JP2023013338A - Three-dimensional molding device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ダイナミックフォーカスレンズを透過して順次集束するレーザビーム又は電子ビームを、二次元方向に走査するガルバノスキャナーを複数個採用している三次元造形装置を対象としている。 The present invention is directed to a three-dimensional modeling apparatus that employs a plurality of galvanometer scanners that scan in two-dimensional directions laser beams or electron beams that pass through a dynamic focus lens and are sequentially focused.
テーブル面上に積層した粉末層に対するレーザビーム又は電子ビームの照射によって焼結面を形成する三次元造形においては、焦点距離を調整し得るダイナミックフォーカスレンズを透過したレーザビーム又は電子ビームをガルバノスキャナーによって焼結面又はその近傍に集束するような走査（スキャニング）が行われている。 In the three-dimensional modeling that forms the sintered surface by irradiating the powder layer stacked on the table surface with a laser beam or electron beam, a laser beam or electron beam that has passed through a dynamic focus lens that can adjust the focal length is sent by a galvanometer scanner. Scanning is performed to focus on or near the sintered surface.
特許文献１に示すように、ガルバノスキャナー３は、レーザビーム又は電子ビーム発振源１、ダイナミックフォーカスレンズ２、第１ミラー３１及び第２ミラー３２を備えているが、レーザビーム又は電子ビーム発振源１の後端側とし、第１ミラー３１の収容領域を先端側とするような長手方向を形成しており、かつ当該長手方向に沿ったフレーム内に前記各構成要素を包摂している。
As shown in Patent Document 1, the
特許文献１の図１、２、３、４においては、第２ミラー３２が第１ミラー３１の長手方向の延長上に包摂するが如き図示が行われているが、実際には殆ど大抵の場合、特許文献２に示すように、第２ミラー（Ｘ軸ガルバノミラー３２ａ、４２ａ、５２ａ、６２ａ）が第１ミラー（Ｙ軸ガルバノミラー３２ｂ、４２ｂ、５２ｂ、６２ｂ）の収容領域から前記長手方向から交差する方向（但し、殆ど大抵の場合は直交方向）にて突設されている。
In FIGS. 1, 2, 3, and 4 of Patent Document 1, the
したがって、特許文献１及び同２に示す従前のガルバノスキャナーの場合には、少なくとも後端側領域をレーザビーム又は電子ビームの発振源を収容している領域を後端側とし、第１ミラーを収容している領域を先端側とした上で、直線状の長手方向が採用されている。
Therefore, in the case of the conventional galvanometer scanners shown in
上記直線状の長手方向を採用する基本的根拠は、レーザビーム又は電子ビームが発振源から第１ミラーに至るまで直進することにある。 The basic reason for adopting the linear longitudinal direction is that the laser beam or electron beam travels straight from the oscillation source to the first mirror.
しかしながら、レーザビーム又は電子ビームの発振源から第２ミラーに至るまでの距離は、テーブル面の前後左右方向と比肩するようなスケールであって、このようなスケールの長手方向を有するガルバノスキャナーをテーブル面の内側に複数個配置した場合には、長手方向の後端側が水平方向に即してテーブル面から突出するような場合が発生する。 However, the distance from the oscillation source of the laser beam or electron beam to the second mirror is on a scale that is comparable to the front, back, left, and right directions of the table surface. If a plurality of them are arranged inside the surface, the rear end side in the longitudinal direction may protrude from the table surface in the horizontal direction.
にも拘らず、テーブル面から突出せず、しかもコンパクトであって面積の小さいテーブル面に適用し得るようなガルバノスキャナーの構成については、これまで検討されていない。 In spite of this, no study has been made so far on a configuration of a galvanometer scanner that does not protrude from the table surface, is compact and can be applied to a table surface with a small area.
本発明は、テーブル面のスペースを有効に活用し、かつ面積の小さいテーブル面においても余裕のあるスペースの下に設置し得るようなガルバノスキャナーを採用している三次元造形装置の構成を提供することを課題としている。 The present invention provides a configuration of a three-dimensional modeling apparatus that employs a galvanometer scanner that makes effective use of the space on the table surface and that can be installed under a space with a margin even on a table surface with a small area. The challenge is to
前記課題を解決するため、本発明の基本構成は、
（１）粉末を走行を介してテーブル上に積層するスキージ、当該粉末層に対しレーザビーム又は電子ビームを走査するガルバノスキャナーを備えた三次元造形装置であって、ガルバノスキャナーは、レーザビーム又は電子ビームの発振源、レーザビーム又は電子ビームを透過するダイナミックフォーカスレンズ、当該透過方向と直交する方向の回動中心軸を介して回動する第１ミラー及び第１ミラーの回動と独立した状態にて前記第１ミラーにおける回動中心軸の方向と直交状態にあり、かつ水平方向の回動中心軸を介して回動する第２ミラーをそれぞれフレーム内に配列すると共に、レーザビーム又は電子ビームの発振源を収容している領域を後端側とし、第１ミラーを収容している領域を先端側とする長手方向を形成しており、前記長手方向においては、前記先端側から第２ミラーの収容領域が突設されており、しかも前記長手方向の中途部位において、レーザビーム又は電子ビームに対する屈折反射を行うミラーを設置すると共に、前記フレームが当該ミラーを支持する部位の周囲にて屈曲又は湾曲している三次元造形装置、
（２）粉末を走行を介してテーブル上に積層するスキージ、当該粉末層に対しレーザビーム又は電子ビームを走査するガルバノスキャナーを備えた三次元造形装置であって、ガルバノスキャナーは、レーザビーム又は電子ビームの発振源、レーザビーム又は電子ビームを透過するダイナミックフォーカスレンズ、当該透過方向と直交する方向の回動中心軸を介して回動する第１ミラー及び第１ミラーの回動と独立した状態にて前記第１ミラーにおける回動中心軸の方向と直交状態にあり、かつ水平方向の回動中心軸を介して回動する第２ミラーをそれぞれフレーム内に配列すると共に、レーザビーム又は電子ビームの発振源を収容している領域を後端側とし、第２ミラーを収容している領域を先端側とする長手方向を形成しており、前記長手方向の中途部位において、第１ミラーの回動中心軸を設置すると共に、前記フレームが第１ミラーの回動中心軸を支持する部位の周囲にて屈曲又は湾曲している三次元造形装置、
からなる。
In order to solve the above problems, the basic configuration of the present invention is
(1) A three-dimensional modeling apparatus equipped with a squeegee that stacks powder on a table through traveling and a galvano scanner that scans the powder layer with a laser beam or an electron beam, wherein the galvano scanner is a laser beam or an electron A beam oscillation source, a dynamic focus lens that transmits a laser beam or an electron beam, a first mirror that rotates through a rotation center axis perpendicular to the transmission direction, and a state that is independent of the rotation of the first mirror. arranging second mirrors in a frame perpendicular to the direction of the central axis of rotation of the first mirror and rotating through the central axis of rotation in the horizontal direction; A region accommodating the oscillation source is on the rear end side, and a region accommodating the first mirror is on the front end side, forming a longitudinal direction. A housing area is protruded, and a mirror that refracts and reflects a laser beam or an electron beam is installed at a midway portion in the longitudinal direction, and the frame is bent or curved around the portion that supports the mirror. 3D modeling equipment that is
(2) A three-dimensional modeling apparatus equipped with a squeegee that stacks powder on a table through traveling and a galvano scanner that scans the powder layer with a laser beam or an electron beam, wherein the galvano scanner is a laser beam or an electron A beam oscillation source, a dynamic focus lens that transmits a laser beam or an electron beam, a first mirror that rotates through a rotation center axis perpendicular to the transmission direction, and a state that is independent of the rotation of the first mirror. arranging second mirrors in a frame perpendicular to the direction of the central axis of rotation of the first mirror and rotating through the central axis of rotation in the horizontal direction; A longitudinal direction is formed with the region containing the oscillation source on the rear end side and the region containing the second mirror on the front end side, and the first mirror rotates at an intermediate portion in the longitudinal direction. A three-dimensional modeling apparatus in which a central axis is installed and the frame is bent or curved around a portion supporting the central axis of rotation of the first mirror;
consists of
特許文献１に示すように、従来技術のガルバノスキャナーにおける長手方向は、直線状、即ち一次元の形状であって、たとえ先端側における第２ミラーの突出領域が当該長手方向に対して交差するとしても、突設領域の寸法は長手方向の寸法よりも明らかに小さいため、長手方向が基本的に一次元の形状であることを左右しない。 As shown in Patent Document 1, the longitudinal direction in the conventional galvanometer scanner is a straight line, that is, a one-dimensional shape, and even if the projecting region of the second mirror on the distal end side intersects the longitudinal direction, However, since the dimensions of the protruding regions are clearly smaller than the dimensions in the longitudinal direction, the longitudinal dimension is essentially one-dimensional.
これに対し、基本構成（１）及び（２）におけるガルバノスキャナーは、長手方向が中途部位において屈曲又は湾曲しており、異なる方向を形成していることから、二次元状の形状である。 On the other hand, the galvanometer scanners in the basic configurations (1) and (2) have a two-dimensional shape because the longitudinal direction is bent or curved in the middle and forms different directions.
したがって、１個のガルバノスキャナーを採用した場合、テーブル面のスペースを二次元の形状によって有効に活用することができる。 Therefore, when one galvanometer scanner is adopted, the space on the table surface can be effectively utilized by the two-dimensional shape.
しかも、レーザビーム又は電子ビームの発振源と先端側の第２ミラーとの距離において、基本構成（１）及び（２）のガルバノスキャナーは、明らかに特許文献１及び同２のようなガルバノスキャナーよりも短距離である。
Moreover, in terms of the distance between the oscillation source of the laser beam or electron beam and the second mirror on the tip side, the galvanometer scanners of the basic configurations (1) and (2) are clearly superior to the galvanometer scanners of
その結果、基本構成（１）及び（２）のガルバノスキャナーは、面積が小さいテーブル面のスペースを有効に活用することができる。 As a result, the galvanometer scanners of the basic configurations (1) and (2) can effectively utilize the small table surface space.
これらの効果は、１個のガルバノスキャナーを採用した場合、又は複数個のガルバノスキャナーを採用した場合においても共通している。 These effects are common even when one galvano-scanner is employed or when a plurality of galvano-scanners are employed.
即ち、複数個のガルバノスキャナーを採用している特許文献１及び同２等による従来技術の場合よりも狭い面積のテーブルを有効に活用することができる。
That is, it is possible to effectively utilize a table with a smaller area than in the case of the prior art such as
基本構成（１）は、図４（ａ）に示すように、粉末を走行を介してテーブル４上に積層するスキージ、当該粉末層に対しレーザビーム又は電子ビーム７を走査するガルバノスキャナー３を備えた三次元造形装置であって、ガルバノスキャナー３は、レーザビーム又は電子ビーム７の発振源１、レーザビーム又は電子ビーム７を透過するダイナミックフォーカスレンズ２、当該透過方向と直交する方向の回動中心軸３０を介して回動する第１ミラー３１及び第１ミラー３１の回動と独立した状態にて前記第１ミラー３１における回動中心軸３０の方向と直交状態にあり、かつ水平方向の回動中心軸３０を介して回動する第２ミラー３２をそれぞれフレーム５内に配列すると共に、レーザビーム又は電子ビーム７の発振源１を収容している領域を後端側とし、第１ミラー３１を収容している領域を先端側とする長手方向を形成しており、前記長手方向においては、前記先端側から第２ミラー３２の収容領域が突設されており、しかも前記長手方向の中途部位において、レーザビーム又は電子ビーム７に対する屈折反射を行うミラー６を設置すると共に、前記フレーム５が当該ミラー６を支持する部位の周囲にて屈曲又は湾曲している三次元造形装置である。
尚、図４（ａ）及び後述する図７（ａ）に示すように、第２ミラー３２が先端側の長手方向から突設する方向と、フレーム５において長手方向の後端側領域が突設する方向とが同一方向を形成しているが、後述する図８（ａ）に示すように、双方の突設方向を逆方向に設定することも当然可能である。
The basic configuration (1), as shown in FIG. 4(a), comprises a squeegee that stacks powder on a table 4 through travel, and a
As shown in FIG. 4(a) and FIG. 7(a) which will be described later, the direction in which the
図４（ａ）に示すように、基本構成（１）においては、フレーム５がレーザビーム又は電子ビーム７を屈折反射するミラー６を支持する部位の周囲にて屈曲又は湾曲しているが、このような屈曲又は湾曲に基づく技術的意義については、既に効果の項において説明した通りである。
As shown in FIG. 4A, in the basic configuration (1), the
基本構成（２）は、図４（ｂ）に示すように、粉末を走行を介してテーブル４上に積層するスキージ、当該粉末層に対しレーザビーム又は電子ビーム７を走査するガルバノスキャナー３を備えた三次元造形装置であって、ガルバノスキャナー３は、レーザビーム又は電子ビーム７の発振源１、レーザビーム又は電子ビーム７を透過するダイナミックフォーカスレンズ２、当該透過方向と直交する方向の回動中心軸３０を介して回動する第１ミラー３１及び第１ミラー３１の回動と独立した状態にて前記第１ミラー３１における回動中心軸３０の方向と直交状態にあり、かつ水平方向の回動中心軸３０を介して回動する第２ミラー３２をそれぞれフレーム５内に配列すると共に、レーザビーム又は電子ビーム７の発振源１を収容している領域を後端側とし、第２ミラー３２を収容している領域を先端側とする長手方向を形成しており、前記長手方向の中途部位において、第１ミラー３１の回動中心軸３０を設置すると共に、前記フレーム５が第１ミラー３１の回動中心軸３０を支持する部位の周囲にて屈曲又は湾曲している三次元造形装置である。
Basic configuration (2), as shown in FIG. 4(b), includes a squeegee that stacks the powder on the table 4 through travel, and a
図４（ｂ）に示すように、基本構成（２）は、フレーム５が第１ミラー３１の回動中心軸３０を支持する部位の周囲にて屈曲又は湾曲しているが、このような屈曲又は湾曲に基づく技術的意義については、既に効果の項において説明した通りである。
As shown in FIG. 4(b), in the basic configuration (2), the
基本構成（１）及び（２）において、ガルバノスキャナー３のフレーム５が屈曲又は湾曲する角度は、前記先端側領域及び後端側領域を含む屈曲及び湾曲していない直線方向の交差角度を基準とした場合に、通常９０°である。
但し、９０°に限定する必要はなく、屈曲又は湾曲する角度として前記基準によって６０°～１２０°の範囲の角度においても、基本構成（１）及び（２）の構成及び効果を確保することができる。
In the basic configurations (1) and (2), the angle at which the
However, it is not necessary to be limited to 90°, and the configuration and effects of the basic configurations (1) and (2) can be ensured even at an angle in the range of 60° to 120° according to the above criteria as an angle of bending or bending. can.
基本構成（１）及び（２）において、フレーム５が屈曲又は湾曲する領域は、長手方向の後端側及び先端側から等距離であって、かつ屈曲又は湾曲の中心位置として後端側及び先端側から等距離の位置を選択する場合が多い。
In the basic configurations (1) and (2), the area where the
しかしながら、フレーム５が屈曲又は湾曲する領域については、長手方向の後端から長手方向の全距離の１／３以上の領域内にあり、かつ長手方向の先端から長手方向の全距離の１／３以上の領域内を好適に選択することができる。
However, the area where the
このような領域であっても、基本構成（１）及び（２）の構成及び効果を発揮することができる。 Even in such a region, the configurations and effects of the basic configurations (1) and (2) can be exhibited.
基本構成（１）及び（２）のガルバノスキャナー３は、基本的には水平方向に設置される場合が多い。
但し、基本構成（１）においては、図５（ａ）に示すように、ガルバノスキャナー３における前記後端側領域に対し、前記先端側領域が上側に傾斜すると共に、前記屈折反射を行うミラー６を、当該傾斜角度だけ鉛直方向に対し偏差するように設置した上で、かつ第２ミラー３２の突設方向を当該傾斜角度と同一角度にて上側に傾斜し、しかも第１ミラー３１の回動中心軸３０を鉛直方向に設定していることを特徴とする実施形態を採用することができ、基本構成（２）においては、図５（ｂ）に示すように、ガルバノスキャナー３における前記後端側領域に対し、前記先端側領域が上側に傾斜しており、かつ中途部位において設置されている第１ミラー３１の回動中心軸３０を、当該傾斜角度だけ鉛直方向に対し偏差する方向に設置することによって、レーザビーム又は電子ビーム７が第１ミラー３１によって当該傾斜方向に反射することを可能としていることを特徴とする実施形態を採用することができる。
The
However, in the basic configuration (1), as shown in FIG. 5A, the front end side region of the
図５（ａ）に示す実施形態の場合には、レーザビーム又は電子ビーム７に対する屈折反射を行うミラー６を、鉛直方向に対し当該傾斜角度だけ偏差するように設定し、その結果、レーザビーム又は電子ビーム７は当該傾斜角度だけ上側に反射されている。
In the case of the embodiment shown in FIG. 5(a), the
他方、第１ミラー３１の回動中心軸３０は、鉛直方向に設定されていることから、上側に傾斜するように反射されたレーザビーム又は電子ビーム７は、当該傾斜角度だけ上側に傾斜するように突設されている第２ミラー３２の収容領域側に、レーザビーム又は電子ビーム７を反射することができる。
On the other hand, since the
これに対し、図５（ｂ）に示す実施形態の場合には、第１ミラー３１の回動中心軸３０を、鉛直方向に対し、先端側の長手方向の傾斜角度だけ鉛直方向に偏差しており、その結果、レーザビーム又は電子ビーム７を第２ミラー３２の収容領域側に反射している。
On the other hand, in the case of the embodiment shown in FIG. 5B, the
図５（ａ）、（ｂ）に示す各実施形態においては、ガルバノスキャナー３のフレーム５が中途部位において屈曲又は湾曲していることから、屈曲又は湾曲している領域から先端側端部に至るまで順次フレーム５が上側に傾斜するが、このような傾斜状態によって、水平方向に即してコンパクトな三次元造形装置の構成を実現することができる。
In each embodiment shown in FIGS. 5(a) and 5(b), the
前記各実施形態の場合には、第２ミラー３２のテーブル４の面に対する位置が高くなるが、その結果、粉末層に対する照射角度の変化状態が少ないことに帰する。
In each of the above-described embodiments, the position of the
一般に、三次元造形においては、第２ミラー３２による照射の程度を均一状態とするために、第１ミラー３１及び第２ミラー３２の回動速度のコントロールが行われており、前記照射角度が小さいほど第１ミラー３１及び第２ミラー３２の回動速度を小さく設定している。
Generally, in three-dimensional modeling, the rotation speed of the
但し、上記設定によるコントロールによって必ずしも均一な照射が保証される訳ではない。 However, uniform irradiation is not necessarily guaranteed by the above setting control.
このような場合、前記各実施形態の場合には、傾斜角度の変化状態が少ないことから、前記コントロールの精度を改良することができる。 In such a case, in the case of each of the above-described embodiments, it is possible to improve the accuracy of the control because the change state of the tilt angle is small.
基本構成（１）及び（２）においては、図６に示すように、第２ミラー３２の反射の中心位置が回動中心軸３０及びその近傍の位置であり、かつ第２ミラー３２の反射領域が、回動段階における上端及び下端の範囲内にあることを特徴とする実施形態を採用することができる。
In the basic configurations (1) and (2), as shown in FIG. 6, the reflection center position of the
第２ミラー３２の回動中心軸３０の位置は固定されているが、第２ミラー３２における反射領域は回動中心軸３０の下側又は上側に限定される場合がある。
Although the position of the
これに対し、図６に示す実施形態の場合には、反射の中心位置を回動中心軸３０及びその近傍の位置とすることによって、正確な反射を実現する一方、反射領域を回動段階における上端及び下端の範囲内にすることによって、第２ミラー３２をコンパクトな構成とすることができる。
In contrast, in the case of the embodiment shown in FIG. 6, accurate reflection is realized by setting the center position of reflection to the
基本構成（１）及び（２）においては、図７（ａ）、（ｂ）に示すように、複数個のガルバノスキャナー３を備え、かつ各第２ミラー３２の回動中心軸３０の中央位置Ｑを、テーブル４の面の中心位置Ｐを基準として水平方向に即して等距離に配列していることを特徴とする実施形態を採用することができる。
In the basic configurations (1) and (2), as shown in FIGS. 7A and 7B, a plurality of
前記実施形態の場合には、テーブル４の面の中心位置Ｐを基準として、各第２ミラー３２の照射領域を均等に区分した場合、又は各第２ミラー３２の照射領域を共通とした場合の何れにおいても、シンプルな制御によって、均一な照射状態を実現することができる。
In the case of the above-described embodiment, with reference to the central position P of the surface of the table 4, when the irradiation area of each
基本構成（１）及び（２）においては、図８（ａ）、（ｂ）に示すように、複数個のガルバノスキャナー３を備え、かつ各ガルバノスキャナー３の先端側領域の長手方向を平行であると共に、隣り合うガルバノスキャナー３における先端側領域の長手方向を逆方向に設定しており、各ガルバノスキャナー３においてテーブル４の面の中心位置Ｐから前記平行方向に対し、水平方向に沿って直交する方向に延設された直線Ｌに関し、各第２ミラー３２を、回動面が前記平行方向に即して、前記直線Ｌと重複する状態にて配列するか、又は前記先端側領域及び後端側領域と共に前記直線Ｌから離れた状態にて配列するか、又は前記直線Ｌに対し、前記後端側領域と反対側に配列するかの何れかであることを特徴とする実施形態を採用することができる。
In the basic configurations (1) and (2), as shown in FIGS. 8(a) and (b), a plurality of galvano-
前記実施形態の場合には、先端側に配列されている第２ミラー３２の回動面につき、
ａ．前記直線Ｌと重複する状態にて配列、
ｂ．前記先端側領域及び後端側領域と共に前記直線Ｌから離れた状態にて配列、
ｃ．前記先端側領域と共に、前記直線Ｌに対し、前記後端側領域と反対側とする配列、
の何れをも選択することができる。
In the case of the above-described embodiment, the rotation surface of the
a. Arranged in a state overlapping with the straight line L,
b. Arranged in a state away from the straight line L together with the front end side region and the rear end side region,
c. Arrangement on the opposite side of the straight line L from the rear end side region together with the front end side region,
can be selected.
前記ａ、ｂ、ｃの何れの配列においても、第２ミラー３２による均一な照射及び第２ミラー３２のコンパクトな配列を実現する一方、隣り合うガルバノスキャナー３を逆方向に平行状態に設定することによって、テーブル４の面のスペースを有効に活用することができる。
In any of the arrangements a, b, and c, uniform irradiation by the second mirrors 32 and compact arrangement of the second mirrors 32 are realized, while the
しかも、上記のような逆方向にて平行状態に設定した場合には、隣り合うガルバノスキャナー３の屈曲する方向又は湾曲する方向が相互に逆転状態であって、テーブル４の面のスペースの有効な活用を更に助長することができる。
Moreover, when the parallel state is set in opposite directions as described above, the directions of bending or bending of the
以下、実施例に即して説明する。 Examples will be described below.
実施例１は、図７（ａ）、（ｂ）に示す実施形態に立脚した上で、図１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）に示すように、２個、又は３個、又は４個、又は５個、又は６個のガルバノスキャナー３の先端側の長手方向が前記中心位置Ｐを基準として、それぞれ１８０°、１２０°、９０°、７２°、６０°の等角度による交差状態にて放射状態に配置されていることを特徴としている。
Example 1 is based on the embodiment shown in FIGS. 7(a) and (b), and as shown in FIGS. 1(a), (b), (c), (d) and (e), 180°, 120°, 90°, 72°, 180°, 120°, 90°, 72°, respectively, with respect to the center position P, in the longitudinal direction of the tip side of two, three, four, five, or six
このような特徴点によって、実施例１は、第２ミラー３２がテーブル４の面の中心位置Ｐから等距離だけでなく、等角度に配列されることによって、粉末層に対する均一な照射を実現することができる。
Due to these features, the
従来技術による直線状のガルバノスキャナー３を放射状に配置した場合には、テーブル４の面の中心位置Ｐから離れるにしたがって、ガルバノスキャナー３の長手方向の領域間における空隙が増加し、テーブル４の面のスペースを有効に活用する程度が減少することを避けることができない。
When the
然るに、図１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）に示すように、実施例１の場合には、テーブル４の面の中心位置Ｐから各ガルバノスキャナー３の長手方向が離れたとしても、ガルバノスキャナー３のフレーム５が長手方向の中途部位にて屈曲又は湾曲していることを原因として、各ガルバノスキャナー３の長手方向の領域の空隙が増加せず、テーブル４の面のスペースを有効に活用することができる。
However, as shown in FIGS. 1(a), (b), (c), (d), and (e), in the case of the first embodiment, each
しかもこのような屈曲又は湾曲構成によって、テーブル４において小さな面積のテーブル４を採用することが図１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）によって裏付けられている。 Moreover, the use of a small area table 4 in the table 4 is supported by FIGS.
実施例２は、図７（ａ）、（ｂ）に示す実施形態に立脚した上で、図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）に示すように、２個、又は３個、又は４個、又は５個、又は６個のガルバノスキャナー３の先端側の長手方向が、それぞれ０°の交差角度による平行状態、６０°の交差角度による正三角形の辺、９０°の交差角度による正方形の辺、１０８°の交差角度による正五角形の辺、１２０°の交差角度による正六角形の辺を形成していることを特徴としている。
Example 2 is based on the embodiment shown in FIGS. 7(a) and 7(b), and as shown in FIGS. 2(a), (b), (c), (d) and (e), 2, 3, 4, 5, or 6
上記特徴点によって、実施例２においても、実施例１の場合と同様に各第２ミラー３２がテーブル４の面の中心位置Ｐから単に等距離であるだけでなく、等角度に配列されることによって、均一な照射を実現することができる。 Due to the above feature points, in the second embodiment, as in the first embodiment, the second mirrors 32 are not only equidistant from the center position P of the surface of the table 4, but are also arranged at equal angles. uniform irradiation can be achieved.
しかも、各ガルバノスキャナー３のフレーム５の後端領域側は、平行状態、又は正三角形、正方形、正五角形、正六角形の各辺の外側に突出していることから、従来技術の場合と同一のテーブル４の面を採用した場合に、先端側領域がテーブル４の面の中心位置Ｐをコンパクトな状態にて囲んだ配置状態、即ち当該中心位置Ｐに対し近い距離による配置状態を実現することができる。
Moreover, since the rear end region side of the
その結果、従来技術のように直線状の長手方向を有するガルバノスキャナー３を採用し、平行状態、又は正三角形、正方形、正五角形、正六角形の各辺において、テーブル４の面の中心位置Ｐを囲んだ配置状態の場合に比し、より均一な第２ミラー３２による照射状態を実現することができる。
As a result, the
実施例３は、図８（ａ）、（ｂ）に示す実施形態に立脚した上で、図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）に示すように、２個、又は４個、又は６個のガルバノスキャナー３を前記中心位置Ｐを基準として点対称に配置するか、若しくは３個又は５個のガルバノスキャナー３のうちの１個を前記中心位置Ｐ上に配置し、残２個又は残４個のガルバノスキャナー３を前記中心位置Ｐから前記平行方向にて延設された直線Ｌを基準としてそれぞれ線対称に配置していることを特徴としている。
Example 3 is based on the embodiment shown in FIGS. 8(a) and (b), and as shown in FIGS. 3(a), (b), (c), (d) and (e), Two, four, or six galvano-
このような特徴点において、実施例３においては、図８に示す実施形態の特徴点を具体的に実現することができる。 In such a characteristic point, in Example 3, the characteristic point of the embodiment shown in FIG. 8 can be concretely realized.
現に、図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）に示すように、実施例３においては、逆方向の平行状態に設定されている隣り合うガルバノスキャナー３の屈曲する方向又は湾曲する方向が逆転していることによって、テーブル４の面のスペースの有効な活用を助長しており、かつこの点は、前記各図面によって一目瞭然である。
In fact, as shown in FIGS. 3(a), (b), (c), (d), and (e), in the third embodiment, the
このように、ガルバノスキャナーの長手方向を後端側領域と先端側領域との中途部位において屈曲又は湾曲している構成を採用している本発明においては、テーブル面のスペースを有効に活用する一方、面積の少ないテーブルに採用することが可能である一方、複数個のガルバノスキャナーの配置構成によって、コンパクトな第２ミラーの配列、及び各第２ミラーによる均一な照射の実現を可能としており、その利用範囲は絶大である。 Thus, in the present invention, which adopts a configuration in which the longitudinal direction of the galvanometer scanner is bent or curved at the midpoint between the rear end region and the front end region, the space on the table surface is effectively utilized. While it is possible to adopt a table with a small area, the arrangement configuration of a plurality of galvanometer scanners makes it possible to realize a compact arrangement of the second mirrors and uniform irradiation by each of the second mirrors. The range of uses is enormous.
１ レーザビーム又は電子ビームの発振源
２ ダイナミックフォーカスレンズ
３ ガルバノスキャナー
３０ 回動中心軸
３１ 第１ミラー
３２ 第２ミラー
４ テーブル
５ フレーム
６ レーザビーム又は電子ビームを屈折反射するミラー
７ レーザビーム又は電子ビーム
Ｐ テーブル面の中心位置
Ｄ テーブル面の中心位置からガルバノスキャナーの長手方向に即して平行方向に延設された点線
Ｌ 前記平行方向に直交する方向にてテーブル面の中心位置から延設された直線
Ｑ 回動中心軸３０の中央位置
Ｒ 屈折反射を行うミラーを支持するフレームにおける部位
1 Oscillation source of laser beam or
本発明は、ダイナミックフォーカスレンズを透過して順次集束するレーザビーム又は電子ビームを、二次元方向に走査するガルバノスキャナーを複数個採用している三次元造形装置を対象としている。 The present invention is directed to a three-dimensional modeling apparatus that employs a plurality of galvanometer scanners that scan in two-dimensional directions laser beams or electron beams that pass through a dynamic focus lens and are sequentially focused.
テーブル面上に積層した粉末層に対するレーザビーム又は電子ビームの照射によって焼結面を形成する三次元造形においては、焦点距離を調整し得るダイナミックフォーカスレンズを透過したレーザビーム又は電子ビームをガルバノスキャナーによって焼結面又はその近傍に集束するような走査（スキャニング）が行われている。 In the three-dimensional modeling that forms the sintered surface by irradiating the powder layer stacked on the table surface with a laser beam or electron beam, a laser beam or electron beam that has passed through a dynamic focus lens that can adjust the focal length is sent by a galvanometer scanner. Scanning is performed to focus on or near the sintered surface.
特許文献１に示すように、ガルバノスキャナー３は、レーザビーム又は電子ビーム発振源１、ダイナミックフォーカスレンズ２、第１ミラー３１及び第２ミラー３２を備えているが、レーザビーム又は電子ビーム発振源１の後端側とし、第１ミラー３１の収容領域を先端側とするような長手方向を形成しており、かつ当該長手方向に沿ったフレーム内に前記各構成要素を包摂している。
As shown in Patent Document 1, the
特許文献１の図１、２、３、４においては、第２ミラー３２が第１ミラー３１の長手方向の延長上に包摂するが如き図示が行われているが、実際には殆ど大抵の場合、特許文献２に示すように、第２ミラー（Ｘ軸ガルバノミラー３２ａ、４２ａ、５２ａ、６２ａ）が第１ミラー（Ｙ軸ガルバノミラー３２ｂ、４２ｂ、５２ｂ、６２ｂ）の収容領域から前記長手方向から交差する方向（但し、殆ど大抵の場合は直交方向）にて突設されている。
In FIGS. 1, 2, 3, and 4 of Patent Document 1, the
したがって、特許文献１及び同２に示す従前のガルバノスキャナーの場合には、少なくとも後端側領域をレーザビーム又は電子ビームの発振源を収容している領域を後端側とし、第１ミラーを収容している領域を先端側とした上で、直線状の長手方向が採用されている。
Therefore, in the case of the conventional galvanometer scanners shown in
上記直線状の長手方向を採用する基本的根拠は、レーザビーム又は電子ビームが発振源から第１ミラーに至るまで直進することにある。 The basic reason for adopting the linear longitudinal direction is that the laser beam or electron beam travels straight from the oscillation source to the first mirror.
しかしながら、レーザビーム又は電子ビームの発振源から第２ミラーに至るまでの距離は、テーブル面の前後左右方向と比肩するようなスケールであって、このようなスケールの長手方向を有するガルバノスキャナーをテーブル面の内側に複数個配置した場合には、長手方向の後端側が水平方向に即してテーブル面から突出するような場合が発生する。 However, the distance from the oscillation source of the laser beam or electron beam to the second mirror is on a scale that is comparable to the front, back, left, and right directions of the table surface. If a plurality of them are arranged inside the surface, the rear end side in the longitudinal direction may protrude from the table surface in the horizontal direction.
にも拘らず、テーブル面から突出せず、しかもコンパクトであって面積の小さいテーブル面に適用し得るようなガルバノスキャナーの構成については、これまで検討されていない。 In spite of this, no study has been made so far on a configuration of a galvanometer scanner that does not protrude from the table surface, is compact and can be applied to a table surface with a small area.
本発明は、テーブル面のスペースを有効に活用し、かつ面積の小さいテーブル面においても余裕のあるスペースの下に設置し得るようなガルバノスキャナーを採用している三次元造形装置の構成を提供することを課題としている。 The present invention provides a configuration of a three-dimensional modeling apparatus that employs a galvanometer scanner that makes effective use of the space on the table surface and that can be installed under a space with a margin even on a table surface with a small area. The challenge is to
前記課題を解決するため、本発明の基本構成は、
（１）粉末を走行を介してテーブル上に積層するスキージ、当該粉末層に対しレーザビーム又は電子ビームを走査するガルバノスキャナーを備えた三次元造形装置であって、ガルバノスキャナーは、レーザビーム又は電子ビームの発振源、レーザビーム又は電子ビームを透過するダイナミックフォーカスレンズ、当該透過方向と直交する方向の回動中心軸を介して回動する第１ミラー及び第１ミラーの回動と独立した状態にて前記第１ミラーにおける回動中心軸の方向と直交状態にあり、かつ水平方向の回動中心軸を介して回動する第２ミラーをそれぞれフレーム内に配列すると共に、レーザビーム又は電子ビームの発振源を収容している領域を後端側とし、第１ミラーを収容している領域を先端側とする長手方向を形成しており、前記長手方向においては、前記先端側から第２ミラーの収容領域が突設されており、しかも前記長手方向の中途部位において、レーザビーム又は電子ビームに対する屈折反射を行うミラーを設置すると共に、前記フレームが当該ミラーを支持する部位の周囲にて屈曲又は湾曲している三次元造形装置において、ガルバノスキャナーにおける前記後端側領域に対し、前記先端側領域が上側に傾斜すると共に、前記屈折反射を行うミラーを、当該傾斜角度だけ鉛直方向に対し偏差するように設置し、かつ第２ミラーの突設方向を当該傾斜角度と同一角度にて上側に傾斜し、しかも第１ミラーの回動中心軸を鉛直方向に設定している三次元造形装置、
（２）粉末を走行を介してテーブル上に積層するスキージ、当該粉末層に対しレーザビーム又は電子ビームを走査するガルバノスキャナーを備えた三次元造形装置であって、ガルバノスキャナーは、レーザビーム又は電子ビームの発振源、レーザビーム又は電子ビームを透過するダイナミックフォーカスレンズ、当該透過方向と直交する方向の回動中心軸を介して回動する第１ミラー及び第１ミラーの回動と独立した状態にて前記第１ミラーにおける回動中心軸の方向と直交状態にあり、かつ水平方向の回動中心軸を介して回動する第２ミラーをそれぞれフレーム内に配列すると共に、レーザビーム又は電子ビームの発振源を収容している領域を後端側とし、第２ミラーを収容している領域を先端側とする長手方向を形成しており、前記長手方向の中途部位において、第１ミラーの回動中心軸を設置すると共に、前記フレームが第１ミラーの回動中心軸を支持する部位の周囲にて屈曲又は湾曲している三次元造形装置において、ガルバノスキャナーにおける前記後端側領域に対し、前記先端側領域が上側に傾斜しており、かつ中途部位において設置されている第１ミラーの回動中心軸を、当該傾斜角度だけ鉛直方向に対し偏差する方向に設置することによって、レーザビーム又は電子ビームが第１ミラーによって当該傾斜方向に反射することを可能としている三次元造形装置、
からなる。
In order to solve the above problems, the basic configuration of the present invention is
(1) A three-dimensional modeling apparatus equipped with a squeegee that stacks powder on a table through traveling and a galvano scanner that scans the powder layer with a laser beam or an electron beam, wherein the galvano scanner is a laser beam or an electron A beam oscillation source, a dynamic focus lens that transmits a laser beam or an electron beam, a first mirror that rotates through a rotation center axis perpendicular to the transmission direction, and a state that is independent of the rotation of the first mirror. arranging second mirrors in a frame perpendicular to the direction of the central axis of rotation of the first mirror and rotating through the central axis of rotation in the horizontal direction; A region accommodating the oscillation source is on the rear end side, and a region accommodating the first mirror is on the front end side, forming a longitudinal direction. A housing area is protruded, and a mirror that refracts and reflects a laser beam or an electron beam is installed at a midway portion in the longitudinal direction, and the frame is bent or curved around the portion that supports the mirror. In the three-dimensional modeling apparatus , the tip side region is tilted upward with respect to the rear end side region of the galvano scanner, and the mirror that performs refraction and reflection is deviated from the vertical direction by the tilt angle a three-dimensional modeling apparatus installed in the second mirror, the second mirror is inclined upward at the same angle as the inclination angle, and the central axis of rotation of the first mirror is set in the vertical direction ;
(2) A three-dimensional modeling apparatus equipped with a squeegee that stacks powder on a table through traveling and a galvano scanner that scans the powder layer with a laser beam or an electron beam, wherein the galvano scanner is a laser beam or an electron A beam oscillation source, a dynamic focus lens that transmits a laser beam or an electron beam, a first mirror that rotates through a rotation center axis perpendicular to the transmission direction, and a state that is independent of the rotation of the first mirror. arranging second mirrors in a frame perpendicular to the direction of the central axis of rotation of the first mirror and rotating through the central axis of rotation in the horizontal direction; A longitudinal direction is formed with the region containing the oscillation source on the rear end side and the region containing the second mirror on the front end side, and the first mirror rotates at an intermediate portion in the longitudinal direction. In a three-dimensional modeling apparatus in which a central axis is installed and the frame is bent or curved around a portion supporting the rotation central axis of the first mirror, the By setting the rotation center axis of the first mirror installed in the middle portion in a direction that deviates from the vertical direction by the inclination angle, the laser beam or the electron a three-dimensional modeling apparatus that enables the beam to be reflected in the tilt direction by the first mirror ;
consists of
特許文献１に示すように、従来技術のガルバノスキャナーにおける長手方向は、直線状、即ち一次元の形状であって、たとえ先端側における第２ミラーの突出領域が当該長手方向に対して交差するとしても、突設領域の寸法は長手方向の寸法よりも明らかに小さいため、長手方向が基本的に一次元の形状であることを左右しない。 As shown in Patent Document 1, the longitudinal direction in the conventional galvanometer scanner is a straight line, that is, a one-dimensional shape, and even if the projecting region of the second mirror on the distal end side intersects the longitudinal direction, However, since the dimensions of the protruding regions are clearly smaller than the dimensions in the longitudinal direction, the longitudinal dimension is essentially one-dimensional.
これに対し、基本構成（１）及び（２）におけるガルバノスキャナーは、長手方向が中途部位において屈曲又は湾曲しており、異なる方向を形成していることから、二次元状の形状である。 On the other hand, the galvanometer scanners in the basic configurations (1) and (2) have a two-dimensional shape because the longitudinal direction is bent or curved in the middle and forms different directions.
したがって、１個のガルバノスキャナーを採用した場合、テーブル面のスペースを二次元の形状によって有効に活用することができる。 Therefore, when one galvanometer scanner is adopted, the space on the table surface can be effectively utilized by the two-dimensional shape.
しかも、レーザビーム又は電子ビームの発振源と先端側の第２ミラーとの距離において、基本構成（１）及び（２）のガルバノスキャナーは、明らかに特許文献１及び同２のようなガルバノスキャナーよりも短距離である。
Moreover, in terms of the distance between the oscillation source of the laser beam or electron beam and the second mirror on the tip side, the galvanometer scanners of the basic configurations (1) and (2) are clearly superior to the galvanometer scanners of
その結果、基本構成（１）及び（２）のガルバノスキャナーは、面積が小さいテーブル面のスペースを有効に活用することができる。 As a result, the galvanometer scanners of the basic configurations (1) and (2) can effectively utilize the small table surface space.
これらの効果は、１個のガルバノスキャナーを採用した場合、又は複数個のガルバノスキャナーを採用した場合においても共通している。 These effects are common even when one galvano-scanner is employed or when a plurality of galvano-scanners are employed.
即ち、複数個のガルバノスキャナーを採用している特許文献１及び同２等による従来技術の場合よりも狭い面積のテーブルを有効に活用することができる。
That is, it is possible to effectively utilize a table with a smaller area than in the case of the prior art such as
基本構成（１）及び（２）においては、ガルバノスキャナーのフレームが中途部位において屈曲又は湾曲していることから、屈曲又は湾曲している領域から先端側端部に至るまで順次フレームが上側に傾斜するが、このような傾斜状態によって、水平方向に即してコンパクトな三次元造形装置の構成を実現することができる。 In the basic configurations (1) and (2) , since the frame of the galvanometer scanner is bent or curved in the middle part, the frame is sequentially inclined upward from the bent or curved region to the distal end. However, with such an inclined state, it is possible to realize a configuration of a three-dimensional modeling apparatus that is compact in the horizontal direction.
基本構成（１）及び（２）の場合には、第２ミラーのテーブル面に対する位置が高くなるが、その結果、粉末層に対する照射角度の変化状態が少ないことに帰する。 In the case of the basic configurations (1) and (2) , the position of the second mirror with respect to the table surface is high, and as a result, this is attributed to the small changes in the irradiation angle with respect to the powder layer.
一般に、三次元造形においては、第２ミラーによる照射の程度を均一状態とするために、第１ミラー及び第２ミラーの回動速度のコントロールが行われており、前記照射角度が小さいほど第１ミラー及び第２ミラーの回動速度を小さく設定している。 Generally, in three-dimensional modeling, the rotation speed of the first mirror and the second mirror is controlled in order to make the degree of irradiation by the second mirror uniform. The rotational speeds of the mirror and the second mirror are set low.
但し、上記設定によるコントロールによって必ずしも均一な照射が保証される訳ではない。 However, uniform irradiation is not necessarily guaranteed by the above setting control.
このような場合、基本構成（１）及び（２）においては、傾斜角度の変化状態が少ないことから、前記コントロールの精度を改良することができる。 In such a case, in the basic configurations (1) and (2), the control accuracy can be improved because the change state of the tilt angle is small.
基本構成（１）は、図４（ａ）及び図５（ａ）に示すように、粉末を走行を介してテーブル４上に積層するスキージ、当該粉末層に対しレーザビーム又は電子ビーム７を走査するガルバノスキャナー３を備えた三次元造形装置であって、ガルバノスキャナー３は、レーザビーム又は電子ビーム７の発振源１、レーザビーム又は電子ビーム７を透過するダイナミックフォーカスレンズ２、当該透過方向と直交する方向の回動中心軸３０を介して回動する第１ミラー３１及び第１ミラー３１の回動と独立した状態にて前記第１ミラー３１における回動中心軸３０の方向と直交状態にあり、かつ水平方向の回動中心軸３０を介して回動する第２ミラー３２をそれぞれフレーム５内に配列すると共に、レーザビーム又は電子ビーム７の発振源１を収容している領域を後端側とし、第１ミラー３１を収容している領域を先端側とする長手方向を形成しており、前記長手方向においては、前記先端側から第２ミラー３２の収容領域が突設されており、しかも前記長手方向の中途部位において、レーザビーム又は電子ビーム７に対する屈折反射を行うミラー６を設置すると共に、前記フレーム５が当該ミラー６を支持する部位Ｒの周囲にて屈曲又は湾曲している三次元造形装置において、ガルバノスキャナー３における前記後端側領域に対し、前記先端側領域が上側に傾斜すると共に、前記屈折反射を行うミラー６を、当該傾斜角度だけ鉛直方向に対し偏差するように設置し、かつ第２ミラー３２の突設方向を当該傾斜角度と同一角度にて上側に傾斜し、しかも第１ミラー３１の回動中心軸３０を鉛直方向に設定している三次元造形装置である。
尚、図４（ａ）及び後述する図７（ａ）に示すように、第２ミラー３２を先端側の長手方向から突設する方向と、フレーム５において長手方向の後端側領域を突設する方向とが同一方向を形成しているが、後述する図８（ａ）に示すように、双方の突設方向を逆方向に設定することも当然可能である。
As shown in FIGS. 4(a) and 5(a) , the basic configuration (1) consists of a squeegee that stacks powder on a table 4 while traveling, and a laser beam or an
As shown in FIG. 4A and FIG. 7A, which will be described later, the direction in which the
図４（ａ）に示すように、基本構成（１）においては、フレーム５がレーザビーム又は電子ビーム７を屈折反射するミラー６を支持する部位Ｒの周囲にて屈曲又は湾曲しているが、このような屈曲又は湾曲に基づく技術的意義については、既に効果の項において説明した通りである。
As shown in FIG. 4(a), in the basic configuration (1), the
基本構成（１）においては、図５（ａ）に示すように、ガルバノスキャナー３における前記後端側領域に対し、前記先端側領域が上側に傾斜すると共に、前記屈折反射を行うミラー６を、当該傾斜角度だけ鉛直方向に対し偏差するように設置し、かつ第２ミラー３２の突設方向を当該傾斜角度と同一角度にて上側に傾斜し、しかも第１ミラー３１の回動中心軸３０を鉛直方向に設定している。
In the basic configuration (1), as shown in FIG. 5(a), the tip side region is inclined upward with respect to the rear end side region of the
このような設定による基本構成（１）の効果については、発明の効果の項において既に説明した通りである。The effect of the basic configuration (1) by such setting is as already explained in the section of the effect of the invention.
基本構成（２）は、図４（ｂ）及び図５（ｂ）に示すように、粉末を走行を介してテーブル４上に積層するスキージ、当該粉末層に対しレーザビーム又は電子ビーム７を走査するガルバノスキャナー３を備えた三次元造形装置であって、ガルバノスキャナー３は、レーザビーム又は電子ビーム７の発振源１、レーザビーム又は電子ビーム７を透過するダイナミックフォーカスレンズ２、当該透過方向と直交する方向の回動中心軸３０を介して回動する第１ミラー３１及び第１ミラー３１の回動と独立した状態にて前記第１ミラー３１における回動中心軸３０の方向と直交状態にあり、かつ水平方向の回動中心軸３０を介して回動する第２ミラー３２をそれぞれフレーム５内に配列すると共に、レーザビーム又は電子ビーム７の発振源１を収容している領域を後端側とし、第２ミラー３２を収容している領域を先端側とする長手方向を形成しており、前記長手方向の中途部位において、第１ミラー３１の回動中心軸３０を設置すると共に、前記フレーム５が第１ミラー３１の回動中心軸３０を支持する部位の周囲にて屈曲又は湾曲している三次元造形装置において、ガルバノスキャナー３における前記後端側領域に対し、前記先端側領域が上側に傾斜しており、かつ中途部位において設置されている第１ミラー３１の回動中心軸３０を、当該傾斜角度だけ鉛直方向に対し偏差する方向に設置することによって、レーザビーム又は電子ビーム７が第１ミラー３１によって当該傾斜方向に反射することを可能としている三次元造形装置である。
As shown in FIGS. 4(b) and 5(b) , the basic configuration (2) consists of a squeegee that stacks the powder on the table 4 through travel, and a laser beam or an
図４（ｂ）に示すように、基本構成（２）は、フレーム５が第１ミラー３１の回動中心軸３０を支持する部位の周囲にて屈曲又は湾曲しているが、このような屈曲又は湾曲に基づく技術的意義については、既に効果の項において説明した通りである。
As shown in FIG. 4(b), in the basic configuration (2), the
基本構成（２）においては、図５（ｂ）に示すように、ガルバノスキャナー３における前記後端側領域に対し、前記先端側領域が上側に傾斜しており、かつ中途部位において設置されている第１ミラー３１の回動中心軸３０を、当該傾斜角度だけ鉛直方向に対し偏差する方向に設置することによって、レーザビーム又は電子ビーム７が第１ミラー３１によって当該傾斜方向に反射することを可能としている。
In the basic configuration (2), as shown in FIG. 5B, the tip side region is inclined upward with respect to the rear end side region of the
このような反射の可能性に基づく効果については、発明の効果の項において既に説明した通りである。The effect based on the possibility of such reflection has already been explained in the section of the effect of the invention.
基本構成（１）及び（２）において、ガルバノスキャナー３のフレーム５が屈曲又は湾曲する角度は、前記先端側領域及び後端側領域を含む屈曲及び湾曲していない直線方向の交差角度を基準とした場合に、通常９０°である。
但し、９０°に限定する必要はなく、屈曲又は湾曲する角度として前記基準によって６０°～１２０°の範囲の角度においても、基本構成（１）及び（２）の構成及び効果を確保することができる。
In the basic configurations (1) and (2), the angle at which the
However, it is not necessary to be limited to 90°, and the configuration and effects of the basic configurations (1) and (2) can be ensured even at an angle in the range of 60° to 120° according to the above criteria as an angle of bending or bending. can.
基本構成（１）及び（２）において、フレーム５が屈曲又は湾曲する領域は、長手方向の後端側及び先端側から等距離であって、かつ屈曲又は湾曲の中心位置として後端側及び先端側から等距離の位置を選択する場合が多い。
In the basic configurations (1) and (2), the area where the
しかしながら、フレーム５が屈曲又は湾曲する領域については、長手方向の後端から長手方向の全距離の１／３以上の領域内にあり、かつ長手方向の先端から長手方向の全距離の１／３以上の領域内を好適に選択することができる。
However, the area where the
このような領域であっても、基本構成（１）及び（２）の構成及び効果を発揮することができる。 Even in such a region, the configurations and effects of the basic configurations (1) and (2) can be exhibited.
基本構成（１）において、レーザビーム又は電子ビーム７に対する屈折反射を行うミラー６を、鉛直方向に対し当該傾斜角度だけ偏差するように設定し、その結果、レーザビーム又は電子ビーム７は当該傾斜角度だけ上側に反射されている。
In the basic configuration (1), the
他方、第１ミラー３１の回動中心軸３０は、鉛直方向に設定されていることから、上側に傾斜するように反射されたレーザビーム又は電子ビーム７は、当該傾斜角度だけ上側に傾斜するように突設されている第２ミラー３２の収容領域側に、レーザビーム又は電子ビーム７を反射することができる。
On the other hand, since the
これに対し、基本構成（２）において、第１ミラー３１の回動中心軸３０を、鉛直方向に対し、先端側の長手方向の傾斜角度だけ鉛直方向に偏差しており、その結果、レーザビーム又は電子ビーム７を第２ミラー３２の収容領域側に反射している。
On the other hand, in the basic configuration (2), the
基本構成（１）及び（２）においては、図６に示すように、第２ミラー３２の反射の中心位置が回動中心軸３０及びその近傍の位置であり、かつ第２ミラー３２の反射領域が、回動段階における上端及び下端の範囲内にあることを特徴とする実施形態を採用することができる。
In the basic configurations (1) and (2), as shown in FIG. 6, the reflection center position of the
第２ミラー３２の回動中心軸３０の位置は固定されているが、第２ミラー３２における反射領域は回動中心軸３０の下側又は上側に限定される場合がある。
Although the position of the
これに対し、図６に示す実施形態の場合には、反射の中心位置を回動中心軸３０及びその近傍の位置とすることによって、正確な反射を実現する一方、反射領域を回動段階における上端及び下端の範囲内にすることによって、第２ミラー３２をコンパクトな構成とすることができる。
In contrast, in the case of the embodiment shown in FIG. 6, accurate reflection is realized by setting the center position of reflection to the
基本構成（１）及び（２）においては、図７（ａ）、（ｂ）に示すように、複数個のガルバノスキャナー３を備え、かつ各第２ミラー３２の回動中心軸３０の中央位置Ｑを、テーブル４の面の中心位置Ｐを基準として水平方向に即して等距離に配列していることを特徴とする実施形態を採用することができる。
In the basic configurations (1) and (2), as shown in FIGS. 7A and 7B, a plurality of
前記実施形態の場合には、テーブル４の面の中心位置Ｐを基準として、各第２ミラー３２の照射領域を均等に区分した場合、又は各第２ミラー３２の照射領域を共通とした場合の何れにおいても、シンプルな制御によって、均一な照射状態を実現することができる。
In the case of the above-described embodiment, with reference to the central position P of the surface of the table 4, when the irradiation area of each
基本構成（１）及び（２）においては、図８（ａ）、（ｂ）に示すように、複数個のガルバノスキャナー３を備え、かつ各ガルバノスキャナー３の先端側領域の長手方向を平行であると共に、隣り合うガルバノスキャナー３における先端側領域の長手方向を逆方向に設定しており、各ガルバノスキャナー３においてテーブル４の面の中心位置Ｐから前記平行方向に対し、水平方向に沿って直交する方向に延設された直線Ｌに関し、各第２ミラー３２の回動中心軸３０を、図８（ａ）に示すように、前記平行方向に沿って前記直線Ｌと重複する状態に配列するか、又は図８（ｂ）に示すように、前記平行方向と直交する方向にて前記直線Ｌと重複する状態に配列していることを特徴とする実施形態を採用することができる。
In the basic configurations (1) and (2), as shown in FIGS. 8(a) and (b), a plurality of galvano-
前記実施形態の場合には、先端側に配列されている第２ミラー３２の回動軸３０を、前記直線Ｌと重複する状態に配列することによって、第２ミラー３２による均一な照射及び第２ミラー３２のコンパクトな配列を実現することができる。
In the case of the above-described embodiment, by arranging the
しかも、隣り合うガルバノスキャナー３を逆方向に平行状態に設定することによって、テーブル４の面のスペースを有効に活用することができる。
Moreover, the space on the surface of the table 4 can be effectively utilized by setting the
更には、上記のような逆方向にて平行状態に設定した場合には、隣り合うガルバノスキャナー３の屈曲する方向又は湾曲する方向が相互に逆転状態であって、テーブル４の面のスペースの有効な活用を一層助長することができる。
Furthermore, when the parallel state is set in the opposite directions as described above, the bending directions or bending directions of the
以下、実施例に即して説明する。 Examples will be described below.
実施例１は、図７（ａ）、（ｂ）に示す実施形態に立脚した上で、図１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）に示すように、２個、又は３個、又は４個、又は５個、又は６個のガルバノスキャナー３の先端側の長手方向が前記中心位置Ｐを基準として、それぞれ１８０°、１２０°、９０°、７２°、６０°の等角度による交差状態にて放射状態に配置されていることを特徴としている。
Example 1 is based on the embodiment shown in FIGS. 7(a) and (b), and as shown in FIGS. 1(a), (b), (c), (d) and (e), 180°, 120°, 90°, 72°, 180°, 120°, 90°, 72°, respectively, with respect to the center position P, in the longitudinal direction of the tip side of two, three, four, five, or six
このような特徴点によって、実施例１は、第２ミラー３２がテーブル４の面の中心位置Ｐから等距離だけでなく、等角度に配列されることによって、粉末層に対する均一な照射を実現することができる。
Due to these features, the
従来技術による直線状のガルバノスキャナー３を放射状に配置した場合には、テーブル４の面の中心位置Ｐから離れるにしたがって、ガルバノスキャナー３の長手方向の領域間における空隙が増加し、テーブル４の面のスペースを有効に活用する程度が減少することを避けることができない。
When the
然るに、図１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）に示すように、実施例１の場合には、テーブル４の面の中心位置Ｐから各ガルバノスキャナー３の長手方向が離れたとしても、ガルバノスキャナー３のフレーム５が長手方向の中途部位にて屈曲又は湾曲していることを原因として、各ガルバノスキャナー３の長手方向の領域の空隙が増加せず、テーブル４の面のスペースを有効に活用することができる。
However, as shown in FIGS. 1(a), (b), (c), (d), and (e), in the case of the first embodiment, each
しかもこのような屈曲又は湾曲構成によって、テーブル４において小さな面積のテーブル４を採用することが図１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）によって裏付けられている。 Moreover, the use of a small area table 4 in the table 4 is supported by FIGS.
実施例２は、図７（ａ）、（ｂ）に示す実施形態に立脚した上で、図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）に示すように、２個、又は３個、又は４個、又は５個、又は６個のガルバノスキャナー３の先端側の長手方向が、それぞれ０°の交差角度による平行状態、６０°の交差角度による正三角形の辺、９０°の交差角度による正方形の辺、１０８°の交差角度による正五角形の辺、１２０°の交差角度による正六角形の辺を形成していることを特徴としている。
Example 2 is based on the embodiment shown in FIGS. 7(a) and 7(b), and as shown in FIGS. 2(a), (b), (c), (d) and (e), 2, 3, 4, 5, or 6
上記特徴点によって、実施例２においても、実施例１の場合と同様に各第２ミラー３２がテーブル４の面の中心位置Ｐから単に等距離であるだけでなく、等角度に配列されることによって、均一な照射を実現することができる。 Due to the above feature points, in the second embodiment, as in the first embodiment, the second mirrors 32 are not only equidistant from the center position P of the surface of the table 4, but are also arranged at equal angles. uniform irradiation can be achieved.
しかも、各ガルバノスキャナー３のフレーム５の後端領域側は、平行状態、又は正三角形、正方形、正五角形、正六角形の各辺の外側に突出していることから、従来技術の場合と同一のテーブル４の面を採用した場合に、先端側領域がテーブル４の面の中心位置Ｐをコンパクトな状態にて囲んだ配置状態、即ち当該中心位置Ｐに対し近い距離による配置状態を実現することができる。
Moreover, since the rear end region side of the
その結果、従来技術のように直線状の長手方向を有するガルバノスキャナー３を採用し、平行状態、又は正三角形、正方形、正五角形、正六角形の各辺において、テーブル４の面の中心位置Ｐを囲んだ配置状態の場合に比し、より均一な第２ミラー３２による照射状態を実現することができる。
As a result, the
実施例３は、図８（ａ）、（ｂ）に示す実施形態に立脚した上で、図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）に示すように、２個、又は４個、又は６個のガルバノスキャナー３を前記中心位置Ｐを基準として点対称に配置するか、若しくは３個又は５個のガルバノスキャナー３のうちの１個を前記中心位置Ｐ上に配置し、残２個又は残４個のガルバノスキャナー３を前記中心位置Ｐから前記平行方向にて延設された直線Ｌを基準としてそれぞれ線対称に配置していることを特徴としている。
Example 3 is based on the embodiment shown in FIGS. 8(a) and (b), and as shown in FIGS. 3(a), (b), (c), (d) and (e), Two, four, or six galvano-
このような特徴点において、実施例３においては、図８に示す実施形態の特徴点を具体的に実現することができる。 In such a characteristic point, in Example 3, the characteristic point of the embodiment shown in FIG. 8 can be concretely realized.
現に、図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）に示すように、実施例３においては、逆方向の平行状態に設定されている隣り合うガルバノスキャナー３の屈曲する方向又は湾曲する方向が逆転していることによって、テーブル４の面のスペースの有効な活用を助長しており、かつこの点は、前記各図面によって一目瞭然である。
In fact, as shown in FIGS. 3(a), (b), (c), (d), and (e), in the third embodiment, the
このように、ガルバノスキャナーの長手方向を後端側領域と先端側領域との中途部位において屈曲又は湾曲している構成を採用している本発明においては、テーブル面のスペースを有効に活用する一方、面積の少ないテーブルに採用することが可能である一方、複数個のガルバノスキャナーの配置構成によって、コンパクトな第２ミラーの配列、及び各第２ミラーによる均一な照射の実現を可能としており、その利用範囲は絶大である。 Thus, in the present invention, which adopts a configuration in which the longitudinal direction of the galvanometer scanner is bent or curved at the midpoint between the rear end region and the front end region, the space on the table surface is effectively utilized. While it is possible to adopt a table with a small area, the arrangement configuration of a plurality of galvanometer scanners makes it possible to realize a compact arrangement of the second mirrors and uniform irradiation by each of the second mirrors. The range of uses is enormous.
１ レーザビーム又は電子ビームの発振源
２ ダイナミックフォーカスレンズ
３ ガルバノスキャナー
３０ 回動中心軸
３１ 第１ミラー
３２ 第２ミラー
４ テーブル
５ フレーム
６ レーザビーム又は電子ビームを屈折反射するミラー
７ レーザビーム又は電子ビーム
Ｐ テーブル面の中心位置
Ｄ テーブル面の中心位置からガルバノスキャナーの長手方向に即して平行方向に延設された点線
Ｌ 前記平行方向に直交する方向にてテーブル面の中心位置から延設された直線
Ｑ 回動中心軸３０の中央位置
Ｒ 屈折反射を行うミラーを支持するフレームにおける部位
1 Oscillation source of laser beam or
本発明は、ダイナミックフォーカスレンズを透過して順次集束するレーザビーム又は電子ビームを、二次元方向に走査するガルバノスキャナーを複数個採用している三次元造形装置を対象としている。 The present invention is directed to a three-dimensional modeling apparatus that employs a plurality of galvanometer scanners that scan in two-dimensional directions laser beams or electron beams that pass through a dynamic focus lens and are sequentially focused.
テーブル面上に積層した粉末層に対するレーザビーム又は電子ビームの照射によって焼結面を形成する三次元造形においては、焦点距離を調整し得るダイナミックフォーカスレンズを透過したレーザビーム又は電子ビームをガルバノスキャナーによって焼結面又はその近傍に集束するような走査（スキャニング）が行われている。 In the three-dimensional modeling that forms the sintered surface by irradiating the powder layer stacked on the table surface with a laser beam or electron beam, a laser beam or electron beam that has passed through a dynamic focus lens that can adjust the focal length is sent by a galvanometer scanner. Scanning is performed to focus on or near the sintered surface.
特許文献１に示すように、ガルバノスキャナー３は、レーザビーム又は電子ビーム発振源１、ダイナミックフォーカスレンズ２、第１ミラー３１及び第２ミラー３２を備えているが、レーザビーム又は電子ビーム発振源１の後端側とし、第１ミラー３１の収容領域を先端側とするような長手方向を形成しており、かつ当該長手方向に沿ったフレーム内に前記各構成要素を包摂している。
As shown in Patent Document 1, the
特許文献１の図１、２、３、４においては、第２ミラー３２が第１ミラー３１の長手方向の延長上に包摂するが如き図示が行われているが、実際には殆ど大抵の場合、特許文献２に示すように、第２ミラー（Ｘ軸ガルバノミラー３２ａ、４２ａ、５２ａ、６２ａ）が第１ミラー（Ｙ軸ガルバノミラー３２ｂ、４２ｂ、５２ｂ、６２ｂ）の収容領域から前記長手方向から交差する方向（但し、殆ど大抵の場合は直交方向）にて突設されている。
In FIGS. 1, 2, 3, and 4 of Patent Document 1, the
したがって、特許文献１及び同２に示す従前のガルバノスキャナーの場合には、少なくとも後端側領域をレーザビーム又は電子ビームの発振源を収容している領域を後端側とし、第１ミラーを収容している領域を先端側とした上で、直線状の長手方向が採用されている。
Therefore, in the case of the conventional galvanometer scanners shown in
上記直線状の長手方向を採用する基本的根拠は、レーザビーム又は電子ビームが発振源から第１ミラーに至るまで直進することにある。 The basic reason for adopting the linear longitudinal direction is that the laser beam or electron beam travels straight from the oscillation source to the first mirror.
しかしながら、レーザビーム又は電子ビームの発振源から第２ミラーに至るまでの距離は、テーブル面の前後左右方向と比肩するようなスケールであって、このようなスケールの長手方向を有するガルバノスキャナーをテーブル面の内側に複数個配置した場合には、長手方向の後端側が水平方向に即してテーブル面から突出するような場合が発生する。 However, the distance from the oscillation source of the laser beam or electron beam to the second mirror is on a scale that is comparable to the front, back, left, and right directions of the table surface. If a plurality of them are arranged inside the surface, the rear end side in the longitudinal direction may protrude from the table surface in the horizontal direction.
にも拘らず、テーブル面から突出せず、しかもコンパクトであって面積の小さいテーブル面に適用し得るようなガルバノスキャナーの構成については、これまで検討されていない。 In spite of this, no study has been made so far on a configuration of a galvanometer scanner that does not protrude from the table surface, is compact and can be applied to a table surface with a small area.
本発明は、テーブル面のスペースを有効に活用し、かつ面積の小さいテーブル面においても余裕のあるスペースの下に設置し得るようなガルバノスキャナーを採用している三次元造形装置の構成を提供することを課題としている。 The present invention provides a configuration of a three-dimensional modeling apparatus that employs a galvanometer scanner that makes effective use of the space on the table surface and that can be installed under a space with a margin even on a table surface with a small area. The challenge is to
前記課題を解決するため、本発明の基本構成は、
（１）粉末を走行を介してテーブル上に積層するスキージ、当当該積層による粉末層に対しレーザビーム又は電子ビームを走査するガルバノスキャナーを備えた三次元造形装置であって、ガルバノスキャナーは、レーザビーム又は電子ビームの発振源、レーザビーム又は電子ビームを透過するダイナミックフォーカスレンズ、当該透過方向と直交する方向の回動中心軸を介して回動する第１ミラー及び第１ミラーの回動と独立した状態にて前記第１ミラーにおける回動中心軸の方向と直交状態にあり、かつ水平方向の回動中心軸を介して回動する第２ミラーをそれぞれフレーム内に配列すると共に、レーザビーム又は電子ビームの発振源を収容している領域を後端側とし、第１ミラーを収容している領域を先端側とする長手方向を形成しており、前記長手方向においては、前記先端側から第２ミラーの収容領域が突設されており、しかも前記長手方向の中途部位において、レーザビーム又は電子ビームに対する屈折反射を行うミラーを設置すると共に、前記フレームが当該ミラーを支持する部位の周囲にて屈曲又は湾曲している三次元造形装置において、前記のように屈曲又は湾曲している領域から、前記先端側領域に至る迄前記フレームが上側に傾斜すると共に、前記屈折反射を行うミラーを、当該傾斜を形成している角度だけ鉛直方向に対し偏差するように設置し、かつ第２ミラーの突設方向を当該傾斜を形成している角度と同一角度にて上側に傾斜し、しかも第１ミラーの回動中心軸を鉛直方向に設定している三次元造形装置、
（２）粉末を走行を介してテーブル上に積層するスキージ、当該積層による粉末層に対しレーザビーム又は電子ビームを走査するガルバノスキャナーを備えた三次元造形装置であって、ガルバノスキャナーは、レーザビーム又は電子ビームの発振源、レーザビーム又は電子ビームを透過するダイナミックフォーカスレンズ、当該透過方向と直交する方向の回動中心軸を介して回動する第１ミラー及び第１ミラーの回動と独立した状態にて前記第１ミラーにおける回動中心軸の方向と直交状態にあり、かつ水平方向の回動中心軸を介して回動する第２ミラーをそれぞれフレーム内に配列すると共に、レーザビーム又は電子ビームの発振源を収容している領域を後端側とし、第２ミラーを収容している領域を先端側とする長手方向を形成しており、前記長手方向の中途部位において、第１ミラーの回動中心軸を設置すると共に、前記フレームが第１ミラーの回動中心軸を支持する部位の周囲にて屈曲又は湾曲している三次元造形装置において、前記のように屈曲又は湾曲している領域から、前記先端側領域に至る迄前記フレームが上側に傾斜しており、かつ中途部位において設置されている第１ミラーの回動中心軸を、当該傾斜を形成している角度だけ鉛直方向に対し偏差する方向に設置することによって、レーザビーム又は電子ビームが第１ミラーによって当該傾斜を形成している方向に反射することを可能としている三次元造形装置、
からなる。
In order to solve the above problems, the basic configuration of the present invention is
(1) A three-dimensional modeling apparatus equipped with a squeegee that stacks powder on a table through traveling and a galvano scanner that scans the powder layer by the stacking with a laser beam or an electron beam, wherein the galvano scanner is a laser A beam or electron beam oscillation source, a dynamic focus lens that transmits a laser beam or an electron beam, a first mirror that rotates through a rotation center axis perpendicular to the transmission direction, and independent of the rotation of the first mirror In this state, the second mirrors are arranged in a frame in a state perpendicular to the direction of the central axis of rotation of the first mirror and are rotated through the central axis of rotation in the horizontal direction. A longitudinal direction is formed with a region containing an electron beam oscillation source as the rear end side and a region containing the first mirror as the front end side. 2 mirror accommodation areas are protruding, and a mirror for refracting and reflecting a laser beam or an electron beam is installed in the middle part in the longitudinal direction, and the frame supports the mirror around the part. In the curved or curved three-dimensional modeling apparatus, the frame is tilted upward from the curved or curved region to the tip side region, and the mirror that performs refraction and reflection is arranged in the The second mirror is installed so as to deviate from the vertical direction by the angle forming the inclination, and the projecting direction of the second mirror is inclined upward at the same angle as the angle forming the inclination, and the first mirror A three-dimensional modeling device in which the central axis of rotation of is set in the vertical direction,
(2) A three-dimensional modeling apparatus equipped with a squeegee that stacks powder on a table through travel, and a galvano scanner that scans the powder layer by the lamination with a laser beam or an electron beam, wherein the galvano scanner is a laser beam Alternatively, an oscillation source of an electron beam, a dynamic focus lens that transmits a laser beam or an electron beam, a first mirror that rotates through a rotation center axis in a direction orthogonal to the transmission direction, and independent of the rotation of the first mirror 2nd mirrors are arranged in a frame in a state perpendicular to the direction of the central axis of rotation of the first mirror and are rotated through the central axis of rotation in the horizontal direction. The longitudinal direction is formed with the area accommodating the beam oscillation source as the rear end side and the area accommodating the second mirror as the front end side, and the first mirror is located in the middle of the longitudinal direction. In a three-dimensional modeling apparatus in which a rotation central axis is provided and the frame is bent or curved around a portion supporting the rotation central axis of the first mirror, the bending or bending is performed as described above . The frame is inclined upward from the area to the tip side area, and the central axis of rotation of the first mirror installed at an intermediate portion is vertically shifted by an angle forming the inclination. A three-dimensional modeling apparatus that is installed in a direction that deviates from the first mirror so that the laser beam or electron beam can be reflected in the direction forming the inclination by the first mirror;
consists of
特許文献１に示すように、従来技術のガルバノスキャナーにおける長手方向は、直線状、即ち一次元の形状であって、たとえ先端側における第２ミラーの突出領域が当該長手方向に対して交差するとしても、突設領域の寸法は長手方向の寸法よりも明らかに小さいため、長手方向が基本的に一次元の形状であることを左右しない。 As shown in Patent Document 1, the longitudinal direction in the conventional galvanometer scanner is a straight line, that is, a one-dimensional shape, and even if the projecting region of the second mirror on the distal end side intersects the longitudinal direction, However, since the dimensions of the protruding regions are clearly smaller than the dimensions in the longitudinal direction, the longitudinal dimension is essentially one-dimensional.
これに対し、基本構成（１）及び（２）におけるガルバノスキャナーは、長手方向が中途部位において屈曲又は湾曲しており、異なる方向を形成していることから、二次元状の形状である。 On the other hand, the galvanometer scanners in the basic configurations (1) and (2) have a two-dimensional shape because the longitudinal direction is bent or curved in the middle and forms different directions.
したがって、１個のガルバノスキャナーを採用した場合、テーブル面のスペースを二次元の形状によって有効に活用することができる。 Therefore, when one galvanometer scanner is adopted, the space on the table surface can be effectively utilized by the two-dimensional shape.
しかも、レーザビーム又は電子ビームの発振源と先端側の第２ミラーとの距離において、基本構成（１）及び（２）のガルバノスキャナーは、明らかに特許文献１及び同２のようなガルバノスキャナーよりも短距離である。
Moreover, in terms of the distance between the oscillation source of the laser beam or electron beam and the second mirror on the tip side, the galvanometer scanners of the basic configurations (1) and (2) are clearly superior to the galvanometer scanners of
その結果、基本構成（１）及び（２）のガルバノスキャナーは、面積が小さいテーブル面のスペースを有効に活用することができる。 As a result, the galvanometer scanners of the basic configurations (1) and (2) can effectively utilize the small table surface space.
これらの効果は、１個のガルバノスキャナーを採用した場合、又は複数個のガルバノスキャナーを採用した場合においても共通している。 These effects are common even when one galvano-scanner is employed or when a plurality of galvano-scanners are employed.
即ち、複数個のガルバノスキャナーを採用している特許文献１及び同２等による従来技術の場合よりも狭い面積のテーブルを有効に活用することができる。
That is, it is possible to effectively utilize a table with a smaller area than in the case of the prior art such as
基本構成（１）及び（２）においては、ガルバノスキャナーのフレームが中途部位において屈曲又は湾曲していることから、屈曲又は湾曲している領域から先端側領域に至るまで順次フレームが上側に傾斜するが、このような傾斜状態によって、水平方向に即してコンパクトな三次元造形装置の構成を実現することができる。 In the basic configurations (1) and (2), since the frame of the galvanometer scanner is bent or curved in the middle portion, the frame is sequentially inclined upward from the bent or curved region to the tip side region . However, such an inclined state makes it possible to realize a configuration of a three-dimensional modeling apparatus that is compact in the horizontal direction.
基本構成（１）及び（２）の場合には、第２ミラーのテーブル面に対する位置が高くなるが、その結果、粉末層に対する照射角度の変化状態が少ないことに帰する。 In the case of the basic configurations (1) and (2), the position of the second mirror with respect to the table surface is high, and as a result, this is attributed to the small changes in the irradiation angle with respect to the powder layer.
一般に、三次元造形においては、第２ミラーによる照射の程度を均一状態とするために、第１ミラー及び第２ミラーの回動速度のコントロールが行われており、前記照射角度が小さいほど第１ミラー及び第２ミラーの回動速度を小さく設定している。 Generally, in three-dimensional modeling, the rotation speed of the first mirror and the second mirror is controlled in order to make the degree of irradiation by the second mirror uniform. The rotational speeds of the mirror and the second mirror are set low.
但し、上記設定によるコントロールによって必ずしも均一な照射が保証される訳ではない。 However, uniform irradiation is not necessarily guaranteed by the above setting control.
このような場合、基本構成（１）及び（２）においては、傾斜角度の変化状態が少ないことから、前記コントロールの精度を改良することができる。 In such a case, in the basic configurations (1) and (2), the control accuracy can be improved because the change state of the tilt angle is small.
基本構成（１）は、図４（ａ）及び図５（ａ）に示すように、粉末を走行を介してテーブル４上に積層するスキージ、当該積層による粉末層に対しレーザビーム又は電子ビーム７を走査するガルバノスキャナー３を備えた三次元造形装置であって、ガルバノスキャナー３は、レーザビーム又は電子ビーム７の発振源１、レーザビーム又は電子ビーム７を透過するダイナミックフォーカスレンズ２、当該透過方向と直交する方向の回動中心軸３０を介して回動する第１ミラー３１及び第１ミラー３１の回動と独立した状態にて前記第１ミラー３１における回動中心軸３０の方向と直交状態にあり、かつ水平方向の回動中心軸３０を介して回動する第２ミラー３２をそれぞれフレーム５内に配列すると共に、レーザビーム又は電子ビーム７の発振源１を収容している領域を後端側とし、第１ミラー３１を収容している領域を先端側とする長手方向を形成しており、前記長手方向においては、前記先端側から第２ミラー３２の収容領域が突設されており、しかも前記長手方向の中途部位において、レーザビーム又は電子ビーム７に対する屈折反射を行うミラー６を設置すると共に、前記フレーム５が当該ミラー６を支持する部位Ｒの周囲にて屈曲又は湾曲している三次元造形装置において、前記のように屈曲又は湾曲している領域から、前記先端側領域に至る迄前記フレーム５が上側に傾斜すると共に、前記屈折反射を行うミラー６を、当該傾斜を形成している角度だけ鉛直方向に対し偏差するように設置し、かつ第２ミラー３２の突設方向を当該傾斜を形成している角度と同一角度にて上側に傾斜し、しかも第１ミラー３１の回動中心軸３０を鉛直方向に設定している三次元造形装置である。
尚、図４（ａ）及び後述する図７（ａ）に示すように、第２ミラー３２を先端側の長手方向から突設する方向と、フレーム５において長手方向の後端側領域を突設する方向とが同一方向を形成しているが、後述する図８（ａ）に示すように、双方の突設方向を逆方向に設定することも当然可能である。
As shown in FIGS. 4(a) and 5(a), the basic configuration (1) consists of a squeegee for stacking powder on a table 4 through traveling, and a laser beam or an
As shown in FIG. 4A and FIG. 7A, which will be described later, the direction in which the
図４（ａ）に示すように、基本構成（１）においては、フレーム５がレーザビーム又は電子ビーム７を屈折反射するミラー６を支持する部位Ｒの周囲にて屈曲又は湾曲しているが、このような屈曲又は湾曲に基づく技術的意義については、既に効果の項において説明した通りである。
As shown in FIG. 4(a), in the basic configuration (1), the
基本構成（１）においては、図５（ａ）に示すように、ガルバノスキャナー３において前記のように屈曲又は湾曲している領域から、前記先端側領域に至る迄前記フレーム５が上側に傾斜すると共に、前記屈折反射を行うミラー６を、当該傾斜角度だけ鉛直方向に対し偏差するように設置し、かつ第２ミラー３２の突設方向を当該傾斜角度と同一角度にて上側に傾斜し、しかも第１ミラー３１の回動中心軸３０を鉛直方向に設定している。
In the basic configuration (1), as shown in FIG. 5(a), the
このような設定による基本構成（１）の効果については、発明の効果の項において既に説明した通りである。 The effect of the basic configuration (1) by such setting is as already explained in the section of the effect of the invention.
基本構成（２）は、図４（ｂ）及び図５（ｂ）に示すように、粉末を走行を介してテーブル４上に積層するスキージ、当該積層による粉末層に対しレーザビーム又は電子ビーム７を走査するガルバノスキャナー３を備えた三次元造形装置であって、ガルバノスキャナー３は、レーザビーム又は電子ビーム７の発振源１、レーザビーム又は電子ビーム７を透過するダイナミックフォーカスレンズ２、当該透過方向と直交する方向の回動中心軸３０を介して回動する第１ミラー３１及び第１ミラー３１の回動と独立した状態にて前記第１ミラー３１における回動中心軸３０の方向と直交状態にあり、かつ水平方向の回動中心軸３０を介して回動する第２ミラー３２をそれぞれフレーム５内に配列すると共に、レーザビーム又は電子ビーム７の発振源１を収容している領域を後端側とし、第２ミラー３２を収容している領域を先端側とする長手方向を形成しており、前記長手方向の中途部位において、第１ミラー３１の回動中心軸３０を設置すると共に、前記フレーム５が第１ミラー３１の回動中心軸３０を支持する部位の周囲にて屈曲又は湾曲している三次元造形装置において、前記のように屈曲又は湾曲している領域から、前記先端側領域に至る迄前記フレーム５が上側に傾斜しており、かつ中途部位において設置されている第１ミラー３１の回動中心軸３０を、当該傾斜を形成している角度だけ鉛直方向に対し偏差する方向に設置することによって、レーザビーム又は電子ビーム７が第１ミラー３１によって当該傾斜を形成している方向に反射することを可能としている三次元造形装置である。
As shown in FIGS. 4(b) and 5(b), the basic configuration (2) consists of a squeegee that stacks the powder on the table 4 through traveling, and a laser beam or an
図４（ｂ）に示すように、基本構成（２）は、フレーム５が第１ミラー３１の回動中心軸３０を支持する部位の周囲にて屈曲又は湾曲しているが、このような屈曲又は湾曲に基づく技術的意義については、既に効果の項において説明した通りである。
As shown in FIG. 4(b), in the basic configuration (2), the
基本構成（２）においては、図５（ｂ）に示すように、ガルバノスキャナー３において前記のように屈曲又は湾曲している領域から、前記先端側領域に至る迄前記フレーム５が上側に傾斜しており、かつ中途部位において設置されている第１ミラー３１の回動中心軸３０を、当該傾斜角度だけ鉛直方向に対し偏差する方向に設置することによって、レーザビーム又は電子ビーム７が第１ミラー３１によって当該傾斜方向に反射することを可能としている。
In the basic configuration (2), as shown in FIG. 5(b), the
このような反射の可能性に基づく効果については、発明の効果の項において既に説明した通りである。 The effect based on the possibility of such reflection has already been explained in the section of the effect of the invention.
基本構成（１）及び（２）において、ガルバノスキャナー３のフレーム５が屈曲又は湾曲する角度は、前記先端側領域及び後端側領域を含む屈曲及び湾曲していない直線方向の交差角度を基準とした場合に、通常９０°である。
但し、９０°に限定する必要はなく、屈曲又は湾曲する角度として前記基準によって６０°～１２０°の範囲の角度においても、基本構成（１）及び（２）の構成及び効果を確保することができる。
In the basic configurations (1) and (2), the angle at which the
However, it is not necessary to be limited to 90°, and the configuration and effects of the basic configurations (1) and (2) can be ensured even at an angle in the range of 60° to 120° according to the above criteria as an angle of bending or bending. can.
基本構成（１）及び（２）において、フレーム５が屈曲又は湾曲する領域は、長手方向の後端側及び先端側から等距離であって、かつ屈曲又は湾曲の中心位置として後端側及び先端側から等距離の位置を選択する場合が多い。
In the basic configurations (1) and (2), the area where the
しかしながら、フレーム５が屈曲又は湾曲する領域については、長手方向の後端から長手方向の全距離の１／３以上の領域内にあり、かつ長手方向の先端から長手方向の全距離の１／３以上の領域内を好適に選択することができる。
However, the area where the
このような領域であっても、基本構成（１）及び（２）の構成及び効果を発揮することができる。 Even in such a region, the configurations and effects of the basic configurations (1) and (2) can be exhibited.
基本構成（１）において、レーザビーム又は電子ビーム７に対する屈折反射を行うミラー６を、鉛直方向に対し当該傾斜角度だけ偏差するように設定し、その結果、レーザビーム又は電子ビーム７は当該傾斜角度だけ上側に反射されている。
In the basic configuration (1), the
他方、第１ミラー３１の回動中心軸３０は、鉛直方向に設定されていることから、上側に傾斜するように反射されたレーザビーム又は電子ビーム７は、当該傾斜角度だけ上側に傾斜するように突設されている第２ミラー３２の収容領域側に、レーザビーム又は電子ビーム７を反射することができる。
On the other hand, since the
これに対し、基本構成（２）において、第１ミラー３１の回動中心軸３０を、鉛直方向に対し、先端側の長手方向の傾斜角度だけ鉛直方向に偏差しており、その結果、レーザビーム又は電子ビーム７を第２ミラー３２の収容領域側に反射している。
On the other hand, in the basic configuration (2), the
基本構成（１）及び（２）においては、図６に示すように、第２ミラー３２の反射の中心位置が回動中心軸３０及びその近傍の位置であり、かつ第２ミラー３２の反射領域が、回動段階における上端及び下端の範囲内にあることを特徴とする実施形態を採用することができる。
In the basic configurations (1) and (2), as shown in FIG. 6, the reflection center position of the
第２ミラー３２の回動中心軸３０の位置は固定されているが、第２ミラー３２における反射領域は回動中心軸３０の下側又は上側に限定される場合がある。
Although the position of the
これに対し、図６に示す実施形態の場合には、反射の中心位置を回動中心軸３０及びその近傍の位置とすることによって、正確な反射を実現する一方、反射領域を回動段階における上端及び下端の範囲内にすることによって、第２ミラー３２をコンパクトな構成とすることができる。
In contrast, in the case of the embodiment shown in FIG. 6, accurate reflection is realized by setting the center position of reflection to the
基本構成（１）及び（２）においては、図７（ａ）、（ｂ）に示すように、複数個のガルバノスキャナー３を備え、かつ各第２ミラー３２の回動中心軸３０の中央位置Ｑを、テーブル４の面の中心位置Ｐを基準として水平方向に即して等距離に配列していることを特徴とする実施形態を採用することができる。
In the basic configurations (1) and (2), as shown in FIGS. 7A and 7B, a plurality of
前記実施形態の場合には、テーブル４の面の中心位置Ｐを基準として、各第２ミラー３２の照射領域を均等に区分した場合、又は各第２ミラー３２の照射領域を共通とした場合の何れにおいても、シンプルな制御によって、均一な照射状態を実現することができる。
In the case of the above-described embodiment, with reference to the central position P of the surface of the table 4, when the irradiation area of each
基本構成（１）及び（２）においては、図８（ａ）、（ｂ）に示すように、複数個のガルバノスキャナー３を備え、かつ各ガルバノスキャナー３の先端側領域の長手方向を平行であると共に、隣り合うガルバノスキャナー３における先端側領域の長手方向を逆方向に設定しており、各ガルバノスキャナー３においてテーブル４の面の中心位置Ｐから前記平行方向に対し、水平方向に沿って直交する方向に延設された直線Ｌに関し、各第２ミラー３２の回動中心軸３０を、図８（ａ）に示すように、前記平行方向に沿って前記直線Ｌと重複する状態に配列するか、又は図８（ｂ）に示すように、前記平行方向と直交する方向にて前記直線Ｌと重複する状態に配列していることを特徴とする実施形態を採用することができる。
In the basic configurations (1) and (2), as shown in FIGS. 8(a) and (b), a plurality of galvano-
前記実施形態の場合には、先端側に配列されている第２ミラー３２の回動軸３０を、前記直線Ｌと重複する状態に配列することによって、第２ミラー３２による均一な照射及び第２ミラー３２のコンパクトな配列を実現することができる。
In the case of the above-described embodiment, by arranging the
しかも、隣り合うガルバノスキャナー３を逆方向に平行状態に設定することによって、テーブル４の面のスペースを有効に活用することができる。
Moreover, the space on the surface of the table 4 can be effectively utilized by setting the
更には、上記のような逆方向にて平行状態に設定した場合には、隣り合うガルバノスキャナー３の屈曲する方向又は湾曲する方向が相互に逆転状態であって、テーブル４の面のスペースの有効な活用を一層助長することができる。
Furthermore, when the parallel state is set in the opposite directions as described above, the bending directions or bending directions of the
以下、実施例に即して説明する。 Examples will be described below.
実施例１は、図７（ａ）、（ｂ）に示す実施形態に立脚した上で、図１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）に示すように、２個、又は３個、又は４個、又は５個、又は６個のガルバノスキャナー３の先端側の長手方向が前記中心位置Ｐを基準として、それぞれ１８０°、１２０°、９０°、７２°、６０°の等角度による交差状態にて放射状態に配置されていることを特徴としている。
Example 1 is based on the embodiment shown in FIGS. 7(a) and (b), and as shown in FIGS. 1(a), (b), (c), (d) and (e), 180°, 120°, 90°, 72°, 180°, 120°, 90°, 72°, respectively, with respect to the center position P, in the longitudinal direction of the tip side of two, three, four, five, or six
このような特徴点によって、実施例１は、第２ミラー３２がテーブル４の面の中心位置Ｐから等距離だけでなく、等角度に配列されることによって、粉末層に対する均一な照射を実現することができる。
Due to these features, the
従来技術による直線状のガルバノスキャナー３を放射状に配置した場合には、テーブル４の面の中心位置Ｐから離れるにしたがって、ガルバノスキャナー３の長手方向の領域間における空隙が増加し、テーブル４の面のスペースを有効に活用する程度が減少することを避けることができない。
When the
然るに、図１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）に示すように、実施例１の場合には、テーブル４の面の中心位置Ｐから各ガルバノスキャナー３の長手方向が離れたとしても、ガルバノスキャナー３のフレーム５が長手方向の中途部位にて屈曲又は湾曲していることを原因として、各ガルバノスキャナー３の長手方向の領域の空隙が増加せず、テーブル４の面のスペースを有効に活用することができる。
However, as shown in FIGS. 1(a), (b), (c), (d), and (e), in the case of the first embodiment, each
しかもこのような屈曲又は湾曲構成によって、テーブル４において小さな面積のテーブル４を採用することが図１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）によって裏付けられている。 Moreover, the use of a small area table 4 in the table 4 is supported by FIGS.
実施例２は、図７（ａ）、（ｂ）に示す実施形態に立脚した上で、図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）に示すように、２個、又は３個、又は４個、又は５個、又は６個のガルバノスキャナー３の先端側の長手方向が、それぞれ０°の交差角度による平行状態、６０°の交差角度による正三角形の辺、９０°の交差角度による正方形の辺、１０８°の交差角度による正五角形の辺、１２０°の交差角度による正六角形の辺を形成していることを特徴としている。
Example 2 is based on the embodiment shown in FIGS. 7(a) and 7(b), and as shown in FIGS. 2(a), (b), (c), (d) and (e), 2, 3, 4, 5, or 6
上記特徴点によって、実施例２においても、実施例１の場合と同様に各第２ミラー３２がテーブル４の面の中心位置Ｐから単に等距離であるだけでなく、等角度に配列されることによって、均一な照射を実現することができる。 Due to the above feature points, in the second embodiment, as in the first embodiment, the second mirrors 32 are not only equidistant from the center position P of the surface of the table 4, but are also arranged at equal angles. uniform irradiation can be achieved.
しかも、各ガルバノスキャナー３のフレーム５の後端領域側は、平行状態、又は正三角形、正方形、正五角形、正六角形の各辺の外側に突出していることから、従来技術の場合と同一のテーブル４の面を採用した場合に、先端側領域がテーブル４の面の中心位置Ｐをコンパクトな状態にて囲んだ配置状態、即ち当該中心位置Ｐに対し近い距離による配置状態を実現することができる。
Moreover, since the rear end region side of the
その結果、従来技術のように直線状の長手方向を有するガルバノスキャナー３を採用し、平行状態、又は正三角形、正方形、正五角形、正六角形の各辺において、テーブル４の面の中心位置Ｐを囲んだ配置状態の場合に比し、より均一な第２ミラー３２による照射状態を実現することができる。
As a result, the
実施例３は、図８（ａ）、（ｂ）に示す実施形態に立脚した上で、図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）に示すように、２個、又は４個、又は６個のガルバノスキャナー３を前記中心位置Ｐを基準として点対称に配置するか、若しくは３個又は５個のガルバノスキャナー３のうちの１個を前記中心位置Ｐ上に配置し、残２個又は残４個のガルバノスキャナー３を前記中心位置Ｐから前記平行方向にて延設された直線Ｌを基準としてそれぞれ線対称に配置していることを特徴としている。
Example 3 is based on the embodiment shown in FIGS. 8(a) and (b), and as shown in FIGS. 3(a), (b), (c), (d) and (e), Two, four, or six galvano-
このような特徴点において、実施例３においては、図８に示す実施形態の特徴点を具体的に実現することができる。 In such a characteristic point, in Example 3, the characteristic point of the embodiment shown in FIG. 8 can be concretely realized.
現に、図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）に示すように、実施例３においては、逆方向の平行状態に設定されている隣り合うガルバノスキャナー３の屈曲する方向又は湾曲する方向が逆転していることによって、テーブル４の面のスペースの有効な活用を助長しており、かつこの点は、前記各図面によって一目瞭然である。
In fact, as shown in FIGS. 3(a), (b), (c), (d), and (e), in the third embodiment, the
このように、ガルバノスキャナーの長手方向を後端側領域と先端側領域との中途部位において屈曲又は湾曲している構成を採用している本発明においては、テーブル面のスペースを有効に活用する一方、面積の少ないテーブルに採用することが可能である一方、複数個のガルバノスキャナーの配置構成によって、コンパクトな第２ミラーの配列、及び各第２ミラーによる均一な照射の実現を可能としており、その利用範囲は絶大である。 Thus, in the present invention, which adopts a configuration in which the longitudinal direction of the galvanometer scanner is bent or curved at the midpoint between the rear end region and the front end region, the space on the table surface is effectively utilized. While it is possible to adopt a table with a small area, the arrangement configuration of a plurality of galvanometer scanners makes it possible to realize a compact arrangement of the second mirrors and uniform irradiation by each of the second mirrors. The range of uses is enormous.
１ レーザビーム又は電子ビームの発振源
２ ダイナミックフォーカスレンズ
３ ガルバノスキャナー
３０ 回動中心軸
３１ 第１ミラー
３２ 第２ミラー
４ テーブル
５ フレーム
６ レーザビーム又は電子ビームを屈折反射するミラー
７ レーザビーム又は電子ビーム
Ｐ テーブル面の中心位置
Ｄ テーブル面の中心位置からガルバノスキャナーの長手方向に即して平行方向に延設された点線
Ｌ 前記平行方向に直交する方向にてテーブル面の中心位置から延設された直線
Ｑ 回動中心軸３０の中央位置
Ｒ 屈折反射を行うミラーを支持するフレームにおける部位
1 Oscillation source of laser beam or
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