JP2023173004A - 粉末焼結積層造形装置 - Google Patents
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- Y02P10/00—Technologies related to metal processing
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Abstract
【課題】造形化している造形化物周辺に余分な粉末粒子が存在しないために、装置の小型化を実現できるだけでなく、粉末粒子の蓄熱や劣化という問題点が解消される粉末焼結積層造形装置を提供する。【解決手段】別に作像系装置を設置し可撓性シート上に作製すべき３次元造形物の描画パターンに基づき形成した粉末材料を造形物製作用テーブルに各層毎に転写して粉末粒子の描画パターンを積み上げる。各層毎に転写した描画パターン上にレーザー照射を行なって、粉末材料を焼結化して行くことによって３次元物体を造形する粉末焼結積層造形装置を提供するものである。【選択図】図１
Description
本発明は、粉末焼結積層造形装置に関し、造形用テーブル上に複数の焼結薄層を積層して３次元造形物を作製する粉末焼結積層造形装置に関する。
近年、機能試験用試作部品や少量多品種の製品に使用される部品等を造形することができる造形装置が極一般的となってきた。この要求を満たすものとして、光造形装置や粉末焼結積層造形装置などがある。なかでも粉末焼結積層造形装置は、紫外線硬化性樹脂を使用した造形装置（ 一般に「光造形装置」と呼ぶ）と異なり、多種類かつ強靭な材料が使用できることが大きな特徴の一つであり、近年市場での認知度も向上し、さまざまな用途で使用されている。
レーザー光出射部１０１Ａと、造形部１０１Ｂと、制御装置１０１Ｃとから
構成されている。レーザー光出射部１０１Ａにおいては、レーザー光の光源１とレーザー光の照射方向を制御するミラー２とが設けられている。
構成されている。レーザー光出射部１０１Ａにおいては、レーザー光の光源１とレーザー光の照射方向を制御するミラー２とが設けられている。
造形部１０１Ｂにおいては、中央部に設置され、レーザー光の照射により造形が行われて３次元造形物が作製される造形用容器３と、その両側に設置されて粉末材料を貯めておく粉末材料容器４ａ、４ｂとを備えている。また、造形用容器３内には造形用容器３内壁に沿って昇降するパートシリンダ５が設置され、粉末材料容器４ａ、４ｂ内には粉末材料容器４ａ、４ｂ内壁に沿って昇降するフィードシリンダ６ａ、６ｂが設置されている。
制御装置１０１Ｃは、パートシリンダ５を薄層一層分降下させ、フィードシリンダ６ ｂを上昇させて、リコーターローラー７によってパートシリンダ５上に粉末材料８を供給させ、かつパートシリンダ５上で粉末材料の薄層８ａを形成させ、次いで、レーザー光及び制御ミラー２によって作製すべき３次元造形物のスライスデータ（以下「描画パターン」）に基づき粉末材料の薄層８ａを選択的に加熱して焼結させ、これらの動作を繰り返させる。このようにして３次元造形物を形成させ、最後に、３次元造形物を冷却手段によって冷却させる。
本発明は、上記の従来例の問題点を根本的に見直して創作されたものであり、造形の大型、小型に関係なく、造形に必要な量の粉末を適切に供給し積層化するために、小スペースに繋がるだけでなく、加熱によるダメージを受ける心配が全くない粉末焼結積層造形装置を提供するものである。
本発明が解決しようとする課題は、造形時の粉末材料の省スペース化、粉末材料の冷却の不要化、熱による粉末材料の劣化を防ぐことを目的とした装置を提供することにある。
従来の粉末焼結積層造形装置は、造形に必要なサイズをすべてカバーできる直方体のスペースだけでなく、新たな造形層に速やかに粉末を供給するために粉末を確保するスペースが造形スペースを挟む所に２か所必要である。
従来の粉末焼結積層造形装置は大量の粉末を蓄えているため、粉末材料の焼結ためのレーザー照射で、蓄えられた粉末に熱が籠ってしまうために、粉末材料の冷却装置が必要となる。
粉末材料によっては、溜まった熱に長時間曝されるとどうしても劣化してしまうものがある。
従来の粉末焼結積層造形装置は大量の粉末を蓄えているため、装置内の粉末材料を入れ替える時には非常に多くに時間を必要する等、造形物をより早く作るために全体の処理時間の短縮や各プロセスの高速化が望まれる。
従来の粉末焼結積層造形装置は大量の粉末材料を背後に存在させた状態でレーザー照射による粉末材料の焼結を行うので、使用する粉末材料の種類によっては粉塵爆発を引き起こす危険性があるものがある。その場合粉塵爆発を回避するために装置内に窒素ガスを導入するので、装置の大型化は避けられない。
本発明は、造形に必要な量の粉末だけを適切に供給し積層化するために、造形物上で逐次粉末材料の積層化をするのではなく、別に作像系装置を設置し可撓性シート上に作製すべき３次元造形物の描画パターンに基づき形成した粉末材料を造形物製作用テーブルに各層毎に転写して粉末粒子の描画パターンを積み上げる。各層毎に転写した描画パターン上にレーザー照射を行なって、粉末材料を焼結化して行くことによって３次元物体を造形する粉末焼結積層造形装置を提供するものである。
本発明の粉末焼結積層造形装置によれば、造形化している造形化物周辺に余分な粉末粒子が存在しないために、装置の小型化を実現できるだけでなく、粉末粒子の蓄熱や劣化という問題点が解消される。
本発明の粉末焼結積層造形装置によれば、造形化している造形化物周辺に余分な粉末粒子が存在しないために、装置内の粉末材料の入れ替は極めて簡単に行うことができる。
本発明の粉末焼結積層造形装置によれば、造形化している造形化物周辺に余分な粉末粒子が存在しないために、粉塵爆発の危険性のある粉末材料であっても窒素ガスの配備をしなくてよいか、あるいは限定的な場所のみで済む。
以下に、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の一実施例の粉末焼結積層造形装置を示す図である。
可撓性シート状ベルト２は、アルミや銅等の金属箔単層シート状ベルト、カーボン粒子や金属粉等の導電性粒子を含んだ導電性樹脂の単層シート状ベルトあるいは表面に導電層を持つ積層シート状ベルト等からなる。
前記可撓性シート状ベルト２は、接地する。
前記可撓性シート状ベルト２は、回転駆動装置を配備する。
前記可撓性シート状ベルト２上に、作製すべき３次元造形物の描画パターンを忠実に噴霧できるインクジェット装置３で誘電性材料からなるインク４を塗布する。
噴霧塗布したインク４は、ランプ５の光で硬化が促進できるようにする。
帯電器６で、前記噴霧塗布硬化したインク４に静電荷を付与する。
前記静電荷に対応して、誘電あるいは摩擦帯電で荷電した粉末材料８a を現像器７で静電吸着させる。
静電吸着した粉末材料８b を得る。
ここで粉末材料とは、金属や金属合金の粉末、樹脂系の粉末等で、レーザー光で容易に溶融する物質なら使用することができる。
予め造形物製作用テーブル１２に、塗布装置１０で転写可能な粘着液９を塗布する。
前記可撓性シート状ベルト２と造形物製作用テーブル１２を同期移動させながら、粉末材料８を造形物製作用テーブル１２側に転写する。
粘着液９とは、バインダーとしての樹脂系固形成分を含んだ水系や有機系の分散溶液である。
前記造形物製作用テーブル１２上に転写した粉末材料８にレーザー光照射装置１でレーザー光を照射して、粉末材料を焼結する。
焼結した粉末材料８c を得る。
粘着液９中の樹脂系固形成分が転写後造形物１０側に存在しても、レーザー光照射時の高熱で炭化してしまう。
この一連の工程を連続して行い、造形物１１を得る。
転写工程で可撓性シート状ベルト２上の転写されなかった残存物１３は、清掃装置１４でクリーニングをすると、繰り返して最初の工程へ繋げることができる。
可撓性シート状ベルト２は、アルミや銅等の金属箔単層シート状ベルト、カーボン粒子や金属粉等の導電性粒子を含んだ導電性樹脂の単層シート状ベルトあるいは表面に導電層を持つ積層シート状ベルト等からなる。
前記可撓性シート状ベルト２は、接地する。
前記可撓性シート状ベルト２は、回転駆動装置を配備する。
前記可撓性シート状ベルト２上に、作製すべき３次元造形物の描画パターンを忠実に噴霧できるインクジェット装置３で誘電性材料からなるインク４を塗布する。
噴霧塗布したインク４は、ランプ５の光で硬化が促進できるようにする。
帯電器６で、前記噴霧塗布硬化したインク４に静電荷を付与する。
前記静電荷に対応して、誘電あるいは摩擦帯電で荷電した粉末材料８a を現像器７で静電吸着させる。
静電吸着した粉末材料８b を得る。
ここで粉末材料とは、金属や金属合金の粉末、樹脂系の粉末等で、レーザー光で容易に溶融する物質なら使用することができる。
予め造形物製作用テーブル１２に、塗布装置１０で転写可能な粘着液９を塗布する。
前記可撓性シート状ベルト２と造形物製作用テーブル１２を同期移動させながら、粉末材料８を造形物製作用テーブル１２側に転写する。
粘着液９とは、バインダーとしての樹脂系固形成分を含んだ水系や有機系の分散溶液である。
前記造形物製作用テーブル１２上に転写した粉末材料８にレーザー光照射装置１でレーザー光を照射して、粉末材料を焼結する。
焼結した粉末材料８c を得る。
粘着液９中の樹脂系固形成分が転写後造形物１０側に存在しても、レーザー光照射時の高熱で炭化してしまう。
この一連の工程を連続して行い、造形物１１を得る。
転写工程で可撓性シート状ベルト２上の転写されなかった残存物１３は、清掃装置１４でクリーニングをすると、繰り返して最初の工程へ繋げることができる。
図２は、本発明の一実施例の粉末焼結積層造形装置を示す図である。
可撓性シート状ベルト２は、アルミや銅等の金属箔単層シート状ベルト、カーボン粒子や金属粉等の導電性粒子を含んだ導電性樹脂の単層シート状ベルトあるいは表面に導電層を持つ積層シート状ベルト等からなる。
前記可撓性シート状ベルト２は、接地する。
前記可撓性シート状ベルト２は、回転駆動装置を配備する。
前記可撓性シート状ベルト２上に、作製すべき３次元造形物の描画パターンを忠実に噴霧できるインクジェット装置３で粘着液９からなるインク４を塗布する。
前記粘着液９のパターンに対応して、粉末材料８を現像器７で付着させる。
付着した粉末材料８を得る。
ここで粉末材料とは、金属や金属合金の粉末、樹脂系の粉末等で、レーザー光で容易に溶融する物質なら使用することができる。
予め造形物製作用テーブル１２に、塗布装置１０で転写可能な粘着液９を塗布する。
前記可撓性シート状ベルト２と造形物製作用テーブル１２を同期移動させながら、粉末材料８を造形物製作用テーブル１２側に転写する。
粘着液９とは、バインダーとしての樹脂系固形成分を含んだ水系や有機系の分散溶液である。
前記造形物製作用テーブル１２上に転写した粉末材料８にレーザー光照射装置１でレーザー光を照射して、粉末材料を焼結する。
焼結した粉末材料８c を得る。
粘着液９中の樹脂系固形成分が転写後造形物１０側に存在しても、レーザー光照射時の高熱で炭化してしまう。
この一連の工程を連続して行い、造形物１１を得る。
転写工程で可撓性シート状ベルト２上の転写されなかった残存物１３は、清掃装置１４でクリーニングをすると、繰り返して最初の工程へ繋げることができる。
可撓性シート状ベルト２は、アルミや銅等の金属箔単層シート状ベルト、カーボン粒子や金属粉等の導電性粒子を含んだ導電性樹脂の単層シート状ベルトあるいは表面に導電層を持つ積層シート状ベルト等からなる。
前記可撓性シート状ベルト２は、接地する。
前記可撓性シート状ベルト２は、回転駆動装置を配備する。
前記可撓性シート状ベルト２上に、作製すべき３次元造形物の描画パターンを忠実に噴霧できるインクジェット装置３で粘着液９からなるインク４を塗布する。
前記粘着液９のパターンに対応して、粉末材料８を現像器７で付着させる。
付着した粉末材料８を得る。
ここで粉末材料とは、金属や金属合金の粉末、樹脂系の粉末等で、レーザー光で容易に溶融する物質なら使用することができる。
予め造形物製作用テーブル１２に、塗布装置１０で転写可能な粘着液９を塗布する。
前記可撓性シート状ベルト２と造形物製作用テーブル１２を同期移動させながら、粉末材料８を造形物製作用テーブル１２側に転写する。
粘着液９とは、バインダーとしての樹脂系固形成分を含んだ水系や有機系の分散溶液である。
前記造形物製作用テーブル１２上に転写した粉末材料８にレーザー光照射装置１でレーザー光を照射して、粉末材料を焼結する。
焼結した粉末材料８c を得る。
粘着液９中の樹脂系固形成分が転写後造形物１０側に存在しても、レーザー光照射時の高熱で炭化してしまう。
この一連の工程を連続して行い、造形物１１を得る。
転写工程で可撓性シート状ベルト２上の転写されなかった残存物１３は、清掃装置１４でクリーニングをすると、繰り返して最初の工程へ繋げることができる。
図３は、本発明の一実施例の粉末焼結積層造形装置を示す図である。
可撓性シート状ベルト２は、アルミや銅等の金属箔単層シート状ベルト、カーボン粒子や金属粉等の導電性粒子を含んだ導電性樹脂の単層シート状ベルトあるいは表面に導電層を持つ積層シート状ベルト等からなる。
前記可撓性シート状ベルト２は、接地する。
前記可撓性シート状ベルト２は、回転駆動装置を配備する。
前記粉末焼結積層造形装置の可撓性シート状ベルトは、有端シートであるため巻き出し機および巻き取り機を備えている。
前記可撓性シート状ベルト２上に、作製すべき３次元造形物の描画パターンを忠実に噴霧できるインクジェット装置３で誘電性材料からなるインク４を塗布する。
噴霧塗布したインク４は、ランプ５の光で硬化が促進できるようにする。
帯電器６で、前記噴霧塗布硬化したインク４に静電荷を付与する。
前記静電荷に対応して、誘電あるいは摩擦帯電で荷電した粉末材料８a を現像器７で静電吸着させる。
静電吸着した粉末材料８b を得る。
ここで粉末材料とは、金属や金属合金の粉末、樹脂系の粉末等で、レーザー光で容易に溶融する物質なら使用することができる。
予め造形物製作用テーブル１２に、塗布装置１０で転写可能な粘着液９を塗布する。
前記可撓性シート状ベルト２と造形物製作用テーブル１２を同期移動させながら、粉末材料８を造形物製作用テーブル１２側に転写する。
粘着液９とは、バインダーとしての樹脂系固形成分を含んだ水系や有機系の分散溶液である。
前記造形物製作用テーブル１２上に転写した粉末材料８にレーザー光照射装置１でレーザー光を照射して、粉末材料を焼結する。
焼結した粉末材料８c を得る。
粘着液９中の樹脂系固形成分が転写後造形物１０側に存在しても、レーザー光照射時の高熱で炭化してしまう。
この一連の工程を連続して行い、造形物１１を得る。
可撓性シート状ベルト２は、アルミや銅等の金属箔単層シート状ベルト、カーボン粒子や金属粉等の導電性粒子を含んだ導電性樹脂の単層シート状ベルトあるいは表面に導電層を持つ積層シート状ベルト等からなる。
前記可撓性シート状ベルト２は、接地する。
前記可撓性シート状ベルト２は、回転駆動装置を配備する。
前記粉末焼結積層造形装置の可撓性シート状ベルトは、有端シートであるため巻き出し機および巻き取り機を備えている。
前記可撓性シート状ベルト２上に、作製すべき３次元造形物の描画パターンを忠実に噴霧できるインクジェット装置３で誘電性材料からなるインク４を塗布する。
噴霧塗布したインク４は、ランプ５の光で硬化が促進できるようにする。
帯電器６で、前記噴霧塗布硬化したインク４に静電荷を付与する。
前記静電荷に対応して、誘電あるいは摩擦帯電で荷電した粉末材料８a を現像器７で静電吸着させる。
静電吸着した粉末材料８b を得る。
ここで粉末材料とは、金属や金属合金の粉末、樹脂系の粉末等で、レーザー光で容易に溶融する物質なら使用することができる。
予め造形物製作用テーブル１２に、塗布装置１０で転写可能な粘着液９を塗布する。
前記可撓性シート状ベルト２と造形物製作用テーブル１２を同期移動させながら、粉末材料８を造形物製作用テーブル１２側に転写する。
粘着液９とは、バインダーとしての樹脂系固形成分を含んだ水系や有機系の分散溶液である。
前記造形物製作用テーブル１２上に転写した粉末材料８にレーザー光照射装置１でレーザー光を照射して、粉末材料を焼結する。
焼結した粉末材料８c を得る。
粘着液９中の樹脂系固形成分が転写後造形物１０側に存在しても、レーザー光照射時の高熱で炭化してしまう。
この一連の工程を連続して行い、造形物１１を得る。
図４は、本発明の一実施例の粉末焼結積層造形装置を示す図である。
図１、図２図あるいは図３において可撓性シート状ベルト２の上で、インクジェット装置でのインク塗布から転写までの製作を行なう作像系は１つである。
造形物１１は、２つ以上の粉末材料８を使って製作することができる。
この場合は、インクジェット装置でのインク塗布から転写までの製作を行なう作像系を複数個用意し転写工程で機械的に入れ替えることで達成できる。
使用する粉末材料８は、すべて同じ材料であってもかまわないし、一部ないしは全部異なる材料であってもかまわない。
図１、図２図あるいは図３において可撓性シート状ベルト２の上で、インクジェット装置でのインク塗布から転写までの製作を行なう作像系は１つである。
造形物１１は、２つ以上の粉末材料８を使って製作することができる。
この場合は、インクジェット装置でのインク塗布から転写までの製作を行なう作像系を複数個用意し転写工程で機械的に入れ替えることで達成できる。
使用する粉末材料８は、すべて同じ材料であってもかまわないし、一部ないしは全部異なる材料であってもかまわない。
１ レーザー光照射装置
２ 可撓性シート状ベルト
３ インクジェットヘッド
４ インク
５ ランプ
６ 帯電器
７ 現像器
８ 粉末材料
８a 現像前の粉末材料
８b 静電吸着した粉末材料
８c 焼結した粉末材料
９ 転写のための粘着液
１０ 塗布装置
１１ 造形物
１２ 造形物製作用テーブル
１３ 転写されなかった残存物
１４ 清掃装置
１５ スプレー塗布装置
１６ 有端シート
２ 可撓性シート状ベルト
３ インクジェットヘッド
４ インク
５ ランプ
６ 帯電器
７ 現像器
８ 粉末材料
８a 現像前の粉末材料
８b 静電吸着した粉末材料
８c 焼結した粉末材料
９ 転写のための粘着液
１０ 塗布装置
１１ 造形物
１２ 造形物製作用テーブル
１３ 転写されなかった残存物
１４ 清掃装置
１５ スプレー塗布装置
１６ 有端シート
Claims (5)
- 作製すべき３次元造形物の描画パターンに基づき焼結可能な粉末材料を連続して固化することによって３次元物体を造形する装置であって、
粉末材料を形成する可撓性シート状ベルトおよび前記ベルトの回転駆動装置と、
電荷を保持できる誘電性材料および前記材料を使い作製すべき３次元造形物の描画パターンを忠実に噴霧できるインクジェットヘッドおよび駆動装置と、
噴霧した塗膜の硬化を促進するランプと、
塗布硬化した膜上に静電荷を付与するための帯電器と、
前記描画パターン上に形成した静電荷像に、誘電もしくは摩擦帯電した粉末材料を静電吸着するための現像器および前記粉末材料と、
前記可撓性シート状ベルトに作製すべき３次元造形物の描画パターンに基づき形成した粉末材料を造形物製作用テーブルに、転写可能な粘着液および前記粘着液を塗布する装置と、
前記造形物製作用テーブル上に転写した粉末材料に照射して逐次焼結するためのレーザー照射装置を持つことを特徴とする粉末焼結積層造形装置。 - 作製すべき３次元造形物の描画パターンに基づき焼結可能な粉末材料を連続して固化することによって３次元物体を造形する装置であって、
粉末材料を形成する可撓性シート状ベルトおよび前記ベルトの回転駆動装置と、
前記粘着液を使い、作製すべき３次元造形物の描画パターンを忠実に噴霧できるインクジェットヘッドおよび駆動装置と、
前記描画パターンとして塗布形成した粘着液に、粉末材料を付着するための現像器および前記粉末材料と、
前記可撓性シート状ベルトに作製すべき３次元造形物の描画パターンに基づき形成した粉末材料を造形物製作用テーブルに、転写可能な粘着液および前記粘着液を塗布する装置と、
前記造形物製作用テーブル上に転写した粉末材料に照射して逐次焼結するためのレーザー照射装置を持つことを特徴とする粉末焼結積層造形装置。 - 請求項１および請求項２に記載の粉末焼結積層造形装置は、転写されなかった残存物を清掃するクリーニング装置を備えたこと特徴とする粉末焼結積層造形装置。
- 請求項１および請求項２に記載の粉末焼結積層造形装置の可撓性シート状ベルトは、巻き出し機および巻き取り機を備えた有端シートであることを特徴とする粉末焼結積層造形装置。
- 請求項１および請求項２に記載の粉末焼結積層造形装置は、可撓性シート状ベルトに作製すべき３次元造形物の描画パターンに基づき形成した粉末材料を造形物製作用テーブルに転写するための作像系を、少なくとも２つ以上を備えたこと特徴とする粉末焼結積層造形装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| JP2022084934A JP2023173004A (ja) | 2022-05-25 | 2022-05-25 | 粉末焼結積層造形装置 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| JP2023173004A true JP2023173004A (ja) | 2023-12-07 |
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ID=89030651
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2022
- 2022-05-25 JP JP2022084934A patent/JP2023173004A/ja active Pending
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