TWI741645B - 三維積層裝置及方法 - Google Patents

三維積層裝置及方法 Download PDF

Info

Publication number
TWI741645B
TWI741645B TW109119479A TW109119479A TWI741645B TW I741645 B TWI741645 B TW I741645B TW 109119479 A TW109119479 A TW 109119479A TW 109119479 A TW109119479 A TW 109119479A TW I741645 B TWI741645 B TW I741645B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
dimensional
irradiation angle
powder
layer
overhang
Prior art date
Application number
TW109119479A
Other languages
English (en)
Other versions
TW202100335A (zh
Inventor
若名智宏
Original Assignee
日商三菱重工工作機械股份有限公司
技術研究組合次世代3Ｄ積層造形技術總合開發機構
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 日商三菱重工工作機械股份有限公司, 技術研究組合次世代3Ｄ積層造形技術總合開發機構 filed Critical 日商三菱重工工作機械股份有限公司
Publication of TW202100335A publication Critical patent/TW202100335A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI741645B publication Critical patent/TWI741645B/zh

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/20—Direct sintering or melting
    • B22F10/28—Powder bed fusion, e.g. selective laser melting [SLM] or electron beam melting [EBM]
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/20—Direct sintering or melting
    • B22F10/25—Direct deposition of metal particles, e.g. direct metal deposition [DMD] or laser engineered net shaping [LENS]
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/30—Process control
    • B22F10/38—Process control to achieve specific product aspects, e.g. surface smoothness, density, porosity or hollow structures
    • B22F10/385—Overhang structures
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/80—Data acquisition or data processing
    • B22F10/85—Data acquisition or data processing for controlling or regulating additive manufacturing processes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/0093—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring combined with mechanical machining or metal-working covered by other subclasses than B23K
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/08—Devices involving relative movement between laser beam and workpiece
    • B23K26/0823—Devices involving rotation of the workpiece
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/14—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring using a fluid stream, e.g. a jet of gas, in conjunction with the laser beam; Nozzles therefor
    • B23K26/144—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring using a fluid stream, e.g. a jet of gas, in conjunction with the laser beam; Nozzles therefor the fluid stream containing particles, e.g. powder
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/34—Laser welding for purposes other than joining
    • B23K26/342—Build-up welding
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23P—METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; COMBINED OPERATIONS; UNIVERSAL MACHINE TOOLS
    • B23P23/00—Machines or arrangements of machines for performing specified combinations of different metal-working operations not covered by a single other subclass
    • B23P23/04—Machines or arrangements of machines for performing specified combinations of different metal-working operations not covered by a single other subclass for both machining and other metal-working operations
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/10—Processes of additive manufacturing
    • B29C64/141—Processes of additive manufacturing using only solid materials
    • B29C64/153—Processes of additive manufacturing using only solid materials using layers of powder being selectively joined, e.g. by selective laser sintering or melting
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/20—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • B29C64/205—Means for applying layers
    • B29C64/209—Heads; Nozzles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y10/00—Processes of additive manufacturing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y30/00—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y50/00—Data acquisition or data processing for additive manufacturing
    • B33Y50/02—Data acquisition or data processing for additive manufacturing for controlling or regulating additive manufacturing processes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/30—Process control
    • B22F10/36—Process control of energy beam parameters
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/30—Process control
    • B22F10/36—Process control of energy beam parameters
    • B22F10/366—Scanning parameters, e.g. hatch distance or scanning strategy
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F12/00—Apparatus or devices specially adapted for additive manufacturing; Auxiliary means for additive manufacturing; Combinations of additive manufacturing apparatus or devices with other processing apparatus or devices
    • B22F12/30—Platforms or substrates
    • B22F12/37—Rotatable
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2999/00—Aspects linked to processes or compositions used in powder metallurgy
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/08—Devices involving relative movement between laser beam and workpiece
    • B23K26/082—Scanning systems, i.e. devices involving movement of the laser beam relative to the laser head
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25—Process efficiency

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)

Abstract

本發明之三維積層裝置及方法中，具備：粉末流路(43)及噴嘴噴射口部(45)，其等向加工對象物(90)之加工面(91)供給粉末(P)；雷射路徑(44)，其對粉末(P)照射雷射光(L)，使被照射雷射光(L)之粉末(P)之至少一部分燒結或熔融固化而形成成形層(151、152、153、154)；作為照射角度變更部之旋轉平台部(17)，其變更自雷射路徑(44)照射至加工面(91)之雷射光(L)之照射角度(θ)；及控制部(52)，其以相對於加工面(91)懸突之側之照射角度(θ)於可形成成形層(151、152、153、154)之範圍內未達90度之方式，控制旋轉平台部(17)。

Description

三維積層裝置及方法
本揭示係關於一種藉由積層製造三維形狀物之三維積層裝置及方法者。
作為製造三維形狀物之技術，已知有藉由對金屬粉末材料照射光束而製造三維形狀物之積層造形技術。作為積層造形技術，有例如記載於專利文獻1者。專利文獻1所記載之技術係製造三維形狀物者，該三維形狀物係藉由對以金屬粉末材料形成之粉末層照射光束形成燒結層，且重複該步驟，將複數層之燒結層積層為一體而成。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開2015-196264號公報
有欲藉由積層造形技術，製造如以相對於加工對象物之加工面於水平方向偏移之方式傾斜，即，於一側懸突之三維形狀物之需求。積層造形 技術中，對加工對象物之加工面照射光束，並對該光束之焦點位置噴射金屬粉末材料。於是，藉由金屬粉末材料於加工對象物之加工面熔融、凝固而形成成形層。此時，不僅需要藉由光束之能量將金屬粉末材料熔融，亦必須使加工對象物之加工面熔融，故光束以相對於加工對象物之加工面正交之方式照射。因此，製造於加工對象物之加工面懸突之三維形狀物時，以與加工面正交之方式照射光束，形成金屬粉末材料熔融之成形層，且一面使該成形層於水平方向偏移一面積層。於是，若為了對下側成形層積層上側成形層，而對下側成形層之加工面照射光束，則懸突之側之端部之熔融部熔化掉落，而有難以製造呈期望之懸突形狀之三維形狀物變困難之問題。
本揭示係解決上述問題者，其目的在於提供一種謀求提高呈懸突形狀之三維形狀物之品質之三維積層裝置及方法。
用以達成上述之目的之本揭示之三維積層裝置之特徵在於，其係使成形層積層於加工對象物而形成呈懸突形狀之三維形狀物者，且具備：粉末供給部，其向上述加工對象物之加工面供給粉末材料；光照射部，其對上述粉末材料照射光束，使被照射上述光束之上述粉末材料之至少一部分燒結或熔融固化而形成上述成形層；照射角度變更部，其變更上述光照射部照射至上述加工面之上述光束之照射角度；及控制部，其以相對於上述加工面懸突之側之上述照射角度於可形成上述成形層之範圍內未達90度之方式控制上述照射角度變更部。
因此，於加工對象物之加工面形成成形層而形成呈懸突形狀之三維形狀物本體時，使相對於加工面懸突之側之光束之照射角度未達90度。此時，對下側之成形層之表面照射光束，且供給粉末材料。於是，光束沿懸突形狀照射於下側之成形層，故於下側之成形層之表面適當地形成熔融部，可對下側之成形層適當地積層上側之成形層。其結果，可謀求提高呈懸突形狀之三維形狀物之品質。
本揭示之三維積層裝置之特徵在於，上述控制部於上述成形層之表面積層上述成形層時，以相對於上述加工面懸突之側之上述照射角度逐漸變小之方式，控制上述照射角度變更部。
因此，於成形層之表面積層成形層時，由於逐漸縮小光束之照射角度，故可將積層於加工面之複數層成形層效率良好地形成為懸突形狀。
本揭示之三維積層裝置之特徵在於，上述控制部以相對於上述成形層之表面之上述照射角度為90度之方式，控制上述照射角度變更部。
因此，由於將相對於成形層之表面之照射角度設為90度，故可於成形層之表面適當地積層下一個成形層，可謀求提高呈懸突形狀之三維形狀物之品質。
本揭示之三維積層裝置之特徵在於，上述控制部以懸突之側之上述 成形層之厚度薄於非懸突之側之上述成形層之厚度薄之方式，控制上述粉末供給部及上述光照射部。
因此，由於懸突之側之成形層之厚度薄於非懸突之側之成形層之厚度，故可將複數層成形層效率良好地形成為懸突形狀。
本揭示之三維積層裝置之特徵在於，於積層頭之中心部設置有上述光照射部，於上述積層頭中之上述光照射部之周圍設置有上述粉末供給部，上述照射角度變更部變更上述照射角度時，上述粉末供給部對上述加工面噴射之噴射角度亦變更。
因此，由於變更光束之照射角度時，粉末之噴射角度亦變更，故可相對於光束之照射位置，始終將粉末材料之噴射位置維持在適當位置，可謀求提高呈懸突形狀之三維形狀物之品質。
又，本揭示之三維積層方法之特徵在於，其係使成形層積層於加工對象物，形成呈懸突形狀之三維形狀物者，且具備：向上述加工對象物之加工面供給粉末材料之步驟；對上述粉末材料照射光束，使被照射上述光束之上述粉末材料之至少一部分燒結或熔融固化而形成上述成形層之步驟；及形成上述成形層時，使相對於上述加工面懸突之側之上述光束之照射角度於可形成上述成形層之範圍內未達90度之步驟。
因此，對下側之成形層之表面照射光束，且供給粉末材料。於是， 光束沿懸突形狀照射於下側之成形層，故於下側之成形層之表面適當地形成熔融部，可對下側之成形層適當地積層上側之成形層。其結果，可謀求提高呈懸突形狀之三維形狀物之品質。
本揭示之三維積層方法之特徵在於，於上述成形層之表面積層上述成形層時，相對於上述加工面懸突之側之上述照射角度逐漸變小。
因此，可將積層於加工面之複數層之成形層效率良好地形成為懸突形狀。
本揭示之三維積層方法之特徵在於，將呈懸突形狀之三維形狀物之前端部以相對於懸突方向正交之方向的切斷面切斷，並以使相對於上述切斷面懸突之側之上述光束之照射角度於可形成上述成形層之範圍內未達90度之方式，形成上述成形層。
因此，可高精度且容易地實施呈懸突形狀之三維形狀物之修補。
根據本揭示之三維積層裝置及方法，可謀求提高呈懸突形狀之三維形狀物之品質。
1:三維積層裝置
2:三維積層室
3:預備室
4:積層頭收納室
4a:Z軸滑動部
5:機械加工部收納室
5a:Z軸滑動部
6:門
7:門
10:底座
11:平台部
12:積層頭
13:機械加工部
15:Y軸滑動部
16:X軸滑動部
17:旋轉平台部(照射角度變更部)
17a:固定台
17b:旋轉平台
17c:傾斜平台
17d:旋轉平台
18:波紋管
19:波紋管
20:控制裝置
22:工具
23:噴嘴
24:前端部
25:空氣排出部
30:形狀計測部
31:加熱頭
32:裝置計測部
33:工具更換部
34:噴嘴更換部
35:粉末導入部
36:基台移動部
37:空氣排出部
38:氣體導入部
39:粉末回收部
41:外管
42:內管
43:粉末流路(粉末供給部)
44:雷射路徑(光照射部)
45:噴嘴噴射口部(粉末供給部)
46:本體
47:光源
48:光纖
49:聚光部
51:輸入部
52:控制部
53:記憶部
54:輸出部
55:通信部
90:加工對象物
91:加工面
92:成形層
93:三維形狀物
93a:表面
93b:表面
94:熔融池
95:熔融池
100:基台部
102:箭頭
104:箭頭
106:箭頭
108:箭頭
110:旋轉軸
112:旋轉軸
114:旋轉軸
151:第1成形層
151a:凸緣
152:第2成形層
153:第3成形層
154:第4成形層
155:成形層
156:成形層
157:成形層
158:成形層
159:成形層
160:三維形狀物
170:軸
171:外周面
172:翼
173:前端部
174:切斷面
175:成形層
176:成形層
177:成形層
C:懸突方向
F:焦點
L:雷射光(光束)
L1:熱輸入
L2:熱輸入
M1:移動方向
M2:加工方向
O:中心軸
P:粉末
t1:厚度
t2:厚度
X:方向
Y:方向
Z:方向
θ:照射角度
圖1係顯示本實施形態之三維積層裝置之模式圖。
圖2係顯示積層頭之前端部之一例之縱剖視圖。
圖3係顯示控制裝置之構成之模式圖。
圖4係用以說明雷射光相對於加工面之照射角度之概略圖。
圖5係顯示先前之呈懸突形狀之三維形狀物之製造方法之概略圖。
圖6係用以說明先前之呈懸突形狀之三維形狀物之製造方法之作用之概略圖。
圖7係顯示本實施形態之呈懸突形狀之三維形狀物之製造方法之概略圖。
圖8係用以說明本實施形態之呈懸突形狀之三維形狀物之製造方法之作用之概略圖。
圖9係顯示針對加工面之第1成形層之製造步驟之概略圖。
圖10係顯示針對加工面之第2成形層之製造步驟之概略圖。
圖11係顯示針對加工面之第3成形層之製造步驟之概略圖。
圖12係顯示針對加工面之第4成形層之製造步驟之概略圖。
圖13係顯示針對加工面之成形層之不同之製造步驟之概略圖。
圖14係顯示呈懸突形狀之三維形狀物之概略圖。
圖15係顯示需要修補之三維形狀物之概略圖。
圖16係顯示三維形狀物之修補步驟中之加工面之形成步驟之概略圖。
圖17係顯示經修補之呈懸突形狀之三維形狀物之概略圖。
以下，參照隨附圖式，詳細說明本揭示之較佳實施形態。另，並非 藉由該實施形態限定本發明者，又，於有複數種實施形態之情形時，亦包含組合各實施例而構成者。
圖1係顯示本實施形態之三維積層裝置之模式圖。此處，本實施形態中，將水平面內之一方向設為X軸方向，將水平面內與X軸方向正交之方向設為Y軸方向，將與X軸方向及Y軸方向之各者正交之方向(即鉛直方向)設為Z軸方向。
如圖1所示，三維積層裝置1係於基台部100製造三維形狀物之裝置。基台部100係成為供形成三維形狀物之基座之構件，在三維積層裝置1中被搬送至特定位置，於加工面形成三維形成物。本實施形態之基台部100為板狀之構件。另，基台部100並不限定於此。基台部100可使用成為三維形狀物之基座之構件，亦可使用附加三維形狀物之構件。又可使用於特定位置形成三維形狀物，而將成為零件、製品之構件作為基台部100。
三維積層裝置1具有三維積層室2、預備室3、積層頭收納室4、機械加工部收納室5、底座10、平台部11、積層頭12、機械加工部13、控制裝置20、形狀計測部30、加熱頭31、裝置計測部32、工具更換部33、噴嘴更換部34、粉末導入部35、基台移動部36、空氣排出部37、氣體導入部38、及粉末回收部39。
三維積層室2係將所連接之配管等設計之連通部分以外者予以密封而自外部密封之殼體(腔室)。再者，設計之連通部分設置有切換密閉狀態與 開放狀態之閥等，可視需要將三維積層室2設為密閉狀態。三維積層室2於內部配置有底座10、平台部11、積層頭12、機械加工部13之一部分、加熱頭31之一部分、裝置計測部32、工具更換部33、及噴嘴更換部34。
預備室3與三維積層室2相鄰設置。預備室3將所連接之配管等設計之連通部分以外者予以密封而自外部隔絕。預備室3成為連接外部與三維積層室2之減壓室。於預備室3內設置有基台移動部36。此處，預備室3於三維積層室2之連接部設置有例如具有氣密性之門6。又，預備室3藉由具有氣密性之門7與外部連接。又，於預備室3設置有自預備室3排出空氣之空氣排出部25。預備室3可藉由打開門7，而自外部將需要之構件搬入至內部。又，預備室3可藉由打開門6，而與三維積層室2之間進行構件之搬入、搬出。
積層頭收納室4設置於三維積層室2之Z軸方向上側之面。積層頭收納室4以可利用Z軸滑動部4a相對於三維積層室2沿Z軸方向(箭頭102之方向)移動之狀態受支持。積層頭收納室4之Z軸方向下側之面藉由波紋管18與三維積層室2相連。波紋管18連接積層頭收納室4之Z軸方向下側之面與三維積層室2，且將積層頭收納室4之Z軸方向下側之面作為三維積層室2之一部分。又，三維積層室2於由波紋管18包圍之區域形成有開口。由積層頭收納室4之Z軸方向下側之面與波紋管18包圍之空間與三維積層室2相連，且與三維積層室2一起被密閉。積層頭收納室4支持積層頭12、形狀計測部30、及加熱頭31。又，積層頭收納室4係積層頭12之包含噴嘴23之一部分、與加熱頭31之包含前端部24之一部分自Z軸方向下側之面向三維 積層室2突出。
積層頭收納室4藉由Z軸滑動部4a沿Z軸方向移動，而使所保持之積層頭12、形狀計測部30及加熱頭31沿Z軸方向移動。又，積層頭收納室4經由波紋管18與三維積層室2連接，藉此使波紋管18配合Z軸方向之移動而變形，而可維持三維積層室2與積層頭收納室4之間之密閉狀態。
機械加工部收納室5設置於三維積層室2之Z軸方向上側之面。又，機械加工部收納室5與積層頭收納室4相鄰而配置。機械加工部收納室5以可藉由Z軸滑動部5a相對於三維積層室2沿Z軸方向(箭頭104之方向)移動之狀態受支持。機械加工部收納室5之Z軸方向下側之面藉由波紋管19與三維積層室2相連。波紋管19連接機械加工部收納室5之Z軸方向下側之面與三維積層室2，而將機械加工部收納室5之Z軸方向下側之面作為三維積層室2之一部分。又，三維積層室2於由波紋管19包圍之區域形成有開口。由機械加工部收納室5之Z軸方向下側之面與波紋管19包圍之空間與三維積層室2相連，且與三維積層室2一起被密閉。機械加工部收納室5支持機械加工部13。又，機械加工部收納室5中，機械加工部13之包含工具22之一部分自Z軸方向下側之面向三維積層室2突出。
機械加工部收納室5藉由Z軸滑動部5a沿Z軸方向移動，而使所保持之機械加工部13沿Z軸方向移動。又，機械加工部收納室5經由波紋管19與三維積層室2連接，藉此使波紋管19配合Z軸方向之移動而變形，而可維持三維積層室2與機械加工部收納室5之間之密閉狀態。
底座10設置於三維積層室2內之Z軸方向之底部。底座10支持平台部11。底座10配置有各種配線、配管及驅動機構。
平台部11配置於底座10之上表面，且支持基台部100。平台部11具有Y軸滑動部15、X軸滑動部16、及旋轉平台部17。平台部11安裝有基台部100，且使基台部100於底座10上移動。
Y軸滑動部15使X軸滑動部16相對於底座10沿Y軸方向(箭頭106之方向)移動。X軸滑動部16固定於成為Y軸滑動部15之運轉部的構件，使旋轉平台部17相對於Y軸滑動部15沿X軸方向(箭頭108之方向)移動。旋轉平台部17固定於成為X軸滑動部16之運轉部的構件，且支持基台部100。旋轉平台部17為例如傾斜圓平台，且具有固定台17a、旋轉平台17b、傾斜平台17c、及旋轉平台17d。固定台17a固定於成為X軸滑動部16之運轉部的構件。旋轉平台17b受固定台17a支持，且以與Z軸方向平行之旋轉軸110為旋轉軸而旋轉。傾斜平台17c受旋轉平台17b支持，且以與旋轉平台17b所支持之面正交之旋轉軸112為軸而旋動。旋轉平台17d受傾斜平台17c支持，且以與傾斜平台17c所支持之面正交之旋轉軸114為軸而旋轉。旋轉平台17d固定有基台部100。
如此，旋轉平台部17因使各部以旋轉軸110、112、114為軸而旋轉，而能夠使基台部100繞正交之3個軸旋轉。平台部11藉由Y軸滑動部15及X軸滑動部16，使固定於旋轉平台部17之基台部100沿Y軸方向及X軸方向 移動。又，平台部11藉由以旋轉平台部17使各部以旋轉軸110、112、114為軸旋轉，而使基台部100繞正交之3個軸旋轉。平台部11亦可進而使基台部100沿Z軸方向移動。
積層頭12向基台部100噴射粉末材料，進而對噴射出之粉末材料照射雷射光(光束)而使粉末熔融，使熔融之粉末於基台部100上固化而形成成形層。導入至積層頭12之粉末係成為三維形狀物之原料之材料之粉末。本實施形態中，粉末可使用例如鐵、銅、鋁或鈦等金屬材料等。另，作為粉末，亦可使用陶瓷等金屬材料以外之材料。積層頭12設置於與底座10之Z軸方向上側之面相向之位置，且與平台部11相向。積層頭12於Z軸方向之下部設置有噴嘴23。積層頭12於本體46安裝有噴嘴23。
圖2係顯示積層頭之前端部之一例之縱剖視圖。
如圖2所示，噴嘴23係具有外管41、及插入至外管41之內部之內管42的雙層管。外管41為管狀構件，且直徑朝前端(Z軸方向下側)變小。內管42插入至外管41之內部。內管42亦為管狀構件，且為直徑朝前端(Z軸方向下側)變小之形狀。噴嘴23之外管41內周與內管42之外周之間成為供粉末(粉末材料)P通過之粉末流路43。內管42之內周面側為雷射光通過之雷射路徑44。此處，安裝有噴嘴23之本體46與噴嘴23同樣為雙層管，粉末流路43與雷射路徑44亦同樣地形成。積層頭12以包圍雷射路徑44之周圍之方式配置粉末流路43。本實施形態中，粉末流路43為噴射粉末之粉末噴射部。積層頭12係於粉末流路43中流動自粉末導入部35導入之粉末P， 並自外管41與內管42之間之端部之開口即噴嘴噴射口部45噴射。
積層頭12以於特定之收斂位置具有特定之收斂直徑之方式噴射粉末P。此處，收斂直徑是指被噴射出之粉末P之軌跡之直徑為最小時之粉末P之軌跡直徑。如上所述，由於噴嘴23之直徑朝前端變小，故積層頭12以朝放射方向內側收斂之方式噴射粉末P。即，積層頭12以粉末P之軌跡具有特定收斂直徑之方式噴射粉末P。又，收斂位置是指噴射之粉末P之軌跡收斂之位置。
又，積層頭12具有光源47、光纖48、及聚光部49。光源47輸出雷射光。光纖48將自光源47輸出之雷射導光至雷射路徑44。聚光部49配置於雷射路徑44，且配置於自光纖48輸出之雷射之光路。聚光部49將自光纖48輸出之雷射光L聚光。由聚光部49聚光之雷射光L自內管42之端部被輸出。積層頭12將聚光部49配置於本體46，但亦可將聚光部49之一部分或全部配置於噴嘴23。將聚光部49之一部分或全部配置於噴嘴23之情形時，藉由更換噴嘴23，可將焦點位置設為不同之位置。
積層頭12於中心軸O之位置設置有雷射光L通過之雷射路徑44，且於其之外側設置複數條粉末流路43。積層頭12自粉末流路43噴射粉末P，且自雷射路徑44輸出雷射光L。自積層頭12噴射之粉末P侵入至自積層頭12輸出之雷射光L所照射之區域，並於雷射光L之焦點F處被該雷射光L加熱。被照射雷射光L之粉末P熔融後，到達至基台部100上。以熔融之狀態到達至基台部100上之粉末P受冷卻而固化。藉此，於基台部100上形成成 形層。
此處，本實施形態之積層頭12以光纖48引導自光源47輸出之雷射光L，但不限於光纖48，亦可為其他傳輸構件。又，聚光部49可設置於本體46、亦可設置於噴嘴23，又可設置於兩者。本實施形態之積層頭12為了能夠有效地加工，而將噴射粉末P之粉末路徑43與照射雷射光L之雷射路徑44同軸設置，但並不限定於此。積層頭12亦可將噴射粉末P之機構與照射雷射光L之機構單獨設置。本實施形態之積層頭12對粉末材料照射雷射光，但只要能夠使粉末材料熔解或燒結即可，亦可照射雷射光以外之光束。
如圖1所示，機械加工部13將例如成形層等進行機械加工。機械加工部13設置於與底座10之Z軸方向上側之面相向之位置，且與平台部11相向。機械加工部13於Z軸方向之下部安裝有工具22。另，機械加工部13只要設置於較底座10更靠Z軸方向上側，且為基台部100藉由平台部11而可移動之範圍內即可，配置位置不限定於本實施形態之位置。
圖3係顯示控制裝置20之構成之模式圖。
如圖1所示，控制裝置20與三維積層裝置1之各部(上述之底座10、平台部11、積層頭12、機械加工部13、形狀計測部30、加熱頭31、裝置計測部32、工具更換部33、噴嘴更換部34、粉末導入部35、基台移動部36、空氣排出部37、氣體導入部38、粉末回收部39等)之驅動部電性連 接，且控制三維積層裝置1之各部之動作。控制裝置20設置於三維積層室2或預備室3之外部。控制裝置20如圖3所示，具有輸入部51、控制部52、記憶部53、輸出部54、及通信部55。輸入部51、控制部52、記憶部53、輸出部54、及通信部55之各部電性連接。
輸入部51為例如操作面板。作業者對輸入部51輸入資訊或指令等。控制部52為例如CPU(Central Processing Unit：中央處理單元)及記憶體。控制部52對三維積層裝置1之各部，輸出控制三維積層裝置1之各部之動作之指令。又，對控制部52輸入來自三維積層裝置1之各部之資訊等。記憶部53為例如RAM(Random Access Memory：隨機存取記憶體)或ROM(Read Only Memory：唯讀記憶體)等記憶裝置。於記憶部53，記憶有藉由以控制部52執行而控制各部之動作之三維積層裝置1之運轉程式、或三維積層裝置1之資訊、或三維形狀物之設計資訊等。輸出部54為例如顯示器。輸出部54顯示例如來自三維積層裝置1之各部之資訊等。通信部55與例如如網際網路或LAN(Local Area Network：區域網路)等之通信線路通信，而與通信線路之間交換資訊。另，控制裝置20至少具有控制部52及記憶部53即可。控制裝置20只要具有控制部52及記憶部53，便可對三維積層裝置1之各部輸出指令。
本實施形態之三維積層裝置1之三維積層方法係藉由於加工對象物90之加工面91積層成形層而製造如於水平方向之一側懸突之三維形狀物93者。本實施形態之三維積層方法具有如下步驟：向加工對象物90之加工面91供給粉末P之步驟；對粉末P照射雷射光L，使被照射雷射光L之粉末P之 至少一部分燒結或熔融固化而形成成形層151、152、153、154之步驟；形成成形層151、152、153、154時，使相對於加工面91懸突之側之雷射光L之照射角度θ於可形成成形層151、152、153、154之範圍內未達90度之步驟。
此處，針對本實施形態之三維積層裝置1之一般之三維形狀物之製造方法進行說明。
三維積層裝置1之三維形狀物之製造方法中，如圖1及圖2所示，本實施形態中，以於加工對象物90之加工面91製造三維形狀物之情形進行說明。加工對象物90為例如金屬製之板狀構件，但只要為於上部製造三維形狀物者，則形狀及材料為任意。加工對象物90安裝於基台部100上。
控制裝置20藉由平台部11，以將基台部100上之加工對象物90配置於積層頭12之Z軸方向下方之方式使基台部100移動。控制裝置20自粉末導入部35將粉末導入至積層頭12，自積層頭12與氣體一起噴射粉末P，且照射雷射光L。粉末P具有特定之收斂直徑地被噴射至基台部100上之加工對象物90。雷射光L於積層頭12與加工對象物90之間，具有特定之點徑地照射至粉末P。此處，相對於粉末P之收斂直徑在Z軸方向上之位置，雷射光L之點徑在Z軸方向上之位置、及Z軸方向上之粉末P之收斂直徑位置處之點徑可藉由例如移動聚光部49之位置而控制。
即，積層頭12對粉末流路43導入粉末P，自噴嘴噴射口部45噴射粉末 P，自雷射路徑44輸出雷射光L。來自雷射路徑44之雷射光L之焦點F設定於加工對象物90之加工面91附近，來自噴嘴噴射口部45之粉末P被噴射至該雷射光L之焦點。因此，自積層頭12噴射之粉末P於加工對象物90之加工面91上存在之雷射光L之焦點F處，被該雷射光L加熱。被照射雷射光L之粉末P於加工對象物90之加工面91附近熔融後，到達至加工對象物90之加工面91。以熔融之狀態到達至加工對象物90之加工面91之粉末P於此處受冷卻而固化。藉此，於加工對象物90之加工面91形成成形層92。
控制裝置20以平台部11使加工對象物90沿特定之移動方向M1移動，且自積層頭12對加工對象物90之加工面91照射雷射光L，同時噴射粉末P。因此，於加工對象物90之加工面91形成連續之成形層92。該情形時，三維積層裝置之加工方向為M2。三維積層裝置1藉由重複形成此種成形層92，而製造複數層成形層積層為一體之三維形狀物。
以下，針對呈懸突形狀之三維形狀物之製造方法具體進行說明。圖4係用以說明雷射光相對於加工面之照射角度之概略圖，圖5係顯示先前之呈懸突形狀之三維形狀物之製造方法之概略圖，圖6係用以說明先前之呈懸突形狀之三維形狀物之製造方法之作用之概略圖，圖7係顯示本實施形態之呈懸突形狀之三維形狀物之製造方法之概略圖，圖8係用以說明本實施形態之呈懸突形狀之三維形狀物之製造方法之作用之概略圖。
如圖2及圖4所示，積層頭12於中心軸O設置有照射雷射光L之雷射路徑44，且於其之周圍設置有噴射粉末P之複數條粉末流路43。積層頭12自 雷射路徑44對加工對象物90之加工面91照射雷射光L。此時，為了於加工面91形成適當之形狀之成形層92，較佳將雷射光L相對於加工對象物90之加工面91之照射角度θ設為90度左右，且預先設定可形成成形層92之照射角度θ之範圍。可形成成形層92之照射角度θ根據雷射光L之輸出而變動，但較佳為例如80度~100度之範圍。
如圖5所示，藉由於加工對象物90之加工面91積層成形層，製造如以於水平方向偏移特定量之方式傾斜，即於一側懸突之三維形狀物93時，一般而言，將雷射光L相對於加工面91之照射角度θ設為適當之照射角度θ，即90度。即，對加工面91以90度之照射角度θ照射雷射光L，並噴射粉末P。該情形時，如圖6所示，藉由於水平之加工面91積層多層成形層而形成三維形狀物93，且該成形層之表面93a為與加工面91平行之水平面。若對三維形狀物93之表面93a噴射粉末P並照射雷射光L，則表面93a熔融而形成熔融池94。此時，由於以相對於加工面91呈90度之照射角度θ向表面93a照射雷射光L，故對三維形狀物93之熱輸入L1為沿鉛直方向者。因此，三維形狀物93之懸突側之端面被集中加熱，導致熔融池94熔化掉落，而難以製造呈期望之懸突形狀之三維形狀物93。
因此，本實施形態之三維積層方法如圖7所示，於加工對象物90之加工面91積層成形層，形成呈懸突形狀之三維形狀物時，使相對於加工面91懸突之側之雷射光L之照射角度θ於可形成成形層之範圍內未達90度，並於該狀態下噴射粉末P且照射雷射光L。
製造如每當於加工對象物90之加工面91積層成形層時，以於水平方向偏移特定量之方式傾斜，即於一側懸突之三維形狀物93時，本實施形態中，將雷射光L相對於加工面91之照射角度θ設為未達90度。即，對加工面91以未達90度之照射角度θ照射雷射光L，並噴射粉末P。該情形時，如圖8所示，藉由於水平之加工面91傾斜積層多個成形層而形成三維形狀物93，且該成形層之表面93b為相對於加工面91傾斜之面。若對三維形狀物93之表面93b噴射粉末P並照射雷射光L，則表面93b熔融而形成熔融池95。此時，由於以相對於加工面91傾斜之照射角度θ向表面93b照射雷射光L，故對三維形狀物93之熱輸入L2為沿三維形狀物93之懸突形狀者。因此，三維形狀物93之懸突側之端面不會被集中加熱，維持熔融池95不熔化掉落，而可製造呈期望之懸突形狀之三維形狀物93。
如圖1至圖3所示，本實施形態之三維積層裝置1具備：照射角度變更部，其變更自雷射路徑44照射於加工面91之雷射光L之照射角度θ；及控制部52，其以相對於加工面91懸突之側之照射角度θ於可形成成形層之範圍內未達90度之方式控制照射角度變更部。本實施形態中，照射角度變更部為旋轉平台部17，旋轉平台部17藉由使各部以旋轉軸112、114為軸旋轉，可變更基台部100之角度。因此，於基台部100固定加工對象物90，且變更加工對象物90之加工面91與積層頭12之相對角度，藉此，可變更自雷射路徑44照射於加工面91之雷射光L之照射角度θ。另，亦可構成為藉由相對於加工對象物90之加工面91，變更積層頭12之角度，而變更自雷射路徑44照射於加工面91之雷射光L之照射角度θ。
又，控制部52於成形層之表面積層成形層時，以相對於加工面91懸突之側之照射角度θ逐漸變小之方式，控制旋轉平台部17之角度。此時，控制部52以相對於成形層之表面之照射角度θ變為90度之方式控制旋轉平台部17之角度。又，控制部52以懸突之側之成形層之厚度薄於非懸突之側之成形層之厚度之方式，控制粉末P之噴射量、雷射光L之輸出、加工速度等。
此處，針對本實施形態之三維積層裝置1之呈懸突形狀之三維形狀物之製造方法具體進行說明。圖9係顯示相對於加工面之第1成形層之製造步驟之概略圖，圖10係顯示相對於加工面之第2成形層之製造步驟之概略圖，圖11係顯示相對於加工面之第3成形層之製造步驟之概略圖，圖12係顯示相對於加工面之第4成形層之製造步驟之概略圖，圖13係顯示相對於加工面之成形層之不同之製造步驟之概略圖，圖14係顯示呈懸突形狀之三維形狀物之概略圖。
本實施形態中，將加工對象物90設為金屬製之板狀構件，將加工面91設為水平且平坦之面進行說明，但只要為於上部製造三維形狀物者，則形狀及材料為任意。例如，亦可為呈圓柱形狀(或圓筒形狀)之軸狀構件等。又，形成於加工對象物90之加工面91之三維形狀物呈懸突形狀。該呈懸突形狀之三維形狀物為例如呈翼形狀之構件，且於與積層方向正交之方向彎曲或彎折而懸突者。
如圖2及圖9所示，首先，將雷射光L相對於加工對象物90之加工面91 之照射角度θ設定為90度(可形成成形層之角度)。於該狀態下，將導入至粉末流路43之粉末P自噴嘴噴射口部45噴射，且自雷射路徑44輸出雷射光L，使加工對象物90相對於積層頭12移動。於是，自積層頭12噴射出之粉末P被雷射光L加熱而熔融後，到達至加工對象物90之加工面91。以熔融之狀態到達至加工對象物90之加工面91之粉末P於此處受冷卻而固化，而於加工對象物90之加工面91形成第1成形層151。
此時，加工對象物90之移動方向，即積層頭12之加工方向為圖9之紙面正交方向，第1成形層151於圖9之左右方向由複數個凸緣151a構成。且，第1成形層151之懸突之側(圖9中為右側)之厚度t1薄於非懸突之側(圖9中為左側)之厚度t2。為了改變第1成形層151之厚度，可藉由改變自噴嘴噴射口部45噴射之粉末P之噴射量、或改變自雷射路徑44照射之雷射光L之輸出、或改變加工對象物90之移動速度(積層頭12之加工速度)來應對。
於加工對象物90之加工面91形成第1成形層151後，如圖2及圖10所示，接著，將雷射光L相對於加工對象物90之加工面91之照射角度θ設定為未達90度。此時，將相對於第1成形層151之表面之照射角度θ設定為90度。即，相對於加工對象物90之加工面91，積層頭12向懸突之側(圖10中為右側)傾斜。於該狀態下，將導入至粉末流路43之粉末P自噴嘴噴射口部45噴射，且自雷射路徑44輸出雷射光L，使加工對象物90相對於積層頭12移動。於是，自積層頭12噴射之粉末P被雷射光L加熱熔融後，到達至第1成形層151之表面。以熔融之狀態到達至第1成形層151之表面之粉末P於此處受冷卻而固化，而於第1成形層151之表面形成第2成形層152。另， 積層頭12之加工方向與複數個凸緣之排列方向與第1成形層151同樣。又，該第2成形層152亦與第1成形層151同樣，懸突之側(圖10中為右側)之厚度薄於非懸突之側(圖10中為左側)之厚度。
於第1成形層151之表面形成第2成形層152後，如圖2及圖11所示，接著，將雷射光L相對於加工對象物90之加工面91之照射角度θ設定為減小特定量。此時，將相對於第2成形層152之表面之照射角度θ設定為90度。即，積層頭12相對於加工對象物90之加工面91更向懸突之側(圖11中為右側)傾斜。於該狀態下，將導入至粉末流路43之粉末P自噴嘴噴射口部45噴射，且自雷射路徑44輸出雷射光L，使加工對象物90相對於積層頭12移動。於是，與上述同樣，於第2成形層152之表面形成第3成形層153。
於第2成形層152之表面形成第3成形層153後，如圖2及圖12所示，接著，將雷射光L相對於加工對象物90之加工面91之照射角度θ設定為進而減小特定量。此時，將相對於第3成形層153之表面之照射角度θ設定為90度。即，積層頭12相對於加工對象物90之加工面91進一步向懸突之側(圖11中為右側)傾斜。於該狀態下，將導入至粉末流路43之粉末P自噴嘴噴射口部45噴射，且自雷射路徑44輸出雷射光L，使加工對象物90相對於積層頭12移動。於是，與上述同樣，於第3成形層153之表面形成第4成形層154。
另，此處，每當對加工對象物90之加工面91積層成形層151、152、153、154時，使積層頭12連續傾斜，將相對於加工面91懸突之側之照射 角度θ連續變更特定量，但並非限定於該方法。例如，如圖13所示，亦可於加工對象物90之加工面91積層成形層151、152、153、154後，維持積層頭12之傾斜角度，不變更相對於加工面91懸突之側之照射角度θ，而於第4成形層154之表面積層1層或複數層成形層155、156、157，其後，再次使積層頭12連續傾斜，將相對於加工面91懸突之側之照射角度θ連續變更特定量，並積層1層或複數層之成形層158、159。
藉由繼續此種三維積層作業，如圖14所示，製造積層有複數層之成形層151、152、153、154‧‧‧之呈懸突形狀之三維形狀物160。該三維形狀物160相對於加工對象物90之加工面91沿與積層方向(鉛直方向)正交之方向彎曲而懸突。
又，上述說明中，藉由於加工對象物90之加工面91積層成形層151、152、153、154‧‧‧，而新穎地製造呈懸突形狀之三維形狀物160，但亦可將本實施形態適用於已由三維積層方法或其他製造方法(鑄造、鍛造、切削等)製造之呈懸突形狀之三維形狀物之修補作業。
圖15係顯示需要修補之三維形狀物之概略圖，圖16係顯示三維形狀物之修補步驟中之加工面之形成步驟之概略圖，圖17係顯示經修補之呈懸突形狀之三維形狀物之概略圖。
如圖15所示，例如，其為於軸170之外周面171固定有作為呈懸突形狀之三維形狀物之翼172之構造。該翼172由於前端部173有磨損而需要修 補。該情形時，如圖16所示，將呈懸突形狀之翼172之前端部側以相對於懸突方向C正交之方向的切斷面174切斷，而將前端部173去除。接著，如圖17所示，以相對於翼172之切斷面174懸突之側(圖17中為右側)之雷射光L之照射角度θ於可形成成形層之範圍內未達90度之方式，形成成形層175、176、177‧‧‧。即，以與形成圖12所示之成形層151、152、153、154之三維積層方法同樣之方法，形成成形層175、176、177‧‧‧。
如此，本實施形態之三維積層裝置中，具備：粉末流路43及噴嘴噴射口部45，其等向加工對象物90之加工面91供給粉末P；雷射路徑44，其對粉末P照射雷射光L，使被照射雷射光L之粉末P之至少一部分燒結或熔融固化而形成成形層151、152、153、154；作為照射角度變更部之旋轉平台部17，其變更自雷射路徑44照射至加工面91之雷射光L之照射角度θ；及控制部52，其以相對於加工面91懸突之側之照射角度θ於可形成成形層151、152、153、154之範圍內未達90度之方式，控制旋轉平台部17。
因此，若對下側之第1成形層151之表面照射雷射光L，且供給粉末P，則雷射光L會沿著懸突形狀照射至下側之第1成形層151，故於下側之成形層151之表面適當地形成熔融部，可相對於下側之第1成形層適當地積層上側之第2成形層152。其結果，可謀求提高呈懸突形狀之三維形狀物160之品質。
本實施形態之三維積層裝置中，於第1成形層151之表面積層第2成形層152時，控制部52以相對於加工面91懸突之側之照射角度θ逐漸變小之方式控制旋轉平台部17。因此，可將積層於加工面91之複數層成形層151、152、153、154效率良好地形成為懸突形狀。
本實施形態之三維積層裝置中，控制部52以相對於成形層151、152、153、154之表面之照射角度θ為90度之方式控制旋轉平台部17。因此，可於第1成形層151之表面適當積層第2成形層152，可謀求提高呈懸突形狀之三維形狀物160之品質。
本實施形態之三維積層裝置中，控制部52以懸突之側之成形層151、152、153、154之厚度t1薄於非懸突之側之成形層151、152、153、154之厚度t2之方式控制旋轉平台部17。因此，可將複數層之成形層151、152、153、154效率良好地形成為懸突形狀。
本實施形態之三維積層裝置中，於積層頭12之中心部設置雷射路徑44，於積層頭12中之雷射路徑44之周圍設置粉末流路43及噴嘴噴射口部45，且於變更雷射光L之照射角度θ時，粉末P之噴射角度亦變更。因此，可相對於雷射光L之照射位置，始終將粉末P之噴射位置維持在適當位置，可謀求提高呈懸突形狀之三維形狀物160之品質。
又，本實施形態之三維積層方法中具有如下步驟：向加工對象物90之加工面91供給粉末P之步驟；對粉末P照射雷射光L，使被照射雷射光L 之粉末P之至少一部分燒結或熔融固化而形成成形層151、152、153、154之步驟；形成成形層151、152、153、154時，相對於加工面91懸突之側之雷射光L之照射角度θ於可形成成形層151、152、153、154之範圍內未達90度之步驟。
因此，若對下側之第1成形層151之表面照射雷射光L，且供給粉末P，則雷射光L沿懸突形狀照射至下側之第1成形層151，故於下側之成形層151之表面適當地形成熔融部，可對下側之第1成形層適當積層上側之第2成形層152。其結果，可謀求提高呈懸突形狀之三維形狀物160之品質。
本實施形態之三維積層方法中，於第1成形層151之表面積層第2成形層時，相對於加工面91懸突之側之照射角度θ逐漸變小。因此，可將積層於加工面91之複數層之成形層151、152、153、154效率良好地形成為懸突形狀。
本實施形態之三維積層方法中，將作為呈懸突形狀之三維形狀物之翼172之前端部以相對於懸突方向C正交之方向的切斷面174切斷，並以相對於切斷面174懸突之側之雷射光L之照射角度θ於可形成成形層175、176、177之範圍內未達90度之方式，形成成形層175、176、177。因此，可高精度且容易地實施作為呈懸突形狀之三維形狀物之翼172之修補。
另，上述實施形態中，將由粉末供給部噴射之粉末材料設為金屬粉 末材料，但亦可為樹脂粉末材料等之非金屬粉末材料。又，雖將光束設為雷射光，但亦可設為電子束等。
1:三維積層裝置
2:三維積層室
3:預備室
4:積層頭收納室
4a:Z軸滑動部
5:機械加工部收納室
5a:Z軸滑動部
6:門
7:門
10:底座
11:平台部
12:積層頭
13:機械加工部
15:Y軸滑動部
16:X軸滑動部
17:旋轉平台部(照射角度變更部)
17a:固定台
17b:旋轉平台
17c:傾斜平台
17d:旋轉平台
18:波紋管
19:波紋管
20:控制裝置
22:工具
23:噴嘴
24:前端部
25:空氣排出部
30:形狀計測部
31:加熱頭
32:裝置計測部
33:工具更換部
34:噴嘴更換部
35:粉末導入部
36:基台移動部
37:空氣排出部
38:氣體導入部
39:粉末回收部
46:本體
100:基台部
102:箭頭
104:箭頭
106:箭頭
108:箭頭
110:旋轉軸
112:旋轉軸
114:旋轉軸
X:方向
Y:方向
Z:方向

Claims (8)

  1. 一種三維積層裝置，其特徵在於，其係使成形層積層於加工對象物而形成呈懸突形狀之三維形狀物者，且具備：粉末供給部，其向上述加工對象物之加工面供給粉末材料；光照射部，其對上述粉末材料照射光束，使被照射上述光束之上述粉末材料之至少一部分燒結或熔融固化而形成上述成形層；照射角度變更部，其變更上述光照射部照射至上述加工面之上述光束之照射角度；及控制部，其以相對於積層於上述加工面之上述成形層之表面之上述照射角度呈90度，且相對於上述加工面懸突之側之上述照射角度於可形成上述成形層之範圍內未達90度之方式控制上述照射角度變更部。
  2. 如請求項1之三維積層裝置，其中上述控制部於上述成形層之表面積層上述成形層時，以相對於上述加工面懸突之側之上述照射角度逐漸變小之方式，控制上述照射角度變更部。
  3. 如請求項1之三維積層裝置，其中上述控制部以相對於上述成形層之表面之上述照射角度為90度之方式，控制上述照射角度變更部。
  4. 如請求項1之三維積層裝置，其中上述控制部以懸突之側之上述成形層之厚度薄於非懸突之側之上述成形層之厚度之方式，控制上述粉末供給部及上述光照射部。
  5. 如請求項1之三維積層裝置，其中於積層頭之中心部設置上述光照射部，於上述積層頭中之上述光照射部之周圍設置上述粉末供給部，上述照射角度變更部變更上述照射角度時，上述粉末供給部對上述加工面噴射之噴射角度亦變更。
  6. 一種三維積層方法，其特徵在於，其係使成形層積層於加工對象物而形成呈懸突形狀之三維形狀物者，且具有如下步驟：向上述加工對象物之加工面供給粉末材料；對上述粉末材料照射光束，使被照射上述光束之上述粉末材料之至少一部分燒結或熔融固化而形成上述成形層；及形成上述成形層時，相對於積層於上述加工面之上述成形層之表面之照射角度呈90度，且使相對於上述加工面懸突之側之上述光束之上述照射角度於可形成上述成形層之範圍內未達90度。
  7. 如請求項6之三維積層方法，其中於上述成形層之表面積層上述成形層時，相對於上述加工面懸突之側之上述照射角度逐漸變小。
  8. 如請求項6之三維積層方法，其將呈懸突形狀之三維形狀物之前端部以相對於懸突方向正交之方向的切斷面切斷，並以使相對於上述切斷面懸突之側之上述光束之照射角度於可形成上述成形層之範圍內未達90度之方式，形成上述成形層。
TW109119479A 2019-06-11 2020-06-10 三維積層裝置及方法 TWI741645B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019108960A JP7362306B2 (ja) 2019-06-11 2019-06-11 三次元積層装置および方法
JP2019-108960 2019-06-11

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW202100335A TW202100335A (zh) 2021-01-01
TWI741645B true TWI741645B (zh) 2021-10-01

Family

ID=73744312

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW109119479A TWI741645B (zh) 2019-06-11 2020-06-10 三維積層裝置及方法

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20220097142A1 (zh)
EP (1) EP3903990A4 (zh)
JP (1) JP7362306B2 (zh)
CN (1) CN113365776A (zh)
TW (1) TWI741645B (zh)
WO (1) WO2020250463A1 (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPWO2022201346A1 (zh) * 2021-03-24 2022-09-29
JP2022163944A (ja) * 2021-04-15 2022-10-27 国立大学法人京都大学 付加加工装置、付加加工装置の制御方法、および、付加加工装置の制御プログラム

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104470678A (zh) * 2011-12-02 2015-03-25 南特中央理工大学 通过材料添加和成形相结合的加工设备与方法
TW201633027A (zh) * 2014-11-14 2016-09-16 尼康股份有限公司 造形裝置及造形方法
CN106061716A (zh) * 2014-03-18 2016-10-26 株式会社东芝 喷嘴、层叠造型装置及层叠造型物的制造方法
US20180304550A1 (en) * 2017-04-24 2018-10-25 Autodesk, Inc. Closed-loop robotic deposition of material

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060003095A1 (en) 1999-07-07 2006-01-05 Optomec Design Company Greater angle and overhanging materials deposition
US6811744B2 (en) 1999-07-07 2004-11-02 Optomec Design Company Forming structures from CAD solid models
WO2005107981A2 (en) * 2004-05-04 2005-11-17 Optomec Design Company Greater angle and overhanging materials deposition
JP6233001B2 (ja) * 2013-12-20 2017-11-22 ソニー株式会社 造形装置および造形物の製造方法
JP6320123B2 (ja) 2014-03-31 2018-05-09 三菱重工業株式会社 三次元積層装置及び三次元積層方法
JP6702941B2 (ja) 2014-08-05 2020-06-03 レイン オルーク オーストラリア ピーティーワイ リミテッド 物体を製造するための方法
CN104190927B (zh) 2014-08-11 2016-05-18 苏州大学 一种同步送粉空间激光加工与三维成形方法及装置
DE102015216402A1 (de) * 2015-08-27 2017-03-02 MTU Aero Engines AG Vorrichtung und Verfahren zur Herstellung oder Reparatur eines dreidimensionalen Objekts
JP6936580B2 (ja) 2017-02-08 2021-09-15 株式会社神戸製鋼所 積層制御装置、積層制御方法及びプログラム
JP6411601B2 (ja) 2017-08-25 2018-10-24 技術研究組合次世代３Ｄ積層造形技術総合開発機構 ３次元積層造形装置、３次元積層造形装置の制御方法および３次元積層造形装置の制御プログラム

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104470678A (zh) * 2011-12-02 2015-03-25 南特中央理工大学 通过材料添加和成形相结合的加工设备与方法
CN106061716A (zh) * 2014-03-18 2016-10-26 株式会社东芝 喷嘴、层叠造型装置及层叠造型物的制造方法
TW201633027A (zh) * 2014-11-14 2016-09-16 尼康股份有限公司 造形裝置及造形方法
US20180304550A1 (en) * 2017-04-24 2018-10-25 Autodesk, Inc. Closed-loop robotic deposition of material

Also Published As

Publication number Publication date
TW202100335A (zh) 2021-01-01
EP3903990A4 (en) 2022-04-27
JP2020199538A (ja) 2020-12-17
WO2020250463A1 (ja) 2020-12-17
JP7362306B2 (ja) 2023-10-17
US20220097142A1 (en) 2022-03-31
CN113365776A (zh) 2021-09-07
EP3903990A1 (en) 2021-11-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Jiménez et al. Powder-based laser hybrid additive manufacturing of metals: a review
TWI741645B (zh) 三維積層裝置及方法
US10259042B2 (en) Device and method for the manufacture or repair of a three-dimensional object
US10046394B2 (en) Method for manufacturing overhanging material by pulsed, voxel-wise buildup
WO2018212193A1 (ja) 積層造形装置及び積層造形方法
JP2016502589A (ja) 複数の材料によるタービンコンポーネントの積層造形
JP2019073797A (ja) 積層造形のための空気流制御
CN106001562B (zh) 移动粉床式电子束快速成型装置
TWI741644B (zh) 表面加工裝置以及三維積層裝置
EP3804883A1 (en) Method of applying a plurality of energy beams in additive manufacturing
JP2019059114A (ja) ノズル及び積層造形装置
US20210260701A1 (en) Additive manufacturing with rotatable deposition head
CN114851559B (zh) 自由度冗余加工系统、轮廓线高精度加工方法及工件
TWI747319B (zh) 三維積層裝置及方法
KR20210147194A (ko) 등가적층 체적높이 제어방법
TWI747320B (zh) 三維積層方法及三維形狀物
Balanovsky et al. Research of surface quality of structural components made using additive technology of electric arc welding
US20240181535A1 (en) Multi-laser system for additive manufacturing
JP2024519779A (ja) レーザ焼結用レーザ作業機械
KR20240137981A (ko) 적층영역 가변이 용이한 회전형 pbf 프린팅 장치 및 회전형 pbf 프린팅 방법
Cheaitany et al. High Power Density Laser Build-Up Welding with CNC Precision