JP7157888B1 - LAMINATED STRUCTURE MANUFACTURING APPARATUS, LAMINATED STRUCTURE MANUFACTURING METHOD - Google Patents

LAMINATED STRUCTURE MANUFACTURING APPARATUS, LAMINATED STRUCTURE MANUFACTURING METHOD Download PDF

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Abstract

【課題】任意の積層領域において冷却速度を促進する制御が可能となり、冷却速度の制御によって所望の金属組織を発現させやすい積層構造物の製造装置および製造方法を提供する。【解決手段】レーザ発振機と、金属粉末Msの噴射口と、チャンバーと、チャンバー内に位置する造形ステージと、金属層または製造途中の積層構造物の温度を測定する複数の測温プローブ5と、金属層または製造途中の積層構造物の温度を調整する1以上の温度調整プローブ6と、を備える、積層構造物の製造装置。【選択図】図11An object of the present invention is to provide an apparatus and method for manufacturing a laminated structure, which enables control to accelerate the cooling rate in an arbitrary laminated region and easily develops a desired metallographic structure by controlling the cooling rate. A laser oscillator, an injection port for metal powder Ms, a chamber, a modeling stage positioned in the chamber, and a plurality of temperature measuring probes 5 for measuring the temperature of a metal layer or a laminated structure during manufacture. , one or more temperature adjustment probes 6 for adjusting the temperature of the metal layer or the laminate structure during fabrication. [Selection drawing] Fig. 11

Description

本発明は、積層構造物の製造装置、積層構造物の製造方法に関する。 The present invention relates to a laminated structure manufacturing apparatus and a laminated structure manufacturing 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三次元造形物を作製する積層構造物の製造方法が知られている。例えば、任意のCAD(Computer Aided Design)データに基づいてエネルギー線の照射により得られる金属層を順次積層し、三次元構造物として任意の形状の積層構造物を製造できる。付加製造技術は、航空機関連部材を含む産業機器分野や医療機器分野等に適用され、有望な技術として注目されている。 There is an additive manufacturing technology called Additive Manufacturing. As an example of the additive manufacturing technology, a method for manufacturing a laminated structure is known, in which layers of resin, metal, or the like are modeled and the modeled layers are stacked to produce a three-dimensional model. For example, metal layers obtained by irradiating energy beams are successively laminated based on arbitrary CAD (Computer Aided Design) data to manufacture a laminated structure having an arbitrary shape as a three-dimensional structure. Additive manufacturing technology has been applied to the industrial equipment field including aircraft-related parts, the medical equipment field, and the like, and is attracting attention as a promising technology.

近年では、三次元構造物の任意形状を制御するだけではなく、三次元構造物の結晶組織を制御することが提案されている。三次元構造物の結晶組織は、機械的特性を制御する点で重要である。優先的な結晶方位を持つ結晶組織によれば、ヤング率、降伏応力、耐疲労性等の異方性を積層構造物に付与できる。また、結晶の微細化によれば、降伏応力、硬度等の異方性を付与できる。 In recent years, it has been proposed to control not only the arbitrary shape of a three-dimensional structure but also the crystal structure of the three-dimensional structure. The crystalline texture of the three-dimensional structure is important in controlling mechanical properties. A crystal structure having a preferential crystal orientation can impart anisotropy such as Young's modulus, yield stress, and fatigue resistance to a laminated structure. In addition, anisotropic properties such as yield stress and hardness can be imparted by miniaturization of crystals.

一例として、結晶組織の制御のために製造途中の積層構造物の冷却速度を制御することが提案されている。付加製造技術の分野において、冷却速度を制御する積層構造物の製造装置として下記の(1)~(4)のものが提案されている。
(1)外部熱制御装置として誘導コイルを使用して、製造途中の積層構造物の温度および加熱速度を制御することで、方向性凝固または単結晶ミクロ組織を有する積層構造物を得る装置(例えば、特許文献1)。
(2)積層構造物の各層を積層する前の予熱または各層を積層した後の再加熱のために、エネルギー線の照射源を制御し、積層構造物中の任意の層領域の温度勾配を制御する装置(例えば、特許文献2)。
(3)エネルギー線によって形成されるメルトプールの実凝固速度に基づいて処理パラメータ(エネルギー線のパワーレベル、メルトプール内に粉体を堆積させる速度、エネルギー線の処理速度、滞留時間の導入、基板の温度等)を調整し、溶融金属の凝固速度を制御する装置(例えば、特許文献3)。メルトプールの実凝固速度は、メルトプールの温度をカメラで測定し、メルトプールの遷移領域の物理パラメータを定量化し、その物理パラメータとエネルギー線の処理速度との比較に基づいて決定される。
(4)トーチで形成される溶着ビードの温度を監視する温度監視処理と、溶着ビードの温度に基づいた第1の間隔をあけてトーチに対して打撃ツールを追従させ、溶着ビードを打撃するピーニング処理とを行う装置(例えば、特許文献4)。溶着ビードを打撃するピーニング処理を行う際に、冷却機構を備えた打撃ツールによって冷却速度を制御できる。
As an example, it has been proposed to control the cooling rate of a laminated structure during manufacture in order to control the crystal structure. In the field of additive manufacturing technology, the following (1) to (4) have been proposed as laminated structure manufacturing apparatuses that control the cooling rate.
(1) A device that uses an induction coil as an external thermal control device to control the temperature and heating rate of the laminated structure during fabrication to obtain a laminated structure with a directional solidification or single crystal microstructure (e.g. , Patent Document 1).
(2) For preheating before laminating each layer of the laminated structure or reheating after laminating each layer, the irradiation source of the energy beam is controlled, and the temperature gradient of any layer region in the laminated structure is controlled. device (for example, Patent Document 2).
(3) Processing parameters based on the actual solidification speed of the melt pool formed by the energy beam (energy beam power level, speed of depositing powder in the melt pool, energy beam processing speed, introduction of residence time, substrate temperature, etc.) to control the solidification speed of the molten metal (for example, Patent Document 3). The actual solidification rate of the melt pool is determined based on measuring the temperature of the melt pool with a camera, quantifying a physical parameter in the transition region of the melt pool, and comparing the physical parameter with the processing rate of the energy beam.
(4) A temperature monitoring process for monitoring the temperature of the welding bead formed by the torch, and peening for hitting the welding bead by causing the striking tool to follow the torch at a first interval based on the temperature of the welding bead. A device that performs processing (for example, Patent Document 4). A cooling rate can be controlled by a striking tool having a cooling mechanism during the peening treatment for striking the welding bead.

しかし、(1)の装置は、積層構造物全体の冷却速度を制御するものである。そのため、積層構造物内の任意の箇所において冷却速度を調整できない。
(2)の装置は、エネルギー線の照射源を制御して各層に与える熱量を制御するものである。そのため、温度勾配の制御の対象となる層領域の目標温度が低い場合、冷却能力が不足する。この場合、冷却によって目標温度に到達する時間が相対的に長くなり、より短時間で目標温度に到達させないと発現しないような金属組織を得るための制御ができない。
(3)の装置のようなプロセスパラメータの制御では、冷却速度を促進できず、自然冷却に近い冷却速度が限界となる。そのため、より高い冷却速度でしか発現しないような金属組織を得るための制御ができない。
(4)の装置において粉末床溶融(Powder Bed Fusion:PBF)方式を採用した場合、打撃ツールの使用によって溶融部以外の金属の粉末層が打撃の衝撃により乱れ、レーザ照射前の粉末層の形成および積層構造物の造形の妨げになる。また、指向性エネルギー堆積(Directed Energy Deposition:DED)方式を採用した場合には、打撃の衝撃により、供給される粉末が乱れ、金属層の形成および積層構造物の造形の妨げになる。
However, the device (1) controls the cooling rate of the entire laminated structure. Therefore, the cooling rate cannot be adjusted at any point in the laminated structure.
The device (2) controls the amount of heat given to each layer by controlling the irradiation source of the energy beam. Therefore, if the target temperature of the layer region whose temperature gradient is to be controlled is low, the cooling capacity will be insufficient. In this case, it takes a relatively long time to reach the target temperature by cooling, and it is not possible to obtain a metal structure that does not develop unless the target temperature is reached in a shorter time.
The control of process parameters as in the apparatus of (3) cannot accelerate the cooling rate, and the limit is the cooling rate close to natural cooling. Therefore, it is not possible to control to obtain a metal structure that is developed only at a higher cooling rate.
When the powder bed fusion (PBF) method is adopted in the apparatus of (4), the powder layer of the metal other than the melted portion is disturbed by the impact of the impact due to the use of the impact tool, and the powder layer is formed before laser irradiation. And it interferes with the fabrication of laminated structures. Moreover, when a directed energy deposition (DED) method is employed, the impact of impact disturbs the supplied powder, hindering the formation of the metal layer and the shaping of the laminated structure.

一方で、金属溶接の分野においては、特許文献5に示すように、ジュール・トムソン効果により空気を冷却し、溶接部に吹き付けて冷却する方法が知られてはいる。しかし、この方法をPBF方式の金属3Dプリンターに適用すると、冷媒を吹き付けることで溶融部以外の金属粉末が飛散し、レーザ照射前の粉末層の形成および積層構造物の造形の妨げになる。また、DED方式の金属3Dプリンターに適用すると、冷媒を吹き付けることで供給される粉末が乱れ、金属層の形成および積層構造物の造形の妨げになる。 On the other hand, in the field of metal welding, as shown in Patent Document 5, a method is known in which air is cooled by the Joule-Thomson effect and blown to the welded portion for cooling. However, when this method is applied to a PBF type metal 3D printer, the metal powder other than the melted portion scatters due to the spraying of the coolant, which hinders the formation of the powder layer and the modeling of the laminated structure before laser irradiation. In addition, when applied to a DED metal 3D printer, spraying the coolant disturbs the supplied powder, hindering the formation of the metal layer and the modeling of the laminated structure.

以上説明したように、従来、製造途中の積層構造物の冷却速度を制御することは提案されているものの、従来の手法では、任意の積層領域において冷却速度を促進できず、結果として所望の金属組織を発現させにくい、という問題がある。また、金属溶接の分野において充分な冷却速度を実現するための冷却手法は、金属3Dプリンターへの適用が困難である、という問題もある。 As described above, conventionally, it has been proposed to control the cooling rate of a laminated structure in the process of manufacturing. There is a problem that it is difficult to express tissue. In addition, there is also the problem that it is difficult to apply a cooling method for realizing a sufficient cooling rate in the field of metal welding to a metal 3D printer.

特許第6216881号公報Japanese Patent No. 6216881 特表2019-518873号公報Japanese Patent Application Publication No. 2019-518873 特表2020-523476号公報Japanese Patent Publication No. 2020-523476 特開2019-141854号公報JP 2019-141854 A 特公昭61-3595号公報Japanese Patent Publication No. 61-3595

本発明は、任意の積層領域において冷却速度を促進する制御が可能となり、冷却速度の制御によって所望の金属組織を発現させやすい積層構造物の製造装置および製造方法を提供する。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention provides a manufacturing apparatus and manufacturing method for a laminated structure that enables control to accelerate the cooling rate in an arbitrary laminated region and facilitates the development of a desired metallographic structure by controlling the cooling rate.

本発明は下記の態様を有する。
[1] エネルギー線を照射した部分に金属粉末を噴射して形成した金属層を複数重ねて積層構造物を得る、指向性エネルギー堆積方式の製造装置であって、
エネルギー線の照射源と、
金属粉末の噴射口と、
チャンバーと、
前記チャンバー内に位置する造形ステージと、
前記金属層または製造途中の前記積層構造物の温度を測定する1以上の測温プローブと、
前記金属層または製造途中の前記積層構造物の温度を調整する1以上の温度調整プローブと、
を備え、
前記温度調整プローブが、ジュール・トムソン効果を利用して前記金属層または製造途中の前記積層構造物の温度を調整し、
前記温度調整プローブから排出されるガスが流れる排出ラインと、前記チャンバー内に供給されるシールドガスが流れるシールドガス供給ラインとが接続されている、積層構造物の製造装置。
[2] エネルギー線を照射した部分に金属粉末を噴射して形成した金属層を複数重ねて積層構造物を得る、指向性エネルギー堆積方式の製造装置であって、
エネルギー線の照射源と、
金属粉末の噴射口と、
チャンバーと、
前記チャンバー内に位置する造形ステージと、
前記金属層または製造途中の前記積層構造物の温度を測定する1以上の測温プローブと、
前記金属層または製造途中の前記積層構造物の温度を調整する1以上の温度調整プローブと、
を備え、
前記温度調整プローブが、液化ガスを利用して前記金属層または製造途中の前記積層構造物を冷却し、
前記温度調整プローブから排出されるガスが流れる排出ラインと、前記チャンバー内に供給されるシールドガスが流れるシールドガス供給ラインとが接続されている、積層構造物の製造装置。
[3] エネルギー線が照射される前の金属粉末を貯留する貯留部をさらに有し、
前記貯留部の内部、及び前記貯留部から前記噴射口への金属粉末の供給経路の少なくとも一方に、前記温度調整プローブの少なくとも1つが埋め込まれている、[1]または[2]に記載の積層構造物の製造装置。
[4] アークを発生させた部分に金属ワイヤーを供給して形成した金属層を複数重ねて積層構造物を得る、ワイヤーアーク積層造形方式の製造装置であって、
アークを発生させるトーチと、
金属ワイヤーの供給装置と、
チャンバーと、
前記チャンバー内に位置する造形ステージと、
前記金属層または製造途中の前記積層構造物の温度を測定する1以上の測温プローブと、
前記金属層または製造途中の前記積層構造物の温度を調整する1以上の温度調整プローブと、
を備え、
前記温度調整プローブが、ジュール・トムソン効果を利用して前記金属層または製造途中の前記積層構造物の温度を調整し、
前記温度調整プローブから排出されるガスが流れる排出ラインと、前記チャンバー内に供給されるシールドガスが流れるシールドガス供給ラインとが接続されている、積層構造物の製造装置。
[5] アークを発生させた部分に金属ワイヤーを供給して形成した金属層を複数重ねて積層構造物を得る、ワイヤーアーク積層造形方式の製造装置であって、
アークを発生させるトーチと、
金属ワイヤーの供給装置と、
チャンバーと、
前記チャンバー内に位置する造形ステージと、
前記金属層または製造途中の前記積層構造物の温度を測定する1以上の測温プローブと、
前記金属層または製造途中の前記積層構造物の温度を調整する1以上の温度調整プローブと、
を備え、
前記温度調整プローブが、液化ガスを利用して前記金属層または製造途中の前記積層構造物を冷却し、
前記温度調整プローブから排出されるガスが流れる排出ラインと、前記チャンバー内に供給されるシールドガスが流れるシールドガス供給ラインとが接続されている、積層構造物の製造装置。
[6] 前記供給装置の内部、及び前記供給装置から金属ワイヤーの供給経路の少なくとも一方に、前記温度調整プローブの少なくとも1つが埋め込まれている、[4]または[5]に記載の積層構造物の製造装置。
[7] 前記温度調整プローブの少なくとも1つが、その先端が前記チャンバー内に配置されるように伸縮自在に設置されている、[1]~[6]のいずれかに記載の積層構造物の製造装置。
[8] [1]~[7]のいずれかに記載の積層構造物の製造装置を用いて積層構造物を製造する方法であり、
前記測温プローブおよび前記温度調整プローブを用いることで、前記金属層または製造途中の前記積層構造物の冷却速度を制御する、積層構造物の製造方法。
また、本発明は下記の態様を有する。
[11] 金属粉末にエネルギー線を照射して形成した金属層を複数重ねて積層構造物を得る製造装置であって;エネルギー線の照射源と;チャンバーと;前記チャンバー内で上下方向に移動可能な金属粉末のパウダーベッドを有する造形ステージと;前記金属層または製造途中の前記積層構造物の温度を測定する1以上の測温プローブと;前記金属層または製造途中の前記積層構造物の温度を調整する1以上の温度調整プローブと;を備え;前記測温プローブの少なくとも1つおよび前記温度調整プローブの少なくとも1つが、前記造形ステージの前記パウダーベッドを構成する部分の内部に埋め込まれている、積層構造物の製造装置。
[12] 前記造形ステージが、エネルギー線が照射される前の金属粉末を貯留する貯留部をさらに有し;前記造形ステージの前記貯留部を構成する部分の内部に、前記温度調整プローブの少なくとも1つが埋め込まれている、[11]の積層構造物の製造装置。
[13] 前記温度調整プローブが、ジュール・トムソン効果を利用して前記金属層または製造途中の前記積層構造物の温度を調整する、[11]または[12]の積層構造物の製造装置。
[14] 前記温度調整プローブが、液化ガスを利用して前記金属層または製造途中の前記積層構造物を冷却する、[11]~[13]のいずれかの積層構造物の製造装置。
[15] 前記温度調整プローブから排出されるガスが流れる排出ラインと、前記チャンバー内に供給されるシールドガスが流れるシールドガス供給ラインとが接続されている、[13]または[14]の積層構造物の製造装置。
[16] 前記温度調整プローブの少なくとも1つが、その先端が前記チャンバー内に配置されるように伸縮自在に設置されている、[11]~[15]のいずれかの積層構造物の製造装置。
[17] [11]~[16]のいずれかの積層構造物の製造装置を用いて積層構造物を製造する方法であり;前記造形ステージの前記パウダーベッドを構成する部分の内部に埋め込まれた前記測温プローブおよび前記温度調整プローブを用いることで、前記金属層または製造途中の前記積層構造物の冷却速度を制御する、積層構造物の製造方法。
The present invention has the following aspects.
[1] A directional energy deposition type manufacturing apparatus for obtaining a laminated structure by stacking a plurality of metal layers formed by spraying metal powder onto a portion irradiated with an energy beam,
an irradiation source of energy rays;
a metal powder injection port;
a chamber;
a modeling stage located within the chamber;
one or more temperature probes for measuring the temperature of the metal layer or the laminated structure during fabrication;
one or more temperature regulating probes for regulating the temperature of the metal layer or the laminated structure during fabrication;
with
the temperature regulating probe utilizes the Joule-Thomson effect to regulate the temperature of the metal layer or the laminated structure being fabricated;
An apparatus for manufacturing a laminated structure, wherein a discharge line through which the gas discharged from the temperature adjustment probe flows is connected to a shield gas supply line through which the shield gas supplied into the chamber flows.
[2] A directional energy deposition type manufacturing apparatus for obtaining a laminated structure by stacking a plurality of metal layers formed by spraying metal powder onto a portion irradiated with an energy beam,
an irradiation source of energy rays;
a metal powder injection port;
a chamber;
a modeling stage located within the chamber;
one or more temperature probes for measuring the temperature of the metal layer or the laminated structure during fabrication;
one or more temperature regulating probes for regulating the temperature of the metal layer or the laminated structure during fabrication;
with
the temperature control probe uses a liquefied gas to cool the metal layer or the laminated structure being fabricated;
An apparatus for manufacturing a laminated structure, wherein a discharge line through which the gas discharged from the temperature adjustment probe flows is connected to a shield gas supply line through which the shield gas supplied into the chamber flows.
[3] further having a reservoir for storing the metal powder before being irradiated with the energy beam;
The laminate according to [1] or [2], wherein at least one of the temperature adjustment probes is embedded in at least one of the inside of the reservoir and the supply path of the metal powder from the reservoir to the injection port. Structure manufacturing equipment.
[4] A wire arc lamination molding method manufacturing apparatus for obtaining a laminated structure by stacking a plurality of metal layers formed by supplying a metal wire to a portion where an arc is generated,
a torch for generating an arc;
a metal wire feeding device;
a chamber;
a modeling stage located within the chamber;
one or more temperature probes for measuring the temperature of the metal layer or the laminated structure during fabrication;
one or more temperature regulating probes for regulating the temperature of the metal layer or the laminated structure during fabrication;
with
the temperature regulating probe utilizes the Joule-Thomson effect to regulate the temperature of the metal layer or the laminated structure being fabricated;
An apparatus for manufacturing a laminated structure, wherein a discharge line through which the gas discharged from the temperature adjustment probe flows is connected to a shield gas supply line through which the shield gas supplied into the chamber flows.
[5] A wire arc lamination molding method manufacturing apparatus for obtaining a laminated structure by stacking a plurality of metal layers formed by supplying a metal wire to a portion where an arc is generated,
a torch for generating an arc;
a metal wire feeding device;
a chamber;
a modeling stage located within the chamber;
one or more temperature probes for measuring the temperature of the metal layer or the laminated structure during fabrication;
one or more temperature regulating probes for regulating the temperature of the metal layer or the laminated structure during fabrication;
with
the temperature control probe uses a liquefied gas to cool the metal layer or the laminated structure being fabricated;
An apparatus for manufacturing a laminated structure, wherein a discharge line through which the gas discharged from the temperature adjustment probe flows is connected to a shield gas supply line through which the shield gas supplied into the chamber flows.
[6] The laminated structure according to [4] or [5], wherein at least one of the temperature control probes is embedded in at least one of the inside of the supply device and the supply route of the metal wire from the supply device. manufacturing equipment.
[7] Manufacture of the laminated structure according to any one of [1] to [6], wherein at least one of the temperature control probes is telescopically installed so that its tip is placed in the chamber. Device.
[8] A method for manufacturing a laminated structure using the laminated structure manufacturing apparatus according to any one of [1] to [7],
A method for manufacturing a laminated structure, wherein the cooling rate of the metal layer or the laminated structure being manufactured is controlled by using the temperature measuring probe and the temperature adjusting probe.
Moreover, this invention has the following aspects.
[11] A manufacturing apparatus for obtaining a laminated structure by stacking a plurality of metal layers formed by irradiating metal powder with an energy ray, comprising; an energy ray irradiation source; a chamber; and being vertically movable within the chamber. one or more temperature probes for measuring the temperature of the metal layer or the partially fabricated laminate structure; and measuring the temperature of the metal layer or the partially fabricated laminate structure. one or more temperature adjustment probes for adjustment; at least one of the temperature measurement probes and at least one of the temperature adjustment probes are embedded inside a portion of the modeling stage that constitutes the powder bed; Manufacturing equipment for laminated structures.
[12] The modeling stage further has a reservoir for storing the metal powder before being irradiated with the energy beam; The laminated structure manufacturing apparatus of [11], in which one is embedded.
[13] The laminated structure manufacturing apparatus according to [11] or [12], wherein the temperature adjustment probe utilizes the Joule-Thomson effect to adjust the temperature of the metal layer or the laminated structure being manufactured.
[14] The laminated structure manufacturing apparatus according to any one of [11] to [13], wherein the temperature control probe uses liquefied gas to cool the metal layer or the laminated structure being manufactured.
[15] The laminate structure of [13] or [14], in which an exhaust line through which gas exhausted from the temperature adjustment probe flows is connected to a shield gas supply line through which shield gas supplied into the chamber flows. Equipment for manufacturing things.
[16] The laminated structure manufacturing apparatus according to any one of [11] to [15], wherein at least one of the temperature control probes is telescopically installed so that its tip is disposed in the chamber.
[17] A method of manufacturing a laminated structure using the laminated structure manufacturing apparatus according to any one of [11] to [16]; A method for manufacturing a laminated structure, wherein the cooling rate of the metal layer or the laminated structure being manufactured is controlled by using the temperature measuring probe and the temperature adjusting probe.

本発明によれば、任意の積層領域において冷却速度を促進する制御が可能となり、冷却速度の制御によって所望の金属組織を発現させやすい積層構造物の製造装置および製造方法が提供される。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the control which accelerates|stimulates a cooling rate in arbitrary lamination|stacking area|regions is attained, and the manufacturing apparatus and manufacturing method of the laminated structure which can easily develop a desired metal structure by controlling a cooling rate are provided.

積層構造物の製造装置の一例の概略を示す模式図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a schematic diagram which shows the outline of an example of the manufacturing apparatus of laminated structure. 図1の積層構造物の製造装置の動作を説明するための示す模式図である。FIG. 2 is a schematic diagram for explaining the operation of the laminated structure manufacturing apparatus of FIG. 1 ; 温度調整プローブ、測温プローブの一例を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating an example of a temperature control probe and a temperature measurement probe. 温度調整プローブの一例の概略を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the outline of an example of a temperature control probe. 温度調整プローブの一例の概略を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the outline of an example of a temperature control probe. 積層構造物の製造装置の他の一例の概略を示す模式図である。FIG. 3 is a schematic diagram showing another example of the apparatus for manufacturing a laminated structure; 積層構造物の製造装置の他の一例の概略を示す模式図である。FIG. 3 is a schematic diagram showing another example of the apparatus for manufacturing a laminated structure; 図7の製造装置の造形ステージの貯留部を説明するための示す模式図である。FIG. 8 is a schematic diagram for explaining a storage section of the modeling stage of the manufacturing apparatus of FIG. 7; 積層構造物の製造装置の他の一例の概略を示す模式図である。FIG. 3 is a schematic diagram showing another example of the apparatus for manufacturing a laminated structure; DED方式の製造装置における温度調整プローブ、測温プローブの動作を説明するための示す模式図である。FIG. 4 is a schematic diagram for explaining the operation of a temperature adjusting probe and a temperature measuring probe in a DED manufacturing apparatus; DED方式の製造装置における温度調整プローブ、測温プローブの動作を説明するための示す模式図である。FIG. 4 is a schematic diagram for explaining the operation of a temperature adjusting probe and a temperature measuring probe in a DED manufacturing apparatus; WAAM方式の製造装置における温度調整プローブ、測温プローブの動作を説明するための示す模式図である。FIG. 4 is a schematic diagram for explaining the operation of the temperature adjusting probe and the temperature measuring probe in the WAAM manufacturing apparatus; WAAM方式の製造装置における温度調整プローブ、測温プローブの動作を説明するための示す模式図である。FIG. 4 is a schematic diagram for explaining the operation of the temperature adjusting probe and the temperature measuring probe in the WAAM manufacturing apparatus;

本明細書において、数値範囲を示す「~」は、その前後に記載された数値を下限値および上限値として含むことを意味する。 In the present specification, "-" indicating a numerical range means that the numerical values before and after it are included as lower and upper limits.

以下、一実施形態例を挙げて本発明の実施形態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 embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings by giving an embodiment example. In the drawings used in the following description, in order to make the features easier to understand, the characteristic parts may be shown enlarged for convenience, and the dimensional ratios of each component may not necessarily be the same as the actual ones.

図1は、一実施形態に係る積層構造物の製造装置の概略を示す模式図である。
図1に示す積層構造物の製造装置1Aは、エネルギー線の照射源を含む照射部2と、チャンバー3と、造形ステージ4と、複数の測温プローブ5A、5Bと、複数の温度調整プローブ6A、6Bと、図示略の制御部とを備える。
FIG. 1 is a schematic diagram showing an outline of a manufacturing apparatus for a laminated structure according to one embodiment.
A laminated structure manufacturing apparatus 1A shown in FIG. , 6B and a control unit (not shown).

照射部2はレーザ発振機14(エネルギー線の照射源)と光学系15とを有する。光学系15はレーザ発振機14からのレーザを反射し、造形ステージ4の金属粉末Mにレーザを走査しながら照射する。
光学系15はレーザ発振機14から金属粉体に照射されるレーザの反射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15は、例えば一以上の反射鏡で構成できる。
The irradiation unit 2 has a laser oscillator 14 (irradiation source of energy rays) and an optical system 15 . The optical system 15 reflects the laser from the laser oscillator 14 and irradiates the metal powder M on the modeling stage 4 while scanning the laser.
The optical system 15 is not particularly limited as long as it can control the reflection position of the laser beam emitted from the laser oscillator 14 to the metal powder according to previously input data. The optical system 15 can be composed of, for example, one or more reflectors.

レーザ発振機14、光学系15はいずれも図示略の制御部と電気的に接続されているため、照射部2は、図示略の制御部の指示にしたがって光学系15によるレーザの反射方向を制御できる。そして、照射部2はレーザの反射方向を光学系15によって制御し、レーザを走査して照射する。 Since both the laser oscillator 14 and the optical system 15 are electrically connected to a control unit (not shown), the irradiation unit 2 controls the direction of laser reflection by the optical system 15 according to instructions from the control unit (not shown). can. Then, the irradiation unit 2 controls the reflection direction of the laser by the optical system 15, and scans and irradiates the laser.

金属粉末は特に限定されない。例えば、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およびこれらの合金の粉末が挙げられる。
金属粉末の粒径も特に限定されない。例えば10~200μm程度とすることができる。
Metal powder is not particularly limited. Examples include powders of various metals such as carbon, boron, magnesium, calcium, chromium, copper, iron, manganese, molybdenum, cobalt, nickel, hafnium, niobium, titanium, aluminum, and alloys thereof.
The particle size of the metal powder is also not particularly limited. For example, it can be about 10 to 200 μm.

チャンバー3は、積層構造物の造形が行われる筐体である。チャンバー3の上方の側面は、図示略のシールドガス供給管が接続されている。シールドガス供給管はチャンバー3内にシールドガスを導入する。
シールドガスはレーザの照射の際にチャンバー3内の金属粉末の周囲に供給される気体である。シールドガスとしては不活性ガスが好ましく、アルゴンガスがより好ましい。
The chamber 3 is a housing in which the laminated structure is formed. An upper side surface of the chamber 3 is connected to a shield gas supply pipe (not shown). A shield gas supply pipe introduces a shield gas into the chamber 3 .
The shield gas is a gas supplied around the metal powder in the chamber 3 during laser irradiation. As the shield gas, an inert gas is preferred, and argon gas is more preferred.

造形ステージ4は、任意形状の金属層の形成と、形成した金属層の積層とを繰り返すための場である。造形ステージ4は、チャンバー3内に設けられている。造形ステージ4は、貯留部7とパウダーベッド8と回収部9とブレード10とを有する。ブレード10は、図中の水平方向に沿って往復移動する。 The modeling stage 4 is a place for repeating the formation of a metal layer of arbitrary shape and the lamination of the formed metal layers. A modeling stage 4 is provided in the chamber 3 . The modeling stage 4 has a reservoir 7 , a powder bed 8 , a recovery section 9 and a blade 10 . The blade 10 reciprocates along the horizontal direction in the figure.

貯留部7は、エネルギー線(レーザ)が照射される前の金属粉末Mを貯留する。貯留部7は、パウダーベッド8に供給するための金属粉末Mと、金属粉末Mが載置される第1の昇降台11とを有する。第1の昇降台11の上昇によって金属粉末Mが造形ステージ4の上面より上側に堆積する。堆積した金属粉末Mは、ブレード10によって図中の水平方向に沿って移動してパウダーベッド8に供給される。パウダーベッド8の金属粉末Mの表面はブレード10によって平坦に整えられる。 The storage part 7 stores the metal powder M before being irradiated with energy rays (laser). The reservoir 7 has a metal powder M for supplying to the powder bed 8 and a first lifting table 11 on which the metal powder M is placed. As the first platform 11 rises, the metal powder M is deposited above the upper surface of the modeling stage 4 . The deposited metal powder M is moved along the horizontal direction in the figure by the blade 10 and supplied to the powder bed 8 . The surface of the metal powder M on the powder bed 8 is flattened by the blade 10 .

パウダーベッド8は、金属粉末Mと、金属粉末Mが載置された第2の昇降台12と、第2の昇降台12の表面に載置された図示略のベースプレートとを有する。ベースプレートは、積層構造物を載置するための板である。
ブレード10、第1の昇降台11および第2の昇降台12は図示略の制御部と電気的に接続されている。そのためブレード10、第1の昇降台11は、制御部の指示にしたがって貯留部7の金属粉末をパウダーベッド8に供給できる。
The powder bed 8 has a metal powder M, a second lift table 12 on which the metal powder M is placed, and a base plate (not shown) placed on the surface of the second lift table 12 . A base plate is a plate for mounting a laminated structure.
The blade 10, the first platform 11 and the second platform 12 are electrically connected to a control unit (not shown). Therefore, the blade 10 and the first lifting platform 11 can supply the metal powder in the storage section 7 to the powder bed 8 according to the instruction of the control section.

第2の昇降台12は、図中の鉛直方向に沿って移動可能である。そのため、金属粉末のパウダーベッド8はチャンバー3内で上下方向に移動可能である。第2の昇降台12が上下方向に△h下降すると、厚さ△hの金属粉末Mの粉末層がパウダーベッド8に形成される。この第2の昇降台12の上下方向の下降距離△hは、積層構造物の各金属層のためのパウダーベッドの積層厚さ△hに対応する。
第2の昇降台12は図示略の制御部と電気的に接続されている。そのため第2の昇降台12は、制御部の指示にしたがってパウダーベッドの積層厚さ△hを制御できる。
The second platform 12 is movable along the vertical direction in the figure. Therefore, the powder bed 8 of metal powder is vertically movable within the chamber 3 . When the second platform 12 descends by Δh in the vertical direction, a powder layer of the metal powder M having a thickness of Δh is formed on the powder bed 8 . The vertical descent distance Δh of this second platform 12 corresponds to the stack thickness Δh of the powder bed for each metal layer of the stack structure.
The second platform 12 is electrically connected to a control section (not shown). Therefore, the second lifting platform 12 can control the lamination thickness Δh of the powder bed according to instructions from the control unit.

回収部9は、第3の昇降台13を有する。第3の昇降台13はz軸方向に沿って移動可能である。積層構造物の製造装置1Aにおいては、ブレード10によってパウダーベッド8を形成した際に、余剰な金属粉末を回収部9に回収できる。また、造形終了後の積層構造物を回収する際にも、造形ステージ4に残留した金属粉末をブレード10によって回収部9に移動させて回収できる。 The collection unit 9 has a third lift table 13 . The third lifting platform 13 is movable along the z-axis direction. In the laminated structure manufacturing apparatus 1</b>A, when the powder bed 8 is formed by the blade 10 , surplus metal powder can be recovered in the recovery section 9 . Also, when collecting the laminated structure after the completion of modeling, the metal powder remaining on the modeling stage 4 can be moved to the recovery section 9 by the blade 10 and recovered.

複数の測温プローブ5A、5Bは、金属層または製造途中の積層構造物20の温度を測定するためのものである。複数の測温プローブ5A、5Bは、その先端が金属層または製造途中の積層構造物20と接触することで、任意の金属層または製造途中の積層構造物20の任意領域の温度を測定できる。 A plurality of temperature measuring probes 5A and 5B are for measuring the temperature of the metal layer or the laminated structure 20 during manufacture. The plurality of temperature measuring probes 5A and 5B can measure the temperature of any metal layer or any region of the laminated structure 20 being manufactured by contacting the metal layer or the laminated structure 20 being manufactured with their tips.

複数の測温プローブ5A、5Bのうち、一部の測温プローブ5Aは造形ステージ4のパウダーベッド8を構成する部分の内部に埋め込まれ、パウダーベッド8内で伸縮自在に設置されている。そのため、測温プローブ5Aによって金属層または製造途中の積層構造物20の温度を測定したときに、レーザ照射前の粉末層の形成、金属層の形成および積層構造物20の造形の妨げになりにくい。
複数の測温プローブ5A、5Bのうち、測温プローブ5Bはチャンバー3内で伸縮自在に設置されている。測温プローブ5Bはチャンバー3内の雰囲気ガスの温度を測定できる。
各測温プローブは金属層または製造途中の積層構造物20の温度を測定できるものであれば特に限定されない。
A part of the temperature measuring probes 5A and 5B among the plurality of temperature measuring probes 5A and 5B is embedded inside the portion forming the powder bed 8 of the modeling stage 4 and is installed in the powder bed 8 so as to be extendable. Therefore, when the temperature of the metal layer or the laminated structure 20 in the process of being manufactured is measured by the temperature measuring probe 5A, the formation of the powder layer, the formation of the metal layer, and the shaping of the laminated structure 20 before laser irradiation are hardly hindered. .
Among the plurality of temperature measuring probes 5A and 5B, the temperature measuring probe 5B is installed in the chamber 3 so as to be extendable. The temperature measuring probe 5B can measure the temperature of the atmospheric gas in the chamber 3. FIG.
Each temperature measuring probe is not particularly limited as long as it can measure the temperature of the metal layer or the laminated structure 20 during manufacture.

複数の温度調整プローブ6A、6Bは、金属層または製造途中の積層構造物20の温度を調整するためのものである。複数の温度調整プローブ6A、6Bは、その先端が金属層または製造途中の積層構造物20と接触することで、任意の金属層または製造途中の積層構造物20の任意領域の温度を調整できる。温度調整プローブ6A、6Bは、金属層または製造途中の積層構造物20を加温してその温度を調整するものでもよく、金属層または製造途中の積層構造物20を冷却してその温度を調整するものでもよい。 A plurality of temperature adjustment probes 6A, 6B are for adjusting the temperature of the metal layer or the laminated structure 20 during manufacture. The plurality of temperature adjustment probes 6A and 6B can adjust the temperature of any metal layer or any region of the laminated structure 20 being manufactured by contacting the metal layer or the laminated structure 20 being manufactured with their tips. The temperature adjustment probes 6A and 6B may adjust the temperature by heating the metal layer or the laminated structure 20 in the process of production, or cool the metal layer or the laminated structure 20 in the process of production to adjust the temperature. It may be something to do.

複数の温度調整プローブ6A、6Bのうち、一部の温度調整プローブ6Aは造形ステージ4のパウダーベッド8を構成する部分の内部に埋め込まれ、パウダーベッド8内で伸縮自在に設置されている。そのため、温度調整プローブ6Aによって金属層または製造途中の積層構造物20の温度を調整したときに、レーザ照射前の粉末層の形成、金属層の形成および積層構造物20の造形の妨げになりにくい。
複数の温度調整プローブ6A、6Bのうち、温度調整プローブ6Bはチャンバー3内で伸縮自在に設置されている。温度調整プローブ6Bはチャンバー3内の雰囲気ガスの温度を加温または冷却して調整できる。
各温度調整プローブは、金属層または製造途中の積層構造物20を加温または冷却できるものであれば特に限定されない。
Of the plurality of temperature adjustment probes 6A and 6B, some of the temperature adjustment probes 6A are embedded inside the portion forming the powder bed 8 of the modeling stage 4 and are installed in the powder bed 8 so as to be able to expand and contract. Therefore, when the temperature of the metal layer or the laminated structure 20 in the process of being manufactured is adjusted by the temperature adjustment probe 6A, the formation of the powder layer before laser irradiation, the formation of the metal layer, and the shaping of the laminated structure 20 are hardly hindered. .
Among the plurality of temperature adjustment probes 6A and 6B, the temperature adjustment probe 6B is installed in the chamber 3 so as to be extendable. The temperature adjustment probe 6B can adjust the temperature of the atmospheric gas in the chamber 3 by heating or cooling it.
Each temperature adjustment probe is not particularly limited as long as it can heat or cool the metal layer or the laminated structure 20 during manufacture.

複数の測温プローブ5A、5Bおよび複数の温度調整プローブ6A、6Bは、図示略の制御部と電気的に接続されている。そのため、複数の測温プローブ5A、5Bと、複数の温度調整プローブ6A、6Bの動作と組み合わせることで、任意の金属層または製造途中の積層構造物20の任意領域の冷却速度を制御できる。つまり、レーザ照射後の金属層や製造途中の積層構造物20の任意領域に対し、複数の測温プローブ5A、5Bと、複数の温度調整プローブ6A、6Bが接触し、測温プローブで測定した温度に基づいて、温度調整プローブによって金属層や積層構造物20の冷却速度を制御できる。 The plurality of temperature measuring probes 5A, 5B and the plurality of temperature adjusting probes 6A, 6B are electrically connected to a control section (not shown). Therefore, by combining the operations of the plurality of temperature measuring probes 5A, 5B and the plurality of temperature adjusting probes 6A, 6B, the cooling rate of any metal layer or any region of the laminated structure 20 during manufacture can be controlled. In other words, a plurality of temperature measuring probes 5A and 5B and a plurality of temperature adjusting probes 6A and 6B were brought into contact with an arbitrary region of the metal layer after laser irradiation and the laminated structure 20 during manufacture, and the temperature was measured by the temperature measuring probes. Based on the temperature, the cooling rate of the metal layer or laminate structure 20 can be controlled by the temperature control probe.

図示略の制御部は、例えば、中央演算処理装置(CPU)とメモリとハードディスクドライブとを備えてもよい。ハードディスクドライブは、CADアプリケーションとCAMアプリケーションとを備えてもよい。この場合、制御部において所望の形状の積層構造物の三次元構造データを作成できる。CAMはComputer Aided Manufacturingの略語である。 The controller (not shown) may comprise, for example, a central processing unit (CPU), a memory and a hard disk drive. The hard disk drive may contain CAD and CAM applications. In this case, the three-dimensional structural data of the laminated structure having a desired shape can be created in the control section. CAM is an abbreviation for Computer Aided Manufacturing.

図示略の制御部は三次元構造データに基づいて加工条件データを作成する。加工条件データは、各金属層についてそれぞれ作成可能である。図示略の制御部は、加工条件データに基づいて照射部2(レーザ発振機14および光学系15)を制御し、レーザの出力、走査速度、走査間隔および照射位置を調整できる。 A control unit (not shown) creates processing condition data based on the three-dimensional structure data. Processing condition data can be created for each metal layer. A control unit (not shown) can control the irradiation unit 2 (the laser oscillator 14 and the optical system 15) based on the processing condition data to adjust the laser output, scanning speed, scanning interval and irradiation position.

エネルギー線を照射して形成した金属層を複数重ねて積層構造物を得るときの製造装置1Aの動作について、図1を参照して説明する。
レーザの照射前においては、図示略のシールドガス供給管からチャンバー3内にシールドガスを供給する。第1の昇降台11、第2の昇降台12、第3の昇降台13の下側の空洞部にもシールドガスを供給するとよい。これによりシールドガスが良好に充満する。
The operation of the manufacturing apparatus 1A when obtaining a laminate structure by stacking a plurality of metal layers formed by irradiating energy rays will be described with reference to FIG.
Before laser irradiation, a shield gas is supplied into the chamber 3 from a shield gas supply pipe (not shown). The shield gas may also be supplied to the hollow portions below the first platform 11 , the second platform 12 , and the third platform 13 . This allows the shield gas to fill well.

製造装置1Aにおいては、金属粉末にエネルギー線を照射して形成した金属層を複数重ねて積層構造物が製造される。積層構造物のCADデータに基づいて、パウダーベッドの形成、金属層の形成、金属層の積層が任意の回数繰り返される。
以下、一例として、パウダーベッドの形成、金属層の形成、金属層の積層をn回繰り返してn層の金属層を有する積層構造物を製造する場合を一例として説明する。ここでnは自然数である。
In the manufacturing apparatus 1A, a laminated structure is manufactured by stacking a plurality of metal layers formed by irradiating metal powder with energy rays. Formation of the powder bed, formation of the metal layer, and lamination of the metal layer are repeated an arbitrary number of times based on the CAD data of the laminated structure.
Hereinafter, as an example, a case of manufacturing a laminated structure having n metal layers by repeating the formation of a powder bed, the formation of a metal layer, and the lamination of metal layers n times will be described. where n is a natural number.

製造装置1Aにおいては、照射部2がレーザをパウダーベッド8の金属粉末に照射して照射位置の金属粉末Mを焼結または溶融固化する。そのため、金属粉末の焼結物の金属層または金属粉末の溶融固化物の金属層をパウダーベッド8に任意の形状に形成できる。
最初に照射されるレーザによって形成される1層目の層、すなわち最下層の金属層は、第2の昇降台12の表面のベースプレート(図示略)と接触する。次いで、1層目の金属層の上側に金属層が順次積層される。
In the manufacturing apparatus 1A, the irradiation unit 2 irradiates the metal powder on the powder bed 8 with laser to sinter or melt and solidify the metal powder M at the irradiation position. Therefore, a metal layer of sintered metal powder or a metal layer of molten solidified metal powder can be formed on the powder bed 8 in an arbitrary shape.
The first layer formed by the first irradiated laser, ie, the bottom metal layer, contacts the base plate (not shown) on the surface of the second platform 12 . Next, metal layers are successively laminated on the upper side of the first metal layer.

k層目のパウダーベッドの形成においては、貯留部7の金属粉末がブレード10によってk-1層目の金属層の表面に供給され、積層厚さ△hのパウダーベッドがk-1層目の金属層の上側に形成される。ここで、kは2以上n以下の自然数である。
この積層厚さ△hのパウダーベッドにレーザを照射し、k層目の金属層を形成する。k層目の金属層の形成においては、レーザ走査によって粉末層が焼結または溶融固化する。
その結果、k-1層目の金属層の上側にk層目の金属層が積層される。
In forming the k-th layer powder bed, the metal powder in the reservoir 7 is supplied to the surface of the k-1-th metal layer by the blade 10, and the powder bed having the lamination thickness Δh is formed on the k-1-th layer. It is formed on the upper side of the metal layer. Here, k is a natural number of 2 or more and n or less.
A laser beam is applied to the powder bed having a lamination thickness of Δh to form the k-th metal layer. In forming the k-th metal layer, the powder layer is sintered or melted and solidified by laser scanning.
As a result, the k-th metal layer is laminated on the k-1th metal layer.

このようにパウダーベッドの形成、金属層の形成および積層を繰り返すことで、金属層を複数重ねて積層構造物を製造できる。n層目の金属層の形成および積層が終わると、n層の金属層を有する積層構造物がベースプレートに載置された状態でチャンバー2内から回収される。 By repeating the formation of the powder bed, the formation of the metal layer, and the lamination, a multi-layered structure can be manufactured by stacking a plurality of metal layers. When the formation and lamination of the n-th metal layer are completed, the laminated structure having the n-layer metal layer is recovered from the chamber 2 while being placed on the base plate.

次に、積層構造物の冷却速度の制御をするときの製造装置1Aの動作について、図2、図3を参照して説明する。図2において、説明の簡略化のために照射部20の図示を省略する。
図2、図3に示すように、複数の測温プローブ5A、5Bが伸長し、それぞれのプローブの先端が製造途中の積層構造物20と接触している。また、複数の温度調整プローブ6A、6Bが伸長し、それぞれのプローブの先端が製造途中の積層構造物20と接触している。
図3に示すように、温度調整プローブ6A、6Bは、管路6aおよび管路6bからなる二重管構造を有し、内側の管路6aにガスが供給され、プローブの先端部分で内側の管路6aと外側の管路6bとが連通している。内側の管路6a内に供給されたガスは、プローブの先端で金属層等を加温または冷却し、外側の管路6b内に流れ、プローブ外に排出される。ここで、この排出ガスがシールドガスとして利用可能であるなら、当該排出ガスは図示略のシールドガス供給管を経由してチャンバー3内に供給されてもよい。
Next, the operation of the manufacturing apparatus 1A when controlling the cooling rate of the laminated structure will be described with reference to FIGS. 2 and 3. FIG. In FIG. 2, illustration of the irradiation unit 20 is omitted for simplification of explanation.
As shown in FIGS. 2 and 3, a plurality of temperature-measuring probes 5A and 5B are extended, and the tips of the respective probes are in contact with the laminated structure 20 during manufacture. Also, a plurality of temperature control probes 6A and 6B are extended, and the tips of the respective probes are in contact with the laminated structure 20 in the process of being manufactured.
As shown in FIG. 3, the temperature adjustment probes 6A and 6B have a double pipe structure consisting of a pipe line 6a and a pipe line 6b. Gas is supplied to the inner pipe line 6a. The conduit 6a and the outer conduit 6b are in communication. The gas supplied into the inner pipe line 6a heats or cools the metal layer or the like at the tip of the probe, flows into the outer pipe line 6b, and is discharged outside the probe. Here, if this exhaust gas can be used as a shield gas, the exhaust gas may be supplied into the chamber 3 via a shield gas supply pipe (not shown).

製造装置1Aは、制御部の指示にしたがい、測温プローブで測定した温度に基いて温度調整プローブを制御する。温度調整プローブは制御部の指示にしたがい、金属層または製造途中の積層構造物20を加温または冷却し、任意の金属層または製造途中の積層構造物20の任意領域の冷却速度を制御する。
測温プローブ5Aおよび温度調整プローブ6Aは、造形ステージ4のパウダーベッド8を構成する部分の内部に埋め込まれている。そのため、測温プローブ5Aおよび温度調整プローブ6Aによって、金属層または製造途中の積層構造物20の冷却速度を制御したとき、レーザ照射前の粉末層の形成、金属層の形成および積層構造物20の造形の妨げになりにくい。
The manufacturing apparatus 1A controls the temperature adjusting probe based on the temperature measured by the temperature measuring probe according to the instruction of the control section. The temperature adjustment probe heats or cools the metal layer or the laminated structure 20 in the process of being manufactured according to the instructions of the control unit, and controls the cooling rate of an arbitrary region of the metal layer or the laminated structure 20 in the middle of manufacture.
The temperature measuring probe 5A and the temperature adjusting probe 6A are embedded inside the portion forming the powder bed 8 of the modeling stage 4 . Therefore, when the cooling rate of the metal layer or the laminated structure 20 during manufacture is controlled by the temperature measuring probe 5A and the temperature adjusting probe 6A, the formation of the powder layer before laser irradiation, the formation of the metal layer, and the formation of the laminated structure 20 Hard to interfere with molding.

(作用効果)
以上説明した積層構造物の製造装置1Aは、金属層または製造途中の前記積層構造物の温度を測定する1以上の測温プローブ5A、5Bと、金属層または製造途中の前記積層構造物の温度を調整する1以上の温度調整プローブ6A、6Bとを備える。そのため、測温プローブ5A、5Bおよび温度調整プローブ6A、6Bを組み合わせることで、任意の金属層または製造途中の積層構造物の任意領域において冷却速度を促進する制御が可能となる。
加えて、積層構造物の製造装置1Aにおいては、複数の測温プローブ5A、5Bのうちの測温プローブ5Aが造形ステージ4のパウダーベッド8を構成する部分の内部に埋め込まれ、また、複数の温度調整プローブ6A、6Bのうち温度調整プローブ6Aが造形ステージ4のパウダーベッド8を構成する部分の内部に埋め込まれている。そのため、測温プローブ5Aおよび温度調整プローブ6Aによって冷却速度を制御すれば、レーザ照射前の粉末層の形成、金属層の形成および積層構造物の造形の妨げとならない。
(Effect)
The laminated structure manufacturing apparatus 1A described above includes one or more temperature measuring probes 5A and 5B for measuring the temperature of the metal layer or the laminated structure being manufactured, and the temperature of the metal layer or the laminated structure being manufactured. and one or more temperature adjustment probes 6A, 6B for adjusting the Therefore, by combining the temperature measuring probes 5A, 5B and the temperature adjusting probes 6A, 6B, it is possible to control the cooling rate in any metal layer or in any region of the laminated structure being manufactured.
In addition, in the laminated structure manufacturing apparatus 1A, the temperature measuring probe 5A out of the plurality of temperature measuring probes 5A and 5B is embedded inside the portion forming the powder bed 8 of the modeling stage 4. Of the temperature adjustment probes 6A and 6B, the temperature adjustment probe 6A is embedded inside the portion forming the powder bed 8 of the modeling stage 4. As shown in FIG. Therefore, if the cooling rate is controlled by the temperature measuring probe 5A and the temperature adjusting probe 6A, formation of the powder layer, the formation of the metal layer and the shaping of the laminated structure before laser irradiation will not be hindered.

また、製造装置1Aを用いる積層構造物の製造方法によれば、造形ステージ4のパウダーベッド8を構成する部分の内部に埋め込まれた測温プローブ5Aおよび温度調整プローブ6Aを用いることで、任意領域の金属層または製造途中の積層構造物20の冷却速度を制御できる。そのため、粉末層の形成、金属層の形成および積層構造物の造形を妨げることなく、任意の積層領域において冷却速度を促進する制御が可能となり、冷却速度の制御によって所望の金属組織を発現させやすくなる。 Further, according to the method for manufacturing a laminated structure using the manufacturing apparatus 1A, by using the temperature measuring probe 5A and the temperature adjusting probe 6A embedded inside the portion constituting the powder bed 8 of the modeling stage 4, any region can control the cooling rate of the metal layer or the laminate structure 20 during fabrication. Therefore, it is possible to control the cooling rate in an arbitrary lamination region without hindering the formation of the powder layer, the formation of the metal layer, and the shaping of the laminated structure, and it is easy to develop the desired metal structure by controlling the cooling rate. Become.

次に、温度調整プローブの一例について、図4、5を参照して説明する。
温度調整プローブは、充分な冷却速度を実現する点から、図4に一例を示すようなジュール・トムソン効果を利用して金属層または製造途中の積層構造物の温度を調整するものや、液化ガスを利用して金属層または製造途中の積層構造物を冷却するものが好ましい。
これらの温度調整プローブの使用により、冷却によって目標温度に到達する時間が相対的に短くなり、より短時間で目標温度に到達させないと発現しないような金属組織を得るための制御ができる。また、冷却速度を促進することでより高い冷却速度でしか発現しないような金属組織を得るための制御もできる。
Next, an example of a temperature adjustment probe will be described with reference to FIGS. 4 and 5. FIG.
From the viewpoint of realizing a sufficient cooling rate, the temperature adjustment probe is one that adjusts the temperature of the metal layer or the laminated structure in the process of production using the Joule-Thomson effect as shown in FIG. is preferably used to cool the metal layer or the laminated structure during fabrication.
By using these temperature adjustment probes, the time required to reach the target temperature by cooling is relatively shortened, and control can be performed to obtain a metal structure that does not develop unless the target temperature is reached in a shorter time. Also, by accelerating the cooling rate, it is possible to control to obtain a metal structure that is developed only at a higher cooling rate.

図4に示す温度調整プローブ6は、アルゴンの供給源21およびヘリウムの供給源22と接続されている。温度調整プローブ6内には、図示略のノズルが設けられており、ジュール・トムソン効果を用いてプローブの先端の温度を加温または冷却して制御する。
例えば、冷却処理をするためには、アルゴンガスを大気圧よりも高圧状態とし、高圧のアルゴンガスを図示略のノズルによって大気圧まで減圧し、ジュール・トムソン効果によってアルゴンガスを瞬時に冷却できる。また、加温処理をする場合には、アルゴンガスの供給を停止し、かつ、ヘリウムガスを大気圧よりも高圧状態とし、高圧のヘリウムガスを図示略のノズルによって大気圧まで減圧し、ジュール・トムソン効果によってヘリウムガスを瞬時に加熱できる。
このように、図4に示す温度調整プローブ6によれば、ジュール・トムソン効果によるガスの温度変化を利用することで、急速な加温処理や急速な冷却処理が可能である。ただし、ジュール・トムソン効果を利用できるものであればよく、図4の形態に特に限定されない。また、ジュール・トムソン効果を得るためのガスも特に限定されない。
The temperature adjustment probe 6 shown in FIG. 4 is connected to an argon supply 21 and a helium supply 22 . A nozzle (not shown) is provided in the temperature adjustment probe 6, and the temperature of the tip of the probe is controlled by heating or cooling using the Joule-Thomson effect.
For example, in order to perform a cooling process, the argon gas is made higher than the atmospheric pressure, the pressure of the high pressure argon gas is reduced to the atmospheric pressure by a nozzle (not shown), and the argon gas can be instantly cooled by the Joule-Thomson effect. In addition, when the heating treatment is performed, the supply of argon gas is stopped, the helium gas is set to a state of pressure higher than the atmospheric pressure, and the high pressure helium gas is decompressed to the atmospheric pressure by a nozzle (not shown). Helium gas can be instantly heated by the Thomson effect.
As described above, according to the temperature adjustment probe 6 shown in FIG. 4, rapid heating processing and rapid cooling processing are possible by utilizing the temperature change of the gas due to the Joule-Thomson effect. However, as long as the Joule-Thomson effect can be used, the configuration is not particularly limited to that shown in FIG. Also, the gas for obtaining the Joule-Thomson effect is not particularly limited.

図5に示す温度調整プローブ6は、液化ガスの供給源23と接続されている。図5に示す温度調整プローブ6によれば、液化ガスの低温特性を利用してプローブ自体を冷却することで急速な冷却処理が可能である。
図4、図5に一例を示したようなガスを利用した温度調整6によれば、ジュール・トムソン効果または液化ガスの低温特性を利用でき、電力を利用する冷却機構を比べて消費電力を削減できるという利点もある。
The temperature adjustment probe 6 shown in FIG. 5 is connected to a liquefied gas supply source 23 . According to the temperature control probe 6 shown in FIG. 5, rapid cooling processing is possible by cooling the probe itself using the low temperature characteristics of liquefied gas.
According to the temperature adjustment 6 using a gas as shown in FIGS. 4 and 5, the Joule-Thomson effect or the low-temperature characteristics of liquefied gas can be used, and power consumption can be reduced compared to cooling mechanisms that use electric power. There is also the advantage of being able to

図6は、積層構造物の製造装置の他の一例の概略を示す模式図である。図6において、説明の簡略化のために照射部20の図示を省略している。
図6に示す製造装置1Bは、温度調整プローブ6から排出されるガスが流れる排出ラインL1と、チャンバー3内に供給されるシールドガスが流れるシールドガス供給ラインL2とが接続されている点で製造装置1Aと異なる。
図6に示す製造装置1Bによれば、積層構造物の冷却速度制御の目的に加えて、温度調整プローブにガスを供給してチャンバー3に導入するガスの温度を調整し、チャンバー3内の雰囲気ガスGを加温または冷却できる。そのため、チャンバー3内の雰囲気ガスGを介して積層構造物の冷却速度を制御できる。この場合、シールドガスをチャンバー3外に排出するための排気ラインL3をチャンバー3に接続する。
加えて、図6に示す製造装置1Bによれば、ラインL4から温度調整プローブ6内に供給されたガスは温度調整プローブ6内を通過した後、チャンバー3内に戻すことができ、効率的にガスを利用できる。
FIG. 6 is a schematic diagram showing an outline of another example of an apparatus for manufacturing a laminated structure. In FIG. 6, illustration of the irradiation unit 20 is omitted for simplification of explanation.
The manufacturing apparatus 1B shown in FIG. 6 is manufactured in that a discharge line L1 through which the gas discharged from the temperature adjustment probe 6 flows is connected to a shield gas supply line L2 through which the shield gas supplied into the chamber 3 flows. Differs from device 1A.
According to the manufacturing apparatus 1B shown in FIG. 6, in addition to the purpose of controlling the cooling rate of the laminated structure, the temperature of the gas introduced into the chamber 3 is adjusted by supplying the gas to the temperature adjustment probe, and the atmosphere in the chamber 3 is adjusted. Gas G can be heated or cooled. Therefore, the cooling rate of the laminated structure can be controlled via the atmospheric gas G in the chamber 3 . In this case, the chamber 3 is connected to an exhaust line L3 for discharging the shielding gas to the outside of the chamber 3 .
In addition, according to the manufacturing apparatus 1B shown in FIG. 6, the gas supplied from the line L4 into the temperature adjustment probe 6 can be returned to the chamber 3 after passing through the temperature adjustment probe 6, and can be efficiently Gas available.

図7は、積層構造物の製造装置の他の一例の概略を示す模式図である。
図7に示す製造装置1Cは、造形ステージ4の貯留部7を構成する部分の内部に、複数の測温プローブ5Aおよび複数の温度調整プローブ6Aが埋め込まれている点で製造装置1Aと異なる。
図8は、図7の製造装置1Cの造形ステージ4の貯留部7を説明するための示す模式図である。図8に示すように、造形ステージ4の貯留部7を構成する部分の内部に測温プローブ5Aおよび温度調整プローブ6Aが複数埋め込まれている。各測温プローブ5Aおよび各温度調整プローブ6Aの形状は、何ら限定されず、造形ステージ4や貯留部7を構成する部材(例えば、第1の昇降台11)や壁面の形状に合わせて変更可能である。
FIG. 7 is a schematic diagram showing an outline of another example of an apparatus for manufacturing a laminated structure.
A manufacturing apparatus 1C shown in FIG. 7 differs from the manufacturing apparatus 1A in that a plurality of temperature measuring probes 5A and a plurality of temperature adjusting probes 6A are embedded inside a portion forming the storage section 7 of the modeling stage 4 .
FIG. 8 is a schematic diagram for explaining the reservoir 7 of the modeling stage 4 of the manufacturing apparatus 1C of FIG. As shown in FIG. 8, a plurality of temperature measuring probes 5A and a plurality of temperature adjusting probes 6A are embedded inside the portion forming the storage section 7 of the modeling stage 4 . The shape of each temperature measuring probe 5A and each temperature adjusting probe 6A is not limited at all, and can be changed according to the shape of the members (for example, the first lifting table 11) constituting the modeling stage 4 and the storage section 7 and the shape of the wall surface. is.

製造装置1Cによれば、貯留部7のレーザの照射前の金属粉末M’を加温または冷却してその温度を調整できる。このように温度が調整された金属粉末M’をブレード10でパウダーベッド8に供給することで、任意の金属層の温度を調整して冷却速度を制御できる。この場合においても、測温プローブ5Aおよび温度調整プローブ6Aによって金属層または製造途中の積層構造物の冷却速度を制御したとき、レーザ照射前の粉末層の形成、金属層の形成および積層構造物の造形の妨げになりにくい。 According to the manufacturing apparatus 1C, the temperature of the metal powder M' before laser irradiation in the storage section 7 can be adjusted by heating or cooling. By supplying the metal powder M' whose temperature has been adjusted in this way to the powder bed 8 with the blade 10, the temperature of any metal layer can be adjusted to control the cooling rate. Even in this case, when the cooling rate of the metal layer or the laminated structure in the process of being manufactured is controlled by the temperature measuring probe 5A and the temperature adjusting probe 6A, the formation of the powder layer before laser irradiation, the formation of the metal layer, and the formation of the laminated structure Hard to interfere with molding.

図9は、積層構造物の製造装置の他の一例の概略を示す模式図である。図9において、説明の簡略化のために照射部20の図示を省略している。
図9に示す製造装置1Dは、貯留部7に埋め込まれた温度調整プローブ6Aから排出されるガスが流れる排出ラインL1と、チャンバー3内に供給されるシールドガスが流れるシールドガス供給ラインL2とが接続されている点で製造装置1Cと異なる。
FIG. 9 is a schematic diagram showing an outline of another example of an apparatus for manufacturing a laminated structure. In FIG. 9, illustration of the irradiation unit 20 is omitted for simplification of explanation.
A manufacturing apparatus 1D shown in FIG. 9 includes a discharge line L1 through which gas discharged from a temperature adjustment probe 6A embedded in a reservoir 7 flows, and a shield gas supply line L2 through which shield gas supplied into the chamber 3 flows. It differs from the manufacturing apparatus 1C in that it is connected.

製造装置1Dによれば、貯留部7のレーザの照射前の金属粉末M’を加温または冷却してその温度を調整できる。このように温度が調整された金属粉末M’をブレード10でパウダーベッド8に供給することで、任意の金属層の温度を調整して冷却速度を制御できる。
また、温度調整プローブ6Aから排出されるガスと、チャンバー3に供給されるシールドガスとを混合できる。そのため、温度調整プローブ6Aにガスを供給してチャンバー3に導入するガスの温度を調整し、チャンバー3内の雰囲気ガスを加温または冷却できる。
そのため、チャンバー3内の雰囲気ガスを介して積層構造物の冷却速度を制御できる。
製造装置1Dにおいても、ラインL4から温度調整プローブ6Aに供給されたガスは、プローブ内を通過した後、チャンバー3内に戻すことができ、効率的にガスを利用できる。
According to the manufacturing apparatus 1D, the temperature of the metal powder M' in the storage section 7 before laser irradiation can be adjusted by heating or cooling. By supplying the metal powder M' whose temperature has been adjusted in this manner to the powder bed 8 by the blade 10, the temperature of any metal layer can be adjusted to control the cooling rate.
Also, the gas discharged from the temperature adjustment probe 6A and the shielding gas supplied to the chamber 3 can be mixed. Therefore, the temperature of the gas introduced into the chamber 3 can be adjusted by supplying the gas to the temperature adjustment probe 6A, and the atmosphere gas in the chamber 3 can be heated or cooled.
Therefore, the cooling rate of the laminated structure can be controlled via the atmospheric gas in the chamber 3 .
Also in the manufacturing apparatus 1D, the gas supplied from the line L4 to the temperature adjustment probe 6A can be returned to the chamber 3 after passing through the probe, and the gas can be used efficiently.

本実施形態に係る積層構造物の製造装置においては、PBF方式、DED方式、WAAM(Wire Arc Additive Manufacturing)方式のいずれも採用可能である。これらの方式のいずれを採用した場合であっても、本実施形態においては、複数の測温プローブの少なくとも1つおよび複数の温度調整プローブの少なくとも1つが、造形ステージのパウダーベッドを構成する部分の内部に埋め込まれている。そのため、冷却速度の制御が粉末層の形成、金属層の形成および積層構造物の造形の妨げとなりにくい。 Any of the PBF method, the DED method, and the WAAM (Wire Arc Additive Manufacturing) method can be employed in the laminated structure manufacturing apparatus according to the present embodiment. No matter which of these methods is adopted, in the present embodiment, at least one of the plurality of temperature measuring probes and at least one of the plurality of temperature adjusting probes are located in the powder bed of the modeling stage. Embedded inside. Therefore, the control of the cooling rate is less likely to hinder the formation of the powder layer, the formation of the metal layer, and the shaping of the laminated structure.

図10、図11は、DED方式の製造装置における温度調整プローブ、測温プローブの動作を説明するための示す模式図である。
DED方式においては、レーザLを照射した部分に金属粉末MSを噴射し、金属層を形成する。例えば、図10に示すように金属層の形成および積層を行った後、図11に示すように測温プローブ5および温度調整プローブ6を伸長させ、任意の金属層または製造途中の積層構造物20の任意領域の冷却速度を制御してもよい。
図10、11に示す一例のように測温プローブ5および温度調整プローブ6は一つの装置30に一体的に装着してもよい。
10 and 11 are schematic diagrams for explaining the operation of the temperature adjusting probe and the temperature measuring probe in the DED manufacturing apparatus.
In the DED method, metal powder MS is sprayed onto a portion irradiated with laser L to form a metal layer. For example, after forming and laminating metal layers as shown in FIG. 10, the temperature measuring probe 5 and the temperature adjusting probe 6 are extended as shown in FIG. You may control the cooling rate of the arbitrary area|regions.
As an example shown in FIGS. 10 and 11, the temperature measuring probe 5 and the temperature adjusting probe 6 may be integrally attached to one device 30. FIG.

図12、図13は、WAAM方式の製造装置における温度調整プローブ、測温プローブの動作を説明するための示す模式図である。
WAAM方式においては、金属ワイヤーフィーダー25によって金属ワイヤーMwを供給しながら、トーチ26によってアーク溶接する。例えば、図12に示すように、金属層の形成および積層を行った後、図13に示すように測温プローブ5および温度調整プローブ6を伸長させ、任意の金属層または製造途中の積層構造物20の任意領域の冷却速度を制御してもよい。
12 and 13 are schematic diagrams for explaining the operation of the temperature adjusting probe and the temperature measuring probe in the WAAM manufacturing apparatus.
In the WAAM method, arc welding is performed by the torch 26 while the metal wire Mw is supplied by the metal wire feeder 25 . For example, as shown in FIG. 12, after forming and laminating metal layers, the temperature measuring probe 5 and the temperature adjusting probe 6 are extended as shown in FIG. The cooling rate of any of the 20 regions may be controlled.

本実施形態においては、金属の冷却方法としてチャンバー3内の雰囲気ガスにより溶融前の金属を冷却することも可能である。
DED方式の場合、供給する金属粉末のストリーム状の経路内や金属粉末のタンク内に温度調整プローブのような温度調整機構を設けることで、供給する金属粉末を加温または冷却することができる。例えば、冷却後の金属粉末を溶融部に吹き付けることで、製造途中の積層構造物の最表面の金属層を冷却することが可能である。
WAAM方式の場合、供給する金属ワイヤーの経路内に温度調整プローブのような温度調整機構を設けることで、供給する金属ワイヤーを加温または冷却することができる。例えば、冷却後の金属ワイヤーを使用することで、製造途中の積層構造物の最表面の金属層を冷却することが可能である。
このようにして製造途中の積層構造物の最表面の金属層の温度を調整することで、任意の金属層または製造途中の積層構造物の任意領域の冷却速度を制御できる。
In this embodiment, it is also possible to cool the metal before melting by the atmosphere gas in the chamber 3 as a method of cooling the metal.
In the case of the DED method, the metal powder to be supplied can be heated or cooled by providing a temperature control mechanism such as a temperature control probe in the stream-like path of the metal powder to be supplied or in the tank of the metal powder. For example, it is possible to cool the outermost metal layer of the laminated structure during manufacturing by spraying cooled metal powder onto the molten portion.
In the case of the WAAM method, the metal wire to be supplied can be heated or cooled by providing a temperature control mechanism such as a temperature control probe in the path of the metal wire to be supplied. For example, by using the metal wire after cooling, it is possible to cool the outermost metal layer of the laminated structure during manufacture.
By adjusting the temperature of the outermost metal layer of the laminated structure during manufacture in this manner, the cooling rate of any metal layer or any region of the laminated structure during manufacture can be controlled.

本実施形態に係る積層構造物の製造装置によれば、従来技術では実現できなかったような急速な冷却速度を実現できる。したがって、より短時間(瞬時)の冷却や高い冷却速度でしか発現しないような金属組織を得るための制御ができる。
例えばチタン合金系の金属を用いたとき、急速な冷却効果による結晶組織の微細化による降伏応力、硬度等の異方性を付与できる。他にも、ステンレス系の金属を用いたとき、冷却速度を増加させて結晶組織の析出物の生成を促進し、優れた耐食性を付与し得る。また、金属材料の酸化反応を抑制することもできる。
According to the laminated structure manufacturing apparatus according to the present embodiment, it is possible to achieve a rapid cooling rate that could not be achieved with the conventional technology. Therefore, it is possible to perform control to obtain a metal structure that is developed only in a short time (instantaneous) cooling or at a high cooling rate.
For example, when a titanium alloy-based metal is used, anisotropic properties such as yield stress and hardness can be imparted by refining the crystal structure due to the rapid cooling effect. In addition, when a stainless metal is used, the cooling rate can be increased to promote the formation of precipitates in the crystal structure, and excellent corrosion resistance can be imparted. Moreover, the oxidation reaction of the metal material can also be suppressed.

1…積層構造物の製造装置、2…照射部、3…チャンバー、4…造形ステージ、5…ガスフロー発生部、6…温度調整プローブ、7…貯留部、8…パウダーベッド、9…回収部、10…ブレード、11…第1の昇降台、12…第2の昇降台、13…第3の昇降台、14…レーザ発振機、15…光学系、M…金属粉末。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Laminated structure manufacturing apparatus, 2... Irradiation part, 3... Chamber, 4... Modeling stage, 5... Gas flow generation part, 6... Temperature adjustment probe, 7... Storage part, 8... Powder bed, 9... Collection part , 10... blade, 11... first lift table, 12... second lift table, 13... third lift table, 14... laser oscillator, 15... optical system, M... metal powder.

Claims (8)

エネルギー線を照射した部分に金属粉末を噴射して形成した金属層を複数重ねて積層構造物を得る、指向性エネルギー堆積方式の製造装置であって、
エネルギー線の照射源と、
金属粉末の噴射口と、
チャンバーと、
前記チャンバー内に位置する造形ステージと、
前記金属層または製造途中の前記積層構造物の温度を測定する1以上の測温プローブと、
前記金属層または製造途中の前記積層構造物の温度を調整する1以上の温度調整プローブと、
を備え、
前記温度調整プローブが、ジュール・トムソン効果を利用して前記金属層または製造途中の前記積層構造物の温度を調整し、
前記温度調整プローブから排出されるガスが流れる排出ラインと、前記チャンバー内に供給されるシールドガスが流れるシールドガス供給ラインとが接続されている、積層構造物の製造装置。
A directed energy deposition type manufacturing apparatus for obtaining a laminated structure by stacking a plurality of metal layers formed by spraying metal powder onto a portion irradiated with an energy beam,
an irradiation source of energy rays;
a metal powder injection port;
a chamber;
a modeling stage located within the chamber;
one or more temperature probes for measuring the temperature of the metal layer or the laminated structure during fabrication;
one or more temperature regulating probes for regulating the temperature of the metal layer or the laminated structure during fabrication;
with
the temperature regulating probe utilizes the Joule-Thomson effect to regulate the temperature of the metal layer or the laminated structure being fabricated;
An apparatus for manufacturing a laminated structure, wherein a discharge line through which the gas discharged from the temperature adjustment probe flows is connected to a shield gas supply line through which the shield gas supplied into the chamber flows.
エネルギー線を照射した部分に金属粉末を噴射して形成した金属層を複数重ねて積層構造物を得る、指向性エネルギー堆積方式の製造装置であって、
エネルギー線の照射源と、
金属粉末の噴射口と、
チャンバーと、
前記チャンバー内に位置する造形ステージと、
前記金属層または製造途中の前記積層構造物の温度を測定する1以上の測温プローブと、
前記金属層または製造途中の前記積層構造物の温度を調整する1以上の温度調整プローブと、
を備え、
前記温度調整プローブが、液化ガスを利用して前記金属層または製造途中の前記積層構造物を冷却し、
前記温度調整プローブから排出されるガスが流れる排出ラインと、前記チャンバー内に供給されるシールドガスが流れるシールドガス供給ラインとが接続されている、積層構造物の製造装置。
A directed energy deposition type manufacturing apparatus for obtaining a laminated structure by stacking a plurality of metal layers formed by spraying metal powder onto a portion irradiated with an energy beam,
an irradiation source of energy rays;
a metal powder injection port;
a chamber;
a modeling stage located within the chamber;
one or more temperature probes for measuring the temperature of the metal layer or the laminated structure during fabrication;
one or more temperature regulating probes for regulating the temperature of the metal layer or the laminated structure during fabrication;
with
the temperature control probe uses a liquefied gas to cool the metal layer or the laminated structure being fabricated;
An apparatus for manufacturing a laminated structure, wherein a discharge line through which the gas discharged from the temperature adjustment probe flows is connected to a shield gas supply line through which the shield gas supplied into the chamber flows.
エネルギー線が照射される前の金属粉末を貯留する貯留部をさらに有し、
前記貯留部の内部、及び前記貯留部から前記噴射口への金属粉末の供給経路の少なくとも一方に、前記温度調整プローブの少なくとも1つが埋め込まれている、請求項1または2に記載の積層構造物の製造装置。
further having a reservoir for storing the metal powder before being irradiated with the energy beam;
3. The laminated structure according to claim 1, wherein at least one of said temperature control probes is embedded in at least one of the inside of said reservoir and a supply path of metal powder from said reservoir to said injection port. manufacturing equipment.
アークを発生させた部分に金属ワイヤーを供給して形成した金属層を複数重ねて積層構造物を得る、ワイヤーアーク積層造形方式の製造装置であって、
アークを発生させるトーチと、
金属ワイヤーの供給装置と、
チャンバーと、
前記チャンバー内に位置する造形ステージと、
前記金属層または製造途中の前記積層構造物の温度を測定する1以上の測温プローブと、
前記金属層または製造途中の前記積層構造物の温度を調整する1以上の温度調整プローブと、
を備え、
前記温度調整プローブが、ジュール・トムソン効果を利用して前記金属層または製造途中の前記積層構造物の温度を調整し、
前記温度調整プローブから排出されるガスが流れる排出ラインと、前記チャンバー内に供給されるシールドガスが流れるシールドガス供給ラインとが接続されている、積層構造物の製造装置。
A wire arc lamination molding method manufacturing apparatus for obtaining a laminated structure by stacking a plurality of metal layers formed by supplying a metal wire to a portion where an arc is generated,
a torch for generating an arc;
a metal wire feeding device;
a chamber;
a modeling stage located within the chamber;
one or more temperature probes for measuring the temperature of the metal layer or the laminated structure during fabrication;
one or more temperature regulating probes for regulating the temperature of the metal layer or the laminated structure during fabrication;
with
the temperature regulating probe utilizes the Joule-Thomson effect to regulate the temperature of the metal layer or the laminated structure being fabricated;
An apparatus for manufacturing a laminated structure, wherein a discharge line through which the gas discharged from the temperature adjustment probe flows is connected to a shield gas supply line through which the shield gas supplied into the chamber flows.
アークを発生させた部分に金属ワイヤーを供給して形成した金属層を複数重ねて積層構造物を得る、ワイヤーアーク積層造形方式の製造装置であって、
アークを発生させるトーチと、
金属ワイヤーの供給装置と、
チャンバーと、
前記チャンバー内に位置する造形ステージと、
前記金属層または製造途中の前記積層構造物の温度を測定する1以上の測温プローブと、
前記金属層または製造途中の前記積層構造物の温度を調整する1以上の温度調整プローブと、
を備え、
前記温度調整プローブが、液化ガスを利用して前記金属層または製造途中の前記積層構造物を冷却し、
前記温度調整プローブから排出されるガスが流れる排出ラインと、前記チャンバー内に供給されるシールドガスが流れるシールドガス供給ラインとが接続されている、積層構造物の製造装置。
A wire arc lamination molding method manufacturing apparatus for obtaining a laminated structure by stacking a plurality of metal layers formed by supplying a metal wire to a portion where an arc is generated,
a torch for generating an arc;
a metal wire feeding device;
a chamber;
a modeling stage located within the chamber;
one or more temperature probes for measuring the temperature of the metal layer or the laminated structure during fabrication;
one or more temperature regulating probes for regulating the temperature of the metal layer or the laminated structure during fabrication;
with
the temperature control probe uses a liquefied gas to cool the metal layer or the laminated structure being fabricated;
An apparatus for manufacturing a laminated structure, wherein a discharge line through which the gas discharged from the temperature adjustment probe flows is connected to a shield gas supply line through which the shield gas supplied into the chamber flows.
前記供給装置の内部、及び前記供給装置から金属ワイヤーの供給経路の少なくとも一方に、前記温度調整プローブの少なくとも1つが埋め込まれている、請求項4または5に記載の積層構造物の製造装置。 6. The apparatus for manufacturing a laminated structure according to claim 4, wherein at least one of said temperature control probes is embedded in at least one of the inside of said supply device and the supply path of the metal wire from said supply device. 前記温度調整プローブの少なくとも1つが、その先端が前記チャンバー内に配置されるように伸縮自在に設置されている、請求項1~6のいずれか一項に記載の積層構造物の製造装置。 The laminated structure manufacturing apparatus according to any one of claims 1 to 6, wherein at least one of said temperature control probes is telescopically installed so that its tip is disposed within said chamber. 請求項1~7のいずれか一項に記載の積層構造物の製造装置を用いて積層構造物を製造する方法であり、
前記測温プローブおよび前記温度調整プローブを用いることで、前記金属層または製造途中の前記積層構造物の冷却速度を制御する、積層構造物の製造方法。
A method for manufacturing a laminated structure using the laminated structure manufacturing apparatus according to any one of claims 1 to 7,
A method for manufacturing a laminated structure, wherein the cooling rate of the metal layer or the laminated structure being manufactured is controlled by using the temperature measuring probe and the temperature adjusting probe.
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