JP7438888B2 - AM device - Google Patents

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JP7438888B2 JP2020137004A JP2020137004A JP7438888B2 JP 7438888 B2 JP7438888 B2 JP 7438888B2 JP 2020137004 A JP2020137004 A JP 2020137004A JP 2020137004 A JP2020137004 A JP 2020137004A JP 7438888 B2 JP7438888 B2 JP 7438888B2
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Description

本願は、AM装置に関する。 The present application relates to AM devices.

三次元物体を表現したコンピュータ上の三次元データから、三次元物体を直接的に造形する技術が知られている。たとえば、Additive Manufacturing(AM)(付加製造)法が知られている。一例として、デポジション方式のAM法としてダイレクトエナジーデポジション(DED)がある。DEDは、金属材料を局所的に供給しながら適当な熱源を用いて基材と共に溶融、凝固させることで造形を行う技術である。また、AM法の一例として、パウダーベッドフュージョン(PBF)がある。PBFは、二次元的に敷き詰められた金属紛体に対して、造形する部分に熱源であるレーザービームや電子ビームを照射して、金属紛体を溶融・凝固または焼結させることで三次元物体の各層を造形する。PBFでは、このような工程を繰り返すことで、所望の三次元物体を造形することができる。 2. Description of the Related Art There is a known technology for directly modeling a three-dimensional object from three-dimensional data on a computer that represents the three-dimensional object. For example, Additive Manufacturing (AM) methods are known. As an example, there is direct energy deposition (DED) as a deposition type AM method. DED is a technology that performs modeling by locally supplying a metal material and melting and solidifying it together with a base material using an appropriate heat source. Further, as an example of the AM method, there is powder bed fusion (PBF). PBF creates each layer of a three-dimensional object by irradiating a two-dimensional spread of metal powder with a laser beam or electron beam, which is a heat source, to melt, solidify, or sinter the metal powder. to form. With PBF, a desired three-dimensional object can be modeled by repeating such steps.

米国特許第4724299号明細書US Patent No. 4,724,299 特表2019-500246号公報Special table 2019-500246 publication

上述のDEDやPBFにより造形を行う場合、造形場所の酸素濃度を下げるために、造形場所付近を不活性ガスでパージすることが行われることがある。このときパージガスの流速が大きいと、たとえばDEDによる材料粉末およびキャリアガスの流れを乱し、造形を不安定にすることがある。また、PBFでパージガスを使用すると、予め敷き詰めてある材料粉末を吹き飛ばしてしまい、予定している造形を困難にすることがある。一方で、パージガスの流速が小さいと、造形場所の酸素を十分に排除することができないことがある。本願は、AM法による造形時に、パージガスの流速を適度に維持しつつ造形場所の酸素濃度を十分に下げるためのAM装置の構造を提供することを1つの目的としている。 When modeling is performed using the above-mentioned DED or PBF, the vicinity of the modeling location may be purged with an inert gas in order to lower the oxygen concentration in the modeling location. At this time, if the flow rate of the purge gas is high, the flow of the material powder and carrier gas due to DED may be disturbed, making the modeling unstable. Furthermore, if a purge gas is used in PBF, the material powder that has been spread in advance may be blown away, making it difficult to perform the planned modeling. On the other hand, if the flow rate of the purge gas is low, oxygen in the modeling area may not be sufficiently removed. One object of the present application is to provide a structure of an AM device that can sufficiently lower the oxygen concentration in the modeling area while maintaining the flow rate of purge gas at an appropriate level during modeling using the AM method.

造形物を製造するためのAM装置が提供され、前記AM装置は、DEDノズルを有し、前記DEDノズルは、DEDノズル本体と、前記DEDノズル本体の先端に設けられたレーザー光を出射するためのレーザー口、および前記レーザー口に連通する、前記DEDノズル本体内をレーザー光が通過するためのレーザー通路と、前記DEDノズル本体の先端に設けられた粉体材料を出射するための粉体口、および前記粉体口に連通する、前記DEDノズル本体内を粉体材料が通過するための粉体通路と、を有し、前記AM装置はさらに、前記DEDノズルの前記レーザー口および前記粉体口の周囲を囲い、且つ、前記レーザー光の出射方向の下流側が開口しているカバーを有し、前記カバーは、前記カバーの内側へガスを供給するためのガス供給路を有し、前記ガス供給路は、全体として前記DEDノズル本体に向かってガスを導くように向き決めされており、前記ガス供給路は、ラティス構造層を含む。 An AM device for manufacturing a shaped object is provided, the AM device includes a DED nozzle, and the DED nozzle includes a DED nozzle body and a laser beam provided at the tip of the DED nozzle body for emitting a laser beam. a laser port, a laser passage for a laser beam to pass through the DED nozzle body, which communicates with the laser port, and a powder port provided at the tip of the DED nozzle main body for emitting a powder material. , and a powder passage for a powder material to pass through the DED nozzle body, which communicates with the powder port, and the AM device further includes a powder passage that communicates with the laser port of the DED nozzle and the powder material a cover that surrounds the mouth and is open on the downstream side in the direction in which the laser beam is emitted; the cover has a gas supply path for supplying gas to the inside of the cover; A supply channel is oriented to direct gas generally toward the DED nozzle body, and the gas supply channel includes a lattice structure layer.

一実施形態による、造形物を製造するためのAM装置を概略的に示す図である。1 is a diagram schematically illustrating an AM apparatus for manufacturing a shaped object, according to an embodiment; FIG. 一実施形態によるDEDノズルの断面を概略的に示す図である。1 schematically illustrates a cross-section of a DED nozzle according to one embodiment; FIG. 一実施形態によるDEDノズルに取り付けられるカバーの断面を概略的に示す図である。FIG. 4 schematically illustrates a cross-section of a cover attached to a DED nozzle according to one embodiment. 図3に示されるカバーを斜め上方から見た斜視図である。FIG. 4 is a perspective view of the cover shown in FIG. 3 when viewed diagonally from above. 図3に示されるカバーの一部を上方から見た上面図である。FIG. 4 is a top view of a portion of the cover shown in FIG. 3 viewed from above. 一実施形態による、内カバーを単独で示す斜視図である。FIG. 3 is a perspective view of the inner cover alone, according to one embodiment.

以下に、本発明に係る造形物を製造するためのAM装置の実施形態を添付図面とともに説明する。添付図面において、同一または類似の要素には同一または類似の参照符号が付され、各実施形態の説明において同一または類似の要素に関する重複する説明は省略することがある。また、各実施形態で示される特徴は、互いに矛盾しない限り他の実施形態にも適用可能である。 DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of an AM apparatus for manufacturing a shaped article according to the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. In the accompanying drawings, the same or similar elements are denoted by the same or similar reference numerals, and redundant description of the same or similar elements may be omitted in the description of each embodiment. Furthermore, features shown in each embodiment can be applied to other embodiments as long as they do not contradict each other.

図1は、一実施形態による、造形物を製造するためのAM装置を概略的に示す図である。図1に示されるように、AM装置100は、ベースプレート102を備える。ベースプレート102上に造形物Mが造形されることになる。ベースプレート102は、造形物Mを支持することができる任意の材料から形成されるプレートとすることができる。一実施形態において、ベースプレート102は、XYステージ104の上に配置される。XYステージ104は、水平面内で直交する二方向(x方向、y方向)に移動可能なステージ104である。なお、XYステージ104は、高さ方向(z方向)に移動可能なリフト機構に連結されていてもよい。また、一実施形態においては、XYステージ104はなくてもよい。 FIG. 1 is a diagram schematically illustrating an AM apparatus for manufacturing a shaped object, according to one embodiment. As shown in FIG. 1, the AM device 100 includes a base plate 102. The object M will be formed on the base plate 102. The base plate 102 can be a plate made of any material that can support the shaped object M. In one embodiment, base plate 102 is placed on top of XY stage 104. The XY stage 104 is a stage 104 that is movable in two orthogonal directions (x direction and y direction) within a horizontal plane. Note that the XY stage 104 may be connected to a lift mechanism that is movable in the height direction (z direction). Also, in one embodiment, the XY stage 104 may be omitted.

一実施形態において、図1に示されるように、AM装置100は、DEDヘッド200を備える。DEDヘッド200は、レーザー源202、材料粉体源204、およびガス源206に接続されている。DEDヘッド200は、DEDノズル250を有する。DEDノズル250は、レーザー源202、材料粉体源204、およびガス源206からのレーザー、材料粉体、およびガスを噴射するように構成される。一実施形態において、図1に示されるようにDEDノズル250には、カバー300が取り付けられている。カバー300は、DEDノズル250の噴射口の周りを囲うように構成されている。 In one embodiment, as shown in FIG. 1, AM device 100 includes a DED head 200. DED head 200 is connected to a laser source 202, a material powder source 204, and a gas source 206. DED head 200 has DED nozzle 250. DED nozzle 250 is configured to inject laser, material powder, and gas from laser source 202, material powder source 204, and gas source 206. In one embodiment, a cover 300 is attached to the DED nozzle 250 as shown in FIG. The cover 300 is configured to surround the injection port of the DED nozzle 250.

DEDヘッド200は任意のものとすることができ、たとえば公知のDEDヘッドを使用することができる。DEDヘッド200は、移動機構220に連結されており、移動可能に構成される。移動機構220は、任意のものとすることができ、たとえば、レールなどの特定の軸に沿ってDEDヘッド200を移動可能なものとしてもよく、あるいは、任意の位置および向きにDEDヘッド200を移動させることができるロボットから構成されてもよい。一実施形態として、移動機構220は、直交する3軸に沿ってDEDヘッド200を移動可能に構成することができる。 The DED head 200 can be of any type, for example, a known DED head can be used. The DED head 200 is connected to a moving mechanism 220 and is configured to be movable. The movement mechanism 220 may be arbitrary, for example, may be capable of moving the DED head 200 along a particular axis such as a rail, or may move the DED head 200 to any position and orientation. It may also consist of a robot that can In one embodiment, the moving mechanism 220 can be configured to move the DED head 200 along three orthogonal axes.

一実施形態によるAM装置100は、図1に示されるように制御装置170を有する。制御装置170は、AM装置100の各種の動作機構、たとえば上述のDEDヘッド200や各種の動作機構などの動作を制御するように構成される。制御装置170は、一般的なコンピュータまたは専用コンピュータから構成することができる。 AM device 100 according to one embodiment includes a control device 170 as shown in FIG. The control device 170 is configured to control various operating mechanisms of the AM device 100, such as the above-described DED head 200 and various operating mechanisms. Control device 170 can be constructed from a general computer or a special purpose computer.

図2は一実施形態によるDEDノズル250の断面を概略的に示す図である。図示の実施形態によるDEDノズル250は、全体として切頭円錐形状のDEDノズル本体259を備える。図示の実施形態によるDEDノズル250は、DEDノズル本体259の中心にレーザー251が通過するレーザー通路252を備える。レーザー通路252を通ったレーザーは、DEDノズル本体259のレーザー口252aから放出される。また、DEDノズル本体259は、レーザー通路252の外側に、材料粉体および材料粉体を輸送す
るためのキャリアガスが通過する粉体通路254を備える。粉体通路254を通った材料粉体は粉体口254aから放出される。さらに、DEDノズル本体259は、粉体通路254の外側に、シールドガスが通過するシールドガス通路256を備える。シールドガス通路256を通ったシールドガスは、ガス口256aから放出される。
FIG. 2 is a schematic cross-sectional diagram of a DED nozzle 250 according to one embodiment. DED nozzle 250 according to the illustrated embodiment includes a DED nozzle body 259 that is generally frustoconically shaped. DED nozzle 250 according to the illustrated embodiment includes a laser passage 252 in the center of DED nozzle body 259 through which laser 251 passes. The laser passing through the laser path 252 is emitted from the laser port 252a of the DED nozzle body 259. Further, the DED nozzle body 259 includes a powder passage 254 outside the laser passage 252 through which material powder and a carrier gas for transporting the material powder pass. The material powder that has passed through the powder passage 254 is discharged from the powder port 254a. Further, the DED nozzle body 259 includes a shield gas passage 256 outside the powder passage 254 through which the shield gas passes. The shielding gas that has passed through the shielding gas passage 256 is released from the gas port 256a.

粉体通路254は、DEDノズル250から排出される材料粉体がレーザー251の集光点251aと実質的に同一の位置に収束するように構成される。なお、図2において材料粉体およびキャリアガスの流れは破線で示されている。キャリアガスは、たとえばアルゴンガスや窒素ガスなどの不活性ガスとすることができる。キャリアガスとして、空気より重いアルゴンガスを使用することがより望ましい。なお、キャリアガスに不活性ガスを用いることで、材料粉体が溶融して形成される溶融池を不活性ガスで覆うことで酸化を防止することができる。ただし、粉体口254aから放出されるキャリアガスの流れにより、その外側の空気が巻き込まれることがある。そこで、図2に示されるDEDノズル250は、粉体材料およびキャリアガスが排出される粉体通路254の外側に配置されたシールドガス通路256からシールドガスを低速で供給することで、周囲の空気が巻き込まれることを防止することができる。キャリアガスにより周囲の空気(特に酸素)が巻き込まれることを防止することで、造形時に金属酸化膜が生成されることを抑制でき、また、濡れ性の良い溶融池を形成することができる。図2において、シールドガスの流れは矢印で示されている。なお、シールドガスは、キャリアガスと同一の種類のガスとすることができる。 The powder passage 254 is configured so that the material powder discharged from the DED nozzle 250 is focused at substantially the same position as the focal point 251a of the laser 251. In addition, in FIG. 2, the flow of material powder and carrier gas is shown by broken lines. The carrier gas can be an inert gas such as argon gas or nitrogen gas. It is more desirable to use argon gas, which is heavier than air, as the carrier gas. Note that by using an inert gas as the carrier gas, oxidation can be prevented by covering the molten pool formed by melting the material powder with the inert gas. However, air outside the powder port 254a may be drawn in by the flow of the carrier gas released from the powder port 254a. Therefore, the DED nozzle 250 shown in FIG. 2 supplies the shielding gas at a low speed from the shielding gas passage 256 disposed outside the powder passage 254 through which the powder material and carrier gas are discharged, thereby reducing the amount of air in the surrounding air. can be prevented from getting caught. By preventing surrounding air (particularly oxygen) from being drawn in by the carrier gas, it is possible to suppress the formation of a metal oxide film during modeling, and it is also possible to form a molten pool with good wettability. In FIG. 2, the flow of shielding gas is indicated by arrows. Note that the shield gas can be the same type of gas as the carrier gas.

図3は、一実施形態によるDEDノズル250に取り付けられるカバー300の断面を概略的に示す図である。図4は、図3に示されるカバー300を斜め上方から見た斜視図である。図5は、図3に示されるカバー300の一部を上方から見た上面図である。 FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of a cover 300 attached to a DED nozzle 250 according to one embodiment. FIG. 4 is a perspective view of the cover 300 shown in FIG. 3 viewed diagonally from above. FIG. 5 is a top view of a portion of the cover 300 shown in FIG. 3, viewed from above.

図3、4に示されるように、カバー300は、内カバー302および外カバー304を備える。内カバー302は略円筒形状である、内カバー302は下側が開放されている。内カバー302は、DEDノズル250のレーザー口252a、粉体口254a、ガス口256aを囲うように配置されている。外カバー304は、間隔をあけて内カバー302を囲うように配置されており、内カバー302よりも径の大きな略円筒形状である。外カバー304も内カバー302と同様に下側が開放されている。 As shown in FIGS. 3 and 4, cover 300 includes an inner cover 302 and an outer cover 304. As shown in FIGS. The inner cover 302 has a substantially cylindrical shape, and the lower side of the inner cover 302 is open. The inner cover 302 is arranged to surround the laser port 252a, powder port 254a, and gas port 256a of the DED nozzle 250. The outer cover 304 is arranged to surround the inner cover 302 at intervals, and has a substantially cylindrical shape with a larger diameter than the inner cover 302. Like the inner cover 302, the outer cover 304 is also open at the bottom.

内カバー302と外カバー304とは、連結部材306により連結される。連結部材306は、内カバー302から外側に延びる突起である。かかる突起が外カバー304に形成される凹部に嵌合することで内カバー302と外カバー304とが連結される。 The inner cover 302 and the outer cover 304 are connected by a connecting member 306. The connecting member 306 is a protrusion extending outward from the inner cover 302. The inner cover 302 and the outer cover 304 are connected by fitting these protrusions into recesses formed in the outer cover 304.

図3に示される実施形態において、カバー300は、第1上カバー310および第2上カバー312を備える。第1上カバー310は、内カバー302の上端部に連結されている。なお、内カバー302と第1上カバー310とは一体的な構造物としてもよく、別部材として形成したものを連結させたものでもよい。第2上カバー312は、第1上カバー310の上方に配置されている。 In the embodiment shown in FIG. 3, the cover 300 includes a first top cover 310 and a second top cover 312. The first upper cover 310 is connected to the upper end of the inner cover 302. Note that the inner cover 302 and the first upper cover 310 may be an integral structure, or may be formed as separate members and connected to each other. The second upper cover 312 is arranged above the first upper cover 310.

第1上カバー310および第2上カバー312は、DEDノズル250のノズル本体259が通るための中心孔320を備える。図3に示されるように、中心孔320は、ノズル本体259の直径よりも大きく、ノズル本体259の側面は、第1上カバー310および第2上カバー312に接触しない。図3に示されるように、ノズル本体259の肩部257を第2上カバー312に係合させることで、ノズル本体259の側面を第1上カバー310および第2上カバー312に接触させずに、DEDノズル250の先端がカバー300の内側に配置されるようにカバー300をDEDノズル250に位置決めすることができる。 The first upper cover 310 and the second upper cover 312 include a center hole 320 through which the nozzle body 259 of the DED nozzle 250 passes. As shown in FIG. 3, the center hole 320 is larger than the diameter of the nozzle body 259, and the side surfaces of the nozzle body 259 do not contact the first upper cover 310 and the second upper cover 312. As shown in FIG. 3, by engaging the shoulder portion 257 of the nozzle body 259 with the second upper cover 312, the side surface of the nozzle body 259 can be prevented from coming into contact with the first upper cover 310 and the second upper cover 312. , the cover 300 can be positioned over the DED nozzle 250 such that the tip of the DED nozzle 250 is disposed inside the cover 300.

第1上カバー310と第2上カバー312との間には、ガス供給路314が画定されている。第2上カバー312には、ガス供給路314にパージガスを供給するためのガス供給口316が設けられている。ガス供給口316は、第2上カバー312の外側付近、すなわち内カバー302の近くに配置されている。ガス供給口316から供給されたパージガスは、ガス供給路314を通って全体としてDEDノズル250の方に向かって流れる。上述のように、第1上カバー310および第2上カバー312の中心孔320とノズル本体259の側面との間は隙間があるので、ガス供給路314を通ったパージガスはノズル本体259の側面に向けて供給され、また、内カバー302および第1上カバー310で囲まれる空間内にパージガスが供給される。 A gas supply path 314 is defined between the first upper cover 310 and the second upper cover 312. The second upper cover 312 is provided with a gas supply port 316 for supplying purge gas to the gas supply path 314. The gas supply port 316 is arranged near the outside of the second upper cover 312, that is, near the inner cover 302. The purge gas supplied from the gas supply port 316 flows generally toward the DED nozzle 250 through the gas supply path 314 . As described above, since there is a gap between the center hole 320 of the first upper cover 310 and the second upper cover 312 and the side surface of the nozzle body 259, the purge gas that has passed through the gas supply path 314 flows to the side surface of the nozzle body 259. Further, purge gas is supplied into the space surrounded by the inner cover 302 and the first upper cover 310.

なお、ガス供給口316から供給されるパージガスは、たとえばアルゴンガスや窒素ガスなどの不活性ガスとすることができる。パージガスは、空気より重いアルゴンガスを使用することがより望ましい。ガス供給口316から供給されるパージガスとして、上述のキャリアガスおよびシールドガスと同一の種類のガスを使用することができる。 Note that the purge gas supplied from the gas supply port 316 can be, for example, an inert gas such as argon gas or nitrogen gas. It is more desirable to use argon gas, which is heavier than air, as the purge gas. As the purge gas supplied from the gas supply port 316, the same type of gas as the carrier gas and shield gas described above can be used.

一実施形態において、ガス供給路314はラティス構造層330を含む。一実施形態において、ラティス構造層330は、ガス供給路314に配置される複数の柱332を備える。図3に示される実施形態において、複数の柱332は、第1上カバー310から第2上カバーに向けて延びる円柱形状の柱332である。一実施形態において、複数の柱332を備える第1上カバー310は、AM法あるいは他の任意の方法により造形される。また、一実施形態において、複数の柱332を備える第2上カバー312をAM法あるいは他の任意の方法により造形してもよい。あるいは、複数の柱332を備えるラティス構造層330を、第1上カバー310および第2上カバー312とは別の部材としてAM法を含む任意の方法で造形してもよい。 In one embodiment, gas supply passageway 314 includes a lattice structure layer 330. In one embodiment, the lattice structure layer 330 includes a plurality of pillars 332 disposed in the gas supply passageway 314. In the embodiment shown in FIG. 3, the plurality of pillars 332 are cylindrical pillars 332 extending from the first upper cover 310 toward the second upper cover. In one embodiment, the first upper cover 310 including the plurality of columns 332 is formed by an AM method or any other method. Further, in one embodiment, the second upper cover 312 including the plurality of columns 332 may be formed by the AM method or any other arbitrary method. Alternatively, the lattice structure layer 330 including the plurality of pillars 332 may be formed as a separate member from the first upper cover 310 and the second upper cover 312 by any method including the AM method.

一実施形態において、複数の柱332は、ガス供給路314の入り口側では疎に、出口側では密になるように配置されている。たとえば、図5に示されるように、半径方向に並ぶ複数の柱332の列を多数設けることで、ガス供給路314の出口側となる半径方向内側で柱332が密となり、ガス供給口316が配置されている半径方向外側で柱332が疎となる構造とすることができる。図5に示される実施形態において、柱332の断面は円形であるが、他の実施形態として、柱332の断面形状は四角形や三角形などの多角形、あるいは十字形など任意の形状とすることができる。 In one embodiment, the plurality of pillars 332 are arranged sparsely on the inlet side of the gas supply path 314 and densely arranged on the outlet side. For example, as shown in FIG. 5, by providing a large number of rows of a plurality of columns 332 lined up in the radial direction, the columns 332 become dense on the radially inner side, which is the outlet side of the gas supply path 314, and the gas supply port 316 is The pillars 332 may be arranged sparsely on the outside in the radial direction. In the embodiment shown in FIG. 5, the cross section of the column 332 is circular, but in other embodiments, the cross section of the column 332 may be any shape such as a polygon such as a quadrangle or a triangle, or a cross. can.

上述の実施形態において、ガス供給路314はラティス構造層330を含むので、ガス供給口316から供給されたパージガスは、ラティス構造層330においてパージガスが拡散されながらガス供給路314を通り、第1上カバー310および第2上カバー312の中心孔320からDEDノズル250に向けて緩やかに供給される。そのため、パージガスの流速を適度に低減しながら、カバー300により造形場所の酸素濃度を下げることができる。 In the embodiment described above, since the gas supply path 314 includes the lattice structure layer 330, the purge gas supplied from the gas supply port 316 passes through the gas supply path 314 while being diffused in the lattice structure layer 330, and passes through the first upper layer. It is gently supplied toward the DED nozzle 250 from the center hole 320 of the cover 310 and the second upper cover 312. Therefore, the cover 300 can lower the oxygen concentration in the modeling area while appropriately reducing the flow rate of the purge gas.

一実施形態において、カバー300は、カバー300を冷却するための冷却機構を備える。図6は、内カバー302を単独で示す斜視図である。一実施形態において、図3に示されるように、内カバー302は、内部に冷媒を流すための冷媒通路340を備える。冷媒通路340は、円筒形の内カバー302を円周方向に延びる。また、カバー300は、冷媒通路340に冷媒を供給するための冷媒供給口342を備える。図3に示される実施形態において、冷媒供給口342は、上述した内カバー302と外カバー304とを連結する連結部材306の1つに形成された開口とすることができる。また、内カバー302は、冷媒通路340から冷媒を排出するための冷媒排出口344を備える。図6に示される実施形態において、冷媒排出口344は、内カバー302の上端に形成されている。 In one embodiment, cover 300 includes a cooling mechanism to cool cover 300. FIG. 6 is a perspective view showing the inner cover 302 alone. In one embodiment, as shown in FIG. 3, the inner cover 302 includes refrigerant passages 340 for flowing refrigerant therein. The refrigerant passage 340 extends circumferentially around the cylindrical inner cover 302 . The cover 300 also includes a refrigerant supply port 342 for supplying refrigerant to the refrigerant passage 340. In the embodiment shown in FIG. 3, the refrigerant supply port 342 may be an opening formed in one of the connecting members 306 that connect the inner cover 302 and the outer cover 304 described above. The inner cover 302 also includes a refrigerant discharge port 344 for discharging the refrigerant from the refrigerant passage 340. In the embodiment shown in FIG. 6, the refrigerant outlet 344 is formed at the upper end of the inner cover 302.

冷媒供給口342および冷媒排出口344は、図示しない熱交換機やポンプなどを備える冷媒供給ラインに連結される。冷媒供給口342から供給された冷媒は、内カバー302に形成され冷媒通路340を通って冷媒排出口344から排出される。冷媒通路340を通る冷媒により、内カバー302は冷却される。 The refrigerant supply port 342 and the refrigerant discharge port 344 are connected to a refrigerant supply line that includes a heat exchanger, a pump, and the like (not shown). The refrigerant supplied from the refrigerant supply port 342 passes through the refrigerant passage 340 formed in the inner cover 302 and is discharged from the refrigerant discharge port 344 . The inner cover 302 is cooled by the refrigerant passing through the refrigerant passage 340 .

カバー300を備えるDEDノズル250を使用して造形を行う場合、造形対象物Mへ照射したレーザーの反射エネルギーは、DEDノズル250およびカバー300、特に内カバー302で受けることになる。また、カバー300内を不活性ガスでパージするので、カバー300内におけるDEDノズル250の周囲においてガスの流れが緩やかになる。そのため、造形時にDEDノズル250やカバー300の温度が上昇しやすく、造形を不安定にすることがある。上述の実施形態のように、カバー300に冷却機構を設けることで、造形時にDEDノズル250やカバー300の温度上昇を抑制することができる。なお、冷媒としては、たとえば純水やその他の液体を使用することができる。 When modeling is performed using the DED nozzle 250 provided with the cover 300, the reflected energy of the laser irradiated to the object M is received by the DED nozzle 250 and the cover 300, particularly the inner cover 302. Furthermore, since the inside of the cover 300 is purged with inert gas, the flow of gas in the cover 300 around the DED nozzle 250 becomes gentle. Therefore, the temperatures of the DED nozzle 250 and the cover 300 tend to rise during modeling, which may make the modeling unstable. By providing the cover 300 with a cooling mechanism as in the above-described embodiment, it is possible to suppress the temperature rise of the DED nozzle 250 and the cover 300 during modeling. Note that as the refrigerant, for example, pure water or other liquid can be used.

一実施形態において、冷媒通路340の壁面に凹凸を設けるようにしてもよい。冷媒通路の壁面に凹凸を設けることで、冷媒による熱交換面積を大きくすることができ、冷媒の利用効率を高めることができる。また、一実施形態において、冷媒通路340は、ラティス構造を備えるものとしてもよい。ラティス構造は、冷媒通路340内の熱交換面積を大きくできるものであればよく、たとえば冷媒通路340内に配置される複数の柱構造としてもよいし、冷媒通路340の内部をメッシュ構造となるようにしてもよい。 In one embodiment, the wall surface of the refrigerant passage 340 may be provided with irregularities. By providing unevenness on the wall surface of the refrigerant passage, the heat exchange area by the refrigerant can be increased, and the efficiency of use of the refrigerant can be increased. Further, in one embodiment, the refrigerant passage 340 may have a lattice structure. The lattice structure may be any structure as long as it can increase the heat exchange area within the refrigerant passage 340; for example, it may be a structure with a plurality of columns arranged within the refrigerant passage 340, or it may have a mesh structure inside the refrigerant passage 340. You can also do this.

一実施形態において、冷媒通路340を備える内カバー302は、任意の金属またはプラスチック等の材料からAM法またはその他の任意の方法で製造することができる。 In one embodiment, the inner cover 302 with the coolant passages 340 can be manufactured from any material such as metal or plastic by an AM process or any other method.

また、一実施形態において、冷却機構は、冷媒および冷媒通路を使用せずに、ペルチェ素子などの冷却素子を使用してもよい。たとえば、ペルチェ素子を内カバー302やDEDノズル250に取り付けてもよい。 Also, in one embodiment, the cooling mechanism may use a cooling element such as a Peltier element without using a refrigerant and a refrigerant passage. For example, a Peltier element may be attached to the inner cover 302 or the DED nozzle 250.

一実施形態において、DEDノズル250あるいは内カバー302に温度計を設けてもよい。一実施形態において、温度計で測定した温度に応じて冷却機構を制御するようにすることで、DEDノズル250または内カバー302の温度を一定に維持することができる。 In one embodiment, a thermometer may be provided on the DED nozzle 250 or the inner cover 302. In one embodiment, the temperature of the DED nozzle 250 or the inner cover 302 can be maintained constant by controlling the cooling mechanism according to the temperature measured with a thermometer.

上述の実施形態から少なくとも以下の技術的思想が把握される。
[形態1]造形物を製造するためのAM装置が提供され、前記AM装置は、DEDノズルを有し、前記DEDノズルは、DEDノズル本体と、前記DEDノズル本体の先端に設けられたレーザー光を出射するためのレーザー口、および前記レーザー口に連通する、前記DEDノズル本体内をレーザー光が通過するためのレーザー通路と、前記DEDノズル本体の先端に設けられた粉体材料を出射するための粉体口、および前記粉体口に連通する、前記DEDノズル本体内を粉体材料が通過するための粉体通路と、を有し、前記AM装置はさらに、前記DEDノズルの前記レーザー口および前記粉体口の周囲を囲い、且つ、前記レーザー光の出射方向の下流側が開口しているカバーを有し、前記カバーは、前記カバーの内側へガスを供給するためのガス供給路を有し、前記ガス供給路は、全体として前記DEDノズル本体に向かってガスを導くように向き決めされており、前記ガス供給路は、ラティス構造層を含む。
At least the following technical idea can be understood from the above-described embodiments.
[Form 1] An AM device for manufacturing a shaped object is provided, and the AM device includes a DED nozzle, and the DED nozzle includes a DED nozzle body and a laser beam provided at the tip of the DED nozzle body. a laser port for emitting a laser beam; a laser path communicating with the laser port for passing a laser beam within the DED nozzle body; and a laser path for emitting a powder material provided at the tip of the DED nozzle body. a powder port of the DED nozzle, and a powder passage communicating with the powder port for a powder material to pass through the DED nozzle body; and a cover that surrounds the powder port and is open on the downstream side in the emission direction of the laser beam, and the cover has a gas supply path for supplying gas to the inside of the cover. and the gas supply passageway is oriented to direct gas generally toward the DED nozzle body, and the gas supply passageway includes a lattice structure layer.

[形態2]形態2によれば、形態1によるAM装置において、前記ラティス構造層は、複数の柱構造を含む。 [Form 2] According to Form 2, in the AM device according to Form 1, the lattice structure layer includes a plurality of pillar structures.

[形態3]形態3によれば、形態2によるAM装置であって、前記ラティス構造層は、複数の柱構造は、前記ガス供給路の入り口側では疎に、出口側では密になるように配置されている。 [Form 3] According to Form 3, in the AM device according to Form 2, the lattice structure layer has a plurality of pillar structures that are sparsely arranged on the entrance side of the gas supply path and densely arranged on the exit side. It is located.

[形態4]形態4によれば、造形物を製造するためのAM装置が提供され、前記AM装置は、DEDノズルを有し、前記DEDノズルは、DEDノズル本体と、前記DEDノズル本体の先端に設けられたレーザー光を出射するためのレーザー口、および前記レーザー口に連通する、前記DEDノズル本体内をレーザー光が通過するためのレーザー通路と、前記DEDノズル本体の先端に設けられた粉体材料を出射するための粉体口、および前記粉体口に連通する、前記DEDノズル本体内を粉体材料が通過するための粉体通路と、を有し、前記AM装置はさらに、前記DEDノズルの前記レーザー口および前記粉体口の周囲を囲い、且つ、前記レーザー光の出射方向の下流側が開口しているカバーを有し、前記カバーは、前記カバーの内側へガスを供給するためのガス供給路を有し、前記ガス供給路は、全体として前記DEDノズル本体に向かってガスを導くように向き決めされており、前記カバーは、前記カバーを冷却するための冷却機構を有する。 [Form 4] According to Form 4, an AM device for manufacturing a modeled object is provided, and the AM device includes a DED nozzle, and the DED nozzle includes a DED nozzle body and a tip of the DED nozzle body. a laser port for emitting a laser beam provided in the DED nozzle body; a laser path communicating with the laser port for the laser beam to pass through the DED nozzle body; and a powder provided at the tip of the DED nozzle body. a powder port for ejecting the powder material; and a powder passage communicating with the powder port and allowing the powder material to pass through the DED nozzle body; The DED nozzle has a cover that surrounds the laser port and the powder port and is open on the downstream side in the emission direction of the laser beam, and the cover is for supplying gas to the inside of the cover. a gas supply passageway, the gas supply passageway being oriented generally to direct gas toward the DED nozzle body, and the cover having a cooling mechanism for cooling the cover.

[形態5]形態5によれば、形態4によるAM装置において、前記カバーの前記冷却機構は、冷媒を通過させるための冷媒通路を有する。 [Embodiment 5] According to embodiment 5, in the AM device according to embodiment 4, the cooling mechanism of the cover has a refrigerant passage through which a refrigerant passes.

[形態6]形態6によれば、形態5によるAM装置において、前記冷媒通路は、前記カバーの側壁に形成されている。 [Embodiment 6] According to Embodiment 6, in the AM device according to Embodiment 5, the refrigerant passage is formed in a side wall of the cover.

[形態7]形態7によれば、形態5または6によるAM装置において、前記冷媒通路は、前記冷媒通路の表面に凹凸構造を有する。 [Embodiment 7] According to embodiment 7, in the AM device according to embodiment 5 or 6, the refrigerant passage has an uneven structure on the surface of the refrigerant passage.

[形態8]形態8によれば、形態5から形態7のいずれか1つの形態によるAM装置において、前記冷媒通路は、ラティス構造を有する。 [Embodiment 8] According to embodiment 8, in the AM device according to any one of embodiments 5 to 7, the refrigerant passage has a lattice structure.

[形態9]形態9によれば、形態4から形態8のいずれか1つの形態によるAM装置において、前記カバーの前記冷却機構は、ペルチェ素子を有する。 [Embodiment 9] According to embodiment 9, in the AM device according to any one of embodiments 4 to 8, the cooling mechanism of the cover includes a Peltier element.

100…AM装置
170…制御装置
200…DEDヘッド
202…レーザー源
204…材料粉体源
206…ガス源
250…DEDノズル
252…レーザー通路
254…粉体通路
256…シールドガス通路
257…肩部
259…ノズル本体
300…カバー
302…内カバー
304…外カバー
306…連結部材
310…第1上カバー
312…第2上カバー
314…ガス供給路
316…ガス供給口
320…中心孔
330…ラティス構造層
332…柱
340…冷媒通路
342…冷媒供給口
344…冷媒排出口
M…造形対象物
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100...AM device 170...Control device 200...DED head 202...Laser source 204...Material powder source 206...Gas source 250...DED nozzle 252...Laser passage 254...Powder passage 256...Shield gas passage 257...Shoulder part 259... Nozzle body 300... Cover 302... Inner cover 304... Outer cover 306... Connection member 310... First upper cover 312... Second upper cover 314... Gas supply path 316... Gas supply port 320... Center hole 330... Lattice structure layer 332... Pillar 340... Refrigerant passage 342... Refrigerant supply port 344... Refrigerant discharge port M... Modeling object

Claims (9)

造形物を製造するためのAM装置であって、前記AM装置は、
DEDノズルを有し、前記DEDノズルは、
DEDノズル本体と、
前記DEDノズル本体の先端に設けられたレーザー光を出射するためのレーザー口、および前記レーザー口に連通する、前記DEDノズル本体内をレーザー光が通過するためのレーザー通路と、
前記DEDノズル本体の先端に設けられた粉体材料を出射するための粉体口、および前記粉体口に連通する、前記DEDノズル本体内を粉体材料が通過するための粉体通路と、を有し、
前記AM装置はさらに、前記DEDノズルの前記レーザー口および前記粉体口の周囲を囲い、且つ、前記レーザー光の出射方向の下流側が開口しているカバーを有し、
前記カバーは、前記カバーの内側へガスを供給するためのガス供給路を有し、前記ガス供給路は、全体として前記DEDノズル本体に向かってガスを導くように向き決めされており、前記ガス供給路は、ラティス構造層を含む、
AM装置。
An AM device for manufacturing a modeled object, the AM device comprising:
having a DED nozzle, the DED nozzle comprising:
DED nozzle body,
a laser port provided at the tip of the DED nozzle body for emitting laser light, and a laser path communicating with the laser port for the laser light to pass through the DED nozzle body;
a powder port provided at the tip of the DED nozzle body for ejecting the powder material; and a powder passage communicating with the powder port for the powder material to pass through the DED nozzle body; has
The AM device further includes a cover that surrounds the laser port and the powder port of the DED nozzle and is open on the downstream side in the emission direction of the laser beam,
The cover has a gas supply path for supplying gas to the inside of the cover, the gas supply path being oriented generally to direct gas toward the DED nozzle body, and the gas supply path being oriented generally to direct gas toward the DED nozzle body. the supply channel includes a lattice structure layer;
AM device.
請求項1に記載のAM装置であって、
前記ラティス構造層は、複数の柱構造を含む、
AM装置。
The AM device according to claim 1,
The lattice structure layer includes a plurality of columnar structures.
AM device.
請求項2に記載のAM装置であって、
前記ラティス構造層は、複数の柱構造は、前記ガス供給路の入り口側では疎に、出口側では密になるように配置されている、
AM装置。
The AM device according to claim 2,
In the lattice structure layer, the plurality of columnar structures are arranged sparsely on the entrance side of the gas supply path and densely arranged on the exit side.
AM device.
造形物を製造するためのAM装置であって、前記AM装置は、
DEDノズルを有し、前記DEDノズルは、
DEDノズル本体と、
前記DEDノズル本体の先端に設けられたレーザー光を出射するためのレーザー口、および前記レーザー口に連通する、前記DEDノズル本体内をレーザー光が通過するためのレーザー通路と、
前記DEDノズル本体の先端に設けられた粉体材料を出射するための粉体口、および前記粉体口に連通する、前記DEDノズル本体内を粉体材料が通過するための粉体通路と、を有し、
前記AM装置はさらに、前記DEDノズルの前記レーザー口および前記粉体口の周囲を囲い、且つ、前記レーザー光の出射方向の下流側が開口しているカバーを有し、
前記カバーは、前記カバーの内側へガスを供給するためのガス供給路を有し、前記ガス供給路は、全体として前記DEDノズル本体に向かってガスを導くように向き決めされており、
前記カバーは、前記カバーを冷却するための冷却機構を有する、
AM装置。
An AM device for manufacturing a modeled object, the AM device comprising:
having a DED nozzle, the DED nozzle comprising:
DED nozzle body,
a laser port for emitting laser light provided at the tip of the DED nozzle body; and a laser path for the laser light to pass through the DED nozzle body, communicating with the laser port;
a powder port provided at the tip of the DED nozzle body for ejecting the powder material; and a powder passage communicating with the powder port for the powder material to pass through the DED nozzle body; has
The AM device further includes a cover that surrounds the laser port and the powder port of the DED nozzle and is open on the downstream side in the emission direction of the laser beam,
the cover has a gas supply passage for supplying gas to the inside of the cover, the gas supply passage being oriented generally to direct gas toward the DED nozzle body;
The cover has a cooling mechanism for cooling the cover.
AM device.
請求項4に記載のAM装置であって、
前記カバーの前記冷却機構は、冷媒を通過させるための冷媒通路を有する、
AM装置。
The AM device according to claim 4,
The cooling mechanism of the cover has a refrigerant passage for passing a refrigerant.
AM device.
請求項5に記載のAM装置であって、
前記冷媒通路は、前記カバーの側壁に形成されている、
AM装置。
The AM device according to claim 5,
The refrigerant passage is formed in a side wall of the cover.
AM device.
請求項5または6に記載のAM装置であって、
前記冷媒通路は、前記冷媒通路の表面に凹凸構造を有する、
AM装置。
The AM device according to claim 5 or 6,
The refrigerant passage has an uneven structure on the surface of the refrigerant passage.
AM device.
請求項5から7に記載のAM装置であって、
前記冷媒通路は、ラティス構造を有する、
AM装置。
The AM device according to claims 5 to 7,
The refrigerant passage has a lattice structure,
AM device.
請求項4から8に記載のAM装置であって、
前記カバーの前記冷却機構は、ペルチェ素子を有する、
AM装置。
The AM device according to claims 4 to 8,
The cooling mechanism of the cover includes a Peltier element.
AM device.
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