JP2906188B2 - ３次元対象物の製造方法および装置 - Google Patents

３次元対象物の製造方法および装置

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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、請求項１の序文に記載された３次元対象物
の製造方法、および請求項10の序文に記載された方法を
行う装置とに関する。
このような方法は、例えば米国特許第4863538号明細
書に開示されている。この場合の物質は、粉末状の固形
物質であり、降下可能なピストンの上部に層状に重ねら
れ、対象物に相当する位置でレーザーによって焼結され
る。連続した層を形成するために、粉末状物質を包囲す
るシリンダー内でピストンは段階的に降下される。ヒー
ターにより、物質は焼結工程に必要な約150℃の動作温
度に保持される。
この公知の方法は、２〜３時間の予備加熱を必要とす
る動作温度まで、物質とともにシリンダーもまた加熱さ
れなければならないという欠点を有する。さらに、粉塵
による爆発の危険を避けるために、シリンダーから対象
物を取り出す前に、100℃以下まで、ゆっくり温度を降
下させなければならない。この温度降下の間、対象物は
シリンダー内に残しておかなければならない。すなわ
ち、この公知の方法は、組立調整および分解に長時間を
要し、結果として、製造時間が長くなる。この欠点は本
発明によって除去される。
本発明によれば、この問題点は請求項１および10の特
徴によってそれぞれ解決される。本発明によれば、従来
のシリンダーに相当する容器壁は、対象物と同時に製造
されるので、シリンダーを予熱する時間、ひいては、長
い組立調整時間が省略される。対象物の完成後、装置の
形成部ではない容器壁を、制御冷却のために、対象物と
ともに装置から取り外すことができるので、装置内にお
ける冷却にかかる長い時間、ひいては、分解時間も省略
される。
以下、本発明の実施例について、図を参照して説明す
る。図は、本発明の装置の概略断面図である。
本装置は、切取部２によって形成された開口部をも
つ、略平面状のワークテーブル１を有する。切取部２
は、製造される対象物３の横断面の最大面積より大きい
横断面をもつ円形であることが好ましい。しかしなが
ら、切取部２は、他の適当な形状であってもよい。集束
光ビーム５を投射する、例えばレーザー等の照射装置４
は、ワークテーブル１上方に配置される。光ビームは、
例えば回転式鏡等の屈折装置６によって曲げられ、屈折
ビーム７の形でワークテーブル１の平面上に照射され
る。制御装置８は、屈折ビーム７が、切取部２によって
規定される動作範囲内のいかなる所望のポイントでも照
射できるように、屈折装置を制御する。
同じく略平面状の基板９は、プラットフォームとし
て、切取部２の下部に設置される。基板９は、切取部２
に相当する形状であり、横方向に導かれるテーブルの形
をとっている。また、基板の上面が切取部２内で、概ね
ワークテーブル１の上面と同レベルである最上位置と、
図に点線で示され、基板９の面が隣接した受け板12のレ
ベルまで降下される最下位置との間で、同様に横方向に
配置されたレベル調節装置10によって、基板９は矢印11
の方向に移動可能である。受け板とワークテーブルとの
間隔、すなわち、基板のレベル調整領域は、対象物３の
最大高より大きい。
本装置は、ドア14により密閉可能な開口13を、受け板
12に隣接して備えている。開口に密着あるいは結合可能
な移動容器15は、受け板12の反対側に配置される。移動
容器15もまた、容器15を密閉するためのドア16および窒
素等の不活性ガスの供給手段17とヒーター18とを有す
る。
出力あるいは排出装置19は、例えば、側面に配置され
たプッシャー等によって形成され、最下位置の基板19上
にある対象物を、基板９から受け板12上へ、次に（開い
た）ドア14、16を通して移動容器15の中へと移送させる
ために配置されている。
粉末状物質21の層を供給する装置20は、通常、ドラム
として形成され、このドラムは、物質21が供給源22から
ドラムの表面に供給される位置から、切取部２を横切り
ワークテーブル１に沿って水平方向へ移動可能である。
加工できる物質21として、粒子サイズが約10μｍあるい
はそれ以下のナイロン等の低温溶解プラスチック材が考
えられるが、金属粉あるいは混成物、すなわち、プラス
チックコーティング金属やセラミックパウダーもまた用
いることができる。さらに、動作領域に向けられる放射
ヒーター23は切取部２上に配置されている。
制御装置８、レベル調整装置10および排出装置19は、
中央制御装置24にそれぞれ接続され、中央制御装置24は
下記に記載の方法で、上記の装置を相互に制御する。
動作について説明すると、基板９は、まず、レベル調
節装置10によって、基板９の表面がワークテーブル１の
表面と同レベルとなる最上位置に移動される。その後、
基板９は第１の物質層の意図された厚さに相当する量だ
け降下され、切取部２内に降下した領域を形成する。降
下した領域は、切取部２の壁によって規定された側面と
基板９の表面により規定された底面とを有している。そ
の際、予め定められた層厚をもつ物質21の第１層は、ド
ラム20によって、切取部２および基板９によって形成さ
れる空間あるいは降下領域に充填され、ヒーター23によ
って、例えば、140〜160℃の適当な動作温度まで加熱さ
れる。その後、制御装置24は、制御８によって屈折装置
６を操作して、すなわち、屈折ビーム７が層のいかなる
ポイントをも照射することができるようにし、焼結によ
って物質21を固化する。この方法により、まず、固形の
底辺層25が形成される。
第２のステップとして、基板９は、レベル調節装置10
を介して制御装置24により一個の層の厚さ分だけ降下さ
れ、第２の物質層は、切取部２内のこのようにして生成
された降下領域に、ドラム20によって充填され、再びヒ
ーター23によって加熱される。ここでは、屈折装置６
は、制御装置24の操作により、屈折ビーム７が、切取部
２の内側表面に隣接する物質層の領域のみを照射するよ
うにし、物質層を焼結によって固化する。これにより、
壁の厚さが約２〜10mmの第１の環状壁層が生成され、こ
の層は、残りの粉末状物質を完全に取り囲む。
基板９を、次の層の厚さ分降下させ、物質21を充填
し、前述と同じ方法で加熱した後、対象物３の製造を始
めることができる。この過程の最後に、制御装置24は屈
折装置６を操作して、屈折ビーム７が制御装置24に格納
されている対象物３の座標に一致して固化される層のポ
イントを照射するようにする。この対象物の層の製造前
あるいは後に、均等の厚さの壁をもつ第２の環状壁層
が、前述と同様の方法で第１の環状壁層の上に焼結され
る。
更なる層につき、同様の方法でこの手順が繰り返され
る。対象物の各層を製造するとき、下にある環状壁層上
に次の環状壁層を焼結することによって、容器壁の形状
をした環状壁部26が製造される。この環状壁部は、残存
する未焼結物質21とともに対象物３を包囲し、基板９が
ワークテーブル１の下方に降下されるとき、物質21が流
出するのを防ぐものである。
対象物の最後の層の完成後、環状壁層のみを前述の第
２のステップと同様の方法で固化し、その後、底辺層25
を製造するときと同様にカバー層27を固化し、カバー層
27は底辺層25および壁部26とともに、対象物３および残
存未焼結物質を密封して包囲する容器28を形成する。
その後、基板はレベル調節装置10によって、図中の点
線で示されるように、受け板12のレベルまで降下され、
予め窒素ガスのもとで約140〜160℃の温度に熱せられた
移動容器15が排出用開口部13に接続される。ドア14およ
び16を開けた後、排出装置により容器28を開口部13から
移動容器15の中へ押し出す。ドア14および16を閉鎖した
後、移動容器15を取り外して、待機することなく新たに
対象物を製造することができる。対象物３に対する緩や
かな冷却は、次の対象物の製造ごとに、ヒーター18を等
しく制御することにより、移動容器15内でおこなわれる
ことが望ましい。
対象物３の製造の間、公知の手段（図示せず）によ
り、動作領域内は不活性ガス雰囲気、好ましくは窒素ガ
ス雰囲気に置かれる。ドア14および16はゲート開閉型で
あるため、完成した対象物３を排出するときのガスの放
出、ひいては、それに起因する製造の中断を回避するこ
とができる。
本発明の変更は可能である。底辺層25の製造は省略す
ることができる。また、不活性ガス雰囲気中で、移動容
器15内の未焼結の残留粉末を安全に冷却できるのであれ
ば、カバー層27は必要ではない。一方、層25と27両方の
製造、つまりは密閉容器28の製造時に、移動容器15ある
いは不活性ガスのどちらか一方なしで、冷却を行うこと
はおそらく可能であろう。ドラム形状以外に、層供給装
置20は、調合あるいはかき取り装置、プッシャー、ブラ
シ、刃、または粉末状物質からなる均等な層を供給する
のに適した装置として設計することもできる。ヒーター
18および23は、放射ヒーターあるいは循環エアヒーター
として形成してもよい。また、照射装置として、集束ビ
ームあるいは焼結に十分なエネルギーを生産する電磁放
射の供給源、すなわち光源あるいは陰極熱線源などを用
いてもよい。さらに、粉末状物質の代わりに液体物質を
用いることもできる。最後に、容器壁を形成する固化さ
れた壁層は、必ずしも円形である必要はないが、概ね密
閉した合わせ目をもつ適当な形状であればよい。しかし
ながら、この形状は切取部２の形と一致することが好ま
しい。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ライヒレ，ヨハネ ドイツ連邦共和国 ディー―81375 ミ ュンヘン シュティフツボーゲン 45 (72)発明者 ランゲル，ハンス ジェイ. ドイツ連邦共和国 ディー―82166 グ レーフェル フィンク アム バーセル ボーゲン 46 (56)参考文献 特開 平２−78531（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−232027（ＪＰ，Ａ)

Claims (17)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】電磁放射線の照射により固化され得る物質
    の層（21）を用意し、前記物質の適当な位置に電磁放射
    線を照射することにより対象物（３）を層毎に生成し、
    前記物質のうち前記対象物を取り囲む領域に電磁放射線
    を照射することにより各層に容器壁（26）を生成する３
    次元対象物を製造する方法において、ワークテーブル
    （１）の切取部（２）に前記物質を所定厚をもって導入
    すること、及び前記物質のうち前記切取部の内壁に隣接
    する領域に電磁放射線を照射することで前記容器壁を生
    成することを含むことを特徴とする３次元対象物を製造
    する方法。
  2. 【請求項２】前記物質として粉状固体物質が使用され、
    電磁放射線の照射は照射位置で前記粉状固体物質が焼結
    するように実行される請求項１記載の方法。
  3. 【請求項３】円筒状の容器壁を生成するように、適当な
    環状領域（26）が各層に設けられる請求項１又は２記載
    の方法。
  4. 【請求項４】前記物質の層は基板（９）に載置され、前
    記基板はその最高位置では前記切取部内の少なくとも一
    部に配置され、各層を形成するために各層の厚みに相当
    する量だけ降下するものである請求項１−３のいずれか
    に記載の方法。
  5. 【請求項５】前記容器壁及び前記対象物の生成の前後
    に、前記容器壁の領域で取り囲まれた全領域上に物質の
    層を設け、密閉容器（28）のための底辺層（25）又はカ
    バー層（27）を生成する請求項１−４のいずれかに記載
    の方法。
  6. 【請求項６】前記対象物を封入した容器壁を移動容器
    （15）に入れ、制御された条件の下で冷却する請求項１
    −５のいずれかに記載の方法。
  7. 【請求項７】前記対象物を不活性ガス雰囲気中で製造す
    る請求項１−６のいずれかに記載の方法。
  8. 【請求項８】前記電磁放射線として、制御されたレーザ
    ービームを用いる請求項１−７のいずれかに記載の方
    法。
  9. 【請求項９】高さ調整可能な基板（９）、物質の層を前
    記基板に載置するための装置（20）、電磁放射線を照射
    するための照射手段（４）、及び物質の層のうち対象物
    （３）を作る部分に電磁放射線を照射させるために前記
    照射手段を制御する制御装置（24）を有し、請求項１記
    載の方法を実行する装置において、切取部（２）をもつ
    ワークテーブル（１）を備え、前記基板は、前記切取部
    の内側に、前記切取部の壁部で側面がまた前記基板の表
    面で底が規定される低下領域を形成する位置まで上昇さ
    せ得るものであり、前記制御装置は、全ての層におい
    て、前記物質のうち前記対象物を取り囲む領域であって
    かつ前記切取部の壁部に隣接した領域を電磁放射線が照
    射するように設計されていることを特徴とする装置。
  10. 【請求項１０】前記切取部内で、前記基板はその表面が
    前記ワークテーブルの表面と実質的に同じ高さまで上昇
    できる請求項９記載の装置。
  11. 【請求項１１】前記基板は側面で又は下方で支えられた
    テーブルとして形成され、前記基板の側方にはレベル調
    節装置（10）を有する請求項10記載の装置。
  12. 【請求項１２】前記基板は横方向に隣接する受け板（1
    2）を有する平面にまで降下され得る請求項10又は11記
    載の装置。
  13. 【請求項１３】前記容器壁に作用し、前記対象物を封入
    した前記容器（28）を前記基板から前記受け板上に移す
    排出装置（19）を備えた請求項12記載の装置。
  14. 【請求項１４】前記対象物を封入した前記容器を排出す
    るための密閉可能な開口（13）を備えた請求項12又は13
    記載の装置。
  15. 【請求項１５】前記密閉可能な開口に接続され得る移動
    容器（15）を備えた請求項14記載の装置。
  16. 【請求項１６】前記移動容器は不活性ガスの供給手段
    （17）と調節可能なヒーター（18）とを有する請求項15
    記載の装置。
  17. 【請求項１７】前記物質の層に向けられた放射ヒーター
    （23）を備えた請求項9-16のいずれかに記載の装置。
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