JP7727418B2 - Manufacturing method of layered object and layered manufacturing device - Google Patents
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Description
本開示は積層造形物の製造方法及び積層造形装置に関する。 This disclosure relates to a method for manufacturing an additive manufacturing object and an additive manufacturing apparatus.
積層造形技術(金属付加製造)には、例えば、粉末床溶融結合(Powder Bed Fusion)方式、指向性エネルギ堆積(Directed Energy Deposition)方式等があることが知られている。粉末床溶融結合方式は、平らに敷き詰められた金属粉末に対して、光ビーム(レーザビーム、電子ビーム等)を照射することで積層造形を行う。粉末床溶融結合方式には、SLM(Selective Laser Melting)、EBM(Electron Beam Melting)等が含まれる。指向性エネルギ堆積方式は、光ビームの照射及び粉末材料の吐出を行うヘッドの位置を制御することで積層造形を行う。指向性エネルギ堆積方式には、LMD(Laser Metal Deposition)、DMP(Direct Metal Deposition)等が含まれる。 Known additive manufacturing technologies (metal additive manufacturing) include, for example, powder bed fusion (PBB) and directed energy deposition (DEM). PBB performs additive manufacturing by irradiating a flat layer of metal powder with a light beam (laser beam, electron beam, etc.). Examples of PBB methods include selective laser melting (SLM) and electron beam melting (EBM). DEM performs additive manufacturing by controlling the position of a head that irradiates the light beam and ejects the powder material. Examples of DEM methods include laser metal deposition (LMD) and direct metal deposition (DMP).
特許文献1の要約書には、「三次元積層造形装置は、ベースプレート上に粉末を敷設して形成されたパウダーベッドにビームを照射することで、パウダーベッドを選択的に固化する。パウダーベッドの表面又は造形面の形状又は温度がセンサによって検知され、その検出結果に基づいて、粉末の敷設の不具合、又は、ビームの照射の不具合を次層の造形完了前に修正するように構成される」ことが記載されている。 The abstract of Patent Document 1 states, "The three-dimensional additive manufacturing device selectively solidifies a powder bed formed by laying powder on a base plate by irradiating the powder bed with a beam. The shape or temperature of the surface of the powder bed or the surface to be built is detected by a sensor, and based on the detection results, any imperfections in the laying of the powder or the irradiation of the beam are corrected before the building of the next layer is completed."
積層造形(付加製造)では、光ビームの照射に起因した造形物の過熱(目標温度以上への加熱)により、膨張、変形等の構造異常が生じ得る。構造異常の発生により、積層造形装置での例えば粉末床形成時に積層造形装置が意図せず停止し得る。特許文献1に記載の技術では、検出した凹凸に応じ、その上に粉末床が形成されるに過ぎない(段落0068)。このため、粉末床形成時、凹凸等の構造異常に起因した積層造形装置の停止が依然生じ得る。
本開示が解決しようとする課題は、意図しない積層造形装置の停止を抑制可能な積層造形物の製造方法及び積層造形装置の提供である。
In additive manufacturing (ML), structural abnormalities such as expansion and deformation can occur due to overheating of the object (heating above a target temperature) caused by irradiation with a light beam. The occurrence of structural abnormalities can cause the ML device to stop unintentionally, for example, during powder bed formation. The technology described in Patent Document 1 simply forms a powder bed on top of detected irregularities (paragraph 0068). Therefore, structural abnormalities such as irregularities can still cause the ML device to stop during powder bed formation.
The problem to be solved by the present disclosure is to provide a method for manufacturing an additive manufacturing object and an additive manufacturing device that can prevent unintended shutdown of the additive manufacturing device.
本開示の積層造形物の製造方法は、金属材料の粉末床への光ビームの照射により、金属層である所定層を形成する所定層形成ステップと、前記所定層形成ステップを経て得られた造形物中間体の表面温度を決定する表面温度決定ステップと、前記表面温度と、前記造形物中間体の過熱状態を示す所定閾値とに基づいて前記造形物中間体が過熱状態であるか否かを判断する判断ステップと、前記判断ステップでの判断の結果、前記過熱状態ではないと判断されたときに、前記所定層上への前記粉末床の形成を行う粉末床形成ステップと、を含み、前記判断ステップでは、前記表面温度が前記所定閾値以下になったときに、前記過熱状態ではないと判断され、前記表面温度は、少なくとも、造形対象となる積層造形物の構造に基づき予め決定された、熱が溜まり易い部分の表面温度である。その他の解決手段は発明を実施するための形態において後記する。
The method for manufacturing an additively manufactured object according to the present disclosure includes: a predetermined layer forming step of forming a predetermined layer, which is a metal layer, by irradiating a powder bed of a metal material with a light beam; a surface temperature determination step of determining the surface temperature of an intermediate object obtained through the predetermined layer forming step; a determination step of determining whether the intermediate object is in an overheated state based on the surface temperature and a predetermined threshold value indicating an overheated state of the intermediate object; and a powder bed forming step of forming the powder bed on the predetermined layer when it is determined that the intermediate object is not in an overheated state as a result of the determination step. In the determination step, it is determined that the intermediate object is not in an overheated state when the surface temperature is equal to or lower than the predetermined threshold value, and the surface temperature is at least the surface temperature of a portion that is likely to accumulate heat, which is predetermined based on the structure of the additively manufactured object to be manufactured . Other solutions will be described later in the detailed description of the invention.
本開示によれば、意図しない積層造形装置の停止を抑制可能な積層造形物の製造方法及び積層造形装置を提供できる。 This disclosure provides a method for manufacturing an additive manufacturing object and an additive manufacturing device that can prevent unintended shutdowns of the additive manufacturing device.
以下、図面を参照しながら本開示を実施するための形態(実施形態と称する)を説明する。以下の一の実施形態の説明の中で、適宜、一の実施形態に適用可能な別の実施形態の説明も行う。本開示は以下の一の実施形態に限られず、異なる実施形態同士を組み合わせたり、本開示の効果を著しく損なわない範囲で任意に変形したりできる。また、同じ部材については同じ符号を付すものとし、重複する説明は省略する。更に、同じ機能を有するものは同じ名称を付すものとする。図示の内容は、あくまで模式的なものであり、図示の都合上、本開示の効果を著しく損なわない範囲で実際の構成から変更したり、図面間で一部の部材の図示を省略したり変形したりすることがある。 Below, modes for implementing the present disclosure (hereinafter referred to as "embodiments") will be described with reference to the drawings. Within the description of one embodiment below, other embodiments that are applicable to the first embodiment will also be described as appropriate. The present disclosure is not limited to the single embodiment below, and different embodiments can be combined or modified as desired without significantly impairing the effects of the present disclosure. Furthermore, the same components will be given the same reference numerals, and duplicate descriptions will be omitted. Furthermore, components having the same functions will be given the same names. The contents shown are merely schematic, and for the sake of illustration, the actual configuration may be changed, and some components may be omitted or modified between drawings, within the scope of not significantly impairing the effects of the present disclosure.
図1は、第1実施形態の積層造形物R(図4)の製造方法(以下、第1実施形態の製造方法)を示すフローチャートである。第1実施形態の製造方法は、金属材料の粉末Pを層状に配置した(敷き詰めた)粉末床PB(図2)への光ビームL(図2)の照射により積層造形物R(図4A)を製造する方法である。第1実施形態の製造方法は、ステップS1~S6を含む。まず、便宜のため、第1実施形態の製造方法を実行可能な積層造形装置300について、図2及び図3を参照して説明する。 Figure 1 is a flowchart showing a method for manufacturing an additively manufactured object R (Figure 4) according to the first embodiment (hereinafter referred to as the manufacturing method according to the first embodiment). The manufacturing method according to the first embodiment is a method for manufacturing an additively manufactured object R (Figure 4A) by irradiating a light beam L (Figure 2) onto a powder bed PB (Figure 2) in which powder P of a metal material is arranged (spread) in layers. The manufacturing method according to the first embodiment includes steps S1 to S6. For convenience, an additively manufactured object 300 capable of carrying out the manufacturing method according to the first embodiment will first be described with reference to Figures 2 and 3.
図2は、第1実施形態の積層造形装置300を示す構造図である。積層造形装置300は、積層造形(付加製造)により積層造形物Rを製造する装置であり、造形装置本体100と、温度センサ13と、制御装置200とを備える。 Figure 2 is a structural diagram showing the additive manufacturing device 300 of the first embodiment. The additive manufacturing device 300 is a device that manufactures an additively manufactured object R by additive manufacturing, and includes a manufacturing device main body 100, a temperature sensor 13, and a control device 200.
造形装置本体100は、金属材料の粉末床PBへの光ビームLの照射により金属層507(図4B)を形成するものであり、粉末床溶融結合(Powder Bed Fusion)方式の造形装置である。造形装置本体100は、粉末床PBに光ビームL(レーザビーム、電子ビーム等)を照射し、粉末Pを加熱することで溶融凝固させる。粉末Pの敷設及び光ビームLの照射を繰り返すことで金属層が形成される。 The modeling device main body 100 forms a metal layer 507 (Figure 4B) by irradiating a powder bed PB of metal material with a light beam L, and is a modeling device that uses the powder bed fusion method. The modeling device main body 100 irradiates the powder bed PB with a light beam L (laser beam, electron beam, etc.) to heat the powder P, causing it to melt and solidify. The metal layer is formed by repeatedly laying down the powder P and irradiating it with the light beam L.
本開示では、金属層507の形成を繰り替えして製造されたものが、造形対象となる積層造形物Rであり、積層造形物Rの製造途中(積層造形物Rを構成する複数の金属層のうちの一部の金属層507のみが形成)が、中間体S(造形物中間体)である。本開示では、主に中間体Sを例示して、積層造形装置300を説明する。 In this disclosure, the additive manufacturing object R is the object to be manufactured by repeatedly forming the metal layer 507, and the additive manufacturing object R is in the middle of its manufacturing process (when only some of the metal layers 507 of the multiple metal layers that make up the additive manufacturing object R have been formed) is the intermediate body S (object intermediate). In this disclosure, the additive manufacturing device 300 will be described mainly using the intermediate body S as an example.
粉末Pとしては、特に限定されないが、例えば、熱間工具鋼、銅、チタン合金、ニッケル合金、アルミニウム合金、コバルトクロム合金、ステンレス鋼等の金属材料の粉末等が挙げられる。本開示では、粉末Pとして、例えば、平均粒径が約30μm程度で、粒径の範囲が約15μmから約45μmの金属材料が使用される。粉末Pの平均粒径は、上記した範囲に限定されない。 The powder P is not particularly limited, but examples include powders of metal materials such as hot work tool steel, copper, titanium alloy, nickel alloy, aluminum alloy, cobalt chromium alloy, and stainless steel. In the present disclosure, for example, a metal material having an average particle size of approximately 30 μm and a particle size range of approximately 15 μm to approximately 45 μm is used as the powder P. The average particle size of the powder P is not limited to the above range.
造形装置本体100は、粉末床PBへの光ビームLの照射により金属層507である所定層を形成するものである。造形装置本体100は、例えば、チャンバ10と、ガス供給部20と、排気機構30と、材料供給部40と、造形部50と、回収部60と、リコータ(スキージ)70と、ビーム源80とを備える。また、積層造形装置300に備えられる温度センサ13は、図示の例では、造形装置本体100に備えられる。 The modeling device main body 100 forms a predetermined layer, which is a metal layer 507, by irradiating the powder bed PB with a light beam L. The modeling device main body 100 includes, for example, a chamber 10, a gas supply unit 20, an exhaust mechanism 30, a material supply unit 40, a modeling unit 50, a recovery unit 60, a recoater (squeegee) 70, and a beam source 80. In addition, in the illustrated example, the temperature sensor 13 provided in the additive manufacturing device 300 is provided in the modeling device main body 100.
チャンバ10は、例えば、ビーム源80及び排気機構30を除く造形装置本体100の各部を収容する。チャンバ10は、例えば、保護ガラス12gを嵌めた透過窓12を有する。透過窓12は、チャンバ10の外部に配置されたビーム源80から照射される光ビームLを透過させ、チャンバ10の内部の造形部50のステージ51に載置された粉末床PBに到達させる。 The chamber 10 houses, for example, all parts of the modeling apparatus main body 100 except for the beam source 80 and the exhaust mechanism 30. The chamber 10 has, for example, a transmission window 12 fitted with protective glass 12g. The transmission window 12 transmits the light beam L emitted from the beam source 80 located outside the chamber 10, allowing it to reach the powder bed PB placed on the stage 51 of the modeling unit 50 inside the chamber 10.
造形装置本体100には、温度センサ13、圧力センサ14、及び酸素センサ15が設置される。温度センサ13は、中間体Sの表面温度を決定するものである。表面温度は、例えば、光ビームLの照射面である中間体Sの上面の温度である。温度センサ13は、例えば非接触式の温度センサであり、具体的には例えば、赤外線放射温度計等である。圧力センサ14及び酸素センサ15は、それぞれ、チャンバ10内の減圧環境の圧力及び酸素量(酸素濃度)を測定する。 The molding apparatus main body 100 is equipped with a temperature sensor 13, a pressure sensor 14, and an oxygen sensor 15. The temperature sensor 13 determines the surface temperature of the intermediate body S. The surface temperature is, for example, the temperature of the upper surface of the intermediate body S, which is the surface irradiated with the light beam L. The temperature sensor 13 is, for example, a non-contact temperature sensor, and more specifically, an infrared radiation thermometer or the like. The pressure sensor 14 and oxygen sensor 15 measure the pressure and oxygen amount (oxygen concentration) of the reduced pressure environment within the chamber 10, respectively.
ガス供給部20は、チャンバ10に接続され、チャンバ10の内部に不活性ガスを供給する。ガス供給部20は、例えば、ガス供給源及び制御弁(何れも不図示)を備える。ガス供給源は、不活性ガスを充填した高圧タンク(不図示)によって構成される。制御弁は、制御装置200によって制御され、ガス供給源からチャンバ10に供給される不活性ガスの流量を制御する。不活性ガスは、例えば、窒素又はアルゴンを使用できる。 The gas supply unit 20 is connected to the chamber 10 and supplies an inert gas to the interior of the chamber 10. The gas supply unit 20 includes, for example, a gas supply source and a control valve (neither of which are shown). The gas supply source is composed of a high-pressure tank (not shown) filled with an inert gas. The control valve is controlled by the control device 200 and controls the flow rate of the inert gas supplied from the gas supply source to the chamber 10. The inert gas can be, for example, nitrogen or argon.
排気機構30は、例えば、真空ポンプによって構成され、真空引き用の配管31を介してチャンバ10に接続される。排気機構30は、例えば、制御装置200によって制御される。排気機構30によりチャンバ10内の気体を排出することで、チャンバ10の内部を大気圧よりも減圧された真空圧にして、チャンバ10内を減圧環境にしても良い。 The exhaust mechanism 30 is, for example, a vacuum pump, and is connected to the chamber 10 via a vacuum piping 31. The exhaust mechanism 30 is, for example, controlled by the control device 200. By using the exhaust mechanism 30 to exhaust gas from the chamber 10, the interior of the chamber 10 can be made to have a vacuum pressure lower than atmospheric pressure, creating a reduced pressure environment inside the chamber 10.
材料供給部40は、例えば、粉末Pを収容可能な凹状に設けられ、上部が開放されて上端に開口部を有する。材料供給部40は、粉末Pを載置して供給するための上下に移動可能なステージ41を有する。ステージ41は、材料供給部40の底壁を構成する。ステージ41は、例えば、適宜の昇降機構(不図示)によって、所定のピッチで昇降可能に設けられる。ステージ41の昇降機構は、例えば制御装置200に接続され、制御装置200によって制御される。材料供給部40は、図示のような昇降式でなく、粉末Pを落下させて供給する方式でもよい。 The material supply unit 40 is, for example, recessed and open at the top to accommodate the powder P. The material supply unit 40 has a stage 41 that can move up and down on which the powder P is placed and supplied. The stage 41 forms the bottom wall of the material supply unit 40. The stage 41 is arranged so that it can be raised and lowered at a predetermined pitch, for example, by an appropriate lifting mechanism (not shown). The lifting mechanism for the stage 41 is connected to and controlled by the control device 200, for example. The material supply unit 40 may not be of the lifting type as shown, but may instead be of a type that drops the powder P to supply it.
造形部50は、例えば、材料供給部40と同様に、粉末P(金属材料)及び中間体Sを収容可能な凹状の収容部であり、上部が開放されて上端に開口部を有する。造形部50は、粉末Pを敷いて粉末床PBを形成するためのステージ51を有する。ステージ51は、例えば金属製であり、造形部50の底壁を構成する。ステージ51(支持部材)には、材料供給部40から供給される粉末Pが載置され、積層造形により製造される中間体Sが金属結合を介して支持される。 The modeling unit 50, like the material supply unit 40, is a concave storage unit capable of storing powder P (metal material) and intermediate body S, and is open at the top with an opening at the top end. The modeling unit 50 has a stage 51 for spreading powder P to form a powder bed PB. The stage 51 is made of metal, for example, and forms the bottom wall of the modeling unit 50. The powder P supplied from the material supply unit 40 is placed on the stage 51 (support member), and the intermediate body S manufactured by additive manufacturing is supported via a metal bond.
造形部50の開口部及び材料供給部40の開口部は、例えば、鉛直方向の高さがおおむね等しく、おおむね水平方向に並ぶ。ステージ51は、ステージ41と同様に、例えば、適宜の昇降機構(不図示)によって、所定のピッチで昇降可能に設けられる。ステージ51は、例えば、ステージ51を予熱するヒータを含む予熱機構(不図示)を備えても良い。ステージ51の昇降機構及び予熱機構は、例えば制御装置200に接続され、制御装置200によって制御される。 The opening of the modeling unit 50 and the opening of the material supply unit 40 are, for example, approximately equal in vertical height and aligned approximately horizontally. Like the stage 41, the stage 51 is configured to be able to move up and down at a predetermined pitch, for example, by an appropriate lifting mechanism (not shown). The stage 51 may also be equipped with a preheating mechanism (not shown) that includes a heater for preheating the stage 51. The lifting mechanism and preheating mechanism of the stage 51 are connected to, for example, the control device 200 and are controlled by the control device 200.
回収部60は、例えば、材料供給部40と同様に、粉末Pを収容可能な凹状に設けられ、上部が開放されて上端に開口部を有する。図示の例において、回収部60の底壁は、下端部に固定されているが、材料供給部40及び造形部50と同様に、昇降可能なステージ(不図示)によって構成されてよい。回収部60の開口部と、造形部50の開口部とは、鉛直方向の高さがおおむね等しく、おおむね水平方向に並ぶ。回収部60は、例えば、リコータ70によって材料供給部40から造形部50に供給された余分な粉末Pを収容して回収する。 The recovery unit 60, similar to the material supply unit 40, is recessed and capable of containing powder P, with an open top and an opening at the top. In the illustrated example, the bottom wall of the recovery unit 60 is fixed to the lower end, but similar to the material supply unit 40 and the modeling unit 50, it may be formed by a stage (not shown) that can be raised and lowered. The opening of the recovery unit 60 and the opening of the modeling unit 50 are roughly equal in vertical height and aligned roughly horizontally. The recovery unit 60 contains and recovers excess powder P supplied from the material supply unit 40 to the modeling unit 50 by, for example, the recoater 70.
リコータ70(粉末供給機構)は、材料供給部40から供給される粉末Pを造形部50のステージ51上に運んで均しながら敷き詰めることで、ステージ51上に粉末床PBを形成する。リコータ70は、例えば、移動機構75(粉末供給機構)を備える。移動機構75は、例えばリニアモータであり、材料供給部40から造形部50へ向かうおおむね水平な進行方向Dに沿って、リコータ70を移動させる。 The recoater 70 (powder supply mechanism) carries the powder P supplied from the material supply unit 40 onto the stage 51 of the modeling unit 50 and spreads it evenly, forming a powder bed PB on the stage 51. The recoater 70 is equipped with, for example, a movement mechanism 75 (powder supply mechanism). The movement mechanism 75 is, for example, a linear motor, and moves the recoater 70 along a generally horizontal traveling direction D from the material supply unit 40 toward the modeling unit 50.
ビーム源80は、例えば、数Wから数kW程度の出力の光ビームLを発生させるレーザ光源を使用できる。本開示では、例えば、波長が1080nm、出力が500Wのシングルモードファイバーレーザ、即ちエネルギ強度がガウス分布のレーザを発生させるレーザ光源が使用される。また、ビーム源80は、例えば、粉末床PB上で光ビームLを走査させるためのガルバノスキャナ(不図示)を備える。 The beam source 80 can be, for example, a laser light source that generates a light beam L with an output of several watts to several kilowatts. In the present disclosure, for example, a single-mode fiber laser with a wavelength of 1080 nm and an output of 500 W, i.e., a laser light source that generates a laser with a Gaussian energy intensity distribution, is used. The beam source 80 also includes, for example, a galvanometer scanner (not shown) for scanning the light beam L over the powder bed PB.
図3は、第1実施形態の積層造形装置300を示すブロック図である。制御装置200は、判断部21と造形制御部22とを備える。なお、制御装置200の具体的なハードウェア構成は図20を参照して後記する。 Figure 3 is a block diagram showing the additive manufacturing device 300 of the first embodiment. The control device 200 includes a determination unit 21 and a manufacturing control unit 22. The specific hardware configuration of the control device 200 will be described later with reference to Figure 20.
判断部21は、温度センサ13(図1)により決定される中間体Sの表面温度と、中間体Sの過熱状態を示す所定閾値とに基づいて中間体Sが過熱状態であるか否かを判断するものである。また、造形制御部22は、判断部21による判断の結果、過熱状態ではないと判断されたときに、次の金属層507(図4B)の形成を開始するように造形装置本体100を制御するものである。形成は、中間体Sの最上面である金属層507上の粉末床PBへの光ビームLの照射により行われる。判断部21及び造形制御部22の具体的な機能について、図1を再度参照しながら説明する。 The determination unit 21 determines whether the intermediate S is in an overheated state based on the surface temperature of the intermediate S determined by the temperature sensor 13 (Figure 1) and a predetermined threshold value indicating an overheated state of the intermediate S. Furthermore, the modeling control unit 22 controls the modeling apparatus main body 100 to start forming the next metal layer 507 (Figure 4B) when the determination unit 21 determines that the intermediate S is not in an overheated state. The formation is performed by irradiating a light beam L onto the powder bed PB on the metal layer 507, which is the top surface of the intermediate S. The specific functions of the determination unit 21 and the modeling control unit 22 will be explained with reference to Figure 1 again.
ステップS1(所定層形成ステップ)は、粉末床PBへの光ビームLの照射により、金属層507である所定層を形成するステップである。照射は、金属層507を1層形成するごとに停止する。ステップS1は、造形制御部22(図2)によって実行できる。1層目の形成の場合、所定層はステージ51(図2)の上面に形成される。2層目以降の形成の場合、所定層は、直前に形成された金属層507の1層上に形成される。 Step S1 (predetermined layer formation step) is a step in which a predetermined layer, which is a metal layer 507, is formed by irradiating the powder bed PB with a light beam L. The irradiation is stopped after each metal layer 507 is formed. Step S1 can be executed by the modeling control unit 22 (Figure 2). When forming the first layer, the predetermined layer is formed on the upper surface of the stage 51 (Figure 2). When forming the second or subsequent layer, the predetermined layer is formed one layer above the metal layer 507 that was formed immediately before.
造形制御部22(図2)は、所定層の形成後、造形を継続するか否かを判断する(ステップS2)。中間体Sは、通常は複数層を有するため、上記ステップS1で1層目が形成された場合には、2層目以降の形成のため、造形が継続される(Y)。一方で、上記ステップS1で、造形目標となる中間体Sが得られた場合、即ち、最後の金属層507(図4B)が形成された場合には、造形が終了する(N)。 After forming the predetermined layers, the modeling control unit 22 (Figure 2) determines whether to continue modeling (step S2). Since the intermediate body S usually has multiple layers, when the first layer is formed in step S1, modeling continues to form the second and subsequent layers (Y). On the other hand, when the intermediate body S that is the target of modeling is obtained in step S1, that is, when the final metal layer 507 (Figure 4B) is formed, modeling ends (N).
ステップS3(表面温度決定ステップ)は、ステップS1を経て得られた中間体Sの表面温度を決定するステップである。ステップS3は、判断部21(図2)によって実行できる。第1実施形態では、決定される表面温度は、少なくとも、造形対象となる積層造形物R(図4A)の構造に基づき予め決定された、熱が溜まり易い部分の表面温度である。熱が溜まりやすい部分では過熱が生じ易く、過熱に起因する膨張、変形等の構造異常が生じ易い。そこで、熱が溜まり易い部分の表面温度を少なくとも決定することで、そのような部分での過熱を抑制でき、構造異常の発生を抑制できる。なお、ここでいう過熱の抑制は、過熱を全く生じさせないという限定的な意味ではなく、過熱が生じて構造異常が生じても降温に伴ってその構造異常が緩和される(好ましくは元に戻る)程度の過熱を許容する意味である。 Step S3 (surface temperature determination step) is a step for determining the surface temperature of the intermediate body S obtained through step S1. Step S3 can be executed by the judgment unit 21 (Figure 2). In the first embodiment, the determined surface temperature is at least the surface temperature of a portion where heat is likely to accumulate, which is determined in advance based on the structure of the additive manufacturing object R (Figure 4A) to be manufactured. Overheating is likely to occur in portions where heat is likely to accumulate, and structural abnormalities such as expansion and deformation due to overheating are likely to occur. Therefore, by determining at least the surface temperature of the portion where heat is likely to accumulate, overheating in such portions can be suppressed, and the occurrence of structural abnormalities can be suppressed. Note that suppressing overheating here does not mean restricting overheating to no overheating at all, but rather means allowing overheating to a degree that, even if overheating occurs and structural abnormalities occur, the structural abnormalities are alleviated (preferably return to normal) as the temperature drops.
図4Aは、積層造形物Rにおいて熱が溜まり易い部分を説明する斜視図である。図4Aに示す積層造形物Rは、積層造形装置300により積層造形可能な積層造形物の一例であり、積層造形物Rの構造は図示の例に限定されない。なお、図4A及び後記の図4Bでは、図示の簡略化のために、積層造形により形成される一部の金属層507のみが図示される。積層造形物Rは、図示の例では、空間501,504,506,508,509を有する積層造形物である。 Figure 4A is a perspective view illustrating parts of the additively-shaped object R where heat is likely to accumulate. The additively-shaped object R shown in Figure 4A is an example of an additively-shaped object that can be additively manufactured using the additive manufacturing device 300, and the structure of the additively-shaped object R is not limited to the example shown. Note that, for simplicity of illustration, Figure 4A and Figure 4B described below only show a portion of the metal layer 507 formed by additive manufacturing. In the illustrated example, the additively-shaped object R is an additively-shaped object having spaces 501, 504, 506, 508, and 509.
図4Bは、図4AのA-A線断面図である。積層造形物Rは、z方向への金属層507の連続的な配置構造を有する。図4Bに示す断面視において、空間501,504は平行四辺形の形状を有する。また、空間506,508は円形状を有する。積層造形中、空間501,504,506,508の内部には、金属材料の粉末Pが残存する。積層造形中、例えば、空間501を区画する上辺502(C部)を含む金属層503(所定層。金属層507の一例)の下方には、粉末床PB(図2)が存在する。このような形状は、オーバーハング形状といわれる。 Figure 4B is a cross-sectional view taken along line A-A in Figure 4A. The additive manufacturing object R has a structure in which metal layers 507 are continuously arranged in the z direction. In the cross-sectional view shown in Figure 4B, spaces 501 and 504 have a parallelogram shape. Spaces 506 and 508 have a circular shape. During additive manufacturing, powder P of metal material remains inside spaces 501, 504, 506, and 508. During additive manufacturing, for example, a powder bed PB (Figure 2) exists below metal layer 503 (a predetermined layer; an example of metal layer 507) including upper edge 502 (section C) that defines space 501. This shape is called an overhang shape.
過熱は、熱の滞留によって生じる。このため、金属層507において、例えば下方のステージ51への伝熱経路が確保されていれば、熱は溜まり難い。しかし、粉末P(図2)により構成される粉末床PBでは、固体のみで構成された積層造形物Rと比べて、粉末P同士の間に隙間が存在するため、伝熱が生じ難い。従って、所定層503の伝熱経路が制限され熱が溜まり易い。このため、第1実施形態では、積層造形物Rにおいて、金属層503の下方に空間(積層造形時の粉末床PB)が存在する部分の表面温度が決定される。 Overheating occurs due to heat retention. For this reason, if a heat transfer path to the metal layer 507, for example to the stage 51 below, is secured, heat is less likely to accumulate. However, in the powder bed PB made of powder P (Figure 2), heat transfer is less likely to occur than in the additive manufacturing object R made of solids alone due to the presence of gaps between the powder P. Therefore, the heat transfer path in the specified layer 503 is limited, making it easier for heat to accumulate. For this reason, in the first embodiment, the surface temperature of the portion of the additive manufacturing object R where there is space below the metal layer 503 (the powder bed PB during additive manufacturing) is determined.
図4Cは、図4BのB-B線断面図であり、積層造形時の光ビームLの移動方向への断面図である。図4Cは、図4Bにおいて金属層505の真上で切断し、-z方向に視た断面図である。積層造形物Rは、x方向に延在する空間509を有する。上記の図4B及び図4Cに示すように、例えば空間501は右上から左下に延在するため、D部に示すように、造形積層物R外面と空間501との間に形成され伝熱経路が小さくなる。このため、熱が溜まり易く、過熱が生じ易い。そこで、第1実施形態では、更に、図4Cに示す断面積が所定面積以下となる金属層505(所定層。金属層507の一例)の部分について、表面温度が決定される。 Figure 4C is a cross-sectional view taken along line B-B in Figure 4B, in the direction of movement of the light beam L during additive manufacturing. Figure 4C is a cross-sectional view taken directly above the metal layer 505 in Figure 4B, viewed in the -z direction. The additively manufactured object R has a space 509 extending in the x direction. As shown in Figures 4B and 4C above, for example, space 501 extends from the upper right to the lower left, and as shown in part D, the heat transfer path formed between the outer surface of the manufactured additive object R and space 501 becomes small. This makes it easy for heat to accumulate and overheat. Therefore, in the first embodiment, the surface temperature is further determined for the portion of the metal layer 505 (a predetermined layer; an example of a metal layer 507) whose cross-sectional area shown in Figure 4C is equal to or less than a predetermined area.
これらのように、熱が溜まり易い部分は、本開示の例では、積層造形物Rにおいて、金属層503のうちの下方に空間が存在する部分(例えば積層造形物Rでの縁の部分)、又は、金属層505のうち、積層造形時の光ビームLの移動方向(図示の例ではxy方向)への断面積が所定面積以下となる部分、の少なくとも一方を含む。これにより、過熱が生じ易い部分の表面温度を集中的に決定でき、過熱に起因する構造異常を特に効果的に抑制できる。 As such, in the example disclosed herein, the portions where heat is likely to accumulate include at least one of the following: portions of the metal layer 503 in the additively-shaped object R where there is space below (for example, the edge portions of the additively-shaped object R); or portions of the metal layer 505 where the cross-sectional area in the direction of movement of the light beam L during additive manufacturing (x and y directions in the illustrated example) is equal to or less than a predetermined area. This makes it possible to determine the surface temperature of portions where overheating is likely to occur in a concentrated manner, and makes it particularly effective to suppress structural abnormalities caused by overheating.
図1に戻って、ステップS3(判断ステップ)は、ステップS2で決定した表面温度と、中間体Sの過熱状態を示す所定閾値とに基づいて、中間体Sが過熱状態であるか否かを判断するステップである。ステップS3は、判断部21(図2)によって実行できる。所定閾値は、例えば、使用する金属材料の熱膨張係数に基づいて決定できる。具体的には、あくまで一例ではあるが、熱膨張係数から、所定上昇温度での膨張量(例えば長さ)を決定できる。そこで、過熱時に許容できない膨張量を決定し、その膨張量に対応する温度を所定閾値として決定できる。 Returning to Figure 1, step S3 (determination step) is a step in which it is determined whether the intermediate S is in an overheated state based on the surface temperature determined in step S2 and a predetermined threshold value indicating whether the intermediate S is in an overheated state. Step S3 can be executed by the determination unit 21 (Figure 2). The predetermined threshold value can be determined, for example, based on the thermal expansion coefficient of the metal material used. Specifically, as just one example, the amount of expansion (e.g., length) at a predetermined elevated temperature can be determined from the thermal expansion coefficient. Therefore, the amount of expansion that is unacceptable when overheated can be determined, and the temperature corresponding to that amount of expansion can be set as the predetermined threshold value.
所定閾値は、例えば、中間体Sにおける金属層507(図4B)毎に異なる。金属層507毎では許容可能な膨張量であっても、その膨張の蓄積によって許容できない膨張量が全体として生じ得る。しかし、そのような場合でも、金属層507毎に所定閾値を変えることで、全体しても許容可能な膨張量に抑制できる。 The predetermined threshold value differs, for example, for each metal layer 507 (Figure 4B) in the intermediate body S. Even if the amount of expansion is acceptable for each metal layer 507, the accumulation of that expansion may result in an unacceptable amount of expansion overall. However, even in such cases, by changing the predetermined threshold value for each metal layer 507, it is possible to suppress the amount of expansion to an acceptable level overall.
第1実施形態のステップS3では、過熱が生じ易い部分の表面温度が上記所定閾値以下になったときに、過熱状態ではないと判断される。即ち、表面温度が所定閾値以下に降温すれば、過熱が生じ易い部分での膨張量が緩和され、構造異常の発生が抑制される。そこで、この場合には、表面温度が所定閾値を超えることで過熱状態と判断された場合でも、所定閾値以下になることで過熱状態ではないと判断でき、その後の金属層507形成時の構造異常の発生を抑制できる。 In step S3 of the first embodiment, when the surface temperature of the portion prone to overheating falls below the predetermined threshold, it is determined that the portion is not in an overheated state. In other words, if the surface temperature falls below the predetermined threshold, the amount of expansion in the portion prone to overheating is reduced, and the occurrence of structural abnormalities is suppressed. Therefore, in this case, even if the surface temperature exceeds the predetermined threshold and is determined to be an overheated state, it can be determined that the portion is not in an overheated state if it falls below the predetermined threshold, and the occurrence of structural abnormalities during the subsequent formation of the metal layer 507 can be suppressed.
ステップS4での判断の結果、過熱状態ではないと判断されたとき(Y)、ステップS5が行われ、過熱状態であると判断されたとき(N)、ステップS6が行われる。 If the result of the judgment in step S4 is that the device is not in an overheated state (Y), step S5 is performed; if the result is that the device is in an overheated state (N), step S6 is performed.
ステップS5(粉末床形成ステップ)は、表面温度を決定した所定層上への粉末床PB(図2)の形成を行うステップである。粉末床PBの形成は、例えばリコータ70(図2)の駆動による粉末Pの造形部50への供給により実行できる。ステップS5は、例えば造形制御部22(図3)により実行できる。粉末床PBの形成後、再度上記のステップS1が行われる。 Step S5 (powder bed formation step) is a step in which a powder bed PB (Figure 2) is formed on a predetermined layer whose surface temperature has been determined. Formation of the powder bed PB can be performed, for example, by driving the recoater 70 (Figure 2) to supply powder P to the modeling unit 50. Step S5 can be performed, for example, by the modeling control unit 22 (Figure 3). After the powder bed PB is formed, the above-mentioned step S1 is performed again.
ステップS6(待機ステップ)は、ステップS4において中間体Sが過熱状態であると判断されたとき、中間体Sが過熱状態でなくなるまで待機するステップである。ステップS6により、中間体Sの表面温度を降温でき、過熱状態でない状態にできる。第1実施形態のステップS6は、例えば自然冷却により行われ、自然冷却によって中間体Sを放熱させることで、表面温度を降下できる。 Step S6 (waiting step) is a step in which, when it is determined in step S4 that the intermediate body S is in an overheated state, the intermediate body S waits until it is no longer in an overheated state. Step S6 reduces the surface temperature of the intermediate body S, making it no longer overheated. In the first embodiment, step S6 is performed, for example, by natural cooling, and the surface temperature can be reduced by dissipating heat from the intermediate body S through natural cooling.
ステップS6での待機は、上記ステップS3及びステップS4と同様にして表面温度の決定及び過熱状態の判断を例えば所定時間毎に繰り返すことで、行われる。待機中、光ビームLの照射は行われない。そして、過熱状態ではないと判断されたときに、ステップS5が行われる。 The standby in step S6 is performed by repeating the determination of the surface temperature and the determination of the overheated state, for example, at predetermined intervals, in the same manner as in steps S3 and S4 above. During standby, the light beam L is not irradiated. Then, when it is determined that the overheated state is not present, step S5 is performed.
以上の第1実施形態によれば、中間体S(特に最上面の金属層507である所定層)が過熱状態にある場合でも、過熱状態でなくなるまで待機した後に粉末床PBを形成することで、過熱状態に起因する構造異常の発生を抑制できる。これにより、例えば粉末床形成時の意図しない積層造形装置300(図2)の停止を抑制できる。このため、積層造形装置300の連続使用時間を長くでき、製造効率を向上できる。 According to the first embodiment described above, even if the intermediate body S (particularly the predetermined layer, which is the uppermost metal layer 507) is in an overheated state, the occurrence of structural abnormalities due to the overheated state can be suppressed by waiting until the overheated state is no longer present before forming the powder bed PB. This makes it possible to suppress unintended shutdowns of the additive manufacturing apparatus 300 (Figure 2), for example, during powder bed formation. This allows the continuous use time of the additive manufacturing apparatus 300 to be extended, improving manufacturing efficiency.
図5は、第2実施形態の積層造形物R(図4A)の製造方法(以下、第2実施形態の製造方法という)を示すフローチャートである。第2実施形態の製造方法は、上記ステップS3(図1)に代えてステップS31を含むこと以外は、第1実施形態の製造方法と同様である。ステップS31は、表面温度の決定対象が異なること以外はステップS3と同様である。 Figure 5 is a flowchart showing a method for manufacturing a layered object R (Figure 4A) according to a second embodiment (hereinafter referred to as the manufacturing method according to the second embodiment). The manufacturing method according to the second embodiment is the same as the manufacturing method according to the first embodiment, except that it includes step S31 instead of step S3 (Figure 1). Step S31 is the same as step S3, except that the target for determining the surface temperature is different.
ステップS31(表面温度決定ステップ)で決定される表面温度は、中間体Sの上面全域の表面温度である。上面全域は、例えば、最上面に形成された金属層507(所定層の一例)全体である。上面全域の表面温度に基づくことで、第1実施形態のような熱が溜まり易い部分の決定作業を省略でき、制御を簡便にできる。なお、上記のように、中間体Sでは、積層造形物R(図4A)での縁の部分(粉末Pとの境界部分)には熱が溜まり易い。このため、縁に沿って温度が上がり易いため、温度センサ13によって中間体Sの上面全域の領域を判断できる。 The surface temperature determined in step S31 (surface temperature determination step) is the surface temperature of the entire upper surface of the intermediate body S. The entire upper surface is, for example, the entire metal layer 507 (an example of a predetermined layer) formed on the top surface. By basing the surface temperature of the entire upper surface on the surface temperature, it is possible to omit the step of determining areas where heat is likely to accumulate, as in the first embodiment, and control can be simplified. As described above, with the intermediate body S, heat is likely to accumulate at the edge portion (the boundary portion with the powder P) of the layered object R (Figure 4A). For this reason, the temperature tends to rise along the edge, and the temperature sensor 13 can determine the area of the entire upper surface of the intermediate body S.
過熱状態であるか否かの判断は、表面温度が上面全域で所定閾値以下になったときとしてもよいし、上面全域の表面温度の平均値と所定閾値とを比較することで行ってもよい。平均値と比較する場合、平均値との比較のために所定閾値を変更することが好ましい。 The determination of whether or not the device is in an overheated state may be made when the surface temperature across the entire upper surface falls below a predetermined threshold, or by comparing the average surface temperature across the entire upper surface with the predetermined threshold. When comparing with the average value, it is preferable to change the predetermined threshold for comparison with the average value.
図6は、第3実施形態の積層造形物R(図4A)の製造方法(以下、第3実施形態の製造方法という)を示すフローチャートである。第3実施形態の製造方法は、上記ステップS6(図1)に代えてステップS61を含むこと以外は、第1実施形態の製造方法と同様である。 Figure 6 is a flowchart showing a method for manufacturing a layered object R (Figure 4A) according to a third embodiment (hereinafter referred to as the manufacturing method of the third embodiment). The manufacturing method of the third embodiment is similar to the manufacturing method of the first embodiment, except that it includes step S61 instead of step S6 (Figure 1) described above.
ステップS61(冷却ステップ)は、ステップS4(判断ステップ)からステップS5(粉末床形成ステップ)までの少なくとも一部の時間(好ましくは全部)で、中間体Sの冷却により表面温度を降温させるステップである。冷却の具体的方法は、図7及び図8を参照して後記する。ステップS61により、自然冷却よりも速やかに表面温度を降温でき、積層造形装置301(図7)による製造効率を向上できる。ステップS61を実行可能な積層造形装置301について、図7及び図8を参照して説明する。 Step S61 (cooling step) is a step in which the surface temperature is lowered by cooling the intermediate body S for at least a portion (preferably the entirety) of the time from step S4 (determination step) to step S5 (powder bed formation step). Specific cooling methods will be described later with reference to Figures 7 and 8. Step S61 allows the surface temperature to be lowered more quickly than natural cooling, improving the manufacturing efficiency of the additive manufacturing device 301 (Figure 7). An additive manufacturing device 301 capable of executing step S61 will be described with reference to Figures 7 and 8.
図7は、第3実施形態の積層造形装置301を示す構造図である。積層造形装置301は、造形装置本体100(図2)に代えて造形装置本体101を備えること以外は、積層造形装置300(図2)と同様である。造形装置本体101は、冷却機構52を更に備えること以外は、造形装置本体100(図2)と同様である。 Figure 7 is a structural diagram showing an additive manufacturing apparatus 301 of the third embodiment. The additive manufacturing apparatus 301 is similar to the additive manufacturing apparatus 300 (Figure 2), except that it includes a modeling apparatus main body 101 instead of the modeling apparatus main body 100 (Figure 2). The modeling apparatus main body 101 is similar to the modeling apparatus main body 100 (Figure 2), except that it further includes a cooling mechanism 52.
冷却機構52は、造形部50の側壁53、又は、ステージ51(支持部材)の少なくとも一方に設置され、冷却は、側壁53、又は、ステージ51の少なくとも一方に対し、冷却機構52の設置により行われる。図示の例では、冷却機構52は、側壁53及びステージ51の双方に設置される。冷却機構52は、例えば、水冷装置、空冷装置又はヒートシンクの少なくとも1つを含む。図示の例では、冷却機構52は水冷装置であり、側壁53及びステージ51の内部に、冷却水(不図示)を流す通水空間54が備えられる。通水空間54は例えば通水管である。 The cooling mechanism 52 is installed on at least one of the sidewall 53 or the stage 51 (support member) of the molding unit 50, and cooling is performed by installing the cooling mechanism 52 on at least one of the sidewall 53 or the stage 51. In the example shown, the cooling mechanism 52 is installed on both the sidewall 53 and the stage 51. The cooling mechanism 52 includes, for example, at least one of a water cooling device, an air cooling device, or a heat sink. In the example shown, the cooling mechanism 52 is a water cooling device, and a water flow space 54 through which cooling water (not shown) flows is provided inside the sidewall 53 and the stage 51. The water flow space 54 is, for example, a water pipe.
図8は、第3実施形態の積層造形装置301を示すブロック図である。図8は、水冷装置又は空冷装置の少なくとも一方の冷却機構52を使用する場合である。ステップS61(図6)は、造形制御部22による冷却機構52の制御により実行できる。 Figure 8 is a block diagram showing an additive manufacturing apparatus 301 according to a third embodiment. Figure 8 shows a case in which at least one of a water-cooling device and an air-cooling device is used as the cooling mechanism 52. Step S61 (Figure 6) can be executed by the control of the cooling mechanism 52 by the manufacturing control unit 22.
冷却機構52が例えば水冷装置の場合、冷却機構52は、例えば、通水空間54(図7)と、通水空間54への水流を生じさせるポンプ(不図示)とを備える。造形制御部22は、例えば、中間体Sの表面温度に応じてポンプによる通水量を制御することで、特に効率的に冷却できる。なお、ポンプの制御に代えて、又はポンプの制御とともに、冷却水の温度を制御してもよい。 When the cooling mechanism 52 is, for example, a water cooling device, the cooling mechanism 52 includes, for example, a water passage space 54 (FIG. 7) and a pump (not shown) that generates a water flow into the water passage space 54. The forming control unit 22 can achieve particularly efficient cooling by, for example, controlling the amount of water passed by the pump in accordance with the surface temperature of the intermediate body S. Note that the temperature of the cooling water may be controlled instead of or in addition to controlling the pump.
冷却機構52が例えば空冷装置の場合、冷却機構52は、例えば、気体(空気等)を流す通風空間(不図示。例えば配管)と、通風空間への気流を生じさせるファン(不図示)とを備える。造形制御部22は、例えば、中間体Sの表面温度に応じてファンによる通気量を制御することで、特に効率的に冷却できる。なお、ファンの制御に代えて、又はファンの制御とともに、通風空間に流す気体の温度を制御してもよい。 When the cooling mechanism 52 is, for example, an air-cooling device, the cooling mechanism 52 includes, for example, a ventilation space (not shown, e.g., piping) through which gas (e.g., air) flows, and a fan (not shown) that generates an airflow into the ventilation space. The forming control unit 22 can achieve particularly efficient cooling, for example, by controlling the amount of airflow by the fan according to the surface temperature of the intermediate body S. Note that instead of or in addition to controlling the fan, the temperature of the gas flowing into the ventilation space may be controlled.
図6に戻って、ステップS61での冷却は、上記のように、側壁53(図7)又はステージ51(図7)の少なくとも一方(図示の例では双方)の冷却により行われる。側壁53及びステージ51は造形部50(図7)を区画するように配置されるため、これらの少なくとも一方の冷却により、造形部50に収容した中間体Sを効果的に冷却できる。中でも、ステージ51の冷却により、ステージ51と金属結合する中間体Sの熱を、当該金属結合を介してステージ51に放熱し易くできる。また、側壁53の冷却により、中間体Sの幅(図4Aに示すxy平面内での長さ)が大きくなり側壁53に近づいた場合に、ステージ51から離れている場合であっても効果的に冷却できる。 Returning to FIG. 6, as described above, cooling in step S61 is performed by cooling at least one of the sidewalls 53 ( FIG. 7 ) or the stage 51 ( FIG. 7 ) (both in the illustrated example). Because the sidewalls 53 and the stage 51 are arranged to define the molding section 50 ( FIG. 7 ), cooling at least one of them can effectively cool the intermediate body S housed in the molding section 50. In particular, cooling the stage 51 makes it easier to dissipate heat from the intermediate body S, which is metallurgically bonded to the stage 51, to the stage 51 via this metallurgical bond. Furthermore, cooling the sidewalls 53 allows effective cooling when the width (length in the xy plane shown in FIG. 4A ) of the intermediate body S increases and it approaches the sidewalls 53, even when it is far from the stage 51.
図9は、第4実施形態の積層造形物R(図4A)の製造方法(以下、第4実施形態の製造方法という)を示すフローチャートである。第4実施形態の製造方法は、更にステップS7を含むこと以外は、第1実施形態の製造方法と同様である。 Figure 9 is a flowchart showing a method for manufacturing a layered object R (Figure 4A) according to the fourth embodiment (hereinafter referred to as the manufacturing method of the fourth embodiment). The manufacturing method of the fourth embodiment is similar to the manufacturing method of the first embodiment, except that it further includes step S7.
ステップS7(支持部材温度決定ステップ)は、ステージ51(支持部材)の温度を決定するステップである。ステップS7により、ステージ51の温度を決定でき、後記する制御にステージ51の温度を使用できる。ステップS7は、例えば、ステップS2とステップS4との間に行われ、図示の例ではステップS3と同じタイミングで行われる。ただし、ステップS7は、ステップS3の前、又はステップS3の後に行われてもよい。ステップS7を実行可能な積層造形装置302について、図10及び図11を参照して説明する。 Step S7 (support member temperature determination step) is a step for determining the temperature of the stage 51 (support member). Step S7 determines the temperature of the stage 51, and the temperature of the stage 51 can be used for the control described below. Step S7 is performed, for example, between steps S2 and S4, and in the illustrated example, is performed at the same timing as step S3. However, step S7 may also be performed before or after step S3. An additive manufacturing device 302 capable of performing step S7 will be described with reference to Figures 10 and 11.
図10は、第4実施形態の積層造形装置302を示す構造図である。積層造形装置302は、造形装置本体100(図2)に代えて造形装置本体102を備えること以外は、積層造形装置300(図2)と同様である。造形装置本体102は、温度センサ55を更に備えること以外は、造形装置本体100(図2)と同様である。 Figure 10 is a structural diagram showing an additive manufacturing apparatus 302 according to the fourth embodiment. The additive manufacturing apparatus 302 is similar to the additive manufacturing apparatus 300 (Figure 2), except that it includes a modeling apparatus main body 102 instead of the modeling apparatus main body 100 (Figure 2). The modeling apparatus main body 102 is similar to the modeling apparatus main body 100 (Figure 2), except that it further includes a temperature sensor 55.
温度センサ55は、ステージ51の温度を測定するものであり、例えば熱電対である。温度センサ55は、例えば金属製のステージ51の下面に接触して設置される。 The temperature sensor 55 measures the temperature of the stage 51 and is, for example, a thermocouple. The temperature sensor 55 is installed in contact with the underside of the metal stage 51, for example.
図11は、第4実施形態の積層造形装置302を示すブロック図である。判断部21は、温度センサ13による中間体Sの表面温度と、温度センサ55によるステージ51の温度に基づいて、過熱状態であるか否かを判断する。具体的な判断方法について、図9に戻って説明する。 Figure 11 is a block diagram showing an additive manufacturing apparatus 302 according to the fourth embodiment. The determination unit 21 determines whether an overheating state has occurred based on the surface temperature of the intermediate body S measured by the temperature sensor 13 and the temperature of the stage 51 measured by the temperature sensor 55. Specific determination methods will be explained later, returning to Figure 9.
ステップS4(判断ステップ)では、中間体Sの表面温度とステージ51の温度との差が、中間体Sの過熱状態を示す所定閾値以下になったときに、中間体Sが過熱状態ではないと判断される。上記のように、中間体Sはステージ51に放熱し易い。また、ステージ51には光ビームLは照射されず、光ビームLによる加熱の影響を直接受け難いので、温度はある程度一定である。従って、光ビームLの照射によって昇温した中間体Sの熱は、ステージ51に伝熱し易い。そして、伝熱により中間体Sの表面温度とステージ51の温度との差は小さくなる。このため、当該差と当該閾値とを比較し、差が所定閾値以下になったときに中間体Sが降温したとして、中間体Sは過熱状態ではないと判断される。このようにしても、過熱に起因する構造異常を抑制できる。 In step S4 (determination step), when the difference between the surface temperature of the intermediate S and the temperature of the stage 51 falls below a predetermined threshold value indicating that the intermediate S is overheated, it is determined that the intermediate S is not overheated. As described above, the intermediate S easily dissipates heat to the stage 51. Furthermore, the stage 51 is not irradiated with the light beam L and is therefore less susceptible to the direct effects of heating from the light beam L, so its temperature remains relatively constant. Therefore, the heat of the intermediate S, which has been heated by irradiation with the light beam L, is easily transferred to the stage 51. This heat transfer reduces the difference between the surface temperature of the intermediate S and the temperature of the stage 51. Therefore, this difference is compared with the threshold value, and when the difference falls below the predetermined threshold value, it is determined that the temperature of the intermediate S has dropped and that the intermediate S is not overheated. This also makes it possible to suppress structural abnormalities caused by overheating.
図12は、第5実施形態の積層造形物R(図4A)の製造方法(以下、第5実施形態の製造方法という)を示すフローチャートである。第5実施形態の製造方法は、ステップS3の後に更にステップS8を含むこと以外は、第1実施形態の製造方法と同様である。 Figure 12 is a flowchart showing a method for manufacturing a layered object R (Figure 4A) according to a fifth embodiment (hereinafter referred to as the manufacturing method of the fifth embodiment). The manufacturing method of the fifth embodiment is similar to the manufacturing method of the first embodiment, except that it further includes step S8 after step S3.
ステップS8(凹凸検出ステップ)は、中間体Sの表面に光を照射しながら撮像することで凹凸を検出するステップである。ステップS8により、中間体Sの表面に存在し得る凹凸を検出でき、後記する制御に検出結果を使用できる。ステップS8を実行可能な積層造形装置303について、図13及び図14を参照して説明する。 Step S8 (irregularity detection step) is a step in which irregularities are detected by imaging the surface of the intermediate body S while irradiating it with light. Step S8 makes it possible to detect irregularities that may exist on the surface of the intermediate body S, and the detection results can be used for control, which will be described later. An additive manufacturing device 303 capable of executing step S8 will be described with reference to Figures 13 and 14.
図13は、第5実施形態の積層造形装置303を示す構造図である。積層造形装置303は、造形装置本体100(図2)に代えて造形装置本体103を備えること以外は、積層造形装置300(図2)と同様である。造形装置本体103は、凹凸検出装置56を更に備えること以外は、造形装置本体100(図2)と同様である。 Figure 13 is a structural diagram showing an additive manufacturing apparatus 303 of the fifth embodiment. The additive manufacturing apparatus 303 is similar to the additive manufacturing apparatus 300 (Figure 2), except that it includes a modeling apparatus main body 103 instead of the modeling apparatus main body 100 (Figure 2). The modeling apparatus main body 103 is similar to the modeling apparatus main body 100 (Figure 2), except that it further includes an unevenness detection device 56.
凹凸検出装置56は、撮像装置57と、照明装置58とを備える。撮像装置57は、例えば中間体Sの上方に、中間体Sの表面(例えば金属層507(図4B)である所定層の上面)を撮像可能な位置に備えられる。撮像装置57は例えばカメラである。照明装置58は、中間体Sの表面に対して例えば0°より大きく90°未満の角度の光軸Eを有するように、配置される。このような配置により、中間体Sの葉面に凹凸が存在する場合、凹凸に起因して生じる影を撮像装置57が撮像でき、凹凸を検出できる。 The unevenness detection device 56 includes an imaging device 57 and an illumination device 58. The imaging device 57 is provided, for example, above the intermediate body S in a position where it can capture an image of the surface of the intermediate body S (for example, the upper surface of a predetermined layer, which is the metal layer 507 (Figure 4B)). The imaging device 57 is, for example, a camera. The illumination device 58 is positioned so that it has an optical axis E at an angle, for example, greater than 0° and less than 90°, relative to the surface of the intermediate body S. With this arrangement, if unevenness exists on the leaf surface of the intermediate body S, the imaging device 57 can capture the shadows caused by the unevenness and detect the unevenness.
図14は、第5実施形態の積層造形装置302を示すブロック図である。判断部21は、温度センサ13による中間体Sの表面温度と、凹凸検出装置56による検出結果に基づいて、過熱状態であるか否かを判断する。具体的な判断方法について、図12に戻って説明する。 Figure 14 is a block diagram showing an additive manufacturing apparatus 302 according to the fifth embodiment. The determination unit 21 determines whether or not the intermediate body S is in an overheated state based on the surface temperature measured by the temperature sensor 13 and the detection results of the unevenness detection device 56. Specific determination methods will be explained later, returning to Figure 12.
ステップS4(判断ステップ)では、ステップS8(凹凸検出ステップ)で検出された凹凸の発生場所において、中間体Sの表面温度が所定閾値以下になったときに、中間体Sが過熱状態ではないと判断される。中間体Sで凹凸が生じている部分は、過熱に起因した膨張により生じた凹凸での可能性がある。そこで、凹凸の発生場所での表面温度を所定閾値と比較することで、過熱が生じた部位を把握できるとともに、その部位での降温により過熱状態ではないことを判断できる。これにより、実際に構造異常が生じた場合でも、その構造異常の部分の表面温度に基づくことで、特に効果的に意図しない積層造形装置302の停止を抑制できる。 In step S4 (judgment step), when the surface temperature of the intermediate S falls below a predetermined threshold at the location where the irregularities detected in step S8 (irregularity detection step) occurred, it is determined that the intermediate S is not in an overheated state. The uneven portions of the intermediate S may be caused by expansion due to overheating. Therefore, by comparing the surface temperature at the location where the irregularities occurred with a predetermined threshold, it is possible to identify the location where overheating occurred, and determine that the location is not in an overheated state due to the temperature drop in that location. As a result, even if a structural abnormality actually occurs, unintended shutdowns of the additive manufacturing device 302 can be particularly effectively prevented by using the surface temperature of the structural abnormality portion as a basis.
図15は、第6実施形態の積層造形物R(図4A)の製造方法(以下、第6実施形態の製造方法という)を示すフローチャートである。第6実施形態の製造方法は、ステップS6(図1)に代えて更にステップS62を含むこと以外は、第1実施形態の製造方法と同様である。ステップS62は、ステップS6と同様に待機するとともに、待機時にリコータ70(図2)が駆動する。 Figure 15 is a flowchart showing a method for manufacturing a layered object R (Figure 4A) according to a sixth embodiment (hereinafter referred to as the manufacturing method of the sixth embodiment). The manufacturing method of the sixth embodiment is similar to the manufacturing method of the first embodiment, except that it further includes step S62 instead of step S6 (Figure 1). Step S62 involves waiting, as in step S6, and the recoater 70 (Figure 2) is driven during the waiting period.
図16は、第6実施形態の製造方法の使用時におけるリコータ70の動作を説明する図である。本開示では、リコータ70は、紙面左右方向(図4Aに示すx方向。いずれか一方でよい)への移動(スライド)により、材料供給部40から造形部50に粉末Pを供給する粉末供給機構の一例である。ただし、粉末供給機構はリコータ70に限定されない。 Figure 16 is a diagram illustrating the operation of the recoater 70 when using the manufacturing method of the sixth embodiment. In the present disclosure, the recoater 70 is an example of a powder supply mechanism that supplies powder P from the material supply unit 40 to the modeling unit 50 by moving (sliding) in the left and right directions on the page (the x direction shown in Figure 4A; either one is sufficient). However, the powder supply mechanism is not limited to the recoater 70.
二点鎖線で示すリコータ70の位置は、初期状態(第1実施形態での待機位置を含む)の位置である。一方で、ステップS62(図15)での待機は、図16に示す実線で示すリコータ70の位置で行われる。即ち、ステップS4(図15)で過熱状態と判断された場合、造形制御部22(図3)は、ステージ41(図2)を上昇させた後、初期状態の位置に配置されたリコータ70を造形部50に向けて駆動させる。これにより、材料供給部40(図2)の粉末Pが、リコータ70の駆動によって、造形部50の側方にまで移動させる。そして、粉末Pを造形部50の側方で保持した状態で、過熱状態ではなくなるまで待機が行われる。 The position of the recoater 70 indicated by the two-dot chain line is the position in the initial state (including the standby position in the first embodiment). On the other hand, standby in step S62 (Fig. 15) is performed at the position of the recoater 70 indicated by the solid line in Fig. 16. That is, if an overheated state is determined in step S4 (Fig. 15), the modeling control unit 22 (Fig. 3) raises the stage 41 (Fig. 2) and then drives the recoater 70, which is positioned in the initial state, toward the modeling unit 50. As a result, the powder P in the material supply unit 40 (Fig. 2) is moved to the side of the modeling unit 50 by driving the recoater 70. Then, while the powder P is held to the side of the modeling unit 50, standby is performed until the overheated state is resolved.
図15に戻って、ステップS62(待機ステップ)は、造形部50内の所定層上に供給される粉末Pを、造形部50の側方に保持した状態で行われる。これにより、ステップS62の後にステップS5で粉末床PBの形成が行われる際、造形部50の側方に保持した粉末Pを速やかに造形部50に供給でき、粉末床PBの形成時間を短くできる。 Returning to Figure 15, step S62 (waiting step) is performed with the powder P to be supplied onto a predetermined layer within the modeling unit 50 held on the side of the modeling unit 50. As a result, when the powder bed PB is formed in step S5 after step S62, the powder P held on the side of the modeling unit 50 can be quickly supplied to the modeling unit 50, shortening the time required to form the powder bed PB.
図17は、第7実施形態の積層造形物R(図4A)の製造方法(以下、第7実施形態の製造方法という)を示すフローチャートである。第7実施形態の製造方法は、ステップS6(図1)に代えてステップS63を含むこと以外は、第1実施形態の製造方法と同様である。ステップS63(待機ステップ)は、ステップS6と同様に待機するステップ(待機ステップ)であり、ステップS631~S633を含む。 Figure 17 is a flowchart showing a method for manufacturing a layered object R (Figure 4A) according to the seventh embodiment (hereinafter referred to as the manufacturing method of the seventh embodiment). The manufacturing method of the seventh embodiment is similar to the manufacturing method of the first embodiment, except that it includes step S63 instead of step S6 (Figure 1). Step S63 (standby step) is a standby step (standby step) similar to step S6, and includes steps S631 to S633.
ステップS631(駆動開始ステップ)は、ステップS4(判断ステップ)で過熱状態であるとの判断後に、造形部50に粉末Pを供給するリコータ70の駆動を開始するステップである。リコータ70の駆動は、造形制御部22(図2)により実行される。リコータ70の駆動により、材料供給部40(図2)の粉末Pが造形部50に向けて移動する。 Step S631 (drive start step) is a step in which, after determining in step S4 (determination step) that an overheat state has occurred, the drive of the recoater 70, which supplies powder P to the modeling unit 50, is started. The drive of the recoater 70 is executed by the modeling control unit 22 (Figure 2). By driving the recoater 70, the powder P in the material supply unit 40 (Figure 2) moves toward the modeling unit 50.
駆動開始後、ステップS4と同様に過熱状態の成否について判断が行われる(ステップS632)。過熱状態ではないとの判断後、ステップS633が行われる。ステップS633(供給ステップ)は、リコータ70の駆動が開始し、かつステップS632で過熱状態ではないとの判断後、リコータ70によって造形部50内の所定層上に粉末Pを供給するステップである。特にステップS631,S633を含むことで、粉末床PBの形成時、予め駆動させていたリコータ70によって、リコータ70の初期状態位置(図16)よりは造形部50に近い粉末Pを速やかに造形部50に供給でき、粉末床PBの形成時間を短くできる。 After the start of operation, a determination is made as to whether the overheated state has occurred, as in step S4 (step S632). If it is determined that the overheated state has not occurred, step S633 is performed. Step S633 (supply step) is a step in which the recoater 70 supplies powder P onto a predetermined layer in the modeling unit 50 after the recoater 70 has started operating and it is determined in step S632 that the overheated state has not occurred. In particular, by including steps S631 and S633, when forming the powder bed PB, the recoater 70, which has been driven in advance, can quickly supply powder P to the modeling unit 50 from a position closer to the modeling unit 50 than the initial position of the recoater 70 (Figure 16), thereby shortening the time required to form the powder bed PB.
リコータ70の駆動速度は、例えば、ステップS3で決定した表面温度と上記所定閾値との差に基づき決定される。これにより、リコータ70が停止している時間を短くできる。駆動速度の決定方法について、例えば、差が大きければ、過熱状態でなくなるまでの時間が長いため、駆動速度は遅めに決定される。一方で、例えば、差が小さければ、過熱状態でなくなるまでの時間が短いため、駆動速度は速めに決定される。駆動速度と差との関係は、例えば実験等によって決定できる。 The drive speed of the recoater 70 is determined, for example, based on the difference between the surface temperature determined in step S3 and the above-mentioned predetermined threshold. This shortens the time that the recoater 70 is stopped. Regarding the method of determining the drive speed, for example, if the difference is large, it will take a long time for the overheated state to disappear, so the drive speed is determined to be slow. On the other hand, for example, if the difference is small, it will take a short time for the overheated state to disappear, so the drive speed is determined to be fast. The relationship between the drive speed and the difference can be determined, for example, by experimentation, etc.
なお、このような関係を用いない場合に、過熱状態が解消する前にリコータ70が造形部50の側方に到達したときには、第6実施形態と同様に、リコータ70を側方で停止させればよい。 If this relationship is not used, and the recoater 70 reaches the side of the modeling unit 50 before the overheating state is resolved, the recoater 70 can be stopped at the side, as in the sixth embodiment.
図18は、第8実施形態の積層造形物の製造方法(以下、第8実施形態の製造方法という)を示すフローチャートである。第8実施形態の製造方法は、更にステップS64,S65を含むこと以外は、第1実施形態の製造方法と同様である。 Figure 18 is a flowchart showing a method for manufacturing a layered object according to an eighth embodiment (hereinafter referred to as the manufacturing method according to the eighth embodiment). The manufacturing method according to the eighth embodiment is the same as the manufacturing method according to the first embodiment, except that it further includes steps S64 and S65.
ステップS64(報知ステップ)は、ステップS4(判断ステップ)において過熱状態であると判断された場合に、過熱状態にある時間が所定時間を超えたときに報知するステップである。ここでいう所定時間は、例えば実験等により決定できる。ステップS64は、図示の例では、ステップS6と並行して行われる。 Step S64 (notification step) is a step in which, if an overheated state is determined in step S4 (determination step), an alarm is issued when the time during which the overheated state has continued exceeds a predetermined time. This predetermined time can be determined, for example, through experimentation. In the illustrated example, step S64 is performed in parallel with step S6.
中間体Sは上記のようにステージ51(図2)への伝熱経路を有するため、降温速度に違いはあっても降温する。しかし、例えば積層造形中に中間体Sの破損等が生じた場合、その破損等に起因して中間体Sから分離した部分は伝熱経路を有さないため、中間体Sより降温速度が遅い。従って、分離した部分は、過熱状態にある時間(例えば所定閾値を超えている時間)が、中間体Sよりも長い。そこで、ステップS8では、報知部23(図19)は、過熱状態にある時間が所定時間を超えたときに、そのような破損等が生じているとして、ユーザに報知する。なお、ステップS5が開始された時点で、ステップS64は終了する。 As described above, the intermediate S has a heat transfer path to the stage 51 (Figure 2), so its temperature will decrease, although the rate of temperature decrease may differ. However, if the intermediate S is damaged during additive manufacturing, for example, the portion separated from the intermediate S due to the damage will have a slower rate of temperature decrease than the intermediate S because it does not have a heat transfer path. Therefore, the separated portion will remain in an overheated state for a longer period of time (for example, the time it exceeds a predetermined threshold) than the intermediate S. Therefore, in step S8, the notification unit 23 (Figure 19) notifies the user that such damage has occurred when the time in the overheated state exceeds a predetermined period of time. Note that step S64 ends when step S5 is started.
図19は、第8実施形態の積層造形装置304を示すブロック図である。積層造形装置304は、造形装置本体100(図2)及び制御装置200(図2)に代えて、それぞれ、造形装置本体104及び制御装置204を備えること以外は、積層造形装置300(図2)と同様である。制御装置204の具体的なハードウェア構成は図20を参照して後記する。造形装置本体104は、造形装置本体100の構成に加え、更に報知装置59を備える。制御装置204は、制御装置200の構成に加え、更に報知部23を備える。 Figure 19 is a block diagram showing an additive manufacturing apparatus 304 according to the eighth embodiment. The additive manufacturing apparatus 304 is similar to the additive manufacturing apparatus 300 (Figure 2), except that it includes a modeling apparatus main body 104 and a control device 204 instead of the modeling apparatus main body 100 (Figure 2) and the control device 200 (Figure 2), respectively. The specific hardware configuration of the control device 204 will be described later with reference to Figure 20. The modeling apparatus main body 104 includes an alarm device 59 in addition to the configuration of the modeling apparatus main body 100. The control device 204 includes an alarm unit 23 in addition to the configuration of the control device 200.
報知装置59は、報知部23からの指示により、ユーザに対して報知するものである。報知装置59は、例えば、報知音を発するスピーカ、報知画面を表示するディスプレイ、発光により報知する発光装置等を含む。報知部23は、ステップS8(図18)を実行するものである。即ち、報知部23は、温度センサ13により決定された表面温度と、あらかじめ定められた所定時間とに基づき、報知装置59を通じて報知する。報知装置59により、ユーザが中間体Sの破損等を知ることができる。 The notification device 59 notifies the user in response to instructions from the notification unit 23. The notification device 59 includes, for example, a speaker that emits a notification sound, a display that displays a notification screen, and a light-emitting device that emits light to notify. The notification unit 23 executes step S8 (Figure 18). That is, the notification unit 23 issues a notification through the notification device 59 based on the surface temperature determined by the temperature sensor 13 and a predetermined specified time. The notification device 59 allows the user to know of damage to the intermediate product S, etc.
図20は、制御装置200,204のハードウェア構成を説明するブロック図である。制御装置200,204は、CPU901と、RAM902と、ROM903と、HDD904と、通信I/F905と、入出力I/F906と、メディアI/F907とを備える。通信I/F905は、外部の通信装置915に接続される。入出力I/F906は、入出力装置916に接続される。メディアI/F907は、記録媒体917からデータを読み書きする。さらに、CPU901は、RAM902に読み込んだプログラム(アプリケーション、その略のアプリとも呼ばれる)を実行することにより、上記制御装置200,204が具現化される。そして、このプログラムは、通信回線を介して配布したり、CD-ROM等の記録媒体917に記録して配布できる。 Figure 20 is a block diagram illustrating the hardware configuration of the control devices 200 and 204. The control devices 200 and 204 include a CPU 901, RAM 902, ROM 903, HDD 904, communication I/F 905, input/output I/F 906, and media I/F 907. The communication I/F 905 is connected to an external communication device 915. The input/output I/F 906 is connected to an input/output device 916. The media I/F 907 reads and writes data from a recording medium 917. Furthermore, the CPU 901 executes a program (also called an application, or "app" for short) loaded into RAM 902, thereby realizing the control devices 200 and 204. This program can be distributed via a communication line or recorded on a recording medium 917 such as a CD-ROM.
10 チャンバ
100 造形装置本体
101 造形装置本体
102 造形装置本体
103 造形装置本体
104 造形装置本体
12 透過窓
12g 保護ガラス
13 温度センサ
14 圧力センサ
15 酸素センサ
20 ガス供給部
200 制御装置
204 制御装置
21 判断部
22 造形制御部
23 報知部
30 排気機構
300 積層造形装置
301 積層造形装置
302 積層造形装置
303 積層造形装置
304 積層造形装置
31 配管
4 ステップ
40 材料供給部
41 ステージ
50 造形部
501 空間
502 上辺
503 金属層
505 金属層
507 金属層
51 ステージ
52 冷却機構
53 側壁
54 通水空間
55 温度センサ
56 凹凸検出装置
57 撮像装置
58 照明装置
59 報知装置
60 回収部
70 リコータ(粉末供給機構)
75 移動機構(粉末供給機構)
80 ビーム源
D 進行方向
E 光軸
L 光ビーム
P 粉末
PB 粉末床
R 積層造形物
S 中間体
S1 ステップ(所定層形成ステップ)
S2 ステップ
S3 ステップ(表面温度決定ステップ)
S31 ステップ
S4 ステップ(判断ステップ)
S5 ステップ(粉末床形成ステップ)
S6 ステップ(待機ステップ)
S61 ステップ(冷却ステップ)
S62 ステップ
S63 ステップ
S631 ステップ(駆動開始ステップ)
S632 ステップ
S633 ステップ(供給ステップ)
S65 ステップ(報知ステップ)
S7 ステップ(支持部材温度決定ステップ)
S8 ステップ(凹凸検出ステップ)
10 Chamber 100 Modeling apparatus main body 101 Modeling apparatus main body 102 Modeling apparatus main body 103 Modeling apparatus main body 104 Modeling apparatus main body 12 Transmission window 12g Protective glass 13 Temperature sensor 14 Pressure sensor 15 Oxygen sensor 20 Gas supply unit 200 Control device 204 Control device 21 Determination unit 22 Modeling control unit 23 Notification unit 30 Exhaust mechanism 300 Layered modeling apparatus 301 Layered modeling apparatus 302 Layered modeling apparatus 303 Layered modeling apparatus 304 Layered modeling apparatus 31 Piping 4 Step 40 Material supply unit 41 Stage 50 Modeling unit 501 Space 502 Upper edge 503 Metal layer 505 Metal layer 507 Metal layer 51 Stage 52 Cooling mechanism 53 Side wall 54 Water flow space 55 Temperature sensor 56 Irregularity detection device 57 Imaging device 58 Lighting device 59 Notification device 60 Recovery unit 70 Recoater (powder supply mechanism)
75 Moving mechanism (powder supply mechanism)
80 Beam source D Travel direction E Optical axis L Light beam P Powder PB Powder bed R Layered object S Intermediate body S1 Step (predetermined layer formation step)
S2 Step S3 Step (Surface temperature determination step)
S31 Step S4 Step (Decision Step)
S5 Step (Powder bed formation step)
S6 step (standby step)
S61 step (cooling step)
Step S62 Step S63 Step S631 (Drive start step)
S632 Step S633 Step (supply step)
Step S65 (notification step)
Step S7 (support member temperature determination step)
Step S8 (unevenness detection step)
Claims (16)
前記所定層形成ステップを経て得られた造形物中間体の表面温度を決定する表面温度決定ステップと、
前記表面温度と、前記造形物中間体の過熱状態を示す所定閾値とに基づいて前記造形物中間体が過熱状態であるか否かを判断する判断ステップと、
前記判断ステップでの判断の結果、前記過熱状態ではないと判断されたときに、前記所定層上への前記粉末床の形成を行う粉末床形成ステップと、を含み、
前記判断ステップでは、前記表面温度が前記所定閾値以下になったときに、前記過熱状態ではないと判断され、
前記表面温度は、少なくとも、造形対象となる積層造形物の構造に基づき予め決定された、熱が溜まり易い部分の表面温度である
ことを特徴とする積層造形物の製造方法。 a predetermined layer forming step of forming a predetermined layer, which is a metal layer, by irradiating a powder bed of a metal material with a light beam;
a surface temperature determination step of determining a surface temperature of the intermediate object obtained through the predetermined layer formation step;
a determining step of determining whether the intermediate object is in an overheated state based on the surface temperature and a predetermined threshold value indicating an overheated state of the intermediate object;
a powder bed forming step of forming the powder bed on the predetermined layer when it is determined that the overheating state is not present as a result of the determination in the determination step ,
In the determining step, it is determined that the overheated state does not exist when the surface temperature is equal to or lower than the predetermined threshold value,
The surface temperature is at least the surface temperature of a portion where heat is likely to accumulate, which is determined in advance based on the structure of the additive manufacturing object to be manufactured.
A method for manufacturing a layered object, comprising:
ことを特徴とする請求項1に記載の積層造形物の製造方法。 2. The method for manufacturing an additively manufactured object according to claim 1, wherein the portion includes at least one of a portion of the predetermined layer in the additively manufactured object below which a space exists, or a portion whose cross-sectional area in the direction of movement of the light beam during additive manufacturing is equal to or smaller than a predetermined area.
ことを特徴とする請求項1に記載の積層造形物の製造方法。 The method for manufacturing a layered object according to claim 1 , further comprising a waiting step of, when it is determined in the determining step that the intermediate object is in an overheated state, waiting until the intermediate object is no longer in an overheated state.
前記所定層形成ステップを経て得られた造形物中間体の表面温度を決定する表面温度決定ステップと、
前記表面温度と、前記造形物中間体の過熱状態を示す所定閾値とに基づいて前記造形物中間体が過熱状態であるか否かを判断する判断ステップと、
前記判断ステップでの判断の結果、前記過熱状態ではないと判断されたときに、前記所定層上への前記粉末床の形成を行う粉末床形成ステップと、を含み、
更に、前記判断ステップにおいて前記造形物中間体が過熱状態であると判断されたときに、前記造形物中間体が過熱状態でなくなるまで待機する待機ステップを含み、
前記待機ステップは、前記造形物中間体を収容した収容部内の前記所定層上に供給される前記金属材料の粉末を、前記収容部の側方に保持した状態で行われる
ことを特徴とする積層造形物の製造方法。 a predetermined layer forming step of forming a predetermined layer, which is a metal layer, by irradiating a powder bed of a metal material with a light beam;
a surface temperature determination step of determining a surface temperature of the intermediate object obtained through the predetermined layer formation step;
a determining step of determining whether the intermediate object is in an overheated state based on the surface temperature and a predetermined threshold value indicating an overheated state of the intermediate object;
a powder bed forming step of forming the powder bed on the predetermined layer when it is determined that the overheating state is not present as a result of the determination in the determination step,
further comprising a waiting step of waiting until the intermediate object is no longer in an overheated state when it is determined in the determining step that the intermediate object is in an overheated state,
the waiting step is performed in a state in which the powder of the metal material to be supplied onto the predetermined layer in a storage section that stores the intermediate object is held to a side of the storage section.
前記判断ステップで過熱状態であるとの判断後に、前記造形物中間体を収容した収容部に前記金属材料の粉末を供給する粉末供給機構の駆動を開始する駆動開始ステップと、
前記粉末供給機構が駆動開始し、かつ過熱状態ではないとの判断後に、前記粉末供給機構によって前記収容部内の前記所定層上に前記粉末を供給する供給ステップとを含む
ことを特徴とする請求項4に記載の積層造形物の製造方法。 The waiting step
a drive start step of starting drive of a powder supply mechanism that supplies powder of the metal material to a container that contains the intermediate object after it is determined that the intermediate object is in an overheated state in the determination step;
the powder supply mechanism starts to operate, and after determining that the powder supply mechanism is not in an overheated state, the powder is supplied onto the predetermined layer in the containing section by the powder supply mechanism.
ことを特徴とする請求項5に記載の積層造形物の製造方法。 The method for manufacturing a layered object according to claim 5 , wherein the drive speed of the powder supply mechanism is determined based on a difference between the determined surface temperature and the predetermined threshold value.
ことを特徴とする請求項1に記載の積層造形物の製造方法。 The method for manufacturing a layered object according to claim 1 , further comprising a cooling step of lowering the surface temperature by cooling the intermediate object during at least a part of the time from the determining step to the powder bed forming step.
ことを特徴とする請求項7に記載の積層造形物の製造方法。 The method for manufacturing a layered object according to claim 7 , wherein the cooling is performed by cooling at least one of a side wall of a housing section that houses the metal material and the intermediate object, and a support member that supports the intermediate object.
ことを特徴とする請求項8に記載の積層造形物の製造方法。 9. The method for manufacturing a layered object according to claim 8 , wherein the cooling is performed by providing a cooling mechanism including at least one of a water cooling device, an air cooling device, or a heat sink to at least one of the side wall and the support member.
前記所定層形成ステップを経て得られた造形物中間体の表面温度を決定する表面温度決定ステップと、
前記表面温度と、前記造形物中間体の過熱状態を示す所定閾値とに基づいて前記造形物中間体が過熱状態であるか否かを判断する判断ステップと、
前記判断ステップでの判断の結果、前記過熱状態ではないと判断されたときに、前記所定層上への前記粉末床の形成を行う粉末床形成ステップと、を含み、
前記所定閾値は、前記造形物中間体における前記金属層毎に異なる
ことを特徴とする積層造形物の製造方法。 a predetermined layer forming step of forming a predetermined layer, which is a metal layer, by irradiating a powder bed of a metal material with a light beam;
a surface temperature determination step of determining a surface temperature of the intermediate object obtained through the predetermined layer formation step;
a determining step of determining whether the intermediate object is in an overheated state based on the surface temperature and a predetermined threshold value indicating an overheated state of the intermediate object;
a powder bed forming step of forming the powder bed on the predetermined layer when it is determined that the overheating state is not present as a result of the determination in the determination step,
the predetermined threshold value is different for each of the metal layers in the intermediate object.
前記所定層形成ステップを経て得られた造形物中間体の表面温度を決定する表面温度決定ステップと、
前記表面温度と、前記造形物中間体の過熱状態を示す所定閾値とに基づいて前記造形物中間体が過熱状態であるか否かを判断する判断ステップと、
前記判断ステップでの判断の結果、前記過熱状態ではないと判断されたときに、前記所定層上への前記粉末床の形成を行う粉末床形成ステップと、を含み、
更に、前記造形物中間体の表面に光を照射しながら撮像することで凹凸を検出する凹凸検出ステップを含み、
前記判断ステップでは、前記凹凸検出ステップで検出された凹凸の発生場所において前記表面温度が前記所定閾値以下になったときに、前記過熱状態ではないと判断される
ことを特徴とする積層造形物の製造方法。 a predetermined layer forming step of forming a predetermined layer, which is a metal layer, by irradiating a powder bed of a metal material with a light beam;
a surface temperature determination step of determining a surface temperature of the intermediate object obtained through the predetermined layer formation step;
a determining step of determining whether the intermediate object is in an overheated state based on the surface temperature and a predetermined threshold value indicating an overheated state of the intermediate object;
a powder bed forming step of forming the powder bed on the predetermined layer when it is determined that the overheating state is not present as a result of the determination in the determination step,
further comprising an unevenness detection step of detecting unevenness by imaging the surface of the intermediate object while irradiating it with light,
the determining step determines that the object is not in an overheated state when the surface temperature at a location where the irregularities detected in the irregularity detection step have occurred is equal to or lower than the predetermined threshold.
ことを特徴とする請求項1に記載の積層造形物の製造方法。 The method for manufacturing a layered object according to claim 1 , further comprising a notification step of issuing a notification when it is determined in the determination step that the object is in an overheated state and a time period during which the object remains in the overheated state exceeds a predetermined time period.
前記金属層の形成により得られた造形物中間体の表面温度を決定する温度センサと、
制御装置と、を備え、
前記制御装置は、
前記表面温度と、前記造形物中間体の過熱状態を示す所定閾値とに基づいて前記造形物中間体が過熱状態であるか否かを判断する判断部と、
前記判断部による判断の結果、前記過熱状態ではないと判断されたときに、前記所定層上への前記粉末床の形成を行うように前記造形装置本体を制御する造形制御部と、
を備え、
前記判断部は、前記表面温度が前記所定閾値以下になったときに、前記過熱状態ではないと判断し、
前記表面温度は、少なくとも、造形対象となる積層造形物の構造に基づき予め決定された、熱が溜まり易い部分の表面温度である
ことを特徴とする積層造形装置。 a molding apparatus main body that forms a predetermined layer, which is a metal layer, by irradiating a powder bed of a metal material with a light beam;
a temperature sensor for determining the surface temperature of the intermediate object obtained by forming the metal layer; and
a control device;
The control device
a determination unit that determines whether the intermediate object is in an overheated state based on the surface temperature and a predetermined threshold value that indicates an overheated state of the intermediate object;
a molding control unit that controls the molding apparatus main body to form the powder bed on the predetermined layer when it is determined that the overheating state is not present as a result of the determination by the determination unit; and
Equipped with
The determination unit determines that the overheated state does not exist when the surface temperature is equal to or lower than the predetermined threshold value,
The surface temperature is at least the surface temperature of a portion where heat is likely to accumulate, which is determined in advance based on the structure of the additive manufacturing object to be manufactured.
An additive manufacturing apparatus characterized by:
前記金属層の形成により得られた造形物中間体の表面温度を決定する温度センサと、a temperature sensor for determining the surface temperature of the intermediate object obtained by forming the metal layer; and
制御装置と、を備え、a control device;
前記制御装置は、The control device
前記表面温度と、前記造形物中間体の過熱状態を示す所定閾値とに基づいて前記造形物中間体が過熱状態であるか否かを判断する判断部と、a determination unit that determines whether the intermediate object is in an overheated state based on the surface temperature and a predetermined threshold value that indicates an overheated state of the intermediate object;
前記判断部による判断の結果、前記過熱状態ではないと判断されたときに、前記所定層上への前記粉末床の形成を行うように前記造形装置本体を制御する造形制御部と、a molding control unit that controls the molding apparatus main body to form the powder bed on the predetermined layer when it is determined that the overheating state is not present as a result of the determination by the determination unit; and
を備え、Equipped with
前記判断部が前記造形物中間体が過熱状態であると判断したときに、前記造形物中間体が過熱状態でなくなるまで、前記造形物中間体を収容した収容部内の前記所定層上に供給される前記金属材料の粉末を、前記収容部の側方に保持した状態で、待機するWhen the determination unit determines that the intermediate product is in an overheated state, the powder of the metal material to be supplied onto the predetermined layer in a container unit that contains the intermediate product is held on a side of the container unit and waits until the intermediate product is no longer in an overheated state.
ことを特徴とする積層造形装置。An additive manufacturing device characterized by:
前記金属層の形成により得られた造形物中間体の表面温度を決定する温度センサと、a temperature sensor for determining the surface temperature of the intermediate object obtained by forming the metal layer; and
制御装置と、を備え、a control device;
前記制御装置は、The control device
前記表面温度と、前記造形物中間体の過熱状態を示す所定閾値とに基づいて前記造形物中間体が過熱状態であるか否かを判断する判断部と、a determination unit that determines whether the intermediate object is in an overheated state based on the surface temperature and a predetermined threshold value that indicates an overheated state of the intermediate object;
前記判断部による判断の結果、前記過熱状態ではないと判断されたときに、前記所定層上への前記粉末床の形成を行うように前記造形装置本体を制御する造形制御部と、a molding control unit that controls the molding apparatus main body to form the powder bed on the predetermined layer when it is determined that the overheating state is not present as a result of the determination by the determination unit; and
を備え、Equipped with
前記所定閾値は、前記造形物中間体における前記金属層毎に異なるThe predetermined threshold value differs for each of the metal layers in the intermediate object.
ことを特徴とする積層造形装置。An additive manufacturing device characterized by:
前記金属層の形成により得られた造形物中間体の表面温度を決定する温度センサと、a temperature sensor for determining the surface temperature of the intermediate object obtained by forming the metal layer; and
制御装置と、を備え、a control device;
前記制御装置は、The control device
前記表面温度と、前記造形物中間体の過熱状態を示す所定閾値とに基づいて前記造形物中間体が過熱状態であるか否かを判断する判断部と、a determination unit that determines whether the intermediate object is in an overheated state based on the surface temperature and a predetermined threshold value that indicates an overheated state of the intermediate object;
前記判断部による判断の結果、前記過熱状態ではないと判断されたときに、前記所定層上への前記粉末床の形成を行うように前記造形装置本体を制御する造形制御部と、a molding control unit that controls the molding apparatus main body to form the powder bed on the predetermined layer when it is determined that the overheating state is not present as a result of the determination by the determination unit; and
前記造形物中間体の表面に光を照射しながら撮像することで凹凸を検出する凹凸検出部と、を備え、an unevenness detection unit that detects unevenness by capturing an image of the surface of the intermediate object while irradiating the surface with light,
前記判断部は、前記凹凸検出部により検出された凹凸の発生場所において前記表面温度が前記所定閾値以下になったときに、前記過熱状態ではないと判断するThe determination unit determines that the overheating state does not exist when the surface temperature at the location where the unevenness detected by the unevenness detection unit occurs becomes equal to or lower than the predetermined threshold value.
ことを特徴とする積層造形装置。An additive manufacturing device characterized by:
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