造形装置、造形方法

造形装置、造形方法
【专利摘要】提供一种热能效率性良好且能够小型化的造形装置以及造形方法。造形装置(1)具备：带传输机构(6)，将具有挠性的造形材料(10)向工作台(2)上的造形位置传输；激光照射机构(7)，对传输至造形位置的造形材料(10)照射激光；以及移动机构(4)，使造形位置(P)相对于工作台相对移动。
【专利说明】
造形装置、造形方法
技术领域
[0001 ] 本发明涉及层叠造形材料而成形三维造形物的造形装置以及造形方法。
【背景技术】
[0002]以往，已知有基于输入数据生成三维造形物的造形装置(所谓的3D打印)(例如，参照专利文献I)。
[0003]专利文献I所记载的装置具备基板以及小出口喷头，这些基板以及小出口喷头被设为能够相对地移动。作为造形材料的固体棒被向小出口喷头供给，该固体棒在小出口喷头内被加热至恪融点，并以流动状态从小出口喷头的喷嘴少量喷出。
[0004]现有技术文献
[0005]专利文献
[0006]专利文献I:日本特开平3-158228号公报

【发明内容】

[0007]发明所要解决的课题
[0008]然而，在如专利文献I所记载的装置中，使向小出口喷头内供给的固体棒(造形材料)熔融并使熔融状态的材料向预定位置少量喷出，从而成形三维造形物。在这样的结构中，需要使造形材料可靠地熔融，存在有加热部的结构大型化这样的课题，而且，熔融所需的热量也较大，因此也存在有能效变差这样的课题。另外，由于需要以熔融状态挤出造形材料，因此也存在有用于完全熔融的加热时间变长这样的课题，当在喷嘴残留有熔融的造形材料时，清洗等维护也变得繁琐。
[0009]本发明的目的在于提供热能效率良好、且能够小型化的造形装置以及造形方法。
[0010]用于解决课题的技术方案
[0011 ]本发明的造形装置的特征在于，所述造形装置具备:输送机构，将具有挠性的造形材料向工作台上的造形位置传输;激光照射机构，对传输至所述造形位置的所述造形材料照射激光而使该造形材料熔融；以及移动机构，使所述造形位置相对于所述工作台相对移动。
[0012]在本发明中，将造形材料传输至工作台上的造形位置，对所传输的造形材料的例如顶端部照射从激光照射机构射出的激光而使其熔融。由此，能够仅使造形材料的所需的部分熔融，能够将熔融后的造形材料层叠于造形位置。然后，通过移动机构使造形位置相对于工作台移动而依次使造形材料的层叠位置发生变化，通过重复上述造形处理，能够成形所期望的形状的造形物。此外，本发明中的工作台上的造形位置除了将工作台的预定位置作为造形位置以外，还包含将在工作台上成形的造形物的预定位置作为造形位置。
[0013]在这样的本发明中，向造形材料的例如顶端部的造形位置局部照射激光即可，无需使整个造形材料熔融。由此，例如，与挤出熔融状态的造形材料的结构相比，所需的热能较少，且也能够缩短用于加热气体的时间，能效较好。因此，无需用于使造形材料熔融的大型的加热机构，能够实现装置的小型化。进而，也不存在熔融后的造形材料残留在造形装置的情况，因此无需去除该残留材料的清洁等，维护也变得容易。
[0014]在本发明的造形装置中，优选的是，所述造形材料是具有剖面矩形状的带状材料。
[0015]在本发明中，使用带状的造形材料。在剖面圆形、剖面椭圆形状的造形材料中，厚度尺寸因位置而不同，使得层叠于造形位置的造形材料的厚度发生变化。对此，在剖面矩形状的带状材料中，厚度尺寸是均匀的，因此层叠于造形位置时的厚度尺寸也成为均匀，能够成形高精度的造形物。
[0016]另外，依次送出的造形材料通常以卷绕安装于圆筒状的卷芯(线轴)的方式被保管，在将剖面圆形、剖面椭圆形状的造形材料卷绕安装于线轴的情况下，如上述那样，剖面圆形、剖面椭圆形状的造形材料的剖面厚度尺寸因位置而不同，因此即使在以彼此相邻的方式将造形材料卷绕于线轴的情况下，也产生有间隙。对此，在将带状的造形材料卷绕安装于线轴的情况下，能够以使带表面与带背面紧贴的方式卷绕安装于线轴，因此与使用剖面圆形、剖面椭圆形状的造形材料的情况相比，能够提高体积占有率。即，与使用剖面圆形、剖面椭圆形状的造形材料的情况相比，能够缩小造形材料的卷绕安装保管空间，能够实现装置的进一步的小型化。
[0017]在本发明的造形材料中，优选的是，所述造形材料在剖视下的带厚度尺寸与带宽度尺寸的纵横比为10以上。
[0018]在本发明中，纵横比(带宽度尺寸/带厚度尺寸)为10以上。在此，在纵横比小于10的情况下，考虑有相对于带宽度尺寸而言带厚度尺寸过大的情况和相对于带厚度尺寸而言带宽度尺寸过小的情况。在前者的情况下，造形材料的挠性不充分，基于输送机构的造形材料的传输操作性变差。另外，在后者的情况下，产生有扭转等，传输操作性变差。对此，通过如上所述那样将纵横比设为10以上，能够提高具有挠性的造形材料的传输效率，能够高效地将造形材料传输至所期望的造形位置。
[0019]在本发明的造形装置中，优选的是，所述激光照射机构具备扫描部，该扫描部使所述激光的照射点沿所述造形材料的带宽度方向移动。
[0020]在本发明中，向带状造形材料的宽度方向上的一部分局部照射激光而仅使该照射部(照射点)熔融。此时，通过在激光照射机构设置扫描部，能够使照射点沿带的宽度方向移动。由此，例如，与使带宽度方向上的一部分熔融，接着传输带而再次使带宽度方向上的一部分熔融的结构等相比，能够使带宽度方向上的造形材料全部都层叠于造形位置，能够没有浪费地使用带状的造形材料。
[0021]在本发明的造形装置中，优选的是，所述激光照射机构在非活性气体环境下对所述造形材料照射所述激光。
[0022]在本发明中，造形材料在非活性气体环境下被激光加热熔融。因此，造形材料不会因化学变化等而变质，能够成形高质量的造形物。例如，在作为造形材料而使用金属材料的情况下，考虑有因基于激光的加热而氧化等，从而导致造形物变质，但在本发明中，能够通过非活性气体来防止金属氧化。
[0023]在本发明的造形装置中，优选的是，所述激光照射机构在除湿气体环境下对所述造形材料照射所述激光。
[0024]在本发明中，在除湿气体环境下使造形材料加热熔融。因此，能够防止造形材料与水发生化学反应而变质的缺陷，能够成形高质量的造形物。
[0025]在本发明的造形装置中，优选的是，所述激光照射机构从相对于所述工作台的法线方向倾斜的方向照射所述激光。
[0026]在本发明中，从相对于工作台的法线方向倾斜的方向照射激光。在这样的结构中，难以向造形材料的造形位置以外的区域照射激光。特别是通过从造形材料的传输方向上的上游侧向下游侧照射激光，能够避免激光向比造形位置靠上游侧处照射的缺陷。
[0027]另外，能够防止因在造形位置处被正反射的激光返回激光照射机构而产生的重影，能够成形高精度的造形物。
[0028]在本发明的造形装置中，优选的是，所述造形装置具备受光部，该受光部在所述造形位置处接收被所述造形材料反射的所述激光。
[0029]在本发明中，具备在造形位置处接收反射的激光的受光部。
[0030]通过受光部接收激光并检测该受光位置，从而能够高度地控制激光的照射位置。另外，能够根据通过受光部接收的激光的强度来判断是否输出有使造形材料熔融所需的强度、波长的激光。
[0031]在本发明的造形装置中，优选的是，所述激光照射机构照射光强度空间分布的半值宽度成为50μπι以上且200μπι以下的所述激光。
[0032]在本发明中，照射照射点处的光强度空间分布的半值宽度为50μπι?200μπι的激光。在对照射点照射光强度空间分布的半值宽度小于50μπι的激光的情况下，存在有激光的输出不足，造形材料的熔融变得困难的情况。另外，在对照射点照射光强度空间分布的半值宽度比200μπι大的激光的情况下，有可能导致还熔融掉造形材料的照射点以外的区域。对此，通过将针对照射点的光强度空间分布的半值宽度设定为上述条件，能够对照射点照射最佳输出的激光，能够高效地使造形材料熔融，并且能够抑制照射点外的造形材料的熔融，能够成形高精度的造形物。
[0033]在本发明的造形装置中，优选的是，所述造形材料由金属构成。
[0034]在本发明中，作为造形材料使用金属材料，因此能够成形高强度的造形物。
[0035]在本发明的造形装置中，优选的是，所述造形材料进行了阻燃化或不燃化处理。
[0036]在本发明中，金属造形材料进行了阻燃化处理或不燃化处理。由此，在照射激光时，金属材料难以发生基于燃烧的化学反应，能够成形高质量的造形物。
[0037]在本发明的造形装置中，优选的是，所述造形材料由树脂构成。
[0038]在本发明中，作为造形材料使用树脂材料。树脂材料与金属材料相比，熔点较低，也能够降低激光的输出而实现省电化。
[0039]本发明的造形方法的特征在于，将具有挠性的造形材料向工作台上的造形位置传输，对传输至所述造形位置的所述造形材料照射激光而使该造形材料熔融，继而使所述造形材料层叠于所述造形位置，并且通过使所述造形位置移动而使所述造形材料的层叠位置发生变化，成形造形物。
[0040]在本发明中，与上述发明相同，将造形材料传输至工作台上的造形位置，对所传输的造形材料的例如顶端部照射激光而使其熔融，继而层叠于造形位置。这样，通过使造形位置反复移动，能够成形所期望的形状的造形物。另外，由于对造形材料的例如顶端部的造形位置局部照射激光，因此无需使整个造形材料熔融，例如，与挤出熔融状态的造形材料的结构相比，所需的热能较少，能够实现能效的提高。另外，无需用于使造形材料熔融的大型的加热机构，能够实现装置的小型化。
【附图说明】
[0041]图1是表示本实施方式的造形装置的概略结构的图。
[0042]图2是表示本实施方式所使用的造形材料的概略结构的立体图。
[0043]图3是表示本实施方式的盒的概略结构的剖视图。
[0044]图4是表示本实施方式的激光照射机构的概略结构的图。
[0045]图5是表示从激光照射机构射出的激光的光强度空间分布的图。
[0046]图6是表示使用了本实施方式的造形装置的造形物的造形方法(造形处理)的流程图。
[0047]图7是表示在本实施方式中通过造形处理形成造形物的过程的立体图。
[0048]图8是表示其他实施方式中的、造形材料的保管结构的立体图。
[0049]图9是表示使用了其他实施方式中的线状造形材料的情况下的送出辊的结构的剖视图。
【具体实施方式】
[0050]以下，基于【附图说明】本发明的一实施方式的造形装置。
[0051][造形装置的概略结构]
[0052]图1是表示本实施方式的造形装置的概略结构的图。
[0053]如图1所示，造形装置1(层叠造形装置)具备工作台2、造形头3、移动机构4以及控制器5。
[0054]该造形装置I是根据从例如个人计算机等数据输出装置向控制器5输入的造形用数据的剖面形状，在工作台2上层叠造形材料而成形三维造形物的装置。具体地说，控制器5基于造形用数据控制移动机构4，使造形头3向预定的造形位置P移动。然后，控制器5控制造形头3，使造形材料10在工作台2上的造形位置P熔融层叠。
[0055]此外，虽然省略了图示，在本实施方式中，工作台2、造形头3以及移动机构4设于腔室等封闭的造形室内，且填充有非活性气体。
[0056]以下，详细说明各结构。
[0057][工作台2的结构]
[0058]工作台2是用于成形造形物的台座，例如具备载置造形物的平面。
[0059][造形头3的结构]
[0060]造形头3设为能够通过移动机构4相对于工作台2移动，如图1所示，具备带传输机构6、激光照射机构7以及检测器8(受光部)。
[0061 ][带传输机构6的结构]
[0062]带传输机构6构成本发明的输送机构，将造形材料1向工作台2上的造形位置P传输。该带传输机构6具备收纳造形材料10的盒61以及将从盒61供给的造形材料10向工作台2上的预定的造形位置P传输的送出部62。
[0063](造形材料10的结构)
[0064]在此，说明收纳在盒61内的造形材料1。
[0065]图2是表示本实施方式所使用的造形材料10的概略结构的立体图。
[0066]如图2所示，造形材料10具有短边(带厚度尺寸)a、长边(带宽度尺寸)b的扁平剖面，构成为纵横比(b/a)为10以上的薄壁状(带状)。在此，在纵横比小于10的情况下，造形材料10的传输操作性降低。即，当相对于带宽度尺寸b增大带厚度尺寸a时，会因造形材料10的挠性降低而导致后述的送出辊对621、驱动辊对622中的传输效率降低，在传输时导致操作性(传输难易度)降低。另外，在本实施方式中，利用造形材料10的挠性，使造形材料10的工作台两侧的面(带背面)与造形物的造形位置P处的上表面(或者工作台2的面)抵接。由此，在不具有足够的挠性的情况下，在造形物的上表面(或者工作台2的面)与造形材料10的带背面之间在造形位置P处产生有间隙，导致熔融并层叠造形材料10时的紧贴性降低。另外，即使在带厚度尺寸a足够小的情况下，若带宽度尺寸b较小，则有可能在传输时导致在造形材料10产生扭转，导致传输操作性降低。
[0067]针对此，通过如上述那样将纵横比设为10以上，能够提高具有挠性的造形材料10的传输效率，从而能够高效地将造形材料向所期望的造形位置传输。
[0068]作为这样的造形材料10，能够例示金属、树脂等。
[0069]在作为造形材料10而使用金属的情况下，与树脂相比，通过造形所获得的造形物的强度增高。另一方面，对于造形材料10，需要将其传输至工作台2上的造形位置P，被要求挠性。在金属制的造形材料10中，为了确保上述挠性而优选将带厚度尺寸设为a<0.1mm。在带厚度尺寸为a>0.1mm的情况下，造形材料10难以烧曲，在传输时难以将造形材料10向所期望的造形位置P传输。
[0070]然后，如上所述那样考虑传输操作性而设定带宽度尺寸b，在带厚度尺寸a为0.1mm的情况下，作为带宽度尺寸，优选设为Imm以上。此外，虽然与带厚度尺寸a的设定值有关，作为带宽度尺寸b的设定值，优选设为5mm<b<15mm。通过形成为如上所述的尺寸a、b的带状的造形材料10，能够维持足够的挠性，且能够抑制扭转等导致操作性降低。
[0071]在使用金属制的造形材料10的情况下，更加优选使用MgJg例如与Al等相比，比重较小(相对于Mg的比重1.7而言，Al的比重为2.7)，能够实现造形材料1的轻型化。
[0072]进而，在金属制的造形材料10中，优选以在加热至熔点附近时不产生氧化的方式实施阻燃化处理或者不燃化处理。作为阻燃化处理、不燃化处理，能够使用公知的技术。
[0073]如上所述的金属制的造形材料10例如能够通过裁切利用压延、挤出等而成型的材料来大量且低价地进行制造。
[0074]另一方面，在作为造形材料10而使用树脂的情况下，与金属相比，熔点较低，能够较低地设定后述的激光照射机构7中的激光的输出，能够实现加热机构的进一步简化。在使用这样的树脂制的造形材料10的情况下，优选将带厚度尺寸设为aSlmm，将带宽度尺寸设为5mm<b。树脂性的造形材料10与金属相比，易于确保挠性，能够扩大厚度尺寸，但是在带厚度尺寸为a>lmm的情况下，烧性不足，操作性降低。另外，在带宽度尺寸为5mm>b的情况下，易于产生扭转，操作性降低。基于以上原因，优选以在如上所述的尺寸a、b的范围内将纵横比设为1以上的方式构成造形材料1。
[0075](盒6I的结构)
[0076]接着，具体地说明带传输机构6的盒61。
[0077]图3是表示本实施方式的盒61的概略结构的剖视图。
[0078]如图3所示，盒61具备壳体611、线轴612以及夹持辊613。
[0079]壳体611例如是具有内部空间的立方体形状，在内部收纳有线轴612、卷绕安装于线轴612的造形材料10以及夹持辊613。
[0080]另外，在壳体611的一部分(在本实施方式中为立方体的角部)设有送出口61IA，收纳于内部的造形材料10从该送出口 611A向外部取出。
[0081 ]线轴612是轴状构件，被壳体611的相互对置的面支承为能够旋转。在该线轴612固定有上述造形材料1的一端部，该造形材料1沿线轴612的周面被卷绕安装。更加具体地说，带状的造形材料10以使带背面(在传输至工作台2上时，与工作台2对置的面)与卷绕安装于线轴612的造形材料10的带表面(与带背面相反一侧的面)紧贴的方式呈同心圆状地卷绕安装，并呈辊状收纳。
[0082]在这样的结构中，例如，与使剖面圆形状的造形材料卷绕安装于线轴612的情况相比，体积占有率增高。由此，在以相同的量将剖面圆形状的造形材料和本实施方式的带状的造形材料10卷绕安装于线轴的情况下，与使用剖面圆形状的造形材料的情况相比，在使用本实施方式的造形材料10的情况下，能够缩小体积，能够实现盒61的小型化，进而，由于对线轴612的卷数也变少，因此制造效率性也变得良好。另外，由于在盒61的尺寸被规定的情况下，在使用本实施方式的带状的造形材料10的情况下，体积占有率较大，因此与使用剖面圆形状的造形材料的情况相比，能够在盒61内收纳更多的造形材料10。
[0083]夹持辊613设于送出口 61IA附近，引导造形材料10的传输方向。夹持辊613设有一对，通过该一对夹持辊613夹住造形材料10并将其向送出口 611A引导。另外，通过以夹持辊613夹住造形材料10而能够抑制卷绕安装后的造形材料10的松动，从送出口 61IA送出的造形材料1的运彳丁性(传输性)提尚。
[0084]另外，盒61例如在壳体611的外壳部设有基于省略图示的卡定销、引导突起等的定位部，通过将这些定位部定位于造形头3的预定位置而能够将盒61装配于造形头3。
[0085](送出部62的结构)
[0086]如图1所示，送出部62将从盒61供给的造形材料10送出至工作台2上的造形位置P。
[0087]该送出部62具备由一对送出辊621A、621B构成的送出辊对621、由驱动辊622A以及从动辊622B构成的驱动辊对622以及引导部623。此外，在本实施方式中，示出了设置一个送出辊对621的例子，但是也可以设为设置两个以上的结构，也可以设为不设置送出辊对621而仅设置驱动辊对622的结构等。进而，示出了仅设置一个驱动辊对622的例子，但是也可以设为设置两个以上的结构等。
[0088]送出辊对621通过送出辊621A、621B来夹住造形材料10并引导造形材料10的传输。在此，送出辊对621—边使造形材料1向与从盒61送出的造形材料1的弯卷(对线轴612的卷绕安装方向)相反一侧弯曲，一边传输该造形材料1。由此，能够矫正造形材料1的弯卷。
[0089]驱动辊对622拉入造形材料10并将其向造形位置P送出。具体地说，驱动辊对622具备:驱动辊622A，被马达等的驱动力驱动而旋转；以及从动辊622B，追随驱动辊622A的驱动(未传递马达驱动力)。通过驱动辊622A以及从动辊622B，造形材料10的恒定速度下的传输成为可能。
[0090]在此，优选驱动辊622A与造形材料10的带背面接触。由此，造形材料10被该造形材料10的弯卷向驱动辊622A推压，能够抑制传输时的滑动等，能够提高传输效率。
[0091]此外，也可以设为使驱动辊622A与带表面接触的结构。另外，也可以设为将构成驱动辊对622的一对辊的双方设为驱动辊并进行驱动的结构。在该情况下，进而，通过使与带背面接触的驱动辊相对于与带表面接触的驱动辊稍微提高旋转速度，能够更加可靠地矫正造形材料10的弯卷。
[0092]引导部623例如由表面进行了耐磨损处理的、耐老化性较高的金属材料构成为板簧状，且在沿传输方向的两端具备引导壁(省略图示)。
[0093]该引导部623消除造形材料10的松弛并且矫正造形材料10的传输方向，且引导其朝向工作台2上的造形位置P传输。
[0094]被引导部623引导的造形材料10通过挠曲而使顶端部推压并抵接于造形位置P，被后述的激光照射机构7加热了的部分熔融而层叠于造形位置P。即，本实施方式的造形材料10并未被较强的应力向工作台2或者工作台2上的造形材料按压，而是通过挠曲仅使其顶端部与工作台2或者工作台2上的造形材料接触，从而将造形材料1向造形位置P传输。
[0095][激光照射机构7的结构]
[0096]图4是表不激光照射机构7的概略结构的图。
[0097]如图4所示，激光照射机构7构成为包含激光源71、光束整形光学系统72以及扫描镜73。
[0098]激光源71被控制器5的控制所驱动，从而输出激光。作为激光源71，能够利用气体激光、纤维激光、半导体激光等，在将金属制的造形材料10作为对象的情况下，能够使用朝向金属的吸收率较高的YAG激光、准分子激光等。另外，作为照射的激光的波长，设定对造形材料1的吸收率较高的最佳波长。
[0099]从激光源71射出的激光在光束整形光学系统72中被整形为光束形状。整形后的激光被扫描镜73扫描，向造形材料10的造形位置P上的照射点照射。
[0100]在此，扫描镜73例如能够使用电流镜、多面镜。扫描镜73能够使激光的照射点沿造形材料10的带宽度方向扫描，S卩，构成本发明的扫描部。
[0101]此外，也可以在扫描镜的后段配置?.θ透镜等光学系统。
[0102]图5是表示从激光照射机构7照射的激光的光强度空间分布的图。
[0103]从激光照射机构7射出的激光形成为大致按照图5所示的高斯分布的光强度空间分布。在此，在本实施方式中，以使向造形材料10照射的照射点内的激光形成为具有半值宽度E5Q内的光强度空间分布的激光的方式设定激光的输出。此外，作为半值宽度E5Q，优选设定为50μηι?200μηι。在此，在半值宽度小于50μηι的情况下，高输出的激光相对于所期望的照射点进行照射的范围较窄，有时热量会不充分。另一方面，在半值宽度比200μπι大的情况下，有可能使造形材料10熔融至所期望的照射点以外的区域。对此，通过设定如上所述的半值宽度，能够恰当地对照射点照射对造形材料10的吸收率较高的激光，从而能够实现高精度的造形物的造形。
[0104]另外，激光照射机构7为了使射出的激光从造形材料10的传输方向上的上游侧朝向下游侧而相对于工作台2的法线方向D2以预定的角度Θ倾斜地配置。作为该倾斜角度Θ，例如0° <θ<20°较为恰当，优选为10° <θ<20°。在20°以上的情况下，激光照射机构7的配置空间变大，装置大型化。
[0105]在上述结构中，激光在造形材料10的表面被正反射，反射光返回激光照射机构7，避免了作为所谓重影而导致像变得模糊、或者在所期望的照射点以外的区域成像的缺陷。另外，通过从传输方向的上游侧朝向下游侧照射激光，能够防止激光朝向造形材料10的上游侧照射，也能够防止造形位置P的照明点以外的区域被熔融的缺陷。
[0106][检测器8的结构]
[0107]检测器8接收在造形位置P被反射的激光，将与该受光量相对应的信号向控制器5输出。
[0108]作为设有检测器8的位置，优选相对于工作台2的法线(D2)而与激光照射机构7形成为线对称的位置，即，如图4所示，在传输方向的下游侧设于以角度Θ相对于法线方向02倾斜的位置。
[0109][移动机构4的结构]
[0110]移动机构4使造形头3相对于工作台2沿X轴、Y轴以及Z轴的各轴向移动，使造形头3的带传输机构6的造形材料10的传输目的地(造形位置P)以及激光照射机构7的激光的照射点向所期望的位置移动。即，移动机构4使造形位置P相对于工作台移动。
[0111]作为具体的结构，例如能够示例如下结构等，S卩，具备:柱，能够在沿Y轴向铺设的Y引导件上移动;滑块，设于柱上，具备沿X轴向延伸的X引导件；以及滑座，能够沿X引导件移动，具备沿Z方向的Z引导件，并且以沿滑座的Z引导件能够移动的方式设有造形头3。另外，也可以设为通过连结多个臂构件并控制臂的连结角度而使造形头3能够在三维空间移动的结构等。
[0112]另外，在本实施方式中，示例了通过移动机构4使造形头3相对于工作台2移动的结构，但是并不局限于此，例如，也可以设为使工作台2相对于造形头3移动的结构等。进而，也可以设为使工作台2沿Z方向移动，并使造形头3沿XY轴移动的结构等。
[0113][控制器5的结构]
[0114]控制器5例如由与存储器等存储部、CPU之间的运算电路等构成，用于控制造形装置I的整体动作。在存储部中记录有用于控制造形装置I的各种程序、各种数据。另外，控制器5的运算电路通过读取并执行存储于存储部的程序而如图1所示地作为数据获取单元51、移动控制单元52以及造形控制单元53发挥功能。此外，在本实施方式中，示出了各功能构成是通过作为硬件的运算电路与程序(软件)的配合来实现的例子，例如，也可以设为通过组合具有各功能的集成电路(硬件)来实现的结构等。
[0115]数据获取单元51例如从以能够通信的方式连接于控制器5的个人计算机等外部设备获取造形用数据。此外，也可以将控制器5设为具备读取记录介质的驱动装置，并从装配于该驱动装置的记录介质直接获取造形用数据的结构等。
[0116]移动控制单元52基于造形用数据控制移动机构4，使造形头3移动。
[0117]造形控制单元53控制造形头3。具体地说，造形控制单元53控制送出部62的驱动辊对622、激光照射机构7以及检测器8的动作，使造形材料10熔融层叠于造形位置P而成形造形物。
[0118][基于造形装置I的造形物的制造方法]
[0119]接着，基于【附图说明】使用了如上所述的造形装置I的造形物的造形方法。
[0120]图6是表示使用了本实施方式的造形装置I的造形物的造形方法(造形处理)的流程图。图7是表示通过造形处理来形成造形物的过程的立体图。
[0121]为了通过造形装置I来成形造形物，首先，控制器5的数据获取单元51获取造形用数据(步骤SI)。具体地说，数据获取单元51基于操作者的操作，获取例如从连接于控制器5的个人计算机等外部设备输入的造形用数据、记录于CD-ROM等记录介质的造形用数据、经由互联网等通信线路获取的造形用数据等。
[0122]接着，移动控制单元52根据造形用数据分析造形物的剖面形状，如图7所示，使造形头3向相当于造形物剖面的造形位置P移动(步骤S2)。
[0123]具体地说，以使被带传输机构6传输的造形材料10的顶端部位于基于造形用数据所示的造形位置P的方式控制移动机构4，设定造形头3的位置，且控制激光照射机构7的扫描镜73，设定造形材料10的带宽度方向上的照射点。
[0124]之后，造形控制单元53控制造形头3等，使造形材料10熔融并层叠于造形位置P，如图7所示，成形造形物(步骤S3)。
[0125]具体地说，造形控制单元53控制激光源71，射出预定强度的激光。此时，控制器5参照与从检测器8输入的受光量相对应的信号，调整激光的强度，即实施反馈控制。
[0126]由此，从激光照射机构7射出的激光向造形材料10的顶端部的带宽度方向上的一部分(照射点)照射，通过激光的能量使造形材料10熔融并层叠于造形位置P。
[0127]之后，造形控制单元53判断基于造形用数据的造形物的造形处理是否完成(步骤S4)。
[0128]在步骤S4中判断为“否”的情况下，返回步骤S2以及步骤S3，重复造形头3的移动以及造形材料的熔融层叠。
[0129]此时，移动控制单元52控制扫描镜73，使照射点的位置沿带宽度方向移动，且使移动机构4移动，以使照射点形成为基于造形用数据的造形位置P的方式控制造形头3的位置。对于激光的照射点，例如能够通过检测在受光部接收的激光反射光的位置来进行控制。
[0130]另外，造形控制单元53在沿着带宽度方向的造形材料10被熔融以及层叠的情况下，通过驱动送出部62的驱动辊622A以预定量送出造形材料10，使顶端部向造形位置P移动。被送出部62送出的造形材料10具有挠性，因此因自重而挠曲，推压并抵接于造形位置P。之后，与步骤S3相同，使造形材料10熔融并层叠于造形位置P。
[0131]然后，当在步骤S4中判断为“是”时，结束造形处理。
[0132][本实施方式的作用效果]
[0133]本实施方式的造形装置I具备:工作台2，成形造形物;带传输机构6，将具有挠性的造形材料10向工作台2上的预定的造形位置P传输;激光照射机构7，对被传输至造形位置P的造形材料10照射激光，使照射点内的造形材料10熔融；以及移动机构4，以使造形位置P位于基于造形用数据的所期望位置的方式，使组装有激光照射机构7的造形头3移动。
[0134]在这样的结构中，通过不同的机构来实施造形材料10的传输供给与基于激光的造形材料10的熔融，能够局部地以激光仅熔融造形材料10所需的位置。由此，例如，与挤出熔融后的造形材料10并层叠于造形位置P的情况相比，在造形材料10的熔融量以及熔融面积(体积)较小，热能也较少的情况下完成。由此，能够将加热机构的结构小型化，能够实现造形装置I的小型化、制造成本的低成本化。
[0135]另外，被带传输机构6传输的造形材料10被推压并抵接于造形位置P，且在该位置被熔融，因此不会在带传输机构6、激光照射机构7附着或者残留有熔融的造形材料10。由此，造形装置I的维护也变得容易。
[0136]在本实施方式中，造形材料10形成为具有剖面矩形状的带状。由于这样的带状的造形材料10的厚度尺寸是均匀的，因此层叠于造形位置P的造形材料10的厚度不会发生变动，能够成形高精度的造形物。
[0137]另外，在呈与线轴612同心圆状地卷绕安装造形材料10的情况下，使带背面与带表面紧贴，从而能够消除间隙，例如，与使用剖面圆形状的造形材料的情况相比，体积占有率提高。即，在盒61内收纳同量的造形材料的情况下，与剖面圆形状的造形材料相比，能够实现盒61的小型化。在盒61的尺寸是固定的情况下，与使用剖面圆形状的造形材料的情况相比，能够使更多的造形材料10卷绕安装于线轴。
[0138]另外，也存在有作为造形材料而使用粉体的结构，由于这样的粉体形成为球状，因此与线状造形材料相同，在收纳于盒61时体积占有率变小，另外，也产生有设置关闭盒的送出口 611A的盖部等的需要。对此，在本实施方式的造形材料1中，能够使体积占有率比粉体的造形材料大，且无需在送出口 61IA设置盖部，使操作变得容易。
[0139]在本实施方式中，带状的造形材料10的带厚度尺寸a与带宽度尺寸b之比、即纵横比(a/b)为1以上。因此，能够充分地确保造形材料1的挠性，且也能够抑制扭转、挠曲等导致造形材料10的传输操作性变差。
[0140]在此，作为本实施方式的造形材料10，能够选择金属制以及树脂性中的任一者。
[0141]在使用金属制的造形材料10的情况下，与树脂性的造形材料10相比，能够成形耐老化性较高质量的造形物，在使用树脂性的造形材料10的情况下，与金属制的造形材料10相比，加热温度较低，能够降低激光的输出。
[0142]另外，在使用金属制的造形材料10的情况下，通过使用比重较小的Mg，能够实现造形材料10的轻型化，造形的造形物也变得轻型。另外，在使用这样的金属的情况下，为了抑制基于加热的氧化反应而实施有阻燃化处理或者不燃化处理。由此，能够在照射激光时有效地抑制金属氧化，能够防止基于变质的造形物的质量降低。
[0143]在本实施方式中，激光照射机构7具备扫描镜73。
[0144]因此，通过以控制器5控制扫描镜73，能够使激光的照射点沿造形材料10的带宽度方向扫描。由此，能够无浪费地使用带状的造形材料1。
[0145]在本实施方式中，工作台2、造形头3以及移动机构4配置于维持在非活性气体环境下的腔室等造形室内。即，激光照射机构7在非活性气体环境下对造形材料10照射激光。
[0146]因此，在非活性气体环境下通过激光来加热造形材料10，造形材料10不会在加热熔融时因化学变化等变质，能够成形高质量的造形物。
[0147]在本实施方式中，激光照射机构7以角度Θ相对于工作台2的法线方向02倾斜地配置。由此，从激光照射机构7射出的激光相对于被传输至造形位置P的造形材料10倾斜地入射，即使激光在造形材料10被正反射，也不会返回激光照射机构7，能够防止因重影等导致激光照射在造形材料10的造形位置P以外(照射点以外)的部位的缺陷。
[0148]另外，由于激光照射机构7从传输方向D1的上游侧向下游侧照射激光，因此激光不会照射造形材料10的上游侧，能够避免不期望的位置处的造形材料10被熔融的缺陷。
[0149]在本实施方式中，通过检测器8接收被造形材料10反射的激光。
[0150]由此，通过将被检测器8接收的受光信号输入于控制器5，能够通过控制器5将激光的输出值设定为所期望的值。另外，能够根据被检测器8接收的激光的位置来检测照射点的位置，例如，能够在沿带宽度方向扫描照射点时，使照射点精度较好地向所期望的位置移动。
[0151 ]在本实施方式中，激光照射机构7照射向照射点照射的光强度空间分布的半值宽度为50μηι以上200μηι以下的激光。
[0152]在相对于照射点的激光的光强度空间分布的半值宽度小于50μπι的情况下，有可能产生有激光的输出不足，在比200μπι大的情况下，有可能还熔融掉照射点外的造形材料10。对此，根据上述条件，通过对照射点照射最佳输出的激光，能够高效地使造形材料10熔融。另外，照射点以外的造形材料10的熔融被抑制，能够成形高精度的造形物。
[0153][其它实施方式]
[0154]此外，本发明并不局限于所述实施方式，能够实现本发明的目的的范围内的变形、改进等包含在本发明内。
[0155]在上述实施方式中，示例了为了使激光从传输方向的上游侧向下游侧照射而使激光照射机构7相对于工作台2的法线方向D2倾斜的结构，但是并不限定于此。例如，也可以设为从带宽度方向的一侧向另一侧照射激光的结构，也可以设为从传输方向的下游侧向上游侧照射激光的结构等。另外，也可以使激光照射机构7沿工作台2的法线方向D2配置，沿法线方向D2照射激光。
[0156]在上述实施方式中，示例了使用扫描镜73使照射点沿带宽度方向扫描的结构，但是并不限定于此。例如，在激光的照射点遍及带宽度整体的情况下(照射线光的情况等)、使用线状的造形材料的情况下，也可以不设置扫描镜73。
[0157]另外，通过扫描镜73使照射点沿带宽度方向扫描，但是也可以在造形头3中将激光照射机构7设为能够独立移动的结构、使激光照射机构7本身沿带宽度方向移动的结构、使激光照射机构7摆动的结构等等。
[0158]进而，例如，作为带传输机构6，例如，也可以设为具备使送出部62沿带宽度方向移动的宽度方向移动机构的结构。即使在该情况下，也能够通过带传输机构6使造形材料10沿带宽度方向移动，因此也可以设为在激光照射机构7不设置扫描部(扫描镜73等)的结构。
[0159]在上述实施方式中，示出了通过检测器8来接收激光的结构例，但是并不限定于此。例如，也可以设为不设置检测器8的结构。
[0160]另外，示例了通过检测器8来接收被造形材料10反射的激光的例子，但是例如也可以通过例如偏振光分光器等分离从激光照射机构7射出的激光的一部分，通过检测器来接收分离后的激光，测定其强度。
[0161]在上述实施方式中，示例了造形室内维持在非活性气体环境下的结构，但是并不限定于此。例如，也可以维持在除湿后的大气环境下。即使在该情况下，造形材料10也不会因水分子而氧化，能够成形高质量的造形物。
[0162]进而，示例了在造形室内设有工作台2、造形头3、移动机构4的例子，但是并不限定于此。在作为造形材料10而使用了不会因加热等而变质的材料的情况下，也可以不设置造形室。另外，也可以设为设置对激光的照射点吹送非活性气体(或者除湿后的空气)的气体喷出部的结构。即使在该情况下，也能够将激光的照射点附近形成为非活性气体环境下，能够抑制造形材料10变质。
[0163]在上述实施方式中，在激光的照射点照射光强度空间分布的半值宽度为50μπι?200μπι的激光，但是并不限定于此。例如，只要具有足够的光量，激光的半值宽度也可以小于5 Oym，也可以大于200μηι。
[0164]作为造形材料10，示例了纵横比成为10以上的剖面矩形状的带状材料，但是并不限定于此。例如，只要基于造形材料1的材质等而具有足够的烧性，且带传输机构6的造形材料10的传输操作性良好，也可以使用纵横比小于10的带状材料。
[0165]在上述实施方式中，将造形材料10设为收纳于盒61的结构，但是并不限定于此。例如，也可以如图8所示，通过在轴芯614卷绕安装造形材料10而将造形材料10保持为辊状。在该情况下，通过沿轴芯614的中心轴设置装配孔615，例如将设于造形头3的卡定销插穿装配孔615，能够将卷绕安装有造形材料10的轴芯614装配于造形头3。另外，通过设为在轴芯614的轴向上的两端部设置保持造形材料10的带宽度方向上的两边缘的凸缘部616的结构，能够防止造形材料1松动等。
[0166]在上述实施方式中，示出了造形材料10为带状材料的例子，但是例如也可以构成为线状。即使在该情况下，通过在如图3所示那样的盒61的线轴612、图8所示的轴芯614呈同心圆状地多列卷绕安装线状造形材料，能够保持造形材料。另一方面，在使用这样的线状造形材料的情况下，易于产生传输时的扭转等，存在有传输操作性变差的情况。
[0167]在该情况下，作为送出部62的驱动辊对622，优选使用图9所示的剖面形状的辊624Α、624Β。是例如由橡胶、弹性体等具有孔摩擦系数的弹性构件构成驱动辊624Α的表面的辊。另外，从动辊624Β是与线状造形材料1A两点接触，且沿周向形成有供一半以上的线状造形材料1A进入的剖面三角形状的槽624ΒI的辊。在这样的结构中，通过一边相对于槽624Β以弹力推压线状造形材料10Α，一边将其向传输方向送出，能够进行稳定的定量传输。
[0168]在上述实施方式中，作为移动机构4，示出了使造形头3沿XYZ的3轴向移动的例子，但并不局限于此，例如，也可以如上所述，设为使工作台2沿3轴向移动的结构，也可以设为使工作台2沿Z轴向移动，且使造形头沿XY轴向移动的结构。进而，如图7所示，在成形剖面圆形(圆筒形)的造形物等的情况下，也可以设为如下结构:在工作台2设置旋转机构等，且使造形头3能够相对于工作台2相对旋转移动。
[0169]此外，本发明的实施时的具体的构造在能够实现本发明的目的的范围内能够适当地变更为其他构造等。
[0170]附图标记说明
[0171]1、造形装置;2、工作台；3、造形头;4、移动机构;5、控制器;6、带传输机构(输送机构)；7、激光照射机构；8、检测器(受光部)；10、造形材料；10Α、线状造形材料;71、激光源；73、扫描镜(扫描部)。
【主权项】
1.一种造形装置，其特征在于， 所述造形装置具备: 输送机构，将具有挠性的造形材料向工作台上的造形位置传输； 激光照射机构，对传输至所述造形位置的所述造形材料照射激光而使该造形材料熔融；以及 移动机构，使所述造形位置相对于所述工作台相对移动。2.根据权利要求1所述的造形装置，其特征在于， 所述造形材料是具有剖面矩形状的带状材料。3.根据权利要求2所述的造形装置，其特征在于， 所述造形材料在剖视下的带厚度尺寸与带宽度尺寸的纵横比为10以上。4.根据权利要求2或3所述的造形装置，其特征在于， 所述激光照射机构具备扫描部，该扫描部使所述激光的照射点沿所述造形材料的带宽度方向移动。5.根据权利要求1至4中任一项所述的造形装置，其特征在于， 所述激光照射机构在非活性气体环境下对所述造形材料照射所述激光。6.根据权利要求1至5中任一项所述的造形装置，其特征在于， 所述激光照射机构在除湿气体环境下对所述造形材料照射所述激光。7.根据权利要求1至6中任一项所述的造形装置，其特征在于， 所述激光照射机构从相对于所述工作台的法线方向倾斜的方向照射所述激光。8.根据权利要求7所述的造形装置，其特征在于， 所述造形装置具备受光部，该受光部在所述造形位置处接收被所述造形材料反射的所述激光。9.根据权利要求1至8中任一项所述的造形装置，其特征在于， 所述激光照射机构照射光强度空间分布的半值宽度成为50μπι以上且200μπι以下的所述激光。10.根据权利要求1至9中任一项所述的造形装置，其特征在于， 所述造形材料由金属构成。11.根据权利要求10所述的造形装置，其特征在于， 所述造形材料进行了阻燃化或不燃化处理。12.根据权利要求1至9中任一项所述的造形装置，其特征在于， 所述造形材料由树脂构成。13.一种造形方法，其特征在于， 将具有挠性的造形材料向工作台上的造形位置传输， 对传输至所述造形位置的所述造形材料照射激光而使该造形材料熔融，继而使所述造形材料层叠于所述造形位置，并且通过使所述造形位置移动而使所述造形材料的层叠位置发生变化，成形造形物。
【文档编号】B23K26/34GK105939838SQ201580005154
【公开日】2016年9月14日
【申请日】2015年4月10日
【发明人】古贺欣郎, 宫下武, 鎌仓知之
【申请人】精工爱普生株式会社