JP6077718B2

JP6077718B2 - 粉末リコータ

Info

Publication number: JP6077718B2
Application number: JP2016510886A
Authority: JP
Inventors: 宮野　英昭; 英昭宮野; 好一大場; 陽介加藤; 幸吉鈴木; 勇哉大長
Original assignee: Technology Research Association for Future Additive Manufacturing (TRAFAM)
Current assignee: Technology Research Association for Future Additive Manufacturing (TRAFAM)
Priority date: 2015-02-27
Filing date: 2015-02-27
Publication date: 2017-02-08
Anticipated expiration: 2035-02-27
Also published as: EP3098064A1; JPWO2016135975A1; WO2016135975A1; US20160368215A1; EP3098064A4

Description

本発明は、粉末リコータに関する。

上記技術分野において、特許文献１には、開口部を備えたリコータを振動させて粉末を散布する技術が開示されている。また、特許文献２には、開口部を備えたリコータに正圧または負圧をかけることにより、粉末を散布する技術が開示されている。

国際公開第２００５／０８００１０号国際公開第２０１０／１４９１３３号

しかしながら、上記文献に記載の技術では、粉末の散布量を調整することができなかった。

本発明の目的は、上述の課題を解決する技術を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明に係る粉末リコータは、
粉末を貯留するホッパーと、
側面が前記ホッパーの底面に近接または当接し、前記粉末の供給路を有する円柱状の粉末供給手段と、
前記粉末供給手段を回動させる回動手段と、
前記粉末供給手段を振動させる第１振動手段と、
を備え、
前記供給路の中心軸は、前記粉末供給手段の中心軸と、交差することを特徴とする。

本発明によれば、粉末の散布量を調整することができる。

本発明の第１実施形態に係る粉末リコータの構成を示す側面図である。本発明の第２実施形態に係る粉末リコータの構成を示す側面図である。本発明の第２実施形態に係る粉末リコータの粉末供給部の斜視図である。本発明の第２実施形態に係る粉末リコータによる粉末の散布の様子を示す図である。本発明の第３実施形態に係る粉末リコータの構成を示す側面図である。

以下に、本発明を実施するための形態について、図面を参照して、例示的に詳しく説明記載する。ただし、以下の実施の形態に記載されている、構成、数値、処理の流れ、機能要素などは一例に過ぎず、その変形や変更は自由であって、本発明の技術範囲を以下の記載に限定する趣旨のものではない。

［第１実施形態］
本発明の第１実施形態としての粉末リコータ１００について、図１を用いて説明する。粉末リコータ１００は、造形面上を左右に移動しながら造形面に粉末１１１を散布する装置である。

図１に示すように、粉末リコータ１００は、ホッパー１０１と粉末供給部１０２と回動部１０３とを含む。ホッパー１０１は、粉末１１１を貯留する。粉末供給部１０２は、側面がホッパー１０１の底面に近接または当接している。そして、粉末供給部１０２は、粉末１１１の供給路１２１を有し、円柱状の形状をしている。供給路１２１の中心軸は、粉末供給部１０２の中心軸と、交差する。回動部１０３は、粉末供給部１０２を回動させる。

本実施形態によれば、粉末供給部１０２が回動するので、粉末１１１の散布量を調整することができる。

［第２実施形態］
次に本発明の第２実施形態に係る粉末リコータ２００について、図２乃至４を用いて説明する。図２は、本実施形態に係る粉末リコータ２００の構成を説明するための側面図である。図３は、本実施形態に係る粉末リコータ２００の粉末供給部１０２の斜視図である。

粉末リコータ２００は、造形面上を移動しながら造形面に粉末２１１を散布する装置である。粉末リコータ２００は、ホッパー２０１と粉末供給部２０２と揺動部２０４、２０５とを備える。さらに、粉末リコータ２００は、図示しないサーボモータなどの回動部を備える。

ホッパー２０１は、造形面に散布する粉末２１１を貯留する。粉末２１１は、散布前に、図示しない粉末２１１貯蔵用のタンクなどから、所定量が適宜供給され、補充される。粉末２１１は、ホッパー２０１の上部の投入口から投入され、底面に設けられた排出口から粉末供給部２０２へ供給される。

粉末供給部２０２は、ホッパー２０１の底面の近傍に設けられ、または底面に当接するように設けられている。粉末供給部２０２は、円柱状の部材であり、側面には粉末２１１が通過する供給路２２１が設けられている。供給路２２１は、供給路２２１の中心軸が円柱状の粉末供給部２０２の中心軸と交差するように設けられている。

供給路２２１は複数の孔がスリット状に設けられることにより形成されているが、単一の孔（単一のスリット）で形成してもよい。また、単一の孔を設けた部材を複数連結したものでもよい。

供給路２２１は、粉末２１１が通過できる形状であればいずれの形状でもよく、円形や楕円形、多角形、スリットなど様々な形状とすることができる。また、粉末供給部２０２には、図示しないサーボモータなどの回動機構が取り付けられており、サーボモータの動作に伴い回動する。粉末供給部２０２の材質としては、アルミニウム、鉄、銅などの金属やプラスチック、樹脂などいずれでもよい。粉末供給部２０２を回動させることにより、散布する粉末の量を調整できる。

揺動部２０４は、ホッパー２０１を揺り動かして、ホッパー２０１に振動を与え、粉末２１１の粉末供給部２０２の供給路２２１への供給を促進させる。揺動部２０４は、揺動アーム２４１と回転アーム２４２とを備える。揺動アーム２４１は、ホッパー２０１に接続されている。回転アーム２４２は、回転中心に対して偏心しており、回転アーム２４２の回転による振動が揺動アーム２４１に伝達され、これによりホッパー２０１に振動が与えられ、粉末２１１の落下が促進される。

揺動部２０５は、粉末供給部２０２を揺り動かして、粉末供給部２０２に振動を与え、粉末２１１の造形面への供給（散布）を促進させる。揺動部２０５は、揺動アーム２５１と回転アーム２５２とを備える。揺動アーム２５１は、粉末供給部２０２と連結されている。回転アーム２５２は、回転中心に対して偏心しており、回転アーム２５２の回転による振動が揺動アーム２５１に伝達され、これにより粉末供給部２０２に振動が与えられ、粉末２１１の散布が促進される。

また、造形面に散布された粉末２１１は、不図示の均し部により均される。粉末供給部２０２から散布される粉末２１１は、粉末供給部２０２の供給路２２１から落下してくるので、造形面に散布された状態では、厚みが均一（一定）とはなっていないので、均し部により粉末２１１の表面を均す。例えば、粉末２１１を叩いたり、ローラーなどで均してもよい。粉末２１１を均した後、粉末２１１にレーザーなどを照射して、硬化させて３次元造形物を製造する。

図４は、本実施形態に係る粉末リコータ２００による粉末２１１の散布の様子を示す図である。図４（ａ）は、供給路２２１を全開にして粉末２１１を散布している様子を示す図である。図４（ｂ）は、供給路２２１を半開にして粉末２１１を散布している様子を示す図である。図４（ｃ）は、粉末２１１の散布を停止した様子を示す図である。

図４（ａ）に示したように、粉末２１１を最大の供給量で散布する場合は、粉末供給部２０２を回動させて、供給路２２１とホッパー２０１の排出口とが一直線になるようにする。

図４（ｂ）に示したように、粉末供給部２０２を回動させて、供給路２２１の位置とホッパー２０１の排出口の位置とがずれるようにすれば、粉末２１１の供給量を減らすことができる。これにより、供給路２２１が傾き、ホッパー２０１と供給路２２１との間が狭くなり、粉末２１１の供給量を制限できる。つまり、粉末供給部２０２を回動させて、ホッパー２０１の排出口と供給路２２１とが直通した場合の開き具合（開度）を変化させれば、様々なリコーティングが可能となる。

例えば、開度を調整することにより粉末の散布量を変化させ、散布する粉末の厚みをある部分では厚く、別の部分では薄くするなど自由に変化させることができる。具体的には、通常は０．３ｍｍの厚みで積層するが、厚み方向の精度が要求される場所には、それよりも薄い、例えば０．１ｍｍの厚みで積層することが簡便にできる。すなわち、散布する粉末の厚みを自在に変化させることができる。粉末を散布した後、所望の部分を硬化させるときには、例えば、赤外線を照射して焼結／溶融させる方式では与えるエネルギーをより小さくすればよい。また、インクジェットヘッドからバインダを散布して硬化させる方式では、インクジェットから１回に吐出される液体の量を減らすか、またはインクジェットから吐出される液体の吐出間隔を広くすれば良い。

また、粉末の粒子の大きさが小さい場合には開度を小さくし、粉末の粒子の大きさが大きい場合には開度を大きくすることにより、広い範囲の、様々な種類の粉末を扱うことができる。さらに、様々な大きさの粒子が混合された粉末の場合であっても、粉末の特性に合わせて開度を調整することにより、粉末の供給量を調整できる。粉末リコータ２００は、これらの粉末を１つの装置で扱うことができる。

さらに、乾いた粉末や濡れた粉末、粉末の真球度の多寡やコーティングの有無などのように、粉末粒子の表面性状は様々であるため、粒子同士の付着力などもまた多様である。粉末全体としての流動性が異なる粉末であっても、これらの粉末の特性に合わせて開度を調整することにより、粉末の供給量を調整できる。すなわち、例えば、流動性の低い粉末の場合には開度を大きくし、流動性の高い粉末の場合には開度を小さくするようにすればよい。例えば、最初は流動性の高い粉末（例えば、乾いた粉末）を散布したが、次は粉末を入れ替えて、流動性の低い粉末（例えば、濡れた粉末）を散布したい場合などのように、流動性の異なる粉末であっても、粉末リコータ２００は、これらの粉末を１つの装置で扱うことができる。

図４（ｃ）に示したように、粉末２１１の供給を停止する場合には、ホッパー２０１の排出口と供給路２２１とが直通しない位置となるように、粉末供給部２０２を回動すればよい。

本実施形態によれば、粉末供給部１０２が回動するので、粉末２１１の散布量を調整することができる。また、本実施形態の粉末リコータ２００は、３次元造形装置に使用することもできる。

［第３実施形態］
次に本発明の第３実施形態に係る粉末リコータについて、図５を用いて説明する。図５は、本実施形態に係る粉末リコータ５００の構成を説明するための側面図である。本実施形態に係る粉末リコータ５００は、上記第２実施形態と比べると、供給量調整部５０１をさらに有する点で異なる。その他の構成および動作は、第２実施形態と同様であるため、同じ構成および動作については同じ符号を付してその詳しい説明を省略する。

供給量調整部５０１は、粉末供給部２０２の下方に設けられており、粉末供給部２０２と造形面との間に設けられている。供給量調整部５０１には、不図示の駆動部が設けられており、矢印の方向へ駆動する。供給量調整部５０１の駆動方式は、左右の供給量調整部５０１が連動して、左右対称の動きをしてもよいし、それぞれが単独で、異なる動き方をしてもよい。

供給量調整部５０１は、２つの板状の部材を左右対称に配置することにより形成され、シャッターのような役割を果たす。そして、供給量調整部５０１を駆動することにより、左右の供給量調整部５０１の間に形成される隙間の大きさを調整すれば、粉末２１１の散布量を調整できる。つまり、シャッターの開き具合（開度）を大きくすれば粉末２１１の散布量を多くできる。また、シャッターの開き具合を小さくすれば粉末２１１の散布量を少なくできる。

供給量調整部５０１をさらに設けたことにより、粉末供給部２０２および供給量調整部５０１の２つの粉末２１１の散布量調整手段による、二重の調整が可能となるので、粉末２１１の散布量をより細かく調整できる。

本実施形態によれば、供給量調整部５０１を設けたので、粉末２１１の散布量をより詳細に調整することができる。

［他の実施形態］
以上、実施形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記実施形態に限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、本願発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。また、それぞれの実施形態に含まれる別々の特徴を如何様に組み合わせたシステムまたは装置も、本発明の範疇に含まれる。

Claims

粉末を貯留するホッパーと、
側面が前記ホッパーの底面に近接または当接し、前記粉末の供給路を有する円柱状の粉末供給手段と、
前記粉末供給手段を回動させる回動手段と、
前記粉末供給手段を振動させる第１振動手段と、
を備え、
前記供給路の中心軸は、前記粉末供給手段の中心軸と、交差することを特徴とする粉末リコータ。
前記粉末供給手段の下方に、前記粉末供給手段から供給される粉末の供給量を調整する供給量調整手段をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の粉末リコータ。
散布された粉末を均す均し手段をさらに備え、
前記均し手段は、前記粉末供給手段の下方に設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の粉末リコータ。
前記ホッパーを振動させる第２振動手段をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の粉末リコータ。
前記回動手段は、サーボモータであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の粉末リコータ。
請求項１に記載の粉末リコータを用いた３次元造形装置。