TWI637839B - Laminated manufacturing method and processing machine thereof - Google Patents

Abstract

一種積層製造方法及其加工機，包含一個載台、一個積層製造裝置，及一個振動裝置。該積層製造裝置包括用於輸送粉末至該載台上方的一物料供給單元，及用於熔融前述粉末成為一層沉積層的一熔融單元，使二層以上的沉積層在該載台上堆疊成為一個積層體。該振動裝置包括與該載台接觸且用於產生振波的一個振動單元，使振波透過該載台傳遞至該等沉積層。藉此，在該等沉積層堆疊過程中，結合同步振動的方式，使該積層體具有低應力、低變形量、細小顯微結構等優點，進而提升層與層間的密實度，及縮減製程時間。

Description

積層製造方法及其加工機

本發明是有關於一種積層製造方法，特別是指一種積層製造方法及其加工機。

參閱圖1，一種中華民國證書號第M498668號專利所公開之列印裝置1，主要包含承載一個工件的一個成形平台11、相對該成形平台11鋪灑粉末的一個鋪粉機構12、一個雷射機構13，及一個鍛打機構14。該雷射機構13用於熔融前述粉末而形成一燒結體。該鍛打機構14用於鍛打前述燒結體，而使燒結體結構更緊密。

惟，前述鍛打的方式，容易損傷燒結體，或使燒結體變形，且由於該燒結體是由多層沉積層堆疊而成，因此，每形成一層沉積層就要施以一次鍛釘，有製程時間延長的缺點。

因此，本發明之目的，即在提供一種能夠提升層與層間的密實度，及縮減製程時間的積層製造方法及其加工機。

本發明之另一個目的，即在提供一種降低設備成本的 積層製造加工機。

於是，本發明積層製造方法，適用於在一個載台製造一個積層體，包含下列步驟：

步驟A：傳遞振波至該載台。

步驟B：在該載台上堆疊二層以上的沉積層，而形成該積層體。

一種積層製造加工機，適用製造一個積層體，該積層製造裝置包含一個載台、一個積層製造裝置，及一個振動裝置。

該載台用於承載該工件。

該積層製造裝置包括用於輸送粉末至該載台上方的一物料供給單元，及用於熔融前述粉末成為一層沉積層的一熔融單元，使二層以上的沉積層在該載台上堆疊成為該積層體。

該振動裝置包括與該載台接觸的一個振動單元，該振動單元用於產生振波，使振波透過該載台傳遞至該等沉積層。

一種積層製造加工機，適用製造一個積層體，該積層製造裝置包含一個載台，及一個積層製造裝置。

該載台用於承載該工件。

該積層製造裝置包括用於輸送粉末至該載台上方的一物料供給單元，及用於熔融前述粉末成為一層沉積層的一熔融單元，該熔融單元具有用於輸送惰性氣體的一個工作氣路組、用於匯 集惰性氣體與粉末且相對該載台釋出粉末的一腔體，及與該載台產生移轉式電漿電弧效應的一熔融槍，前述移轉式電漿電弧效應用於熔融由該腔體釋出的粉末，使二層以上的沉積層在該載台上堆疊成為該積層體。

本發明之功效在於：在該等沉積層堆疊過程中，結合同步振動的方式，使該積層體具有低應力、低變形量、細小顯微結構等優點，進而提升層與層間的密實度，及縮減製程時間。

本發明之另一個功效在於：使用移轉式電漿電弧設備的熔融單元在成本上更低，且積層體的密實度與外觀同樣能夠達到製程需求。

2‧‧‧機體

3‧‧‧載台

31‧‧‧擺動部

32‧‧‧承載部

4‧‧‧積層製造裝置

41‧‧‧物料供給單元

42‧‧‧熔融單元

421‧‧‧工作氣路組

422‧‧‧腔體

423‧‧‧熔融槍

43‧‧‧熔融單元

5‧‧‧振動裝置

51‧‧‧振動單元

6‧‧‧驅動裝置

61‧‧‧第一驅動單元

62‧‧‧第二驅動單元

63‧‧‧第三驅動單元

64‧‧‧第四驅動單元

7‧‧‧積層體

71‧‧‧沉積層

本發明之其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中：圖1是中華民國證書號第M498668號專利的一個示意圖；圖2是一個示意圖，說明本發明積層製造方法及其加工機的一個第一實施例；圖3是一個示意圖，說明本發明積層製造方法及其加工機的一個第二實施例；及圖4是一個示意圖，說明本發明積層製造加工機的一個第三實施例。

在本發明被詳細描述之前，應當注意在以下的說明內容中，類似的元件是以相同的編號來表示。

參閱圖2、圖3，本發明積層製造加工機之一個實施例，包含一個機體2、一個載台3、一個積層製造裝置4、一個振動裝置5，及一個驅動裝置6。

該載台3具有樞設在該機體2的一個擺動部31，及設置在該擺動部31上的一個承載部32。

該積層製造裝置4包括用於輸送粉末至該載台3之承載部32上方的一物料供給單元41，及用於熔融前述粉末成為一層沉積層71的一熔融單元42。該熔融單元42在本實施例為一種移轉式電漿電弧設備，並具有用於輸送惰性氣體的一個工作氣路組421、用於匯集惰性氣體與粉末且相對該載台3之承載部32釋出粉末的一腔體422，及與該載台3之承載部32產生電弧效應的一熔融槍423。前述移轉式電漿電弧效應用於熔融由該腔體22釋出的粉末，使熔融後的粉末，落在該載台3上形成一層沉積層71。

該振動裝置5包括與該載台3之擺動部31接觸的一個振動單元51。該振動單元51在本實施例是以一偏心凸輪(圖未示)轉動造成振動而產生振波，其頻率與轉速成正比，可藉由調整轉速，造 成不同頻率的振動，較佳的，前述振波是一種由輸入之低於90Hz且非共振頻的低頻波所激發出具有最大振幅的高頻波，其振動頻率範圍介於500Hz~900Hz。

該驅動裝置6包括驅動該熔融單元42分別沿一條X軸方向、一條Y軸方向位移的一個第一驅動單元61、驅動該熔融單元42分別沿一條Z軸方向位移的一個第二驅動單元62、驅動該載台3之擺動部31以該X軸為中心旋動的一個第三驅動單元63，及驅動該載台3之承載部32以該Z軸為中心旋動的一個第四驅動單元64。

加工時，只需控制該第一驅動單元61、該第二驅動單元62、該第三驅動單元63與該第四驅動單元64，就可以使該熔融單元42依循該X軸方向、該Y軸方向、該Z軸方向位移，及使該載台3之擺動部31以該X軸為中心旋動，使該載台3之承載部32以該Z軸為中心旋動，藉此，在該承載部32上進行掃描填充，而堆疊數層沉積層71至形成一個積層體7，或在該承載部32上設置一個工件(圖未示)，而在該工件上形成與該工件結合的一個積層體7。

重要的是，在該等沉積層71堆疊過程中，該振動單元51會同步產生振動，而產生高頻的振動，使振波透過該載台3傳遞至該等沉積層71，藉此，使熔融且逐漸冷卻的沉積層71在高頻振動的狀態下，具有低應力、低變形量、細小顯微結構等優點，進而提升層與層間的密實度。

參閱圖3，是本發明一個第二實施例，其與該第一實施例大致相同，不同處在於：

該積層製造裝置4包括取代如圖1之熔融單元42的另一個熔融單元43，而以雷射光熔融由該物料供給單元41相對該工件釋出的粉末，使熔融後的粉末落在該載台3上而成為一層沉積層，且使二層以上的沉積層71堆疊在該載台3上形成在該積層體7。

藉此，同樣能夠在該等沉積層71堆疊過程中，以該振動單元51同步產生振波，並透過該載台3傳遞至該等沉積層71，藉此，使熔融且逐漸冷卻的沉積層71在高頻振動的狀態下，具有低應力、低變形量、細小顯微結構等優點，進而提升層與層間的密實度。

由於本領域中具有通常知識者根據以上說明可以推知擴充細節，因此不多加說明。

參附件，以下分別以一般3D列印裝置、如圖2之本發明的第一實施例、如圖3之本發明的第二實施例，所製造的試片A、試片B、試片C，比對積層效果。

製程條件如下：

由附件可以清楚的看出，試片A中的積層體7剝離工件，試片B的積層體7則堆疊的相當密實，且與該工件穩固的結合，而試片C的積層體7則同樣堆疊的相當密實，且同樣與該工件穩固的結合，且外觀也相當整齊。

另外，參閱下表，以本發明圖3所揭示之第二實施例所製造的試片C1、試片C2、試片C3、試片C4，探討導入振波後的影響，可以發現：

試片C1在沒有導入振波的情形下，其積層體7的應力值高達209MPa，試片C2及試片C3在導入低頻波後，其積層體7的應力值分別下降至129MPa及115MPa，試片C4在導入由前述非共振頻的低頻波所激發出具有最大振幅的高頻波後，其積層體7的應力值大幅下降至94MPa。顯見，試片C4相較於沒有導入振波的試片C1，能夠進一步消除殘留應力。

參閱圖3，是本發明一個第三實施例，其與該第一實施例大致相同，不同處在於：該第三實施例省略了如圖2的振動裝置5。

同樣，只需控制該第一驅動單元61、該第二驅動單元62、該第三驅動單元63與該第四驅動單元64，就可以在該承載部 32上進行掃描填充，而堆疊數層沉積層71至形成該積層體7，或在該承載部32上設置一個工件(圖未示)，而在該工件上形成與該工件結合的積層體7。值得說明的是，該熔融單元42的移轉式電漿電弧效應是在大於30伏特的電壓下產生且不能產生鎖孔現象，因此，在熔融由該腔體22釋出的粉末時，可以使熱量集中在噴入的粉末上，而非已有的沉積層71或工件(圖未示)上，藉此，熔融的金屬液可以快速凝固成沉積層71而不致下垂。

經由以上的說明，可將前述實施例的優點歸納如下：

1、本發明能夠在該等沉積層71堆疊過程中，結合同步振動的方式，使該積層體7具有低應力、低變形量、細小顯微結構等優點，進而提升層與層間的密實度，且由於是同步施以振動，因此，能夠縮減製程時間。

2、本發明不僅僅針對使用雷射光的熔融單元43可以提升積層體7的密實度，且同樣適用使用移轉式電漿電弧設備的熔融單元42，而使用移轉式電漿電弧設備的熔融單元42在成本上更低，對於精密度要求比較低的成品來說，該積層體7的密實度與外觀同樣能夠達到製程需求。

惟以上所述者，僅為本發明之實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，凡是依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範 圍內。

Claims (8)

1. 一種積層製造方法，適用於在一個載台製造一個積層體，包含下列步驟：步驟A：傳遞振波至該載台，前述振波是一種由輸入之低於90Hz且非共振頻的低頻波所激發出具有最大振幅的高頻波，其振動頻率範圍介於500Hz~900Hz；步驟B：熔融在該載台上方釋出的粉末；及步驟C：使熔融後的粉末，落在該載台上形成一層沉積層，且在該載台上堆疊二層以上的沉積層，而形成該積層體。
2. 一種積層製造加工機，適用製造一個積層體，該積層製造裝置包含：一個載台；一個積層製造裝置，包括用於輸送粉末至該載台上方的一物料供給單元，及用於熔融前述粉末且使熔融後的粉末落在該載台上而成為一層沉積層的一熔融單元，使二層以上的沉積層在該載台上堆疊成為該積層體；及一個振動裝置，包括與該載台接觸的一個振動單元，該振動單元用於產生振波，使振波透過該載台傳遞至該等沉積層，前述振波是一種由輸入之低於90Hz且非共振頻的低頻波所激發出具有最大振幅的高頻波，其振動頻率範圍介於500Hz~900Hz。
3. 如請求項2所述的積層製造加工機，其中，該積層製造裝置為雷射積層加工裝置，且該熔融單元以雷射光熔融由該物料供給單元相對該工件釋出且堆疊在該載台上的粉末。
4. 如請求項2所述的積層製造加工機，其中，該積層製造裝置為移轉式電漿電弧加工裝置，且該熔融單元具有用於輸送惰性氣體的一個工作氣路組、用於匯集惰性氣體與粉末且相對該載台釋出粉末的一腔體，及與該載台產生移轉式電漿電弧效應的一熔融槍，前述移轉式電漿電弧效應用於熔融由該腔體釋出的粉末。
5. 如請求項2所述的積層製造加工機，還包括驅動該熔融單元分別沿一條X軸方向、一條Y軸方向位移的一個第一驅動單元。
6. 如請求項5所述的積層製造加工機，還包括驅動該熔融單元分別沿一條Z軸方向位移的一個第二驅動單元。
7. 如請求項6所述的積層製造加工機，還包括一個機體，及一個第三驅動單元，且該載台具有樞設在該機體的一個擺動部，及設置在該擺動部上的一個承載部，該第三驅動單元驅動該擺動部以該X軸為中心旋動。
8. 如請求項7所述的積層製造加工機，還包括驅動該載台之承載部以該Z軸為中心旋動的一個第四驅動單元。