JP6356177B2 - Additive manufacturing equipment - Google Patents
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Description
この発明は、積層造形装置に関する。 The present invention relates to an additive manufacturing apparatus.
レーザ光による粉末焼結積層法においては、造形テーブル上に材料粉体を均一に撒布して材料粉体層を形成し、材料粉体層の所定箇所にレーザ光を照射して焼結させることによって焼結層を形成し、この焼結層の上に材料粉体を均一に撒布して新たな材料粉体層を形成し、その新たな材料粉体層にレーザ光を照射して焼結させることによって下の焼結層と接合した新たな焼結層を形成し、そしてこれらを繰り返すことによって、複数の焼結層を積層して一体となる焼結体からなる所望の三次元造形物を形成する。 In the powder sintering lamination method using laser light, material powder is uniformly distributed on a modeling table to form a material powder layer, and a predetermined portion of the material powder layer is irradiated with laser light and sintered. A sintered layer is formed by the above, a material powder is uniformly distributed on the sintered layer, a new material powder layer is formed, and the new material powder layer is irradiated with laser light and sintered. By forming a new sintered layer joined to the lower sintered layer, and repeating these, a desired three-dimensional structure made of a sintered body in which a plurality of sintered layers are laminated and integrated Form.
材料粉体をレーザ光によって焼結する場合は、材料粉体を変質させないように保護するとともに、所要のエネルギーのレーザ光を安定して照射できるようにするために、所定の造形領域の周囲を可能な限り酸素が存在しない状態に維持することが要求される。そのため、現在の積層造形装置は、材料粉体と実質的に反応しない不活性ガス（例えば窒素ガス）で満たされるチャンバ内に材料粉体を撒布してレーザ光を照射するように操作する構成が一般的である。 When sintering the material powder with laser light, the material powder is protected from being altered and the surroundings of the predetermined modeling area are placed in order to stably irradiate the laser light with the required energy. It is required to keep oxygen free as much as possible. Therefore, the current additive manufacturing apparatus has a configuration in which the material powder is distributed in a chamber filled with an inert gas (for example, nitrogen gas) that does not substantially react with the material powder and the laser beam is irradiated. It is common.
また、材料粉体にレーザ光を照射して焼結させるときに、ヒュームと称される特有の煙が発生する。ヒュームがチャンバ内に充満すると、レーザ光を遮蔽して所要のエネルギーのレーザ光が焼結部位に届かなくなり、その結果、図１に示すように造形された積層造形物に異常焼結部（焼結層表面にスパッタが付着して形成された突起物）や鬆（造形物内部の空洞）が形成されやすくなり積層造形物の品質が低下してしまう。或いは、異常焼結部が材料粉体層の形成時に材料粉体を均すブレードに衝突する可能性がある。このとき異常焼結部を例えば切削により除去する必要があるため、余分に時間がかかる。そのため、ヒュームがレーザ光を遮蔽しないように、チャンバ内のヒュームを多く含む汚れた不活性ガスを常時排出しながら、清浄な不活性ガスを供給するように構成される。 In addition, when the material powder is irradiated with laser light and sintered, specific smoke called fume is generated. When the fume fills the chamber, the laser beam is shielded and the laser beam with the required energy does not reach the sintering site. As a result, the abnormally sintered portion (fired) is added to the layered object formed as shown in FIG. Protrusions formed by spattering on the surface of the layered layer) and voids (cavities inside the modeled object) are easily formed, and the quality of the layered modeled object is deteriorated. Alternatively, the abnormally sintered portion may collide with a blade for leveling the material powder when the material powder layer is formed. At this time, since it is necessary to remove the abnormally sintered portion by cutting, for example, extra time is required. Therefore, it is configured to supply clean inert gas while constantly discharging the dirty inert gas containing a large amount of fumes in the chamber so that the fumes do not shield the laser beam.
ヒュームは焼結部位から発生して焼結部位の近くを覆うように上昇するが、レーザ光は、基本的に焼結部位に対してほぼ垂直方向上側から照射されるため、ヒュームとレーザ光の照射経路が重なり合ってしまう。そのため、単にチャンバ内の不活性ガスを循環させるだけでは十分にヒュームを除去できないことがある。そこで、照射経路から離れる方向にヒュームを導くようにチャンバ内の不活性ガスを排出する必要がある。 Fume is generated from the sintered part and rises so as to cover the vicinity of the sintered part, but the laser light is basically irradiated from the upper side in the vertical direction with respect to the sintered part. Irradiation paths overlap. Therefore, it may not be possible to sufficiently remove the fumes simply by circulating the inert gas in the chamber. Therefore, it is necessary to discharge the inert gas in the chamber so as to guide the fumes away from the irradiation path.
例えば、特許文献１にはレーザ光と同軸にウィンドウを包囲するカバーを設けてカバー内にチャンバ内雰囲気とは温度又は比重が異なる不活性ガスを供給することにより、チャンバ内の雰囲気を対流させる積層造形装置が開示されている。また、特許文献２及び特許文献３にはレーザ光の移動に合わせてカバー（それぞれ覆い枠、シュラウド）が移動する積層造形装置が開示されている。 For example, in Patent Document 1, a cover that surrounds a window coaxially with laser light is provided, and an inert gas having a temperature or specific gravity different from that of the atmosphere in the chamber is supplied into the cover, thereby convection of the atmosphere in the chamber. A modeling apparatus is disclosed. Patent Document 2 and Patent Document 3 disclose a layered manufacturing apparatus in which a cover (a cover frame and a shroud) moves in accordance with the movement of a laser beam.
しかし、特許文献１に開示されている積層造形装置のように、異なる温度又は比重が異なる不活性ガスを供給することは、チャンバ内の雰囲気の維持が難しくなるという問題がある。また、特許文献２及び特許文献３に開示されている積層造形装置は、特許文献１に開示されている積層造形装置に比してチャンバ内の雰囲気を維持しやすいが、不活性ガスの供給とヒュームの吸引がカバー内の同じ空間内で行われるため、ヒュームがカバー内に滞留しやすくカバー内の雰囲気が悪化するおそれがある。ヒュームをより速やかに効果的にレーザ光の照射経路から除去することが必要である。 However, like the additive manufacturing apparatus disclosed in Patent Document 1, supplying inert gases having different temperatures or specific gravity has a problem that it is difficult to maintain the atmosphere in the chamber. In addition, the additive manufacturing apparatus disclosed in Patent Document 2 and Patent Document 3 is easier to maintain the atmosphere in the chamber than the additive manufacturing apparatus disclosed in Patent Document 1, but the supply of inert gas Since the suction of the fumes is performed in the same space in the cover, the fumes are likely to stay in the cover, and the atmosphere in the cover may be deteriorated. It is necessary to remove the fumes from the laser light irradiation path more quickly and effectively.
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、所望の造形物を高品質に造形することができる積層造形装置を提供するものである。 This invention is made | formed in view of such a situation, and provides the layered modeling apparatus which can model a desired molded article with high quality.
本発明によれば、造形領域を覆い且つ不活性ガスで充満されるチャンバと、前記造形領域に撒布された材料粉体を焼結させて焼結層を形成するレーザ光を生成するレーザ光源と、前記チャンバ内の上部から前記造形領域に向かって形成され且つ前記造形領域側に対して開口するカバーユニットと、前記カバーユニットが設けられるホルダと、前記ホルダの位置又は前記カバーユニットの向きの少なくともいずれか一方を制御する駆動装置とを備え、前記カバーユニットは、供給された前記不活性ガスを吐出口から前記造形領域に吐出する不活性ガス供給カバーと、前記焼結層の形成時に前記造形領域上で発生したヒュームを含む不活性ガスを吸引口から吸引するヒューム吸引カバーとを有し、前記駆動装置は、前記レーザ光が前記不活性ガス供給カバーの内部を通過し前記造形領域に照射されるように前記レーザ光の照射経路に合わせて前記ホルダの位置又は前記カバーユニットの向きの少なくともいずれか一方を制御するように構成される、積層造形装置が提供される。 According to the present invention, a chamber that covers the modeling region and is filled with an inert gas, and a laser light source that generates a laser beam that forms a sintered layer by sintering the material powder distributed in the modeling region. A cover unit that is formed from the upper part in the chamber toward the modeling region and that opens to the modeling region side; a holder in which the cover unit is provided; and at least the position of the holder or the direction of the cover unit A driving device that controls either one of them, and the cover unit is configured to form the inert gas supply cover that discharges the supplied inert gas from a discharge port to the modeling region, and the modeling layer is formed when the sintered layer is formed. A fume suction cover for sucking an inert gas containing fumes generated on the region from a suction port, and the driving device is configured such that the laser beam is emitted from the inert gas. A layered structure configured to control at least one of the position of the holder and the direction of the cover unit in accordance with the irradiation path of the laser beam so as to pass through the inside of the feed cover and irradiate the modeling region. A modeling apparatus is provided.
本発明に係る積層造形装置は、不活性ガス供給カバーとヒューム吸引カバーとを有するカバーユニットを備え、清浄な不活性ガス供給カバーの内部にレーザ光の照射経路があるように構成される。これにより、ヒュームによるレーザ光の遮断を抑制し且つ発生したヒュームが吸引カバーを介して効率的に吸引されるため、より高品質な造形物を得ることができる。 The additive manufacturing apparatus according to the present invention includes a cover unit having an inert gas supply cover and a fume suction cover, and is configured such that a laser beam irradiation path is provided inside a clean inert gas supply cover. Thereby, since interruption | blocking of the laser beam by a fume is suppressed and the produced | generated fume is attracted | sucked efficiently via a suction cover, a higher quality molded article can be obtained.
以下、本発明の種々の実施形態を例示する。以下に示す実施形態は互いに組み合わせ可能である。 Hereinafter, various embodiments of the present invention will be exemplified. The following embodiments can be combined with each other.
好ましくは、前記不活性ガス供給カバーの前記吐出口は、前記カバーユニットの造形方向側に設けられ、前記ヒューム吸引カバーの前記吸引口は、前記カバーユニットの反造形方向側に設けられる。 Preferably, the discharge port of the inert gas supply cover is provided on the modeling direction side of the cover unit, and the suction port of the fume suction cover is provided on the anti-modeling direction side of the cover unit.
好ましくは、前記カバーユニットにおいて前記吐出口と前記吸引口とが隣接して設けられる。 Preferably, in the cover unit, the discharge port and the suction port are provided adjacent to each other.
好ましくは、前記カバーユニットにおいて前記不活性ガス供給カバーと前記ヒューム吸引カバーとが一体となって設けられる。 Preferably, in the cover unit, the inert gas supply cover and the fume suction cover are integrally provided.
好ましくは、前記レーザ光源の照射端は前記ホルダ内部に設けられ、前記駆動装置は前記ホルダの位置を移動させて前記レーザ光の照射位置を移動させる。 Preferably, the irradiation end of the laser light source is provided inside the holder, and the driving device moves the position of the holder to move the irradiation position of the laser light.
好ましくは、前記レーザ光は、光偏向器によって照射位置を制御可能に構成され、前記駆動装置は、前記レーザ光の照射経路に合わせて前記カバーユニットの向きを制御するように構成される。 Preferably, the irradiation position of the laser beam can be controlled by an optical deflector, and the driving device is configured to control the orientation of the cover unit in accordance with the irradiation path of the laser beam.
好ましくは、前記不活性ガス供給カバーは、前記チャンバ内の上部から前記造形領域に向かって断面積が小さくなるように形成される。 Preferably, the inert gas supply cover is formed so that a cross-sectional area decreases from an upper part in the chamber toward the modeling region.
好ましくは、前記不活性ガス供給カバーにおける前記吐出口の径は、焼結層の形成に係る１回の前記レーザ光の走査において造形方向に直交する前記レーザ光の実質的な焼結範囲の長さの２〜２０倍である。 Preferably, the diameter of the discharge port in the inert gas supply cover is a length of a substantial sintering range of the laser beam orthogonal to the modeling direction in one scanning of the laser beam related to formation of the sintered layer. 2 to 20 times the height.
以下、図面を用いて本発明の実施形態について説明する。以下に示す実施形態中で示した各種特徴事項は、互いに組み合わせ可能である。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Various characteristic items shown in the following embodiments can be combined with each other.
１．第１実施形態
まず、本発明の第１実施形態に係る積層造形装置について説明する。図２に示すように、本発明の第１実施形態に係る積層造形装置は、不活性ガスが充満されるチャンバ１内に粉体層形成装置３が設けられる。
1. First Embodiment First, an additive manufacturing apparatus according to a first embodiment of the present invention will be described. As shown in FIG. 2, the additive manufacturing apparatus according to the first embodiment of the present invention includes a powder layer forming apparatus 3 in a chamber 1 filled with an inert gas.
粉体層形成装置３は、造形領域Ｒを有するベース台４と、ベース台４上に配置され且つ水平１軸方向（矢印Ｂ方向）に移動可能に構成されたリコータヘッド１１と、を備える。造形領域Ｒには、上下方向（図２の矢印Ａ方向）に移動可能な造形テーブル５が設けられる。積層造形装置の使用時には、造形テーブル５上に造形プレート７が配置され、その上に材料粉体層８が形成される。また、所定の照射領域は、造形領域Ｒ内に存在し、所望の三次元造形物の輪郭形状で囲繞される領域とおおよそ一致する。 The powder layer forming apparatus 3 includes a base table 4 having a modeling region R, and a recoater head 11 that is arranged on the base table 4 and configured to be movable in the horizontal uniaxial direction (arrow B direction). . The modeling region R is provided with a modeling table 5 that can move in the vertical direction (the direction of arrow A in FIG. 2). When the additive manufacturing apparatus is used, the modeling plate 7 is disposed on the modeling table 5, and the material powder layer 8 is formed thereon. In addition, the predetermined irradiation region exists in the modeling region R and approximately matches the region surrounded by the contour shape of the desired three-dimensional structure.
造形テーブル５の周りには、粉体保持壁２６が設けられる。粉体保持壁２６と造形テーブル５とによって囲まれる粉体保持空間には、未焼結の材料粉体が保持される。図２においては不図示であるが、粉体保持壁２６の下側には、粉体保持空間内の材料粉体を排出可能な粉体排出部が設けられてもよい。かかる場合、積層造形の完了後に造形テーブル５を降下させることによって、未焼結の材料粉体が粉体排出部から排出される。排出された材料粉体は、シューターガイドによってシューターに案内され、シューターを通じてバケットに収容されることになる。 A powder holding wall 26 is provided around the modeling table 5. In the powder holding space surrounded by the powder holding wall 26 and the modeling table 5, unsintered material powder is held. Although not shown in FIG. 2, a powder discharge unit capable of discharging the material powder in the powder holding space may be provided below the powder holding wall 26. In such a case, the unsintered material powder is discharged from the powder discharge section by lowering the modeling table 5 after the completion of the layered modeling. The discharged material powder is guided to the shooter by the shooter guide and is accommodated in the bucket through the shooter.
リコータヘッド１１は、図３〜図５に示すように、材料収容部１１ａと材料供給部１１ｂと材料排出部１１ｃとを有する。 As shown in FIGS. 3 to 5, the recoater head 11 includes a material storage portion 11 a, a material supply portion 11 b, and a material discharge portion 11 c.
材料収容部１１ａは材料粉体を収容する。なお、材料粉体は、例えば金属粉（例：鉄粉）であり、例えば平均粒径２０μｍの球形である。材料供給部１１ｂは、材料収容部１１ａの上面に設けられ、不図示の材料供給装置から材料収容部１１ａに供給される材料粉体の受口となる。材料排出部１１ｃは、材料収容部１１ａの底面に設けられ、材料収容部１１ａ内の材料粉体を排出する。なお、材料排出部１１ｃは、リコータヘッド１１の移動方向（矢印Ｂ方向）に直交する水平１軸方向（矢印Ｃ方向）に延びるスリット形状である。 The material accommodating part 11a accommodates material powder. The material powder is, for example, metal powder (eg, iron powder), for example, a spherical shape having an average particle diameter of 20 μm. The material supply unit 11b is provided on the upper surface of the material storage unit 11a, and serves as a receiving port for the material powder supplied from the material supply device (not shown) to the material storage unit 11a. The material discharge part 11c is provided in the bottom face of the material storage part 11a, and discharges the material powder in the material storage part 11a. In addition, the material discharge | emission part 11c is a slit shape extended in the horizontal uniaxial direction (arrow C direction) orthogonal to the moving direction (arrow B direction) of the recoater head 11. FIG.
また、リコータヘッド１１の両側面には、ブレード１１ｆｂ、１１ｒｂとリコータヘッド供給口１１ｆｓとリコータヘッド排出口１１ｒｓとが設けられる。ブレード１１ｆｂ、１１ｒｂは、材料排出部１１ｃから排出された材料粉体を平坦化して材料粉体層８を形成する。リコータヘッド供給口１１ｆｓ及びリコータヘッド排出口１１ｒｓは、リコータヘッド１１の移動方向（矢印Ｂ方向）に直交する水平１軸方向（矢印Ｃ方向）に沿ってそれぞれ設けられ、不活性ガスの供給及び排出を行う（詳細は後述）。本明細書において、「不活性ガス」とは、材料粉体と実質的に反応しないガスであり、窒素ガス、アルゴンガス、ヘリウムガス等が例示される。 Also, blades 11fb and 11rb, a recoater head supply port 11fs, and a recoater head discharge port 11rs are provided on both side surfaces of the recoater head 11. The blades 11fb and 11rb flatten the material powder discharged from the material discharge portion 11c to form the material powder layer 8. The recoater head supply port 11fs and the recoater head discharge port 11rs are respectively provided along a horizontal one-axis direction (arrow C direction) orthogonal to the moving direction of the recoater head 11 (arrow B direction). Supply and discharge (details will be described later). In this specification, the “inert gas” is a gas that does not substantially react with the material powder, and examples thereof include nitrogen gas, argon gas, and helium gas.
チャンバ１の上方にはレーザ光源４２が設けられる。図２、図６に示すように、レーザ光源４２は、光ケーブル４２ａを通じ光コネクタ４３ａを介してホルダ４３と接続されている。光コネクタ４３ａの先端からレーザ光Ｌが照射されるので、図６では光コネクタ４３ａの先端をレーザ光照射端４３ｂとして表記している。 A laser light source 42 is provided above the chamber 1. As shown in FIGS. 2 and 6, the laser light source 42 is connected to the holder 43 through the optical cable 43a and the optical connector 43a. Since the laser beam L is irradiated from the tip of the optical connector 43a, the tip of the optical connector 43a is represented as a laser beam irradiation end 43b in FIG.
ホルダ４３は、その内部においてレーザ光Ｌがコリメータ４４と光学処理ユニット４５と保護ガラス４５ａとカバーユニット７０における不活性ガス供給カバー７１とを通り、造形領域Ｒ上に撒布された材料粉体層８を焼結するように、チャンバ１内の上部から造形領域Ｒに向かって延びるように構成される。ホルダ４３は駆動装置６５により、造形領域Ｒ上の任意の位置に移動可能である。コリメータ４４は、レーザ光Ｌを平行光にする。光学処理ユニット４５は、レーザ光Ｌの照射スポットの形状等を制御する。カバーユニット７０については後に詳述するものとする。 In the holder 43, the material powder layer 8 in which the laser light L passes through the collimator 44, the optical processing unit 45, the protective glass 45 a, and the inert gas supply cover 71 in the cover unit 70 and is distributed on the modeling region R. Is configured to extend from the upper part in the chamber 1 toward the modeling region R. The holder 43 can be moved to an arbitrary position on the modeling region R by the driving device 65. The collimator 44 makes the laser light L parallel light. The optical processing unit 45 controls the shape and the like of the irradiation spot of the laser light L. The cover unit 70 will be described in detail later.
以上のような構成によれば、レーザ光Ｌはホルダ４３の直下方向に照射される。そのため、ホルダ４３を所望の位置に移動させることで、所望の位置にレーザ光Ｌを照射することができる。 According to the configuration as described above, the laser beam L is irradiated in the direction directly below the holder 43. Therefore, the laser beam L can be irradiated to a desired position by moving the holder 43 to a desired position.
レーザ光Ｌは、材料粉体を焼結可能なものであればその種類は限定されず、例えば、ＣＯ２レーザ、ファイバーレーザ、ＹＡＧレーザなどである。 The type of the laser beam L is not limited as long as the material powder can be sintered, and examples thereof include a CO 2 laser, a fiber laser, and a YAG laser.
ホルダ４３の下側にはカバーユニット７０が設けられる。ホルダ４３の高さを制御することで、カバーユニット７０の先端が造形領域Ｒに近接可能に構成され、当該先端は開口している。カバーユニット７０は、不活性ガス供給カバー７１とヒューム吸引カバー７２から成る２つのカバーを有し、それらの開口部（それぞれ吐出口７１ｂ及び吸引口７２ｂと称する。）が略隣接するように構成される。図６に示す例においては、不活性ガス供給カバー７１とヒューム吸引カバー７２とが一体となって構成されている。 A cover unit 70 is provided below the holder 43. By controlling the height of the holder 43, the tip of the cover unit 70 is configured to be close to the modeling region R, and the tip is open. The cover unit 70 has two covers including an inert gas supply cover 71 and a fume suction cover 72, and their openings (referred to as discharge ports 71b and suction ports 72b, respectively) are substantially adjacent to each other. The In the example shown in FIG. 6, an inert gas supply cover 71 and a fume suction cover 72 are integrally formed.
不活性ガス供給カバー７１は、その内部に不活性ガスを供給する供給口としてカバーユニット供給口７１ａを有する。カバーユニット供給口７１ａは、後述する不活性ガス供給装置１５と接続され、清浄な不活性ガスが不活性ガス供給カバー７１の内部に細孔７１ｃを介して流れ込むように構成される。不活性ガス供給カバー７１の内部は、光学処理ユニット４５と保護ガラス４５ａを介して空間的に隔てられており、保護ガラス４５ａは、レーザ光Ｌを透過させつつもヒュームを含んだ不活性ガスの上部への流入を防止する。例えば、レーザ光Ｌがファイバーレーザ又はＹＡＧレーザの場合、保護ガラス４５ａは石英ガラスで構成可能である。 The inert gas supply cover 71 has a cover unit supply port 71a as a supply port for supplying an inert gas therein. The cover unit supply port 71a is connected to an inert gas supply device 15 to be described later, and is configured so that clean inert gas flows into the inert gas supply cover 71 through the pores 71c. The inside of the inert gas supply cover 71 is spatially separated via the optical processing unit 45 and the protective glass 45a, and the protective glass 45a allows the inert gas containing fumes while transmitting the laser light L. Prevent inflow to the top. For example, when the laser beam L is a fiber laser or a YAG laser, the protective glass 45a can be made of quartz glass.
ヒューム吸引カバー７２は、その吸引口７２ｂが不活性ガス供給カバー７１における吐出口７１ｂと略隣接するように設けられている。また、ヒューム吸引カバー７２は、その内部がホルダ４３の側面へと向かうように設けられ、当該側面にはカバーユニット排出口７２ａが設けられている。カバーユニット排出口７２ａは、ダクトボックス２１を介して後述するヒュームコレクタ１９と接続され、ヒュームを含んだ不活性ガスがヒューム吸引カバー７２の内部に流れ込むように構成される。 The fume suction cover 72 is provided so that the suction port 72 b is substantially adjacent to the discharge port 71 b in the inert gas supply cover 71. Further, the fume suction cover 72 is provided so that its inside faces the side surface of the holder 43, and a cover unit discharge port 72a is provided on the side surface. The cover unit discharge port 72 a is connected to a fume collector 19, which will be described later, via the duct box 21, and is configured such that an inert gas containing fume flows into the fume suction cover 72.
次に、不活性ガス給排系統について説明する。不活性ガス給排系統は、チャンバ１に設けられる複数の不活性ガスの供給口及び排出口と、各供給口及び各排出口と不活性ガス供給装置１５及びヒュームコレクタ１９とを接続する配管を含む。本実施形態では、リコータヘッド供給口１１ｆｓ、チャンバ供給口１ｂ、副供給口１ｅ、及びカバーユニット供給口７１ａを含む供給口と、チャンバ排出口１ｃ、リコータヘッド排出口１１ｒｓ、及びカバーユニット排出口７２ａとを含む排出口を備える。 Next, the inert gas supply / discharge system will be described. The inert gas supply / discharge system includes a plurality of inert gas supply ports and discharge ports provided in the chamber 1, and pipes that connect the supply ports and the discharge ports to the inert gas supply device 15 and the fume collector 19. Including. In the present embodiment, a supply port including a recoater head supply port 11fs, a chamber supply port 1b, a sub supply port 1e, and a cover unit supply port 71a, a chamber discharge port 1c, a recoater head discharge port 11rs, and a cover unit discharge port. A discharge port including an outlet 72a is provided.
リコータヘッド供給口１１ｆｓは、チャンバ排出口１ｃの設置位置に対応してチャンバ排出口１ｃに対面するように設けられる。好ましくは、リコータヘッド供給口１１ｆｓは、リコータヘッド１１が不図示の材料供給装置の設置位置に対して所定の照射領域を挟んで反対側に位置しているときにチャンバ排出口１ｃと対面するように、矢印Ｃ方向に沿ってリコータヘッド１１の片面に設けられる。 The recoater head supply port 11fs is provided so as to face the chamber discharge port 1c corresponding to the installation position of the chamber discharge port 1c. Preferably, the recoater head supply port 11fs faces the chamber discharge port 1c when the recoater head 11 is located on the opposite side of a predetermined irradiation region with respect to the installation position of the material supply device (not shown). As shown, the recoater head 11 is provided on one surface along the arrow C direction.
チャンバ排出口１ｃは、チャンバ１の側板にリコータヘッド供給口１１ｆｓに対面するように所定の照射領域から所定距離離れて設けられる。また、チャンバ排出口１ｃに接続するように不図示の吸引装置が設けられるとよい。当該吸引装置は、レーザ光Ｌの照射経路からヒュームを効率よく排除することを助ける。また、吸引装置によってチャンバ排出口１ｃにおいて、より多くの量のヒュームを排出することができ、造形空間１ｄ内にヒュームが拡散しにくくなる。 The chamber discharge port 1c is provided on the side plate of the chamber 1 at a predetermined distance from a predetermined irradiation region so as to face the recoater head supply port 11fs. A suction device (not shown) may be provided so as to be connected to the chamber outlet 1c. The suction device helps to efficiently remove fumes from the irradiation path of the laser light L. Further, a larger amount of fumes can be discharged from the chamber discharge port 1c by the suction device, and the fumes are less likely to diffuse into the modeling space 1d.
チャンバ供給口１ｂは、ベース台４の端上に所定の照射領域を間に置いてチャンバ排出口１ｃに対面するように設けられる。チャンバ供給口１ｂは、リコータヘッド１１が所定の照射領域を通過してリコータヘッド供給口１１ｆｓが所定の照射領域を間に置かずにチャンバ排出口１ｃに直面する位置にあるとき、リコータヘッド供給口１１ｆｓからチャンバ供給口１ｂに選択的に切り換えられて開放される。そのため、チャンバ供給口１ｂは、リコータヘッド供給口１１ｆｓから供給される不活性ガスと同じ所定の圧力と流量の不活性ガスをチャンバ排出口１ｃに向けて供給するので、常に同じ方向に不活性ガスの流れを作り出し、安定した焼結を行なえる点で有利である。 The chamber supply port 1b is provided on the end of the base table 4 so as to face the chamber discharge port 1c with a predetermined irradiation region in between. When the recoater head 11 passes through a predetermined irradiation region and the recoater head supply port 11fs faces the chamber discharge port 1c without interposing the predetermined irradiation region, the chamber supply port 1b is The head supply port 11fs is selectively switched to the chamber supply port 1b to be opened. For this reason, the chamber supply port 1b supplies the inert gas having the same predetermined pressure and flow rate as the inert gas supplied from the recoater head supply port 11fs toward the chamber discharge port 1c, so that it is always inert in the same direction. It is advantageous in that a gas flow can be created and stable sintering can be performed.
リコータヘッド排出口１１ｒｓは、リコータヘッド１１のリコータヘッド供給口１１ｆｓが設けられている片面に対して反対側の側面に、矢印Ｃ方向に沿って設けられる。リコータヘッド供給口１１ｆｓから不活性ガスを供給できないとき、換言すれば、チャンバ供給口１ｂから不活性ガスを供給するときに、所定の照射領域のより近くで不活性ガスの流れを作り出していくらかのヒュームを排出するので、ヒュームをより効率よくレーザ光Ｌの照射経路から排除することができる。 The recoater head discharge port 11rs is provided along the arrow C direction on the side surface opposite to the one surface of the recoater head 11 where the recoater head supply port 11fs is provided. When the inert gas cannot be supplied from the recoater head supply port 11fs, in other words, when the inert gas is supplied from the chamber supply port 1b, some flow of the inert gas is created near the predetermined irradiation region. Therefore, the fumes can be more efficiently excluded from the irradiation path of the laser light L.
また、本実施形態の不活性ガス給排系統は、チャンバ排出口１ｃに対面するようにチャンバ１の側板に設けられヒュームコレクタ１９から送給されるヒュームが除去された清浄な不活性ガスを造形空間１ｄに供給する副供給口１ｅと、カバーユニット７０における不活性ガス供給カバー７１の内部に不活性ガスを供給するカバーユニット供給口７１ａと、ヒューム吸引カバー７２を介してヒュームを多く含む不活性ガスを排出するカバーユニット排出口７２ａとを備える。 In addition, the inert gas supply / discharge system of the present embodiment forms a clean inert gas that is provided on the side plate of the chamber 1 so as to face the chamber discharge port 1c and from which the fumes fed from the fume collector 19 are removed. The sub supply port 1e that supplies the space 1d, the cover unit supply port 71a that supplies inert gas to the inside of the inert gas supply cover 71 in the cover unit 70, and the inert material that contains a large amount of fume via the fume suction cover 72. And a cover unit discharge port 72a for discharging gas.
チャンバ１への不活性ガス供給系統には、不活性ガス供給装置１５と、ヒュームコレクタ１９が接続されている。不活性ガス供給装置１５は、不活性ガスを供給する機能を有し、例えば、周囲の空気から窒素ガスを取り出す膜式窒素セパレータを備える装置である。本実施形態では、図２に示すように、リコータヘッド供給口１１ｆｓ、チャンバ供給口１ｂ、及びカバーユニット供給口７１ａと接続される。 An inert gas supply device 15 and a fume collector 19 are connected to the inert gas supply system to the chamber 1. The inert gas supply device 15 has a function of supplying an inert gas, and includes, for example, a membrane nitrogen separator that extracts nitrogen gas from ambient air. In the present embodiment, as shown in FIG. 2, the recoater head supply port 11fs, the chamber supply port 1b, and the cover unit supply port 71a are connected.
ヒュームコレクタ１９は、その上流側及び下流側にそれぞれダクトボックス２１、２３を有する。チャンバ１から排出されたヒュームを含む不活性ガスは、ダクトボックス２１を通じてヒュームコレクタ１９に送られ、ヒュームコレクタ１９においてヒュームが除去された清浄な不活性ガスがダクトボックス２３を通じてチャンバ１の副供給口１ｅへ送られる。このような構成により、不活性ガスの再利用が可能になっている。 The fume collector 19 has duct boxes 21 and 23 on the upstream side and the downstream side, respectively. The inert gas containing the fumes discharged from the chamber 1 is sent to the fume collector 19 through the duct box 21, and the clean inert gas from which the fumes have been removed in the fume collector 19 is passed through the duct box 23 to the auxiliary supply port of the chamber 1. 1e. With such a configuration, the inert gas can be reused.
ヒューム排出系統として、図２に示すように、チャンバ排出口１ｃ、リコータヘッド排出口１１ｒｓ及びカバーユニット排出口７２ａとヒュームコレクタ１９とがダクトボックス２１を通じてそれぞれ接続される。ヒュームコレクタ１９においてヒュームが取り除かれた後の清浄な不活性ガスは、チャンバ１へと返送され再利用される。 As a fume discharge system, as shown in FIG. 2, the chamber discharge port 1 c, the recoater head discharge port 11 rs, the cover unit discharge port 72 a and the fume collector 19 are connected through the duct box 21. The clean inert gas after the fume is removed in the fume collector 19 is returned to the chamber 1 and reused.
なお、上記不活性ガス給排系統はあくまでも例示でありこれに限るものではないが、特に、不活性ガス供給系統はホルダ４３に設けられるカバーユニット７０において不活性ガス供給カバー７１が備えるカバーユニット供給口７１ａと接続されており、ヒューム排出系統はホルダ４３に設けられるカバーユニット７０において不活性ガス供給カバー７１が備えるカバーユニット排出口７２ａと接続されている。 The inert gas supply / exhaust system is merely an example and is not limited thereto. In particular, the inert gas supply system is a cover unit supply provided in the inert gas supply cover 71 in the cover unit 70 provided in the holder 43. The fume discharge system is connected to a cover unit discharge port 72 a included in the inert gas supply cover 71 in the cover unit 70 provided in the holder 43.
図６に示すように、カバーユニット供給口７１ａに不活性ガスを供給することによって、不活性ガスは、不活性ガス供給カバー７１を通り吐出口７１ｂから造形空間１ｄ（特に造形領域Ｒ）に向けて吐出される。これによって不活性ガス供給カバー７１の内部をヒュームの無い清浄な状態に保つことができる。その結果、不活性ガス供給カバー７１の内部を通過するレーザ光Ｌがヒュームに遮断されることなく材料粉体層８に照射されることとなる。 As shown in FIG. 6, by supplying an inert gas to the cover unit supply port 71a, the inert gas passes through the inert gas supply cover 71 from the discharge port 71b toward the modeling space 1d (particularly the modeling region R). Discharged. As a result, the inside of the inert gas supply cover 71 can be kept clean with no fume. As a result, the laser beam L passing through the inside of the inert gas supply cover 71 is irradiated to the material powder layer 8 without being blocked by fume.
好ましくは、カバーユニット供給口７１ａに供給される不活性ガスは、他の供給口に供給される不活性ガスの圧力よりも若干高い（例えば５％以上高い）圧力に設定されるとよい。これにより、不活性ガス供給カバー７１の内部から造形空間１ｄへ向かう気流が形成されやすくなる。また、不活性ガス供給カバー７１の内部を特に清浄に保つために、吐出口７１ｂへ向かう気流の流速を材料粉体を巻き上げない程度に速めることが好ましい。また、不活性ガスはレーザ光Ｌの照射位置に対して局所的に供給されることが好ましい。そのために、不活性ガス供給カバー７１の断面が上部から下部に向かって断面が小さくなる構造であることが好ましい。なお、図６に示すホルダ４３及びカバーユニット７０の断面の形状及び構成はあくまでも例示でありこの限りではない。 Preferably, the inert gas supplied to the cover unit supply port 71a may be set to a pressure slightly higher (for example, 5% or higher) than the pressure of the inert gas supplied to the other supply ports. Thereby, the airflow which goes to the modeling space 1d from the inside of the inert gas supply cover 71 becomes easy to be formed. Further, in order to keep the inside of the inert gas supply cover 71 particularly clean, it is preferable to increase the flow rate of the air flow toward the discharge port 71b so as not to wind up the material powder. Moreover, it is preferable that the inert gas is locally supplied to the irradiation position of the laser beam L. Therefore, it is preferable that the cross section of the inert gas supply cover 71 has a structure in which the cross section decreases from the upper part toward the lower part. Note that the cross-sectional shapes and configurations of the holder 43 and the cover unit 70 shown in FIG. 6 are merely examples and are not limited thereto.
本実施形態では、ヒュームコレクタ１９からの不活性ガスが副供給口１ｅに送られ、不活性ガス供給装置１５からの不活性ガスがリコータヘッド供給口１１ｆｓ、チャンバ供給口１ｂ、及びカバーユニット供給口７１ａに送られるように構成されている。ヒュームコレクタ１９からの不活性ガス中には除去しきれなかったヒュームが残留するおそれがあるが、本実施形態の構成では、ヒュームコレクタ１９からの不活性ガスが特に高い清純度が要求される空間（不活性ガス供給カバー７１の内部及び造形領域Ｒ近傍の空間）に供給されないので、残留ヒュームの影響を最小限にすることができる。また、不活性ガス供給装置１５からの不活性ガスの供給圧力を、ヒュームコレクタ１９からの不活性ガスの供給圧力よりも高くすることによって、ヒュームコレクタ１９からの不活性ガスが不活性ガス供給カバー７１の内部及び造形領域Ｒ近傍の空間に近づくことが抑制され、残留ヒュームの影響が更に効果的に抑制される。 In this embodiment, the inert gas from the fume collector 19 is sent to the sub supply port 1e, and the inert gas from the inert gas supply device 15 is supplied to the recoater head supply port 11fs, the chamber supply port 1b, and the cover unit. It is configured to be sent to the mouth 71a. Although there is a possibility that fumes that could not be removed remain in the inert gas from the fume collector 19, in the configuration of the present embodiment, the space in which the inert gas from the fume collector 19 requires particularly high purity is required. Since it is not supplied to the inside of the inert gas supply cover 71 and the space near the modeling region R, the influence of residual fume can be minimized. Also, the inert gas supply pressure from the fume collector 19 is increased by making the supply pressure of the inert gas from the inert gas supply device 15 higher than the supply pressure of the inert gas from the fume collector 19. It is suppressed that the inside of 71 and the space of the modeling area | region R vicinity are approached, and the influence of a residual fume is suppressed more effectively.
上述の通り、不活性ガス供給カバー７１の内部にレーザ光Ｌの照射経路があり、かかるレーザ光Ｌの照射により材料粉体層８が焼結され焼結層８ｆが形成される。このときにヒュームが発生する。本実施形態では、不活性ガス供給カバー７１における吐出口７１ｂ及びヒューム吸引カバー７２の吸引口７２ｂは略隣接しており、且つ駆動装置６５によってホルダ４３を下降させヒューム吸引カバー７２の吸引口７２ｂを造形領域Ｒに極力近接させることができる。これによって、レーザ光Ｌの照射に伴い発生したヒュームを従来技術に比しても明らかにヒュームが発生位置に近い位置で吸引することができる構成となっている。 As described above, there is an irradiation path of the laser beam L inside the inert gas supply cover 71, and the material powder layer 8 is sintered by the irradiation of the laser beam L to form a sintered layer 8 f. At this time, fumes are generated. In the present embodiment, the discharge port 71 b in the inert gas supply cover 71 and the suction port 72 b of the fume suction cover 72 are substantially adjacent to each other, and the holder 43 is lowered by the driving device 65 to change the suction port 72 b of the fume suction cover 72. The modeling region R can be made as close as possible. Thus, the configuration is such that the fumes generated by the irradiation of the laser beam L can be sucked at a position that is clearly close to the position where the fumes are generated, as compared with the conventional technology.
更に、図６に示すように、不活性ガス供給カバー７１の吐出口７１ｂは、カバーユニット７０の造形方向側に設けられ、ヒューム吸引カバー７２の吸引口７２ｂは、カバーユニット７０の反造形方向側に設けられることが好ましい。かかる構成であれば、造形方向と逆方向に気流が形成されるため、吐出口７１ｂから吐出され発生したヒュームを回収し吸引口７２ｂへと運ぶ不活性ガスの気流がより効果的に形成できる。更には、造形中に吸引口７２ｂが既にレーザ光Ｌが照射された焼結層の上に位置することになるため、吸引口７２ｂから不用意に材料粉体が吸引されることを防止することができる。このような構成にするために、カバーユニット７０の向きが固定される場合は、造形方向を一定にすればよい。或いは、カバーユニット７０を回転可能に構成し、造形方向に応じて吐出口７１ｂ、吸引口７２ｂの位置を変更してもよい。 Further, as shown in FIG. 6, the discharge port 71 b of the inert gas supply cover 71 is provided on the modeling direction side of the cover unit 70, and the suction port 72 b of the fume suction cover 72 is on the counter modeling direction side of the cover unit 70. It is preferable to be provided. With such a configuration, since an air flow is formed in the direction opposite to the modeling direction, an air flow of an inert gas that collects fumes discharged and generated from the discharge port 71b and transports it to the suction port 72b can be more effectively formed. Furthermore, since the suction port 72b is positioned on the sintered layer that has already been irradiated with the laser beam L during modeling, material powder is prevented from being inadvertently sucked from the suction port 72b. Can do. In order to make such a configuration, when the orientation of the cover unit 70 is fixed, the modeling direction may be made constant. Alternatively, the cover unit 70 may be configured to be rotatable, and the positions of the discharge port 71b and the suction port 72b may be changed according to the modeling direction.
ここで、造形方向について説明する。レーザ光Ｌによる焼結層の形成にあたっては、図７（ａ）に示すように、各材料粉体層８毎の照射領域を所定の長さ毎に分割し、分割された各分割領域毎にレーザ光Ｌをラスタ走査させ焼結層を形成することを繰り返し、照射領域と対応する所望の焼結層を形成する。ここでは、焼結層を各分割領域に分割する幅を分割幅、分割幅に係る方向に直交し各分割領域において徐々に焼結層が形成されていく方向を造形方向と呼ぶ。なお、図７（ａ）における矢印はある分割領域におけるレーザ光Ｌの照射経路の一例を示しており、以下において詳細に説明する。 Here, the modeling direction will be described. In the formation of the sintered layer by the laser beam L, as shown in FIG. 7A, the irradiation region for each material powder layer 8 is divided into predetermined lengths, and each divided region is divided. The laser beam L is raster-scanned to form a sintered layer, and a desired sintered layer corresponding to the irradiated region is formed. Here, the width in which the sintered layer is divided into each divided region is referred to as a divided width, and the direction in which the sintered layer is gradually formed in each divided region is referred to as a forming direction. In addition, the arrow in Fig.7 (a) has shown an example of the irradiation path | route of the laser beam L in a certain division area, and it demonstrates in detail below.
図８には、各分割領域毎のレーザ光Ｌの照射経路が例示される。図８（ａ）は、長手方向が分割幅の長さと一致する横長形状（本例では角丸長方形状）のスポット形状を有するレーザ光Ｌを利用した例で、造形方向がレーザ光Ｌの走査方向と一致している。図８（ｂ）及び図８（ｃ）は、略円状のスポット形状を有するレーザ光Ｌを利用した例であり、分割幅と同じ長さの直線走査経路が並列に配列され、造形方向に沿って各直線走査を連続的に行う。かかる場合は、造形方向と各直線走査の方向とが直交する。なお、図８に矢印で示すレーザ光Ｌの照射経路において、実線部はレーザ光Ｌの照射がＯＮの状態であることを、点線部はレーザ光Ｌの照射がＯＦＦの状態であることをそれぞれ示す。 FIG. 8 illustrates the irradiation path of the laser light L for each divided region. FIG. 8A is an example using a laser beam L having a spot shape having a horizontally long shape (in this example, a rounded rectangular shape) whose longitudinal direction matches the length of the division width. It matches the direction. FIG. 8B and FIG. 8C are examples using the laser beam L having a substantially circular spot shape, and linear scanning paths having the same length as the divided width are arranged in parallel, and in the modeling direction. Each linear scan is continuously performed along the line. In such a case, the modeling direction and each linear scanning direction are orthogonal to each other. In the irradiation path of the laser beam L indicated by the arrow in FIG. 8, the solid line portion indicates that the irradiation of the laser beam L is ON, and the dotted line portion indicates that the irradiation of the laser beam L is OFF. Show.
図８（ｂ）や図８（ｃ）に示されるような略円形状のスポット形状を有するレーザ光Ｌを用いた積層造形方法における各直線走査は、造形時間を短くするために可能な限り高速で走査されることが望ましく、一般に、ガルバノスキャナ等高速走査が可能な光偏向器がレーザ光Ｌの走査装置として用いられる。 Each linear scanning in the layered manufacturing method using the laser beam L having a substantially circular spot shape as shown in FIG. 8B or FIG. 8C is as fast as possible in order to shorten the modeling time. In general, an optical deflector capable of high-speed scanning such as a galvano scanner is used as a scanning device for the laser light L.
対して、本実施形態ではレーザ光Ｌの照射位置を駆動装置６５により走査させるので従来のガルバノスキャナ等による走査と比較して高速走査ができない。したがって、高速走査が要求されない図８（ａ）のような長手方向が分割幅の長さと一致する横長形状のスポット形状を有するレーザ光Ｌを利用することが好ましい。一方、図８（ｂ）や図８（ｃ）のような略円状のスポット形状を有するレーザ光Ｌを利用する場合は、ガルバノスキャナ等の高速走査が可能な光偏向器を用いることが適しており、こちらについては第２実施形態で述べる。或いは、ホルダ４３の内部にこうした光偏向器を設けて、造形方向については駆動装置６５による走査、分割幅に係る方向については光偏向器による走査というように、両者を組み合わせて実施してもよい。 On the other hand, in this embodiment, since the irradiation position of the laser beam L is scanned by the driving device 65, high-speed scanning cannot be performed as compared with scanning by a conventional galvano scanner or the like. Therefore, it is preferable to use a laser beam L having a horizontally elongated spot shape whose longitudinal direction matches the length of the division width as shown in FIG. On the other hand, when the laser beam L having a substantially circular spot shape as shown in FIGS. 8B and 8C is used, it is suitable to use an optical deflector capable of high-speed scanning such as a galvano scanner. This will be described in the second embodiment. Alternatively, such a light deflector may be provided inside the holder 43, and the combination of both may be performed, such as scanning by the driving device 65 for the modeling direction and scanning by the optical deflector for the direction related to the divided width. .
なお、焼結層の形成にあたっては、各分割領域を造形方向に沿って更に分割してもよい。ここでは例として、図７（ｂ）に示すように、ある分割領域を分割領域α、分割領域β、分割領域γに分割する。このとき、更に分割された分割領域の焼結は、例えば分割領域α、分割領域γ、分割領域βの順に行われる等、隣接した各分割領域の焼結は必ずしも連続して行われなくてもよい。また、照射領域の周縁部はベクトル走査により焼結層を形成してもよい。なお、ベクトル走査を行うときは例外的に造形方向は走査方向と同一方向であると定義する。 In forming the sintered layer, each divided region may be further divided along the forming direction. Here, as an example, as shown in FIG. 7B, a certain divided region is divided into a divided region α, a divided region β, and a divided region γ. At this time, the sintering of the divided regions further divided is performed in the order of the divided region α, the divided region γ, and the divided region β, for example. Good. Moreover, you may form a sintered layer by the vector scan in the peripheral part of an irradiation area | region. Note that, when performing vector scanning, the modeling direction is exceptionally defined as the same direction as the scanning direction.
また、吐出口７１ｂの径は、分割幅の長さの２〜２０倍程度の大きさであることが好ましい。換言すれば、焼結層の形成に係る１回のレーザ光Ｌの走査において造形方向に直交するレーザ光Ｌの実質的な焼結範囲の長さの２〜２０倍程度の大きさであることが好ましい。このような構成によれば、不活性ガス供給カバー７１とレーザ光Ｌとの干渉を防止するとともに、より局所的に不活性ガスを供給することができる。 The diameter of the discharge port 71b is preferably about 2 to 20 times the length of the divided width. In other words, it is about 2 to 20 times the length of the substantial sintering range of the laser beam L perpendicular to the modeling direction in one scanning of the laser beam L related to the formation of the sintered layer. Is preferred. According to such a configuration, interference between the inert gas supply cover 71 and the laser beam L can be prevented, and the inert gas can be supplied more locally.
次に、図２及び図９〜図１２を用いて、上記の積層造形装置を用いた積層造形方法について説明する。なお、図９〜図１２では、視認性を考慮して図２においては図示した構成要素の一部を省略している。 Next, the additive manufacturing method using the additive manufacturing apparatus will be described with reference to FIGS. 2 and 9 to 12. 9 to 12, some of the illustrated components are omitted in FIG. 2 in consideration of visibility.
まず、造形テーブル５上に造形プレート７を載置した状態で造形テーブル５の高さを適切な位置に調整する（図９）。この状態で材料収容部１１ａ内に材料粉体が充填されているリコータヘッド１１を図２の矢印Ｂ方向に造形領域Ｒの左側から右側に移動させることによって、造形プレート７上に１層目の材料粉体層８を形成する（図１０）。なお、図９及び図１０に示すように、リコータヘッド１１を移動させる際は、リコータヘッド１１とホルダ４３との物理的干渉を防止するために、ホルダ４３を退避位置（図中右上）に退避させている。 First, the height of the modeling table 5 is adjusted to an appropriate position with the modeling plate 7 placed on the modeling table 5 (FIG. 9). In this state, the first layer on the modeling plate 7 is moved by moving the recoater head 11 filled with the material powder in the material container 11a from the left side to the right side of the modeling region R in the direction of arrow B in FIG. The material powder layer 8 is formed (FIG. 10). As shown in FIGS. 9 and 10, when the recoater head 11 is moved, the holder 43 is moved to the retracted position (upper right in the figure) in order to prevent physical interference between the recoater head 11 and the holder 43. Evacuated.
続いて、図１１に示すように、ホルダ４３を退避位置から照射位置に移動させ、材料粉体層８中の所定部位にレーザ光Ｌを照射して材料粉体層８のレーザ光照射部位を焼結させることによって、１層目の焼結層８１ｆを得る。この焼結の際に発生するヒュームは、主に、ヒューム吸引カバー７２の吸引口７２ｂから吸引され、カバーユニット排出口７２ａを通じて排出される。 Subsequently, as shown in FIG. 11, the holder 43 is moved from the retracted position to the irradiation position, and a predetermined portion in the material powder layer 8 is irradiated with the laser light L, so that the laser light irradiation portion of the material powder layer 8 is changed. By sintering, a first sintered layer 81f is obtained. The fumes generated during the sintering are mainly sucked from the suction port 72b of the fume suction cover 72 and discharged through the cover unit discharge port 72a.
続いて、造形テーブル５の高さを材料粉体層８の１層分下げ、リコータヘッド１１を造形領域Ｒの右側から左側に移動させることによって、焼結層８１ｆ上に２層目の材料粉体層８を形成する。リコータヘッド１１の移動中もリコータヘッド排出口１１ｒｓでヒュームが吸引される。この際のヒューム吸引は、ヒューム発生部位に非常に近い位置で行われるので特に効果的である。 Subsequently, the height of the modeling table 5 is lowered by one layer of the material powder layer 8, and the recoater head 11 is moved from the right side to the left side of the modeling region R, whereby the second layer material is formed on the sintered layer 81f. A powder layer 8 is formed. While the recoater head 11 is moving, fumes are sucked by the recoater head discharge port 11rs. Fume suction at this time is particularly effective because it is performed at a position very close to the fume generation site.
続いて、材料粉体層８中の所定部位にレーザ光Ｌを照射し材料粉体層８のレーザ光照射部位を焼結させることによって、図１２に示すように、２層目の焼結層８２ｆを得る。この焼結の際に発生するヒュームは、主に、ヒューム吸引カバー７２の吸引口７２ｂから吸引され、カバーユニット排出口７２ａを通じて排出される。 Subsequently, a predetermined portion in the material powder layer 8 is irradiated with the laser light L to sinter the laser light irradiated portion of the material powder layer 8, so that the second sintered layer as shown in FIG. 82f is obtained. The fumes generated during the sintering are mainly sucked from the suction port 72b of the fume suction cover 72 and discharged through the cover unit discharge port 72a.
以上の工程を繰り返すことによって、３層目以降の焼結層が形成される。隣接する焼結層は、互いに強く固着される。 By repeating the above steps, the third and subsequent sintered layers are formed. Adjacent sintered layers are firmly fixed to each other.
必要数の焼結層を形成した後、未焼結の材料粉体を除去することによって、造形した焼結体を得ることができる。この焼結体は、例えば樹脂成形用の金型として利用可能である。 After forming the required number of sintered layers, the shaped sintered body can be obtained by removing the unsintered material powder. This sintered body can be used, for example, as a mold for resin molding.
２．第２実施形態
以下、本発明の第２実施形態に係る積層造形装置について説明する。なお、第１実施形態に係る積層造形装置と共通する部分については詳細説明を省略する。
2. Second Embodiment Hereinafter, an additive manufacturing apparatus according to a second embodiment of the present invention will be described. In addition, detailed description is abbreviate | omitted about the part which is common in the additive manufacturing apparatus which concerns on 1st Embodiment.
第２実施形態では、図１３に示すように、チャンバ１の上方にはレーザ光Ｌを生成するレーザ光源４２とレーザ光Ｌを造形領域Ｒにおいて２次元走査可能とする光偏向器とを含むレーザ光照射部１３が設けられ、レーザ光照射部１３から出力されたレーザ光Ｌは、チャンバ１に設けられたウィンドウ１ａを透過して造形領域Ｒに形成された材料粉体層８に照射される。レーザ光照射部１３は、造形領域Ｒにおいてレーザ光Ｌを２次元走査可能に構成されていればよく、例えば、光偏向器として１対のガルバノスキャナが用いられる。或いは１対のガルバノスキャナに代えて電圧印加によって屈折率を自在に制御可能なＫＴＮスキャナを用いてもよい。なおここではＫＴＮスキャナとは、電気光学効果を有するＫＴＮ（ＫＴａ１−ｘＮｂｘＯ３）結晶又はＫＬＴＮ（Ｋ１−ｙＬｉｙＴａ１−ｘＮｂｘＯ３）結晶を用いた光偏向器をいう。レーザ光Ｌは、材料粉体を焼結可能なものであればその種類は限定されず、例えば、ＣＯ２レーザ、ファイバーレーザ、ＹＡＧレーザなどである。ウィンドウ１ａは、レーザ光Ｌを透過可能な材料で形成される。例えば、レーザ光Ｌがファイバーレーザ又はＹＡＧレーザの場合、ウィンドウ１ａは石英ガラスで構成可能である。 In the second embodiment, as shown in FIG. 13, a laser including a laser light source 42 that generates laser light L and an optical deflector that enables laser light L to be two-dimensionally scanned in the modeling region R above the chamber 1. The light irradiation unit 13 is provided, and the laser light L output from the laser light irradiation unit 13 passes through the window 1a provided in the chamber 1 and is applied to the material powder layer 8 formed in the modeling region R. . The laser beam irradiation unit 13 only needs to be configured to be capable of two-dimensional scanning with the laser beam L in the modeling region R. For example, a pair of galvano scanners is used as an optical deflector. Alternatively, instead of a pair of galvano scanners, a KTN scanner whose refractive index can be freely controlled by applying a voltage may be used. Note here the KTN scanner, KTN having an electro-optic effect (KTa 1-x Nb x O 3) crystal or KLTN (K 1-y Li y Ta 1-x Nb x O 3) optical deflector using the crystal Say. The type of the laser beam L is not limited as long as the material powder can be sintered, and examples thereof include a CO 2 laser, a fiber laser, and a YAG laser. The window 1a is formed of a material that can transmit the laser light L. For example, when the laser beam L is a fiber laser or a YAG laser, the window 1a can be made of quartz glass.
チャンバ１の上面には、ウィンドウ１ａを覆うようにヒューム拡散部１７が設けられる。ヒューム拡散部１７は、円筒状の筐体１７ａと、筐体１７ａ内に配置された円筒状の拡散部材１７ｃを備える。筐体１７ａと拡散部材１７ｃの間に不活性ガス供給空間１７ｄが設けられる。また、筐体１７ａの底面には、拡散部材１７ｃの内側に開口部１７ｂが設けられる。拡散部材１７ｃには多数の細孔１７ｅが設けられており、ヒューム拡散装置供給口１７ｇより不活性ガス供給空間１７ｄに供給された清浄な不活性ガスは細孔１７ｅを通じて清浄空間１７ｆに充満される。そして、清浄空間１７ｆに充満された清浄な不活性ガスは、開口部１７ｂを通じてヒューム拡散部１７の下方に向かって噴出される。なお、ヒュームが清浄空間１７ｆ内に侵入することをできるだけ抑制すべく、開口部１７ｂは、できるだけ小さい断面積に形成されることが好ましく、具体的には、造形領域Ｒの全体に渡ってレーザ光Ｌが２次元走査される際にレーザ光Ｌが筐体１７ａによって遮断されない最小の断面積に形成することが好ましい。 A fume diffusion portion 17 is provided on the upper surface of the chamber 1 so as to cover the window 1a. The fume diffusing unit 17 includes a cylindrical casing 17a and a cylindrical diffusing member 17c disposed in the casing 17a. An inert gas supply space 17d is provided between the housing 17a and the diffusion member 17c. An opening 17b is provided on the bottom surface of the housing 17a inside the diffusion member 17c. The diffusing member 17c is provided with a large number of pores 17e, and the clean inert gas supplied from the fume diffusing device supply port 17g to the inert gas supply space 17d fills the clean space 17f through the pores 17e. . And the clean inert gas with which the clean space 17f was filled is ejected toward the downward direction of the fume spreading | diffusion part 17 through the opening part 17b. Note that the opening 17b is preferably formed to have as small a cross-sectional area as possible in order to suppress the intrusion of the fumes into the clean space 17f as much as possible. Specifically, the laser light is spread over the entire modeling region R. It is preferable that the laser beam L be formed in a minimum cross-sectional area that is not blocked by the housing 17a when L is two-dimensionally scanned.
ヒューム拡散部１７はカバーユニット７０と接続される。第２実施形態に係るカバーユニット７０も、第１実施形態同様に、不活性ガス供給カバー７１とヒューム吸引カバー７２を有するものである。第２実施形態に係るカバーユニット７０は、ホルダ４３に設けられ、駆動装置６５によってレーザ光Ｌの照射経路に合わせてその向きが制御される。なお、向きを制御するだけでは、ガルバノスキャナの角度変化に伴い、カバーユニット７０にレーザ光Ｌが進入する位置がずれることとなる。したがって、当該ずれに関わらずレーザ光Ｌがカバーユニット７０を通過して造形領域Ｒへ到達するように実施する。 The fume diffusing unit 17 is connected to the cover unit 70. The cover unit 70 according to the second embodiment also has an inert gas supply cover 71 and a fume suction cover 72 as in the first embodiment. The cover unit 70 according to the second embodiment is provided in the holder 43, and its direction is controlled by the driving device 65 in accordance with the irradiation path of the laser light L. It should be noted that the position at which the laser beam L enters the cover unit 70 is shifted as the angle of the galvano scanner is changed only by controlling the direction. Therefore, the laser beam L is carried out so as to pass through the cover unit 70 and reach the modeling region R regardless of the deviation.
或いは、カバーユニット７０の向きだけではなくホルダ４３の水平方向における位置をレーザ光Ｌの照射経路に合わせて移動させ上述のずれが発生しないように構成してもよい。すなわち、レーザ光Ｌの光軸をカバーユニット７０における不活性ガス供給カバー７１の中心軸に略整合させることで当該ずれは発生しないように構成してもよい。 Alternatively, not only the direction of the cover unit 70 but also the position of the holder 43 in the horizontal direction may be moved in accordance with the irradiation path of the laser light L so that the above-described deviation does not occur. In other words, the optical axis of the laser beam L may be substantially aligned with the central axis of the inert gas supply cover 71 in the cover unit 70 so that the deviation does not occur.
清浄空間１７ｆに充満された清浄な不活性ガスは、開口部１７ｂから不活性ガス供給カバー７１の内部を通りその吐出口７１ｂから造形空間１ｄ（特に造形領域Ｒ）に向けて吐出される。このとき不活性ガス供給カバー７１の断面が上部から下部に向かって断面積が小さくなる構造であると吐出される不活性ガスの流速が向上し、より好適に不活性ガス供給カバー７１の内部をヒュームの無い清浄な状態に保つことができる。その結果、不活性ガス供給カバー７１の内部を通過するレーザ光Ｌがヒュームに遮断されることなく材料粉体層８に照射されることとなる。また、より局所的に不活性ガスを供給することができる。 The clean inert gas filled in the clean space 17f passes through the inside of the inert gas supply cover 71 from the opening 17b and is discharged from the discharge port 71b toward the modeling space 1d (particularly the modeling region R). At this time, if the cross section of the inert gas supply cover 71 has a cross-sectional area that decreases from the top to the bottom, the flow rate of the discharged inert gas is improved, and the inside of the inert gas supply cover 71 is more preferably It can be kept clean with no fume. As a result, the laser beam L passing through the inside of the inert gas supply cover 71 is irradiated to the material powder layer 8 without being blocked by fume. Further, the inert gas can be supplied more locally.
不活性ガス供給カバー７１における吐出口７１ｂ及びヒューム吸引カバー７２の吸引口７２ｂは略隣接しており、駆動装置６５によってヒューム吸引カバー７２の吸引口７２ｂを造形領域Ｒに極力近接させることができる。これによって、レーザ光Ｌの照射に伴い発生したヒュームを従来技術に比しても明らかに近い位置で吸引することができる構成となっている。 The discharge port 71 b in the inert gas supply cover 71 and the suction port 72 b of the fume suction cover 72 are substantially adjacent to each other, and the suction port 72 b of the fume suction cover 72 can be brought as close as possible to the modeling region R by the driving device 65. As a result, the fumes generated by the irradiation of the laser beam L can be sucked at a position that is clearly close to that of the prior art.
更に、第１実施形態と同様に、不活性ガス供給カバー７１の吐出口７１ｂは、カバーユニット７０の造形方向側に設けられ、ヒューム吸引カバー７２の吸引口７２ｂは、カバーユニット７０の反造形方向側に設けられることが好ましい。かかる構成であれば、造形方向と逆方向に気流が形成されるため、吐出口７１ｂから吐出され発生したヒュームを回収し吸引口７２ｂへと運ぶ不活性ガスの気流がより効果的に形成できる。更には、造形中に吸引口７２ｂが既にレーザ光Ｌが照射された焼結層の上に位置することになるため、吸引口７２ｂから不用意に材料粉体が吸引されることを防止することができる。このような構成にするために、カバーユニット７０が固設される場合は、造形方向を一定にすればよい。或いは、カバーユニット７０を回転可能に構成し、造形方向に応じて吐出口７１ｂ、吸引口７２ｂの位置を変更してもよい。 Further, similarly to the first embodiment, the discharge port 71 b of the inert gas supply cover 71 is provided on the modeling direction side of the cover unit 70, and the suction port 72 b of the fume suction cover 72 is the counter-modeling direction of the cover unit 70. It is preferable to be provided on the side. With such a configuration, since an air flow is formed in the direction opposite to the modeling direction, an air flow of an inert gas that collects fumes discharged and generated from the discharge port 71b and transports it to the suction port 72b can be more effectively formed. Furthermore, since the suction port 72b is positioned on the sintered layer that has already been irradiated with the laser beam L during modeling, material powder is prevented from being inadvertently sucked from the suction port 72b. Can do. In order to make such a configuration, when the cover unit 70 is fixed, the modeling direction may be made constant. Alternatively, the cover unit 70 may be configured to be rotatable, and the positions of the discharge port 71b and the suction port 72b may be changed according to the modeling direction.
３．変形例
上述の通り、第１及び第２実施形態に係る積層造形装置はともに、不活性ガス供給カバー７１とヒューム吸引カバー７２とが一体として構成されるカバーユニット７０を備えるものである。しかしながら当該例に拘泥されず、例えば、不活性ガス供給カバー７１とヒューム吸引カバー７２とが独立に並んで構成されてもよい。或いは、吐出口７１ｂと吸引口７２ｂとが隣接しているものの、不活性ガス供給カバー７１とヒューム吸引カバー７２とが一体でないように構成されてもよい。図１４に示す断面の形状はあくまでも例示でありこの限りではない。また、図１４では、第１実施形態を例に取り変形例が示されているが、第２実施形態についても同様である。
3. Modified Example As described above, the additive manufacturing apparatus according to the first and second embodiments includes the cover unit 70 in which the inert gas supply cover 71 and the fume suction cover 72 are integrally configured. However, the present invention is not limited to this example, and for example, the inert gas supply cover 71 and the fume suction cover 72 may be independently arranged. Alternatively, although the discharge port 71b and the suction port 72b are adjacent to each other, the inert gas supply cover 71 and the fume suction cover 72 may not be integrated. The cross-sectional shape shown in FIG. 14 is merely an example and is not limited to this. In FIG. 14, the first embodiment is taken as an example and a modification is shown, but the same applies to the second embodiment.
上述の通り、第１及び第２実施形態に係る積層造形装置はともに、不活性ガス供給カバー７１の断面が上部から下部に向かって断面が小さくなる構造により不活性ガスの流速が向上し、これによって不活性ガス供給カバー７１の内部をヒュームの無い清浄な状態に保つことができる。また、より局所的に不活性ガスを供給することができる。しかしながら当該例に拘泥されず、材料粉体を巻き上げない程度に速い気流が形成され、局所的に不活性ガスを供給できる構造であればよい。例えばパイプ状で全体的に断面が小さいものであってもよい。 As described above, both of the additive manufacturing apparatuses according to the first and second embodiments improve the flow rate of the inert gas by the structure in which the cross section of the inert gas supply cover 71 becomes smaller from the upper part toward the lower part. Thus, the inside of the inert gas supply cover 71 can be kept clean with no fume. Further, the inert gas can be supplied more locally. However, the present invention is not limited to this example, and any structure may be used as long as an air flow that is fast enough to prevent the material powder from being wound up and an inert gas can be supplied locally. For example, it may have a pipe shape and a small cross section as a whole.
第１及び第２実施形態に係る積層造形装置は、切削工具を取り付け可能なスピンドルを有する加工ヘッドを備えてもよい。この場合、所定数（例：１０層）の焼結層を形成する度に造形物に対して切削加工を行うことができる。 The additive manufacturing apparatus according to the first and second embodiments may include a machining head having a spindle to which a cutting tool can be attached. In this case, it is possible to cut the shaped article every time a predetermined number (for example, 10 layers) of sintered layers is formed.
１：チャンバ、１ａ：ウィンドウ、１ｂ：チャンバ供給口、１ｃ：チャンバ排出口、１ｄ：造形空間、１ｅ：副供給口、３：粉体層形成装置、４：ベース台、５：造形テーブル、７：造形プレート、８：材料粉体層、８ｆ、８１ｆ、８２ｆ：焼結層、１１：リコータヘッド、１１ａ：材料収容部、１１ｂ：材料供給部、１１ｃ：材料排出部、１１ｆｂ、１１ｒｂ：ブレード、１１ｆｓ：リコータヘッド供給口、１１ｒｓ：リコータヘッド排出口、１３：レーザ光照射部、１５：不活性ガス供給装置、１７：ヒューム拡散部、１７ａ：筐体、１７ｂ：開口部、１７ｃ：拡散部材、１７ｄ：不活性ガス供給空間、１７ｅ：細孔、１７ｆ：清浄空間、１７ｇ：ヒューム拡散装置供給口、１９：ヒュームコレクタ、２１、２３：ダクトボックス、２６：粉体保持壁、４２：レーザ光源、４２ａ：光ケーブル、４３：ホルダ、４３ａ：光コネクタ、４３ｂ：レーザ光照射端、４４：コリメータ、４５：光学処理ユニット、４５ａ：保護ガラス、６５：駆動装置、７０：カバーユニット、７１：不活性ガス供給カバー、７１ａ：カバーユニット供給口、７１ｂ：吐出口、７１ｃ：細孔、７２：ヒューム吸引カバー、７２ａ：カバーユニット排出口、７２ｂ：吸引口、Ｌ：レーザ光、Ｒ：造形領域。 1: chamber, 1a: window, 1b: chamber supply port, 1c: chamber discharge port, 1d: modeling space, 1e: auxiliary supply port, 3: powder layer forming device, 4: base table, 5: modeling table, 7 : Modeling plate, 8: material powder layer, 8f, 81f, 82f: sintered layer, 11: recoater head, 11a: material container, 11b: material supply unit, 11c: material discharge unit, 11fb, 11rb: blade 11 fs: recoater head supply port, 11 rs: recoater head discharge port, 13: laser light irradiation unit, 15: inert gas supply device, 17: fume diffusion unit, 17a: housing, 17b: opening, 17c: Diffusion member, 17d: inert gas supply space, 17e: pore, 17f: clean space, 17g: fume diffusion device supply port, 19: fume collector, 21, 23: duct box, 26 Powder holding wall, 42: laser light source, 42a: optical cable, 43: holder, 43a: optical connector, 43b: laser light irradiation end, 44: collimator, 45: optical processing unit, 45a: protective glass, 65: driving device, 70: Cover unit, 71: Inert gas supply cover, 71a: Cover unit supply port, 71b: Discharge port, 71c: Fine hole, 72: Fume suction cover, 72a: Cover unit discharge port, 72b: Suction port, L: Laser light, R: modeling area.
Claims (7)
前記造形領域に撒布された材料粉体を焼結させて焼結層を形成するレーザ光を生成するレーザ光源と、
前記チャンバ内の上部から前記造形領域に向かって形成され且つ前記造形領域側に対して開口するカバーユニットと、
前記カバーユニットが設けられるホルダと、
前記ホルダの位置又は前記カバーユニットの向きの少なくともいずれか一方を制御する駆動装置と、を備え、
前記カバーユニットは、供給された前記不活性ガスを前記カバーユニットの造形方向側に設けられた吐出口から前記造形領域に吐出する不活性ガス供給カバーと、前記焼結層の形成時に前記造形領域上で発生したヒュームを含む不活性ガスを前記カバーユニットの反造形方向側に設けられた吸引口から吸引するヒューム吸引カバーとを有し、
前記駆動装置は、前記レーザ光が前記不活性ガス供給カバーの内部を通過し前記造形領域に照射されるように前記レーザ光の照射経路に合わせて前記ホルダの位置又は前記カバーユニットの向きの少なくともいずれか一方を制御するように構成される、
積層造形装置。 A chamber covering the modeling area and filled with an inert gas;
A laser light source for generating a laser beam that sinters the material powder distributed in the modeling region to form a sintered layer;
A cover unit that is formed from the upper part in the chamber toward the modeling region and that opens to the modeling region side;
A holder provided with the cover unit;
A drive device for controlling at least one of the position of the holder or the direction of the cover unit,
The cover unit includes an inert gas supply cover that discharges the supplied inert gas from a discharge port provided on the modeling direction side of the cover unit to the modeling area, and the modeling area when the sintered layer is formed. A fume suction cover for sucking inactive gas containing fumes generated above from a suction port provided on the side opposite to the shaping direction of the cover unit ;
The driving device is configured to at least the position of the holder or the direction of the cover unit according to the irradiation path of the laser light so that the laser light passes through the inside of the inert gas supply cover and is irradiated to the modeling region. Configured to control either one,
Additive manufacturing equipment.
前記駆動装置は、前記レーザ光の照射経路に合わせて前記カバーユニットの向きを制御するように構成される、請求項１〜請求項４の何れか１つに記載の積層造形装置。 The laser beam is configured such that the irradiation position can be controlled by an optical deflector,
The additive manufacturing apparatus according to any one of claims 1 to 4 , wherein the driving device is configured to control an orientation of the cover unit in accordance with an irradiation path of the laser light.
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