KR101752125B1

KR101752125B1 - 3차원 조형 장치

Info

Publication number: KR101752125B1
Application number: KR1020170000638A
Authority: KR
Inventors: 고이찌 아마야; 도시히코 가토; 데츠시 미도리카와; 히데토 마쓰바라; 미쓰요시 요시다
Original assignee: 가부시키가이샤 마쓰우라 기카이 세이사쿠쇼
Priority date: 2016-07-13
Filing date: 2017-01-03
Publication date: 2017-06-28
Also published as: CA2951081C; EP3269522B1; CN106623931A; US20180015541A1; JP6026698B1; EP3269522A1; CN106623931B; CA2951081A1; US9969002B2; JP2018009210A

Abstract

3차원 조형물의 가공에 있어서, 불활성 가스의 효율적인 사용을 가능하게 하는 3차원 조형 장치의 구성을 제공하는 것을 과제로 하고 있고, 분말층을 형성하기 위한 승강 가능한 테이블(2) 및 그 주변의 영역과, 분말 공급 장치(30) 및 그 주변의 영역을 차폐판(6)에 의해서 구분하고, 전자의 영역에 불활성 가스 주입구를 구비하고, 테이블(2) 상을 주행하는 분말 살포 스퀴지(31)를 통과시키기 위해서, 차폐판(6)을 개폐 가능으로 하거나, 또는 분말 공급 장치(30)로부터, 분말을, 상기 차폐판(6)측으로 주행해 온 분말 살포 스퀴지(31)에 공급하는 파이프(33)가 상기 차폐판(6)을 관통하고 있거나, 또는 차폐판(6)의 일부를 차폐판(6)측으로 주행해 온 분말 살포 스퀴지(31)에 대한 분말 공급구로 하고, 상기 공급구로부터 분말이 낙하되는 파이프(33)가 하방으로 돌출 형성되어 있고, 또한 챔버(1)의 천정(8)에 있어서의 투명 영역(81)을 통하여 레이저빔을 조사하는 소결 장치(4)를 구비하는 것에 의해서 상기 과제를 달성하고 있는 3차원 조형 장치.

Description

3차원 조형 장치{THREE-DIMENSIONAL MOLDING EQUIPMENT}

본 발명은, 분말층의 적층, 상기 분말층에 대한 레이저빔에 의한 소결, 나아가서는 소결 종료 후의 각 층에 대한 절삭을 실현하는 3차원 조형 장치에 관한 것이다.

상기 3차원 조형 장치의 경우에는, 챔버 내의 테이블 상의 영역에서 분말층의 적층 및 소결이 복수개의 층에 걸쳐서 행해진 후에 절삭이 행해지고, 이러한 분말층의 적층과 소결 및 그 후의 절삭이라는 공정이 반복되고 있다.

3차원 조형의 경우에는, 소결 단계에 있어서의 금속 분말의 산화를 방지하기 위해, 질소, 아르곤 등의 불활성 가스를 챔버 내에 충만시키고 있다.

그러나 종래 기술에 있어서는, 불활성 가스를 3차원 조형물의 조형을 하는 테이블 및 그 주변의 영역뿐만 아니라, 분말 공급 장치가 존재하는 영역에 대해서도 공급하고 있다.

예를 들면, 특허문헌 1에서는, 불활성 가스를 수용하고 있는 카트리지부(5)가, 재료 저장 프레임(24)의 근방에 설치되어 있고(도 1 및 단락 [0050], [0051]), 이러한 배치의 경우에는, 필연적으로 케이스(50)로부터 공급된 불활성 가스는, 분말 공급 장치 측에도 유동될 수 밖에 없다.

특허문헌 2에서는, 불활성 가스의 주입구 및 흡인구를 마련한 다음, 광 빔의 조사 영역에 대해, 국소적으로 불활성 가스를 유동시키는 것에 의해서 불활성 가스의 경제적인 이용을 제창(提唱)하고 있다.

그러나, 국소적인 불활성 가스의 유동의 경우에는, 소결한 분말이 냉각되는 것에 도달하기 전에 불활성 가스와의 접촉이 종료되고, 또한 공기와 접촉되기 때문에, 충분한 산화 방지를 실현할 수 없다.

특허문헌 3에서는, 분말층(13)을 덮은 상태로 있는 슈라우드(Shroud)(7)와, 소결 장치, 즉 광 빔 조사 수단(5) 및 분말 공급 장치, 즉 분말 공급 수단(3), 및 분말 살포기, 즉 분체 평균화 수단(4)을 3차원 방향으로 일체로서 조형 베드(2)를 이동시키는 것에 의해서, 불활성 가스의 사용량을 삭감화하고 있다(요약서 및 도 1에 의한 선택도, 및 단락 [0024]).

그러나, 이러한 일체가 된 3차원 방향의 이동 구성은 장치로서 조작이 불편하고, 또한 테이블을 승강 가능하게 한 다음, 분말 살포 스퀴지를 단독으로 이동시킨다고 하는 심플한 조작을 할 수 없다는 점에서, 제어가 극히 복잡하다.

이와 같이, 종래 기술에 있어서는, 비교적 심플한 구성에 의해서, 불활성 가스의 효율적인 사용을 연구한 구성이 제창되고 있다.

일본 공개특허공보 2010-037599호 일본 재공표공보 2011-049143호 일본 공개특허공보 2014-125643호

본 발명은, 3차원 조형물의 가공에 있어서, 승강 가능한 테이블 및 상기 테이블 상을 주행하는 분말 살포 스퀴지를 채용한 다음, 불활성 가스의 효율적인 사용을 가능하게 하는 3차원 조형 장치의 구성을 제공하는 것을 과제로 하고 있다.

상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 기본 구성은,

[1] 챔버 내에 있어서, 분말층을 형성하기 위한 승강 가능한 테이블 및 그 주변의 영역과, 분말 공급 장치 및 그 주변의 영역을 차폐판에 의해서 구분하고, 상기 테이블 및 그 주변의 영역에 불활성 가스 주입구를 구비하고, 테이블 상을 주행하는 분말 살포 스퀴지를 통과시키기 위해서, 상기 차폐판을 개폐 가능으로 하고 있고, 챔버의 천정에 있어서의 투명 영역을 통하여 레이저빔을 3차원 조형물의 조형 영역에 조사하는 소결 장치를 구비하고 있는 3차원 조형 장치,

[2] 챔버 내에 있어서, 분말층을 형성하기 위한 승강 가능한 테이블 및 그 주변의 영역과, 분말 공급 장치 및 그 주변의 영역을 차폐판에 의해서 구분하고, 상기 테이블 및 그 주변의 영역에 불활성 가스 주입구를 구비하고, 분말 공급 장치로부터 낙하하는 분말을, 상기 차폐판측으로 주행해 온 분말 살포 스퀴지에 공급하는 파이프가, 상기 차폐판을 관통하고 있고, 챔버의 천정에 있어서의 투명 영역을 통하여 레이저빔을 3차원 조형물의 조형 영역에 조사하는 소결 장치를 구비하고 있는 3차원 조형 장치,

[3] 챔버 내에 있어서, 분말층을 형성하기 위한 승강 가능한 테이블 및 그 주변의 영역과, 분말 공급 장치 및 그 주변의 영역을 차폐판에 의해서 구분하고, 상기 테이블 및 그 주변의 영역에 불활성 가스 주입구를 구비하고, 상기 차폐판의 일부 영역을, 상기 차폐판측으로 주행해 온 분말 살포 스퀴지에 대한 분말 공급구로 하고, 상기 공급구로부터 분말이 낙하되는 파이프가 하방으로 돌출 형성되어 있고, 챔버의 천정에 있어서의 투명 영역을 통하여 레이저빔을 3차원 조형물의 조형 영역에 조사하는 소결 장치를 구비하고 있는 3차원 조형 장치,

[4] 분말 살포 스퀴지에 대한 수평 방향 구동 기구 및 그 주변의 영역과, 테이블 및 그 주변의 영역을 차폐판에 의해서 구분하고 있는 것을 특징으로 하는 상기 [1], [2], [3]의 어느 하나의 3차원 조형 장치,

로 이루어진다.

기본 구성 [1], [2], [3]의 3차원 조형 장치에 있어서는, 불활성 가스를 기본적으로 분말 공급 장치 및 그 주변의 영역에 충만시키지 않고, 소결 단계 및 그 후에 있어서의 3차원 조형물의 산화를 방지하는 것이 가능해진다.

게다가, 상기 [4]의 기본 구성의 경우에는, 불활성 가스를 분말 살포 스퀴지에 대한 수평 방향 구동 기구 및 그 주변의 영역에도 충만시키지 않고, 상기 산화를 방지할 수 있다.

도 1a은 실시예 1의 구성을 나타내고 있고, (a)는, 챔버 A에 의해서 적층 및 소결이 행해지고, 챔버 B에 있어서 절삭이 행해지고 있는 상태를 나타내고, (b)는, 챔버 A에 있어서 절삭이 행해지고, 챔버 B에 있어서 적층 및 소결이 행해지고 있는 상태를 나타낸다. 또한, 아래 방향의 화살표는, 테이블이 적층의 진행에 대응하여 순차 하강하고 있는 상태를 나타낸다.
도 1b는 실시예 1에 있어서, 적층 및 소결을 제어하는 컴퓨터가 소결 장치의 이동을 제어하고, 절삭을 제어하는 컴퓨터가 주축의 이동을 제어하는 것을 나타내는 플로우차트를 나타낸다.
도 1c는 실시예 1에 있어서, 소결 장치와 주축과의 교대 이동을 제어하는 컴퓨터를 마련하고, 적층 및 소결을 제어하는 컴퓨터 및 주축에 의한 절삭을 제어하는 컴퓨터와 연동하고 있는 상황을 나타내는 플로우차트이다.
도 2a는 실시예 2의 구성을 나타내고 있고, (a)는, 챔버 A에 의해서 적층 및 소결이 행해지고, 챔버 B에 있어서 절삭이 행해지고 있는 상태를 나타내고, (b)는, 챔버 A에 있어서 절삭이 행해지고, 챔버 B에 있어서 적층 및 소결이 행해지고 있는 상태를 나타낸다. 또한, 아래 방향의 화살표는, 테이블이 적층의 진행에 대응하여 순차 하강하고 있는 상태를 나타낸다.
도 2b는 실시예 2에 있어서, 적층 및 소결을 제어하는 컴퓨터가 분말 살포 스퀴지 및 소결 장치의 이동을 제어하고, 주축에 의한 절삭을 제어하는 컴퓨터가 주축의 이동을 제어하는 것을 나타내는 플로우차트를 나타낸다.
도 2c는 실시예 2에 있어서, 분말 살포 스퀴지 및 소결 장치와 주축과의 교대 이동을 제어하는 컴퓨터를 마련하고, 적층 및 소결을 제어하는 컴퓨터 및 절삭을 제어하는 컴퓨터와 연동하고 있는 상황을 나타내는 플로우차트이다.
도 3은 기본 구성 [1]을 나타내는 상면도 및 측단면도로서, (a)는, 분말 살포 스퀴지에 대한 분말의 공급이 행해진 상태를 나타내고 있고, (b)는, 분말 살포 스퀴지가 적층된 분말 상을 이동하고 있는 상태를 나타낸다.
도 4는 기본 구성 [2]를 나타내는 상면도 및 측단면도로서, (a)는, 분말 살포 스퀴지에 대한 분말의 공급이 행해진 상태를 나타내고 있고, (b)는, 분말 살포 스퀴지가 적층된 분말 상을 이동하고 있는 상태를 나타낸다.
도 5는 기본 구성 [3]을 나타내는 상면도 및 측단면도로서, (a)는, 분말 살포 스퀴지에 대한 분말의 공급이 행해진 상태를 나타내고 있고, (b)는, 분말 살포 스퀴지가 적층된 분말 상을 이동하고 있는 상태를 나타낸다.
도 6은 기본 구성 [4] 중, 차폐판을 회전축이 관통하고 있는 실시형태를 나타내는 상면도 및 측단면도로서, (a)는, 회전축이 분말 살포 스퀴지를 이동시키는 볼 나사와 걸어맞춤하고 있는 실시형태를 나타내고, (b)는, 회전축이 분말 살포 스퀴지를 이동시키는 체인과 걸어맞춤하고 있는 실시형태를 나타낸다.
도 7은 기본 구성 [4] 중, 분말 살포 스퀴지를 지지하고, 또한 일체가 되어서 수평 방향으로 이동하는 부재를, 차폐판을 따라서 개구 상태를 형성하지 않고 슬라이드하는 도어에 고착시키고, 또한 상기 도어가 분말 살포 스퀴지에 대한 수평 방향 구동 기구에 연결되어 있는 실시형태를 나타낸다.
도 8a는 기본 구성 [4]에 있어서, 3차원 조형물을 절삭하는 주축을 테이블(2) 및 그 주변의 영역 내에서 이동시키는 실시형태에 있어서, 주축에 대한 3차원 방향 구동 기구를 테이블(2) 및 그 주변의 영역 내에 구비한 실시형태를 나타낸다.
도 8b는 기본 구성 [4]에 있어서, 3차원 조형물을 절삭하는 주축을 테이블(2) 및 그 주변의 영역 내에서 이동시키는 실시형태에 있어서, 차폐판을 개폐 가능으로 한 다음, 주축에 대한 3차원 방향 구동 기구를, 분말 살포 스퀴지에 대한 수평 방향 구동 기구 및 그 주변의 영역측에 구비한 실시형태를 나타낸다.

기본 구성 [1], [2], [3]에 있어서는, 어느 쪽도 테이블(2) 및 그 주변의 영역과, 분말 공급 장치(30) 및 그 주변의 영역을 차폐판(6)에 의해서 구분하고 있고, 전자(前者)의 영역에 불활성 가스 주입구를 구비한 다음, 챔버(1)의 천정(8)에 있어서의 투명 영역(81)을 통하여, 레이저빔을 3차원 조형물(10)의 조형 영역에 조사하는 소결 장치(4)를 구비하고 있다.

상기 천정(8)은, 테이블(2) 및 그 주변의 영역을 둘러싸는 벽, 및 쌍방의 영역을 구분하는 차폐판(6)과의 사이에서 밀폐 상태인 것이 바람직하다.

기본 구성 [1]의 경우에는, 도 3의 (a)에 나타내는 바와 같이, 분말 살포 스퀴지(31)가 분말 공급 장치(30)로부터 분말의 공급을 받기 위해서 차폐판(6)을 개방한 상태로 하는 것을 필요 불가결로 하고 있고, 불활성 가스가 차폐판(6)의 개구부(60)를 통하여, 분말 공급 장치(30) 및 그 주변의 영역측에 다소 누설되는 것을 피할 수 없다.

단, 도 3의 (b)에 나타내는 바와 같이, 분말층의 형성 및 소결의 단계에서 차폐판(6)을 폐쇄한 상태로 하고, 또한 불활성 가스를 테이블(2) 및 그 주변의 영역에 분출하는 양을 조절하는 것에 의해서, 상기와 같이 누설되는 불활성 가스를 보충하여 상기 영역에 충만시키는 것은, 충분히 가능하다.

게다가, 분말 살포 스퀴지(31)에 있어서, 분말 살포 스퀴지(31)에 대한 분말의 공급을 각 적층마다 행하는 것이 아니라, 복수개, 구체적으로는 4개 이상의 적층마다 행하는 것을 가능하게 하는 분말의 수용 체적을 설정하는 것에 의해서, 상기 누설의 정도를 줄일 수 있다.

기본 구성 [2]의 경우에는, 도 4의 (a), (b)에 나타내는 바와 같이, 분말 공급 장치(30)로부터 낙하된 분말을 차폐판(6)측에 도래한 분말 살포 스퀴지(31)에 공급하는 파이프(33)가, 상기 차폐판(6)을 관통하고 있다.

기본 구성 [3]의 경우에는, 도 5의 (a), (b)에 나타내는 바와 같이, 차폐판(6)의 일부 영역을, 상기 차폐판(6)측에 도래한 분말 살포 스퀴지(31)에 대한 분말 공급구로 하고, 상기 공급구로부터 분말이 하방으로 낙하되는 파이프(33)가 하방으로 돌출 형성되어 있다.

기본 구성 [2], [3]의 경우에는, 분말 공급 장치(30) 및 그 주변의 영역에 불활성 가스가 도래하는 것을 차폐할 수 있고, 효율적인 불활성 가스의 이용에 있어서, 기본 구성 [1]보다 우수하다.

기본 구성 [2]의 경우에는, 불활성 가스가 분말의 개구 출구를 통하여, 분말 공급 장치(30)측에 진입하는 것에 의해서, 저장중의 분말의 산화의 정도를 저감하는 효과도 얻을 수도 있다.

단, 기본 구성 [1], [3]에 있어서도, 특히 분말 공급 장치(30) 내에 불활성 가스를 충만시키는 것에 의해서, 마찬가지의 효과를 얻는 것도 당연히 가능하다.

또한, 레이저빔에 의한 소결 장치(4)의 경우에는, 천정(8)의 투명 영역(81)을 통하여 소결을 실현할 수 있는 것에 비해, 전자빔의 경우에는, 투명 영역(81)을 투과하는 것이 불가능한 것으로부터, 기본 구성 [1], [2], [3]에 있어서는, 전자빔을 채용하지 않았다.

3차원 조형 장치에 있어서는, 분말 살포 스퀴지(31)를, 분말 공급 장치(30)측 및 그 반대측으로 교대로 이동시키는 수평 방향 구동 기구(32)를 마련하고 있는데, 기본 구성 [1], [2], [3]은, 상기 수평 방향 구동 기구(32) 및 그 주변의 영역과 테이블(2) 및 그 주변의 영역을 차폐판(6)에 의해서 구분하는 것을 필요 불가결로 하고 있는 것이 아니고, 도 4 및 도 5는, 그러한 경우를 나타낸다.

이것에 비해, 기본 구성 [4]는, 기본 구성 [1], [2], [3]의 구성에 입각한 다음, 분말 살포 스퀴지(31)에 대한 수평 방향 구동 기구(32) 및 그 주변의 영역과 테이블(2) 및 그 주변의 영역을 차폐판(6)에 의해서 구분하는 것을 특징으로 하고 있고, 도 3의 (a), (b)는, 기본 구성 [1]에 입각한 경우의 기본 구성 [4]를 나타낸다(기본 구성 [2], [3]에 입각한 기본 구성 [4]의 도시는 생략한다).

이러한 특징점에 의해서, 불활성 가스가 분말 공급 장치(30) 및 그 주변의 영역에 충만하는 것을 방지할 수 있다.

또한, 분말 살포 스퀴지(31)에 대한 수평 방향 구동 기구(32)는, 당연히 구동원을 가지고 있고, 이 점은, 후술하는 소결 장치(4)에 대한 수평 방향 구동 기구(42) 및 주축(5)에 대한 3차원 방향 구동 기구(52)에 있어서도 마찬가지이다.

도 6의 (a), (b)는, 분말 살포 스퀴지(31)를 수평 방향으로 이동시키는 볼 나사(92) 또는 이동용 체인(94)을 테이블(2) 및 그 주변의 영역 내에 구비하고, 또한 상기 볼 나사 또는 이동용 체인(94)에 대해 회전 구동을 전달하는 회전축(71)이 상기 차폐판(6)을 관통하고, 또한 수평 방향 구동 기구(32)에 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 실시형태를 나타내고 있고, 도 6의 (a)는, 회전축(71)이 볼 나사(92)와 걸어맞춤한 실시형태를 나타내고 있고, 도 6의 (b)는, 회전축(71)이 이동용 체인(94)과 걸어맞춤하고 있는 실시형태를 나타낸다(또한, 도 6의 (a), (b)에 있어서는, 분말 공급 장치(30)로부터, 분말 살포 스퀴지(31)에 대해 분말을 공급하는 것에 관한 구체적 구성의 도시를 생략하고 있다.).

상기 실시형태의 경우에는, 회전축(71)과 차폐판(6)의 사이에는 거의 간극이 형성되어 있지 않은 것으로부터, 테이블(2) 및 그 주변의 영역으로부터 분말 살포 스퀴지(31)에 대한 수평 방향 구동 기구(32) 및 그 주변의 영역에 불활성 가스가 누설되는 일은 거의 생기지 않는다.

도 7은, 분말 살포 스퀴지(31)를 지지하고, 또한 상기 분말 살포 스퀴지(31)와 일체가 되어서 수평 방향으로 이동하는 지지 부재(34)를 상기 차폐판(6) 내에서 슬라이드하는 도어(72)에 고착시키고, 또한 상기 도어(72)가, 상기 차폐판(6)보다 큰 수평폭을 가지는 것에 의해서, 슬라이드에 있어서 개구부가 형성되지 않는 상태를 실현 가능하게 한 다음, 수평 방향 구동 기구(32)에 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 실시형태를 나타낸다(또한, 도 7에 있어서도, 분말 공급 장치(30)로부터, 분말 살포 스퀴지(31)에 대해 분말을 공급하는 것에 관한 구체적 구성의 도시를 생략하고 있다.).

상기 실시형태에 있어서는, 도어(72)가 차폐판(6)을 슬라이드해도, 도어(72)와 차폐판(6)의 사이에 개구부가 형성되지 않도록, 도어(72)의 길이를 설계하고 있는 것으로부터, 상기 개구부를 통하여, 테이블(2) 및 그 주변의 영역에 충만한 불활성 가스가 분말 살포 스퀴지(31)에 대한 수평 방향 구동 기구(32) 및 그 주변의 영역에 누설되는 일은 없다.

도 7에 있어서의 실시형태에 있어서의 회전축(71)의 차폐판(6)에 대한 관통상태, 및 도 5의 도어(72)의 차폐판(6)에 대한 슬라이드 상태는, 어느 쪽도 기밀 상태인 것이 바람직하다.

그러기 위해서는, 회전축(71) 또는 도어(72)와 차폐판(6)의 사이에 형성되는 간극의 형상, 및 상기 간극을 유통하기 위해서 필요한 거리에 대해서, 불활성 가스 및 공기가 상기 간극을 유동하는 경우의 유동 저항이 극히 크고, 유통량을 무시할 수 있을 정도로 설정하는 것에 의해서 실현될 수 있다.

기본 구성 [4]에 있어서는, 도 8a에 나타내는 바와 같이, 소결한 3차원 조형물(10)을 절삭하는 주축(5) 및 상기 주축(5)에 대한 3차원 방향 구동 기구(52)를, 테이블(2) 및 그 주변의 영역 내에 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 실시형태, 및 도 8b에 나타내는 바와 같이, 테이블(2) 및 그 주변의 영역과 분말 살포 스퀴지(31)에 대한 수평 방향 구동 기구(32) 및 그 주변을 구분하는 차폐판(6)을 개폐 가능으로 한 다음, 소결한 3차원 조형물(10)을 절삭하는 주축(5)에 대한 3차원 방향 구동 기구(52)를, 분말 살포 스퀴지(31)에 대한 수평 방향 구동 기구(32) 및 그 주변 영역의 측에 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 실시형태의 어느 쪽도 채용할 수 있다(또한, 도 8a, 도 8b에 있어서도, 분말 공급 장치(30)로부터, 분말 살포 스퀴지(31)에 대해 분말을 공급하는 것에 관한 구체적 구성의 도시를 생략하고 있다.).

상기 각 실시형태에 있어서도, 기본적으로, 분말 살포 스퀴지(31)에 대한 수평 방향 구동 기구(32) 및 그 주변의 영역에 대한 불활성 가스의 충만을 저감할 수 있다.

단, 도 8b의 실시형태와 같이, 기본 구성 [4]의 차폐판(6)을 개폐 가능으로 한 다음, 주축(5)이 이동할 때 마다, 상기 차폐판(6)을 개구하는 실시형태는, 개구 단계에 있어서 불활성 가스가 테이블(2) 및 그 주변의 영역으로부터 개구부(60)를 통하여 다소 누설된다는 점에서, 도 8a과 같이, 주축(5)에 대한 3차원 방향 구동 기구(52)를 테이블(2) 및 그 주변의 영역 내에 마련한 실시형태에 비하여, 불활성 가스의 이용 효율에 있어서 떨어지는 것을 부정할 수 없다.

단, 분말층의 형성 및 소결의 단계에서, 불활성 가스를 테이블(2) 및 그 주변의 영역에 분출하는 양을 조절하는 것에 의해서, 상기와 같이 누설되는 불활성 가스를 보급하고 또한 충전하는 것은, 충분히 가능하다.

게다가, 도 8b의 실시형태에 있어서, 1개의 챔버(1)에 대응하여, 1개의 테이블(2), 1개의 분말 공급 장치(30) 및 분말 살포 스퀴지(31), 및 1개의 소결 장치(4)를 채용한 다음, 분말 살포 스퀴지(31)에 의한 분말의 적층 및 소결 장치(4)에 의한 분말의 소결의 전체 공정이 종료된 후에, 주축(5)에 의한 절삭을 행하는 방법을 채용하는 경우에는, 이미 절삭 단계에서는, 소결을 수반하는 금속 분말의 산화의 가능성은 극히 낮은 이상, 상기 누설의 폐해를 충분히 피할 수 있다.

이하, 실시예에 입각하여 설명한다.

실시예 1은, 도 1a의 (a), (b)에 나타내는 바와 같이, 2개의 챔버(1)의 서로 인접하는 측의 영역에 각각 테이블(2)을 구비하고, 또한 인접하고 있지 않은 영역에 각각 분말 공급 장치(30)를 구비함과 함께, 상기 서로 인접하는 영역 내에 구비한 3차원 방향 구동 기구(52)에 의해서 이동하는 1개의 주축(5)을 구비하고, 상기 인접하는 영역의 천정(8)의 상측에 구비한 수평 방향 구동 기구(42)에 의해서 이동하는 1개의 소결 장치(4)를 구비하고, 상기 1개의 주축(5)과 상기 1개의 소결 장치(4)를, 상기 2개의 각 챔버(1) 사이에서 교대로 이동시키는 제어 장치를 마련하고 있는 것을 특징으로 하고 있다(또한, 도 1a의 (a), (b)는, 기본 구성 [1]에 입각한 경우를 나타낸다.).

이러한 특징에 의해서, 실시예 1에 있어서는, 2개의 챔버(1)에 대해 1개의 분말 적층 장치 및 주축(5)을 구비하면 좋다는 점에서, 경제적으로 종래 기술의 경우에 비해 가치가 있다.

게다가, 2개의 챔버(1)에 있어서 분말층의 적층 공정 및 소결 공정과 절삭 공정을 동시에 수행하는 것을 가능하게 하는 것에 의해서, 적층 공정 및 소결 공정의 전체 시간에 있어서의 주축(5)의 대기 시간의 발생, 및 절삭 공정의 전체 시간에 있어서의 소결 장치(4)의 대기 시간의 발생을 피할 수 있다.

또한, 실시예 1에 있어서는, 소결 장치(4)와 주축(5)은, 2개의 챔버(1)와의 사이에서 교대로 이동 가능하게 하는 제어 장치를 필요로 하는 것으로부터, 주축(5)에 대한 3차원 방향 구동 기구(52)는, 필연적으로 테이블(2) 및 그 주변의 영역 내에 구비하는 것, 즉 도 6의 (a)의 실시형태에 입각하는 것을 필요 불가결로 한다.

실시예 1에 있어서는, 적층 및 소결, 절삭, 및 상기 교대 이동을 실현하기 위해서는, 도 1c의 플로우차트에 나타내는 바와 같이, 적층 및 소결을 제어하는 컴퓨터가 상기 소결 장치(4)의 이동을 제어하고, 절삭을 제어하는 컴퓨터가 주축(5)의 이동을 제어한다고 하는 제어 방식을 채용할 수 있다.

나아가서는, 도 1c에 나타내는 바와 같이, 적층 및 소결을 제어하는 컴퓨터 및 절삭을 제어하는 컴퓨터와는 별도로, 소결 장치(4)와 주축(5)과의 이동을 제어하는 컴퓨터를 설치하고, 또한 적층 및 소결을 제어하는 컴퓨터 및 절삭을 제어하는 컴퓨터와 연동한다고 하는 제어 방식도 또한 채용할 수도 있다.

실시예 2는, 도 2a의 (a), (b)에 나타내는 바와 같이, 2개의 챔버(1)의 서로 인접하는 측의 영역에 각각 테이블(2)을 구비하고, 또한 2개의 챔버(1)의 인접하고 있지 않은 영역의 한쪽측에 1개의 분말 공급 장치(30)를 구비함과 함께, 상기 서로 인접하는 영역 내에 구비한 3차원 방향 구동 기구(52)에 의해서 이동하는 1개의 주축(5)을 구비하고, 상기 인접하는 영역의 천정(8)의 상측에 구비한 수평 방향 구동 기구(42)에 의해서 이동하는 1개의 소결 장치(4)를 구비하고, 상기 1개의 주축(5)과 상기 1개의 소결 장치(4) 및 상기 1개의 분말 공급 장치(30)에 대응하는 1개의 분말 살포 스퀴지(31)를, 상기 2개의 각 챔버(1) 사이에서 교대로 이동시키는 제어 장치를 마련하고 있는 것을 특징으로 하고 있다(또한, 도 2a의 (a), (b)는, 기본 구성 [2]에 입각한 경우를 나타낸다. 그리고, 도 2a의 (a)에 있어서, 점선에 의해서 나타내는 분말 살포 스퀴지(31)는, 분말 공급 장치(30)로부터 파이프(33)를 통하여, 분말의 공급을 받고 있는 상태를 나타낸다.).

실시예 2에 있어서도, 실시예 1과 마찬가지의 작용 효과를 발휘할 수 있음과 함께, 절삭을 행하는 주축(5)에 대해서는, 테이블(2) 및 그 주변의 영역 내에 구비하는 것을 필요 불가결로 한다.

실시예 2에 있어서도, 상기 교대 이동을 실현하기 위해서, 도 2b의 플로우차트에 나타내는 바와 같이, 적층 및 소결을 제어하는 컴퓨터가 분말 살포 스퀴지(31) 및 상기 소결 장치(4)의 이동을 제어하고, 절삭을 제어하고 있는 컴퓨터가 주축(5)의 이동을 제어한다고 하는 제어 방식을 채용할 수 있다.

나아가서는, 도 2c의 플로우차트에 나타내는 바와 같이, 적층 및 소결을 제어하는 컴퓨터 및 절삭을 제어하는 컴퓨터와는 별도로, 분말 살포 스퀴지(31) 및 소결 장치(4)와 주축(5)과의 이동을 제어하는 컴퓨터를 설치하고, 또한 적층 및 소결을 제어하는 컴퓨터 및 절삭을 제어하는 컴퓨터와 연동한다고 하는 제어 방식도 채용할 수 있다.

이상과 같이, 복수의 실시형태 및 실시예에 대해서 설명했지만, 소결 및 그 후의 냉각에 도달하는 단계에서 금속 분말의 산화를 방지하기 위한 불활성 가스를 효율적으로 사용하고 있는 본 발명은, 3차원 조형 장치의 전체 분야에서 이용할 수 있다.

1: 챔버
10: 조형물
2: 테이블
30: 분말 공급 장치
31: 분말 살포 스퀴지
32: 분말 살포 스퀴지에 대한 수평 방향 구동 기구
33: 파이프
34: 분말 살포 스퀴지에 대한 지지 부재
4: 소결 장치
41: 소결 장치의 유지 부재
42: 소결 장치에 대한 수평 방향 구동 기구
5: 주축
51: 주축의 유지 부재
52: 주축에 대한 3차원 방향 구동 기구
6: 차폐판
60: 차폐판에 형성된 개구부
71: 회전축
72: 도어
8: 천정
81: 투명 영역
92: 분말 살포 스퀴지를 수평 방향으로 이동시키는 볼 나사
93: 회전축과 볼 나사의 결합 회전부
94: 분말 살포 스퀴지를 수평 방향으로 이동시키는 이동용 체인
95: 회전축과 이동용 체인의 결합 회전부

Claims

챔버 내에 있어서, 분말층을 형성하기 위한 승강 가능한 테이블 및 그 주변의 영역과, 분말 공급 장치 및 그 주변의 영역을 차폐판에 의해서 구분하고, 상기 테이블 및 그 주변의 영역에 불활성 가스 주입구를 구비하고, 테이블 상을 주행하는 분말 살포 스퀴지를 통과시키기 위해서, 상기 차폐판을 개폐 가능으로 하고 있고, 챔버의 천정에 있어서의 투명 영역을 통하여 레이저빔을 3차원 조형물의 조형 영역에 조사하는 소결 장치를 구비하고 있는 3차원 조형 장치.
챔버 내에 있어서, 분말층을 형성하기 위한 승강 가능한 테이블 및 그 주변의 영역과, 분말 공급 장치 및 그 주변의 영역을 차폐판에 의해서 구분하고, 상기 테이블 및 그 주변의 영역에 불활성 가스 주입구를 구비하고, 분말 공급 장치로부터 낙하하는 분말을, 상기 차폐판측으로 주행해 온 분말 살포 스퀴지에 공급하는 파이프가, 상기 차폐판을 관통하고 있고, 챔버의 천정에 있어서의 투명 영역을 통하여 레이저빔을 3차원 조형물의 조형 영역에 조사하는 소결 장치를 구비하고 있는 3차원 조형 장치.
챔버 내에 있어서, 분말층을 형성하기 위한 승강 가능한 테이블 및 그 주변의 영역과, 분말 공급 장치 및 그 주변의 영역을 차폐판에 의해서 구분하고, 상기 테이블 및 그 주변의 영역에 불활성 가스 주입구를 구비하고, 상기 차폐판의 일부 영역을, 상기 차폐판측으로 주행해 온 분말 살포 스퀴지에 대한 분말 공급구로 하고, 상기 공급구로부터 분말이 낙하되는 파이프가 하방으로 돌출 형성되어 있고, 챔버의 천정에 있어서의 투명 영역을 통하여 레이저빔을 3차원 조형물의 조형 영역에 조사하는 소결 장치를 구비하고 있는 3차원 조형 장치.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
분말 살포 스퀴지에 대한 수평 방향 구동 기구 및 그 주변의 영역과, 테이블 및 그 주변의 영역을 차폐판에 의해서 구분하고 있는 것을 특징으로 하는 3차원 조형 장치.
제 4 항에 있어서,
분말 살포 스퀴지를 수평 방향으로 이동시키는 볼 나사 또는 이동용 체인을 테이블 및 그 주변의 영역 내에 구비하고, 또한 상기 볼 나사 또는 이동용 체인에 대해 회전 구동을 전달하는 회전축이 상기 차폐판을 관통하고, 또한 회전 구동 기구에 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 3차원 조형 장치.
제 4 항에 있어서,
분말 살포 스퀴지를 지지하고, 또한 상기 분말 살포 스퀴지와 일체가 되어서 수평 방향으로 이동하는 지지 부재를 상기 차폐판 내에서 슬라이드하는 도어에 고착시키고, 또한 상기 도어가, 상기 차폐판보다 큰 수평폭을 가지는 것에 의해서 슬라이드에 있어서 개구부가 형성되지 않는 상태를 실현 가능하게 한 다음, 수평 방향 구동 기구에 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 3차원 조형 장치.
제 4 항에 있어서,
소결한 3차원 조형물을 절삭하는 주축 및 상기 주축에 대한 3차원 방향 구동 기구를, 테이블 및 그 주변의 영역 내에 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 3차원 조형 장치.
제 4 항에 있어서,
제 4 항에 기재된 차폐판을 개폐 가능으로 한 다음, 소결한 3차원 조형물을 절삭하는 주축에 대한 3차원 방향 구동 기구를, 분말 살포 스퀴지에 대한 수평 방향 구동 기구 및 그 주변 영역의 측에 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 3차원 조형 장치.
제 7 항에 있어서,
2개의 챔버의 서로 인접하는 측의 영역에 각각 테이블을 구비하고, 또한 인접하고 있지 않은 영역에 각각 분말 공급 장치를 구비함과 함께, 상기 서로 인접하는 영역 내에 구비한 3차원 방향 구동 기구에 의해서 이동하는 1개의 주축을 구비하고, 상기 인접하는 영역의 천정의 상측에 구비한 수평 방향 구동 기구에 의해서 이동하는 1개의 소결 장치를 구비하고, 상기 1개의 주축과 상기 1개의 소결 장치를, 상기 2개의 각 챔버 사이에서 교대로 이동시키는 제어 장치를 마련하고 있는 것을 특징으로 하는 3차원 조형 장치.
제 7 항에 있어서,
2개의 챔버의 서로 인접하는 측의 영역에 각각 테이블을 구비하고, 또한 2개의 챔버의 인접하고 있지 않은 영역의 한쪽측에 1개의 분말 공급 장치를 구비함과 함께, 상기 서로 인접하는 영역 내에 구비한 3차원 방향 구동 기구에 의해서 이동하는 1개의 주축을 구비하고, 상기 인접하는 영역의 천정의 상측에 구비한 수평 방향 구동 기구에 의해서 이동하는 1개의 소결 장치를 구비하고, 상기 1개의 주축과 상기 1개의 소결 장치 및 상기 1개의 분말 공급 장치에 대응하는 1개의 분말 살포 스퀴지를, 상기 2개의 각 챔버 사이에서 교대로 이동시키는 제어 장치를 마련하고 있는 것을 특징으로 하는 3차원 조형 장치.
1개의 챔버에 대응하여, 1개의 테이블, 1개의 분말 공급 장치 및 분말 살포 스퀴지, 및 1개의 소결 장치를 채용한 다음, 분말 살포 스퀴지에 의한 분말의 적층 및 소결 장치에 의한 분말의 소결의 전체 공정이 종료된 후에, 주축에 의한 절삭을 행하는 것을 특징으로 하는 제 8 항에 기재된 3차원 조형 장치를 사용하는 3차원 조형 방법.