JP2018111849A - Production device of molded article, and production method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、レーザ光を用い金属粉末を原料として積層造形物を製造する製造装置及び製造方法に関する。 The present invention relates to a manufacturing apparatus and a manufacturing method for manufacturing a layered object using metal powder as a raw material using laser light.
近年、粉末状の金属をレーザ光の照射によって焼結又は溶融して固化させ、一層ずつ層状に積層して立体的な造形物を製造する、例えば,特許文献1に示すような金属AM(Additive Manufactuaring)の開発が盛んになってきている。このような金属AMでは、固化させた造形物の強度を確保するため、造形物の密度(相対密度)を向上させ、使用される金属の本来の密度(真密度)に出来る限り近づくようにする必要がある。通常、金属AMによる造形物の相対密度を向上させるためには、照射するレーザ光のエネルギー密度を増加させることが有効であるとされている。 In recent years, powdered metal is sintered or melted by laser light irradiation to be solidified, and layered one by one to produce a three-dimensional shaped object. For example, metal AM (Additive) as shown in Patent Document 1 is used. The development of Manufacturing) has become active. In such a metal AM, in order to secure the strength of the solidified shaped object, the density (relative density) of the shaped object is improved so as to be as close as possible to the original density (true density) of the metal used. There is a need. Usually, in order to improve the relative density of a modeled object made of metal AM, it is considered effective to increase the energy density of laser light to be irradiated.
しかしながら、特許文献1に記載の技術では、照射軌跡が直線状となるようレーザ光を照射している。通常、照射軌跡が直線となるようレーザ光を照射する場合、パワー密度が、レーザ光の照射スポットの中心位置で最大となる。このため、エネルギー密度を増加させ、造形物の相対密度を向上させようとしてレーザ光出力を上げると、これに伴い照射スポットの中心位置におけるパワー密度が高くなりすぎ、金属が溶融を超え、蒸発してしまう虞がある。この場合、金属が蒸発した際の蒸発反力によって、溶融金属がスパッタとして周囲に飛散する虞がある。このスパッタが不純物として造形物に混入されると、造形物としての品質が低下してしまう。 However, in the technique described in Patent Document 1, the laser beam is irradiated so that the irradiation locus is linear. Normally, when the laser beam is irradiated so that the irradiation locus is a straight line, the power density is maximized at the center position of the laser beam irradiation spot. For this reason, when the laser light output is increased to increase the energy density and improve the relative density of the modeled object, the power density at the center position of the irradiation spot becomes too high, and the metal exceeds the melting and evaporates. There is a risk that. In this case, there is a possibility that the molten metal is scattered around as spatter due to the evaporation reaction force when the metal evaporates. If this spatter is mixed into the modeled object as an impurity, the quality of the modeled product will deteriorate.
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、相対密度が高く、スパッタの混入が抑制された高強度で高品質な造形物の製造装置、及び製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a manufacturing apparatus and a manufacturing method for a high-strength and high-quality shaped article that has a high relative density and suppresses mixing of spatter. .
上記課題を解決するため、本発明の請求項1に係る製造装置は、造形光ビームの照射により金属粉末を焼結又は溶融によって固化させ積層造形する造形物の製造装置である。製造装置は、前記金属粉末を前記造形光ビームの照射範囲に供給する金属粉末供給装置と、前記照射範囲に供給された前記金属粉末の表面に前記造形光ビームを照射する造形光ビーム照射装置と、前記造形光ビーム照射装置を制御して前記金属粉末を加熱し前記焼結又は前記溶融によって固化させ積層造形する造形処理を行なう造形部と、を備える。そして、前記造形部は、所定幅を有する造形経路に沿って前記金属粉末を固化し、前記造形経路に沿って前記造形光ビームを照射する際に、前記造形光ビームを前記造形経路の主方向に移動させると共に、前記造形経路において直前の加熱による熱影響が残っている領域内で前記造形光ビームを幅方向に往復動させる。 In order to solve the above-mentioned problems, a manufacturing apparatus according to claim 1 of the present invention is a manufacturing apparatus for a modeled object that is solidified by sintering or melting a metal powder by irradiation with a modeling light beam to perform layered modeling. The manufacturing apparatus includes a metal powder supply device that supplies the metal powder to an irradiation range of the modeling light beam, and a modeling light beam irradiation device that irradiates the surface of the metal powder supplied to the irradiation range with the modeling light beam; And a modeling unit that controls the modeling light beam irradiation device to heat the metal powder and solidify it by the sintering or the melting to perform a layered modeling process. And when the said modeling part solidifies the said metal powder along the modeling path | route which has predetermined width, and irradiates the said modeling light beam along the said modeling path | route, the said modeling light beam is the main direction of the said modeling path | route. And the modeling light beam is reciprocated in the width direction in a region where the thermal influence from the immediately preceding heating remains in the modeling path.
これにより、例えば、造形光ビームの照射が、見かけ上、従来技術と同様の移動速度で造形経路に沿って移動させたとしても、その移動は、造形経路の所定幅内において微小な往復動をしながらの移動である。このため、往復動における実際の造形光ビームの移動速度は十分大きくすることが出来る。従って、往復動において過大なパワー密度の発生を抑制しながら、全体として十分なエネルギー密度を確保することが出来る。これにより、照射された部分の金属が蒸発し、溶融金属がスパッタとして周囲に飛散することを防止できるとともに、造形物の密度(相対密度)を向上させることができる。 Thereby, for example, even if the irradiation of the modeling light beam is apparently moved along the modeling path at the same movement speed as in the conventional technique, the movement does not reciprocate within a predetermined width of the modeling path. While moving. For this reason, the moving speed of the actual modeling light beam in the reciprocating motion can be sufficiently increased. Therefore, it is possible to secure a sufficient energy density as a whole while suppressing the generation of excessive power density in the reciprocating motion. Thereby, while the metal of the irradiated part evaporates and it can prevent that a molten metal disperses around as a sputter | spatter, the density (relative density) of a molded article can be improved.
また、本発明の請求項8に係る製造方法は、造形光ビームの照射により金属粉末を焼結又は溶融によって固化させ積層造形する造形物の製造方法である。製造方法は、前記金属粉末を前記造形光ビームの照射範囲に供給する金属粉末供給工程と、前記造形光ビーム照射装置を制御して前記金属粉末を加熱し前記焼結又は前記溶融によって固化させ積層造形する造形処理を行なう造形工程と、を備える。そして、前記造形工程は、所定幅を有する造形経路に沿って前記金属粉末を固化し、前記造形経路に沿って前記造形光ビームを照射する際に、前記造形光ビームを前記造形経路の主方向に移動させると共に、前記造形経路において直前の加熱による熱影響が残っている領域内で前記造形光ビームを幅方向に往復動させる。これにより、請求項1で製造される造形物と同様の造形物が製作できる。 Moreover, the manufacturing method which concerns on Claim 8 of this invention is a manufacturing method of the molded article which solidifies by sintering or fuse | melting metal powder by irradiation of a modeling light beam, and laminate-modeling. The manufacturing method includes: a metal powder supply process for supplying the metal powder to the irradiation range of the modeling light beam; and the modeling light beam irradiation device is controlled to heat the metal powder to solidify by the sintering or the melting. And a modeling process for performing a modeling process for modeling. And when the said modeling process solidifies the said metal powder along the modeling path | route which has predetermined width, and irradiates the said modeling light beam along the said modeling path | route, the said modeling light beam is made into the main direction of the said modeling path | route. And the modeling light beam is reciprocated in the width direction in a region where the thermal influence from the immediately preceding heating remains in the modeling path. Thereby, the modeling thing similar to the modeling thing manufactured in Claim 1 can be manufactured.
<1.第一実施形態>
(1−1.概要)
本発明に係る三次元造形物(造形物に相当)の製造装置について、図面に基づき説明する。本発明に係る製造装置は、後に詳述する造形光ビームの照射により、金属粉末を焼結又は溶融によって固化させ三次元造形物を積層造形する装置である。なお、本実施形態においては、造形光ビームは、レーザ光とし、特に赤外波長(後に詳述する)のレーザ光とする。以降、本実施形態に係る赤外波長のレーザ光を赤外レーザ光L1と称す。
<1. First embodiment>
(1-1. Overview)
An apparatus for producing a three-dimensional structure (corresponding to a structure) according to the present invention will be described with reference to the drawings. The manufacturing apparatus according to the present invention is an apparatus for laminating a three-dimensional structure by solidifying a metal powder by sintering or melting by irradiation with a modeling light beam, which will be described in detail later. In the present embodiment, the modeling light beam is laser light, particularly laser light having an infrared wavelength (described in detail later). Hereinafter, the laser beam having the infrared wavelength according to the present embodiment is referred to as an infrared laser beam L1.
ただし、赤外波長のレーザ光としては、近赤外波長のレーザ光,短波長のレーザ光及び中遠赤外波長のレーザ光等、どのような波長のレーザ光を用いてもよい。なお、短波長レーザ光とは、近赤外波長より波長が短い短波長(例えば、波長0.2〜0.6μm)のレーザ光である。短波長レーザの例として、UVレーザ、グリーンレーザ、及びブルーレーザ等が挙げられる。また、中遠赤外波長レーザ光とは、近赤外波長より波長が長いレーザ光である。中遠赤外波長レーザ光の例として、CO2レーザが挙げられる。また、造形光ビームとしては、レーザ光に限らず電子ビームであってもよい。 However, laser light of any wavelength such as near-infrared wavelength laser light, short-wavelength laser light, and mid-far-infrared wavelength laser light may be used as the infrared wavelength laser light. Note that the short wavelength laser light is laser light having a short wavelength (for example, a wavelength of 0.2 to 0.6 μm) shorter than the near infrared wavelength. Examples of the short wavelength laser include a UV laser, a green laser, and a blue laser. The mid-infrared wavelength laser beam is a laser beam having a wavelength longer than the near-infrared wavelength. An example of the mid-infrared wavelength laser light is a CO 2 laser. Further, the modeling light beam is not limited to laser light, and may be an electron beam.
また、金属粉末を形成する金属としては、どのような金属を用いてもよいが、例えば、マルエージング鋼,ステンレス鋼(SUS),チタン鋼(Ti),銅,及びアルミなどが適用できる。また、本実施形態においては、三次元造形物を積層造形する際、金属粉末を溶融させた後、固化させ積層造形するものとして説明する。ただし、溶融ではなく、焼結によって、固化させ積層造形し三次元造形物を製造してもよい。 As the metal forming the metal powder, any metal may be used. For example, maraging steel, stainless steel (SUS), titanium steel (Ti), copper, and aluminum can be applied. Moreover, in this embodiment, when carrying out the layered modeling of the three-dimensional modeled object, the metal powder is melted and then solidified for the layered modeling. However, the three-dimensional structure may be manufactured by solidifying and layering by sintering instead of melting.
(1−2.製造装置)
図1は、本発明に係る第一実施形態の製造装置100の概要図である。製造装置100は、チャンバ10と、金属粉末供給装置20と、造形光ビーム照射装置30と、制御部45と、を備える。制御部45は、金属粉末供給制御部25と、レーザ光照射制御部49と、造形部70とを備える。
(1-2. Manufacturing equipment)
FIG. 1 is a schematic diagram of a
チャンバ10は、概ね直方体形状で形成された筐体であり、外気と内気との遮断が可能な容器である。チャンバ10は、内部の空気を、例えばHe(ヘリウム)、N2(窒素)やAr(アルゴン)などの不活性ガスに置換可能な装置を備える(不図示)。なお、チャンバ10は、内部を不活性ガスに置換するのではなく、減圧可能な構成としてもよい。
The
金属粉末供給装置20は、チャンバ10の内部に設けられる。金属粉末供給装置20は、制御部45の金属粉末供給制御部25によって制御され、三次元造形物の原材料となる金属粉末15を赤外レーザ光L1(造形光ビームに相当)の照射範囲Ar1(図2参照)に供給する。金属粉末15は、例えば、チタン鋼(Ti)の粉末である。なお、ここでいう金属粉末15とは、各チタン鋼粉末TiMが複数集まった集合体をいう。また、金属粉末15(チタン鋼粉末TiM)の各粒径は、約10μm〜50μm程度である。
The metal
図1、図2に示すように、金属粉末供給装置20は、造形用容器21と、粉末収納容器22とを備える。図1に示すように、造形用容器21内には、造形物昇降テーブル23が設けられる。造形物昇降テーブル23上では、金属粉末15の薄膜層15aが形成される。薄膜層15aは、平面視においては、図3の拡大図に示すように、各チタン鋼粉末TiMが、隣接するチタン鋼粉末TiMとそれぞれ接して配列されている。また、深さ方向において、薄膜層15aは、チタン鋼粉末TiMが、例えば1〜2層程度で形成される(図略)。そして、赤外レーザ光L1の薄膜層15aの表面への照射によって薄膜層15aの1〜2層の金属粉末15が溶融され、その後固化されて固化薄膜層15bが形成される。
As shown in FIGS. 1 and 2, the metal
固化薄膜層15bが形成されると、金属粉末供給装置20は、金属粉末供給制御部25によって制御され、造形物昇降テーブル23が下方に移動される。そして、上記と同様に、造形物昇降テーブル23上で再び薄膜層15aが形成される。その後、再び赤外レーザ光L1の薄膜層15aへの照射によって薄膜層15aが溶融され、固化されて固化薄膜層15bが形成される。このような作業の繰り返しによって所望の三次元造形物が積層される。
When the solidified
粉末収納容器22は、フィードテーブル24上に金属粉末15が収容され、フィードテーブル24が上方に移動されることにより、金属粉末15が供給される。なお、造形物昇降テーブル23、フィードテーブル24には、それぞれ支持軸23a、24aが取り付けられる。支持軸23a、24aは、駆動装置(図略)に接続され、駆動装置の作動によって上下に移動される。
In the
また、金属粉末供給装置20には、造形用容器21、及び粉末収納容器22の開口の全領域にわたって移動するリコータ26が設けられる。リコータ26は、図1、図2の右から左に向かって移動される。これにより、フィードテーブル24の上昇により供給された金属粉末15が造形物昇降テーブル23上に運搬されるとともに、造形物昇降テーブル23上に金属粉末15の薄膜層15aが形成される。
In addition, the metal
このとき、薄膜層15aの厚さは、造形物昇降テーブル23の下降量で決まる。本実施形態では、薄膜層15aの厚さは、50μm〜100μm程度である。ただし、この厚さはあくまで一例を例示したのみであり、この厚さに限定はされない。なお、薄膜層15aを形成する方式は、上記の態様には限らない。薄膜層15aは、造形物昇降テーブル23上方を移動しながら金属粉末15を造形物昇降テーブル23上に落下させて供給し形成しても良い。
At this time, the thickness of the
造形光ビーム照射装置30は、金属粉末供給装置20によって照射範囲Ar1(図2参照)に供給されたチャンバ10内の金属粉末15の薄膜層15aの表面に赤外レーザ光L1を照射する装置である。造形光ビーム照射装置30は、制御部45のレーザ光照射制御部49によって制御される。図1に示すように、造形光ビーム照射装置30は、レーザ発振器31、及びレーザヘッド32を備える。また、レーザ発振器31は、レーザ発振器31から発振された赤外レーザ光L1をレーザヘッド32に伝送する光ファイバ35を備える。
The modeling light
レーザ発振器31は、波長が予め設定された所定の赤外波長となるよう発振させて連続波CWのレーザ光である赤外レーザ光L1を生成する。具体的には、赤外レーザ光L1として、HoYAG(波長:約1.5μm),YVO(イットリウム・バナデイト、波長:約1.06μm),Yb(イッテルビウム、波長:約1.09μm),ファイバーレーザ,及びCO2レーザ(波長:約10.6μm)などが採用可能である。これにより、レーザ発振器31を安価に製作できるとともに、運用時においても消費エネルギーは小さく安価である。
The
図1に示すように、レーザヘッド32は、チャンバ10内の金属粉末15の薄膜層15aの表面から所定の距離を隔て、且つ軸線が垂直となるよう配置される。図4に示すように、レーザヘッド32は、コリメートレンズ33、ミラー34、ガルバノスキャナ36、及びfθレンズ38を備える。コリメートレンズ33、ミラー34、ガルバノスキャナ36、及びfθレンズ38は、レーザヘッド32の筐体内に配置される。コリメートレンズ33は、光ファイバ35から出射された赤外レーザ光L1をコリメートして平行光に変換する。
As shown in FIG. 1, the
ミラー34は、コリメートされた赤外レーザ光L1が、ガルバノスキャナ36に入射するよう赤外レーザ光L1の進行方向を変換する。本実施形態において、ミラー34は、赤外レーザ光L1の進行方向を90度変換する。
The
ガルバノスキャナ36は、レーザ光Lの進行方向を変更し、赤外レーザ光L1を、fθレンズ38を介して、薄膜層15aの表面の所定の位置に照射する。つまり、レーザヘッド32は、ガルバノスキャナ36によって、レーザ発振器31から発振された赤外レーザ光L1の照射角度を自在に変更可能である。
The
ガルバノスキャナ36には、例えば、直交する2方向に首ふり運動の可能な一対の可動ミラー(図示しない)を含む周知のスキャナが用いられる。fθレンズ38は、ガルバノスキャナ36から入射された平行なレーザ光Lを集光するレンズである。また、レーザヘッド32から照射された赤外レーザ光L1は、チャンバ10の上面に設けられる透明なガラス又は樹脂を通してチャンバ10内に照射される。なお、上記において、使用した赤外レーザ光L1は、YAGレーザによるものであり、連続波CWのレーザ光である。
As the
造形部70は、レーザ光照射制御部49を介して、造形光ビーム照射装置30の作動を制御する。造形部70は、造形光ビーム照射装置30を作動させ、赤外レーザ光L1(造形光ビーム)を、照射範囲Ar1に供給された金属粉末15の薄膜層15aの表面に設定される造形経路Hに沿って照射する。このとき、薄膜層15aの表面における赤外レーザ光L1のスポット径φd(図略)は、例えばφ50μm程度とする。ただし、これはあくまで一例であって、スポット径φdは、任意に設定すればよい。
The
そして、赤外レーザ光L1を、造形経路Hの主方向Mに沿って照射し金属粉末15の薄膜層15aを溶融させた後、固化させる。このように、造形部70が、造形経路Hに沿って赤外レーザ光L1を照射し三次元造形物を製作することにより、製造される三次元造形物を高品質で、且つ高強度なものとする。詳細については後に詳述する。
The infrared laser beam L1 is irradiated along the main direction M of the modeling path H to melt the
(1−3.造形経路Hについて)
次に、設定される造形経路Hについて説明する。図5に示すように、造形経路Hは、幅方向Jと交差する方向である主方向Mに延在する。造形経路Hは、概ね、薄膜層15aにおいて整列されたチタン鋼粉末TiMに沿って設定される。具体的には、図5の平面視において、造形経路Hは、整列した各チタン鋼粉末TiMの各中心を結ぶ線を造形経路中心Cとするとともに、所定幅αを有して設定される。なお、造形経路Hは、赤外レーザ光L1が、後述する照射軌跡Tに沿って移動する際における、照射スポットの中心点(照射中心)の移動を網羅する範囲として設定される経路であり、本実施形態においては、長方形形状で設定される。
(1-3. Modeling path H)
Next, the modeling path H to be set will be described. As illustrated in FIG. 5, the modeling path H extends in a main direction M that is a direction intersecting the width direction J. The modeling path H is generally set along the titanium steel powder TiM aligned in the
本実施形態において、所定幅αの大きさは、例えば、100μmとする。このとき、所定幅αは、造形経路Hが設定される各チタン鋼粉末TiMが造形経路Hの幅方向両側で隣接する各チタン鋼粉末TiMとの接点間より大きな距離とする。つまり、本実施形態において、造形経路Hの幅方向Jにおける両端は、隣接する各チタン鋼粉末TiMに進入している。ただし、100μmはあくまで一例であって、所定幅αの大きさは任意に設定すればよい。 In the present embodiment, the predetermined width α is, for example, 100 μm. At this time, the predetermined width α is a distance larger than the distance between the contact points of each titanium steel powder TiM on which the modeling path H is set and the adjacent titanium steel powder TiM on both sides in the width direction of the modeling path H. That is, in the present embodiment, both ends in the width direction J of the modeling path H enter the adjacent titanium steel powder TiM. However, 100 μm is merely an example, and the size of the predetermined width α may be set arbitrarily.
そして、造形部70の制御によって、赤外レーザ光L1が、造形経路Hの主方向Mに移動すると共に、造形経路Hの幅方向Jの範囲内において、直前の加熱による熱影響が残っている領域Ar2内を往復動するよう制御される。つまり、直前の加熱による熱影響が残っている領域Ar2内を往復動可能なように、微小な距離を往復動する。このときの赤外レーザ光L1の照射の軌跡を照射軌跡Tと称して、以後説明する。照射軌跡Tは、予め設定され造形部70に記憶されている。また、図5におけるM1−M3は、この順番に赤外レーザ光L1の照射が行われることを示している。
And by control of the
なお、上記において、「直前の加熱」とは、現在、赤外レーザ光L1の往復動が実施されているとした場合、実施されている往復動の1つ前の往復動による加熱のことをいうものとする。ただし、この態様には限らず、「直前の加熱」は、予め設定した所定の時間だけ前に行なった加熱であってもよい。このとき、所定の時間は、幅を有していても良いし、点であっても良い。また、領域Ar2の範囲は、実験等により事前に設定され、設定された領域Ar2の範囲に基づき往復動の軌跡(照射軌跡T)の形状が設定される。なお、図5に示す領域Ar2の範囲は、赤外レーザ光L1が、後述する螺旋状の照射軌跡TのP1位置からP2位置まで一往復動した後に加熱による熱影響が残っている範囲を模式的に示したものである。 In the above, “immediate heating” refers to heating by the reciprocation immediately before the reciprocation that is performed, assuming that the reciprocation of the infrared laser beam L1 is currently being implemented. It shall be said. However, the present invention is not limited to this, and the “immediate heating” may be heating performed a predetermined time in advance. At this time, the predetermined time may have a width or a point. The range of the area Ar2 is set in advance by experiments or the like, and the shape of the reciprocating movement locus (irradiation locus T) is set based on the set area Ar2. Note that the range of the area Ar2 shown in FIG. 5 is a pattern in which the infrared laser beam L1 is reciprocated once from the P1 position to the P2 position of the spiral irradiation locus T described later, and the heat effect due to heating remains. It is shown as an example.
(1−4.照射軌跡Tについて)
次に、照射軌跡Tについて説明する。図5,図6に示すように、本実施形態において、照射軌跡Tは、螺旋状である。なお、ここでいう、螺旋状における螺旋とは、三次元空間における螺旋のことではなく、二次元の平面上に投影した曲線をいうものとする。一例として、この曲線は、三次元空間における螺旋を斜め方向から見た図を、平面図に投影した形状としてもよい。別の言い方をすると、螺旋状の照射軌跡Tは、円と、主方向Mと平行な方向に成分を有する直線と、を合成した形状とも言える。なお、螺旋状の照射軌跡Tの形状は、図5,図6に示す形状に限らず、任意に設定可能である。
(1-4. Irradiation locus T)
Next, the irradiation locus T will be described. As shown in FIGS. 5 and 6, in the present embodiment, the irradiation locus T has a spiral shape. Here, the spiral in a spiral shape is not a spiral in a three-dimensional space, but a curve projected on a two-dimensional plane. As an example, this curve may have a shape obtained by projecting a spiral view in a three-dimensional space from a diagonal direction onto a plan view. In other words, the spiral irradiation trajectory T can be said to be a shape obtained by combining a circle and a straight line having a component in a direction parallel to the main direction M. The shape of the spiral irradiation trajectory T is not limited to the shape shown in FIGS. 5 and 6 and can be arbitrarily set.
そして、赤外レーザ光L1は、予め設定された螺旋状の照射軌跡Tをトレースして移動することにより造形経路Hにおける幅方向Jの範囲内を往復動する。なお、本実施形態において、螺旋状の照射軌跡Tをトレースして移動するのは、前述したように、赤外レーザ光L1の照射スポットの中心点である。 The infrared laser beam L1 reciprocates within the range in the width direction J of the modeling path H by tracing and moving a preset spiral irradiation locus T. In the present embodiment, it is the central point of the irradiation spot of the infrared laser light L1 that moves by tracing the spiral irradiation locus T as described above.
そして、このとき螺旋の幅D(直径)は造形経路Hの所定幅αと等しい。つまり、赤外レーザ光L1の往復動の大きさは、例えば100μm程度であり、非常に微小である。従って、赤外レーザ光L1は、前述したように造形経路Hの幅方向Jに微振動(往復動)しながら、造形経路Hの主方向Mに移動し照射する。このような螺旋状の照射軌跡Tに沿って行なわれる赤外レーザ光L1の照射は、前述したように、ガルバノスキャナ36の作動を制御することによって実現される。
At this time, the spiral width D (diameter) is equal to the predetermined width α of the modeling path H. That is, the magnitude of the reciprocating motion of the infrared laser light L1 is, for example, about 100 μm and is very small. Therefore, the infrared laser beam L1 moves and irradiates in the main direction M of the modeling path H while slightly vibrating (reciprocating) in the width direction J of the modeling path H as described above. Irradiation of the infrared laser light L1 performed along the spiral irradiation locus T is realized by controlling the operation of the
このように、赤外レーザ光L1は、造形経路Hの所定幅αの幅一杯に往復動して照射される。このため、隣接するチタン鋼粉末TiMも直接、一部が加熱されるとともに、全体が加熱された造形経路H内のチタン鋼粉末TiMからも熱が良好に伝達される。これにより、実際に全体が加熱されたチタン鋼粉末TiMと、隣接するチタン鋼粉末TiMとが良好に溶融接合できる。このように、造形経路Hの所定幅αの大きさは、一定の溶融池を形成し続けるのに必要なレーザスポット径やレーザ出力に応じて設定される。ただし、所定幅αの大きさは、上記態様には限らない。所定幅αは、両側で隣接するチタン鋼粉末TiMとの接触点までの幅であってもよい。また、所定幅αは、実際に全体が加熱されるチタン鋼粉末TiMの内側のみに存在する小さな幅であっても良い。 In this way, the infrared laser beam L1 is irradiated while reciprocating to the full width of the predetermined width α of the modeling path H. Therefore, a part of the adjacent titanium steel powder TiM is also directly heated, and heat is also transferred well from the titanium steel powder TiM in the modeling path H where the whole is heated. Thereby, the titanium steel powder TiM actually heated as a whole and the adjacent titanium steel powder TiM can be melt-bonded satisfactorily. As described above, the size of the predetermined width α of the modeling path H is set according to the laser spot diameter and the laser output necessary to continue to form a fixed molten pool. However, the size of the predetermined width α is not limited to the above aspect. The predetermined width α may be a width up to a contact point with the titanium steel powder TiM adjacent on both sides. Further, the predetermined width α may be a small width existing only inside the titanium steel powder TiM that is actually heated entirely.
なお、螺旋状の照射軌跡Tに基づき、赤外レーザ光L1の照射が造形経路Hの所定幅α内で往復動する場合、一往復動する間に、主方向Mに移動する区間Qと、主方向Mとは反対の方向に移動する区間Rとを有している(図6参照)。しかし、一往復動の前後における照射軌跡Tの各位置で比較すると、往復動後における位置P2は、往復動前における位置P1に対して、主方向Mに移動している。従って、照射軌跡Tは、見かけ上、造形経路Hの主方向Mに沿って移動するといえる。よって、照射軌跡Tに基づき照射される赤外レーザ光L1は、造形経路Hの主方向Mに沿って移動しながら、金属粉末15の薄膜層15aを固化するといえる。
When the irradiation of the infrared laser light L1 reciprocates within the predetermined width α of the modeling path H based on the spiral irradiation locus T, the section Q moves in the main direction M during one reciprocation, And a section R that moves in a direction opposite to the main direction M (see FIG. 6). However, when compared at each position of the irradiation trajectory T before and after one reciprocation, the position P2 after the reciprocation moves in the main direction M with respect to the position P1 before the reciprocation. Accordingly, it can be said that the irradiation locus T apparently moves along the main direction M of the modeling path H. Therefore, it can be said that the infrared laser light L1 irradiated based on the irradiation locus T solidifies the
また、上記において、主方向Mに沿って移動する赤外レーザ光L1の見かけ上の平均移動速度を第一速度V1(第一平均移動速度に相当)とし、螺旋状に往復動する赤外レーザ光L1の実際の平均移動速度を第二速度V2(第二平均移動速度に相当)とした場合、第一速度V1と第二速度V2との間は、V1<V2の関係となるよう設定される。 In the above description, the apparent average moving speed of the infrared laser beam L1 moving along the main direction M is set to the first speed V1 (corresponding to the first average moving speed), and the infrared laser reciprocally moves in a spiral shape. When the actual average moving speed of the light L1 is set to the second speed V2 (corresponding to the second average moving speed), the relationship between the first speed V1 and the second speed V2 is set so that V1 <V2. The
第一速度V1及び第二速度V2とも、その速度は一定ではない。第一速度V1においては、速度方向が逆転する場合を含む。また、第二速度V2においては、造形経路Hの幅方向における端部の折り返し位置でもっとも速度が遅くなり、幅方向における中央部でもっとも速度が速くなる。なお、本実施形態では、第一速度V1は、例えば、0.7m/s〜1m/s程度とする。また、第二速度V2は、例えば、7m/s程度とする。 The speeds of the first speed V1 and the second speed V2 are not constant. The first speed V1 includes a case where the speed direction is reversed. At the second speed V2, the speed is slowest at the end position in the width direction of the modeling path H, and the speed is fastest at the center in the width direction. In the present embodiment, the first speed V1 is, for example, about 0.7 m / s to 1 m / s. Further, the second speed V2 is, for example, about 7 m / s.
(1−5.作用)
次に、上述したように造形経路H(照射軌跡T)が設定され、設定された造形経路H(照射軌跡T)に沿って、金属粉末15の薄膜層15aに赤外レーザ光L1が照射された場合の作用について説明する。
(1-5. Action)
Next, the modeling path H (irradiation trajectory T) is set as described above, and the infrared laser light L1 is irradiated to the
なお、三次元造形物の製造装置において、三次元造形物の相対密度を向上させるためには、三次元造形物に投入する赤外レーザ光L1のエネルギー密度E(J/mm3)を増加させればよいことが公知となっている。また、エネルギー密度E(J/mm3)を増加させるためには、赤外レーザ光L1の出力P(W)を増加させればよいことが公知となっている。 In the three-dimensional structure manufacturing apparatus, in order to improve the relative density of the three-dimensional structure, the energy density E (J / mm 3 ) of the infrared laser light L1 input to the three-dimensional structure is increased. It is known that this is necessary. Further, it is known that the output P (W) of the infrared laser light L1 may be increased in order to increase the energy density E (J / mm 3 ).
以下に、参考のため三次元造形物(積層造形物)を製作する際における、エネルギー密度Eを求める式(1)を記載しておく。式(1)から、エネルギー密度E(J/mm3)と、赤外レーザ光L1の出力P(W)との比例関係が見てとれる。 Below, the formula (1) which calculates | requires the energy density E at the time of manufacturing a three-dimensional structure (layered object) for reference is described. From the equation (1), the proportional relationship between the energy density E (J / mm 3 ) and the output P (W) of the infrared laser light L1 can be seen.
E=P/vst・・・・・・・・・・(1)
E;エネルギー密度(J/mm3)
P;レーザ出力(W)
v;走査速度(mm/s)
s;走査ピッチ(mm)
t;積層厚さ(mm)
なお、上記において、走査ピッチsは、隣接する複数の主方向Mの各造形経路中心C間の距離である。また、積層厚さtは薄膜層15aにおけるチタン鋼粉末TiMの厚さである。
E = P / vst (1)
E: Energy density (J / mm 3 )
P: Laser output (W)
v: Scanning speed (mm / s)
s: Scanning pitch (mm)
t: Lamination thickness (mm)
In the above description, the scanning pitch s is a distance between each modeling path center C in a plurality of adjacent main directions M. The laminated thickness t is the thickness of the titanium steel powder TiM in the
しかしながら、従来技術(特開2015−199197号公報)のようにレーザ光の造形経路が直線状で、且つレーザ光の移動速度が低速である場合、エネルギー密度E(J/mm3)を増加させるためにレーザ光の出力P(W)を増加させると、レーザ光の照射点(照射スポットの中心点)におけるパワー密度F(W/mm2)が許容値Xを超えて増加してしまう場合がある(図7のグラフ参照)。 However, when the laser beam shaping path is linear and the moving speed of the laser beam is low as in the prior art (Japanese Patent Laid-Open No. 2015-199197), the energy density E (J / mm 3 ) is increased. Therefore, when the output P (W) of the laser beam is increased, the power density F (W / mm 2 ) at the laser beam irradiation point (the center point of the irradiation spot) may increase beyond the allowable value X. Yes (see graph in FIG. 7).
なお、図7のグラフの横軸は、造形経路中心Cからの距離(mm)である。また、縦軸は、パワー密度F(W/mm2)である。なお、参考として、横軸には、従来技術におけるレーザ光の照射スポット径の外周位置a,aが示してある。また、パワー密度F(W/mm2)は、(レーザ光の出力P)/(照射スポット面積)によって求められる。また、パワー密度F(W/mm2)は、レーザ光の移動速度(走査速度)に反比例する特性も有する。 The horizontal axis of the graph of FIG. 7 is the distance (mm) from the modeling path center C. The vertical axis represents the power density F (W / mm 2 ). For reference, the abscissa indicates the outer peripheral positions a and a of the irradiation spot diameter of the laser beam in the prior art. The power density F (W / mm 2 ) is obtained by (laser light output P) / (irradiation spot area). The power density F (W / mm 2 ) also has a characteristic that is inversely proportional to the moving speed (scanning speed) of the laser beam.
これに対し、本実施形態では、エネルギー密度E(J/mm3)を増加させるために、赤外レーザ光L1の出力P(W)を増加させても、パワー密度F(W/mm2)が増加されないよう造形経路H(照射軌跡T)を設定した。 On the other hand, in this embodiment, in order to increase the energy density E (J / mm 3 ), even if the output P (W) of the infrared laser light L1 is increased, the power density F (W / mm 2 ). The modeling path H (irradiation trajectory T) was set so as not to increase.
本実施形態においては、赤外レーザ光L1が薄膜層15aに照射され始めると、図5に示すように、照射される赤外レーザ光L1は、造形経路Hの主方向Mに沿って移動されるとともに、造形経路Hの所定幅αの範囲内において、螺旋状の照射軌跡Tに沿って往復動(微振動)される。
In the present embodiment, when the infrared laser light L1 starts to be applied to the
このとき、主方向Mに沿って移動する赤外レーザ光L1の見かけ上の速度である第一速度V1(例えば、0.7m/s〜1m/s)は、前述したように、螺旋状に往復動する赤外レーザ光L1の実際の第二速度V2(例えば、7m/s)よりも小さい(V1<V2)。つまり、赤外レーザ光L1が実際に照射軌跡Tに沿って移動する際には、赤外レーザ光L1は、高速(第二速度V2)で移動される。このため、照射軌跡T上の各位置においては、従来技術のように許容値Xをこえるパワー密度F(W/mm2)は出現しない。 At this time, the first speed V1 (for example, 0.7 m / s to 1 m / s), which is the apparent speed of the infrared laser light L1 moving along the main direction M, is spiral as described above. It is smaller than the actual second speed V2 (for example, 7 m / s) of the reciprocating infrared laser beam L1 (V1 <V2). That is, when the infrared laser light L1 actually moves along the irradiation locus T, the infrared laser light L1 is moved at a high speed (second speed V2). For this reason, at each position on the irradiation locus T, the power density F (W / mm 2 ) exceeding the allowable value X does not appear as in the prior art.
具体的には、前述したように、赤外レーザ光L1の第二速度V2は、造形経路Hの幅方向における端部の折り返し位置でもっとも速度が遅くなり、幅方向における中央部でもっとも速度が速くなる。しかし、何れの位置においても従来技術におけるレーザ光の移動速度を下回ることはないよう設定されている。このため、パワー密度F(W/mm2)は、図8のグラフに示す特性となる。なお、図8のグラフの横軸は、造形経路中心Cからの距離(mm)である。また、縦軸は、パワー密度F(W/mm2)である。 Specifically, as described above, the second speed V2 of the infrared laser light L1 is the slowest at the end position in the width direction of the modeling path H, and the fastest at the center in the width direction. Get faster. However, it is set so as not to fall below the moving speed of the laser beam in the prior art at any position. For this reason, the power density F (W / mm 2 ) has the characteristics shown in the graph of FIG. The horizontal axis of the graph of FIG. 8 is the distance (mm) from the modeling path center C. The vertical axis represents the power density F (W / mm 2 ).
図8のグラフにおいて、中央の凹部は、赤外レーザ光L1の移動速度が速い造形経路中心C近傍におけるパワー密度F(W/mm2)を示す。また、両側の凸部は、赤外レーザ光L1の移動速度が遅い螺旋状の照射軌跡Tの折り返し位置におけるパワー密度F(W/mm2)を示す。 In the graph of FIG. 8, the concave portion at the center indicates the power density F (W / mm 2 ) in the vicinity of the modeling path center C where the moving speed of the infrared laser light L1 is fast. Further, the convex portions on both sides indicate the power density F (W / mm 2 ) at the turn-back position of the spiral irradiation locus T where the moving speed of the infrared laser light L1 is slow.
このように、赤外レーザ光L1が、照射軌跡T上を第二速度V2で移動することにより、赤外レーザ光L1の照射部におけるパワー密度F(W/mm2)を、全体的に低く抑えることができ、パワー密度F(W/mm2)が、前述した許容値Xを超えることはない。そして、このとき、赤外レーザ光L1の照射の出力Pは、従来技術におけるレーザ光の照射の出力Pと同等である。このため、エネルギー密度E(J/mm3)としては、同等である。 Thus, the infrared laser light L1 moves on the irradiation locus T at the second speed V2, so that the power density F (W / mm 2 ) in the irradiation part of the infrared laser light L1 is lowered as a whole. The power density F (W / mm 2 ) does not exceed the allowable value X described above. At this time, the output P of the infrared laser light L1 is equivalent to the output P of the laser light irradiation in the prior art. For this reason, the energy density E (J / mm 3 ) is equivalent.
従って、本実施形態においては、三次元造形物の相対密度をさらに向上させるためには、両側の凸部におけるパワー密度F(W/mm2)を許容値Xの近傍まで増加させるよう赤外レーザ光L1の出力Pを増加させればよい。これにより、エネルギー密度E(J/mm3)を増加させることができるため、三次元造形物においては、チタン鋼の真密度に対する相対密度を向上させることができ、強度が確保できる。このとき、パワー密度F(W/mm2)は、許容値Xを超えていないので、赤外レーザ光L1を照射した照射部の金属が蒸発し、蒸発した際の蒸発反力によって、溶融金属がスパッタとして周囲に飛散する虞はない。このため、スパッタが不純物として造形物に混入されることはないので、三次元造形物として品質が向上する。 Therefore, in this embodiment, in order to further improve the relative density of the three-dimensional structure, an infrared laser is used to increase the power density F (W / mm 2 ) at the convex portions on both sides to the vicinity of the allowable value X. What is necessary is just to increase the output P of the light L1. Thereby, since energy density E (J / mm < 3 >) can be increased, in a three-dimensional structure, the relative density with respect to the true density of titanium steel can be improved, and intensity | strength can be ensured. At this time, since the power density F (W / mm 2 ) does not exceed the allowable value X, the metal of the irradiated portion irradiated with the infrared laser light L1 evaporates, and the molten metal is caused by the evaporation reaction force when evaporated. There is no risk of scattering around as spatter. For this reason, since a sputter | spatter is not mixed in a molded article as an impurity, quality improves as a three-dimensional molded article.
(1−6.製造方法)
次に、造形物の製造方法について,図9のフローチャートに基づき説明する。造形物の製造方法は、金属粉末供給工程S10と、造形工程S20と、を備える。
(1-6. Manufacturing method)
Next, the manufacturing method of a molded article is demonstrated based on the flowchart of FIG. The manufacturing method of a molded article includes a metal powder supply step S10 and a modeling step S20.
まず、準備段階について説明する。はじめに、粉末収納容器22内に、金属粉末15を投入する。次に、製造装置100のチャンバ10内の空気を、図略のガス置換装置によって、例えばHeガスに置換する。
First, the preparation stage will be described. First, the
金属粉末供給工程S10では、制御部45の金属粉末供給制御部25が、金属粉末供給装置20を作動させ、造形物昇降テーブル23上に金属粉末15を供給し、照射範囲Ar1に金属粉末15の薄膜層15aを形成する。このため、金属粉末供給制御部25が、まず、金属粉末15を載せたフィードテーブル24を上昇させるとともに、造形物昇降テーブル23を薄膜層15aの一〜二層分だけ下降させる。
In the metal powder supply step S10, the metal powder
そして、リコータ26を、図1における右から左に向かって移動させて、粉末収納容器22から造形用容器21に金属粉末15を供給し、造形物昇降テーブル23上に粉末の薄膜層15aを形成する。
Then, the
次に、造形工程S20では、造形部70が造形光ビーム照射装置30を制御して赤外レーザ光L1(造形光ビーム)を金属粉末15の薄膜層15aに照射し、薄膜層15aを加熱し焼結又は溶融によって固化させ積層造形する造形処理を行なう。
Next, in modeling process S20, modeling
詳細には、造形工程S20では、赤外レーザ光L1(造形光ビーム)を、所定幅αを有する造形経路Hに沿って照射し、金属粉末15を溶融させた後、固化する。このとき、造形経路Hに沿って赤外レーザ光L1を照射する際に、赤外レーザ光L1を造形経路Hの主方向Mに移動させると共に、赤外レーザ光L1を幅方向の範囲内において照射軌跡Tに沿って往復動させる。なお、往復動させる際には、直前の加熱による熱影響が残っている領域Ar2内で往復動させる。詳細な処理については全て上述したとおりである。これにより、上記で説明した高強度で、高品質な三次元造形物が製造できる。
In detail, in modeling process S20, after irradiating infrared laser beam L1 (modeling light beam) along modeling path H which has predetermined width alpha, and melting
<2.その他>
(2−1.第二実施形態)
次に、第二実施形態について説明する。第二実施形態では、造形物の製造装置200が、第一実施形態の製造装置100に対し、フィードバック装置210を追加し備える(図10参照)。フィードバック装置210は、フォトセンサ130(蒸発検出センサに相当)と、出力演算制御部140と、を備える。フォトセンサ130は、造形部70が所定幅αを有する造形経路Hに沿って赤外レーザ光L1(形光ビーム)を照射する際、照射点において金属粉末15(チタン鋼粉末TiM)が溶融し、溶融後に蒸発した場合に、蒸発した金属粉末15の蒸発量を検出する。
<2. Other>
(2-1. Second embodiment)
Next, a second embodiment will be described. In 2nd embodiment, the
金属の蒸発量の検出は、金属が蒸発する際、発生するプラズマをフォトセンサ130が、検出することにより行なう。なお、プラズマの検出が可能であれば、フォトセンサ130は、どこに配置されてもよい。本実施形態においては、一例として、フォトセンサ130は、レーザヘッド32内に配置する。また、フォトセンサ130は公知の製品であるので、これ以上の詳細な説明は省略する。また、フォトセンサ以外にも、赤外線放射温度計などによる温度計測によってプラズマを検出しても良い。
The amount of metal evaporation is detected by the
出力演算制御部140は制御部45に設けられる。出力演算制御部140は、フォトセンサ130(蒸発検出センサ)が検出した金属の蒸発量に基づき適正な赤外レーザ光L1の出力値を演算する。その後、演算した出力値をレーザ光照射制御部49に送信する。レーザ光照射制御部49は、造形光ビーム照射装置30が照射する赤外レーザ光L1(造形光ビーム)の出力値が、指令された出力値となるよう制御する。
The output
このように、フォトセンサ130によって、金属の蒸発が検出された場合、照射した赤外レーザ光L1の出力Pが大きすぎ、パワー密度F(W/mm2)が許容値Xを超えたことを示している。このため、出力演算制御部140が赤外レーザ光L1の出力Pを所定量だけ減少させる制御や、レーザ走査速度を上昇させる制御などを行なう。これにより、金属の蒸発を防止し、さらに効率よく高強度、及び高品質な三次元造形物が製造できる。
As described above, when metal evaporation is detected by the
(2−2.変形例1及び変形例2)
なお、上記第一、第二実施形態においては、赤外レーザ光L1(造形光ビーム)の照射軌跡Tは、螺旋状であるものとして説明した。しかし、この態様には限らない。変形例1として、往復動する照射軌跡Tを、図11に示すように矩形状としても良い。これによっても、相応の効果が期待できる。また、変形例2として、往復動する照射軌跡Tを、図12に示すように鋸歯状としても良い。これによっても、相応の効果が期待できる。
(2-2. Modification 1 and Modification 2)
In the first and second embodiments described above, the irradiation locus T of the infrared laser light L1 (modeling light beam) has been described as being spiral. However, it is not limited to this aspect. As a first modification, the reciprocating irradiation trajectory T may be rectangular as shown in FIG. A corresponding effect can also be expected by this. As a second modification, the reciprocating irradiation trajectory T may have a sawtooth shape as shown in FIG. A corresponding effect can also be expected by this.
<3.実施形態による効果>
上記実施形態に係る造形物の製造装置100は、赤外レーザ光L1(造形光ビーム)の照射により金属粉末15を焼結又は溶融によって固化させ積層造形する。そして、製造装置100によれば、金属粉末15を赤外レーザ光L1の照射範囲Ar1に供給する金属粉末供給装置20と、照射範囲Ar1に供給された金属粉末15の表面に赤外レーザ光L1を照射する造形光ビーム照射装置30と、造形光ビーム照射装置30を制御して金属粉末15を加熱し焼結又は溶融によって固化させ積層造形する造形処理を行なう造形部70と、を備える。そして、造形部70は、所定幅αを有する造形経路Hに沿って金属粉末15を固化し、造形部70は、造形経路Hに沿って赤外レーザ光L1を照射する際に、赤外レーザ光L1を造形経路Hの主方向Mに移動させると共に、造形経路Hにおいて直前の加熱による熱影響が残っている領域Ar2内で赤外レーザ光L1を幅方向Jに往復動させる。
<3. Effects according to the embodiment>
The
このように、造形物の製造装置100は、造形経路Hの主方向Mに沿って赤外レーザ光L1(造形光ビーム)を照射する際、赤外レーザ光L1を造形経路Hの主方向Mに移動させると共に、造形経路Hにおいて直前の加熱による熱影響が残っている領域Ar2内で赤外レーザ光L1の照射を幅方向Jに往復動させる。
As described above, when the
このため、例えば、赤外レーザ光L1の照射が、見かけ上、従来技術と同様の移動速度で造形経路Hに沿って移動したとしても、その移動は、造形経路Hの所定幅α内において微小な往復動をしながらの移動であるため、往復動における実際の赤外レーザ光L1(造形光ビーム)の移動速度を十分大きくすることが出来る。 For this reason, for example, even if the irradiation of the infrared laser beam L1 apparently moves along the modeling path H at the same moving speed as in the conventional technique, the movement is minute within the predetermined width α of the modeling path H. Therefore, the moving speed of the actual infrared laser beam L1 (modeling light beam) in the reciprocating motion can be sufficiently increased.
従って、往復動において過大なパワー密度F(W/mm2)の発生を抑制しながら、全体として十分なエネルギー密度E(J/mm3)を確保することが出来る。これにより、照射された部分の金属が蒸発し、溶融金属がスパッタとして周囲に飛散することを防止できるとともに、造形物の密度(相対密度)を向上させることができる。 Accordingly, it is possible to ensure a sufficient energy density E (J / mm 3 ) as a whole while suppressing the generation of an excessive power density F (W / mm 2 ) during reciprocation. Thereby, while the metal of the irradiated part evaporates and it can prevent that a molten metal disperses around as a sputter | spatter, the density (relative density) of a molded article can be improved.
また、上記実施形態によれば、造形経路Hの所定幅α内で往復動する赤外レーザ光L1(造形光ビーム)は、一往復動する間に、造形経路Hの主方向Mに移動する。このように、赤外レーザ光L1(造形光ビーム)は、見かけ上、主方向Mに低速で移動しつつ、実際には、高速で往復動するため、過大なパワー密度F(W/mm2)の発生が効果的に抑制できる。 Moreover, according to the said embodiment, the infrared laser beam L1 (modeling light beam) reciprocating within the predetermined width | variety (alpha) of the modeling path | route H moves to the main direction M of the modeling path | route H during one reciprocation. . As described above, the infrared laser beam L1 (modeling light beam) apparently moves at a low speed in the main direction M, and actually reciprocates at a high speed, so that an excessive power density F (W / mm 2). ) Can be effectively suppressed.
また、上記実施形態によれば、赤外レーザ光L1の照射において、造形経路Hの主方向Mにおける見かけ上の平均移動速度である第一速度V1(第一平均移動速度)は、造形経路Hの幅方向Jにおける往復動の実際の平均移動速度である第二速度V2(第二平均移動速度)よりも小さい。これにより、赤外レーザ光L1の照射時において、第二速度V2によって、パワー密度F(W/mm2)を抑制しながら、主方向Mを低速で移動させることにより、十分なエネルギー密度E(J/mm3)を金属粉末15の照射部に付与することができ、造形物の相対密度を向上させることができる。
Moreover, according to the said embodiment, in irradiation of the infrared laser beam L1, the 1st speed V1 (1st average movement speed) which is an apparent average moving speed in the main direction M of the modeling path | route H is modeling path | route H. Is smaller than a second speed V2 (second average moving speed) that is an actual average moving speed of the reciprocating motion in the width direction J. Thereby, at the time of irradiation with the infrared laser light L1, by moving the main direction M at a low speed while suppressing the power density F (W / mm 2 ) by the second speed V2, a sufficient energy density E ( J / mm 3 ) can be applied to the irradiated portion of the
また、上記実施形態によれば、往復動する赤外レーザ光L1(造形光ビーム)の照射軌跡Tは螺旋状である。このため、往復動において、第二速度V2(第二平均移動速度)が「0」になる位置がなく効率的である。 Moreover, according to the said embodiment, the irradiation locus | trajectory T of the infrared laser beam L1 (modeling light beam) which reciprocates is helical. For this reason, in the reciprocating motion, there is no position where the second speed V2 (second average moving speed) becomes “0”, which is efficient.
また、上記実施形態によれば、往復動する赤外レーザ光L1(造形光ビーム)の照射軌跡Tは矩形状である。このため、往復動において、屈曲点では第二速度V2(第二平均移動速度)が「0」になるが、造形経路Hが直線で形成されており、制御が容易に行なえる。 Moreover, according to the said embodiment, the irradiation locus | trajectory T of the infrared laser beam L1 (modeling light beam) which reciprocates is a rectangular shape. For this reason, in the reciprocating motion, the second speed V2 (second average moving speed) is “0” at the bending point, but the modeling path H is formed in a straight line and can be controlled easily.
また、上記実施形態によれば、往復動する前記造形光ビームの照射軌跡Tは鋸歯状である。この態様においても、上記と同様、往復動において、屈曲点では第二速度V2(第二平均移動速度)が「0」になるが、造形経路Hが直線で形成されており、制御が比較的容易に行なえる。 Moreover, according to the said embodiment, the irradiation locus | trajectory T of the said modeling light beam which reciprocates is a sawtooth shape. Also in this aspect, the second speed V2 (second average moving speed) is “0” at the bending point in the reciprocating motion as described above, but the modeling path H is formed in a straight line, and the control is relatively It can be done easily.
また、上記実施形態によれば、造形部70が造形経路Hに沿って赤外レーザ光L1(造形光ビーム)を照射する際、照射された金属粉末15が溶融し、溶融後に蒸発した蒸発量を検出するフォトセンサ130(蒸発検出センサ)と、フォトセンサ130(蒸発検出センサ)が検出した蒸発量に基づき造形光ビーム照射装置30が照射する赤外レーザ光L1(造形光ビーム)の出力Pを制御する出力演算制御部140と、を備える。これにより、確実に金属粉末15の蒸発を防止し、さらに効率よく高強度、及び高品質な三次元造形物が製造できる。
Moreover, according to the said embodiment, when the
また、上記実施形態の造形物の製造方法は、赤外レーザ光L1(造形光ビーム)の照射により金属粉末15を焼結又は溶融によって固化させ積層造形する造形物の製造方法である。そして、造形物の製造方法は、金属粉末15を赤外レーザ光L1の照射範囲Ar1に供給する金属粉末供給工程S10と、赤外レーザ光L1を照射して金属粉末15を加熱し焼結又は溶融によって固化させ積層造形する造形処理を行なう造形工程S20と、を備える。造形工程S20は、所定幅αを有する造形経路Hに沿って金属粉末15を固化し、造形経路Hに沿って赤外レーザ光L1を照射する際に、赤外レーザ光L1を造形経路Hの主方向Mに移動させると共に、造形経路Hにおいて直前の加熱による熱影響が残っている領域Ar2内で赤外レーザ光L1を幅方向Jに往復動させる。これにより、上記製造装置で製造される造形物と同様の造形物が製作できる。
Moreover, the manufacturing method of the modeling object of the said embodiment is a manufacturing method of the modeling object which solidifies and solidifies the
15;金属粉末、 15a;薄膜層、 20;金属粉末供給装置、 25;金属粉末供給制御部、 30;造形光ビーム照射装置、 45;制御部、 49;レーザ光照射制御部、 70;造形部、 100,200;製造装置、 130;蒸発検出センサ(フォトセンサ)、 140;出力演算制御部、 Ar1;照射範囲、 Ar2;領域、 H;造形経路、 J;幅方向、 L1;造形光ビーム(赤外レーザ光)、 M;主方向、 P;出力、 S10;金属粉末供給工程、 S20;造形工程、 T;照射軌跡、 V1;第一平均移動速度(第一速度)、 V2;第二平均移動速度(第二速度)、 α;所定幅。
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記金属粉末を前記造形光ビームの照射範囲に供給する金属粉末供給装置と、
前記照射範囲に供給された前記金属粉末の表面に前記造形光ビームを照射する造形光ビーム照射装置と、
前記造形光ビーム照射装置を制御して前記金属粉末を加熱し前記焼結又は前記溶融によって固化させ積層造形する造形処理を行なう造形部と、
を備え、
前記造形部は、所定幅を有する造形経路に沿って前記金属粉末を固化し、
前記造形部は、前記造形経路に沿って前記造形光ビームを照射する際に、前記造形光ビームを前記造形経路の主方向に移動させると共に、前記造形経路において直前の加熱による熱影響が残っている領域内で前記造形光ビームを幅方向に往復動させる、造形物の製造装置。 It is a manufacturing apparatus for a shaped article that is solidified by sintering or melting a metal powder by irradiation with a modeling light beam,
A metal powder supply device for supplying the metal powder to the irradiation range of the modeling light beam;
A modeling light beam irradiation device for irradiating the surface of the metal powder supplied to the irradiation range with the modeling light beam;
A modeling unit for controlling the modeling light beam irradiation device to heat the metal powder and solidify by the sintering or melting to perform a modeling process for layered modeling;
With
The modeling unit solidifies the metal powder along a modeling path having a predetermined width,
When the modeling unit irradiates the modeling light beam along the modeling path, the modeling unit moves the modeling light beam in the main direction of the modeling path, and a thermal influence from heating immediately before remains in the modeling path. The manufacturing apparatus of a molded article which reciprocates the said modeling light beam in the width direction within the area | region which exists.
一往復動する間に、前記造形経路の前記主方向に移動する、請求項1に記載の造形物の製造装置。 The modeling light beam reciprocating within the predetermined width of the modeling path is
The manufacturing apparatus of a molded article according to claim 1, wherein the apparatus moves in the main direction of the modeling path during one reciprocating movement.
前記造形経路の前記主方向における見かけ上の平均移動速度である第一平均移動速度は、前記造形経路の前記幅方向における前記往復動の実際の平均移動速度である第二平均移動速度よりも小さい、請求項1又は2に記載の造形物の製造装置。 In the irradiation of the modeling light beam,
The first average movement speed that is an apparent average movement speed in the main direction of the modeling path is smaller than the second average movement speed that is an actual average movement speed of the reciprocation in the width direction of the modeling path. The manufacturing apparatus of the molded article of Claim 1 or 2.
前記蒸発検出センサが検出した前記蒸発量に基づき前記造形光ビーム照射装置が照射する前記造形光ビームの出力を制御する出力演算制御部と、を備える、請求項1−6の何れか1項に記載の造形物の製造装置。 When the modeling part irradiates the modeling light beam along the modeling path, the irradiated metal powder is melted, and an evaporation detection sensor that detects an evaporation amount evaporated after melting,
The output calculation control part which controls the output of the said modeling light beam which the said modeling light beam irradiation apparatus irradiates based on the said evaporation amount which the said evaporation detection sensor detected to any one of Claims 1-6 The manufacturing apparatus of the described molded article.
前記金属粉末を前記造形光ビームの照射範囲に供給する金属粉末供給工程と、
前記造形光ビームを照射して前記金属粉末を加熱し前記焼結又は前記溶融によって固化させ積層造形する造形処理を行なう造形工程と、
を備え、
前記造形工程は、
所定幅を有する造形経路に沿って前記金属粉末を固化し、
前記造形経路に沿って前記造形光ビームを照射する際に、前記造形光ビームを前記造形経路の主方向に移動させると共に、前記造形経路において直前の加熱による熱影響が残っている領域内で前記造形光ビームを幅方向に往復動させる、造形物の製造方法。 It is a manufacturing method of a shaped article that is solidified by sintering or melting a metal powder by irradiation of a modeling light beam,
A metal powder supply step of supplying the metal powder to the irradiation range of the modeling light beam;
A modeling step of performing modeling processing to irradiate the modeling light beam and heat the metal powder to solidify by the sintering or melting and laminate modeling,
With
The modeling process
Solidifying the metal powder along a shaping path having a predetermined width;
When irradiating the modeling light beam along the modeling path, the modeling light beam is moved in the main direction of the modeling path, and in the region where the thermal influence from the immediately preceding heating remains in the modeling path. A manufacturing method of a modeled object in which a modeling light beam is reciprocated in the width direction.
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JP2017002004A JP2018111849A (en) | 2017-01-10 | 2017-01-10 | Production device of molded article, and production method |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2024183708A1 (en) * | 2023-03-06 | 2024-09-12 | 云耀深维(江苏)科技有限公司 | Bidirectional powder spreading apparatus and method based on single powder compartment, and 3d printing device |
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2017
- 2017-01-10 JP JP2017002004A patent/JP2018111849A/en active Pending
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