JP4792905B2 - Manufacturing method of three-dimensional shaped object - Google Patents
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Description
本発明は、3次元形状造形物の製造方法に関し、詳しくは光ビームを利用して金属粉末を層状に連続的に硬化させて3次元形状造形物を製造する3次元形状造形物の製造方法に関するものである。 The present invention relates to a method for manufacturing a three-dimensional shaped object, and more particularly, to a method for manufacturing a three-dimensional shaped object that uses a light beam to continuously cure a metal powder in a layer shape to produce a three-dimensional shaped object. Is.
従来の無機質粉末材料、例えば金属粉末に対して光ビーム、例えば指向性エネルギービームやレーザを照射して金属粉末を硬化させ、硬化層を積層させることにより3次元形状造形物を製造する方法について、図2を用いて説明する。 About a method for producing a three-dimensional shaped object by irradiating a conventional inorganic powder material, for example, a metal powder with a light beam, for example, a directional energy beam or a laser to cure the metal powder and laminating a cured layer, This will be described with reference to FIG.
図2は、従来の3次元形状造形物の製造方法を示す模式的断面図である。 FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing a conventional method for producing a three-dimensional shaped object.
図2において、1は金属粉末などの無機質粉末材料であり、2は金属粉末1に対して光ビームを照射して硬化させた硬化層である。3は金属粉末1を保持する材料保持部、4は硬化層2を形成する造形部であり、5は材料保持部3に保持されている金属粉末1を上下させる材料昇降部、6は造形部4にて造形された硬化層2を上下させる造形昇降部である。7は造形昇降部6に載置された造形台であり、造形台7の上に硬化層2を複数積層することにより3次元形状造形物が造形される。8は材料供給手段であり、材料保持部3に保持された金属粉末1を造形部4に供給する。
In FIG. 2, 1 is an inorganic powder material such as metal powder, and 2 is a cured layer obtained by irradiating the
従来の3次元形状造形物の製造方法は、まず、図2(a)に示すように、造形昇降部6を所定の高さ下げることにより硬化層2または造形台7の上面を造形部4の上端より下に位置させ、材料昇降部5を所定の高さ上げることにより金属粉末1を材料保持部3の上端より上に位置させる。
As shown in FIG. 2 (a), the conventional method for producing a three-dimensional modeled object is to lower the modeling elevating unit 6 to a predetermined height so that the upper surface of the cured
次に、図2(b)に示すように、材料供給手段8を材料保持部3の造形部4と反対側の外側から造形部4の材料保持部3と反対側の外側まで水平移動させる。材料供給手段8は材料保持部3および造形部4の内幅よりも長い板状体であり、材料供給手段8を水平移動させることにより、材料保持部3の上端より上に位置している金属粉末1を押し動かして造形部4に移送する。このとき、金属粉末1は材料供給手段8により均され、造形部4で薄い層状に堆積される。
Next, as shown in FIG. 2B, the material supply unit 8 is horizontally moved from the outside of the
次に、図2(c)に示すように、造形部4の上方から造形部4に供給された金属粉末1に対して光ビーム9を照射することにより金属粉末1を硬化させて硬化層2を形成する。この光ビーム9を照射している間または光ビーム9の照射が完了した後、材料供給手段8は、材料保持部3の造形部4と反対側の外側に移動させる。また、材料保持部3では、材料昇降部5を所定の高さ上げることにより金属粉末1を材料保持部3の上端より上に位置させる。
Next, as shown in FIG. 2 (c), the
以上の工程を複数回繰り返すことにより、造形部4の造形台7上に硬化層2が複数積層された3次元形状造形物を製造していた(例えば、特許文献1参照)。
上記に示したような従来の方法では、金属粉末1を硬化させる際の金属粉末1の燃焼や材料の偏在、光ビーム9の照射エネルギーの時間的空間的な不均一さ等によって、硬化層2が想定よりも高く造形部4の上端より突出して形成されてしまう場合があった。その際、材料供給部8が造形部4の上を水平に移動するのみであるため、材料供給手段8と硬化層2の造形部4の上端より突出した部分とが干渉してしまい、材料供給手段8の進行方向と平行な方向の長さが短く、造形昇降部6の昇降方向と平行な方向の長さが長い3次元形状造形物は押し倒されてしまうため、3次元形状造形物が正しく形成できなくなるという課題があった。
In the conventional method as described above, the hardened
上記課題を解決するために本発明は、材料保持部に保持された粉末材料の表層を材料供給手段の板状体で水平移動して造形部の上に供給し、前記供給された粉末材料に対して光ビームを照射して前記粉末材料を硬化させて硬化層を形成することを、複数回繰り返して硬化層が複数積層された3次元形状造形物を製造する方法であって、前記材料供給手段は前記板状体を回転させる回転機構を備え、前記硬化層上に突起を有する状態で前記板状体が前記粉末材料を前記造形部の上に供給する際に、前記突起に前記板状体が接触した時には前記回転機構により前記板状体が回転し一時的に退避させながら前記材料供給手段を移動させることを特徴とする。この構成により、硬化層が想定よりも高く造形部の上端より突出して形成されてしまった場合にも、材料供給手段が硬化層の造形部の上端よりも突出した部分と干渉して3次元形状造形物を押し倒してしまうことを回避することが可能となり、3次元形状造形物が正しく形成することが可能となる。 In order to solve the above-described problems, the present invention provides a method in which the surface layer of the powder material held in the material holding unit is horizontally moved by the plate-like body of the material supply unit and supplied onto the modeling unit. forming a cured layer by curing the logger powder material prior to irradiating the light beam for a method of producing a three-dimensional shaped object hardened layers are stacked by repeating a plurality of times, the The material supply means includes a rotation mechanism for rotating the plate-like body, and the plate-like body supplies the powder material onto the modeling portion in a state having the protrusion on the hardened layer. When the plate-like body comes in contact, the material supply means is moved while the plate-like body is rotated by the rotating mechanism and temporarily retracted. With this configuration , even when the hardened layer is formed higher than expected and protrudes from the upper end of the modeling part, the material supply means interferes with the part protruding from the upper end of the modeling part of the hardened layer, and the three-dimensional shape It is possible to avoid pushing down the modeled object, and a three-dimensional modeled model can be formed correctly.
本発明によれば、材料供給手段の進行方向と平行な方向の長さが短く、造形昇降部の昇降方向と平行な方向の長さが長い3次元形状造形物を製造することが可能となる。特に、造形昇降部の昇降方向と平行な方向の長さが、材料供給手段の進行方向と平行な方向の長さの3倍以上である3次元形状造形物を製造することが可能となる。 According to the present invention, it is possible to manufacture a three-dimensional shaped object having a short length in a direction parallel to the traveling direction of the material supply means and a long length in a direction parallel to the ascending / descending direction of the modeling lift unit. . In particular, it is possible to manufacture a three-dimensional shaped object in which the length in the direction parallel to the ascending / descending direction of the modeling ascending / descending unit is at least three times the length in the direction parallel to the traveling direction of the material supply means.
本発明の一実施の形態について、図1を用いて説明する。 An embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
図1は、本発明の一実施の形態における3次元形状造形物の製造方法を示す模式的断面図である。図1において、図2と同一物については同一番号を付して詳細な説明は省略する。 FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a method for manufacturing a three-dimensional shaped object in one embodiment of the present invention. In FIG. 1, the same components as those in FIG.
図1において、10は金属粉末1を造形部4に押し動かして移送する際に、予め設定された力以上の力を受けた時に力を受け流す機構を有する材料供給手段であり、11は金属粉末1を硬化させる際の金属粉末1の燃焼や材料の偏在、光ビーム9の照射エネルギーの時間的空間的な不均一さ等によって、硬化層2が想定よりも高く造形部4の上端より突出して形成されてしまった突起である。
In FIG. 1, reference numeral 10 denotes a material supply means having a mechanism for receiving a force when the
本発明の一実施の形態における3次元形状造形物の製造方法は、まず、図1(a)に示すように、造形昇降部6を所定の高さ下げることにより硬化層2または造形台7の上面を造形部4の上端より下に位置させ、材料昇降部5を所定の高さ上げることにより金属粉末1を材料保持部3の上端より上に位置させる。
In the method for manufacturing a three-dimensional shaped object in one embodiment of the present invention, first, as shown in FIG. The
次に、図1(b)に示すように、材料供給手段10を材料保持部3の造形部4と反対側の外側から造形部4に向かって水平移動させる。材料供給手段10は材料保持部3および造形部4の内幅よりも長い板状体であり、材料供給手段10を水平移動させることにより、材料保持部3の上端より上に位置している金属粉末1を押し動かして造形部4に移送する。
Next, as shown in FIG. 1B, the material supply unit 10 is moved horizontally from the outside of the
図1(c)は、材料供給手段10が突起11の存在する位置にさしかかった状態を示す。図1(c)に示すように、材料供給手段10が突起11の存在する位置にさしかかった時には、材料供給手段10は、通常の金属粉末1を移送する際にかかる力以上の力を受けることになる。このとき、材料供給手段10は予め設定された力以上の力を受けた時に力を受け流す機構、例えば回転機構により一時的に退避させることで、材料供給手段10と突起11との干渉を回避する。ここでは、材料供給手段10の退避を回転機構により回転させて行ったが、直線移動機構を用いて、上方あるいは斜め上方に退避させてもよい。
FIG. 1C shows a state in which the material supply unit 10 is approaching the position where the protrusion 11 is present. As shown in FIG. 1 (c), when the material supply means 10 reaches the position where the projections 11 are present, the material supply means 10 receives a force greater than the force applied when the
ここで、具体的な本発明の一実施例としは、材料保持部3の上方から見た面の大きさは、250mm×250mmであり、金属粉末1を供給するために材料昇降部5が上昇する距離は0.5mm程度である。この場合、移送される金属粉末1の容積は、31,250mm3となり、金属粉末1は平均粒径20μmの鉄粉を使用しているため、移送される金属粉末1の重量は約250gとなる。重量約250gの金属粉末1を移送する際に材料供給手段10に通常かかる力としては、金属粉末1の重量の2〜3倍程度となるため、5〜8Nの力がかかることとなる。従って、本実施例では、材料供給手段10を10Nの張力で支持することにより、材料供給手段10を通常の姿勢に保持させている。そして、予め設定された材料供給手段10を支持する張力以上の力がかかった際には、材料供給手段10を一時的に退避させている。
Here, as one specific embodiment of the present invention, the size of the surface of the
次に、図1(d)に示すように、材料供給手段10が突起11の存在する位置を通過した後、元の姿勢に復帰し、造形部4の材料保持部3と反対側の外側まで移動して材料供給を完了する。このとき、金属粉末1は材料供給手段10により均され、造形部4で薄い層状に堆積される。
Next, as shown in FIG. 1 (d), after the material supply means 10 passes through the position where the protrusion 11 exists, it returns to its original posture and reaches the outside of the modeling portion 4 on the side opposite to the
次に、従来と同様に、造形部4の上方から造形部4に供給された金属粉末1に対して光ビーム9を照射することにより金属粉末1を硬化させて硬化層2を形成する。この光ビーム9を照射している間または光ビーム9の照射が完了した後、材料供給手段10は、材料保持部3の造形部4と反対側の外側に移動させる。また、材料保持部3では、材料昇降部5を所定の高さ上げることにより金属粉末1を材料保持部3の上端より上に位置させる。
Next, as in the prior art, the
以上の工程を複数回繰り返すことにより、造形部4の造形台7上に硬化層2が複数積層された3次元形状造形物が製造される。
By repeating the above steps a plurality of times, a three-dimensional shaped object in which a plurality of hardened
以上のように本発明の一実施の形態によれば、材料供給手段10の進行方向と平行な方向の長さが短く、造形昇降部6の昇降方向と平行な方向の長さが長い3次元形状造形物を製造することが可能となる。特に、造形昇降部6の昇降方向と平行な方向の長さが、材料供給手段10の進行方向と平行な方向の長さの3倍以上である3次元形状造形物を製造することが可能となる。 As described above, according to the embodiment of the present invention, the length in the direction parallel to the traveling direction of the material supply unit 10 is short, and the length in the direction parallel to the lifting direction of the modeling lifting unit 6 is long three-dimensional. A shaped object can be manufactured. In particular, it is possible to produce a three-dimensional shaped object in which the length in the direction parallel to the ascending / descending direction of the modeling elevator unit 6 is three times or more the length in the direction parallel to the traveling direction of the material supply means 10. Become.
なお、本発明の一実施の形態においては、材料供給手段10が材料保持部3および造形部4の内幅よりも長い板状体を用いたが、板状体を複数に分割した構成としてもよい。また、材料供給手段10が予め設定された力以上の力を受けた時に力を受け流す機構として回転機構を用いたが、直線移動機構でもよく、さらに材料供給手段10が予め設定された力以上の力を受けた時に屈曲する弾性体や薄板を用いてもよい。
In the embodiment of the present invention, the material supply unit 10 uses a plate-like body that is longer than the inner width of the
また、材料供給手段は複数の線状部材から構成され、予め設定された力以上の力を受けた時に力を受けた部分が造形部の水平面内で退避するようにしてもよい。 Further, the material supply means may be composed of a plurality of linear members, and the portion that receives the force when receiving a force greater than a preset force may be retracted within the horizontal plane of the modeling portion.
本発明の3次元形状造形物の製造方法および製造装置は、複雑な形状を有する射出成形金型の金型部品の製造や金属製モックアップモデルの製作等の用途にも適用できる。 The method and apparatus for producing a three-dimensional shaped object of the present invention can also be applied to uses such as the production of a mold part of an injection mold having a complicated shape and the production of a metal mockup model.
1 金属粉末
2 硬化層
3 材料保持部
4 造形部
5 材料昇降部
6 造形昇降部
7 造形台
10 材料供給手段
11 突起
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記材料供給手段は前記板状体を回転させる回転機構を備え、
前記硬化層上に突起を有する状態で前記板状体が前記粉末材料を前記造形部の上に供給する際に、前記突起に前記板状体が接触した時には前記回転機構により前記板状体が回転し一時的に退避させながら前記材料供給手段を移動させる
ことを特徴とする3次元形状造形物の製造方法。 The surface layer of the powder material held in the material holding part is horizontally moved by the plate-like body of the material supply means and supplied onto the modeling part, and the supplied powder material is irradiated with a light beam, and the powder material Is a method for producing a three-dimensional shaped object in which a plurality of cured layers are laminated by repeating a plurality of times to form a cured layer,
The material supply means includes a rotation mechanism for rotating the plate-like body,
When the plate-like body supplies the powder material onto the modeling portion with the protrusions on the hardened layer, the plate-like body is moved by the rotating mechanism when the plate-like body comes into contact with the protrusions. A method for producing a three-dimensional shaped object, wherein the material supply means is moved while rotating and temporarily retracting.
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