专利名称：金属粉末烧结部件的制造装置及制造方法
技术领域：
本发明涉及一种对金属粉末进行光束照射并造型的金属粉末烧结部件的制造装 置及制造方法。
背景技术：
一直以来，已知一种制造金属粉末烧结部件的装置(以下，记为制造装置)，该制 造装置反复进行下述步骤对用金属粉末形成的粉末层照射光束，熔融粉末层并形成烧结 层，在该烧结层上形成新的粉末层并照射光束。图22中表示了这类制造装置的一例构成。 制造装置101包括供给金属粉末111的材料箱121，和涂有粉末层112的造型板123，和保 持造型板123、上下升降的造型台124，和将材料箱121的金属粉末111涂在造型板123上 的涂刷126，和振荡光束L的光束振荡器131，和对粉末层112照射并扫描从光束振荡器131 发出的光束L的扫描头137，和控制制造装置101的动作的控制部105。扫描头137包括对光束L进行聚光的聚光镜头138，和反射光束L的旋转自如的 两面扫描镜134，和进行扫描镜134的旋转角度控制的扫描单元135。控制部105使光束振 荡器131振荡光束L，通过聚光镜头138对振荡的光束L进行聚光。并且，通过扫描单元135 使扫描镜134旋转，通过扫描镜134反射被聚光的光束L，照射粉末层112，使金属粉末112 烧结，形成烧结层113。但是，在这类制造装置中，若加大扫描镜134的旋转角度并扩大照射面积，则聚光 的调整等变得困难，光束L的扫描精度变差。另外，由于照射高度为一定的，因此，不能调整 光束L的扫描精度。图23表示照射高度和照射面积的关系。若照射高度从高度Hl变到高 度H2，则照射面积从照射面积Rl扩大到照射面积R2，但扫描镜134稍微旋转，照射面积就 会发生很大变化，因此，光束L的扫描精度变差。另外，已知描绘器式的制造装置。图24表示这类制造装置的一例构成。制造装置 201包括振荡光束L的光束振荡器231，和反射光束L的两面X反射镜232、Y反射镜233， 和对反射的光束L进行聚光的光学部234，和涂有粉末层212的造型箱225，和使X反射镜 232沿X方向移动的X移动轴235，和使Y反射镜233沿Y方向移动的Y移动轴236。被光 束振荡器231振荡的光束L通过X反射镜232和Y反射镜233被反射，被光学部234聚光， 并照射在粉末层212上，通过X移动轴235和Y移动轴236在粉末层212上扫描。但是，在这类制造装置201中，光束L的扫描精度差。图25表示从光束振荡器231 发出的光束L的照射角度与照射位置误差的关系。由于光束L的光轴长度长，因此，只要从 光束振荡器231发出的光束L的照射角度稍微偏移，照射位置误差就变大。图26表示X反 射镜232的移动方向和光束L的光轴的偏移，与照射位置误差的关系。只要X反射镜232 的移动方向和光束L的光轴稍微偏移，就会使得移动距离越长，照射位置误差越大。Y反射 镜233的移动方向和光束L的光轴偏移时，照射位置误差也会变大。另外，已知光束振荡器和进行光束照射的扫描头，沿与粉末层平行的一个方向移 动并进行光束扫描的制造装置(例如参照专利文献1)。
然而，在专利文献1所示的制造装置中，只是光束振荡器和进行光束照射的扫描 头沿一个方向移动，因此不能增大照射面积。专利文献1 特开2004-122489号公报
发明内容
本发明为解决上述问题，旨在提供一种照射面积大、光束的扫描精度高，且能够根 据需要调整光束的扫描精度的金属粉末烧结部件的制造装置及制造方法。为达到上述目的，本发明为包括粉末层形成单元和光束照射单元和控制部的制造 装置；所述粉末层形成单元向造型板供给金属粉末形成粉末层；所述光束照射单元对所述 粉末层形成单元所形成的粉末层的规定处照射光束，使该粉末层烧结，形成烧结层；所述控 制部控制所述各单元的动作；通过反复进行所述粉末层的形成和所述烧结层的形成来形成 多个烧结层一体化的造型物，制造三维形状的金属粉末烧结部件；所述光束照射单元包括 扫描头，所述扫描头包括反射并扫描所述光束的至少两面能够控制角度的扫描镜；所述扫 描头相对所述光束的照射平面沿平行的任意一个方向，或者沿相对所述照射平面的法线方 向的至少一个方向移动。通过本发明，由于扫描头相对照射平面平行地移动，因此，能够扩大照射面积，能 够通过降低照射高度，提高光束的扫描精度。另外，由于扫描头相对照射平面沿法线方向移 动，能够改变照射高度，因此，能够改变扫描头的照射高度，调整光束的扫描精度。优选的是，所述制造装置还包括切削单元，在所述造型物的形成过程中，反复切削 至少一次以上该造型物的表面部的表层以及不需要部分；所述切削单元包括铣刀头，所述 铣刀头相对所述照射平面沿平行方向和法线方向移动；所述扫描头通过移动所述铣刀头的 铣刀头移动单元进行移动。从而，使铣刀头固定并移动扫描头，因此，金属粉末烧结部件的 制造装置的构成简单，可以降低成本。优选的是，所述控制部包括将所述扫描头位于最靠近所述照射平面的照射高度 时的光束的照射位置和聚光直径修正为设定值的第一修正数据，和将所述扫描头位于最远 离所述照射平面的照射高度时的光束的照射位置和聚光直径修正为设定值的第二修正数 据；根据所述第一修正数据以及第二修正数据插值计算所述扫描头位于任意照射高度时的 修正数据，用该计算出的修正数据照射光束。从而，能够容易地求出将扫描头位于任意照射 高度时的光束的照射位置和聚光直径修正为设定值的修正数据，因此，光束的扫描精度高。优选的是，所述扫描头从靠近所述照射平面的位置对造型物表面部分照射光束， 从远离所述照射平面的位置对造型物中心部分照射光束。从而，由于造型物表面部分是从 靠近照射平面的位置照射光束，因此，光束的扫描精度高，因此，能够减少造型物表面的切 削量，因此，缩短切削时间，缩短加工时间。另外，由于造型物中心部分允许扫描精度低，烧 结密度低，因此，能够从远离照射平面的位置照射，加快扫描速度，能够缩短加工时间。优选的是，所述控制部使扫描头从预先设定的多个照射高度，根据将光束的照射 位置和聚光直径修正为设定值的各照射高度相应的修正数据，照射光束。从而，由于从预先 设定的多个照射高度照射光束，因此，能够根据造型物的扫描精度、扫描速度的需要，容易 地改变光束的照射条件，缩短加工时间。优选的是，将所述照射平面分割成多个造型区域，在该分割的各造型区域内，使所述扫描头依次移动至互不邻接的造型区域，照射光束。从而，由于依次对互不邻接的造型区 域照射光束，因此，不使造型物发生烧结热蓄热，防止造型物热变形，提高造型物的加工精度。优选的是，将所述照射平面分割成多个造型区域，使所述扫描头依次移动至该分 割的各造型区域，照射光束；所述分割按照在照射平面下方形成的烧结层的各造型区域间 的边界，与所述照射平面的各造型区域间的边界不重合的方式进行。从而，由于按照在照射 平面下方形成的烧结层的各造型区域间的边界，与所述照射平面的各造型区域间的边界不 重合的方式分割照射平面，因此，造型物的造型区域间的强度变强。优选的是，将所述照射平面划分成被造型的造型物的中心部分、表面部分以及所 述中心部分和表面部分之间的中间部分各自对应的构成区域，将这些划分的各构成区域进 一步分割成多个造型区域，在该分割的各造型区域内，使所述扫描头依次移动至互不邻接 的造型区域，照射光束。从而，由于照射平面被分割成多个造型区域，能够调成与造型区域 相应的照射高度，因此，通过造型物的表面部分的照射高度变低，表面部分的扫描精度变 高。另外，由于依次对互不邻接的造型区域照射光束，因此，不使造型物发生烧结热蓄热，防 止造型物热变形。从而，能够高精度地造型出大的造型物。
优选的是，将所述照射平面划分成被造型的造型物的中心部分、表面部分以及所 述中心部分和表面部分之间的中间部分各自对应的构成区域，将这些划分的各构成区域进 一步分割成多个造型区域，在该分割的各造型区域内，使所述扫描头依次移动至互不邻接 的造型区域，照射光束；所述分割按照在照射平面下方形成的烧结层的各造型区域间的边 界，与所述照射平面的各造型区域间的边界不重合的方式进行。从而，由于增加造型区域间 的强度，造型物变坚固。
图1为本发明第一实施方式提供的制造装置的立体图；图2为同一装置的构成图；图3为同一装置的光束照射部的立体图；图4为同一装置的制造方法的时序示意图；图5为本发明第二实施方式提供的制造装置的立体图；图6为同一装置的构成图；图7为同一装置的光束照射部的立体图；图8为同一装置的制造方法的时序示意图；图9为同一装置的照射高度和扫描精度的关系示意图；图10为同一装置的照射高度和聚光直径的关系示意图；图11为本发明第三实施方式提供的制造装置的构成图；图12为本发明第四实施方式提供的制造装置的构成图；图13为本发明第五实施方式提供的制造装置的光束的照射状态的示意图；图14为本发明第六实施方式提供的制造装置的造型物的垂直截面图；图15为本发明第七实施方式提供的制造装置的光束的照射状态的示意图；图16为本发明第八实施方式提供的制造装置的照射平面的示意图17(a)为同一装置的第一变形例的照射平面的示意图；(b)为同一变形例的造 型物的垂直截面图；图18为同一变形例的制造方法的时序示意图；图19为同一变形例的造型物的立体图；图20(a)为同一装置的第二变形例的造型物的水平截面图；(b)为同一造型物的 垂直截面图；(c)为同一造型物的立体图；
图21为同一造型物的一部分的立体图；图22为现有制造装置的构成图；图23为同一装置的光束的照射状态的示意图；图24为现有的另一制造装置的立体图；图25为同一装置的光束的照射角度和照射位置的关系示意图；图26为同一装置的反射镜的移动方向的偏移和照射位置的关系示意图。
具体实施例方式(第一实施方式)参照图1至图4对本发明第一实施方式提供的金属粉末烧结部件的制造装置(以 下，记为制造装置)进行说明。在图1至图3中，制造装置1包括粉末层形成部(粉末层 形成单元)2，供给金属粉末11并形成粉末层12 ；束照射部(光束照射单元)3，对所述粉末 层形成部2所形成的粉末层12的规定处照射光束，使粉末层12烧结，形成烧结层13 ；切削 部(切削单元)4，切削烧结层13层积一体化的三维形状的造型物；控制部5，控制各部的动 作。在本说明书中，将金属粉末烧结部件制造工序中的形态称为造型物。粉末层形成部2包括供给金属粉末的材料箱21，和使材料箱21的金属粉末上升 的材料台22，和涂有粉末层12的造型板23，和保持造型板23、上下升降的造型台24，和包 围造型台24的造型箱25，和将材料箱21的金属粉末涂在造型板23上的涂刷26，和使涂刷 25移动的涂刷移动轴27。光束照射部3包括振荡光束的光束振荡器31，和输送振荡的光 束L的光纤32，和有聚光镜头(未图示)等并对从光纤32接收的光束L进行聚光的光学部 33。光束振荡器31为例如，碳酸气体激光、YAG激光、光纤激光的振荡器。光束照射部3还 包括反射从光学部33发出的光束L的旋转自如的两面扫描镜34，和进行扫描镜34的旋 转角度控制的扫描单元35。控制部5通过扫描单元35调整扫描镜34的旋转角度，在粉末 层12上进行光束L的扫描。光学部33、扫描镜34、扫描单元35被光学盖36覆盖，与光学 盖36共同构成扫描头37。扫描头37通过平行于光束的照射平面、沿X方向移动的扫描头X轴37x，和平行于 照射平面、沿Y方向移动的扫描头Y轴37y，相对照射平面沿平行的方向移动。切削部4包 括切削造型物的切削工具41，和保持旋转切削工具41的铣刀头42。铣刀头42固定在铣刀 头X轴42z上，通过铣刀头Z轴42z、铣刀头X轴42x和铣刀头Y轴42y，相对光束的照射平 面沿法线方向和平行的方向移动。铣刀头X轴42z、铣刀头X轴42x和铣刀头Y轴42y构成 铣刀头移动部(铣刀头移动单元)43。光束的照射平面被室(未图示)覆盖，为使金属粉末 不发生氧化，室内充满例如氮气这样的惰性气体。惰性气体的供给通过测定室内的氧气浓 度等进行管理。
对如此构成的制造装置1的动作进行说明。图4(a)至(d)表示该动作的时序状 态。最初，为使造型板23上面和造型箱25上面的阶差为长度Δ t，使造型台24下降，由涂 刷26向造型板23供给材料台22上的金属粉末11，形成粉末层12 (图4a(a))。接着，扫描头37使扫描镜旋转，使光束L对粉末层12的一部分区域进行扫描，熔 融粉末层12，形成烧结层13 (图4 (b))。接着，扫描头37通过扫描头X轴和扫描头Y轴移 动至粉末层12的其他区域，照射光束L，形成烧结层13 (图4 (c))。接着，扫描头37反复进 行图4(a)至(c)的动作，反复形成粉末层12和烧结层13，层积烧结层13。当烧结层13层 积到规定厚度时，通过铣刀头42的切削工具41切削造型物的表面部的表层和不需要部分 (图4(d))。反复进行这样的动作，制造金属粉末烧结部件。在制造装置1中，由于能够相对照射平面沿平行的方向移动扫描头37，因此，可进 行扫描头37与照射平面的距离较近的、大面积的扫描，能够制造大的金属粉末烧结部件。 由于扫描头37与照射平面的距离近，因此，光束L的扫描精度不会变差，造型物的尺寸精度 高。由于造型物的尺寸精度高，因此，切削工具41所做的切削量变少，切削时间变短，加工 时间缩短。(第二实施方式)参照图5至图10对本发明第二实施方式进行说明。本实施方式提供的制造装置1 不同于第一实施方式，扫描头37相对照射不沿平面平行的方向，沿法线方向移动。附图中， 对与上述实施方式相同的构成物标识同一标号，省略说明(以下同样)。在图5至图7中， 扫描头37通过扫描头37z相对光束的照射平面沿法线方向移动。对如此构成的制造装置1进行说明。图8(a)至(c)表示该动作的时序状态。最 初，与第一实施方式的图4 (a)同样地在造型板23上形成粉末层12 (图8 (a))。接着，扫描头37使扫描镜旋转，使光束L扫描粉末层12，熔融粉末层12，形成烧结 层13(图8(b))。接着，扫描头37反复进行图8 (a)和(b)的动作，反复形成粉末层12和烧 结层13，层积烧结层13。当烧结层13层积到规定厚度时，通过铣刀头42的切削工具41切 削造型物的表面部的表层和不需要部分(图8(c))。反复进行这样的动作，制造金属粉末烧 结部件。图9(a)和(b)表示扫描头37的照射高度H和光束L的扫描精度的关系。图9 (a) 表示扫描头37的照射高度H高的情况，图9 (b)表示照射高度H低的情况。从扫描头37照 射的光束L偏向同一角度θ时，照射高度H高的一方光束L的振幅幅度大，因此，光束L的 扫描精度差。通过这样改变扫描头37的照射高度，能够改变光束L的扫描精度。在需要高扫描 精度时，使扫描头37的照射高度H变低，在不需要扫描精度时，使扫描头37的照射高度H 变高，照射光束L。图10(a)至(c)表示扫描头37的照射高度H和光束L的聚光直径D的关系。图10(a)表示扫描头37的照射高度H高于标准时的聚光直径D，图10(b)表示照射高度H为 标准时的聚光直径D，图10(c)表示照射高度低于标准时的聚光直径D。在照射高度H高于 标准时，聚光直径D比照射高度为标准时大，在照射高度H低于标准时，聚光直径比照射高 度H为标准时小。在相同的聚光镜头等条件下，通过改变照射高度H，能够容易地调整聚光 直径D。这样，通过根据造型物的需要改变照射高度H，能够容易地调整光束L的扫描精度和聚光直径，因此，能够缩短加工时间。(第三实施方式)参照图11对本发明第三实施方式进行说明。在图11中，本实施方式的制造装置 1中，扫描头37相对照射平面沿平行的方向和法线方向移动。扫描头Z轴37z连接扫描头 Y轴37y，扫描头37被扫描头X轴37z保持。通过该构成，扫描头37不仅相对照射平面沿 平行方向，还可以相对照射平面沿法线方向移动，因此，能够得到与上述第一及第二实施方 式同样的效果。(第四实施方式)参照图12对本发明第四实施方式进行说明。在图12中，本实施方式的扫描头37 被铣刀头42固定。扫描头37通过铣刀头X轴42x、铣刀头Y轴42y和铣刀头X轴42z，相 对光束的照射平面沿平行的方向和法线方向移动。由于使铣刀头42这样固定、移动扫描头37，因此，不需要用于移动扫描头37的扫 描头X轴、扫描头Y轴和扫描头Z轴，制造装置的构成简单，能够降低成本。另外，由于扫描 头37在切削造型物的表面部分等的过程中是不需要的，因此，可以在切削动作开始前从铣 刀头42上卸下，在切削动作结束、照射光束L之前安装在铣刀头42上。这样，通过在切削 动作过程中卸下扫描头37，因切削动作过程中铣刀头42剧烈的加速运动而扫描头37故障 的问题变少。(第五实施方式)参照图13对本发明第五实施方式进行说明。图13(a)和(b)表示从扫描头37发 出的光束的照射状态，图13(a)表示照射高度H最高的状态，图13(b)表示照射高度H最低 的状态。本实施方式的制造装置具有与第三实施方式同样的构成。制造装置的控制部在改 变扫描头37的照射高度H，照射光束L时，必须根据扫描头37的照射高度H，将光束L的照 射位置和聚光直径D修正为设定值。照射位置的修正通过扫描镜34的旋转角度进行，聚光 直径D的修正通过光学部33内的聚光镜头的位置等进行。在本实施方式中，求出在照射高度H为最高位置和最低位置时的、照射位置的修 正数据(ΔΧ、ΔΥ)和聚光直径的修正数据(ΔΖ)。将照射高度H为最高位置时的修正数据 作为第一修正数据，将照射高度H为最低位置时的修正数据作为第二修正数据。该修正对 照射面积R和聚光直径同等进行。并且，将扫描头37在任意高度H时的修正数据，根据该 高度，由第一修正数据和第二修正数据插值求出。例如，在第一修正数据的ΔΧ为0. 1mm，第 二修正数据的ΔΧ为0. 2mm时，照射高度为最高位置和最低位置的正中间时的ΔΧ的修正 数据为0. 15mm。这样，能够容易地求出将扫描头37在任意照射高度H时的，光束L的照射 位置和聚光直径修正为设定值的修正数据，因此，光束L的扫描精度高。(第六实施方式)参照图14对本发明第六实施方式进行说明。图14表示造型物的垂直截面。本实 施方式的制造装置具有与第三实施方式同样的构成。在本实施方式中，按照如下方式进行 光束的照射。将造型物14划分成表面部分VI、中心部分V3以及表面部分和中心部分之间 的中间部分V2的构成区域。并且，在各构成区域上改变烧结密度，在表面部分Vl为98%以 上，在中间部分V2为70 90%，在中心部分V3为60 80%。烧结密度可以因光束的聚 光直径而变化。
在表面部分VI，为了减少造型后的表面切削量，有必要高精度扫描，因此，降低照 射高度。并且，由于通过降低照射高度、减小聚光直径，单位面积的照射能量变大，因此，烧 结密度变高。在中心部分V3，即使照射位置偏移，也不会影响造型物的尺寸精度，扫描精度 可以较低，因此，升高照射高度。并且，通过升高照射高度、增大聚光直径，单位面积的照射 能量变小，因此，烧结密度变低。另外，由于照射高度高，扫描镜的旋转角速度也可以与照射 高度低时同样地，光束的扫描速度快，烧结密度低。并且，照射中间部分V2时，以照射表面 部分Vl的照射高度和照射中心部分V3的照射高度之间的照射高度进行照射。烧结密度还 可以因激光输出、扫描速度、扫描间距而变化。
这样，造型物表面部分是降低照射高度进行照射的，因此，光束的扫描精度高。由 于扫描精度高和表面切削量少，因此，切削时间短，缩短加工时间。另外，造型物中心部分可 以扫描精度低，烧结密度也低，因此，能够使照射高度变高，扫描速度变快，能够缩短加工时 间。(第七实施方式)参照图15对本发明第七实施方式进行说明。图15(a)至(c)表示从扫描头37发 出的光束的照射状态。本实施方式的制造装置具有与第三实施方式同样的构成。在本实施 方式中，预先设定多个照射高度，使所述扫描头根据各照射高度相应的修正数据照射光束。 图15表示将照射高度定为3个水准的情况，图15(a)表示照射高度H高时的照射状态，图 15(b)表示照射高度H居中时的照射状态，图15(c)为照射高度H低时的照射状态。求出在 各照射高度时的照射位置的修正数据(ΔΧ、ΔΥ)和聚光直径的修正数据(ΔΖ)。该修正对 照射面积R和聚光直径同等进行。并且，在提高照射速度时在高位置照射光束，在需要高照 射精度时在低位置照射光束，在允许通常的照射条件时在居中的高度位置照射光束。这样，从预先设定的多个照射高度照射光束，因此，能够容易地根据造型物的扫描 精度、扫描速度的需要改变光束的照射条件，能够缩短加工时间。(第八实施方式)参照图16对本发明第八实施方式进行说明。图16表示照射平面。照射平面被分 割成多个造型区域。在造型区域中标注的数字为用于说明的造型区域编号(以下，同样)。 在本实施方式中，将照射平面分割成多个造型区域，在该分割的各造型区域内，通过扫描头 X轴和扫描头Y轴使扫描头依次移动至互不邻接的造型区域，使扫描镜旋转，对造型区域进 行光束扫描。在图15的照射平面中，按照例如造型区域编号“1”，“5”，“3”，“4”，“2”，“6” 的顺序反复进行光束的照射。由于依次对互不邻接的造型区域进行光束照射，因此，使造型 物不会发生烧结热蓄热，防止造型物的热变形，造型物的尺寸精度高。下面，参照图17至图19对第八实施方式的第一变形例进行说明。图17(a)表示 照射平面，图17(b)表示造型物的垂直截面。在本变形例中，将照射平面分割成多个造型 区域，使扫描头依次移动至该分割的造型区域，对造型区域进行光束扫描。并且，该分割按 照在照射平面下方形成的烧结层的各造型区域间的边界，与其后进行光束照射的照射平面 的各造型区域间的边界不重合的方式进行。在图17(a)和(b)中，按照造型区域编号“1”， “3”，“2”，“4”的顺序反复进行光束的照射，但各造型区域间的边界，如图17 (b)所示，在重 合的上下烧结层上位置不同，边界在上下烧结层不重合。图18表示光束照射的时序状态。扫描头37最初位于造型区域“1”上，对造型区域“1”进行光束照射(图18(a))。接着，扫描头37移动至造型区域“3”上，对造型区域“3” 进行光束照射(图18(b))。接着，同样对造型区域“2”、“4”进行光束照射，烧结第一层(图 18(c)、(d))。接着，对第二层的造型区域“1”进行照射，但此时，将造型区域“1”和造型区 域“2”的边界位置偏离第一层的边界位置进行光束照射(图18(e))。接着，扫描头37移动 至造型区域“3”上，偏离第一层的边界位置对造型区域“3”进行光束照射(图18(f))。接 着，同样对造型区域“2”、“4”进行光束照射，烧结第二层(图18(g)、(h))。图19(a)表示这样形成的造型物14，图19(b)表示对齐各烧结层的造型区域的边 界时的造型物14。这样，按照在照射平面下方形成的烧结层的各造型区域间的边界，与照射 平面的各造型区域间的边界不重合的方式分割照射平面，因此，造型物的造型区域间的强 度强。接着，参照图20和图21对第八实施方式的第二变形例进行说明。图20(a)表示 造型物的水平截面，图20(b)表示造型物的垂直截面，图20(c)分离表示造型物的造型区域 的一部分。在本变形例中，将照射平面划分成被造型的造型物的中心部分、表面部分以及中 心部分和表面部分之间的中间部分各自对应的构成区域，将这些划分后的各构成区域进一 步分割成多个造型区域。并且，与第八实施方式同样，在该分割的各造型区域内，使扫描头 依次移动至互不邻接的造型区域，使扫描镜旋转，对造型区域进行光束扫描。由于依次对互 不邻接的造型区域进行光束照射，使造型物不会发生烧结热蓄热，防止造型物热变形，造型 物的尺寸精度高。在本变形例中，按照例如造型区域“ 1 ”，“6 ”，“9 ”，“ 2 ”，“8 ”，“ 10 ”，“4”，“ 7 ”，“ 12 ”， “3”，“5”，“11”的顺序反复进行光束照射。并且，在各构成区域改变烧结密度，表面部分为 98%以上，中间部分为70 90%，中心部分为60 80%。光束的照射高度与上述第六实 施方式同样，表面部分照射高度低，中心部分照射高度高，中间部分为居中的照射高度。从 而，表面部分照射高度低，因此，扫描精度高，聚光直径小，烧结密度高。另外，中心部分照射 高度高，因此，扫描速度快，烧结密度低。这样，防止造型物的热变形，造型物表面部分的光 束的扫描精度高，因此，能够高精度地造型出大的造型物。在该第二变形例中，也可以如第一变形例那样，按照已经在照射平面下方形成的 烧结层的各造型区域间的边界，与其后进行光束照射的照射平面的各造型区域间的边界上 下不重合的方式造型。图21表示在图20(c)中的中心部分的造型区域“3”造型时，按照照 射平面的各造型区域间的边界上下不重合的方式造型时的形状。造型区域“3”包括进入邻 接的造型区域的部分A和进入邻接的造型区域的部分B。造型区域“3”与其他造型区域的 边界位置因烧结层而异，上下烧结层边界不重合，各造型区域相互掺入。从而，由于造型区 域间的强度增加，因此，造型物变坚固。另外，本发明不限于上述各种实施方式的构成，在不改变本发明的主旨的范围内 可能存在各种变形。例如，也可以覆盖照射平面的室内设为真空环境，即使在该情况下，也 能得到与室内充满惰性气体的情况相同的效果。本申请基于日本专利申请2007-279551以及日本专利申请2007-279567要求优先 权。通过参照这些申请的全部内容，组成本申请。
权利要求
一种金属粉末烧结部件的制造装置，为包括粉末层形成单元和光束照射单元和控制部的制造装置；所述粉末层形成单元向造型板供给金属粉末形成粉末层；所述光束照射单元对所述粉末层形成单元所形成的粉末层的规定处照射光束，使该粉末层烧结，形成烧结层；所述控制部控制所述各单元的动作；通过反复进行所述粉末层的形成和所述烧结层的形成来形成多个烧结层一体化的造型物，制造三维形状的金属粉末烧结部件；其特征在于，所述光束照射单元包括扫描头，所述扫描头包括反射并扫描所述光束的至少两面能够控制角度的扫描镜；所述扫描头相对所述光束的照射平面沿平行的任意一个方向，或者沿相对所述照射平面的法线方向的至少一个方向移动。
2.根据权利要求1所述的金属粉末烧结部件的制造装置，其特征在于，还包括切削单 元，在所述造型物的形成过程中，反复切削至少一次以上该造型物的表面部的表层以及不 需要部分；所述切削单元包括铣刀头，其相对所述照射平面沿平行方向和法线方向移动；所述扫描头通过移动所述铣刀头的铣刀头移动单元进行移动。
3.根据权利要求1或2所述的金属粉末烧结部件的制造装置，其特征在于，所述控制部 包括将所述扫描头位于最靠近所述照射平面的照射高度时的光束的照射位置和聚光直径 修正为设定值的第一修正数据，和将所述扫描头位于最远离所述照射平面的照射高度时的光束的照射位置和聚光直径 修正为设定值的第二修正数据；根据所述第一修正数据以及第二修正数据插值计算所述扫描头位于任意照射高度时 的修正数据，用该计算出的修正数据照射光束。
4.根据权利要求1或2所述的金属粉末烧结部件的制造装置，其特征在于，所述扫描头 从靠近所述照射平面的位置对造型物表面部分照射光束，从远离所述照射平面的位置对造 型物中心部分照射光束。
5.根据权利要求1或2所述的金属粉末烧结部件的制造装置，其特征在于，所述控制部 使扫描头从预先设定的多个照射高度，根据将光束的照射位置和聚光直径修正为设定值的 各照射高度相应的修正数据，照射光束。
6.一种金属粉末烧结部件的制造方法，其特征在于，使用权利要求1或权利要求2所述 的制造装置，将所述照射平面分割成多个造型区域，在该分割的各造型区域内，使所述扫描 头依次移动至互不邻接的造型区域，照射光束。
7.一种金属粉末烧结部件的制造方法，其特征在于，使用权利要求1或权利要求2所述 的制造装置，将所述照射平面分割成多个造型区域，使所述扫描头依次移动至该分割的各 造型区域，照射光束；所述分割按照在照射平面下方形成的烧结层的各造型区域间的边界，与所述照射平面 的各造型区域间的边界不重合的方式进行。
8.一种金属粉末烧结部件的制造方法，其特征在于，使用权利要求1或权利要求2所述 的制造装置，将所述照射平面划分成被造型的造型物的中心部分、表面部分以及所述中心 部分和表面部分之间的中间部分各自对应的构成区域，将这些划分的各构成区域进一步分割成多个造型区域，在该分割的各造型区域内，使所述扫描头依次移动至互不邻接的造型 区域，照射光束。
9. 一种金属粉末烧结部件的制造方法，其特征在于，使用权利要求1或权利要求2所述 的制造装置，将所述照射平面划分成被造型的造型物的中心部分、表面部分以及所述中心 部分和表面部分之间的中间部分各自对应的构成区域，将这些划分的各构成区域进一步分 割成多个造型区域，在该分割的各造型区域内，使所述扫描头依次移动至互不邻接的造型 区域，照射光束；所述分割按照在照射平面下方形成的烧结层的各造型区域间的边界，与所述照射平面 的各造型区域间的边界不重合的方式进行。
全文摘要
金属粉末烧结部件的制造装置(1)包括粉末层形成部(2)，供给金属粉末(11)并形成粉末层(12)；光束照射部(3)，对粉末层(12)的规定处照射光束(L)，使粉末层(12)烧结，形成烧结层(13)；切削部(4)，切削烧结层(13)层积一体化的造型物(14)。光束照射部(3)包括使扫描头(37)与光束的照射平面平行地沿X方向移动的扫描头X轴(37x)，和沿Y方向移动的扫描头Y轴(37y)；扫描头(37)相对照射平面沿平行的方向移动，照射光束(L)。由于扫描头(37)相对照射平面平行地移动，因此，能够扩大照射面积，照射高度可以变低，因此，光束(L)的扫描精度高。
文档编号B22F3/105GK101835554SQ20088011323
公开日2010年9月15日 申请日期2008年10月23日 优先权日2007年10月26日
发明者不破勲, 东喜万, 吉田德雄, 峠山裕彦, 清水俊, 阿部谕 申请人:松下电工株式会社