三维造型装置的制作方法

本发明涉及通过将粉末形成为重复层状来制造三维造型物的三维造型装置。

背景技术：

以往公开了一种三维造型装置，通过重复进行向金属粉末的粉末层照射聚集的能量射束来形成烧结体的烧结动作，制造将多个烧结体重叠而成的三维造型物（参照专利文献1及专利文献2）。

专利文献1：日本特开2011-127195号公报。

专利文献2：日本特表2006-511710号公报。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种精度及生产率高的三维造型装置。

本发明的一技术方案的三维造型装置的特征在于，具备支承框架、材料供给部、造型物放置部、输入部、存储部、控制部，前述材料供给部支承于前述支承框架，前述造型物放置部支承于前述支承框架，供从前述材料供给部供给的材料放置，前述输入部预先输入前述工作台的指示移动量，前述存储部存储从前述输入部输入的指示移动量，前述控制部控制前述材料供给部及前述造型物放置部，前述造型物放置部具有工作台、驱动部，前述工作台在上表面放置前述造型物，前述驱动部驱动前述工作台，前述控制部使前述工作台移动存储于前述存储部的指示移动量。

在本发明的一技术方案的三维造型装置中，前述控制部被反馈前述驱动部的状态信号。

在本发明的一技术方案的三维造型装置中，其特征在于，前述驱动部具有能够独立地驱动的第一驱动部及第二驱动部，前述控制部分别独立地控制前述第一驱动部及前述第二驱动部。

在本发明的一技术方案的三维造型装置中，前述造型物放置部还具备传递部，该传递部具有将前述第一驱动部及前述第二驱动部的各驱动力向前述工作台分别传递的第一传递部及第二传递部。

在本发明的一技术方案的三维造型装置中，前述驱动部具有在形成四边形的位置配置的前述第一驱动部、前述第二驱动部、前述第三驱动部及前述第四驱动部，前述控制部能够分别独立地控制前述第一驱动部、前述第二驱动部、前述第三驱动部及前述第四驱动部。

本发明的一技术方案的三维造型装置具备杆和限位开关，前述杆与前述工作台一起移动，前述限位开关在前述杆到达既定的位置时发生接触。

根据本发明，能够提供一种精度及生产率高的三维造型装置。

附图说明

图1是表示本发明的一实施方式的三维造型装置的图。

图2是表示本实施方式的三维造型装置的造型放置部的放大图。

图3是表示本实施方式的三维造型装置的驱动传递部的配置的概略图。

图4是表示本实施方式的三维造型装置的造型放置部的概略立体图。

图5是表示本实施方式的三维造型装置1的控制系统的图。

图6是表示本实施方式的三维造型装置的造型放置部的工作的放大图。

图7是表示本实施方式的三维造型装置的造型放置部的工作的放大图。

图8是表示本实施方式的三维造型装置的造型放置部的工作的放大图。

图9是表示本实施方式的三维造型装置的造型放置部的工作的放大图。

图10是表示通过本实施方式的三维造型装置来形成造型物的状态的图。

图11是表示本发明的其他实施方式的三维造型装置的图。

图12是表示其他实施方式的三维造型装置的驱动传递部的配置的概略图。

图13是表示其他实施方式的三维造型装置的驱动传递部的配置的概略图。

图14是表示其他实施方式的三维造型装置的驱动传递部的配置的概略图。

图15是表示其他实施方式的三维造型装置的驱动传递部的配置的概略图。

图16是表示本实施方式的三维造型装置的驱动传递部的构造的概略图。

图17是表示其他实施方式的三维造型装置的驱动传递部的构造的概略图。

图18是表示其他实施方式的三维造型装置的驱动传递部的构造的概略图。

图19是表示其他实施方式的三维造型装置的驱动传递部的构造的概略图。

图20是表示其他实施方式的三维造型装置的驱动传递部的构造的概略图。

图21是表示其他实施方式的三维造型装置的驱动传递部的构造的概略图。

具体实施方式

图1是表示本发明的一实施方式的三维造型装置的图。

本实施方式的三维造型装置1具备作为材料供给部的能量射束照射部2、作为材料供给部的粉末供给部3、以及造型物放置部4。能量射束照射部2、粉末供给部3及造型物放置部4支承于支承框架11。并且，在支承框架11的中间部分形成有作为支承框架11的一部分的基准框架12。

能量射束照射部2放置于支承框架11上，具有射束产生部21和射束扫描部22，前述射束产生部21产生能量射束EB，前述射束扫描部22能够调整从射束产生部21照射的能量射束EB的焦点位置，并且能够进行二维扫描。需要说明的是，在本实施方式中，虽然射束操作部22是进行二维扫描的结构，但也可以是进行能够使射束的焦点位置也在上下方向上动作的三维扫描的结构。

射束产生部21优选地产生激射光或电子射束等。在能量射束EB为光的情况下，射束扫描部22使透镜等光学元件移动，使光聚光于后述的工作台上的金属粉末M，并且对工作台41上进行二维扫描。作为一例，能量射束照射部2可以为专利文献1记载的激光照射单元那样的结构。并且，在能量射束EB为电子射束的情况下，射束扫描部22通过电磁场的控制使电子射束集中，并且对工作台41上进行二维扫描。作为一例，能量射束照射部2可以为专利文献2记载的照射电子射线并进行引导的装置那样的结构。

粉末供给部3具有暂时存积金属粉末M的粉末存积部31、在工作台上摊平金属粉末M的摊平部32、以及外框部33。

粉末存积部31由保持于支承框架11的容器构成，在上方具有注入金属粉末M的注入部31a，在下方具有排出金属粉末M的排出部31b。排出部31b优选地能够调整金属粉末M的排出量。

摊平部32是如下部分，通过使刮刀等部件移动，在工作台41上，将从粉末存积部31排出的金属粉末M形成为高度尽可能均等的平面的部分。需要说明的是，优选地能够调整将金属粉末M摊平的高度。

外框部33支承于支承框架11，设置于后述的工作台41的外周。摊平部32摊平后的多余的金属粉末M向外框部33移动。这些金属粉末M优选地通过向粉末存积部31返回的未图示的循环部来循环。

需要说明的是，也可以在粉末供给部3形成如下未图示的循环部，前述未图示的循环部使在从排出部31b排出后未造型的工作台41上的金属粉末M向粉末存积部31返回。

材料供给部并不限于本实施方式那样的能量射束照射部2及粉末供给部3，也可以为对片或带状的树脂、纸或金属等进行粘接的方式、使液体固化的方式、使用喷墨头喷射固体或液体并进行粘接的方式、堆积长丝并进行焊接的方式、或者对金属粉末进行焊接的方式等。

图2是表示本实施方式的三维造型装置的造型放置部的放大图。图3是表示本实施方式的三维造型装置的驱动传递部的配置的概略图。图4是表示本实施方式的三维造型装置的造型放置部的概略立体图。

造型物放置部4具有工作台41、滑块42、滚珠丝杠43、减速部44、工作台驱动部45、杆48及限位开关49。

工作台41支承于滑块42。工作台41的上表面形成为平面，向上表面排出并放置图1所示的金属粉末M。造型物优选地形成于比工作台41的外形小的造型区域41a。

滑块42在上表面支承工作台41。在下方，支承于滚珠丝杠43。滚珠丝杠43经由减速部44与驱动部45连结。驱动部45由伺服马达或其他致动器等构成，驱动部45进行驱动，由此滚珠丝杠43旋转，通过滚珠丝杠43的旋转而滑块42上下移动，由此工作台41也上下移动。滚珠丝杠43优选地贯通基准框架12。

在本实施方式中，滚珠丝杠43、减速部44及驱动部45各配置有四个。需要说明的是，滚珠丝杠43及减速部44构成传递部。并且，由驱动部45和传递部构成驱动传递部。需要说明的是，也可以不使用减速部44而为驱动部45与滚珠丝杠43的直动机构。在直动机构的情况下，能够抑制反冲（back lash），因此能够更高精度地进行控制。

如图3所示，第一滚珠丝杠43a、第二滚珠丝杠43b、第三滚珠丝杠43c及第四滚珠丝杠43d在造型区域41a的外侧与四个角对应地连结于滑块42。

如图4所示，第一驱动部45a、第二驱动部45b、第三驱动部45c及第四驱动部45d分别经由第一减速部44a、第二减速部44b、第三减速部44c及第四减速部44d与第一滚珠丝杠43a、第二滚珠丝杠43b、第三滚珠丝杠43c及第四滚珠丝杠43d连结。

并且，至少在第一滚珠丝杠43a、第二滚珠丝杠43b、第三滚珠丝杠43c及第四滚珠丝杠43d中的一个上安装有杆48。杆48与工作台41、滑块42及滚珠丝杠43一起移动。在杆48的下方配置限位开关49。因此，在工作台41、滑块42、滚珠丝杠43及杆48向下方的移动量较大的情况下或向上方的移动量较大时，限位开关49工作并能够告知危险。

接着，说明本实施方式的三维造型装置1的控制系统。

图5是表示本实施方式的三维造型装置1的控制系统的图。

如图5所示，在本实施方式的三维造型装置1中，控制部50基于从输入部51及存储部52输入的各自的信号来独立控制第一驱动部45a、第二驱动部45b、第三驱动部45c及第四驱动部45d。

输入部51预先输出成形形状、成形压力、成形速度等信息。存储部52存储从输入部51输入的信息及造型工序等，向控制部50输出这些信息。

例如，预先将马达的旋转角度换算为行程量，使其存储于存储部52，以整轴并行的方式进行开放式控制（open control）即可。此外，也可以与开放式控制一同，作为输入部51使用图中未示出的电机编码器等将马达的旋转角度换算为行程量，向控制部50输出，进行反馈控制。

第一驱动部45a、第二驱动部45b、第三驱动部45c及第四驱动部45d优选地将电流、转速及旋转转矩等信号向控制部50反馈。

接着，说明本实施方式的三维造型装置1的工作。

图6～图9是表示本实施方式的三维造型装置的造型工作台部的工作的放大图。

在本实施方式的三维造型装置1中，首先，驱动图4所示的各驱动部45，如图6所示的那样使工作台41向下方移动。工作台41的指示移动量只要预先向图5所示的输入部51输入并存储于存储部52即可。

在此，在本实施方式的三维造型装置1中，在使工作台41移动存储于存储部52的指示移动量的期间，向控制部50输入第一驱动部45a、第二驱动部45b、第三驱动部45c及第四驱动部45d的电流、转速及旋转转矩等信号。

控制部50根据这些信号分别独立地控制第一驱动部45a、第二驱动部45b、第三驱动部45c及第四驱动部45d，将工作台41控制成既定的姿态。需要说明的是，在本实施方式中，将工作台41控制成水平。

接着，从粉末存积部31的排出部31b向工作台41上排出金属粉末M。接着，借助摊平部32将金属粉末M以表面成为水平的方式均等地摊平在工作台41上。接着，图1所示的能量射束照射部2照射能量射束EB，如图7所示的那样烧结金属粉末M并形成造型物M’的一部分。

接着，再次驱动图4所示的各驱动部45，如图8所示的那样使工作台41向下方移动。工作台41的移动量只要预先向图5所示的输入部51输入并存储于存储部52即可。

在此，与先前一样，在本实施方式的三维造型装置1中，在使工作台41移动存储于存储部52的指示移动量的期间，向控制部50输入第一驱动部45a、第二驱动部45b、第三驱动部45c及第四驱动部45d的电流、转速及旋转转矩等信号。

控制部50根据这些信号分别独立地控制第一驱动部45a、第二驱动部45b、第三驱动部45c及第四驱动部45d，将工作台41控制成既定的姿态。需要说明的是，在本实施方式中，将工作台41控制成水平。

接着，从粉末存积部31的排出部31b向工作台41上排出金属粉末M。接着，借助摊平部32将金属粉末M以表面成为水平的方式均等地摊平在工作台41上。接着，图1所示的能量射束照射部2照射能量射束EB，如图9所示的那样烧结金属粉末M，形成造型物M’的一部分。

图10是表示借助本实施方式的三维造型装置来形成造型物的状态的图。

通过如图6～图9所示的那样使本实施方式的三维造型装置工作，如图10所示的那样形成造型物M’。

这样，分别独立地配置第一驱动部45a、第二驱动部45b、第三驱动部45c及第四驱动部45d，因此能够将工作台41的姿态设定成许多形式，从而能够形成多种造型物M’。

并且，由于能够分别独立地控制第一驱动部45a、第二驱动部45b、第三驱动部45c及第四驱动部45d，将工作台41控制成既定的姿态，所以能够高精度地形成其他种类的造型物M’。

而且，控制部50分别独立地控制第一驱动部45a、第二驱动部45b、第三驱动部45c及第四驱动部45d，将工作台41控制成水平，因此能够形成更高精度的造型物M’。

图11是表示本发明的其他实施方式的三维造型装置的图。图12是表示其他实施方式的三维造型装置的驱动传递部的配置的概略图。

在图11及图12所示的三维造型装置1的其他实施方式中，在工作台41的中央的下方配置第五驱动部45e、第五减速部44e及第五滚珠丝杠43e。并且，优选的是，全部独立地控制五个各驱动部45。

这样，在五个位置对工作台41进行支承，利用五个驱动部45进行驱动，由此能够进一步高精度地形成造型物M’。并且，能够更高精度地维持工作台41的水平度，从而能够形成更高精度的造型物M’。而且，能够放置高重量、大面积的大型造型物。

图13是表示其他实施方式的三维造型装置的驱动传递部的配置的概略图。

在图13所示的三维造型装置1的其他实施方式中，配置一个第一滚珠丝杠43a。并且，优选地对未图示的一个驱动部45进行控制。

这样，在一个位置对工作台41进行支承，利用未图示的一个驱动部45进行驱动，由此能够减少滚珠丝杠43、减速部44及驱动部45的数目，能够以低成本形成造型物M’。

需要说明的是，将支承工作台41的第一滚珠丝杠43a配置于工作台41的重心位置时，工作台41稳定，因此是优选的。

图14是表示其他实施方式的三维造型装置的驱动传递部的配置的概略图。

在图14所示的三维造型装置1的其他实施方式中，配置至少两个第一滚珠丝杠43a及第二滚珠丝杠43b。并且，优选的是全部独立地控制未图示的两个各驱动部45。

这样，在两个位置对工作台41进行支承，利用未图示的两个驱动部45进行驱动，由此能够减少滚珠丝杠43、减速部44及驱动部45的数目，能够以低成本形成造型物M’。

需要说明的是，以将支承工作台41的第一滚珠丝杠43a及第二滚珠丝杠43b连结的直线包含工作台41的重心的方式配置第一滚珠丝杠43a及第二滚珠丝杠43b时，工作台41稳定，因此是优选的。

图15是表示其他实施方式的三维造型装置的驱动传递部的配置的概略图。

在图15所示的三维造型装置1的其他实施方式中，以与第一滚珠丝杠43a及第二滚珠丝杠43b形成三角形的方式配置第三滚珠丝杠43c。并且，优选的是，全部的是独立地控制未图示的三个各驱动部45。

这样，在三个位置对工作台41进行支承，利用未图示的三个驱动部45进行驱动，由此平面确定且稳定，并且能够减少滚珠丝杠43、减速部44及驱动部45的数目，能够以低成本形成造型物M’。

需要说明的是，以由支承工作台41的第一滚珠丝杠43a、第二滚珠丝杠43b及第三滚珠丝杠43c形成的三角形包含工作台41的重心的方式，配置第一滚珠丝杠43a、第二滚珠丝杠43b及第三滚珠丝杠43c时，工作台41稳定，因此是优选的。

图16是表示本实施方式的三维造型装置的驱动传递部的构造的概略图。

在图16所示的本实施方式中，借助驱动部45的驱动力使滚珠丝杠43的螺纹部432旋转，使螺母部431上下运动，由此经由滑块42使工作台41上下运动。需要说明的是，也可以将螺母部431与工作台41直接连结。

螺母部431在内侧收纳螺母431a，外侧的壳体431b固定于滑块42。螺母431a相对于壳体431b能够旋转。螺纹部432在上方以能够旋转的方式固定于滑块42，在滑块42的正下方与螺母431a螺纹接合，在下方经由联轴器与减速器44连结。并且，螺纹部432贯通花键螺母433，该花键螺母433固定于基准框架12。

从驱动部45产生的驱动力经由减速部44使螺纹部432旋转。在螺纹部432旋转时，螺母部431的螺母431a旋转。螺母部431能够沿着螺纹部432上下运动，因此在螺母431a旋转时，滑块42上下运动，工作台41上下运动。

图17是表示其他实施方式的三维造型装置的驱动传递部的构造的概略图。

在图17所示的实施方式中，借助驱动部45的驱动力使滚珠丝杠43的螺纹部432旋转，使螺母部431上下运动，由此使可动框架411上下运动，经由杆412及滑块42使工作台41上下运动。需要说明的是，也可以将杆412与工作台41直接连结。

螺母部431在内侧收纳螺母431a，外侧的壳体431b一体地安装于可动框架411。螺纹部432在上方固定于支承框架11，贯通可动框架411，在可动框架411正下方与螺母431a螺纹接合，在下方经由联轴器与减速器44连结。

从驱动部45产生的驱动力经由减速部44使螺纹部432旋转。在螺纹部432旋转时，螺母部431的螺母431a旋转。螺母部431能够沿着螺纹部432上下运动，因此在螺母431a旋转时，经由可动框架411及杆412而滑块42上下运动，工作台41上下运动。

图18是表示其他实施方式的三维造型装置的驱动传递部的构造的概略图。

如图18所示，在本实施方式中，借助驱动部45的驱动力使螺母部431的螺母431a旋转，使滚珠丝杠43的螺纹部432上下运动，由此经由滑块42使工作台41上下运动。需要说明的是，也可以将螺纹部432与工作台41直接连结。

螺母部431在内侧收纳螺母431a，外侧的壳体431b固定于螺母支承部41b且不能上下运动，该螺母支承部41b固定于基准框架12。螺母431a相对于壳体431b能够旋转。螺纹部432在上方以能够旋转的方式固定于工作台41，在下方与螺母431a螺纹接合。并且，螺纹部432贯通花键螺母433，该花键螺母433固定于基准框架12。

在减速部44的输出轴44a上固定有第一滑轮401。在螺母431a上固定有第二滑轮402。第一滑轮401和第二滑轮402由连结带401连结。第二滑轮402与螺母部431的螺母431a一起旋转，使螺纹部432贯通。

从驱动部45产生的驱动力经由减速部44的输出轴44a向第一滑轮401输出。在第一滑轮401旋转时，经由连结带401而第二滑轮402旋转。在第二滑轮402旋转时，螺母部431的螺母431a旋转。由于螺母部431不能上下运动，所以在螺母431a旋转时，螺纹部432上下运动。因此，工作台41上下运动。

图19是表示其他实施方式的三维造型装置的驱动传递部的构造的概略图。

在图19所示的实施方式中，借助驱动部45的驱动力使螺母部431的螺母431a旋转，使滚珠丝杠43的螺母部431相对于螺纹部432上下运动，由此使可动框架411上下运动，经由杆412及滑块42而使工作台41上下运动。需要说明的是，也可以将杆412与工作台41直接连结。

螺母部431在内侧收纳螺母431a，外侧的壳体431b固定于螺母支承部41b，一体地安装于可动框架411，该螺母支承部41b固定于可动框架411。并且，驱动部45及减速部44也一体地安装于可动框架411，与可动框架411一起上下运动。

螺纹部432在上方固定于支承框架11，在下方与螺母431a螺纹接合。并且，螺纹部432贯通花键螺母433，该花键螺母433固定于可动框架411。

在减速部44的输出轴44a上固定第一滑轮401。在螺母431a上固定第二滑轮402。第一滑轮401和第二滑轮402由连结带401连结。第二滑轮402与螺母部431的螺母431a一起旋转，使螺纹部432贯通。

从驱动部45产生的驱动力经由减速部44的输出轴44a向第一滑轮401输出。在第一滑轮401旋转时，经由连结带401而第二滑轮402旋转。在第二滑轮402旋转时，螺母部431的螺母431a旋转。在螺母431a旋转时，由于螺纹部432不能上下运动，所以螺母431a上下运动。因此，可动框架411与螺母部431一起上下运动，由杆412连结的滑块42及工作台41上下运动。

图20是表示其他实施方式的三维造型装置的驱动传递部的构造的概略图。

在图20所示的实施方式中，作为驱动部45，使用中空的直接驱动马达，使螺母431a旋转，使滚珠丝杠43的螺纹部432上下运动，由此经由滑块42使工作台41上下运动。需要说明的是，也可以将螺纹部432与工作台41直接连结。

驱动部45利用中空的直接驱动马达来驱动螺母431a，使螺纹部432贯通于中心。

螺母部431在内侧收纳螺母431a，以相对于基准框架12不能上下运动的方式固定于基准框架12。螺母431a相对于壳体431b能够旋转。螺纹部432在上方以能够旋转的方式固定于工作台41，在下方与螺母431a螺纹接合。

在驱动部45产生驱动力时，螺母部431的螺母431a旋转。螺母部431不能上下运动，因此在螺母431a旋转时，螺纹部432上下运动。因此，工作台41上下运动。

图21是表示其他实施方式的三维造型装置的驱动传递部的构造的概略图。

在图21所示的实施方式中，作为驱动部45，使用中空的直接驱动马达，使螺母431a旋转，使滚珠丝杠43的螺纹部432上下运动，由此使可动框架411上下运动，经由杆412及滑块42使工作台41上下运动。需要说明的是，也可以将杆412与工作台41直接连结。

驱动部45利用中空的直接驱动马达来驱动螺母431a，使螺纹部432贯通于中心。

螺母部431在内侧收纳螺母431a，外侧的壳体431b相对于可动框架411固定。螺母431a相对于壳体431b能够旋转。螺纹部432在上方固定于框架11，在下方与螺母431a螺纹接合。

在驱动部45产生驱动力时，螺母部431的螺母431a旋转。关于螺母部431，在螺母431a旋转时，螺母431a沿着螺纹部432上下运动。因此，可动框架411与螺母部431一起上下运动，由杆412连结的滑块42及工作台41上下运动。

在此，其他实施方式的三维造型装置1的驱动传递部的配置及构造中的控制系统可以与图5中说明的相同。

根据本实施方式的三维造型装置1，具备支承框架11、材料供给部3、造型物放置部4、输入部51、存储部52、控制部50，前述材料供给部3支承于支承框架11，前述造型物放置部4支承于支承框架11，供从材料供给部3供给的材料放置，输入部51预先输入工作台41的指示移动量，前述存储部52存储从输入部41输入的指示移动量，前述控制部50控制材料供给部3及造型物放置部4，造型物放置部4具有工作台41、驱动部45，前述工作台41在上表面放置造型物，前述驱动部45驱动工作台41，前述控制部50使工作台41移动存储于存储部52的指示移动量，因此能够提供一种精度及生产率高的三维造型装置。

在本实施方式的三维造型装置1中，控制部50被反馈驱动部45的状态信号，因此能够更高精度地进行控制。

在本实施方式的三维造型装置1中，驱动部45具有能独立地驱动的第一驱动部45a及第二驱动部45b，控制部50分别独立地控制第一驱动部45a及第二驱动部45b，因此能够提供一种精度及生产率高的三维造型装置。

在本实施方式的三维造型装置1中，造型物放置部4还具备传递部43，该传递部43具有将第一驱动部45a及第二驱动部45b的各驱动力向工作台41分别传递的第一滚珠丝杠43a及第二滚珠丝杠43b，因此能够使工作台41顺畅地移动。

在本实施方式的三维造型装置1中，驱动部45具有在形成四边形的位置配置的第一驱动部45a、第二驱动部45b、第三驱动部45c及第四驱动部45d，控制部50能够分别独立地控制第一驱动部45a、第二驱动部45b、第三驱动部45c及第四驱动部45d，因此能够更高精度地进行控制。

本实施方式的三维造型装置1具备杆48和限位开关49，前述杆48与工作台41一起移动，前述限位开关49在杆48到达既定的位置时发生接触，因此能够防止工作台41的过度的移动。

需要说明的是，本发明并不限定于本实施方式。即，在实施方式的说明中，为了例示而包含了许多特定的详细的内容，但也可以向这些详细的内容中添加各种变形或变更。

附图标记说明

1…三维造型装置；

11…支承框架；

12…基准框架（支承框架）；

2…能量射束照射部（材料供给部）；

21…射束产生部；

22…射束扫描部；

3…粉末供给部（材料供给部）；

31…粉末存积部；

32…摊平部；

33…外框部；

4…造型物放置部；

41…工作台；

42…滑块；

43…滚珠丝杠（传递部）；

44…减速部（传递部）；

45…驱动部；

48…杆；

49…限位开关；

50…控制部；

51…输入部；

52…存储部。