TW202245953A - 粉末床雷射加工裝置、粉末積層造形裝置、加工方法及電腦可讀取媒體 - Google Patents

粉末床雷射加工裝置、粉末積層造形裝置、加工方法及電腦可讀取媒體 Download PDF

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Abstract

粉末床雷射加工裝置(10)係具備第一掃描部(13A)、第二掃描部(13B)、第一驅動部(12A)及第二驅動部(12B)。第一掃描部(13A)係對粉末床(90)掃描並照射第一雷射光。第二掃描部(13B)係對粉末床(90)掃描並照射第二雷射光。第一驅動部(12A)係以使得第一雷射光能夠照射至第一照射區域的方式而使第一掃描部(13A)移動。第二驅動部(12B)係以使得第二雷射光能夠照射至包括第一照射區域的一部分之第二照射區域且第二掃描部(13B)與第一掃描部(13A)的相對位置能夠改變的方式而使第二掃描部(13B)移動。

Description

粉末床雷射加工裝置、粉末積層造形裝置、加工方法及電腦可讀取媒體
本發明係關於一種粉末床雷射加工裝置、粉末積層造形裝置、加工方法及電腦可讀取媒體。
於粉末積層造形裝置中，已開發出對應大型造形面積之雷射加工裝置。
例如，已公開一種技術，作為用於擴大一個雷射加工範圍的措施，係使振鏡掃描儀(Galvano scanner)本體於雷射裝置內移動(專利文獻1)。 [先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2011-240403號公報。
[發明所欲解決之課題]
然而，於上述技術中，為了對應大型造形面積，必須一邊使雷射光照射部相對於粉末床移動一邊加工，效率不佳。此外，相對於如此問題，已普遍知道準備複數個雷射光源並依不同的各個加工區域照射不同的雷射光之技術。然而，當採用如此技術時，可能會依每個雷射光源的雷射功率不均而導致製品的精度降低。此外，當準備複數個雷射光源時，可能無法於相對較小的造形面積加工中活用複數個雷射光而造成浪費。
本發明係為了解決如此問題而完成，提供一種能高效地對各種造形面積加工之粉末床雷射加工裝置等。 [用以解決課題之手段]
本發明的粉末床雷射加工裝置係具備：第一掃描部、第二掃描部、第一驅動部及第二驅動部。第一掃描部係對粉末床掃描並照射第一雷射光。第二掃描部係對粉末床掃描並照射第二雷射光。第一驅動部係以使得第一雷射光能夠照射至第一照射區域的方式而使第一掃描部移動。第二驅動部係以使得第二雷射光能夠照射至包括第一照射區域的一部分之第二照射區域且第二掃描部與第一掃描部間的相對位置係能夠改變的方式而使第二掃描部移動。
本發明的加工方法中，電腦係執行第一驅動步驟、第二驅動步驟、第一掃描步驟及第二掃描步驟。於第一驅動步驟中，電腦係以使得第一雷射光能夠照射至第一照射區域的方式而使第一掃描部移動。於第二驅動步驟中，電腦係以使得第二雷射光能夠照射至包括前述第一照射區域的一部分之第二照射區域且第二掃描部與前述第一掃描部間的相對位置能夠改變的方式而使第二掃描部移動。於第一掃描步驟中，電腦係對前述第一照射區域掃描並照射前述第一雷射光。於第二掃描步驟中，電腦係對前述第二照射區域掃描並照射前述第二雷射光。
本發明的儲存於電腦可讀取媒體的程式係使電腦執行下述加工方法。於第一驅動步驟中，電腦係以使得第一雷射光能夠照射至第一照射區域的方式而使第一掃描部移動。於第二驅動步驟中，電腦係以使得第二雷射光能夠照射至包括前述第一照射區域的一部分之第二照射區域且第二掃描部與前述第一掃描部間的相對位置能夠改變的方式而使前述第二掃描部移動。於第一掃描步驟中，電腦係對前述第一照射區域掃描並照射前述第一雷射光。於第二掃描步驟中，電腦係對前述第二照射區域掃描並照射前述第二雷射光。 [發明功效]
根據本發明，能提供能高效地對各種造形面積進行加工之粉末床雷射加工裝置、粉末積層造形裝置、加工方法及電腦可讀取媒體。
以下透過發明的實施形態來說明本發明，惟專利申請範圍的發明並不限於以下實施形態。此外，於實施形態所說明的構成的全部內容並不一定都是作為用以解決課題之手段所必須。為了使說明明確，以下記載及圖式係經適當省略及簡化。另外，於各個圖式中，對於相同的要件係標示相同的符號，並視所需而省略重複說明。
[實施形態] 以下參照圖式來說明本發明的實施形態。圖1係實施形態的粉末積層造形裝置的整體圖。圖1所示的粉末積層造形裝置1係所謂3D(three dimensions；三維)印表機的一種，係基於三維的設計資料逐層地形成經切成薄片的二維層並予以積層，藉此製造所需的三維形狀。圖1係粉末積層造形裝置1的側視圖，為了便於說明將一部分以剖面呈現。粉末積層造形裝置1係具有粉末床雷射加工裝置10及主體塊20以作為主要構成。
另外，圖1係附有右手正交座標系統，以便於說明構成要素的位置關係。此外，於圖2之後的圖中，當附有正交座標系統時，圖1的X軸、Y軸及Z軸的方向與這些正交座標系統的X軸、Y軸及Z軸的方向係分別為一致。
以下說明主體塊20。主體塊20係包括於靜置表面上支撐粉末積層造形裝置1之殼體。主體塊20係包括重塗機(recoater)30、粉末供給部40及粉末床支撐部50以作為主要構成。
重塗機30係將供給自粉末供給部40之粉末80掃到粉末床90，再一邊平整粉末80一邊將粉末80鋪設至粉末床90。重塗機30係包括設置為能夠於主體塊20的上表面往返之板狀構件。粉末積層造形裝置1係藉由重塗機30從一端部之右側(Y軸負側)移動至另一端部之左側(Y軸正側)而將粉末80鋪設至粉末床90。亦即，於粉末積層造形裝置1中，重塗機30係以圖1的右側為初始位置，並藉由從該初始位置移動至左側，藉此將作為製品的材料之粉末80鋪設至粉末床90。另外，重塗機30所具有的板狀構件亦可為輥。
粉末供給部40將用於生成粉末床90之預定量的粉末80供給至重塗機30。粉末供給部40係包括：粉末儲存部，係角柱狀的凹部，設置於主體塊20的上表面；及板狀構件，係使該粉末儲存部的底面上下移動。粉末供給部40係將該板狀構件上推預先設定的距離。藉此，粉末供給部40將預定量的粉末80供給至重塗機30。
粉末床支撐部50係以能夠上下移動的方式而與設置於主體塊20的上表面之矩形的孔接合。粉末床支撐部50的上表面係平坦，於該上表面支撐粉末床90。
粉末床雷射加工裝置10係設置於粉末床支撐部50的上方，並將雷射光照射至形成於粉末床支撐部50的上表面之粉末床90的期望位置。藉由粉末床雷射加工裝置10將雷射光照射至粉末床90，使得粉末床90熔融而結合並形成製品92。
接著參照圖2說明粉末床雷射加工裝置10的細節。圖2係實施形態的雷射加工裝置的概略立體圖。作為粉末床雷射加工裝置10係具有複數個加工單元11以作為主要構成。於圖中所示的粉末床雷射加工裝置10中，於粉末床90的上方有四個加工單元11，四個加工單元11係分別對應將粉末床90沿X軸方向分割為二個並沿Y軸方向分割為二個而得的四個分割區域91。
更具體地說，第一加工單元11A係設置於作為四個分割區域91之一的第一分割區域91A的上方。同樣地，於第二分割區域91B、第三分割區域91C及第四分割區域91D的各自的上方係分別設置有第二加工單元11B、第三加工單元11C及第四加工單元11D。此外，上述的複數個加工單元11係分別配置於與粉末床90的表面平行的面。
另外，於之後的說明中，例如，當單稱加工單元11時係指作為第一加工單元11A、第二加工單元11B、第三加工單元11C及第四加工單元11D的總稱。於加工單元11所具有的各個構成中，當未特別標示與第一加工單元11A、第二加工單元11B、第三加工單元11C及第四加工單元11D中任一個加工單元對應之符號時，係表示與所有的加工單元11對應之構成。
圖2所示的粉末床雷射加工裝置10係表示將雷射光照射至粉末床90而製造製品92之狀態。於圖中以粗虛線顯示的是從加工單元11照射至粉末床90之雷射光。複數個加工單元11係分別具有照射雷射光的功能。
例如，第一加工單元11A係分別具有第一驅動部12A及第一掃描部13A。同樣地，第二加工單元11B係分別具有第二驅動部12B及第二掃描部13B。第三加工單元11C係分別具有第三驅動部12C及第三掃描部13C。第四加工單元11D係分別具有第四驅動部12D及第四掃描部13D。驅動部12係以使各個掃描部13所照射之雷射光能夠照射至粉末床90的方式而使掃描部13移動。此外，驅動部12係分別使掃描部13移動於共通的移動面。
接著參照圖3來說明加工單元11的構成。圖3係加工單元11的概略立體圖。加工單元11係具有驅動部12及掃描部13以作為主要構成。此外，圖3係顯示位於加工單元11的下方之分割區域91、掃描區域101及可照射範圍102。
驅動部12係藉由任意的支撐構件(圖未示)而設置於分割區域91的上方。驅動部12係包括第一搬運部12X及第二搬運部12Y之高架(gantry)機構。高架機構係驅動部12的一個實施形態。
第一搬運部12X係固定於任意的支撐構件，且包括沿X軸方向延伸之導軌，並將第二搬運部12Y支撐為能夠沿X軸方向直線移動。亦即，第一搬運部12X係沿與粉末床90的表面平行的第一方向(X方向)搬運掃描部13。第二搬運部12Y係由第一搬運部12X支撐，且包括沿Y軸方向延伸之導軌，並將掃描部13支撐為能夠沿Y軸方向直線移動。亦即，第二搬運部12Y係沿著與粉末床90的表面平行且與第一方向不同的第二方向(Y方向)搬運掃描部13。
接著參照圖3說明加工單元11所具有的雷射光的照射區域。掃描部13係對粉末床掃描並照射雷射光L13。掃描部13係於掃描區域101的範圍內掃描雷射光L13。亦即，掃描區域101係表示在掃描部13的位置不變的情況下雷射光L13所能夠照射到的區域。
此外，驅動部12係以使得雷射光L13能夠照射可照射範圍102的方式而使掃描部13移動。可照射範圍102係設定為包括分割區域91。換句話說，可照射範圍102係設定為使得雷射光L13能照射至超出分割區域91之範圍。以此方式，藉由使掃描部13移動而使得粉末床雷射加工裝置10能夠將雷射光照射至更廣的區域。
接著參照圖4進一步說明掃描部13。圖4係顯示掃描部的構成之圖。掃描部13係具有第一振鏡單元(galvano unit)131、第二振鏡單元132及透鏡子133以作為主要構成。掃描部13係接收雷射光，且作為用於掃描雷射光之掃描部的一個實施態樣，並具有第一振鏡單元131及第二振鏡單元132。
第一振鏡單元131係具有：鏡子131A，係反射雷射光；及鏡子驅動部131B，係以預定軸為中心而於預定角度範圍內使該鏡子131A往返轉動。第一振鏡單元131係從外部接收雷射光L13，並於鏡子131A反射雷射光L13，將所反射的雷射光L13供給至第二振鏡單元132。
與第一振鏡單元131相同，第二振鏡單元132也具有：鏡子132A，係反射雷射光；及鏡子驅動部132B，係以預定軸為中心而於預定角度範圍內使該鏡子132A往返轉動。而且，第一振鏡單元131所具有的鏡子132A的轉動的軸係與第二振鏡單元132所具有的鏡子132A的轉動的軸係設定為彼此正交。第二振鏡單元132係使供給自第一振鏡單元131之雷射光L13反射至鏡子132A，並將反射的雷射光L13供給至透鏡子133。
透鏡子133係接收由第一振鏡單元131及第二振鏡單元132所掃描之雷射光L13，並將雷射光L13照射至粉末床90。透鏡133係預定的光學透鏡，並將供給自第二振鏡單元132之雷射光L13照射至粉末床90。藉由如此構成，使得掃描部13對掃描區域101掃描並照射供給自外部之雷射光L13。另外，亦可藉由組合複數個透鏡來構成透鏡133。
另外，掃描部13所具有的振鏡單元可具有振鏡馬達(galvano motor)以作為使鏡子往返之機構，若鏡子係藉由MEMS(Micro Electro Mechanical Systems；微機電系統)的技術而構成，則亦可為MEMS鏡驅動器。掃描部13可包括改變振鏡單元與透鏡133之間的相對位置關係之構成。藉由振鏡單元與透鏡133之間的位置改變，使得粉末床雷射加工裝置10能增加掃描部13的掃描區域101。
接著，參照圖5說明於粉末床雷射加工裝置10中供給雷射光之構成及掃描部13所具有的照射區域。圖5係顯示雷射光的構成之俯視圖。粉末床雷射加工裝置10係具有：雷射光源140、部分反射鏡141、全反射鏡142、部分反射鏡143、全反射鏡144、部分反射鏡145及全反射鏡146，以作為用於將雷射光供給至掃描部13之構成。
雷射光源140例如包括振盪並發射二氧化碳雷射之二氧化碳雷射振盪裝置。雷射光源140係將雷射光供給至部分反射鏡141。部分反射鏡141係將自雷射光源140所接收的雷射光的一部分反射並供給至全反射鏡142。此外，部分反射鏡141係使自雷射光源140所接收的雷射光的一部分穿透並供給至部分反射鏡145。
全反射鏡142係將供給自部分反射鏡141的雷射光反射並供給至部分反射鏡143。部分反射鏡143係將自全反射鏡142所接收的雷射光的一部分反射並供給至與第一分割區域91A對應的第一掃描部13A。此外，部分反射鏡143係使自全反射鏡142所接收的雷射光的一部分穿透並供給至全反射鏡144。全反射鏡144係將自部分反射鏡143所接收的雷射光反射並供給至與第三分割區域91C對應的第三掃描部13C。
部分反射鏡145係將自部分反射鏡141所接收的雷射光的一部分反射並供給至與第二分割區域91B對應的第二掃描部13B。此外，部分反射鏡145係使自部分反射鏡141所接收的雷射光的一部分穿透並供給至全反射鏡146。全反射鏡146係將自部分反射鏡145所接收的雷射光反射並供給至與第四分割區域91D對應的第四掃描部13D。
藉由以上構成，粉末床雷射加工裝置10將雷射光源140所生成之雷射光分歧並分別供給至四個掃描部13。另外，調整上述構成中部分反射鏡的反射率或是穿透率，使得供給至四個掃描部13之雷射功率均等。
於上述例子情況下，當雷射光源140所輸出之雷射光的雷射功率為100%時，穿透或反射於部分反射鏡141之雷射光的雷射功率為50%。此外，穿透或反射於部分反射鏡143之雷射光的雷射功率為25%。同樣地，穿透或反射於部分反射鏡145之雷射光的雷射功率為25%。結果，掃描部13所接收到的雷射光的雷射功率係分別為25%。
藉由以此方式將一個雷射光源所生成之雷射光分歧並供給至複數個掃描部13，粉末床雷射加工裝置10能抑制所具備的複數個掃描部13的雷射功率的不均。因此，粉末積層造形裝置1能高效地製造出抑制尺寸偏差之製品。
另外，上述鏡子構成係粉末床雷射加工裝置10中的一例，粉末床雷射加工裝置10中的鏡子構成並不限於上述。此外，於上述鏡子構成中，部分反射鏡143、全反射鏡144、部分反射鏡145及全反射鏡146係分別能設計為能夠追隨用於供給雷射光之掃描部13的動作。
接著說明掃描部13所具有的照射區域。於圖5中，以粗虛線顯示之區域係第一照射區域103A。第一照射區域103A係為第一掃描部13A所具有的可照射範圍102中與粉末床90的範圍對應之區域。亦即，第一照射區域103A係第一掃描部13A能對粉末床90照射雷射光之區域。第一照射區域103A係包括第一分割區域91A，此外還包括與第一分割區域91A相鄰的第二分割區域91B、第三分割區域91C及第四分割區域91D的一部分。
參照圖6進一步說明照射區域。圖6係顯示加工單元的照射區域之俯視圖。於圖6除了第一照射區域103A之外，還顯示出第二照射區域103B、第三照射區域103C及第四照射區域103D。第二照射區域103B係第二掃描部13B能對粉末床90照射雷射光之區域。第三照射區域103C係第三掃描部13C能對粉末床90照射雷射光之區域。第四照射區域103D係第四掃描部13D能對粉末床90照射雷射光之區域。如圖所示，第一照射區域103A至第四照射區域103D中係存在彼此重疊的區域。
例如，第一照射區域103A係如圖所示具有第一加工區域A1、第二加工區域A2、第三加工區域A3及第四加工區域A4。第一加工區域A1係包含於第一照射區域103A且為與其他照射區域不重疊的區域。亦即，第一加工區域A1係藉由第一掃描部13A而能夠照射到雷射光的區域。
第二加工區域A2係第一照射區域103A與第二照射區域103B重疊的區域。亦即，第二加工區域A2係藉由第一掃描部13A及第二掃描部13B而能夠照射到雷射光的區域。
第三加工區域A3係第一照射區域103A與第三照射區域103C重疊的區域。亦即，第三加工區域A3係藉由第一掃描部13A及第三掃描部13C而能夠照射到雷射光的區域。
第四加工區域A4係第一照射區域103A、第二照射區域103B、第三照射區域103C及第四照射區域103D重疊的區域。亦即，第四加工區域A4係藉由第一掃描部13A、第二掃描部13B、第三掃描部13C及第四掃描部13D而能夠照射到雷射光的區域。
如上所述，於粉末床雷射加工裝置10中，複數個掃描部13各自所具有的雷射光的照射區域的一部分係彼此重複。例如，第一驅動部12A係以使得第一掃描部13A所照射的雷射光能夠照射至第一照射區域103A的方式而使第一掃描部13A移動。接著，第二驅動部12B係以使得第二掃描部13B所照射的雷射光能夠照射至包括第一照射區域103A的一部分之第二照射區域103B的方式而使第二掃描部13B移動。此外，第一驅動部12A及第二驅動部12B係以使得第一掃瞄部13A與第二掃描部13B間的相對位置能夠改變的方式而使第一掃瞄部13A及第二掃描部13B移動。藉由如此構成，粉末床雷射加工裝置10係能有效地製造各種尺寸及形狀的製品。
接著說明粉末床雷射加工裝置10所製造的製品的例子。圖7係顯示處於製造製品中情況的第一例之俯視圖。為了容易理解，圖7係將複數個掃瞄部13所分別具有的透鏡133的位置及從各個透鏡133所照射的雷射光顯示為與粉末床90重疊。
圖7係顯示於粉末床90中製造製品92的情況。製品92係相對較大的製品，且跨越第一分割區域91A、第二分割區域91B、第三分割區域91C及第四分割區域91D。粉末床雷射加工裝置10為了製造製品92而使第一掃描部13A執行第一分割區域91A中的加工(亦即雷射光的照射)。同樣地，粉末床雷射加工裝置10係使分別使第二掃描部13B執行第二分割區域91B中的加工，使第三掃描部13C執行第三分割區域中91C中的加工，使第四掃描部13D執行第四分割區域91D中的加工。藉由上述方法，粉末床雷射加工裝置10中，四個掃描部13係均等地分攤加工面積而有效地製造製品92。
接著，參照圖8，針對粉末床雷射加工裝置10處於製造製品中情況的另一個例子。圖8係顯示雷射加工裝置製造製品中情況的第二例之俯視圖。圖8係顯示出於粉末床90中製造製品93的情況。製品93係相對較小的製品，存在於第一分割區域91A中。
於上述情況下，粉末床雷射加工裝置10例如使第一掃瞄部13A執行第一分割區域91A的第一加工區域A1中的加工，以製造製品93。此外，粉末床雷射加工裝置10係使第二掃描部13B執行第二加工區域A2中的加工，使第三掃描部13C執行第三加工區域A3中的加工，且使第四掃描部13D執行第四加工區域A4中的加工。藉由上述方法，粉末床雷射加工裝置10中係由四個掃瞄部13分攤而有效地製造製品93。
接著說明圖9。圖9係顯示雷射加工裝置處於製造製品中情況的第三例之俯視圖。圖9係顯示於粉末床90中正在製造製品93及製品94的情況。製品93係於第一分割區域91A中製造。此外，製品94係為與製品93相同的尺寸，且於第四分割區域91D中製造。
於上述情況中，粉末床雷射加工裝置10例如使第一掃瞄部13A及第三掃描部13C執行第一分割區域91A中的製品93的加工。此外，粉末床雷射加工裝置10係使第二掃描部13B及第四掃描部13D執行第四分割區域91D中的製品94的加工。藉由如此作法，粉末床雷射加工裝置10係有效地製造製品93及製品94。
以上參照圖7、圖8及圖9說明了粉末床雷射加工裝置10進行的加工方法的例子。如上所述，粉末床雷射加工裝置10係能有效地將複數個掃描部13運用至各種大小的製品。
接著參照圖10來說明粉末積層造形裝置1的功能構成。圖10係粉末積層造形裝置1的方塊圖。粉末積層造形裝置1係具有整體控制部21、操作接收部22、顯示部23、儲存部24、粉末床雷射加工裝置10、重塗機30、粉末供給部40及粉末床支撐部50以作為主要構成。另外，圖10所示的各個構成係適當地以能夠通訊的方式藉由預定的通訊手段連接。
整體控制部21係包括CPU(central processing unit；中央處理單元)或是MPU(micro processing unit；微處理單元)等運算裝置，以可通訊方式與粉末積層造形裝置1的各個構成連接，並控制粉末積層造形裝置1的整體。例如，整體控制部21在當從使用者接收到製造製品之指示時，根據製品的大小及形狀控制粉末床雷射加工裝置10、重塗機30、粉末供給部40及粉末床支撐部50而製造製品。
操作受理部22係例如包括鍵盤、按鈕、觸控面板等之使用者介面。操作受理部22係受理來自使用粉末積層造形裝置1的使用者之操作，並將有關所受理的操作之訊號供給至整體控制部21。顯示部23係包括液晶面板、有機電致發光面板或是LED(light-emitting diode；發光二極體)等顯示裝置，並將粉末積層造形裝置1的動作情況等資訊通知給使用者。
儲存部24係包括非揮發性記憶體的儲存裝置，例如儲存粉末積層造形裝置1所執行的程式。儲存部24可在當粉末積層造形裝置1起動時將所儲存的程式供給至整體控制部21。
於下文說明圖中所示的粉末床雷射加工裝置10。將重塗機30、粉末供給部40及粉末床支撐部50分別設定為能夠接收來自整體控制部21的指示而動作。例如，重塗機30、粉末供給部40及粉末床支撐部50係具有用來監視動作狀態的感測器、用於執行動作的馬達及用於驅動該馬達的馬達驅動器等。
接著參照圖11進一步說明粉末床雷射加工裝置10的功能構成。圖11係粉末床雷射加工裝置10的方塊圖。粉末床雷射加工裝置10係具有控制單元15、第一加工單元11A、第二加工單元11B、第三加工單元11C及第四加工單元11D以作為主要構成。
控制單元15係進行對於粉末床雷射加工裝置10所具有的複數個掃瞄部13的控制。控制單元15係具有位置監視部110、驅動控制部111及雷射光控制部112以作為主要構成。
位置監視部110係監視第一掃瞄部13A、第二掃描部13B、第三掃描部13C及第四掃描部13D的位置。更具體地說，位置監視部110係從第一加工單元11A所具有的第一位置感測器14A取得關於第一掃瞄部13A的位置之資料。同樣地，位置監視部110係從第二加工單元11B所具有的第二位置感測器14B、第三加工單元11C所具有的第三位置感測器14C以及第四加工單元11D所具有的第四位置感測器14D取得關於各個掃瞄部13的位置之資料。當位置監視部110取得關於各個掃瞄部13的位置之資料時，將所取得的資料供給至驅動控制部111。
驅動控制部111係包括CPU或MPU等運算裝置。驅動控制部111係包括揮發性或非揮發性的儲存裝置，並執行預定的程式。藉此，驅動控制部111係與位置監視部110協作而控制第一驅動部12A、第二驅動部12B、第三驅動部12C及該第四驅動部12D的動作。亦即，驅動控制部111係從位置監視部110接收有關各個掃瞄部13的位置之資料，並根據所接收的資料將指示驅動之訊號供給至各個驅動部12。再者，當掃描部13移動至所設定的位置時，驅動控制部111係與雷射光控制部112協作而對各個照射區域掃描並照射雷射光。雷射光控制部112係接收來自驅動控制部111的指示而控制雷射光源140所含的雷射光的振盪。
第一加工單元11A係具有第一驅動部12A、第一掃瞄部13A及第一位置感測器14A以作為主要構成。第一驅動部12A係包括用於使第一掃瞄部13A移動的馬達。第一驅動部12A亦可包括用於驅動此馬達的馬達驅動器。第一掃描部13A係包括：驅動部，係用於驅動用於對粉末床90掃瞄並照射雷射光的掃描器；及驅動器，係用於驅動該驅動部。用於驅動掃描器的驅動部係例如振鏡馬達。此外，當掃描器為由MEMS鏡構成時，驅動部係MEMS鏡驅動器。第一位置感測器14A係用於檢測第一掃瞄部13A的位置之感測器，例如為線性位置感測器或是用於檢測馬達的動作狀態之編碼器等。
第二加工單元11B係具有第二驅動部12B、第二掃描部13B及第二位置感測器14B以作為主要構成。第三加工單元11C係具有第三驅動部12C、第三掃描部13C及第三位置感測器14C以作為主要構成。第四加工單元11D係具有第四驅動部12D、第四掃描部13D及第四位置感測器14D以作為主要構成。第二加工單元11B、第三加工單元11C及第四加工單元11D所分別具有的構成係等同於上述第一加工單元11A的構成。
接著參照圖12說明粉末積層造形裝置1所執行的處理。圖12係顯示粉末積層造形裝置1的動作之流程圖。圖12所示的流程圖例如藉由粉末積層造形裝置1被起動而開始。
首先，粉末積層造形裝置1的整體控制部21係將粉末積層造形裝置1的各個構成設定至初始位置(步驟S10)。初始位置係指開始製造製品時的動作的初始位置。例如，重塗機30的初始位置係圖1所示的主體塊20的右端位置。此外，粉末供給部40的初始位置係使粉末80的上表面與主體塊20的上表面一致的位置。此外，粉末床支撐部50的初始位置係使生成粉末床90之表面與主體塊20的上表面一致的位置。當整體控制部21將各個構成設定至初始位置時，並行地執行從步驟S11至步驟S13的處理及步驟S14的處理。
以下說明步驟S11至步驟S13的處理。整體控制部21係使粉末床支撐部50降低一層粉末床90的厚度程度(步驟S11)。接著，整體控制部21係使粉末供給部40供給相當於一層粉末床90的程度之粉末80(步驟S12)。接著，整體控制部21係使重塗機30移動，並將供給自粉末供給部40的粉末80鋪設至粉末床90而生成粉末床90(步驟S13)。以上說明了步驟S11至步驟S13。
於步驟S14中，整體控制部21係使粉末床雷射加工裝置10的掃瞄部13移動至預定的位置(步驟S14)。更具體地說，整體控制部21係對粉末床雷射加工裝置10的驅動控制部111指示各個掃瞄部13的位置。驅動控制部111係根據自整體控制部21所接收的指示而使第一掃描部13A至第四掃描部13D移動。
接著，整體控制部21係判定是否能夠進行雷射照射(步驟S15)。更具體地說，當分別檢測到上述步驟S11至步驟S13的處理及步驟S14的處理已結束時，整體控制部21係判定為能夠進行雷射照射；當有任一處理未完成時就不判定為能夠進行雷射照射。當不判定為能夠進行雷射照射時(步驟S15：否)時，整體控制部21係重複步驟S15。當判定為能夠進行雷射照射時(步驟S15：是)，整體控制部21係進入步驟S16。
於步驟S16中，整體控制部21係對粉末床雷射加工裝置10指示照射雷射光(步驟S16)。當粉末床雷射加工裝置10接收到該指示時，雷射光控制部112係對照射區域掃描並照射雷射光。
接著，整體控制部21判定處理是否已結束(步驟S17)。當判定為處理未結束時(步驟S17：否)，整體控制部21係返回至步驟S11及步驟S14的處理。當判定為處理已結束時(步驟S17：是)，整體控制部21係結束一系列的處理。
以上已說明粉末積層造形裝置1所執行的處理。圖11所示的流程圖係包括粉末床雷射加工裝置10所執行的加工方法。亦即，粉末床雷射加工裝置10係以使得雷射光能夠照射至各個照射區域的方式而使掃描部13移動(步驟S14)，並進一步對各個照射區域掃描並照射雷射光(步驟S16)。
此外，於上述處理中，於粉末床支撐部將粉末床降低或是重塗機驅動的期間(步驟S11至步驟S13的期間)，第一驅動部12A至第四驅動部12D係使掃描部13移動(步驟S14)。藉由上述處理，粉末床雷射加工裝置10能有效地移動掃描部13並製造製品。
如上已說明了實施形態。如上所述，根據實施形態，能提供能對各種造形面積有效地進行加工之粉末床雷射加工裝置、粉末積層造形裝置、加工方法及程式。
另外，能使用各種種類的非暫時性的電腦可讀取媒體來儲存上述程式並提供給電腦。非暫時性的電腦可讀取媒體係包括各種種類的實體的儲存媒體。作為非暫時性的電腦可讀取媒體的例子，包括：磁氣儲存媒體(例如軟碟、磁帶、硬碟驅動器)、光磁儲存媒體(例如光磁碟)、CD-ROM(Compact Disc Read-Only Memory；光碟唯讀記憶體)、CD-R(Compact Disc-Recordable；可燒錄光碟)、CD-R/W(Compact Disc- ReWritable；可重複燒錄光碟)、半導體記憶體(例如遮罩ROM(Read-Only Memory；唯讀記憶體)、PROM(Programmable ROM；可程式唯讀記憶體))、EPROM(Erasable PROM；可擦除PROM)、快閃ROM、RAM(Random Access Memory；隨機存取記憶體)。此外，亦可藉由各種種類的暫時性的電腦可讀取媒體而將程式提供給電腦。暫時性的電腦可讀取媒體的例子係包括電氣訊號、光訊號及電磁波。暫時性的電腦可讀取媒體係能經由電線及光纖等有線通訊路徑或是無線通訊路徑將程式提供給電腦。
以上已說明了實施形態，惟實施形態的粉末床雷射加工裝置10及粉末積層造形裝置1並不限於上述構成。例如，掃描部13可不為四個，只要兩個以上即可。粉末床雷射加工裝置10亦可為具有複數個雷射光源，並將來自該複數個雷射光源的雷射光供給至掃描部13。
另外，本發明並不限於上述實施形態，在不脫離主旨的範圍內能夠進行適當變更。
本申請係主張以2021年4月22日所申請的日本專利申請特願2021-072289為基礎之優先權，並將該揭示的所有內容併入本文。
1:粉末積層造形裝置 10:粉末床雷射加工裝置 11:加工單元 11A:第一加工單元 11B:第二加工單元 11C:第三加工單元 11D:第四加工單元 12:驅動部 12A:第一驅動部 12B:第二驅動部 12C:第三驅動部 12D:第四驅動部 12X:第一搬運部 12Y:第二搬運部 13:掃描部 13A:第一掃描部 13B:第二掃描部 13C:第三掃描部 13D:第四掃描部 14A:第一位置感測器 14B:第二位置感測器 14C:第三位置感測器 14C:第四位置感測器 15:控制單元 20:主體塊 21:整體控制部 22:操作受理部 23:顯示部 24:儲存部 30:重塗機 40:粉末供給部 50:粉末床支撐部 80:粉末 90:粉末床 91:分割區域 91A:第一分割區域 91B:第二分割區域 91C:第三分割區域 91D:第四分割區域 92:製品 93:製品 94:製品 101:掃描區域 102:可照射範圍 103A:第一照射區域 103B:第二照射區域 103C:第三照射區域 103D:第四照射區域 110:位置監視部 111:驅動控制部 112:雷射光控制部 131:第一振鏡單元 131A:鏡子 131B:鏡子驅動部 132:第二振鏡單元 132A:鏡子 132B:鏡子驅動部 133A:透鏡 133B:透鏡 133C:透鏡 133D:透鏡 140:雷射光源 141:部分反射鏡 142:全反射鏡 143:部分反射鏡 144:全反射鏡 145:部分反射鏡 146:全反射鏡 A1:第一加工區域 A2:第二加工區域 A3:第三加工區域 A4:第四加工區域 L13:雷射光 S10至S17:步驟
[圖1]係實施形態的粉末積層造形裝置的整體圖。 [圖2]係實施形態的雷射加工裝置的概略立體圖。 [圖3]係加工單元的概略立體圖。 [圖4]係顯示掃描部的構成之圖。 [圖5]係顯示雷射光的構成之俯視圖。 [圖6]係顯示加工單元的照射區域之俯視圖。 [圖7]係顯示雷射加工裝置處於製造製品中情況的第一例之俯視圖。 [圖8] 係顯示雷射加工裝置處於製造製品中情況的第二例之俯視圖。 [圖9] 係顯示雷射加工裝置處於製造製品中情況的第三例之俯視圖。 [圖10]係粉末積層造形裝置的方塊圖。 [圖11]係雷射加工裝置的方塊圖。 [圖12]係顯示粉末積層造形裝置的動作之流程圖。
10:粉末床雷射加工裝置
11:加工單元
11A:第一加工單元
11B:第二加工單元
11C:第三加工單元
11D:第四加工單元
12:驅動部
12A:第一驅動部
12B:第二驅動部
12C:第三驅動部
12D:第四驅動部
13:掃描部
13A:第一掃描部
13B:第二掃描部
13C:第三掃描部
13D:第四掃描部
90:粉末床
91:分割區域
91A:第一分割區域
91B:第二分割區域
91C:第三分割區域
91D:第四分割區域
92:製品

Claims (11)

  1. 一種粉末床雷射加工裝置，係具備： 第一掃描部，係對粉末床掃描並照射第一雷射光； 第二掃描部，係對前述粉末床掃描並照射第二雷射光； 第一驅動部，係以使得前述第一雷射光能夠照射至第一照射區域的方式而使前述第一掃描部移動；及 第二驅動部，係以使得前述第二雷射光能夠照射至包括前述第一照射區域的一部分之第二照射區域且前述第二掃描部與前述第一掃描部間的相對位置能夠改變的方式而使前述第二掃描部移動。
  2. 如請求項1所記載之粉末床雷射加工裝置，其中進一步具有： 一個雷射光源， 係發射雷射光；及 部分反射鏡，係從前述雷射光源接收前述雷射光，並將前述雷射光分歧至前述第一掃描部及前述第二掃描部。
  3. 如請求項1所記載之粉末床雷射加工裝置，其中前述第一掃描部及前述第二掃描部係分別具有： 掃描部，係接收雷射光並掃描前述雷射光；及 透鏡，係接收前述掃描部所掃描之前述雷射光並將前述雷射光照射至前述粉末床。
  4. 如請求項1所記載之粉末床雷射加工裝置，其中前述第一驅動部及前述第二驅動部中係分別使前述第一掃描部及前述第二掃描部於共通的移動面中移動。
  5. 如請求項1所記載之粉末床雷射加工裝置，其中前述第一驅動部及前述第二驅動部係包括： 第一搬運部，係沿著與前述粉末床的表面平行的第一方向而分別搬運前述第一掃描部及前述第二掃描部；及 第二搬運部，係沿著與前述粉末床的表面平行且與前述第一方向不同的第二方向搬運前述第一掃描部及前述第二掃描部。
  6. 如請求項5所記載之粉末床雷射加工裝置，其中前述第一驅動部及前述第二驅動部係分別於前述第一方向及前述第二方向具有導軌之高架機構。
  7. 如請求項1至6中任一項所記載之粉末床雷射加工裝置，其中進一步具備： 位置控制部，係控制前述第一掃描部及前述第二掃描部的位置；及 驅動控制部，係與前述位置控制部協作而控制前述第一驅動部及前述第二驅動部的動作。
  8. 一種粉末積層造形裝置，係具備： 如請求項1所記載之粉末床雷射加工裝置； 粉末床支撐部，係支撐前述粉末床；及 重塗機，係將粉末鋪設於前述粉末床。
  9. 如請求項8所記載之粉末積層造形裝置，其中前述第一驅動部及前述第二驅動部係於前述粉末床支撐部使前述粉末床下降或是前述重塗機驅動的期間使前述第一掃描部及前述第二掃描部移動。
  10. 一種加工方法，係電腦執行： 第一驅動步驟，係以使得第一雷射光能夠照射至第一照射區域的方式而使第一掃描部移動； 第二驅動步驟，係以使得第二雷射光能夠照射至包括前述第一照射區域的一部分之第二照射區域且第二掃描部與前述第一掃描部間的相對位置能夠改變的方式而使前述第二掃描部移動； 第一掃描步驟，係對前述第一照射區域掃描並照射前述第一雷射光；及 第二掃描步驟，係對前述第二照射區域掃描並照射前述第二雷射光。
  11. 一種電腦可讀取媒體，係儲存有使電腦執行加工方法之程式，前述加工方法係具有： 第一驅動步驟，係以使得第一雷射光能夠照射至第一照射區域的方式而使第一掃描部移動； 第二驅動步驟，係以使得第二雷射光能夠照射至包括前述第一照射區域的一部分之第二照射區域且第二掃描部與前述第一掃描部間的相對位置能夠改變的方式而使前述第二掃描部移動； 第一掃描步驟，係對前述第一照射區域掃描並照射前述第一雷射光；及 第二掃描步驟，係對前述第二照射區域掃描並照射前述第二雷射光。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2015199195A (ja) * 2014-04-04 2015-11-12 株式会社松浦機械製作所 三次元造形装置
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