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JP6356177B2 - Additive manufacturing equipment - Google Patents

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JP6356177B2
JP6356177B2 JP2016096779A JP2016096779A JP6356177B2 JP 6356177 B2 JP6356177 B2 JP 6356177B2 JP 2016096779 A JP2016096779 A JP 2016096779A JP 2016096779 A JP2016096779 A JP 2016096779A JP 6356177 B2 JP6356177 B2 JP 6356177B2
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Description

この発明は、積層造形装置に関する。   The present invention relates to an additive manufacturing apparatus.

レーザ光による粉末焼結積層法においては、造形テーブル上に材料粉体を均一に撒布して材料粉体層を形成し、材料粉体層の所定箇所にレーザ光を照射して焼結させることによって焼結層を形成し、この焼結層の上に材料粉体を均一に撒布して新たな材料粉体層を形成し、その新たな材料粉体層にレーザ光を照射して焼結させることによって下の焼結層と接合した新たな焼結層を形成し、そしてこれらを繰り返すことによって、複数の焼結層を積層して一体となる焼結体からなる所望の三次元造形物を形成する。   In the powder sintering lamination method using laser light, material powder is uniformly distributed on a modeling table to form a material powder layer, and a predetermined portion of the material powder layer is irradiated with laser light and sintered. A sintered layer is formed by the above, a material powder is uniformly distributed on the sintered layer, a new material powder layer is formed, and the new material powder layer is irradiated with laser light and sintered. By forming a new sintered layer joined to the lower sintered layer, and repeating these, a desired three-dimensional structure made of a sintered body in which a plurality of sintered layers are laminated and integrated Form.

材料粉体をレーザ光によって焼結する場合は、材料粉体を変質させないように保護するとともに、所要のエネルギーのレーザ光を安定して照射できるようにするために、所定の造形領域の周囲を可能な限り酸素が存在しない状態に維持することが要求される。そのため、現在の積層造形装置は、材料粉体と実質的に反応しない不活性ガス(例えば窒素ガス)で満たされるチャンバ内に材料粉体を撒布してレーザ光を照射するように操作する構成が一般的である。   When sintering the material powder with laser light, the material powder is protected from being altered and the surroundings of the predetermined modeling area are placed in order to stably irradiate the laser light with the required energy. It is required to keep oxygen free as much as possible. Therefore, the current additive manufacturing apparatus has a configuration in which the material powder is distributed in a chamber filled with an inert gas (for example, nitrogen gas) that does not substantially react with the material powder and the laser beam is irradiated. It is common.

また、材料粉体にレーザ光を照射して焼結させるときに、ヒュームと称される特有の煙が発生する。ヒュームがチャンバ内に充満すると、レーザ光を遮蔽して所要のエネルギーのレーザ光が焼結部位に届かなくなり、その結果、図1に示すように造形された積層造形物に異常焼結部(焼結層表面にスパッタが付着して形成された突起物)や鬆(造形物内部の空洞)が形成されやすくなり積層造形物の品質が低下してしまう。或いは、異常焼結部が材料粉体層の形成時に材料粉体を均すブレードに衝突する可能性がある。このとき異常焼結部を例えば切削により除去する必要があるため、余分に時間がかかる。そのため、ヒュームがレーザ光を遮蔽しないように、チャンバ内のヒュームを多く含む汚れた不活性ガスを常時排出しながら、清浄な不活性ガスを供給するように構成される。   In addition, when the material powder is irradiated with laser light and sintered, specific smoke called fume is generated. When the fume fills the chamber, the laser beam is shielded and the laser beam with the required energy does not reach the sintering site. As a result, the abnormally sintered portion (fired) is added to the layered object formed as shown in FIG. Protrusions formed by spattering on the surface of the layered layer) and voids (cavities inside the modeled object) are easily formed, and the quality of the layered modeled object is deteriorated. Alternatively, the abnormally sintered portion may collide with a blade for leveling the material powder when the material powder layer is formed. At this time, since it is necessary to remove the abnormally sintered portion by cutting, for example, extra time is required. Therefore, it is configured to supply clean inert gas while constantly discharging the dirty inert gas containing a large amount of fumes in the chamber so that the fumes do not shield the laser beam.

ヒュームは焼結部位から発生して焼結部位の近くを覆うように上昇するが、レーザ光は、基本的に焼結部位に対してほぼ垂直方向上側から照射されるため、ヒュームとレーザ光の照射経路が重なり合ってしまう。そのため、単にチャンバ内の不活性ガスを循環させるだけでは十分にヒュームを除去できないことがある。そこで、照射経路から離れる方向にヒュームを導くようにチャンバ内の不活性ガスを排出する必要がある。   Fume is generated from the sintered part and rises so as to cover the vicinity of the sintered part, but the laser light is basically irradiated from the upper side in the vertical direction with respect to the sintered part. Irradiation paths overlap. Therefore, it may not be possible to sufficiently remove the fumes simply by circulating the inert gas in the chamber. Therefore, it is necessary to discharge the inert gas in the chamber so as to guide the fumes away from the irradiation path.

例えば、特許文献1にはレーザ光と同軸にウィンドウを包囲するカバーを設けてカバー内にチャンバ内雰囲気とは温度又は比重が異なる不活性ガスを供給することにより、チャンバ内の雰囲気を対流させる積層造形装置が開示されている。また、特許文献2及び特許文献3にはレーザ光の移動に合わせてカバー(それぞれ覆い枠、シュラウド)が移動する積層造形装置が開示されている。   For example, in Patent Document 1, a cover that surrounds a window coaxially with laser light is provided, and an inert gas having a temperature or specific gravity different from that of the atmosphere in the chamber is supplied into the cover, thereby convection of the atmosphere in the chamber. A modeling apparatus is disclosed. Patent Document 2 and Patent Document 3 disclose a layered manufacturing apparatus in which a cover (a cover frame and a shroud) moves in accordance with the movement of a laser beam.

特許第5764751号公報Japanese Patent No. 57674751 特許第5355213号公報Japanese Patent No. 5355213 特開2014−125643号公報JP 2014-125463 A

しかし、特許文献1に開示されている積層造形装置のように、異なる温度又は比重が異なる不活性ガスを供給することは、チャンバ内の雰囲気の維持が難しくなるという問題がある。また、特許文献2及び特許文献3に開示されている積層造形装置は、特許文献1に開示されている積層造形装置に比してチャンバ内の雰囲気を維持しやすいが、不活性ガスの供給とヒュームの吸引がカバー内の同じ空間内で行われるため、ヒュームがカバー内に滞留しやすくカバー内の雰囲気が悪化するおそれがある。ヒュームをより速やかに効果的にレーザ光の照射経路から除去することが必要である。   However, like the additive manufacturing apparatus disclosed in Patent Document 1, supplying inert gases having different temperatures or specific gravity has a problem that it is difficult to maintain the atmosphere in the chamber. In addition, the additive manufacturing apparatus disclosed in Patent Document 2 and Patent Document 3 is easier to maintain the atmosphere in the chamber than the additive manufacturing apparatus disclosed in Patent Document 1, but the supply of inert gas Since the suction of the fumes is performed in the same space in the cover, the fumes are likely to stay in the cover, and the atmosphere in the cover may be deteriorated. It is necessary to remove the fumes from the laser light irradiation path more quickly and effectively.

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、所望の造形物を高品質に造形することができる積層造形装置を提供するものである。   This invention is made | formed in view of such a situation, and provides the layered modeling apparatus which can model a desired molded article with high quality.

本発明によれば、造形領域を覆い且つ不活性ガスで充満されるチャンバと、前記造形領域に撒布された材料粉体を焼結させて焼結層を形成するレーザ光を生成するレーザ光源と、前記チャンバ内の上部から前記造形領域に向かって形成され且つ前記造形領域側に対して開口するカバーユニットと、前記カバーユニットが設けられるホルダと、前記ホルダの位置又は前記カバーユニットの向きの少なくともいずれか一方を制御する駆動装置とを備え、前記カバーユニットは、供給された前記不活性ガスを吐出口から前記造形領域に吐出する不活性ガス供給カバーと、前記焼結層の形成時に前記造形領域上で発生したヒュームを含む不活性ガスを吸引口から吸引するヒューム吸引カバーとを有し、前記駆動装置は、前記レーザ光が前記不活性ガス供給カバーの内部を通過し前記造形領域に照射されるように前記レーザ光の照射経路に合わせて前記ホルダの位置又は前記カバーユニットの向きの少なくともいずれか一方を制御するように構成される、積層造形装置が提供される。   According to the present invention, a chamber that covers the modeling region and is filled with an inert gas, and a laser light source that generates a laser beam that forms a sintered layer by sintering the material powder distributed in the modeling region. A cover unit that is formed from the upper part in the chamber toward the modeling region and that opens to the modeling region side; a holder in which the cover unit is provided; and at least the position of the holder or the direction of the cover unit A driving device that controls either one of them, and the cover unit is configured to form the inert gas supply cover that discharges the supplied inert gas from a discharge port to the modeling region, and the modeling layer is formed when the sintered layer is formed. A fume suction cover for sucking an inert gas containing fumes generated on the region from a suction port, and the driving device is configured such that the laser beam is emitted from the inert gas. A layered structure configured to control at least one of the position of the holder and the direction of the cover unit in accordance with the irradiation path of the laser beam so as to pass through the inside of the feed cover and irradiate the modeling region. A modeling apparatus is provided.

本発明に係る積層造形装置は、不活性ガス供給カバーとヒューム吸引カバーとを有するカバーユニットを備え、清浄な不活性ガス供給カバーの内部にレーザ光の照射経路があるように構成される。これにより、ヒュームによるレーザ光の遮断を抑制し且つ発生したヒュームが吸引カバーを介して効率的に吸引されるため、より高品質な造形物を得ることができる。   The additive manufacturing apparatus according to the present invention includes a cover unit having an inert gas supply cover and a fume suction cover, and is configured such that a laser beam irradiation path is provided inside a clean inert gas supply cover. Thereby, since interruption | blocking of the laser beam by a fume is suppressed and the produced | generated fume is attracted | sucked efficiently via a suction cover, a higher quality molded article can be obtained.

以下、本発明の種々の実施形態を例示する。以下に示す実施形態は互いに組み合わせ可能である。   Hereinafter, various embodiments of the present invention will be exemplified. The following embodiments can be combined with each other.

好ましくは、前記不活性ガス供給カバーの前記吐出口は、前記カバーユニットの造形方向側に設けられ、前記ヒューム吸引カバーの前記吸引口は、前記カバーユニットの反造形方向側に設けられる。   Preferably, the discharge port of the inert gas supply cover is provided on the modeling direction side of the cover unit, and the suction port of the fume suction cover is provided on the anti-modeling direction side of the cover unit.

好ましくは、前記カバーユニットにおいて前記吐出口と前記吸引口とが隣接して設けられる。   Preferably, in the cover unit, the discharge port and the suction port are provided adjacent to each other.

好ましくは、前記カバーユニットにおいて前記不活性ガス供給カバーと前記ヒューム吸引カバーとが一体となって設けられる。   Preferably, in the cover unit, the inert gas supply cover and the fume suction cover are integrally provided.

好ましくは、前記レーザ光源の照射端は前記ホルダ内部に設けられ、前記駆動装置は前記ホルダの位置を移動させて前記レーザ光の照射位置を移動させる。   Preferably, the irradiation end of the laser light source is provided inside the holder, and the driving device moves the position of the holder to move the irradiation position of the laser light.

好ましくは、前記レーザ光は、光偏向器によって照射位置を制御可能に構成され、前記駆動装置は、前記レーザ光の照射経路に合わせて前記カバーユニットの向きを制御するように構成される。   Preferably, the irradiation position of the laser beam can be controlled by an optical deflector, and the driving device is configured to control the orientation of the cover unit in accordance with the irradiation path of the laser beam.

好ましくは、前記不活性ガス供給カバーは、前記チャンバ内の上部から前記造形領域に向かって断面積が小さくなるように形成される。   Preferably, the inert gas supply cover is formed so that a cross-sectional area decreases from an upper part in the chamber toward the modeling region.

好ましくは、前記不活性ガス供給カバーにおける前記吐出口の径は、焼結層の形成に係る1回の前記レーザ光の走査において造形方向に直交する前記レーザ光の実質的な焼結範囲の長さの2〜20倍である。   Preferably, the diameter of the discharge port in the inert gas supply cover is a length of a substantial sintering range of the laser beam orthogonal to the modeling direction in one scanning of the laser beam related to formation of the sintered layer. 2 to 20 times the height.

従来技術に係り、ヒュームによる積層造形物の品質の低下を示す概略図である。It is the schematic which concerns on a prior art and shows the fall of the quality of the layered product by a fume. 本発明の第1実施形態に係る積層造形装置の構成図である。1 is a configuration diagram of an additive manufacturing apparatus according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第1及び第2実施形態に係る粉体層形成装置3の斜視図である。It is a perspective view of the powder layer forming apparatus 3 which concerns on 1st and 2nd embodiment of this invention. 本発明の第1及び第2実施形態に係るリコータヘッド11の斜視図である。It is a perspective view of the recoater head 11 concerning the 1st and 2nd embodiment of the present invention. 本発明の第1及び第2実施形態に係るリコータヘッド11の別の角度から見た斜視図である。It is the perspective view seen from another angle of the recoater head 11 concerning the 1st and 2nd embodiments of the present invention. 本発明の第1実施形態に係るカバーユニット70の断面を示す概略図である。It is the schematic which shows the cross section of the cover unit 70 which concerns on 1st Embodiment of this invention. レーザ光Lの照射領域及び分割領域を例示する概略図である。It is the schematic which illustrates the irradiation area | region of a laser beam L, and a division area. レーザ光Lの照射経路を例示する概略図である。3 is a schematic view illustrating an irradiation path of laser light L. FIG. 本発明の第1実施形態に係る積層造形装置を用いた積層造形方法の説明図である。It is explanatory drawing of the additive manufacturing method using the additive manufacturing apparatus which concerns on 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態に係る積層造形装置を用いた積層造形方法の説明図である。It is explanatory drawing of the additive manufacturing method using the additive manufacturing apparatus which concerns on 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態に係る積層造形装置を用いた積層造形方法の説明図である。It is explanatory drawing of the additive manufacturing method using the additive manufacturing apparatus which concerns on 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態に係る積層造形装置を用いた積層造形方法の説明図である。It is explanatory drawing of the additive manufacturing method using the additive manufacturing apparatus which concerns on 1st Embodiment of this invention. 本発明の第2実施形態に係る積層造形装置の構成図である。It is a block diagram of the additive manufacturing apparatus which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態の変形例に係る積層造形装置の構成図である。It is a block diagram of the additive manufacturing apparatus which concerns on the modification of 1st Embodiment of this invention.

以下、図面を用いて本発明の実施形態について説明する。以下に示す実施形態中で示した各種特徴事項は、互いに組み合わせ可能である。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Various characteristic items shown in the following embodiments can be combined with each other.

1.第1実施形態
まず、本発明の第1実施形態に係る積層造形装置について説明する。図2に示すように、本発明の第1実施形態に係る積層造形装置は、不活性ガスが充満されるチャンバ1内に粉体層形成装置3が設けられる。
1. First Embodiment First, an additive manufacturing apparatus according to a first embodiment of the present invention will be described. As shown in FIG. 2, the additive manufacturing apparatus according to the first embodiment of the present invention includes a powder layer forming apparatus 3 in a chamber 1 filled with an inert gas.

粉体層形成装置3は、造形領域Rを有するベース台4と、ベース台4上に配置され且つ水平1軸方向(矢印B方向)に移動可能に構成されたリコータヘッド11と、を備える。造形領域Rには、上下方向(図2の矢印A方向)に移動可能な造形テーブル5が設けられる。積層造形装置の使用時には、造形テーブル5上に造形プレート7が配置され、その上に材料粉体層8が形成される。また、所定の照射領域は、造形領域R内に存在し、所望の三次元造形物の輪郭形状で囲繞される領域とおおよそ一致する。   The powder layer forming apparatus 3 includes a base table 4 having a modeling region R, and a recoater head 11 that is arranged on the base table 4 and configured to be movable in the horizontal uniaxial direction (arrow B direction). . The modeling region R is provided with a modeling table 5 that can move in the vertical direction (the direction of arrow A in FIG. 2). When the additive manufacturing apparatus is used, the modeling plate 7 is disposed on the modeling table 5, and the material powder layer 8 is formed thereon. In addition, the predetermined irradiation region exists in the modeling region R and approximately matches the region surrounded by the contour shape of the desired three-dimensional structure.

造形テーブル5の周りには、粉体保持壁26が設けられる。粉体保持壁26と造形テーブル5とによって囲まれる粉体保持空間には、未焼結の材料粉体が保持される。図2においては不図示であるが、粉体保持壁26の下側には、粉体保持空間内の材料粉体を排出可能な粉体排出部が設けられてもよい。かかる場合、積層造形の完了後に造形テーブル5を降下させることによって、未焼結の材料粉体が粉体排出部から排出される。排出された材料粉体は、シューターガイドによってシューターに案内され、シューターを通じてバケットに収容されることになる。   A powder holding wall 26 is provided around the modeling table 5. In the powder holding space surrounded by the powder holding wall 26 and the modeling table 5, unsintered material powder is held. Although not shown in FIG. 2, a powder discharge unit capable of discharging the material powder in the powder holding space may be provided below the powder holding wall 26. In such a case, the unsintered material powder is discharged from the powder discharge section by lowering the modeling table 5 after the completion of the layered modeling. The discharged material powder is guided to the shooter by the shooter guide and is accommodated in the bucket through the shooter.

リコータヘッド11は、図3〜図5に示すように、材料収容部11aと材料供給部11bと材料排出部11cとを有する。   As shown in FIGS. 3 to 5, the recoater head 11 includes a material storage portion 11 a, a material supply portion 11 b, and a material discharge portion 11 c.

材料収容部11aは材料粉体を収容する。なお、材料粉体は、例えば金属粉(例:鉄粉)であり、例えば平均粒径20μmの球形である。材料供給部11bは、材料収容部11aの上面に設けられ、不図示の材料供給装置から材料収容部11aに供給される材料粉体の受口となる。材料排出部11cは、材料収容部11aの底面に設けられ、材料収容部11a内の材料粉体を排出する。なお、材料排出部11cは、リコータヘッド11の移動方向(矢印B方向)に直交する水平1軸方向(矢印C方向)に延びるスリット形状である。   The material accommodating part 11a accommodates material powder. The material powder is, for example, metal powder (eg, iron powder), for example, a spherical shape having an average particle diameter of 20 μm. The material supply unit 11b is provided on the upper surface of the material storage unit 11a, and serves as a receiving port for the material powder supplied from the material supply device (not shown) to the material storage unit 11a. The material discharge part 11c is provided in the bottom face of the material storage part 11a, and discharges the material powder in the material storage part 11a. In addition, the material discharge | emission part 11c is a slit shape extended in the horizontal uniaxial direction (arrow C direction) orthogonal to the moving direction (arrow B direction) of the recoater head 11. FIG.

また、リコータヘッド11の両側面には、ブレード11fb、11rbとリコータヘッド供給口11fsとリコータヘッド排出口11rsとが設けられる。ブレード11fb、11rbは、材料排出部11cから排出された材料粉体を平坦化して材料粉体層8を形成する。リコータヘッド供給口11fs及びリコータヘッド排出口11rsは、リコータヘッド11の移動方向(矢印B方向)に直交する水平1軸方向(矢印C方向)に沿ってそれぞれ設けられ、不活性ガスの供給及び排出を行う(詳細は後述)。本明細書において、「不活性ガス」とは、材料粉体と実質的に反応しないガスであり、窒素ガス、アルゴンガス、ヘリウムガス等が例示される。   Also, blades 11fb and 11rb, a recoater head supply port 11fs, and a recoater head discharge port 11rs are provided on both side surfaces of the recoater head 11. The blades 11fb and 11rb flatten the material powder discharged from the material discharge portion 11c to form the material powder layer 8. The recoater head supply port 11fs and the recoater head discharge port 11rs are respectively provided along a horizontal one-axis direction (arrow C direction) orthogonal to the moving direction of the recoater head 11 (arrow B direction). Supply and discharge (details will be described later). In this specification, the “inert gas” is a gas that does not substantially react with the material powder, and examples thereof include nitrogen gas, argon gas, and helium gas.

チャンバ1の上方にはレーザ光源42が設けられる。図2、図6に示すように、レーザ光源42は、光ケーブル42aを通じ光コネクタ43aを介してホルダ43と接続されている。光コネクタ43aの先端からレーザ光Lが照射されるので、図6では光コネクタ43aの先端をレーザ光照射端43bとして表記している。   A laser light source 42 is provided above the chamber 1. As shown in FIGS. 2 and 6, the laser light source 42 is connected to the holder 43 through the optical cable 43a and the optical connector 43a. Since the laser beam L is irradiated from the tip of the optical connector 43a, the tip of the optical connector 43a is represented as a laser beam irradiation end 43b in FIG.

ホルダ43は、その内部においてレーザ光Lがコリメータ44と光学処理ユニット45と保護ガラス45aとカバーユニット70における不活性ガス供給カバー71とを通り、造形領域R上に撒布された材料粉体層8を焼結するように、チャンバ1内の上部から造形領域Rに向かって延びるように構成される。ホルダ43は駆動装置65により、造形領域R上の任意の位置に移動可能である。コリメータ44は、レーザ光Lを平行光にする。光学処理ユニット45は、レーザ光Lの照射スポットの形状等を制御する。カバーユニット70については後に詳述するものとする。   In the holder 43, the material powder layer 8 in which the laser light L passes through the collimator 44, the optical processing unit 45, the protective glass 45 a, and the inert gas supply cover 71 in the cover unit 70 and is distributed on the modeling region R. Is configured to extend from the upper part in the chamber 1 toward the modeling region R. The holder 43 can be moved to an arbitrary position on the modeling region R by the driving device 65. The collimator 44 makes the laser light L parallel light. The optical processing unit 45 controls the shape and the like of the irradiation spot of the laser light L. The cover unit 70 will be described in detail later.

以上のような構成によれば、レーザ光Lはホルダ43の直下方向に照射される。そのため、ホルダ43を所望の位置に移動させることで、所望の位置にレーザ光Lを照射することができる。   According to the configuration as described above, the laser beam L is irradiated in the direction directly below the holder 43. Therefore, the laser beam L can be irradiated to a desired position by moving the holder 43 to a desired position.

レーザ光Lは、材料粉体を焼結可能なものであればその種類は限定されず、例えば、COレーザ、ファイバーレーザ、YAGレーザなどである。 The type of the laser beam L is not limited as long as the material powder can be sintered, and examples thereof include a CO 2 laser, a fiber laser, and a YAG laser.

ホルダ43の下側にはカバーユニット70が設けられる。ホルダ43の高さを制御することで、カバーユニット70の先端が造形領域Rに近接可能に構成され、当該先端は開口している。カバーユニット70は、不活性ガス供給カバー71とヒューム吸引カバー72から成る2つのカバーを有し、それらの開口部(それぞれ吐出口71b及び吸引口72bと称する。)が略隣接するように構成される。図6に示す例においては、不活性ガス供給カバー71とヒューム吸引カバー72とが一体となって構成されている。   A cover unit 70 is provided below the holder 43. By controlling the height of the holder 43, the tip of the cover unit 70 is configured to be close to the modeling region R, and the tip is open. The cover unit 70 has two covers including an inert gas supply cover 71 and a fume suction cover 72, and their openings (referred to as discharge ports 71b and suction ports 72b, respectively) are substantially adjacent to each other. The In the example shown in FIG. 6, an inert gas supply cover 71 and a fume suction cover 72 are integrally formed.

不活性ガス供給カバー71は、その内部に不活性ガスを供給する供給口としてカバーユニット供給口71aを有する。カバーユニット供給口71aは、後述する不活性ガス供給装置15と接続され、清浄な不活性ガスが不活性ガス供給カバー71の内部に細孔71cを介して流れ込むように構成される。不活性ガス供給カバー71の内部は、光学処理ユニット45と保護ガラス45aを介して空間的に隔てられており、保護ガラス45aは、レーザ光Lを透過させつつもヒュームを含んだ不活性ガスの上部への流入を防止する。例えば、レーザ光Lがファイバーレーザ又はYAGレーザの場合、保護ガラス45aは石英ガラスで構成可能である。   The inert gas supply cover 71 has a cover unit supply port 71a as a supply port for supplying an inert gas therein. The cover unit supply port 71a is connected to an inert gas supply device 15 to be described later, and is configured so that clean inert gas flows into the inert gas supply cover 71 through the pores 71c. The inside of the inert gas supply cover 71 is spatially separated via the optical processing unit 45 and the protective glass 45a, and the protective glass 45a allows the inert gas containing fumes while transmitting the laser light L. Prevent inflow to the top. For example, when the laser beam L is a fiber laser or a YAG laser, the protective glass 45a can be made of quartz glass.

ヒューム吸引カバー72は、その吸引口72bが不活性ガス供給カバー71における吐出口71bと略隣接するように設けられている。また、ヒューム吸引カバー72は、その内部がホルダ43の側面へと向かうように設けられ、当該側面にはカバーユニット排出口72aが設けられている。カバーユニット排出口72aは、ダクトボックス21を介して後述するヒュームコレクタ19と接続され、ヒュームを含んだ不活性ガスがヒューム吸引カバー72の内部に流れ込むように構成される。   The fume suction cover 72 is provided so that the suction port 72 b is substantially adjacent to the discharge port 71 b in the inert gas supply cover 71. Further, the fume suction cover 72 is provided so that its inside faces the side surface of the holder 43, and a cover unit discharge port 72a is provided on the side surface. The cover unit discharge port 72 a is connected to a fume collector 19, which will be described later, via the duct box 21, and is configured such that an inert gas containing fume flows into the fume suction cover 72.

次に、不活性ガス給排系統について説明する。不活性ガス給排系統は、チャンバ1に設けられる複数の不活性ガスの供給口及び排出口と、各供給口及び各排出口と不活性ガス供給装置15及びヒュームコレクタ19とを接続する配管を含む。本実施形態では、リコータヘッド供給口11fs、チャンバ供給口1b、副供給口1e、及びカバーユニット供給口71aを含む供給口と、チャンバ排出口1c、リコータヘッド排出口11rs、及びカバーユニット排出口72aとを含む排出口を備える。   Next, the inert gas supply / discharge system will be described. The inert gas supply / discharge system includes a plurality of inert gas supply ports and discharge ports provided in the chamber 1, and pipes that connect the supply ports and the discharge ports to the inert gas supply device 15 and the fume collector 19. Including. In the present embodiment, a supply port including a recoater head supply port 11fs, a chamber supply port 1b, a sub supply port 1e, and a cover unit supply port 71a, a chamber discharge port 1c, a recoater head discharge port 11rs, and a cover unit discharge port. A discharge port including an outlet 72a is provided.

リコータヘッド供給口11fsは、チャンバ排出口1cの設置位置に対応してチャンバ排出口1cに対面するように設けられる。好ましくは、リコータヘッド供給口11fsは、リコータヘッド11が不図示の材料供給装置の設置位置に対して所定の照射領域を挟んで反対側に位置しているときにチャンバ排出口1cと対面するように、矢印C方向に沿ってリコータヘッド11の片面に設けられる。   The recoater head supply port 11fs is provided so as to face the chamber discharge port 1c corresponding to the installation position of the chamber discharge port 1c. Preferably, the recoater head supply port 11fs faces the chamber discharge port 1c when the recoater head 11 is located on the opposite side of a predetermined irradiation region with respect to the installation position of the material supply device (not shown). As shown, the recoater head 11 is provided on one surface along the arrow C direction.

チャンバ排出口1cは、チャンバ1の側板にリコータヘッド供給口11fsに対面するように所定の照射領域から所定距離離れて設けられる。また、チャンバ排出口1cに接続するように不図示の吸引装置が設けられるとよい。当該吸引装置は、レーザ光Lの照射経路からヒュームを効率よく排除することを助ける。また、吸引装置によってチャンバ排出口1cにおいて、より多くの量のヒュームを排出することができ、造形空間1d内にヒュームが拡散しにくくなる。   The chamber discharge port 1c is provided on the side plate of the chamber 1 at a predetermined distance from a predetermined irradiation region so as to face the recoater head supply port 11fs. A suction device (not shown) may be provided so as to be connected to the chamber outlet 1c. The suction device helps to efficiently remove fumes from the irradiation path of the laser light L. Further, a larger amount of fumes can be discharged from the chamber discharge port 1c by the suction device, and the fumes are less likely to diffuse into the modeling space 1d.

チャンバ供給口1bは、ベース台4の端上に所定の照射領域を間に置いてチャンバ排出口1cに対面するように設けられる。チャンバ供給口1bは、リコータヘッド11が所定の照射領域を通過してリコータヘッド供給口11fsが所定の照射領域を間に置かずにチャンバ排出口1cに直面する位置にあるとき、リコータヘッド供給口11fsからチャンバ供給口1bに選択的に切り換えられて開放される。そのため、チャンバ供給口1bは、リコータヘッド供給口11fsから供給される不活性ガスと同じ所定の圧力と流量の不活性ガスをチャンバ排出口1cに向けて供給するので、常に同じ方向に不活性ガスの流れを作り出し、安定した焼結を行なえる点で有利である。   The chamber supply port 1b is provided on the end of the base table 4 so as to face the chamber discharge port 1c with a predetermined irradiation region in between. When the recoater head 11 passes through a predetermined irradiation region and the recoater head supply port 11fs faces the chamber discharge port 1c without interposing the predetermined irradiation region, the chamber supply port 1b is The head supply port 11fs is selectively switched to the chamber supply port 1b to be opened. For this reason, the chamber supply port 1b supplies the inert gas having the same predetermined pressure and flow rate as the inert gas supplied from the recoater head supply port 11fs toward the chamber discharge port 1c, so that it is always inert in the same direction. It is advantageous in that a gas flow can be created and stable sintering can be performed.

リコータヘッド排出口11rsは、リコータヘッド11のリコータヘッド供給口11fsが設けられている片面に対して反対側の側面に、矢印C方向に沿って設けられる。リコータヘッド供給口11fsから不活性ガスを供給できないとき、換言すれば、チャンバ供給口1bから不活性ガスを供給するときに、所定の照射領域のより近くで不活性ガスの流れを作り出していくらかのヒュームを排出するので、ヒュームをより効率よくレーザ光Lの照射経路から排除することができる。   The recoater head discharge port 11rs is provided along the arrow C direction on the side surface opposite to the one surface of the recoater head 11 where the recoater head supply port 11fs is provided. When the inert gas cannot be supplied from the recoater head supply port 11fs, in other words, when the inert gas is supplied from the chamber supply port 1b, some flow of the inert gas is created near the predetermined irradiation region. Therefore, the fumes can be more efficiently excluded from the irradiation path of the laser light L.

また、本実施形態の不活性ガス給排系統は、チャンバ排出口1cに対面するようにチャンバ1の側板に設けられヒュームコレクタ19から送給されるヒュームが除去された清浄な不活性ガスを造形空間1dに供給する副供給口1eと、カバーユニット70における不活性ガス供給カバー71の内部に不活性ガスを供給するカバーユニット供給口71aと、ヒューム吸引カバー72を介してヒュームを多く含む不活性ガスを排出するカバーユニット排出口72aとを備える。   In addition, the inert gas supply / discharge system of the present embodiment forms a clean inert gas that is provided on the side plate of the chamber 1 so as to face the chamber discharge port 1c and from which the fumes fed from the fume collector 19 are removed. The sub supply port 1e that supplies the space 1d, the cover unit supply port 71a that supplies inert gas to the inside of the inert gas supply cover 71 in the cover unit 70, and the inert material that contains a large amount of fume via the fume suction cover 72. And a cover unit discharge port 72a for discharging gas.

チャンバ1への不活性ガス供給系統には、不活性ガス供給装置15と、ヒュームコレクタ19が接続されている。不活性ガス供給装置15は、不活性ガスを供給する機能を有し、例えば、周囲の空気から窒素ガスを取り出す膜式窒素セパレータを備える装置である。本実施形態では、図2に示すように、リコータヘッド供給口11fs、チャンバ供給口1b、及びカバーユニット供給口71aと接続される。   An inert gas supply device 15 and a fume collector 19 are connected to the inert gas supply system to the chamber 1. The inert gas supply device 15 has a function of supplying an inert gas, and includes, for example, a membrane nitrogen separator that extracts nitrogen gas from ambient air. In the present embodiment, as shown in FIG. 2, the recoater head supply port 11fs, the chamber supply port 1b, and the cover unit supply port 71a are connected.

ヒュームコレクタ19は、その上流側及び下流側にそれぞれダクトボックス21、23を有する。チャンバ1から排出されたヒュームを含む不活性ガスは、ダクトボックス21を通じてヒュームコレクタ19に送られ、ヒュームコレクタ19においてヒュームが除去された清浄な不活性ガスがダクトボックス23を通じてチャンバ1の副供給口1eへ送られる。このような構成により、不活性ガスの再利用が可能になっている。   The fume collector 19 has duct boxes 21 and 23 on the upstream side and the downstream side, respectively. The inert gas containing the fumes discharged from the chamber 1 is sent to the fume collector 19 through the duct box 21, and the clean inert gas from which the fumes have been removed in the fume collector 19 is passed through the duct box 23 to the auxiliary supply port of the chamber 1. 1e. With such a configuration, the inert gas can be reused.

ヒューム排出系統として、図2に示すように、チャンバ排出口1c、リコータヘッド排出口11rs及びカバーユニット排出口72aとヒュームコレクタ19とがダクトボックス21を通じてそれぞれ接続される。ヒュームコレクタ19においてヒュームが取り除かれた後の清浄な不活性ガスは、チャンバ1へと返送され再利用される。   As a fume discharge system, as shown in FIG. 2, the chamber discharge port 1 c, the recoater head discharge port 11 rs, the cover unit discharge port 72 a and the fume collector 19 are connected through the duct box 21. The clean inert gas after the fume is removed in the fume collector 19 is returned to the chamber 1 and reused.

なお、上記不活性ガス給排系統はあくまでも例示でありこれに限るものではないが、特に、不活性ガス供給系統はホルダ43に設けられるカバーユニット70において不活性ガス供給カバー71が備えるカバーユニット供給口71aと接続されており、ヒューム排出系統はホルダ43に設けられるカバーユニット70において不活性ガス供給カバー71が備えるカバーユニット排出口72aと接続されている。   The inert gas supply / exhaust system is merely an example and is not limited thereto. In particular, the inert gas supply system is a cover unit supply provided in the inert gas supply cover 71 in the cover unit 70 provided in the holder 43. The fume discharge system is connected to a cover unit discharge port 72 a included in the inert gas supply cover 71 in the cover unit 70 provided in the holder 43.

図6に示すように、カバーユニット供給口71aに不活性ガスを供給することによって、不活性ガスは、不活性ガス供給カバー71を通り吐出口71bから造形空間1d(特に造形領域R)に向けて吐出される。これによって不活性ガス供給カバー71の内部をヒュームの無い清浄な状態に保つことができる。その結果、不活性ガス供給カバー71の内部を通過するレーザ光Lがヒュームに遮断されることなく材料粉体層8に照射されることとなる。   As shown in FIG. 6, by supplying an inert gas to the cover unit supply port 71a, the inert gas passes through the inert gas supply cover 71 from the discharge port 71b toward the modeling space 1d (particularly the modeling region R). Discharged. As a result, the inside of the inert gas supply cover 71 can be kept clean with no fume. As a result, the laser beam L passing through the inside of the inert gas supply cover 71 is irradiated to the material powder layer 8 without being blocked by fume.

好ましくは、カバーユニット供給口71aに供給される不活性ガスは、他の供給口に供給される不活性ガスの圧力よりも若干高い(例えば5%以上高い)圧力に設定されるとよい。これにより、不活性ガス供給カバー71の内部から造形空間1dへ向かう気流が形成されやすくなる。また、不活性ガス供給カバー71の内部を特に清浄に保つために、吐出口71bへ向かう気流の流速を材料粉体を巻き上げない程度に速めることが好ましい。また、不活性ガスはレーザ光Lの照射位置に対して局所的に供給されることが好ましい。そのために、不活性ガス供給カバー71の断面が上部から下部に向かって断面が小さくなる構造であることが好ましい。なお、図6に示すホルダ43及びカバーユニット70の断面の形状及び構成はあくまでも例示でありこの限りではない。   Preferably, the inert gas supplied to the cover unit supply port 71a may be set to a pressure slightly higher (for example, 5% or higher) than the pressure of the inert gas supplied to the other supply ports. Thereby, the airflow which goes to the modeling space 1d from the inside of the inert gas supply cover 71 becomes easy to be formed. Further, in order to keep the inside of the inert gas supply cover 71 particularly clean, it is preferable to increase the flow rate of the air flow toward the discharge port 71b so as not to wind up the material powder. Moreover, it is preferable that the inert gas is locally supplied to the irradiation position of the laser beam L. Therefore, it is preferable that the cross section of the inert gas supply cover 71 has a structure in which the cross section decreases from the upper part toward the lower part. Note that the cross-sectional shapes and configurations of the holder 43 and the cover unit 70 shown in FIG. 6 are merely examples and are not limited thereto.

本実施形態では、ヒュームコレクタ19からの不活性ガスが副供給口1eに送られ、不活性ガス供給装置15からの不活性ガスがリコータヘッド供給口11fs、チャンバ供給口1b、及びカバーユニット供給口71aに送られるように構成されている。ヒュームコレクタ19からの不活性ガス中には除去しきれなかったヒュームが残留するおそれがあるが、本実施形態の構成では、ヒュームコレクタ19からの不活性ガスが特に高い清純度が要求される空間(不活性ガス供給カバー71の内部及び造形領域R近傍の空間)に供給されないので、残留ヒュームの影響を最小限にすることができる。また、不活性ガス供給装置15からの不活性ガスの供給圧力を、ヒュームコレクタ19からの不活性ガスの供給圧力よりも高くすることによって、ヒュームコレクタ19からの不活性ガスが不活性ガス供給カバー71の内部及び造形領域R近傍の空間に近づくことが抑制され、残留ヒュームの影響が更に効果的に抑制される。   In this embodiment, the inert gas from the fume collector 19 is sent to the sub supply port 1e, and the inert gas from the inert gas supply device 15 is supplied to the recoater head supply port 11fs, the chamber supply port 1b, and the cover unit. It is configured to be sent to the mouth 71a. Although there is a possibility that fumes that could not be removed remain in the inert gas from the fume collector 19, in the configuration of the present embodiment, the space in which the inert gas from the fume collector 19 requires particularly high purity is required. Since it is not supplied to the inside of the inert gas supply cover 71 and the space near the modeling region R, the influence of residual fume can be minimized. Also, the inert gas supply pressure from the fume collector 19 is increased by making the supply pressure of the inert gas from the inert gas supply device 15 higher than the supply pressure of the inert gas from the fume collector 19. It is suppressed that the inside of 71 and the space of the modeling area | region R vicinity are approached, and the influence of a residual fume is suppressed more effectively.

上述の通り、不活性ガス供給カバー71の内部にレーザ光Lの照射経路があり、かかるレーザ光Lの照射により材料粉体層8が焼結され焼結層8fが形成される。このときにヒュームが発生する。本実施形態では、不活性ガス供給カバー71における吐出口71b及びヒューム吸引カバー72の吸引口72bは略隣接しており、且つ駆動装置65によってホルダ43を下降させヒューム吸引カバー72の吸引口72bを造形領域Rに極力近接させることができる。これによって、レーザ光Lの照射に伴い発生したヒュームを従来技術に比しても明らかにヒュームが発生位置に近い位置で吸引することができる構成となっている。   As described above, there is an irradiation path of the laser beam L inside the inert gas supply cover 71, and the material powder layer 8 is sintered by the irradiation of the laser beam L to form a sintered layer 8 f. At this time, fumes are generated. In the present embodiment, the discharge port 71 b in the inert gas supply cover 71 and the suction port 72 b of the fume suction cover 72 are substantially adjacent to each other, and the holder 43 is lowered by the driving device 65 to change the suction port 72 b of the fume suction cover 72. The modeling region R can be made as close as possible. Thus, the configuration is such that the fumes generated by the irradiation of the laser beam L can be sucked at a position that is clearly close to the position where the fumes are generated, as compared with the conventional technology.

更に、図6に示すように、不活性ガス供給カバー71の吐出口71bは、カバーユニット70の造形方向側に設けられ、ヒューム吸引カバー72の吸引口72bは、カバーユニット70の反造形方向側に設けられることが好ましい。かかる構成であれば、造形方向と逆方向に気流が形成されるため、吐出口71bから吐出され発生したヒュームを回収し吸引口72bへと運ぶ不活性ガスの気流がより効果的に形成できる。更には、造形中に吸引口72bが既にレーザ光Lが照射された焼結層の上に位置することになるため、吸引口72bから不用意に材料粉体が吸引されることを防止することができる。このような構成にするために、カバーユニット70の向きが固定される場合は、造形方向を一定にすればよい。或いは、カバーユニット70を回転可能に構成し、造形方向に応じて吐出口71b、吸引口72bの位置を変更してもよい。   Further, as shown in FIG. 6, the discharge port 71 b of the inert gas supply cover 71 is provided on the modeling direction side of the cover unit 70, and the suction port 72 b of the fume suction cover 72 is on the counter modeling direction side of the cover unit 70. It is preferable to be provided. With such a configuration, since an air flow is formed in the direction opposite to the modeling direction, an air flow of an inert gas that collects fumes discharged and generated from the discharge port 71b and transports it to the suction port 72b can be more effectively formed. Furthermore, since the suction port 72b is positioned on the sintered layer that has already been irradiated with the laser beam L during modeling, material powder is prevented from being inadvertently sucked from the suction port 72b. Can do. In order to make such a configuration, when the orientation of the cover unit 70 is fixed, the modeling direction may be made constant. Alternatively, the cover unit 70 may be configured to be rotatable, and the positions of the discharge port 71b and the suction port 72b may be changed according to the modeling direction.

ここで、造形方向について説明する。レーザ光Lによる焼結層の形成にあたっては、図7(a)に示すように、各材料粉体層8毎の照射領域を所定の長さ毎に分割し、分割された各分割領域毎にレーザ光Lをラスタ走査させ焼結層を形成することを繰り返し、照射領域と対応する所望の焼結層を形成する。ここでは、焼結層を各分割領域に分割する幅を分割幅、分割幅に係る方向に直交し各分割領域において徐々に焼結層が形成されていく方向を造形方向と呼ぶ。なお、図7(a)における矢印はある分割領域におけるレーザ光Lの照射経路の一例を示しており、以下において詳細に説明する。   Here, the modeling direction will be described. In the formation of the sintered layer by the laser beam L, as shown in FIG. 7A, the irradiation region for each material powder layer 8 is divided into predetermined lengths, and each divided region is divided. The laser beam L is raster-scanned to form a sintered layer, and a desired sintered layer corresponding to the irradiated region is formed. Here, the width in which the sintered layer is divided into each divided region is referred to as a divided width, and the direction in which the sintered layer is gradually formed in each divided region is referred to as a forming direction. In addition, the arrow in Fig.7 (a) has shown an example of the irradiation path | route of the laser beam L in a certain division area, and it demonstrates in detail below.

図8には、各分割領域毎のレーザ光Lの照射経路が例示される。図8(a)は、長手方向が分割幅の長さと一致する横長形状(本例では角丸長方形状)のスポット形状を有するレーザ光Lを利用した例で、造形方向がレーザ光Lの走査方向と一致している。図8(b)及び図8(c)は、略円状のスポット形状を有するレーザ光Lを利用した例であり、分割幅と同じ長さの直線走査経路が並列に配列され、造形方向に沿って各直線走査を連続的に行う。かかる場合は、造形方向と各直線走査の方向とが直交する。なお、図8に矢印で示すレーザ光Lの照射経路において、実線部はレーザ光Lの照射がONの状態であることを、点線部はレーザ光Lの照射がOFFの状態であることをそれぞれ示す。   FIG. 8 illustrates the irradiation path of the laser light L for each divided region. FIG. 8A is an example using a laser beam L having a spot shape having a horizontally long shape (in this example, a rounded rectangular shape) whose longitudinal direction matches the length of the division width. It matches the direction. FIG. 8B and FIG. 8C are examples using the laser beam L having a substantially circular spot shape, and linear scanning paths having the same length as the divided width are arranged in parallel, and in the modeling direction. Each linear scan is continuously performed along the line. In such a case, the modeling direction and each linear scanning direction are orthogonal to each other. In the irradiation path of the laser beam L indicated by the arrow in FIG. 8, the solid line portion indicates that the irradiation of the laser beam L is ON, and the dotted line portion indicates that the irradiation of the laser beam L is OFF. Show.

図8(b)や図8(c)に示されるような略円形状のスポット形状を有するレーザ光Lを用いた積層造形方法における各直線走査は、造形時間を短くするために可能な限り高速で走査されることが望ましく、一般に、ガルバノスキャナ等高速走査が可能な光偏向器がレーザ光Lの走査装置として用いられる。   Each linear scanning in the layered manufacturing method using the laser beam L having a substantially circular spot shape as shown in FIG. 8B or FIG. 8C is as fast as possible in order to shorten the modeling time. In general, an optical deflector capable of high-speed scanning such as a galvano scanner is used as a scanning device for the laser light L.

対して、本実施形態ではレーザ光Lの照射位置を駆動装置65により走査させるので従来のガルバノスキャナ等による走査と比較して高速走査ができない。したがって、高速走査が要求されない図8(a)のような長手方向が分割幅の長さと一致する横長形状のスポット形状を有するレーザ光Lを利用することが好ましい。一方、図8(b)や図8(c)のような略円状のスポット形状を有するレーザ光Lを利用する場合は、ガルバノスキャナ等の高速走査が可能な光偏向器を用いることが適しており、こちらについては第2実施形態で述べる。或いは、ホルダ43の内部にこうした光偏向器を設けて、造形方向については駆動装置65による走査、分割幅に係る方向については光偏向器による走査というように、両者を組み合わせて実施してもよい。   On the other hand, in this embodiment, since the irradiation position of the laser beam L is scanned by the driving device 65, high-speed scanning cannot be performed as compared with scanning by a conventional galvano scanner or the like. Therefore, it is preferable to use a laser beam L having a horizontally elongated spot shape whose longitudinal direction matches the length of the division width as shown in FIG. On the other hand, when the laser beam L having a substantially circular spot shape as shown in FIGS. 8B and 8C is used, it is suitable to use an optical deflector capable of high-speed scanning such as a galvano scanner. This will be described in the second embodiment. Alternatively, such a light deflector may be provided inside the holder 43, and the combination of both may be performed, such as scanning by the driving device 65 for the modeling direction and scanning by the optical deflector for the direction related to the divided width. .

なお、焼結層の形成にあたっては、各分割領域を造形方向に沿って更に分割してもよい。ここでは例として、図7(b)に示すように、ある分割領域を分割領域α、分割領域β、分割領域γに分割する。このとき、更に分割された分割領域の焼結は、例えば分割領域α、分割領域γ、分割領域βの順に行われる等、隣接した各分割領域の焼結は必ずしも連続して行われなくてもよい。また、照射領域の周縁部はベクトル走査により焼結層を形成してもよい。なお、ベクトル走査を行うときは例外的に造形方向は走査方向と同一方向であると定義する。   In forming the sintered layer, each divided region may be further divided along the forming direction. Here, as an example, as shown in FIG. 7B, a certain divided region is divided into a divided region α, a divided region β, and a divided region γ. At this time, the sintering of the divided regions further divided is performed in the order of the divided region α, the divided region γ, and the divided region β, for example. Good. Moreover, you may form a sintered layer by the vector scan in the peripheral part of an irradiation area | region. Note that, when performing vector scanning, the modeling direction is exceptionally defined as the same direction as the scanning direction.

また、吐出口71bの径は、分割幅の長さの2〜20倍程度の大きさであることが好ましい。換言すれば、焼結層の形成に係る1回のレーザ光Lの走査において造形方向に直交するレーザ光Lの実質的な焼結範囲の長さの2〜20倍程度の大きさであることが好ましい。このような構成によれば、不活性ガス供給カバー71とレーザ光Lとの干渉を防止するとともに、より局所的に不活性ガスを供給することができる。   The diameter of the discharge port 71b is preferably about 2 to 20 times the length of the divided width. In other words, it is about 2 to 20 times the length of the substantial sintering range of the laser beam L perpendicular to the modeling direction in one scanning of the laser beam L related to the formation of the sintered layer. Is preferred. According to such a configuration, interference between the inert gas supply cover 71 and the laser beam L can be prevented, and the inert gas can be supplied more locally.

次に、図2及び図9〜図12を用いて、上記の積層造形装置を用いた積層造形方法について説明する。なお、図9〜図12では、視認性を考慮して図2においては図示した構成要素の一部を省略している。   Next, the additive manufacturing method using the additive manufacturing apparatus will be described with reference to FIGS. 2 and 9 to 12. 9 to 12, some of the illustrated components are omitted in FIG. 2 in consideration of visibility.

まず、造形テーブル5上に造形プレート7を載置した状態で造形テーブル5の高さを適切な位置に調整する(図9)。この状態で材料収容部11a内に材料粉体が充填されているリコータヘッド11を図2の矢印B方向に造形領域Rの左側から右側に移動させることによって、造形プレート7上に1層目の材料粉体層8を形成する(図10)。なお、図9及び図10に示すように、リコータヘッド11を移動させる際は、リコータヘッド11とホルダ43との物理的干渉を防止するために、ホルダ43を退避位置(図中右上)に退避させている。   First, the height of the modeling table 5 is adjusted to an appropriate position with the modeling plate 7 placed on the modeling table 5 (FIG. 9). In this state, the first layer on the modeling plate 7 is moved by moving the recoater head 11 filled with the material powder in the material container 11a from the left side to the right side of the modeling region R in the direction of arrow B in FIG. The material powder layer 8 is formed (FIG. 10). As shown in FIGS. 9 and 10, when the recoater head 11 is moved, the holder 43 is moved to the retracted position (upper right in the figure) in order to prevent physical interference between the recoater head 11 and the holder 43. Evacuated.

続いて、図11に示すように、ホルダ43を退避位置から照射位置に移動させ、材料粉体層8中の所定部位にレーザ光Lを照射して材料粉体層8のレーザ光照射部位を焼結させることによって、1層目の焼結層81fを得る。この焼結の際に発生するヒュームは、主に、ヒューム吸引カバー72の吸引口72bから吸引され、カバーユニット排出口72aを通じて排出される。   Subsequently, as shown in FIG. 11, the holder 43 is moved from the retracted position to the irradiation position, and a predetermined portion in the material powder layer 8 is irradiated with the laser light L, so that the laser light irradiation portion of the material powder layer 8 is changed. By sintering, a first sintered layer 81f is obtained. The fumes generated during the sintering are mainly sucked from the suction port 72b of the fume suction cover 72 and discharged through the cover unit discharge port 72a.

続いて、造形テーブル5の高さを材料粉体層8の1層分下げ、リコータヘッド11を造形領域Rの右側から左側に移動させることによって、焼結層81f上に2層目の材料粉体層8を形成する。リコータヘッド11の移動中もリコータヘッド排出口11rsでヒュームが吸引される。この際のヒューム吸引は、ヒューム発生部位に非常に近い位置で行われるので特に効果的である。   Subsequently, the height of the modeling table 5 is lowered by one layer of the material powder layer 8, and the recoater head 11 is moved from the right side to the left side of the modeling region R, whereby the second layer material is formed on the sintered layer 81f. A powder layer 8 is formed. While the recoater head 11 is moving, fumes are sucked by the recoater head discharge port 11rs. Fume suction at this time is particularly effective because it is performed at a position very close to the fume generation site.

続いて、材料粉体層8中の所定部位にレーザ光Lを照射し材料粉体層8のレーザ光照射部位を焼結させることによって、図12に示すように、2層目の焼結層82fを得る。この焼結の際に発生するヒュームは、主に、ヒューム吸引カバー72の吸引口72bから吸引され、カバーユニット排出口72aを通じて排出される。   Subsequently, a predetermined portion in the material powder layer 8 is irradiated with the laser light L to sinter the laser light irradiated portion of the material powder layer 8, so that the second sintered layer as shown in FIG. 82f is obtained. The fumes generated during the sintering are mainly sucked from the suction port 72b of the fume suction cover 72 and discharged through the cover unit discharge port 72a.

以上の工程を繰り返すことによって、3層目以降の焼結層が形成される。隣接する焼結層は、互いに強く固着される。   By repeating the above steps, the third and subsequent sintered layers are formed. Adjacent sintered layers are firmly fixed to each other.

必要数の焼結層を形成した後、未焼結の材料粉体を除去することによって、造形した焼結体を得ることができる。この焼結体は、例えば樹脂成形用の金型として利用可能である。   After forming the required number of sintered layers, the shaped sintered body can be obtained by removing the unsintered material powder. This sintered body can be used, for example, as a mold for resin molding.

2.第2実施形態
以下、本発明の第2実施形態に係る積層造形装置について説明する。なお、第1実施形態に係る積層造形装置と共通する部分については詳細説明を省略する。
2. Second Embodiment Hereinafter, an additive manufacturing apparatus according to a second embodiment of the present invention will be described. In addition, detailed description is abbreviate | omitted about the part which is common in the additive manufacturing apparatus which concerns on 1st Embodiment.

第2実施形態では、図13に示すように、チャンバ1の上方にはレーザ光Lを生成するレーザ光源42とレーザ光Lを造形領域Rにおいて2次元走査可能とする光偏向器とを含むレーザ光照射部13が設けられ、レーザ光照射部13から出力されたレーザ光Lは、チャンバ1に設けられたウィンドウ1aを透過して造形領域Rに形成された材料粉体層8に照射される。レーザ光照射部13は、造形領域Rにおいてレーザ光Lを2次元走査可能に構成されていればよく、例えば、光偏向器として1対のガルバノスキャナが用いられる。或いは1対のガルバノスキャナに代えて電圧印加によって屈折率を自在に制御可能なKTNスキャナを用いてもよい。なおここではKTNスキャナとは、電気光学効果を有するKTN(KTa1−xNb)結晶又はKLTN(K1−yLiTa1−xNb)結晶を用いた光偏向器をいう。レーザ光Lは、材料粉体を焼結可能なものであればその種類は限定されず、例えば、COレーザ、ファイバーレーザ、YAGレーザなどである。ウィンドウ1aは、レーザ光Lを透過可能な材料で形成される。例えば、レーザ光Lがファイバーレーザ又はYAGレーザの場合、ウィンドウ1aは石英ガラスで構成可能である。 In the second embodiment, as shown in FIG. 13, a laser including a laser light source 42 that generates laser light L and an optical deflector that enables laser light L to be two-dimensionally scanned in the modeling region R above the chamber 1. The light irradiation unit 13 is provided, and the laser light L output from the laser light irradiation unit 13 passes through the window 1a provided in the chamber 1 and is applied to the material powder layer 8 formed in the modeling region R. . The laser beam irradiation unit 13 only needs to be configured to be capable of two-dimensional scanning with the laser beam L in the modeling region R. For example, a pair of galvano scanners is used as an optical deflector. Alternatively, instead of a pair of galvano scanners, a KTN scanner whose refractive index can be freely controlled by applying a voltage may be used. Note here the KTN scanner, KTN having an electro-optic effect (KTa 1-x Nb x O 3) crystal or KLTN (K 1-y Li y Ta 1-x Nb x O 3) optical deflector using the crystal Say. The type of the laser beam L is not limited as long as the material powder can be sintered, and examples thereof include a CO 2 laser, a fiber laser, and a YAG laser. The window 1a is formed of a material that can transmit the laser light L. For example, when the laser beam L is a fiber laser or a YAG laser, the window 1a can be made of quartz glass.

チャンバ1の上面には、ウィンドウ1aを覆うようにヒューム拡散部17が設けられる。ヒューム拡散部17は、円筒状の筐体17aと、筐体17a内に配置された円筒状の拡散部材17cを備える。筐体17aと拡散部材17cの間に不活性ガス供給空間17dが設けられる。また、筐体17aの底面には、拡散部材17cの内側に開口部17bが設けられる。拡散部材17cには多数の細孔17eが設けられており、ヒューム拡散装置供給口17gより不活性ガス供給空間17dに供給された清浄な不活性ガスは細孔17eを通じて清浄空間17fに充満される。そして、清浄空間17fに充満された清浄な不活性ガスは、開口部17bを通じてヒューム拡散部17の下方に向かって噴出される。なお、ヒュームが清浄空間17f内に侵入することをできるだけ抑制すべく、開口部17bは、できるだけ小さい断面積に形成されることが好ましく、具体的には、造形領域Rの全体に渡ってレーザ光Lが2次元走査される際にレーザ光Lが筐体17aによって遮断されない最小の断面積に形成することが好ましい。   A fume diffusion portion 17 is provided on the upper surface of the chamber 1 so as to cover the window 1a. The fume diffusing unit 17 includes a cylindrical casing 17a and a cylindrical diffusing member 17c disposed in the casing 17a. An inert gas supply space 17d is provided between the housing 17a and the diffusion member 17c. An opening 17b is provided on the bottom surface of the housing 17a inside the diffusion member 17c. The diffusing member 17c is provided with a large number of pores 17e, and the clean inert gas supplied from the fume diffusing device supply port 17g to the inert gas supply space 17d fills the clean space 17f through the pores 17e. . And the clean inert gas with which the clean space 17f was filled is ejected toward the downward direction of the fume spreading | diffusion part 17 through the opening part 17b. Note that the opening 17b is preferably formed to have as small a cross-sectional area as possible in order to suppress the intrusion of the fumes into the clean space 17f as much as possible. Specifically, the laser light is spread over the entire modeling region R. It is preferable that the laser beam L be formed in a minimum cross-sectional area that is not blocked by the housing 17a when L is two-dimensionally scanned.

ヒューム拡散部17はカバーユニット70と接続される。第2実施形態に係るカバーユニット70も、第1実施形態同様に、不活性ガス供給カバー71とヒューム吸引カバー72を有するものである。第2実施形態に係るカバーユニット70は、ホルダ43に設けられ、駆動装置65によってレーザ光Lの照射経路に合わせてその向きが制御される。なお、向きを制御するだけでは、ガルバノスキャナの角度変化に伴い、カバーユニット70にレーザ光Lが進入する位置がずれることとなる。したがって、当該ずれに関わらずレーザ光Lがカバーユニット70を通過して造形領域Rへ到達するように実施する。   The fume diffusing unit 17 is connected to the cover unit 70. The cover unit 70 according to the second embodiment also has an inert gas supply cover 71 and a fume suction cover 72 as in the first embodiment. The cover unit 70 according to the second embodiment is provided in the holder 43, and its direction is controlled by the driving device 65 in accordance with the irradiation path of the laser light L. It should be noted that the position at which the laser beam L enters the cover unit 70 is shifted as the angle of the galvano scanner is changed only by controlling the direction. Therefore, the laser beam L is carried out so as to pass through the cover unit 70 and reach the modeling region R regardless of the deviation.

或いは、カバーユニット70の向きだけではなくホルダ43の水平方向における位置をレーザ光Lの照射経路に合わせて移動させ上述のずれが発生しないように構成してもよい。すなわち、レーザ光Lの光軸をカバーユニット70における不活性ガス供給カバー71の中心軸に略整合させることで当該ずれは発生しないように構成してもよい。   Alternatively, not only the direction of the cover unit 70 but also the position of the holder 43 in the horizontal direction may be moved in accordance with the irradiation path of the laser light L so that the above-described deviation does not occur. In other words, the optical axis of the laser beam L may be substantially aligned with the central axis of the inert gas supply cover 71 in the cover unit 70 so that the deviation does not occur.

清浄空間17fに充満された清浄な不活性ガスは、開口部17bから不活性ガス供給カバー71の内部を通りその吐出口71bから造形空間1d(特に造形領域R)に向けて吐出される。このとき不活性ガス供給カバー71の断面が上部から下部に向かって断面積が小さくなる構造であると吐出される不活性ガスの流速が向上し、より好適に不活性ガス供給カバー71の内部をヒュームの無い清浄な状態に保つことができる。その結果、不活性ガス供給カバー71の内部を通過するレーザ光Lがヒュームに遮断されることなく材料粉体層8に照射されることとなる。また、より局所的に不活性ガスを供給することができる。   The clean inert gas filled in the clean space 17f passes through the inside of the inert gas supply cover 71 from the opening 17b and is discharged from the discharge port 71b toward the modeling space 1d (particularly the modeling region R). At this time, if the cross section of the inert gas supply cover 71 has a cross-sectional area that decreases from the top to the bottom, the flow rate of the discharged inert gas is improved, and the inside of the inert gas supply cover 71 is more preferably It can be kept clean with no fume. As a result, the laser beam L passing through the inside of the inert gas supply cover 71 is irradiated to the material powder layer 8 without being blocked by fume. Further, the inert gas can be supplied more locally.

不活性ガス供給カバー71における吐出口71b及びヒューム吸引カバー72の吸引口72bは略隣接しており、駆動装置65によってヒューム吸引カバー72の吸引口72bを造形領域Rに極力近接させることができる。これによって、レーザ光Lの照射に伴い発生したヒュームを従来技術に比しても明らかに近い位置で吸引することができる構成となっている。   The discharge port 71 b in the inert gas supply cover 71 and the suction port 72 b of the fume suction cover 72 are substantially adjacent to each other, and the suction port 72 b of the fume suction cover 72 can be brought as close as possible to the modeling region R by the driving device 65. As a result, the fumes generated by the irradiation of the laser beam L can be sucked at a position that is clearly close to that of the prior art.

更に、第1実施形態と同様に、不活性ガス供給カバー71の吐出口71bは、カバーユニット70の造形方向側に設けられ、ヒューム吸引カバー72の吸引口72bは、カバーユニット70の反造形方向側に設けられることが好ましい。かかる構成であれば、造形方向と逆方向に気流が形成されるため、吐出口71bから吐出され発生したヒュームを回収し吸引口72bへと運ぶ不活性ガスの気流がより効果的に形成できる。更には、造形中に吸引口72bが既にレーザ光Lが照射された焼結層の上に位置することになるため、吸引口72bから不用意に材料粉体が吸引されることを防止することができる。このような構成にするために、カバーユニット70が固設される場合は、造形方向を一定にすればよい。或いは、カバーユニット70を回転可能に構成し、造形方向に応じて吐出口71b、吸引口72bの位置を変更してもよい。   Further, similarly to the first embodiment, the discharge port 71 b of the inert gas supply cover 71 is provided on the modeling direction side of the cover unit 70, and the suction port 72 b of the fume suction cover 72 is the counter-modeling direction of the cover unit 70. It is preferable to be provided on the side. With such a configuration, since an air flow is formed in the direction opposite to the modeling direction, an air flow of an inert gas that collects fumes discharged and generated from the discharge port 71b and transports it to the suction port 72b can be more effectively formed. Furthermore, since the suction port 72b is positioned on the sintered layer that has already been irradiated with the laser beam L during modeling, material powder is prevented from being inadvertently sucked from the suction port 72b. Can do. In order to make such a configuration, when the cover unit 70 is fixed, the modeling direction may be made constant. Alternatively, the cover unit 70 may be configured to be rotatable, and the positions of the discharge port 71b and the suction port 72b may be changed according to the modeling direction.

3.変形例
上述の通り、第1及び第2実施形態に係る積層造形装置はともに、不活性ガス供給カバー71とヒューム吸引カバー72とが一体として構成されるカバーユニット70を備えるものである。しかしながら当該例に拘泥されず、例えば、不活性ガス供給カバー71とヒューム吸引カバー72とが独立に並んで構成されてもよい。或いは、吐出口71bと吸引口72bとが隣接しているものの、不活性ガス供給カバー71とヒューム吸引カバー72とが一体でないように構成されてもよい。図14に示す断面の形状はあくまでも例示でありこの限りではない。また、図14では、第1実施形態を例に取り変形例が示されているが、第2実施形態についても同様である。
3. Modified Example As described above, the additive manufacturing apparatus according to the first and second embodiments includes the cover unit 70 in which the inert gas supply cover 71 and the fume suction cover 72 are integrally configured. However, the present invention is not limited to this example, and for example, the inert gas supply cover 71 and the fume suction cover 72 may be independently arranged. Alternatively, although the discharge port 71b and the suction port 72b are adjacent to each other, the inert gas supply cover 71 and the fume suction cover 72 may not be integrated. The cross-sectional shape shown in FIG. 14 is merely an example and is not limited to this. In FIG. 14, the first embodiment is taken as an example and a modification is shown, but the same applies to the second embodiment.

上述の通り、第1及び第2実施形態に係る積層造形装置はともに、不活性ガス供給カバー71の断面が上部から下部に向かって断面が小さくなる構造により不活性ガスの流速が向上し、これによって不活性ガス供給カバー71の内部をヒュームの無い清浄な状態に保つことができる。また、より局所的に不活性ガスを供給することができる。しかしながら当該例に拘泥されず、材料粉体を巻き上げない程度に速い気流が形成され、局所的に不活性ガスを供給できる構造であればよい。例えばパイプ状で全体的に断面が小さいものであってもよい。   As described above, both of the additive manufacturing apparatuses according to the first and second embodiments improve the flow rate of the inert gas by the structure in which the cross section of the inert gas supply cover 71 becomes smaller from the upper part toward the lower part. Thus, the inside of the inert gas supply cover 71 can be kept clean with no fume. Further, the inert gas can be supplied more locally. However, the present invention is not limited to this example, and any structure may be used as long as an air flow that is fast enough to prevent the material powder from being wound up and an inert gas can be supplied locally. For example, it may have a pipe shape and a small cross section as a whole.

第1及び第2実施形態に係る積層造形装置は、切削工具を取り付け可能なスピンドルを有する加工ヘッドを備えてもよい。この場合、所定数(例:10層)の焼結層を形成する度に造形物に対して切削加工を行うことができる。   The additive manufacturing apparatus according to the first and second embodiments may include a machining head having a spindle to which a cutting tool can be attached. In this case, it is possible to cut the shaped article every time a predetermined number (for example, 10 layers) of sintered layers is formed.

1:チャンバ、1a:ウィンドウ、1b:チャンバ供給口、1c:チャンバ排出口、1d:造形空間、1e:副供給口、3:粉体層形成装置、4:ベース台、5:造形テーブル、7:造形プレート、8:材料粉体層、8f、81f、82f:焼結層、11:リコータヘッド、11a:材料収容部、11b:材料供給部、11c:材料排出部、11fb、11rb:ブレード、11fs:リコータヘッド供給口、11rs:リコータヘッド排出口、13:レーザ光照射部、15:不活性ガス供給装置、17:ヒューム拡散部、17a:筐体、17b:開口部、17c:拡散部材、17d:不活性ガス供給空間、17e:細孔、17f:清浄空間、17g:ヒューム拡散装置供給口、19:ヒュームコレクタ、21、23:ダクトボックス、26:粉体保持壁、42:レーザ光源、42a:光ケーブル、43:ホルダ、43a:光コネクタ、43b:レーザ光照射端、44:コリメータ、45:光学処理ユニット、45a:保護ガラス、65:駆動装置、70:カバーユニット、71:不活性ガス供給カバー、71a:カバーユニット供給口、71b:吐出口、71c:細孔、72:ヒューム吸引カバー、72a:カバーユニット排出口、72b:吸引口、L:レーザ光、R:造形領域。 1: chamber, 1a: window, 1b: chamber supply port, 1c: chamber discharge port, 1d: modeling space, 1e: auxiliary supply port, 3: powder layer forming device, 4: base table, 5: modeling table, 7 : Modeling plate, 8: material powder layer, 8f, 81f, 82f: sintered layer, 11: recoater head, 11a: material container, 11b: material supply unit, 11c: material discharge unit, 11fb, 11rb: blade 11 fs: recoater head supply port, 11 rs: recoater head discharge port, 13: laser light irradiation unit, 15: inert gas supply device, 17: fume diffusion unit, 17a: housing, 17b: opening, 17c: Diffusion member, 17d: inert gas supply space, 17e: pore, 17f: clean space, 17g: fume diffusion device supply port, 19: fume collector, 21, 23: duct box, 26 Powder holding wall, 42: laser light source, 42a: optical cable, 43: holder, 43a: optical connector, 43b: laser light irradiation end, 44: collimator, 45: optical processing unit, 45a: protective glass, 65: driving device, 70: Cover unit, 71: Inert gas supply cover, 71a: Cover unit supply port, 71b: Discharge port, 71c: Fine hole, 72: Fume suction cover, 72a: Cover unit discharge port, 72b: Suction port, L: Laser light, R: modeling area.

Claims (7)

造形領域を覆い且つ不活性ガスで充満されるチャンバと、
前記造形領域に撒布された材料粉体を焼結させて焼結層を形成するレーザ光を生成するレーザ光源と、
前記チャンバ内の上部から前記造形領域に向かって形成され且つ前記造形領域側に対して開口するカバーユニットと、
前記カバーユニットが設けられるホルダと、
前記ホルダの位置又は前記カバーユニットの向きの少なくともいずれか一方を制御する駆動装置と、を備え、
前記カバーユニットは、供給された前記不活性ガスを前記カバーユニットの造形方向側に設けられた吐出口から前記造形領域に吐出する不活性ガス供給カバーと、前記焼結層の形成時に前記造形領域上で発生したヒュームを含む不活性ガスを前記カバーユニットの反造形方向側に設けられた吸引口から吸引するヒューム吸引カバーとを有し、
前記駆動装置は、前記レーザ光が前記不活性ガス供給カバーの内部を通過し前記造形領域に照射されるように前記レーザ光の照射経路に合わせて前記ホルダの位置又は前記カバーユニットの向きの少なくともいずれか一方を制御するように構成される、
積層造形装置。
A chamber covering the modeling area and filled with an inert gas;
A laser light source for generating a laser beam that sinters the material powder distributed in the modeling region to form a sintered layer;
A cover unit that is formed from the upper part in the chamber toward the modeling region and that opens to the modeling region side;
A holder provided with the cover unit;
A drive device for controlling at least one of the position of the holder or the direction of the cover unit,
The cover unit includes an inert gas supply cover that discharges the supplied inert gas from a discharge port provided on the modeling direction side of the cover unit to the modeling area, and the modeling area when the sintered layer is formed. A fume suction cover for sucking inactive gas containing fumes generated above from a suction port provided on the side opposite to the shaping direction of the cover unit ;
The driving device is configured to at least the position of the holder or the direction of the cover unit according to the irradiation path of the laser light so that the laser light passes through the inside of the inert gas supply cover and is irradiated to the modeling region. Configured to control either one,
Additive manufacturing equipment.
前記カバーユニットにおいて前記吐出口と前記吸引口とが隣接して設けられる、請求項に記載の積層造形装置。 And the discharge port and the suction port is provided adjacent the said cover unit, layered manufacturing device of claim 1. 前記カバーユニットにおいて前記不活性ガス供給カバーと前記ヒューム吸引カバーとが一体となって設けられる、請求項に記載の積層造形装置。 The additive manufacturing apparatus according to claim 2 , wherein the inert gas supply cover and the fume suction cover are integrally provided in the cover unit. 前記レーザ光源の照射端は前記ホルダ内部に設けられ、前記駆動装置は前記ホルダの位置を移動させて前記レーザ光の照射位置を移動させる、請求項1〜請求項の何れか1つに記載の積層造形装置。 The irradiation end of the laser light source is provided within the holder, the drive unit moves the irradiation position of the laser beam by moving the position of the holder, according to any one of claims 1 to 3 Additive manufacturing equipment. 前記レーザ光は、光偏向器によって照射位置を制御可能に構成され、
前記駆動装置は、前記レーザ光の照射経路に合わせて前記カバーユニットの向きを制御するように構成される、請求項1〜請求項の何れか1つに記載の積層造形装置。
The laser beam is configured such that the irradiation position can be controlled by an optical deflector,
The additive manufacturing apparatus according to any one of claims 1 to 4 , wherein the driving device is configured to control an orientation of the cover unit in accordance with an irradiation path of the laser light.
前記不活性ガス供給カバーは、前記チャンバ内の上部から前記造形領域に向かって断面積が小さくなるように形成される、請求項1〜請求項の何れか1つに記載の積層造形装置。 The additive manufacturing apparatus according to any one of claims 1 to 5 , wherein the inert gas supply cover is formed so that a cross-sectional area decreases from an upper portion in the chamber toward the modeling region. 前記不活性ガス供給カバーにおける前記吐出口の径は、焼結層の形成に係る1回の前記レーザ光の走査において造形方向に直交する前記レーザ光の実質的な焼結範囲の長さの2〜20倍である、請求項1〜請求項の何れか1つに記載の積層造形装置。 The diameter of the discharge port in the inert gas supply cover is 2 of the length of the substantial sintering range of the laser beam orthogonal to the modeling direction in one scanning of the laser beam related to the formation of the sintered layer. The additive manufacturing apparatus according to any one of claims 1 to 6 , wherein the additive manufacturing apparatus is 20 times.
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