JP7067134B2 - 積層造形装置の造形方法及び積層造形装置 - Google Patents
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Description
本発明の一態様は、造形光ビームの照射によって金属粉末を溶融させた後、固化させて造形物を積層造形する積層造形装置の造形方法であって、
前記積層造形装置は、
前記金属粉末を前記造形光ビームの照射範囲に供給する金属粉末供給装置と、
前記照射範囲に供給された前記金属粉末の所定の位置に対し、外気を遮断した状態で前記造形光ビームを照射する造形光ビーム照射装置と、
を備え、
前記造形方法は、
ベースプレート上の前記照射範囲に、所定の軸線に沿って延在し凹設される谷部を上面に備えた第一層を準備する第一工程と、
前記谷部に前記金属粉末を供給する第二工程と、
前記第二工程の後に、前記谷部に供給された前記金属粉末に対し前記造形光ビームを照射して溶融させた後に固化させて第二層を形成する第三工程と、
を備え、
前記第一工程は、前記第一層を準備するため、
前記ベースプレート上の前記照射範囲に前記金属粉末を供給する第一供給工程と、
前記照射範囲に供給された前記金属粉末に対して前記造形光ビームを照射し前記金属粉末を溶融させた後、固化させて、前記所定の軸線方向に線状に延在し且つ前記所定の軸線と交差する断面が山状となる第一ビードを形成する第一レーザ照射工程と、
前記照射範囲に供給された前記金属粉末のうち、前記第一ビードの近傍に配置される前記金属粉末に対し前記造形光ビームを照射し前記金属粉末を溶融させた後、固化させて、前記第一ビードと所定の距離を有した状態で前記所定の軸線方向に線状に延在し且つ前記所定の軸線と交差する断面が山状となるとともに、前記第一ビードとの間の空間で前記谷部を成立させる第二ビードを形成する第二レーザ照射工程と、
を備え、
前記第三工程の後、前記造形物の上方に前記第一層を準備する前記第一工程が実行され、前記第三工程の後に実行された前記第一工程の後、前記第二工程、及び前記第三工程が順次繰り返し実行され、
前記第一工程から前記第三工程までの処理を繰り返す際に、先回の処理で形成された前記谷部の延在方向と前記先回の処理の次の処理で形成された前記谷部の延在方向は異なる積層造形装置の造形方法にある。
本発明の他の態様は、近赤外波長のレーザ光である造形光ビームの照射によって、銅粉末又はアルミ粉末である金属粉末を溶融させた後、固化させて造形物を積層造形する積層造形装置の造形方法であって、
前記積層造形装置は、
前記金属粉末を前記造形光ビームの照射範囲に供給する金属粉末供給装置と、
前記照射範囲に供給された前記金属粉末の所定の位置に対し、外気を遮断した状態で前記造形光ビームを照射する造形光ビーム照射装置と、
を備え、
前記造形方法は、
ベースプレート上の前記照射範囲に、所定の軸線に沿って延在し凹設される谷部を上面に備えた第一層を準備する第一工程と、
前記谷部に前記金属粉末を供給する第二工程と、
前記第二工程の後に、前記谷部に供給された前記金属粉末に対し前記造形光ビームを照射して溶融させた後に固化させて第二層を形成する第三工程と、
を備える積層造形装置の造形方法にある。
本発明の他の態様は、造形光ビームの照射によって金属粉末を溶融させた後、固化させて造形物を積層造形する積層造形装置の造形方法であって、
前記積層造形装置は、
前記金属粉末を前記造形光ビームの照射範囲に供給する金属粉末供給装置と、
前記照射範囲に供給された前記金属粉末の所定の位置に対し、外気を遮断した状態で前記造形光ビームを照射する造形光ビーム照射装置と、
を備え、
前記造形方法は、
ベースプレート上の前記照射範囲に、所定の軸線に沿って延在し凹設される谷部を上面に備えた第一層を準備する第一工程と、
前記谷部に前記金属粉末を供給する第二工程と、
前記第二工程の後に、前記谷部に供給された前記金属粉末に対し前記造形光ビームを照射して溶融させた後に固化させて第二層を形成する第三工程と、
を備え、
前記第一工程で前記ベースプレート上に準備される前記造形物の前記第一層は、機械加工によって前記谷部が前記ベースプレートの表面に凹設される積層造形装置の造形方法にある。
本発明の一態様は、造形光ビームの照射によって金属粉末を溶融させた後、固化させて造形物を積層造形する積層造形装置であって、
前記金属粉末を前記造形光ビームの照射範囲に供給する金属粉末供給装置と、
前記照射範囲に供給された前記金属粉末の所定の位置に対し、外気を遮断した状態で前記造形光ビームを照射する造形光ビーム照射装置と、
前記金属粉末供給装置及び前記造形光ビーム照射装置を制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、
ベースプレート上の前記照射範囲に、所定の軸線に沿って延在し凹設される谷部を上面に備えた第一層を準備する第一工程と、
前記谷部に前記金属粉末を供給する第二工程と、
前記第二工程の後に、前記谷部に供給された前記金属粉末に対し前記造形光ビームを照射して溶融させた後に固化させて第二層を形成する第三工程と、
を実行し、
前記制御装置は、前記第一工程にて前記第一層を準備するため、
前記ベースプレート上の前記照射範囲に前記金属粉末を供給する第一供給工程と、
前記照射範囲に供給された前記金属粉末に対して前記造形光ビームを照射し前記金属粉末を溶融させた後、固化させて、前記所定の軸線方向に線状に延在し且つ前記所定の軸線と交差する断面が山状となる第一ビードを形成する第一レーザ照射工程と、
前記照射範囲に供給された前記金属粉末のうち、前記第一ビードの近傍に配置される前記金属粉末に対し前記造形光ビームを照射し前記金属粉末を溶融させた後、固化させて、前記第一ビードと所定の距離を有した状態で前記所定の軸線方向に線状に延在し且つ前記所定の軸線と交差する断面が山状となるとともに、前記第一ビードとの間の空間で前記谷部を成立させる第二ビードを形成する第二レーザ照射工程と、
を実行し、
前記制御装置は、前記第三工程の後、前記造形物の上方に前記第一層を準備する前記第一工程が実行され、前記第三工程の後に実行された前記第一工程の後、前記第二工程、及び前記第三工程が順次繰り返し実行し、
前記第一工程から前記第三工程までの処理が繰り返される際に、先回の処理で形成された前記谷部の延在方向と前記先回の処理の次の処理で形成された前記谷部の延在方向は異なる積層造形装置にある。
本発明の他の態様は、近赤外波長のレーザ光である造形光ビームの照射によって、銅粉末又はアルミ粉末である金属粉末を溶融させた後、固化させて造形物を積層造形する積層造形装置であって、
前記金属粉末を前記造形光ビームの照射範囲に供給する金属粉末供給装置と、
前記照射範囲に供給された前記金属粉末の所定の位置に対し、外気を遮断した状態で前記造形光ビームを照射する造形光ビーム照射装置と、
前記金属粉末供給装置及び前記造形光ビーム照射装置を制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、
ベースプレート上の前記照射範囲に準備される、所定の軸線に沿って凹設される谷部を上面に備えた第一層の前記谷部に対し、前記金属粉末供給装置を制御して前記谷部に前記金属粉末を供給する金属粉末供給制御部と、
前記金属粉末供給制御部において前記谷部に前記金属粉末を供給した後に、前記造形光ビーム照射装置を制御して、前記谷部に供給された前記金属粉末に前記造形光ビームを照射して溶融させた後に固化させて第二層を形成する造形光ビーム照射制御部と、
を備える積層造形装置にある。
本発明の他の態様は、造形光ビームの照射によって金属粉末を溶融させた後、固化させて造形物を積層造形する積層造形装置であって、
前記金属粉末を前記造形光ビームの照射範囲に供給する金属粉末供給装置と、
前記照射範囲に供給された前記金属粉末の所定の位置に対し、外気を遮断した状態で前記造形光ビームを照射する造形光ビーム照射装置と、
前記金属粉末供給装置及び前記造形光ビーム照射装置を制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、
ベースプレート上の前記照射範囲に準備される、所定の軸線に沿って凹設される谷部を上面に備えた第一層の前記谷部に対し、前記金属粉末供給装置を制御して前記谷部に前記金属粉末を供給する金属粉末供給制御部と、
前記金属粉末供給制御部において前記谷部に前記金属粉末を供給した後に、前記造形光ビーム照射装置を制御して、前記谷部に供給された前記金属粉末に前記造形光ビームを照射して溶融させた後に固化させて第二層を形成する造形光ビーム照射制御部と、
を備え、
前記ベースプレート上に準備される前記造形物の前記第一層の前記谷部は、前記ベースプレートの表面に形成された機械加工凹設面である積層造形装置にある。
上記態様における積層造形装置によって造形物を造形することにより、上記造形方法により造形物を造形したときと同様の効果が得られる。
(1-1.概要)
まず、本発明の第一実施形態に係る積層造形装置100(図1参照)の概要について説明する。積層造形装置100は、造形光ビームの照射によって、照射範囲に供給された金属粉末を一層ずつ溶融させたのち固化させて造形物を積層造形する装置である。
まず、本発明に係る積層造形装置100について説明する。図1は、本発明に係る第一実施形態の積層造形装置100の概要図である。積層造形装置100は、チャンバ10と、金属粉末供給装置20と、造形光ビーム照射装置30と、制御装置45と、を備える。制御装置45は、金属粉末供給制御部25と、造形光ビーム照射制御部49と、造形部70とを備える。
次に、本発明に係る積層造形方法について、図6のフローチャート1に基づき説明する。造形方法は、積層造形装置100を用い、近赤外レーザ光L1の照射によって薄膜層15a,15bの一部を溶融させた後、固化させて積層し造形物を形成する方法である。造形方法は、第一工程S10,第二工程S20,及び第三工程S30を備える。
次に、第一供給工程S11(第一工程S10)では、ベースプレート27上の照射範囲Ar1に銅粉末(金属粉末)が供給される。このため、まず、金属粉末供給制御部25が、金属粉末供給装置20を作動し、金属粉末15を載せたフィードテーブル24を上昇させて、粉末収納容器22の上面から所定量、突出させる(図略)。
第二工程S20では、照射範囲Ar1内にある第一層15Aの谷部43a,43bに銅粉末(金属粉末)が供給される。このため、金属粉末供給制御部25が、金属粉末供給装置20を作動(上昇)させ、金属粉末15を載せたフィードテーブル24を所定量だけ上昇させて粉末収納容器22の上面から突出させる(図略)。
第三レーザ照射工程S31(第三工程S30)では、造形部70が造形光ビーム照射装置30を制御して近赤外レーザ光L1(造形光ビーム)を、薄膜層15b上における谷部43(43a)に沿って照射する。これにより、谷部43a内の銅粉末を加熱して溶融させた後、固化させる。このとき、谷部43a内に供給された銅粉末は、谷部43aの深さβより高くなるよう供給された。しかし、銅粉末が溶融されることにより銅粉末間の隙間が充填されて見かけ上の容積が減少し、谷部43aが溶融された銅により満たされた満充填状態となる(図11参照)。
上記第一実施形態の造形方法によれば、ベースプレート27上の照射範囲Ar1に、所定の軸線に沿って凹設される谷部43a(43)を上面に備えた造形物の第一層15Aを形成(準備)する第一工程S10と、谷部43a(43)に銅粉末(金属粉末)を供給する第二工程S20と、第二工程S20の処理後に、谷部43a(43)に供給された銅粉末(金属粉末)に対し近赤外レーザ光L1(造形光ビーム)を照射して溶融させる第三工程S30と、を備える。
(2-1.変形例1)
上記第一実施形態では、金属粉末として銅粉末を適用したが、この態様にかぎらず、変形例1(図略)として、金属粉末は、アルミ粉末でも良い。アルミ粉末も銅粉末と同様、常温における近赤外レーザ光L1の吸収率が低いとともに、熱伝導率が比較的高いため、銅粉末と同様の効果が期待できる。
また、第一実施形態では、第一工程S10から第三工程S30までの処理が複数回繰り返し行われる場合、先回の処理で形成された谷部43(43a,43b)の延在方向と、先回の処理の次の処理で形成された谷部43(43a,43b)の延在方向とは、異なる方向(例えば90°)で配置された。しかし、この態様には限らず、変形例2,3として、先回の処理で形成された谷部43(43a,43b)の延在方向と、先回の処理の次の処理で形成された谷部43(43a,43b)の延在方向は同じでもよい。
また、第一実施形態では、薄膜層15a,15bは、ベースプレート27と造形物昇降テーブル23の上面との間に設けられたヒータ28により予備加熱された。しかしながら、この態様には限らず、変形例4(図略)として、予備加熱は、それぞれ、近赤外レーザ光L1(造形光ビーム)を、各薄膜層15a,15bが備える金属粉末のうち造形物の形成とは無関係の部分に照射し加熱することにより行ってもよい。このとき、近赤外レーザ光L1の照射出力は、金属粉末が溶融しない程度以下に低下させればよい。これによっても、相応の効果は期待できる。
次に、第二実施形態の造形方法について図15のフローチャート2に基づき説明する。第一実施形態に対して第二実施形態では、造形方法における第一工程S10のみが異なる。よって、異なる部分についてのみ説明し同様の部分については、説明を省略する。第一実施形態において、第一工程S10では、近赤外レーザ光L1(造形光ビーム)の照射によって、第一ビード41と第二ビード42とを平行で且つ所定の距離を有して形成した。そして、第一ビード41と第二ビード42との間の空間によって谷部43a,43b(43)を成立させた。これにより、第一層15Aを準備(形成)した。
また、上記、第一、第二実施形態で用いた積層造形装置100ではなく、第三実施形態として、チャンバを有さず、大気中で銅粉末を積層造形する積層造形装置200(図17参照)に本発明を適用させても良い。積層造形装置200は、所謂、LMD(レーザ・メタル・デポジション)と称される公知の積層造形装置である。
Claims (11)
- 造形光ビームの照射によって金属粉末を溶融させた後、固化させて造形物を積層造形する積層造形装置の造形方法であって、
前記積層造形装置は、
前記金属粉末を前記造形光ビームの照射範囲に供給する金属粉末供給装置と、
前記照射範囲に供給された前記金属粉末の所定の位置に対し、外気を遮断した状態で前記造形光ビームを照射する造形光ビーム照射装置と、
を備え、
前記造形方法は、
ベースプレート上の前記照射範囲に、所定の軸線に沿って延在し凹設される谷部を上面に備えた第一層を準備する第一工程と、
前記谷部に前記金属粉末を供給する第二工程と、
前記第二工程の後に、前記谷部に供給された前記金属粉末に対し前記造形光ビームを照射して溶融させた後に固化させて第二層を形成する第三工程と、
を備え、
前記第一工程は、前記第一層を準備するため、
前記ベースプレート上の前記照射範囲に前記金属粉末を供給する第一供給工程と、
前記照射範囲に供給された前記金属粉末に対して前記造形光ビームを照射し前記金属粉末を溶融させた後、固化させて、前記所定の軸線方向に線状に延在し且つ前記所定の軸線と交差する断面が山状となる第一ビードを形成する第一レーザ照射工程と、
前記照射範囲に供給された前記金属粉末のうち、前記第一ビードの近傍に配置される前記金属粉末に対し前記造形光ビームを照射し前記金属粉末を溶融させた後、固化させて、前記第一ビードと所定の距離を有した状態で前記所定の軸線方向に線状に延在し且つ前記所定の軸線と交差する断面が山状となるとともに、前記第一ビードとの間の空間で前記谷部を成立させる第二ビードを形成する第二レーザ照射工程と、
を備え、
前記第三工程の後、前記造形物の上方に前記第一層を準備する前記第一工程が実行され、前記第三工程の後に実行された前記第一工程の後、前記第二工程、及び前記第三工程が順次繰り返し実行され、
前記第一工程から前記第三工程までの処理を繰り返す際に、先回の処理で形成された前記谷部の延在方向と前記先回の処理の次の処理で形成された前記谷部の延在方向は異なる積層造形装置の造形方法。 - 前記第一レーザ照射工程及び第二レーザ照射工程において前記造形光ビームを照射する以前に、前記照射範囲に供給された前記金属粉末に対し、予備加熱を行なう、請求項1に記載の積層造形装置の造形方法。
- 前記予備加熱は、前記造形光ビームが照射される側と反対側に設けられたヒータによって行われる、請求項2に記載の積層造形装置の造形方法。
- 前記予備加熱は、前記金属粉末が溶融しない程度に出力を低下させた前記造形光ビームが前記金属粉末に照射されることによって行われる、請求項3に記載の積層造形装置の造形方法。
- 前記第二工程では、前記谷部に供給される前記金属粉末は、前記谷部の深さ以上の高さとなるよう供給される、請求項1-4の何れか1項に記載の積層造形装置の造形方法。
- 前記造形光ビームは、近赤外波長のレーザ光であり、
前記金属粉末は、銅粉末又はアルミ粉末である、請求項1-5の何れか1項に記載の積層造形装置の造形方法。 - 近赤外波長のレーザ光である造形光ビームの照射によって、銅粉末又はアルミ粉末である金属粉末を溶融させた後、固化させて造形物を積層造形する積層造形装置の造形方法であって、
前記積層造形装置は、
前記金属粉末を前記造形光ビームの照射範囲に供給する金属粉末供給装置と、
前記照射範囲に供給された前記金属粉末の所定の位置に対し、外気を遮断した状態で前記造形光ビームを照射する造形光ビーム照射装置と、
を備え、
前記造形方法は、
ベースプレート上の前記照射範囲に、所定の軸線に沿って延在し凹設される谷部を上面に備えた第一層を準備する第一工程と、
前記谷部に前記金属粉末を供給する第二工程と、
前記第二工程の後に、前記谷部に供給された前記金属粉末に対し前記造形光ビームを照射して溶融させた後に固化させて第二層を形成する第三工程と、
を備える積層造形装置の造形方法。 - 造形光ビームの照射によって金属粉末を溶融させた後、固化させて造形物を積層造形する積層造形装置の造形方法であって、
前記積層造形装置は、
前記金属粉末を前記造形光ビームの照射範囲に供給する金属粉末供給装置と、
前記照射範囲に供給された前記金属粉末の所定の位置に対し、外気を遮断した状態で前記造形光ビームを照射する造形光ビーム照射装置と、
を備え、
前記造形方法は、
ベースプレート上の前記照射範囲に、所定の軸線に沿って延在し凹設される谷部を上面に備えた第一層を準備する第一工程と、
前記谷部に前記金属粉末を供給する第二工程と、
前記第二工程の後に、前記谷部に供給された前記金属粉末に対し前記造形光ビームを照射して溶融させた後に固化させて第二層を形成する第三工程と、
を備え、
前記第一工程で前記ベースプレート上に準備される前記造形物の前記第一層は、機械加工によって前記谷部が前記ベースプレートの表面に凹設される積層造形装置の造形方法。 - 造形光ビームの照射によって金属粉末を溶融させた後、固化させて造形物を積層造形する積層造形装置であって、
前記金属粉末を前記造形光ビームの照射範囲に供給する金属粉末供給装置と、
前記照射範囲に供給された前記金属粉末の所定の位置に対し、外気を遮断した状態で前記造形光ビームを照射する造形光ビーム照射装置と、
前記金属粉末供給装置及び前記造形光ビーム照射装置を制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、
ベースプレート上の前記照射範囲に、所定の軸線に沿って延在し凹設される谷部を上面に備えた第一層を準備する第一工程と、
前記谷部に前記金属粉末を供給する第二工程と、
前記第二工程の後に、前記谷部に供給された前記金属粉末に対し前記造形光ビームを照射して溶融させた後に固化させて第二層を形成する第三工程と、
を実行し、
前記制御装置は、前記第一工程にて前記第一層を準備するため、
前記ベースプレート上の前記照射範囲に前記金属粉末を供給する第一供給工程と、
前記照射範囲に供給された前記金属粉末に対して前記造形光ビームを照射し前記金属粉末を溶融させた後、固化させて、前記所定の軸線方向に線状に延在し且つ前記所定の軸線と交差する断面が山状となる第一ビードを形成する第一レーザ照射工程と、
前記照射範囲に供給された前記金属粉末のうち、前記第一ビードの近傍に配置される前記金属粉末に対し前記造形光ビームを照射し前記金属粉末を溶融させた後、固化させて、前記第一ビードと所定の距離を有した状態で前記所定の軸線方向に線状に延在し且つ前記所定の軸線と交差する断面が山状となるとともに、前記第一ビードとの間の空間で前記谷部を成立させる第二ビードを形成する第二レーザ照射工程と、
を実行し、
前記制御装置は、前記第三工程の後、前記造形物の上方に前記第一層を準備する前記第一工程が実行され、前記第三工程の後に実行された前記第一工程の後、前記第二工程、及び前記第三工程が順次繰り返し実行し、
前記第一工程から前記第三工程までの処理が繰り返される際に、先回の処理で形成された前記谷部の延在方向と前記先回の処理の次の処理で形成された前記谷部の延在方向は異なる積層造形装置。 - 近赤外波長のレーザ光である造形光ビームの照射によって、銅粉末又はアルミ粉末である金属粉末を溶融させた後、固化させて造形物を積層造形する積層造形装置であって、
前記金属粉末を前記造形光ビームの照射範囲に供給する金属粉末供給装置と、
前記照射範囲に供給された前記金属粉末の所定の位置に対し、外気を遮断した状態で前記造形光ビームを照射する造形光ビーム照射装置と、
前記金属粉末供給装置及び前記造形光ビーム照射装置を制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、
ベースプレート上の前記照射範囲に準備される、所定の軸線に沿って凹設される谷部を上面に備えた第一層の前記谷部に対し、前記金属粉末供給装置を制御して前記谷部に前記金属粉末を供給する金属粉末供給制御部と、
前記金属粉末供給制御部において前記谷部に前記金属粉末を供給した後に、前記造形光ビーム照射装置を制御して、前記谷部に供給された前記金属粉末に前記造形光ビームを照射して溶融させた後に固化させて第二層を形成する造形光ビーム照射制御部と、
を備える積層造形装置。 - 造形光ビームの照射によって金属粉末を溶融させた後、固化させて造形物を積層造形する積層造形装置であって、
前記金属粉末を前記造形光ビームの照射範囲に供給する金属粉末供給装置と、
前記照射範囲に供給された前記金属粉末の所定の位置に対し、外気を遮断した状態で前記造形光ビームを照射する造形光ビーム照射装置と、
前記金属粉末供給装置及び前記造形光ビーム照射装置を制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、
ベースプレート上の前記照射範囲に準備される、所定の軸線に沿って凹設される谷部を上面に備えた第一層の前記谷部に対し、前記金属粉末供給装置を制御して前記谷部に前記金属粉末を供給する金属粉末供給制御部と、
前記金属粉末供給制御部において前記谷部に前記金属粉末を供給した後に、前記造形光ビーム照射装置を制御して、前記谷部に供給された前記金属粉末に前記造形光ビームを照射して溶融させた後に固化させて第二層を形成する造形光ビーム照射制御部と、
を備え、
前記ベースプレート上に準備される前記造形物の前記第一層の前記谷部は、前記ベースプレートの表面に形成された機械加工凹設面である積層造形装置。
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