JP5008260B2 - 三次元製品の製造装置及び製造方法 - Google Patents
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Description
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]
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3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6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。
上に示した計算の業務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。
選択区域にわたり、前記多数の焦点が展開するように、制御コンピュータ内に記憶されている操作計画を用意する。代案の実施例によれば、以下に説明するように、複数の一部区域内に数個の焦点を使用する。
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18が成立する。
Claims (8)
- 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、連続して加えられる粉末層から、連続して形成される横断面の連続する融合によって三次元体を形成することにより、三次元体の連続する横断面に部分、部分が対応している粉末床の選択された区域の連続する融合によって、三次元体を製造する方法において、前記放射銃を電子銃とし、磁界を発生する偏向コイルを使用して前記電子銃から発生する電子ビームを案内し、また集束コイルを使用して電子ビームを作業テーブル上の粉末床の表面に電子ビームを焦点合わせし、前記三次元体の横断面が形成される時、前記選択された区域における、2個、又はそれ以上の個数の幾何学的に互いに離れ、順次に異なる別個の溶解帯域間で、前記電子銃によって前記電子ビームの焦点を飛び石的に交互移動させ、この電子ビーム焦点の飛び石的な交互移動により、前記選択された区域にわたり、前記個別の異なる溶解帯域が同時に伝播するようにした、ことを特徴とする三次元体の製造方法。 - タイムサンプリングを行いながら、2個、又はそれ以上の個数の幾何学的に互いに離れる別個の前記溶解帯域に対して電子ビームのエネルギーを供給するよう前記電子銃によって、前記電子ビームの焦点を移動させることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記2個の溶解点における前記電子銃の焦点は前記溶解帯域の波伝播速度に対応する速度で伝播することを特徴とする請求項1、又は2に記載の方法。
- 前記粉末床内にある表面層の温度分布を検知する手段によって得られる情報から、前記溶解帯域の前記波伝播速度を測定することによって、前記波伝播速度を推定することを特徴とする請求項3に記載の方法。
- 前記焦点を有する区域について、エネルギーバランスを計算することによって、前記波伝播速度を推定し、前記区域に対して、設定された熱伝導の式のモデルから、前記波伝播速度を得ることを特徴とする請求項3、又は4に記載の方法。
- 請求項1〜5に記載の三次元体の製造方法を実施する装置であって、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、前記粉末に電子ビームのエネルギーを送給する電子銃と、前記粉末床の部分、部分を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電子銃によって放出された電子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電子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、連続的に形成された横断面の連続する融合によって形成される前記三次元製品を製造する装置において、選択された区域の2個、又はそれ以上の溶解帯域に前記電子銃を案内するように、前記操作計画を配置し、前記三次元体の横断面が形成される時、前記選択された区域における、2個、又はそれ以上の個数の幾何学的に互いに離れ、順次に異なる個別の溶解帯域間で、電子銃によって前記電子ビームの焦点を飛び石的に交互移動させ、この電子ビーム焦点の飛び石的な交互移動の際に、前記選択された区域にわたり、前記個別の異なる溶解帯域の溶解が同時に伝播するよう、また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、前記制御コンピュータを構成し、さらに、前記制御コンピュータは、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、決定するよう構成した、ことを特徴とする三次元製品の製造装置。
- 前記一部区域に供給される電子ビームのエネルギーを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6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6または7に記載の装置。
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