三维造型装置的制作方法

本发明涉及实现粉末层的层叠、利用激光束对该粉末层的烧结、进而对烧结结束后的各层的切削的三维造型装置。

背景技术：

在上述三维造型装置的情况下，在腔室内的工作台上的区域，粉末层的层叠以及烧结遍及多层而进行了之后进行切削，这样的粉末层的层叠和烧结以及其后的切削这些工序被反复进行。

在三维造型的情况下，为了防止烧结阶段的金属粉末的氧化，使腔室内充满了氮气、氩气等惰性气体。

但是，在现有技术中，不仅对进行三维造型物的造型的工作台及其周边的区域，还对粉末供给装置存在的区域供给惰性气体。

例如，在专利文献1中，装有惰性气体的盒(cartridge)部5设置在材料贮藏框架24附近(图1以及段落[0050]、[0051])，在这样的配置的情况下，从筐体50供给的惰性气体必然也向粉末供给装置侧流动。

在专利文献2中，提出：设置惰性气体的注入口以及抽吸口，通过使惰性气体向光束的照射区域局部地流动从而经济地利用惰性气体。

但是，在惰性气体局部地流动的情况下，烧结了的粉末直到冷却以前就结束了与惰性气体的接触、且与空气接触，所以不能够实现充分的防氧化。

在专利文献3中，通过使处于覆盖粉末层13的状态的护罩(Shroud)7、烧结装置即光束照射单元5、粉末供给装置即粉末供给单元3、以及粉末散布机即粉体平整单元4在三维方向上成为一体并使它们和造型床2移动，从而削减了惰性气体的使用量(摘要以及图1即摘要附图、和段落[0024])。

但是，这样的成为一体的三维方向的移动结构，作为装置操作不便，并且，在使工作台能够升降了的基础上，使粉末散布刮板单独移动这一简单的操作无法进行，在这一点上，控制极其复杂。

这样，在现有技术中，曾提出了采用比较简单的结构来设法高效地使用惰性气体的方案。

在先文献

专利文献

专利文献1：日本特开2010-037599号公报

专利文献2：日本再表2011-049143号公报

专利文献3：日本特开2014-125643号公报

技术实现要素：

本发明的课题在于提供一种三维造型装置的技术方案，其中，采用了在三维造型物的加工时能够升降的工作台以及在该工作台上行驶的粉末散布刮板，能够实现惰性气体的高效使用。

为了解决所述课题，本发明的基本构成包括以下技术方案。

(1)一种三维造型装置，在腔室内通过遮蔽板划分出用于形成粉末层的能够升降的工作台及其周边的区域、和粉末供给装置及其周边的区域，在前者的区域中具备惰性气体注入口，为了使在工作台上行驶的粉末散布刮板通过而将所述遮蔽板设成开闭自如，所述三维造型装置具备烧结装置，所述烧结装置是经由腔室的顶棚上的透明区域向三维造型物的造型区域照射激光束的装置。

(2)一种三维造型装置，在腔室内通过遮蔽板划分出用于形成粉末层的能够升降的工作台及其周边的区域、和粉末供给装置及其周边的区域，在前者的区域中具备惰性气体注入口，将从粉末供给装置落下的粉末向行驶来到所述遮蔽板侧的粉末散布刮板供给的管贯穿所述遮蔽板，所述三维造型装置具备烧结装置，所述烧结装置是经由腔室的顶棚上的透明区域向三维造型物的造型区域照射激光束的装置。

(3)一种三维造型装置，在腔室内通过遮蔽板划分出用于形成粉末层的能够升降的工作台及其周边的区域、和粉末供给装置及其周边的区域，在前者的区域中具备惰性气体注入口，将所述遮蔽板的一部分区域作为针对行驶来到该遮蔽板侧的粉末散布刮板的粉末供给口，用于使粉末落下的管从该供给口向下方突出设置，所述三维造型装置具备烧结装置，所述烧结装置是经由腔室的顶棚上的透明区域向三维造型物的造型区域照射激光束的装置。

(4)根据上述(1)、(2)、(3)的任一项所述的三维造型装置，其特征在于，通过遮蔽板划分出针对粉末散布刮板的水平方向驱动机构及其周边的区域、和工作台及其周边的区域。

在基本构成(1)、(2)、(3)的三维造型装置中，不使粉末供给装置及其周边的区域基本充满惰性气体就能够防止烧结阶段及该阶段后的三维造型物的氧化。

而且，在所述(4)的基本构成的情况下，不使针对粉末散布刮板的水平方向驱动机构及其周边的区域也充满惰性气体就能够防止上述氧化。

附图说明

图1-1示出实施例1的构成，(a)示出利用腔室A进行层叠以及烧结、并在腔室B中进行切削的状态，(b)示出在腔室A中进行切削、并在腔室B中进行层叠以及烧结的状态。再者，向下的箭头表示工作台相应于层叠的进行而依次下降的状态。

图1-2示出流程图，该流程图示出在实施例1中控制层叠以及烧结的计算机控制烧结装置的移动、控制切削的计算机控制主轴的移动的情况。

图1-3是示出在实施例1中设置了控制烧结装置与主轴的交替的移动的计算机，且该计算机与控制层叠以及烧结的计算机以及对通过主轴实现的切削进行控制的计算机联动的状况的流程图。

图2-1示出实施例2的构成，(a)示出利用腔室A进行层叠以及烧结、并在腔室B中进行切削的状态，(b)示出在腔室A中进行切削、并在腔室B中进行层叠以及烧结的状态。再者，向下的箭头表示工作台相应于层叠的进行而依次下降的状态。

图2-2示出流程图，该流程图示出在实施例2中控制层叠以及烧结的计算机控制粉末散布刮板以及烧结装置的移动、对通过主轴实现的切削进行控制的计算机控制主轴的移动的情况。

图2-3是示出在实施例2中设置了控制粉末散布刮板以及烧结装置与主轴的交替的移动的计算机，且该计算机与控制层叠以及烧结的计算机以及控制切削的计算机联动的状况的流程图。

图3是示出基本构成(1)的俯视图以及侧截面图，(a)示出对粉末散布刮板供给粉末的状态，(b)示出粉末散布刮板在层叠的粉末上移动的状态。

图4是示出基本构成(2)的俯视图以及侧截面图，(a)示出对粉末散布刮板供给粉末的状态，(b)示出粉末散布刮板在层叠的粉末上移动的状态。

图5是示出基本构成(3)的俯视图以及侧截面图，(a)示出对粉末散布刮板供给粉末的状态，(b)示出粉末散布刮板在层叠的粉末上移动的状态。

图6是示出基本构成(4)之中、旋转轴贯穿遮蔽板的实施方式的俯视图以及侧截面图，(a)示出旋转轴与使粉末散布刮板移动的滚珠丝杠系合的实施方式，(b)示出旋转轴与使粉末散布刮板移动的链系合的实施方式。

图7示出基本构成(4)之中、支承粉末散布刮板且成为一体地沿水平方向移动的构件，固定于沿遮蔽板未形成开口状态而滑动的门上、且该门与针对粉末散布刮板的水平方向驱动机构连结的实施方式。

图8-1示出在基本构成(4)之中使对三维造型物进行切削的主轴在工作台2及其周边的区域内移动、且在工作台2及其周边的区域内具备针对主轴的三维方向驱动机构的实施方式。

图8-2示出在基本构成(4)之中使对三维造型物进行切削的主轴在工作台2及其周边的区域内移动、且将遮蔽板设成开闭自如、而且在针对粉末散布刮板的水平方向驱动机构及其周边的区域侧具备针对主轴的三维方向驱动机构的实施方式。

附图标记说明

1：腔室；

10：造型物；

2：工作台；

30：粉末供给装置；

31：粉末散布刮板；

32：针对粉末散布刮板的水平方向驱动机构；

33：管；

34：针对粉末散布刮板的支承构件；

4：烧结装置；

41：烧结装置的保持构件；

42：针对烧结装置的水平方向驱动机构；

5：主轴；

51：主轴的保持构件

52：针对主轴的三维方向驱动机构；

6：遮蔽板；

60：在遮蔽板上形成的开口部；

71：旋转轴；

72：门

8：顶棚；

81：透明区域

92：使粉末散布刮板沿水平方向移动的滚珠丝杠或移动用链；

93：旋转轴与滚珠丝杠或移动用链的结合旋转部

具体实施方式

在基本构成(1)、(2)、(3)中，均通过遮蔽板6划分出工作台2及其周边的区域、和粉末供给装置30及其周边的区域，在前者的区域中具备惰性气体注入口；并且，具备经由腔室1的顶棚8上的透明区域81向三维造型物10的造型区域照射激光束的烧结装置4。

上述顶棚8优选与包围工作台2及其周边的区域的壁、以及划分两方的区域的遮蔽板6之间为密闭状态。

在基本构成(1)的情况下，如图3(a)所示，为了粉末散布刮板31从粉末供给装置30接受粉末的供给而将遮蔽板6设成打开的状态是必不可缺的，不能避免惰性气体经由遮蔽板6的开口部60或多或少地向粉末供给装置30及其周边的区域侧泄漏。

但是，如图3(b)所示，通过在粉末层的形成以及烧结的阶段将遮蔽板6设成关闭的状态、且调节向工作台2及其周边的区域喷出的惰性气体的量，能够充分补充如上述那样泄漏的惰性气体而使所述区域充满惰性气体。

而且，通过在粉末散布刮板31中设定下述粉末收纳体积，能够降低上述泄漏的程度，所述粉末收纳体积使得不是每层叠一层就进行对粉末散布刮板31的粉末供给、而是能够每层叠多个、具体而言每层叠4个以上的层才进行对粉末散布刮板31的粉末供给那样的收纳体积。

在基本构成(2)的情况下，如图4(a)、(b)所示，将从粉末供给装置30落下的粉末向来到遮蔽板6侧的粉末散布刮板31供给的管33，贯穿了所述遮蔽板6。

在基本构成(3)的情况下，如图5(a)、(b)所示，将遮蔽板6的一部分区域设为针对来到该遮蔽板6侧的粉末散布刮板31的粉末供给口，用于使粉末向下方落下的管33从该供给口向下方突出设置。

在基本构成(2)、(3)的情况下，能够遮蔽惰性气体来到粉末供给装置30及其周边的区域，在高效率地利用惰性气体这一点上比基本构成(1)优异。

在基本构成(2)的情况下，惰性气体经由粉末的开口出口进入到粉末供给装置30侧，从而也能够得到降低贮藏中的粉末的氧化程度这一效果。

但是，在基本构成(1)、(3)中，特别是通过使粉末供给装置30内充满惰性气体，当然也能够得到同样的效果。

再者，在为利用激光束的烧结装置4的情况下，能够经由顶棚8的透明区域81实现烧结，而在电子束的情况下，由于电子束不能透过透明区域81，所以在基本构成(1)、(2)、(3)中没有采用电子束。

在三维造型装置中，设置有使粉末散布刮板31向粉末供给装置30侧及其相反侧交替地移动的水平方向驱动机构32，但基本构成(1)、(2)、(3)，并不是必要不可缺少地通过遮蔽板6划分出该水平方向驱动机构32及其周边的区域、和工作台2及其周边的区域，图4以及图5示出那样的情况。

与此相对，基本构成(4)，其特征在于，立足于基本构成(1)、(2)、(3)的构成，通过遮蔽板6划分出针对粉末散布刮板31的水平方向驱动机构32及其周边区的域、和工作台2及其周边的区域，图3(a)、(b)示出立足于基本构成(1)的情况下的基本构成(4)(省略了立足于基本构成(2)、(3)的基本构成(4)的图示)。

通过这样的特征，能够防止惰性气体充满前者的区域。

再者，针对粉末散布刮板31的水平方向驱动机构32，理所当然具有驱动源，这一点在后述的针对烧结装置4的水平方向驱动机构42以及针对主轴5的三维方向驱动机构52中也是同样的。

图6(a)、(b)示出具有下述特征的实施方式：在工作台2及其周边的区域内具备使粉末散布刮板31沿水平方向移动的滚珠丝杠或移动用链92，并且，对该滚珠丝杠或移动用链92传递旋转驱动的旋转轴71贯穿所述遮蔽板6且与水平方向驱动机构32连结，图6(a)示出旋转轴71与滚珠丝杠92系合的实施方式，图6(b)示出旋转轴71与移动用链92系合的实施方式(再者，在图6(a)、(b)中，省略了关于从粉末供给装置30对粉末散布刮板31供给粉末的具体构成的图示)。

在上述实施方式的情况下，在旋转轴71与遮蔽板6之间几乎没有形成间隙，所以几乎不发生惰性气体从工作台2及其周边的区域向针对粉末散布刮板31的水平方向驱动机构32及其周边的区域泄漏的情况。

图7示出具有下述特征的实施方式：将支承粉末散布刮板31且与该粉末散布刮板31成为一体地沿水平方向移动的支承构件34固定于在所述遮蔽板6内滑动的门72上，并且，该门72通过具有比该遮蔽板6大的水平宽度，能够实现在滑动时不形成开口部的状态，且与水平方向驱动机构32连结(再者，在图7中，也省略了关于从粉末供给装置30对粉末散布刮板31供给粉末的具体构成的图示)。

在上述实施方式中，设计了门72的长度以使得即使门72在遮蔽板6中滑动，在门72与遮蔽板6之间也不形成开口部，所以充满了工作台2及其周边的区域的惰性气体不会经由该开口部向针对粉末散布刮板31的水平方向驱动机构32及其周边的区域泄漏。

图7中的实施方式中的旋转轴71相对于遮蔽板6的贯穿状态、以及图5中的门72相对于遮蔽板6的滑动状态均优选为气密状态。

为此，可通过对于在旋转轴71或门72与遮蔽板6之间形成的间隙的形状、以及为在该间隙流通所需的距离，设定成惰性气体以及空气在该间隙流动的情况下的流动阻力极大、可以忽视流通量的程度来实现。

在基本构成(4)中，也可以采用下述两种实施方式中的任一种实施方式。其中的一种实施方式如图8-1所示，其特征在于，在工作台2及其周边的区域内具备对烧结过的三维造型物10进行切削的主轴5以及针对该主轴5的三维方向驱动机构52。另一种实施方式如图8-2所示，其特征在于，将划分工作台2及其周边的区域、和针对粉末散布刮板31的水平方向驱动机构32及其周边的区域的遮蔽板6设成开闭自如，在针对粉末散布刮板31的水平方向驱动机构32及其周边的区域侧具备针对主轴5的三维方向驱动机构52，所述主轴5是对烧结过的三维造型物10进行切削的主轴(再者，在图8-1、图8-2中，也省略了关于从粉末供给装置30对粉末散布刮板31供给粉末的具体构成的图示)。

在上述各实施方式中，也基本上能够降低惰性气体对针对粉末散布刮板31的水平方向驱动机构32及其周边的区域的填充。

但是，不能否定的是，如图8-2的实施方式那样，将基本构成(4)的遮蔽板6设成开闭自如，而且每次主轴5移动都将所述遮蔽板6打开口的实施方式，在开口阶段惰性气体从工作台2及其周边的区域经由开口部60或多或少地泄漏，对于这一点，与如图8-1那样在工作台2及其周边的区域内设置有针对主轴5的三维方向驱动机构52的实施方式相比，在惰性气体的利用效率上要差一些。

但是，通过在粉末层的形成以及烧结的阶段中调节惰性气体向工作台2及其周边的区域喷出的量，能够充分补给且填充如上述那样泄漏的惰性气体。

而且，在图8-2的实施方式中采用下述方法的情况下，在切削阶段，伴随烧结的金属粉末的氧化的可能性已然极低，所以能够充分避免上述泄漏的弊害，在所述方法中，与1个腔室1对应地采用了1个工作台2、1个粉末供给装置30以及粉末散布刮板31、以及1个烧结装置4，在由粉末散布刮板31进行的粉末层叠以及由烧结装置4进行的粉末烧结的整个工序结束之后，利用主轴5进行切削。

实施例

以下通过实施例来进行说明。

实施例1

实施例1，如图1-1(a)、(b)所示，其特征在于，在两个腔室1的相邻侧的区域中分别具备工作台2，并且，在其不相邻的区域中分别具备粉末供给装置30；并且，具备通过在所述相邻的区域内具备的三维方向驱动机构52来进行移动的1个主轴5，具备通过在所述相邻的区域的顶棚8的上侧具备的水平方向驱动机构42来进行移动的1个烧结装置4，设置有使所述1个主轴5和所述1个烧结装置4在所述两个腔室1之间交替地移动的控制装置(再者，图1-1(a)、(b)示出立足于基本构成(1)的情况)。

通过这样的特征，在实施例1中，只要相对于两个腔室1具备1个粉末层叠装置以及主轴5即可，对于这一点，从经济成本的角度来看，与现有技术的情况相比很有意义。

而且，通过能够在两个腔室1中同时进行粉末层的层叠工序以及烧结工序和切削工序，能够避免在层叠工序以及烧结工序的总时间中出现主轴5的等待时间，以及在切削工序的总时间中出现烧结装置4的等待时间。

再者，在实施例1中，需要能够使烧结装置4和主轴5在2个腔室1之间交替地移动的控制装置，所以针对主轴5的三维方向驱动机构52必然地设置于工作台2及其周边的区域内，即，立足于图6(a)的实施方式是必不可缺的。

在实施例1中，为了实现层叠和烧结、切削、以及所述交替的移动，可以采用如图1-2的流程图所示那样，控制层叠以及烧结的计算机对所述烧结装置4的移动进行控制、且控制切削的计算机对主轴5的移动进行控制这样的控制方式。

进而，也可以采用如图1-3所示那样，有别于控制层叠和烧结的计算机以及控制切削的计算机，设置对烧结装置4和主轴5的移动进行控制的计算机，并且使该计算机与控制层叠和烧结的计算机和控制切削的计算机联动这样的控制方式。

实施例2

实施例2，如图2-1(a)、(b)所示，其特征在于，在两个腔室1的相邻侧的区域中分别具备工作台2，并且，在两个腔室1的不相邻的区域的一方侧具备1个粉末供给装置30；并且，具备通过在所述相邻的区域内具备的三维方向驱动机构52来进行移动的1个主轴5，具备通过在所述相邻的区域的顶棚8的上侧具备的水平方向驱动机构42来进行移动的1个烧结装置4，设置有使所述1个主轴5和所述1个烧结装置4以及1个粉末散布刮板31在所述两个腔室1之间交替地移动的控制装置，所述1个粉末散布刮板31与所述1个粉末供给装置30对应(再者，图2-1(a)、(b)示出立足于基本构成(2)的情况。而且，在图2-1(a)中，示出由虚线表示的粉末散布刮板31从粉末供给装置30经由管33接受粉末的供给的状态)。

在实施例2中，也能够发挥与实施例1同样的作用效果，并且，在工作台2及其周边的区域内具备进行切削的主轴5是必不可缺的。

在实施例2中，为了实现所述交替的移动，可以采用如图2-2的流程图所示那样，控制层叠以及烧结的计算机对粉末散布刮板31以及所述烧结装置4的移动进行控制、且控制切削的计算机对主轴5的移动进行控制这样的控制方式。

进而，也可以采用如图2-3的流程图所示那样，有别于控制层叠和烧结的计算机以及控制切削的计算机，设置对粉末散布刮板31以及烧结装置4和主轴5的移动进行控制的计算机，并且使该计算机与控制层叠和烧结的计算机和控制切削的计算机联动这样的控制方式。

产业上的利用可能性

如上所述，对多个实施方式以及实施例进行了说明，但能够高效地利用用于在烧结及烧结后的直到冷却的阶段防止金属粉末氧化的惰性气体的本发明，能够在三维造型装置的所有领域利用。