JP6661920B2 - 3次元形成装置 - Google Patents
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Description
0.5≦Pm/Dm<1.0
であることを特徴とする。
0.5≦Pm/Dm<1.0
の関係を満足させながら形成される。
0.5≦Ps/Ds<1.0
であることを特徴とする。
0.5≦Ps/Ds<1.0
の関係を満足させながら形成される。
図1は、第1実施形態に係る3次元形成装置の構成を示す概略構成図である。なお、本明細書における「3次元形成」とは、いわゆる立体造形物を形成することを示すものであって、例えば、平板状、いわゆる2次元形状の形状であっても厚みを有する形状を形成することも含まれる。
第2実施形態に係る3次元形成方法は、上述した第1実施形態に係る3次元形成装置1000よって3次元形成物200を形成する方法である。第2実施形態に係る3次元形成物200の製造方法を示すフローチャートを図8に示し、図8に示すフローチャートの各工程における製造方法を図9から図27に示す。
図8に示すように、本実施形態に係る3次元形成方法は、3次元形成物200の3次元造形用データを、図示しない、例えばパーソナルコンピューターなどから制御ユニット100(図1参照)に取得する、3次元造形用データ取得工程(S100)が実行される。3次元造形用データ取得工程(S100)において取得された3次元造形用データは、制御ユニット100から、ステージコントローラー110と、材料供給コントローラー130と、レーザー発振器82と、ランプ出力コントローラー120と、に制御データが送られ、積層開始工程に移行される。
積層開始工程(S200)では、3次元形成方法を示す図9に示すように、ステージ20に載置されたプレート21に対して、所定の相対位置にヘッド31が配置される。この時、XY平面(図1参照)において、上述した3次元造形用データに基づく造形の起点であるステージ20の座標位置p11(x11,y11)に、材料吐出部71の吐出ノズル71bの吐出口71cから吐出される液滴状の被焼結材料である材料飛翔体Mf(図3参照)が着弾するようにプレート21を備えるステージ20が移動され、3次元造形物の形成が開始され、単層形成工程に移行される。なお、第1ランプ41と第1温度計51と、第2ランプ42と第2温度計52と、は説明の便宜上、図面表記ではヘッド31を挟んで、左右に配置させて説明する。
単層形成工程(S300)は、図8に示すように加熱工程(S310)と、材料供給工程(S320)と、乾燥工程(S330)と、焼結工程(S340)と、を含んでいる。以下、単層形成工程(S300)に含む各工程を説明する。
単層形成工程(S300)は加熱工程(S310)から始められる。加熱工程(S310)では、図10に示すように、吐出ノズル71bに導入された供給材料90が、吐出口71cから吐出され、材料飛翔体91としてプレート21の上面21aに向けて飛翔し、上面21a上に着弾する材料供給領域Sが、第1ランプ41から放射される熱線Lh1によって加熱される。熱線Lh1による材料供給領域Sの加熱温度は、供給材料90に含まれる溶媒または分散媒の沸点未満であって、蒸発を可能とするように設定される。設定される所定温度は、第1温度計51によって適宜計測され、図1に示す第1ランプ出力コントローラー121に送られ、材料供給領域Sが適正温度で維持できるよう、第1ランプ41の入力電力が制御される。
加熱工程(S310)によって材料飛翔体91が着弾されるプレート21の上面21aにおける材料供給領域Sが、所定の温度に加熱されると材料供給工程(S320)に移行される。材料供給工程(S320)は、図11に示すように、積層開始工程(S200)によって所定の位置としてのp11(x11,y11)位置にヘッド31に保持された吐出ノズル71bが対向するようにプレート21が移動し、吐出ノズル71bから、被焼結材料としての供給材料90が、プレート21上に向けて液滴状の材料飛翔体91として吐出口71cから重力方向に吐出される。供給材料90としては、3次元形成物200の原料となる金属、例えばステンレス、チタン合金の単体粉末、もしくは合金化が困難なステンレスと銅(Cu)、あるいはステンレスとチタン合金、あるいはチタン合金とコバルト(Co)やクロム(Cr)、などの混合粉末を、溶剤と、バインダーと、で混練し、スラリー状(あるいはペースト状)に調整されたものである。
乾燥工程(S330)は、図13に示すように材料供給工程(S320)によって、プレート21の上面21aに着弾した単位材料92に向けて、第2ランプ42から熱線Lh2が照射される。この時、プレート21の単位材料92の温度が第2温度計52によって測定され、第2ランプ42に入力される電力が制御され、所定の乾燥温度となる熱線Lh2のエネルギーが単位材料92に照射される。そして、単位材料92部の拡大図である図14に示すように、単位材料92に含まれている未乾燥部92aに含まれる溶媒または分散媒などの液体成分が蒸発し、乾燥された乾燥部93aとなり、乾燥後の乾燥被焼結材料としての単位材料93が形成される。これにより、部分的に流動性が低下された乾燥部92bに加えて、未乾燥部92aも乾燥された単位材料93となり、上面21aに沿って濡れ広がることが抑制され、単位材料93はプレート21の上面21aからの高さh1(いわゆる肉盛量)を確保することができる。
乾燥工程(S330)を経て単位材料93が上面21aに配設されると、焼結工程(S340)が開始される。焼結工程(S340)は、図15に示すように、レーザー照射部81a,81bからレーザーL1,L2が単位材料93に向けて重力方向に交差するように照射される(図2参照)。レーザーL1,L2が持つエネルギー(熱)によって単位材料93に含まれる乾燥後のバインダーMb´(図7参照)は熱分解し、金属粉末は粒子同士が結合する、いわゆる焼結されるか、もしくは溶融結合されることによって、金属塊の焼結体94となってp11(x11,y11)位置に形成される。レーザーL1,L2の照射は、乾燥後の単位材料93の材料組成、体積、などの条件によって照射条件が設定され、設定された照射量を単位材料93に照射した後、照射は停止される。
Pm<Dm (1)
の条件を満たして配置されることが好ましい。
Pm<(Dm+Ds)/2 (2)
を満足させることが尚好ましい。
単層形成工程(S300)によって、第一の単層としての第1層目の部分造形物201が形成されると、3次元造形用データ取得工程(S100)によって得られた造形データと比較する積層数比較工程(S400)に移行される。積層数比較工程(S400)では、3次元形成物200を構成する部分造形物の積層数Nと、積層数比較工程(S400)の直前の単層形成工程(S300)までで積層された部分造形物の積層数nと、を比較する。
Pm1<Ds
Pm2<Ds
Pm3<Ds
の条件が満足されて形成さている。
第3実施形態として、第1実施形態に係る3次元形成装置1000を用い、第2実施形態に係る3次元形成方法によって得られる3次元形成物200を説明する。なお、本明細書における「3次元形成物」とは、いわゆる立体造形物として形成されるものを示すものであり、例えば、平板状、いわゆる2次元形状の形成物であっても、厚みを有する形状であれば、3次元形成物に含まれる。
Ps1<Ds
の条件を満たして配置されることが好ましい。
Ps2<Ds
の条件を満たして配置されることが好ましい。
Ps<Ds
の条件を満たして配置されるよう、ヘッド31の走査を制御することが好ましい。尚且つ、隣り合う焼結体94によって形成される焼結領域を広くするために、
Ps≧Ds/2
であることが好ましい。すなわち、
0.5≦Ps/Ds<1.0
の条件を満たすことがより好ましい。
Ps21<Ds
を満足し、
Ps21≧Ds/2
であることが好ましい。すなわち、
0.5≦Ps21/Ds<1.0
であることが好ましい。
Ps22<Ds
を満足し、
Ps22≧Ds/2
であることが好ましい。すなわち、
0.5≦Ps22/Ds<1.0
であることが好ましい。
Ps<Ds
であり、
Ps≧Ds/2
であることが好ましい。すなわち、
0.5≦Ps/Ds<1.0
であることが好ましい。このような関係で、形成位置m1,m2,m21を中心とする焼結体94は、互いに重複部94a,94b,94cを有することができる。
0.5≦Ps23/Ds<1.0
0.5≦Ps24/Ds<1.0
0.5≦Ps31/Ds<1.0
である。これら互いに隣り合う焼結体94のドットピッチPs23,Ps24,Ps31を、隣り合う焼結体94の中心間距離としてのドットピッチPsとすると、
0.5≦Ps/Ds<1.0
の関係となる。
0.5≦Ps/Ds<1.0
の関係を満足させながら、ドットピッチPsをより焼結体94の直径Dsに近づける、すなわちPs/Dsを1.0に近づけることで、短時間で部分造形物201を形成することができ、生産性を高めることができる。またPs/Dsを0.5に近づけることで、隣り合う焼結体94が緻密に集合された焼結単層としての部分造形物201を形成することができ、精密な造形を可能とする。
0.5≦Ps/Ds<1.0
の関係を同時に満足されるように、焼結体94が配置されることが好ましい。
0.5≦Ps/Ds<1.0
とすることで、図31に示すB−B´部の断面図である図36に示すように、隣り合う焼結体94の間には重複部94a(図示する斜線ハッチング部)が生じる。
Claims (1)
- 金属粉末とバインダーとを含む被焼結材料を用いて層を積層して3次元形成物を形成する3次元形成装置であって、
前記3次元形成物が形成されるテーブルと、
前記テーブルに接する材料供給領域又は先に形成された前記層に接する前記材料供給領域に、前記被焼結材料を供給する材料供給手段と、
前記材料供給領域を加熱する第1加熱手段と、
前記第1加熱手段とは別体の第2加熱手段であって、前記材料供給手段から前記材料供給領域に供給された前記被焼結材料を加熱する前記第2加熱手段と、
前記第1加熱手段および前記第2加熱手段とは別体のエネルギー照射手段であって、前記金属粉末を焼結するエネルギーを供給する前記エネルギー照射手段と、
前記第1加熱手段によって加熱される前記材料供給領域の温度を検出する第1温度検出手段と、
前記第1温度検出手段とは別体の第2温度検出手段であって、前記第2加熱手段によって加熱される前記被焼結材料の温度を検出する前記第2温度検出手段と、
前記第1加熱手段、前記第2加熱手段、前記第1温度検出手段、及び、前記第2温度検出手段を制御する制御部と、
を備え、
前記第1加熱手段、前記第2加熱手段、前記エネルギー照射手段、前記第1温度検出手段、及び、前記第2温度検出手段は、前記テーブルと分離して配置され、
前記制御部は、
前記第1温度検出手段によって検出された前記材料供給領域の温度に基づいて前記第1加熱手段の出力を制御して、前記被焼結材料が前記材料供給領域に供給される前に前記材料供給領域を所定の温度に加熱し、
前記第2温度検出手段によって検出された前記被焼結材料の温度に基づいて前記第2加熱手段の出力を制御して、前記材料供給領域に供給された前記被焼結材料を所定の温度に加熱する、
ことを特徴とする3次元形成装置。
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