JP4351218B2 - 三次元造形製品の製造装置 - Google Patents

Description

本発明は、上下方向に移動可能なテーブル上に積載した金属又は非金属による粉末に対し、各層毎に、電磁波を照射することによって焼結させながら積層し、所定の三次元造形製品を製作する三次元造形製品製造装置に関するものである。

金属又は非金属粉末をレーザー光線などの電磁波による焼結によって三次元造形製品を成形する技術分野においては、既に諸構成が提案されているが、何れの場合においても、
（１）粉末の落下に伴う撒布及び撒布された粉末の上側表面又はその近傍を摺動する平坦化工程、
（２）造形領域に対するレーザー光線などの電磁波を照射することによって、当該照射領域を焼結する工程、
（３）前記（２）の焼結が行われた端部をエンドミルによって切削しながら端部の成形を行う工程
を不可欠としており、前記（１）、（２）、（３）を繰り返すことによって最終的に必要な三次元形状を成形することになる。

成形の対象となる三次元造形製品の形状は、前記（２）の焼結段階によって選択されるが、従来技術においては、前記大きさ及び形状に対応して、前段階である（１）のうち、撒布の領域範囲を選択することについては、格別の考慮が行われている訳ではない。

因みに、特許文献１においては、コンテナ１３が粉末の撒布及び平坦化に関与しているが、当該コンテナ１３に対する粉末を上側から移動させている粉末供給装置である貯蔵部２７、２８は、単に静止した状態にてコンテナ１３に対し全領域において粉末を供給しており、コンテナ１３において、三次元造形製品の造形領域範囲に対応して所定の領域に従って必要な粉末を供給させるような技術上の配慮は行われていない。

同様に、特許文献２においても、スリット６が前記（１）の粉末の撒布及び平坦化に関与しているが、当該スリット６に対し、上側から粉末を落下させている貯蔵領域９においても、スリット６に対し、一括して粉末を供給しているだけであって、スリット６に対し、三次元造形製品の造形領域範囲に対応して所定の領域に粉末を供給させるような技術上の配慮は行われていない。

特表平８−５０２７０３号公報。 特表２００３−５０２５００号公報。

本発明は、三次元造形製品の製造装置において、対象となる三次元造形製品の造形領域範囲に対応した粉末の撒布及び平坦化を可能とするような三次元造形製品製造装置の構成を提供することを課題としている。

前記課題を解決するため、本発明の基本構成は、上下方向に移動可能なテーブル上に積載した金属又は非金属による粉末に対し、各層毎に、電磁波を照射することによって焼結させながら積層し、所定の三次元形状を形成することができる三次元造形製品製造装置において、底部が上下方向に同一レベルであって、平坦状態となっており、かつ長手方向に略平行に設けられている両側枠を有している平坦化装置、前記長手方向に沿って移動しながら、前記粉末を順次移動しながら供給することを可能とする粉末供給装置、当該平坦化装置を造形タンク内に設置したテーブルよりも上側位置において、前記粉末を順次落下し、かつ当該落下した粉末表面を前記両側枠によって平坦化しながら、水平方向に移動させることを可能とする移動機構を設けたことに基づく三次元造形製品の製造装置からなる。

本発明の基本構成においては、粉末供給装置が平坦化装置の長手方向に沿って移動しながら粉末を供給することによって成形の対象となる三次元造形物の造形領域範囲に対応した粉末の供給を可能とすることができる。

更には、従来技術の場合のように、平坦化装置の上側領域に大きな容量を有している粉末貯蔵容器を配置する必要がなく、他の装置（例えばエンドミル装置）との干渉を回避でき、しかも、粉末供給装置が自ら移動することから平坦化装置を従来技術の場合のように、粉末貯蔵容器を下方まで移動させる工程を省略することが可能となる。

しかも、必要に応じて平坦化装置の長手方向の位置に応じて、粉末供給装置が供給する粉末の量を調整した場合には、平坦化装置の移動方向を基準として、三次元造形物の造形領域範囲の幅に対応して前記粉末を撒布し、かつ平坦化することもまた可能となり、前記移動方向領域においても、効率的な撒布及び平坦化を行うことが可能となる。

図１は、本発明の典型的な実施形態の全体構成を示しており、平坦化装置１、粉末供給装置２、造形タンク３及び造形タンク３内におけるテーブル４を備えている。

尚、テーブル４上には更に粉末９を載置するベース４１を通常設けることが多いが、テーブル４に直に粉末９を載置することも可能である。

図５は、図１に示す平坦化装置１、造形タンク３及びテーブル４に基づく作動状況を示しているが、このうち、（ａ）は前記（１）の平坦化装置１による粉末９の撒布及び平坦化工程を示しており、（ｂ）は前記（２）の焼結工程を示しており、（ｃ）は前記（３）のエンドミルによる三次元造形製品８の端部による切削工程を示している。

図６は、前記（１）、（２）、（３）の各工程に先立って行われる平坦化装置１に対する粉末９の供給に関連して、当該平坦化装置１と粉末供給装置２との配置状態を示しているが、当該図面に示すように、平坦化装置１は両側に粉末９を保持し、かつ下端において平坦化するための２枚の長手方向に沿った略平行状態である両側枠１１を有しており、当該両側枠１１の底部は上下方向を基準として同一レベルとなるように設定されている。

粉末供給装置２は平坦化装置１の上側において、前記長手方向に沿って移動しながら粉末９を平坦化装置１に供給しているが、通常当該供給は粉末９の落下によって実現されている。

このように、粉末供給装置２は、平坦化装置１の長手方向に沿って移動するため、その移動する領域を選択した場合には、長手方向に対応して三次元造形製品８の造形領域範囲に対応して、平坦化装置１に粉末９を供給し、ひいては平坦化装置１による粉末９の撒布及び平坦化も、当該造形領域範囲において行うことが可能となる。

平坦化装置１の移動方向を基準とした場合、対象となる三次元造形製品８の当該移動方向における造形幅は、均一とは限らない。

即ち、図７（ａ）に示すように、当該移動方向を基準とする幅が長手方向によって変化することは十分生じ得る。

このような場合には、粉末供給装置２が粉末９を供給する量を長手方向の位置に応じて調整し得ることを特徴とする実施形態においては、三次元造形製品８の移動方向の幅に応じて、平坦化装置１の長手方向に沿った粉末供給量を調整することによって、前記各移動方向の幅に対応して粉末９の撒布する量を調整し、ひいては図７（ｂ）に示すように、当該撒布する移動方向領域を調整することが可能となり、前記移動方向領域においても、効率的な撒布及び平坦化を行うことが可能となる。

このような長手方向に沿って粉末９の供給量を調整する構成としては、粉末供給装置２に設けたシャッターの開閉の程度を調整することを特徴とする実施形態、又は粉末供給装置２の長手方向に沿った移動速度を調整することを特徴とする実施形態の何れか、又は双方を採用することが可能である。

以下実施例に従って説明する。

実施例１は図１に示すように、造形タンク３の外側領域において、粉末供給装置２が平坦化装置１に対し粉末９を供給する位置に対応して、当該平坦化装置１を下方から支え、粉末９の落下を防止する支持部６を設けたことを特徴としている。

造形タンク３の外側領域において、平坦化装置１が粉末供給装置２から粉末９の供給を受けた場合に、粉末９が両側枠１１から更に落下することを防止することを不可欠とし、通常平坦化装置１においても別途シャッター（図示せず）を設ける場合が多いが、平坦化装置１を下方から支持部６によって支持し、前記落下を防止している。

このような支持部６の設置によってシャッターの移動機構２１という煩雑な構成を避けることが可能となる。

図１においては、支持部６はエアシリンダー６１の推進力によって平坦化装置１と共に移動しているが、このような移動によって平坦化装置１はスムーズに造形タンク３領域内において当初から定速度にて移動を行うことが可能となる。

実施例２は、図２に示すように、粉末供給装置２に対し、バイブレータ５１の振動に基づいて粉末９を落下させる粉末貯蔵容器５を設けたことを特徴としている。

粉末９を供給するため、粉末供給装置２は何らかの状態で粉末９を受領することを必要としているが、実施例２においては、図２に示すようにバイブレータ５１を有している粉末貯蔵容器５を設けることによって、粉末９を効率的かつ均一に落下することが可能としている。

尚、粉末貯蔵容器５は、粉末供給装置２が特定の位置に到来した段階にてバイブレータ５１の振動によって粉末９を落下させていることから、従来技術のような平坦化装置１の全領域に亘って粉末９を落下させるようなスペースは不要である。

図２においては、粉末供給装置２にシャッターが設けられているが、当該シャッターの開閉の程度を粉末供給装置２の移動状況に合わせて調整した場合には、平坦化装置１の長手方向の各領域毎に粉末９を移動（落下）する量を調整することができ、かつ図６（ｂ）に示すように、三次元造形製品８の造形領域範囲に対応した粉末９の撒布及び平坦化を実現することができる。

実施例３においては、図３に示すように、粉末供給装置２の長手方向に沿った移動端において、当該粉末供給装置２を構成しているパイプに対し下方外側から支え、かつ下端において粉末落下用穴が存在するプラットホーム７を設けたことを特徴としている。

粉末供給装置２は、粉末９を自ら受領し、かつ蓄積するためにも、所定の部位において停止することが操作上極めて便利であるが、実施例３においては、プラットホーム７において粉末供給装置２を安定した状態にて停止させたうえで、粉末９を例えば実施例２に示すような粉末貯蓄容器５から受領し、次の長手方向に沿った移動工程を行うことになる。

そして、前記移動の前段階において余分の粉末９が生じた場合に、当該粉末９をプラットホーム７に落下させることによって、適切な粉末９を平坦化装置１に供給することが可能となる。

尚、図３に示す実施例においては、プラットホーム７もまたその下端の穴を介して外部に粉末９を落下させるが、落下した粉末９はこれを回収され、新たに三次元造形製品８の造形に使用されることになる。

実施例４においては、図４に示すように、平坦化装置１が両側枠１１の間に介在する仕切板１２によって、長手方向に沿って複数個の領域に区分されており、かつ当該仕切板１２の下端は、両側枠１１の下端よりも上側に位置していることを特徴としている。
平坦化装置１に対して粉末供給装置２の長手方向に沿った移動を調整することによって、所定の長手方向幅による粉末９の供給を行ったとしても、端部においては粉末９が長手方向に流動し、前記の幅が十分調整し得ない場合がある。

これに対し、実施例４においては、複数の仕切板１２を設けることによって、粉末９は、各仕切板１２に仕切られた領域内の外側に移動せず、各領域毎に沿って正確に粉末９を供給する領域を設定することが可能となる。
但し、仕切板１２の下端が両側枠１１の下端と同一レベルであるならば、仕切板１２の下側の位置に粉末９をテーブル４上において撒布することができない。

このような状況を考慮し、実施例４においては、仕切板１２の下端の位置を両側枠１１の下端の位置よりも上側に設け、粉末９が仕切板１２の下方の位置にも撒布し得るように設計している。

発明者の経験では、仕切板１２の下端の位置と両側枠１１の下端の位置との上下方向幅が、両側枠１１の上下方向幅の略１／４である場合には、粉末９が仕切板１２によって仕切られた各領域内に保持されると共に、仕切板１２の下方にも撒布することをも可能とする点において、好適であることが判明している。

本発明は、粉末の積層及びレーザー光線などの電磁波の照射に伴う焼結によって順次積層させたことに基づく三次元造形製品の成形を行う三次元造形製品の造形に関する産業分野において、広範に利用することが可能である。

本発明の実施形態における全体構成及び実施例１の構成を示す側面図である。 実施例２の構成を示す見取図である。 実施例３の構成を示す側断面図である。 実施例４の構成を示しており、（ａ）は上面図、（ｂ）は側断面図である。 平坦化装置の移動によって、三次元造形製品の造形工程を概略説明する側面図であって、（ａ）は平坦化装置がテーブル上に造形されつつある三次元造形製品の上を移動しながら粉末の撒布及び平坦化を行っている状況を示しており、（ｂ）はレーザーなどの電磁波を照射している状態を示しており、（ｃ）はエンドミルによって三次元造形製品の端部を成形している状況を示す。 平坦化装置と粉末供給装置の配置関係を示しており、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は側断面図である。 造形タンク内において、平坦化装置が移動する領域を示す平面図であって、（ａ）は三次元造形製品が造形される領域を示しており、（ｂ）は平坦化装置の移動方向を基準として三次元造形製品の造形領域に対応した粉末の撒布及び平坦化が行われた場合の状態を示す。

符号の説明

１ 平坦化装置
１１ 両側枠
１２ 仕切板
２ 粉末供給装置
２１ シャッター移動機構
３ 造形タンク
４ テーブル
４１ ベース
５ 粉末貯蔵容器
５１ バイブレータ
６ 支持部
６１ エアシリンダー
７ プラットホーム
８ 三次元造形製品
９ 粉末

Claims (11)

1. 上下方向に移動可能なテーブル上に積載した金属又は非金属による粉末に対し、各層毎に、電磁波を照射することによって焼結させながら積層し、所定の三次元形状を形成することができる三次元造形製品製造装置において、底部が上下方向に同一レベルであって、平坦状態となっており、かつ長手方向に略平行に設けられている両側枠を有している平坦化装置、前記長手方向に沿って移動しながら、前記粉末を順次移動しながら供給することを可能とする粉末供給装置、当該平坦化装置を造形タンク内に設置したテーブルよりも上側位置において、前記粉末を順次落下し、かつ当該落下した粉末表面を前記両側枠によって平坦化しながら、水平方向に移動させることを可能とする移動機構を設けたことに基づく三次元造形製品の製造装置。
2. 粉末供給装置が平坦化装置に対し、粉末を供給する際、長手方向に移動する範囲を選択することが可能であることを特徴とする請求項１記載の三次元造形製品の製造装置。
3. 粉末供給装置が粉末を供給する量を長手方向の位置に応じて調整し得ることを特徴とする請求項１記載の三次元造形製品の製造装置。
4. 粉末供給装置に設けたシャッターの開閉の程度を調整することを特徴とする請求項３記載の三次元造形製品の製造装置。
5. 粉末供給装置の長手方向に沿った移動速度を調整することを特徴とする請求項３記載の三次元造形製品の製造装置。
6. 造形タンクの外側領域において、粉末供給装置が平坦化装置に対し粉末を供給する位置に対応して、当該平坦化装置を下方から支え、粉末の落下を防止する支持部を設けたことを特徴とする請求項１記載の三次元造形製品の製造装置。
7. 支持部が造形タンクの外側領域において、平坦化装置と共に移動可能であることを特徴とする請求項６記載の三次元造形製品の製造装置。
8. 粉末供給装置に対し、バイブレータの振動に基づいて粉末を落下させる貯蔵容器を設けたことを特徴とする請求項１記載の三次元造形製品の製造装置。
9. 粉末供給装置の長手方向に沿った移動端において、当該粉末供給装置を構成しているパイプに対し下方外側から支え、かつ下端において粉末落下用穴が存在するプラットホームを設けたことを特徴とする請求項１記載の三次元造形製品の製造装置。
10. 平坦化装置が両側枠の間に介在する仕切板によって、長手方向に沿って複数個の領域に区分されており、かつ当該仕切板の下端は、両側枠の下端よりも上側に位置していることを特徴とする請求項１記載の三次元造形製品の製造装置。
11. 仕切板の下端の位置と両側枠の下端の位置との距離が、両側枠の上下方向幅の略１／４であることを特徴とする請求項１０記載の三次元造形製品の製造装置。

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