JP7301634B2 - Three-dimensional modeling apparatus and method for manufacturing three-dimensional model - Google Patents

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Description

本発明は、いわゆる粉末積層溶融法にかかる三次元造形装置、およびそれを用いた三次元造形物の製造方法に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a three-dimensional modeling apparatus according to a so-called powder layered melting method, and a method of manufacturing a three-dimensional model using the three-dimensional modeling apparatus.

近年、いわゆる3Dプリンタの開発が盛んに行われており、さまざまな方式が試みられている。例えば、熱溶融積層造形法、光硬化性樹脂を用いた光造形法、粉末積層溶融法、等のさまざまな方式が知られている。
粉末積層溶融法(Powder Bed Fusion)は、ナイロン樹脂、セラミクス、金属等の原料粉末を層状に敷く工程と、レーザ光を照射して粉末層の一部を選択的に溶融させる工程とを繰り返し行なうことにより三次元造形物を形成する方法である。レーザ光の代わりに、電子ビーム等の他の加熱手段を用いて粉末層の一部を選択的に溶融させる場合もある。
In recent years, so-called 3D printers have been actively developed, and various methods have been tried. For example, various methods are known, such as a hot fusion layered manufacturing method, a stereolithography method using a photocurable resin, and a powder layered melting method.
In the powder bed fusion method, a process of laying raw material powders such as nylon resin, ceramics, metals, etc. in layers and a process of selectively melting a part of the powder layer by irradiating a laser beam are repeated. This is a method of forming a three-dimensional structure by Instead of laser light, other heating means such as electron beams may be used to selectively melt portions of the powder layer.

近年では、高い機械強度や良好な熱伝導性が要求される物品を製造する方法として、金属粉末を原料に用いた粉末積層溶融法が活用されはじめている。
金属粉末を層状に敷く粉敷きプロセスでは、スキージやローラ等の粉敷き部材(リコータ)を使って、造形ステージ上に粉末からなる層を形成する。一例として、リコータの往復動作の往き方向で、スキージ等で適量の粉末を造形ステージ上に運び、帰り方向で造形ステージと適切な間隔に調整したローラで一層分の厚みになるよう粉末をならす方法が挙げられる。粉末層の形成方法はこの例に限るものではないが、粉敷きプロセスの後に、ビーム照射プロセスが行われる。ビーム照射プロセスでは、作成したい造形物の形状に応じて粉末層上に前述のレーザビームや電子ビームを走査照射し、粉末を焼結あるいは溶融させる。ビーム照射後、造形ステージを1層分下降させ再び粉敷きプロセスを行う。以上の動作を繰り返すことで三次元立体形状物を造形する。
In recent years, as a method for manufacturing articles that require high mechanical strength and good thermal conductivity, the powder layered melting method using metal powder as a raw material has begun to be utilized.
In the powder spreading process of spreading metal powder in a layer, a powder spreading member (recoater) such as a squeegee or roller is used to form a layer of powder on the modeling stage. As an example, in the forward direction of the recoater's reciprocating motion, an appropriate amount of powder is conveyed onto the modeling stage with a squeegee or the like, and in the returning direction, a roller adjusted to an appropriate spacing from the modeling stage is used to even out the powder to a thickness of one layer. is mentioned. Although the method of forming the powder layer is not limited to this example, the beam irradiation process is performed after the powder spreading process. In the beam irradiation process, the powder layer is sintered or melted by scanning and irradiating the aforementioned laser beam or electron beam onto the powder layer according to the shape of the object to be created. After beam irradiation, the modeling stage is lowered by one layer and the powder spreading process is performed again. By repeating the above operations, a three-dimensional object is formed.

金属粉末を原料とする造形では、ビームを照射して加熱した際に、粉末層が局所的に非常に高温になるため金属蒸気が発生し、粉末層の上の空間に金属蒸気が凝集したサブマイクロメータレベルの微小粒子が発生する。こうした微小粒子はヒュームと呼ばれるが、ヒュームはレーザ光路を漂い、さらには、光源からレーザ光を入射するための照射窓に付着する。ヒュームが光路に滞留したり照射窓に付着すると、レーザ光を吸収もしくは反射し、粉末層を照射するレーザ光の強度に影響を与え、粉末層の熔融、焼結状態が変化して造形が不安定になる。 In modeling using metal powder as a raw material, when the beam is irradiated and heated, the powder layer locally becomes very hot and metal vapor is generated, and the metal vapor condenses in the space above the powder layer. Micrometer-level particles are generated. Such microparticles are called fumes, and the fumes drift along the laser beam path and adhere to the irradiation window through which the laser beam from the light source enters. If fume stays in the optical path or adheres to the irradiation window, it absorbs or reflects the laser beam, affecting the intensity of the laser beam that irradiates the powder layer, changing the state of melting and sintering of the powder layer, and making molding impossible. become stable.

特許文献1には、造形エリア上に、ガスの供給ノズルと排気ノズルを対向配置して、エアカーテン状の排気をしてヒュームを除去する方法が記載されている。
また、特許文献2には、レーザを入射する照射窓を加熱して、ヒュームの付着を防ぐ構成をとり、レーザの照射強度の安定性を確保する方法が記載されている。
Patent Literature 1 describes a method of removing fumes by arranging a gas supply nozzle and an exhaust nozzle facing each other on a modeling area to perform air curtain-like exhaust.
Further, Japanese Patent Laid-Open No. 2002-200002 describes a method of ensuring stability of laser irradiation intensity by heating an irradiation window through which a laser is incident to prevent adhesion of fumes.

ところで、近年では、軽量性、耐摩耗性、耐熱衝撃、化学安定性などに優れ、幅広い分野での用途が期待されているが機械加工が難しい材料である炭化ケイ素について、粉末を使った造形方法が検討されている。ただし、炭化ケイ素は、常圧では融点を持たず、2545℃付近(あるいは2700℃など諸説あり)で昇華してしまう材料である。 By the way, in recent years, silicon carbide, which is a material that is difficult to machine, is expected to be used in a wide range of fields due to its light weight, wear resistance, thermal shock resistance, and chemical stability. is being considered. However, silicon carbide is a material that does not have a melting point under normal pressure and sublimes at around 2545° C. (or 2700° C., according to various theories).

特許文献3には、炭化ケイ素粉末と、炭化ケイ素の昇華温度よりも低い融点を持つホウ化金属粉末とを含む混合粉末により粉末層を形成し、エネルギービームを照射して造形を行う方法が開示されている。炭化ケイ素とホウ化金属の混合物が加熱により共晶または亜共晶することを利用し、加熱した際に炭化ケイ素に過渡液相を生じせしめ、粉末層を溶融固化させる方法である。 Patent Document 3 discloses a method of forming a powder layer by forming a powder layer with a mixed powder containing silicon carbide powder and metal boride powder having a melting point lower than the sublimation temperature of silicon carbide, and irradiating an energy beam to form a shape. It is This method utilizes the fact that a mixture of silicon carbide and metal boride becomes eutectic or hypoeutectic when heated, and causes a transitional liquid phase in silicon carbide when heated to melt and solidify a powder layer.

国際公開第2011/049143号WO2011/049143 特表2008-510633号公報Japanese Patent Publication No. 2008-510633 特開2019-64226号公報JP 2019-64226 A

上述した炭化ケイ素粉末と、炭化ケイ素の昇華温度よりも低い融点を持つホウ化金属粉末とを含む混合粉末を用いて、粉末層の形成とエネルギービームの照射を繰返して固化層を積層してゆく際には、固化層に意図しない突起が形成される場合があった。意図しない突起は硬質であり、突起が形成されると三次元造形物の形状精度が低下するだけでなく、突起と粉敷き機構が干渉して造形ステージ上で三次元造形物が転倒したり、粉敷き機構が停止あるいは損傷してしまうという問題が発生した。
かかる突起に起因する問題は、特許文献1や特許文献2に記載されたヒュームに対する対策技術では解決することができなかった。
Using the mixed powder containing the silicon carbide powder described above and the metal boride powder having a melting point lower than the sublimation temperature of silicon carbide, the powder layer formation and energy beam irradiation are repeated to stack the solidified layers. In some cases, unintended projections were formed in the solidified layer. Unintended protrusions are hard, and when protrusions are formed, not only does the shape accuracy of the three-dimensional model decrease, but also the protrusions interfere with the powder-spreading mechanism, causing the three-dimensional model to topple over on the modeling stage. Problems have arisen that the dusting mechanism has stalled or been damaged.
The problem caused by such protrusions could not be solved by the fume countermeasure techniques described in Patent Document 1 and Patent Document 2.

そこで、炭化ケイ素粉末と、炭化ケイ素の昇華温度よりも低い融点を持つホウ化金属粉末とを含む混合粉末を用いた粉末層の形成と、エネルギービームの照射を繰返して固化層を積層する際に、意図しない突起が形成されるのを抑制する技術が求められていた。また、他の粉末を原料として用いる場合であっても、意図しない突起が形成されるのを抑制する技術が求められていた。 Therefore, when forming a powder layer using a mixed powder containing a silicon carbide powder and a metal boride powder having a melting point lower than the sublimation temperature of silicon carbide and repeatedly irradiating an energy beam to laminate a solidified layer, , there has been a demand for a technique for suppressing the formation of unintended projections. Moreover, even when other powders are used as raw materials, there has been a demand for a technique for suppressing the formation of unintended protrusions.

本発明の一態様は、粉末層を形成する粉末層形成部と、前記粉末層形成部が形成した粉末層にエネルギービームを照射するエネルギービーム源と、前記エネルギービーム源が前記粉末層にエネルギービームを照射する時に前記粉末層から飛散する粉末が前記粉末層形成部に到達しないように遮蔽する遮蔽部と、を備え前記遮蔽部は、位置または姿勢を変更可能であり、前記エネルギービーム源が前記粉末層にエネルギービームを照射する時には延伸姿勢をとり、前記粉末層形成部が粉末層を形成する時には屈曲姿勢をとる、ことを特徴とする三次元造形装置である。 According to one aspect of the present invention, a powder layer forming unit that forms a powder layer, an energy beam source that irradiates the powder layer formed by the powder layer forming unit with an energy beam, and the energy beam source that irradiates the powder layer with the energy beam. and a shielding part that shields the powder scattered from the powder layer when irradiating the powder layer so that it does not reach the powder layer forming part. The three-dimensional modeling apparatus is characterized in that it takes an extended posture when irradiating the powder layer with the energy beam, and takes a bent posture when the powder layer forming section forms the powder layer.

また、本発明の別の一態様は、粉末層形成部による粉末層の形成処理と、前記粉末層へのエネルギービームの照射処理と、を繰り返し行う三次元造形物の製造方法であって、前記エネルギービームの照射処理において前記粉末層から飛散する粉末が、前記粉末層形成部に到達しないように遮蔽部で遮蔽し、前記エネルギービームの照射処理において、前記遮蔽部に到達した粉末を落下させる、ことを特徴とする三次元造形物の製造方法である。 Further, another aspect of the present invention is a method for manufacturing a three-dimensional structure in which a powder layer forming process by a powder layer forming unit and an energy beam irradiation process to the powder layer are repeatedly performed, In the energy beam irradiation process, the powder scattered from the powder layer is shielded by the shielding part so that it does not reach the powder layer forming part , and in the energy beam irradiation process, the powder that reaches the shielding part is dropped. A method for manufacturing a three-dimensional model characterized by:

本発明によれば、例えば、炭化ケイ素粉末と、炭化ケイ素の昇華温度よりも低い融点を持つホウ化金属粉末とを含む混合粉末を用いた粉末層の形成と、エネルギービームの照射を繰返して固化層を積層する際に、意図しない突起が形成されるのを抑制できる。 According to the present invention, for example, a mixed powder containing silicon carbide powder and a metal boride powder having a lower melting point than the sublimation temperature of silicon carbide is used to form a powder layer, which is repeatedly irradiated with an energy beam and solidified. When laminating layers, it is possible to suppress the formation of unintended protrusions.

実施形態1の三次元造形装置において、レーザを照射中の状態を示す模式図。FIG. 4 is a schematic diagram showing a state during laser irradiation in the three-dimensional modeling apparatus of Embodiment 1; (a)実施形態1におけるレーザを照射した後の状態を示す模式図。(b)実施形態1における粉末層形成プロセスの一段階を示す模式図。(c)実施形態1において、遮蔽部材を屈曲させてリコータを移動する状態を示す模式図。(a) A schematic diagram showing a state after laser irradiation in Embodiment 1. FIG. (b) A schematic diagram showing one stage of the powder layer formation process in Embodiment 1. FIG. (c) A schematic diagram showing a state in which the shielding member is bent and the recoater is moved in the first embodiment. (a)~(c)実施形態1における粉末層形成プロセスの各段階を示す模式図。(a) to (c) are schematic diagrams showing each stage of the powder layer forming process in Embodiment 1. FIG. 実施形態1において、粉末層形成が終了した段階を示す模式図。FIG. 4 is a schematic diagram showing a stage where powder layer formation is completed in Embodiment 1; (a)実施形態2においてレーザを照射中の状態を示す模式図。(b)実施形態2における粉末層形成プロセスの前段階を示す模式図。(a) A schematic diagram showing a state during laser irradiation in the second embodiment. (b) A schematic diagram showing a preliminary stage of the powder layer forming process in Embodiment 2. FIG. (a)実施形態3において、レーザを照射中の状態を示す模式図。(b)実施形態3における粉末層形成プロセスの前段階を示す模式図。(a) A schematic diagram showing a state during laser irradiation in Embodiment 3. FIG. (b) A schematic diagram showing a preliminary stage of the powder layer forming process in Embodiment 3. FIG. 実施形態4において、レーザを照射中の状態を示す模式図。4 is a schematic diagram showing a state during laser irradiation in Embodiment 4. FIG. 実施形態5において、レーザを照射中の状態を示す模式図。FIG. 12 is a schematic diagram showing a state during laser irradiation in Embodiment 5; (a)実施形態6において、レーザを照射中の状態を示す模式図。(b)実施形態6における粉末層形成プロセスの一段階を示す模式図。(a) A schematic diagram showing a state during laser irradiation in Embodiment 6. FIG. (b) A schematic diagram showing one stage of the powder layer forming process in Embodiment 6. FIG. (a)実施形態6の変形例である金属カーテンの斜視図。(b)延伸した状態の金属カーテンの側面図。(c)湾曲した状態の金属カーテンの側面図。(a) The perspective view of the metal curtain which is a modification of Embodiment 6. FIG. (b) Side view of the metal curtain in a stretched state. (c) Side view of the metal curtain in a curved state. (a)従来の三次元造形装置において、粉末層にレーザビームを照射している状態を説明するための模式図。(b)従来の三次元造形装置において、粉末層を形成する際に付着物が落下する状況を説明するための模式図。(a) A schematic diagram for explaining a state in which a powder layer is irradiated with a laser beam in a conventional three-dimensional modeling apparatus. (b) A schematic diagram for explaining a situation in which an adhering matter falls when forming a powder layer in a conventional three-dimensional modeling apparatus. (a)従来の三次元造形装置において、粉末層上に付着物が落下した状態でレーザを照射する状況を説明するための模式図。(b)従来の三次元造形装置において、突起部が形成された状態を説明するための模式図。(a) A schematic diagram for explaining a state in which a laser is irradiated in a state in which an adhering matter has fallen on a powder layer in a conventional three-dimensional modeling apparatus. (b) A schematic diagram for explaining a state in which projections are formed in a conventional three-dimensional modeling apparatus. レーザ照射後の粉末層の平面写真。A plane photograph of a powder layer after laser irradiation. 昇華により粉末が飛散する状況を説明するための模式図。FIG. 4 is a schematic diagram for explaining a situation in which powder is scattered due to sublimation;

図面を参照して、本発明の実施形態である三次元造形装置および三次元造形物の製造方法について説明する。尚、以下の説明において参照する図面では、特に但し書きがない限り、同一の機能を有する部材については同一の参照番号を付して示すものとする。 A three-dimensional modeling apparatus and a three-dimensional modeling article manufacturing method according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In the drawings referred to in the following description, members having the same function are denoted by the same reference numerals unless otherwise specified.

[実施形態1]
図1は、実施形態1の三次元造形装置200において、粉末層18にレーザビーム12を照射している状態を示す模式図である。
まず、三次元造形装置200の構成について説明する。粉末積層溶融法による造形が可能な三次元造形装置200は、ガスを導入可能なチャンバー1を備えている。チャンバー1には、例えば窒素ガスを導入するガス導入口4と、ガス置換時にチャンバー内を排気するための真空ポンプ19が付設されている。
チャンバー1内には、三次元造形物を形成するための基台である造形プレート11、造形プレート11が着脱可能に装着される造形ステージ2、原料粉末を貯留する粉末供給槽3、粉末供給槽3を支持する粉末供給ステージ20、リコータ5が設けられている。造形ステージ2と粉末供給ステージ20は、互いに独立に上下動が可能である。
[Embodiment 1]
FIG. 1 is a schematic diagram showing a state in which a powder layer 18 is irradiated with a laser beam 12 in a three-dimensional modeling apparatus 200 of Embodiment 1. FIG.
First, the configuration of the three-dimensional modeling apparatus 200 will be described. A three-dimensional modeling apparatus 200 capable of modeling by the powder layered melting method includes a chamber 1 into which gas can be introduced. The chamber 1 is provided with a gas inlet 4 for introducing nitrogen gas, for example, and a vacuum pump 19 for evacuating the chamber during gas replacement.
Inside the chamber 1 are a modeling plate 11 which is a base for forming a three-dimensional object, a modeling stage 2 on which the modeling plate 11 is detachably mounted, a powder supply tank 3 for storing raw material powder, and a powder supply tank. A powder feed stage 20 supporting 3, a recoater 5 is provided. The modeling stage 2 and the powder supply stage 20 can move up and down independently of each other.

粉末層形成部としてのリコータ5は、粉末供給部としての粉末供給槽3から粉末を造形プレート11上に搬送し、厚みが10~100μm程度の所定の厚みの粉末層18を形成する。リコータ5は、スキージ6とローラ7を備える。スキージ6は、R方向に移動しながら粉末供給槽3の粉末を造形プレート近傍、あるいは造形プレート上まで搬送する機能を有する。ローラ7は、R方向またはL方向に移動しながら、造形プレート11上あるいは造形途中の造形物上に粉末を搬送し、圧縮もしくは押し出すことにより、粉末層18の上面を平坦化して粉末層を所定の厚みに整える機能を持つ。スキージ6による粉末の搬送とローラ7による粉末層の平坦化が好適に行われるように、スキージ6の下端面の高さは適宜変更可能に構成されている。すなわち、スキージ6は、下端面の高さがローラ7の下端と同一になる姿勢か、下端面の高さがローラ7の下端よりも上の位置になる姿勢を取り得るように構成されている。ローラ7は、粉末を圧接しながら水平方向(L方向、R方向)に移動するが、下端の高さが変動しないように、ローラ7には高い剛性で変形しにくい材料を用い、水平移動機構には上下動が抑制された高い剛性の駆動装置を用いる。 A recoater 5 as a powder layer forming section conveys powder from a powder supply tank 3 as a powder supply section onto the modeling plate 11 to form a powder layer 18 having a predetermined thickness of about 10 to 100 μm. The recoater 5 has a squeegee 6 and rollers 7 . The squeegee 6 has a function of conveying the powder in the powder supply tank 3 to the vicinity of the modeling plate or onto the modeling plate while moving in the R direction. While moving in the R direction or the L direction, the roller 7 conveys the powder onto the modeling plate 11 or onto the modeled object in the process of being shaped, and compresses or extrudes it, thereby flattening the upper surface of the powder layer 18 to form a predetermined powder layer. It has a function to adjust to the thickness of The height of the lower end surface of the squeegee 6 can be changed as appropriate so that the squeegee 6 conveys the powder and the roller 7 flattens the powder layer. That is, the squeegee 6 is configured so that it can take a posture in which the height of the lower end face is the same as the lower end of the roller 7 or a posture in which the height of the lower end face is higher than the lower end of the roller 7 . . The roller 7 moves in the horizontal direction (L direction, R direction) while pressing against the powder. A high-rigidity driving device with suppressed vertical movement is used for .

リコータ5による粉末層形成時に余剰となった粉末を回収するため、粉末供給槽3の左側と造形ステージ2の右側には、回収溝21が配置されている。リコータ5は、粉末層を形成する動作を行わない時には、図1に示すように造形ステージ2から離間した位置に配置されるが、この位置を待機位置と呼ぶ。 Recovery grooves 21 are arranged on the left side of the powder supply tank 3 and the right side of the modeling stage 2 in order to recover excess powder when the powder layer is formed by the recoater 5 . The recoater 5 is placed at a position spaced apart from the modeling stage 2 as shown in FIG. 1 when not performing an operation for forming a powder layer, and this position is called a standby position.

チャンバー1内において、リコータ5の待機位置と造形ステージ2の間には、本実施形態の特徴的部分である遮蔽部としての遮蔽部材8が設けられている。遮蔽部材8は、回動可能な関節部81を介して接続された上下の板状部材を備えており、関節部81を動作させることにより屈曲姿勢または延伸姿勢をとり得る。図1は、延伸姿勢、すなわち関節部81を挟んで上下の板状部材が鉛直方向に沿って直線的に配置された姿勢を示している。関節部81はリコータ5の最上部よりも高い位置に配置されており、関節部81を回動することにより、リコータ5を水平方向(L方向-R方向)に移動させても遮蔽部材8が干渉しないような屈曲姿勢をとることができる。屈曲姿勢を、図2(c)、図3(a)~図3(c)等に図示するが、これらの図については後述する。 In the chamber 1, a shielding member 8 is provided between the standby position of the recoater 5 and the modeling stage 2 as a shielding portion that is a characteristic part of the present embodiment. The shielding member 8 includes upper and lower plate-like members connected via a rotatable joint portion 81 , and can take a bent posture or an extended posture by operating the joint portion 81 . FIG. 1 shows an extended posture, that is, a posture in which the upper and lower plate-like members are linearly arranged along the vertical direction with the joint portion 81 interposed therebetween. The joint portion 81 is arranged at a position higher than the uppermost portion of the recoater 5, and by rotating the joint portion 81, the shielding member 8 does not move even when the recoater 5 is moved in the horizontal direction (L direction-R direction). It is possible to take a bending posture that does not interfere. The bending posture is illustrated in FIGS. 2(c), 3(a) to 3(c), etc., and these figures will be described later.

チャンバー1の外には、エネルギービーム源としてのレーザ発振器15と、レーザビームを走査するためのガルバノミラー16や集光するためのf-θレンズ17を備えた走査光学系14が設けられている。造形プレート11の上側には、走査光学系14から出射されるレーザビーム12を透過させる透過窓13があり、透過窓13を介してレーザビーム12が造形プレート11上の粉末層18に適宜照射される。 Outside the chamber 1, there are provided a laser oscillator 15 as an energy beam source, and a scanning optical system 14 having a galvanomirror 16 for scanning the laser beam and an f-θ lens 17 for focusing. . Above the modeling plate 11, there is a transmission window 13 through which the laser beam 12 emitted from the scanning optical system 14 is transmitted. be.

本実施形態では、レーザ発振器15として、例えば波長1070nmのファイバーレーザ(最大出力300W)を使用する。レーザ発振器15から出力されたレーザビーム12は、三次元造形物の形状データに応じて駆動されるガルバノミラー16とf-θレンズ17によって、造形プレート11上の粉末層18の表面の所望の位置に集光し走査される。 In this embodiment, a fiber laser with a wavelength of 1070 nm (maximum output of 300 W) is used as the laser oscillator 15, for example. A laser beam 12 output from a laser oscillator 15 is directed to a desired position on the surface of a powder layer 18 on a modeling plate 11 by a galvanomirror 16 and an f-θ lens 17 driven according to shape data of a three-dimensional object. is focused and scanned.

次に、三次元造形装置200を用いて三次元造形物を形成するプロセスを説明する。
まず本実施形態で用いられ得る原料粉末について説明する。本実施形態では、例えば平均粒径Φ14.7μmの炭化ケイ素(SiC)粉末(大平洋ランダム製)と、平均粒径Φ3~6μmの二ホウ化クロム(CrB)粉末(日本新金属製)の2種類の粉末を混合して使用することができる。炭化ケイ素と二ホウ化クロムの原子組成比が炭化ケイ素:二ホウ化クロム=70:30(at.%)となるようにそれぞれの粉末を計量し、計量した粉末をポリエチレン瓶に入れて混合する。上記混合した粉末を粉末供給槽3に充填する。
Next, a process of forming a three-dimensional modeled object using the three-dimensional modeler 200 will be described.
First, the raw material powder that can be used in this embodiment will be described. In the present embodiment, for example, silicon carbide (SiC) powder (manufactured by Pacific Rundum) having an average particle diameter of Φ14.7 μm and chromium diboride (CrB 2 ) powder (manufactured by Nippon New Metals) having an average particle diameter of Φ3 to 6 μm are used. A mixture of two powders can be used. Each powder is weighed so that the atomic composition ratio of silicon carbide and chromium diboride is silicon carbide: chromium diboride = 70:30 (at.%), and the weighed powder is placed in a polyethylene bottle and mixed. . The powder supply tank 3 is filled with the mixed powder.

次に真空ポンプ19を使って、チャンバー1内を真空引きする。十分に真空引きを実施した後、ガス導入口4から不活性ガスを導入し、チャンバー1内の圧力が大気圧と等しくなるようにする。不活性ガスとしては、窒素(N)やアルゴン(Ar)等が主に使われ得るが、本実施形態ではNガスを用いる。 Next, the vacuum pump 19 is used to evacuate the chamber 1 . After sufficiently evacuating the chamber, an inert gas is introduced from the gas inlet 4 so that the pressure in the chamber 1 becomes equal to the atmospheric pressure. Nitrogen (N 2 ), argon (Ar), or the like can be mainly used as the inert gas, but N 2 gas is used in this embodiment.

次に、粉末層の形成処理の準備として、造形プレート11の上下方向の原点出しをする。造形プレート11を取り付けた造形ステージ2をリコータ5のローラ7の動作領域と干渉しない領域に下げておき、その状態で、リコータ5を造形プレート11の直上を含む動作領域内をL方向-R方向に往復動作させる。その後、造形ステージ2をステップ状に上昇させ、造形プレート11とローラ7が接触した位置(高さ)を造形プレート11の原点とする。本実施形態では、接触したことを判断するために、造形ステージ2に荷重センサ(不図示)を組み込んで、接触による荷重の上昇を検出することにより接触を判定する。どの程度荷重が上昇したら接触と判断するかは装置の剛性にもよるが、本実施形態の装置では10Nの荷重がかかった時に接触したと判断し、その位置を造形ステージ2の原点とする。 Next, in preparation for the powder layer forming process, the origin of the modeling plate 11 is set in the vertical direction. The modeling stage 2 to which the modeling plate 11 is attached is lowered to an area that does not interfere with the operation area of the rollers 7 of the recoater 5. In this state, the recoater 5 is moved in the L direction-R direction within the operation area including the area directly above the modeling plate 11. to reciprocate. After that, the modeling stage 2 is raised stepwise, and the position (height) at which the modeling plate 11 and the roller 7 come into contact is set as the origin of the modeling plate 11 . In this embodiment, in order to determine contact, a load sensor (not shown) is incorporated in the modeling stage 2, and contact is determined by detecting an increase in load due to contact. The extent to which the load is increased before it is determined to be contact depends on the rigidity of the device, but in the device of this embodiment, it is determined that contact has occurred when a load of 10 N is applied, and that position is the origin of the modeling stage 2 .

造形プレート11上に粉末層を形成するには、まず、形成する粉末層の厚み分よりも少し大きく造形ステージ2を下降させる。例えば、形成する粉末層の厚みを50μmにする場合には、70μm下降させる。その後に、粉末供給槽3を支持する粉末供給ステージ20を120μm上昇させ、粉末を上部に押し出す。そして、スキージ6の下端面がローラ7の最下部と同じ高さになるようスキージ6の姿勢を調整したリコータ5をR方向に駆動し、待機位置から粉末供給槽3の右側まで移動させて、粉敷きに必要な量の粉末を造形ステージ2の左側まで運ぶ。
続けて、リコータ5をR方向に駆動し、造形ステージ2の右側までリコータ5を移動させ、造形ステージ2上に粉を敷く。
In order to form a powder layer on the modeling plate 11, first, the modeling stage 2 is lowered slightly by the thickness of the powder layer to be formed. For example, when the thickness of the powder layer to be formed is set to 50 μm, it is lowered by 70 μm. After that, the powder supply stage 20 supporting the powder supply tank 3 is raised by 120 μm to push the powder upward. Then, the recoater 5 is driven in the R direction with the posture of the squeegee 6 adjusted so that the lower end surface of the squeegee 6 is at the same height as the bottom of the roller 7, and is moved from the standby position to the right side of the powder supply tank 3, The amount of powder necessary for powder spreading is carried to the left side of the modeling stage 2.
Subsequently, the recoater 5 is driven in the R direction to move the recoater 5 to the right side of the modeling stage 2 to spread powder on the modeling stage 2 .

最後に、造形ステージ2を20μm上げた後、スキージ6の下端面がローラ7の最下部よりも上になるようスキージ6を上げた姿勢でリコータ5をL方向に駆動する。ローラ7のみを使って鉛直方向に圧縮しながら余分な粉を造形エリア外に押し出し、50μmの均一な厚みの粉末層を造形ステージ2上に形成する。以上により、粉末層形成部としてのリコータ5による粉末層の形成処理が1層分完了する。 Finally, after the modeling stage 2 is lifted by 20 μm, the recoater 5 is driven in the L direction with the squeegee 6 raised so that the lower end surface of the squeegee 6 is above the bottom of the roller 7 . A powder layer having a uniform thickness of 50 μm is formed on the modeling stage 2 by extruding excess powder out of the modeling area while compressing in the vertical direction using only the rollers 7 . As described above, the powder layer forming process by the recoater 5 as the powder layer forming unit is completed for one layer.

次に、形成した粉末層にレーザビームを照射する照射処理を行う。CAD等で作成した造形モデルをスライサーソフトウェアで1層毎のレーザ照射パターンに変換する。変換したレーザ照射パターンに応じてガルバノミラー16を制御し、粉末層18にレーザビーム12を照射する。例えば、レーザパワーは100W、レーザスキャン速度は500mm/s、スキャンピッチは0.05mmとするが、これに限られるものではない。またレーザビーム12を照射する時には、不図示のヒュームコレクターを作動させ、レーザビーム12を照射する時に発生するヒュームを回収するのが望ましい。レーザビーム12を照射した領域の粉末は溶融し、特許文献3に記載された共晶現象を経てバルク体として凝固し、それ以外の領域は粉末層の状態のままで残る。 Next, an irradiation process for irradiating the formed powder layer with a laser beam is performed. A modeling model created by CAD or the like is converted into a laser irradiation pattern for each layer using slicer software. The galvanomirror 16 is controlled according to the converted laser irradiation pattern to irradiate the powder layer 18 with the laser beam 12 . For example, the laser power is 100 W, the laser scan speed is 500 mm/s, and the scan pitch is 0.05 mm, but they are not limited to these. When irradiating the laser beam 12, it is desirable to operate a fume collector (not shown) to collect fumes generated when the laser beam 12 is irradiated. The powder in the region irradiated with the laser beam 12 melts and solidifies as a bulk body through the eutectic phenomenon described in Patent Document 3, while the other regions remain in the powder layer state.

1層の粉末層についてレーザビーム12の照射が終了すると、前述の粉敷きプロセスを再度行って炭化ケイ素と二ホウ化クロムの混合粉末による粉末層を敷設し、次の層のパターンに応じてレーザビームを粉末層上に照射する。以上の動作を繰り返すことで、炭化ケイ素を主成分とする層を順次積み重ねて三次元立体形状物を造形することができる。 After one powder layer has been irradiated with the laser beam 12, the above-described powder spreading process is performed again to lay a powder layer with a mixed powder of silicon carbide and chromium diboride, and a laser beam is applied according to the pattern of the next layer. A beam is directed onto the powder layer. By repeating the above operations, layers containing silicon carbide as a main component are successively stacked to form a three-dimensional three-dimensional object.

本実施形態においては、図1に示すように、粉末層に対してレーザビーム12を照射している間、遮蔽部材8を延伸姿勢にして、飛散する粉末100がリコータ5の表面に付着するのを防止するという特徴的な動作を実施する。すなわち、レーザビームが照射された粉末層からリコータに向けて飛翔する粉末の軌道を遮蔽する位置に遮蔽部材8を配置する。尚、リコータに向けて飛翔する粉末の軌道を遮蔽する位置とは、典型的には粉末層からリコータに至る放物線軌道を遮蔽する位置であるが、チャンバーの内壁等で反射されてリコータに向かう粉末の軌道を遮蔽する位置であってもよい。そして、後述するように、リコータ5を用いて次の粉末層を形成する際には遮蔽部材8を屈曲姿勢にして、リコータ5の動作に干渉しないようにする。 In the present embodiment, as shown in FIG. 1, while the powder layer is being irradiated with the laser beam 12, the shielding member 8 is in an extended posture so that the scattering powder 100 does not adhere to the surface of the recoater 5. It implements a characteristic operation to prevent That is, the shielding member 8 is arranged at a position that shields the trajectory of the powder flying toward the recoater from the powder layer irradiated with the laser beam. The position that blocks the trajectory of the powder flying toward the recoater is typically a position that blocks the parabolic trajectory from the powder layer to the recoater. It may be a position that shields the trajectory of Then, as will be described later, when the next powder layer is formed using the recoater 5 , the shielding member 8 is in a bent position so as not to interfere with the operation of the recoater 5 .

この特徴についての理解を容易にするため、粉末層の形成とレーザビームの照射を繰返して固化層を積層する際に、従来の装置において意図しない突起が形成されていた原因について、本発明者が得た知見を説明する。 In order to facilitate the understanding of this feature, the inventors of the present invention have investigated the cause of the formation of unintended protrusions in the conventional apparatus when the solidified layer is laminated by repeating the formation of the powder layer and the irradiation of the laser beam. Describe your findings.

図11(a)は、従来の三次元造形装置300において、粉末層にレーザビームを照射している状況を説明するための模式図である。図1に示した実施形態1の装置と共通する要素については同一の番号を付して説明を省略するが、従来の三次元造形装置300には、遮蔽部材8が設けられていないことに留意する。
本発明者は、従来の三次元造形装置300において、炭化ケイ素と二ホウ化クロムの混合粉からなる粉末層18を形成した後、レーザビーム12を照射すると、照射された箇所の周辺の粉末が飛散してリコータ5にまで飛翔することを見出した。図11(a)に模式的に示すように、リコータ5にまで飛翔した粉末100は、リコータ5の側面に付着したり上面に積載されたりしていた。リコータ5の側面に付着したり上面に積載された粉末100を調べると、粉末層18に用いられている原料粉末と同様の組成であった。
FIG. 11A is a schematic diagram for explaining a state in which a powder layer is irradiated with a laser beam in a conventional three-dimensional modeling apparatus 300. FIG. Elements common to those of the apparatus of Embodiment 1 shown in FIG. 1 are assigned the same numbers and descriptions thereof are omitted, but it should be noted that the shielding member 8 is not provided in the conventional three-dimensional modeling apparatus 300. do.
In the conventional three-dimensional modeling apparatus 300, the present inventor formed a powder layer 18 made of a mixed powder of silicon carbide and chromium diboride, and then irradiated the laser beam 12. It was found that the particles were scattered and flew up to the recoater 5. As schematically shown in FIG. 11( a ), the powder 100 that flew up to the recoater 5 adhered to the side surface of the recoater 5 or was stacked on the top surface of the recoater 5 . Examination of the powder 100 adhering to the side surface of the recoater 5 and stacked on the upper surface revealed that it had the same composition as the raw material powder used for the powder layer 18 .

図13に示すのは、炭化ケイ素と二ホウ化クロムの混合粉からなる粉末層にレーザビームを直線的に走査した後、上から撮影した顕微鏡写真(平面図)である。レーザを照射した箇所(図面中央のライン)には炭化ケイ素と二ホウ化クロムを含む造形物(固体)ができているが、造形物の周辺では粉末が無くなり、造形プレートが露出しているのがわかる。写真において、ラインに沿って白っぽく見える部分が造形プレートの露出部である。造形プレートが露出している部分にあった粉末は飛散しており、少なくともその一部がリコータ5にまで到達したものと考えられる。 FIG. 13 is a micrograph (plan view) taken from above after linearly scanning a powder layer composed of a mixed powder of silicon carbide and chromium diboride with a laser beam. A modeled object (solid) containing silicon carbide and chromium diboride is formed in the laser-irradiated area (the line in the center of the drawing), but there is no powder around the modeled object, and the modeling plate is exposed. I understand. In the photograph, the part that looks whitish along the line is the exposed part of the modeling plate. It is considered that the powder that was in the exposed portion of the modeling plate was scattered, and at least part of it reached the recoater 5 .

図14を参照して、レーザビームを照射した部分の周辺の粉末が飛散するメカニズムについて考察する。図14に示すように、炭化ケイ素と二ホウ化クロムの混合粉にレーザを照射すると、局所的に加熱された部分は、共晶現象によって液状態(以下、メルトプールともいう)となる。粉末状態から液状態に変化する過程で、一部の炭化ケイ素が共晶過程を経ずに昇華する。つまり、レーザ照射を受ける粉末層の表面近傍には炭化ケイ素粉末が存在しているが、レーザビームの照射によって炭化ケイ素粉末の温度が急激に上昇すると、その一部は二ホウ化クロムと共晶する前にして昇華温度を超えて昇華してしまうのである。この部分的な炭化ケイ素の昇華によって、レーザ照射部の周辺の粉末100が吹き飛ばされ、ライン周縁部の粉末が無くなるものと推定される。 With reference to FIG. 14, the mechanism by which the powder around the portion irradiated with the laser beam scatters will be considered. As shown in FIG. 14, when a mixed powder of silicon carbide and chromium diboride is irradiated with a laser, the locally heated portion becomes a liquid state (hereinafter also referred to as a melt pool) due to the eutectic phenomenon. A part of silicon carbide sublimates without going through the eutectic process in the process of changing from the powder state to the liquid state. In other words, silicon carbide powder exists in the vicinity of the surface of the powder layer irradiated with the laser beam, but when the temperature of the silicon carbide powder rises rapidly due to the irradiation of the laser beam, part of it becomes eutectic with chromium diboride. It will sublime above the sublimation temperature before it does. It is presumed that this partial sublimation of silicon carbide blows off the powder 100 around the laser-irradiated portion and eliminates the powder around the line peripheral portion.

この現象は、レーザビームから粉末に投入されるエネルギーを増大させると顕著になるため、造形が可能な範囲でレーザエネルギーを下げてみたが、リコータ5に到達する粉末100の飛散を完全に防ぐことはできなかった。また、レーザ照射中に、ヒューム対策として造形ステージ上に流していたエアカーテンの流量(吸排気量)を調整したが、粉末層に影響を与えない範囲での吸排気量の調整では、リコータ5への付着を防ぐことはできなかった。蒸気が凝集してサブマイクロメータレベルの微小粒子として漂うヒュームと比較して、吹き飛ばされた粉末100は質量と運動量がはるかに大きいためである。 This phenomenon becomes more pronounced when the energy applied to the powder from the laser beam is increased, so we tried lowering the laser energy to the extent that modeling is possible. I couldn't. In addition, during laser irradiation, the flow rate (intake/exhaust volume) of the air curtain flowing on the modeling stage was adjusted as a countermeasure against fumes. could not be prevented from adhering to This is because the blown powder 100 has a much higher mass and momentum compared to fume that vapor condenses and floats as sub-micrometer level fine particles.

図11(a)に模式的に示したように、レーザ照射時に粉末100がリコータ5の側面に付着したり上面に積載されてしまうと、レーザ照射後にリコータ5が次の粉末層を形成する時に、粉末100が落下する場合がある。 As schematically shown in FIG. 11(a), if the powder 100 adheres to the side surface of the recoater 5 or is stacked on the top surface of the recoater 5 during laser irradiation, when the recoater 5 forms the next powder layer after laser irradiation, , the powder 100 may fall.

図11(b)は、粉末100が側面に付着したり上面に積載されたリコータ5を用いて、次の粉末層を形成する状況を説明するための模式図である。図示のようにリコータ5をR方向に駆動し、その後、リコータ5をL方向に駆動して粉末層を形成する。このように、造形ステージ2の上でリコータ5を水平移動させる間に、リコータ5の側面に付着したり上面に積載された粉末100が塊となって落下することがある。特に、リコータ5を最後にL方向に駆動して粉末層と圧接しながら待機位置に向かう際に、粉末100の塊が後端側(図の右側)から粉末層の上に落下すると、すでにローラ7が通過した後なので、落下した粉末100の塊は粉末層の上にそのまま山積される。 FIG. 11(b) is a schematic diagram for explaining a situation in which the next powder layer is formed using the recoater 5 with the powder 100 attached to the side or loaded on the top. As shown, the recoater 5 is driven in the R direction, and then the recoater 5 is driven in the L direction to form a powder layer. As described above, while the recoater 5 is horizontally moved on the modeling stage 2, the powder 100 adhering to the side surface of the recoater 5 or stacked on the upper surface may fall as a lump. In particular, when the recoater 5 is finally driven in the L direction and moves toward the standby position while being pressed against the powder layer, if the lump of powder 100 falls on the powder layer from the rear end side (right side in the figure), the roller will already be in contact with the powder layer. Since it is after 7 has passed, the lump of powder 100 that has fallen is piled up as it is on the powder layer.

図12(a)は、このように粉末層18の上に粉末100の塊が山積された状態において、次の固化層を形成するためのレーザビーム12が照射されている状態を模式的に示した図である。粉末100の塊が山積された部分にレーザビームが照射されると、図12(b)に示すように、三次元造形物には意図しない硬質な突起部101が形成されてしまう。突起部101が形成されると、もちろん三次元造形物の形状精度が低下してしまう。更には、次の粉末層を形成する際に、突起部101とリコータ5が干渉して三次元造形物が造形ステージ上で転倒したり、リコータ5が停止あるいは損傷してしまうという問題が発生していた。 FIG. 12(a) schematically shows a state in which lumps of the powder 100 are piled up on the powder layer 18 and the laser beam 12 for forming the next solidified layer is irradiated. It is a diagram. When a laser beam is irradiated to a portion where lumps of the powder 100 are piled up, an unintended hard protrusion 101 is formed on the three-dimensional structure as shown in FIG. 12(b). Of course, when the protrusion 101 is formed, the shape accuracy of the three-dimensional structure is lowered. Furthermore, when the next powder layer is formed, the protrusions 101 and the recoater 5 interfere with each other, causing problems such as the three-dimensional model overturning on the modeling stage and the recoater 5 stopping or being damaged. was

これに対して、本実施形態は図1に示すように、レーザビームを照射している間に飛散してリコータ5に向かって飛翔する粉末100は、遮蔽部材8により軌道を遮蔽され、待機位置にあるリコータ5に到達しないためリコータ5に付着することはない。図2(a)は、レーザビームを照射して三次元造形物を構成する固化部31を形成した後のリコータ5の状態を模式的に示しており、リコータ5には粉末100が付着していないことがわかる。 On the other hand, in the present embodiment, as shown in FIG. 1, the powder 100 that scatters and flies toward the recoater 5 while being irradiated with the laser beam has its trajectory shielded by the shielding member 8 and is placed at the standby position. Since it does not reach the recoater 5 located at the bottom, it does not adhere to the recoater 5 . FIG. 2(a) schematically shows the state of the recoater 5 after the solidified portion 31 forming the three-dimensional structure is formed by irradiating the laser beam. I know not.

レーザビームを照射した後、本実施形態では、リコータ5を用いて以下の手順で次の粉末層を造形ステージの上に形成する。
まず、図2(b)に示すように、粉末供給槽3を支持する粉末供給ステージ20を上昇させて粉末を上部に押し出すとともに、造形ステージ2を降下させる。
次に、図2(c)に示すように、関節部81を回動させ、延伸姿勢だった遮蔽部材8を屈曲姿勢にする。すなわち、遮蔽部材8の下端がリコータ5の上端よりも高い位置にあるようにする。これにより、リコータ5を水平移動させても遮蔽部材8とは干渉しなくなる。そこで、スキージ6の下端面がローラ7の最下部と同じ高さになるように姿勢を調整したリコータ5をR方向に駆動し、粉敷きに必要な量の粉を造形ステージ2の左側まで運ぶ。
After irradiating the laser beam, in this embodiment, the recoater 5 is used to form the next powder layer on the modeling stage in the following procedure.
First, as shown in FIG. 2B, the powder supply stage 20 that supports the powder supply tank 3 is raised to push the powder upward, and the modeling stage 2 is lowered.
Next, as shown in FIG. 2(c), the joint portion 81 is rotated to change the shielding member 8 from the extended posture to the bent posture. That is, the lower end of the shielding member 8 is positioned higher than the upper end of the recoater 5 . As a result, even if the recoater 5 is moved horizontally, it will not interfere with the shielding member 8 . Therefore, the recoater 5 is driven in the R direction so that the lower end surface of the squeegee 6 is at the same height as the bottom of the roller 7, and the amount of powder necessary for powder spreading is carried to the left side of the modeling stage 2. .

続けて、図3(a)に示すように、リコータ5をR方向に駆動して造形ステージ2の右側まで移動させ、造形ステージ2上に粉を敷く。
さらには、図3(b)に示すように、造形ステージ2を上昇させ、スキージ6の下端面がローラ7の最下部よりも高い位置になるよう姿勢を調整したリコータ5をL方向に駆動して、ローラ7で押圧しながら均一な厚みの粉末層を形成する。
Subsequently, as shown in FIG. 3( a ), the recoater 5 is driven in the R direction to move to the right side of the modeling stage 2 to spread powder on the modeling stage 2 .
Further, as shown in FIG. 3(b), the modeling stage 2 is raised, and the recoater 5 whose posture is adjusted so that the lower end surface of the squeegee 6 is positioned higher than the bottom of the roller 7 is driven in the L direction. A powder layer having a uniform thickness is formed while being pressed by a roller 7 .

そして、図3(c)に示すように、リコータ5をさらにL方向に駆動して、待機位置に向かって移動させる。その際、遮蔽部材8は屈曲姿勢を維持しているため、リコータ5を移動させても干渉することはない。
図4に示すように、リコータ5が待機位置に戻ったら、次のレーザビームの照射時に飛翔する粉末からリコータ5を遮蔽するため、レーザビームの照射を開始する前に遮蔽部材8を延伸姿勢に戻す。
Then, as shown in FIG. 3(c), the recoater 5 is further driven in the L direction to move toward the standby position. At this time, since the shielding member 8 maintains its bent posture, it does not interfere with the movement of the recoater 5 .
As shown in FIG. 4, after the recoater 5 returns to the standby position, the shielding member 8 is extended before starting the laser beam irradiation in order to shield the recoater 5 from flying powder when the next laser beam is irradiated. return.

本実施形態では、飛翔する粉末100がリコータ5に付着するのを遮蔽部材8によって防止できるため、従来のように粉末層18の上にリコータに付着した粉末100を落下させて山積みにすることがない。
したがって、炭化ケイ素粉末と、炭化ケイ素の昇華温度よりも低い融点を持つホウ化金属粉末とを含む混合粉末を用いて、粉末層の形成とエネルギービームの照射を繰返して固化層を積層する際に、意図しない突起が形成されるのを抑制することが可能である。
In this embodiment, since the shielding member 8 prevents the flying powder 100 from adhering to the recoater 5, the powder 100 adhering to the recoater can be dropped and piled up on the powder layer 18 as in the conventional art. do not have.
Therefore, when a mixed powder containing silicon carbide powder and a metal boride powder having a melting point lower than the sublimation temperature of silicon carbide is used to repeatedly form a powder layer and irradiate an energy beam to form a solidified layer, , it is possible to suppress the formation of unintended projections.

以上述べた実施形態により、例えば、最大30mm×40mmのエリアで400層造形し、最大部寸法で30mm×40mm×20mmの造形物を得た。造形は停止することなく終了し、ローラ7に傷付きはなく、三次元造形物の形状精度は所定の規格を満足していた。造形途中の粉末層形成前に装置を確認したところ、リコータ5の表面上には、造形用の粉末に由来する飛散物(粉末)はほとんどなかった。以上のように、リコータ5に堆積した飛散物が造形エリアに脱落することを防ぐことが可能で、造形動作の安定性が高く、生産性に優れた造形装置を得ることができた。 According to the embodiment described above, for example, 400 layers were modeled in a maximum area of 30 mm×40 mm, and a model with maximum dimensions of 30 mm×40 mm×20 mm was obtained. The modeling was completed without stopping, the rollers 7 were not damaged, and the shape accuracy of the three-dimensional model satisfied the predetermined standard. When the apparatus was checked before forming the powder layer during the modeling, there was almost no scattering (powder) originating from the powder for modeling on the surface of the recoater 5 . As described above, it is possible to prevent the scattered matter deposited on the recoater 5 from dropping into the modeling area, and it is possible to obtain a modeling apparatus with high stability in the modeling operation and excellent productivity.

尚、以上説明した実施形態では、遮蔽部材8に衝突した粉末100の多くは、図2(a)に示すように遮蔽部材8に付着する。延伸姿勢から屈曲姿勢への姿勢変換、または屈曲姿勢から延伸姿勢への姿勢変換の際に、遮蔽部材8に付着した粉末100が落下する可能性がある。しかし、リコータ5が水平方向に遮蔽部材8から離間した位置にあるタイミングで遮蔽部材8の姿勢変換をすれば、粉末100が落下したとしてもリコータ5に付着することはない。また、リコータ5が直下を通過するタイミングでは、遮蔽部材8は屈曲姿勢であり、例えば図2(c)に示すように粉末100は屈曲した遮蔽部材8の上面側にあり落下しにくいため、リコータ5に付着することはない。尚、遮蔽部材8に付着した粉末100は、造形後にチャンバーを開けた時に、例えば粉塵用掃除機を用いて吸引して排出することができる。 In the embodiment described above, most of the powder 100 that collides with the shielding member 8 adheres to the shielding member 8 as shown in FIG. 2(a). The powder 100 adhering to the shielding member 8 may drop when the orientation is changed from the stretched posture to the bent posture, or when the posture is changed from the bent posture to the stretched posture. However, if the posture of the shielding member 8 is changed at the timing when the recoater 5 is horizontally spaced from the shielding member 8 , even if the powder 100 falls, it will not adhere to the recoater 5 . Moreover, when the recoater 5 passes directly under the shielding member 8, the shielding member 8 is in a bent posture. For example, as shown in FIG. It does not stick to 5. The powder 100 adhering to the shielding member 8 can be sucked and discharged using, for example, a dust cleaner when the chamber is opened after molding.

一方、本実施形態の変形例としては、遮蔽部材8に衝突した粉末100が遮蔽部材8に付着しないようにする構成も可能である。例えば、遮蔽部材8の表面に粉末100が付着しにくい材料をコーティングしたり、遮蔽部材8に超音波振動を印加する機構を設けたり、遮蔽部材8の表面に気流を吹きつける機構を設けることも可能である。その場合には、リコータ5が待機位置にある間に、遮蔽部材8に衝突した粉末100を落下させるが、落下した粉末100を回収するために、後述する図9の実施形態のように回収容器69をカーテン59の直下に設けてもよい。回収容器69には粉塵用集塵機を接続し、除去した飛散物が装置内に再び飛散することがないようにする。尚、回収した粉末100は、造形用の原料粉末として再利用しても良い。 On the other hand, as a modified example of the present embodiment, a configuration is also possible in which the powder 100 colliding with the shielding member 8 does not adhere to the shielding member 8 . For example, the surface of the shielding member 8 may be coated with a material to which the powder 100 is less likely to adhere, a mechanism for applying ultrasonic vibrations to the shielding member 8 may be provided, or a mechanism for blowing an airflow onto the surface of the shielding member 8 may be provided. It is possible. In that case, while the recoater 5 is in the standby position, the powder 100 that has collided with the shielding member 8 is dropped. 69 may be provided directly below curtain 59 . A dust collector for dust is connected to the collection container 69 so that the removed scattered matter will not scatter again in the apparatus. The recovered powder 100 may be reused as raw material powder for modeling.

[実施形態2]
図5(a)、図5(b)を参照して、実施形態2の三次元造形装置400について説明する。実施形態1と共通する部分については、説明を省略する。
実施形態1は、関節部81により屈伸可能な遮蔽部材8を遮蔽部として備えていたが、本実施形態では、屈伸はしないがシャッタのように上下動が可能な遮蔽板9を遮蔽部として備える。また、実施形態1では、遮蔽部としての遮蔽部材8を、粉末供給槽3よりもリコータ5の待機位置に近い位置に設けたが、本実施形態では遮蔽部としての遮蔽板9を、粉末供給槽3の左側の回収溝21の上方に配置した。
[Embodiment 2]
A three-dimensional modeling apparatus 400 according to the second embodiment will be described with reference to FIGS. 5(a) and 5(b). The description of the parts common to the first embodiment is omitted.
In the first embodiment, the shielding member 8 that can be bent and stretched by the joint part 81 is provided as a shielding part, but in this embodiment, the shielding plate 9 that does not bend and stretch but can move up and down like a shutter is provided as a shielding part. . Further, in Embodiment 1, the shielding member 8 as the shielding portion is provided at a position closer to the standby position of the recoater 5 than the powder supply tank 3, but in the present embodiment, the shielding plate 9 as the shielding portion It was arranged above the recovery groove 21 on the left side of the tank 3 .

本実施形態では、図5(a)に示すように、レーザビーム12を照射している間は、遮蔽板9を下げておき、飛翔する粉末100がリコータ5に付着するのを遮蔽板9によって防止する。遮蔽板9に衝突した粉末100のうち落下するものは、回収溝21により回収される。 In this embodiment, as shown in FIG. 5A, the shield plate 9 is lowered while the laser beam 12 is being irradiated, and the shield plate 9 prevents the flying powder 100 from adhering to the recoater 5. To prevent. Of the powder 100 that has collided with the shielding plate 9 , the powder that falls is recovered by the recovery groove 21 .

そして、レーザビームの照射が終了すると、図5(b)に示すように、リコータ5を水平方向(L方向、R方向)に移動させても遮蔽板9の下端がリコータ5の上端と干渉しない高さまで、遮蔽板9を上昇させる。遮蔽板9は、チャンバ-1と同じ雰囲気に内部が保たれた遮蔽板収納部10に収納される。遮蔽板収納部10の下端には、遮蔽板9の表面と摺動する不図示のスクレーパが設けられており、遮蔽板9を上昇させるときに遮蔽板9の表面に付着していた粉末100を掻き落す。遮蔽板9から掻き落された粉末100は、回収溝21に回収される。
遮蔽板9の上昇が完了したら、実施形態1と同様にリコータ5を用いて新たな粉末層を形成する。新たな粉末層の形成が完了し、リコータ5が待機位置に戻ったら、遮蔽板9を粉末100の飛翔軌道を遮る位置にまで再び下降させる。
When the irradiation of the laser beam is finished, the lower end of the shielding plate 9 does not interfere with the upper end of the recoater 5 even when the recoater 5 is moved in the horizontal direction (L direction, R direction) as shown in FIG. 5B. The shielding plate 9 is raised to the height. The shielding plate 9 is housed in a shielding plate housing portion 10 whose inside is kept in the same atmosphere as the chamber-1. A scraper (not shown) that slides on the surface of the shielding plate 9 is provided at the lower end of the shielding plate housing portion 10, and the powder 100 adhering to the surface of the shielding plate 9 is removed when the shielding plate 9 is raised. scrape off The powder 100 scraped off the shielding plate 9 is recovered in the recovery groove 21 .
After the shielding plate 9 is completely lifted, a new powder layer is formed using the recoater 5 as in the first embodiment. When the formation of a new powder layer is completed and the recoater 5 returns to the standby position, the shielding plate 9 is lowered again to the position where the flight trajectory of the powder 100 is interrupted.

実施形態2により、例えば、最大30mm×40mmのエリアで400層造形し、最大部寸法で30mm×40mm×20mmの造形物を得た。造形は停止することなく終了し、ローラ7に傷付きはなく、三次元造形物の形状精度は所定の規格を満足していた。造形途中の粉末層形成前に装置を確認したところ、リコータ5の表面上には、造形用の粉末に由来する飛散物(粉末)はほとんどなかった。以上のように、リコータ5に堆積した飛散物が造形エリアに脱落することを防ぐことが可能で、造形動作の安定性が高く、生産性に優れた造形装置を得ることができた。 According to Embodiment 2, for example, 400 layers were modeled in a maximum area of 30 mm×40 mm, and a modeled object with maximum dimensions of 30 mm×40 mm×20 mm was obtained. The modeling was completed without stopping, the rollers 7 were not damaged, and the shape accuracy of the three-dimensional model satisfied the predetermined standard. When the apparatus was checked before forming the powder layer during the modeling, there was almost no scattering (powder) originating from the powder for modeling on the surface of the recoater 5 . As described above, it is possible to prevent the scattered matter deposited on the recoater 5 from dropping into the modeling area, and it is possible to obtain a modeling apparatus with high stability in the modeling operation and excellent productivity.

本実施形態では、粉末層形成時に余剰となった粉末だけでなく、遮蔽板9によって遮蔽された粉末100も回収溝21により回収することができる。尚、回収した粉末100は、造形用の原料粉末として再利用しても良い。 In this embodiment, the recovery groove 21 can recover the powder 100 shielded by the shielding plate 9 as well as the powder surplus when forming the powder layer. The recovered powder 100 may be reused as raw material powder for modeling.

[実施形態3]
図6(a)、図6(b)を参照して、実施形態2の変形例である実施形態3について説明する。実施形態2と共通する部分については、説明を省略する。
実施形態2では、上下動可能な遮蔽板9を粉末供給槽3の左側の回収溝21の上方に配置したが、本実施形態では上下動可能な遮蔽板9を粉末供給槽3の上に配置した。
[Embodiment 3]
Embodiment 3, which is a modification of Embodiment 2, will be described with reference to FIGS. 6(a) and 6(b). The description of the parts common to the second embodiment is omitted.
In the second embodiment, the vertically movable shielding plate 9 is arranged above the recovery groove 21 on the left side of the powder supply tank 3, but in this embodiment, the vertically movable shielding plate 9 is arranged above the powder supply tank 3. bottom.

本実施形態においても、図6(a)に示すように、レーザビーム12を照射している間は、遮蔽板9を下げておき、飛翔する粉末100がリコータ5に付着するのを遮蔽板9によって防止する。遮蔽板9に衝突した粉末100のうち落下するものは、粉末供給槽3に落下する。粉末100は、前述のように粉末供給槽3に貯留されている原料粉末と成分が同一なので、原料粉末に混入しても問題はない。 In the present embodiment, as shown in FIG. 6A, the shielding plate 9 is lowered while the laser beam 12 is being irradiated to prevent the flying powder 100 from adhering to the recoater 5. prevent by Of the powder 100 that collides with the shielding plate 9 , the falling powder falls into the powder supply tank 3 . Since the powder 100 has the same components as the raw material powder stored in the powder supply tank 3 as described above, there is no problem even if it is mixed with the raw material powder.

そして、レーザビームの照射が終了すると、図6(b)に示すように、リコータ5を水平方向(L方向、R方向)に移動させても遮蔽板9の下端が干渉しない高さまで、遮蔽板9を上昇させる。遮蔽板9は、チャンバ-1と同じ雰囲気に内部が保たれた遮蔽板収納部10に収納される。遮蔽板収納部10の下端には、遮蔽板9の表面と摺動する不図示のスクレーパが設けられており、遮蔽板9を上昇させるときに遮蔽板9の表面に付着していた粉末100を掻き落す。遮蔽板9から掻き落された粉末100は、粉末供給槽3に落下し、原料粉末として再利用される。 When the irradiation of the laser beam is completed, as shown in FIG. 6B, the shielding plate is moved to a height where the lower end of the shielding plate 9 does not interfere even when the recoater 5 is moved in the horizontal direction (L direction, R direction). Raise 9. The shielding plate 9 is housed in a shielding plate housing portion 10 whose inside is kept in the same atmosphere as the chamber-1. A scraper (not shown) that slides on the surface of the shielding plate 9 is provided at the lower end of the shielding plate housing portion 10, and the powder 100 adhering to the surface of the shielding plate 9 is removed when the shielding plate 9 is raised. scrape off The powder 100 scraped off the shielding plate 9 falls into the powder supply tank 3 and is reused as raw material powder.

実施形態3により、例えば、最大30mm×40mmのエリアで400層造形し、最大部寸法で30mm×40mm×20mmの造形物を得た。造形は停止することなく終了し、ローラ7に傷付きはなく、三次元造形物の形状精度は所定の規格を満足していた。造形途中の粉末層形成前に装置を確認したところ、リコータ5の表面上には、造形用の粉末に由来する飛散物(粉末)はほとんどなかった。以上のように、リコータ5に堆積した飛散物が造形エリアに脱落することを防ぐことが可能で、造形動作の安定性が高く、生産性に優れた造形装置を得ることができた。
本実施形態では、特に回収機構を設けなくとも、遮蔽板9に衝突した粉末100を粉末供給槽3の原料粉末に混入させて再利用することができる。
According to Embodiment 3, for example, 400 layers were modeled in a maximum area of 30 mm×40 mm to obtain a model with maximum dimensions of 30 mm×40 mm×20 mm. The modeling was completed without stopping, the rollers 7 were not damaged, and the shape accuracy of the three-dimensional model satisfied a predetermined standard. When the apparatus was checked before the powder layer was formed during modeling, there was almost no scattering (powder) on the surface of the recoater 5 derived from the powder for modeling. As described above, it is possible to prevent the scattered matter deposited on the recoater 5 from dropping into the modeling area, and it is possible to obtain a modeling apparatus that has high stability in the modeling operation and excellent productivity.
In this embodiment, the powder 100 that has collided with the shielding plate 9 can be mixed with the raw material powder in the powder supply tank 3 and reused without providing a special recovery mechanism.

[実施形態4]
図7を参照して、実施形態4の三次元造形装置500について説明する。実施形態1と共通する部分については、説明を省略する。
実施形態1ないし実施形態3では、遮蔽部として可動部材を用いていたが、本実施形態では、遮蔽部として固定部材を用いる。すなわち、本実施形態では、リコータ5の待機位置の上方から造形プレートに向けてひさし状に延伸する遮蔽用天板49を設ける。遮蔽用天板49は、チャンバー1の天井に固定され、待機位置にあるリコータ5を、飛翔する粉末100から遮蔽する。リコータ5に向かって飛翔する粉末100を完全に遮蔽することが困難な場合もあるが、付着する飛散物の量は圧倒的にリコータ5の上部に多いため、従来装置と較べて、本実施形態の方が安定した造形ができる効果が得られる。
[Embodiment 4]
A three-dimensional modeling apparatus 500 according to Embodiment 4 will be described with reference to FIG. The description of the parts common to the first embodiment is omitted.
In Embodiments 1 to 3, a movable member is used as the shielding portion, but in this embodiment, a fixed member is used as the shielding portion. That is, in this embodiment, a shielding top plate 49 is provided that extends like an eaves from above the standby position of the recoater 5 toward the modeling plate. The shielding top plate 49 is fixed to the ceiling of the chamber 1 and shields the recoater 5 at the standby position from the flying powder 100 . Although it may be difficult to completely shield the powder 100 flying toward the recoater 5, the amount of scattered matter adhering to the upper portion of the recoater 5 is overwhelmingly large. , the effect of more stable molding can be obtained.

尚、遮蔽用天板49の上に溜まった粉末100は、造形後にチャンバーを開けた時に、例えば粉塵用掃除機を用いて吸引して排出することができる。
本実施形態では、遮蔽部としての遮蔽用天板49には可動部分がないため、三次元造形装置500の装置構造を単純にすることができる。
The powder 100 accumulated on the top plate 49 for shielding can be sucked and discharged using, for example, a vacuum cleaner for dust when the chamber is opened after molding.
In this embodiment, since the shielding top plate 49 as the shielding portion has no movable portion, the apparatus structure of the three-dimensional modeling apparatus 500 can be simplified.

実施形態4により、例えば、最大30mm×40mmのエリアで400層造形し、最大部寸法で30mm×40mm×20mmの造形物を得た。造形は停止することなく終了し、ローラ7に傷付きはなく、三次元造形物の形状精度は所定の規格を満足していた。造形途中で、粉末層形成前に装置を確認したところ、リコータ5の表面上には、造形用の粉末に由来する飛散物(粉末)はほとんどなかった。以上のように、リコータ5に堆積した飛散物が造形エリアに脱落することを防ぐことが可能で、造形動作の安定性が高く、生産性に優れた造形装置を得ることができた。 According to Embodiment 4, for example, 400 layers were modeled in a maximum area of 30 mm×40 mm to obtain a model with maximum dimensions of 30 mm×40 mm×20 mm. The modeling was completed without stopping, the rollers 7 were not damaged, and the shape accuracy of the three-dimensional model satisfied the predetermined standard. When the apparatus was checked before forming the powder layer in the middle of the modeling, there was almost no scattered matter (powder) originating from the powder for modeling on the surface of the recoater 5 . As described above, it is possible to prevent the scattered matter deposited on the recoater 5 from dropping into the modeling area, and it is possible to obtain a modeling apparatus with high stability in the modeling operation and excellent productivity.

[実施形態5]
図8を参照して、実施形態5の三次元造形装置600について説明する。実施形態1と共通する部分については、説明を省略する。
実施形態1ないし実施形態4では、遮蔽部として固体部材を用いていたが、本実施形態では、遮蔽部として流体を用いる。すなわち、本実施形態では、待機位置にあるリコータ5に向かって飛翔する粉末100の軌道を気流の流れ(エアカーテン)で変更して、粉末100からリコータ5を遮蔽する。
[Embodiment 5]
A three-dimensional modeling apparatus 600 according to Embodiment 5 will be described with reference to FIG. The description of the parts common to the first embodiment is omitted.
In Embodiments 1 to 4, a solid member is used as the shielding portion, but in this embodiment, a fluid is used as the shielding portion. That is, in the present embodiment, the recoater 5 is shielded from the powder 100 by changing the trajectory of the powder 100 flying toward the recoater 5 at the standby position by the flow of air current (air curtain).

図8に示すように、造形ステージ2とリコータ5の待機位置の間の粉末回収口34の上部に、シートノズル36を設置する。また、粉末回収口34には、気流を循環させて粉末を捕捉して回収するための循環器32を直結しておく。循環器32には、ヒュームコレクター用の市販の機材を流用することができ、粉末回収口34から入った気体と粉末のうち粉末だけを捕捉し、シートノズル36へ気流を還流させることができる。循環器32として、例えば、アマノ株式会社製のヒュームコレクターVF-5H(商品名)を使用することができる。 As shown in FIG. 8, a sheet nozzle 36 is installed above the powder recovery port 34 between the modeling stage 2 and the standby position of the recoater 5 . Further, the powder recovery port 34 is directly connected to a circulator 32 for capturing and recovering the powder by circulating airflow. Commercially available equipment for fume collectors can be used for the circulator 32, and only the powder out of the gas and powder entering from the powder recovery port 34 can be captured and the air flow can be returned to the sheet nozzle 36. As the circulator 32, for example, a fume collector VF-5H (trade name) manufactured by Amano Corporation can be used.

シートノズル36は、例えば、装置の奥行き方向に40cm、幅方向に5mmの開口部を有しており、およそ40cm幅のシート状の気体流を吹き出すことができる。また、シートノズル36からの風量は、造形エリアから離れたところに噴出孔をもつバイパスノズル33とバイパスノズル33に流れる風量をコントロールするバルブ39にて調整する。例えば、ヒュームコレクターVF-5Hの循環量が仕様値で1.6立方メートル毎分、シートノズル36からの開口が20平方センチメートルである場合には、理論的には最大8000m毎分、すなわち、最大133m毎秒までの風速が可能である。尚、バイパスノズル33から噴出す気流を、リコータ5に吹き付けて表面をクリーニングしてもよい。 The sheet nozzle 36 has, for example, an opening of 40 cm in the depth direction of the device and 5 mm in the width direction, and can blow out a sheet-like gas flow with a width of approximately 40 cm. Also, the air volume from the sheet nozzle 36 is adjusted by a bypass nozzle 33 having an ejection hole at a distance from the modeling area and a valve 39 for controlling the air volume flowing through the bypass nozzle 33 . For example, if the circulation rate of the fume collector VF-5H is the specification value of 1.6 cubic meters per minute and the opening from the sheet nozzle 36 is 20 square centimeters, the theoretical maximum is 8000 m per minute, that is, the maximum is 133 m per second. Wind speeds up to Alternatively, the surface of the recoater 5 may be cleaned by blowing an airflow jetted from the bypass nozzle 33 onto the recoater 5 .

造形用の粉末の調整と、粉末供給槽への充填、チャンバー1の内部雰囲気のNガスへの置換、造形プレートの上下方向の原点出しを行なった後、循環器32を起動し、シートノズル36からの20m毎秒の風速になるように、バルブ39を制御する。その後、粉敷き、およびレーザ照射を繰り返し行い、三次元造形物を製造する。 After adjusting the powder for modeling, filling the powder supply tank, replacing the internal atmosphere of the chamber 1 with N2 gas, and setting the origin of the modeling plate in the vertical direction, the circulator 32 is started and the sheet nozzle is The valve 39 is controlled so that the wind speed from 36 is 20 m/s. Thereafter, powder spreading and laser irradiation are repeatedly performed to manufacture a three-dimensional structure.

実施形態5により、例えば、最大30mm×40mmのエリアで400層造形し、最大部寸法で30mm×40mm×20mmの造形物を得た。造形は停止することなく終了し、ローラ7に傷付きはなく、三次元造形物の形状精度は所定の規格を満足していた。造形途中で、粉末層形成前に装置を確認したところ、リコータ5の表面上には、造形用の粉末に由来する飛散物(粉末)はほとんどなかった。以上のように、リコータ5に堆積した飛散物が造形エリアに脱落することを防ぐことが可能で、造形動作の安定性が高く、生産性に優れた造形装置を得ることができた。 According to Embodiment 5, for example, 400 layers were modeled in a maximum area of 30 mm×40 mm to obtain a model with maximum dimensions of 30 mm×40 mm×20 mm. The modeling was completed without stopping, the rollers 7 were not damaged, and the shape accuracy of the three-dimensional model satisfied the predetermined standard. When the apparatus was checked before forming the powder layer in the middle of the modeling, there was almost no scattered matter (powder) originating from the powder for modeling on the surface of the recoater 5 . As described above, it is possible to prevent the scattered matter deposited on the recoater 5 from dropping into the modeling area, and it is possible to obtain a modeling apparatus with high stability in the modeling operation and excellent productivity.

尚、図8の例では、シートノズル36から吹き出した気体を循環器32で循環させて再使用したが、循環させずに全て排気して、シートノズル36から新規の気体を送風してもよい。さらに、シートノズル36から吹き出した気体の回収をシートノズル36直下の粉末回収口34から行なったが、気流による粉末の舞い上がり等の問題が生じない限り、粉末回収口はチャンバーの側面など、いろいろな場所に配置してもよい。また、真空ポンプ19に圧力調整機構を設けて、真空ポンプ19に排出させることも可能である。 In the example of FIG. 8, the gas blown out from the sheet nozzle 36 is circulated by the circulator 32 and reused. . Furthermore, the gas blown out from the sheet nozzle 36 was recovered from the powder recovery port 34 directly below the sheet nozzle 36, but the powder recovery port may be placed on the side of the chamber or in various other ways unless problems such as the powder being blown up by the air flow occur. can be placed in place. Further, it is also possible to provide the vacuum pump 19 with a pressure adjusting mechanism to cause the vacuum pump 19 to discharge.

[実施形態6]
図9(a)、図9(b)を、参照して、実施形態6の三次元造形装置700について説明する。実施形態1と共通する部分については、説明を省略する。
実施形態1ないし実施形態3では、遮蔽部として可動部材を用い、リコータ5を水平方向に移動させる時には、遮蔽部の一部または全部を動かしてリコータ5と接触しないように退避させていた。これに対して、本実施形態では、リコータ5を水平方向に移動させる時に遮蔽部がリコータ5と接触するが、リコータの移動にならって遮蔽部が容易に変形可能な構成とした。具体的には、遮蔽部として可撓性のカーテン59を設けた。
[Embodiment 6]
A three-dimensional modeling apparatus 700 according to the sixth embodiment will be described with reference to FIGS. 9(a) and 9(b). The description of the parts common to the first embodiment is omitted.
In Embodiments 1 to 3, a movable member is used as the shielding portion, and when the recoater 5 is moved in the horizontal direction, part or all of the shielding portion is moved and retracted so as not to come into contact with the recoater 5 . In contrast, in the present embodiment, the shielding portion comes into contact with the recoater 5 when the recoater 5 is moved in the horizontal direction, but the shielding portion can be easily deformed following the movement of the recoater. Specifically, a flexible curtain 59 was provided as a shield.

図9(a)に示すように、リコータ5の待機位置と粉末供給槽3の間の空間に、遮蔽部としてのカーテン59が設置されている。カーテン59は、少なくとも最下部がリコータ5の上面よりも低い位置になる長さを有し、例えば、シリコーンゴム、フッ素ゴム等の樹脂系材料のような可撓性を有する材料で形成されている。例えば、フッ素ゴムであるクレハエラストマー株式会社製 FB750Nの1mm厚のシート材料を、カーテン59としてチャンバー1の天井に取り付ける。 As shown in FIG. 9( a ), a curtain 59 is installed as a shield in the space between the standby position of the recoater 5 and the powder supply tank 3 . The curtain 59 has a length such that at least the lowest part thereof is located lower than the upper surface of the recoater 5, and is made of a flexible material such as a resin material such as silicone rubber or fluororubber. . For example, a 1 mm thick sheet material of FB750N manufactured by Kureha Elastomer Co., Ltd., which is a fluorine rubber, is attached to the ceiling of the chamber 1 as a curtain 59 .

図9(a)に示すように、本実施形態では、カーテン59に衝突した粉末100が、カーテン59に付着せずに落下するようにする。例えば、カーテン59の表面に粉末100が付着しにくい材料をコーティングしたり、カーテン59に超音波振動を印加する機構を設けたり、カーテン59の表面に気流を吹きつける機構を設けることが可能である。カーテン59の下方には、カーテン59から落下した粉末100を回収するための回収容器69を設けている。回収容器69には不図示の粉塵用集塵機を接続し、回収した粉末100が装置内に飛散して再び付着することがないようにする。尚、回収した粉末100は、造形用の原料粉末として再利用しても良い。 As shown in FIG. 9(a), in this embodiment, the powder 100 that has collided with the curtain 59 falls without adhering to the curtain 59. As shown in FIG. For example, it is possible to coat the surface of the curtain 59 with a material that makes it difficult for the powder 100 to adhere, provide a mechanism for applying ultrasonic vibrations to the curtain 59, or provide a mechanism for blowing an air current onto the surface of the curtain 59. . A recovery container 69 for recovering the powder 100 dropped from the curtain 59 is provided below the curtain 59 . A dust collector (not shown) is connected to the collecting container 69 so that the collected powder 100 is prevented from scattering inside the device and adhering to it again. The recovered powder 100 may be reused as raw material powder for modeling.

本実施形態では、カーテン59に粉末100が付着しにくく、しかもカーテン59は可撓性を有する材料で形成されているため、図9(b)に示すように、粉敷きの際にR方向またはL方向に移動するリコータ5とカーテン59が接触しても問題は生じない。このため、複雑な機構を用いずとも粉末を遮蔽可能な遮蔽部を設けることができる。 In this embodiment, the powder 100 is less likely to adhere to the curtain 59, and the curtain 59 is made of a flexible material. No problem occurs even if the recoater 5 moving in the L direction and the curtain 59 come into contact with each other. Therefore, it is possible to provide a shielding portion capable of shielding the powder without using a complicated mechanism.

実施形態6により、例えば、最大30mm×40mmのエリアで400層造形し、最大部寸法で30mm×40mm×20mmの造形物を得た。造形は停止することなく終了し、ローラ7に傷付きはなく、三次元造形物の形状精度は所定の規格を満足していた。造形途中で、粉末層形成前に装置を確認したところ、リコータ5の表面上には、造形用の粉末に由来する飛散物(粉末)はほとんどなかった。以上のように、リコータ5に堆積した飛散物が造形エリアに脱落することを防ぐことが可能で、造形動作の安定性が高く、生産性に優れた造形装置を得ることができた。 According to Embodiment 6, for example, 400 layers were modeled in a maximum area of 30 mm×40 mm to obtain a model with maximum dimensions of 30 mm×40 mm×20 mm. The modeling was completed without stopping, the rollers 7 were not damaged, and the shape accuracy of the three-dimensional model satisfied the predetermined standard. When the apparatus was checked before forming the powder layer in the middle of the modeling, there was almost no scattered matter (powder) originating from the powder for modeling on the surface of the recoater 5 . As described above, it is possible to prevent the scattered matter deposited on the recoater 5 from dropping into the modeling area, and it is possible to obtain a modeling apparatus with high stability in the modeling operation and excellent productivity.

尚、実施形態6の変形として、可撓性を有する材料で形成した一体物のカーテンを用いる代わりに、例えば図10(a)~図10(c)に示すような、金属薄板35をリベット38で接続した金属性のカーテンを用いてもよい。図10(a)に斜視図、図10(b)に側面図を示すように、このカーテンは、リベット用の孔が開いた金属薄板35をリベット38で連結したものである。図10(a)と図10(b)は、カーテンがリコータ5と接触していない状態、すなわち鉛直方向に垂れ下がっている状態を示している。図10(c)に示す側面図は、カーテンがリコータ5と接触している状態、すなわち外力を受けて湾曲した状態を図示している。リベット用の孔をリベット38の軸径よりも大きくして遊びを設けることにより、金属薄板35がある程度姿勢を変えることが可能になるため、カーテンに求められる可撓性を全体として実現することができる。金属のように材料自体の可撓性が小さい部材を用いても、このような連結方法を採用することにより、遮蔽機能を有するとともに、リコータの移動を妨げないカーテンを構成することができる。金属性のカーテンは、遮蔽部としてのカーテンに高い耐久性が求められる場合や、粉末層を加熱するためのエネルギービームとして電子ビームを用い、チャンバー内雰囲気を真空にする場合などに好適に用いることができる。 As a modification of Embodiment 6, instead of using a one-piece curtain made of flexible material, a thin metal plate 35 as shown in FIGS. A metallic curtain connected by . As shown in a perspective view in FIG. 10(a) and a side view in FIG. 10(b), this curtain is formed by connecting thin metal plates 35 having holes for rivets with rivets 38. As shown in FIG. 10(a) and 10(b) show the state in which the curtain is not in contact with the recoater 5, that is, in the state in which it hangs vertically. The side view shown in FIG. 10(c) shows the state in which the curtain is in contact with the recoater 5, that is, the state in which it is bent under external force. By providing play by making the rivet hole larger than the shaft diameter of the rivet 38, it is possible to change the posture of the metal sheet 35 to some extent, so that the flexibility required for the curtain as a whole can be realized. can. Even if a member such as metal whose material itself has a small flexibility is used, by adopting such a connection method, it is possible to construct a curtain that has a shielding function and does not hinder the movement of the recoater. The metallic curtain is suitable for use when high durability is required for the curtain as a shielding part, or when an electron beam is used as the energy beam for heating the powder layer to create a vacuum in the chamber atmosphere. can be done.

[他の実施形態]
なお、本発明は、以上説明した実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で多くの変形が可能である。
リコータ5に粉末が到達するのを遮蔽する機構の種類と配置は、上記実施形態に例示したものに限られるわけではない。例えば、ある実施形態で例示した種類の遮蔽機構を、別の実施形態で示した位置に配置してもよい。要は、レーザビームが照射された粉末層からリコータに向けて飛翔する粉末の軌道を遮蔽する位置に遮蔽部を配置できればよい。リコータに向けて飛翔する粉末の軌道を遮蔽する位置とは、典型的には粉末層からリコータに至る放物線軌道を遮蔽する位置であるが、チャンバーの内壁等に衝突して反射されてリコータに向かう粉末の軌道を遮蔽する位置であってもよい。
[Other embodiments]
The present invention is not limited to the embodiments described above, and many modifications are possible within the technical concept of the present invention.
The type and arrangement of the mechanism for shielding the powder from reaching the recoater 5 are not limited to those exemplified in the above embodiment. For example, a shielding mechanism of the type illustrated in one embodiment may be placed in the location illustrated in another embodiment. The point is that the shielding portion can be arranged at a position that shields the trajectory of the powder that flies from the powder layer irradiated with the laser beam toward the recoater. The position that shields the trajectory of the powder flying toward the recoater is typically a position that shields the parabolic trajectory from the powder layer to the recoater. It may be a position that shields the trajectory of the powder.

実施形態では炭化ケイ素粉末と二ホウ化クロム粉末の組み合わせについて説明したが、これ以外の組み合わせの粉末を用いても良い。実施形態のように共晶現象を利用しなくてもよく、例えば昇華性の炭化ケイ素粉末と、金属粉末とを使って、溶融金属を炭化ケイ素同士を繋げるバインダーの役割として使ってもよい。また、構造材として用いられる昇華性の材料としては、炭化ケイ素(SiC)以外に窒化ケイ素(Si)などがあり、これらの昇華性材料を含む粉末層に対しても本発明は同様の効果を発揮できる。また、昇華性材料と共晶する材料としては、二ホウ化クロム(CrB)の他に、ホウ化ジルコニウム(ZrB)、ホウ化チタニウム(TiB)、ホウ化バナジウム(VB)などの粉末を用いてもよい。また、炭化ケイ素のような昇華性材料に限らず、樹脂の粉末や金属粉末でも、エネルギービームの照射条件によっては突沸により周囲の粉が飛散してリコータ表面に付着することもあり得るため、同様の効果が期待できる。 Although the combination of silicon carbide powder and chromium diboride powder has been described in the embodiments, powders of other combinations may be used. It is not necessary to use the eutectic phenomenon as in the embodiment. For example, sublimable silicon carbide powder and metal powder may be used, and the molten metal may serve as a binder that binds silicon carbide together. Sublimable materials used as structural materials include silicon nitride (Si 3 N 4 ) and the like in addition to silicon carbide (SiC), and the present invention also applies to powder layers containing these sublimable materials. can exert the effect of In addition to chromium diboride (CrB 2 ), zirconium boride (ZrB 2 ), titanium boride (TiB 2 ), vanadium boride (VB 2 ), and the like are examples of materials that are eutectic with the sublimation material. Powder may be used. In addition, not only sublimable materials such as silicon carbide, but also resin powder and metal powder, depending on the irradiation conditions of the energy beam, the surrounding powder may scatter and adhere to the surface of the recoater due to bumping. effect can be expected.

粉末層の加熱に用いるエネルギービームは、レーザビームには限られず、他の光ビームや電子ビームでもよい。チャンバー内の雰囲気はN雰囲気には限られず、用いるエネルギービームや粉末材料の種類に応じて適宜変更すればよい。エネルギービーム源として電子ビーム源を用いた場合には、チャンバー内は真空雰囲気に維持されるため、昇華による周辺の粉末の飛散は大気圧中よりもより多いと考えられ、より大きな効果が期待できる。 The energy beam used for heating the powder layer is not limited to the laser beam, and may be other light beams or electron beams. The atmosphere in the chamber is not limited to the N2 atmosphere, and may be appropriately changed according to the type of energy beam and powder material used. When an electron beam source is used as the energy beam source, the chamber is maintained in a vacuum atmosphere, so it is thought that the scattering of surrounding powder due to sublimation is greater than in atmospheric pressure, and a greater effect can be expected. .

1・・・チャンバー/5・・・リコータ/6・・・スキージ/7・・・ローラ/8・・・遮蔽部材/9・・・遮蔽板/14・・・走査光学系/15・・・レーザ発振器/18・・・粉末層/12・・・レーザビーム/31・・・固化部/35・・・金属薄板/36・・・シートノズル/38・・・リベット/49・・・遮蔽用天板/59・・・カーテン/81・・・関節部/100・・・粉末/101・・・突起部/200・・・三次元造形装置 1... Chamber/5... Recoater/6... Squeegee/7... Roller/8... Shield member/9... Shield plate/14... Scanning optical system/15... Laser oscillator/18... Powder layer/12... Laser beam/31... Solidified part/35... Metal thin plate/36... Sheet nozzle/38... Rivet/49... For shielding Top plate/59...Curtain/81...Joint/100...Powder/101...Protrusion/200...Three-dimensional modeling apparatus

Claims (18)

粉末層を形成する粉末層形成部と、
前記粉末層形成部が形成した粉末層にエネルギービームを照射するエネルギービーム源と、
前記エネルギービーム源が前記粉末層にエネルギービームを照射する時に前記粉末層から飛散する粉末が前記粉末層形成部に到達しないように遮蔽する遮蔽部と、を備え
前記遮蔽部は、位置または姿勢を変更可能であり、
前記エネルギービーム源が前記粉末層にエネルギービームを照射する時には延伸姿勢をとり、前記粉末層形成部が粉末層を形成する時には屈曲姿勢をとる、
ことを特徴とする三次元造形装置。
a powder layer forming unit for forming a powder layer;
an energy beam source for irradiating the powder layer formed by the powder layer forming unit with an energy beam;
a shielding part for shielding the powder scattered from the powder layer from reaching the powder layer forming part when the energy beam source irradiates the powder layer with the energy beam ; is modifiable and
When the energy beam source irradiates the powder layer with an energy beam, it takes an extended posture, and when the powder layer forming unit forms the powder layer, it takes a bent posture.
A three- dimensional modeling apparatus characterized by:
粉末層を形成する粉末層形成部と、
前記粉末層形成部が形成した粉末層にエネルギービームを照射するエネルギービーム源と、
前記エネルギービーム源が前記粉末層にエネルギービームを照射する時に前記粉末層から飛散する粉末が前記粉末層形成部に到達しないように遮蔽する遮蔽部と、を備え
前記遮蔽部は、位置または姿勢を変更可能であり、
前記エネルギービーム源が前記粉末層にエネルギービームを照射する時には下端が前記粉末層形成部の上端よりも低い位置にあり、前記粉末層形成部が粉末層を形成する時には下端が前記粉末層形成部の上端よりも高い位置にある、
ことを特徴とする三次元造形装置。
a powder layer forming unit for forming a powder layer;
an energy beam source for irradiating the powder layer formed by the powder layer forming unit with an energy beam;
a shielding part for shielding the powder scattered from the powder layer from reaching the powder layer forming part when the energy beam source irradiates the powder layer with the energy beam ; is modifiable and
When the energy beam source irradiates the powder layer with the energy beam, the lower end is lower than the upper end of the powder layer forming section, and when the powder layer forming section forms the powder layer, the lower end is the powder layer forming section. above the top of the
A three-dimensional modeling apparatus characterized by:
粉末層を形成する粉末層形成部と、
前記粉末層形成部が形成した粉末層にエネルギービームを照射するエネルギービーム源と、
前記エネルギービーム源が前記粉末層にエネルギービームを照射する時に前記粉末層から飛散する粉末が前記粉末層形成部に到達しないように遮蔽する遮蔽部と、を備え、
前記遮蔽部は、可撓性を有する、
ことを特徴とする三次元造形装置。
a powder layer forming unit for forming a powder layer;
an energy beam source for irradiating the powder layer formed by the powder layer forming unit with an energy beam;
a shielding portion that shields the powder scattered from the powder layer when the energy beam source irradiates the powder layer with an energy beam so as not to reach the powder layer forming portion;
The shielding part has flexibility,
A three- dimensional modeling apparatus characterized by:
粉末層を形成する粉末層形成部と、
前記粉末層形成部が形成した粉末層にエネルギービームを照射するエネルギービーム源と、
前記エネルギービーム源が前記粉末層にエネルギービームを照射する時に前記粉末層から飛散する粉末が前記粉末層形成部に到達しないように遮蔽する遮蔽部と、を備え、
前記遮蔽部は、気流を供給するノズルを備える、
ことを特徴とする三次元造形装置。
a powder layer forming unit for forming a powder layer;
an energy beam source for irradiating the powder layer formed by the powder layer forming unit with an energy beam;
a shielding portion that shields the powder scattered from the powder layer when the energy beam source irradiates the powder layer with an energy beam so as not to reach the powder layer forming portion;
The shielding part comprises a nozzle that supplies an airflow,
A three- dimensional modeling apparatus characterized by:
粉末層を形成する粉末層形成部と、
前記粉末層形成部が形成した粉末層にエネルギービームを照射するエネルギービーム源と、
前記エネルギービーム源が前記粉末層にエネルギービームを照射する時に前記粉末層から飛散する粉末が前記粉末層形成部に到達しないように遮蔽する遮蔽部と、を備え、
前記遮蔽部は、前記遮蔽部に到達した粉末を落下させる、
ことを特徴とする三次元造形装置。
a powder layer forming unit for forming a powder layer;
an energy beam source for irradiating the powder layer formed by the powder layer forming unit with an energy beam;
a shielding portion that shields the powder scattered from the powder layer when the energy beam source irradiates the powder layer with an energy beam so as not to reach the powder layer forming portion;
The shielding part drops the powder that has reached the shielding part,
A three- dimensional modeling apparatus characterized by:
粉末層を形成する粉末層形成部と、
前記粉末層形成部が形成した粉末層にエネルギービームを照射するエネルギービーム源と、
前記エネルギービーム源が前記粉末層にエネルギービームを照射する時に前記粉末層から飛散する粉末が前記粉末層形成部に到達しないように遮蔽する遮蔽部と、を備え、
前記遮蔽部の下に、前記粉末層から前記遮蔽部まで飛散した粉末を回収する回収機構を備える、
ことを特徴とする三次元造形装置。
a powder layer forming unit for forming a powder layer;
an energy beam source for irradiating the powder layer formed by the powder layer forming unit with an energy beam;
a shielding portion that shields the powder scattered from the powder layer when the energy beam source irradiates the powder layer with an energy beam so as not to reach the powder layer forming portion;
Under the shielding part, a recovery mechanism for recovering powder scattered from the powder layer to the shielding part is provided,
A three- dimensional modeling apparatus characterized by:
粉末層を形成する粉末層形成部と、
前記粉末層形成部が形成した粉末層にエネルギービームを照射するエネルギービーム源と、
前記エネルギービーム源が前記粉末層にエネルギービームを照射する時に前記粉末層から飛散する粉末が前記粉末層形成部に到達しないように遮蔽する遮蔽部と、を備え、
前記遮蔽部は、原料粉末を貯留する粉末供給部の上に設けられている、
ことを特徴とする三次元造形装置。
a powder layer forming unit for forming a powder layer;
an energy beam source for irradiating the powder layer formed by the powder layer forming unit with an energy beam;
a shielding portion that shields the powder scattered from the powder layer when the energy beam source irradiates the powder layer with an energy beam so as not to reach the powder layer forming portion;
The shielding part is provided above the powder supply part that stores the raw material powder,
A three- dimensional modeling apparatus characterized by:
前記粉末層形成部は、前記エネルギービーム源が前記粉末層にエネルギービームを照射する時には待機位置に配置され、 The powder layer forming unit is arranged at a standby position when the energy beam source irradiates the powder layer with an energy beam,
前記遮蔽部は、前記待機位置と前記粉末層との間に設けられている、 The shielding part is provided between the standby position and the powder layer,
ことを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載の三次元造形装置。 The three-dimensional modeling apparatus according to any one of claims 1 to 7, characterized by:
前記遮蔽部は、位置または姿勢を変更可能であり、 The shielding part can change its position or posture,
前記エネルギービーム源が前記粉末層にエネルギービームを照射する時と、前記粉末層形成部が粉末層を形成する時とで、前記遮蔽部が位置または姿勢を変更する、 The shielding unit changes its position or posture when the energy beam source irradiates the powder layer with an energy beam and when the powder layer forming unit forms the powder layer,
ことを特徴とする請求項3乃至7のいずれか1項に記載の三次元造形装置。 The three-dimensional modeling apparatus according to any one of claims 3 to 7, characterized by:
前記粉末層形成部が粉末層を形成する時には、前記遮蔽部は前記粉末層形成部と干渉しない位置または姿勢をとる、 When the powder layer forming unit forms the powder layer, the shielding unit takes a position or posture that does not interfere with the powder layer forming unit,
ことを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載の三次元造形装置。 The three-dimensional modeling apparatus according to any one of claims 1 to 7, characterized by:
前記遮蔽部は、前記待機位置と、原料粉末を貯留する粉末供給部の間に設けられている、 The shielding part is provided between the standby position and a powder supply part that stores the raw material powder,
ことを特徴とする請求項8に記載の三次元造形装置。 The three-dimensional modeling apparatus according to claim 8, characterized by:
前記粉末層形成部は、昇華性材料を含む粉末層を形成する、
ことを特徴とする請求項1乃至1のいずれか1項に記載の三次元造形装置。
The powder layer forming unit forms a powder layer containing a sublimable material,
The three-dimensional modeling apparatus according to any one of claims 1 to 11 , characterized by:
前記昇華性材料が、炭化ケイ素である、
ことを特徴とする請求項1に記載の三次元造形装置。
wherein the sublimable material is silicon carbide;
The three-dimensional modeling apparatus according to claim 12 , characterized by:
粉末層形成部による粉末層の形成処理と、前記粉末層へのエネルギービームの照射処理と、を繰り返し行う三次元造形物の製造方法であって、
前記エネルギービームの照射処理において前記粉末層から飛散する粉末が、前記粉末層形成部に到達しないように遮蔽部で遮蔽し、
前記エネルギービームの照射処理において、前記遮蔽部に到達した粉末を落下させる、
ことを特徴とする三次元造形物の製造方法。
A method for manufacturing a three-dimensional structure in which a powder layer forming process by a powder layer forming unit and an energy beam irradiation process to the powder layer are repeatedly performed,
The shielding part shields the powder scattered from the powder layer in the energy beam irradiation process so that it does not reach the powder layer forming part,
In the energy beam irradiation process, the powder that has reached the shielding portion is dropped;
A method for manufacturing a three- dimensional structure, characterized by:
前記遮蔽部は位置または姿勢を変更可能であり、 The shielding part can change its position or posture,
前記粉末層の形成処理と、前記エネルギービームの照射処理とで、前記遮蔽部が位置または姿勢を変更する、 The position or posture of the shielding part is changed by the powder layer forming process and the energy beam irradiation process,
ことを特徴とする請求項14に記載の三次元造形物の製造方法。 The method for manufacturing a three-dimensional structure according to claim 14, characterized in that:
前記粉末層の形成処理において、前記遮蔽部は前記粉末層形成部と干渉しない位置または姿勢をとる、 In the powder layer forming process, the shielding part takes a position or posture that does not interfere with the powder layer forming part,
ことを特徴とする請求項14または15に記載の三次元造形物の製造方法。 The method for manufacturing a three-dimensional structure according to claim 14 or 15, characterized in that:
前記粉末層の形成処理は、昇華性材料を含む粉末層を形成する処理である、
ことを特徴とする請求項1乃至1のいずれか1項に記載の三次元造形物の製造方法。
The powder layer forming process is a process of forming a powder layer containing a sublimable material.
The method for manufacturing a three-dimensional structure according to any one of claims 14 to 16 , characterized by:
前記昇華性材料が、炭化ケイ素である、
ことを特徴とする請求項1に記載の三次元造形物の製造方法。
wherein the sublimable material is silicon carbide;
The method for manufacturing a three-dimensional structure according to claim 17 , characterized in that:
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