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JP5764751B2 - Manufacturing method and manufacturing apparatus for three-dimensional shaped object - Google Patents
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Description

本発明は、三次元形状造形物の製造方法およびその製造装置に関する。より詳細には、本発明は、粉末層の所定箇所に光ビームを照射して固化層を形成することを繰り返し実施することによって複数の固化層が積層一体化した三次元形状造形物を製造する方法およびそのための装置に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a three-dimensional shaped object and a manufacturing apparatus therefor. More specifically, the present invention manufactures a three-dimensional shaped object in which a plurality of solidified layers are laminated and integrated by repeatedly performing formation of a solidified layer by irradiating a predetermined portion of the powder layer with a light beam. The present invention relates to a method and an apparatus therefor.

従来より、材料粉末に光ビームを照射して三次元形状造形物を製造する方法(一般的には「粉末焼結積層法」と称される)が知られている。かかる方法では、「(i)粉末層の所定箇所に光ビームを照射することよって、かかる所定箇所の粉末を焼結又は溶融固化させて固化層を形成し、(ii)得られた固化層の上に新たな粉末層を敷いて同様に光ビームを照射して更に固化層を形成する」といったことを繰り返して三次元形状造形物を製造している(特許文献1または特許文献2参照)。材料粉末として金属粉末やセラミック粉末などの無機質の材料粉末を用いた場合では、得られた三次元形状造形物を金型として用いることができ、樹脂粉末やプラスチック粉末などの有機質の材料粉末を用いた場合では、得られた三次元形状造形物をモデルとして用いることができる。このような製造技術によれば、複雑な三次元形状造形物を短時間で製造することが可能である。   Conventionally, a method of manufacturing a three-dimensional shaped object by irradiating a material powder with a light beam (generally referred to as “powder sintering lamination method”) is known. In such a method, “(i) by irradiating a predetermined portion of the powder layer with a light beam, the powder at the predetermined portion is sintered or melt-solidified to form a solidified layer, and (ii) of the obtained solidified layer A three-dimensional shaped article is manufactured by repeating the process of “laying a new powder layer on the top and irradiating the same with a light beam to form a solidified layer” (see Patent Document 1 or Patent Document 2). When inorganic material powder such as metal powder or ceramic powder is used as material powder, the obtained three-dimensional shaped object can be used as a mold, and organic material powder such as resin powder or plastic powder can be used. In such a case, the obtained three-dimensional shaped object can be used as a model. According to such a manufacturing technique, it is possible to manufacture a complicated three-dimensional shaped object in a short time.

材料粉末として金属粉末を用い、得られる三次元形状造形物を金型として用いる場合を例にとると、図1に示すように、まず、所定の厚みt1の粉末層22を基板21上に形成した後(図1(a)参照)、光ビームを粉末層22の所定箇所に照射して、造形プレート21上において固化層24を形成する。そして、形成された固化層24の上に新たな粉末層22を敷いて再度光ビームを照射して新たな固化層を形成する。このように固化層を繰り返し形成すると、複数の固化層24が積層一体化した三次元形状造形物を得ることができる(図1(b)参照)。   Taking a case where a metal powder is used as a material powder and the obtained three-dimensional shaped object is used as a mold, as shown in FIG. 1, first, a powder layer 22 having a predetermined thickness t1 is formed on a substrate 21 as shown in FIG. After that (see FIG. 1A), a light beam is irradiated onto a predetermined portion of the powder layer 22 to form a solidified layer 24 on the modeling plate 21. Then, a new powder layer 22 is laid on the formed solidified layer 24 and irradiated again with a light beam to form a new solidified layer. When the solidified layer is repeatedly formed in this way, a three-dimensional shaped object in which a plurality of solidified layers 24 are laminated and integrated can be obtained (see FIG. 1B).

特表平1−502890号公報JP-T-1-502890 特開2000−73108号公報JP 2000-73108 A

三次元形状造形物の製造は、造形物の酸化などを防止すべく所定の不活性雰囲気下に保たれたチャンバー内で行われることが多い。チャンバー内には「粉末層を形成する手段」、「粉末層および/または固化層が形成されることになる造形テーブル」などが設置されている一方、チャンバー外には光ビーム照射手段が設置されている。光ビーム照射手段から発せられた光ビームは、チャンバーの光透過窓を通じて粉末層の所定箇所へと照射される。例えば図2(a)および(b)を参照すると分かるように、チャンバー50には光透過窓52が設けられており、光ビームLが光透過窓52を通過してチャンバー50内に入射される。   In many cases, the three-dimensional shaped object is manufactured in a chamber maintained in a predetermined inert atmosphere in order to prevent oxidation of the formed object. In the chamber, there are “means for forming a powder layer”, “a modeling table on which a powder layer and / or a solidified layer is to be formed” and the like, while a light beam irradiation means is provided outside the chamber. ing. The light beam emitted from the light beam irradiation means is irradiated to a predetermined portion of the powder layer through the light transmission window of the chamber. For example, as can be seen with reference to FIGS. 2A and 2B, the chamber 50 is provided with a light transmission window 52, and the light beam L enters the chamber 50 through the light transmission window 52. .

ここで、粉末層に光ビームを照射して粉末を焼結又は溶融固化させる際、図2(a)おおび(b)に示すように、“ヒューム”8と呼ばれる煙状の物質(例えば金属蒸気または樹脂蒸気)がビーム照射箇所から発生する。このヒュームは上昇してチャンバーの光透過窓に付着したり焼き付いたりするので(図3参照)、光透過窓が曇ってしまい光ビームの透過率や屈折率などが低下し得る。光ビームの透過率や屈折率などが低下すると、所望の固化層を得ることができず、当初意図した造形物の製造が妨げられることになる。特に、粉末層として金属粉末層を用いた場合では、「焼結が安定しない」とか「焼結密度を高くすることができない」等の理由によって三次元形状造形物の強度が低下してしまうことが懸念される。   Here, when the powder layer is irradiated with a light beam to sinter or melt and solidify the powder, as shown in FIGS. 2A and 2B, a smoke-like substance called “fume” 8 (for example, a metal) Vapor or resin vapor) is generated from the beam irradiation site. Since this fume rises and adheres to or burns into the light transmission window of the chamber (see FIG. 3), the light transmission window becomes cloudy and the light beam transmittance, refractive index, and the like can be lowered. When the transmittance or refractive index of the light beam is lowered, a desired solidified layer cannot be obtained, and the manufacture of the originally shaped object is hindered. In particular, when a metal powder layer is used as the powder layer, the strength of the three-dimensional shaped object decreases due to reasons such as “sintering is not stable” or “sintering density cannot be increased”. Is concerned.

また、ヒュームは、チャンバー内に入射した光ビームに対して直接的に影響を及ぼし得る。具体的には、発生したヒュームは上昇し得るが、上昇するヒュームが光ビームの経路を遮る場合があり、光ビームの照射量(粉末層に対して照射される量)が低減し得る。つまり、ヒュームの遮りに起因して、粉末層に供される光ビームのエネルギー量が所定の値よりも低下してしまうことが懸念される。   Also, the fumes can directly affect the light beam incident in the chamber. Specifically, the generated fumes can rise, but the rising fumes may block the path of the light beam, and the amount of irradiation of the light beam (the amount irradiated to the powder layer) can be reduced. That is, there is a concern that the amount of energy of the light beam provided to the powder layer may be lower than a predetermined value due to the blockage of the fume.

本発明は、かかる事情に鑑みて為されたものである。即ち、本発明の課題は、発生するヒュームの影響をできるだけ抑えた粉末焼結積層法を提供することである。   The present invention has been made in view of such circumstances. That is, an object of the present invention is to provide a powder sintering lamination method in which the influence of generated fumes is suppressed as much as possible.

上記課題を解決するため、本発明では、
(i)粉末層の所定箇所に光ビームを照射して当該所定箇所の粉末を焼結又は溶融固化させて固化層を形成する工程、および
(ii)得られた固化層の上に新たな粉末層を形成し、その新たな粉末層の所定箇所に光ビームを照射して更なる固化層を形成する工程
をチャンバー内において繰り返して行う三次元形状造形物の製造方法であって、
チャンバーに設けられた光透過窓の下方空間領域を包囲する筒部材を設け、その筒部材の内部にチャンバー内雰囲気とは異なる温度または種類のガスを供給することを特徴とする、三次元形状造形物の製造方法が提供される。
In order to solve the above problems, in the present invention,
(I) a step of irradiating a predetermined portion of the powder layer with a light beam to sinter or melt-solidify the powder at the predetermined portion to form a solidified layer; and (ii) a new powder on the obtained solidified layer A method for producing a three-dimensional shaped object, wherein a step of forming a layer and irradiating a predetermined portion of the new powder layer with a light beam to form a further solidified layer is repeated in the chamber,
A three-dimensional shape molding characterized by providing a cylindrical member surrounding a lower space region of a light transmission window provided in a chamber, and supplying a gas of a temperature or type different from the atmosphere in the chamber into the cylindrical member A method of manufacturing an article is provided.

ある好適な態様では、「チャンバー内雰囲気とは異なる温度または種類のガス」として、チャンバー内雰囲気の温度よりも低温のガスを筒部材の内部に供給し、その低温のガスとチャンバー内雰囲気との温度差に起因した自然対流によって“低温のガス”を下方へと移動させる。   In a preferred embodiment, a gas having a temperature or type different from that in the chamber atmosphere is supplied to the inside of the cylindrical member as a gas having a temperature or type different from that in the chamber atmosphere, and the low-temperature gas and the chamber atmosphere are mixed. The “cold gas” is moved downward by natural convection due to the temperature difference.

ある好適な態様では、「チャンバー内雰囲気とは異なる温度または種類のガス」として、チャンバー内雰囲気のガスよりも軽いガスを筒部材の内部に仕込み、その軽いガスを筒部材の内部に存在させた状態で固化層の形成を行う。筒部材の内部に仕込む“軽いガス”としてはアルゴンまたはヘリウムを用いることが好ましい。また、このような態様では、“軽いガス”としてチャンバー内雰囲気ガスの温度よりも高温のガスを使用することも好ましい。   In a preferred aspect, a gas that is lighter than the gas in the chamber atmosphere is charged into the cylindrical member as “a gas having a temperature or type different from that in the chamber atmosphere”, and the light gas is allowed to exist in the cylindrical member. A solidified layer is formed in the state. Argon or helium is preferably used as the “light gas” charged into the cylindrical member. In such an embodiment, it is also preferable to use a gas having a temperature higher than the temperature of the atmospheric gas in the chamber as the “light gas”.

ある好適な態様では、筒部材の下端部を起点にガスを流すことによって環状ガス流れを付加的に形成する。環状ガス流れの形成には環状ガス供給部材を使用してよい。例えば、筒部材の下端部に環状ガス供給部材を設け、その環状ガス供給部材からガスを下方へと供給することによって環状ガス流れを形成してよい。あるいは、環状ガス流れの形成にファンを用いてもよい。例えば、チャンバーの内部に設けたファンを駆動することによって環状ガス流れを形成してもよい。このような環状ガス流れの形成は、光ビームの照射時においてのみ行ってよい。   In a preferred aspect, an annular gas flow is additionally formed by flowing a gas from the lower end of the cylindrical member. An annular gas supply member may be used to form the annular gas flow. For example, the annular gas flow may be formed by providing an annular gas supply member at the lower end of the cylindrical member and supplying gas downward from the annular gas supply member. Alternatively, a fan may be used to form the annular gas flow. For example, the annular gas flow may be formed by driving a fan provided inside the chamber. Such an annular gas flow may be formed only during irradiation with a light beam.

本発明では、上述した製造方法を実施するための「三次元形状造形物の製造装置」も提供される。かかる三次元形状造形物の製造装置は、
粉末層を形成するための粉末層形成手段、
固化層が形成されるように粉末層に光ビームを照射するための光ビーム照射手段、
粉末層および/または固化層が形成されることになる造形テーブル、ならびに
粉末層形成手段および造形テーブルを内部に具備するチャンバー
を有して成り、
チャンバーに設けられた光透過窓の下方空間領域を包囲する筒部材、および、その筒部材の内部にチャンバー内雰囲気とは異なる温度または種類のガスを供給するための手段を更に有して成る。
In this invention, the "manufacturing apparatus of a three-dimensional shape molded article" for implementing the manufacturing method mentioned above is also provided. The manufacturing apparatus of such a three-dimensional shaped object is
Powder layer forming means for forming a powder layer,
A light beam irradiation means for irradiating the powder layer with a light beam so as to form a solidified layer;
A molding table on which a powder layer and / or a solidified layer is to be formed; and a chamber having a powder layer forming means and a molding table therein,
It further includes a cylindrical member surrounding a lower space region of the light transmission window provided in the chamber, and means for supplying a gas having a temperature or type different from the atmosphere in the chamber into the cylindrical member.

本発明では、光ビームの照射によって発生するヒュームをチャンバーの光透過窓から離れるように移動させることができる。特に、上昇するヒュームを“筒部材の内部のガス”および/または“環状ガス流れ”によって押さえつけるようにして放射状に外側へと移動させることができる。これにより、チャンバー光透過窓の“曇り”を防止できると共に、“ヒュームによる光ビーム経路の遮り”をも防止できる。   In the present invention, the fumes generated by the light beam irradiation can be moved away from the light transmission window of the chamber. In particular, the rising fumes can be moved radially outwards by being pressed by “gas inside the cylinder member” and / or “annular gas flow”. Thereby, “fogging” of the chamber light transmission window can be prevented, and “blocking of the light beam path by fumes” can also be prevented.

つまり、本発明では、チャンバー内へと入射される光ビームの透過率の低下や屈折率の変化を防ぐことができ、所望の固化層形成が達成される。より具体的に言えば、粉末層が金属粉末層であって固化層が焼結層となる場合、『焼結が安定しないとか、あるいは、焼結部分の密度を高くすることができない』といった不都合を回避することができ、三次元形状造形物の強度を実質的に均一に保持できる。   That is, in the present invention, it is possible to prevent a decrease in the transmittance of the light beam incident into the chamber and a change in the refractive index, thereby achieving a desired solidified layer formation. More specifically, when the powder layer is a metal powder layer and the solidified layer is a sintered layer, the inconvenience that “sintering is not stable or the density of the sintered portion cannot be increased”. Can be avoided, and the strength of the three-dimensional shaped object can be kept substantially uniform.

光造形複合加工機の動作を模式的に示した断面図Sectional view schematically showing the operation of the stereolithography combined processing machine 光ビームの照射によってヒュームがチャンバー内に発生する態様を模式的に表した斜視図(図2(a):切削機構を備えた複合装置、図2(b):切削機構を備えていない装置)FIG. 2A is a perspective view schematically illustrating a mode in which fumes are generated in the chamber by irradiation with a light beam (FIG. 2A: a composite apparatus having a cutting mechanism, FIG. 2B: an apparatus having no cutting mechanism). チャンバー内におけるヒュームの流れを模式的に示した断面図Sectional view schematically showing the flow of fume in the chamber 粉末焼結積層法が行われる態様を模式的に示した斜視図The perspective view which showed typically the aspect by which the powder sintering lamination method is performed 粉末焼結積層法が実施される光造形複合加工機の構成を模式的に示した斜視図The perspective view which showed typically the structure of the optical shaping complex processing machine by which a powder sintering lamination method is implemented 光造形複合加工機の動作のフローチャートFlow chart of operation of stereolithography combined processing machine 光造形複合加工プロセスを経時的に表した模式図Schematic representation of the optical modeling complex processing process over time 本発明の概念を模式的に表した図A diagram schematically showing the concept of the present invention 筒部材の内部に低温ガスを供給する態様を模式的に示した断面図(図9(a))およびそれに使用する部材の斜視図(図9(b))Sectional drawing (FIG. 9 (a)) which showed typically the aspect which supplies low temperature gas to the inside of a cylindrical member, and the perspective view of the member used for it (FIG.9 (b)) 「光透過窓の周囲」を説明するための模式図(図10(a):水平方向断面が円形状の光透過窓の場合、図10(b):水平方向断面が四角形状又は矩形状の場合)Schematic diagram for explaining “around the light transmission window” (FIG. 10A: when the horizontal cross section is a circular light transmission window, FIG. 10B: the horizontal cross section is rectangular or rectangular. If) 筒部材の内部に軽ガスを供給する態様を模式的に示した断面図(図11(a))およびそれに使用する部材の斜視図(図11(b))Sectional drawing (FIG. 11 (a)) which showed the aspect which supplies light gas inside a cylindrical member typically, and the perspective view of the member used for it (FIG.11 (b)) 筒部材の内部に低温ガスを供給することに加えて、筒部材の下端部を起点にした下方環状ガス流れを付加的に形成する態様を模式的に示した断面図(図12(a))およびそれに使用する部材の斜視図(図12(b))Sectional drawing which showed typically the aspect which additionally forms the downward annular gas flow from the lower end part of a cylinder member in addition to supplying low temperature gas to the inside of a cylinder member (Fig.12 (a)) And the perspective view of the member used for it (FIG.12 (b)) 筒部材の内部に軽ガスを供給することに加えて、筒部材の下端部を起点にした下方環状ガス流れを付加的に形成する態様を模式的に示した断面図(図13(a))およびそれに使用する部材の斜視図(図13(b))Sectional drawing which showed typically the aspect which additionally forms the downward annular gas flow from the lower end part of a cylinder member in addition to supplying light gas to the inside of a cylinder member (Fig.13 (a)) FIG. 13B is a perspective view of members used for the same (FIG. 13B). 環状ガス供給部材の局所的な吐出開口部の態様を模式的に示した斜視図(図14(a))および環状ガス供給部材のスリット状吐出開口部の態様を模式的に示した斜視図(図14(b))FIG. 14A is a perspective view schematically showing a local discharge opening portion of the annular gas supply member, and a perspective view schematically showing a slit-like discharge opening portion of the annular gas supply member. FIG. 14 (b)) 環状ガス流れの形成にファンを用いる態様を模式的に表した断面図Sectional drawing which represented typically the aspect which uses a fan for formation of annular gas flow

以下では、図面を参照して本発明をより詳細に説明する。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the drawings.

本明細書において「粉末層」とは、例えば「金属粉末から成る金属粉末層」または「樹脂粉末から成る樹脂粉末層」などを指している。また「粉末層の所定箇所」とは、製造される三次元形状造形物の領域を実質的に意味している。従って、かかる所定箇所に存在する粉末に対して光ビームを照射することによって、その粉末が焼結又は溶融固化して三次元形状造形物の形状を構成することになる。更に「固化層」とは、粉末層が金属粉末層である場合には「焼結層」を実質的に意味しており、粉末層が樹脂粉末層である場合には「硬化層」を実質的に意味している。   In this specification, “powder layer” refers to, for example, “a metal powder layer made of metal powder” or “a resin powder layer made of resin powder”. The “predetermined portion of the powder layer” substantially means a region of the three-dimensional shaped article to be manufactured. Therefore, by irradiating the powder existing at the predetermined location with a light beam, the powder is sintered or melted and solidified to form the shape of the three-dimensional shaped object. Further, the “solidified layer” substantially means “sintered layer” when the powder layer is a metal powder layer, and substantially means “cured layer” when the powder layer is a resin powder layer. Meaning.

[粉末焼結積層法]
まず、本発明の製造方法の前提となる粉末焼結積層法について説明する。説明の便宜上、材料粉末タンクから材料粉末を供給し、均し板を用いて材料粉末を均して粉末層を形成する態様を前提として粉末焼結積層法を説明する。また、粉末焼結積層法に際しては造形物の切削加工をも併せて行う複合加工の態様を例に挙げて説明する(つまり、図2(b)ではなく図2(a)に表す態様を前提とする)。図1,4および5には、粉末焼結積層法と切削加工とを実施できる光造形複合加工機の機能および構成が示されている。光造形複合加工機1は、「金属粉末および樹脂粉末などの粉末を所定の厚みで敷くことによって粉末層を形成する粉末層形成手段2」と「外周が壁27で囲まれた造形タンク29内において上下に昇降する造形テーブル20」と「造形テーブル20上に配され造形物の土台となる造形プレート21」と「光ビームLを任意の位置に照射する光ビーム照射手段3」と「造形物の周囲を削る切削手段4」とを主として備えている。粉末層形成手段2は、図1に示すように、「外周が壁26で囲まれた材料粉末タンク28内において上下に昇降する粉末テーブル25」と「造形プレート上に粉末層22を形成するための均し板23」とを主として有して成る。光ビーム照射手段3は、図4および図5に示すように、「光ビームLを発する光ビーム発振器30」と「光ビームLを粉末層22の上にスキャニング(走査)するガルバノミラー31(スキャン光学系)」とを主として有して成る。必要に応じて、光ビーム照射手段3には、光ビームスポットの形状を補正するビーム形状補正手段(例えば一対のシリンドリカルレンズと、かかるレンズを光ビームの軸線回りに回転させる回転駆動機構とを有して成る手段)やfθレンズなどが具備されている。切削手段4は、「造形物の周囲を削るミーリングヘッド40」と「ミーリングヘッド40を切削箇所へと移動させるXY駆動機構41(41a,41b)」とを主として有して成る(図4および図5参照)。
[Powder sintering lamination method]
First, the powder sintering lamination method as a premise of the production method of the present invention will be described. For the convenience of explanation, the powder sintering lamination method will be described on the premise that the material powder is supplied from the material powder tank and the material powder is leveled using a leveling plate to form a powder layer. Further, in the case of the powder sinter lamination method, a description will be given by taking as an example a mode of composite processing in which cutting of a molded article is also performed (that is, assuming the mode shown in FIG. 2A instead of FIG. 2B) And). 1, 4 and 5 show the function and configuration of a stereolithographic composite processing machine capable of performing the powder sintering lamination method and cutting. The optical modeling composite processing machine 1 includes “a powder layer forming means 2 for forming a powder layer by spreading a powder such as a metal powder and a resin powder with a predetermined thickness” and “in a modeling tank 29 whose outer periphery is surrounded by a wall 27. In FIG. 2, “a modeling table 20 that moves up and down”, “a modeling plate 21 that is arranged on the modeling table 20 and serves as a foundation of the modeling object”, “a light beam irradiation means 3 that irradiates a light beam L to an arbitrary position”, and “a modeling object” Cutting means 4 ”for cutting the periphery of the main body. As shown in FIG. 1, the powder layer forming means 2 includes “a powder table 25 that moves up and down in a material powder tank 28 whose outer periphery is surrounded by a wall 26” and “to form a powder layer 22 on a modeling plate”. And the leveling plate 23 ". As shown in FIGS. 4 and 5, the light beam irradiation means 3 includes a “light beam oscillator 30 that emits a light beam L” and a “galvanomirror 31 that scans (scans) the light beam L onto the powder layer 22 (scanning). Optical system) ”. If necessary, the light beam irradiation means 3 has beam shape correction means (for example, a pair of cylindrical lenses and a rotation drive mechanism for rotating the lenses around the axis of the light beam) for correcting the shape of the light beam spot. And an fθ lens. The cutting means 4 mainly includes “a milling head 40 that cuts the periphery of a modeled object” and “an XY drive mechanism 41 (41a, 41b) that moves the milling head 40 to a cutting location” (FIGS. 4 and 4). 5).

光造形複合加工機1の動作を図1、図6および図7を参照して詳述する。図6は、光造形複合加工機の一般的な動作フローを示しており、図7は、光造形複合加工プロセスを模式的に簡易に示している。   The operation of the optical modeling complex machine 1 will be described in detail with reference to FIG. 1, FIG. 6, and FIG. FIG. 6 shows a general operation flow of the optical modeling composite processing machine, and FIG. 7 schematically shows the optical modeling composite processing process schematically.

光造形複合加工機の動作は、粉末層22を形成する粉末層形成ステップ(S1)と、粉末層22に光ビームLを照射して固化層24を形成する固化層形成ステップ(S2)と、造形物の表面を切削する切削ステップ(S3)とから主に構成されている。粉末層形成ステップ(S1)では、最初に造形テーブル20をΔt1下げる(S11)。次いで、粉末テーブル25をΔt1上げた後、図1(a)に示すように、均し板23を、矢印A方向に移動させ、粉末テーブル25に配されていた粉末(例えば「平均粒径5μm〜100μm程度の鉄粉」または「平均粒径30μm〜100μm程度のナイロン、ポリプロピレン、ABS等の粉末」)を造形プレート21上へと移送させつつ(S12)、所定厚みΔt1に均して粉末層22を形成する(S13)。次に、固化層形成ステップ(S2)に移行し、光ビーム発振器30から光ビームL(例えば炭酸ガスレーザ(500W程度)、Nd:YAGレーザ(500W程度)、ファイバレーザ(500W程度)または紫外線など)を発し(S21)、光ビームLをガルバノミラー31によって粉末層22上の任意の位置にスキャニングし(S22)、粉末を溶融させ、固化させて造形プレート21と一体化した固化層24を形成する(S23)。光ビームは、空気中を伝達させることに限定されず、光ファイバーなどで伝送させてもよい。   The operation of the optical modeling composite processing machine includes a powder layer forming step (S1) for forming the powder layer 22, a solidified layer forming step (S2) for forming the solidified layer 24 by irradiating the powder layer 22 with the light beam L, It is mainly composed of a cutting step (S3) for cutting the surface of the modeled object. In the powder layer forming step (S1), the modeling table 20 is first lowered by Δt1 (S11). Next, after raising the powder table 25 by Δt1, as shown in FIG. 1A, the leveling plate 23 is moved in the direction of arrow A, and the powder (for example, “average particle size 5 μm”) ˜iron powder of about 100 μm ”or“ powder of nylon, polypropylene, ABS, etc. having an average particle size of about 30 μm to 100 μm ”is transferred onto the modeling plate 21 (S12), and the powder layer is averaged to a predetermined thickness Δt1 22 is formed (S13). Next, the process proceeds to the solidified layer forming step (S2), and the light beam L (for example, carbon dioxide laser (about 500 W), Nd: YAG laser (about 500 W), fiber laser (about 500 W), ultraviolet light, etc.) from the light beam oscillator 30) (S21), the light beam L is scanned to an arbitrary position on the powder layer 22 by the galvanometer mirror 31 (S22), and the powder is melted and solidified to form the solidified layer 24 integrated with the modeling plate 21. (S23). The light beam is not limited to being transmitted in the air, but may be transmitted by an optical fiber or the like.

固化層24の厚みがミーリングヘッド40の工具長さ等から求めた所定厚みになるまで粉末層形成ステップ(S1)と固化層形成ステップ(S2)とを繰り返し、固化層24を積層する(図1(b)参照)。尚、新たに積層される固化層は、焼結又は溶融固化に際して、既に形成された下層を成す固化層と一体化することになる。   The powder layer forming step (S1) and the solidified layer forming step (S2) are repeated until the thickness of the solidified layer 24 reaches a predetermined thickness obtained from the tool length of the milling head 40, and the solidified layer 24 is laminated (FIG. 1). (See (b)). In addition, the solidified layer newly laminated | stacked will be integrated with the solidified layer which comprises the already formed lower layer in the case of sintering or melt-solidification.

積層した固化層24の厚みが所定の厚みになると、切削ステップ(S3)へと移行する。図1および図7に示すような態様ではミーリングヘッド40を駆動させることによって切削ステップの実施を開始している(S31)。例えば、ミーリングヘッド40の工具(ボールエンドミル)が直径1mm、有効刃長さ3mmである場合、深さ3mmの切削加工ができるので、Δt1が0.05mmであれば、60層の固化層を形成した時点でミーリングヘッド40を駆動させる。XY駆動機構41(41a,41b)によってミーリングヘッド40を矢印X及び矢印Y方向に移動させ、積層した固化層24から成る造形物の表面を切削加工する(S32)。そして、三次元形状造形物の製造が依然終了していない場合では、粉末層形成ステップ(S1)へ戻ることになる。以後、S1乃至S3を繰り返して更なる固化層24を積層することによって、三次元形状造形物の製造を行う(図7参照)。   When the thickness of the laminated solidified layer 24 reaches a predetermined thickness, the process proceeds to the cutting step (S3). In the embodiment shown in FIGS. 1 and 7, the cutting step is started by driving the milling head 40 (S31). For example, when the tool (ball end mill) of the milling head 40 has a diameter of 1 mm and an effective blade length of 3 mm, a cutting process with a depth of 3 mm can be performed. Therefore, if Δt1 is 0.05 mm, 60 solidified layers are formed. At that time, the milling head 40 is driven. The milling head 40 is moved in the directions of the arrow X and the arrow Y by the XY drive mechanism 41 (41a, 41b), and the surface of the shaped object composed of the laminated solidified layer 24 is cut (S32). And when manufacture of a three-dimensional shape molded article has not ended yet, it will return to a powder layer formation step (S1). Thereafter, the three-dimensional shaped object is manufactured by repeating S1 to S3 and laminating a further solidified layer 24 (see FIG. 7).

固化層形成ステップ(S2)における光ビームLの照射経路と、切削ステップ(S3)における切削加工経路とは、予め三次元CADデータから作成しておく。この時、等高線加工を適用して加工経路を決定する。例えば、固化層形成ステップ(S2)では、三次元CADモデルから生成したSTLデータを等ピッチ(例えばΔt1を0.05mmとした場合では0.05mmピッチ)でスライスした各断面の輪郭形状データを用いる。   The irradiation path of the light beam L in the solidified layer forming step (S2) and the cutting path in the cutting step (S3) are previously created from three-dimensional CAD data. At this time, a machining path is determined by applying contour line machining. For example, in the solidified layer forming step (S2), contour shape data of each cross section obtained by slicing STL data generated from a three-dimensional CAD model at an equal pitch (for example, 0.05 mm pitch when Δt1 is 0.05 mm) is used. .

[本発明の製造方法]
本発明は、上述した粉末焼結積層法のなかでも、特に光ビーム照射時の処理に特徴を有している。具体的には、光ビームの照射によって発生するヒュームの流れを“筒部材の内部のガス”によって、光透過窓から離れる方向へ導くことを特徴とする(図8参照)。これにより、チャンバー光透過窓の“曇り”を防止できると共に、“ヒュームによる光ビーム経路の遮り”を防止できる。
[Production method of the present invention]
The present invention is particularly characterized in the treatment during light beam irradiation among the powder sintering lamination methods described above. Specifically, the flow of fumes generated by irradiation of the light beam is guided in a direction away from the light transmission window by “gas inside the cylindrical member” (see FIG. 8). As a result, “fogging” of the chamber light transmission window can be prevented, and “blocking of the light beam path by fumes” can be prevented.

本明細書において「ヒューム」とは、三次元形状造形物の製造方法に際して、光ビームが照射される粉末層および/または固化層から発生する煙状の物質(例えば「金属粉末材料に起因した金属蒸気」または「樹脂粉末材料に起因した樹脂蒸気」)を指している。   In the present specification, “fume” refers to a smoke-like substance generated from a powder layer and / or a solidified layer irradiated with a light beam (for example, “a metal caused by a metal powder material” in the manufacturing method of a three-dimensional shaped object. “Vapor” or “resin vapor due to resin powder material”).

本発明では、図9(a)および(b)に示すように、光透過窓52の下方空間領域の少なくとも一部を包囲する筒部材80を使用する。筒部材80の内部にはチャンバー内雰囲気とは異なる温度または種類のガスを供給する。例えば、図示するように、チャンバー内雰囲気温度よりも低温のガス90を供給する。これによって、低温ガスに起因した自然対流によって低温ガス90を筒部材80の内部から下方へと移動させる。つまり、光透過窓52の下方領域にて下降気流を発生させ、それによって、ヒュームの上昇を押さえつける。その結果、押さえつけられたヒュームは水平方向外側へと移動し得ることになる。つまり、光透過窓および光ビーム経路から外れるようにヒュームが流れることになり、光透過窓の曇りや光ビームの減衰を効果的に防止できる。   In the present invention, as shown in FIGS. 9A and 9B, a cylindrical member 80 that surrounds at least a part of the lower space region of the light transmission window 52 is used. A temperature or type of gas different from the atmosphere in the chamber is supplied into the cylindrical member 80. For example, as illustrated, a gas 90 having a temperature lower than the atmospheric temperature in the chamber is supplied. Accordingly, the low temperature gas 90 is moved downward from the inside of the cylindrical member 80 by natural convection caused by the low temperature gas. That is, a downward airflow is generated in the lower region of the light transmission window 52, thereby suppressing the rise of the fume. As a result, the pressed fumes can move outward in the horizontal direction. That is, the fumes flow away from the light transmission window and the light beam path, so that fogging of the light transmission window and attenuation of the light beam can be effectively prevented.

本発明では、図9(b)に示すように、温調機93およびポンプ(図示せず)が設けられたガス導入ライン94aならびに当該ラインに連通して成るガス吐出部94bを介して低温ガスを筒部材80の内側空間へと供給してよい。このような供給によって、筒部材80の内側に低温ガス90を一旦充填することができる。筒部材80の内側に一旦充填された低温ガス90は、チャンバー内雰囲気ガスとの温度差に起因して、自然に下向きに移動し得るので、光透過窓52の下方領域にて下降気流が発生する。   In the present invention, as shown in FIG. 9B, a low temperature gas is supplied via a gas introduction line 94a provided with a temperature controller 93 and a pump (not shown) and a gas discharge part 94b communicating with the line. May be supplied to the inner space of the tubular member 80. By such supply, the inside of the cylindrical member 80 can be temporarily filled with the low temperature gas 90. The low-temperature gas 90 once filled inside the cylindrical member 80 can move downward naturally due to the temperature difference from the atmospheric gas in the chamber, so that a downdraft is generated in the lower region of the light transmission window 52. To do.

筒部材の内側空間に供給される低温ガス90の温度は、チャンバー内雰囲気温度よりも低いものであれば特に制限はない。例えば、低温ガス90の温度は、チャンバー内雰囲気温度(例えば室温25℃)よりも2℃〜30℃低いことが好ましく、より好ましくは5℃〜20℃低いことが好ましい。   The temperature of the low temperature gas 90 supplied to the inner space of the cylindrical member is not particularly limited as long as it is lower than the atmospheric temperature in the chamber. For example, the temperature of the low temperature gas 90 is preferably 2 ° C. to 30 ° C., more preferably 5 ° C. to 20 ° C. lower than the atmospheric temperature in the chamber (for example, room temperature 25 ° C.).

筒部材の内側空間に供給される低温ガスの種類は、特に制限はなく、種々のガスを用いることができる。例えば、チャンバー内に仕込まれる雰囲気ガスと異なる種類のガスを用いてよいし、あるいは同じ種類のガスを用いてもよい。例示すると、コスト的な観点からは“空気”を使用することが好ましい。また、粉末層および造形物の酸化防止の観点からは窒素ガスなどの不活性ガスを用いることが好ましい。   The kind of the low temperature gas supplied to the inner space of the cylindrical member is not particularly limited, and various gases can be used. For example, a different type of gas from the atmospheric gas charged in the chamber may be used, or the same type of gas may be used. For example, “air” is preferably used from the viewpoint of cost. Moreover, it is preferable to use inert gas, such as nitrogen gas, from a viewpoint of oxidation prevention of a powder layer and a molded article.

筒部材80は、図8および図9に示されるように光透過窓52の下方空間領域を包囲するものであれば、その態様などにつき特に制限はない。図示されるように、光透過窓52の周縁部に筒部材80の上端部が位置するように筒部材80を設置してよい。筒部材80の材質自体は金属やプラスチックなどであってよい。筒部材80の寸法について例示しておくと、例えば図9(b)に示される高さ寸法Lおよび厚み寸法Wは以下の通りである:

高さ寸法L:5〜50mm(例えば10〜25mm)

厚み寸法W:1〜50mm(例えば5〜15mm)
As long as the cylindrical member 80 surrounds the lower space region of the light transmission window 52 as shown in FIGS. As shown in the figure, the cylindrical member 80 may be installed so that the upper end of the cylindrical member 80 is located at the peripheral edge of the light transmission window 52. The material of the cylindrical member 80 itself may be metal or plastic. Illustrating the dimensions of the cylindrical member 80, for example, the height dimension L and the thickness dimension W shown in FIG. 9B are as follows:

-Height dimension L : 5 to 50 mm (for example, 10 to 25 mm)

Thickness dimension W : 1 to 50 mm (for example, 5 to 15 mm)

筒部材80の上端部が位置付られる箇所は光透過窓の周囲であることが好ましい。ここでいう「光透過窓の周囲」とは、光透過窓52の周縁エッジからの水平方向離隔距離(例えば図10に示すような“La”または“Lb”)が10cm以内の局所的領域、好ましくは5cm以内の局所的領域を指している。換言すれば、本発明にいう「光透過窓の周囲」は、図10で示されるような幅寸法LaまたはLbを有する斜線部領域に相当し得る。   The location where the upper end of the cylindrical member 80 is positioned is preferably around the light transmission window. As used herein, “around the light transmission window” refers to a local region having a horizontal separation distance (for example, “La” or “Lb” as shown in FIG. 10) within 10 cm from the peripheral edge of the light transmission window 52, It preferably refers to a local area within 5 cm. In other words, the “periphery of the light transmission window” referred to in the present invention can correspond to a shaded area having a width dimension La or Lb as shown in FIG.

“低温ガス90”に代えて、筒部材80の内部にはチャンバー内雰囲気ガスよりも軽いガスを供給してもよい。例えば、図11に示すように、軽ガス96を筒部材80の内部に仕込み、それによって筒部材80の内部に軽ガス96を存在させた状態で固化層の形成を行ってよい。かかる場合、光透過窓52の下方に軽ガス96のシール層を形成することができ、それによって、ヒュームの上昇を阻止できる。阻止されたヒュームは水平方向外側へと移動し得るので、光透過窓の曇りや光ビームの減衰を防止できる。つまり、筒部材80の内部に軽ガス96を仕込んでおくと、光透過窓および光ビーム経路から外れるようにヒュームが流れることになり、光透過窓の曇りや光ビームの減衰を防止できる。   Instead of the “cold gas 90”, a gas lighter than the atmospheric gas in the chamber may be supplied into the cylindrical member 80. For example, as shown in FIG. 11, the light gas 96 may be charged into the cylindrical member 80, and thereby the solidified layer may be formed in a state where the light gas 96 is present inside the cylindrical member 80. In such a case, a light gas 96 sealing layer can be formed below the light transmission window 52, thereby preventing fume from rising. Since the blocked fume can move outward in the horizontal direction, fogging of the light transmission window and attenuation of the light beam can be prevented. That is, if the light gas 96 is charged inside the cylindrical member 80, fumes flow away from the light transmission window and the light beam path, and fogging of the light transmission window and attenuation of the light beam can be prevented.

図11(b)に示すように、軽ガス96は、温調機97およびポンプ(図示せず)が設けられたガス導入ライン98aならびに当該ラインに連通して成るガス吐出部98bを介して筒部材80の内側空間へと供給してよい。このような供給によって、軽ガス96を筒部材80の内側に充填することができる。軽ガス96は、その比重に起因して、下方に移動しにくい傾向を有するので筒部材の内側空間に留まることになり、その結果、光透過窓52の下方に軽ガス96のシール層を形成することができる。   As shown in FIG. 11 (b), the light gas 96 is cylinderized via a gas introduction line 98a provided with a temperature controller 97 and a pump (not shown) and a gas discharge part 98b connected to the line. You may supply to the inner space of the member 80. FIG. By such supply, the light gas 96 can be filled inside the cylindrical member 80. The light gas 96 has a tendency to hardly move downward due to its specific gravity, so that the light gas 96 stays in the inner space of the cylindrical member. As a result, a light gas 96 seal layer is formed below the light transmission window 52. can do.

筒部材の内側空間に供給される軽ガスは、チャンバー内雰囲気ガスよりも軽いものであれば特に制限はない。つまり、軽ガスの比重がチャンバー内雰囲気ガスの比重よりも小さければよい。例えば、チャンバー内雰囲気ガスが窒素ガスの場合、低温ガスはアルゴンガスおよび/またはヘリウムガスなどであってよい。   The light gas supplied to the inner space of the cylindrical member is not particularly limited as long as it is lighter than the atmospheric gas in the chamber. That is, it is sufficient that the specific gravity of the light gas is smaller than the specific gravity of the atmospheric gas in the chamber. For example, when the atmospheric gas in the chamber is nitrogen gas, the low temperature gas may be argon gas and / or helium gas.

筒部材80の内側空間に仕込まれる軽ガス96の温度は、チャンバー内雰囲気ガスの温度よりも高いことが好ましい。これにより、チャンバー内雰囲気ガスとの温度差に起因して、軽ガス96が筒部材の内側空間により留まり易くなるので、軽ガス96のシール層が安定し得る。   The temperature of the light gas 96 charged in the inner space of the cylindrical member 80 is preferably higher than the temperature of the atmospheric gas in the chamber. As a result, the light gas 96 tends to stay in the inner space of the cylindrical member due to the temperature difference from the atmospheric gas in the chamber, so that the seal layer of the light gas 96 can be stabilized.

“低温ガス90”または“軽ガス96”を筒部材の内側空間に供給することに加えて、環状ガス流れを付加的に形成してもよい。より具体的には、図12および図13に示すように、筒部材80の下端部を起点にしてガスを下方へと流すことによって、環状ガス流れを形成してよい。これによって、筒部材の内部に供された“低温ガス90”または“軽ガス96”の効果と相俟って、ヒュームが水平方向外側へと更に移動し易くなる。つまり、光透過窓および光ビーム経路から外れるようにヒュームが更に流れ易くなり、光透過窓の曇りや光ビームの減衰をより効果的に防止できる。   In addition to supplying “cold gas 90” or “light gas 96” to the inner space of the tubular member, an annular gas flow may be additionally formed. More specifically, as shown in FIGS. 12 and 13, an annular gas flow may be formed by flowing gas downward from the lower end portion of the cylindrical member 80. Accordingly, in combination with the effect of the “cold gas 90” or “light gas 96” provided inside the cylindrical member, the fumes are further easily moved outward in the horizontal direction. That is, it becomes easier for the fumes to flow away from the light transmission window and the light beam path, and fogging of the light transmission window and attenuation of the light beam can be more effectively prevented.

環状ガス流れは、筒部材80の下端部から鉛直方向下向きにガスを流すことによって形成することが好ましい。この場合、実質的に下向きとなった環状ガス流れが形成されればよく、ガス流れの向きは鉛直方向下向きの方向から±20°の範囲あるいは±10°の範囲(例えば±5°の範囲)に入っていればよい。   The annular gas flow is preferably formed by flowing gas downward from the lower end of the cylindrical member 80 in the vertical direction. In this case, it is only necessary to form an annular gas flow that is substantially downward, and the direction of the gas flow is within a range of ± 20 ° or ± 10 ° (for example, a range of ± 5 °) from the vertical downward direction. Just enter.

環状ガス流れの形成には環状ガス供給部材70を使用してよい。例えば、環状ガス供給部材70(特にそのガス吐出部72)を筒部材80の下端部に設け、そのように設けられた環状ガス供給部材からガスを供給することによってガス流れの起点を筒部材の下端部にすることができる(図12および図13参照)。図12および図13に示されるように、環状ガス供給部材のガス導入ライン71は、筒部材80の胴部分を通過するように構成されていることが好ましい。   An annular gas supply member 70 may be used to form the annular gas flow. For example, the annular gas supply member 70 (particularly, the gas discharge portion 72) is provided at the lower end of the cylindrical member 80, and the gas flow is supplied from the annular gas supply member so provided so that the starting point of the gas flow is The lower end can be formed (see FIGS. 12 and 13). As shown in FIGS. 12 and 13, the gas introduction line 71 of the annular gas supply member is preferably configured to pass through the body portion of the cylindrical member 80.

環状ガス供給部材70は、好ましくは、ガス導入ライン71およびそれと連通して成る環状ガス吐出部72から構成されている。図示されるように、光透過窓52が円盤形状であれば、筒部材の断面がそれに対応して円形であることが好ましく、それゆえ、ガス吐出部72はリング形状を有することが好ましい。ガス吐出部72の形態は、“下向きの環状ガス流れ”が形成されるのであれば特に制限はなく、例えば図14(a)に示すようにガス吐出部72の開口部72aが局所的に複数設けられた態様であってよいし、あるいは、図14(b)に示すようにガス吐出部72の開口部72bがスリット形状となった態様であってもよい(尚、ガス吐出部72の断面形状は矩形に限らず、図示されるような円形であってもよい)。   The annular gas supply member 70 is preferably composed of a gas introduction line 71 and an annular gas discharge portion 72 communicating therewith. As shown in the drawing, if the light transmission window 52 is a disc shape, the cross-section of the cylindrical member is preferably circular correspondingly, and therefore the gas discharge portion 72 preferably has a ring shape. The form of the gas discharge part 72 is not particularly limited as long as a “downward annular gas flow” is formed. For example, as shown in FIG. 14A, a plurality of openings 72a of the gas discharge part 72 are locally provided. It may be a mode provided, or may be a mode in which the opening 72b of the gas discharge part 72 has a slit shape as shown in FIG. 14B (in addition, the cross section of the gas discharge part 72) The shape is not limited to a rectangle but may be a circle as shown in the figure).

環状ガス供給部材70から供給されるガス流量(特にガス導入ライン71を流れるガス流量)は、好ましくは5〜80L/min程度、より好ましくは10〜60L/min程度、更に好ましくは15〜40L/min程度である(0℃、1atmの標準状態を基準にしたガス流量)。   The gas flow rate supplied from the annular gas supply member 70 (particularly the gas flow rate flowing through the gas introduction line 71) is preferably about 5 to 80 L / min, more preferably about 10 to 60 L / min, and still more preferably 15 to 40 L / min. It is about min (gas flow rate based on a standard state of 0 ° C. and 1 atm).

“環状ガス流れ”に使用されるガスの種類については、特に制限はなく、種々のガスを用いることができる。例えば、チャンバー内に仕込まれる雰囲気ガスと同じ種類のガスを用いてよい。例示すると、コスト的な観点からは“空気”を使用することが好ましい。また、粉末層および造形物の酸化防止の観点からは窒素ガスなどの不活性ガスを用いることが好ましい。   The type of gas used for the “annular gas flow” is not particularly limited, and various gases can be used. For example, the same type of gas as the atmospheric gas charged in the chamber may be used. For example, “air” is preferably used from the viewpoint of cost. Moreover, it is preferable to use inert gas, such as nitrogen gas, from a viewpoint of oxidation prevention of a powder layer and a molded article.

環状ガス流れの形成にはファンを用いてもよい。具体的には、図15に示すように、チャンバー50の内部に設けたファン99を駆動することによって環状ガス流れを形成してよい。例えば、図示するように、筒部材80の下端部に設けられた少なくとも2つのプロペラを回転させることによって下向きのガス流れを局所的に形成することができ、それによって、環状ガス流れを形成できる。かかるファン駆動の態様では、チャンバー系内の雰囲気ガスが局所的に移動する態様となっており、実質的に閉鎖系で操作され得る。図15に示す態様においてプロペラの回転数は、下向きの局所的なガス流れが形成できるのであれば特に制限はないが、例えば50〜300rpm程度であってよい。   A fan may be used to form the annular gas flow. Specifically, as shown in FIG. 15, the annular gas flow may be formed by driving a fan 99 provided inside the chamber 50. For example, as shown in the figure, a downward gas flow can be locally formed by rotating at least two propellers provided at the lower end portion of the cylindrical member 80, whereby an annular gas flow can be formed. In such a fan drive mode, the atmospheric gas in the chamber system moves locally and can be operated in a substantially closed system. In the embodiment shown in FIG. 15, the rotation speed of the propeller is not particularly limited as long as a downward local gas flow can be formed, but may be, for example, about 50 to 300 rpm.

環状ガス流れは、光ビームの照射時においてのみ形成してよい。つまり、光ビームの照射時のみガス供給(図12,13の態様)やファン駆動(図15の態様)を行ってよい。これにより、ヒュームが発生する時に“環状ガス流れ”を同期的に形成することができ、ランニング・コスト(≒操作コスト)が低減され得る。かかる態様では、光ビーム発振器へと出力される“照射時間のデータ”をガス供給ポンプやファン駆動部にも同様に出力することによって、ヒューム発生と同期的なガス流れを形成できる。   The annular gas flow may be formed only during irradiation with the light beam. That is, the gas supply (the mode shown in FIGS. 12 and 13) and the fan drive (the mode shown in FIG. 15) may be performed only when the light beam is irradiated. Thereby, the “annular gas flow” can be formed synchronously when fumes are generated, and the running cost (≈operation cost) can be reduced. In such an embodiment, the “irradiation time data” output to the light beam oscillator is also output to the gas supply pump and the fan drive unit in the same manner, whereby a gas flow synchronized with the generation of fumes can be formed.

本発明では“筒部材の内部のガス”および/または“環状ガス流れ”に起因して、光透過窓から離れる方向へと放射状にヒュームが移動し得る(図9,図11,図12および図13など参照)。つまり、ヒュームの上昇流れが放射方向流れへと変化する。より具体的にいうと、図9,図11,図12および図13などに示されるように、“筒部材の内部のガス”および/または“環状ガス流れ”によって「上昇ヒューム」が光透過窓の水平位置を中心としてチャンバーの周縁領域に向かって流れるように変化する。別の見方をすれば、“筒部材の内部のガス”および/または“環状ガス流れ”によってヒュームの上昇が押さえつけられ、それによって、押さえつけられたヒュームが水平方向外側へと移動していく。つまり、このような流れ変化に起因して、光透過窓の曇りや光ビームの減衰を効果的に防止できる。   In the present invention, the fumes can be moved radially away from the light transmission window due to the “gas inside the cylindrical member” and / or “annular gas flow” (FIGS. 9, 11, 12 and FIG. 13 etc.). That is, the upward flow of the fume changes into a radial flow. More specifically, as shown in FIG. 9, FIG. 11, FIG. 12, and FIG. 13, etc., "rising fume" is formed into a light transmission window by "gas inside the cylindrical member" and / or "annular gas flow". It changes so that it may flow toward the peripheral area | region of a chamber centering on the horizontal position of this. From another viewpoint, the rise of the fume is suppressed by the “gas inside the cylindrical member” and / or the “annular gas flow”, whereby the suppressed fume moves outward in the horizontal direction. That is, it is possible to effectively prevent fogging of the light transmission window and attenuation of the light beam due to such a flow change.

[本発明の製造装置]
次に、本発明の製造方法の実施に好適な装置について説明する(粉末として金属粉末を用い、固化層が焼結層となる態様を例にとって説明する)。かかる装置は、図1、図2、図4および図5に示すように、
金属粉末層を形成するための粉末層形成手段2、
焼結層が形成されるように金属粉末層に光ビームを照射するための光ビーム照射手段3、
金属粉末層および/または焼結層が形成されることになる造形テーブル20、ならびに
金属粉末層形成手段および造形テーブルを内部に具備するチャンバー50
を有して成り、
チャンバーに設けられた光透過窓の下方空間領域を包囲する筒部材80、および、その筒部材80の内部にチャンバー内雰囲気とは異なる温度または種類のガスを供給するための手段を更に有して成る。
[Production apparatus of the present invention]
Next, an apparatus suitable for carrying out the production method of the present invention will be described (this will be described taking an example in which a metal powder is used as the powder and the solidified layer is a sintered layer). Such an apparatus, as shown in FIGS. 1, 2, 4 and 5,
Powder layer forming means 2 for forming a metal powder layer;
A light beam irradiation means 3 for irradiating the metal powder layer with a light beam so as to form a sintered layer;
A modeling table 20 on which a metal powder layer and / or a sintered layer is to be formed, and a chamber 50 having therein a metal powder layer forming means and a modeling table.
Comprising
The cylinder member 80 that surrounds the lower space region of the light transmission window provided in the chamber, and means for supplying a gas having a temperature or type different from the atmosphere in the chamber into the cylinder member 80 is further provided. Become.

かかる装置の動作も含めて、「粉末層形成手段2」、「造形テーブル20」、「光ビーム照射手段3」、「チャンバー50」および「筒部材80」等については、上述の[粉末焼結積層法]および[本発明の製造方法]で説明しているので、重複を避けるために説明を省略する。尚、「筒部材80の内部にチャンバー内雰囲気とは異なる温度または種類のガスを供給するための手段」としては、例えば、図9または11に示すような「温調機93,97およびポンプが設けられたガス導入ライン94a,98aならびに当該ラインに連通して成るガス吐出部94b,98b」である。   The “powder layer forming means 2”, “modeling table 20”, “light beam irradiation means 3”, “chamber 50”, “cylinder member 80”, etc. Since it is described in [Lamination method] and [Production method of the present invention], the description is omitted to avoid duplication. The “means for supplying a gas having a temperature or type different from the atmosphere in the chamber into the cylinder member 80” may be, for example, a “temperature controller 93, 97 and a pump as shown in FIG. Gas introduction lines 94a and 98a provided, and gas discharge portions 94b and 98b "connected to the lines.

以上、本発明の好適な実施形態を中心に説明してきたが、本発明はこれに限定されず、種々の改変がなされ得ることを当業者は容易に理解されよう。例えば、以下のような変更態様が考えられる。   As described above, the preferred embodiment of the present invention has been described mainly. However, the present invention is not limited to this, and those skilled in the art can easily understand that various modifications can be made. For example, the following modifications can be considered.

チャンバー内にてヒュームが必要以上に蓄積されることを防止すべく、水平方向外側へと移動させたヒュームをチャンバー内から適宜排出してもよい。例示すると、ある程度の量のヒュームがガス流れに蓄積された時点でチャンバー排出口からヒュームを排出させてよい。かかるヒュームの排出は、例えば、閉鎖していたチャンバー排出口を単に開くことによって実施できる。   In order to prevent the accumulation of fumes in the chamber more than necessary, the fumes moved outward in the horizontal direction may be appropriately discharged from the chamber. For example, the fumes may be discharged from the chamber outlet when a certain amount of fumes is accumulated in the gas flow. Such fumes can be discharged, for example, by simply opening the closed chamber outlet.

(従来技術について)
最後に、本発明の技術的思想と本質的に異なるものであるが、特表平9−511693について付言しておく。特表平9−511693には「レーザー焼結を用いて物体を層状に製造するための装置」が開示されている。開示されている装置では、ビームを収束させるレンズに対して窒素を流している。特にレンズ表面全体に流れるように工夫を施しており、『筒部材の内部にチャンバー内雰囲気とは異なる温度または種類のガスを供給する』といった本発明の思想については開示も示唆もされていない点に留意されたい。
(Conventional technology)
Lastly, although it is essentially different from the technical idea of the present invention, a special table 9-511893 is added. Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-511893 discloses an “apparatus for producing an object in layers using laser sintering”. In the disclosed apparatus, nitrogen is passed through the lens that focuses the beam. In particular, it has been devised to flow over the entire lens surface, and there is no disclosure or suggestion of the idea of the present invention such as "supplying a temperature or type of gas different from the atmosphere in the chamber to the inside of the cylindrical member" Please note that.

1 光造形複合加工機
2 粉末層形成手段
3 光ビーム照射手段
4 切削手段
8 ヒューム
19 粉末/粉末層(例えば金属粉末/金属粉末層または樹脂粉末/樹脂粉末層)
20 造形テーブル
21 造形プレート
22 粉末層(例えば金属粉末層または樹脂粉末層)
23 スキージング用ブレード
24 固化層(例えば焼結層または樹脂層)またはそれから得られる造形物
25 粉末テーブル
26 粉末材料タンクの壁部分
27 造形タンクの壁部分
28 粉末材料タンク
29 造形タンク
30 光ビーム発振器
31 ガルバノミラー
40 ミーリングヘッド
41 XY駆動機構
50 チャンバー
50a チャンバー壁面
50b チャンバーの上側内壁
52 光透過窓またはレンズ
70 環状ガス供給部材
71 ガス導入ライン
72 ガス吐出部
80 筒部材
90 低温ガス
93 低温ガスのための温調機
94a 低温ガス導入ライン
94b 低温ガス吐出部
96 軽ガス
97 軽ガスのための温調機
98a 軽ガス導入ライン
98b 軽ガス吐出部
99 ファン
L 光ビーム
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Optical modeling combined processing machine 2 Powder layer formation means 3 Light beam irradiation means 4 Cutting means 8 Fume 19 Powder / powder layer (For example, metal powder / metal powder layer or resin powder / resin powder layer)
20 modeling table 21 modeling plate 22 powder layer (for example, metal powder layer or resin powder layer)
23 Blade for squeezing 24 Solidified layer (for example, sintered layer or resin layer) or molded object 25 obtained therefrom Powder table 26 Wall part of powder material tank 27 Wall part of modeling tank 28 Powder material tank 29 Modeling tank 30 Light beam oscillator 31 Galvano mirror 40 Milling head 41 XY drive mechanism 50 Chamber 50a Chamber wall surface 50b Upper inner wall 52 of chamber 52 Light transmission window or lens 70 Annular gas supply member 71 Gas introduction line 72 Gas discharge part 80 Cylindrical member 90 Low temperature gas 93 For low temperature gas Temperature controller 94a Low temperature gas introduction line 94b Low temperature gas discharge section 96 Light gas 97 Temperature controller 98a for light gas Light gas introduction line 98b Light gas discharge section 99 Fan L Light beam

Claims (10)

(i)粉末層の所定箇所に光ビームを照射して前記所定箇所の粉末を焼結又は溶融固化させて固化層を形成する工程、および
(ii)得られた固化層の上に新たな粉末層を形成し、前記新たな粉末層の所定箇所に光ビームを照射して更なる固化層を形成する工程
をチャンバー内において繰り返して行う三次元形状造形物の製造方法であって、
前記チャンバーに設けられた光透過窓の下方空間領域を包囲する筒部材を設け、該筒部材の内部にチャンバー内雰囲気とは異なる温度または種類のガスを供給することで、前記固化層を形成する工程において発生するヒュームを前記筒部材の水平方向外側へ移動させることを特徴とする、三次元形状造形物の製造方法。
(I) irradiating a predetermined portion of the powder layer with a light beam to sinter or melt-solidify the powder at the predetermined portion to form a solidified layer; and (ii) a new powder on the obtained solidified layer. Forming a layer, irradiating a predetermined portion of the new powder layer with a light beam to form a further solidified layer in a chamber, and a method for producing a three-dimensional shaped object,
A cylindrical member that surrounds a lower space region of the light transmission window provided in the chamber is provided , and the solidified layer is formed by supplying a gas having a temperature or type different from the atmosphere in the chamber to the inside of the cylindrical member. A method for producing a three-dimensional shaped object, wherein fumes generated in the process are moved outward in the horizontal direction of the cylindrical member .
前記チャンバー内雰囲気とは異なる温度または種類のガスとして、該チャンバー内雰囲気の温度よりも低温のガスを前記筒部材の内部に供給し、該低温のガスと該チャンバー内雰囲気との温度差に起因した自然対流によって該低温のガスを下方へと移動させることを特徴とする、請求項1に記載の三次元形状造形物の製造方法。   Due to the difference in temperature between the low temperature gas and the atmosphere in the chamber, a gas having a temperature or type different from that in the chamber atmosphere is supplied to the inside of the cylindrical member. The method for producing a three-dimensional shaped object according to claim 1, wherein the low-temperature gas is moved downward by natural convection. 前記チャンバー内雰囲気とは異なる温度または種類のガスとして、該チャンバー内雰囲気のガスよりも軽いガスを前記筒部材の内部に仕込み、該軽いガスを前記筒部材の内部に存在させた状態で前記固化層の形成を行うことを特徴とする、請求項1に記載の三次元形状造形物の製造方法。   As the gas having a temperature or type different from the atmosphere in the chamber, a gas lighter than the gas in the chamber atmosphere is charged into the cylindrical member, and the solidification is performed in a state where the light gas is present in the cylindrical member. The method for producing a three-dimensional shaped article according to claim 1, wherein a layer is formed. 前記軽いガスとしてアルゴンまたはヘリウムを用いることを特徴とする、請求項3に記載の三次元形状造形物の製造方法。   The method for producing a three-dimensional shaped object according to claim 3, wherein argon or helium is used as the light gas. 前記軽いガスとして前記チャンバー内雰囲気の温度よりも高温のガスを用いることを特徴とする、請求項3または4に記載の三次元形状造形物の製造方法。   The method for producing a three-dimensional shaped article according to claim 3 or 4, wherein a gas having a temperature higher than the temperature of the atmosphere in the chamber is used as the light gas. 前記筒部材の下端部を起点にガスを流すことによって環状ガス流れを付加的に形成することを特徴とする、請求項1〜5のいずれかに記載の三次元形状造形物の製造方法。   The method for producing a three-dimensional shaped object according to any one of claims 1 to 5, wherein an annular gas flow is additionally formed by flowing a gas from a lower end portion of the cylindrical member. 前記筒部材の前記下端部に環状ガス供給部材を設け、該環状ガス供給部材からガスを下方へと供給することによって前記環状ガス流れを形成することを特徴とする、請求項6に記載の三次元形状造形物の製造方法。   7. The tertiary according to claim 6, wherein an annular gas supply member is provided at the lower end portion of the cylindrical member, and the annular gas flow is formed by supplying gas downward from the annular gas supply member. Manufacturing method of original shaped object. 前記チャンバーの内部に設けたファンを駆動することによって前記環状ガス流れを形成することを特徴とする、請求項6に記載の三次元形状造形物の製造方法。   The method for producing a three-dimensional shaped object according to claim 6, wherein the annular gas flow is formed by driving a fan provided in the chamber. 前記光ビームの照射時においてのみ前記環状ガス流れを形成することを特徴とする、請求項6〜8のいずれかに記載の三次元形状造形物の製造方法。   The method for producing a three-dimensional shaped object according to any one of claims 6 to 8, wherein the annular gas flow is formed only at the time of irradiation with the light beam. 粉末層を形成するための粉末層形成手段、
固化層が形成されるように粉末層に光ビームを照射するための光ビーム照射手段、
粉末層および/または固化層が形成されることになる造形テーブル、ならびに
粉末層形成手段および造形テーブルを内部に具備するチャンバー
を有して成り、
前記チャンバーに設けられた光透過窓の下方空間領域を包囲する筒部材、および、該筒部材の内部にチャンバー内雰囲気とは異なる温度または種類のガスを供給することで、前記固化層を形成する際に発生するヒュームを前記筒部材の水平方向外側へ移動させる手段を更に有して成ることを特徴とする、三次元形状造形物の製造装置。
Powder layer forming means for forming a powder layer,
A light beam irradiation means for irradiating the powder layer with a light beam so as to form a solidified layer;
A molding table on which a powder layer and / or a solidified layer is to be formed; and a chamber having a powder layer forming means and a molding table therein,
The solidified layer is formed by supplying a cylinder member that surrounds a lower space region of the light transmission window provided in the chamber, and a gas having a temperature or type different from the atmosphere in the chamber to the inside of the cylinder member. An apparatus for producing a three-dimensional shaped object, further comprising means for moving fumes generated at the time to the outside in the horizontal direction of the cylindrical member .
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10549346B2 (en) 2016-03-30 2020-02-04 Canon Kabushiki Kaisha Three-dimensional modeling apparatus, three-dimensional model body manufacturing method, and three-dimensional modeling data

Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5995652B2 (en) * 2012-10-17 2016-09-21 株式会社アマダホールディングス Airflow control method and airflow control device for welding work room
JP5721887B1 (en) 2014-06-20 2015-05-20 株式会社ソディック Additive manufacturing equipment
JP5960330B1 (en) * 2015-07-13 2016-08-02 株式会社ソディック Additive manufacturing equipment
CN107921659A (en) 2015-07-23 2018-04-17 瑞尼斯豪公司 Additive manufacturing equipment and gas flow devices for such equipment
CN104959605B (en) * 2015-07-27 2017-10-10 中南大学 A kind of selective laser cladding equipment for preparing magnesium alloy artificial bone
DE102015121748B4 (en) * 2015-12-14 2025-09-11 Concept Laser Gmbh Flow device for a device for the generative production of a three-dimensional object, device with such a flow device and method for producing a three-dimensional object using a device and a corresponding flow device
EP3369518B1 (en) * 2015-12-28 2024-10-16 Dmg Mori Co., Ltd. Additive-manufacturing head and manufacturing machine
JP6653473B2 (en) * 2016-03-11 2020-02-26 パナソニックIpマネジメント株式会社 Manufacturing equipment for three-dimensional shaped objects
FR3073324B1 (en) 2017-11-08 2019-10-25 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives METHOD USING A LASER FOR WELDING BETWEEN TWO METALLIC MATERIALS OR FOR POWDER FRITTAGE (S), APPLICATION TO THE PRODUCTION OF BIPOLAR PLATES FOR PEMFC CELLS
JP6945011B2 (en) * 2017-12-18 2021-10-06 本田技研工業株式会社 3D modeling equipment
EP3760348A4 (en) * 2018-04-20 2021-12-01 Taiyo Nippon Sanso Corporation PROCESS FOR THE MANUFACTURE OF A METALLIC MODEL OBJECT
SG11202009711QA (en) * 2018-04-20 2020-11-27 Taiyo Nippon Sanso Corp Method for manufacturing metal printed object
JP6745945B1 (en) * 2019-05-15 2020-08-26 Dmg森精機株式会社 Processing machine

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE112008000027B4 (en) * 2007-05-30 2015-05-21 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Lamination shaping device
JP5355213B2 (en) * 2009-05-18 2013-11-27 パナソニック株式会社 Laminate modeling equipment for modeling three-dimensional shaped objects

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10549346B2 (en) 2016-03-30 2020-02-04 Canon Kabushiki Kaisha Three-dimensional modeling apparatus, three-dimensional model body manufacturing method, and three-dimensional modeling data

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