JP7074737B2 - Laminated modeling equipment, laminated modeling method - Google Patents
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Description
本発明は、積層造形装置、積層造形方法に関する。 The present invention relates to a laminated modeling apparatus and a laminated modeling method.
Additive Manufacturingと称される付加製造技術がある。付加製造技術の一例として、樹脂、金属等の層を造形し、造形された層を積層して積層造形物を作製する積層造形装置が知られている。
付加製造技術による積層造形装置の一例として、3Dプリンターが知られている。3Dプリンターは複雑な形状の構造物を短時間で製造できるため、航空機産業及び医療等の先端技術分野で有望な技術として注目されている。
There is an additional manufacturing technique called Adaptive Manufacturing. As an example of the additional manufacturing technique, there is known a laminated modeling apparatus that forms a layer of resin, metal, or the like, and laminates the formed layers to produce a laminated model.
A 3D printer is known as an example of a laminated modeling apparatus by an additional manufacturing technique. Since 3D printers can manufacture structures with complicated shapes in a short time, they are attracting attention as promising technologies in advanced technology fields such as the aircraft industry and medical care.
図2~4は、従来の積層造形装置100の構成を示す模式断面図である。積層造形装置100は、レーザー発信機141と光学系142とチャンバー102とシールドガスの供給源115と台座103とブレード111と第1の可動式ステージ107と第2の可動式ステージ108と第3の可動式ステージ109とを備える。図3及び図4においては、レーザー発信機141、光学系142、シールドガスの供給源115の各構成の図示を省略している。
2 to 4 are schematic cross-sectional views showing the configuration of the conventional laminated
図2、3に示すように積層造形装置100は、チャンバー102内に設けられた台座103において、第1の可動式ステージ107から第2の可動式ステージ108に粉体材料Mをブレード111によって搬送する(図2参照)。
次いで、第2の可動式ステージ108上に供給された粉体材料Mをレーザー、電子ビーム等(以下、「レーザー等」と記す。)の照射によって焼結又は溶融固化(以下、「焼結等」と記載する。)する(図3参照)。
積層造形装置100は、熱の供給により粉体材料Mを焼結等して層を造形し、造形した層を第2の可動式ステージ108上で順次積層して積層造形物Xとする。
As shown in FIGS. 2 and 3, the laminated
Next, the powder material M supplied onto the second
The laminated
積層造形装置としては、特許文献1、2に記載のものが提案されている。
特許文献1に記載の積層造形装置における造形部は、造形用容器とその両側に設置された第1及び第2の粉末収納容器とを備える。
特許文献2に記載の三次元造形装置は、プロセスチャンバーに隣接して設けられた昇降ガイド室と、昇降ガイド室において昇降自在に設けられる昇降ステージと、昇降ステージよりも下方にある昇降ガイド室の空間とプロセスチャンバーとを連通させる連通配管とを備える。
As the laminated modeling apparatus, those described in
The modeling unit in the laminated modeling apparatus described in
The three-dimensional modeling apparatus described in
3Dプリンターにあっては、一定の性質の層を確実に造形するために、粉体材料に熱を供給する際に必要量のエネルギーのレーザー等を粉体材料に安定して照射することが求められる。チャンバー内の雰囲気中の組成成分によっては、レーザー照射時にスパッタ、ヒュームが発生し、レーザーの減衰、粉末材料と雰囲気中の組成成分が反応する可能性があることから、チャンバー内の雰囲気中の成分組成をできる限り一定に保つことが求められる。そのため、通常、チャンバー内の造形が行われる空間にはシールドガスと呼ばれる所定の成分組成のガスを充満させる。
しかし、図4に示すように従来の積層造形装置100においては、主に、第1の可動式ステージ107及び第2の可動式ステージ108の上下動の際に、各可動式ステージの下側の空間の残留ガスDが各可動式ステージの上側の空間に流出することがある。そのため、特許文献1に記載の積層造形装置にあっては、チャンバー内の造形が行われる空間の成分組成を一定に保つことができない。
In a 3D printer, in order to reliably form a layer with certain properties, it is required to stably irradiate the powder material with a laser or the like of the required amount of energy when supplying heat to the powder material. Be done. Depending on the composition components in the atmosphere in the chamber, spatter and fume may occur during laser irradiation, which may cause laser attenuation and the powder material to react with the composition components in the atmosphere. It is required to keep the composition as constant as possible. Therefore, normally, the space in the chamber where the modeling is performed is filled with a gas having a predetermined component composition called a shield gas.
However, as shown in FIG. 4, in the conventional laminated
加えて、レーザー等の照射による造形の際には、積層造形物の機械的物性等を高め、形状の劣化を防止する観点から、粉体材料の周囲の雰囲気中の酸素ガス濃度をできる限り低減することが求められる。
しかし、各可動式ステージの下側の空間の残留ガスDは、酸素ガスを含むことが多いため、造形が行われる空間内の酸素ガス濃度を充分に低減できない。そのため、特許文献1、2に記載の積層造形装置にあっては、積層造形物の機械的物性等が不充分であり、形状の劣化を招いてしまうおそれがある。
In addition, when modeling by irradiation with a laser or the like, the oxygen gas concentration in the atmosphere around the powder material is reduced as much as possible from the viewpoint of improving the mechanical properties of the laminated model and preventing the shape from deteriorating. Is required to do.
However, since the residual gas D in the space below each movable stage often contains oxygen gas, the oxygen gas concentration in the space where modeling is performed cannot be sufficiently reduced. Therefore, in the laminated modeling apparatus described in
さらに、特許文献2に記載の三次元造形装置にあっては、連通配管によって昇降ガイド室の空間とプロセスチャンバーとが連通しているため、昇降ガイド室の空間とプロセスチャンバー内との圧力差がない。したがって、昇降ステージの上下動により、粉体材料が昇降ガイド室の内壁と昇降ステージの間の隙間から昇降ステージの下方の空間に落下してしまう。そのため、落下した粉体材料の清掃のための装置のメンテナンスの手間がかかり、落下した粉体材料が装置内部に侵入し、装置の故障の原因となるおそれもある。
Further, in the three-dimensional modeling apparatus described in
本発明は、チャンバー内の造形が行われる空間の成分組成を一定に保つことができ、機械的物性に優れ、形状の劣化が低減される積層造形物を製造でき、装置のメンテナンスの手間が軽減され、粉体材料の装置内部の侵入による装置の故障を低減できる積層造形装置を提供する。 INDUSTRIAL APPLICABILITY According to the present invention, the component composition of the space in which the molding is performed in the chamber can be kept constant, a laminated molded product having excellent mechanical properties and reduced shape deterioration can be manufactured, and the labor of maintenance of the apparatus is reduced. The present invention provides a laminated modeling device capable of reducing device failure due to intrusion of powder material into the device.
本発明は下記の構成を備える。
[1] 粉体材料が焼結又は溶融固化した層を熱の供給によって造形し、前記層を積層して積層造形物とする積層造形装置であって、チャンバーと、前記チャンバー内に設けられた台座と、前記台座の上面から下方に形成された柱状の第1の空間を有する第1のガイド室と、前記台座の上面から下方に形成された柱状の第2の空間を有する第2のガイド室と、前記第1のガイド室の内壁に沿って移動し、かつ、前記層の造形を行う前の前記粉体材料が載置される第1の可動式ステージと、前記第2のガイド室の内壁に沿って移動し、かつ、前記粉体材料の焼結又は溶融固化が行われる第2の可動式ステージと、前記第2の可動式ステージの上側の空間であり、かつ、前記層の造形が行われる造形空間の酸素ガスを低減するためのシールドガスを、前記造形空間に供給する第1の供給管と、前記第1の可動式ステージの下側の前記第1の空間に前記シールドガスを供給する第2の供給管と、前記第2の可動式ステージの下側の前記第2の空間に前記シールドガスを供給する第3の供給管と、前記第1の可動式ステージの下側の前記第1の空間の圧力を、前記造形空間の圧力より高く保持する第1の圧力調整部と、前記第2の可動式ステージの下側の前記第2の空間の圧力を、前記造形空間の圧力より高く保持する第2の圧力調整部と、を備える、積層造形装置。
[2] 前記台座の上面から下方に形成された柱状の第3の空間を有する第3のガイド室と、前記第3のガイド室の内壁に沿って移動し、かつ、前記層の造形を行った後の前記粉体材料が載置される第3の可動式ステージと、前記第3の可動式ステージの下側の前記第3の空間に前記シールドガスを供給する第4の供給管と、をさらに備える、[1]の積層造形装置。
[3] 前記第3の可動式ステージの下側の前記第3の空間の圧力を、前記造形空間の圧力より高く保持する第3の圧力調整部をさらに備える、[2]の積層造形装置。
[4] 前記第2の可動式ステージの下側の前記第2の空間に供給されるシールドガスを加熱するヒーターをさらに備える、[1]~[3]のいずれかの積層造形装置。
[5] 前記第1の可動式ステージの下側の前記第1の空間に供給された前記シールドガス及び前記第2の可動式ステージの下側の前記第2の空間に供給された前記シールドガスの少なくとも一方を前記造形空間に供給する第5の供給管をさらに備える、[1]~[4]のいずれかの積層造形装置。
[6] [1]~[5]のいずれかの積層造形装置を用いる積層造形方法であり、前記層の造形及び積層を行う際に、前記第1の空間に前記シールドガスを供給し、前記第1の可動式ステージの下側の前記第1の空間の圧力を、前記造形空間の圧力より高く保持する、積層造形方法。
[7] [1]~[5]のいずれかの積層造形装置を用いる積層造形方法であり、前記粉体材料を前記第1の可動式ステージから前記第2の可動式ステージに供給する際に、前記第2の可動式ステージの下側の前記第2の空間の圧力を、前記造形空間の圧力より高く保持する、積層造形方法。
[8] [4]の積層造形装置を用いる積層造形方法であり、前記層の造形及び積層を行う前に、前記第2の可動式ステージの上面の温度以下に前記シールドガスを加熱する、積層造形方法。
The present invention has the following configurations.
[1] A laminated molding apparatus in which a layer in which a powder material is sintered or melted and solidified is formed by supplying heat, and the layers are laminated to form a laminated model, which is provided in a chamber and the chamber. A pedestal, a first guide chamber having a columnar first space formed downward from the upper surface of the pedestal, and a second guide having a columnar second space formed downward from the upper surface of the pedestal. A first movable stage that moves along the inner wall of the first guide chamber and on which the powder material before forming the layer is placed, and the second guide chamber. A second movable stage that moves along the inner wall of the powder material and is sintered or melt-solidified of the powder material, and a space above the second movable stage and of the layer. The shield gas in the first supply pipe for supplying the shield gas for reducing the oxygen gas in the modeling space where the modeling is performed to the modeling space and the first space below the first movable stage. Below the second supply pipe for supplying gas, the third supply pipe for supplying the shield gas to the second space below the second movable stage, and the first movable stage. The modeling section holds the pressure in the first space on the side higher than the pressure in the modeling space, and the pressure in the second space below the second movable stage. A laminated molding apparatus including a second pressure adjusting unit that keeps the pressure higher than the pressure in the space.
[2] The third guide chamber having a columnar third space formed below the upper surface of the pedestal and the inner wall of the third guide chamber are moved to form the layer. A third movable stage on which the powder material is placed, and a fourth supply pipe for supplying the shield gas to the third space below the third movable stage. The laminated molding apparatus according to [1].
[3] The laminated modeling apparatus according to [2], further comprising a third pressure adjusting unit that holds the pressure in the third space below the third movable stage higher than the pressure in the modeling space.
[4] The laminated molding apparatus according to any one of [1] to [3], further comprising a heater for heating a shield gas supplied to the second space below the second movable stage.
[5] The shield gas supplied to the first space below the first movable stage and the shield gas supplied to the second space below the second movable stage. The laminated modeling apparatus according to any one of [1] to [4], further comprising a fifth supply pipe for supplying at least one of the above to the modeling space.
[6] It is a laminated modeling method using any of the laminated modeling devices of [1] to [5], and when the layers are formed and laminated, the shield gas is supplied to the first space and the shield gas is supplied. A laminated modeling method in which the pressure in the first space below the first movable stage is held higher than the pressure in the modeling space.
[7] A laminated modeling method using any of the laminated modeling devices of [1] to [5], when the powder material is supplied from the first movable stage to the second movable stage. , A laminated modeling method in which the pressure in the second space below the second movable stage is held higher than the pressure in the modeling space.
[8] A laminating molding method using the laminating modeling apparatus according to [4], wherein the shield gas is heated to a temperature equal to or lower than the temperature of the upper surface of the second movable stage before the layer is formed and laminated. Modeling method.
本発明によれば、チャンバー内の造形が行われる空間の成分組成を一定に保つことができ、機械的物性に優れ、形状の劣化が低減される積層造形物を製造でき、装置のメンテナンスの手間が軽減され、粉体材料の装置内部の侵入による装置の故障を低減できる積層造形装置が提供される。 According to the present invention, it is possible to keep the component composition of the space in which the molding is performed in the chamber constant, to manufacture a laminated molded product having excellent mechanical properties and reducing deterioration of the shape, and it is troublesome to maintain the apparatus. Provided is a laminated modeling device capable of reducing device failure due to intrusion of powder material into the device.
以下、一実施形態例について図面を参照しながら詳細に説明する。以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。 Hereinafter, an example embodiment will be described in detail with reference to the drawings. In the drawings used in the following description, in order to make the features easy to understand, the featured parts may be enlarged for convenience, and the dimensional ratios of the respective components may not be the same as the actual ones.
<積層造形装置>
図1は、本実施形態例に係る積層造形装置の構成を示す模式断面図である。図1に示す積層造形装置1は、粉体材料Mが焼結又は溶融固化した層を熱の供給によって造形し、前記層を積層して積層造形物Xとする装置である。
図1に示すように積層造形装置1は、チャンバー2と台座3と第1のガイド室4と第2のガイド室5と第3のガイド室6と第1の可動式ステージ7と第2の可動式ステージ8と第3の可動式ステージ9とヒーター10とブレード11と第1の圧力調整部12と第2の圧力調整部13と第3の圧力調整部14とシールドガスの供給源15と第1の供給管L1と第2の供給管L2と第3の供給管L3と第4の供給管L4と第5の供給管L5を備える。加えて、積層造形装置1は図示略のレーザー発振器と光学系をさらに備える。
<Laminate modeling equipment>
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of the laminated modeling apparatus according to the present embodiment. The
As shown in FIG. 1, the
図示略のレーザー発振器は、レーザーを照射できる形態であれば特に限定されない。レーザー発振器は、レーザーを図示略の光学系を経由させてチャンバー2内に照射する。これにより積層造形装置1は、レーザーが照射された位置の粉体材料Mを焼結又は溶融固化することができる。その結果、粉体材料Mの焼結物又は粉体材料Mの溶融固化物を含む層(以下、「造形層」と記す。)が造形される。
The laser oscillator (not shown) is not particularly limited as long as it can irradiate a laser. The laser oscillator irradiates the
図示略の光学系は、レーザー発振器から粉体材料Mに照射されるレーザーの位置をあらかじめ入力されたデータにしたがって制御できる形態であれば、特に限定されない。光学系としては、例えば、一以上の反射鏡を有する形態が挙げられる。
積層造形装置1は、あらかじめ入力されたデータにしたがって図示略の光学系を制御することで、粉体材料Mへのレーザーの照射位置を制御できる。これにより、積層造形装置は、任意の形状に造形層を造形できる。
The optical system (not shown) is not particularly limited as long as the position of the laser irradiated from the laser oscillator to the powder material M can be controlled according to the data input in advance. Examples of the optical system include a form having one or more reflecting mirrors.
The
粉体材料Mとしては、カーボン、ホウ素、マグネシウム、カルシウム、クロム、銅、鉄、マンガン、モリブテン、コバルト、ニッケル、ハフニウム、ニオブ、チタン、アルミニウム等の各種の金属及びこれらの合金の粉末が例示される。
粉体材料Mが粒子状である場合、粉体材料Mの粒子は特に限定されないが、例えば10~200μm程度とすることができる。
Examples of the powder material M include powders of various metals such as carbon, boron, magnesium, calcium, chromium, copper, iron, manganese, molybdenum, cobalt, nickel, hafnium, niobium, titanium and aluminum, and powders of alloys thereof. To.
When the powder material M is in the form of particles, the particles of the powder material M are not particularly limited, but may be, for example, about 10 to 200 μm.
チャンバー2は、粉体材料Mにレーザーを照射して焼結又は溶融固化することで造形層を造形し、造形層を積層する操作が繰り返し行われる容器である。チャンバー2は、台座3を収容している。
チャンバー2内の上方の造形空間Kには、シールドガスが第1の供給管L1を介してシールドガスの供給源15から供給される。造形空間Kは、造形層の造形及び積層が行われる空間であり、かつ、チャンバー2内の第2の可動式ステージ8の上側の空間である。
第1の供給管L1は、チャンバー2内の造形空間Kにシールドガスを供給する。第1の供給管L1は、第1の端部がシールドガスの供給源15と接続され、第2の端部がチャンバー2内の造形空間Kで開口している。
The
The shield gas is supplied from the shield
The first supply pipe L1 supplies the shield gas to the modeling space K in the
シールドガスは、チャンバー2内の造形空間Kの酸素ガスを低減するためのガスである。シールドガスとしては、窒素ガス、ヘリウムガス、アルゴンガス及びこれらの任意の組み合わせを含む混合ガス等が挙げられる。
シールドガスの組成は、通常、一定の組成成分で構成される。よって、造形空間Kにシールドガスを供給することで、必要量のエネルギーのレーザー等を粉体材料に安定して照射することができ、一定の性質の層を確実に造形できる。加えて、造形空間Kへのシールドガスの供給により、造形層の造形及び積層の際に粉体材料Mの周囲の雰囲気中の酸素ガス濃度をできる限り低減できる。そのため、積層造形物Xの機械的物性等を高め、形状の劣化を低減できる。
The shield gas is a gas for reducing the oxygen gas in the modeling space K in the
The composition of the shield gas is usually composed of certain compositional components. Therefore, by supplying the shield gas to the modeling space K, it is possible to stably irradiate the powder material with a laser or the like having a required amount of energy, and it is possible to reliably form a layer having a certain property. In addition, by supplying the shield gas to the modeling space K, the oxygen gas concentration in the atmosphere around the powder material M can be reduced as much as possible during the modeling and laminating of the modeling layer. Therefore, the mechanical properties of the laminated model X can be improved and the deterioration of the shape can be reduced.
台座3は、チャンバー2内に設けられている。台座3は、粉体材料Mの貯蔵、供給、回収、粉体材料Mへの熱の供給による造形、造形層の積層等の積層造形物Xの製造のための操作を行うためのものである。
本実施形態例においては、台座3の上面3aに第1のガイド室4と第2のガイド室5と第3のガイド室6とが形成されている。第1のガイド室4、第2のガイド室5、第3のガイド室6は、いずれも柱状の空間を有する。柱状の空間の形状は、特に限定されない。その形状は、例えば、円柱状でもよく、多角柱状等でもよい。
The
In the present embodiment, the
第1のガイド室4は、台座3の上面3aから下方に形成された柱状の第1の空間4aを有する。第1の空間4aは、第1の可動式ステージ7によって上側の空間と下側の空間とに区切られている。第1の可動式ステージ7の上側には造形層の造形を行う前の粉体材料Mが載置される。
このように、第1のガイド室4は、第1の可動式ステージ7の上側の第1の空間4aに未使用の粉体材料Mを貯蔵している。第1のガイド室4は粉体材料Mの貯蔵室であるとも言える。
The
As described above, the
第1の可動式ステージ7は、上下動可能な第1の可動棒7aに支持されている。第1の可動棒7aの上下動により、第1の可動式ステージ7は第1のガイド室4の内壁4bに沿って上下方向に移動する。第1の可動式ステージ7が上方向に移動することで、第1の可動式ステージ7の上面に載置された粉体材料Mが台座3の上面3aより上側にはみ出すことになる。この台座3の上面3aより上側にはみ出した第1の可動式ステージ7上の粉体材料Mをブレード11の左右方向の移動によって第2の可動式ステージ8の上側に搬送する。
The first
第2の供給管L2は、第1の可動式ステージ7の下側の第1の空間4aにシールドガスを供給する。第2の供給管L2は、第1の端部が第1の供給管L1と接続され、第2の端部が第1の可動式ステージ7の下側の第1の空間4aと接続されている。
The second supply pipe L2 supplies the shield gas to the
ヒーター10は、第2の可動式ステージ8の下側の第2の空間5aに供給されるシールドガスを加熱する。ヒーター10は、第2の供給管L2に設けられている。本実施形態例では、後述のように第3の供給管L3が第2の供給管L2と接続され、第4の供給管L4が第3の供給管L3を介して第2の供給管L2と接続されている。そのため、ヒーター10は、第2の空間5aに供給されるシールドガスに加えて、第1の空間4aに供給されるシールドガス及び第3の空間6aに供給されるシールドガスを加熱できる。
ただし、ヒーターの構成は、第2の可動式ステージ8の下側の第2の空間5aに供給されるシールドガスを加熱できる形態であれば特に限定されず、本実施形態例に限定されない。
The
However, the configuration of the heater is not particularly limited as long as it can heat the shield gas supplied to the
第2のガイド室5は、台座3の上面3aから下方に形成された柱状の第2の空間5aを有する。第2の空間5aは、第2の可動式ステージ8によって上側の空間と下側の空間とに区切られている。
第2の可動式ステージ8は、上下動可能な第2の可動棒8aに支持されている。第2の可動棒8aの上下動により、第2の可動式ステージ8は第2のガイド室5の内壁5bに沿って上下方向に移動する。
第2の可動式ステージ8の上側には、第1のガイド室4からブレード11によって供給された、粉体材料Mが載置される。第1のガイド室4から供給された未使用の粉体材料Mは、熱の供給、すなわち、レーザー等の照射により焼結又は溶融固化し、造形層となる。このように、第2の可動式ステージ8では粉体材料Mの焼結又は溶融固化が行われる。
The
The second
The powder material M supplied by the
第2の可動式ステージ8の上面には図示略のベースプレートが載置されている。ベースプレートは、積層造形物を載置するための板である。レーザー等の照射前においては、ベースプレートの上側には、未使用の粉体材料Mが敷き詰められている。そのため、ベースプレートは、積層造形物の最下層を構成する造形層と接触することになる。ここで、積層造形物Xの最下層を構成する造形層とは、積層造形物を製造する際に最初に粉体材料Mに照射されるレーザーによって造形される造形層である。
A base plate (not shown) is placed on the upper surface of the second
積層造形物Xの最下層が造形された後、第2の可動式ステージ8が下方向に移動する。その後、第1のガイド室4から未使用の粉体材料Mが第2の可動式ステージ8の上側に供給される。この状態で第2の可動式ステージ8の上側に新たに供給された、粉体材料Mにレーザー等を照射すると、新たに供給された粉体材料Mがすでに造形された造形層の上側でさらに造形される。これにより、新たな造形層がすでに造形された造形層の上側に積層される。
このように、第2のガイド室5では、第2の可動式ステージ8の上側の造形空間Kにおける造形層の造形及び積層が行われる。第2のガイド室5は造形室であるとも言える。
After the bottom layer of the laminated model X is modeled, the second
In this way, in the
第2の可動式ステージ8の上側の造形空間Kにおいて、造形層の造形及び積層を繰り返すことで、任意の形状の造形層を積層し、任意の三次元構造の積層造形物Xを製造できる。具体的には、第2の可動棒8aが下方向に移動して第2の可動式ステージ8が下降し、第1の可動式ステージ7上から新たな粉体材料Mが供給され、レーザー等の照射を繰り返す。これにより、造形層の積層を繰り返すことができる。そして積層造形物Xが完成する頃には、積層造形物Xの上端の位置が台座3の上面3aと同じ高さとなるような位置まで、第2の可動式ステージ8が下降する。
あらかじめ入力されたデータに基づくレーザー等の照射が終わり、積層造形物Xが完成したら、積層造形物Xを回収する。積層造形物Xの回収後には、第2の可動式ステージ8が台座3の上面3aと同じ高さまで上昇し、造形層の造形を行った後の粉体材料をブレード11によって第3の可動式ステージ9及び第3のガイド室6に搬送する。
By repeating the modeling and laminating of the modeling layers in the modeling space K above the second
When the irradiation of the laser or the like based on the data input in advance is completed and the laminated model X is completed, the laminated model X is collected. After the laminated model X is recovered, the second
造形層の造形を行った後の粉体材料は、第2の可動式ステージ8上でレーザーの照射がされなかった部分に残った粉体材料である。第2の可動式ステージ8上でレーザーが照射された粉体材料Mの周囲の粉体材料は、レーザー等が直接照射されていないとしても、レーザー等の照射部位から伝導する高熱によって変質していることがある。そのため、レーザー等が照射された粉体材料Mの周囲の粉体材料を、造形層の造形を行った後の粉体材料として、第3の可動式ステージ9及び第3のガイド室6に搬送する。
The powder material after the modeling of the modeling layer is the powder material remaining on the portion of the second
第3の供給管L3は、第2の可動式ステージ8の下側の第2の空間5aにシールドガスを供給する。第3の供給管L3は、第1の端部が第2の供給管L2と接続され、第2の端部が第2の可動式ステージ8の下側の第2の空間5aと接続されている。
The third supply pipe L3 supplies the shield gas to the
第3のガイド室6は、台座3の上面から下方に形成された柱状の第3の空間6aを有する。第3の空間6aは、第3の可動式ステージ9によって上側の空間と下側の空間とに区切られている。
第3の可動式ステージ9は、上下動可能な第3の可動棒9aに支持されている。第3の可動棒9aの上下動により、第3の可動式ステージ9は第3のガイド室6の内壁6bに沿って上下方向に移動する。
第3の可動式ステージ9の上側には、第2の可動式ステージ8からブレード11によって供給された、造形層の造形を行った後の粉体材料が載置される。
このように第3のガイド室6は、第3の可動式ステージ9の上側の第3の空間6aに使用後の粉体材料を貯蔵している。そのため、第3のガイド室6は、使用後の粉体材料を回収するための回収室であるとも言える。
The
The third
On the upper side of the third
As described above, the
第4の供給管L4は、第3の可動式ステージ9の下側の第3の空間6aにシールドガスを供給する。第4の供給管L4は、第1の端部が第3の供給管L3と接続され、第2の端部が第3の可動式ステージ9の下側の第3の空間6aと接続されている。
The fourth supply pipe L4 supplies the shield gas to the
本実施形態例においては、第5の供給管L5は下記の(1)、(2)、(3)のシールドガスを造形空間Kに供給する。
(1)第1の可動式ステージ7の下側の第1の空間4aに供給されたシールドガス。
(2)第2の可動式ステージ8の下側の第2の空間5aに供給されたシールドガス。
(3)第3の可動式ステージ9の下側の第3の空間6aに供給されたシールドガス。
なお、他の実施形態例においては、第5の供給管は、上記の(1)のシールドガス及び(2)のシールドガスの少なくとも一方のシールドガスを造形空間Kに供給する形態でもよく、(1)のシールドガス、(2)のシールドガス及び(3)のシールドガスからなる群から選ばれる少なくとも一つのシールドガスを造形空間Kに供給する形態でもよい。
In the present embodiment, the fifth supply pipe L5 supplies the shield gas of the following (1), (2), and (3) to the modeling space K.
(1) Shield gas supplied to the
(2) Shield gas supplied to the
(3) Shield gas supplied to the
In another embodiment, the fifth supply pipe may supply at least one of the shield gas of (1) and the shield gas of (2) to the modeling space K (). At least one shield gas selected from the group consisting of the shield gas of 1), the shield gas of (2), and the shield gas of (3) may be supplied to the modeling space K.
第5の供給管L5の第1の端部は3つに分岐し、分岐したそれぞれの端部L5a,L5b,L5cが第1の空間4a、第2の空間5a、第3の空間6aのそれぞれと接続されている。第5の供給管L5の第2の端部は、チャンバー2内の造形空間Kに接続されている。これにより、第5の供給管L5は、上述の(1)、(2)、(3)のそれぞれのシールドガスを、第1の空間4a、第2の空間5a、第3の空間6aのそれぞれから取り出し、造形空間Kに供給できる。
The first end of the fifth supply pipe L5 is branched into three, and the branched ends L5a, L5b, and L5c are the
第1の圧力調整部12は、第1の可動式ステージ7の下側の第1の空間4aの圧力を、造形空間Kの圧力より高く保持する。第1の圧力調整部12は、圧力計P1とバルブV1を有する。
The first
圧力計P1は、第1の可動式ステージ7の下側の第1の空間4aの圧力を測定できる。圧力計P1は、測定結果に基づいてバルブV1の開度を決定し、バルブV1に指示できる。バルブV1は、第5の供給管L5の分岐した第1の端部L5aに設けられている。
圧力計P1とバルブV1とは互いに電気的に接続されている。これにより、圧力計P1の計測値、バルブV1の開度の指示信号等の情報を圧力計P1とバルブV1との間で互いに送受信できる。
The pressure gauge P1 can measure the pressure in the
The pressure gauge P1 and the valve V1 are electrically connected to each other. As a result, information such as the measured value of the pressure gauge P1 and the instruction signal of the opening degree of the valve V1 can be transmitted to and received from each other between the pressure gauge P1 and the valve V1.
バルブV1は、第1の可動式ステージ7の下側の第1の空間4aの圧力値に基づいて、弁の開度を自動的に調節できる。これにより、第1の可動式ステージ7の下側の第1の空間4aの圧力を、造形空間Kの圧力より高く保持できる。ここで、造形空間Kの圧力は、例えば、造形空間K内の圧力を測定するための圧力計(図示略)で測定可能である。
バルブV1は、弁の開度を連続的に変化させてもよく、段階的に変化させてもよい。
The valve V1 can automatically adjust the opening degree of the valve based on the pressure value of the
The valve V1 may continuously change the opening degree of the valve or may change it stepwise.
第2の圧力調整部13は、第2の可動式ステージ8の下側の第2の空間5aの圧力を、造形空間Kの圧力より高く保持する。第2の圧力調整部13は、圧力計P2とバルブV2を有する。
The second
圧力計P2は、第2の可動式ステージ8の下側の第2の空間5aの圧力を測定できる。圧力計P2は、測定結果に基づいてバルブV2の開度を決定し、バルブV2に指示できる。バルブV2は、第5の供給管L5の分岐した第1の端部L5bに設けられている。
圧力計P2とバルブV2とは互いに電気的に接続されている。これにより、圧力計P2の計測値、バルブV2の開度の指示信号等の情報を圧力計P2とバルブV2との間で互いに送受信できる。
The pressure gauge P2 can measure the pressure in the
The pressure gauge P2 and the valve V2 are electrically connected to each other. As a result, information such as the measured value of the pressure gauge P2 and the instruction signal of the opening degree of the valve V2 can be transmitted to and received from each other between the pressure gauge P2 and the valve V2.
バルブV2は、第2の可動式ステージ8の下側の第2の空間5aの圧力値に基づいて、弁の開度を自動的に調節できる。これにより、第2の可動式ステージ8の下側の第2の空間5aの圧力を、造形空間Kの圧力より高く保持できる。
バルブV2は、弁の開度を連続的に変化させてもよく、段階的に変化させてもよい。
The valve V2 can automatically adjust the opening degree of the valve based on the pressure value of the
The valve V2 may continuously change the opening degree of the valve or may change it stepwise.
第3の圧力調整部14は、第3の可動式ステージ9の下側の第3の空間6aの圧力を、造形空間Kの圧力より高く保持する。第3の圧力調整部14は、圧力計P3とバルブV3を有する。
The third
圧力計P3は、第3の可動式ステージ9の下側の第3の空間6aの圧力を測定できる。圧力計P3は、測定結果に基づいてバルブV3の開度を決定し、バルブV3に指示できる。バルブV3は、第5の供給管L5の分岐した第1の端部L5cに設けられている。
圧力計P3とバルブV3とは互いに電気的に接続されている。これにより、圧力計P3の計測値、バルブV3の開度の指示信号等の情報を圧力計P3とバルブV3との間で互いに送受信できる。
The pressure gauge P3 can measure the pressure in the
The pressure gauge P3 and the valve V3 are electrically connected to each other. As a result, information such as the measured value of the pressure gauge P3 and the instruction signal of the opening degree of the valve V3 can be transmitted to and received from each other between the pressure gauge P3 and the valve V3.
バルブV3は、第3の可動式ステージ9の下側の第3の空間6aの圧力値に基づいて、弁の開度を自動的に調節できる。これにより、第3の可動式ステージ9の下側の第3の空間6aの圧力を、造形空間Kの圧力より高く保持できる。
バルブV3は、弁の開度を連続的に変化させてもよく、段階的に変化させてもよい。
The valve V3 can automatically adjust the opening degree of the valve based on the pressure value of the
The valve V3 may continuously change the opening degree of the valve or may change it stepwise.
第1の圧力調整部は、第1の可動式ステージ7の下側の第1の空間4aの圧力を、造形空間Kの圧力より高く保持できる形態であれば特に限定されない。すなわち、第1の圧力調整部の構成は、本実施形態例に限定されない。第2の圧力調整部、第3の圧力調整部についても同様である。
The first pressure adjusting unit is not particularly limited as long as it can hold the pressure of the
(積層造形方法)
以上説明した積層造形装置1を用いて、図1を参照しながら本実施形態例に係る積層造形方法について具体的に説明する。
本実施形態例に係る積層造形方法は、粉体材料Mが焼結又は溶融固化した造形層を熱の供給によって造形し、前記造形層を積層して積層造形物Xとする、積層造形物の製造方法であるとも言える。
(Laminate modeling method)
Using the
The laminated molding method according to the present embodiment is a laminated molding method in which a molding layer obtained by sintering or melting and solidifying a powder material M is formed by supplying heat, and the molding layers are laminated to form a laminated molding X. It can be said that it is a manufacturing method.
まず、造形層の造形及び積層を行う前に、シールドガスの供給源15からチャンバー2内の造形空間Kと各可動式ステージ7,8,9の下側の各空間4a,5a,6aにシールドガスを供給する。これにより、レーザー等による熱の供給前にチャンバー2内から(特に、各可動式ステージ7,8,9の下側の各空間4a,5a,6aから)残留ガスを充分にパージでき、酸素ガスの濃度をきわめて低水準まで低くすることができる。加えて、各可動式ステージ7,8,9上にある粉体材料M及び積層造形物X内に混入し得る残留ガスを充分にパージできるため、積層造形物Xの機械的物性がよくなる。
First, before modeling and laminating the modeling layer, the shield
造形層の造形及び積層を行う前には、第2の可動式ステージ8の上面の温度以下にシールドガスを加熱することが好ましい。すなわち、ヒーター10による加熱温度は、第2の可動式ステージ8の上面の温度、すなわち、図示略のベースプレートの温度以下が好ましい。これにより、ベースプレートの加熱時間を短縮でき、粉体材料Mの表面に吸着した水分を乾燥によって除去できる。そのため、積層造形物の生産効率がよくなり、かつ、積層造形物Xの機械的物性がさらによくなる。
また、ヒーター10によって加熱したシールドガスを各空間4a,5a,6aのそれぞれに供給することで、各可動式ステージ7,8,9のそれぞれを加熱できる。そのため、各可動式ステージ7,8,9の上側に貯蔵されている粉体材料Mの表面に吸着した水分を乾燥によって除去できる。
特に、第1の可動式ステージ7の上側に貯蔵された粉体材料Mの水分を除去することで、積層造形物Xの機械強度等の低下をさらに低減でき、積層造形物Xの機械的物性がさらによくなる。加えて、第3の可動式ステージ9の上側に貯蔵された粉体材料Mの水分を除去することで、第3の可動式ステージ9の粉体材料Mを再利用して積層造形物Xを製造する際に、積層造形物Xの機械的物性がさらによくなる。
Before forming and laminating the forming layer, it is preferable to heat the shield gas to a temperature equal to or lower than the temperature of the upper surface of the second
Further, by supplying the shield gas heated by the
In particular, by removing the water content of the powder material M stored on the upper side of the first
次いで、造形空間K内の酸素ガス及び残留ガスを充分にパージした後、第2の可動式ステージ8への粉体材料Mの供給、レーザー等の照射を開始し、造形層の造形及び積層を順次行う。
造形層の造形及び積層を行う際にも、シールドガスの供給源15からチャンバー2内の造形空間Kと各可動式ステージ7,8,9の下側の各空間4a,5a,6aにシールドガスを供給することが好ましい。これにより、造形層の造形及び積層の際には造形空間Kと各空間4a,5a,6aの雰囲気中の組成成分を一致させることができるため、チャンバー内の雰囲気中の成分組成が安定し、必要量のエネルギーのレーザー等を粉体材料に安定して照射することができる。その結果、一定の性質の層を確実に造形できる。
Next, after sufficiently purging the oxygen gas and the residual gas in the modeling space K, the supply of the powder material M to the second
When modeling and laminating the modeling layer, the shielding gas is also generated from the shield
造形層の造形及び積層を行う際には、各可動式ステージ7,8,9の下側の各空間4a,5a,6a内は、所定の圧力で制御され、造形空間Kより高い圧力に保持される。そのため、レーザー等の照射以外の操作(例えば、粉体材料Mの第1の可動式ステージ7から第2の可動式ステージ8への供給等)においても、各可動式ステージ7,8,9の下側の各空間4a,5a,6a内を常にシールドガスで満たすことが可能である。よって、2回目のレーザー等の照射の以降の造形時に各可動式ステージ7,8,9の下側の各空間4a,5a,6aを再度パージする必要がない。
また、各可動式ステージ7,8,9の下側の空間4a,5a,6aが造形空間Kに対して陽圧となるため、1回目の造形が終了後に2回目の造形を行う際に、各可動式ステージ7,8,9の下側の空間4a,5a,6aは、シールドガスで満たされている。したがって、2回目の造形を行う際に、各可動式ステージ7,8,9の下側の各空間4a,5a,6aを再度パージする必要がない。
このように、各空間4a,5a,6aの再パージが不要となることから、空間4a,5a,6aのシールドガスによる再パージを行う場合と比較して、シールドガスの使用量を低減でき、低コストで積層造形物を製造できる点も積層造形装置1の利点である。
また、各可動式ステージ7,8,9の下側の空間4a,5a,6aが造形空間Kに対して陽圧となるため、各可動式ステージ7,8,9上から各空間4a,5a,6aへの粉末侵入を防止することができる。その結果、各空間4a,5a,6aの掃除の頻度が低減され、粉末侵入による装置の稼働時の故障を減らすことができる。
When modeling and laminating the modeling layer, the inside of each
Further, since the
As described above, since it is not necessary to re-purge each
Further, since the
本発明の効果がさらに顕著となることから、造形層の造形及び積層を行う際には、第1の圧力調整部12によって、第1の可動式ステージ7の下側の第1の空間4aの圧力を、造形空間Kの圧力より常に高く保持することが望ましい。ただし、本発明はこれに限定されない。第2の圧力調整部13、第3の圧力調整部14についても同様に、各可動式ステージ8,9の下側の空間4a,5aの圧力を、造形空間Kの圧力より常に高く保持することが望ましいが、本発明はこれに限定されない。
Since the effect of the present invention becomes more remarkable, when the modeling layer is formed and laminated, the first
(作用効果)
以上説明した積層造形装置1は、造形空間Kの酸素ガスを低減するためのシールドガスを造形空間Kに供給する第1の供給管L1と、第1の可動式ステージ7の下側の第1の空間4aにシールドガスを供給する第2の供給管L2と、第2の可動式ステージ8の下側の第2の空間5aにシールドガスを供給する第3の供給管L3とを備える。そのため、造形空間Kと各空間4a,5a,6aの雰囲気中の組成成分を一致させることができ、チャンバー2内の雰囲気中の成分組成を一定に保つことができる。加えて、チャンバー2内の雰囲気中の成分組成が安定し、必要量のエネルギーのレーザー等を粉体材料に安定して照射することができるため、一定の性質の層を確実に造形できる。
(Action effect)
In the
さらに、各可動式ステージ7,8,9の下側の空間4a,5a,6aにシールドガスを供給することで、チャンバー2内から各空間4a,5a,6a内の残留ガスを充分にパージできる。そのため、各可動式ステージの上下動の際に残留ガス由来の酸素ガスが造形空間Kに混入しにくくなり、酸素ガスの濃度をきわめて低水準まで低くすることができる。
したがって、積層造形装置1によれば、機械的物性に優れ、形状の劣化が低減された積層造形物を製造できる。
Further, by supplying the shield gas to the
Therefore, according to the
加えて、積層造形装置1は、第1の可動式ステージ7の下側の第1の空間4aの圧力を、造形空間Kの圧力より高く保持する第1の圧力調整部12と第2の可動式ステージ8の下側の第2の空間5aの圧力を、造形空間Kの圧力より高く保持する第2の圧力調整部13とを備える。そのため、粉体材料が各可動式ステージ7,8,9と各ガイド室4,5,6の内壁との隙間を通って、造形空間K側から各ガイド室の各空間4a,5a,6a側に落下することがほとんどない。その結果、落下した粉体材料の清掃のための装置のメンテナンスの手間が軽減され、粉体材料の装置内部の侵入が少なく、装置の故障を低減できる。
In addition, the
積層造形装置1は、第1の可動式ステージ7の下側の第1の空間4aに供給されたシールドガス及び第2の可動式ステージ8の下側の第2の空間5aに供給されたシールドガスの少なくとも一方を造形空間Kに供給する第5の供給管L5をさらに備える。そのため、積層造形装置1によれば、各空間4a,5a,6aの残留ガスを効果的にパージできることから、造形空間Kから酸素ガスをパージする際に使用するシールドガスの使用量が少なくなる。
したがって、従来の装置と比較してシールドガスに関する費用を低減でき、低コストで積層造形物を製造できる点も積層造形装置1の利点である。
The
Therefore, it is also an advantage of the
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、本発明はかかる特定の実施の形態に限定されない。また、本発明は特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内で、構成の付加、省略、置換及びその他の変更が加えられてよい。 Although some embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to such specific embodiments. Further, the present invention may be added, omitted, replaced or otherwise modified within the scope of the gist of the present invention described in the claims.
1…積層造形装置、2…チャンバー、3…台座、4,5,6…ガイド室、7,8,9…可動式ステージ、10…ヒーター、11…ブレード、12、13、14…圧力調整部、15…シールドガスの供給源、D…残留ガス、K…造形空間、L1,L2,L3,L4,L5…供給管、P1,P2,P3…圧力計、V1,V2,V3…バルブ、X…積層造形物。 1 ... Laminated modeling device, 2 ... Chamber, 3 ... Pedestal, 4, 5, 6 ... Guide room, 7, 8, 9 ... Movable stage, 10 ... Heater, 11 ... Blade, 12, 13, 14 ... Pressure adjustment unit , 15 ... Shield gas supply source, D ... Residual gas, K ... Modeling space, L1, L2, L3, L4, L5 ... Supply pipe, P1, P2, P3 ... Pressure gauge, V1, V2, V3 ... Valve, X … Laminated model.
Claims (8)
チャンバーと、
前記チャンバー内に設けられた台座と、
前記台座の上面から下方に形成された柱状の第1の空間を有する第1のガイド室と、
前記台座の上面から下方に形成された柱状の第2の空間を有する第2のガイド室と、
前記第1のガイド室の内壁に沿って移動し、かつ、前記層の造形を行う前の前記粉体材料が載置される第1の可動式ステージと、
前記第2のガイド室の内壁に沿って移動し、かつ、前記粉体材料の焼結又は溶融固化が行われる第2の可動式ステージと、
前記第2の可動式ステージの上側の空間であり、かつ、前記層の造形が行われる造形空間の酸素ガスを低減するためのシールドガスを、前記造形空間に供給する第1の供給管と、
前記第1の可動式ステージの下側の前記第1の空間に前記シールドガスを供給する第2の供給管と、
前記第2の可動式ステージの下側の前記第2の空間に前記シールドガスを供給する第3の供給管と、
前記第1の可動式ステージの下側の前記第1の空間の圧力を、前記造形空間の圧力より高く保持する第1の圧力調整部と、
前記第2の可動式ステージの下側の前記第2の空間の圧力を、前記造形空間の圧力より高く保持する第2の圧力調整部と、
を備える、積層造形装置。 A laminated modeling device that forms a layer in which a powder material is sintered or melted and solidified by supplying heat, and then laminates the layers to form a laminated model.
With the chamber
The pedestal provided in the chamber and
A first guide chamber having a columnar first space formed below the upper surface of the pedestal, and a first guide chamber.
A second guide chamber having a columnar second space formed below the upper surface of the pedestal, and a second guide chamber.
A first movable stage that moves along the inner wall of the first guide chamber and on which the powder material before forming the layer is placed.
A second movable stage that moves along the inner wall of the second guide chamber and in which the powder material is sintered or melted and solidified.
A first supply pipe that supplies a shield gas to the modeling space, which is a space above the second movable stage and for reducing oxygen gas in the modeling space in which the layer is modeled.
A second supply pipe that supplies the shield gas to the first space below the first movable stage,
A third supply pipe that supplies the shield gas to the second space below the second movable stage,
A first pressure adjusting unit that holds the pressure in the first space below the first movable stage higher than the pressure in the modeling space.
A second pressure adjusting unit that holds the pressure in the second space below the second movable stage higher than the pressure in the modeling space.
A laminated modeling device.
前記第3のガイド室の内壁に沿って移動し、かつ、前記層の造形を行った後の前記粉体材料が載置される第3の可動式ステージと、
前記第3の可動式ステージの下側の前記第3の空間に前記シールドガスを供給する第4の供給管と、
をさらに備える、請求項1に記載の積層造形装置。 A third guide chamber having a columnar third space formed below the upper surface of the pedestal, and a third guide chamber.
A third movable stage that moves along the inner wall of the third guide chamber and on which the powder material is placed after the layer has been formed.
A fourth supply pipe that supplies the shield gas to the third space below the third movable stage,
The laminated modeling apparatus according to claim 1.
前記層の造形及び積層を行う際に、前記第1の空間に前記シールドガスを供給し、前記第1の可動式ステージの下側の前記第1の空間の圧力を、前記造形空間の圧力より高く保持する、積層造形方法。 It is a laminated modeling method using the laminated modeling apparatus according to any one of claims 1 to 5.
When the layers are formed and laminated, the shield gas is supplied to the first space, and the pressure in the first space below the first movable stage is higher than the pressure in the forming space. Laminated modeling method that holds high.
前記粉体材料を前記第1の可動式ステージから前記第2の可動式ステージに供給する際に、前記第2の可動式ステージの下側の前記第2の空間の圧力を、前記造形空間の圧力より高く保持する、積層造形方法。 It is a laminated modeling method using the laminated modeling apparatus according to any one of claims 1 to 5.
When the powder material is supplied from the first movable stage to the second movable stage, the pressure in the second space below the second movable stage is applied to the modeling space. Laminated molding method that keeps the pressure higher than the pressure.
前記層の造形及び積層を行う前に、前記第2の可動式ステージの上面の温度以下に前記シールドガスを加熱する、積層造形方法。 It is a laminated modeling method using the laminated modeling device according to claim 4.
A laminated modeling method in which the shield gas is heated to a temperature equal to or lower than the temperature of the upper surface of the second movable stage before the layers are formed and laminated.
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