專利名稱：層疊造型裝置及使用該裝置的三維形狀造型物的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及對無機質(zhì)或有機質(zhì)的粉末材料進行光束照射的層疊造型裝置及三維形狀造型物的制造方法。
背景技術(shù)：
以往，已知有一種制造方法，其重復(fù)進行如下過程來制造三維形狀造型物，即，在該過程中，向由材料粉末形成的粉末層照射光束，使粉末層燒結(jié)或熔融固化而形成固化層， 在該固化層上形成新的粉末層并照射光束，從而形成固化層。在這樣的制造方法中，為了使造型物的加工精度良好，已知有一種使用了如下造型裝置的制造方法，該造型裝置具備固定的底座；包圍底座的周圍且上升下降自如的升降框；在上表面具有使光束透過的窗，且下表面敞開，通過配置在升降框上而形成覆蓋粉末層的腔室的覆蓋框(例如參照專利文獻(xiàn)1)。在這樣的制造方法中，在底座上形成粉末層和固化層，重復(fù)進行升降框的上升和固化層的層疊，由此形成造型物。如此，由于載有造型物的底座固定而不移動，因此加工精度良好。然而，在這樣的制造方法中，燒結(jié)或熔融固化時產(chǎn)生的煙氣容易充滿腔室內(nèi)，且煙氣也容易附著在窗上。雖然向該腔室內(nèi)供給保護氣體，但煙氣與保護氣體置換需要時間， 由于該充滿的煙氣或附著于窗的煙氣而使光束發(fā)生散射，從而存在光束的輸出或聚光度降低、或者因光束的照射位置精度降低而使加工精度降低這樣的問題。另外，光束被附著在窗上的煙氣吸收而使窗的溫度上升，當(dāng)窗發(fā)生熱變形時，存在照射位置精度進一步降低的問題。專利文獻(xiàn)1日本特開2009-7669號公報

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明要解決的課題本發(fā)明用于解決上述問題，其目的在于提供一種能夠容易地進行腔室內(nèi)的煙氣的除去且光束的照射位置精度及加工精度良好的三維造型物的制造方法。用于解決課題的手段為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種層疊造型裝置，通過在腔室內(nèi)進行粉末層的形成和基于向該粉末層照射光束的固化層的形成，來制造三維形狀造型物，所述層疊造型裝置的特征在于，具備底座；升降框，其具有從一方向另一方連通且從一方收容該底座的貫通空間，并且相對于所述底座上升下降自如；覆蓋框，其以覆蓋所述貫通空間的方式配置在所述升降框上，且在上表面具有使光束透過的窗；保護氣體供給機構(gòu)，其供給保護氣體；
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光束照射部，其經(jīng)由所述窗照射光束；控制部，其對所述升降框相對于所述底座的上升下降進行控制，由所述底座的上表面、所述升降框的規(guī)定所述貫通空間的內(nèi)周面和所述覆蓋框的內(nèi)表面構(gòu)成所述腔室，所述控制部通過使所述升降框下降，來使所述腔室的容積減少并將在所述腔室內(nèi)產(chǎn)生的煙氣排出，且通過使所述升降框上升，來使所述腔室的容積增加并從所述保護氣體供給機構(gòu)進行保護氣體的供氣。根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，由于使載有覆蓋框的升降框相對于底座下降而使腔室的容積減少，因此能夠快速地進行煙氣與保護氣體的置換，能夠容易地進行煙氣的除去，從而能夠提高光束的照射位置精度及加工精度。本說明書中使用的“底座”實質(zhì)上意味著成為制造的造型物的基座的構(gòu)件或部分。 另外，本說明書中使用的“煙氣”意味著在三維形狀造型物的制造時，由被光束照射的粉末層及/或固化層產(chǎn)生的煙狀的物質(zhì)(例如，“金屬粉末材料引起的金屬蒸氣”或“樹脂粉末材料引起的樹脂蒸氣”)。并且，本說明書中使用的“粉末層”例如是指“由金屬粉末構(gòu)成的金屬粉末層”或“由樹脂粉末構(gòu)成的樹脂粉末層”等。并且，本說明書中使用的“固化層”，在粉末層為金屬粉末層的情況下，實質(zhì)上意味著“燒結(jié)層”，在粉末層為樹脂粉末層的情況下， 實質(zhì)上意味著“硬化層”。在本發(fā)明涉及的層疊造型裝置的另一方式中，優(yōu)選在上述的層疊造型裝置中具有與所述腔室連通的排氣口及供氣口。根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，由于從排氣口排出煙氣，且從供氣口供給保護氣體，因此能夠快速地進行煙氣與保護氣體的置換，能夠容易地進行煙氣的除去，從而能夠提高光束的照射位置精度及加工精度。另外，在本發(fā)明涉及的層疊造型裝置的再一方式中，在上述的層疊造型裝置的基礎(chǔ)上，可以基于所述腔室內(nèi)的煙氣量來對煙氣的排氣及保護氣體的供氣進行控制。根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，由于基于覆蓋框內(nèi)的煙氣量來控制煙氣的排氣及保護氣體的供氣，因此能夠正確地進行煙氣的除去，從而能夠提高光束的照射位置精度及加工精度。并且，在本發(fā)明涉及的層疊造型裝置的另一方式中，在上述的層疊造型裝置的基礎(chǔ)上，可以基于距光束的照射開始的時間來進行煙氣的排氣及保護氣體的供氣。根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，由于基于距光束的照射開始的時間來控制煙氣的排氣及保護氣體的供氣，因此不用配置傳感器等，從而能夠以低成本提高光束的照射位置精度及加工精度。在本發(fā)明涉及的層疊造型裝置的另一方式中，在上述的層疊造型裝置的基礎(chǔ)上， 可以基于所述腔室內(nèi)的壓力來對煙氣的排氣中及保護氣體的供氣中的所述升降框的下降速度、上升速度和保護氣體的供給量進行控制。根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，通過控制升降框的下降速度、上升速度及保護氣體的供給量中的至少任意一個，來使腔室內(nèi)的壓力成為規(guī)定值，從而因腔室內(nèi)的壓力變動引起的腔室內(nèi)的空氣的流動紊亂減少。因此，能夠抑制材料粉末的散亂，從而能夠提高光束的照射位置精度及加工精度。另外，當(dāng)腔室內(nèi)的壓力極其低時，大氣從外部侵入而使材料粉末發(fā)生氧化，進而使造型物的強度降低，但能夠消除這樣的情況，從而能夠抑制大氣的侵入，能夠防止造型物的強度降低。
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在本發(fā)明涉及的層疊造型裝置的再一方式中，在上述的層疊造型裝置的基礎(chǔ)上， 可以基于所述腔室內(nèi)的氧濃度來對煙氣的排氣中及保護氣體的供氣中的所述升降框的下降速度、上升速度和保護氣體的供給量進行控制。根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，由于基于腔室內(nèi)的氧濃度來控制升降框的下降速度、上升速度及保護氣體的供給量，因此能夠防止大氣向腔室內(nèi)侵入，從而防止氧化引起的造型物的強度降低。在本發(fā)明涉及的層疊造型裝置的另一方式中，在上述的層疊造型裝置的基礎(chǔ)上， 可以在光束的照射中進行煙氣的排氣及保護氣體的供氣。根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，由于在基于升降框的上升下降而進行的煙氣的排氣及保護氣體的供氣中進行光束的照射，因此不用停止光束的照射，從而能夠提高制造效率。優(yōu)選本發(fā)明涉及的層疊造型裝置還具有覆蓋所述窗的表面的開閉器。根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，由于在煙氣的排氣及保護氣體的供氣中能夠通過開閉器覆蓋窗的下表面，因此能夠抑制材料粉末或煙氣向窗的附著所引起的光束的散射，從而能夠提高光束的照射位置精度及加工精度。另外，本發(fā)明提供一種三維形狀造型物的制造方法，利用層疊造型裝置對三維形狀造型物進行造型，該層疊造型裝置通過重復(fù)進行供給無機質(zhì)或有機質(zhì)的粉末材料來形成粉末層的粉末層形成工序和向所述粉末層照射光束來使該粉末層燒結(jié)或熔融固化而形成固化層的固化層形成工序，而將固化層層疊，所述三維形狀造型物的制造方法的特征在于，所述層疊造型裝置具備實施所述粉末層形成工序的粉末層形成機構(gòu)；照射所述光束的光束照射部；在上表面?zhèn)刃纬伤龇勰蛹肮袒瘜拥墓潭ǖ牡鬃?；包圍所述底座的外周且相對于該底座上升下降自如的升降框；使所述升降框上升下降的升降?qū)動機構(gòu)；在上表面具有使光束透過的窗且下表面敞開，并通過配置在所述升降框上而形成腔室的覆蓋框；向所述覆蓋框內(nèi)供給保護氣體的保護氣體供給機構(gòu)，通過使所述升降框下降，來使所述腔室的容積減少并將在所述覆蓋框內(nèi)產(chǎn)生的煙氣排出，且通過使該升降框上升，來使該腔室的容積增加并從所述保護氣體供給機構(gòu)進行保護氣體的供氣。根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，由于使載有覆蓋框的升降框相對于底座下降而使腔室的容積減少，因此能夠快速地進行煙氣與保護氣體的置換，能夠容易地進行煙氣的除去，從而能夠提高光束的照射位置精度及加工精度。另外，在本發(fā)明涉及的三維形狀造型物的制造方法的另一方式中，在上述的三維形狀造型物的制造方法的基礎(chǔ)上，其特征在于，所述煙氣的排氣及保護氣體的供氣經(jīng)由配置在所述覆蓋框上的排氣口及供氣口來進行。根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，由于從排氣口排出煙氣，且從供氣口供給保護氣體，因此能夠快速地進行煙氣與保護氣體的置換，能夠容易地進行煙氣的除去，從而能夠提高光束的照射位置精度及加工精度。另外，在本發(fā)明涉及的三維形狀造型物的制造方法的另一方式中，在上述任一方式的三維形狀造型物的制造方法的基礎(chǔ)上，其特征在于，基于所述腔室內(nèi)的煙氣量來控制所述煙氣的排氣及保護氣體的供氣。
根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，由于基于覆蓋框內(nèi)的煙氣量來控制煙氣的排氣及保護氣體的供氣，因此能夠正確地進行煙氣的除去，從而能夠提高光束的照射位置精度及加工精度。另外，在本發(fā)明涉及的三維形狀造型物的制造方法的另一方式中，在上述任一方式的三維形狀造型物的制造方法的基礎(chǔ)上，優(yōu)選基于距所述光束的照射開始的時間來進行所述煙氣的排氣及保護氣體的供氣。根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，由于基于距光束的照射開始的時間來控制煙氣的排氣及保護氣體的供氣，因此不用配置傳感器等，從而能夠以低成本提高光束的照射位置精度及加工精度。另外，在本發(fā)明涉及的三維形狀造型物的制造方法的一方式中，在上述任一方式的三維形狀造型物的制造方法的基礎(chǔ)上，其特征在于，基于所述腔室內(nèi)的壓力來控制所述煙氣的排氣中及保護氣體的供氣中的所述升降框的下降速度、上升速度和保護氣體的供給量。根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，通過控制升降框的下降速度、上升速度及保護氣體的供給量中的至少任意一個，來使腔室內(nèi)的壓力成為規(guī)定值，從而因腔室內(nèi)的壓力變動引起的腔室內(nèi)的空氣的流動紊亂變少。因此，能夠抑制材料粉末的散亂，從而能夠提高光束的照射位置精度及加工精度。另外，當(dāng)腔室內(nèi)的壓力極其低時，大氣從外部侵入而使材料粉末發(fā)生氧化，進而使造型物的強度降低，但能夠消除這樣的情況，從而能夠抑制大氣的侵入，能夠防止造型物的強度降低。并且，在本發(fā)明涉及的三維形狀造型物的制造方法的另一方式中，在上述任一方式的三維形狀造型物的制造方法的基礎(chǔ)上，其特征在于，基于所述腔室內(nèi)的氧濃度來控制所述煙氣的排氣中及保護氣體的供氣中的所述升降框的下降速度、上升速度和保護氣體的
供給量。根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，由于基于腔室內(nèi)的氧濃度來控制升降框的下降速度、上升速度及保護氣體的供給量，因此能夠防止大氣向腔室內(nèi)侵入，從而能夠防止氧化引起的造型物的強度降低。另外，在本發(fā)明涉及的三維形狀造型物的制造方法的另一方式中，在上述任一方式的三維形狀造型物的制造方法的基礎(chǔ)上，可以在所述光束的照射中進行所述煙氣的排氣及保護氣體的供氣。根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，由于在基于升降框的下降及上升而進行的煙氣的排氣及保護氣體的供氣中進行光束的照射，因此不用停止光束的照射，從而能夠提高制造效率。并且，在本發(fā)明涉及的三維形狀造型物的制造方法的另一方式中，在上述任一方式的三維形狀造型物的制造方法的基礎(chǔ)上，優(yōu)選在所述煙氣的排氣及保護氣體的供氣中， 關(guān)閉覆蓋所述窗的下表面的開閉器。根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，由于在煙氣的排氣及保護氣體的供氣中關(guān)閉覆蓋窗的下表面的開閉器，因此能夠抑制材料粉末或煙氣向窗的附著所引起的光束的散射，從而能夠提高光束的照射位置精度及加工精度。發(fā)明效果根據(jù)本發(fā)明，可以提供一種能夠容易地進行腔室內(nèi)的煙氣的除去，且光束的照射位置精度及加工精度良好的三維造型物的制造方法。


圖1是本發(fā)明的一實施方式涉及的制造方法中使用的層疊造型裝置的結(jié)構(gòu)圖。圖2(a)至(e)是按時序表示該制造方法的圖。圖3是該制造方法的流程圖。圖4是按時序表示通過該制造方法制造的造型物的圖。圖5(a)至(d)是按時序表示該制造方法的煙氣的排氣動作的圖。圖6(a)至(C)是表示該制造方法中的從照射面到窗的高度與照射位置的偏離的關(guān)系的圖。圖7(a)及(b)是本實施方式的變形例涉及的制造方法中使用的層疊造型裝置的覆蓋框的結(jié)構(gòu)圖。符號說明1層疊造型裝置11造型物(三維形狀造型物)22 底座3粉末層形成部(粉末層形成機構(gòu))31材料粉末32粉末層33固化層34升降框34a升降驅(qū)動部(升降驅(qū)動機構(gòu))34b貫通空間36覆蓋框36a 窗36b 供氣口36c 排氣口37開閉器4光束照射部71氣體罐(保護氣體供給機構(gòu))C 腔室L 光束
具體實施例方式參照附圖，對本發(fā)明的一實施方式涉及的三維造型物的制造方法進行說明。圖1 表示該制造方法中使用的層疊造型裝置(以下，記為“本裝置”)的結(jié)構(gòu)。本裝置1具備對三維形狀的造型物11進行造型的造型部2 ；供給材料粉末31而形成粉末層32的粉末層形成部(粉末層形成機構(gòu))3 ；對粉末層32照射光束L而形成固化層33的光束照射部4 ；對造型物11的周圍進行切削的切削除去部5 ；控制各部的動作的控制部6。通過照射光束L，粉末層32燒結(jié)或熔融固化，而形成固化層33。本裝置1還具備向粉末層形成部3供給保護氣體的氣體罐(保護氣體供給機構(gòu))71 ；回收保護氣體的氣體回收裝置72。
造型部2具有加工臺21 ；在加工臺21上設(shè)置的底座22 ；安置在底座22上來鋪設(shè)粉末層32的造型板23。材料粉末31例如為平均粒徑20 μ m的球形的鐵粉。造型板23 可以為與材料粉末31類似的材質(zhì)，或者可以為與熔融固化后的材料粉末31密接的材質(zhì)。粉末層形成部3具有包圍底座22的周圍的升降框34 ；使升降框34上升下降的升降驅(qū)動部34a(升降驅(qū)動機構(gòu))；保存有材料粉末31的粉末供給部35 ；配置在升降框34 上，覆蓋粉末層32并形成腔室C的覆蓋框36。升降框34具有從一方向另一方連通且從一方收容底座22的貫通空間34b。由此，將底座22收容于貫通空間34b，且升降框34相對于底座22上升下降自如。由底座22的上表面、升降框34的規(guī)定貫通空間34b的內(nèi)周面、覆蓋框36的內(nèi)表面構(gòu)成腔室C。另外，粉末供給部35和覆蓋框36相鄰設(shè)置。升降框34的上表面為平面，粉末供給部35及覆蓋框36在該平面上沿箭頭A方向 (與升降框；34的上表面平行的方向)滑動移動。另外，升降框34從周圍保持向底座22供給的粉末層32。粉末供給部35具有向下方開口的供給口 35a，在供給口 3 的外周沿粉末供給部35的中心軸方向設(shè)有葉片35b。粉末供給部35在底座22上移動時，從供給口 3 向底座22供給材料粉末31，并通過葉片3 整平材料粉末31而形成粉末層32。覆蓋框36在上表面具有使光束L透過的窗36a。例如在光束L為二氧化碳?xì)怏w激光的情況下，窗36a的材質(zhì)為硒化鋅等，在光束L為YAG激光的情況下，窗36a的材質(zhì)為石英玻璃等。此外，也可以為使光束L充分透過的材質(zhì)。覆蓋框36的下方開口，開口的尺寸比粉末層32的上表面的面積大。在向粉末層32照射光束L時，覆蓋框36移動到覆蓋粉末層32的位置。在覆蓋框36位于覆蓋粉末層32的位置時，腔室C內(nèi)由保護氣體充滿，來防止材料粉末31的氧化等。保護氣體例如為氮氣或氬氣。另外，也可以代替保護氣體而使用還原性氣體。保護氣體從設(shè)置在覆蓋框36上的供氣口 36b向腔室C內(nèi)供給，腔室C內(nèi)的保護氣體從設(shè)置在覆蓋框36上的排氣口 36c排出。供氣口 36b通過供給配管36d與氣體罐71連接， 排氣口 36c通過排氣配管36e與氣體回收裝置72連接。在供氣口 36b和排氣口 36c可以設(shè)置防止保護氣體逆流的逆流防止閥。另外，也可以將供氣口 36b和排氣口 36c形成為一個供排氣口，通過切換閥分時進行供氣和排氣。另外，氣體回收裝置72還可以對腔室C的氣體進行強制地吸引。光束照射部4具有使光束L振蕩的光束振蕩器41 ；傳送光束L的光纖42 ；使光束L在粉末層32上掃描的光學(xué)設(shè)備43。光學(xué)設(shè)備43具有束折回反射鏡(未圖示)、聚光透鏡(未圖示)及檢流計反射鏡(未圖示)。光束振蕩器41例如為二氧化碳?xì)怏w激光或 YAG激光的振蕩器。切削除去部5為具備能夠進行三軸控制的主軸臺51的數(shù)值控制工作機械，在主軸臺51的主軸頭52上安置有用于加工的立銑刀53。立銑刀53例如為超硬原料的兩刃球頭立銑刀，根據(jù)加工形狀或目的，可使用方頭立銑刀、半徑立銑刀、鉆頭等，且能夠自動更換。 主軸頭52能夠沿X、Z方向(在此，X方向為與升降框34的上表面平行的方向，Z方向為與升降框34的上表面鉛垂的方向)移動，加工臺21能夠沿Y方向(在此，Y方向為垂直于X 方向及Z方向這兩方的方向。在圖1中，立體示出關(guān)于Y方向的箭頭，但實際上Y方向為與紙面垂直的方向)移動。在主軸臺51上安置光學(xué)設(shè)備43。圖2表示本裝置1進行的三維形狀造型物的制造動作，圖3表示其流程。如圖2 (a)所示，控制部6使升降框34向箭頭B方向上升所要形成的粉末層32的厚度量，然后使粉末供給部35及覆蓋框36向箭頭A方向移動，向造型板23上供給材料粉末31，來形成粉末層 32。該工序為粉末層形成工序，相當(dāng)于圖3的步驟Si。接著，如圖2(b)所示，使覆蓋框36 移動到覆蓋粉末層32的位置，并使光束L向粉末層32的任意的部位掃描，從而使材料粉末 31燒結(jié)或熔融固化，來形成與造型板23 —體化了的固化層33。該工序為固化層形成工序， 相當(dāng)于圖3的步驟S2。在該固化層形成工序中，形成第i層(i為整數(shù))的固化層33。光束L的照射路徑中，預(yù)先由三維CAD模型生成的STLGtereo Lithography)數(shù)據(jù)例如基于以0. 05mm的等間距進行了切片而得到的各截面的輪廓形狀數(shù)據(jù)來確定。優(yōu)選該照射路徑使造型物11的至少最表面成為氣孔率5%以下的高密度。通過該光束L的照射而從固化層33產(chǎn)生煙氣， 因此為了除去煙氣，而從供氣口 36b向腔室C內(nèi)供給一定量的保護氣體，來將煙氣從排氣口 36c排出。然而，由于腔室C內(nèi)的容積窄，因此容易被煙氣充滿。因腔室C內(nèi)的煙氣或附著于窗36a的煙氣而使光束L散射，因此光束L的輸出或聚光度降低，從而使光束L的照射位置精度降低而使加工精度降低。另外，光束L被附著于窗36a的煙氣吸收而使窗36a的溫度上升，當(dāng)窗36a發(fā)生熱變形時，照射位置精度進一步降低，因此當(dāng)該煙氣量成為規(guī)定以上時，將煙氣除去。利用圖5，說明除去該煙氣的動作的詳細(xì)情況。重復(fù)進行上述的圖2(a)所示的粉末層形成工序(圖3的步驟Si)和圖2(b)所示的固化層形成工序(圖3的步驟S2)，并如圖2(c)所示，每次形成新的粉末層32時都使升降框34向箭頭B方向上升，來層疊固化層33。在層數(shù)i達(dá)到規(guī)定的層數(shù)N為止重復(fù)進行固化層33的層疊(圖3的步驟Sl至S4)。該層數(shù)N根據(jù)對造型物11的表面進行切削的立銑刀53的有效刃長來求出。例如，直徑為1mm、有效刃長為3mm的立銑刀53能夠進行深度為3mm的切削加工，若粉末層32的厚度為0. 05mm，則層數(shù)N成為層疊的粉末層的厚度為 2. 5mm的50層。之后，當(dāng)固化層33的層數(shù)i達(dá)到確定的層數(shù)N時，如圖2 (d)所示，使立銑刀53向造型物11的周圍移動，通過立銑刀53從造型物11的表面除去構(gòu)成粉末層32的材料粉末31。該工序為除去加工工序，相當(dāng)于圖3的步驟S5。該除去加工工序不是必需的， 也可以不進行。在此，在圖3的步驟S5后，進行造型是否結(jié)束的判斷(步驟S6)，在未結(jié)束時，將層數(shù)i初始化為1 (步驟S7)，之后返回步驟Si，重復(fù)上述工序。這樣，到圖2 (e)所示那樣造型結(jié)束為止重復(fù)進行固化層33的形成和造型物11的表面的除去加工。圖4按時序表示通過上述的制造方法制造的造型物。如圖4(a)所示，在造型板23 上形成固化層33，如圖4(b)所示，層疊新的固化層33。接著，當(dāng)固化層33的層數(shù)達(dá)到規(guī)定的層數(shù)時，如圖4(c)所示，通過立銑刀53從造型物11的表面除去構(gòu)成粉末層32的材料粉末31。重復(fù)進行該固化層33的形成和表面除去加工，如圖4(d)所示，形成造型物11，并如圖4(e)所示，進行最終的表面除去加工而結(jié)束造型物11的制造。接著，參照圖5，說明煙氣的排氣動作。如圖5(a)所示，當(dāng)將光束L向粉末層32照射時，產(chǎn)生煙氣。此時，從氣體罐71將一定量的保護氣體經(jīng)由供氣口 36b向腔室C內(nèi)供給， 從而將腔室C內(nèi)的保護氣體和煙氣一起經(jīng)由排氣口 36c向氣體回收裝置72排出。在覆蓋框36內(nèi)安裝有煙氣檢測部(未圖示)，來檢測煙氣量。煙氣檢測部例如為顆粒計數(shù)器或?qū)ν高^腔室C內(nèi)的光量進行檢測的光傳感器。如圖5(b)所示，當(dāng)腔室C內(nèi)的煙氣量成為規(guī)定量以上時，如圖5 (c)所示，控制部6停止光束L的照射，并在關(guān)閉供氣口 36b且打開排氣口36c的狀態(tài)下使升降框34與覆蓋框36 —起下降，來減少腔室C的容積，將腔室C內(nèi)的煙氣排出。如圖5(d)所示，當(dāng)煙氣量成為規(guī)定量以下時，控制部在關(guān)閉排氣口 36c并打開供氣口 36b的狀態(tài)下使升降框34上升，將腔室C內(nèi)由保護氣體填充，并再次開始光束L的照射。根據(jù)本實施方式的制造方法，由于升降框34下降而腔室C的容積減少，因此能夠快速進行排氣。另外，由于腔室C的容積減少，因此能夠快速進行煙氣與保護氣體的置換， 從而能夠容易地進行煙氣的除去。因此，能夠防止腔室C內(nèi)的煙氣或附著于窗36a的煙氣引起的光束L的散射，從而能夠抑制光束L的輸出或聚光度的降低。另外，能夠抑制光束L 被窗36a表面上的煙氣吸收所引起的窗36a的熱變形。由此，照射位置精度及加工精度變得良好。另外，在煙氣的排氣動作中也可以進行光束L的照射。在煙氣的排氣動作中，從照射面到窗36a的高度變化，但光束L的照射位置不因該高度的變化而變動，參照圖6來說明該情況。如圖6(a)所示，光束L因窗36a而發(fā)生折射，因此照射位置從不折射而直線前進的情況的照射位置偏離。光束L的照位置的控制考慮該偏離而預(yù)先確定。由于該偏離的距離W由光束L的入射角度θ和窗36a的厚度t決定，因此無論是在圖6(b)所示那樣從照射面到窗36a的高度高的情況下，還是在圖6(c)所示那樣從照射面到窗36a的高度低的情況下，該偏離的距離W都相同。因此，即使窗36a距照射面的高度變化，照射位置也不發(fā)生變動，因此在煙氣的排氣動作中也能夠進行光束L的照射。這樣，由于在煙氣的排氣動作中也進行光束L的照射，因此制造的效率變好。在煙氣的排氣動作中照射光束L的情況下，能夠在煙氣產(chǎn)生后快速地將煙氣排出。因此，能夠抑制腔室C內(nèi)的煙氣濃度的上升。接著，對本實施方式的第一變形例進行說明。本變形例中使用的本裝置1取代煙氣檢測部而具有計時器(未圖示)，基于計時器所計測的時間來進行排氣動作。在距光束 L的照射開始的時間達(dá)到預(yù)先確定的時間時，控制部使升降框34下降而將腔室C內(nèi)的煙氣排出，當(dāng)達(dá)到預(yù)先確定的另一時間時，控制部使升降框34上升，而將腔室C內(nèi)由保護氣體填充。由于與第一實施方式同樣快速地進行煙氣的排出，且快速地進行煙氣與保護氣體的置換，因此光束的照射位置精度及加工精度變得良好。并且，由于使用計時器，因此能夠?qū)崿F(xiàn)低成本。接著，對本實施方式的第二變形例進行說明。本變形例中使用的本裝置1除了第一實施方式中的結(jié)構(gòu)外，還具有對腔室C內(nèi)的壓力進行檢測的壓力傳感器(未圖示)。腔室 C內(nèi)的壓力因升降框34的下降及上升而發(fā)生變動，當(dāng)該變動量多時，腔室C內(nèi)的空氣的流動紊亂，從而材料粉末31散亂而附著在窗36a上，光束L的輸出可能降低。另外，當(dāng)壓力低時， 大氣可能從外部侵入。當(dāng)大氣從外部侵入時，材料粉末31發(fā)生氧化而使造型物11的強度降低，并且煙氣的產(chǎn)生量增加。因此，控制升降框34的下降速度、上升速度及保護氣體的供給量，以使腔室C內(nèi)的壓力成為規(guī)定值。當(dāng)升降框34的下降時的壓力高時，使下降速度變慢，或者使保護氣體的供給量減少。進而可以通過氣體回收裝置72強制地吸引。相反，當(dāng)壓力低時，使下降速度變快，或者使保護氣體的供給量增多。當(dāng)升降框34的上升時的壓力高時，使上升速度變快，或者使保護氣體的供給量減少。進而可以通過氣體回收裝置72強制地吸引。相反，當(dāng)壓力低時，使上升速度變慢，或者使保護氣體的供給量增多。腔室C內(nèi)的壓力的調(diào)整既可以通過升降框34的下降速度、上升速度、保護氣體的供給量及氣體回收
11裝置72的吸引量中的任一個的調(diào)整方法來進行，也可以組合多個調(diào)整方法來進行。這樣，根據(jù)本變形例的制造方法，由于將升降框34的下降及上升時的腔室C內(nèi)的壓力控制成規(guī)定值，因此可抑制材料粉末31的散亂，從而使光束L的照射位置精度及加工精度變得良好。另外，可抑制大氣的侵入而防止造型物11的強度降低。接著，對本實施方式的第三變形例進行說明。本變形例中使用的本裝置1除了第一實施方式中的結(jié)構(gòu)外，還在覆蓋框36內(nèi)具有氧傳感器(未圖示)，氧傳感器對從覆蓋框 36與升降框34之間的間隙侵入到腔室C內(nèi)的大氣中的氧進行檢測。當(dāng)大氣侵入時，材料粉末31發(fā)生氧化而使造型物11的強度降低，并且煙氣的產(chǎn)生量增加，因此控制部6在升降框34的下降時的氧濃度高時，使下降速度變快，或者使保護氣體的供給量增多來防止大氣的侵入。在升降框34的上升時的氧濃度高時，使上升速度變慢，或者使保護氣體的供給量
J·日夕O這樣，根據(jù)本變形例的制造方法，可防止升降框34的下降及上升時大氣向腔室C 內(nèi)的侵入，因此可防止材料粉末31的氧化，進而防止造型物11的強度降低。參照圖7，對本發(fā)明的第四變形例進行說明。如圖7(a)所示，本變形例中使用的本裝置1具有防止材料粉末31或煙氣附著于窗36a的開閉器37。開閉器37為具有撓性的不燃材料，例如為金屬薄板。開閉器37卷繞成滾筒狀而配置在覆蓋框36內(nèi)表面的與窗36a 的下表面的一端側(cè)相鄰的位置。在覆蓋框36內(nèi)表面的與窗36a的下表面的另一端側(cè)相鄰的位置設(shè)有輥38和驅(qū)動輥38的電動機(未圖示)，輥38與開閉器37的放卷部分的端部例如由金屬的拉出線39連接。拉出線39設(shè)置在不妨礙光束L的照射的位置。當(dāng)因煙氣的排氣動作中的升降框34的下降及上升而使腔室C內(nèi)的空氣的流動紊亂，從而材料粉末31散亂或煙氣散射而附著在窗36a上時，光束L的輸出降低，因此通過關(guān)閉開閉器37來防止附著。在升降框的下降及上升中，如圖7(b)所示，驅(qū)動電動機，使拉出線39向輥38卷繞來關(guān)閉開閉器37。由于通過開閉器37覆蓋窗36a的下表面，因此可抑制材料粉末31或煙氣向窗36a的附著所引起的光束L的散射，從而光束的照射位置精度及加工精度變得良好。需要說明的是，本發(fā)明不局限于上述各種實施方式的結(jié)構(gòu)，在不變更發(fā)明的主旨的范圍內(nèi)能夠進行各種變形。例如，層疊造型裝置可以不具有切削除去部而不進行造型物的表面除去，在該情況下，可以設(shè)置使光學(xué)設(shè)備上下運動的上升下降裝置，來使光學(xué)設(shè)備距粉末層的高度恒定。需要說明的是，要理解為上述的本發(fā)明包括以下的方式。第一方式一種層疊造型裝置，通過在腔室內(nèi)進行粉末層的形成和基于向該粉末層照射光束的固化層的形成，來制造三維形狀造型物，所述層疊造型裝置的特征在于，具備底座；升降框，其具有從一方向另一方連通且從一方收容該底座的貫通空間，并且相對于所述底座上升下降自如；覆蓋框，其以覆蓋所述貫通空間的方式配置在所述升降框上，且在上表面具有使光束透過的窗；保護氣體供給機構(gòu)，其供給保護氣體；
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光束照射部，其經(jīng)由所述窗照射光束；控制部，其對所述升降框相對于所述底座的上升下降進行控制，由所述底座的上表面、所述升降框的規(guī)定所述貫通空間的內(nèi)周面和所述覆蓋框的內(nèi)表面構(gòu)成所述腔室，所述控制部通過使所述升降框下降，來使所述腔室的容積減少并將在所述腔室內(nèi)產(chǎn)生的煙氣排出，且通過使所述升降框上升，來使所述腔室的容積增加并從所述保護氣體供給機構(gòu)進行保護氣體的供氣。第二方式根據(jù)上述第一方式所述的層疊造型裝置，其特征在于，具有與所述腔室連通的排氣口及供氣口。第三方式根據(jù)上述第一或第二方式所述的層疊造型裝置，其特征在于，基于所述腔室內(nèi)的煙氣量來對煙氣的排氣及保護氣體的供氣進行控制。第四方式根據(jù)上述第一或第二方式所述的層疊造型裝置，其特征在于，基于距光束的照射開始的時間來進行煙氣的排氣及保護氣體的供氣。第五方式根據(jù)上述第一 第四方式中任一方式所述的層疊造型裝置，其特征在于，基于所述腔室內(nèi)的壓力來對煙氣的排氣中及保護氣體的供氣中的所述升降框的下降速度、上升速度和保護氣體的供給量進行控制。第六方式根據(jù)上述第一 第四方式中任一方式所述的層疊造型裝置，其特征在于，基于所述腔室內(nèi)的氧濃度來對煙氣的排氣中及保護氣體的供氣中的所述升降框的下降速度、上升速度和保護氣體的供給量進行控制。第七方式根據(jù)上述第一 第六方式中任一方式所述的層疊造型裝置，其特征在于，在光束的照射中進行煙氣的排氣及保護氣體的供氣。第八方式根據(jù)上述第一 第七方式中任一方式所述的層疊造型裝置，其特征在于，還具有覆蓋所述窗的下表面的開閉器。第九方式一種三維形狀造型物的制造方法，利用層疊造型裝置對三維形狀造型物進行造型，該層疊造型裝置通過重復(fù)進行供給粉末材料來形成粉末層的粉末層形成工序和向所述粉末層照射光束來使該粉末層燒結(jié)或熔融固化而形成固化層的固化層形成工序， 而將固化層順次層疊，所述三維形狀造型物的制造方法的特征在于，所述層疊造型裝置具備實施所述粉末層形成工序的粉末層形成機構(gòu)；照射所述光束的光束照射部；在上表面?zhèn)刃纬伤龇勰蛹肮袒瘜拥墓潭ǖ牡鬃?；包圍所述底座的外周且相對于該底座上升下降自如的升降框；使所述升降框上升下降的升降?qū)動機構(gòu)；在上表面具有使光束透過的窗且下表面敞開，并通過配置在所述升降框上而形成腔室的覆蓋框；向所述覆蓋框內(nèi)供給保護氣體的保護氣體供給機構(gòu)，通過使所述升降框下降，來使所述腔室的容積減少并將在所述覆蓋框內(nèi)產(chǎn)生的煙氣排出，且通過使該升降框上升，來使該腔室的容積增加并從所述保護氣體供給機構(gòu)進行保護氣體的供氣。第十方式根據(jù)第九方式所述的三維形狀造型物的制造方法，其特征在于，所述煙氣的排氣及保護氣體的供氣分別經(jīng)由配置在所述覆蓋框上的排氣口及供氣口來進行。第十一方式根據(jù)第九或第十方式所述的三維形狀造型物的制造方法，其特征在于，基于所述腔室內(nèi)的煙氣量來控制所述煙氣的排氣及保護氣體的供氣。第十二方式根據(jù)第九或第十方式所述的三維形狀造型物的制造方法，其特征在于，基于距所述光束的照射開始的時間來進行所述煙氣的排氣及保護氣體的供氣。第十三方式根據(jù)第九 第十二方式中任一方式所述的三維形狀造型物的制造方法，其特征在于，基于所述腔室內(nèi)的壓力來控制所述煙氣的排氣中及保護氣體的供氣中的所述升降框的下降速度、上升速度和保護氣體的供給量。第十四方式根據(jù)第九 第十三方式中任一方式所述的三維形狀造型物的制造方法，其特征在于，基于所述腔室內(nèi)的氧濃度來控制所述煙氣的排氣中及保護氣體的供氣中的所述升降框的下降速度、上升速度和保護氣體的供給量。第十五方式根據(jù)第九 第十四方式中任一方式所述的三維形狀造型物的制造方法，其特征在于，在所述光束的照射中進行所述煙氣的排氣及保護氣體的供氣。第十六方式根據(jù)第九 第十五方式中任一方式所述的三維形狀造型物的制造方法，其特征在于，在所述煙氣的排氣及保護氣體的供氣中，關(guān)閉覆蓋所述窗的下表面的開閉
ο[關(guān)聯(lián)申請的相互參照]本申請要求以日本國專利申請第2009-119021號(申請日2009年5月15日，發(fā)明的名稱“三維形狀造型物的制造方法”)為基礎(chǔ)的巴黎條約上的優(yōu)先權(quán)。該申請中公開的內(nèi)容全部通過弓I用而包含于本說明書中。
權(quán)利要求
1.一種層疊造型裝置，通過在腔室內(nèi)進行粉末層的形成和基于向該粉末層照射光束的固化層的形成，來制造三維形狀造型物，所述層疊造型裝置的特征在于，具備 底座；升降框，其具有從一方向另一方連通且從一方收容該底座的貫通空間，并且相對于所述底座上升下降自如；覆蓋框，其以覆蓋所述貫通空間的方式配置在所述升降框上，且在上表面具有使光束透過的窗；保護氣體供給機構(gòu)，其供給保護氣體； 光束照射部，其經(jīng)由所述窗照射光束； 控制部，其對所述升降框相對于所述底座的上升下降進行控制， 由所述底座的上表面、所述升降框的規(guī)定所述貫通空間的內(nèi)周面和所述覆蓋框的內(nèi)表面構(gòu)成所述腔室，所述控制部通過使所述升降框下降，來使所述腔室的容積減少并將在所述腔室內(nèi)產(chǎn)生的煙氣排出，且通過使所述升降框上升，來使所述腔室的容積增加并從所述保護氣體供給機構(gòu)進行保護氣體的供氣。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的層疊造型裝置，其特征在于， 具有與所述腔室連通的排氣口及供氣口。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的層疊造型裝置，其特征在于，基于所述腔室內(nèi)的煙氣量來對煙氣的排氣及保護氣體的供氣進行控制。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的層疊造型裝置，其特征在于，基于距光束的照射開始的時間來進行煙氣的排氣及保護氣體的供氣。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的層疊造型裝置，其特征在于，基于所述腔室內(nèi)的壓力來對煙氣的排氣中及保護氣體的供氣中的所述升降框的下降速度、上升速度和保護氣體的供給量進行控制。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的層疊造型裝置，其特征在于，基于所述腔室內(nèi)的氧濃度來對煙氣的排氣中及保護氣體的供氣中的所述升降框的下降速度、上升速度和保護氣體的供給量進行控制。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的層疊造型裝置，其特征在于， 在光束的照射中進行煙氣的排氣及保護氣體的供氣。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的層疊造型裝置，其特征在于， 還具有覆蓋所述窗的下表面的開閉器。
9.一種三維形狀造型物的制造方法，利用層疊造型裝置對三維形狀造型物進行造型， 該層疊造型裝置通過重復(fù)進行供給粉末材料來形成粉末層的粉末層形成工序和向所述粉末層照射光束來使該粉末層燒結(jié)或熔融固化而形成固化層的固化層形成工序，而將固化層順次層疊，所述三維形狀造型物的制造方法的特征在于，所述層疊造型裝置具備實施所述粉末層形成工序的粉末層形成機構(gòu)；照射所述光束的光束照射部；在上表面?zhèn)刃纬伤龇勰蛹肮袒瘜拥墓潭ǖ牡鬃?；包圍所述底座的外周且相對于該底座上升下降自如的升降框；使所述升降框上升下降的升降?qū)動機構(gòu)；在上表面具有使光束透過的窗且下表面敞開，并通過配置在所述升降框上而形成腔室的覆蓋框； 向所述覆蓋框內(nèi)供給保護氣體的保護氣體供給機構(gòu)，通過使所述升降框下降，來使所述腔室的容積減少并將在所述覆蓋框內(nèi)產(chǎn)生的煙氣排出，且通過使該升降框上升，來使該腔室的容積增加并從所述保護氣體供給機構(gòu)進行保護氣體的供氣。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的三維形狀造型物的制造方法，其特征在于，所述煙氣的排氣及保護氣體的供氣分別經(jīng)由配置在所述覆蓋框上的排氣口及供氣口來進行。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的三維形狀造型物的制造方法，其特征在于，基于所述腔室內(nèi)的煙氣量來控制所述煙氣的排氣及保護氣體的供氣。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的三維形狀造型物的制造方法，其特征在于，基于距所述光束的照射開始的時間來進行所述煙氣的排氣及保護氣體的供氣。
13.根據(jù)權(quán)利要求9所述的三維形狀造型物的制造方法，其特征在于，基于所述腔室內(nèi)的壓力來控制所述煙氣的排氣中及保護氣體的供氣中的所述升降框的下降速度、上升速度和保護氣體的供給量。
14.根據(jù)權(quán)利要求9所述的三維形狀造型物的制造方法，其特征在于，基于所述腔室內(nèi)的氧濃度來控制所述煙氣的排氣中及保護氣體的供氣中的所述升降框的下降速度、上升速度和保護氣體的供給量。
15.根據(jù)權(quán)利要求9所述的三維形狀造型物的制造方法，其特征在于，在所述光束的照射中進行所述煙氣的排氣及保護氣體的供氣。
16.根據(jù)權(quán)利要求9所述的三維形狀造型物的制造方法，其特征在于，在所述煙氣的排氣及保護氣體的供氣中，關(guān)閉覆蓋所述窗的下表面的開閉器。
全文摘要
本發(fā)明提供一種三維造型物的制造方法，其能夠容易地進行腔室內(nèi)的煙氣的除去，并使光束的照射位置精度及加工精度變好。層疊造型裝置(1)具備粉末層形成部(3)；光束照射部(4)；形成有粉末層(32)的固定的底座(22)；包圍底座(22)的外周且上升下降自如的升降框(34)；在上表面具有使光束透過的窗(36a)，且下表面敞開，并通過配置在升降框(34)上來形成腔室(C)的覆蓋框(36)；供給保護氣體的氣體罐(71)。通過使升降框(34)下降，來使腔室(C)的容積減少并將在覆蓋框(36)內(nèi)產(chǎn)生的煙氣排出，進行與保護氣體的置換。由于腔室(C)的容積減少，因此能夠容易地進行煙氣的除去，并使光束(L)的照射位置精度及加工精度變好。
文檔編號B22F3/105GK102438779SQ20108002135
公開日2012年5月2日 申請日期2010年5月14日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月15日
發(fā)明者不破勛, 東喜萬, 吉田德雄, 阿部諭 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社