JP2023149551A - Three-dimensional molding device and manufacturing method for three-dimensional molding body - Google Patents

Three-dimensional molding device and manufacturing method for three-dimensional molding body Download PDF

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Yasushi Kumei
啓祐 田中
Keisuke Tanaka
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Abstract

To obtain a three-dimensional molding device that can suppress deformation of a three-dimensional molding body while suppressing breakage of a flexible plate.SOLUTION: A three-dimensional molding machine comprises a lifting stage, a squeegee, an electron beam emitter, a guide, and a control part. The squeegee spreads powder for molding supplied on a base plate to form a powder layer for molding. The guide holds the squeegee and guides the movement of the squeegee in a direction along a second axis at the top of the lifting stage. The control part irradiates the powder layer for molding with an electron beam based on slice data. The squeegee has a flexible plate, a plate holding part that holds the flexible plate, and a support part that makes the guide support the plate holding part. The plate holding part is held by the support part so that when the squeegee is moved in the direction of the second axis to spread the powder for molding, the flexible plate is inclined at an inclination angle determined on the side opposite to the direction in which the squeegee moves with reference to a direction of a first axis.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本開示は、粉末材料を選択的に溶融固化させる処理を繰り返すことによって三次元造形物を製造する三次元造形装置と三次元造形物の製造方法に関する。 The present disclosure relates to a three-dimensional printing apparatus and a method for manufacturing a three-dimensional structure, which manufacture a three-dimensional structure by repeating a process of selectively melting and solidifying a powder material.

金属粉末材料を用いて、電子ビームを照射することにより選択的に金属粉末材料を固化させた層を複数重ね合わせることによって三次元の造形物を製造する三次元造形装置が知られている。三次元造形装置では、造形ボックスと呼ばれる三次元の造形物を造形する領域に金属粉末材料をホッパから供給し、造形用粉末層を形成する供給工程と、造形用粉末層の金属粉末材料に選択的に造形用の電子ビームを照射して金属粉末材料を溶融固化させて造形を行う造形工程と、を複数回繰り返して実施することができる手段を含む。 2. Description of the Related Art A three-dimensional modeling apparatus is known that uses a metal powder material to manufacture a three-dimensional object by stacking a plurality of layers in which the metal powder material is selectively solidified by irradiation with an electron beam. In a three-dimensional printing apparatus, metal powder material is supplied from a hopper to an area called a modeling box where a three-dimensional object is formed, and a powder layer for modeling is formed. The method includes a means that can repeatedly perform a shaping step of irradiating a shaping electron beam to melt and solidify a metal powder material to create a shape.

供給工程では、ホッパから一定量の金属粉末材料を排出し、その後、金属製の可撓性プレートを有するスキージを動作させることで、金属粉末材料を造形ボックス内のベースプレート上で敷き均し、平坦な造形用粉末層を形成する。特許文献1では、スキージの可撓性プレートをベースプレートに対し垂直に固定し、動作させることで造形用粉末層を形成する方法が開示されている。 In the supply process, a certain amount of metal powder material is discharged from the hopper, and then a squeegee with a metal flexible plate is operated to spread the metal powder material on the base plate in the modeling box and flatten it. Forms a powder layer for modeling. Patent Document 1 discloses a method of forming a modeling powder layer by fixing a flexible plate of a squeegee perpendicularly to a base plate and operating the flexible plate.

特許第6885633号公報Patent No. 6885633

特許文献1に記載の三次元造形装置では、ベースプレートの上面に対して垂直な可撓性プレートを粉末分配器に取り付けた構造のスキージを、ベースプレートの上面に平行な方向であって、可撓性プレートに垂直な方向に動作させている。この場合、三次元造形物または電子ビームによって金属粉末材料が仮焼結した造形物粉末とスキージとが繰り返し干渉し、スキージが変形してしまう。この結果、スキージが破損し、ベースプレート上に金属粉末材料が平坦に供給されず、造形用粉末層を形成することができないという問題があった。また、スキージと三次元造形物とが干渉することで、スキージからの応力が三次元造形物に作用し、三次元造形物が変形してしまうという問題もあった。 In the three-dimensional printing apparatus described in Patent Document 1, a squeegee having a structure in which a flexible plate perpendicular to the upper surface of the base plate is attached to a powder distributor is attached to a flexible plate in a direction parallel to the upper surface of the base plate. It is moving in a direction perpendicular to the plate. In this case, the squeegee repeatedly interferes with the three-dimensional object or the object powder obtained by temporarily sintering the metal powder material using the electron beam, resulting in deformation of the squeegee. As a result, there was a problem in that the squeegee was damaged and the metal powder material was not evenly supplied onto the base plate, making it impossible to form a modeling powder layer. There is also a problem in that when the squeegee and the three-dimensional structure interfere, stress from the squeegee acts on the three-dimensional structure, causing the three-dimensional structure to deform.

本開示は、上記に鑑みてなされたものであって、可撓性プレートの破損を抑制しつつ、三次元造形物の変形を抑制することができる三次元造形装置を得ることを目的とする。 The present disclosure has been made in view of the above, and an object thereof is to obtain a three-dimensional printing apparatus that can suppress deformation of a three-dimensional structure while suppressing damage to a flexible plate.

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本開示に係る三次元造形装置は、昇降ステージと、スキージと、電子ビーム出射部と、ガイドと、制御部と、を備える。昇降ステージは、造形ボックス内に設けられ、上下方向である第1軸の方向に移動可能である。スキージは、三次元造形物を造形する土台となるベースプレート上に供給される造形用粉末を、ベースプレートを含む昇降ステージの上部で敷き均して造形用粉末層を形成する。電子ビーム出射部は、ベースプレートまたは造形用粉末層に電子ビームを照射する。ガイドは、スキージを保持し、昇降ステージの上部で第1軸と直交する第2軸に沿った方向へのスキージの移動をガイドする。制御部は、目標とする三次元造形物の三次元データに基づいて生成された目標とする三次元造形物を二次元においてスライスしたときのデータであるスライスデータに基づいて、電子ビームを造形用粉末層に照射する。スキージは、第1軸および第2軸の両方に直交する第3軸の方向に延在し、造形用粉末を敷き均す可撓性プレートと、可撓性プレートを保持するプレート保持部と、プレート保持部をガイドに支持させる支持部と、を有する。スキージを第2軸の方向へ移動させて造形用粉末を敷き均す場合に、第1軸の方向を基準にしてスキージの移動する方向とは反対側に定められた傾斜角で可撓性プレートを傾斜させるように、プレート保持部が支持部に保持される。 In order to solve the above-mentioned problems and achieve the objectives, a three-dimensional printing apparatus according to the present disclosure includes an elevating stage, a squeegee, an electron beam emitting section, a guide, and a control section. The elevating stage is provided within the modeling box and is movable in the direction of the first axis, which is the vertical direction. The squeegee spreads modeling powder supplied onto a base plate, which is a base for modeling a three-dimensional object, on the upper part of an elevating stage that includes the base plate to form a modeling powder layer. The electron beam emitting unit irradiates the base plate or the modeling powder layer with an electron beam. The guide holds the squeegee and guides movement of the squeegee in a direction along a second axis perpendicular to the first axis above the lifting stage. The control unit controls the electron beam for modeling based on slice data that is data obtained by slicing the target 3D model in two dimensions, which is generated based on the 3D data of the target 3D model. Irradiate the powder layer. The squeegee includes a flexible plate that extends in the direction of a third axis perpendicular to both the first axis and the second axis and spreads the modeling powder evenly, and a plate holding section that holds the flexible plate. It has a support part that supports the plate holding part on the guide. When the squeegee is moved in the direction of the second axis to spread the modeling powder, the flexible plate has an inclination angle set on the opposite side to the direction in which the squeegee moves with respect to the direction of the first axis. The plate holding part is held by the support part so as to tilt the plate holding part.

本開示によれば、可撓性プレートの破損を抑制しつつ、三次元造形物の変形を抑制することができるという効果を奏する。 According to the present disclosure, it is possible to suppress the deformation of the three-dimensional structure while suppressing damage to the flexible plate.

実施の形態1に係る三次元造形装置の構成の一例を模式的に示す断面図A cross-sectional view schematically showing an example of the configuration of a three-dimensional printing apparatus according to Embodiment 1. 実施の形態1に係る三次元造形装置に設けられるスキージの構成の一例を模式的に示す上面図A top view schematically showing an example of the configuration of a squeegee provided in the three-dimensional printing apparatus according to Embodiment 1. 実施の形態1に係る三次元造形装置に設けられるスキージの構成の一例を示す断面図A cross-sectional view showing an example of the configuration of a squeegee provided in the three-dimensional printing apparatus according to Embodiment 1. ベースプレートの上面に対して可撓性プレートを垂直に固定した場合の可撓性プレートに働く応力の様子を模式的に示す図A diagram schematically showing the stress acting on the flexible plate when the flexible plate is fixed perpendicularly to the top surface of the base plate. ベースプレートの上面に対して可撓性プレートを傾斜させた場合の可撓性プレートに働く応力の様子を模式的に示す図A diagram schematically showing the stress acting on the flexible plate when the flexible plate is tilted with respect to the top surface of the base plate. 可撓性プレートの延在方向に垂直な方向の先端形状の一例を示す断面図A cross-sectional view showing an example of the tip shape in the direction perpendicular to the extending direction of the flexible plate. 可撓性プレートの延在方向に垂直な方向の先端形状の一例を示す断面図A cross-sectional view showing an example of the tip shape in the direction perpendicular to the extending direction of the flexible plate. 可撓性プレートの延在方向に垂直な方向の先端形状の一例を示す断面図A cross-sectional view showing an example of the tip shape in the direction perpendicular to the extending direction of the flexible plate. 実施の形態1に係る三次元造形物の製造方法の処理手順の一例を示すフローチャートFlowchart showing an example of the processing procedure of the method for manufacturing a three-dimensional structure according to Embodiment 1 図9のステップS12の造形用粉末層の形成処理の詳細な手順の一例を示すフローチャートA flowchart showing an example of a detailed procedure for forming a modeling powder layer in step S12 in FIG. 9 三次元造形物の製造方法におけるスキージの状態の一例を示す図A diagram showing an example of the state of a squeegee in a method for manufacturing a three-dimensional object 三次元造形物の製造方法におけるスキージの状態の一例を示す図A diagram showing an example of the state of a squeegee in a method for manufacturing a three-dimensional object 三次元造形物の製造方法におけるスキージの状態の一例を示す図A diagram showing an example of the state of a squeegee in a method for manufacturing a three-dimensional object 三次元造形物の製造方法におけるスキージの状態の一例を示す図A diagram showing an example of the state of a squeegee in a method for manufacturing a three-dimensional object 実施の形態2に係る三次元造形装置の構成の一例を模式的に示す断面図A cross-sectional view schematically showing an example of the configuration of a three-dimensional printing apparatus according to a second embodiment 実施の形態2に係る三次元造形装置に設けられるスキージの構成の一例を模式的に示す断面図A cross-sectional view schematically showing an example of the configuration of a squeegee provided in the three-dimensional printing apparatus according to Embodiment 2. 実施の形態2に係る三次元造形装置に設けられるスキージの構成の一例を示す一部正面図A partial front view showing an example of the configuration of a squeegee provided in the three-dimensional printing apparatus according to Embodiment 2. 図9のステップS12の造形用粉末層の形成処理の詳細な手順の一例を示すフローチャートA flowchart showing an example of a detailed procedure for forming a modeling powder layer in step S12 in FIG. 9 実施の形態3に係る三次元造形物の製造方法の処理手順の一例を示すフローチャートFlowchart showing an example of a processing procedure of a method for manufacturing a three-dimensional structure according to Embodiment 3 実施の形態3に係る三次元造形物の製造方法の処理手順の一例を示すフローチャートFlowchart showing an example of a processing procedure of a method for manufacturing a three-dimensional structure according to Embodiment 3 傾斜角をαからα1に変化させたときの造形用粉末層の厚さの変化量を算出する方法の一例を示す図A diagram showing an example of a method for calculating the amount of change in the thickness of the modeling powder layer when the inclination angle is changed from α to α1. 傾斜角をαからα1に変化させたときの造形用粉末層の厚さの変化量を算出する方法の一例を示す図A diagram showing an example of a method for calculating the amount of change in the thickness of the modeling powder layer when the inclination angle is changed from α to α1. 実施の形態4に係る三次元造形物の製造方法の処理手順の一例を示すフローチャートFlowchart showing an example of a processing procedure of a method for manufacturing a three-dimensional structure according to Embodiment 4 実施の形態5に係る三次元造形物の製造方法の処理手順の一例を示すフローチャートFlowchart showing an example of the processing procedure of the method for manufacturing a three-dimensional structure according to Embodiment 5 実施の形態6に係る三次元造形装置におけるスキージの位置と変形との関係の一例を示す図A diagram showing an example of the relationship between the position of the squeegee and deformation in the three-dimensional printing apparatus according to the sixth embodiment 実施の形態6に係る三次元造形装置におけるスキージの位置と変形との関係の一例を示す図A diagram showing an example of the relationship between the position of the squeegee and deformation in the three-dimensional printing apparatus according to the sixth embodiment 実施の形態6に係る三次元造形装置におけるスキージのZ軸方向の位置の調整方法の一例を示す図A diagram showing an example of a method for adjusting the position of the squeegee in the Z-axis direction in the three-dimensional printing apparatus according to Embodiment 6. 実施の形態6に係る三次元造形装置におけるスキージのZ軸方向の位置の調整方法の他の例を示す図A diagram showing another example of a method for adjusting the position of the squeegee in the Z-axis direction in the three-dimensional printing apparatus according to Embodiment 6. 実施の形態6に係る三次元造形物の製造方法の処理手順の一例を示すフローチャートFlowchart showing an example of the processing procedure of the method for manufacturing a three-dimensional structure according to Embodiment 6 実施の形態6に係る三次元造形物の製造方法の処理手順の一例を示すフローチャートFlowchart showing an example of the processing procedure of the method for manufacturing a three-dimensional structure according to Embodiment 6 実施の形態1から6に係る三次元造形装置の制御部のハードウェア構成の一例を示す図A diagram showing an example of the hardware configuration of the control unit of the three-dimensional printing apparatus according to Embodiments 1 to 6.

以下に、本開示の実施の形態に係る三次元造形装置と三次元造形物の製造方法を図面に基づいて詳細に説明する。 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Below, a three-dimensional printing apparatus and a method for manufacturing a three-dimensional structure according to an embodiment of the present disclosure will be described in detail based on the drawings.

実施の形態1.
図1は、実施の形態1に係る三次元造形装置の構成の一例を模式的に示す断面図である。三次元造形装置1Aは、造形用粉末Aを照射領域Cに供給し、敷き均した後、造形用粉末Aに対して電子ビームBを照射することによって造形用粉末Aを溶融、固化させる処理を繰り返して行って、溶融固化した造形用粉末Aが堆積された三次元物体である三次元造形物Oの造形を行う装置である。
Embodiment 1.
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing an example of the configuration of a three-dimensional printing apparatus according to the first embodiment. The three-dimensional modeling apparatus 1A supplies the modeling powder A to the irradiation area C, spreads it out, and then melts and solidifies the modeling powder A by irradiating the modeling powder A with an electron beam B. This is an apparatus that repeatedly performs modeling of a three-dimensional structure O, which is a three-dimensional object on which melted and solidified modeling powder A is deposited.

実施の形態1に係る三次元造形装置1Aは、電子ビーム出射部2と、造形部3と、制御部4と、を備える。なお、以下の説明において、上下方向は、電子ビーム出射部2から電子ビームBが出射される方向に平行な方向であり、鉛直方向に対応し、図中に表記されるZ軸と平行な方向である。また、左右方向は、電子ビーム出射部2から電子ビームBが出射される方向に垂直な方向であり、水平面内の一方向に対応し、図中で表記されるX軸と平行な方向である。また、図1の紙面の奥行き方向は、上下方向および左右方向のそれぞれと直交関係にあり、図中で表示されるY軸と平行な方向である。Z軸は第1軸に対応し、X軸は第2軸に対応し、Y軸は第3軸に対応する。 The three-dimensional modeling apparatus 1A according to the first embodiment includes an electron beam emitting section 2, a modeling section 3, and a control section 4. In the following explanation, the vertical direction is a direction parallel to the direction in which the electron beam B is emitted from the electron beam emitting unit 2, corresponds to the vertical direction, and is a direction parallel to the Z axis shown in the figure. It is. Further, the left-right direction is a direction perpendicular to the direction in which the electron beam B is emitted from the electron beam emitting unit 2, corresponds to one direction in the horizontal plane, and is a direction parallel to the X axis indicated in the figure. . Further, the depth direction of the paper surface of FIG. 1 is orthogonal to each of the vertical direction and the horizontal direction, and is a direction parallel to the Y axis displayed in the figure. The Z axis corresponds to the first axis, the X axis corresponds to the second axis, and the Y axis corresponds to the third axis.

電子ビーム出射部2は、電子ビームBを出射する。電子ビーム出射部2から出射された電子ビームBは、後述する照射領域Cに敷き均された造形用粉末Aに照射される。電子ビームBが造形用粉末Aに照射されることによって、造形用粉末Aは溶融し、その後、固化する。また、電子ビーム出射部2は、三次元造形物Oの造形を行う前に造形用粉末Aに対して電子ビームBを照射し、造形用粉末Aの予備的な加熱を行ってもよい。 The electron beam emitting section 2 emits an electron beam B. The electron beam B emitted from the electron beam emitting unit 2 is irradiated onto modeling powder A spread over an irradiation area C, which will be described later. By irradiating the modeling powder A with the electron beam B, the modeling powder A is melted and then solidified. Further, the electron beam emitting unit 2 may irradiate the modeling powder A with the electron beam B to preliminarily heat the modeling powder A before modeling the three-dimensional structure O.

電子ビーム出射部2は、電子銃部21と、収束コイル22と、偏向コイル23と、を備える。電子銃部21と収束コイル22と偏向コイル23とは、例えば、電子ビーム出射部2の筐体であって筒状を呈するコラム24の内部に設置される。 The electron beam emitting section 2 includes an electron gun section 21, a converging coil 22, and a deflection coil 23. The electron gun section 21, the converging coil 22, and the deflection coil 23 are installed, for example, inside a column 24 that is a housing of the electron beam emission section 2 and has a cylindrical shape.

電子銃部21は、制御部4と電気的に接続されている。電子銃部21は、制御部4から送信される制御信号を受信し、受信した制御信号に基づいて作動する。電子銃部21は、電子ビームBを生成し、出射する。電子銃部21は、例えば、電子銃部21の下方に向けて電子ビームBを出射する。実施の形態1では、電子銃部21は、鉛直方向下向きに電子ビームBを出射するものとする。 The electron gun section 21 is electrically connected to the control section 4. The electron gun section 21 receives a control signal transmitted from the control section 4 and operates based on the received control signal. The electron gun section 21 generates and emits an electron beam B. The electron gun section 21 emits an electron beam B toward the bottom of the electron gun section 21, for example. In the first embodiment, the electron gun section 21 emits the electron beam B vertically downward.

収束コイル22は、制御部4と電気的に接続されている。収束コイル22は、電子ビームBを収束させる。偏向コイル23は、制御部4と電気的に接続されている。偏向コイル23は、制御部4から送信される制御信号を受信し、受信した制御信号に基づいて作動する。偏向コイル23は、制御信号に基づいて電子ビームBの照射位置を調整する。偏向コイル23は、電子ビームBの電磁的なビーム偏向を行う。したがって、偏向コイル23は、機械的なビーム偏向と比べて、電子ビームBの照射時における走査速度を高速なものとすることができる。以上のように、電子ビーム出射部2は、ベースプレート33または造形用粉末層51に電子ビームBを照射する。 The converging coil 22 is electrically connected to the control section 4. The converging coil 22 converges the electron beam B. Deflection coil 23 is electrically connected to control section 4 . The deflection coil 23 receives a control signal transmitted from the control unit 4 and operates based on the received control signal. The deflection coil 23 adjusts the irradiation position of the electron beam B based on the control signal. The deflection coil 23 performs electromagnetic beam deflection of the electron beam B. Therefore, the deflection coil 23 can increase the scanning speed during irradiation of the electron beam B compared to mechanical beam deflection. As described above, the electron beam emitting unit 2 irradiates the base plate 33 or the modeling powder layer 51 with the electron beam B.

造形部3は、チャンバ30の内部で、造形用粉末Aが配置され、造形用粉末Aによって所望の三次元造形物Oが造形される部位である。造形部3は、チャンバ30の内部に、造形ボックス31と、昇降ステージ32と、ベースプレート33と、昇降機34と、ホッパ35と、スキージ36と、ガイド37と、を備える。チャンバ30には、排気装置である真空ポンプが接続されている。真空ポンプの図示は省略する。真空ポンプによりチャンバ30の内部が排気されることで、チャンバ30の内部は真空または真空に近い状態とされる。 The modeling part 3 is a part in which the modeling powder A is arranged inside the chamber 30, and a desired three-dimensional structure O is modeled using the modeling powder A. The modeling section 3 includes a modeling box 31 , an elevating stage 32 , a base plate 33 , an elevator 34 , a hopper 35 , a squeegee 36 , and a guide 37 inside a chamber 30 . A vacuum pump, which is an exhaust device, is connected to the chamber 30. Illustration of the vacuum pump is omitted. By evacuating the inside of the chamber 30 by the vacuum pump, the inside of the chamber 30 is brought into a vacuum or near-vacuum state.

造形ボックス31は、三次元造形物Oを造形する領域を規定し、チャンバ30内の下部に配置される。造形ボックス31は、Z軸方向に延在した形状を有する。造形ボックス31は、一例では、水平方向に平行な断面である水平断面が矩形の角筒状または断面が円形の円筒状に形成されている。 The modeling box 31 defines an area in which the three-dimensional structure O is to be modeled, and is arranged at the lower part of the chamber 30 . The modeling box 31 has a shape extending in the Z-axis direction. For example, the modeling box 31 is formed into a rectangular cylinder shape whose horizontal cross section, which is a cross section parallel to the horizontal direction, is rectangular, or a cylindrical shape whose cross section is circular.

昇降ステージ32は、造形ボックス31内で上下方向であるZ軸方向に昇降可能である。昇降ステージ32は、造形ボックス31の内側形状に対応している。つまり、造形ボックス31の内側形状が水平断面で矩形の場合、昇降ステージ32の外形も矩形である。これによって、造形ボックス31に供給される造形用粉末Aは、昇降ステージ32よりも下方へ漏れ落ちにくくなる。また、造形用粉末Aが昇降ステージ32の下方へ漏れ落ちることを抑制するために、昇降ステージ32の外縁部にシール材を設けてもよい。 The elevating stage 32 is movable up and down within the modeling box 31 in the Z-axis direction. The elevating stage 32 corresponds to the inner shape of the modeling box 31. That is, when the inside shape of the modeling box 31 is rectangular in horizontal section, the outer shape of the elevating stage 32 is also rectangular. As a result, the modeling powder A supplied to the modeling box 31 is less likely to leak downward than the elevating stage 32. Moreover, in order to suppress the modeling powder A from leaking down to the lower part of the elevating stage 32, a sealing material may be provided at the outer edge of the elevating stage 32.

ベースプレート33は、造形ボックス31の内部に配置され、造形用粉末Aおよび造形される三次元造形物Oの土台となる。三次元造形物Oは、ベースプレート33上で造形される。ベースプレート33は、一例では矩形状の板状体である。ベースプレート33は、矩形状の板状体に限らず、円状の板状体であってもよい。ベースプレート33は、一例では、上面が水平方向と平行とされるように設けられる。ベースプレート33は、ベースプレート33の下方に設置されている昇降ステージ32に、支持用粉末層50を介して支持されている。ベースプレート33は、昇降ステージ32と共に上下方向に移動する。 The base plate 33 is placed inside the modeling box 31 and serves as a base for the modeling powder A and the three-dimensional structure O to be modeled. The three-dimensional structure O is modeled on the base plate 33. The base plate 33 is, for example, a rectangular plate. The base plate 33 is not limited to a rectangular plate-like body, but may be a circular plate-like body. In one example, the base plate 33 is provided so that its upper surface is parallel to the horizontal direction. The base plate 33 is supported by a lifting stage 32 installed below the base plate 33 via a supporting powder layer 50. The base plate 33 moves in the vertical direction together with the elevating stage 32.

昇降機34は、昇降ステージ32の下方に設置され、昇降ステージ32を支持するとともに昇降ステージ32を昇降させる。昇降機34は、制御部4と電気的に接続されている。昇降機34は、制御部4から送信される制御信号を受信し、受信した制御信号に基づいて作動する。昇降機34は、昇降ステージ32を上下方向に移動させることにより、上下方向における昇降ステージ32上のベースプレート33の位置を調節することができる。 The elevator 34 is installed below the elevator stage 32, supports the elevator stage 32, and raises and lowers the elevator stage 32. The elevator 34 is electrically connected to the control unit 4. The elevator 34 receives a control signal transmitted from the control unit 4 and operates based on the received control signal. The elevator 34 can adjust the position of the base plate 33 on the elevator stage 32 in the vertical direction by moving the elevator stage 32 in the vertical direction.

例えば、昇降機34は、三次元造形装置1Aにおける三次元造形物Oの造形の初期において昇降ステージ32と共にベースプレート33を上方へ移動させる。昇降機34は、ベースプレート33上における造形用粉末Aの溶融および固化によって造形用粉末Aが積層されるごとに、ベースプレート33を降下させる。昇降機34は、ベースプレート33を昇降できる構造のものであれば、構造は特に制限されない。 For example, the elevator 34 moves the base plate 33 upward together with the elevator stage 32 at the beginning of modeling the three-dimensional structure O in the three-dimensional printer 1A. The elevator 34 lowers the base plate 33 every time the modeling powder A is layered on the base plate 33 by melting and solidifying the modeling powder A. The structure of the elevator 34 is not particularly limited as long as it can move the base plate 33 up and down.

ホッパ35は、チャンバ30の内部において予め決められた高さに支持され、造形用粉末Aを収容する収容タンクである。ホッパ35は、造形用粉末Aが収納される粉末収納部と、ホッパ35の下部、すなわち粉末収納部の下部に形成されて造形用粉末Aをホッパ35の外部に排出する排出口351を有する。ホッパ35は、排出口351を開閉するシャッタ352を有する。シャッタ352が開状態の場合には、排出口351が開放され、排出口351から排出された造形用粉末Aはベースプレート33上へ供給される。シャッタ352が閉状態の場合には、排出口351が閉じられた状態となり、排出口351からの造形用粉末Aの供給を停止することができる。排出口351から排出された造形用粉末Aは、スキージ36によってベースプレート33上へ供給される。 The hopper 35 is a storage tank that is supported at a predetermined height inside the chamber 30 and stores the modeling powder A. The hopper 35 has a powder storage section in which the modeling powder A is stored, and a discharge port 351 that is formed at the lower part of the hopper 35, that is, at the lower part of the powder storage section, and discharges the modeling powder A to the outside of the hopper 35. The hopper 35 has a shutter 352 that opens and closes the discharge port 351. When the shutter 352 is in the open state, the discharge port 351 is opened, and the modeling powder A discharged from the discharge port 351 is supplied onto the base plate 33. When the shutter 352 is in a closed state, the discharge port 351 is in a closed state, and the supply of the modeling powder A from the discharge port 351 can be stopped. The modeling powder A discharged from the discharge port 351 is supplied onto the base plate 33 by the squeegee 36.

造形用粉末Aは、溶融固化して三次元造形物Oを構成する粉末状の材料である。造形用粉末Aは、電子ビーム出射部2から出射された電子ビームBが照射されることで溶融固化または焼結する。造形用粉末Aには、例えば金属粉末が用いられる。具体的には、チタン、ニッケル、コバルト、鉄、銅、アルミニウム、これらを含む合金が多く利用されるが、これに限定されない。なかでも、金属材料において相対的に焼結しやすい銅等の粉末を造形用粉末Aに用いる場合、後述する実施の形態1による効果が顕著となる。 The modeling powder A is a powdery material that is melted and solidified to form the three-dimensional structure O. The modeling powder A is melted and solidified or sintered by being irradiated with the electron beam B emitted from the electron beam emitting section 2 . For example, metal powder is used as the modeling powder A. Specifically, titanium, nickel, cobalt, iron, copper, aluminum, and alloys containing these are often used, but the material is not limited thereto. In particular, when a powder such as copper, which is relatively easily sintered in metal materials, is used as the modeling powder A, the effects of Embodiment 1, which will be described later, are remarkable.

造形用粉末Aの粒径は、電子ビームBで十分に固化させることができ、かつ表面精度の高い三次元造形物Oを得るために、一般的には20μm以上150μm以下の粒径の粉末を用いることが多いが、これに限定されるものではない。 The particle size of the modeling powder A is generally 20 μm or more and 150 μm or less in order to be able to sufficiently solidify with the electron beam B and to obtain a three-dimensional model O with high surface precision. Although it is often used, it is not limited to this.

支持用粉末層50は、昇降ステージ32の上方に配置され、ベースプレート33を支持するために設けられる。支持用粉末層50は、造形用粉末Aによって構成されている。支持用粉末層50の最表面は、ベースプレート33の最表面と同等か、それより下方に配置されている。造形の際には、支持用粉末層50の最表面の上には、造形用粉末Aが敷き均されている。さらに、造形中には毎層、造形用粉末Aがスキージ36によって照射領域Cに薄く敷き均され造形用粉末層51が形成され、電子ビームBによって予熱と固化が行われる。造形用粉末層51は、造形用粉末Aを、ベースプレート33を含む昇降ステージ32の上部で層状に敷き均したものである。支持用粉末層50の最表面が固化した造形用粉末Aによりベースプレート33の最表面より上方に突出している場合、スキージ36で造形用粉末Aを敷き均す際に、スキージ36に取り付けられる可撓性プレート361と接触し、可撓性プレート361が破損する可能性がある。 The supporting powder layer 50 is disposed above the elevating stage 32 and is provided to support the base plate 33. The supporting powder layer 50 is composed of the modeling powder A. The outermost surface of the supporting powder layer 50 is located at the same level as or below the outermost surface of the base plate 33. During modeling, the modeling powder A is spread evenly on the outermost surface of the supporting powder layer 50. Further, during each layer, the modeling powder A is spread thinly and evenly over the irradiation area C by the squeegee 36 to form a modeling powder layer 51, and is preheated and solidified by the electron beam B. The modeling powder layer 51 is obtained by spreading the modeling powder A in a layered manner on the upper part of the elevating stage 32 including the base plate 33. When the outermost surface of the supporting powder layer 50 is projected upward from the outermost surface of the base plate 33 due to the solidified modeling powder A, a flexible flexible material attached to the squeegee 36 is used when spreading the modeling powder A with the squeegee 36. There is a possibility that the flexible plate 361 will come into contact with the flexible plate 361 and the flexible plate 361 will be damaged.

三次元造形物Oは、造形用粉末Aに電子ビームBが照射され、造形用粉末Aが溶融することで形成される。三次元造形物Oの最表面は電子ビームBによって加熱されるが、下層との温度差によりひずみが蓄積し、三次元造形物Oに残留応力が発生する。残留応力により、三次元造形物O中の層間が剥離し、三次元造形物Oが変形する場合がある。この場合、三次元造形物Oが変形することで、最表面がベースプレート33の最表面より突出し、スキージ36に取り付けられた可撓性プレート361と干渉し、可撓性プレート361の破損または三次元造形物Oの変形につながる可能性がある。 The three-dimensional structure O is formed by irradiating the modeling powder A with the electron beam B and melting the modeling powder A. Although the outermost surface of the three-dimensional structure O is heated by the electron beam B, strain accumulates due to the temperature difference with the lower layer, and residual stress is generated in the three-dimensional structure O. Due to the residual stress, layers in the three-dimensional structure O may peel off and the three-dimensional structure O may be deformed. In this case, as the three-dimensional structure O deforms, the outermost surface protrudes from the outermost surface of the base plate 33 and interferes with the flexible plate 361 attached to the squeegee 36, causing damage to the flexible plate 361 or This may lead to deformation of the object O.

スキージ36は、ベースプレート33の上方に配される造形用粉末Aを敷き均す均し部材である。スキージ36は、アクチュエータを含む移動機構である図示しないスキージ移動機構によってベースプレート33の上面と平行な方向に移動可能である。ホッパ35の排出口351から排出された造形用粉末Aは、スキージ36によってベースプレート33上へ予め定められた厚さで供給される。また、スキージ36を水平方向に移動させることによって、ベースプレート33を含む照射領域C上の造形用粉末Aの表面が敷き均される。なお、ここでは、スキージ36は、Y軸方向に延在し、X軸方向に移動可能であるものとする。スキージ36の構成の詳細については、後述する。 The squeegee 36 is a leveling member that spreads the modeling powder A disposed above the base plate 33. The squeegee 36 is movable in a direction parallel to the upper surface of the base plate 33 by a squeegee moving mechanism (not shown) that includes an actuator. The modeling powder A discharged from the discharge port 351 of the hopper 35 is supplied onto the base plate 33 with a predetermined thickness by the squeegee 36. Further, by moving the squeegee 36 in the horizontal direction, the surface of the modeling powder A on the irradiation area C including the base plate 33 is spread evenly. Note that it is assumed here that the squeegee 36 extends in the Y-axis direction and is movable in the X-axis direction. Details of the configuration of the squeegee 36 will be described later.

ガイド37は、スキージ36を支持するとともに、スキージ36のX軸に沿った方向へのスキージ36の移動をガイドする部材である。スキージ36は、X軸方向に移動されるので、ガイド37は、X軸方向に延在する。 The guide 37 is a member that supports the squeegee 36 and guides the movement of the squeegee 36 in the direction along the X axis. Since the squeegee 36 is moved in the X-axis direction, the guide 37 extends in the X-axis direction.

制御部4は、三次元造形装置1Aの装置全体の制御を行う電子制御ユニットである。制御部4は、例えばCPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)を含むコンピュータにより実現される。制御部4は、後述する昇降ステージ32を昇降させる制御である昇降ステージ32の昇降制御、シャッタ352を開閉させる制御であるシャッタ352の開閉制御、スキージ36を作動させる制御であるスキージ36の作動制御、電子ビームBの出射の制御である電子ビームBの出射制御、および偏向コイル23を作動させる制御である偏向コイル23の作動制御を実行する。 The control section 4 is an electronic control unit that controls the entire three-dimensional modeling apparatus 1A. The control unit 4 is realized by a computer including, for example, a CPU (Central Processing Unit), a ROM (Read Only Memory), and a RAM (Random Access Memory). The control unit 4 performs lift control of the lift stage 32, which is control to lift and lower the lift stage 32, which will be described later, opening/closing control of the shutter 352, which is control to open and close the shutter 352, and operation control of the squeegee 36, which is control to operate the squeegee 36. , executes emission control of the electron beam B, which is control of emission of the electron beam B, and operation control of the deflection coil 23, which is control of operating the deflection coil 23.

制御部4は、昇降ステージ32の昇降制御として、昇降機34に制御信号を送信することにより、昇降機34を作動させる。昇降機34の作動によって、昇降ステージ32の上下位置が調整される。 The control unit 4 operates the elevator 34 by transmitting a control signal to the elevator 34 to control the elevation of the elevator stage 32 . By operating the elevator 34, the vertical position of the elevator stage 32 is adjusted.

制御部4は、シャッタ352の開閉制御として、シャッタ352に制御信号を送信する。制御部4からシャッタ352に制御信号を送信することにより、シャッタ352が開閉する。シャッタ352の開閉により、ホッパ35から造形用粉末Aが流出し、所望の粉末供給量の造形用粉末Aが、照射領域Cおよび照射領域Cの周辺を含むベースプレート33上へ供給される。 The control unit 4 transmits a control signal to the shutter 352 to control the opening and closing of the shutter 352. The shutter 352 opens and closes by transmitting a control signal from the control unit 4 to the shutter 352. By opening and closing the shutter 352, the modeling powder A flows out from the hopper 35, and a desired amount of modeling powder A is supplied onto the base plate 33 including the irradiation area C and the periphery of the irradiation area C.

制御部4は、スキージ36の作動制御として、電子ビームBの出射前にスキージ36を作動させる。スキージ36の作動によって、ベースプレート33上に配置された造形用粉末Aが敷き均される。 The control unit 4 operates the squeegee 36 before emitting the electron beam B to control the operation of the squeegee 36. By operating the squeegee 36, the modeling powder A placed on the base plate 33 is spread out.

制御部4は、電子ビームBの出射制御として、電子銃部21に制御信号を送信する。制御部4から電子銃部21に送信された制御信号に基づいて、電子銃部21は電子ビームBを出射する。 The control unit 4 transmits a control signal to the electron gun unit 21 to control the emission of the electron beam B. The electron gun section 21 emits an electron beam B based on a control signal transmitted from the control section 4 to the electron gun section 21 .

制御部4は、偏向コイル23の作動制御として、偏向コイル23に制御信号を送信する。制御部4から偏向コイル23に送信された制御信号に基づいて、電子ビームBの照射位置が制御される。例えば、制御部4には、造形すべき物体の三次元データである三次元CAD(Computer-Aided Design)データが入力される。制御部4は、入力された三次元CADデータに基づいて、目標となる三次元造形物Oを二次元においてスライスしたときのデータである二次元のスライスデータを生成する。スライスデータは、例えば、目標となる三次元造形物Oの水平断面のデータである。スライスデータは、上下方向における位置に対応した多数のデータの集合体である。制御部4は、スライスデータに基づいて、造形用粉末Aに対して電子ビームBを照射する領域である照射領域Cを決定する。照射領域Cは、造形用粉末Aに対して電子ビームBを照射して三次元造形物Oが形成される造形領域といえる。照射領域Cは、一例では、ベースプレート33の上方から見てベースプレート33の領域内となるように設定される。そして、制御部4は、決定した照射領域Cに対応して、偏向コイル23に制御信号を送信する。 The control unit 4 transmits a control signal to the deflection coil 23 to control the operation of the deflection coil 23. The irradiation position of the electron beam B is controlled based on a control signal transmitted from the control unit 4 to the deflection coil 23. For example, three-dimensional CAD (Computer-Aided Design) data, which is three-dimensional data of an object to be modeled, is input to the control unit 4. The control unit 4 generates two-dimensional slice data, which is data obtained by slicing the target three-dimensional structure O in two dimensions, based on the input three-dimensional CAD data. The slice data is, for example, data on a horizontal cross section of the target three-dimensional structure O. Slice data is a collection of a large number of data corresponding to positions in the vertical direction. The control unit 4 determines an irradiation area C, which is an area in which the modeling powder A is irradiated with the electron beam B, based on the slice data. The irradiation area C can be said to be a modeling area where the three-dimensional structure O is formed by irradiating the modeling powder A with the electron beam B. In one example, the irradiation area C is set to be within the area of the base plate 33 when viewed from above the base plate 33. Then, the control unit 4 transmits a control signal to the deflection coil 23 in accordance with the determined irradiation area C.

つぎに、実施の形態1に係る三次元造形装置1Aに設けられるスキージ36の具体的な構成について説明する。図2は、実施の形態1に係る三次元造形装置に設けられるスキージの構成の一例を模式的に示す上面図である。スキージ36は、Y軸方向に延在する部材であって、ベースプレート33の上方に配される造形用粉末Aをベースプレート33上において敷き均す部材である。スキージ36は、ベースプレート33が配置される造形ボックス31の上方をX軸方向に延在するガイド37に締結される。ガイド37のX軸方向の長さは、造形ボックス31のX軸方向の長さよりも長くされる。三次元造形装置1Aは、X軸方向、すなわち図1の右方向Rと左方向Lとにスキージ36を移動させる図示しないスキージ移動機構を有する。スキージ36は、スキージ移動機構によって移動させられることで、造形用粉末Aを敷き均す。 Next, a specific configuration of the squeegee 36 provided in the three-dimensional modeling apparatus 1A according to the first embodiment will be described. FIG. 2 is a top view schematically showing an example of the configuration of a squeegee provided in the three-dimensional modeling apparatus according to the first embodiment. The squeegee 36 is a member extending in the Y-axis direction, and is a member that spreads the modeling powder A disposed above the base plate 33 evenly on the base plate 33. The squeegee 36 is fastened to a guide 37 that extends in the X-axis direction above the modeling box 31 in which the base plate 33 is placed. The length of the guide 37 in the X-axis direction is made longer than the length of the modeling box 31 in the X-axis direction. The three-dimensional modeling apparatus 1A has a squeegee moving mechanism (not shown) that moves the squeegee 36 in the X-axis direction, that is, in the right direction R and the left direction L in FIG. The squeegee 36 spreads the modeling powder A evenly by being moved by a squeegee moving mechanism.

図3は、実施の形態1に係る三次元造形装置に設けられるスキージの構成の一例を示す断面図である。スキージ36は、可撓性プレート361と、プレート保持部362と、回動部363と、を有する。 FIG. 3 is a cross-sectional view showing an example of the configuration of a squeegee provided in the three-dimensional modeling apparatus according to the first embodiment. The squeegee 36 includes a flexible plate 361, a plate holding section 362, and a rotating section 363.

可撓性プレート361は、スキージ36の移動方向と鉛直方向との両方に垂直な方向であるY軸方向に延在し、可撓性を有する板状部材である。可撓性プレート361の一例は、ステンレス等の金属、樹脂、その他の材料によって構成される薄板である。可撓性プレート361は、昇降ステージ32のY軸方向のサイズよりも長いサイズを有する。 The flexible plate 361 is a flexible plate-like member that extends in the Y-axis direction, which is a direction perpendicular to both the moving direction of the squeegee 36 and the vertical direction. An example of the flexible plate 361 is a thin plate made of metal such as stainless steel, resin, or other material. The flexible plate 361 has a size longer than the size of the elevating stage 32 in the Y-axis direction.

プレート保持部362は、可撓性プレート361を保持する部材である。プレート保持部362は、Y軸方向に延在し、可撓性プレート361の上部を保持する。プレート保持部362は、一例ではY軸方向に延在する棒状の樹脂によって構成される。図3では、プレート保持部362の延在方向に垂直な断面は、三角形の形状を有している。プレート保持部362の断面の形状は、これに限定されるものではなく、円形、楕円形、四角形、多角形、他の二次元形状を含む任意の形状であってもよい。図3の例では、プレート保持部362は、1つの可撓性プレート361を保持する。 The plate holding section 362 is a member that holds the flexible plate 361. The plate holding part 362 extends in the Y-axis direction and holds the upper part of the flexible plate 361. In one example, the plate holding portion 362 is made of rod-shaped resin extending in the Y-axis direction. In FIG. 3, a cross section perpendicular to the extending direction of the plate holding portion 362 has a triangular shape. The cross-sectional shape of the plate holding portion 362 is not limited to this, and may be any shape including a circle, an ellipse, a quadrangle, a polygon, and other two-dimensional shapes. In the example of FIG. 3, the plate holding section 362 holds one flexible plate 361.

回動部363は、プレート保持部362を固定し、ガイド37に保持され、スキージ36の移動方向と鉛直方向との両方に垂直な方向であるY軸方向に平行な回転軸363bを中心に回転可能である。回動部363を回転させることで、プレート保持部362および可撓性プレート361も回動部363の回転に伴って回転する。回動部363は、プレート保持部362をガイド37に支持させる支持部に対応し、Y軸に平行な軸を中心にプレート保持部362を回転させる。ここで、可撓性プレート361がプレート保持部362のZ軸負方向側に位置し、鉛直線と重なる位置、すなわちZ軸方向を基準にして、回転軸363bを中心に時計回りに回転する方向を正方向とし、反時計回りに回転する方向を負方向と定義する。回動部363の回転の結果、可撓性プレート361は、基準の位置から傾斜角αだけ傾いた状態となる。すなわち、プレート保持部362は、傾斜角αだけ傾いた状態で可撓性プレート361を保持する。また、可撓性プレート361は、昇降ステージ32の上面に対して垂直ではなく、90°-αの傾きを持って配置されることになる。この傾斜角αは回動部363が回転する量に対応して決定される。したがって、回動部363の回転量を制御することで、スキージ36の傾斜角αを調整することが可能となる。 The rotating part 363 fixes the plate holding part 362, is held by the guide 37, and rotates around a rotating shaft 363b parallel to the Y-axis direction, which is a direction perpendicular to both the moving direction of the squeegee 36 and the vertical direction. It is possible. By rotating the rotating part 363, the plate holding part 362 and the flexible plate 361 also rotate with the rotation of the rotating part 363. The rotating portion 363 corresponds to a support portion that supports the plate holding portion 362 on the guide 37, and rotates the plate holding portion 362 around an axis parallel to the Y axis. Here, the flexible plate 361 is located on the Z-axis negative direction side of the plate holding part 362 and overlaps the vertical line, that is, the direction in which the flexible plate 361 rotates clockwise around the rotation axis 363b with the Z-axis direction as a reference. is defined as the positive direction, and the direction of counterclockwise rotation is defined as the negative direction. As a result of the rotation of the rotating portion 363, the flexible plate 361 is tilted by the tilt angle α from the reference position. In other words, the plate holding section 362 holds the flexible plate 361 in a tilted state by the inclination angle α. Furthermore, the flexible plate 361 is not perpendicular to the upper surface of the elevating stage 32, but is arranged at an angle of 90°-α. This inclination angle α is determined in accordance with the amount by which the rotating portion 363 rotates. Therefore, by controlling the amount of rotation of the rotating portion 363, it is possible to adjust the inclination angle α of the squeegee 36.

なお、図3にはスキージ36が右方向Rに移動する場合が例示されている。つまり、スキージ36の移動方向である右方向Rに対し、可撓性プレート361の先端が反対側に位置し、可撓性プレート361の傾斜角がαとなるまで回動部363が反時計回りに回転する。 Note that FIG. 3 illustrates a case where the squeegee 36 moves in the right direction R. That is, with respect to the right direction R, which is the moving direction of the squeegee 36, the tip of the flexible plate 361 is located on the opposite side, and the rotating portion 363 rotates counterclockwise until the inclination angle of the flexible plate 361 becomes α. Rotate to .

回動部363は、アクチュエータを用いて回転される。アクチュエータの一例は、モータ等の外部駆動器である。具体的なモータの動力に、電力、油圧、ガス圧等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。また、アクチュエータはモータに限定されない。図3では、アクチュエータの図示は省略されている。回動部363に取り付けられたアクチュエータは、制御部4と電気的に接続されている。回動部363は、制御部4から送信される制御信号を受信し、受信した制御信号に基づいて回動する。つまり、回動部363の回転量は、制御部4によって制御される。 The rotating portion 363 is rotated using an actuator. An example of an actuator is an external driver such as a motor. Specific motor power includes electric power, oil pressure, gas pressure, etc., but is not limited to these. Furthermore, the actuator is not limited to a motor. In FIG. 3, illustration of the actuator is omitted. The actuator attached to the rotating part 363 is electrically connected to the control part 4. The rotating section 363 receives a control signal transmitted from the control section 4, and rotates based on the received control signal. In other words, the amount of rotation of the rotating section 363 is controlled by the control section 4.

制御部4は、上記した制御に加えて、回動部363を回転させるアクチュエータの動作の制御である回動部363の回動制御を実行する。制御部4は、回動部363の回動制御として、スキージ36の移動動作前に回動部363を回転させる。具体的には、上記したように、制御部4は、基準となる位置から、スキージ36を移動させる移動方向とは反対側に可撓性プレート361の先端が位置する定められた傾斜角αで可撓性プレート361が傾斜した状態となるように、回動部363の回転を制御する。これによって、可撓性プレート361は基準の位置から傾斜角αだけ傾いた状態で、造形用粉末Aの上を移動することになる。 In addition to the above-described control, the control unit 4 executes rotation control of the rotation unit 363, which is control of the operation of the actuator that rotates the rotation unit 363. The control unit 4 controls the rotation of the rotation unit 363 by rotating the rotation unit 363 before moving the squeegee 36 . Specifically, as described above, the control unit 4 moves the flexible plate 361 from the reference position at a predetermined inclination angle α such that the tip of the flexible plate 361 is located on the opposite side to the moving direction in which the squeegee 36 is moved. The rotation of the rotating portion 363 is controlled so that the flexible plate 361 is in an inclined state. As a result, the flexible plate 361 moves over the modeling powder A while being tilted by the inclination angle α from the reference position.

つぎに、可撓性プレート361を基準の位置から傾斜角αだけ傾斜させた状態でスキージ36を移動させる場合に、可撓性プレート361に作用する応力について説明する。図4は、ベースプレートの上面に対して可撓性プレートを垂直に固定した場合の可撓性プレートに働く応力の様子を模式的に示す図である。図4には、スキージ36を移動させたときに、可撓性プレート361と造形用粉末Aの仮焼結体55との接触によって、可撓性プレート361に作用する応力Sが示されている。図4に示されるように、ベースプレート33の上面に対して可撓性プレート361を垂直に固定した場合には、仮焼結体55との接触によって、可撓性プレート361に生じたせん断応力が全て曲げ応力として、可撓性プレート361に作用する。このため、可撓性プレート361に作用する応力Sが大きくなり、可撓性プレート361の曲げ変形量が大きくなり、破損する可能性が大きくなる。 Next, the stress that acts on the flexible plate 361 when the squeegee 36 is moved with the flexible plate 361 tilted by the tilt angle α from the reference position will be explained. FIG. 4 is a diagram schematically showing the stress acting on the flexible plate when the flexible plate is fixed perpendicularly to the upper surface of the base plate. FIG. 4 shows the stress S that acts on the flexible plate 361 due to contact between the flexible plate 361 and the temporary sintered body 55 of the modeling powder A when the squeegee 36 is moved. . As shown in FIG. 4, when the flexible plate 361 is fixed perpendicularly to the upper surface of the base plate 33, the shear stress generated in the flexible plate 361 due to contact with the temporary sintered body 55 is All of this acts on the flexible plate 361 as bending stress. Therefore, the stress S acting on the flexible plate 361 increases, the amount of bending deformation of the flexible plate 361 increases, and the possibility of breakage increases.

図5は、ベースプレートの上面に対して可撓性プレートを傾斜させた場合の可撓性プレートに働く応力の様子を模式的に示す図である。図5に示されるように、可撓性プレート361が基準となる位置から傾斜角だけ傾いた状態で仮焼結体55と接触した場合には、可撓性プレート361に作用する応力Sの一部Saは、可撓性プレート361に対し圧縮方向に分散する。このため、可撓性プレート361に働くせん断応力成分Sbが、図4の場合に比して小さくなる。したがって、可撓性プレート361に作用する曲げ応力が小さくなり、可撓性プレート361の曲げ変形量が小さくなる。この結果、図4の場合に比して、可撓性プレート361の破損を抑制する効果が得られる。なお、ここでは、仮焼結体55から可撓性プレート361に作用する応力Sについて説明したが、可撓性プレート361から仮焼結体55に作用する応力についても同様である。すなわち、可撓性プレート361から仮焼結体55に作用する応力の内水平方向の成分の大きさは、可撓性プレート361を垂直に設けた場合の仮焼結体55に作用する応力の水平方向成分の大きさに比して小さくなる。この結果、三次元造形物Oに対する変形を抑制することが可能となる。 FIG. 5 is a diagram schematically showing the state of stress acting on the flexible plate when the flexible plate is inclined with respect to the upper surface of the base plate. As shown in FIG. 5, when the flexible plate 361 comes into contact with the temporary sintered body 55 while being tilted by the inclination angle from the reference position, the stress S acting on the flexible plate 361 is The portions Sa are distributed in the compression direction with respect to the flexible plate 361. Therefore, the shear stress component Sb acting on the flexible plate 361 becomes smaller than in the case of FIG. 4. Therefore, the bending stress acting on the flexible plate 361 is reduced, and the amount of bending deformation of the flexible plate 361 is reduced. As a result, the effect of suppressing damage to the flexible plate 361 can be obtained compared to the case of FIG. Although the stress S acting on the flexible plate 361 from the temporary sintered body 55 has been described here, the same applies to the stress acting on the temporary sintered body 55 from the flexible plate 361. That is, the magnitude of the horizontal component of the stress acting on the temporary sintered body 55 from the flexible plate 361 is equal to the magnitude of the stress acting on the temporary sintered body 55 when the flexible plate 361 is vertically provided. It becomes smaller compared to the size of the horizontal component. As a result, deformation of the three-dimensional structure O can be suppressed.

図3の例では、スキージ36が1本の可撓性プレート361を備える場合を示したが、図1に示されるように、スキージ36は、2本の可撓性プレート361をX方向に間隔をおいて備えていてもよい。図1の場合で、右方向Rにスキージ36を移動させる場合には、図1中の右側、すなわち進行方向に対して前側の可撓性プレート361が、三次元造形物Oおよび造形用粉末層51に接触し、造形用粉末Aが敷き均される。このとき、進行方向に対して後側の可撓性プレート361は、三次元造形物Oおよび造形用粉末層51に接触しない。また、左方向Lにスキージ36を移動させる場合には、図1中の左側、すなわち進行方向に対して前側の可撓性プレート361が、三次元造形物Oおよび造形用粉末層51に接触し、造形用粉末Aが敷き均される。このとき、進行方向に対して後側の可撓性プレート361は、三次元造形物Oおよび造形用粉末層51に接触しない。このように、右方向Rへの移動時のみだけでなく左方向Lへの移動時にも造形用粉末Aが運ばれ粉末床を均一化する。このため、スキージ36に設ける可撓性プレート361を2本とすることで、可撓性プレート361を1本とする場合に比して、1本当たりの可撓性プレート361による三次元造形物Oおよび造形用粉末層51との接触回数を半分に減らすことができる。つまり、2本の可撓性プレート361を取り付けることで、1本当たりの可撓性プレート361が三次元造形物Oおよび造形用粉末層51と干渉する頻度が減少する。したがって、実施の形態1に係る三次元造形装置1Aの可撓性プレート361の破損を抑制する効果がより一層得られる。 In the example of FIG. 3, the squeegee 36 includes one flexible plate 361, but as shown in FIG. It is also possible to prepare at a later date. In the case of FIG. 1, when moving the squeegee 36 in the right direction R, the flexible plate 361 on the right side in FIG. 51, and the modeling powder A is spread evenly. At this time, the flexible plate 361 on the rear side with respect to the traveling direction does not contact the three-dimensional structure O and the modeling powder layer 51. Furthermore, when moving the squeegee 36 in the left direction L, the flexible plate 361 on the left side in FIG. , the modeling powder A is spread evenly. At this time, the flexible plate 361 on the rear side with respect to the traveling direction does not contact the three-dimensional structure O and the modeling powder layer 51. In this way, the modeling powder A is carried not only when moving in the right direction R but also when moving in the left direction L, thereby making the powder bed uniform. Therefore, by providing two flexible plates 361 on the squeegee 36, compared to the case where only one flexible plate 361 is provided, it is possible to create a three-dimensional structure by using one flexible plate 361. The number of times of contact with O and the modeling powder layer 51 can be reduced by half. In other words, by attaching two flexible plates 361, the frequency that each flexible plate 361 interferes with the three-dimensional structure O and the modeling powder layer 51 is reduced. Therefore, the effect of suppressing damage to the flexible plate 361 of the three-dimensional printing apparatus 1A according to the first embodiment can be further obtained.

また、スキージ36が2本の可撓性プレート361を有することで、1本の可撓性プレート361を有する場合に比して、可撓性プレート361の損傷を抑制することができる。これは同じ積層厚さを得るために必要な可撓性プレート361の長さが、1本の場合より2本の場合の方が短くなるためである。具体的には、YZ面と平行になるように可撓性プレート361を配置した場合に、可撓性プレート361が1本の場合では、左右対称な積層厚さを得るためにプレート保持部362のX軸方向の中心位置に可撓性プレート361が取り付けられるのに対し、可撓性プレート361が2本の場合では、プレート保持部362のX軸方向の中心位置よりX軸方向に幅を持って取り付けられるためである。これによって、スキージ36の移動方向が右方向Rから左方向Lに切り替わるとき、すなわち可撓性プレート361の傾斜角がαから-αとなるように回動部363が回転するときに、可撓性プレート361が造形ボックス31と接触し、可撓性プレート361が変形する量を、1本の場合に比して2本の場合の方が抑制できる。これは、スキージ36の移動方向が左方向Lから右方向Rに切り替わるとき、すなわち可撓性プレート361の傾斜角が-αからαとなるように回動部363が回転するときも同様である。このように、可撓性プレート361の回転動作時に、可撓性プレート361が2本の場合の方が1本の場合に比して、可撓性プレート361が造形ボックス31と接触し、可撓性プレート361が変形する量を抑制できるため、可撓性プレート361の損傷を抑制することができる。なお、スキージ36は、2本以上の可撓性プレート361を備えていてもよい。 Moreover, since the squeegee 36 has two flexible plates 361, damage to the flexible plate 361 can be suppressed compared to the case where the squeegee 36 has one flexible plate 361. This is because the length of the flexible plate 361 required to obtain the same laminated thickness is shorter in the case of two flexible plates than in the case of one. Specifically, when the flexible plate 361 is arranged parallel to the YZ plane, if there is only one flexible plate 361, the plate holding part 362 The flexible plate 361 is attached to the center position in the X-axis direction of This is because it can be held and attached. As a result, when the moving direction of the squeegee 36 switches from the right direction R to the left direction L, that is, when the rotating portion 363 rotates so that the inclination angle of the flexible plate 361 changes from α to -α, the flexible The amount of deformation of the flexible plate 361 caused by contact with the modeling box 31 can be suppressed in the case of two flexible plates 361 compared to the case of one flexible plate. This also applies when the moving direction of the squeegee 36 switches from the left direction L to the right direction R, that is, when the rotating part 363 rotates so that the inclination angle of the flexible plate 361 changes from -α to α. . In this way, when the flexible plate 361 is rotated, the flexible plate 361 comes into contact with the modeling box 31 more easily when there are two flexible plates 361 than when there is only one flexible plate 361. Since the amount by which the flexible plate 361 deforms can be suppressed, damage to the flexible plate 361 can be suppressed. Note that the squeegee 36 may include two or more flexible plates 361.

図6から図8は、可撓性プレートの延在方向に垂直な方向の先端形状の一例を示す断面図である。図6から図8において、可撓性プレート361の厚さ方向の中心を通る線が、破線で示されている。図6から図8に示されるように、可撓性プレート361の断面において、可撓性プレート361の先端形状を可撓性プレート361の中心を通る線に対して対称な形状とすることで、スキージ36の右方向Rに向かう動作および左方向Lに向かう動作のいずれの場合でも均一に粉末床を形成する効果が得られる。また、図6に示されるように、可撓性プレート361の断面形状を長方形の形状とすることで、可撓性プレート361の剛性を向上させることができる。この結果、可撓性プレート361の破損を抑制する効果が得られる。また、図7に示されるように、可撓性プレート361の先端形状を円形状にしてもよいし、図8に示されるように、可撓性プレート361の先端形状を、先端部が楔形状等の鋭利な形状にしてもよい。なお、図6から図8に示される可撓性プレート361の先端形状は一例であり、これらに限定されるものではない。 6 to 8 are cross-sectional views showing an example of the tip shape in a direction perpendicular to the extending direction of the flexible plate. In FIGS. 6 to 8, a line passing through the center of the flexible plate 361 in the thickness direction is indicated by a broken line. As shown in FIGS. 6 to 8, in the cross section of the flexible plate 361, by making the tip shape of the flexible plate 361 symmetrical with respect to the line passing through the center of the flexible plate 361, The effect of uniformly forming a powder bed can be obtained both when the squeegee 36 moves in the right direction R and in the left direction L. Further, as shown in FIG. 6, by making the cross-sectional shape of the flexible plate 361 rectangular, the rigidity of the flexible plate 361 can be improved. As a result, the effect of suppressing damage to the flexible plate 361 can be obtained. Further, as shown in FIG. 7, the tip of the flexible plate 361 may have a circular shape, or as shown in FIG. 8, the tip of the flexible plate 361 may have a wedge-shaped tip. It may also have a sharp shape. Note that the shape of the tip of the flexible plate 361 shown in FIGS. 6 to 8 is an example, and the shape is not limited thereto.

つぎに、上記した三次元造形装置1Aを用いた三次元造形物Oの製造方法について説明する。図9は、実施の形態1に係る三次元造形物の製造方法の処理手順の一例を示すフローチャートである。まず、シャッタ352の開閉により、ホッパ35から所望の粉末供給量の造形用粉末Aを照射領域Cに供給する(ステップS11)。照射領域Cは、造形ボックス31内の昇降ステージ32上に設定され、三次元造形物Oを造形する土台となるベースプレート33上に設けられる。ステップS11の工程は、粉末供給工程に対応する。 Next, a method for manufacturing a three-dimensional structure O using the above-mentioned three-dimensional structure apparatus 1A will be explained. FIG. 9 is a flowchart illustrating an example of the processing procedure of the method for manufacturing a three-dimensional structure according to the first embodiment. First, by opening and closing the shutter 352, a desired amount of powder A for modeling is supplied from the hopper 35 to the irradiation area C (step S11). The irradiation area C is set on the elevating stage 32 in the modeling box 31, and is provided on the base plate 33 that serves as a base for modeling the three-dimensional object O. The process of step S11 corresponds to a powder supply process.

ついで、スキージ移動機構によってスキージ36を移動させることで、ベースプレート33および支持用粉末層50上に造形用粉末Aを敷き均し、造形ボックス31に造形用粉末層51を形成する(ステップS12)。制御部4がスキージ移動機構および回動部363に制御信号を送信することで、スキージ36の作動制御と、回動部363の回動制御と、が実行される。ステップS12の工程は、造形用粉末層形成工程に対応する。 Next, by moving the squeegee 36 using the squeegee moving mechanism, the modeling powder A is spread evenly on the base plate 33 and the supporting powder layer 50, and the modeling powder layer 51 is formed in the modeling box 31 (step S12). The control unit 4 transmits a control signal to the squeegee moving mechanism and the rotating unit 363, thereby controlling the operation of the squeegee 36 and controlling the rotation of the rotating unit 363. The process of step S12 corresponds to a modeling powder layer forming process.

図10は、図9のステップS12の造形用粉末層の形成処理の詳細な手順の一例を示すフローチャートである。また、図11から図14は、三次元造形物の製造方法におけるスキージの状態の一例を示す図である。なお、ここでは、スキージ36の初期位置は、図1において、造形ボックス31のX軸方向の左端にあるものとする。また、初期位置でスキージ36の可撓性プレート361は、基準となる位置からαだけ傾斜した状態にあるものとする。 FIG. 10 is a flowchart showing an example of a detailed procedure for forming the modeling powder layer in step S12 of FIG. Moreover, FIGS. 11 to 14 are diagrams showing an example of the state of the squeegee in the method for manufacturing a three-dimensional structure. It is assumed here that the initial position of the squeegee 36 is at the left end of the modeling box 31 in the X-axis direction in FIG. Further, it is assumed that at the initial position, the flexible plate 361 of the squeegee 36 is inclined by α from the reference position.

まず、図11に示されるように、スキージ移動機構は、可撓性プレート361の傾斜角をαに固定した状態でスキージ36をガイド37に沿って右方向Rに移動させる(ステップS31)。これによって、スキージ36が造形ボックス31の上方を移動し、右端に到達するまでの間に、造形ボックス31の上方に配される造形用粉末Aが敷き均される。 First, as shown in FIG. 11, the squeegee moving mechanism moves the squeegee 36 in the right direction R along the guide 37 while fixing the inclination angle of the flexible plate 361 to α (step S31). As a result, the squeegee 36 moves above the modeling box 31 and the modeling powder A placed above the modeling box 31 is spread evenly until it reaches the right end.

スキージ36が右方向Rの端部に達した後、図12に示されるように、スキージ36の可撓性プレート361の傾斜角が-αとなるように回動部363を回転させる(ステップS32)。つまり、移動方向である左方向Lとは反対側に可撓性プレート361が傾斜角αを有するように回動部363が回転する。その後、図13に示されるように、スキージ移動機構は、可撓性プレート361の傾斜角を-αに固定した状態でスキージ36をガイド37に沿って左方向Lに移動させる(ステップS33)。これによって、スキージ36が造形ボックス31の上方を移動し、左端に到達するまでの間に、造形ボックス31の上方に配される造形用粉末Aが敷き均される。 After the squeegee 36 reaches the end in the right direction R, as shown in FIG. 12, the rotating part 363 is rotated so that the inclination angle of the flexible plate 361 of the squeegee 36 becomes -α (step S32). ). That is, the rotating portion 363 rotates so that the flexible plate 361 has an inclination angle α on the opposite side to the left direction L, which is the moving direction. Thereafter, as shown in FIG. 13, the squeegee moving mechanism moves the squeegee 36 in the left direction L along the guide 37 while fixing the inclination angle of the flexible plate 361 to -α (step S33). As a result, the squeegee 36 moves above the modeling box 31 and the modeling powder A placed above the modeling box 31 is spread evenly until it reaches the left end.

スキージ36が左方向Lの端部、すなわち初期位置に達した後、図14に示されるように、スキージ36の可撓性プレート361の傾斜角がαとなるように回動部363を回転させる(ステップS34)。以上のように、回動部363を粉末供給時に回転させることで、可撓性プレート361の傾斜角の絶対値を往復動作中に一定とすることができる。また、上記した説明では、右方向Rへのスキージ36の移動時と左方向Lへのスキージ36の移動時とにおける可撓性プレート361の傾斜角の絶対値が同じであったが、右方向Rへの移動時と左方向Lへの移動時とで、可撓性プレート361の傾斜角の絶対値を異ならせてもよい。以上で造形用粉末層51の形成処理が終了し、図9に処理が戻る。 After the squeegee 36 reaches the end in the left direction L, that is, the initial position, the rotating part 363 is rotated so that the inclination angle of the flexible plate 361 of the squeegee 36 becomes α, as shown in FIG. (Step S34). As described above, by rotating the rotating part 363 during powder supply, the absolute value of the inclination angle of the flexible plate 361 can be kept constant during the reciprocating operation. Furthermore, in the above explanation, the absolute value of the inclination angle of the flexible plate 361 is the same when the squeegee 36 moves in the right direction R and when the squeegee 36 moves in the left direction L, but The absolute value of the inclination angle of the flexible plate 361 may be made different when moving in the R direction and when moving in the left direction L. With this, the forming process of the modeling powder layer 51 is completed, and the process returns to FIG. 9.

図9に戻り、照射領域Cに対し予熱用電子ビームを照射し、造形用粉末層51を予熱する(ステップS13)。ステップS13の予熱用電子ビームの照射では、三次元造形物Oの造形を行う前に予め粉末材料を加熱するものである。制御部4が電子ビーム出射部2に制御信号を出力することにより、電子銃部21からの電子ビームBの出射と、偏向コイル23による電子ビームBの照射位置の制御と、が行われる。ベースプレート33上の造形用粉末Aに電子ビームBが照射されるので、造形用粉末Aが加熱される。一例では、予備加熱処理では、造形用粉末Aが溶融しない温度で造形用粉末Aが加熱される。なお、予熱用電子ビームの照射は、必要に応じて行われればよい。 Returning to FIG. 9, the irradiation area C is irradiated with a preheating electron beam to preheat the modeling powder layer 51 (step S13). In the irradiation with the preheating electron beam in step S13, the powder material is heated in advance before the three-dimensional structure O is formed. By outputting a control signal from the control section 4 to the electron beam emitting section 2, emission of the electron beam B from the electron gun section 21 and control of the irradiation position of the electron beam B by the deflection coil 23 are performed. Since the modeling powder A on the base plate 33 is irradiated with the electron beam B, the modeling powder A is heated. In one example, in the preheating treatment, the modeling powder A is heated at a temperature at which the modeling powder A does not melt. Note that the irradiation with the preheating electron beam may be performed as necessary.

その後、制御部4は、生成されたスライスデータに基づいて造形用粉末層51に溶融用電子ビームを照射し、1層分の三次元造形物Oを造形する(ステップS14)。一例では、制御部4は、スライスデータに基づいて、造形用粉末Aに対し電子ビームBを照射する造形領域を決定する。そして、制御部4は、造形領域に応じて電子ビーム出射部2から電子ビームBを照射させる。電子ビームBが照射された造形領域の造形用粉末Aは、溶融固化し、電子ビームBが照射されなかった造形用粉末Aとは異なり、三次元造形物Oを構成する一部の層となる。ステップS14の工程は、電子ビーム照射工程に対応する。 Thereafter, the control unit 4 irradiates the modeling powder layer 51 with a melting electron beam based on the generated slice data, thereby modeling one layer of the three-dimensional structure O (step S14). In one example, the control unit 4 determines a modeling region in which the modeling powder A is to be irradiated with the electron beam B, based on the slice data. Then, the control section 4 causes the electron beam B to be irradiated from the electron beam emitting section 2 according to the modeling area. The modeling powder A in the modeling area that was irradiated with the electron beam B melts and solidifies, and unlike the modeling powder A that was not irradiated with the electron beam B, it becomes a part of the layer that constitutes the three-dimensional object O. . The step S14 corresponds to an electron beam irradiation step.

その後、制御部4は、三次元造形物Oの造形が完了したか否かを判定する(ステップS15)。一例では、三次元造形物Oが所望の高さに達していない場合に、造形が完了していないと判定する。 After that, the control unit 4 determines whether or not the modeling of the three-dimensional structure O is completed (step S15). In one example, when the three-dimensional structure O has not reached a desired height, it is determined that the modeling is not completed.

三次元造形物Oの造形が完了していない場合(ステップS15でNoの場合)には、制御部4は、1層分の高さだけ昇降ステージ32を降下させ(ステップS16)、処理がステップS11に戻る。ステップS16の工程は、ステージ降下工程に対応する。そして、三次元造形物Oの全ての層の造形が完了するまで、ステップS11からステップS16までの手順が繰り返される。 If the modeling of the three-dimensional structure O is not completed (No in step S15), the control unit 4 lowers the elevating stage 32 by the height of one layer (step S16), and the process returns to step S15. Return to S11. The step S16 corresponds to a stage lowering step. Then, the procedure from step S11 to step S16 is repeated until all layers of the three-dimensional structure O are completed.

全ての層の造形が完了した場合、すなわち三次元造形物Oの造形が完了した場合(ステップS15でYesの場合)には、制御部4は、三次元造形物Oの製造が完了したと判断し、処理が終了する。 When the modeling of all the layers has been completed, that is, when the modeling of the three-dimensional structure O has been completed (Yes in step S15), the control unit 4 determines that the manufacturing of the three-dimensional structure O has been completed. and the process ends.

実施の形態1では、造形ボックス31に粉末材料を供給した後、鉛直下向きを基準としたときに、可撓性プレート361をスキージ36の移動方向とは逆方向に定められた傾斜角だけ傾斜させた状態で固定したスキージ36を、造形ボックス31上で移動させるようにした。これによって、スキージ36の移動中に、可撓性プレート361が、仮焼結体55または三次元造形物Oと干渉した場合に、仮焼結体55または三次元造形物Oから受ける応力の一部が可撓性プレート361を圧縮させる方向に分散する。このため、可撓性プレート361に働くせん断応力成分が、可撓性プレート361をベースプレート33の上面に対して垂直に固定した場合に比して小さくすることができる。この結果、可撓性プレート361の破損が抑制され、ベースプレート33上に造形用粉末Aが平坦に供給されない状態が生じてしまうことが抑制され、所望の造形用粉末層51を形成することができる。また、可撓性プレート361と三次元造形物Oとの干渉によって、三次元造形物Oに可撓性プレート361から応力が作用するが、三次元造形物Oに水平方向に作用する応力の大きさが、可撓性プレート361をベースプレート33の上面に対して垂直に固定した場合に比して小さくなるので、三次元造形物Oが変形してしまうことも抑制することができる。つまり、スキージ36の破損を抑制しながら、三次元造形物Oの変形も抑制することができるという効果を有する。 In the first embodiment, after supplying the powder material to the modeling box 31, the flexible plate 361 is tilted by a predetermined tilt angle in the direction opposite to the moving direction of the squeegee 36 when the vertically downward direction is a reference. The squeegee 36 fixed in a fixed state is moved on the modeling box 31. This reduces the stress received from the temporary sintered body 55 or the three-dimensional structure O when the flexible plate 361 interferes with the temporary sintered body 55 or the three-dimensional structure O while the squeegee 36 is moving. portions are dispersed in a direction that compresses the flexible plate 361. Therefore, the shear stress component acting on the flexible plate 361 can be made smaller than when the flexible plate 361 is fixed perpendicularly to the upper surface of the base plate 33. As a result, damage to the flexible plate 361 is suppressed, a situation in which the modeling powder A is not evenly supplied onto the base plate 33 is suppressed, and the desired modeling powder layer 51 can be formed. . Furthermore, due to the interference between the flexible plate 361 and the three-dimensional structure O, stress acts on the three-dimensional structure O from the flexible plate 361, but the stress acting on the three-dimensional structure O in the horizontal direction is large. Since the height is smaller than that in the case where the flexible plate 361 is fixed perpendicularly to the upper surface of the base plate 33, deformation of the three-dimensional structure O can also be suppressed. In other words, it is possible to suppress the deformation of the three-dimensional structure O while suppressing damage to the squeegee 36.

実施の形態2.
図15は、実施の形態2に係る三次元造形装置の構成の一例を模式的に示す断面図である。なお、実施の形態1と同一の構成要素には同一の符号を付して、その説明を省略し、異なる部分について説明する。
Embodiment 2.
FIG. 15 is a sectional view schematically showing an example of the configuration of a three-dimensional printing apparatus according to the second embodiment. Note that the same components as those in Embodiment 1 are given the same reference numerals, and the explanation thereof will be omitted, and the different parts will be explained.

三次元造形装置1Bは、チャンバ30内でのスキージ36のX軸方向に沿った移動経路の右端部に第1位置決めピン38aを有し、左端部に第2位置決めピン38bを有する。第1位置決めピン38aおよび第2位置決めピン38bは、チャンバ30内で固定されている。第1位置決めピン38aおよび第2位置決めピン38bは、後述するように、スキージ36の可撓性プレート361の角度を変更させる部材である。 The three-dimensional modeling apparatus 1B has a first positioning pin 38a at the right end of the movement path of the squeegee 36 along the X-axis direction within the chamber 30, and a second positioning pin 38b at the left end. The first positioning pin 38a and the second positioning pin 38b are fixed within the chamber 30. The first positioning pin 38a and the second positioning pin 38b are members that change the angle of the flexible plate 361 of the squeegee 36, as described later.

図16は、実施の形態2に係る三次元造形装置に設けられるスキージの構成の一例を模式的に示す断面図であり、図17は、実施の形態2に係る三次元造形装置に設けられるスキージの構成の一例を示す一部正面図である。スキージ36は、可撓性プレート361と、プレート保持部362と、固定部364と、を有する。 FIG. 16 is a sectional view schematically showing an example of the configuration of a squeegee provided in the three-dimensional printing apparatus according to the second embodiment, and FIG. FIG. 2 is a partial front view showing an example of the configuration. The squeegee 36 includes a flexible plate 361, a plate holding section 362, and a fixing section 364.

プレート保持部362は、可撓性プレート361を保持するとともに、Y軸に平行な回転軸364aを中心に、固定部364に対して回転可能である。プレート保持部362は、チャンバ30内のX軸方向の端部に到達したときに、第1位置決めピン38aまたは第2位置決めピン38bと接触するように、可撓性プレート361とは反対側の方向に延在している。この例では、プレート保持部362は、可撓性プレート361の高さ方向に延在し、中央部分が延在方向の端部よりも幅の狭い括れ部分を有する形状である砂時計状である。プレート保持部362は、Y軸方向におけるプレート保持部362の両端部の括れ部分で、固定部364に回転可能に保持される。プレート保持部362が固定部364に回転可能に保持される位置は、以下では固定位置とも称される。また、プレート保持部362は、Y軸方向における端面に溝部362aを有する。溝部362aは、プレート保持部362の状態を固定するために使用される。なお、ここでは、プレート保持部362の側面形状が砂時計状である場合を例に挙げたが、矩形状等他の形状であってもよい。 The plate holding part 362 holds the flexible plate 361 and is rotatable with respect to the fixed part 364 about a rotation axis 364a parallel to the Y-axis. The plate holding part 362 is arranged in a direction opposite to the flexible plate 361 so that it comes into contact with the first positioning pin 38a or the second positioning pin 38b when it reaches the end in the X-axis direction inside the chamber 30. It extends to In this example, the plate holding portion 362 extends in the height direction of the flexible plate 361, and has an hourglass shape in which the central portion has a constricted portion narrower than the end portions in the extending direction. The plate holding part 362 is rotatably held by the fixing part 364 at constricted portions at both ends of the plate holding part 362 in the Y-axis direction. The position where the plate holding part 362 is rotatably held by the fixed part 364 will also be referred to as a fixed position below. Further, the plate holding portion 362 has a groove portion 362a on the end surface in the Y-axis direction. The groove portion 362a is used to fix the state of the plate holding portion 362. In addition, although the case where the side surface shape of the plate holding part 362 is hourglass-shaped was mentioned here as an example, it may be other shapes, such as a rectangular shape.

固定部364は、ガイド37に支持されるとともに、プレート保持部362のY軸方向の両端部を回転可能に保持する。固定部364は、プレート保持部362を保持する側の側面に、2つの固定ピン364b,364cを有する。固定ピン364b,364cは、プレート保持部362のY軸方向の端面に設けられる溝部362aと嵌合可能である。固定ピン364bは、プレート保持部362の溝部362aに嵌合したときに、可撓性プレート361が、基準となる位置から時計回りに傾斜角αだけ傾いた状態となる位置に設けられる。つまり、固定ピン364bがプレート保持部362の溝部362aに嵌りこんだときに、可撓性プレート361は基準となる位置から傾斜角αだけ傾斜した状態となる。固定ピン364cは、プレート保持部362の溝部362aに嵌合したときに、可撓性プレート361が、基準となる位置から傾斜角-αだけ傾いた状態となる位置に設けられる。つまり、固定ピン364cがプレート保持部362の溝部362aに嵌りこんだときに、可撓性プレート361が基準となる位置から傾斜角-αだけ傾斜した状態となる。固定部364は、プレート保持部362をガイド37に支持させる支持部に対応し、プレート保持部362を固定部364との固定位置を中心に回転可能に保持する。プレート保持部362の溝部362aと、固定部364の固定ピン364b,364cと、は、プレート保持部362を固定部364に固定する固定機構に対応する。 The fixing part 364 is supported by the guide 37 and rotatably holds both ends of the plate holding part 362 in the Y-axis direction. The fixing part 364 has two fixing pins 364b and 364c on the side surface that holds the plate holding part 362. The fixing pins 364b and 364c can fit into a groove 362a provided on the end surface of the plate holding section 362 in the Y-axis direction. The fixing pin 364b is provided at a position where, when the fixing pin 364b is fitted into the groove 362a of the plate holding part 362, the flexible plate 361 is tilted clockwise from the reference position by an inclination angle α. That is, when the fixing pin 364b fits into the groove 362a of the plate holding part 362, the flexible plate 361 is tilted by the tilt angle α from the reference position. The fixing pin 364c is provided at a position where, when the fixing pin 364c is fitted into the groove 362a of the plate holding portion 362, the flexible plate 361 is tilted by an inclination angle −α from the reference position. That is, when the fixing pin 364c fits into the groove 362a of the plate holding part 362, the flexible plate 361 is tilted by the tilt angle -α from the reference position. The fixing part 364 corresponds to a support part that supports the plate holding part 362 on the guide 37, and holds the plate holding part 362 rotatably around the fixed position with the fixing part 364. The groove 362a of the plate holding part 362 and the fixing pins 364b and 364c of the fixing part 364 correspond to a fixing mechanism that fixes the plate holding part 362 to the fixing part 364.

スキージ36が右方向Rに移動する場合には、固定部364の固定ピン364bとプレート保持部362の溝部362aとが嵌合した状態となる。すなわち、可撓性プレート361が移動方向とは逆方向に鉛直方向から傾斜角αだけ回転した状態となる。この状態でスキージ36を右方向Rに移動させると、チャンバ30内の右端付近で、図16に示されるように、チャンバ30内の右端に設けられる第1位置決めピン38aにプレート保持部362が接触する。この状態でスキージ36がさらに右方向Rに移動すると、プレート保持部362に曲げモーメントが作用する。すなわち、プレート保持部362は固定されている第1位置決めピン38aに押され、固定部364との固定位置を中心に反時計回りに回転する力を受ける。そして、さらにスキージ36が右方向Rに移動すると、プレート保持部362の溝部362aから固定部364の固定ピン364bが外れる状態となり、プレート保持部362の溝部362aに、固定部364の固定ピン364cが入り込む。このとき、第1位置決めピン38aはチャンバ30内に固定されており、スキージ36と連動して動くことはない。また、このとき、右方向Rへ移動していたスキージ36は停止する。固定ピン364cが溝部362aに入り込み、接触することで、固定ピン364cとプレート保持部362との間で摩擦力が生じる。この摩擦力によって、可撓性プレート361およびプレート保持部362に作用する重力によるプレート保持部362の回転を抑制し、傾斜角αを保持する効果が得られる。これによって、可撓性プレート361が鉛直方向から傾斜角-αだけ回転した状態となる。以上のように、スキージ36が第1端部である右端に到達し、第1位置決めピン38aと接触したときに、Z軸方向を基準にして右端部側に可撓性プレート361が傾斜角-αで傾斜した状態で固定される。 When the squeegee 36 moves in the right direction R, the fixing pin 364b of the fixing part 364 and the groove part 362a of the plate holding part 362 are in a fitted state. That is, the flexible plate 361 is rotated by an inclination angle α from the vertical direction in a direction opposite to the moving direction. When the squeegee 36 is moved in the right direction R in this state, the plate holder 362 comes into contact with the first positioning pin 38a provided at the right end of the chamber 30 near the right end of the chamber 30, as shown in FIG. do. When the squeegee 36 further moves in the right direction R in this state, a bending moment acts on the plate holding portion 362. That is, the plate holding part 362 is pushed by the fixed first positioning pin 38a and receives a force that rotates counterclockwise around the fixed position with the fixed part 364. Then, when the squeegee 36 further moves in the right direction R, the fixing pin 364b of the fixing part 364 comes off from the groove 362a of the plate holding part 362, and the fixing pin 364c of the fixing part 364 comes into contact with the groove 362a of the plate holding part 362. Get into it. At this time, the first positioning pin 38a is fixed within the chamber 30 and does not move in conjunction with the squeegee 36. Further, at this time, the squeegee 36 that was moving in the right direction R stops. When the fixing pin 364c enters the groove 362a and comes into contact with it, a frictional force is generated between the fixing pin 364c and the plate holding part 362. This frictional force suppresses rotation of the plate holder 362 due to gravity acting on the flexible plate 361 and the plate holder 362, and has the effect of maintaining the inclination angle α. As a result, the flexible plate 361 is rotated by an inclination angle -α from the vertical direction. As described above, when the squeegee 36 reaches the right end, which is the first end, and contacts the first positioning pin 38a, the flexible plate 361 moves toward the right end with an inclination angle of - It is fixed at an angle of α.

この状態でスキージ36を左方向Lに移動させると、チャンバ30内の左端付近で、チャンバ30内の左端に設けられる第2位置決めピン38bにプレート保持部362が接触する。この状態でスキージ36がさらに左方向Lに移動すると、プレート保持部362に曲げモーメントが作用する。すなわち、プレート保持部362は固定されている第2位置決めピン38bに押され、固定部364との固定位置を中心に時計回りに回転する力を受ける。そして、さらにスキージ36が左方向Lに移動すると、プレート保持部362の溝部362aから固定部364の固定ピン364cが外れる状態となり、プレート保持部362の溝部362aに、固定部364の固定ピン364bが入り込む。このとき、第2位置決めピン38bはチャンバ30内に固定されており、スキージ36と連動して動くことはない。また、このとき、左方向Lへ移動していたスキージ36は停止する。固定ピン364bが溝部362aに入り込み、接触することで、固定ピン364bとプレート保持部362との間で摩擦力が生じる。この摩擦力によって、可撓性プレート361およびプレート保持部362に作用する重力によるプレート保持部362の回転を抑制し、傾斜角-αを保持する効果が得られる。これによって、可撓性プレート361が鉛直方向から傾斜角αだけ回転した状態となる。以上のように、スキージ36が第2端部である左端に到達し、第2位置決めピン38bと接触したときに、Z軸方向を基準にして左端部側に可撓性プレート361が傾斜角αで傾斜した状態で固定される。 When the squeegee 36 is moved in the left direction L in this state, the plate holder 362 comes into contact with the second positioning pin 38b provided at the left end of the chamber 30 near the left end of the chamber 30. When the squeegee 36 further moves in the left direction L in this state, a bending moment acts on the plate holding portion 362. That is, the plate holding part 362 is pushed by the fixed second positioning pin 38b and receives a force that rotates clockwise around the fixed position with the fixed part 364. Then, when the squeegee 36 further moves in the left direction L, the fixing pin 364c of the fixing part 364 comes off from the groove 362a of the plate holding part 362, and the fixing pin 364b of the fixing part 364 comes into contact with the groove 362a of the plate holding part 362. Get into it. At this time, the second positioning pin 38b is fixed within the chamber 30 and does not move in conjunction with the squeegee 36. Also, at this time, the squeegee 36 that was moving in the left direction L stops. When the fixing pin 364b enters the groove 362a and comes into contact with it, a frictional force is generated between the fixing pin 364b and the plate holding part 362. This frictional force suppresses rotation of the plate holder 362 due to gravity acting on the flexible plate 361 and the plate holder 362, and has the effect of maintaining the inclination angle -α. As a result, the flexible plate 361 is rotated by the inclination angle α from the vertical direction. As described above, when the squeegee 36 reaches the left end, which is the second end, and contacts the second positioning pin 38b, the flexible plate 361 moves toward the left end with an inclination angle α with respect to the Z-axis direction. It is fixed in a tilted position.

実施の形態1では、回動部363をモータ等のアクチュエータを用いて可撓性プレート361を回転軸363bの回りに回転させていたが、上記したように実施の形態2では、チャンバ30内に取り付けた第1位置決めピン38aおよび第2位置決めピン38bと接触させたときに受ける力によって、プレート保持部362を回転させる。このため、回動部363を回転させるアクチュエータを設けることなく、また定められた傾斜角に保持するための電力を必要としない。なお、傾斜角αを保持する機構は、図16および図17に示される例に限定されない。 In the first embodiment, the flexible plate 361 is rotated around the rotating shaft 363b using the rotating part 363 using an actuator such as a motor, but as described above, in the second embodiment, the flexible plate 361 is rotated around the rotating shaft 363b. The plate holding part 362 is rotated by the force received when it comes into contact with the attached first positioning pin 38a and second positioning pin 38b. Therefore, there is no need to provide an actuator to rotate the rotating portion 363, and no electric power is required to maintain the tilt angle at a predetermined angle. Note that the mechanism for maintaining the inclination angle α is not limited to the examples shown in FIGS. 16 and 17.

実施の形態2による三次元造形装置1Bを用いた三次元造形物Oの製造方法は、基本的には、実施の形態1の図9で説明した手順と同様である。ただし、ステップS12の造形用粉末層51の形成処理の詳細の手順が一部異なる。そこで以下では、造形用粉末層51の形成処理の詳細な手順について説明する。 The method for manufacturing the three-dimensional structure O using the three-dimensional modeling apparatus 1B according to the second embodiment is basically the same as the procedure described in FIG. 9 of the first embodiment. However, the detailed procedure of forming the modeling powder layer 51 in step S12 is partially different. Therefore, detailed procedures for forming the modeling powder layer 51 will be described below.

図18は、図9のステップS12の造形用粉末層の形成処理の詳細な手順の一例を示すフローチャートである。まず、スキージ移動機構は、可撓性プレート361の傾斜角をαに固定した状態でスキージ36をガイド37に沿って右方向Rに移動させる(ステップS51)。つまり、固定部364の固定ピン364bをプレート保持部362の溝部362aに嵌合させた状態で、スキージ移動機構はスキージ36をガイド37に沿って右方向Rに移動させる。これによって、スキージ36が造形ボックス31の上方を移動し、右端に到達するまでの間に、造形ボックス31の上方に配される造形用粉末Aが敷き均される。 FIG. 18 is a flowchart showing an example of a detailed procedure for forming the modeling powder layer in step S12 of FIG. First, the squeegee moving mechanism moves the squeegee 36 in the right direction R along the guide 37 with the inclination angle of the flexible plate 361 fixed at α (step S51). That is, the squeegee moving mechanism moves the squeegee 36 in the right direction R along the guide 37 with the fixing pin 364b of the fixing part 364 fitted into the groove 362a of the plate holding part 362. As a result, the squeegee 36 moves above the modeling box 31 and the modeling powder A placed above the modeling box 31 is spread evenly until it reaches the right end.

スキージ36が右方向Rの端部に達した後、図16に示されるように、スキージ36のプレート保持部362をチャンバ30内に固定されている第1位置決めピン38aと接触させ、固定位置を中心に反時計回りにプレート保持部362を回転させ、可撓性プレート361の傾斜角が基準の位置から-αとなるようにプレート保持部362を固定部364に固定させる(ステップS52)。つまり、プレート保持部362の溝部362aから固定部364の固定ピン364bが外れ、固定ピン364cが入り込む。その後、スキージ移動機構は、可撓性プレート361の傾斜角を-αに固定した状態でスキージ36をガイド37に沿って左方向Lに移動させる(ステップS53)。これによって、スキージ36が造形ボックス31の上方を移動し、左端に到達するまでの間に、造形ボックス31の上方に配される造形用粉末Aが敷き均される。 After the squeegee 36 reaches the end in the right direction R, as shown in FIG. 16, the plate holding part 362 of the squeegee 36 is brought into contact with the first positioning pin 38a fixed in the chamber 30 to fix the fixed position. The plate holder 362 is rotated counterclockwise around the center, and the plate holder 362 is fixed to the fixed part 364 so that the inclination angle of the flexible plate 361 is −α from the reference position (step S52). That is, the fixing pin 364b of the fixing part 364 is removed from the groove 362a of the plate holding part 362, and the fixing pin 364c is inserted. Thereafter, the squeegee moving mechanism moves the squeegee 36 in the left direction L along the guide 37 while fixing the inclination angle of the flexible plate 361 to -α (step S53). As a result, the squeegee 36 moves above the modeling box 31 and the modeling powder A placed above the modeling box 31 is spread evenly until it reaches the left end.

スキージ36が左方向Lの端部、すなわち初期位置に達した後、プレート保持部362をチャンバ30内に固定されている第2位置決めピン38bと接触させ、固定位置を中心に時計回りにプレート保持部362を回転させ、可撓性プレート361の傾斜角が基準の位置からαとなるようにプレート保持部362を固定部364に固定させる(ステップS54)。つまり、プレート保持部362の溝部362aから固定部364の固定ピン364cが外れ、固定ピン364bが入り込む。以上のように、プレート保持部362をX軸方向の両端部で第1位置決めピン38aおよび第2位置決めピン38bと接触させて、プレート保持部362を機械的に回転させ、固定部364の固定ピン364b,364cとプレート保持部362の溝部362aとを嵌合させることで、可撓性プレート361の傾斜角を往復動作中に一定とすることができる。また、上記した説明では、右方向Rへのスキージ36の移動時と左方向Lへのスキージ36の移動時とにおける可撓性プレート361の傾斜角の絶対値が同じであったが、固定ピン364b,364cの位置を変えることで、右方向Rへのスキージ36の移動時と左方向Lへのスキージ36の移動時とで、可撓性プレート361の傾斜角の絶対値を異ならせてもよい。以上で処理が終了し、図9に処理が戻る。 After the squeegee 36 reaches the end in the left direction L, that is, the initial position, the plate holding part 362 is brought into contact with the second positioning pin 38b fixed in the chamber 30, and the plate is held clockwise around the fixed position. The plate holding part 362 is fixed to the fixed part 364 by rotating the part 362 so that the inclination angle of the flexible plate 361 becomes α from the reference position (step S54). That is, the fixing pin 364c of the fixing part 364 is removed from the groove 362a of the plate holding part 362, and the fixing pin 364b is inserted. As described above, the plate holding part 362 is brought into contact with the first positioning pin 38a and the second positioning pin 38b at both ends in the X-axis direction, the plate holding part 362 is mechanically rotated, and the fixed pin of the fixed part 364 is By fitting 364b, 364c into the groove 362a of the plate holding part 362, the inclination angle of the flexible plate 361 can be kept constant during reciprocation. Furthermore, in the above explanation, the absolute value of the inclination angle of the flexible plate 361 is the same when the squeegee 36 moves in the right direction R and when the squeegee 36 moves in the left direction L, but the fixed By changing the positions of 364b and 364c, the absolute value of the inclination angle of the flexible plate 361 can be made different when the squeegee 36 moves in the right direction R and when the squeegee 36 moves in the left direction L. good. This completes the process and returns to FIG. 9.

実施の形態2によっても、実施の形態1と同様の効果を得ることができる。 The second embodiment can also provide the same effects as the first embodiment.

実施の形態3.
実施の形態1では、可撓性プレート361が定められた傾斜角となるように回動部363をモータ等のアクチュエータを用いて回動させ、可撓性プレート361が傾斜角を保持した状態でスキージ36を駆動させていた。実施の形態3では、制御部4が可撓性プレート361の傾斜角を造形処理中に制御しながら三次元造形物Oを製造する場合を説明する。
Embodiment 3.
In the first embodiment, the rotating part 363 is rotated using an actuator such as a motor so that the flexible plate 361 has a predetermined inclination angle, and the flexible plate 361 maintains the inclination angle. The squeegee 36 was being driven. In Embodiment 3, a case will be described in which the control unit 4 manufactures the three-dimensional structure O while controlling the inclination angle of the flexible plate 361 during the modeling process.

実施の形態3に係る三次元造形装置1Aの構成は、実施の形態1で説明したものと同様であるが、制御部4は、実施の形態1とは異なり、以下に示す機能をさらに有する。つまり、制御部4は、造形ボックス31に造形用粉末Aを供給した後のスキージ36を用いた造形用粉末層51の形成処理の際に、スキージ移動機構を構成するアクチュエータがスキージ36をガイド37に沿って移動させているときの負荷を取得し、負荷が定められた基準値よりも大きい場合に、負荷が基準値よりも小さくなるように傾斜角の絶対値を増加させる。基準値は、可撓性プレート361の破損の可能性がある負荷の値である。制御部4は、アクチュエータから出力される駆動電流の値を負荷に用いることができる。 The configuration of the three-dimensional modeling apparatus 1A according to the third embodiment is the same as that described in the first embodiment, but the control unit 4, unlike the first embodiment, further has the following functions. That is, the control unit 4 controls the actuator constituting the squeegee moving mechanism to move the squeegee 36 to the guide 37 during the forming process of the modeling powder layer 51 using the squeegee 36 after supplying the modeling powder A to the modeling box 31 Obtain the load during movement along the slope, and if the load is larger than a predetermined reference value, increase the absolute value of the inclination angle so that the load becomes smaller than the reference value. The reference value is a load value that may cause damage to the flexible plate 361. The control unit 4 can use the value of the drive current output from the actuator as the load.

また、制御部4は、傾斜角の絶対値を増加させたことによって変化した造形用粉末層51の厚さと、造形された三次元造形物Oの高さと、三次元造形物Oの残りの高さと、を算出し、さらに残りの造形層数を算出する。制御部4は、まだ造形されていない部分の三次元造形物Oの三次元CADデータを残りの造形層数に基づいて再分割してスライスデータを生成する。 The control unit 4 also controls the thickness of the modeling powder layer 51 that has changed by increasing the absolute value of the inclination angle, the height of the three-dimensional structure O that has been modeled, and the remaining height of the three-dimensional structure O. Then, the remaining number of modeling layers is calculated. The control unit 4 generates slice data by redividing the three-dimensional CAD data of the three-dimensional structure O in the portion that has not been modeled yet based on the number of remaining modeling layers.

つぎに、三次元造形物Oの製造方法について説明する。図19および図20は、実施の形態3に係る三次元造形物の製造方法の処理手順の一例を示すフローチャートである。まず、シャッタ352の開閉により、ホッパ35から所望の粉末供給量の造形用粉末Aを照射領域Cに供給する(ステップS71)。ステップS71の工程は、粉末供給工程に対応する。ついで、スキージ移動機構のアクチュエータによってスキージ36を移動させることで、ベースプレート33および支持用粉末層50上に造形用粉末Aを敷き均し、造形ボックス31に造形用粉末層51を形成する(ステップS72)。ステップS72の工程は、造形用粉末層形成工程に対応する。なお、最初に設定される可撓性プレート361の傾斜角は、基準の傾斜角αとされる。 Next, a method for manufacturing the three-dimensional structure O will be explained. 19 and 20 are flowcharts illustrating an example of the processing procedure of the method for manufacturing a three-dimensional structure according to the third embodiment. First, by opening and closing the shutter 352, a desired amount of powder A for modeling is supplied from the hopper 35 to the irradiation area C (step S71). The process of step S71 corresponds to a powder supply process. Next, by moving the squeegee 36 by the actuator of the squeegee moving mechanism, the modeling powder A is spread evenly on the base plate 33 and the supporting powder layer 50, and the modeling powder layer 51 is formed in the modeling box 31 (step S72 ). The process of step S72 corresponds to a modeling powder layer forming process. Note that the inclination angle of the flexible plate 361 that is initially set is the reference inclination angle α.

その後、制御部4は、スキージ移動機構のアクチュエータから出力される駆動電流の値を取得する(ステップS73)。アクチュエータから出力される駆動電流の大きさは、可撓性プレート361、すなわちスキージ36が受ける負荷を間接的に表していると考えられる。制御部4は、出力された駆動電流の値が定められた基準値以上であるかを判定する(ステップS74)。基準値は、過去の実験結果に基づいて、可撓性プレート361が破損したまたは三次元造形物Oが破損した場合の駆動電流の最小値である。一例では、基準値は、過去の実験結果に基づいて、駆動電流の値、可撓性プレート361の状態、造形用粉末層51の外観および厚みの均一性等を含む複数の情報に基づいて定められる。 After that, the control unit 4 acquires the value of the drive current output from the actuator of the squeegee moving mechanism (step S73). It is considered that the magnitude of the drive current output from the actuator indirectly represents the load that the flexible plate 361, that is, the squeegee 36 receives. The control unit 4 determines whether the value of the output drive current is greater than or equal to a predetermined reference value (step S74). The reference value is the minimum value of the drive current when the flexible plate 361 is damaged or the three-dimensional structure O is damaged, based on past experimental results. In one example, the reference value is determined based on a plurality of pieces of information, including the value of the drive current, the state of the flexible plate 361, the appearance of the modeling powder layer 51, the uniformity of the thickness, etc., based on past experimental results. It will be done.

駆動電流の値が基準値以上である場合(ステップS74でYesの場合)には、スキージ36に負荷がかかり可撓性プレート361が破損する可能性があると判断し、制御部4は、スキージ移動機構を介して、スキージ36を一時停止させる(ステップS75)。その後、制御部4は、スキージ移動機構を介して、駆動開始位置までスキージ36を移動させる(ステップS76)。さらに、制御部4は、現在の傾斜角よりも絶対値を増加させた傾斜角α1とする(ステップS77)。これは、図5に示したように、傾斜角の絶対値を増加させることで、可撓性プレート361に作用する曲げ応力を小さくすることができるためである。これによって、傾斜角の絶対値を増加させる前に比してスキージ36の駆動電流を小さくすることが可能となる。 If the value of the drive current is equal to or greater than the reference value (Yes in step S74), it is determined that there is a possibility that the squeegee 36 is overloaded and the flexible plate 361 is damaged, and the control unit 4 The squeegee 36 is temporarily stopped via the moving mechanism (step S75). After that, the control unit 4 moves the squeegee 36 to the drive start position via the squeegee moving mechanism (step S76). Further, the control unit 4 sets the tilt angle α1 to be a tilt angle α1 whose absolute value is increased from the current tilt angle (step S77). This is because, as shown in FIG. 5, by increasing the absolute value of the inclination angle, the bending stress acting on the flexible plate 361 can be reduced. This makes it possible to reduce the drive current for the squeegee 36 compared to before increasing the absolute value of the inclination angle.

傾斜角の絶対値を増加させた後、制御部4は、現在の傾斜角α1が造形用粉末層51を形成することができる傾斜角の上限である上限傾斜角γ以上であるかを判定する(ステップS78)。上限傾斜角γは、過去の実験結果に基づき、造形用粉末層51を形成できなかった場合に関する複数の情報に基づいて定められる。現在の傾斜角α1が上限傾斜角γ以上である場合(ステップS78でYesの場合)には、可撓性プレート361の現在の傾斜角α1では造形用粉末層51を形成することができないので、処理が終了する。また、現在の傾斜角α1が上限傾斜角γ未満である場合(ステップS78でNoの場合)には、ステップS74で駆動電流の値が基準値未満となるまで、ステップS71からステップS77までの処理が繰り返し実行される。 After increasing the absolute value of the inclination angle, the control unit 4 determines whether the current inclination angle α1 is greater than or equal to the upper limit inclination angle γ, which is the upper limit of the inclination angle at which the modeling powder layer 51 can be formed. (Step S78). The upper limit inclination angle γ is determined based on past experimental results and a plurality of pieces of information regarding the case where the modeling powder layer 51 could not be formed. If the current inclination angle α1 is greater than or equal to the upper limit inclination angle γ (Yes in step S78), it is not possible to form the modeling powder layer 51 with the current inclination angle α1 of the flexible plate 361. Processing ends. Further, if the current tilt angle α1 is less than the upper limit tilt angle γ (No in step S78), the processes from step S71 to step S77 are performed until the value of the drive current becomes less than the reference value in step S74. is executed repeatedly.

ステップS74で駆動電流の値が基準値未満である場合(ステップS74でNoの場合)には、ステップS72で現在の傾斜角の絶対値を増加させることなくスキージ36を移動させ、造形ボックス31上に造形用粉末層51が形成される状態となる。 If the drive current value is less than the reference value in step S74 (No in step S74), the squeegee 36 is moved without increasing the absolute value of the current tilt angle in step S72, and A state is reached in which a modeling powder layer 51 is formed.

ついで、照射領域Cに対し予熱用電子ビームを照射し、造形用粉末層51を予熱する(ステップS79)。その後、制御部4は、生成されたスライスデータに基づいて造形用粉末層51に溶融用電子ビームを照射し、三次元造形物Oを1層分造形する(ステップS80)。ステップS80の工程は、電子ビーム照射工程に対応する。以上により、三次元造形物Oの1層分が造形される。 Next, the irradiation area C is irradiated with a preheating electron beam to preheat the modeling powder layer 51 (step S79). Thereafter, the control unit 4 irradiates the modeling powder layer 51 with a melting electron beam based on the generated slice data, thereby modeling one layer of the three-dimensional structure O (step S80). The process of step S80 corresponds to an electron beam irradiation process. Through the above steps, one layer of the three-dimensional structure O is modeled.

その後、制御部4は、基準の傾斜角αと現在の傾斜角α1とから、上記の処理で形成した造形用粉末層51の厚さを算出する(ステップS81)。図21および図22は、傾斜角をαからα1に変化させたときの造形用粉末層の厚さの変化量を算出する方法の一例を示す図である。可撓性プレート361が基準の傾斜角αで傾斜している場合には、図21に示されるように、スキージ36の移動によって形成された造形用粉末層51は基準の厚さdとなる。ここでdは造形用粉末Aの粒径に左右される。上述の通り、造形用粉末Aには、20μm以上150μm程度以下の粒径の粉末が用いられることが多いため、dの範囲は20μm以上150μm以下であることが望ましいが、これに限定されない。 After that, the control unit 4 calculates the thickness of the modeling powder layer 51 formed by the above process from the reference inclination angle α and the current inclination angle α1 (step S81). FIGS. 21 and 22 are diagrams showing an example of a method for calculating the amount of change in the thickness of the modeling powder layer when the inclination angle is changed from α to α1. When the flexible plate 361 is tilted at the standard inclination angle α, as shown in FIG. 21, the modeling powder layer 51 formed by the movement of the squeegee 36 has the standard thickness d. Here, d depends on the particle size of the modeling powder A. As described above, the modeling powder A often uses powder with a particle size of about 20 μm or more and about 150 μm or less, so the range of d is preferably 20 μm or more and 150 μm or less, but is not limited thereto.

図22に示されるように、可撓性プレート361の傾斜角をαからα1に増加させた場合には、スキージ36の移動によって形成された造形用粉末層51の厚さは基準の厚さdよりも大きいd1となる。形成された造形用粉末層51の厚さの変化量Δdは、次式(1)に示されるように、造形用粉末層51の傾斜角α1のときの厚さd1と、基準の厚さdを用いて表される。また、可撓性プレート361の長さをLとすると、ベースプレート33の上面または直前に形成した造形用粉末層51の上面と、可撓性プレート361のプレート保持部362における付け根部分と、の間のZ軸方向の距離は、傾斜角を変えても同じであるので、次式(2)が成り立つ。(1)式および(2)式を用いて、造形用粉末層51の厚さの変化量Δdは、次式(3)で表される。そして、基準となる厚さdに厚さの変化量Δdを加えることで、現在の傾斜角α1での造形用粉末層51の厚さを求めることができる。 As shown in FIG. 22, when the inclination angle of the flexible plate 361 is increased from α to α1, the thickness of the modeling powder layer 51 formed by the movement of the squeegee 36 is the standard thickness d. d1 is larger than . The amount of change Δd in the thickness of the formed powder layer 51 for modeling is, as shown in the following formula (1), the thickness d1 when the inclination angle α1 of the powder layer 51 for modeling and the reference thickness d. It is expressed using Furthermore, if the length of the flexible plate 361 is L, then the gap between the top surface of the base plate 33 or the top surface of the modeling powder layer 51 formed immediately before and the base of the flexible plate 361 in the plate holding part 362 Since the distance in the Z-axis direction is the same even if the inclination angle is changed, the following equation (2) holds true. Using equations (1) and (2), the amount of change Δd in the thickness of the modeling powder layer 51 is expressed by the following equation (3). Then, by adding the thickness variation Δd to the reference thickness d, the thickness of the modeling powder layer 51 at the current inclination angle α1 can be determined.

Δd=d1-d ・・・(1)
d1+Lcosα1=d+Lcosα ・・・(2)
Δd=L(cosα-cosα1) ・・・(3)
Δd=d1-d...(1)
d1+Lcosα1=d+Lcosα...(2)
Δd=L(cosα−cosα1) (3)

図20に戻り、制御部4は、算出した現在の傾斜角α1における造形用粉末層51の厚さから、残りの三次元造形物Oの高さを算出し(ステップS82)、三次元造形物Oにおいて、まだ造形されていない三次元造形物Oのスライスデータを再生成する(ステップS83)。具体的には、制御部4は、形成された造形用粉末層51の変化量Δdを記録しておき、基準となる厚さdと、造形用粉末層51の変化量Δdと、造形した総数と、から、現在までに造形された造形用粉末層51の高さ、すなわち現在までに製造された三次元造形物Oの高さを求めることができる。制御部4は、目標となる三次元造形物Oの高さから現在までに製造された三次元造形物Oの高さを引くことによって、残りの三次元造形物Oの高さを求めることができる。また、制御部4は、目標の三次元造形物Oを得るために必要な残りの造形層数Nlayerを次式(4)に基づいて算出する。ただし、三次元造形物Oの高さをHで表すものとし、三次元モデル上の三次元造形物Oの高さをHmodelとし、現在までに造形された三次元造形物Oの高さをHcurrentとし、現在の積層厚さをdcurrentと表すものとする。 Returning to FIG. 20, the control unit 4 calculates the height of the remaining three-dimensional structure O from the thickness of the modeling powder layer 51 at the calculated current inclination angle α1 (step S82), and In O, slice data of the three-dimensional structure O that has not yet been modeled is regenerated (step S83). Specifically, the control unit 4 records the amount of change Δd of the formed powder layer for modeling 51, and records the reference thickness d, the amount of change Δd of the powder layer for modeling 51, and the total number of models. From , the height of the modeling powder layer 51 that has been modeled up to now, that is, the height of the three-dimensional structure O that has been manufactured up to now can be determined. The control unit 4 can obtain the heights of the remaining three-dimensional structures O by subtracting the heights of the three-dimensional structures O manufactured to date from the height of the target three-dimensional structures O. can. Further, the control unit 4 calculates the remaining number of modeling layers N layer required to obtain the target three-dimensional structure O based on the following equation (4). However, the height of the three-dimensional structure O is expressed as H, the height of the three-dimensional structure O on the three-dimensional model is H model , and the height of the three-dimensional structure O that has been modeled up to now is Let H current be expressed, and the current lamination thickness be expressed as d current .

layer=(Hmodel-Hcurrent)/dcurrent ・・・(4) N layer = (H model - H current )/d current ... (4)

制御部4は、三次元造形物Oにおいて、まだ造形されていない三次元造形物Oの三次元CADデータを、(4)式で算出した残りの造形層数Nlayerに基づいて再分割し、スライスデータを再生成する。このように、残りの造形層数Nlayerを算出し、スライスデータを再生成することで、造形途中で傾斜角を変化させ、1層あたりの造形用粉末層51の厚さが増加した場合においても、所望の高さの三次元造形物Oを得ることができる。 The control unit 4 re-divides the 3D CAD data of the 3D object O that has not yet been modeled based on the remaining number of building layers N layer calculated by equation (4), Regenerate slice data. In this way, by calculating the remaining number of modeling layers Nlayer and regenerating the slice data, even if the inclination angle is changed during modeling and the thickness of the modeling powder layer 51 per layer increases. Also, it is possible to obtain a three-dimensional structure O with a desired height.

制御部4は、三次元造形物Oの造形が完了したか否かを判定する(ステップS84)。一例では、三次元造形物Oが所望の高さに達していない場合に、造形が完了していないと判定する。三次元造形物Oの造形が完了していない場合(ステップS84でNoの場合)には、制御部4は、1層分の高さだけ昇降ステージ32を降下させる(ステップS85)。この場合、現在の積層厚さdcurrent=d+Δdだけ、昇降ステージ32を降下させる。ステップS85の工程は、ステージ降下工程に対応する。そして、処理がステップS71に戻る。そして、三次元造形物Oの全ての層の造形が完了するまで、ステップS71からステップS84までの手順が繰り返される。 The control unit 4 determines whether modeling of the three-dimensional structure O is completed (step S84). In one example, when the three-dimensional structure O has not reached a desired height, it is determined that the modeling is not completed. If the modeling of the three-dimensional structure O is not completed (No in step S84), the control unit 4 lowers the elevating stage 32 by the height of one layer (step S85). In this case, the elevating stage 32 is lowered by the current lamination thickness d current =d+Δd. The step S85 corresponds to a stage lowering step. Then, the process returns to step S71. Then, the procedure from step S71 to step S84 is repeated until all layers of the three-dimensional structure O are completed.

全ての層の造形が完了した場合、すなわち三次元造形物Oの造形が完了した場合(ステップS84でYesの場合)には、制御部4は、三次元造形物Oの製造が完了したと判断し、処理が終了する。 When the modeling of all the layers has been completed, that is, when the modeling of the three-dimensional structure O has been completed (Yes in step S84), the control unit 4 determines that the manufacturing of the three-dimensional structure O has been completed. and the process ends.

実施の形態3では、制御部4は、造形処理中にスキージ36をガイド37に沿って移動させているときのスキージ移動機構の負荷を取得し、負荷の大きさから可撓性プレート361の破損の可能性を判定する。制御部4は、可撓性プレート361の破損の可能性がある場合には、傾斜角の絶対値を増加させる。また制御部4は、傾斜角の絶対値を増加させたことによる造形用粉末層51の厚さの変化に対応して、造形されていない三次元造形物Oについてのスライスデータを再生成する。具体的には、制御部4は、傾斜角の絶対値を増加させたことによって変化した造形用粉末層51の厚さと、造形された三次元造形物Oの高さと、三次元造形物Oの残りの高さと、を算出し、さらに残りの造形層数を算出する。そして、制御部4は、まだ造形されていない部分の三次元造形物Oの三次元CADデータを残りの造形層数に基づいて再分割してスライスデータを再生成する。これによって、可撓性プレート361の破損および三次元造形物Oの破損を抑制することができる。また、造形用粉末層51の厚さが変化した場合に、スライスデータを変更しない場合には、三次元造形物Oの形状が目標の三次元造形物Oから変化してしまうが、実施の形態3では、造形用粉末層51の厚さの変化による三次元造形物Oの形状の変化を抑制することができる。 In the third embodiment, the control unit 4 acquires the load on the squeegee moving mechanism while moving the squeegee 36 along the guide 37 during the modeling process, and determines whether the flexible plate 361 is damaged based on the magnitude of the load. Determine the possibility of The control unit 4 increases the absolute value of the inclination angle when there is a possibility of damage to the flexible plate 361. Furthermore, the control unit 4 regenerates slice data for the three-dimensional structure O that has not been modeled in response to the change in the thickness of the modeling powder layer 51 due to the increase in the absolute value of the inclination angle. Specifically, the control unit 4 controls the thickness of the modeling powder layer 51 changed by increasing the absolute value of the inclination angle, the height of the three-dimensional structure O, and the height of the three-dimensional structure O. The remaining height is calculated, and the remaining number of modeling layers is also calculated. Then, the control unit 4 re-divides the three-dimensional CAD data of the three-dimensional structure O in the portion that has not yet been modeled based on the remaining number of modeling layers to regenerate slice data. Thereby, damage to the flexible plate 361 and damage to the three-dimensional structure O can be suppressed. Further, when the thickness of the modeling powder layer 51 changes and the slice data is not changed, the shape of the three-dimensional structure O changes from the target three-dimensional structure O. However, according to the embodiment 3, it is possible to suppress changes in the shape of the three-dimensional structure O due to changes in the thickness of the modeling powder layer 51.

実施の形態4.
実施の形態3では、制御部4は、造形中に可撓性プレート361の破損の可能性がある場合に、傾斜角の絶対値を増加させるように制御し、傾斜角の絶対値を増加させることによる造形用粉末層51の厚さの変化に応じて、スライスデータを再生成した。しかし、実施の形態3では、造形用粉末層51の厚さの変化による電子ビームBの照射条件、具体的には電子ビームBの投入熱量については変更していない。実施の形態4では、造形用粉末層51の厚さの変化による電子ビームBの照射条件の制御を行う場合について説明する。
Embodiment 4.
In the third embodiment, when there is a possibility of damage to the flexible plate 361 during modeling, the control unit 4 controls to increase the absolute value of the tilt angle, and increases the absolute value of the tilt angle. The slice data was regenerated depending on the change in the thickness of the modeling powder layer 51. However, in the third embodiment, the irradiation conditions of the electron beam B due to the change in the thickness of the modeling powder layer 51, specifically the amount of heat input to the electron beam B, are not changed. In Embodiment 4, a case will be described in which the irradiation conditions of the electron beam B are controlled by changing the thickness of the modeling powder layer 51.

実施の形態4に係る三次元造形装置1Aの構成は、実施の形態3で説明したものと同様であるが、制御部4は、実施の形態3とは異なり、以下に示す機能をさらに有する。つまり、制御部4は、可撓性プレート361の傾斜角の絶対値を増加させ、造形用粉末層51の厚さの変化による予熱用電子ビームおよび溶融用電子ビームの照射条件を再計算する。そして、制御部4は、再計算した予熱用電子ビームおよび溶融用電子ビームの照射条件に従って、電子ビームBの照射を行う。 The configuration of the three-dimensional printing apparatus 1A according to the fourth embodiment is similar to that described in the third embodiment, but the control unit 4, unlike the third embodiment, further has the following functions. That is, the control unit 4 increases the absolute value of the inclination angle of the flexible plate 361 and recalculates the irradiation conditions of the preheating electron beam and the melting electron beam based on the change in the thickness of the modeling powder layer 51. Then, the control unit 4 performs irradiation with the electron beam B according to the recalculated irradiation conditions for the preheating electron beam and the melting electron beam.

つぎに、三次元造形物Oの製造方法について説明する。図23は、実施の形態4に係る三次元造形物の製造方法の処理手順の一例を示すフローチャートである。なお、ステップS71からステップS78までは図19と同一であるので、図示を省略している。また、図20と同一の処理には同一のステップ番号を付して、その説明を省略する。ステップS71からステップS78までは、実施の形態3と同一であり、造形処理中にスキージ移動機構を構成するアクチュエータから出力される駆動電流が基準値未満となるまで、傾斜角の絶対値を増加させる処理を行う。 Next, a method for manufacturing the three-dimensional structure O will be explained. FIG. 23 is a flowchart illustrating an example of the processing procedure of the method for manufacturing a three-dimensional structure according to the fourth embodiment. Note that steps S71 to S78 are the same as those in FIG. 19, so illustration is omitted. Further, the same step numbers are given to the same processes as in FIG. 20, and the description thereof will be omitted. Steps S71 to S78 are the same as in the third embodiment, and the absolute value of the inclination angle is increased until the drive current output from the actuator that constitutes the squeegee movement mechanism becomes less than the reference value during the modeling process. Perform processing.

ステップS74で、駆動電流が基準値未満の場合(ステップS74でNoの場合)には、制御部4は、傾斜角の絶対値を増加させたことにより形成された1層の造形用粉末層51の厚さの増加量Δdを算出する(ステップS91)。造形用粉末層51の厚さの増加量Δdは、(1)式から(3)式を用いて算出される。また、制御部4は、造形用粉末層51の厚さの増加に伴う予熱用電子ビームの投入熱量の増加量を算出する(ステップS92)。算出方法については、過去の実験結果に基づいて算出する方法、予め制御部4に入力した材料物性に基づいて算出する方法等が挙げられるが、これらに限定されない。予熱用電子ビームの投入熱量を増加させる方法には、予熱時の電子ビームBの電流、電圧または照射時間を増加させる方法が挙げられるが、これらに限定されない。 In step S74, if the drive current is less than the reference value (No in step S74), the control unit 4 controls the one-layer modeling powder layer 51 formed by increasing the absolute value of the inclination angle. The amount of increase Δd in the thickness of is calculated (step S91). The amount of increase Δd in the thickness of the modeling powder layer 51 is calculated using equations (1) to (3). Further, the control unit 4 calculates the amount of increase in the amount of heat input to the preheating electron beam due to the increase in the thickness of the modeling powder layer 51 (step S92). Examples of the calculation method include, but are not limited to, a method of calculating based on past experimental results, a method of calculating based on material properties inputted to the control unit 4 in advance, and the like. Methods for increasing the amount of heat input to the preheating electron beam include, but are not limited to, methods for increasing the current, voltage, or irradiation time of the electron beam B during preheating.

ついで、制御部4は、造形用粉末層51の厚さの増加に伴う溶融用電子ビームの投入熱量の増加量を算出する(ステップS93)。算出方法については、過去の実験結果に基づいて算出する方法、予め制御部4に入力した材料物性に基づき算出する方法等が挙げられるが、これらに限定されない。溶融用電子ビームの投入熱量を増加させる方法には、溶融時の電子ビームBの電流または電圧を増加させる方法、溶融時の電子ビームBの走査速度を減少させる方法等が挙げられるが、これらに限定されない。 Next, the control unit 4 calculates the amount of increase in the amount of heat input by the melting electron beam due to the increase in the thickness of the modeling powder layer 51 (step S93). Examples of the calculation method include, but are not limited to, a method of calculating based on past experimental results, a method of calculating based on material physical properties input into the control unit 4 in advance, and the like. Methods for increasing the amount of heat input into the melting electron beam include increasing the current or voltage of the electron beam B during melting, decreasing the scanning speed of the electron beam B during melting, etc. Not limited.

その後は、図20のステップS79以降の処理が実行される。ただし、ステップS79では、ステップS92で算出した予熱用電子ビームの投入熱量の増加量を用いて補正した予熱用電子ビームが用いられる。また、ステップS80では、ステップS93で算出した溶融用電子ビームの投入熱量の増加量を用いて補正した溶融用電子ビームが用いられる。 After that, the processes from step S79 in FIG. 20 are executed. However, in step S79, the preheating electron beam corrected using the increase in the input heat amount of the preheating electron beam calculated in step S92 is used. Further, in step S80, the melting electron beam corrected using the increase in the input heat amount of the melting electron beam calculated in step S93 is used.

実施の形態4では、制御部4は、傾斜角の絶対値を増加させたことによる造形用粉末層51の厚さの変化に伴う電子ビームBの投入熱量の増加量を算出し、算出した投入熱量の増加量を用いて補正した電子ビームBを照射するように電子ビーム出射部2を制御する。これによって、造形用粉末層51の厚さが変化した場合でも、造形用粉末層51に一定の入熱を与えることができ、造形品質を安定させることができる。 In the fourth embodiment, the control unit 4 calculates the amount of increase in the input heat amount of the electron beam B due to the change in the thickness of the modeling powder layer 51 due to the increase in the absolute value of the inclination angle, and calculates the amount of increase in the amount of input heat of the electron beam B. The electron beam emitting unit 2 is controlled so as to irradiate the electron beam B corrected using the amount of increase in heat amount. Thereby, even if the thickness of the modeling powder layer 51 changes, a constant heat input can be given to the modeling powder layer 51, and the modeling quality can be stabilized.

実施の形態5.
実施の形態4では、傾斜角の制御に加え、電子ビームBの制御を追加したが、傾斜角を変えて形成された造形用粉末層51の1層の厚さが増加することで、生成されるスライスデータ数が減少し、三次元造形物Oの寸法精度が低下する可能性がある。そこで、実施の形態5では、三次元造形物Oの寸法精度の低下を実施の形態4の場合に比して抑制することができる三次元造形装置1Aおよび三次元造形物Oの製造方法について説明する。
Embodiment 5.
In Embodiment 4, control of the electron beam B is added in addition to control of the tilt angle, but the thickness of one layer of the modeling powder layer 51 formed by changing the tilt angle increases, so There is a possibility that the number of slice data to be used is reduced, and the dimensional accuracy of the three-dimensional structure O is reduced. Therefore, in Embodiment 5, a description will be given of a 3D printing apparatus 1A and a method for manufacturing the 3D structure O, which can suppress a decrease in the dimensional accuracy of the 3D structure O compared to the case of Embodiment 4. do.

実施の形態5に係る三次元造形装置1Aの構成は、実施の形態4で説明したものと同様であるが、制御部4は、実施の形態4とは異なり、以下に示す機能をさらに有する。つまり、制御部4は、1層の造形用粉末層51による造形層の造形が終了した後、すなわち電子ビームBを照射した後、傾斜角が基準の傾斜角αとは異なる場合に、傾斜角を基準の傾斜角αに戻すとともに、スライスデータを再生成する。スライスデータの再生成は、実施の形態3で説明したものと同様の手順で行うことができる。 The configuration of the three-dimensional modeling apparatus 1A according to the fifth embodiment is similar to that described in the fourth embodiment, but the control unit 4, unlike the fourth embodiment, further has the following functions. That is, after the modeling of the modeling layer by one layer of modeling powder layer 51 is completed, that is, after irradiation with the electron beam B, the control unit 4 controls the inclination angle when the inclination angle is different from the reference inclination angle α. is returned to the standard inclination angle α, and the slice data is regenerated. Slice data can be regenerated using the same procedure as described in the third embodiment.

つぎに、三次元造形物Oの製造方法について説明する。図24は、実施の形態5に係る三次元造形物の製造方法の処理手順の一例を示すフローチャートである。なお、ステップS71からステップS78までは図19と同一であるので、図示を省略している。また、図23と同一の処理には同一のステップ番号を付して、その説明を省略する。ステップS71からステップS82までは、実施の形態4と同一である。ステップS82で残りの三次元造形物Oの高さを算出した後、制御部4は、現在の傾斜角が基準の傾斜角αと異なるかを判定する(ステップS111)。傾斜角が基準の傾斜角αである場合(ステップS111でNoの場合)には、処理がステップS84に進む。 Next, a method for manufacturing the three-dimensional structure O will be explained. FIG. 24 is a flowchart illustrating an example of the processing procedure of the method for manufacturing a three-dimensional structure according to the fifth embodiment. Note that steps S71 to S78 are the same as those in FIG. 19, so illustration is omitted. Further, the same steps as those in FIG. 23 are given the same step numbers, and the description thereof will be omitted. Steps S71 to S82 are the same as in the fourth embodiment. After calculating the height of the remaining three-dimensional structure O in step S82, the control unit 4 determines whether the current tilt angle is different from the reference tilt angle α (step S111). If the inclination angle is the reference inclination angle α (No in step S111), the process proceeds to step S84.

傾斜角が基準の傾斜角αと異なる場合(ステップS111でYesの場合)には、制御部4は、傾斜角を基準の傾斜角αに戻す(ステップS112)。その後、制御部4は、目標の三次元造形物Oを得るために必要な残りの造形層数を算出し、ステップS82で算出した残りの三次元造形物Oの高さと合わせ、スライスデータを再生成する(ステップS113)。具体的には、三次元モデル上の三次元造形物Oの高さをHmodelとし、現在までに造形された三次元造形物Oの高さをHcurrentとし、基準の積層厚さをdとすると目標の三次元造形物Oを得るために必要な残りの造形層数Nlayerは次式(5)で表される。 If the inclination angle is different from the reference inclination angle α (Yes in step S111), the control unit 4 returns the inclination angle to the reference inclination angle α (step S112). After that, the control unit 4 calculates the remaining number of building layers necessary to obtain the target three-dimensional structure O, and reproduces the slice data by combining it with the height of the remaining three-dimensional structure O calculated in step S82. (Step S113). Specifically, let H model be the height of the 3D object O on the 3D model, H current be the height of the 3D object O built up to now, and d be the standard lamination thickness. Then, the remaining number of modeling layers N layer required to obtain the target three-dimensional structure O is expressed by the following equation (5).

layer=(Hmodel-Hcurrent)/d ・・・(5) N layer = (H model - H current )/d...(5)

その後は、ステップS84以降の処理が実行される。 After that, the processing from step S84 onwards is executed.

実施の形態5では、制御部4は、傾斜角の絶対値を増加させて1層の造形用粉末層51を形成した後、つぎの造形用粉末層51を形成する前に傾斜角を基準の傾斜角αに戻し、残りの造形物の高さについてスライスデータを再生成する。これによって、可撓性プレート361の破損を防ぎつつ、三次元造形物Oの寸法精度を保つことができるという効果を有する。 In the fifth embodiment, after forming one layer of modeling powder layer 51 by increasing the absolute value of the inclination angle, the control unit 4 increases the inclination angle based on the reference value before forming the next modeling powder layer 51. The inclination angle is returned to α, and slice data is regenerated for the height of the remaining object. This has the effect that the dimensional accuracy of the three-dimensional structure O can be maintained while preventing damage to the flexible plate 361.

実施の形態6.
実施の形態3では、可撓性プレート361の傾斜角の絶対値を増加させることで、造形用粉末層51の厚さdを厚くし、可撓性プレート361に作用する応力を減少させた。しかし、実施の形態3では、傾斜角が上限傾斜角γ以上となった場合には、造形用粉末層51を形成することができないため、三次元造形物Oの製造方法を終了させていた。実施の形態6では、傾斜角が上限傾斜角γ以上となった場合でも、三次元造形物Oの製造方法を可能な限り終了させずに、可撓性プレート361に作用する応力を減少させることができる三次元造形装置1Aおよび三次元造形物Oの製造方法について説明する。
Embodiment 6.
In the third embodiment, by increasing the absolute value of the inclination angle of the flexible plate 361, the thickness d of the modeling powder layer 51 is increased, and the stress acting on the flexible plate 361 is reduced. However, in Embodiment 3, when the inclination angle is equal to or greater than the upper limit inclination angle γ, the modeling powder layer 51 cannot be formed, so the method for manufacturing the three-dimensional structure O is terminated. In the sixth embodiment, even when the inclination angle becomes equal to or greater than the upper limit inclination angle γ, the stress acting on the flexible plate 361 is reduced without terminating the manufacturing method of the three-dimensional structure O as much as possible. A three-dimensional modeling apparatus 1A and a method for manufacturing a three-dimensional structure O that can perform the following will be described.

実施の形態6に係る三次元造形装置1Aの構成は、実施の形態1,3から5で説明したものと同様であるが、制御部4は、実施の形態1,3から5とは異なり、以下に示す機能をさらに有する。つまり、制御部4は、可撓性プレート361の傾斜角が上限傾斜角γ以上となった場合に、スキージ36のZ軸方向の位置を変更することで、造形用粉末層51の形成処理を可能にするとともに、可撓性プレート361に作用する応力を減少させる。 The configuration of the three-dimensional printing apparatus 1A according to the sixth embodiment is the same as that described in the first and third to fifth embodiments, but the control unit 4 is different from the first and third to fifth embodiments. It further has the following functions. That is, when the inclination angle of the flexible plate 361 becomes equal to or greater than the upper limit inclination angle γ, the control unit 4 controls the forming process of the modeling powder layer 51 by changing the position of the squeegee 36 in the Z-axis direction. This reduces the stress acting on the flexible plate 361.

図25および図26は、実施の形態6に係る三次元造形装置におけるスキージの位置と変形との関係の一例を示す図である。図25は、Z軸方向においてスキージ36が仮焼結体55の近くに配置される場合を示し、図26は、Z軸方向においてスキージ36が図25の場合に比して仮焼結体55から離れて配置される場合を示している。プレート保持部362に取り付けられた可撓性プレート361の付け根から仮焼結体55までの可撓性プレート361に沿った距離をL1とすると、図25に示されるように、L1が比較的小さい場合、すなわち可撓性プレート361の長さ方向の中央部付近で仮焼結体55と接触するような場合には、可撓性プレート361における変形できる長さが短くなる。このため、可撓性プレート361が塑性変形しやすくなり、可撓性プレート361に破損が生じやすい。一方、図26に示されるように、可撓性プレート361の先端部で仮焼結体55と接触するようにスキージ36の位置を上昇させることで、L1が長くなる。このため、可撓性プレート361が仮焼結体55と接触しても、可撓性プレート361の変形が弾性変形域に収まる。この結果、可撓性プレート361の破損を抑制する効果が得られる。以上のことから、可撓性プレート361の変形が弾性変形域に収まる位置で可撓性プレート361が仮焼結体55と接触するように、L1が定められる。 25 and 26 are diagrams showing an example of the relationship between the position of the squeegee and deformation in the three-dimensional printing apparatus according to the sixth embodiment. FIG. 25 shows a case where the squeegee 36 is placed closer to the temporary sintered body 55 in the Z-axis direction, and FIG. 26 shows a case where the squeegee 36 is placed closer to the temporary sintered body 55 in the Z-axis direction than in the case of FIG. This shows the case where it is placed far away from the Assuming that the distance along the flexible plate 361 from the base of the flexible plate 361 attached to the plate holding part 362 to the temporary sintered body 55 is L1, as shown in FIG. 25, L1 is relatively small. In other words, when the flexible plate 361 comes into contact with the temporary sintered body 55 near the center in the length direction, the deformable length of the flexible plate 361 becomes short. Therefore, the flexible plate 361 is likely to be plastically deformed, and the flexible plate 361 is likely to be damaged. On the other hand, as shown in FIG. 26, by raising the position of the squeegee 36 so that the tip of the flexible plate 361 comes into contact with the temporary sintered body 55, L1 becomes longer. Therefore, even if the flexible plate 361 comes into contact with the temporary sintered body 55, the deformation of the flexible plate 361 is within the elastic deformation range. As a result, the effect of suppressing damage to the flexible plate 361 can be obtained. From the above, L1 is determined so that the flexible plate 361 contacts the temporary sintered body 55 at a position where the deformation of the flexible plate 361 falls within the elastic deformation region.

図27は、実施の形態6に係る三次元造形装置におけるスキージのZ軸方向の位置の調整方法の一例を示す図である。スキージ36をZ軸方向すなわち上下方向に昇降させる方法には、図27に示されるようにスキージ36と締結されているガイド37を上下方向に昇降させる方法が挙げられる。この場合には、三次元造形装置1Aは、ガイド37を上下方向に駆動させるアクチュエータを備える。また、アクチュエータは、制御部4からの制御信号によってガイド37を上下方向に昇降する。 FIG. 27 is a diagram illustrating an example of a method for adjusting the position of the squeegee in the Z-axis direction in the three-dimensional printing apparatus according to the sixth embodiment. A method for raising and lowering the squeegee 36 in the Z-axis direction, that is, in the vertical direction, includes a method of raising and lowering a guide 37 fastened to the squeegee 36 in the vertical direction, as shown in FIG. In this case, the three-dimensional modeling apparatus 1A includes an actuator that drives the guide 37 in the vertical direction. Further, the actuator moves the guide 37 up and down in response to a control signal from the control unit 4.

図28は、実施の形態6に係る三次元造形装置におけるスキージのZ軸方向の位置の調整方法の他の例を示す図である。図27に示される方法の他に、図28に示されるようにガイド37とスキージ36とを繋ぐアーム部371を上下方向に昇降させることで、スキージ36を上下方向に昇降させる方法が挙げられる。この場合には、三次元造形装置1Aは、アーム部371を上下方向に駆動させるアクチュエータを備える。また、アクチュエータは、制御部4からの制御信号により、アーム部371を上下方向に昇降する。なお、スキージ36を上下に昇降させる方法には、上記の2つの例を挙げたが、スキージ36を上下方向に昇降させる方法はこれらに限定されない。 FIG. 28 is a diagram showing another example of the method for adjusting the position of the squeegee in the Z-axis direction in the three-dimensional printing apparatus according to the sixth embodiment. In addition to the method shown in FIG. 27, there is a method of raising and lowering the squeegee 36 in the vertical direction by vertically raising and lowering the arm portion 371 that connects the guide 37 and the squeegee 36, as shown in FIG. In this case, the three-dimensional modeling apparatus 1A includes an actuator that drives the arm portion 371 in the vertical direction. Further, the actuator moves the arm section 371 up and down in response to a control signal from the control section 4. In addition, although the above two examples were given as the method of raising and lowering the squeegee 36 up and down, the method of raising and lowering the squeegee 36 in the vertical direction is not limited to these.

つぎに、三次元造形物Oの製造方法について説明する。図29および図30は、実施の形態6に係る三次元造形物の製造方法の処理手順の一例を示すフローチャートである。なお、図19および図24と同一の処理には同一のステップ番号を付して、その説明を省略する。また、三次元造形物Oの製造方法の開始時において、スキージ36のZ軸方向の位置は、定められた基準位置にあり、可撓性プレート361の傾斜角は、基準傾斜角αであるものとする。基準位置は、スキージ36のZ軸方向の位置を変更しなかった実施の形態1,3から5でのスキージ36の位置であり、実験等によって予め定められた位置である。 Next, a method for manufacturing the three-dimensional structure O will be explained. 29 and 30 are flowcharts illustrating an example of the processing procedure of the method for manufacturing a three-dimensional structure according to the sixth embodiment. Note that the same step numbers are given to the same processes as in FIGS. 19 and 24, and the description thereof will be omitted. Furthermore, at the start of the method for manufacturing the three-dimensional structure O, the position of the squeegee 36 in the Z-axis direction is at a predetermined reference position, and the inclination angle of the flexible plate 361 is the reference inclination angle α. shall be. The reference position is the position of the squeegee 36 in Embodiments 1, 3 to 5, in which the position of the squeegee 36 in the Z-axis direction was not changed, and is a position determined in advance through experiments or the like.

ステップS76で駆動開始位置までスキージ36を移動させた後、実施の形態6では、現在の傾斜角が上限傾斜角γ以上であるかを判定する(ステップS131)。現在の傾斜角が上限傾斜角γよりも小さい場合(ステップS131でNoの場合)には、現在の傾斜角よりも絶対値を増加させた傾斜角α1とし(ステップS132)、ステップS71に処理が戻る。 After moving the squeegee 36 to the drive start position in step S76, in the sixth embodiment, it is determined whether the current tilt angle is greater than or equal to the upper limit tilt angle γ (step S131). If the current inclination angle is smaller than the upper limit inclination angle γ (No in step S131), the inclination angle α1 is increased in absolute value from the current inclination angle (step S132), and the process proceeds to step S71. return.

現在の傾斜角が上限傾斜角γ以上である場合(ステップS131でYesの場合)には、可撓性プレート361の傾斜角を基準の傾斜角αとし(ステップS133)、スキージ36を上昇させる(ステップS134)。 If the current inclination angle is greater than or equal to the upper limit inclination angle γ (Yes in step S131), the inclination angle of the flexible plate 361 is set as the reference inclination angle α (step S133), and the squeegee 36 is raised ( Step S134).

ついで、現在の積層厚さd1が上限の積層厚さdlimit以上であるかを判定する(ステップS135)。現在の積層厚さd1が上限の積層厚さdlimit以上である場合(ステップS135でYesの場合)には、制御部4は、造形を停止する。すなわち、三次元造形物Oの製造方法が終了する。ここで、上限の積層厚さdlimitは過去の実験結果に基づき、造形用粉末層51を形成できなかった場合の積層厚さ、三次元造形物Oの精度等に関する複数の情報に基づいて定められる。現在の積層厚さd1は次式(6)に基づいて算出される。だだし、基準の積層厚さをdとし、スキージ36の上昇量をxとする。 Next, it is determined whether the current stacking thickness d1 is greater than or equal to the upper limit stacking thickness d limit (step S135). If the current stacking thickness d1 is equal to or greater than the upper limit stacking thickness d limit (Yes in step S135), the control unit 4 stops modeling. That is, the method for manufacturing the three-dimensional structure O ends. Here, the upper limit stacking thickness d limit is determined based on past experimental results, the stacking thickness when the modeling powder layer 51 could not be formed, multiple pieces of information regarding the accuracy of the three-dimensional model O, etc. It will be done. The current lamination thickness d1 is calculated based on the following equation (6). However, let d be the standard laminated thickness, and let x be the amount of rise of the squeegee 36.

d1=d+L(cosα-cosγ)+x ・・・(6) d1=d+L(cosα−cosγ)+x (6)

現在の積層厚さd1が上限の積層厚さdlimit未満である場合(ステップS135でNoの場合)には、処理がステップS71に戻る。このように、可撓性プレート361の傾斜角が上限傾斜角γを超えた場合でも、現在の積層厚さd1が上限の積層厚さdlimit以上となるまでは、ステップS71からステップS135までの処理が繰り返し実行される。つまり、現在の積層厚さd1が上限の積層厚さdlimit以上となるまでは、スキージ移動機構の駆動電流が基準値未満となるスキージ36の上下方向の位置および可撓性プレート361の傾斜角を変化させることが可能となる。 If the current stacking thickness d1 is less than the upper limit stacking thickness d limit (No in step S135), the process returns to step S71. In this way, even if the inclination angle of the flexible plate 361 exceeds the upper limit inclination angle γ, steps S71 to S135 are performed until the current lamination thickness d1 becomes equal to or greater than the upper limit lamination thickness d limit . The process is executed repeatedly. In other words, the vertical position of the squeegee 36 and the inclination angle of the flexible plate 361 at which the driving current of the squeegee moving mechanism is less than the reference value until the current lamination thickness d1 becomes equal to or greater than the upper limit lamination thickness d limit . It becomes possible to change the

ステップS74で駆動電流の値が基準値未満である場合(ステップS74でNoの場合)には、制御部4は、現在の積層厚さd1から造形用粉末層51の厚さの変化量Δdを算出する(ステップS136)。積層厚さの変化量Δdは、(6)式を用いて、次式(7)によって算出される。 If the value of the drive current is less than the reference value in step S74 (No in step S74), the control unit 4 calculates the amount of change Δd in the thickness of the modeling powder layer 51 from the current lamination thickness d1. Calculate (step S136). The amount of change Δd in the laminated thickness is calculated by the following equation (7) using equation (6).

Δd=d1-d
=L(cosα-cosγ)+x ・・・(7)
Δd=d1-d
=L(cosα−cosγ)+x (7)

ついで、制御部4は、造形用粉末層51の厚さの変化に伴う予熱用電子ビームの投入熱量の増加量を算出する(ステップS137)。これは、実施の形態4の図23のステップS92で説明したものと同様の方法で実行される。 Next, the control unit 4 calculates the amount of increase in the amount of heat input by the preheating electron beam due to the change in the thickness of the modeling powder layer 51 (step S137). This is performed in the same manner as described in step S92 of FIG. 23 of the fourth embodiment.

また、制御部4は、造形用粉末層31の厚さの変化に伴う溶融用電子ビームの投入熱量の増加量を算出する(ステップS138)。これは、実施の形態4の図22のステップS93で説明したものと同様の方法で実行される。 Further, the control unit 4 calculates the amount of increase in the amount of heat input to the melting electron beam due to the change in the thickness of the modeling powder layer 31 (step S138). This is performed in the same manner as described in step S93 of FIG. 22 of the fourth embodiment.

ついで、ステップS79では、ステップS137で算出した予熱用電子ビームの投入熱量の増加量を用いて補正した予熱用電子ビームを照射領域Cに照射して造形用粉末層51を予熱する。また、ステップS80では、ステップS138で算出した溶融用電子ビームの投入熱量の増加量を用いて補正した溶融用電子ビームを、スライスデータに基づいて造形用粉末層51に照射し、1層分の三次元造形物Oを造形する。 Next, in step S79, the irradiation region C is irradiated with the preheating electron beam corrected using the increase in the input heat amount of the preheating electron beam calculated in step S137, to preheat the modeling powder layer 51. In addition, in step S80, the modeling powder layer 51 is irradiated with the melting electron beam corrected using the increase in the input heat amount of the melting electron beam calculated in step S138 based on the slice data. A three-dimensional object O is created.

その後、制御部4は、算出した現在の積層厚さd1から残りの三次元造形物Oの高さを算出する(ステップS139)。ついで、制御部4は、現在の傾斜角が基準の傾斜角αと異なるかを判定し(ステップS111)、傾斜角が基準の傾斜角αと異なる場合(ステップS111でYesの場合)には、制御部4は、傾斜角を基準の傾斜角αに戻す(ステップS112)。 After that, the control unit 4 calculates the height of the remaining three-dimensional structure O from the calculated current stacked thickness d1 (step S139). Next, the control unit 4 determines whether the current tilt angle is different from the reference tilt angle α (step S111), and if the tilt angle is different from the reference tilt angle α (Yes in step S111), The control unit 4 returns the tilt angle to the reference tilt angle α (step S112).

その後、または傾斜角が基準の傾斜角αである場合(ステップS111でNoの場合)には、制御部4は、スキージ36の位置が基準位置と異なるかを判定する(ステップS140)。スキージ36の位置が基準位置である場合(ステップS140でNoの場合)には、処理がステップS84に進み、造形を継続する。スキージ36の位置が基準位置と異なる場合(ステップS140でYesの場合)には、スキージ36の位置を基準位置に戻す(ステップS141)。 After that, or if the inclination angle is the reference inclination angle α (No in step S111), the control unit 4 determines whether the position of the squeegee 36 is different from the reference position (step S140). If the position of the squeegee 36 is the reference position (No in step S140), the process advances to step S84 and continues modeling. If the position of the squeegee 36 is different from the reference position (Yes in step S140), the position of the squeegee 36 is returned to the reference position (step S141).

その後、制御部4は、目標となる三次元造形物Oを得るために必要な残りの造形層数を算出し、ステップS139で算出した残りの三次元造形物Oの高さと合わせ、まだ造形されていない三次元造形物Oのスライスデータを再生成する(ステップS142)。具体的には、制御部4は、三次元モデル上の三次元造形物Oの高さをHmodelとし、現在までに造形された三次元造形物Oの高さをHcurrentとし、基準の積層厚さをdとしたときに、次式(8)に基づいて目標の三次元造形物Oを得るために必要な残りの造形層数Nlayerを算出する。 After that, the control unit 4 calculates the remaining number of modeling layers necessary to obtain the target three-dimensional model O, and calculates the number of remaining modeling layers necessary to obtain the target three-dimensional model O, and calculates the remaining number of modeling layers by combining it with the height of the remaining three-dimensional model O calculated in step S139. Slice data of the three-dimensional structure O that has not been completed is regenerated (step S142). Specifically, the control unit 4 sets the height of the three-dimensional structure O on the three-dimensional model as H model , the height of the three-dimensional structure O that has been modeled up to now as H current , and sets the standard stacked structure. When the thickness is set to d, the remaining number N layers required to obtain the target three-dimensional structure O is calculated based on the following equation (8).

layer=(Hmodel-Hcurrent)/d ・・・(8) N layer = (H model - H current )/d...(8)

制御部4は、三次元造形物Oにおいて、まだ造形されていない三次元造形物Oの三次元CADデータを、(8)式で算出した残りの造形層数Nlayerに基づいて再分割し、スライスデータを再生成する。その後、処理がステップS84に移る。 The control unit 4 re-divides the 3D CAD data of the 3D object O that has not yet been modeled based on the remaining number of building layers N layer calculated by equation (8), Regenerate slice data. After that, the process moves to step S84.

なお、図29および図30では、三次元造形装置1Aで三次元造形物Oを製造する手順において、傾斜角を制御した後にスキージ36の昇降を制御する例を示したが、制御する順番はこれに限定されない。また、上述の通り、スキージ36の昇降だけで、スキージ36の破損を抑制する効果が得られるため、傾斜角を備えない状態でスキージ36を昇降させてもよい。 Note that although FIGS. 29 and 30 show an example in which the elevation of the squeegee 36 is controlled after controlling the inclination angle in the procedure for manufacturing the three-dimensional structure O with the three-dimensional modeling apparatus 1A, this is the order in which the control is performed. but not limited to. Moreover, as described above, since the effect of suppressing damage to the squeegee 36 can be obtained only by raising and lowering the squeegee 36, the squeegee 36 may be raised and lowered without having an inclination angle.

実施の形態6では、制御部4は、可撓性プレート361の傾斜角が上限値以上となった場合に、スキージ36のZ軸方向の位置を変更する。これによって、傾斜角が上限傾斜角γを超えた場合でもスキージ36の高さを変えることによって、造形用粉末層51の形成処理を可能にするとともに、可撓性プレート361に作用する応力を減少させることができる。この結果、可撓性プレート361の破損を抑制することができる。 In the sixth embodiment, the control unit 4 changes the position of the squeegee 36 in the Z-axis direction when the inclination angle of the flexible plate 361 becomes equal to or greater than the upper limit value. This makes it possible to form the modeling powder layer 51 by changing the height of the squeegee 36 even when the inclination angle exceeds the upper limit inclination angle γ, and reduces the stress acting on the flexible plate 361. can be done. As a result, damage to the flexible plate 361 can be suppressed.

実施の形態1から6に示した三次元造形物Oの製造方法はそれぞれ個別で実施する必要はなく、それぞれの実施の形態を組み合わせてもよい。 The methods for manufacturing the three-dimensional structure O shown in Embodiments 1 to 6 do not need to be performed individually, and the respective embodiments may be combined.

ここで、三次元造形装置1A,1Bの制御部4のハードウェア構成について説明する。図31は、実施の形態1から6に係る三次元造形装置の制御部のハードウェア構成の一例を示す図である。 Here, the hardware configuration of the control section 4 of the three-dimensional modeling apparatuses 1A and 1B will be explained. FIG. 31 is a diagram showing an example of the hardware configuration of the control unit of the three-dimensional printing apparatus according to the first to sixth embodiments.

制御部4は、図31に示される制御回路400、すなわちプロセッサ401およびメモリ402により実現することができる。プロセッサ401の例は、CPU(中央処理装置、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、プロセッサ、DSP(Digital Signal Processor)ともいう)またはシステムLSI(Large Scale Integration)である。メモリ402の例は、RAMまたはROMである。 The control unit 4 can be realized by a control circuit 400 shown in FIG. 31, that is, a processor 401 and a memory 402. An example of the processor 401 is a CPU (also referred to as a central processing unit, processing unit, arithmetic unit, microprocessor, microcomputer, processor, or DSP (Digital Signal Processor)) or a system LSI (Large Scale Integration). Examples of memory 402 are RAM or ROM.

プロセッサ401がメモリ402に記憶されている、制御部4での処理を実行するためのプログラムである制御プログラムを読み出して実行することによって、制御部4の機能は実現される。また、この制御プログラムは、制御部4における三次元造形装置1A,1Bの制御方法をコンピュータに実行させるものであるともいえる。制御部4で実行される制御プログラムは、昇降ステージ32の昇降制御、シャッタ352の開閉制御、スキージ36の作動制御、電子ビームBの出射制御、偏向コイル23の作動制御、および回動部363の回動制御をモジュール化したモジュール構成となっており、これらが主記憶装置上にロードされ、これらが主記憶装置上に生成される。 The functions of the control unit 4 are realized by the processor 401 reading and executing a control program stored in the memory 402, which is a program for executing processing in the control unit 4. Further, it can be said that this control program causes the computer to execute a method for controlling the three-dimensional modeling apparatuses 1A and 1B in the control section 4. The control program executed by the control unit 4 includes lifting control of the lifting stage 32, opening/closing control of the shutter 352, operation control of the squeegee 36, output control of the electron beam B, operation control of the deflection coil 23, and control of the rotation unit 363. It has a modular configuration in which rotation control is modularized, and these are loaded onto the main memory and generated on the main memory.

メモリ402は、スライスデータを記憶する。メモリ402は、プロセッサ401が各種処理を実行する際の一時メモリにも使用される。 Memory 402 stores slice data. The memory 402 is also used as temporary memory when the processor 401 executes various processes.

プロセッサ401が実行する制御プログラムは、インストール可能な形式または実行可能な形式のファイルで、コンピュータが読み取り可能な記憶媒体に記憶されてコンピュータプログラムプロダクトとして提供されてもよい。また、プロセッサ401が実行する制御プログラムは、インターネットなどのネットワーク経由で三次元造形装置1A,1Bの制御部4に提供されてもよい。 The control program executed by the processor 401 may be an installable or executable file stored in a computer-readable storage medium and provided as a computer program product. Further, the control program executed by the processor 401 may be provided to the control unit 4 of the three-dimensional modeling apparatuses 1A and 1B via a network such as the Internet.

また、制御部4を専用のハードウェアで実現してもよい。また、制御部4の機能について、一部を専用のハードウェアで実現し、一部をソフトウェアまたはファームウェアで実現するようにしてもよい。 Further, the control unit 4 may be realized by dedicated hardware. Furthermore, some of the functions of the control unit 4 may be realized by dedicated hardware, and some may be realized by software or firmware.

以上の実施の形態に示した構成は、一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、実施の形態同士を組み合わせることも可能であるし、要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。 The configurations shown in the embodiments above are merely examples, and can be combined with other known techniques, or can be combined with other embodiments, within the scope of the gist. It is also possible to omit or change part of the configuration.

1A,1B 三次元造形装置、2 電子ビーム出射部、3 造形部、4 制御部、21 電子銃部、22 収束コイル、23 偏向コイル、24 コラム、30 チャンバ、31 造形ボックス、32 昇降ステージ、33 ベースプレート、34 昇降機、35 ホッパ、36 スキージ、37 ガイド、38a 第1位置決めピン、38b 第2位置決めピン、50 支持用粉末層、51 造形用粉末層、55 仮焼結体、351 排出口、352 シャッタ、361 可撓性プレート、362 プレート保持部、362a 溝部、363 回動部、363b,364a 回転軸、364 固定部、364b,364c 固定ピン、371 アーム部、A 造形用粉末、B 電子ビーム、C 照射領域、O 三次元造形物。 1A, 1B three-dimensional modeling device, 2 electron beam emission unit, 3 modeling unit, 4 control unit, 21 electron gun unit, 22 converging coil, 23 deflection coil, 24 column, 30 chamber, 31 modeling box, 32 lifting stage, 33 base plate, 34 elevator, 35 hopper, 36 squeegee, 37 guide, 38a first positioning pin, 38b second positioning pin, 50 support powder layer, 51 modeling powder layer, 55 temporary sintered body, 351 discharge port, 352 shutter , 361 flexible plate, 362 plate holding part, 362a groove part, 363 rotating part, 363b, 364a rotating shaft, 364 fixed part, 364b, 364c fixing pin, 371 arm part, A modeling powder, B electron beam, C Irradiation area, O 3D object.

Claims (10)

造形ボックス内に設けられ、上下方向である第1軸の方向に移動可能な昇降ステージと、
三次元造形物を造形する土台となるベースプレート上に供給される造形用粉末を、前記ベースプレートを含む前記昇降ステージの上部で敷き均して造形用粉末層を形成するスキージと、
前記ベースプレートまたは前記造形用粉末層に電子ビームを照射する電子ビーム出射部と、
前記スキージを保持し、前記昇降ステージの上部で前記第1軸と直交する第2軸に沿った方向への前記スキージの移動をガイドするガイドと、
目標とする三次元造形物の三次元データに基づいて生成された前記目標とする三次元造形物を二次元においてスライスしたときのデータであるスライスデータに基づいて、前記電子ビームを前記造形用粉末層に照射する制御部と、
を備える三次元造形装置であって、
前記スキージは、
前記第1軸および前記第2軸の両方に直交する第3軸の方向に延在し、前記造形用粉末を敷き均す可撓性プレートと、
前記可撓性プレートを保持するプレート保持部と、
前記プレート保持部を前記ガイドに支持させる支持部と、
を有し、
前記スキージを前記第2軸の方向へ移動させて前記造形用粉末を敷き均す場合に、前記第1軸の方向を基準にして前記スキージの移動する方向とは反対側に定められた傾斜角で前記可撓性プレートを傾斜させるように、前記プレート保持部が前記支持部に保持されることを特徴とする三次元造形装置。
an elevating stage provided in the modeling box and movable in the direction of a first axis, which is the vertical direction;
a squeegee that spreads modeling powder supplied onto a base plate, which is a base for modeling a three-dimensional object, on the upper part of the elevating stage including the base plate to form a modeling powder layer;
an electron beam emitting unit that irradiates the base plate or the modeling powder layer with an electron beam;
a guide that holds the squeegee and guides movement of the squeegee in a direction along a second axis perpendicular to the first axis above the lifting stage;
The electron beam is applied to the modeling powder based on slice data that is data obtained when the target three-dimensional model is sliced in two dimensions, which is generated based on the three-dimensional data of the target three-dimensional model. a control unit that irradiates the layer;
A three-dimensional printing device comprising:
The squeegee is
a flexible plate extending in the direction of a third axis perpendicular to both the first axis and the second axis, and spreading the modeling powder evenly;
a plate holding part that holds the flexible plate;
a support portion that supports the plate holding portion on the guide;
has
When moving the squeegee in the direction of the second axis to spread the modeling powder, an inclination angle that is set on the opposite side to the direction in which the squeegee moves with respect to the direction of the first axis. A three-dimensional printing apparatus, wherein the plate holding section is held by the supporting section so as to tilt the flexible plate.
前記ガイドの前記第2軸の方向の一方の端部である第1端部に設けられる、前記プレート保持部と接触する第1位置決めピンと、
前記ガイドの前記第2軸の方向の他方の端部である第2端部に設けられる、前記プレート保持部と接触する第2位置決めピンと、
をさらに備え、
前記プレート保持部は、前記支持部との固定位置を中心に回転可能に保持され、
前記スキージは、前記スキージが前記第1端部に到達し、前記第1位置決めピンと接触したときに、前記第1軸の方向を基準にして前記第1端部側に前記可撓性プレートが前記傾斜角で傾斜した状態で固定され、前記スキージが前記第2端部に到達し、前記第2位置決めピンと接触したときに、前記第1軸の方向を基準にして前記第2端部側に前記可撓性プレートが前記傾斜角で傾斜した状態で固定されるように、前記プレート保持部を前記支持部に固定する固定機構を有することを特徴とする請求項1に記載の三次元造形装置。
a first positioning pin that is provided at a first end that is one end in the direction of the second axis of the guide and contacts the plate holding part;
a second positioning pin that is provided at a second end that is the other end in the direction of the second axis of the guide and comes into contact with the plate holding part;
Furthermore,
The plate holding part is held rotatably around a fixed position with the support part,
The squeegee is configured such that when the squeegee reaches the first end and contacts the first positioning pin, the flexible plate moves toward the first end with reference to the direction of the first axis. When the squeegee reaches the second end and comes into contact with the second positioning pin, the squeegee moves toward the second end with reference to the direction of the first axis. The three-dimensional modeling apparatus according to claim 1, further comprising a fixing mechanism that fixes the plate holding part to the support part so that the flexible plate is fixed in a state inclined at the inclination angle.
前記支持部は、前記第3軸に平行な軸を中心に前記プレート保持部を回転させる回動部であり、
前記制御部は、前記第2軸に沿った前記スキージの移動の前に、前記第1軸の方向を基準にして前記スキージを移動させる方向とは逆方向に前記傾斜角で前記可撓性プレートが傾斜した状態となるように前記回動部を回転させ、前記傾斜角を保持した状態で前記スキージを移動させることを特徴とする請求項1に記載の三次元造形装置。
The support part is a rotating part that rotates the plate holding part around an axis parallel to the third axis,
Before moving the squeegee along the second axis, the control unit controls the flexible plate at the inclination angle in a direction opposite to the direction in which the squeegee is moved with respect to the direction of the first axis. 2. The three-dimensional modeling apparatus according to claim 1, wherein the rotating part is rotated so that the angle of inclination is maintained, and the squeegee is moved while maintaining the inclination angle.
前記スキージを前記ガイドに沿って移動させるスキージ移動機構をさらに備え、
前記制御部は、前記スキージを前記ガイドに沿って移動させているときの前記スキージ移動機構の負荷が定められた基準値よりも大きい場合に、前記負荷が前記基準値よりも小さくなるように前記傾斜角の絶対値を大きくすることを特徴とする請求項3に記載の三次元造形装置。
further comprising a squeegee moving mechanism that moves the squeegee along the guide,
When the load on the squeegee moving mechanism while moving the squeegee along the guide is larger than a predetermined reference value, the control unit controls the control unit so that the load becomes smaller than the reference value. 4. The three-dimensional modeling apparatus according to claim 3, wherein the absolute value of the inclination angle is increased.
前記制御部は、前記傾斜角の絶対値を増加させたことによる前記造形用粉末層の厚さの変化に対応して、造形されていない前記三次元造形物についての前記スライスデータを再生成することを特徴とする請求項4に記載の三次元造形装置。 The control unit regenerates the slice data for the three-dimensional structure that has not been modeled in response to a change in the thickness of the modeling powder layer caused by increasing the absolute value of the inclination angle. The three-dimensional printing apparatus according to claim 4, characterized in that: 前記制御部は、前記傾斜角の絶対値を増加させたことによる前記造形用粉末層の厚さの変化に伴う前記電子ビームの投入熱量の増加量を算出し、算出した前記投入熱量の増加量を用いて補正した前記電子ビームを照射するように前記電子ビーム出射部を制御することを特徴とする請求項4または5に記載の三次元造形装置。 The control unit calculates an amount of increase in the input heat amount of the electron beam due to a change in the thickness of the modeling powder layer due to an increase in the absolute value of the inclination angle, and calculates the calculated increase amount of the input heat amount. 6. The three-dimensional modeling apparatus according to claim 4, wherein the electron beam emitting unit is controlled to emit the electron beam corrected using the following. 前記制御部は、前記電子ビームを照射した後、前記傾斜角が基準の傾斜角とは異なる場合に、つぎの造形用粉末層の処理の際に、前記傾斜角を基準の傾斜角に戻すことを特徴とする請求項3から6のいずれか1つに記載の三次元造形装置。 After irradiating the electron beam, if the tilt angle is different from a reference tilt angle, the control unit is configured to return the tilt angle to the reference tilt angle when processing a next modeling powder layer. The three-dimensional printing apparatus according to any one of claims 3 to 6, characterized in that: 前記制御部は、前記傾斜角が前記可撓性プレートの先端が定められた上限傾斜角よりも大きい場合に、前記スキージの前記第1軸の方向の位置を変化させることを特徴とする請求項3から7のいずれか1つに記載の三次元造形装置。 2. The control unit changes the position of the squeegee in the direction of the first axis when the inclination angle is larger than a predetermined upper limit inclination angle of the tip of the flexible plate. 8. The three-dimensional printing apparatus according to any one of 3 to 7. 前記可撓性プレートの前記第3軸の方向に垂直な断面における先端形状が、前記第2軸の方向の中心を通る前記第1軸に平行な軸に対して対称であることを特徴とする請求項1から8のいずれか1つに記載の三次元造形装置。 The shape of the tip of the flexible plate in a cross section perpendicular to the direction of the third axis is symmetrical with respect to an axis parallel to the first axis passing through the center in the direction of the second axis. The three-dimensional printing apparatus according to any one of claims 1 to 8. 造形ボックス内の上下方向である第1軸の方向に移動可能な昇降ステージ上に配置され、三次元造形物を造形する土台となるベースプレート上に造形用粉末を供給する粉末供給工程と、
前記ベースプレート上の前記造形用粉末を、前記第1軸と直交する第2軸に沿った方向に、前記第1軸および前記第2軸の両方に直交する第3軸の方向に延在する可撓性プレートを保持するプレート保持部を有するスキージを移動させて、前記造形用粉末を敷き均して造形用粉末層を形成する造形用粉末層形成工程と、
目標とする三次元造形物の三次元データに基づいて生成された前記目標とする三次元造形物を二次元においてスライスしたときのデータであるスライスデータに基づいて、電子ビームを前記造形用粉末層に照射する電子ビーム照射工程と、
前記造形用粉末層の高さ分だけ前記昇降ステージを降下させるステージ降下工程と、
を含み、
前記造形用粉末層形成工程では、前記スキージを前記第2軸の方向へ移動させて前記造形用粉末を敷き均す場合に、前記第1軸の方向を基準にして前記スキージの移動する方向とは反対側に定められた傾斜角で前記可撓性プレートを傾斜させるように、前記プレート保持部が保持され、
前記目標とする三次元造形物が造形されるまで、前記粉末供給工程から前記ステージ降下工程までの処理が実行されることを特徴とする三次元造形物の製造方法。
a powder supply step of supplying modeling powder onto a base plate that is placed on an elevating stage movable in the direction of a first axis, which is the vertical direction within the modeling box, and serves as a base for modeling a three-dimensional object;
The modeling powder on the base plate can be extended in a direction along a second axis perpendicular to the first axis and in a direction of a third axis perpendicular to both the first axis and the second axis. a modeling powder layer forming step of moving a squeegee having a plate holding part that holds a flexible plate and leveling out the modeling powder to form a modeling powder layer;
Based on the slice data, which is the data obtained when the target three-dimensional model is sliced in two dimensions, the electron beam is generated based on the three-dimensional data of the target three-dimensional model. an electron beam irradiation step to irradiate the
a stage lowering step of lowering the elevating stage by the height of the modeling powder layer;
including;
In the modeling powder layer forming step, when the modeling powder is spread evenly by moving the squeegee in the direction of the second axis, the direction in which the squeegee moves is based on the direction of the first axis. the plate holder is held so as to tilt the flexible plate at a predetermined inclination angle on the opposite side;
A method for manufacturing a three-dimensional structure, characterized in that processes from the powder supply step to the stage lowering step are executed until the target three-dimensional structure is modeled.
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