JP6890688B2 - ３次元造形装置 - Google Patents
３次元造形装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP6890688B2 JP6890688B2 JP2019567933A JP2019567933A JP6890688B2 JP 6890688 B2 JP6890688 B2 JP 6890688B2 JP 2019567933 A JP2019567933 A JP 2019567933A JP 2019567933 A JP2019567933 A JP 2019567933A JP 6890688 B2 JP6890688 B2 JP 6890688B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- internal space
- shroud
- breathable member
- end opening
- dimensional modeling
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 39
- 239000011148 porous material Substances 0.000 claims description 13
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 6
- 238000005245 sintering Methods 0.000 claims description 4
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims description 3
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims description 3
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 claims description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 claims 1
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 claims 1
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 26
- 239000003517 fume Substances 0.000 description 11
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 6
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 5
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 238000005192 partition Methods 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 230000003028 elevating effect Effects 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 description 1
- 238000010030 laminating Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 1
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 1
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 1
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 1
- 238000009423 ventilation Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
- B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
- B33Y40/00—Auxiliary operations or equipment, e.g. for material handling
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
- B22F3/10—Sintering only
- B22F3/105—Sintering only by using electric current other than for infrared radiant energy, laser radiation or plasma ; by ultrasonic bonding
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
- B29C64/10—Processes of additive manufacturing
- B29C64/141—Processes of additive manufacturing using only solid materials
- B29C64/153—Processes of additive manufacturing using only solid materials using layers of powder being selectively joined, e.g. by selective laser sintering or melting
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
- B29C64/20—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
- B29C64/227—Driving means
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
- B29C64/20—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
- B29C64/25—Housings, e.g. machine housings
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
- B29C64/20—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
- B29C64/264—Arrangements for irradiation
- B29C64/268—Arrangements for irradiation using laser beams; using electron beams [EB]
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
- B29C64/30—Auxiliary operations or equipment
- B29C64/364—Conditioning of environment
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
- B29C64/30—Auxiliary operations or equipment
- B29C64/364—Conditioning of environment
- B29C64/371—Conditioning of environment using an environment other than air, e.g. inert gas
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
- B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
- B33Y30/00—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P10/00—Technologies related to metal processing
- Y02P10/25—Process efficiency
Description
本発明は、３次元造形装置に関する。
３次元造形装置によれば、例えば図５に示されているように、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Ｐを形成し、材料粉体層Ｐの所定箇所に、レーザー光（破線参照）を照射して焼結させることによって焼結層Ｓを形成する工程を繰り返すことによって、複数の焼結層Ｓの積層体からなる所望形状の造形物が作製される（例えば、特許文献１参照）。
焼結層Ｓの形成時に造形エリアにおいて発生したヒュームによりレーザー光の照射効率が低下することを防止する必要がある。そこで、造形エリアに向けて開口しているカバーユニットＣが、不活性ガス（実線矢印参照）を吐出口から造形エリアに吐出する不活性ガス供給カバーと、ヒュームを含む不活性ガス（一点鎖線矢印参照）を吸引口から吸引するヒューム吸引カバーＣ２とを有している。そして、レーザー光が不活性ガス供給カバーＣ１の内部を通過し造形エリアに照射されるようにレーザー光の照射経路に合わせてカバーユニットＣを支持するホルダＨの位置およびカバーユニットＣの向きのうち少なくともいずれか一方が制御される。
しかし、不活性ガス供給カバーＣ１の吐出口から造形エリアに向けて吐出された不活性ガスが、造形エリアに存在する粉体層Ｐの粉体の一部を巻き上げてしまうと、当該粉体の焼結層Ｓが積層されてなる造形物に欠陥が形成されるなど、造形物の品質が低下する可能性がある。特に、図５に示されているように、不活性ガス供給カバーＣ１が吐出口に向けて徐々に細くなるよう形成されている場合はこの問題が顕著になる。
そこで、本発明は、造形物の品質の低下を回避しながら、ヒュームなどによるレーザー光の照射効率の低下を回避しうる３次元造形装置を提供することを目的とする。
本発明は、光学系を有するレーザー照射ユニットと、一端開口部から他端開口部まで延在する内部空間を有するシュラウドと、前記シュラウドの一端開口部に配置され、前記レーザー照射ユニットから発せられたレーザー光を前記シュラウドの内部空間に透過させて他端開口部を通じて前記シュラウドの外部空間に通過させる一方、前記レーザー照射ユニットを前記シュラウドの内部空間から遮断する保護部材と、を備え、造形エリアに形成された粉体層に対して、前記レーザー照射ユニットから発せられるレーザー光を、駆動機構により照射位置を変化させながら、前記シュラウドの内部空間を通じて照射し、前記粉体層を構成する粉体を焼結または溶融固化させる工程を繰り返すことにより３次元の造形物を作製する３次元造形装置に関する。
本発明の３次元造形装置は、前記シュラウドが、前記内部空間を画定し、かつ、相互に独立している第１内部空間および第２内部空間を内部に有する側壁部と、前記第１内部空間に給気するための給気口と、前記第２内部空間から排気するための排気口と、を備え、前記側壁部の一部が、前記第１内部空間および前記シュラウドの内部空間を隔てる、メッシュまたは多孔質体により構成されている第１通気性部材と、前記シュラウドの内部空間および前記第２内部空間を隔てる、メッシュまたは多孔質体により構成されている第２通気性部材と、により構成されていることを特徴とする。
当該構成の３次元造形装置によれば、造形エリアに形成された粉体層に対して、レーザー照射ユニットから発せられるレーザー光が、駆動機構により照射位置を変化させながら、シュラウドの内部空間を通じて照射され、粉体層を構成する粉体を焼結または溶融固化させる工程が繰り返される。これにより、３次元の所望形状の造形物が得られる。
ここで、シュラウドの外部から、給気口を通じてシュラウドの側壁部の内部にある第１内部空間に不活性ガスが供給され、第１通気性部材を通じて当該側壁部により画定される内部空間に流入する。シュラウドの内部空間に存在するヒュームを含む不活性ガスが、第２通気性部材を通じてシュラウドの側壁部の内部にある第２内部空間に流入し、第２内部空間から排気口を介してシュラウドの外部に排出される。
これにより、シュラウドの内部空間において、シュラウドの側壁部の一部分を構成する第１通気性部材から、シュラウドの側壁部の他の部分を構成する第２通気性部材に向かう不活性ガスの気流が形成されるが、当該気流の速度は粉体層に対して平行な方向の成分が主成分となるため、粉体層を構成する粉体の巻き上げまたは飛散が防止される。よって、造形物に欠陥が生じるなどの事態が回避され、ひいては当該造形物の品質の低下が防止される。
前記第２通気性部材を構成するメッシュの目開きおよび開口率のうち少なくとも一方が、前記第１通気性部材を構成するメッシュの目開きおよび開口率のうち少なくとも一方よりも大きいこと、あるいは、前記第２通気性部材を構成する多孔質体の平均気孔径および気孔率のうち少なくとも一方が、前記第１通気性部材を構成する多孔質体の平均気孔径および気孔率のうち少なくとも一方よりも大きいことが好ましい。
当該構成の３次元造形装置によれば、ヒュームを含む不活性ガスが第２通気性部材を構成するメッシュの目または多孔質体の気孔を通じてシュラウドの内部空間から、側壁部の第２内部空間に流入する際、第２通気性部材に対するヒュームの付着量の低減が図られ、ひいては第２通気性部材のメンテナンスおよび交換の頻度の低下が図られる。
前記第１通気性部材および前記第２通気性部材のうち少なくとも１つの通気性部材が、前記シュラウドの一端開口部から他端開口部にかけて通気性が断続的または連続的に低くなるように構成されていることが好ましい。
当該構成の３次元造形装置によれば、シュラウドの内部空間において第１通気性部材から第２通気性部材に向かって流れる不活性ガスの流速を、シュラウドの一端開口部から他端開口部に向かう方向について連続的または断続的に低下させることができる。このため、シュラウドの他端開口部に近接するエリアにおいて、粉体層を構成する粉体の巻き上げまたは飛散がさらに確実に防止される。
前記第１通気性部材および前記第２通気性部材のうち少なくとも１つの通気性部材が、前記シュラウドの一端開口部から他端開口部にかけてメッシュの目開きおよび開口率のうち少なくとも一方、または、多孔質体の平均気孔径および気孔率のうち少なくとも一方が断続的または連続的に低くなるように構成されていることが好ましい。
当該構成の３次元造形装置によれば、シュラウドの内部空間において第１通気性部材から第２通気性部材に向かって流れる不活性ガスの流速を、シュラウドの一端開口部から他端開口部に向かう方向について連続的または断続的に低下させることができる。このため、シュラウドの他端開口部に近接するエリアにおいて、粉体層を構成する粉体の巻き上げまたは飛散がさらに確実に防止される。
（第１実施形態）
（構成）
（構成）
図１に示されている本発明の第１実施形態としての３次元造形装置は、レーザー照射ユニット１０と、保護部材１４と、シュラウド２０と、駆動機構３０と、を備えている。
レーザー照射ユニット１０は、例えばガルバノスキャナにより構成され、ガルバノミラーおよび集光レンズなどにより構成されている光学系１２を有する。レーザー照射ユニット１０は、制御装置４０により動作が制御されるレーザー発振器４１０により発振されたレーザー光を、光学系１２を介して外部に照射するように構成されている。
シュラウド２０は、上端壁が中央部分で開口し、かつ、側壁部２２が部分的な二重構造を有する略有天筒状に形成されている。具体的には、シュラウド２０は、シュラウド２０の一端開口部２０２（上端開口部）から他端開口部２０６（下端開口部）まで延在している内部空間Ｓ0を画定する略筒状の側壁部２２を有し、側壁部２２は相互に独立している第１内部空間Ｓ1および第２内部空間Ｓ2を有する。第１内部空間Ｓ1および第２内部空間Ｓ2のそれぞれの下端部は、側壁部２０の下端部２６によって閉じられている。
側壁部２０の内部における第１内部空間Ｓ1および第２内部空間Ｓ2のそれぞれの数、形状、サイズ、位置および姿勢はさまざまに変更されてもよい。例えば、図２Ａに示されているように、略矩形筒状の側壁部２２のうち対向する一対の辺部分のそれぞれに単一の第１内部空間Ｓ1および単一の第２内部空間Ｓ2のそれぞれが配置されていてもよい。図２Ｂに示されているように、略矩形筒状の側壁部２２のうち対向する一対の辺部分のそれぞれに一対（複数）の第１内部空間Ｓ1および一対（複数）の第２内部空間Ｓ2のそれぞれが配置されていてもよい。図２Ｃに示されているように、略矩形筒状の側壁部２２のうち隣接する一対の対向していない辺部分のそれぞれに単一の第１内部空間Ｓ1および単一の第２内部空間Ｓ2のそれぞれが配置されていてもよい。
図３Ａに示されているように、第１内部空間Ｓ1の上端位置および下端位置のそれぞれが、第２内部空間Ｓ2の上端位置および下端位置のそれぞれよりも上方に位置していてもよい。図３Ｂに示されているように、第１内部空間Ｓ1の上端位置および下端位置のそれぞれが、第２内部空間Ｓ2の上端位置および下端位置のそれぞれよりも下方に位置していてもよい。第１内部空間Ｓ1の上端位置が、第２内部空間Ｓ2の上端位置よりも上方に位置している一方、第１内部空間Ｓ1の下端位置が、第２内部空間Ｓ2の下端位置のそれぞれよりも下方に位置していてもよい。第１内部空間Ｓ1の上端位置が、第２内部空間Ｓ2の上端位置よりも下方に位置している一方、第１内部空間Ｓ1の下端位置が、第２内部空間Ｓ2の下端位置のそれぞれよりも上方に位置していてもよい。
シュラウド２０は、その上面から第１内部空間Ｓ1まで下方に延在している第１内部空間Ｓ1に給気するための給気口２１０を備えている。給気口２１０には、Ｎ2ガスなどの不活性ガスの供給源４２１が接続されている。例えば、不活性ガス供給源４２１を構成する流量調整弁（図示略）の動作が制御装置４０により制御されることにより、不活性ガス供給源４２１から内側隔壁部２１に設けられた給気口２１０を通じてシュラウド２０の内部空間Ｓ1に不活性ガス（白矢印参照）が導入される。
シュラウド２０における給気口２１０の数、形状、サイズ、位置および姿勢（延在態様）はさまざまに変更されてもよい。例えば、給気口２１０は、シュラウド２０の側面から第１内部空間Ｓ1まで横方向、斜め上方または斜め下方に延在していてもよく、シュラウド２０の上面から第１内部空間Ｓ1まで斜め下方に延在していてもよい。
シュラウド２０は、その側面から第２内部空間Ｓ2まで横方向内側に延在している排気口２２０を備えている。排気口２２０には、吸気ポンプ等により構成される吸気装置４２２が接続されている。例えば、吸気装置４２の動作が制御装置４０により制御されることにより、外側隔壁部２２に設けられた排気口２２０を通じてシュラウド２０の外側空間Ｓ2からヒュームを含む不活性ガス（黒矢印参照）がシュラウド２０の外部に導出される。
シュラウド２０における排気口２２０の数、形状、サイズ、位置および姿勢（延在態様）はさまざまに変更されてもよい。例えば、排気口２２０は、シュラウド２０の上面から第２内部空間Ｓ2まで下方または斜め下方に延在していてもよく、側面から斜め上方または斜め下方に延在していてもよい。
側壁部２２の一部が、第１内部空間Ｓ1およびシュラウド２０の内部空間Ｓ0を隔てる第１通気性部材２１２と、シュラウド２０の内部空間Ｓ0および第２内部空間Ｓ2を隔てる第２通気性部材２１４と、により構成されている。第１通気性部材２１２および第２通気性部材２１４のそれぞれは、クランプ機構またはネジ止め等の適当な固定機構によって、側壁部２２に対して取り外し可能に取り付けられていることが好ましい。
例えば、第１通気性部材２１２および第２通気性部材２１４のそれぞれが金属、樹脂またはこれらの組み合わせからなるメッシュにより構成されている。また、第１通気性部材２１２および第２通気性部材２１４のそれぞれが金属、セラミックスまたはこれらの組み合わせからなる多孔質体により構成されていてもよい。
第２通気性部材２１４を構成するメッシュの目開きＡおよび開口率εのうち少なくとも一方が、第１通気性部材２１２を構成するメッシュの目開きＡおよび開口率εのうち少なくとも一方よりも大きいことが好ましい。
同様に、第２通気性部材２１４を構成する多孔質体の平均気孔径Ｄおよび気孔率ηのうち少なくとも一方が、第１通気性部材２１２を構成する多孔質体の平均気孔径Ｄおよび気孔率ηのうち少なくとも一方よりも大きいことが好ましい。
第１通気性部材２１２および第２通気性部材２１４のうち少なくとも１つの通気性部材が、シュラウド２０の一端開口部２０２から他端開口部２０６にかけて通気性が断続的または連続的に低くなるように構成されていることが好ましい。例えば、シュラウド２０の一端開口部２０２から他端開口部２０６にかけて、メッシュの目開きＡおよび開口率εが３段階にわたって変化するように、異なるメッシュが組み合わせられることにより第１通気性部材２１２および第２通気性部材２１４のうち少なくとも一方が構成されていてもよい。シュラウド２０の一端開口部２０２から他端開口部２０６にかけて、多孔質体の平均気孔径Ｄおよび気孔率ηが３段階にわたって変化するように、異なる多孔質体が組み合わせられることにより第１通気性部材２１２および第２通気性部材２１４のうち少なくとも一方が構成されていてもよい。
保護部材１４は、レーザー照射ユニット１０をシュラウド２０の内部空間Ｓ0から遮断するように、シュラウド２０の一端開口部２０２に配置されている。保護部材１４は、石英ガラスなど、レーザー光Ｌに対して透過性を有する素材により形成されている。このため、保護部材１４は、レーザー照射ユニット１０から発せられたレーザー光Ｌをシュラウド２０の内部空間Ｓ0に透過させて他端開口部２０６を通じてシュラウド２０の外部空間に通過させることが可能である。
駆動機構３０は、造形エリアに形成された粉体層Ｐに対する、レーザー照射ユニット１０から発せられるレーザー光Ｌの照射位置を変化させるための機構である。駆動機構３０は、例えばレーザー照射ユニット１０を支持し、かつ、支持部材３２を介してレーザー照射ユニット１０の下方でシュラウド２０を支持するＸＹガントリにより構成されている。ＸＹガントリにより、レーザー照射ユニット１０およびシュラウド２０が、相対的な位置および姿勢が変化することなく、水平方向に平行な直行する２方向（Ｘ方向およびＹ方向）に動かされる。駆動機構３０は、レーザー照射ユニット１０の光学系１２を構成するガントリミラーの角度を調節する駆動機構により構成されていてもよい。駆動機構３０は、レーザー照射ユニット１０およびシュラウド２０をＺ方向に変位させる昇降駆動機構を有していてもよい。
３次元造形装置は、造形エリアに粉体を供給する粉体供給装置および粉体を均して粉体層Ｐを形成する粉体均し装置（例えば、特許第６１６７１９５号公報参照）、ならびに制御装置４０、レーザー発振器４１０、不活性ガス供給装置４２１および吸気装置４２２のうち一部または全部を構成要素として備えていてもよい。
（作用効果）
（作用効果）
本発明の第１実施形態としての３次元造形装置によれば、造形エリアに形成された粉体層Ｐに対して、レーザー照射ユニット１０から発せられるレーザー光Ｌが、駆動機構３０により照射位置を変化させながら、シュラウド２０の内部空間Ｓ0を通じて照射され、粉体層Ｐを構成する粉体を焼結または溶融固化させる工程が繰り返される。これにより、３次元の所望形状の造形物が得られる。
ここで、シュラウド２０の外部から、給気口２１０を通じてシュラウド２０の側壁部２２の内部にある第１内部空間Ｓ1に不活性ガスが供給され、第１通気性部材２１２を通じて当該側壁部２２により画定される内部空間Ｓ0に流入する（図１／白矢印参照）。シュラウド２０の内部空間Ｓ0に存在するヒュームを含む不活性ガスが、第２通気性部材２１４を通じてシュラウド２０の側壁部２２の内部にある第２内部空間Ｓ2に流入し、第２内部空間Ｓ2から排気口２２０を介してシュラウド２０の外部に排出される（図１／黒矢印参照）。
これにより、シュラウド２０の内部空間Ｓ0において、シュラウド２０の側壁部２２の一部分を構成する第１通気性部材２１２から、シュラウド２０の側壁部２２の他の部分を構成する第２通気性部材２１４に向かう不活性ガスの気流が形成されるが、当該気流の速度は粉体層Ｐに対して平行な方向の成分が主成分となる（図１／白矢印および黒矢印参照）。このため、粉体層Ｐを構成する粉体の巻き上げまたは飛散が防止され、造形物に欠陥が生じるなどの事態が回避され、ひいては当該造形物の品質の低下が防止される。
第２通気性部材２１４を構成するメッシュの目開きＡおよび開口率εのうち少なくとも一方が、第１通気性部材２１２を構成するメッシュの目開きＡおよび開口率εのうち少なくとも一方よりも大きい。あるいは、第２通気性部材２１４を構成する多孔質体の平均気孔径Ｄおよび気孔率ηのうち少なくとも一方が、第１通気性部材２１２を構成する多孔質体の平均気孔径Ｄおよび気孔率ηのうち少なくとも一方よりも大きい。この場合、ヒュームを含む不活性ガスが第２通気性部材２１４を構成するメッシュの目または多孔質体の気孔を通じてシュラウド２０の内部空間Ｓ0から、側壁部２２の第２内部空間Ｓ2に流入する際、第２通気性部材２１４に対するヒュームの付着量の低減が図られ、ひいては第２通気性部材２１４のメンテナンスおよび交換の頻度の低下が図られる。
第１通気性部材２１２および第２通気性部材２１４のうち少なくとも１つの通気性部材が、シュラウド２０の一端開口部２０２から他端開口部２０６にかけて通気性が断続的または連続的に低くなるように構成されている。これにより、シュラウド２０の内部空間Ｓ0において第１通気性部材２１２から第２通気性部材２１４に向かって流れる不活性ガスの流速を、シュラウド２０の一端開口部２０２から他端開口部２０６に向かう方向について連続的または断続的に低下させることができる。このため、シュラウド２０の他端開口部２０６に近接するエリアにおいて、粉体層Ｐを構成する粉体の巻き上げまたは飛散がさらに確実に防止される。
（第２実施形態）
（構成）
（第２実施形態）
（構成）
図４に示されている本発明の第２実施形態としての３次元造形装置においては、第２通気性部材２１４が、内側通気性部材２１４１および外側通気性部材２１４２によって二重構造の通気性部材として構成されている。内側通気性部材２１４１および外側通気性部材２１４２のそれぞれは、第１実施形態の第２通気性部材２１４と同様に構成されている。その他の点は、本発明の第１実施形態としての３次元造形装置（図１、図２Ａ〜図２Ｃおよび図３Ａ〜図３Ｂ参照）と同様の構成である。このため、当該同様の構成については同じ符号を用いるとともに説明を省略する。
（作用効果）
（作用効果）
本発明の第２実施形態としての３次元造形装置によれば、シュラウド２０の内部空間Ｓ0において、シュラウド２０の側壁部２２の一部分を構成する第１通気性部材２１２から、シュラウド２０の側壁部２２の他の部分を構成する第２通気性部材２１４に向かう不活性ガスの気流が形成されるが、当該気流の速度は粉体層Ｐに対して平行な方向の成分が主成分となる（図４／白矢印および黒矢印参照）。このため、粉体層Ｐを構成する粉体の巻き上げまたは飛散が防止され、造形物に欠陥が生じるなどの事態が回避され、ひいては当該造形物の品質の低下が防止される。
１０‥レーザー照射ユニット、１２‥光学系、１４‥保護部材、２０‥シュラウド、２２‥側壁部、３０‥駆動機構、４０‥制御装置、２０２‥一端開口部、２０６‥他端開口部、２１０‥給気口、２１２‥第１通気性部材、２１４‥第２通気性部材、２２０‥排気口、４１０‥レーザー発振器、４２１‥不活性ガス供給装置、４２２‥吸引装置、Ｓ0‥内部空間、Ｓ1‥第１内部空間、Ｓ2‥第２内部空間。
Claims (4)
- 光学系を有するレーザー照射ユニットと、
相互に独立している第１内部空間および第２内部空間を内部に有する側壁部と、前記第１内部空間に給気するための給気口と、前記第２内部空間から排気するための排気口と、一端開口部と、他端開口部と、前記側壁部の一部をそれぞれ構成する第１通気性部材及び第２通気性部材により画定されて前記一端開口部から前記他端開口部まで延在する内部空間とを有するシュラウドと、
前記シュラウドの前記一端開口部に配置され、前記レーザー照射ユニットから発せられたレーザー光を前記内部空間に透過させて前記他端開口部を通じて前記シュラウドの外部空間に通過させる一方、前記レーザー照射ユニットを前記内部空間から遮断する保護部材と、を備え、
造形エリアに形成された粉体層に対して、前記レーザー照射ユニットから発せられるレーザー光を、駆動機構により照射位置を変化させながら、前記シュラウドの前記内部空間を通じて照射し、前記粉体層を構成する粉体を焼結または溶融固化させる工程を繰り返すことにより３次元の造形物を作製する３次元造形装置であって、
前記側壁部の一部が、前記第１内部空間および前記内部空間を隔てる、メッシュまたは多孔質体により構成されている第１通気性部材と、前記内部空間および前記第２内部空間を隔てる、メッシュまたは多孔質体により構成されている第２通気性部材と、により構成されていることを特徴とする３次元造形装置。 - 請求項１記載の３次元造形装置において、
前記第２通気性部材を構成するメッシュの目開きおよび開口率のうち少なくとも一方が、前記第１通気性部材を構成するメッシュの目開きおよび開口率のうち少なくとも一方よりも大きいこと、あるいは、
前記第２通気性部材を構成する多孔質体の平均気孔径および気孔率のうち少なくとも一方が、前記第１通気性部材を構成する多孔質体の平均気孔径および気孔率のうち少なくとも一方よりも大きいことを特徴とする３次元造形装置。 - 請求項１記載の３次元造形装置において、
前記第１通気性部材および前記第２通気性部材のうち少なくとも１つの通気性部材が、前記シュラウドの一端開口部から他端開口部にかけて通気性が断続的または連続的に低くなるように構成されていることを特徴とする３次元造形装置。 - 請求項１記載の３次元造形装置において、
前記第１通気性部材および前記第２通気性部材のうち少なくとも１つの通気性部材が、前記シュラウドの一端開口部から他端開口部にかけてメッシュの目開きおよび開口率のうち少なくとも一方、または、多孔質体の平均気孔径および気孔率のうち少なくとも一方が断続的または連続的に低くなるように構成されていることを特徴とする３次元造形装置。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2018012948 | 2018-01-29 | ||
| JP2018012948 | 2018-01-29 | ||
| PCT/JP2018/047721 WO2019146352A1 (ja) | 2018-01-29 | 2018-12-26 | ３次元造形装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPWO2019146352A1 JPWO2019146352A1 (ja) | 2020-10-22 |
| JP6890688B2 true JP6890688B2 (ja) | 2021-06-18 |
Family
ID=67395872
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2019567933A Active JP6890688B2 (ja) | 2018-01-29 | 2018-12-26 | ３次元造形装置 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US11518091B2 (ja) |
| JP (1) | JP6890688B2 (ja) |
| WO (1) | WO2019146352A1 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102016121770A1 (de) * | 2016-11-14 | 2018-05-17 | Cl Schutzrechtsverwaltungs Gmbh | Vorrichtung zur additiven Herstellung dreidimensionaler Objekte |
| BE1027248B1 (nl) * | 2019-05-02 | 2020-12-01 | Common Sense Eng And Consult Bvba | Werkwijze en inrichting voor het creëren van een gasstroom bij het additief vervaardigen van een product in een poederbed |
Family Cites Families (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2014125643A (ja) * | 2012-12-25 | 2014-07-07 | Honda Motor Co Ltd | 三次元造形装置および三次元造形方法 |
| JP6046534B2 (ja) * | 2013-03-26 | 2016-12-14 | 本田技研工業株式会社 | 粉体供給装置及びこの粉体供給装置を備えた三次元造形装置 |
| EP3685941A1 (en) * | 2013-06-11 | 2020-07-29 | Renishaw PLC | Additive manufacturing apparatus and method |
| EP2992942B1 (en) | 2014-09-03 | 2019-06-05 | SLM Solutions Group AG | Apparatus for producing 3d work pieces by additive manufacturing with an improved recycling gas circuit and related method using the same |
| US11285228B2 (en) * | 2015-11-05 | 2022-03-29 | Vitae Industries, Inc. | Method and apparatus for sterilized 3D printing |
| US10549346B2 (en) * | 2016-03-30 | 2020-02-04 | Canon Kabushiki Kaisha | Three-dimensional modeling apparatus, three-dimensional model body manufacturing method, and three-dimensional modeling data |
| JP6356177B2 (ja) | 2016-05-13 | 2018-07-11 | 株式会社ソディック | 積層造形装置 |
| WO2018128695A2 (en) * | 2016-11-07 | 2018-07-12 | Velo3D, Inc. | Gas flow in three-dimensional printing |
| EP3321003B1 (en) * | 2016-11-11 | 2019-01-09 | SLM Solutions Group AG | Apparatus and method for producing a three-dimensional work piece with improved gas flow |
| US9956612B1 (en) * | 2017-01-13 | 2018-05-01 | General Electric Company | Additive manufacturing using a mobile scan area |
| CN109551760B (zh) * | 2017-09-27 | 2021-01-22 | 东台精机股份有限公司 | 滚动式三维打印装置及其操作方法 |
-
2018
- 2018-12-26 JP JP2019567933A patent/JP6890688B2/ja active Active
- 2018-12-26 US US16/965,234 patent/US11518091B2/en active Active
- 2018-12-26 WO PCT/JP2018/047721 patent/WO2019146352A1/ja active Application Filing
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US20200368963A1 (en) | 2020-11-26 |
| US11518091B2 (en) | 2022-12-06 |
| JPWO2019146352A1 (ja) | 2020-10-22 |
| WO2019146352A1 (ja) | 2019-08-01 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP6945011B2 (ja) | ３次元造形装置 | |
| US11278965B2 (en) | Apparatus for producing a three-dimensional work piece with improved gas flow | |
| JP6284993B2 (ja) | 改善されたガス流を有する三次元加工物の製造装置 | |
| JP4770862B2 (ja) | 三次元形状造形物の製造装置及び製造方法 | |
| JP6890688B2 (ja) | ３次元造形装置 | |
| CN106604811B (zh) | 用于制造三维物体的方法、装置和控制单元 | |
| US10046393B2 (en) | Three dimensional printer | |
| CN104741608B (zh) | 三维形状造型物的制造装置 | |
| JP4131260B2 (ja) | 三次元形状造形物の製造装置 | |
| US20100044547A1 (en) | Method and apparatus for producing a three-dimensionally shaped object, and three dimesionally shaped object | |
| JP5764751B2 (ja) | 三次元形状造形物の製造方法およびその製造装置 | |
| JP6812123B2 (ja) | ３次元造形装置 | |
| JP2018523015A (ja) | 積層造形製造装置及びかかる装置に使用する流れ装置 | |
| JP2004277878A (ja) | 三次元形状造形物の製造装置及び製造方法 | |
| JP2020073356A (ja) | ３次元対象物を生成的に作製するための装置 | |
| WO2017047139A1 (ja) | 積層造形装置 | |
| CN113967745B (zh) | 层叠造形方法及层叠造形系统 | |
| JP6490783B2 (ja) | 積層造形装置 | |
| JP6192677B2 (ja) | 積層造形方法および積層造形装置 | |
| WO2017154489A1 (ja) | 三次元形状造形物の製造装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20200323 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20210302 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20210430 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20210518 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20210525 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6890688 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |