JP3189504U - Metal powder 3D additive manufacturing machine. - Google Patents

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Abstract

【課題】レーザー・エレクトロンビーム等に変わる熱源に、設備費の初期投資額が安価、運転中の経費も少なくてすむ窒化アルミセラミック焼成ドットヒーターによる可能性を追求する、金属粉末活用の三次元積層造形機を提供する。
【解決手段】３Ｄ−ＣＡＤからの信号を受けて、ドット状に加熱出来る、窒化アルミセラミック焼成ヒーターを内蔵した基盤１の上に、低融点合金粉末を素材とする熱可溶性接着剤で加工されたフープ材２を乗せ、天板３で押さえる。信号に併せて、加熱され加工されたフープは、基盤１のカッターでフープから切り離され、天板３ｂに吸引されて、加工済ブロックとしてモデル材とサポート材が一体として、３ａで吊り上げられる。作業完了後、ブロックのサポート材は、ブロックを煮沸することにより簡単に除去され、完成したモデル材が得られる。
【選択図】図５−２[PROBLEMS] Three-dimensional stacking utilizing metal powder to pursue the possibility of an aluminum nitride ceramic fired dot heater that requires low equipment costs and low operating expenses as a heat source instead of a laser / electron beam. Providing a modeling machine.
On a substrate 1 having a built-in aluminum nitride ceramic firing heater that can receive a signal from 3D-CAD and can be heated in the form of dots, it is processed with a heat-soluble adhesive made of low melting point alloy powder. Place the hoop material 2 and hold it with the top board 3. The hoop that has been heated and processed in accordance with the signal is separated from the hoop by the cutter of the base 1, sucked by the top plate 3b, and the model material and the support material are integrally lifted by 3a as a processed block. After the operation is completed, the support material of the block is easily removed by boiling the block, and a completed model material is obtained.
[Selection] Figure 5-2

Description

本考案は、金属粉末三次元積層造形機の構造についてのものである。
ドットヒーターの上に、金属焼結させようとする、金属粉末を熱可溶性接着剤で金属箔状に均一に加工したフープを載せ、ドットヒーターに３Ｄ−ＣＡＤからの信号による電圧を印加することにより、該当するヒーターが過熱され、ヒーターの上の金属箔状のフープに金属焼結したプリント模様が浮き上がるものである。
例えばドットヒーターには、窒化アルミセラミック焼成ドットヒーターを用いることが出来る。
ヒーターの基盤と上部天板の間にフープが挿入され、基盤と天板の間の押圧天板でプリントされたフープが、積層され造形されていくものである。The present invention relates to the structure of a metal powder three-dimensional additive manufacturing machine.
On the dot heater, a metal powder is processed into a metal foil shape with a heat-soluble adhesive to be sintered, and a voltage based on a signal from 3D-CAD is applied to the dot heater. The corresponding heater is overheated, and the metal-sintered printed pattern floats on the metal foil hoop on the heater.
For example, an aluminum nitride ceramic fired dot heater can be used as the dot heater.
A hoop is inserted between the base of the heater and the upper top plate, and the hoop printed on the pressing top plate between the base and the top plate is laminated and shaped.

金属粉末３Ｄプリンターの素材は、チタン等、高融点金属が主流なので、熱源は、通常ＣＯ２レザー、若しくは電子ビームなどで、金属を高熱溶解し、金属焼結させる方法が、一般的である。Since the material of the metal powder 3D printer is mainly a high melting point metal such as titanium, a heat source is usually a CO 2 leather, an electron beam, or the like.

特開２０１０−６５２５９号 公報  JP 2010-65259 A

ＭＴＣ ＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＧｕｉｄｅ ２０１２．１２ ７Ｐａｇｅ金属積層造形  MTC Technology Guide 2012.12.12 7Page metal additive manufacturing

ＣＯ２レザー、電子ビームなどは、数１，０００℃の高熱、高出力で金属粉末を溶解し、瞬時に金属焼結を行える。
しかしこれは、エネルギーが多大な為、装置・使用エネルギーも膨大なものとなり、過大な投資を必要とする。
一方、ヒーター熱源利用のものは、熱可塑性樹脂を素材とする３Ｄプリンターの熱源等に散見されるが、ヒーター温度は数１００℃で簡易、小型化されたものが多く、現在の、熱可塑性樹脂を素材とする３Ｄプリンターの熱源では、金属粉末を溶融する金属焼結の成果は得られない。
金属焼結素材には、錫・亜鉛等に代表されるＺＡＳと呼ばれる低融点合金鋳造の簡易金型があり、在来のヒーターで得られる温度より上の発熱体があれば、金属焼結合金の金属積層造形が可能である。
低融点金属の金属焼結を目的とするならば、窒化アルミセラミックヒーター等の高熱ヒーターによっての金属積層造形は可能である。CO 2 leather, electron beam, etc. can melt metal powder with high heat of several 1,000 ° C. and high output, and can sinter metal instantly.
However, this requires a large amount of energy and a huge amount of equipment and energy, which requires excessive investment.
On the other hand, those using heater heat sources are often found in heat sources of 3D printers made of thermoplastic resin, but the heater temperature is several hundred degrees Celsius and many of them are simple and downsized. In the heat source of the 3D printer using the material, the result of the metal sintering that melts the metal powder cannot be obtained.
There is a simple metal mold for low melting point alloy casting called ZAS typified by tin, zinc, etc. as a metal sintered material, and if there is a heating element above the temperature obtained with a conventional heater, a metal sintered alloy Metal additive manufacturing is possible.
If the purpose is to sinter low melting point metal, metal additive fabrication using a high heat heater such as an aluminum nitride ceramic heater is possible.

課題を解決する為の手段Means to solve the problem

本考案のヒーターは、セラミックヒーターの特長を生かして、高熱・瞬時加熱・瞬時冷却の繰り返し使用が可能である。
一例として用いた、窒化アルミセラミックヒーターは、昇温速度、１００℃／Ｓ ・最高温度 ６００℃ ・ヒーター出力 ５００Ｗ／ｃｍ２である。
サーマルドットタイプのプリンターを考案、製作すれば、低融点合金金属焼結が可能である。The heater of the present invention can be repeatedly used for high heat, instantaneous heating, and instantaneous cooling by taking advantage of ceramic heaters.
The aluminum nitride ceramic heater used as an example has a heating rate of 100 ° C./S, a maximum temperature of 600 ° C., and a heater output of 500 W / cm 2 .
If a thermal dot type printer is devised and manufactured, low melting point alloy metal sintering is possible.

考案の効果Effect of device

本考案のヒーターは、低融点合金粉末を素材とする、金属粉末を溶融した金属焼結積層３Ｄプリンターであり、本例は窒化アルミセラミックヒーターの成果であるが、今後、の、より高熱・高出力の特殊セラミックヒーターを作成する為の第一段階でもある。  The heater of the present invention is a metal sintered laminated 3D printer made of low melting point alloy powder and melted metal powder. This example is the result of aluminum nitride ceramic heater. It is also the first step in creating an output special ceramic heater.

本考案の主格となる、窒化アルミセラミック焼成ドットヒーター基盤１の平面図。The top view of the aluminum nitride ceramic baking dot heater base | substrate 1 used as the main feature of this invention. ドットヒーター９分割部分ヒーターブロック 拡大平面図。The dot heater 9 division partial heater block An enlarged plan view. ドットヒーター９分割部分ヒーターブロック リード線 拡大断面図。Dot heater 9 divided partial heater block Lead wire Enlarged sectional view. 窒化アルミセラミック焼成ドットヒーター基盤１のＡ−Ａ’／Ｂ−Ｂ’断面図。A-A '/ B-B' sectional drawing of the aluminum nitride ceramic baking dot heater base | substrate 1. FIG. 作業開始１枚目構造側面図。The work first sheet structure side view. 作業開始１枚目フープ材の上部平面図。The upper top view of the work start 1st hoop material. 作業開始１枚目フープ材断面図。Sectional drawing of the first hoop material starting work. 作業途中の構造側面図。The structure side view in the middle of work. 作業完了の構造側面図。The structure side view of work completion. ブロック フープ材分解図。Block hoop material exploded view. ブロック 洗浄後のモデルパース。Block Model purse after washing.

考案を実施する為の形態Form for carrying out the invention

一例として、窒化アルミセラミック焼成ドットヒーター基盤には、図１ に示すように、２５６区画に分割されたヒーターブロックを、図２のように、また１区画１ａ当たり、９分割して、ドットヒーターが出来上がる。
例えば本考案では、２，３０４個のドットヒーターが１ｃ表面に露呈する。
配線は、図３拡大図に示すように、ベースとなるアースリード１ｂと、ドットヒーター１ｃ各々に、この場合は１６×１６×９の２，３０４個へのリード線１ｆを有し、３Ｄ−ＣＡＤの信号に応じて相応するヒーターに電圧を印加し、３Ｄ−ＣＡＤの信号に相応する、ドットヒーターを加熱する。As an example, in the aluminum nitride ceramic fired dot heater base, as shown in FIG. 1, a heater block divided into 256 sections is divided into 9 sections per section 1a as shown in FIG. It ’s done.
For example, in the present invention, 2,304 dot heaters are exposed on the surface of 1c.
As shown in the enlarged view of FIG. 3, the wiring has the ground lead 1b as a base and the dot heater 1c, in this case, 16 × 16 × 9 2,304 lead wires 1f. A voltage is applied to the heater corresponding to the CAD signal, and the dot heater corresponding to the 3D-CAD signal is heated.

図５−１において、作業開始時にはフープ１枚加工毎に、ヒーター両端のドラムロール２ｄから，・２ｅの２ｃ方向にフープ材 ２を流し、信号に併せたヒーターに電圧が印加され、図５−１−１フープ材平面図においてドットヒーターに加熱された部分２ｂのみ金属焼結を行う。
図５−１−２は、上記５−１−１のフープ断面を示すものである。
基盤図１のヒートカッター１ｄで切り離されたフープの加工済部はモデル材として、残りはサポート材としてブロック部２１ が造形され、フープ材は図４の断面Ｂ−Ｂ’で示す噴出し口 １ｅからのエアーで浮き上がる。
一方フープから切り離され、加工されたブロック部分は天板３図５−１の吸気口３ｂで天板に吸着される。
以降、図５−２・図５−３は３Ｄ−ＣＡＤの信号に併せて、フープ挿入→ドットヒーター加熱→ブロック部切り離し→基盤噴出し→天板吸着の諸作業が、シンクロナイズして継続推進される。
室内を出来る限り密閉することにより、噴出し・吸気がより効果的に、モデル材とサポート材をブロック２１の一体として保持する。In Fig. 5-1, at the start of work, for each sheet of hoop, the hoop material 2 flows from the drum roll 2d at both ends of the heater in the 2c direction of 2e, and a voltage is applied to the heater in accordance with the signal. In the 1-1 hoop material plan view, only the portion 2b heated by the dot heater is subjected to metal sintering.
FIG. 5-1-2 shows the hoop cross section of 5-1-1.
The processed part of the hoop separated by the heat cutter 1d of the base figure 1 is formed as a model material, and the rest is a block part 21 as a support material. The hoop material is an ejection port 1e indicated by a cross section BB 'in FIG. Float with air from.
On the other hand, the block portion cut and processed from the hoop is adsorbed to the top plate at the inlet 3b of FIG. 5-1.
After that, in Fig. 5-2 and Fig. 5-3, in conjunction with the 3D-CAD signal, the operations of inserting the hoop, heating the dot heater, separating the block, ejecting the base plate, and sucking the top plate are synchronized and continuously promoted. The
By sealing the room as much as possible, the blowout / intake is more effectively held, and the model material and the support material are held as one unit with the block 21.

第１の発明の実施形態は、ヒートプレートを基盤として、ドットヒーターを露呈させたことを特徴とする金属粉末三次元積層造形機。
この発明によればヒーター基盤上に敷き詰められた金属粉末の、通電した所定のドットヒーター部のみを加熱することにより任意形状の焼結焼結金属構造が得られる。An embodiment of the first invention is a metal powder three-dimensional additive manufacturing machine characterized in that a dot heater is exposed on the basis of a heat plate.
According to the present invention, a sintered sintered metal structure having an arbitrary shape can be obtained by heating only a predetermined energized dot heater portion of the metal powder spread on the heater base.

第２の発明の実施形態は、低融点金属粉末を分散、熱溶解接着剤で金属箔状に均一加工したフープを、ヒートプレート上に継続的に供給し、押圧する装置を備えたことを特徴とする請求項１記載の、金属粉末三次元積層造形機。  Embodiment of 2nd invention was equipped with the apparatus which supplies and presses continuously the hoop which disperse | distributed the low melting metal powder and uniformly processed into the metal foil shape with the hot melt adhesive on the heat plate The metal powder three-dimensional additive manufacturing machine according to claim 1.

この発明によれば、金属粉末を含有するフープ材を用いて順次、押圧、加熱、積層を繰り返すことにより、より複雑な立体構造を持つ焼結金属体を作ることが可能になる。  According to this invention, it becomes possible to make a sintered metal body having a more complicated three-dimensional structure by sequentially repeating pressing, heating and lamination using a hoop material containing metal powder.

本考案に用いるドットヒーターにはセラミック性のドットヒーターが望ましいが、中でも窒化アルミセラミック焼成ヒーターが好適である。
上記の理由は、窒化アルミセラミックヒーターは、昇温速度、１００℃／Ｓ ・最高温度 ６００℃ ・ヒーター出力 ５００Ｗ／ｃｍ２である。The dot heater used in the present invention is preferably a ceramic dot heater, but an aluminum nitride ceramic firing heater is particularly preferable.
The reason for this is that the aluminum nitride ceramic heater has a heating rate of 100 ° C./S, a maximum temperature of 600 ° C., and a heater output of 500 W / cm 2 .

さらに、押圧部に加工後フープ材の吸着機構を備えたり、ヒーター基盤に加工後フープ材の剥離機構を備えることにより、前記積層を効率よく、確実に行うことが可能になる。  Furthermore, the stacking can be performed efficiently and reliably by providing a post-processing hoop material adsorption mechanism in the pressing portion and a post-processing hoop material peeling mechanism in the heater base.

図３・４・５において、３Ｄ−ＣＡＤからの信号を受けて、ドット状に加熱出来る、窒化アルミセラミック焼成ヒーターを内蔵した基盤１の上に、低融点合金粉末を素材とする熱可溶性接着剤で加工されたフープ材２を乗せ、天板３で押さえる。
信号に併せて、加熱され加工されたフープは、基盤１のカッター１ｄでフープから切り離され、天板３ｂに吸引されて、加工済ブロックとしてモデル材とサポート材が一体として、３ａで吊り上げられる。作業完了後、ブロックのサポート材は、ブロックを煮沸することにより簡単に除去され、完成したモデル材が得られる。3, 4, 5, a heat-soluble adhesive made of low-melting-point alloy powder on a substrate 1 with a built-in aluminum nitride ceramic firing heater that can be heated in dots by receiving a signal from 3D-CAD Place the hoop material 2 processed in step 1 and hold it with the top 3.
The hoop that has been heated and processed in accordance with the signal is separated from the hoop by the cutter 1d of the base 1, sucked by the top plate 3b, and the model material and the support material are integrally lifted by 3a as a processed block. After the operation is completed, the support material of the block is easily removed by boiling the block, and a completed model material is obtained.

本例では、２，３０４個のドットヒーター・６００℃Ｍａｘの熱源が得られ、このように順次押圧・加熱・積層を繰り返すことによって、図７に示した立体焼結物が出来上がる。  In this example, a heat source of 2,304 dot heaters and 600 ° C. Max is obtained, and the three-dimensional sintered product shown in FIG. 7 is completed by sequentially repeating pressing, heating, and lamination in this way.

ヒーターを利用したことにより、従来のレーザー・ビームを利用した装置に比較して、装置費用が安価で、ランニングコストも軽微となる。  By using the heater, the apparatus cost is low and the running cost is small as compared with the apparatus using the conventional laser beam.

１ 窒化アルミセラミック焼成ドットヒーター基盤
１ａ １セグメント区画、本例では１セグメントに９個のドットヒーター が入る
１ｂ 共通コモン端子 アースリード
１ｃ ドットヒーター 本例では２，３０４個
１ｄ 試供品ブロック ヒートカッター
１ｅ フープ吹き上げ 噴出し口
１ｆ ドットヒーターへのリード線 本例では２，３０４本
２ 低融点合金粉末を分散して素材とする熱可溶性接着剤で
箔状態に加工されたフープ材
２ａ ヒートカッターで、フープ材から切り離された、フープサポート材
２ｂ 上記にドットフープモデル材として、ヒーターで焼結された部分
２ｃ フープ材進行方向
２ｄ フープ送り出し ローラー
２ｅ フープ巻き取り ローラー
２１ 積層されたフープブロック
２１Ａ〜２１Ｚ Ｚ軸へのドットヒーターで焼結された積層分解図
３ 押圧天板
３ａ 押圧天板上下用吊金具
３ｂ 加工済ブロック保持用吸気口1 Aluminum nitride ceramic fired dot heater base 1a 1 segment section, in this example 1b common with 9 dot heaters in 1 segment Earth lead 1c dot heater 2d in this example 1d Sample block Heat cutter 1e Hoop Blow-up Spout 1f Lead wire to dot heater In this example, 2,304 2 In the case of a heat-soluble adhesive made of low melting point alloy powder dispersed
Hoop material 2a processed into foil state Hoop support material 2b separated from the hoop material by a heat cutter Part 2c sintered with a heater as a dot hoop model material 2d Hoop material traveling direction 2d Hoop delivery roller 2e Hoop Winding roller 21 Stacked hoop blocks 21A to 21Z Laminated exploded by dot heater to Z axis Fig. 3 Press top plate 3a Press top plate lifting bracket 3b Processed block holding inlet

Claims (5)

ヒートプレートを基盤として、ドットヒーターを露呈させたことを特徴とする金属粉末三次元積層造形機。  A metal powder three-dimensional additive manufacturing machine characterized by exposing a dot heater on the basis of a heat plate. 低融点金属粉末を分散、熱溶解接着剤で金属箔状に均一加工したフープを、ヒートプレート上に継続的に供給し、押圧する装置を備えたことを特徴とする請求項１記載の、金属粉末三次元積層造形機。  The metal according to claim 1, further comprising a device for continuously supplying and pressing a hoop in which a low melting point metal powder is dispersed and uniformly processed into a metal foil shape with a hot-melt adhesive on a heat plate. Powder three-dimensional additive manufacturing machine. 窒化アルミセラミック焼成ヒーターを、ドット状にヒートプレート基盤表面に露呈し、その上に、金属箔状フープを押圧することを特徴とする請求項１・２記載の金属粉末三次元積層造形機。  3. The metal powder three-dimensional additive manufacturing machine according to claim 1, wherein the aluminum nitride ceramic firing heater is exposed in a dot shape on the surface of the heat plate base, and a metal foil hoop is pressed thereon. ヒートカッターでフープ材より切り離された試供部分を、ヒートプレートで加熱焼結。
試供部分はモデル材とサポート材一体化してブロックに、加工済み金属粉末箔フープを積層した形で、上下駆動する押圧天板が真空で吸引してこれを持ち上げることを特徴とした、請求項２・３記載の金属粉末三次元積層造形機。The sample part separated from the hoop material with a heat cutter is heated and sintered with a heat plate.
3. The sample part and the support material are integrated into a block, and a processed metal powder foil hoop is laminated on the block, and a pressing top plate that is driven up and down sucks in a vacuum to lift it up. -Metal powder three-dimensional additive manufacturing machine of 3 description. 窒化アルミセラミック焼成ヒーターは、コンパクトで小型化が可能、急速加熱。急速冷却が可能な為、ヒートプレート基盤の噴出し機能で、フープから切り離されて急速加熱・焼結された試供品は押圧天板に加工済ブロックの１部として積層され、吊上げられる。
一方の、残存金属箔フープがロールに巻き取られていく機能を有することを特徴とする請求項２・３・４記載の金属粉末三次元積層造形機。Aluminum nitride ceramic fired heaters are compact and can be miniaturized. Because rapid cooling is possible, the sample that has been cut off from the hoop, rapidly heated and sintered, is stacked as a part of the processed block on the pressing top plate and lifted by the spray function of the heat plate base.
5. The metal powder three-dimensional additive manufacturing machine according to claim 2, 3, or 4, wherein the remaining metal foil hoop has a function of being wound on a roll.
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