JP7003730B2 - Metal lamination modeling method - Google Patents

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本発明は、金属積層造形方法に関する。 The present invention relates to a metal laminated molding method.

ベース金属体を下降させる工程と、ベース金属体上に金属粉体層を形成する工程と、形成した金属粉体層を焼結して金属層を形成する工程と、を繰り返し、形成した金属層を順次積層していくことによって、立体構造の金属体を造形する金属積層造形方法が知られている。
他方、特許文献1には、金属粉体層に架橋剤を吐出して金属粉体を結合させることを繰り返すことによって三次元構造物を造形する技術が開示されている。特許文献1では、全ての層において供給する粉体量を測定し、粉体量が不足している場合は再度粉体を供給する。そのため、造形精度を高めることができる。
The metal layer formed by repeating the steps of lowering the base metal body, forming the metal powder layer on the base metal body, and sintering the formed metal powder layer to form the metal layer. There is known a metal laminating molding method for forming a metal body having a three-dimensional structure by sequentially laminating the metal bodies.
On the other hand, Patent Document 1 discloses a technique for forming a three-dimensional structure by repeatedly discharging a cross-linking agent onto a metal powder layer to bond the metal powder. In Patent Document 1, the amount of powder supplied in all layers is measured, and if the amount of powder is insufficient, the powder is supplied again. Therefore, the molding accuracy can be improved.

特開2016-137598号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2016-137598

発明者らは、金属粉体層を繰り返し焼結させた金属層を順次積層していく金属積層造形方法に関し、以下の問題点を見出した。
一般に、このような金属積層造形方法では、造形開始段階において、形成された各金属層の厚さが一定にならず、充分な造形精度が得られないという問題があった。
金属層の厚さを一定にして造形精度を向上させるために、各金属粉体層の厚さを一定にすることが考えられる。ここで、形成した金属粉体層と金属層との段差を測定し、この測定値に基づいてベース金属体の降下量を決定すれば、各金属粉体層の厚さを一定にすることができる。しかしながら、全層についてそのような測定を行うと、造形速度が低下してしまうという問題があった。
The inventors have found the following problems with respect to a metal laminating molding method in which a metal layer obtained by repeatedly sintering a metal powder layer is sequentially laminated.
In general, such a metal laminated molding method has a problem that the thickness of each formed metal layer is not constant at the molding start stage, and sufficient molding accuracy cannot be obtained.
In order to make the thickness of the metal layer constant and improve the molding accuracy, it is conceivable to make the thickness of each metal powder layer constant. Here, if the step between the formed metal powder layer and the metal layer is measured and the amount of descent of the base metal body is determined based on this measured value, the thickness of each metal powder layer can be made constant. can. However, when such measurement is performed for all layers, there is a problem that the modeling speed is lowered.

本発明は、上記の問題を鑑みてなされたものであり、造形精度を向上させつつ、造形速度の低下を抑制することが可能な金属積層造形方法を提供するものである。 The present invention has been made in view of the above problems, and provides a metal laminated molding method capable of suppressing a decrease in molding speed while improving molding accuracy.

本発明にかかる金属積層造形方法は、ベース金属体を下降させる工程と、前記ベース金属体上に金属粉体層を形成する工程と、形成した前記金属粉体層を焼結して金属層を形成する工程と、を繰り返し、前記金属層を順次積層していくことによって、立体構造の金属体を造形する金属積層造形方法であって、2層目から所定のN(Nは2より大きい整数)層目までの間のみにおいて、前記ベース金属体を下降させる際、前回形成した前記金属粉体層と前記金属層との段差を測定し、前記ベース金属体の降下量を決定する。 The metal laminated molding method according to the present invention includes a step of lowering the base metal body, a step of forming a metal powder layer on the base metal body, and a step of sintering the formed metal powder layer to form a metal layer. It is a metal lamination modeling method that forms a metal body with a three-dimensional structure by repeating the step of forming and sequentially laminating the metal layers, and a predetermined N (N is an integer larger than 2) from the second layer. ) Only up to the layer, when the base metal body is lowered, the step between the previously formed metal powder layer and the metal layer is measured, and the amount of the base metal body lowered is determined.

本発明にかかる金属積層造形方法では、2層目から所定のN層目までの間のみにおいて、前記ベース金属体を下降させる際、前回形成した前記金属粉体層と前記金属層との段差を測定し、前記ベース金属体の降下量を決定する。よって、造形精度を向上させつつ、造形速度の低下を抑制することが可能な金属積層造形方法を提供することができる。 In the metal laminated molding method according to the present invention, when the base metal body is lowered only between the second layer and the predetermined Nth layer, a step between the previously formed metal powder layer and the metal layer is formed. The amount of descent of the base metal body is determined by measurement. Therefore, it is possible to provide a metal laminated molding method capable of suppressing a decrease in the molding speed while improving the molding accuracy.

本発明により、立体構造の金属体の造形精度を向上させつつ、造形速度の低下を抑制することができる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY According to the present invention, it is possible to suppress a decrease in the modeling speed while improving the modeling accuracy of a metal body having a three-dimensional structure.

実施の形態にかかる金属積層造形方法に用いる金属積層造形装置の概略正面図である。It is a schematic front view of the metal laminated molding apparatus used in the metal laminated molding method which concerns on embodiment. 実施の形態にかかる金属積層造形方法に用いる金属積層造形装置の機能ブロック図である。It is a functional block diagram of the metal laminated molding apparatus used in the metal laminated molding method which concerns on embodiment. 実施の形態にかかる金属積層造形方法の一連の流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the series flow of the metal laminated molding method which concerns on embodiment. 図1のIVで示す領域の拡大図である。It is an enlarged view of the region shown by IV of FIG. 実施例及び比較例にかかる金属積層造形方法によって造形した立方体を示す写真である。It is a photograph which shows the cube which was modeled by the metal laminated modeling method which concerns on Example and the comparative example.

以下、本発明の具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。ただし、本発明が以下の実施の形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、図面は適宜、簡略化されている。
なお、当然のことながら、図1、図4及び図5に示した右手系xyz座標は、構成要素の位置関係を説明するための便宜的なものである。通常、z軸プラス向きが鉛直上向き、xy平面が水平面である。
Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the following embodiments. In addition, the drawings have been simplified as appropriate to clarify the explanation.
As a matter of course, the right-handed xyz coordinates shown in FIGS. 1, 4 and 5 are for convenience in explaining the positional relationship of the components. Usually, the z-axis plus direction is vertically upward, and the xy plane is a horizontal plane.

<実施の形態>
本実施の形態では、所望の立体構造(三次元構造物)の金属体を造形する。まず、所望の金属体の三次元CAD(computer-aided design)データをスライスした、スライスデータを作製する。作製した1層ごとのスライスデータに基づき、金属積層造形装置1を用いて1層ずつ金属粉体を焼結した金属層を形成し、最終的に立体構造の金属体を造形する。
<Embodiment>
In this embodiment, a metal body having a desired three-dimensional structure (three-dimensional structure) is formed. First, slice data is produced by slicing three-dimensional CAD (computer-aided design) data of a desired metal body. Based on the slice data for each layer produced, a metal layer obtained by sintering metal powder layer by layer is formed by using the metal laminating modeling apparatus 1, and finally a metal body having a three-dimensional structure is formed.

まず、図1を参照して、本実施の形態にかかる金属積層方法に用いる金属積層造形装置について説明する。
図1は、実施の形態にかかる金属積層造形方法に用いる金属積層造形装置1の概略正面図である。図1に示すように、金属積層造形装置1は、ベース金属体11、造形チャンバー12、粉体供給部13、リコータ14、粉敷きブレード15、レーザー照射部16、非接触式センサ17、ベース金属体駆動軸18(不図示)、制御部20(不図示)を備える。
First, with reference to FIG. 1, a metal laminating modeling apparatus used in the metal laminating method according to the present embodiment will be described.
FIG. 1 is a schematic front view of the metal laminated molding apparatus 1 used in the metal laminated molding method according to the embodiment. As shown in FIG. 1, the metal laminated molding apparatus 1 includes a base metal body 11, a molding chamber 12, a powder supply unit 13, a recoater 14, a powder spreading blade 15, a laser irradiation unit 16, a non-contact sensor 17, and a base metal. A body drive shaft 18 (not shown) and a control unit 20 (not shown) are provided.

図1に示すように、ベース金属体11は、金属粉体Sを積層するベースとなる部材であり、本実施の形態では立体構造の金属体の一部として使用される部材である。造形チャンバー12は、例えば直方体であり、ベース金属体11を収容する容器である。造形チャンバー12の上面には凹部が形成されており、当該凹部にベース金属体11が収容されている。 As shown in FIG. 1, the base metal body 11 is a member that serves as a base for laminating the metal powder S, and is a member used as a part of the metal body having a three-dimensional structure in the present embodiment. The modeling chamber 12 is, for example, a rectangular parallelepiped, and is a container for accommodating the base metal body 11. A recess is formed on the upper surface of the modeling chamber 12, and the base metal body 11 is housed in the recess.

図1に示すように、粉体供給部13は、ベース金属体11上に金属粉体Sを供給するための粉体供給源である。粉体供給部13は、例えばホッパーである。粉体供給部13は、例えば、粉体供給部13の底部に設けられたバルブが回転することによって、粉体供給部13の下方向(z軸負方向)に向かって金属粉体Sを供給する。ただし、金属粉体Sを所定量ずつ供給することができる装置であれば、これに限定されない。 As shown in FIG. 1, the powder supply unit 13 is a powder supply source for supplying the metal powder S onto the base metal body 11. The powder supply unit 13 is, for example, a hopper. The powder supply unit 13 supplies the metal powder S in the downward direction (z-axis negative direction) of the powder supply unit 13, for example, by rotating a valve provided at the bottom of the powder supply unit 13. do. However, the device is not limited to this as long as it can supply the metal powder S in a predetermined amount at a time.

図1に示すように、粉体供給部13の底部にはリコータ14が配設されている。リコータ14は、上面と下面とが開口し、内部が中空の円錐台形状であるため、金属粉体Sはリコータ14の内部を通過する。リコータ14は、水平方向(xy方向)に移動可能である。 As shown in FIG. 1, a recoater 14 is arranged at the bottom of the powder supply unit 13. Since the upper surface and the lower surface of the recoater 14 are open and the inside is a hollow cone shape, the metal powder S passes through the inside of the recoater 14. The recorder 14 can move in the horizontal direction (xy direction).

図1に示すように、粉敷きブレード15はリコータ14の先端に配設されている。粉敷きブレード15は、リコータ14の水平移動に伴い、粉体供給部13から供給された金属粉体Sを均しつつ、金属粉体Sをベース金属体11の上面に運搬する。図1に示すように、非接触式センサ17はリコータ14の側面に配設されている。 As shown in FIG. 1, the powder spreading blade 15 is arranged at the tip of the recoater 14. As the recoater 14 moves horizontally, the powder spreading blade 15 transports the metal powder S to the upper surface of the base metal body 11 while leveling the metal powder S supplied from the powder supply unit 13. As shown in FIG. 1, the non-contact sensor 17 is arranged on the side surface of the recoater 14.

本実施の形態における非接触式センサ17は、レーザ式変位センサを用いているが、非接触式であり、金属粉体層SLと金属層Mとの段差を測定できるものであればよく、これに限定されない。なお、本実施の形態では、非接触式センサ17はリコータ14の側面に配設されているが、リコータ14とは別体として作動する非接触式センサを、別途配設してもよい。 The non-contact type sensor 17 in the present embodiment uses a laser type displacement sensor, but it may be a non-contact type and can measure a step between the metal powder layer SL and the metal layer M. Not limited to. In the present embodiment, the non-contact type sensor 17 is arranged on the side surface of the recoater 14, but a non-contact type sensor that operates separately from the recoater 14 may be separately arranged.

図1に示すように、レーザー照射部16は、ベース金属体11のz軸正方向の上部に配設されている。レーザー照射部16は、制御部20にあらかじめ登録されたスライスデータに基づき、金属粉体層SLに対してレーザーLを照射し、金属粉体層SLを焼結させて金属層Mを形成する。 As shown in FIG. 1, the laser irradiation unit 16 is arranged on the upper portion of the base metal body 11 in the positive direction of the z-axis. The laser irradiation unit 16 irradiates the metal powder layer SL with the laser L based on the slice data registered in advance in the control unit 20, and sintered the metal powder layer SL to form the metal layer M.

次に、図2を参照して、金属造形装置の構成について説明する。
図2は、実施の形態にかかる金属積層造形方法に用いる金属積層造形装置の機能ブロック図である。制御部20が、粉体供給部13、リコータ14、レーザー照射部16、非接触式センサ17及びベース金属体駆動軸18を制御している。制御部20には、所望の金属体の三次元CADデータをスライスした、スライスデータが保存されている。
Next, the configuration of the metal modeling apparatus will be described with reference to FIG.
FIG. 2 is a functional block diagram of a metal laminated molding apparatus used in the metal laminated molding method according to the embodiment. The control unit 20 controls the powder supply unit 13, the recoater 14, the laser irradiation unit 16, the non-contact sensor 17, and the base metal body drive shaft 18. The control unit 20 stores slice data obtained by slicing three-dimensional CAD data of a desired metal body.

次に、図3を参照して、金属積層造形方法の一連の流れについて説明する。
図3は、実施の形態にかかる金属積層造形方法の一連の流れを示すフローチャートである。まず、ベース金属体を下降させる(ステップS1)。次に、ベース金属体上に金属粉体層を形成する(ステップS2)。次に、形成した金属粉体層を焼結し、金属層を形成する(ステップS3)。次に、所定のN層まで形成したか否かを判定する(ステップS4)。2層目から所定のN層目までの間のみにおいて、ベース金属体を下降させる際、形成した金属粉体層と金属層との段差を測定し、取得する(ステップS5)。そして、取得した段差に応じて、ベース金属体の降下量を決定する(ステップS6)。以上の工程を繰り返し、立体構造の金属体を造形する。
Next, with reference to FIG. 3, a series of flow of the metal laminated molding method will be described.
FIG. 3 is a flowchart showing a series of flows of the metal laminated molding method according to the embodiment. First, the base metal body is lowered (step S1). Next, a metal powder layer is formed on the base metal body (step S2). Next, the formed metal powder layer is sintered to form a metal layer (step S3). Next, it is determined whether or not a predetermined N layer has been formed (step S4). Only between the second layer and the predetermined Nth layer, when the base metal body is lowered, the step between the formed metal powder layer and the metal layer is measured and acquired (step S5). Then, the amount of descent of the base metal body is determined according to the acquired step (step S6). The above steps are repeated to form a metal body having a three-dimensional structure.

以下、上記各ステップについて、図3及び図1を参照しつつ説明する。
<ステップS1:ベース金属体の下降>
ステップS1では、ベース金属体11を下降させる。金属粉体Sの積層開始前は、ベース金属体11の上面(xy平面)と、造形チャンバー12の最上面(xy平面)とは、同一平面に位置する。1層目のベース金属体11の降下量は、金属粉体Sの所望の積層ピッチに応じて設定する。なお、積層ピッチは所望の加工精度に応じて、適宜変更可能である。また、2層目から所定のN(Nは2より大きい整数)層目までのベース金属体の降下量については、ステップS5及びステップS6にて後述する。
Hereinafter, each of the above steps will be described with reference to FIGS. 3 and 1.
<Step S1: Lowering of the base metal body>
In step S1, the base metal body 11 is lowered. Before the start of laminating the metal powder S, the upper surface (xy plane) of the base metal body 11 and the uppermost surface (xy plane) of the modeling chamber 12 are located on the same plane. The amount of descent of the base metal body 11 of the first layer is set according to the desired stacking pitch of the metal powder S. The stacking pitch can be appropriately changed according to the desired processing accuracy. Further, the amount of descent of the base metal body from the second layer to the predetermined N (N is an integer larger than 2) layer will be described later in steps S5 and S6.

<ステップS2:金属粉体層の形成>
ステップS2では、金属粉体Sを積層し、金属粉体層SLを形成する。具体的には、ステップS1で下降したベース金属体11と、造形チャンバー12とで形成された凹部に、事前に作製したスライスデータ1層分の金属粉体Sを供給し、金属粉体層SLを形成する。
<Step S2: Formation of metal powder layer>
In step S2, the metal powder S is laminated to form the metal powder layer SL. Specifically, the metal powder S for one layer of slice data prepared in advance is supplied to the recess formed by the base metal body 11 lowered in step S1 and the modeling chamber 12, and the metal powder layer SL is supplied. To form.

まず、金属粉体Sを、粉体供給部13から造形チャンバー12の上面の一部に所定量供給する。本実施の形態における所定量とは、金属粉体Sの所望の積層ピッチに応じて設定される量であり、各層一定量ずつ粉体供給部13から供給される。なお、金属粉体Sの量は所望の積層ピッチに応じて適宜変更可能である。 First, a predetermined amount of the metal powder S is supplied from the powder supply unit 13 to a part of the upper surface of the modeling chamber 12. The predetermined amount in the present embodiment is an amount set according to a desired stacking pitch of the metal powder S, and is supplied from the powder supply unit 13 in a fixed amount for each layer. The amount of the metal powder S can be appropriately changed according to the desired stacking pitch.

次に、リコータ14を水平方向(x軸正方向)に移動させる。リコータ14の水平移動に伴い、リコータ14の先端に配設された粉敷きブレード15が、造形チャンバー12の上面の一部に供給された金属粉体Sを均しつつ、金属粉体Sをベース金属体11の上面に運搬する。なお、金属粉体Sの運搬後に余剰な金属粉体Sが生じた場合は、リコータ14に配設された粉敷きブレード15を用いて、別途設けられた容器等へ運搬することもできる(不図示)。リコータ14は、金属粉体Sをベース金属体11の上面及び造形チャンバー12の上面に運搬すると、再び水平方向(x軸負方向)に移動して原位置に戻る。 Next, the recorder 14 is moved in the horizontal direction (x-axis positive direction). With the horizontal movement of the recoater 14, the powder spreading blade 15 arranged at the tip of the recoater 14 is based on the metal powder S while leveling the metal powder S supplied to a part of the upper surface of the modeling chamber 12. It is transported to the upper surface of the metal body 11. If excess metal powder S is generated after the metal powder S is transported, it can be transported to a separately provided container or the like by using the powder spreading blade 15 arranged on the recoater 14. Illustrated). When the metal powder S is transported to the upper surface of the base metal body 11 and the upper surface of the modeling chamber 12, the recoater 14 moves again in the horizontal direction (x-axis negative direction) and returns to the original position.

<ステップS3:金属層の形成>
ステップS3では、金属粉体層SLを焼結させ、金属層Mを形成する。本実施の形態における金属積層造形方法では、粉末床溶融結合(パウダーベッド法)のうち、金属粉体Sに対してレーザーを照射し、金属粉体Sを溶融し焼結させるレーザー溶融法(Seceltive laser melting, SLM)を用いているが、電子ビーム溶融法(Electron Beam Melting, EBM)などを用いてもよい。
<Step S3: Formation of metal layer>
In step S3, the metal powder layer SL is sintered to form the metal layer M. In the metal laminating molding method of the present embodiment, among the powder bed melting bonds (powder bed method), the laser melting method (Seceltive) in which the metal powder S is irradiated with a laser to melt and sinter the metal powder S is performed. Although laser melting (SLM) is used, an electron beam melting method (Electron Beam Melting, EBM) or the like may be used.

図1に示すように、レーザー照射部16は、制御部20にあらかじめ登録されたスライスデータに基づき、金属粉体層SLに対してレーザーLを照射し、金属粉体層SLを焼結させて、金属層Mを形成する。図1に示すように、金属粉体層SLが焼結すると、形成された金属層Mは、金属粉体層SLより薄くなる。すなわち、金属粉体層SLと金属層Mとの間には段差が形成され、金属層Mは金属粉体層SLに対して凹部となる。 As shown in FIG. 1, the laser irradiation unit 16 irradiates the metal powder layer SL with the laser L based on the slice data registered in advance in the control unit 20, and the metal powder layer SL is sintered. , A metal layer M is formed. As shown in FIG. 1, when the metal powder layer SL is sintered, the formed metal layer M becomes thinner than the metal powder layer SL. That is, a step is formed between the metal powder layer SL and the metal layer M, and the metal layer M becomes a recess with respect to the metal powder layer SL.

<ステップS4:N層形成の判定>
ステップS4では、所定のN層まで形成したか否かを判定する。N層以下の場合は(ステップS4:NO)、金属粉体層と金属層との段差の測定(ステップS5)へ進み、N層形成するまではステップS1~ステップS6を繰り返す。
一方、N層形成した場合、すなわちN+1層以降の場合は(ステップS4:YES)、ステップS5及びステップS6は終了し、ステップS1(ベース金属体の下降)に戻り、ベース金属体の降下量を一定にしてステップS1~ステップS3を繰り返す。
<Step S4: Determination of N layer formation>
In step S4, it is determined whether or not a predetermined N layer has been formed. In the case of N layers or less (step S4: NO), the process proceeds to the measurement of the step between the metal powder layer and the metal layer (step S5), and steps S1 to S6 are repeated until the N layer is formed.
On the other hand, when the N layer is formed, that is, when the N + 1 layer or later (step S4: YES), steps S5 and S6 are completed, and the process returns to step S1 (descending of the base metal body) to reduce the amount of the base metal body descending. It is fixed and steps S1 to S3 are repeated.

ここで、本実施の形態における「所定のN層」について説明する。本実施の形態では、ベース金属体11が1層ずつ下降することによって、金属体Pを造形する。N+1層目以降では、ベース金属体11の降下量を変更せずとも、形成された各金属層の厚さが一定となる。ここでNは、ベース金属体11が下降する回数に等しい。 Here, the "predetermined N layer" in the present embodiment will be described. In the present embodiment, the metal body P is formed by lowering the base metal body 11 layer by layer. After the N + 1 layer, the thickness of each formed metal layer becomes constant without changing the amount of descent of the base metal body 11. Here, N is equal to the number of times the base metal body 11 descends.

なお、本実施の形態では、N、すなわち段差の測定を行うベース金属体11の下降回数をあらかじめ定めた上でベース金属体11を下降させているが、これに限定されない。例えば、以下のステップS5及びステップS6において、前回形成した金属粉体層SLと金属層Mとの間に形成された段差を測定しつつ、数回安定して所定の段差の範囲内になれば以降は測定しないようにNを決定してもよい。 In the present embodiment, N, that is, the number of times the base metal body 11 for measuring the step is lowered is determined in advance, and then the base metal body 11 is lowered, but the present invention is not limited to this. For example, in the following steps S5 and S6, if the step formed between the previously formed metal powder layer SL and the metal layer M is measured and the step is stably within a predetermined step several times. After that, N may be determined so as not to measure.

<ステップS5:金属粉体層と金属層との段差の測定>
ステップS5では、金属粉体層SLと金属層Mとの段差hを測定し、取得する。図4は、図1のIVで示す領域の拡大図である。
<Step S5: Measurement of the step between the metal powder layer and the metal layer>
In step S5, the step h between the metal powder layer SL and the metal layer M is measured and acquired. FIG. 4 is an enlarged view of the region shown by IV in FIG.

図4に示すように、リコータ14に配設された非接触式センサ17を用いて、前回形成した金属粉体層SLと金属層Mとのz軸方向の段差hを測定し、取得する。具体的には、ステップ2で原位置に戻したリコータ14を、新たな金属粉体Sを供給せずに再び水平方向(x軸正方向)に移動させつつ、リコータ14に配設された非接触式センサ17を用いて段差hを取得する。 As shown in FIG. 4, the non-contact sensor 17 arranged on the recoater 14 is used to measure and acquire the step h in the z-axis direction between the previously formed metal powder layer SL and the metal layer M. Specifically, the recoater 14 returned to the original position in step 2 is moved in the horizontal direction (x-axis positive direction) again without supplying the new metal powder S, and is not disposed on the recoater 14. The step h is acquired by using the contact type sensor 17.

<ステップS6:ベース金属体の降下量の決定>
ステップS6では、ステップS5で取得した段差hに基づき、ベース金属体11の降下量を決定する。具体的には、制御部20が、非接触式センサ17から取得した段差hに基づき、ベース金属体11の降下量を決定する。次に、ステップS1に戻り、制御部20は決定された降下量に基づきベース金属体駆動軸18を制御し、ベース金属体11を下降させる。
<Step S6: Determination of the amount of descent of the base metal body>
In step S6, the amount of descent of the base metal body 11 is determined based on the step h acquired in step S5. Specifically, the control unit 20 determines the amount of descent of the base metal body 11 based on the step h acquired from the non-contact sensor 17. Next, returning to step S1, the control unit 20 controls the base metal body drive shaft 18 based on the determined descent amount, and lowers the base metal body 11.

従来の金属積層造形方法では、造形開始段階において、形成された各金属層の厚さが一定にならず、充分な造形精度が得られないという問題があった。
金属層の厚さを一定にして造形精度を向上させるために、各金属粉体層の厚さを一定にすることが考えられる。ここで、形成した金属粉体層と金属層との段差を測定し、この測定値に基づいてベース金属体の降下量を決定すれば、各金属粉体層の厚さを一定にすることができる。しかしながら、全層についてそのような測定を行うと、造形速度が低下してしまうという問題があった。
In the conventional metal laminated molding method, there is a problem that the thickness of each formed metal layer is not constant at the molding start stage, and sufficient molding accuracy cannot be obtained.
In order to make the thickness of the metal layer constant and improve the molding accuracy, it is conceivable to make the thickness of each metal powder layer constant. Here, if the step between the formed metal powder layer and the metal layer is measured and the amount of descent of the base metal body is determined based on this measured value, the thickness of each metal powder layer can be made constant. can. However, when such measurement is performed for all layers, there is a problem that the modeling speed is lowered.

本実施の形態では、2層目から所定のN層目までの間のみにおいて、ベース金属体を下降させる際、前回形成した金属粉体層と金属層との段差を測定し、ベース金属体の降下量を決定している。すなわち、ベース金属体の降下量を決定するにあたり、前回形成した金属粉体層と金属層との段差の取得を、全ての層ではなく、金属粉体層の厚さが毎層一定になるまでの間のみにおいて行っている。したがって、立体構造の金属体の造形精度を向上させつつ、造形速度の低下を抑制することができる。さらに、造形精度を向上できるため、ベース金属体と造形した金属体との境界付近の内部欠陥の形成を抑制することができる。また、造形部の内部欠陥の形成を抑制できるため、内部欠陥に起因する製品の疲労破壊を抑制することができる。 In the present embodiment, when the base metal body is lowered only between the second layer and the predetermined Nth layer, the step between the previously formed metal powder layer and the metal layer is measured to measure the base metal body. The amount of descent is determined. That is, in determining the amount of descent of the base metal body, the step between the previously formed metal powder layer and the metal layer is acquired until the thickness of the metal powder layer becomes constant for each layer, not for all layers. It is done only during the period. Therefore, it is possible to suppress a decrease in the modeling speed while improving the modeling accuracy of the metal body having a three-dimensional structure. Further, since the molding accuracy can be improved, the formation of internal defects near the boundary between the base metal body and the molded metal body can be suppressed. Further, since the formation of internal defects in the molded portion can be suppressed, fatigue fracture of the product due to internal defects can be suppressed.

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。 The present invention is not limited to the above embodiment, and can be appropriately modified without departing from the spirit.

次に、本発明の実施例について説明する。
以下、実施例に基づき本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。
Next, examples of the present invention will be described.
Hereinafter, the present invention will be specifically described based on examples, but the present invention is not limited to these examples.

図5は、実施例及び比較例にかかる金属積層造形方法によって造形した立方体を示す写真である。実施例及び比較例ともに、金属粉体Sとしてアルミ粉末を用いた。金属粉体Sの粒子径は40~63μmのものを使用した。ベース金属体11及びベース金属体101上にそれぞれ一辺10mmの立方体の金属体を造形した。 FIG. 5 is a photograph showing a cube formed by the metal laminated molding method according to Examples and Comparative Examples. In both Examples and Comparative Examples, aluminum powder was used as the metal powder S. The metal powder S having a particle size of 40 to 63 μm was used. A cubic metal body having a side of 10 mm was formed on each of the base metal body 11 and the base metal body 101.

実施例では、2層目から100層目までの間、すなわち非接触式センサ17より取得した段差hが一定になるまでの間のみにおいて、制御部20によるベース金属体11の降下量の決定を行った。非接触式センサ17を用いた段差hの取得は、分解能5μm、測定時間10秒で行った。段差hが一定になった後は、ステップS4及びステップS5は終了し、ステップS1~ステップS3の工程を繰り返して、金属体P1を造形した。造形時間は130分であった。このようにして造形した実施例にかかる金属体P1では、図5に示すように、ベース金属体11と、積層された金属体P1との境界付近に内部欠陥が少なく、密度が高い金属体P1を得ることができた。 In the embodiment, the control unit 20 determines the amount of descent of the base metal body 11 only between the second layer and the 100th layer, that is, until the step h acquired from the non-contact sensor 17 becomes constant. went. The step h was acquired using the non-contact sensor 17 with a resolution of 5 μm and a measurement time of 10 seconds. After the step h became constant, steps S4 and S5 were completed, and the steps S1 to S3 were repeated to form the metal body P1. The modeling time was 130 minutes. In the metal body P1 according to the embodiment formed in this way, as shown in FIG. 5, the metal body P1 having few internal defects and high density near the boundary between the base metal body 11 and the laminated metal body P1. I was able to get.

これに対し、比較例では、ベース金属体101の降下量を100μmに固定して、金属体P100の造形を行った。このようにして造形した比較例にかかる金属体P100では、図5に示すように、全体的に内部欠陥が多いという結果を得た。特に、金属粉体Sの積層開始直後であるベース金属体101と、金属粉体Sを積層して造形した金属体P100との境界付近に内部欠陥が多く、実施例に比べ密度が低い金属体が形成されるという結果を得た。 On the other hand, in the comparative example, the amount of descent of the base metal body 101 was fixed at 100 μm, and the metal body P100 was modeled. As shown in FIG. 5, it was obtained that the metal body P100 according to the comparative example formed in this way had many internal defects as a whole. In particular, there are many internal defects near the boundary between the base metal body 101 immediately after the start of laminating the metal powder S and the metal body P100 formed by laminating the metal powder S, and the density of the metal body is lower than that of the examples. Was formed.

以上より、実施例では全ての層ではなく、2層目から100層目までの間、すなわち段差hが一定になるまでの間のみにおいて、制御部による降下量の決定を行ったため、立体構造の金属体の造形精度を向上させつつ、造形速度の低下を抑制することができた。また、実施例にかかる金属積層造形方法によって立体構造の金属体の造形を行った場合、比較例に比べより密度が高く、ベース金属体と造形した金属体との境界付近に内部欠陥が少ない金属体を得ることができた。 From the above, in the embodiment, the amount of descent is determined by the control unit only between the second layer to the 100th layer, that is, until the step h becomes constant, instead of all the layers. While improving the molding accuracy of the metal body, it was possible to suppress the decrease in the molding speed. Further, when the metal body having a three-dimensional structure is formed by the metal laminated molding method according to the example, the density is higher than that in the comparative example, and the metal having few internal defects near the boundary between the base metal body and the formed metal body. I was able to get a body.

1 金属積層造形装置
11 ベース金属体
12 造形チャンバー
13 粉体供給部
14 リコータ
15 粉敷きブレード
16 レーザー照射部
17 非接触式センサ
18 ベース金属体駆動軸
20 制御部
L レーザー
M 金属層
P 金属体
S 金属粉体
SL 金属粉体層
1 Metal laminated molding device 11 Base metal body 12 Modeling chamber 13 Powder supply unit 14 Ricator 15 Powder laying blade 16 Laser irradiation unit 17 Non-contact sensor 18 Base metal body drive shaft 20 Control unit L Laser M Metal layer P Metal body S Metal powder SL Metal powder layer

Claims (2)

ベース金属体を下降させる工程と、
前記ベース金属体上に金属粉体層を形成する工程と、
形成した前記金属粉体層を焼結して金属層を形成する工程と、を繰り返し、前記金属層を順次積層していくことによって、立体構造の金属体を造形する金属積層造形方法であって、
2層目から所定のN層目(Nは2より大きくかつ全積層数未満の整数)までの間のみにおいて、前記ベース金属体を下降させる際、
前回形成した前記金属粉体層と前記金属層との段差を測定し、前記ベース金属体の降下量を決定する、
金属積層造形方法。
The process of lowering the base metal body and
The step of forming a metal powder layer on the base metal body and
It is a metal lamination molding method for forming a metal body having a three-dimensional structure by repeating the steps of sintering the formed metal powder layer to form a metal layer and sequentially laminating the metal layers. ,
When lowering the base metal body only between the second layer and the predetermined Nth layer (N is an integer larger than 2 and less than the total number of laminated layers ) .
The step difference between the previously formed metal powder layer and the metal layer is measured to determine the amount of descent of the base metal body.
Metal laminate modeling method.
前回形成した前記金属粉体層と前記金属層との間に形成された前記段差を測定しつつ、所定の回数安定して所定の段差の範囲内になれば、以降は測定しないようにNを決定する、請求項1に記載の金属積層造形方法。 While measuring the step formed between the previously formed metal powder layer and the metal layer, if the step is stably within a predetermined step a predetermined number of times, N is set so as not to be measured thereafter. The metal laminated molding method according to claim 1, which is determined.
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