JP6110867B2 - 粉末の選択的溶融によって部品を製造するための装置 - Google Patents

Description

本発明は、レーザビームまたは電子ビームの支援を受けて粉末の選択的溶融によって部品を製造するための装置に関する。

このような装置は、直接金属レーザ焼結または電子ビーム溶融の名称で知られる方法の支援を受けて、部品が製造されることを可能にする。

方法は、作成される連続層の点の三次元座標を記録したデータ処理システムによって制御されるレーザビームまたは電子ビームを用いて粉末の連続層を溶融することによって、部品を製造するステップからなる。実際の形式において、垂直並進可能なプレートによって形成される底部を有する容器は、スクレーパの支援を受けてその底部に配置された粉末の第一層を有する。すると層は、プレートの上面に対応する底面と、レーザビームまたは電子ビームが向けられてその上を移動する上面とを有する。ビームによって生じるエネルギーは粉末を局所的に溶融させ、凝固時に粉末は金属部品の第一層を形成する。

この第一層が作成された後、プレートは１層分の厚みに対応する距離にわたって降下され、次に粉末の第二層がスクレーパによって先行層の上にもたらされる。以前と同じ形式で、金属部品の第二層が、レーザビームまたは電子ビームの支援を受けて溶融することによって形成される。

これらの作業は、部品全体が製造されるまで繰り返される。

可動プレートは通常、アクチュエータを作動することによってそれ自体が容器の内部を垂直並進させられる可動支持体に、ネジによって保持されている。

可動プレートの上面が部品の製造の間ずっと平坦であることを保証する必要がある。残念ながら、レーザビームまたは電子ビームの連続通過は可動プレートに熱応力を生じさせ、これはプレートが十分に硬くない場合に、プレートを変形させる可能性がある。

十分な剛性を有するために、可動プレートはかなりの厚み、たとえばＩｎｃｏｎｅｌ７１８で作られたプレートでは約６０ミリメートル（ｍｍ）の厚みを有する。

このようなプレートの費用は非常に高く、可動プレートおよび部品を含むアセンブリは非常に重くもあり、このため輸送を困難にする。

最後に、可動プレートは非常に優れた熱慣性を有し、したがって、たとえば応力を解放または緩和するための熱処理など、製造中または製造後に適用される熱処理の間、長い加熱時間を必要とする。

本発明の具体的な目的は、この問題に対して単純で、有効で、安価なソリューションを提供することである。

この目的のため、本発明は、粉末の選択的溶融によって部品を製造するための装置を提供し、本発明は、可動プレートによって構成された底部を有する容器と、粉末を容器内に入れる手段と、容器内の粉末の選択的溶融を生じさせるように設計されたレーザビームまたは電子ビームを発生および移動させる手段と、を含み、本発明は、プレートの平面と平行な少なくとも１つの方向に可動プレートを引っ張るための張力手段を含むことを特徴とする。

可動プレートを引っ張ることにより、プレートの厚みが小さくても、プレートが平坦であることを効果的に保証することができるようにする。

可動プレートの厚みおよびひいては重量ならびに熱慣性は、これにより低減されることが可能である。

有利なことに、張力手段は、２つの直交する方向に沿って配向された引張力を可動プレートに受けさせるように設計されている。

本発明の好適な実施形態において、張力手段は、可動プレートの少なくとも１つの縁を通じて力を印加する、少なくとも１つのアクチュエータを含む。

可動プレートはまた、張力手段が当接する少なくとも１つのリムも含んでよい。

本発明の特徴によれば、可動プレートのリムと張力手段との間にスペーサが実装される。

スペーサは、具体的にはリムに沿って力を分散させるのに役立つ。

一例として、可動プレートは、３ｍｍから１０ｍｍの範囲の厚みを有する。

好ましくは、張力手段は可動プレートの下の可動支持体上に実装される。

本発明の一実施形態において、可動プレートは、長方形または正方形の形状であり、その縁の各々に、下方に延びるリムを含み、各リムは張力手段によって発生した力を受ける。

非限定例によって、および以下の添付図面を参照してなされる以下の説明を読むと、本発明がより良く理解されることが可能であり、本発明のその他の詳細、特徴、および利点が明らかとなる。

粉末の選択的溶融によって部品を製造するための、従来技術による装置の模式図である。 従来技術において可動プレートが可動支持体上にどのように実装されるかを示す、詳細図である。 本発明において可動プレートが可動支持体上にどのように実装されるかを示す、分解模式図である。 本発明において可動プレートが可動支持体上にどのように実装されるかを示す、断面図である。

粉末の選択的溶融によって金属部品を製造するための周知の装置が、図１に示される。これは、金属粉末２を収容し、アクチュエータのロッド４によって垂直並進可能な底部３を有するタンク１と、底部が可動支持体７上に締結され、アクチュエータのロッド８によって同様に垂直並進可能な可動プレート６によって構成されている隣接する容器５と、を含む。

装置はまた、水平面Ａに沿って移動することによってタンク１から容器５に粉末を持って行くスクレーパ９と、レーザビームまたは電子ビームを発生する手段１０であって、ビーム１２を誘導および移動させるための装置１１に結合されている手段とを、有する。

この装置の支援を受けて金属部品を製造するステップは、以下のとおりである。

まず、一定量の粉末２が水平面Ａより上に来るように、タンク１の底部３が上方に移動させられる。次にスクレーパ９が、タンク１から来る粉末２の前記層をかき集めてこれを容器５に入れるように、左から右に移動させられる。粉末２の量およびプレート６の位置は、選択された一定の厚みの粉末の層を形成するように決定され、過剰な粉末１５は容器１６内に排出される。

次にレーザビームまたは電子ビーム１２が、走査された領域内で局所的に粉末２を溶融するように、容器５内に形成された層の所定領域を走査する。溶融した領域は、製造される部品の第一層１３を形成するように凝固し、この層１３は、たとえば１０マイクロメートル（μｍ）から１００μｍの範囲の厚みを有する。

次にプレート６が降下され、以前と同じ形式で粉末２の第二層が粉末の第一層の上にもたらされる。ビーム１２の制御された移動により、金属部品の第二層１４が第一層１３上の粉末の溶融によって形成される。

これらの作業は、部品全体が作成されるまで繰り返される。

図２に示されるように、従来技術の装置において、可動プレート６はボルト１７によって可動支持体７に締結されている。

部品の製造中の可動プレート６の変形を回避するために、前記プレート６の厚みｅは比較的大きく、たとえば約６０ｍｍである。上記で説明されたように、このようなプレートは比較的高額かつ重量があり、著しい熱慣性を有する。

これらの欠点を緩和するために、本発明は、可動プレート６に張力手段を取り付けることを提案する。するとプレート６は、もはやネジによって可動支持体７に締結されない。

より具体的には、可動プレート６は、上面１８が容器の内側に向いて底面１９が可動支持体７の方に向いている、長方形または正方形の形状である。

底面１９は、可動プレート６の周縁から可動支持体７に向かって下方に延びるリム２０、２１、２２、２３を有する。

張力手段は、水平面内の軸Ｘに沿って配向された第一油圧アクチュエータ２４を含む。第一アクチュエータの第一末端２５は、リム２０の全長に沿って延びるスペーサ２６を介してリム２０に当接し、第一アクチュエータ２４の第二末端２７は、リム２１の全長に沿って延びるスペーサ２８を介して、リム２０に対向するリム２１に当接している。

張力手段はまた、軸Ｘに直交する軸Ｙに沿って水平面内に配向された第二油圧アクチュエータも含む。第二アクチュエータの第一末端は、リム２２の全長に沿って延びるスペーサ２９を介してリム２２に当接し、第二アクチュエータの第二末端は、リム２３の全長に沿って延びるスペーサ３０を介して、リム２２に対向するリム２３に当接している。

図示される実施形態において、可動プレートが引っ張られる軸ＸおよびＹは、プレートの縁と平行である。

アクチュエータを作動することにより、可動プレートは水平面内で引っ張られ（図３の矢印によって模式的に示されるとおり）、これによってその厚みも低減しながら、粉末の選択的レーザ溶融によって部品を製造している間、これが平坦であることを保証できるようにする。

一例として、可動プレート６は、Ｉｎｃｏｎｅｌ７１８で作られ、３ｍｍから１０ｍｍの範囲の厚みｅを有する。軸ＸおよびＹに沿ったプレート６の寸法は、それぞれ２５０ｍｍおよび２５０ｍｍである。

第一アクチュエータ２４によって付与される力は１００ニュートン（Ｎ）から１０００Ｎの範囲内であり、第二アクチュエータによって付与される力は１００Ｎから１０００Ｎの範囲内である。

可動プレート６の厚みおよびアクチュエータによって印加される力は、具体的にはＫｉｒｃｈｈｏｆ Ｌｏｖｅ理論の支援を受けて、材料強度計算によって、より正確に決定される。

当然ながら、たとえば油圧アクチュエータの代わりにネジアクチュエータなど、可動プレートを引っ張るためにいずれのタイプの手段が使用されてもよい。

Claims (7)

1. 粉末の選択的溶融によって部品を製造するための装置であって、可動プレート（６）によって構成された底部を有する容器（５）と、粉末（２）を容器（５）内に入れる手段（１、３、９）と、容器（５）内の粉末の選択的溶融を生じさせるように設計されたレーザビーム（１２）または電子ビームを発生および移動させる手段（１０、１１）と、を含み、可動プレート（６）の平面と平行な少なくとも１つの方向（Ｘ、Ｙ）に可動プレート（６）を引っ張るための張力手段（２４）を含み、
   可動プレートが、張力手段が当接する少なくとも１つのリム（２０、２１、２２、２３）を含み、
   可動プレート（６）のリム（２０、２１、２２、２３）と張力手段（２４）との間に力分散スペーサ（２６、２８、２９、３０）が実装されていることを特徴とする、装置。
2. 張力手段が、２つの直交する方向（Ｘ、Ｙ）に沿って配向された引張力を可動プレート（６）に受けさせるように設計されていることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
3. 引張力が、可動プレートの二辺と平行であることを特徴とする、請求項１または２に記載の装置。
4. 張力手段が、可動プレート（６）の少なくとも１つの縁（２０、２１）を通じて力を印加する、少なくとも１つのアクチュエータ（２４）を含むことを特徴とする、請求項１、２、または３に記載の装置。
5. 可動プレート（６）が、３ｍｍから１０ｍｍの範囲内の厚み（ｅ）を有することを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載の装置。
6. 張力手段が可動プレート（６）の下の可動支持体（７）上に実装されていることを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載の装置。
7. 可動プレート（６）が、長方形または正方形の形状であり、その縁の各々に、容器（５）から下方に向かって延びるリム（２０、２１、２２、２３）を含み、各リム（２０、２１、２２、２３）は張力手段によって発生した力を受けることを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項に記載の装置。

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