description
三次元積層造形装置で粉末を溶融させる場合、チャンバーの内部は高温になるため、窓を保護するフィルムには耐熱性が求められる。しかし、一般に、耐熱性を有するフィルムは有色であるため、チャンバー内部の観察には不向きである。
以降の説明では、三次元積層造形装置の各部の形状や位置関係などを明確にするために、図1の左右方向をX方向、図1の奥行き方向をY方向、図1の上下方向をZ方向とする。X方向、Y方向およびZ方向は、互いに直交する方向である。また、X方向およびY方向は水平方向に平行な方向であり、Z方向は鉛直方向に平行な方向である。方向の定義は、他の図でも同様である。
図3に示すように、チャンバー12の内部にはシャッター42が配置されている。具体的には、シャッター42は、チャンバー12の上壁12aの下面側に配置されている。シャッター42は、モータ44の駆動にしたがって動作することにより、窓39を開閉する。窓39の開閉とは、蒸発物質の付着による汚染やビーム照射に伴う熱などから窓39を保護するために窓39を閉状態とする場合と、窓39を通してチャンバー12の内部を観測するために窓39を開状態とする場合の両方を含む。
図9に示すように、シャッター機構40のモータ44には制御部60が接続されている。制御部60は、あらかじめ設定された条件に基づいてモータ44を駆動することにより、シャッター42の動作を制御する。制御部60は、たとえば、CPU、ROM、RAMなどのコンピュータハードウェアによって構成される。
三次元積層造形装置10を用いて三次元の造形物を形成する工程は、造形準備工程および造形物取り出し工程を除くと、図10に示すように、ステージ加熱工程→粉末敷き詰め工程→第1予備加熱工程→本溶融工程→第2予備加熱工程の順に行われる。そして、第2予備加熱工程を行なった後は粉末敷き詰め工程に戻り、以降は粉末敷き詰め工程によってステージ22上に一層分の粉末32が敷き詰められるたびに、第1予備加熱工程、本溶融工程および第2予備加熱工程が繰り返される。また、粉末敷き詰め工程から第2予備加熱工程までの工程は、所定の回数(積層数)だけ繰り返される。以下、各工程について順に説明する。
ステージ加熱工程においては、ビーム照射装置14によってステージ22の上面22aに電子ビーム15を照射することにより、ステージ22を加熱する。
粉末敷き込み工程においては、ステージ22の上面22aを造形テーブル18の上面よりも所定量だけ下げた状態で、粉末供給装置16により造形テーブル18上に金属の粉末32を供給する。その際、ホッパー16aに貯蔵されている粉末は、粉末投下器16bによって造形テーブル18上に投下される。造形テーブル18上に投下された粉末32は、スキージ16cの移動によって造形テーブル18上に敷き詰められる。スキージ16cは、移動中にステージ22の上を通過する。このため、ステージ22上にも粉末32が敷き詰められる。
第1予備加熱工程においては、ビーム照射装置14によってステージ22上の粉末32に電子ビーム15を照射することにより、粉末32を仮焼結させる。その際、ビーム照射装置14は、目的とする造形物よりも広い範囲、たとえばステージ22上の粉末32全体に電子ビーム15を走査することにより、ステージ22上の粉末32を仮焼結させる。第1予備加熱工程は、パウダーヒート工程とも呼ばれる。
本溶融工程においては、ビーム照射装置14によってステージ22上の粉末32に電子ビーム15を照射することにより、粉末32を溶融および凝固させる。その際、ビーム照射装置14は、目的とする造形物の三次元CAD(Computer-Aided Design)データを一定の厚みにスライスした2次元データに基づいて電子ビーム15を走査することにより、ステージ22上の粉末32を選択的に溶融する。電子ビーム15の照射によって溶融した粉末32は、電子ビーム15が通過した後に凝固する。これにより、一層分の造形が完了する。また、本溶融工程において金属の粉末32に電子ビーム15を照射すると、溶融した金属の一部が蒸発物質となって霧状に立ち昇る。蒸発物質は、チャンバー12の内壁などに付着して、そこを汚染する。すなわち、蒸発物質は汚染物質となる。
第2予備加熱工程においては、次の層の形成に備えてステージ22上の造形物に電子ビーム15を照射することにより、造形物を昇温させる。第2予備加熱工程は、アフターヒート工程とも呼ばれる。
まず、制御部60は、ステージ加熱工程、粉末敷き詰め工程、第1予備加熱工程および第2予備加熱工程の各工程では、シャッター42を開位置に配置し、本溶融工程では、シャッター42を閉位置に配置するように、モータ44の駆動を制御する。また、制御部60は、本溶融工程を開始する場合に、モータ44を駆動してシャッター42を開位置から閉位置へと移動させる。これにより、窓39がシャッター42によって覆い隠される。また、制御部60は、本溶融工程を終了する場合に、モータ44を駆動してシャッター42を閉位置から開位置へと移動させる。これにより、窓39が開放される。
本発明の技術的範囲は上述した実施形態に限定されるものではなく、発明の構成要件やその組み合わせによって得られる特定の効果を導き出せる範囲において、種々の変更や改良を加えた形態も含む。
12…チャンバー
22…ステージ
39…窓
42…シャッター
44…モータ(駆動源)
60…制御部
62…指示受付部
Claims (6)
- 三次元の造形物を形成するためのステージが内部に配置されるチャンバーと、
前記チャンバーの内部を観察するために前記チャンバーに設けられた窓と、
前記チャンバーの内部に配置されて前記窓を開閉するシャッターと、
を備える三次元積層造形装置。 - 前記シャッターを動作させるための駆動源と、
あらかじめ設定された条件に基づいて前記駆動源を駆動することにより、前記シャッターの動作を制御する制御部と、
を備える請求項1に記載の三次元積層造形装置。 - 前記シャッターが着脱可能である
請求項1に記載の三次元積層造形装置。 - 前記制御部は、前記ステージ上に一層分の粉末が敷き詰められるたびに繰り返される複数の工程のうち、所定量以上の汚染物質の発生が見込まれる工程においては前記シャッターによって前記窓を閉じるように、前記シャッターの動作を制御する
請求項2に記載の三次元積層造形装置。 - 前記制御部は、前記ステージ上に一層分の粉末が敷き詰められるたびに繰り返される複数の工程のうち、所定以上の熱量の発生が見込まれる工程においては前記シャッターによって前記窓を閉じるように、前記シャッターの動作を制御する
請求項2に記載の三次元積層造形装置。 - 前記シャッターの開閉指示をユーザーから受け付ける指示受付部を備え、
前記制御部は、前記指示受付部が受け付けた前記開閉指示にしたがって前記シャッターの動作を制御する
請求項2~5のいずれか一項に記載の三次元積層造形装置。
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