JP2018162488A - Manufacturing method and manufacturing apparatus for three-dimensional layered object - Google Patents
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Abstract
【課題】高精度に三次元積層造形物を製造することができる製造方法及び製造装置を提供する。【解決手段】固形体上に、材料粉末へのエネルギービームの照射により材料粉末を固化させた固化層を形成し、固化層の上に固化層を形成することを繰り返して複数の固化層を積層し、積層した複数の固化層に対して切削加工を行うことにより、固形体を含んだ三次元積層造形物を製造する。固形体には、固形体の内部を流体が通流するための通流路が形成されており、通流路に流体を通流させ、流体の温度を調整する。【選択図】図1PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a manufacturing method and a manufacturing apparatus capable of manufacturing a three-dimensional layered product with high accuracy. SOLUTION: A plurality of solidified layers are laminated by repeatedly forming a solidified layer obtained by solidifying the material powder by irradiating the material powder with an energy beam on the solid body, and forming the solidified layer on the solidified layer. Then, a cutting process is performed on the plurality of laminated solidified layers to manufacture a three-dimensional layered product including a solid body. A passage is formed in the solid body for allowing a fluid to flow through the inside of the solid body. The fluid is caused to flow through the passage to adjust the temperature of the fluid. [Selection diagram] Figure 1
Description
本発明は、材料粉末を固化させた固化層を積層することによって三次元積層造形物を製造する方法、及び製造装置に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a three-dimensional layered object by stacking solidified layers obtained by solidifying material powder, and a manufacturing apparatus.
金属粉末等の材料粉末にレーザ光等のエネルギービームを照射し、材料粉末を焼結又は溶融固化させて固化層を形成し、固化層を積層することで三次元形状を形成し、三次元形状の形成途中に切削加工を加えることにより、三次元積層造形物を製造する方法がある。以下、この製造方法を光造形複合加工法と言う。光造形複合加工法では、昇降テーブルに金属板等のプレートを載置し、プレート上に固化層を積層する。プレートは、三次元積層造形物の一部となる。製造の作業は、昇降テーブルを昇降させながら行われる。特許文献1には、三次元積層造形物の製造装置の例が開示されている。
A material powder such as a metal powder is irradiated with an energy beam such as a laser beam, and the material powder is sintered or melted and solidified to form a solidified layer, and the solidified layer is laminated to form a three-dimensional shape. There is a method of manufacturing a three-dimensional layered object by adding a cutting process in the middle of forming. Hereinafter, this manufacturing method is referred to as an optical modeling composite processing method. In the optical modeling combined processing method, a plate such as a metal plate is placed on a lifting table, and a solidified layer is laminated on the plate. The plate becomes a part of the three-dimensional layered object. The manufacturing operation is performed while raising and lowering the lifting table.
光造形複合加工法では、固化層は高温の状態で形成され、その後冷却される。冷却に伴い、固化層は収縮する。また、固化層の上に重ねて新たな固化層を形成する際には、新たな固化層を形成するための熱が下側にある固化層に伝わり、下側の固化層は加熱され、膨張する。その後、固化層は冷却され、収縮する。このように、三次元積層造形物を製造する最中に、固化層の温度が変動し、温度の変動に応じて固化層のサイズが変動する。切削加工中又は切削加工後に固化層のサイズが変動した場合は、切削加工により正確に三次元積層造形物の形状を定めることができない。また、固化層のサイズが変動することにより三次元積層造形物の内部に応力が発生し、三次元積層造形物が変形する虞がある。このため、光造形複合加工法では、三次元積層造形物の形状の精度を高めることが困難である。特許文献1には、昇降テーブルに冷却機構を備え、三次元積層造形物の温度を外部から調整する方法が開示されている。しかしながら、固化層のサイズの変動による三次元積層造形物の形状への影響は依然として残っている。従って、より三次元積層造形物の形状の精度を高めるための技術が求められている。
In the stereolithography combined processing method, the solidified layer is formed in a high temperature state and then cooled. With cooling, the solidified layer shrinks. When a new solidified layer is formed on top of the solidified layer, heat for forming the new solidified layer is transferred to the lower solidified layer, and the lower solidified layer is heated and expanded. To do. Thereafter, the solidified layer is cooled and shrinks. As described above, during the manufacturing of the three-dimensional layered object, the temperature of the solidified layer varies, and the size of the solidified layer varies according to the variation of the temperature. When the size of the solidified layer fluctuates during or after cutting, the shape of the three-dimensional layered object cannot be accurately determined by cutting. Moreover, when the size of the solidified layer fluctuates, stress is generated inside the three-dimensional layered object, and the three-dimensional layered object may be deformed. For this reason, it is difficult for the stereolithography combined processing method to improve the accuracy of the shape of the three-dimensional layered object.
本発明は、斯かる事情に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、製造中の三次元積層造形物の温度を調整することにより、高精度に三次元積層造形物を製造することができる製造方法及び製造装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of such circumstances, and the object thereof is to manufacture a three-dimensional layered object with high accuracy by adjusting the temperature of the three-dimensional layered object being manufactured. An object of the present invention is to provide a manufacturing method and a manufacturing apparatus that can be used.
本発明に係る製造方法は、固形体上に、材料粉末へのエネルギービームの照射により前記材料粉末を固化させた固化層を形成し、固化層の上に固化層を形成することを繰り返して複数の固化層を積層し、積層した複数の固化層に対して切削加工を行うことにより、前記固形体を含んだ三次元積層造形物を製造する方法において、前記固形体には、前記固形体の内部を流体が通流するための通流路が形成されており、前記通流路に流体を通流させ、前記流体の温度を調整することを特徴とする。 In the production method according to the present invention, a solidified layer obtained by solidifying the material powder by irradiation of an energy beam to the material powder is formed on a solid body, and a solidified layer is repeatedly formed on the solidified layer. In the method of manufacturing a three-dimensional layered object including the solid body by cutting a plurality of solidified layers and cutting the plurality of solidified layers, the solid body includes: A passage for allowing fluid to flow therethrough is formed, and the temperature of the fluid is adjusted by allowing fluid to flow through the passage.
本発明に係る製造方法は、前記流体の温度を一定の温度に保つべく、前記流体の温度を調整することを特徴とする。 The manufacturing method according to the present invention is characterized in that the temperature of the fluid is adjusted in order to keep the temperature of the fluid at a constant temperature.
本発明に係る製造方法は、前記固形体の温度を測定し、前記固形体の温度を一定の温度に保つべく、前記流体の温度を調整することを特徴とする。 The production method according to the present invention is characterized in that the temperature of the solid body is measured and the temperature of the fluid is adjusted so as to keep the temperature of the solid body at a constant temperature.
本発明に係る製造方法は、前記固形体の周囲の環境温度を測定し、前記固形体の温度を測定し、前記固形体の温度を前記環境温度に合わせるべく、前記流体の温度を調整することを特徴とする。 The manufacturing method according to the present invention measures the ambient temperature around the solid body, measures the temperature of the solid body, and adjusts the temperature of the fluid to match the temperature of the solid body with the ambient temperature. It is characterized by.
本発明に係る製造方法は、前記流体は空気であることを特徴とする。 The manufacturing method according to the present invention is characterized in that the fluid is air.
本発明に係る製造装置は、固形体上に、材料粉末へのエネルギービームの照射により前記材料粉末を固化させた固化層を形成し、固化層の上に固化層を形成することを繰り返して複数の固化層を積層する積層部と、積層した複数の固化層に対して切削加工を行う切削加工部とを備え、前記固形体を含んだ三次元積層造形物を製造する装置において、前記固形体に形成されており、前記固形体の内部を流体が通流するための通流路に、流体を通流させる通流部と、前記流体の温度を調整する温度調整部とを備えることを特徴とする。 The manufacturing apparatus according to the present invention repeatedly forms a solidified layer obtained by solidifying the material powder by irradiating the material powder with an energy beam on the solid body, and repeatedly forms a solidified layer on the solidified layer. An apparatus for manufacturing a three-dimensional layered object including the solid body, the apparatus comprising: a stacking unit that stacks the solidified layer; and a cutting unit that performs a cutting process on the plurality of stacked solidified layers. And a flow passage for allowing fluid to flow through the solid body includes a flow passage portion for allowing the fluid to flow and a temperature adjusting portion for adjusting the temperature of the fluid. And
本発明においては、三次元積層造形物を製造する製造装置は、材料粉末を固化させた固化層をプレート等の固形体上に積層し、固化層に対して切削加工を行い、固形体を含んだ三次元積層造形物を製造する。固形体には、流体が通流する通流路が形成されており、製造装置は、通流路に流体を通流させ、流体の温度を調整する。流体の温度を調整することにより、固形体の温度が制御され、固形体上に積層された複数の固化層の温度が制御される。 In the present invention, a manufacturing apparatus for manufacturing a three-dimensional layered object stacks a solidified layer obtained by solidifying a material powder on a solid body such as a plate, performs a cutting process on the solidified layer, and includes a solid body. A three-dimensional layered object is manufactured. The solid body is formed with a flow path through which the fluid flows, and the manufacturing apparatus allows the fluid to flow through the flow path and adjusts the temperature of the fluid. By adjusting the temperature of the fluid, the temperature of the solid body is controlled, and the temperatures of the plurality of solidified layers stacked on the solid body are controlled.
また、本発明においては、製造装置は、固形体内の通流路を通流する流体の温度を一定の温度に保つべく、流体の温度を調整する。流体の温度がほぼ一定に調整され、固形体の温度がほぼ一定に制御され、各固化層の温度もほぼ一定に制御される。各固化層の温度の変動が抑制され、各固化層のサイズの変動が抑制される。 Moreover, in this invention, a manufacturing apparatus adjusts the temperature of the fluid so that the temperature of the fluid which flows through the flow path in a solid body may be kept constant. The temperature of the fluid is adjusted to be substantially constant, the temperature of the solid body is controlled to be substantially constant, and the temperature of each solidified layer is also controlled to be substantially constant. Variation in temperature of each solidified layer is suppressed, and variation in size of each solidified layer is suppressed.
また、本発明においては、製造装置は、固形体の温度を測定し、固形体の温度を一定の温度に保つべく、流体の温度を調整する。固形体の温度がほぼ一定に制御され、各固化層の温度もほぼ一定に制御される。各固化層の温度の変動が抑制され、各固化層のサイズの変動が抑制される。 Moreover, in this invention, a manufacturing apparatus measures the temperature of a solid body and adjusts the temperature of a fluid in order to keep the temperature of a solid body at a fixed temperature. The temperature of the solid body is controlled to be substantially constant, and the temperature of each solidified layer is also controlled to be substantially constant. Variation in temperature of each solidified layer is suppressed, and variation in size of each solidified layer is suppressed.
また、本発明においては、製造装置は、固形体の温度を測定し、固形体の周囲の環境温度を測定し、固形体の温度を環境温度に合わせるべく、流体の温度を調整する。固形体の温度が環境温度とほぼ同一の温度に制御され、各固化層の温度も環境温度とほぼ同一の温度に制御される。各固化層の温度の変動が抑制され、各固化層のサイズの変動が抑制される。 In the present invention, the manufacturing apparatus measures the temperature of the solid body, measures the ambient temperature around the solid body, and adjusts the temperature of the fluid to match the temperature of the solid body with the ambient temperature. The temperature of the solid body is controlled to substantially the same temperature as the environmental temperature, and the temperature of each solidified layer is also controlled to the substantially same temperature as the environmental temperature. Variation in temperature of each solidified layer is suppressed, and variation in size of each solidified layer is suppressed.
また、本発明においては、固形体内の通流路を通流する流体は、空気である。流体が水である場合に発生し得る問題の発生が防止される。 In the present invention, the fluid flowing through the flow path in the solid body is air. The occurrence of problems that can occur when the fluid is water is prevented.
本発明にあっては、形成した複数の固化層の温度の変動が抑制され、各固化層のサイズの変動が抑制される。従って、製造装置は、形状を高精度に加工した三次元積層造形物を製造することが可能となる等、本発明は優れた効果を奏する。 In the present invention, the temperature variation of the formed solidified layers is suppressed, and the size variation of each solidified layer is suppressed. Therefore, the present invention has an excellent effect, for example, the manufacturing apparatus can manufacture a three-dimensional layered object whose shape is processed with high accuracy.
以下本発明をその実施の形態を示す図面に基づき具体的に説明する。
(実施形態1)
図1は、実施形態1に係る三次元積層造形物の製造装置1の構成を示すブロック図である。図中には、製造装置1の一部を模式的部分断面図で示している。製造装置1は、金属粉末(材料粉末)4にレーザ光(エネルギービーム)を照射し、金属粉末4を焼結させて固化層を形成し、固化層を積層することで三次元形状を形成し、三次元形状の形成途中に切削加工を加える光造形複合加工法を行う。製造装置1は、造形物を保持しながら昇降が可能な昇降テーブル12と、金属粉末4を昇降テーブル12上に塗布するブレード13とを備えている。昇降テーブル12には、ベースプレート5が載置され、ベースプレート5上に金属粉末4が塗布される。ベースプレート5は、金属製の平板である。なお、ベースプレート5は、単純な平板に限るものではなく、予め形成されたより複雑な三次元形状を有していてもよい。ベースプレート5は、本発明における固形体に対応する。
Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to the drawings showing embodiments thereof.
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration of a three-dimensional layered
また、製造装置1は、金属粉末4へレーザ光を照射するためのレーザ光源14と、レーザ光を反射させるミラー15と、レーザ光を集光するレンズ16と、造形物に対して切削加工を行う切削機2とを備えている。レーザ光源14は、ファイバーレーザ等、金属粉末4を効果的に加熱することができるレーザを使用している。ミラー15が動くことにより、金属粉末4へレーザ光が照射される位置が調整される。図1中には、レーザ光を矢印で示している。製造装置1は、ミラー15及びレンズ16以外にも、レーザ光の照射位置を調整するための光学系を備えていてもよい。切削機2は、ドリル又はエンドミル等の回転する切削工具を有する。
Moreover, the
また、製造装置1は、ベースプレート5の温度を制御するための温度制御部3を備えている。ベースプレート5には、熱を媒介する流体を通流させるための通流路51が形成されている。例えば、流体は空気又は水である。通流路51には、流体が通流する配管31が連結されている。配管31は、通流路51へ供給すべき流体が通流し、また通流路51を通流した後の流体が通流する。配管31は、金属製又は樹脂製の管を含んで構成されている。温度制御部3は、配管31に連結されたポンプ33を有している。ポンプ33は、流体を押し出して配管31に流体を通流させる。流体が空気である場合はポンプ33はエアポンプであり、流体が水である場合はポンプ33送水ポンプである。通流路51、配管31及びポンプ33は環状に連結され、ポンプ33は流体を循環させる。配管31及びポンプ33は、本発明における通流部に対応する。
In addition, the
また、温度制御部3は、温度制御部の動作を制御する制御回路32と、流体を冷却する冷却部34と、流体を加熱するヒータ35と、流体の温度を測定する流体温度センサ36とを有している。冷却部34は、空冷、液冷又は電子冷却等の方法で流体を冷却する。制御回路32、冷却部34及びヒータ35は、本発明における温度調整部に対応する。
The
更に、製造装置1は、製造装置1全体の動作を制御する制御部11を備えている。制御部11は、動作を制御するための演算を行う演算部、演算に伴う情報を記憶するメモリ、及び制御プログラムを記憶する記憶部等を含んで構成されている。制御部11は、製造装置1を構成する各部分の動作を制御し、金属粉末4へ照射されるレーザ光の照射位置と、切削機2が切削する造形物の切削位置とを制御する。
Furthermore, the
光造形複合加工法の概略を説明する。図2〜図5は、光造形複合加工法の工程を示す模式的部分断面図である。図2〜図5では、製造装置1の一部を省略している。図2に示すように、昇降テーブル12上にベースプレート5が載置され、ブレード13によりベースプレート5上に金属粉末4が塗布される。金属粉末4は、ブレード13によってほぼ水平にならされる。次に、図3に示すように、レーザ光源14から金属粉末4に対してレーザ光が照射され、金属粉末4が加熱されて焼結し、金属粉末4が固化した固化層61が形成される。レーザ光は造形物の断面形状の形に走査され、固化層61は造形物の断面形状をなす。レーザ光の走査形状は、制御部11によって制御される。次に、昇降テーブル12が若干降下し、ブレード13により固化層61に金属粉末4が塗布され、金属粉末4へレーザ光が照射され、金属粉末4が焼結し、次の固化層61が形成される。金属粉末4の塗布、レーザ光の照射、金属粉末4の焼結が繰り返され、複数の固化層61が積層される。ブレード13、レーザ光源14、ミラー15、レンズ16及び制御部11は、積層部に対応する。
An outline of the stereolithography combined processing method will be described. 2-5 is typical fragmentary sectional drawing which shows the process of the optical shaping composite processing method. 2 to 5, a part of the
所定数の固化層61が積層された段階で、図4に示す如く、複数の固化層61が積層してなる造形層62に対して、切削機2により、切削加工が行われる。切削機2は、回転している切削工具を造形層62の側面に押し当て、造形層62を切削する。切削加工により、造形層62は、造形物の一部をなす所望の形状に加工される。造形層62が加工されるべき所望の形状は、予め定められ、制御部11に記憶されている。加工される造形層62の形状は、制御部11が切削機2の動作を制御することによって制御される。切削機2及び制御部11は、切削加工部に対応する。切削加工後の造形層62上に、更に固化層61が積層される。固化層61の形成及び積層、並びに造形層62に対する切削加工が繰り返される。最終的に、図5に示すように、複数の固化層61が積層してなる積層部63とベースプレート5とを含んだ三次元積層造形物64が製造される。積層部63とベースプレート5とは一体になっている。
When the predetermined number of solidified
本実施形態では、前述した光造形複合加工法の工程に並行して、温度制御部3は、ベースプレート5の温度を制御する。図6は、ベースプレート5の内部を示す平面断面図である。通流路51は、流体が通過できるように、ベースプレート5の内部に形成されたトンネルである。図6中には、流体の流れる方向を矢印で示している。通流路51は、流体の入口及び出口を有している。流体の入口及び出口には、夫々、配管31が連結される。通流路51は、ドリルを用いてベースプレート5の複数個所に穿穴を形成することにより形成される。複数の穿穴は、ベースプレート5の内部で互いに連結されるような位置に形成される。通流路51は、互いにつながった複数の穿穴から形成される。複数の穿穴の開口部の内、流体の入口又は出口にならない開口部は、栓52で閉鎖されている。図6に示した通流路51の形状は一例であり、通流路51は他の形状をとることが可能である。通流路51は、ベースプレート5の内部で複数回蛇行する形状を有していてもよい。また、通流路51は、流体の入口又は出口を複数有していてもよい。また、通流路51は、ベースプレート5の内部に複数個形成されていてもよい。
In the present embodiment, the
光造形複合加工法の工程に並行して、温度制御部3は、ベースプレート5の温度を制御するための動作を行う。まず、ポンプ33は、流体を循環させる。これにより、ベースプレート5内の通流路51を流体が連続的に通流する。また、制御回路32は、制御流体の温度を調整するための処理を行う。図7は、実施形態1に係る温度制御部3がベースプレート5の温度を制御する処理の手順を示すフローチャートである。流体温度センサ36は、流体の温度を測定し(S11)、制御回路32は、測定された流体の温度に基づいて、冷却部34及びヒータ35を用いて、流体の温度を調整する(S12)。S12では、制御回路32は、流体の温度を一定の温度に保つべく、流体の温度を調整する。
In parallel with the process of the optical modeling composite processing method, the
例えば、制御回路32は、所定の上限温度及び下限温度を予め記憶しておき、流体の温度が下限温度と上限温度との間の温度になるように、冷却部34及びヒータ35の動作を制御する。例えば、制御回路32は、流体の温度が上昇して上限温度に近づいた場合に冷却部34を動作させてヒータ35を停止させ、流体の温度が下降して下限温度に近づいた場合に冷却部34を停止させてヒータ35を動作させる。また、例えば、制御回路32は、所定の目標温度を記憶しておき、流体の温度が所定の許容範囲内で目標温度に一致するように、冷却部34及びヒータ35の動作を制御して、流体の温度を調整する。また、例えば、制御回路32は、PID(Proportional-Integral-Differential)制御等のフィードバック制御により、冷却部34及びヒータ35の動作を制御して、流体の温度を調整する。温度制御部3は、光造形複合加工法の工程に並行して、ポンプ33で流体を循環させながら、S11及びS12の処理を繰り返す。
For example, the
以上のように温度制御部3が流体の温度を調整することにより、流体の温度はほぼ一定に調整される。例えば、流体の温度は20℃に制御される。温度がほぼ一定に調整された流体が通流路51を通流することにより、ベースプレート5は流体との間で熱交換を行い、ベースプレート5の温度がほぼ一定に制御される。また、ベースプレート5上に積層された複数の固化層61とベースプレート5との間でも熱交換が行われる。ベースプレート5の温度がほぼ一定に制御されることにより、各固化層61の温度の変動が抑制される。前述したように、従来の光造形複合加工法では、三次元積層造形物64の製造中に、各固化層61の温度が変動し、各固化層61は膨張及び収縮を繰り返し、各固化層61のサイズが変動する。本実施形態においては、各固化層61の温度の変動が抑制されることにより、各固化層61は膨張及び収縮が減少し、各固化層61のサイズの変動が抑制される。
As described above, the
ベースプレート5内の通流路51を通流する流体は、空気であることが望ましい。流体が水である場合は、ベースプレート5が腐食する虞があり、通流路51又は配管31からもれた流体が金属粉末4を毀損する虞がある。流体が空気である場合は、流体はベースプレート5を腐食させることはなく、通流路51又は配管31から漏れたとしても金属粉末4を毀損することはない。このため、製造装置1は、容易にかつ安全にベースプレート5の温度を制御することができる。なお、製造装置1は、空気以外の流体を用いることも可能である。
The fluid that flows through the
以上詳述した如く、本実施形態では、三次元積層造形物64の一部であるベースプレート5に流体を通流させてベースプレート5の温度を制御することにより、三次元積層造形物の温度が外部から調整する従来の方法に比べて、各固化層61の温度の変動をより確実に抑制することができる。三次元積層造形物64の製造中に、各固化層61の温度の変動が抑制され、各固化層61のサイズの変動が抑制されるので、製造装置1は、切削加工によってより正確に三次元積層造形物の形状を定めることができる。また、各固化層61のサイズの変動が抑制されるので、三次元積層造形物の内部での応力の発生が抑制され、三次元積層造形物の変形が抑制される。従って、製造装置1は、形状を高精度に加工した三次元積層造形物64を製造することが可能となる。
As described above in detail, in the present embodiment, the temperature of the three-dimensional layered object is controlled by allowing the fluid to flow through the
(実施形態2)
図8は、実施形態2に係る三次元積層造形物の製造装置1の構成を示すブロック図である。温度制御部3は、流体温度センサ36を有しておらず、ベースプレート5の温度を測定する温度測定部37を有している。温度測定部37は、熱電対又は放射温度計等を用いてベースプレート5の温度を測定する。製造装置1のその他の構成は、実施形態1と同様である。
(Embodiment 2)
FIG. 8 is a block diagram illustrating a configuration of the three-dimensional layered
光造形複合加工法の工程に並行して、ポンプ33は、流体を循環させ、制御回路32は、流体の温度を調整するための処理を行う。図9は、実施形態2に係る温度制御部3がベースプレート5の温度を制御する処理の手順を示すフローチャートである。温度測定部37は、ベースプレート5の温度を測定し(S21)、制御回路32は、測定されたベースプレート5の温度に基づき、ベースプレート5の温度を一定に保つべく、冷却部34及びヒータ35を用いて、流体の温度を調整する(S22)。
In parallel with the steps of the stereolithography combined processing method, the
例えば、制御回路32は、所定の上限温度及び下限温度を予め記憶しておき、S22では、ベースプレート5の温度が下限温度と上限温度との間の温度になるように、冷却部34及びヒータ35の動作を制御する。例えば、制御回路32は、ベースプレート5の温度が上昇して上限温度に近づいた場合に冷却部34を動作させてヒータ35を停止させることにより、流体の温度を低下させる。ベースプレート5内の通流路51を通流する流体の温度が低下することにより、ベースプレート5の温度が低下する。制御回路32は、ベースプレート5の温度が下降して下限温度に近づいた場合に冷却部34を停止させてヒータ35を動作させることにより、流体の温度を上昇させる。流体の温度が上昇することにより、ベースプレート5の温度が上昇する。また、例えば、制御回路32は、所定の目標温度を記憶しておき、ベースプレート5の温度が所定の許容範囲内で目標温度に一致するように、冷却部34及びヒータ35の動作を制御して、流体の温度を調整する。また、例えば、制御回路32は、PID制御等のフィードバック制御により、冷却部34及びヒータ35の動作を制御して、ベースプレート5の温度を制御する。温度制御部3は、ポンプ33で流体を循環させながら、S21及びS22の処理を繰り返す。
For example, the
なお、温度制御部3は、流体温度センサ36を更に備え、温度測定部37が測定したベースプレート5の温度と流体温度センサ36が測定した流体の温度との両方に基づいて、ベースプレート5の温度を制御してもよい。また、本実施形態においても、流体は空気であることが望ましい。但し、製造装置1は、空気以外の流体を用いることも可能である。
The
以上のように温度制御部3が流体の温度を調整することにより、ベースプレート5の温度がほぼ一定に制御され、ベースプレート5の温度の変動が抑制される。例えば、ベースプレート5の温度は20℃に制御される。ベースプレート5の温度の変動が抑制され、ベースプレート5上に積層された複数の固化層61とベースプレート5との間で熱交換が行われることにより、各固化層61の温度の変動が抑制される。各固化層61の温度の変動が抑制されることにより、各固化層61は膨張及び収縮が減少し、各固化層61のサイズの変動が抑制される。
As described above, the
本実施形態においても、ベースプレート5の温度を制御することにより、各固化層61の温度の変動を抑制することができる。本実施形態においては、測定したベースプレート5の温度に基づいてベースプレート5の温度を制御することによって、より安定してベースプレート5の温度の変動が抑制される。このため、より安定して各固化層61の温度の変動が抑制される。従って、製造装置1は、形状をより高精度に加工した三次元積層造形物64を製造することが可能となる。
Also in the present embodiment, by controlling the temperature of the
(実施形態3)
図10は、実施形態3に係る三次元積層造形物の製造装置1の構成を示すブロック図である。温度制御部3は、更に、ベースプレート5の周囲の環境温度を測定する環境温度測定部38を備えている。環境温度は、ベースプレート5及び固化層61の周囲の温度である。例えば、環境温度は、製造装置1内の空気の温度である。また例えば、環境温度は、ベースプレート5及び固化層61の周囲に存在する金属粉末4の温度である。また、例えば、環境温度は、製造装置1の各部分の温度である。また例えば、環境温度は、製造装置1外の空気の温度である。環境温度測定部38は、抵抗温度計等を用いて環境温度を測定する。環境温度測定部38は、一箇所の環境温度を測定してもよく、複数箇所で温度を測定し、測定した複数の温度の値に対して平均等の演算を行った結果を環境温度としてもよい。製造装置1のその他の構成は、実施形態2と同様である。
(Embodiment 3)
FIG. 10 is a block diagram illustrating a configuration of the three-dimensional layered
光造形複合加工法の工程に並行して、ポンプ33は、流体を循環させ、制御回路32は、流体の温度を調整するための処理を行う。図11は、実施形態3に係る温度制御部3がベースプレート5の温度を制御する処理の手順を示すフローチャートである。環境温度測定部38は、環境温度を測定し(S31)、温度測定部37は、ベースプレート5の温度を測定する(S32)。S31とS32とは逆の順番で実行されてもよく、並行して行われてもよい。制御回路32は、測定された環境温度及びベースプレート5の温度に基づいて、ベースプレート5の温度を環境温度に合わせるべく、冷却部34及びヒータ35を用いて、流体の温度を調整する(S33)。
In parallel with the steps of the stereolithography combined processing method, the
例えば、制御回路32は、ベースプレート5の温度と環境温度との許容される差の価である許容値を予め記憶しておき、S33では、ベースプレート5の温度が環境温度に許容値を加算した温度と環境温度から許容値を減算した温度との間の温度になるように、冷却部34及びヒータ35の動作を制御する。例えば、制御回路32は、ベースプレート5の温度が上昇して、環境温度に許容値を加算した温度に近づいた場合に、冷却部34を動作させてヒータ35を停止させることにより、流体の温度を低下させる。ベースプレート5内の通流路51を通流する流体の温度が低下することにより、ベースプレート5の温度が低下する。制御回路32は、ベースプレート5の温度が下降して、環境温度から許容値を減算した温度に近づいた場合に、冷却部34を停止させてヒータ35を動作させることにより、流体の温度を上昇させる。流体の温度が上昇することにより、ベースプレート5の温度が上昇する。また、例えば、制御回路32は、ベースプレート5の温度が所定の許容範囲内で環境温度に一致するように、冷却部34及びヒータ35の動作を制御して、流体の温度を調整する。また、例えば、制御回路32は、PID制御等のフィードバック制御により、冷却部34及びヒータ35の動作を制御して、ベースプレート5の温度を制御する。温度制御部3は、ポンプ33で流体を循環させながら、S31〜S33の処理を繰り返す。
For example, the
なお、温度制御部3は、流体温度センサ36を更に備え、環境温度測定部38が測定した環境温度、温度測定部37が測定したベースプレート5の温度及び流体温度センサ36が測定した流体の温度に基づいて、ベースプレート5の温度を制御してもよい。また、本実施形態においても、流体は空気であることが望ましい。但し、製造装置1は、空気以外の流体を用いることも可能である。
The
以上のように、ベースプレート5の温度を環境温度に合わせるべく温度制御部3が流体の温度を調整することにより、ベースプレート5の温度は環境温度とほぼ同一の温度に制御される。ベースプレート5の温度は環境温度とほぼ同一の温度に制御され、ベースプレート5上に積層された複数の固化層61とベースプレート5との間で熱交換が行われることにより、各固化層61の温度は環境温度とほぼ同一の温度に制御される。このため、各固化層61の温度の変動が抑制される。固化層61の温度が環境温度とほぼ同一になることにより、固化層61の温度と環境温度との差に応じた固化層61の膨張及び収縮が減少する。また、固化層61の温度の変動が抑制されることにより、温度変動に応じた固化層61の膨張及び収縮が減少する。従って、各固化層61のサイズの変動が抑制される。
As described above, the
本実施形態においては、ベースプレート5の温度を環境温度に合わせるようにベースプレート5の温度を制御することによって、各固化層61の温度は環境温度とほぼ同一の温度に制御される。各固化層61の温度の変動が抑制されると共に、各固化層61の温度と環境温度との差が小さくなるので、より確実に各固化層61のサイズの変動が抑制される。従って、製造装置1は、形状をより高精度に加工した三次元積層造形物64を製造することが可能となる。
In the present embodiment, by controlling the temperature of the
なお、以上の実施形態1〜3においては、制御回路32で冷却部34及びヒータ35の動作を制御する形態を示したが、三次元積層造形物の製造装置1は、制御回路32を用いずに、制御部11で直接に冷却部34及びヒータ35の動作を制御する形態であってもよい。また、製造装置1は、冷却部34又はヒータ35の一方のみを用いて流体の温度を調整する形態であってもよい。例えば、製造装置1は、通流路51を通流することによって加温された流体を適宜冷却する方法、又は低温の流体を適宜加熱する方法により、流体の温度を調整する。また、実施形態1〜3においては、ベースプレート5内の通流路51を通流する流体を循環させる形態を示したが、製造装置1は、流体を循環させず、通流路51を通流した後の流体を廃棄する形態であってもよい。
In the above first to third embodiments, the
また、実施形態1〜3においては、ベースプレート5が金属製である形態を示したが、ベースプレート5は、金属以外で熱伝導性の高い材料で形成されていてもよい。また、実施形態1〜3においては、内部に通流路51が形成された固形体がベースプレート5である例を示したが、固形体は、プレート以外の形状を有していてもよい。例えば、固形体は、内部に通流路51が形成され、任意の形状に形成された金属塊であってもよい。また、固形体は、金属以外の固体の塊が任意の形状に形成され、内部に通流路51が形成されたものであってもよい。
In
また、実施形態1〜3においては、金属粉末4を焼結させることによって固化層を形成する形態を示したが、三次元積層造形物の製造装置1は、金属粉末4を溶融固化させることによって固化層を形成する形態であってもよい。また、実施形態1〜3においては、エネルギービームとしてレーザ光を用いる形態を示したが、製造装置1は、レーザ光以外のエネルギービームを用いる形態であってもよい。また、実施形態1〜3においては、材料粉末として金属粉末4を用いる形態を示したが、製造装置1は、樹脂粉末等の金属粉末以外の材料粉末を用いる形態であってもよい。
Moreover, in Embodiments 1-3, although the form which forms a solidified layer by sintering the
今回開示された実施形態は全ての点で例示であって、制限的なものでは無いと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した意味ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。 It should be thought that embodiment disclosed this time is an illustration and restrictive at no points. The scope of the present invention is defined not by the above-mentioned meaning but by the scope of claims for patent, and is intended to include all modifications within the scope and meaning equivalent to the scope of claims for patent.
1 製造装置
11 制御部
12 昇降テーブル
13 ブレード
14 レーザ光源
2 切削機
3 温度制御部
31 配管
32 制御回路
33 ポンプ
34 冷却部
35 ヒータ
36 流体温度センサ
37 温度測定部
38 環境温度測定部
4 金属粉末(材料粉末)
5 ベースプレート(固形体)
51 通流路
61 固化層
64 三次元積層造形物
DESCRIPTION OF
5 Base plate (solid)
51
Claims (6)
前記固形体には、前記固形体の内部を流体が通流するための通流路が形成されており、
前記通流路に流体を通流させ、
前記流体の温度を調整すること
を特徴とする製造方法。 On the solid body, a solidified layer is formed by solidifying the material powder by irradiation of an energy beam to the material powder, and a plurality of solidified layers are laminated by repeating the formation of the solidified layer on the solidified layer. In a method of manufacturing a three-dimensional layered object including the solid body by cutting the plurality of solidified layers,
The solid body is formed with a flow path for fluid to flow through the solid body,
Allowing fluid to flow through the flow path,
A manufacturing method comprising adjusting the temperature of the fluid.
を特徴とする請求項1に記載の製造方法。 The manufacturing method according to claim 1, wherein the temperature of the fluid is adjusted in order to keep the temperature of the fluid at a constant temperature.
前記固形体の温度を一定の温度に保つべく、前記流体の温度を調整すること
を特徴とする請求項1に記載の製造方法。 Measuring the temperature of the solid,
The manufacturing method according to claim 1, wherein the temperature of the fluid is adjusted so that the temperature of the solid body is maintained at a constant temperature.
前記固形体の温度を測定し、
前記固形体の温度を前記環境温度に合わせるべく、前記流体の温度を調整すること
を特徴とする請求項1に記載の製造方法。 Measuring the ambient temperature around the solid,
Measuring the temperature of the solid,
The manufacturing method according to claim 1, wherein the temperature of the fluid is adjusted in order to adjust the temperature of the solid body to the environmental temperature.
を特徴とする請求項1乃至4のいずれか一つに記載の製造方法。 The manufacturing method according to claim 1, wherein the fluid is air.
前記固形体に形成されており、前記固形体の内部を流体が通流するための通流路に、流体を通流させる通流部と、
前記流体の温度を調整する温度調整部と
を備えることを特徴とする製造装置。 A laminated part that forms a solidified layer obtained by solidifying the material powder by irradiating the material powder with an energy beam on a solid body, and repeatedly forms a solidified layer on the solidified layer to laminate a plurality of solidified layers. And an apparatus for manufacturing a three-dimensional layered object including the solid body, including a cutting unit that performs a cutting process on the plurality of laminated solidified layers.
A flow passage portion that is formed in the solid body and allows a fluid to flow through a flow path through which the fluid flows through the solid body;
And a temperature adjusting unit for adjusting the temperature of the fluid.
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