JP4304965B2

JP4304965B2 - Laminated modeling apparatus and manufacturing method

Info

Publication number: JP4304965B2
Application number: JP2002327199A
Authority: JP
Inventors: 栄作垣内
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2002-11-11
Filing date: 2002-11-11
Publication date: 2009-07-29
Anticipated expiration: 2022-11-11
Also published as: JP2004162095A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、粉末材料をレーザー焼結して造形物を製作する積層造形装置、特に、装置のプラットホームに固定したベースプレートと一体となった造形物を製作する積層造形装置及び造形物製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、３次元のＣＡＤ装置において設計された製品を直接的に具現化するラピッドプロトタイピングシステムが急速に普及してきている。なかでも、３次元の設計データから層毎に薄くスライスしたデータを作成し、このデータに基づいて粉末材料を一層づつレーザーの照射によって焼結することで造形物を得る積層造形装置は、型造形のための型作りや試作品の製作に広く利用されている。
【０００３】
図８の概略図は、一般に普及している積層造形装置の主要部分及び作業手順を示している。図８の工程（ａ）に示すように、装置は、材料供給のために、供給側プラットホーム１０と、その上に載せられた金属粉末材料１２を有している。造形作業は、隣接配置されたプラットホーム１４で行われ、ここに固定されたベースプレート１６の上で、薄く広げられた金属粉末材料１２を好みの形状に焼結することで、ベースプレート１６を含む造形物１８が形成される。焼結は、レーザー発生装置２０の発するレーザー光線２２をミラー２４によって造形箇所に走査することで行われる。
【０００４】
ある層の焼結が終了すると、図８の工程（ｂ）に示すように、プラットホーム１４が一層分の厚みだけ下降し、金属粉末材料１２を運ぶためのワイパ２６が、プラットホーム１４側から供給側プラットホーム１０の側に移動する。そして、ワイパ２６の移動後に、供給側プラットホーム１０が一層の厚みより大きく上昇する。次に、図８の工程（ｃ）に示すように、ワイパ２６が再びプラットホーム１４側に移動する。この時、供給側プラットホーム１０の上から金属粉末材料１２が移動し、プラットホーム１４の上に均一に拡げられる。さらに、図８の工程（ａ）に戻り、この層に対するレーザー焼結が行われる。
【０００５】
以上の工程を、必要な層の数だけ繰り返すことで、積層造形装置におけるレーザー焼結工程が完了する。その後、必要に応じて、図示していない別の装置等において、表面を滑らかにする後処理を実施し、さらに、不要なベースプレート１６を切断して、最終的な造形物が得られる。
【０００６】
この後処理の過程において、不要なベースプレートが作業の邪魔にならないための工夫が、特許文献１に記載されている。すなわち、あらかじめベースプレートを切断して、有効な部分だけを造形に用いることとし、切りとった残りの部分を固定手段として用いることで、この非標準的な形状をもつベースプレートの固定を行っている。また、特許文献２にも、さらに複雑な形状を有するベースプレートに対して同様の手段を用いることが開示されている。
【０００７】
【特許文献１】
特開２０００−２３４１０３号公報
【特許文献２】
特開２００２−１２９２０３号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特許文献１，２の手段においては、ベースプレートの形状を変更する度に、その固定手段を作らなければならず、時間や費用の点で問題がある。そこで、本発明においては、様々な形状をもつベースプレートを、その形状にかかわらず固定し、かつ、適切に積層造形を行うことができる手段の実現を目指している。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の積層造形装置の一態様においては、造形物の３次元データに基づいて、ベースプレート上に層状に置かれた粉末材料をレーザー焼結し、焼結層を積み重ねていくことで、ベースプレートと一体となった造形物を製作する積層造形装置であって、所望の形状のベースプレートを、作業台であるプラットホーム上の任意の位置に固定する汎用固定手段と、プラットホーム上におけるベースプレートの形状を与える位置情報を取得する位置取得手段と、前記取得手段により取得した位置情報に基づいて、造形物の３次元データにおけるベースプレートの対応部分の形状を、位置情報から得られるベースプレートの形状に一致させるように、レーザー照射位置を調整する照射位置調整手段と、を有する。
また本発明の造形物製造方法の一態様においては、造形物の３次元データに基づいて、ベースプレート上に層状に置かれた粉末材料をレーザー焼結し、焼結層を積み重ねていくことで、ベースプレートと一体となった造形物を製造する方法であって、所望の形状のベースプレートを、作業台であるプラットホーム上の任意の位置に固定する工程と、プラットホーム上に固定されたベースプレートの形状を与える位置情報を取得する工程と、前記位置情報を取得する工程により取得した位置情報に基づいて、造形物の３次元データにおけるベースプレートの対応部分の形状を、位置情報から得られるベースプレートの形状に一致させるように、レーザー照射位置を調整する工程と、を含む。
なお、本段落の以下の記載から００１６段落までの記載は、出願当初の特許請求の範囲の記載に対応するものであるが、補正後の特許請求の範囲においても参考となるものである。
上記課題を解決するために、本発明の積層造形装置は、造形物の３次元データに基づいて、ベースプレート上に層状に置かれた粉末材料をレーザー焼結し、焼結層を積み重ねていくことで、ベースプレートと一体となった造形物を製作する積層造形装置であって、予め所望の造形物におけるベースプレート部の形状に加工されたベースプレートを、作業台であるプラットホーム上の任意の位置に固定する汎用固定手段と、プラットホーム上におけるベースプレートの形状を与える位置情報を取得する位置取得手段と、取得した位置情報に基づいてレーザー照射位置を調整する照射位置調整手段と、を有する。
【００１０】
これにより、ベースプレートが、既に造形物のベースプレート部の形状に加工されている場合にも、容易にプラットホームに固定することが可能となり、作業時間の短縮及び費用の軽減を図ることができる。また、この固定位置にかかわらずレーザー光を適切な位置に照射できるように、位置取得手段が設けられており、作業工程がむやみに増えるようなことはない。
【００１１】
また、本発明の積層造形装置における汎用固定手段は、アダプタプレートと、アダプタプレートにベースプレートを取り付ける第１取付手段であって、アダプタプレートに規則的に複数配置された穴部の任意の箇所と、ベースプレートに設けられた穴部とをボルトまたはノックアウトピンによって結合する第１取付手段と、アダプタプレートをプラットホーム上の所定の位置に取り付ける第２取付手段と、からなっていてもよい。
【００１２】
また、本発明の積層造形装置における汎用固定手段は、ベースプレートに含まれる磁性体と、プラットホームに備えられた磁石または電磁石とからなり、磁力によって両者を固定するものであってもよい。
【００１３】
また、本発明の積層造形装置における汎用固定手段は、プラットホーム上のベースプレートと面する部分に減圧吸引口を備え、吸引力によって両者を固定するものとすることもできる。
【００１４】
また、本発明の積層造形装置において、位置取得手段は、プラットホームの上方に設置され、ベースプレートを撮影するカメラと、撮影されたベースプレートの画像データと、造形物の３次元データの対応部分とを比較して、プラットホームにおけるベースプレートの位置を算出する計算手段と、からなることが可能である。
【００１５】
また、本発明の積層造形装置において、アダプタプレートを用いる場合に、ベースプレートに設けられた穴部は、ベースプレートの所定の位置にあり、位置取得手段は、装置の利用者が与える第１取付手段と第２取付手段の取付位置情報に基づいて、プラットホーム上のベースプレートの位置を取得することができる。
【００１６】
また、本発明の積層造形装置において、アダプタプレートを用いる場合に、位置取得手段は、第１取付手段及び第２取付手段に基づく取付位置情報と、画像データに基づき計算手段によって得られる位置情報とを併用して、位置を取得しても良い。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の好適な実施形態を、図面を用いて説明する。
【００１８】
図１は、本実施の形態の積層造形装置を示す概略図である。装置の主たる構成は、図８を用いて説明したものと同様である。すなわち、装置の作業台であるプラットホーム３０の上にベースプレート３２を固定し、ここには図示していないが、金属粉末材料１２を、薄い層毎にレーザー光線２２によって焼結していく。このベースプレート３２は、最終的に造形物の一部となる部分であり、本実施例においては、予め造形物の形状に加工したものを用いることができる。ベースプレート３２をプラットホーム３０に固定する手段は、汎用固定手段となっており、後で詳しく述べるように、ベースプレート３２の様々な形状に対応しており、また、固定位置も任意性を持つ汎用性を有している。このため、レーザー焼結にあたっては、ベースプレート３２が、プラットホーム３０のどこに配置されているかを把握しておく必要がある。そこで、位置取得手段として、プラットホーム３０の上方に固定されたカメラ３４と、カメラ３４が撮影したベースプレート３２の画像を処理する計算部３６が設けられている。この処理過程は、計算部３６に付属のモニタ３８によって表示可能である。駆動用ドライバ４０は、照射位置調整手段として、位置判定の結果を計算部３６から受け、この内容に基づき、ミラー４２の角度を適切に変更する。ミラー４２は、レーザー光線２２を所望の照射位置に反射させる役割を果たしており、駆動用ドライバ４０の調整により、プラットホーム３０上の任意の場所に置かれたベースプレート３２に対応することが可能となる。なお、図１は、概略図であるため、ミラー４２の直下にカメラ３４が描かれているが、実際には、カメラ３４はレーザー光線２２を遮断することがないように配置されていることは言うまでもない。
【００１９】
図２は、プラットホーム３０付近を説明する概略的な斜視図である。ここでは、プラットホーム３０に対するベースプレート３２の固定は、アダプタプレート４４を介して行われている。アダプタプレート４４はプラットホーム３０及とほぼ同じ大きさをもつ正方形であり、その上に造形物４６のベースプレート３２部分の形状に加工されたベースプレート３２が固定されている。プラットホーム３０の上部にはカメラ３４が固定されており、アダプタプレート４４全体及びベースプレート３２を撮影することができる。
【００２０】
図３は、アダプタプレート４４の上面図である。正方形の四隅には、プラットホーム用取付穴４８が設けられ、その内側には、等間隔に配置された複数（図示した例では４列４行）のベースプレート用取付穴５０が設けられている。また、図４は、図３のＡＡ’部分の断面図であり、プラットホーム用取付穴４８と、ベースプレート用取付穴５０の断面構造を示している。両者は今の場合、ほぼ同形状のＴ字型であり、プラットホーム用取付穴４８はその幅広部分をアダプタプレート４４の上面に、ベースプレート用取付穴５０は下面に備えている。また、図示していないが、所望の造形物の形状に加工されたベースプレート３２の下面にも、穴が開けられている。この穴は、ネジ穴となっており、ベースプレート用取付穴５０および両者を締結するネジを切られたボルトと共に、ベースプレート３２をアダプタプレート４４に固定する第１取付手段を構成している。第１取付手段においては、ベースプレート３２を、アダプタプレート４４内に配置されるとの条件の下で、任意のベースプレート用取付穴５０に取付けることができる。
【００２１】
プラットホーム３０の上面には、やはり図示していないが、プラットホーム用取付穴４８に対応した４つの穴が開けられている。この４つの穴は、その穴内にネジが切られており、プラットホーム用取付穴４８及び両者に渡されるネジを切られたボルトと共に第２取付手段を構成している。第２取付手段は、ベースプレート３２を固定したアダプタプレート４４を、プラットホーム３０の所定の位置に固定することができる。
【００２２】
第１取付手段および第２取付手段により、プラットホーム３０上の任意の位置に、所望の形状のベースプレート３２を固定する汎用固定手段が実現される。なお、ここでの説明においては、第１取付手段および第２取付手段においては、ボルトによってネジ留めされるものとしたが、必ずしもネジを設ける必要はなく、ノックピン等によって代替可能である。さらには、ノックピンを予めアダプタプレート４４に一体化して固定するなどの代替手段を用いてもよい。
【００２３】
図５は、汎用固定手段を、他の手段によって達成することを示した概略的な斜視図である。この構成において特徴的なことは、図２の構成とは異なり、アダプタプレート４４を用いておらず、プラットホーム３０に直接ベースプレート３２を固定している点である。固定は、磁力によって実現している。すなわち、ベースプレート３２には磁性を有する金属が含まれる合金とし、プラットホーム３０の背後に電磁石５２を設置することで、電磁石５２を作動させた時に、両者は磁力により固定される。もちろん電磁石５２の代わりに磁石を用いても構わない。また、ベースプレート３２全体が磁性を持たない場合にも、プラットホーム３０に接する側に磁性を有する物質を接着させるなどすれば同様の効果を得ることが可能である。
【００２４】
ベースプレート３２の固定位置は、レーザー焼結が可能な範囲である限り、プラットホーム３０上のどの位置としても良い。どの位置に固定されたかについては、上に示した手段と同様に、カメラ３４によって撮影された画像を処理する位置取得手段を用いて把握できる。
【００２５】
図６は、他の汎用固定手段を説明する概略的な斜視図である。ここでは、プラットホーム３０上に、適当な距離をおいて、二つの減圧吸引口５４ａ，５４ｂが設けられている。そして、減圧吸引口５４ａ，５４ｂを塞ぐ位置に、ベースプレート３２が配置されている。図７は、減圧吸引口５４ａの中心付近を通る断面図であり、減圧吸引口５４ａの周囲に、ベースプレート３２との間の気密を保つＯリングが配置されていることを示している。
【００２６】
減圧吸引口５４ａ，５４ｂの先には、図示していない減圧用のポンプが設置されている。そして、ベースプレート３２を減圧吸引口５４ａ，５４ｂを塞ぐ任意の位置に配置した後で、ポンプを作動させると、減圧吸引口５４ａ，５４ｂ内の圧力が下がり、ベースプレート３２は吸引されて固定される。なお、減圧吸引口５４ａ，５４ｂは一つだけ配置することも可能であるし、三つ以上配置しても良い。ベースプレート３２が小さく、全ての減圧吸引口５４ａ，５４ｂを塞がない場合には、その減圧吸引口５４ａ，５４ｂに蓋をするなどすれば作業に支障を来すこともない。レーザー焼結のための固定位置の確定は、やはり、カメラ３４を用いた位置取得手段によって行うことができる。
【００２７】
ここで、カメラ３４で撮影した画像を計算部３６で処理する位置取得手段の処理過程について、簡単に説明しておく。画像処理の目的は、ベースプレート３２がプラットホーム３０上のどの位置にあるかを取得する事である。したがって、一般には、決められた大きさを持つプラットホーム３０の外枠を全て撮影できるようにするのが望ましい。もちろん、決まった大きさをもつアダプタプレート４４を、プラットホーム３０の上の所定位置に固定する場合は、アダプタプレート４４の外枠を含むように撮影すればよい。
【００２８】
撮影した画像処理の方法については、様々なものが可能である。一つの方法としては、プラットホーム３０とベースプレート３２の輝度の違いを基に、両者の境界線を一次空間差分フィルタなどで抽出する処理が挙げられる。得られた境界線データは、ＣＡＤが持つベースプレート３２の対応部分の輪郭線データと比較され、両者を最もよく一致させるために必要な、平行移動距離及び回転角度や、必要に応じて拡大縮小量が計算される。比較の際には、カメラ３４からの距離の違いによる画像の歪みを座標変換により補正すると、精度が向上することは言うまでもない。また、この補正処理を実施することで、カメラ３４をベースプレート３２の真上に設置する必要がなくなる。
【００２９】
また、ベースプレート３２に含まれる箇所を、二値化などによって面として把握しても良い。この場合には、ＣＡＤが持つベースプレート３２の面の情報と対比させすることで、やはり、両者を最も良く一致させるために必要な座標変換パラメータが求められる。得られた座標変換パラメータは、照射位置調整手段である駆動用ドライバ４０に送られ、レーザー光線２２の照射位置の変更に用いられる。照射位置の変更は、単純には、ミラー４２の動作角度の調整を行うことで実施される。
【００３０】
次に、アダプタプレート４４を用いる場合の位置取得手段について、補足する。先に説明したように、第２取付手段において、アダプタプレート４４は、プラットホーム３０上の所定位置に固定される。また、第１取付手段において、アダプタプレート４４上のベースプレート用取付穴５０は等間隔に配置されている。そこで、ベースプレート３２の下面に設ける穴を、例えば、ベースプレート用取付穴５０と同じ距離をもつ等間隔な穴とし、この等間隔な穴に対して所定の位置関係となるようにベースプレート３２の形状が決められるようにすれば、ベースプレート３２とアダプタプレート４４を特定の穴同士で繋ぎ合わせることで、両者の位置関係を一意に決定することができる。この時、ベースプレート３２とプラットホーム３０との位置関係も一意に決定されるので、この位置関係の情報を計算部３６に与え、この位置関係の情報のみに基づいて、駆動用ドライバ４０を制御することが可能となる。また、この位置関係の情報と、画像処理による位置関係の検出結果とを併用して精度を向上させることも可能である。
【００３１】
以上の説明においては、積層造形装置における造形物４６は、金属であると仮定してきた。すなわち、ベースプレート３２および金属粉末材料１２は金属であるものとしてきた。しかし、積層造形装置においては、樹脂によって造形物を生成する技術も確立されており、本実施の形態も、同様に、樹脂の造形に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態における装置構成の概略図である。
【図２】装置構成の一部分を示す概略的斜視図である。
【図３】装置構成の一部分を示す平面図である。
【図４】装置構成の部分的な断面図である。
【図５】装置構成の別の態様を示す概略的斜視図である。
【図６】装置構成のさらに別の態様を示す概略的斜視図である。
【図７】装置構成のさらに別の態様における断面図である。
【図８】従来の積層造形装置の作業手順を示す概略図である。
【符号の説明】
１２金属粉末材料、１４，３０プラットホーム、１６，３２ベースプレート、１８，４６造形物、２０レーザー発生装置、２２レーザー光線、２４，４２ミラー、３４カメラ、３６計算部、４０駆動用ドライバ、４４アダプタプレート、４８プラットホーム用取付穴、５０ベースプレート用取付穴、５２電磁石、５４ａ，５４ｂ減圧吸引口、５６ａ，５６ｂＯリング。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a layered manufacturing apparatus that manufactures a modeled object by laser sintering of a powder material, and more particularly, to a layered modeling apparatus that manufactures a modeled object integrated with a base plate fixed to the platform of the apparatus and a modeled manufacturing method .
[0002]
[Prior art]
In recent years, rapid prototyping systems that directly embody products designed in a three-dimensional CAD apparatus have been rapidly spreading. Among them, the layered modeling equipment that creates a model by creating thin sliced data for each layer from 3D design data and sintering the powder material by laser irradiation one by one based on this data Widely used for mold making and prototype production.
[0003]
The schematic diagram of FIG. 8 shows a main part and a work procedure of a layered manufacturing apparatus that is generally popular. As shown in step (a) of FIG. 8, the apparatus has a supply platform 10 and a metal powder material 12 mounted thereon for material supply. The modeling work is performed on the platform 14 arranged adjacently, and the metal powder material 12 spread thinly on the base plate 16 fixed thereto is sintered into a desired shape, so that the model including the base plate 16 is obtained. 18 is formed. Sintering is performed by scanning a laser beam 22 emitted from the laser generator 20 onto a modeling portion with a mirror 24.
[0004]
When the sintering of a certain layer is completed, as shown in step (b) of FIG. 8, the platform 14 is lowered by a thickness of one layer, and a wiper 26 for carrying the metal powder material 12 is provided from the platform 14 side to the supply side. Move to the platform 10 side. Then, after the wiper 26 is moved, the supply platform 10 rises more than the thickness of one layer. Next, as shown in step (c) of FIG. 8, the wiper 26 moves again to the platform 14 side. At this time, the metal powder material 12 moves from above the supply-side platform 10 and is spread evenly on the platform 14. Further, returning to the step (a) of FIG. 8, laser sintering is performed on this layer.
[0005]
By repeating the above steps as many times as necessary, the laser sintering step in the additive manufacturing apparatus is completed. Then, if necessary, post-processing for smoothing the surface is performed in another device (not shown) or the like, and unnecessary base plate 16 is cut to obtain a final modeled object.
[0006]
Patent Document 1 describes a device for preventing an unnecessary base plate from interfering with work in the post-processing process. That is, the base plate is cut in advance, and only the effective portion is used for modeling, and the remaining portion is used as a fixing means to fix the base plate having this non-standard shape. Patent Document 2 also discloses that the same means is used for a base plate having a more complicated shape.
[0007]
[Patent Document 1]
JP 2000-234103 A [Patent Document 2]
Japanese Patent Laid-Open No. 2002-129203
[Problems to be solved by the invention]
However, in the means of Patent Documents 1 and 2, the fixing means must be made every time the shape of the base plate is changed, which is problematic in terms of time and cost. Therefore, in the present invention, it is aimed to realize means capable of fixing a base plate having various shapes regardless of the shape and appropriately performing additive manufacturing.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In one aspect of the additive manufacturing apparatus of the present invention, the powder material placed in layers on the base plate is laser-sintered based on the three-dimensional data of the modeled object, and the sintered layers are stacked, A layered manufacturing apparatus for manufacturing an integrated model, and a general-purpose fixing means for fixing a base plate having a desired shape to an arbitrary position on the platform as a work table, and a position for giving the shape of the base plate on the platform Based on the position acquisition means for acquiring information and the position information acquired by the acquisition means, the shape of the corresponding portion of the base plate in the three-dimensional data of the modeled object is made to match the shape of the base plate obtained from the position information. Irradiation position adjusting means for adjusting the laser irradiation position.
Moreover, in one mode of the molded article manufacturing method of the present invention, based on the three-dimensional data of the molded article, the powder material placed in layers on the base plate is laser-sintered, and the sintered layers are stacked, A method of manufacturing a molded article integrated with a base plate, wherein a step of fixing a base plate having a desired shape to an arbitrary position on a platform as a work table and a shape of the base plate fixed on the platform are provided. Based on the position information acquired by the step of acquiring the position information and the step of acquiring the position information, the shape of the corresponding portion of the base plate in the three-dimensional data of the modeled object is matched with the shape of the base plate obtained from the position information. Thus, the step of adjusting the laser irradiation position is included.
In addition, the description from the following description of this paragraph to the 0016 paragraph corresponds to the description of the scope of claims at the beginning of the application, but is also useful in the scope of claims after amendment.
In order to solve the above problems, the additive manufacturing apparatus of the present invention laser-sinters powder materials placed in layers on the base plate based on the three-dimensional data of the modeled object, and stacks the sintered layers. Thus, it is a layered manufacturing apparatus that manufactures a modeled object integrated with the base plate, and fixes the base plate that has been processed into the shape of the base plate part in the desired modeled object in advance to an arbitrary position on the platform as a work table. General-purpose fixing means, position acquisition means for acquiring position information giving the shape of the base plate on the platform, and irradiation position adjustment means for adjusting the laser irradiation position based on the acquired position information.
[0010]
Thereby, even when the base plate is already processed into the shape of the base plate portion of the modeled object, it can be easily fixed to the platform, and the working time and cost can be reduced. In addition, position acquisition means is provided so that the laser beam can be applied to an appropriate position regardless of the fixed position, and the work process does not increase unnecessarily.
[0011]
Moreover, the general-purpose fixing means in the additive manufacturing apparatus of the present invention is an adapter plate and a first attachment means for attaching a base plate to the adapter plate, and an arbitrary portion of holes regularly arranged in the adapter plate, You may consist of the 1st attachment means which couple | bonds the hole provided in the base plate with the volt | bolt or the knockout pin, and the 2nd attachment means which attaches an adapter plate to the predetermined position on a platform.
[0012]
Further, the general-purpose fixing means in the additive manufacturing apparatus of the present invention may be composed of a magnetic body included in the base plate and a magnet or an electromagnet provided on the platform, and may fix both by magnetic force.
[0013]
Further, the general-purpose fixing means in the additive manufacturing apparatus of the present invention may be provided with a vacuum suction port in a portion facing the base plate on the platform, and fix both by a suction force.
[0014]
In the additive manufacturing apparatus of the present invention, the position acquisition means is installed above the platform, and compares the camera for photographing the base plate, the image data of the photographed base plate, and the corresponding part of the three-dimensional data of the modeled object. And calculating means for calculating the position of the base plate on the platform.
[0015]
Further, in the additive manufacturing apparatus of the present invention, when the adapter plate is used, the hole provided in the base plate is at a predetermined position of the base plate, and the position acquisition means includes first mounting means provided by a user of the apparatus. Based on the mounting position information of the second mounting means, the position of the base plate on the platform can be acquired.
[0016]
Further, in the additive manufacturing apparatus of the present invention, when using the adapter plate, the position acquisition means includes attachment position information based on the first attachment means and the second attachment means, and position information obtained by the calculation means based on the image data. May be used together to acquire the position.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[0018]
FIG. 1 is a schematic diagram showing an additive manufacturing apparatus according to the present embodiment. The main configuration of the apparatus is the same as that described with reference to FIG. That is, a base plate 32 is fixed on a platform 30 which is a work table of the apparatus, and although not shown here, the metal powder material 12 is sintered by the laser beam 22 for each thin layer. The base plate 32 is a part that finally becomes a part of the modeled object, and in this embodiment, the one that has been processed into the shape of the modeled object in advance can be used. The means for fixing the base plate 32 to the platform 30 is a general-purpose fixing means. As will be described in detail later, the base plate 32 corresponds to various shapes of the base plate 32, and the fixing position is also flexible. Have. For this reason, in laser sintering, it is necessary to know where the base plate 32 is arranged on the platform 30. Therefore, a camera 34 fixed above the platform 30 and a calculation unit 36 for processing an image of the base plate 32 taken by the camera 34 are provided as position acquisition means. This process can be displayed on a monitor 38 attached to the calculation unit 36. The driving driver 40 receives the result of position determination from the calculation unit 36 as an irradiation position adjusting means, and appropriately changes the angle of the mirror 42 based on the content. The mirror 42 plays a role of reflecting the laser beam 22 to a desired irradiation position, and can correspond to the base plate 32 placed at an arbitrary place on the platform 30 by adjusting the driving driver 40. Since FIG. 1 is a schematic diagram, the camera 34 is drawn directly under the mirror 42, but it goes without saying that the camera 34 is actually arranged so as not to block the laser beam 22. Yes.
[0019]
FIG. 2 is a schematic perspective view for explaining the vicinity of the platform 30. Here, the base plate 32 is fixed to the platform 30 via the adapter plate 44. The adapter plate 44 is a square having approximately the same size as the platform 30 and the base plate 32 processed into the shape of the base plate 32 portion of the model 46 is fixed thereon. A camera 34 is fixed to the upper part of the platform 30 so that the entire adapter plate 44 and the base plate 32 can be photographed.
[0020]
FIG. 3 is a top view of the adapter plate 44. Platform mounting holes 48 are provided at the four corners of the square, and a plurality of base plate mounting holes 50 (four rows and four rows in the illustrated example) arranged at equal intervals are provided inside thereof. FIG. 4 is a cross-sectional view of the AA ′ portion of FIG. 3 and shows the cross-sectional structures of the platform mounting hole 48 and the base plate mounting hole 50. In this case, both are T-shaped with substantially the same shape, and the platform mounting hole 48 has a wide portion on the upper surface of the adapter plate 44 and the base plate mounting hole 50 on the lower surface. Although not shown, a hole is also formed in the lower surface of the base plate 32 that has been processed into the shape of a desired modeled object. This hole is a screw hole, and constitutes a first attachment means for fixing the base plate 32 to the adapter plate 44 together with the base plate attachment hole 50 and a screwed bolt for fastening both. In the first attachment means, the base plate 32 can be attached to any base plate attachment hole 50 under the condition that the base plate 32 is disposed in the adapter plate 44.
[0021]
Although not shown, four holes corresponding to the platform mounting holes 48 are formed on the upper surface of the platform 30. The four holes are threaded in the holes, and constitute the second mounting means together with the platform mounting hole 48 and threaded bolts passed to both. The second attachment means can fix the adapter plate 44 to which the base plate 32 is fixed at a predetermined position of the platform 30.
[0022]
By the first mounting means and the second mounting means, general-purpose fixing means for fixing the base plate 32 having a desired shape at an arbitrary position on the platform 30 is realized. In the description here, the first mounting means and the second mounting means are screwed by bolts, but it is not always necessary to provide screws and can be replaced by knock pins or the like. Furthermore, alternative means such as fixing the knock pin to the adapter plate 44 in advance may be used.
[0023]
FIG. 5 is a schematic perspective view showing that the universal fixing means is achieved by other means. What is characteristic in this configuration is that, unlike the configuration of FIG. 2, the adapter plate 44 is not used, and the base plate 32 is directly fixed to the platform 30. Fixing is realized by magnetic force. That is, the base plate 32 is made of an alloy containing a metal having magnetism, and the electromagnet 52 is installed behind the platform 30 so that when the electromagnet 52 is operated, both are fixed by magnetic force. Of course, a magnet may be used instead of the electromagnet 52. Even when the entire base plate 32 does not have magnetism, the same effect can be obtained by adhering a magnetic substance to the side in contact with the platform 30.
[0024]
The fixing position of the base plate 32 may be any position on the platform 30 as long as laser sintering is possible. Which position is fixed can be grasped by using a position acquisition means for processing an image photographed by the camera 34 as in the means shown above.
[0025]
FIG. 6 is a schematic perspective view for explaining another general-purpose fixing means. Here, two vacuum suction ports 54a and 54b are provided on the platform 30 at an appropriate distance. And the base plate 32 is arrange | positioned in the position which block | closes the decompression suction ports 54a and 54b. FIG. 7 is a cross-sectional view that passes through the vicinity of the center of the vacuum suction port 54a, and shows that an O-ring that maintains airtightness with the base plate 32 is disposed around the vacuum suction port 54a.
[0026]
A decompression pump (not shown) is installed at the tip of the decompression suction ports 54a and 54b. When the pump is operated after the base plate 32 is placed at an arbitrary position that closes the reduced pressure suction ports 54a and 54b, the pressure in the reduced pressure suction ports 54a and 54b decreases, and the base plate 32 is sucked and fixed. Note that only one decompression suction port 54a, 54b can be arranged, or three or more can be arranged. If the base plate 32 is small and does not block all the vacuum suction ports 54a and 54b, the vacuum suction ports 54a and 54b can be covered without any trouble. The fixed position for laser sintering can also be determined by position acquisition means using the camera 34.
[0027]
Here, the process of the position acquisition unit that processes the image captured by the camera 34 by the calculation unit 36 will be briefly described. The purpose of image processing is to obtain the position on the platform 30 where the base plate 32 is located. Therefore, in general, it is desirable to be able to photograph the entire outer frame of the platform 30 having a predetermined size. Of course, when the adapter plate 44 having a fixed size is fixed at a predetermined position on the platform 30, it is only necessary to take a picture so as to include the outer frame of the adapter plate 44.
[0028]
Various methods can be used for processing the captured image. As one method, based on the difference in luminance between the platform 30 and the base plate 32, a process of extracting a boundary line between the two using a primary spatial difference filter or the like can be mentioned. The obtained boundary line data is compared with the contour line data of the corresponding part of the base plate 32 possessed by the CAD, and the parallel movement distance and rotation angle necessary for making the two best match, and the amount of enlargement / reduction as required Is calculated. In comparison, it goes without saying that accuracy is improved if image distortion due to the difference in distance from the camera 34 is corrected by coordinate transformation. Further, by performing this correction process, it is not necessary to install the camera 34 directly above the base plate 32.
[0029]
Moreover, you may grasp | ascertain the location contained in the baseplate 32 as a surface by binarization etc. In this case, by comparing with the information on the surface of the base plate 32 possessed by the CAD, the coordinate conversion parameters necessary to best match the two can be obtained. The obtained coordinate conversion parameters are sent to the driving driver 40 which is an irradiation position adjusting means, and used for changing the irradiation position of the laser beam 22. The irradiation position is changed simply by adjusting the operating angle of the mirror 42.
[0030]
Next, it supplements about the position acquisition means in the case of using the adapter plate 44. FIG. As described above, the adapter plate 44 is fixed at a predetermined position on the platform 30 in the second attachment means. In the first attachment means, the base plate attachment holes 50 on the adapter plate 44 are arranged at equal intervals. Therefore, the holes provided in the lower surface of the base plate 32 are, for example, equally spaced holes having the same distance as the base plate mounting holes 50, and the shape of the base plate 32 is set so as to have a predetermined positional relationship with respect to the equally spaced holes. If determined, by connecting the base plate 32 and the adapter plate 44 with specific holes, the positional relationship between them can be uniquely determined. At this time, since the positional relationship between the base plate 32 and the platform 30 is also uniquely determined, information on the positional relationship is given to the calculation unit 36, and the driving driver 40 is controlled based only on the positional relationship information. Is possible. It is also possible to improve the accuracy by using the positional relationship information together with the positional relationship detection result by image processing.
[0031]
In the above description, it has been assumed that the modeled object 46 in the layered modeling apparatus is a metal. That is, the base plate 32 and the metal powder material 12 have been made of metal. However, in the layered modeling apparatus, a technique for generating a modeled object with a resin has also been established, and this embodiment can also be applied to resin modeling.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram of an apparatus configuration in the present embodiment.
FIG. 2 is a schematic perspective view showing a part of the apparatus configuration.
FIG. 3 is a plan view showing a part of the apparatus configuration.
FIG. 4 is a partial cross-sectional view of the device configuration.
FIG. 5 is a schematic perspective view showing another aspect of the apparatus configuration.
FIG. 6 is a schematic perspective view showing still another aspect of the apparatus configuration.
FIG. 7 is a cross-sectional view of still another aspect of the device configuration.
FIG. 8 is a schematic view showing a work procedure of a conventional additive manufacturing apparatus.
[Explanation of symbols]
12 Metal powder material, 14,30 platform, 16,32 Base plate, 18,46 Model, 20 Laser generator, 22 Laser beam, 24, 42 Mirror, 34 Camera, 36 Calculation unit, 40 Driver for driver, 44 Adapter plate, 48 Platform mounting hole, 50 Base plate mounting hole, 52 Electromagnet, 54a, 54b Vacuum suction port, 56a, 56b O-ring.

Claims

Laminate modeling equipment that produces a model that is integrated with the base plate by laser-sintering the powder material placed in layers on the base plate based on the three-dimensional data of the model and stacking the sintered layers Because
General-purpose fixing means for fixing a base plate of a desired shape to an arbitrary position on the platform as a work table;
Position acquisition means for acquiring position information that gives the shape of the base plate on the platform;
Irradiation position adjustment for adjusting the laser irradiation position based on the position information acquired by the acquisition means so that the shape of the corresponding portion of the base plate in the three-dimensional data of the model matches the shape of the base plate obtained from the position information Means,
An additive manufacturing apparatus.

The additive manufacturing apparatus according to claim 1,
The additive manufacturing apparatus characterized in that the base plate is processed in advance into a shape of a base plate portion in a desired object.

The additive manufacturing apparatus according to claim 2,
The layered manufacturing apparatus characterized in that the irradiation position adjusting means adjusts the laser irradiation position by comparing the shape of the base plate and the shape of the modeled object.

The additive manufacturing apparatus according to claim 1,
The layered manufacturing apparatus characterized in that the acquisition means acquires position information about a contour line that gives a shape of a base plate.

The additive manufacturing apparatus according to claim 1,
The layered manufacturing apparatus characterized in that the acquisition means acquires position information about a surface that gives a shape of a base plate.

Based on the three-dimensional data of the modeled object, the powder material placed in layers on the base plate is laser-sintered and the sintered layers are stacked to produce a modeled object integrated with the base plate. And
Fixing a base plate having a desired shape at an arbitrary position on a platform as a work table;
Obtaining position information that gives the shape of the base plate fixed on the platform;
Based on the position information acquired in the step of acquiring the position information, the laser irradiation position is adjusted so that the shape of the corresponding portion of the base plate in the three-dimensional data of the model matches the shape of the base plate obtained from the position information. And a process of
A method for producing a shaped article comprising: