JP4639087B2 - 三次元製品の製造装置及び製造方法 - Google Patents
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Description
S=t*Vaverage である。
この距離は時間t′でスピニング曲線の長さに等しくなければならない。従って、次の式6である数7が成立する。
1.温度はx方向、及びy方向に一定であり、温度はz方向のみで変化するものと仮定する。言い換えれば、全表面は同一温度であると仮定する。
2.z方向の温度はjLt に従って変化し、ここにjは層の数であり、Ltは層の厚さである。
3.溶解中の温度分布は変化がないものと仮定する。
種々のインデックス
i=最上の層のインデックス
j=1からiまでの層のインデックス
Lt=溶解すべき層の厚さ[m]
Lcont(j)=層jの外形長さ[m]
Apowt(z)=Apow(j) =層jについて粉末に面する面積[m2]
A(z)=A(j) =層j について溶解した全表面積[m2]
λmet =材料の熱伝導率[W/mK]
σmet =金属表面の放射定数[W/m2K]
σmetpow=粉末で覆われた金属表面の放射定数[W/m2K]
σpow =粉末表面についての放射定数[W/m2K]
λpow =粉末の熱伝導率[W/mK]
hpow(Z)=対象物から粉末への伝熱係数[W/m2K]
α=材料によって利用された放射パワーの割合
Tsur(i) =層iが溶解する時、表面に影響を及ぼす周囲の温度(熱遮断上で測定することができる。)
Tpow(z) =粉末内の温度
T(z)=対象物内の温度
Tsurf(i) =T(iLt)= 層iが溶解する時の対象物の表面上の希望する温度(AMAに設定される)
Tbott(i)=層iが開始される前の対象物の底部の温度(かきならす直前に測定され、又は計算される。以下の説明を参照)
これ等の式を代わりの微分式として書き直すと、数10のとおりである。jは各層に対するインデックスである。
Ax=b
この各要素は次の数13のように示される。
hpow(j) のために使用する関数は次のグラフのように表される。
Iik は溶解長さである。
Vik は溶解速度である。
Ttotは層iについての全溶解時間である。
Uは加速電圧である。
上に示した計算のルーチンは全体の粉末層に対して、使用することができる。代案の実施例では、計算は粉末層の種々の一部区域について、行うことができる。上に示した式はこの場合も同様に使用することができる。しかし、溶解した部分に密接する内側端縁では異なる境界条件が得られる。
方法の第2工程110において、粉末層のために決定されている操作計画に従って、粉末層の選択された区域に、放射銃6からエネルギーを供給し、前記作業計画に従って選択された粉末層の区域を融合し、次に、三次元体の横断面を形成する。順次加えられた粉末層から形成された順次の横断面を順次融合することによって、三次元体が形成される。順次の横断面はそれぞれ端縁Rを有する1個、又はそれ以上の個数の内部区域Iに分散される。
三次元製品を生産するための装置に、本発明を使用することができ、この装置は形成すべき前記三次元製品をその上で製造する作業テーブルと、製品の粉末床を形成するため、作業テーブル上に製品原材料の薄い層を分散させるように配置された分散器と、製品の粉末床の表面の選択された区域にエネルギーを送給するための手段と、前記区域内に確固とした横断面を形成するため、製品原材料の位相を変換する手段と、三次元製品を形成する順次の横断面についての情報を保管する記憶装置を管理する制御コンピュータとを具え、エネルギーを送給する手段を制御コンピュータによって制御し、前記選択された区域にエネルギーを供給し、分配器によって順次加えられた製品原材料から、順次形成された横断面を順次、合体させて、前記三次元製品を形成する。
Claims (21)
- 三次元体の順次の連続する横断面にそれぞれ融合すべき順次の部分が存在している粉末床の選択された区域で前記横断面を順次に融合することによって、三次元体を製造する方法であって、
粉末層を作業テーブルに加える工程と、
前記粉末層のために決定されている操作計画に従って、前記粉末層内の選択された区域に放射銃からエネルギーを供給する工程と、
三次元体の横断面を形成するため、前記操作計画に従って選択された粉末層の前記区域を融合する工程と
から成り、順次に連続して加えられる粉末層から、順次に連続して形成される横断面における部分と、これに隣接する横断面における部分との融合を順次に行って三次元体を形成することにより、三次元体を製造する、該方法において、
内部区域Iと端縁Rとを具える前記選択された区域を、複数個の一層小さい一部区域であって、各一部区域が、やはりそれぞれ内部区域Iと端縁Rとを具え、周縁における一部区域は、前記選択された区域の端縁Rの対応する一部を有するものとした、該一部区域に分割し、前記選択された区域内で乱数的に優先順位を決定された前記一部区域順に、前記一部区域に対して放射銃からエネルギーを供給することを特徴とする三次元体の製造方法。 - 1組の隣接する一部区域の前記内部区域Iを第1処理工程で融合し、その後、次の第2処理工程において、前記隣接する前記一部区域に属する端縁Rを融合し、前記一部区域を連結することを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 乱数発生器を利用して、前記複数個の一層小さい一部区域を処理する優先順位を決定するように、前記操作計画を配置することを特徴とする請求項1、又は2に記載の方法。
- 多数の連続する粉末層のための第1処理工程において、前記端縁を融合し、その後、前記連続する粉末層のための共通する第2処理工程において、前記連続する粉末層の前記内部区域を融合することを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 主移動方向と、この主移動方向に直角な方向の成分を有し、前記主移動方向に加えられる干渉項とから成る前記放射銃のビームの焦点のための移動パターンの間に、前記内部区域を融合することを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の方法。
- 前記放射銃のビームの主に直線移動の間に、前記端縁を融合することを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の方法。
- 各粉末層内の少なくとも1個の一部区域についてエネルギーバランスを計算し、前記一部区域の周囲から、この一部区域内に放射されるエネルギーが前記一部区域の画定された操作温度を維持するのに充分であるか否かを前記計算において、決定することを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の方法。
- 前記エネルギーバランスの計算の結果が前記一部区域の意図した操作温度を維持するために充分なエネルギーが無いと言うことであれば、前記一部区域を融合するための前記エネルギーに加えて、前記一部区域を加熱するためのエネルギーを供給し、前記一部区域の画定された操作温度を次に達成することを特徴とする請求項7に記載の方法。
- 前記一部区域に供給されるエネルギーをEin(i)とし、前記一部区域からの散逸、及び放射によるエネルギー損失をEout(i) とし、前記一部区域に蓄えられたえネルギーをEheat(i)として、各粉末層のエネルギーバランスをEin(i)=Eout(i)+Eheat(i) によって計算することを特徴とする請求項7、又は8に記載の方法。
- 前記一部区域のそれぞれについてエネルギーバランスを計算することを特徴とする請求項7〜9のいずれか1項に記載の方法。
- 三次元製品をその上に構築する作業テーブルと、粉末床を形成するため、前記作業テーブル上に、粉末の薄い層を分散させるように配置された粉末分配器と、前記粉末の融合が次に行われるように、前記粉末にエネルギーを送給する放射銃と、三次元体の順次の連続する横断面にそれぞれ融合すべき順次の部分が存在している前記粉末床の選択された区域で順次に融合させることによって、前記三次元製品の横断面を形成するよう、前記粉末床上に前記放射銃によって放出されたビームを案内する案内手段と、三次元製品を構築する三次元製品の連続する横断面についての情報を記憶する制御コンピュータとを具え、前記三次元体の横断面を形成する操作計画に従って、前記粉末床上に前記放射銃を案内する前記案内手段を制御するように、前記制御コンピュータを構成し、前記粉末分配器によって、順次連続的に形成された横断面の順次に連続する融合によって形成される三次元製品を製造する装置において、内部区域Iと端縁Rとを具える前記選択された区域を、複数個の一層小さい一部区域であって、各一部区域が、やはりそれぞれ内部区域Iと端縁Rとを具え、周縁における一部区域は、前記選択された区域の端縁Rの対応する一部を有するものとした、該一部区域に分割し、前記選択された区域内で乱数的に優先順位を決定された前記一部区域順に、前記一部区域に対して放射銃からエネルギーを供給するように前記制御コンピュータを構成したことを特徴とする三次元製品の製造装置。
- 1組の隣接する一部区域の前記内部区域Iを第1処理工程で融合し、その後、次の第2処理工程において、前記端縁Rを融合し、前記一部区域を連結するよう、前記放射銃を配置したことを特徴とする請求項11に記載の装置。
- 乱数発生器を利用して、前記複数個の一層小さい一部区域を処理する優先順位を決定するように、前記操作計画を配置したことを特徴とする請求項11、又は12に記載の装置。
- 多数の連続する粉末層のための第1処理工程において、前記端縁を融合し、その後、前記連続する粉末層のための共通する第2処理工程において、前記連続する粉末層の前記内部区域を融合することを特徴とする請求項11に記載の装置。
- 主移動方向と、この主移動方向に直角な方向の成分を有し、前記主移動方向に加えられる干渉項とから成る移動パターンを使用して、前記内部区域内で、前記放射銃のビームの焦点を案内するように前記操作計画を配置することを特徴とする請求項11〜14のいずれか1項に記載の装置。
- 前記制御コンピュータによって決定された操作計画に従って、前記放射銃のビームの主に直線移動の間に、前記端縁を融合するように、前記放射銃を配置したことを特徴とする請求項11〜15のいずれか1項に記載の装置。
- 各粉末層内の少なくとも1個の一部区域についてのエネルギーバランスを計算するように前記制御コンピュータをも配置し、前記一部区域の周りから前記一部区域内に放射されるエネルギーが前記一部区域の画定された操作温度を維持するのに充分であるか否かを前記計算において、決定することを特徴とする請求項11〜16のいずれか1項に記載の装置。
- 前記エネルギーバランスの計算の結果、前記一部区域の意図した操作温度を維持するための充分なエネルギーを前記操作計画が提供するものでないならば、粉末層を融合するための前記エネルギーに加えて、前記粉末層を加熱するエネルギーを供給するため、前記操作計画を制御するように前記制御コンピュータを配置し、前記一部区域の画定された操作温度を次に維持することを特徴とする請求項17に記載の装置。
- 前記一部区域に供給されるエネルギーをEin(i)とし、前記一部区域からの散逸、及び放射によるエネルギー損失をEout(i) とし、前記一部区域に蓄えられたえネルギーをEheat(i)として、各粉末層のエネルギーバランスをEin(i)=Eout(i)+Eheat(i) によって計算するように、前記制御コンピュータを配置することを特徴とする請求項17、又は18に記載の装置。
- 前記一部区域のおのおののためのエネルギーバランスを計算するよう、前記制御コンピュータを配置したことを特徴とする請求項11〜19のいずれか1項に記載の装置。
- 前記粉末床内にある表面層の温度分布を検知する手段を前記製造装置が更に具えることを特徴とする請求項11〜19のいずれか1項に記載の装置。
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