JP7222257B2 - 3D printer - Google Patents

3D printer Download PDF

Info

Publication number
JP7222257B2
JP7222257B2 JP2019017680A JP2019017680A JP7222257B2 JP 7222257 B2 JP7222257 B2 JP 7222257B2 JP 2019017680 A JP2019017680 A JP 2019017680A JP 2019017680 A JP2019017680 A JP 2019017680A JP 7222257 B2 JP7222257 B2 JP 7222257B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
beam irradiation
irradiation unit
axis
cutting
melting
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2019017680A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2020125509A (en
Inventor
直矢 山本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
IHI Corp
Original Assignee
IHI Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by IHI Corp filed Critical IHI Corp
Priority to JP2019017680A priority Critical patent/JP7222257B2/en
Publication of JP2020125509A publication Critical patent/JP2020125509A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP7222257B2 publication Critical patent/JP7222257B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25Process efficiency

Landscapes

  • Powder Metallurgy (AREA)

Description

本発明の一形態は、三次元造形装置に関する。 One aspect of the present invention relates to a three-dimensional modeling apparatus.

特許文献1は、三次元積層造形装置について、造形精度が照射ビームの径に依存し、造形時間と精度とが相反する関係にあることを開示する。そこで、特許文献1の装置は、ビーム径のスポットサイズが変更できるレーザの照射構成を採用する。より詳細には、特許文献1の装置は、電子を加速させる高圧電源をパルス電源とし、瞬間的に造形界面に熱を与える。この手法により、粉末材料への余分な入熱を抑制し、意図しない部分における粉末材料の溶融を抑制する。なお、特許文献1の装置では、電子銃の構造は、電圧の印加態様(パルス又は直流)によって変化させない。 Patent document 1 discloses that the modeling accuracy depends on the diameter of the irradiation beam, and the relationship between the modeling time and the accuracy contradicts each other in a three-dimensional layered modeling apparatus. Therefore, the apparatus of Patent Literature 1 adopts a laser irradiation configuration in which the spot size of the beam diameter can be changed. More specifically, the apparatus of Patent Literature 1 uses a high-voltage power source that accelerates electrons as a pulse power source to instantaneously apply heat to the forming interface. This technique suppresses excessive heat input to the powder material and suppresses melting of the powder material at unintended portions. Note that in the apparatus of Patent Document 1, the structure of the electron gun does not change depending on the mode of voltage application (pulse or direct current).

特許文献2は、複数のレーザ光源を備えた三次元造形装置を開示する。特許文献2の装置は、複数の光ビーム等を同じ粉末層の被造形領域に集中して照射することにより、高エネルギ焼結を行う。特許文献3は、積層造形方法に利用する装置を開示する。特許文献3の装置は、2つのレーザ光源を有する。そして、それぞれのレーザ光源から照射されるレーザの特性を異ならせることにより、断面要素の形成、断面要素と造形物との一体化、断面要素の表面成型を行う。 Patent Literature 2 discloses a three-dimensional modeling apparatus equipped with a plurality of laser light sources. The apparatus of Patent Literature 2 performs high-energy sintering by concentrating and irradiating a plurality of light beams or the like onto a forming area of the same powder layer. Patent Literature 3 discloses an apparatus used in a layered manufacturing method. The device of Patent Document 3 has two laser light sources. Then, by varying the characteristics of the lasers emitted from the respective laser light sources, the formation of cross-sectional elements, the integration of the cross-sectional elements and the molded object, and the surface molding of the cross-sectional elements are performed.

特開2015-168228号公報JP 2015-168228 A 特開2017-030254号公報JP 2017-030254 A 特開2006-45584号公報JP 2006-45584 A

特許文献1が示すように、造形時間と精度とは互いに相反する。この精度とは、例えば、造形物の表面形状である。従って、当該分野においては、造形時間を短くしつつ且つ造形物の表面粗さを低減できる三次元造形装置が望まれていた。 As shown in Patent Literature 1, modeling time and accuracy are mutually exclusive. This precision is, for example, the surface shape of the modeled object. Therefore, in this field, a three-dimensional modeling apparatus capable of reducing the surface roughness of a modeled object while shortening the modeling time has been desired.

本発明は、造形時間を短くしつつ且つ造形物の表面粗さを低減できる三次元造形装置を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a three-dimensional modeling apparatus capable of reducing the surface roughness of a model while shortening the modeling time.

本発明の一形態は、第1照射領域に敷き均された粉末材料に第1エネルギビームを照射し、第1エネルギビームの照射によって粉末材料が固化した第1造形物を得る第1ビーム照射部と、第2照射領域に含まれる第1造形物に第2エネルギビームを照射し、第2エネルギビームの照射によって第1造形物から切り出された第2造形物を得る第2ビーム照射部と、を備え、第2エネルギビームの電子ビーム径は、第1エネルギビームの電子ビーム径よりも小さい。 According to one aspect of the present invention, a first beam irradiation unit irradiates a powder material spread evenly in a first irradiation area with a first energy beam, and obtains a first shaped object in which the powder material is solidified by the irradiation of the first energy beam. a second beam irradiating unit that irradiates the first modeled object included in the second irradiation area with the second energy beam, and obtains a second modeled object that is cut out from the first modeled object by the irradiation of the second energy beam; and the electron beam diameter of the second energy beam is smaller than the electron beam diameter of the first energy beam.

この装置によれば、粉末材料は、第1エネルギビームが照射されることによって固化する。この粉末材料の固化によって第1造形物が形成される。エネルギビームの電子ビーム径は、造形時間に影響を及ぼす。第2エネルギビームは、第1エネルギビームよりも電子ビーム径が小さい。つまり、第1エネルギビームは、第2エネルギビームよりも電子ビーム径が大きい。その結果、第1エネルギビームを用いて粉末材料を固化させることにより、第1造形物を短時間で形成できる。そして、当該第1造形物に対して第2エネルギビームが照射されることによって、第1造形物から第2造形物が切り出される。また、エネルギビームの電子ビーム径は、造形物の表面粗さにも影響を及ぼす。そうすると、第2エネルギビームを用いて第1造形物を加工することにより、第1造形物よりも表面粗さが小さい第2造形物を形成できる。従って、第1ビーム照射部及び第2ビーム照射部によれば、造形時間を短縮化し、且つ、造形物の表面粗さを低減できる。 According to this device, the powder material is solidified by being irradiated with the first energy beam. Solidification of the powder material forms the first model. The electron beam diameter of the energy beam affects the molding time. The second energy beam has a smaller electron beam diameter than the first energy beam. That is, the first energy beam has a larger electron beam diameter than the second energy beam. As a result, the first shaped article can be formed in a short time by solidifying the powder material using the first energy beam. Then, by irradiating the first modeled object with the second energy beam, the second modeled object is cut out from the first modeled object. The electron beam diameter of the energy beam also affects the surface roughness of the modeled object. Then, by processing the first modeled object using the second energy beam, it is possible to form the second modeled object having a surface roughness smaller than that of the first modeled object. Therefore, according to the first beam irradiation section and the second beam irradiation section, the modeling time can be shortened and the surface roughness of the modeled object can be reduced.

上記の三次元造形装置は、粉末材料が敷き均されると共に軸線のまわりに回転する回転テーブルをさらに備え、第1ビーム照射部及び第2ビーム照射部は、軸線の方向に沿って回転テーブルから離間して配置され、第2ビーム照射部は、第1ビーム照射部よりも軸線から遠い位置に配置されてもよい。この構成によれば、回転テーブルによって第1造形物が回転されながら、当該第1造形物に第2エネルギビームが照射される。第2ビーム照射部は、第1ビーム照射部よりも軸線からの位置が遠い。従って、第2エネルギビームの照射によって、第1造形物の外周面を形成することができる。その結果、表面粗さが低減された外周面を有する第2造形物を得ることができる。 The three-dimensional modeling apparatus described above further includes a rotary table on which the powder material is evenly spread and which rotates around the axis. They may be spaced apart, and the second beam irradiation section may be arranged at a position farther from the axis than the first beam irradiation section. According to this configuration, the first modeled object is irradiated with the second energy beam while the first modeled object is rotated by the rotary table. The second beam irradiation section is farther from the axis than the first beam irradiation section. Therefore, the outer peripheral surface of the first shaped article can be formed by the irradiation of the second energy beam. As a result, it is possible to obtain a second modeled object having an outer peripheral surface with reduced surface roughness.

上記の三次元造形装置は、粉末材料が敷き均されると共に軸線のまわりに回転する回転テーブルをさらに備え、第3照射領域に含まれる第1造形物に第3エネルギビームを照射する第3ビーム照射部を更に備え、第3ビーム照射部は、軸線の方向に沿って回転テーブルから離間して配置されると共に第1ビーム照射部よりも軸線から近い位置に配置され、第3エネルギビームの電子ビーム径は、第1エネルギビームの電子ビーム径よりも小さくてもよい。この構成によれば、回転テーブルによって第1造形物が回転されながら、当該第1造形物に第3エネルギビームが照射される。第3ビーム照射部は、第1ビーム照射部よりも軸線からの位置が近い。従って、第3エネルギビームの照射によって、第1造形物の内周面を形成することができる。その結果、表面粗さが低減された内周面を有する第2造形物を得ることができる。 The above three-dimensional modeling apparatus further includes a rotary table on which the powder material is evenly spread and which rotates around the axis, and a third beam for irradiating the first modeled object included in the third irradiation area with the third energy beam. An irradiation unit is further provided, and the third beam irradiation unit is arranged away from the rotary table along the direction of the axis and is arranged at a position closer to the axis than the first beam irradiation unit, and emits electrons of the third energy beam. The beam diameter may be smaller than the electron beam diameter of the first energy beam. According to this configuration, the first modeled object is irradiated with the third energy beam while the first modeled object is rotated by the rotary table. The third beam irradiation section is closer to the axis than the first beam irradiation section. Therefore, the irradiation of the third energy beam can form the inner peripheral surface of the first modeled object. As a result, it is possible to obtain a second modeled object having an inner peripheral surface with reduced surface roughness.

上記の三次元造形装置は、粉末材料が敷き均されると共に軸線のまわりに固定される固定テーブルをさらに備え、第1ビーム照射部及び第2ビーム照射部は、軸線の方向に沿って固定テーブルから離間して配置され、第2ビーム照射部は、第1ビーム照射部よりも軸線から遠い位置において、複数配置されてもよい。この構成によっても、造形時間を短縮化し、且つ、造形物の表面粗さを低減できる。 The three-dimensional modeling apparatus described above further includes a fixed table on which the powder material is evenly spread and fixed around the axis. and a plurality of second beam irradiation units may be arranged at positions farther from the axis than the first beam irradiation units. Also with this configuration, the modeling time can be shortened and the surface roughness of the modeled object can be reduced.

上記の三次元造形装置は、粉末材料が敷き均されると共に軸線のまわりに回転する回転テーブルをさらに備え、第1ビーム照射部及び第2ビーム照射部は、軸線の方向に沿って回転テーブルから離間して配置され、第2ビーム照射部は、第1ビーム照射部よりも軸線から近い位置に配置されてもよい。この構成によっても、造形時間を短縮化し、且つ、造形物の表面粗さを低減できる。 The three-dimensional modeling apparatus described above further includes a rotary table on which the powder material is evenly spread and which rotates around the axis. The second beam irradiator may be arranged at a distance, and the second beam irradiator may be arranged at a position closer to the axis than the first beam irradiator. Also with this configuration, the modeling time can be shortened and the surface roughness of the modeled object can be reduced.

本発明によれば、造形時間を短くしつつ且つ造形物の表面粗さを低減できる三次元造形装置が提供される。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the three-dimensional-modeling apparatus which can reduce the surface roughness of a model while shortening modeling time is provided.

図1は、実施形態に係る三次元造形装置の主要な構成を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing the main configuration of a 3D modeling apparatus according to an embodiment. 図2の(a)部は溶融ビーム照射部の構成を示す図であり、図2の(b)部は切断ビーム照射部の構成を示す図である。Part (a) of FIG. 2 shows the configuration of the melting beam irradiation section, and part (b) of FIG. 2 shows the configuration of the cutting beam irradiation section. 図3は、実施形態に係る三次元造形装置の溶融領域と切断領域とを示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a melting region and a cutting region of the three-dimensional modeling apparatus according to the embodiment; 図4の(a)部は粉末材料を敷き均す様子を示す図であり、図4の(b)部は溶融ビームを照射する様子を示す図であり、図4の(c)部は切断ビームを照射する様子を示す図である。Part (a) of FIG. 4 shows how the powder material is evenly spread, part (b) of FIG. 4 shows how the melting beam is irradiated, and part (c) of FIG. 4 shows cutting. It is a figure which shows a mode that a beam is irradiated. 図5は、変形例1に係る三次元造形装置を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing a three-dimensional modeling apparatus according to Modification 1. As shown in FIG. 図6は、変形例2に係る三次元造形装置を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing a three-dimensional modeling apparatus according to modification 2. As shown in FIG. 図7の(a)部は変形例3に係る三次元造形装置を示す図であり、図7の(b)部は変形例4に係る三次元造形装置を示す図である。Part (a) of FIG. 7 shows a three-dimensional modeling apparatus according to Modification 3, and part (b) of FIG. 7 shows a three-dimensional modeling apparatus according to Modification 4. As shown in FIG.

以下、添付図面を参照しながら本発明を実施するための形態を詳細に説明する。図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the description of the drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals, and overlapping descriptions are omitted.

図1に示す三次元積層造形物製造装置(以下「三次元造形装置1」という)は、いわゆる3Dプリンタである。三次元造形装置1は、層状に配置した粉末材料101にエネルギを付与する。換言すると、三次元造形装置1は、粉末材料101の温度を上昇させる。その結果、粉末材料101は溶融する。そして、三次元造形装置1がエネルギの付与を停止すると、溶融した粉末材料101の温度が下がるので、固化する。つまり、三次元造形装置1は、エネルギの付与と停止とを複数回繰り返すことにより、最終造形物102B(第2造形物)を製造する。 The three-dimensional laminate-molded article manufacturing apparatus (hereinafter referred to as "three-dimensional modeling apparatus 1") shown in FIG. 1 is a so-called 3D printer. The three-dimensional modeling apparatus 1 applies energy to the powder material 101 arranged in layers. In other words, the 3D modeling apparatus 1 raises the temperature of the powder material 101 . As a result, powder material 101 melts. Then, when the three-dimensional modeling apparatus 1 stops applying energy, the temperature of the melted powder material 101 drops, so that it solidifies. That is, the three-dimensional modeling apparatus 1 repeats applying and stopping the energy a plurality of times to manufacture the final modeled object 102B (second modeled object).

なお、粉末材料101は、金属粉末であり、例えばチタン系金属粉末、インコネル粉末、アルミニウム粉末等である。また、粉末材料101は、金属粉末に限定されず、例えばCFRP(Carbon Fiber Reinforced Plastics)など、炭素繊維と樹脂とを含む粉末であってもよい。また、粉末材料101は、導電性を有するその他の粉末でもよい。 The powder material 101 is metal powder, such as titanium-based metal powder, Inconel powder, and aluminum powder. Further, the powder material 101 is not limited to metal powder, and may be powder containing carbon fiber and resin, such as CFRP (Carbon Fiber Reinforced Plastics). Alternatively, the powder material 101 may be another powder having electrical conductivity.

最終造形物102Bは、例えば機械部品である。なお、最終造形物102Bは、その他の構造物であってもよい。 The final molded object 102B is, for example, a machine part. Note that the final molded object 102B may be another structure.

三次元造形装置1は、造形室2と、溶融ビーム照射部3(第1ビーム照射部)と、切断ビーム照射部4(第2ビーム照射部)と、を有する。 The three-dimensional modeling apparatus 1 has a modeling chamber 2, a melting beam irradiation section 3 (first beam irradiation section), and a cutting beam irradiation section 4 (second beam irradiation section).

造形室2は、粉末材料101を収容し、溶融ビーム103(第1エネルギビーム)を受けて粉末材料101を溶融及び固化させる造形空間を形成する。造形室2は、テーブル6(回転テーブル)と、昇降装置7と、粉末供給装置8と、造形ポンプ9と、造形筐体10と、を有する。 The modeling chamber 2 forms a modeling space that accommodates the powder material 101 and receives a melting beam 103 (first energy beam) to melt and solidify the powder material 101 . The modeling chamber 2 has a table 6 (rotary table), an elevating device 7 , a powder supply device 8 , a modeling pump 9 , and a modeling housing 10 .

テーブル6は、例えば円板状を呈し、最終造形物102Bの原料である粉末材料101が配置される。昇降装置7は、テーブル6を昇降させる。粉末供給装置8は、粉末材料101を、例えば層状に複数回に分けてテーブル6の上に配置する。造形ポンプ9は、造形空間に存在するガスを排気し、造形空間の圧力を所定の値に設定する。造形筐体10は、テーブル6、昇降装置7及び粉末供給装置8を収容する造形空間を形成する。造形筐体10には、溶融ビーム照射部3と、切断ビーム照射部4と、造形ポンプ9と、が連結されている。 The table 6 has, for example, a disc shape, and the powder material 101, which is the raw material of the final model 102B, is placed thereon. The lifting device 7 lifts the table 6 . The powder supply device 8 arranges the powder material 101 on the table 6 in layers, for example, in a plurality of layers. The modeling pump 9 exhausts gas existing in the modeling space and sets the pressure in the modeling space to a predetermined value. The modeling housing 10 forms a modeling space that accommodates the table 6 , the lifting device 7 and the powder feeding device 8 . A melting beam irradiation unit 3 , a cutting beam irradiation unit 4 , and a modeling pump 9 are connected to the modeling housing 10 .

図2の(a)部に示すように、溶融ビーム照射部3は、溶融ビーム103(エネルギビーム)を発生させ、当該溶融ビーム103を造形室2に提供する。この溶融ビーム103は、粉末材料101を溶融させるものである。溶融ビーム照射部3は、筐体12と、電子銃13と、真空ポンプ14と、真空ポンプ16と、を有する。 As shown in part (a) of FIG. 2 , the melting beam irradiation unit 3 generates a melting beam 103 (energy beam) and provides the melting beam 103 to the modeling chamber 2 . This melting beam 103 melts the powder material 101 . The melting beam irradiation unit 3 has a housing 12 , an electron gun 13 , a vacuum pump 14 and a vacuum pump 16 .

筐体12は、真空ポンプ14、16と協働していわゆる差動排気系を構成する。筐体12は、電子銃室12aと、第1差動排気室12bと、第2差動排気室12cと、を形成する。電子銃室12a、第1差動排気室12b及び第2差動排気室12cは、オリフィス等の細孔を介して互いに連通する。従って、電子銃室12a、第1差動排気室12b及び第2差動排気室12cは、気密に構成されたひとつの閉鎖空間を形成する。 The housing 12 cooperates with the vacuum pumps 14 and 16 to form a so-called differential pumping system. The housing 12 forms an electron gun chamber 12a, a first differentially pumped chamber 12b, and a second differentially pumped chamber 12c. The electron gun chamber 12a, the first differentially pumped chamber 12b, and the second differentially pumped chamber 12c communicate with each other through pores such as orifices. Therefore, the electron gun chamber 12a, the first differential evacuation chamber 12b, and the second differential evacuation chamber 12c form one airtight closed space.

電子銃室12aは、電子銃13を収容する。電子銃室12aには、真空ポンプ14が接続されている。第1差動排気室12bは、オリフィス等の細孔を介して、電子銃室12aと接続されている。また、第1差動排気室12bには、真空ポンプ16が接続されている。第2差動排気室12cは、細孔を介して第1差動排気室12b及び造形室2と接続されている。第2差動排気室12cには、コイルユニット17が配置されている。 The electron gun chamber 12 a accommodates the electron gun 13 . A vacuum pump 14 is connected to the electron gun chamber 12a. The first differential evacuation chamber 12b is connected to the electron gun chamber 12a through a small hole such as an orifice. A vacuum pump 16 is connected to the first differential evacuation chamber 12b. The second differential evacuation chamber 12c is connected to the first differential evacuation chamber 12b and the modeling chamber 2 through pores. A coil unit 17 is arranged in the second differential exhaust chamber 12c.

コイルユニット17は、電子銃13から照射された溶融ビーム103を整形する。ここで言う整形とは、溶融ビーム103の収束、焦点位置の調整、走査速度の制御を含む。コイルユニット17は、例えば、電子銃13の前方領域に磁場を形成する複数のコイルを含む。 The coil unit 17 shapes the melting beam 103 emitted from the electron gun 13 . The shaping referred to here includes convergence of the melting beam 103, adjustment of the focal position, and control of the scanning speed. Coil unit 17 includes, for example, a plurality of coils that form a magnetic field in the front region of electron gun 13 .

電子銃13は、電源13aと、カソード13bと、アノード13cと、フィラメント13dと、を有する。電源13aは、カソード13b及びアノード13cに電気的に接続されている。電子銃13は、カソード13bから放出された熱電子を、カソード13bとアノード13cとの間の電位差(加速電圧)によって加速する。加速電圧は、例えば60kVである。加速された熱電子は、溶融ビーム103を構成する。また、カソード13bは、熱電子放射材料(例えば、六ほう化ランタン(LaB6))により構成されている。カソード13bの直径は、例えば0.8ミリメートルである。なお、電子銃13は、必要に応じて、カソード13bとアノード13cとの間に配置されたグリッド電極13eを有してもよい。グリッド電極13eは、開口を有する。溶融ビーム103は、当該開口を通過して粉末材料101に照射される。また、電子銃13は、フィラメント13dの基端部に設けられた絶縁碍子13fを有する。 The electron gun 13 has a power source 13a, a cathode 13b, an anode 13c, and a filament 13d. A power supply 13a is electrically connected to the cathode 13b and the anode 13c. The electron gun 13 accelerates thermoelectrons emitted from the cathode 13b by a potential difference (acceleration voltage) between the cathode 13b and the anode 13c. The acceleration voltage is, for example, 60 kV. The accelerated thermoelectrons constitute the melting beam 103 . The cathode 13b is made of a thermionic emission material (for example, lanthanum hexaboride (LaB6)). The diameter of cathode 13b is, for example, 0.8 millimeters. The electron gun 13 may have a grid electrode 13e arranged between the cathode 13b and the anode 13c, if necessary. The grid electrode 13e has openings. The melting beam 103 passes through the opening and hits the powder material 101 . The electron gun 13 also has an insulator 13f provided at the base end of the filament 13d.

図2の(b)部に示すように、切断ビーム照射部4は、切断ビーム104(第2エネルギビーム)を発生させ、当該切断ビーム104を造形室2に提供する。この切断ビーム104は、溶融ビーム103の照射によって溶融しその後固化した部分を切断するものである。従って、切断ビーム104は、溶融ビーム103と用途が異なるので、その特性も異なる。切断ビーム104の電子ビーム径(例えば0.1mm)は、溶融ビーム103の電子ビーム径(例えば0.5mm以上1mm以下)よりも小さい。また、切断ビーム104のエネルギ密度は、溶融ビーム103のエネルギ密度よりも大きい。例えば、切断ビーム104は、高電圧加速ビームであると言える。 As shown in part (b) of FIG. 2 , the cutting beam irradiation unit 4 generates a cutting beam 104 (second energy beam) and provides the cutting beam 104 to the modeling chamber 2 . The cutting beam 104 cuts the portion melted by the irradiation of the melting beam 103 and then solidified. Therefore, the cutting beam 104 has a different application than the melting beam 103 and thus has different characteristics. The electron beam diameter of the cutting beam 104 (eg, 0.1 mm) is smaller than the electron beam diameter of the melting beam 103 (eg, 0.5 mm or more and 1 mm or less). Also, the energy density of the cutting beam 104 is greater than that of the melting beam 103 . For example, the cutting beam 104 can be said to be a high voltage accelerated beam.

切断ビーム照射部4は、筐体12と、電子銃18と、真空ポンプ14と、真空ポンプ16と、を有する。電子銃18は、電源18aと、カソード18bと、アノード18cと、フィラメント18dと、を有する。電源18aは、加速電圧として、例えば80kV以上200kV以下の電圧を電子銃18に提供する。つまり、電源18aの出力電圧の絶対値(80kV以上200kV以下)は、電源13aの出力電圧の絶対値(60kV)よりも大きい。カソード18bは、カソード13bと同様に熱電子放射材料(LaB6)により構成されている。しかし、カソード18bの形状はカソード13bと異なっている。例えば、カソード18bの直径(例えば0.5mm以下)は、カソード13bの直径(0.8mm)よりも小さい。換言すると、カソード18bは、カソード13bよりも細い。あるいは、カソード18bは、先端部に向かって先細りとなる形状を有する。換言すると、カソード18bの先端部(下端部)の外径は、カソード13bの先端部(下端部)の外径よりも小さい。カソード先端部の外径を小さくすることにより、ビームのスポット径を絞ることができる。 The cutting beam irradiation unit 4 has a housing 12 , an electron gun 18 , a vacuum pump 14 and a vacuum pump 16 . The electron gun 18 has a power source 18a, a cathode 18b, an anode 18c and a filament 18d. The power supply 18a supplies the electron gun 18 with a voltage of, for example, 80 kV or more and 200 kV or less as an acceleration voltage. That is, the absolute value (80 kV or more and 200 kV or less) of the output voltage of the power supply 18a is larger than the absolute value (60 kV) of the output voltage of the power supply 13a. The cathode 18b, like the cathode 13b, is made of a thermionic emission material (LaB6). However, the shape of cathode 18b is different from cathode 13b. For example, the diameter of the cathode 18b (for example, 0.5 mm or less) is smaller than the diameter of the cathode 13b (0.8 mm). In other words, cathode 18b is narrower than cathode 13b. Alternatively, cathode 18b has a shape that tapers toward the tip. In other words, the outer diameter of the tip (lower end) of the cathode 18b is smaller than the outer diameter of the tip (lower end) of the cathode 13b. By reducing the outer diameter of the tip of the cathode, the spot diameter of the beam can be narrowed.

また、第2差動排気室12cに配置されるコイルユニット19もコイルユニット17とは異なっている。切断ビーム104は、溶融ビーム103より強いので、コイルユニット19もそれに応じてより強いビーム整形能力を有する。コイルユニット19のコイルの巻数は、コイルユニット17の巻数よりも多くしてもよい。コイルユニット19の外径は、コイルユニット17の外径よりも大きくしてもよい。なお、電子銃18は、必要に応じて、カソード18bとアノード18cとの間に配置されたグリッド電極18eを有してもよい。グリッド電極18eは、開口を有する。切断ビーム104は、当該開口を通過して造形室2に提供される。切断ビーム照射部4におけるグリッド電極18eの開口の内径は、溶融ビーム照射部3におけるグリッド電極の13e開口の内径よりも、小さくしてもよい。また、電子銃18は、フィラメント18dの基端部に設けられた絶縁碍子18fを有する。切断ビーム照射部4の電子銃室12aの内径は、溶融ビーム照射部3の電子銃室12aの内径よりも、大きくしてもよい。切断ビーム照射部4における電子銃室12aの内側面と絶縁碍子18fとの間の距離(絶縁距離)は、溶融ビーム照射部3における当該距離よりも、大きくしてもよい。切断ビーム照射部4の電子銃18に発生する電圧が、溶融ビーム照射部3の電子銃13に発生する電圧よりも高いため、絶縁距離を大きくすることが望ましいためである。 Also, the coil unit 19 arranged in the second differential exhaust chamber 12 c is different from the coil unit 17 . Since the cutting beam 104 is stronger than the melting beam 103, the coil unit 19 has a correspondingly stronger beam shaping capability. The number of turns of the coil of the coil unit 19 may be larger than the number of turns of the coil unit 17 . The outer diameter of coil unit 19 may be larger than the outer diameter of coil unit 17 . In addition, the electron gun 18 may have a grid electrode 18e arranged between the cathode 18b and the anode 18c, if necessary. The grid electrode 18e has openings. A cutting beam 104 is provided to the build chamber 2 through the opening. The inner diameter of the opening of the grid electrode 18 e in the cutting beam irradiation section 4 may be smaller than the inner diameter of the opening 13 e of the grid electrode in the melting beam irradiation section 3 . The electron gun 18 also has an insulator 18f provided at the base end of the filament 18d. The inner diameter of the electron gun chamber 12 a of the cutting beam irradiation section 4 may be larger than the inner diameter of the electron gun chamber 12 a of the melting beam irradiation section 3 . The distance (insulation distance) between the inner surface of the electron gun chamber 12 a and the insulator 18 f in the cutting beam irradiation section 4 may be larger than the distance in the melting beam irradiation section 3 . This is because the voltage generated in the electron gun 18 of the cutting beam irradiation unit 4 is higher than the voltage generated in the electron gun 13 of the melting beam irradiation unit 3, so it is desirable to increase the insulation distance.

次に、図3を参照しつつ、溶融ビーム照射部3と切断ビーム照射部4の配置について説明する。図3は、溶融ビーム照射部3、切断ビーム照射部4及びテーブル6を示し、その他の構成要素の図示は省略している。 Next, the arrangement of the melting beam irradiation unit 3 and the cutting beam irradiation unit 4 will be described with reference to FIG. FIG. 3 shows the melting beam irradiation unit 3, the cutting beam irradiation unit 4, and the table 6, and omits illustration of other components.

図3に示すように、溶融ビーム照射部3は、溶融領域3S(第1照射領域)に溶融ビーム103を照射する。溶融領域3Sは、例えば円形であり、その直径はテーブル6の半径と等しいか、テーブル6の半径よりも大きい。そして、溶融領域3Sは、テーブル6の軸線A及び円周縁6aを含むように設定される。なお、溶融領域3Sは、軸線A及び円周縁6aを厳密に含んでいなくてもよく、溶融領域3Sの外縁がそれらの近傍に設定される構成でもよい。 As shown in FIG. 3, the melting beam irradiation unit 3 irradiates a melting beam 103 to a melting region 3S (first irradiation region). The melting region 3S is for example circular and has a diameter equal to or greater than the radius of the table 6. FIG. The melting area 3S is set so as to include the axis A of the table 6 and the circumferential edge 6a. The melting region 3S does not have to strictly include the axis A and the circumferential edge 6a, and the outer edge of the melting region 3S may be set in the vicinity of them.

溶融ビーム照射部3は、このような溶融領域3Sを実現可能な位置に配置される。具体的には、溶融ビーム照射部3は、テーブル6の造形面6bから軸線Aに沿って離間して配置されている。そして、溶融ビーム照射部3は、照射軸3Aが軸線Aと円周縁6aの中間を通るように配置されている。溶融ビーム照射部3のビーム偏向角K3が照射軸3Aに対して等角であり、最大ビーム偏向角であるときに、溶融領域3Sの外周縁に達する。 The melting beam irradiation unit 3 is arranged at a position where such a melting region 3S can be realized. Specifically, the melting beam irradiation unit 3 is spaced along the axis A from the modeling surface 6 b of the table 6 . The melting beam irradiation unit 3 is arranged so that the irradiation axis 3A passes through the middle between the axis A and the circumferential edge 6a. When the beam deflection angle K3 of the melting beam irradiation part 3 is equiangular with respect to the irradiation axis 3A and the maximum beam deflection angle, the outer edge of the melting region 3S is reached.

切断ビーム照射部4は、切断領域4S(第2照射領域)に切断ビーム104を照射する。切断領域4Sは、円形であり、その直径はテーブル6の半径よりも小さい。例えば、切断領域4Sの面積は、溶融領域3Sの面積よりも小さいとも言えるし、切断領域4Sの直径は、溶融領域3Sの直径よりも小さいとも言える。なお、軸線Aのまわりにおける切断領域4Sの位置は、特に制限はない。図3に示すように、切断領域4Sは、溶融領域3Sと重複してもよい。また、溶融領域3Sに対して所定角度(例えば180度)だけ離間してもよい。 The cutting beam irradiator 4 irradiates the cutting area 4S (second irradiation area) with the cutting beam 104 . The cutting area 4S is circular and its diameter is smaller than the radius of the table 6. For example, it can be said that the area of the cutting region 4S is smaller than the area of the melting region 3S, and it can be said that the diameter of the cutting region 4S is smaller than the diameter of the melting region 3S. The position of the cutting area 4S around the axis A is not particularly limited. As shown in FIG. 3, the cutting area 4S may overlap the melting area 3S. Alternatively, it may be separated from the melting region 3S by a predetermined angle (for example, 180 degrees).

切断ビーム照射部4は、このような切断領域4Sを実現可能な位置に配置される。具体的には、切断ビーム照射部4は、テーブル6の造形面6bから軸線Aに沿って離間して配置されている。そして、切断ビーム照射部4は、テーブル6の径方向(軸線Aと直交する方向)において、溶融ビーム照射部3よりも円周縁6a側に配置されている。換言すると、軸線Aから切断ビーム照射部4までの長さは、軸線Aから溶融ビーム照射部3までの長さよりも長い。そして、切断ビーム照射部4も溶融ビーム照射部3と同様にコイルユニット19によりビーム偏向角K4を所定の範囲で調整し得る。一方、切断ビーム104は、溶融ビーム103よりも強度が大きい。換言すると、切断ビーム104は、高電圧により加速されている。従って、切断ビーム照射部4の最大偏向角は、溶融ビーム照射部3の最大偏向角よりも小さい。 The cutting beam irradiation unit 4 is arranged at a position where such a cutting area 4S can be realized. Specifically, the cutting beam irradiation unit 4 is spaced along the axis A from the modeling surface 6 b of the table 6 . The cutting beam irradiation unit 4 is arranged closer to the circumferential edge 6a than the melting beam irradiation unit 3 in the radial direction of the table 6 (the direction perpendicular to the axis A). In other words, the length from the axis A to the cutting beam irradiation section 4 is longer than the length from the axis A to the melting beam irradiation section 3 . The cutting beam irradiation section 4 can also adjust the beam deflection angle K4 within a predetermined range by the coil unit 19 in the same manner as the melting beam irradiation section 3 . On the other hand, the cutting beam 104 is stronger than the melting beam 103 . In other words, the cutting beam 104 is accelerated by a high voltage. Therefore, the maximum deflection angle of the cutting beam irradiation section 4 is smaller than the maximum deflection angle of the melting beam irradiation section 3 .

以下、三次元造形装置1の動作について説明する。 The operation of the three-dimensional modeling apparatus 1 will be described below.

図4の(a)部に示すように、テーブル6の造形面6b上に粉末材料101を敷き均す。次に、図4の(b)部に示すように、溶融ビーム照射部3から溶融ビーム103を粉末材料101に照射する。溶融ビーム照射部3は、照射ラインLに沿って溶融ビーム103の照射位置を往復移動させる。照射ラインLは、テーブル6の径方向に平行としてよい。このとき、テーブル6は反時計方向に回転している。その結果、粉末材料101において、照射ラインLを半径とする円柱状の領域が溶融及び固化する。粉末材料101の敷き均しと溶融ビーム103の照射とを所定の回数繰り返す。この繰り返しにより、円柱状の中間造形物102A(第1造形物)が得られる。 As shown in part (a) of FIG. 4, the powder material 101 is evenly spread on the molding surface 6b of the table 6. Next, as shown in FIG. Next, as shown in part (b) of FIG. 4 , the powder material 101 is irradiated with a melting beam 103 from the melting beam irradiation unit 3 . The melting beam irradiation unit 3 reciprocates the irradiation position of the melting beam 103 along the irradiation line L. As shown in FIG. The irradiation line L may be parallel to the radial direction of the table 6 . At this time, the table 6 is rotating counterclockwise. As a result, in the powder material 101, a cylindrical region having a radius of the irradiation line L is melted and solidified. The spreading of the powder material 101 and the irradiation of the melting beam 103 are repeated a predetermined number of times. By repeating this process, a cylindrical intermediate product 102A (first model) is obtained.

ここで、溶融ビーム103は、粉末材料101の溶融に適した特性を有する。具体的には、溶融ビーム103は、中間造形物102Aとなる部分の全てに照射する必要がある。この理由により、大面積である溶融領域に効率よく溶融ビーム103を照射するために、溶融ビーム103は、比較的大きい電子ビーム径(例えば直径0.5mm以上1mm以下)とされている。溶融ビーム103が照射されると、照射位置の近傍にも溶融ビーム103の影響(例えば熱)が及ぶ。その影響を予測してコントロールすることは難しい。その結果、中間造形物102Aの外周面C1(図4の(c)部参照)の表面粗さは比較的大きくなり易い。 Here, the melting beam 103 has suitable properties for melting the powder material 101 . Specifically, the melting beam 103 needs to irradiate the entire portion that will become the intermediate product 102A. For this reason, the melting beam 103 has a relatively large electron beam diameter (for example, a diameter of 0.5 mm or more and 1 mm or less) in order to efficiently irradiate the melting area having a large area with the melting beam 103 . When the melting beam 103 is irradiated, the influence (for example, heat) of the melting beam 103 is also applied to the vicinity of the irradiation position. Its impact is difficult to predict and control. As a result, the surface roughness of the outer peripheral surface C1 (see part (c) of FIG. 4) of the intermediate product 102A tends to become relatively large.

次に、切断ビーム照射部4から切断ビーム104を照射する(図4の(c)部参照)。例えば、切断ビーム照射部4は、照射軸線A4の方向に切断ビーム104を照射する。そうすると、切断ビーム104は、表面Tに対して直交に入射する。その結果、表面Tに対して直交する外周面C2が形成される。切断ビーム104は、溶融ビーム103より電子ビーム径が小さい(例えば、1/10以上1/5以下)である。このように細い電子ビーム径を有する切断ビーム104によれば、中間造形物102Aの外周面C1よりも平滑な最終造形物102Bの外周面C2を形成できる。 Next, a cutting beam 104 is emitted from the cutting beam irradiation unit 4 (see part (c) of FIG. 4). For example, the cutting beam irradiation unit 4 irradiates the cutting beam 104 in the direction of the irradiation axis A4. The cutting beam 104 is then orthogonally incident on the surface T. FIG. As a result, an outer peripheral surface C2 perpendicular to the surface T is formed. The cutting beam 104 has an electron beam diameter smaller than that of the melting beam 103 (for example, 1/10 or more and 1/5 or less). The cutting beam 104 having such a narrow electron beam diameter can form the outer peripheral surface C2 of the final product 102B that is smoother than the outer peripheral surface C1 of the intermediate product 102A.

実施形態で言う「平滑な」や「表面粗さの低減」などの文言は、中間造形物102Aの表面と最終造形物102Bの表面との関係において成り立つ。例えば、「平滑な」とは、中間造形物102Aの表面と比較して、最終造形物102Bの表面の凹凸が少ない状態をいう。また、「表面粗さの低減」とは、中間造形物102Aの表面粗さよりも、最終造形物102Bの表面粗さが小さくなっていることを言う。 Words such as "smooth" and "reduced surface roughness" in the embodiments are established in relation to the surface of the intermediate product 102A and the surface of the final product 102B. For example, "smooth" refers to a state in which the surface of the final object 102B has less unevenness than the surface of the intermediate object 102A. Also, "reduction of surface roughness" means that the surface roughness of the final molded article 102B is smaller than the surface roughness of the intermediate molded article 102A.

三次元造形装置1によれば、粉末材料101は、溶融ビーム103が照射されることによって溶融した後に固化する。この粉末材料101の固化によって中間造形物102Aが形成される。そして、当該中間造形物102Aに対して切断ビーム104が照射されることによって、中間造形物102Aから最終造形物102Bが切り出される。エネルギビームの電子ビーム径は、造形時間に影響を及ぼす。切断ビーム104は、溶融ビーム103よりも電子ビーム径が小さい。つまり、溶融ビーム103は、切断ビーム104よりも電子ビーム径が大きい。その結果、溶融ビーム103を用いて粉末材料101を溶融及び固化させることにより、中間造形物102Aを短時間で形成できる。また、エネルギビームの電子ビーム径は、造形物の表面粗さに影響を及ぼす。そうすると、切断ビーム104を用いて中間造形物102Aを加工することにより、中間造形物102Aよりも表面粗さが小さい最終造形物102Bを形成できる。従って、溶融ビーム照射部3及び切断ビーム照射部4によれば、造形時間を短縮化し、且つ、最終造形物102Bの表面粗さを低減できる。 According to the three-dimensional modeling apparatus 1, the powder material 101 is melted by being irradiated with the melting beam 103 and then solidified. By solidifying the powder material 101, an intermediate product 102A is formed. By irradiating the intermediate product 102A with the cutting beam 104, the final product 102B is cut out from the intermediate product 102A. The electron beam diameter of the energy beam affects the molding time. The cutting beam 104 has a smaller electron beam diameter than the melting beam 103 . That is, the melting beam 103 has a larger electron beam diameter than the cutting beam 104 . As a result, by melting and solidifying the powder material 101 using the melting beam 103, the intermediate product 102A can be formed in a short time. Also, the electron beam diameter of the energy beam affects the surface roughness of the modeled object. Then, by processing the intermediate product 102A using the cutting beam 104, the final product 102B having a smaller surface roughness than the intermediate product 102A can be formed. Therefore, according to the melting beam irradiation section 3 and the cutting beam irradiation section 4, the molding time can be shortened and the surface roughness of the final molded object 102B can be reduced.

三次元造形装置1は、粉末材料101が敷き均されると共に軸線Aのまわりに回転するテーブル6をさらに備える。溶融ビーム照射部3及び切断ビーム照射部4は、軸線Aの方向に沿ってテーブル6から離間して配置される。切断ビーム照射部4は、溶融ビーム照射部3よりも軸線Aから遠い位置に配置される。この構成によれば、テーブル6によって中間造形物102Aが回転されながら、当該中間造形物102Aに切断ビーム104が照射される。切断ビーム照射部4は、溶融ビーム照射部3よりも軸線Aからの位置が遠い。従って、切断ビーム104の照射によって、中間造形物102Aの外周面C1を形成することができる。その結果、表面粗さが低減された外周面C2を有する最終造形物102Bを得ることができる。 The three-dimensional modeling apparatus 1 further includes a table 6 on which the powder material 101 is evenly spread and which rotates around the axis A. As shown in FIG. The melting beam irradiation unit 3 and the cutting beam irradiation unit 4 are arranged apart from the table 6 along the direction of the axis A. As shown in FIG. The cutting beam irradiation unit 4 is arranged at a position farther from the axis A than the melting beam irradiation unit 3 is. According to this configuration, the intermediate product 102A is irradiated with the cutting beam 104 while the intermediate product 102A is being rotated by the table 6 . The cutting beam irradiation part 4 is farther from the axis A than the melting beam irradiation part 3 is. Therefore, the irradiation of the cutting beam 104 can form the outer peripheral surface C1 of the intermediate product 102A. As a result, the final model 102B having the outer peripheral surface C2 with reduced surface roughness can be obtained.

本発明に係る三次元造形装置は、上記実施形態に限られない。 The three-dimensional modeling apparatus according to the present invention is not limited to the above embodiments.

[変形例1]
図5に示すように、変形例1に係る三次元造形装置1Aは、溶融ビーム照射部3と、切断ビーム照射部4と、切断ビーム照射部5(第3ビーム照射部)と、を備えてもよい。切断ビーム照射部5は、切断ビーム照射部4と同様の構成を備える。切断ビーム照射部5は、切断ビーム105(第3エネルギビーム)を切断領域5S(第3照射領域)に照射する。切断ビーム照射部5は、軸線Aと溶融ビーム照射部3との間に配置されている。換言すると、軸線Aから円周縁6aに向かう方向に沿って、切断ビーム照射部5、溶融ビーム照射部3、切断ビーム照射部4の順に配置されている。また、切断ビーム照射部4の切断領域4Sは、切断ビーム照射部5の切断領域5Sと接する、或いは一部が重複していてもよい。このような三次元造形装置1Aによれば、最終造形物102Bの外周面C2に加えて、切断ビーム照射部5によって最終造形物102Bの内周面の表面粗さも低減することができる。
[Modification 1]
As shown in FIG. 5, a three-dimensional modeling apparatus 1A according to Modification 1 includes a melting beam irradiation unit 3, a cutting beam irradiation unit 4, and a cutting beam irradiation unit 5 (third beam irradiation unit). good too. The cutting beam irradiation unit 5 has the same configuration as the cutting beam irradiation unit 4 . The cutting beam irradiation unit 5 irradiates the cutting region 5S (third irradiation region) with the cutting beam 105 (third energy beam). The cutting beam irradiation section 5 is arranged between the axis A and the melting beam irradiation section 3 . In other words, the cutting beam irradiation section 5, the melting beam irradiation section 3, and the cutting beam irradiation section 4 are arranged in this order along the direction from the axis A toward the circumferential edge 6a. Moreover, the cutting region 4S of the cutting beam irradiation unit 4 may be in contact with or partially overlap with the cutting region 5S of the cutting beam irradiation unit 5 . According to such a three-dimensional modeling apparatus 1A, in addition to the outer peripheral surface C2 of the final object 102B, the cutting beam irradiation unit 5 can also reduce the surface roughness of the inner peripheral surface of the final object 102B.

なお、変形例1では、切断ビーム照射部5を最終造形物102Bの内周面の仕上げに用いた。たとえば、最終造形物が小径の場合には、切断ビーム照射部5を最終造形物の外周面の仕上げに用いてもよい。つまり、切断ビーム照射部4、5は、最終造形物の大きさ又は形状等に応じて、内周面の仕上げ又は外周面の仕上げのいずれにも用いてよい。 In Modification 1, the cutting beam irradiation unit 5 is used for finishing the inner peripheral surface of the final model 102B. For example, when the final object has a small diameter, the cutting beam irradiation unit 5 may be used for finishing the outer peripheral surface of the final object. That is, the cutting beam irradiation units 4 and 5 may be used for either finishing of the inner peripheral surface or finishing of the outer peripheral surface according to the size or shape of the final product.

[変形例2]
図6に示すように、変形例2に係る三次元造形装置1Bは、溶融ビーム照射部3Bと、8個の切断ビーム照射部4Bと、を備えてもよい。三次元造形装置1Bのテーブル6B(固定テーブル)は、テーブル6のように回転しない。つまり、テーブル6Bは、軸線Aのまわりに固定されている。溶融ビーム照射部3Bは、軸線A上に配置されている。この溶融ビーム照射部3Bの溶融領域3BSは、テーブル6Bの造形面6bの略全域を覆う。切断ビーム照射部4Bは、軸線Aを中心とする仮想円上において、45度の間隔をもって等間隔に配置されている。この配置は、互いに隣り合う切断領域4BSの一部が重複するように設定される。変形例2の場合には、テーブル6Bが回転しないので、切断領域4BSは、溶融領域3BSと重複するように設定される。このような三次元造形装置1Bによれば、テーブル6Bの回転を要することなく、最終造形物102Bの表面粗さを低減することができる。
[Modification 2]
As shown in FIG. 6, a three-dimensional modeling apparatus 1B according to Modification 2 may include a melting beam irradiation unit 3B and eight cutting beam irradiation units 4B. A table 6B (fixed table) of the three-dimensional modeling apparatus 1B does not rotate like the table 6 does. That is, the table 6B is fixed around the axis A. The melting beam irradiation part 3B is arranged on the axis A. As shown in FIG. The melting region 3BS of the melting beam irradiation section 3B covers substantially the entire molding surface 6b of the table 6B. The cutting beam irradiation units 4B are arranged at equal intervals of 45 degrees on a virtual circle centered on the axis A. As shown in FIG. This arrangement is set so that portions of the cutting regions 4BS adjacent to each other overlap. In the case of modification 2, the table 6B does not rotate, so the cutting area 4BS is set so as to overlap the melting area 3BS. According to such a three-dimensional modeling apparatus 1B, the surface roughness of the final model 102B can be reduced without requiring rotation of the table 6B.

なお、図6の形態において、切断ビーム照射部4Bは、造形物の外周面側に切断ビームを照射するものであってもよいし、造形物の内周面側に切断ビームを照射するものであってもよい。また、切断ビーム照射部4Bは、造形物の外周面側と内周面側の両方に切断ビームを照射可能なものであってもよい。また、造形物の外周面側に切断ビームを照射する複数の切断ビーム照射部4Bと、造形物の内周面側に切断ビームを照射する複数の切断ビーム照射部4Bと、を備えてもよい。すなわち、切断ビーム照射部4Bによって造形物の表面粗さを低減する対象となる部位は、最終造形物の外周面側、内周面側のいずれか一方であってもよいし、両方であってもよい。 In the embodiment shown in FIG. 6, the cutting beam irradiation unit 4B may irradiate the cutting beam to the outer peripheral surface of the modeled object, or may irradiate the cutting beam to the inner peripheral surface of the modeled object. There may be. Moreover, the cutting beam irradiation unit 4B may be capable of irradiating the cutting beam to both the outer peripheral surface side and the inner peripheral surface side of the modeled object. Further, a plurality of cutting beam irradiation units 4B for irradiating the outer peripheral surface of the modeled object with cutting beams, and a plurality of cutting beam irradiation units 4B for irradiating the inner peripheral surface of the modeled object with cutting beams may be provided. . That is, the target part for reducing the surface roughness of the modeled object by the cutting beam irradiation unit 4B may be either the outer peripheral surface side or the inner peripheral surface side of the final modeled object, or both. good too.

[変形例3、4]
実施形態において切断ビーム照射部4は、切断ビーム104を照射軸線A4に沿って照射していた。切断ビーム104の照射態様は、最終造形物102Bの外周面C2の形状に応じて適宜態様を変更してよい。例えば、図7の(a)部に示すように、最終造形物102Bの外周面C2がテーパ状であるとする。この場合、切断ビーム照射部4Cの照射軸線A4が粉末材料101の表面101T(或いはテーブル6の造形面6b)に対して、斜めに交差するように配置してもよい(変形例3)。この構成によれば、斜めに配置した切断ビーム照射部4Cからその照射軸線A4に沿って切断ビーム104を照射することにより、テーパ状の外周面C2を形成することができる。また、図7の(b)部に示すように、切断ビーム照射部4の照射軸線A4が粉末材料101の表面101T(或いはテーブル6の造形面6b)に対して、直交するように配置してもよい(変形例4)。この構成によれば、切断ビーム照射部4からその照射軸線A4に対して偏向した切断ビーム104aを照射することにより、テーパ状の外周面C2を形成することができる。
[Modifications 3 and 4]
In the embodiment, the cutting beam irradiation unit 4 irradiates the cutting beam 104 along the irradiation axis A4. The irradiation mode of the cutting beam 104 may be appropriately changed according to the shape of the outer peripheral surface C2 of the final model 102B. For example, as shown in part (a) of FIG. 7, it is assumed that the outer peripheral surface C2 of the final model 102B is tapered. In this case, the irradiation axis A4 of the cutting beam irradiation unit 4C may be arranged so as to obliquely intersect the surface 101T of the powder material 101 (or the modeling surface 6b of the table 6) (Modification 3). According to this configuration, the tapered outer peripheral surface C2 can be formed by irradiating the cutting beam 104 along the irradiation axis A4 from the obliquely arranged cutting beam irradiation unit 4C. Further, as shown in part (b) of FIG. 7, the irradiation axis A4 of the cutting beam irradiation unit 4 is arranged so as to be orthogonal to the surface 101T of the powder material 101 (or the modeling surface 6b of the table 6). (Modification 4). According to this configuration, the tapered outer peripheral surface C2 can be formed by irradiating the cutting beam 104a deflected with respect to the irradiation axis A4 from the cutting beam irradiation unit 4. FIG.

なお、変形例3、4では、切断ビーム照射部4の照射態様に関する変形例を示した。このような照射態様の変更は、切断ビーム照射部5に適用してもよい。つまり、切断ビーム照射部5(第3ビーム照射部)の照射態様を、最終造形物102Bの内周面の形状に応じて適宜態様を変更してもよい。例えば切断ビーム照射部5の照射軸線が粉末材料101の表面101T(或いはテーブル6の造形面6b)に対して、斜めに交差するように配置してもよい。 Modifications 3 and 4 show modifications regarding the irradiation mode of the cutting beam irradiation unit 4 . Such a change in irradiation mode may be applied to the cutting beam irradiation unit 5 . In other words, the irradiation mode of the cutting beam irradiation section 5 (third beam irradiation section) may be appropriately changed according to the shape of the inner peripheral surface of the final model 102B. For example, the irradiation axis of the cutting beam irradiation unit 5 may be arranged so as to obliquely intersect the surface 101T of the powder material 101 (or the modeling surface 6b of the table 6).

また、上記実施形態の三次元造形装置1は、第1ビーム照射部である溶融ビーム照射部3と、第1ビーム照射部よりも軸線Aから遠い位置に配置された第2ビーム照射部である切断ビーム照射部4と、を備えていた。さらに、上記変形例1の三次元造形装置1Aは、第1ビーム照射部である溶融ビーム照射部3と、第1ビーム照射部よりも軸線Aから遠い位置に配置された第2ビーム照射部である切断ビーム照射部4と、第1ビーム照射部よりも軸線Aから近い位置に配置された第3ビーム照射部である切断ビーム照射部5と、を備えていた。例えば、三次元造形装置は、第1ビーム照射部である溶融ビーム照射部と、第1ビーム照射部よりも軸線Aから近い位置に配置された第2ビーム照射部である切断ビーム照射部と、を備えてもよい。換言すると三次元造形装置は、図5に示す三次元造形装置1Aから、切断ビーム照射部4を省略した構成としてもよい。この構成を有する三次元造形装置は、最終造形物の内周面の仕上げることができる。さらに、三次元造形装置は、小径の最終造形物の外周面の仕上げることもできる。 Further, the three-dimensional modeling apparatus 1 of the above embodiment has a melting beam irradiation unit 3 which is a first beam irradiation unit, and a second beam irradiation unit arranged at a position farther from the axis A than the first beam irradiation unit. A cutting beam irradiation unit 4 was provided. Furthermore, the three-dimensional modeling apparatus 1A of Modification 1 has a melting beam irradiation unit 3 which is the first beam irradiation unit, and a second beam irradiation unit arranged at a position farther from the axis A than the first beam irradiation unit. A certain cutting beam irradiation unit 4 and a cutting beam irradiation unit 5 as a third beam irradiation unit arranged at a position closer to the axis A than the first beam irradiation unit were provided. For example, the three-dimensional modeling apparatus includes a melting beam irradiation unit that is a first beam irradiation unit, a cutting beam irradiation unit that is a second beam irradiation unit arranged at a position closer to the axis A than the first beam irradiation unit, may be provided. In other words, the three-dimensional modeling apparatus may have a configuration in which the cutting beam irradiation section 4 is omitted from the three-dimensional modeling apparatus 1A shown in FIG. A three-dimensional modeling apparatus having this configuration can finish the inner peripheral surface of the final model. Furthermore, the three-dimensional modeling apparatus can also finish the outer peripheral surface of the final model having a small diameter.

1,1A,1B 三次元造形装置
2 造形室
3,3B 溶融ビーム照射部(第1ビーム照射部)
3A 照射軸
3S 溶融領域(第1照射領域)
4,4B,4C 切断ビーム照射部(第2ビーム照射部)
4S 切断領域(第2照射領域)
5 切断ビーム照射部(第3ビーム照射部)
5S 切断領域(第3照射領域)
6 テーブル(回転テーブル)
6B テーブル(固定テーブル)
6a 円周縁
6b 造形面
7 昇降装置
8 粉末供給装置
9 造形ポンプ
10 造形筐体
12 筐体
12a 電子銃室
12b 第1差動排気室
12c 第2差動排気室
13,18 電子銃
13a,18a 電源
13b,18b カソード
13c,18c アノード
13d,18d フィラメント
14,16 真空ポンプ
17,19 コイルユニット
101 粉末材料
102A 中間造形物(第1造形物)
102B 最終造形物(第2造形物)
103 溶融ビーム(第1エネルギビーム)
104,104a 切断ビーム(第2エネルギビーム)
105 切断ビーム(第3エネルギビーム)
101T 表面
102A 中間造形物
A 軸線
A4 照射軸線
C1 中間造形物の外周面
C2 最終造形物の外周面
L 照射ライン
T 表面
1, 1A, 1B Three-dimensional modeling apparatus 2 Modeling chamber 3, 3B Melting beam irradiation unit (first beam irradiation unit)
3A irradiation axis 3S melting region (first irradiation region)
4, 4B, 4C cutting beam irradiation unit (second beam irradiation unit)
4S cutting area (second irradiation area)
5 Cutting beam irradiation unit (third beam irradiation unit)
5S cutting area (third irradiation area)
6 table (rotary table)
6B table (fixed table)
6a Circumferential edge 6b Modeling surface 7 Lifting device 8 Powder supply device 9 Modeling pump 10 Modeling housing 12 Housing 12a Electron gun chamber 12b First differential exhaust chamber 12c Second differential exhaust chambers 13, 18 Electron guns 13a, 18a Power supply 13b, 18b Cathodes 13c, 18c Anodes 13d, 18d Filaments 14, 16 Vacuum pumps 17, 19 Coil unit 101 Powder material 102A Intermediate molded object (first molded object)
102B final model (second model)
103 melting beam (first energy beam)
104, 104a cutting beam (second energy beam)
105 cutting beam (third energy beam)
101T Surface 102A Intermediate product A Axis A4 Irradiation axis C1 Intermediate product outer peripheral surface C2 Final product outer peripheral surface L Irradiation line T Surface

Claims (5)

第1照射領域に敷き均された粉末材料に第1エネルギビームを照射し、前記第1エネルギビームの照射によって前記粉末材料が固化した第1造形物を得る第1ビーム照射部と、
第2照射領域に含まれる前記第1造形物に第2エネルギビームを照射し、前記第2エネルギビームの照射によって前記第1造形物から切り出された第2造形物を得る第2ビーム照射部と、を備え、
前記第2エネルギビームの電子ビーム径は、前記第1エネルギビームの電子ビーム径よりも小さく、
前記第1ビーム照射部は、前記粉末材料への前記第1エネルギビームの照射を繰り返すことにより、複数の層を含む前記第1造形物を得るものであり、
前記第2ビーム照射部は、前記第1造形物に前記第2エネルギビームを照射して前記複数の層のうち少なくとも2層以上の層をまとめて切断することにより、前記第1造形物から前記第2造形物を得るものである、三次元造形装置。
a first beam irradiation unit for irradiating the powder material spread evenly in the first irradiation area with a first energy beam to obtain a first modeled object in which the powder material is solidified by the irradiation of the first energy beam;
a second beam irradiation unit that irradiates the first modeled object included in the second irradiation area with a second energy beam, and obtains a second modeled object that is cut out from the first modeled object by the irradiation of the second energy beam; , and
The electron beam diameter of the second energy beam is smaller than the electron beam diameter of the first energy beam,
The first beam irradiation unit obtains the first shaped object including a plurality of layers by repeatedly irradiating the powder material with the first energy beam,
The second beam irradiating section irradiates the first shaped object with the second energy beam to collectively cut at least two or more layers among the plurality of layers, thereby removing the first shaped object from the first shaped object. A three-dimensional modeling apparatus that obtains a second modeled object .
前記粉末材料が敷き均されると共に軸線のまわりに回転する回転テーブルをさらに備え、
前記第1ビーム照射部及び前記第2ビーム照射部は、前記軸線の方向に沿って前記回転テーブルから離間して配置され、
前記第2ビーム照射部は、前記第1ビーム照射部よりも前記軸線から遠い位置に配置される、請求項1に記載の三次元造形装置。
further comprising a rotary table on which the powder material is spread and rotated around an axis;
The first beam irradiation unit and the second beam irradiation unit are arranged apart from the rotary table along the direction of the axis,
The three-dimensional modeling apparatus according to claim 1, wherein the second beam irradiation unit is arranged at a position farther from the axis line than the first beam irradiation unit.
前記粉末材料が敷き均されると共に軸線のまわりに回転する回転テーブルをさらに備え、
第3照射領域に含まれる前記第1造形物に第3エネルギビームを照射する第3ビーム照射部をさらに備え、
前記第3ビーム照射部は、前記軸線の方向に沿って前記回転テーブルから離間して配置されると共に前記第1ビーム照射部よりも前記軸線から近い位置に配置され、
前記第3エネルギビームの電子ビーム径は、前記第1エネルギビームの電子ビーム径よりも小さい、請求項1又は2に記載の三次元造形装置。
further comprising a rotary table on which the powder material is spread and rotated around an axis;
further comprising a third beam irradiation unit that irradiates a third energy beam to the first modeled object included in the third irradiation area;
the third beam irradiation unit is arranged apart from the rotary table along the direction of the axis and is arranged at a position closer to the axis than the first beam irradiation unit;
3. The three-dimensional modeling apparatus according to claim 1, wherein an electron beam diameter of said third energy beam is smaller than an electron beam diameter of said first energy beam.
前記粉末材料が敷き均されると共に軸線のまわりに固定される固定テーブルをさらに備え、
前記第1ビーム照射部及び前記第2ビーム照射部は、前記軸線の方向に沿って前記固定テーブルから離間して配置され、
前記第2ビーム照射部は、前記第1ビーム照射部よりも前記軸線から遠い位置において、複数配置される、請求項1に記載の三次元造形装置。
further comprising a fixed table on which the powder material is spread and fixed around an axis;
The first beam irradiation unit and the second beam irradiation unit are arranged apart from the fixed table along the direction of the axis,
The three-dimensional modeling apparatus according to claim 1, wherein a plurality of said second beam irradiation units are arranged at positions farther from said axis line than said first beam irradiation units.
前記粉末材料が敷き均されると共に軸線のまわりに回転する回転テーブルをさらに備え、
前記第1ビーム照射部及び前記第2ビーム照射部は、前記軸線の方向に沿って前記回転テーブルから離間して配置され、
前記第2ビーム照射部は、前記第1ビーム照射部よりも前記軸線から近い位置に配置される、請求項1に記載の三次元造形装置。
further comprising a rotary table on which the powder material is spread and rotated around an axis;
The first beam irradiation unit and the second beam irradiation unit are arranged apart from the rotary table along the direction of the axis,
The three-dimensional modeling apparatus according to claim 1, wherein the second beam irradiation section is arranged closer to the axis than the first beam irradiation section.
JP2019017680A 2019-02-04 2019-02-04 3D printer Active JP7222257B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019017680A JP7222257B2 (en) 2019-02-04 2019-02-04 3D printer

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019017680A JP7222257B2 (en) 2019-02-04 2019-02-04 3D printer

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2020125509A JP2020125509A (en) 2020-08-20
JP7222257B2 true JP7222257B2 (en) 2023-02-15

Family

ID=72084713

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2019017680A Active JP7222257B2 (en) 2019-02-04 2019-02-04 3D printer

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP7222257B2 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2023013761A (en) * 2021-07-16 2023-01-26 三菱重工業株式会社 Apparatus for molding three-dimensional laminate
WO2023037541A1 (en) * 2021-09-13 2023-03-16 株式会社ニコン Processing system

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015168228A (en) 2014-03-10 2015-09-28 日本電子株式会社 Apparatus and method for molding three-dimensional laminate
US20160167303A1 (en) 2014-12-15 2016-06-16 Arcam Ab Slicing method
CN106825567A (en) 2017-01-22 2017-06-13 清华大学 The electron beam selective melting increasing material manufacturing equipment compound with electron beam cutting
JP2017528591A (en) 2014-07-09 2017-09-28 プランゼー エスエー Parts manufacturing method
JP2017530033A (en) 2014-09-19 2017-10-12 ムーグ インコーポレイテッド Method for removing defects layer by layer during additive manufacturing

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015168228A (en) 2014-03-10 2015-09-28 日本電子株式会社 Apparatus and method for molding three-dimensional laminate
JP2017528591A (en) 2014-07-09 2017-09-28 プランゼー エスエー Parts manufacturing method
JP2017530033A (en) 2014-09-19 2017-10-12 ムーグ インコーポレイテッド Method for removing defects layer by layer during additive manufacturing
US20160167303A1 (en) 2014-12-15 2016-06-16 Arcam Ab Slicing method
JP2018507957A (en) 2014-12-15 2018-03-22 ア−カム アーベー Improved method for additive manufacturing
CN106825567A (en) 2017-01-22 2017-06-13 清华大学 The electron beam selective melting increasing material manufacturing equipment compound with electron beam cutting

Also Published As

Publication number Publication date
JP2020125509A (en) 2020-08-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11485043B2 (en) Additive manufacturing apparatus utilizing combined electron beam selective melting and electron beam cutting
JP7222257B2 (en) 3D printer
JP5135594B2 (en) Method for making 3D objects
JP2015168228A (en) Apparatus and method for molding three-dimensional laminate
CN108437472B (en) Additive manufacturing device and additive manufacturing method
US10821673B2 (en) Method for operating an apparatus for additively manufacturing three-dimensional objects
CN209045482U (en) Microwave ECR plasma cathode annular beam electron gun
JP5380693B2 (en) Charged particle beam irradiation apparatus and control method of charged particle beam apparatus
US20200164580A1 (en) Method for additively manufacturing at least one three-dimensional object
JP6296545B2 (en) Electron beam device, electron beam filament manufacturing apparatus and manufacturing method
KR20220119952A (en) Method for fabricating Target of X-ray tube
CN109789483B (en) Electron beam 3D printer
JP7232724B2 (en) Molding method of rubber products
CN109300757A (en) Microwave ECR plasma cathode annular beam electron gun and 3D printing method
JP2004349168A (en) Wehnelt electrode and charged particle gun
JP6636385B2 (en) Charged particle beam therapy system
JP2013101851A (en) Ion milling device
JP7280983B2 (en) Ion milling device
JP6460501B2 (en) Electron beam equipment
JP7515376B2 (en) Isolation structure and method for manufacturing the same - Patent application
US10994365B2 (en) Apparatus for generating electron radiation and three-dimensional printing apparatus
KR20220135905A (en) Method for fabricating Target of X-ray tube
JP2024053678A (en) Additive manufacturing device and additive manufacturing method
RU2619460C1 (en) Method of ion-beam processing of products with a large surface area
KR20220135191A (en) Particle beam therapy apparatus and accelerator

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20211007

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20220922

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20220927

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20221124

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20230104

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20230117

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 7222257

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151