JP6975779B2 - 付加製造によって物体を製造する装置、及び装置の使用方法 - Google Patents

Description

第１の態様によれば、本発明は付加製造によって物体を製造するための装置に関する。

第２の態様によれば、本発明は、第１の態様による装置を使用して、ビルドプレートのビルド面上に付加造形によって物体を製造する方法に関する。

３Ｄ印刷又は付加製造は、三次元物体を製造するための様々なプロセスのいずれかを指す。射出成形のような伝統的な技術は、例えばポリマー製品を大量に製造するために安価であるが、３Ｄ印刷又は付加製造は、比較的少量の三次元物体を製造するとき、より速く、より柔軟でより安価である。

競争圧力の高まりにより、企業は一定の高い製品品質でより経済的に製造するだけでなく、製品開発の分野で時間とコストを節約することを余儀なくされているため、付加製造は将来ますます重要になると予想される。製品の寿命は継続的に短くなっている。製品の品質と製品コストに加えて、市場導入の瞬間は製品の成功にとってますます重要になっている。

三次元物体は、三次元物体を製造するために層状の形態で粉末、紙、又はシート材料を選択的に固化させることで製造できる。具体的には、複数の層を順次焼結し層ごとの形態で所望の物体を製造するコンピュータ制御付加製造装置を使用することができる。材料の連続層がコンピュータ制御下に置かれる付加法が主に使用される。これらのオブジェクトは、凡そどのような形状や寸法でもよく、３Ｄモデルや他の電子データソースから生成される。

三次元物体を印刷するために、印刷可能モデルは、例えばコンピュータ設計パッケージを用いて、又は３Ｄスキャナを介して作成される。通常、入力はＳＴＬファイル、ＳＴＥＰファイル、又はＩＧＳファイルなどの３ＤＣＡＤファイルである。ＣＡＤファイルからオブジェクトを印刷する前に、ファイルは、モデルを一連の薄い連続層に変換するソフトウェアによって処理される。さらに、連続層の各々の作成を制御するために装置設定およびベクトルが生成される。

コンピュータ制御付加製造装置に含まれるレーザは、材料の連続層を固化させ一連の断面から３Ｄ物体を造るために、これらの設定およびベクトルに従う。ＣＡＤモデルの仮想断面に対応するこれらのレイヤは、このプロセスの間に最終的な３Ｄオブジェクトを作成するために同時に結合または融合される。

三次元物体の製造、特に金属物体の付加造形における課題の一つは、製造された物体の所望の精度を達成することである。従来技術によれば、物体はビルドプレート上で製造され、その物体は、そのオブジェクトを製造するために使用される材料の固化を通してビルドプレートに接合される。この実施の欠点は、ビルドプレートから物体を分離するのに必要とされる力の比較的大きな変動である。

したがって、本発明の目的は、製造された物体をビルドプレートから分離するのに必要な力の変動が少ない、付加製造によって物体を製造するための装置を提供することである。

本発明は、請求項１に記載の装置を提供する。装置は、凝固可能な材料の浴槽、特に金属製品を製造するために固化可能な粉末材料の浴槽を受け入れるためのプロセスチャンバを含む。材料の浴槽の表面レベルに対してビルドプレートを位置決めするための支持体が設けられる。特に電磁放射によって、表面上の材料の層を固化させるためのレーザ装置などの固化装置が設けられる。分離力の変動を減少させるために、浴槽の表面を水平にするために浴槽の表面に沿って、かつビルドプレートのビルド表面に沿って移動できるワイパーのような再コーティング装置によって形成されるホーミング部材を含むホーミング装置が提供される。本発明によれば、分離力の変動は、支持体によってビルド表面をホームポジションに移動することによって低減される。物体の製造前に、ビルド表面をホームポジションに移動することでビルドプレートのビルド表面上の粉末材料の浴槽の高さの精度を向上させる。高さの精度の増加は、ビルド表面でのより正確な固化をもたらし、それによってビルド表面から物体を取り除くために必要とされる分離力の変動を減少させる。

装置の有利な実施形態において、前記ホームポジションは、実質的に平らな基準面を含み、前記ホーミング装置は、前記ホーミング部材を移動させるために前記測定された力に応じて前記ビルド表面を前記実質的に平らな基準面と実質的に平行な位置に傾斜させる傾斜装置を含む。このような実施形態は、ビルド表面に沿った物体の分離力の変動の減少を実現するのに有益である。対象物の表面に沿った変動の減少は、ビルド表面から対象物を取り除く際に対象物を局所的に損傷する危険性を減少させる。

前記ホーミング部材を移動させるための前記測定された力が、前記ホーミング部材を前記ビルドプレートの前記ビルド表面に沿って移動させるためのアクチュエータの駆動トルクであれば有利である。電動モータのようなアクチュエータの駆動トルクを測定することは、ホーミング部材をビルド表面にわたって動かすための力を決定するための比較的信頼性の高い方法である。

第２の態様によれば、本発明は、第１の態様の装置を使用して、ビルドプレートのビルド表面上に付加造形によって物体を製造する方法に関する。方法は、
前記ホーミング部材を前記ビルドプレートの前記ビルド表面に沿って移動させ、
前記ホーミング部材を移動させるための前記力を測定し、
前記ホーミング部材を移動させるための前記測定された力が所定の範囲内になるまで、前記ビルド表面を前記定位置に移動させることを含む。本発明の第２の態様による方法の利点は、本発明の第１の態様による装置の利点と類似している。
本方法の一実施形態では、前記力を測定するステップの間に、前記ビルド表面に沿って少なくとも２つの位置で前記力を測定し、前記ビルド表面を前記ホームポジションに移動させる前記ステップの間、前記ビルド表面は、前記少なくとも２つの位置で測定された前記力に応じて前記実質的に平らな基準面に対して傾斜している。

本発明の実施形態を以下で説明する。

本発明による物体を付加製造するための装置の概略図。

図１は、付加造形によって物体を製造するための装置１の概要を示す。装置１は、固化することができる粉末材料の浴槽を受け入れるためのプロセスチャンバ５を含む。粉末材料の浴槽は、ビルドプレート９のビルド表面７上で受け入れ可能である。ビルドプレート９は、支持体１３を介して実質的に平らな基準面Ｈ及び材料の浴槽に対して位置決めされてもよい。支持体１３は、シャフト１１内に移動可能に設けられ、層を固化させた後、支持体１３を降下させ、既に形成された物体の一部の上に更なる材料の層を固化させることができる。ビルド表面７を実質的に平坦な基準平面Ｈに向かって傾斜させるための傾斜装置２７が設けられている。材料の選択部分を固化させるために固化装置１５が設けられている。図示の実施形態では、固化装置１５はレーザ装置であり、支持体１３上に提供された粉末材料を溶融し、冷却後に製造される物体の固化部分を形成するために、レーザ光の形態の電磁放射を生成するように構成される。しかしながら、本発明は、この種類の固化装置に限定されない。

装置１は、オブジェクトを製造する前にビルド表面７をホームポジションに移動させるためのホーミング装置１７を備える。
ホーミング装置１７には、ビルド表面７に沿って移動可能なホーミング部材１９が設けられている。ホーミング部材１９は、浴槽の表面を平らにするために、粉末材料の浴槽の表面に沿って移動可能なワイパーなどの再コーティング装置によって形成されている。力検出装置２１が、ビルド表面７に沿ってホーミング部材１９を移動させる力を測定するために設けられる。力検出装置２１は、ホーミング部材１９をビルド表面７に沿って移動させるためのアクチュエータ２５のトルクを測定する。アクチュエータ２５のトルクは、ビルド表面７に沿ってホーミング部材１９の少なくとも２つの位置で測定される。

少なくとも２つの位置で測定された力検出装置２１によって測定された力が実質的に等しいが所定の力範囲を下回っている場合、ビルド表面７は、測定された力が所定の力範囲になるまで、プロセスチャンバ５内で基準面Ｈに向かって上方に移動する。測定された力が両方所定の力範囲を超えていた場合、ビルド表面は、測定された力が所定の力範囲になるまで、プロセスチャンバ５内で下向きに移動する。２つの位置で測定された力が実質的等しくないとき、ビルド表面７は、傾斜装置２７を用いて傾斜し、ビルド表面７が基準面Ｈに対して実質的に平行になる位置まで移動する。

Claims (5)

1. 付加造形によって物体を製造するための装置（１）であって、
   ビルドプレート（９）のビルド表面（７）上に固化可能な粉末材料の浴槽を受けるためのプロセスチャンバ（５）と、
   前記ビルドプレート（９）を前記粉末材料の浴槽の表面レベルに対して位置決めするための支持体（１３）と、
   前記材料の選択された部分を固化させるための固化装置（１５）と、
   前記ビルドプレート（９）の前記ビルド表面（７）上に前記物体を製造できるように、前記支持体（１３）により前記ビルド表面（７）をホームポジションに移動させるホーミング装置（１７）と、を備え、
   前記ホーミング装置（１７）は、前記ビルドプレート（９）の前記ビルド表面（７）に沿って移動できるホーミング部材（１９）を含み、
   前記ホーミング装置（１７）は、前記ホーミング部材（１９）を移動させるための力が所定の範囲内になるまで、前記ビルド表面を前記ホームポジションに移動させるように設計されており、
   前記ホーミング部材（１９）は、浴槽の表面を平らにするために粉末材料の浴槽の表面に沿って、かつビルドプレート（９）のビルド表面（７）に沿って移動できる再コーティング装置によって形成されている、装置（１）。
2. 前記ホームポジションは、実質的に平らな基準面（Ｈ）を含み、前記ホーミング装置（１７）は、前記ホーミング部材（１９）を移動させるための力に応じて、前記ビルド表面（７）が前記実質的に平らな基準面（Ｈ）と平行になるまで前記ビルド表面を傾斜させる傾斜装置（２７）を備える、請求項１に記載の装置（１）。
3. 前記ホーミング部材（１９）を移動させるための力が、前記ホーミング部材（９）を前記ビルドプレート（９）の前記ビルド表面（７）に沿って移動させるためのアクチュエータ（２５）のトルクである、請求項１又は２に記載の装置（１）。
4. 請求項１乃至３の何れかの項に記載の装置（１）を用いてビルドプレート（９）のビルド表面（７）上に付加製造によって物体を作り出す方法であって、
   方法は、
   前記ホーミング部材（１９）を前記ビルドプレート（９）の前記ビルド表面（７）に沿って移動させ、
   前記ホーミング部材（１９）の前記力を測定し、
   前記ホーミング部材（１９）を移動させるための前記測定された力が所定の範囲内にくるまで、前記ビルド表面（７）を前記ホームポジションに移動させる、方法。
5. 請求項２の装置（１）を使用した請求項４に記載の方法であって、
   前記力を測定する間、前記力は前記ビルド表面（７）に沿った少なくとも２つの位置で測定され、
   前記ビルド表面（７）を前記ホームポジションに移動させる前記ステップの間、前記少なくとも２つの位置で測定された前記力に応じて前記実質的に平らな基準面（Ｈ）に向けて傾斜する、方法。

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