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JP2025022204A - Powder material laying device, powder material laying method, and program - Google Patents

Powder material laying device, powder material laying method, and program Download PDF

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JP2025022204A
JP2025022204A JP2023126576A JP2023126576A JP2025022204A JP 2025022204 A JP2025022204 A JP 2025022204A JP 2023126576 A JP2023126576 A JP 2023126576A JP 2023126576 A JP2023126576 A JP 2023126576A JP 2025022204 A JP2025022204 A JP 2025022204A
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JP
Japan
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powder material
container
vibration
powder
height
Prior art date
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Application number
JP2023126576A
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Japanese (ja)
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秀次 谷川
Hidetsugu Tanigawa
峻丸 山本
Takamaru YAMAMOTO
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Publication date
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Abstract

To provide a powder material laying device, a powder material laying method, and a program that are capable of appropriately adjusting a stack height of powder material.SOLUTION: A powder material laying device for laying a powder material in an additive manufacturing process includes: a container of the powder material having an opening for dropping the powder material; a vibration part that applies vibration to the container; a moving part that moves the container; a sensor that measures a stacking height of molded layers formed by the powder material dropped from the container; and a control part that adjusts at least one of a moving speed and a vibration strength of the container based on a measured stack height and a target stack height.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本開示は、粉体材料敷設装置、粉体材料敷設方法およびプログラムに関する。 This disclosure relates to a powder material laying device, a powder material laying method, and a program.

特許文献1には、複数の貫通孔を有するシートスクリーンを超音波振動子で振動させることで、シートスクリーンを介して造形粉末を分配する粉末層3次元プリンタの構成例が示されている。特許文献1に記載されている粉末層3次元プリンタは、シートスクリーンの貫通孔のサイズ、形状および分布のうちの少なくとも1つを変化させることにより、かかる変化がなかった場合に振動の局所的ばらつきのために造形粉末が不均一に分配されるリコータの癖を減らすことができる、とされている。 Patent Document 1 shows an example of the configuration of a powder bed three-dimensional printer that distributes modeling powder through a sheet screen by vibrating the sheet screen having multiple through-holes with an ultrasonic vibrator. The powder bed three-dimensional printer described in Patent Document 1 is said to be able to reduce the tendency of a recoater to distribute modeling powder unevenly due to local variations in vibration in the absence of such changes by changing at least one of the size, shape, and distribution of the through-holes in the sheet screen.

特表2020-524095号公報Special Publication No. 2020-524095

なお、特許文献1には、超音波振動子は、シートスクリーンを介した造形粉末流量の所望レベルまたはその一貫性を達成するために、出力振動の振動数と振幅のうちの少なくとも1つを調整するための一時的または周期的な自動同調を組み入れた電子回路を備えてもよい旨の記載はある。しなしながら、特許文献1には、出力振動の振動数や振幅をどのように調節することで造形粉末流量を調整するのか等、自動同調の仕方については具体的に示されていなかった。 It is noted that Patent Document 1 states that the ultrasonic transducer may include electronic circuitry incorporating temporary or periodic automatic tuning for adjusting at least one of the frequency and amplitude of the output vibration to achieve a desired level or consistency of the build powder flow rate through the sheet screen. However, Patent Document 1 does not specifically disclose how to perform automatic tuning, such as how to adjust the frequency or amplitude of the output vibration to adjust the build powder flow rate.

本開示は、上記事情に鑑みてなされたものであり、粉体材料の積層高さを適切に調節することができる粉体材料敷設装置、粉体材料敷設方法およびプログラムを提供することを目的とする。 The present disclosure has been made in consideration of the above circumstances, and aims to provide a powder material laying device, a powder material laying method, and a program that can appropriately adjust the stack height of the powder material.

上記目的を達成するために、本開示に係る粉体材料敷設装置は、付加製造プロセスにおいて粉体材料を敷設するための装置であって、前記粉体材料を落下させるための開口部を有する前記粉体材料の容器と、前記容器に振動を与える加振部と、前記容器を移動させる移動部と、前記容器から落下した前記粉体材料によって形成された造形層の積層高さを計測するセンサと、計測された前記積層高さである計測積層高さと目標とする目標積層高さとに基づいて前記容器の移動速度または振動の強さの少なくとも一方を調節する制御部とを備える。 In order to achieve the above object, the powder material laying device according to the present disclosure is a device for laying powder material in an additive manufacturing process, and includes a container for the powder material having an opening for dropping the powder material, a vibration unit for applying vibration to the container, a moving unit for moving the container, a sensor for measuring the stack height of a modeling layer formed by the powder material dropped from the container, and a control unit for adjusting at least one of the moving speed or the vibration strength of the container based on a measured stack height, which is the measured stack height, and a target stack height.

本開示に係る粉体材料敷設方法は、付加製造プロセスにおいて粉体材料を敷設するための方法であって、前記粉体材料を落下させるための開口部を有する前記粉体材料の容器と、前記容器に振動を与える加振部と、前記容器を移動させる移動部と、を用いて、前記容器から落下した前記粉体材料によって形成された造形層の積層高さを計測するステップと、計測された前記積層高さである計測積層高さと目標とする目標積層高さとに基づいて前記容器の移動速度または振動の強さの少なくとも一方を調節するステップと、を含む。 The powder material laying method according to the present disclosure is a method for laying powder material in an additive manufacturing process, and includes the steps of measuring the stack height of a modeling layer formed by the powder material dropped from the container using a container for the powder material having an opening for dropping the powder material, a vibration unit for applying vibration to the container, and a moving unit for moving the container, and adjusting at least one of the moving speed of the container or the strength of the vibration based on a measured stack height, which is the measured stack height, and a target stack height.

本開示に係るプログラムは、付加製造プロセスにおいて粉体材料を敷設するためのプログラムであって、前記粉体材料を落下させるための開口部を有する前記粉体材料の容器と、前記容器に振動を与える加振部と、前記容器を移動させる移動部と、を用いて、前記容器から落下した前記粉体材料によって形成された造形層の積層高さを計測するステップと、計測された前記積層高さである計測積層高さと目標とする目標積層高さとに基づいて前記容器の移動速度または振動の強さの少なくとも一方を調節するステップと、をコンピュータに実行させる。 The program disclosed herein is a program for laying powder material in an additive manufacturing process, and causes a computer to execute the steps of measuring the stack height of a modeling layer formed by the powder material dropped from a container using a container for the powder material having an opening for dropping the powder material, a vibration unit that imparts vibration to the container, and a movement unit that moves the container, and adjusting at least one of the movement speed or vibration strength of the container based on a measured stack height, which is the measured stack height, and a target stack height.

本開示の粉体材料敷設装置、粉体材料敷設方法およびプログラムによれば、粉体材料の積層高さを適切に調節することができる。 The powder material laying device, powder material laying method, and program disclosed herein allow the stack height of the powder material to be appropriately adjusted.

本開示の実施形態に係る粉体材料敷設装置の構成例を模式的に示す概略構成図である。FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration example of a powder material laying device according to an embodiment of the present disclosure. 本開示の実施形態に係る粉末容器の正面図である。FIG. 1 illustrates a front view of a powder container according to an embodiment of the present disclosure. 本開示の実施形態に係る粉末容器の側面図である。FIG. 13 illustrates a side view of a powder container according to an embodiment of the present disclosure. 本開示の実施形態に係る粉体材料敷設装置の制御ブロック図である。FIG. 2 is a control block diagram of a powder material laying device according to an embodiment of the present disclosure. 本開示の実施形態に係るふるいの例を示す模式図である。FIG. 2 is a schematic diagram illustrating an example of a sieve according to an embodiment of the present disclosure. 本開示の実施形態に係る粉体材料敷設方法の手順を示すフローチャートである。1 is a flowchart illustrating a procedure of a powder material laying method according to an embodiment of the present disclosure. 本開示の実施形態に係るコンピュータの構成を示す概略ブロック図である。FIG. 1 is a schematic block diagram illustrating a configuration of a computer according to an embodiment of the present disclosure.

以下、本開示の実施形態に係る粉体材料敷設装置、粉体材料敷設方法およびプログラムについて、各図を参照して説明する。図1は、本開示の実施形態に係る粉体材料敷設装置10の構成例を模式的に示す概略構成図である。図2は、本開示の実施形態に係る粉末容器11の正面図である。図3は、本開示の実施形態に係る粉末容器11の側面図である。図4は、本開示の実施形態に係る粉体材料敷設装置10の制御ブロック図である。図5は、本開示の実施形態に係るふるい11bの例を示す模式図である。図6は、本開示の実施形態に係る粉体材料敷設方法の手順を示すフローチャートである。図7は、本開示の実施形態に係るコンピュータの構成を示す概略ブロック図である。なお、各図において同一または対応する構成には同一の符号を用いて説明を適宜省略する。 The powder material laying device, the powder material laying method, and the program according to the embodiment of the present disclosure will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration example of the powder material laying device 10 according to the embodiment of the present disclosure. FIG. 2 is a front view of the powder container 11 according to the embodiment of the present disclosure. FIG. 3 is a side view of the powder container 11 according to the embodiment of the present disclosure. FIG. 4 is a control block diagram of the powder material laying device 10 according to the embodiment of the present disclosure. FIG. 5 is a schematic diagram showing an example of a sieve 11b according to the embodiment of the present disclosure. FIG. 6 is a flowchart showing the procedure of the powder material laying method according to the embodiment of the present disclosure. FIG. 7 is a schematic block diagram showing the configuration of a computer according to the embodiment of the present disclosure. Note that the same or corresponding configurations in each figure are designated by the same reference numerals and the description will be omitted as appropriate.

(粉体材料敷設装置の構成)
図1は、本開示の実施形態に係る粉体材料敷設装置10と、粉体材料敷設装置10を備える積層造形装置1の構成例を模式的に示す。図1に示す積層造形装置1は、造形用レーザ3次元スキャナ2と、粉体材料敷設装置10とを備える。
(Configuration of powder material laying device)
1 illustrates a schematic configuration example of a powder material laying device 10 according to an embodiment of the present disclosure, and an additive manufacturing device 1 including the powder material laying device 10. The additive manufacturing device 1 illustrated in FIG. 1 includes a three-dimensional modeling laser scanner 2 and the powder material laying device 10.

積層造形装置1は、付加製造(Additive Manufacturing(AM))プロセスによって、例えば粉体材料17からなる造形層20Lを積層することで造形物20を製造する装置である。付加製造プロセスは、3次元モデルデータを基に材料を結合して造形物を実体化する加工法である。造形層20Lは表面を形成するために層状に展開または塗布した材料である。なお、本実施形態では、造形層20Lは、粉体材料17を敷設した状態(粉末層の状態)と、造形用レーザ光によって結合された状態とを含むものとする。また、図1は、付加製造プロセスの1つである粉末床結合溶融プロセスを用いて造形物20を、ワーク21が有する凹部21aを埋めるようにワーク21と一体的に形成する例を示している。この場合、造形層20Lは、例えば曲面状の造形面21bと、直前に堆積した造形層20Lとを造形面として付加される。なお、粉末床結合溶融プロセスは、パウダーベッドフュージョン(Powder Bed Fusion(PBF))とも呼ばれ、熱エネルギーを使用して粉末床を選択的に溶融凝固する付加製造プロセスである。また、造形面は、材料が付加される領域である。 The additive manufacturing device 1 is a device that manufactures a model 20 by stacking modeling layers 20L made of, for example, powder material 17 using an additive manufacturing (AM) process. The additive manufacturing process is a processing method that combines materials based on three-dimensional model data to materialize a model. The modeling layers 20L are materials that are spread or applied in layers to form a surface. In this embodiment, the modeling layers 20L include a state in which the powder material 17 is laid (powder layer state) and a state in which the powder material is bonded by a modeling laser beam. Also, FIG. 1 shows an example in which the model 20 is integrally formed with the workpiece 21 so as to fill the recess 21a of the workpiece 21 using a powder bed bonding fusion process, which is one of the additive manufacturing processes. In this case, the modeling layer 20L is added as a modeling surface, for example, a curved modeling surface 21b and the modeling layer 20L that was deposited just before. Powder Bed Fusion (PBF) is an additive manufacturing process that uses thermal energy to selectively melt and solidify a powder bed. The build surface is the area where material is added.

造形用レーザ3次元スキャナ2は、レーザ焼結技術によって、1または複数のレーザを使用してレーザ光(造形用レーザ光)を照射することで、造形層20L表面の粒子を選択的に溶融または融解することを繰り返し、粉体材料17から造形物20を形成する。造形用レーザ3次元スキャナ2は、レーザ光の照射位置をXYZの3方向で制御する。 The 3D laser scanner 2 for modeling uses one or more lasers to irradiate laser light (laser light for modeling) using laser sintering technology, repeatedly melting or dissolving particles on the surface of the modeling layer 20L, forming a model 20 from the powder material 17. The 3D laser scanner 2 for modeling controls the irradiation position of the laser light in three directions: X, Y, and Z.

粉体材料敷設装置10は、付加製造プロセスにおいて粉体材料17を敷設するための装置である。粉体材料敷設装置10は、粉末容器(以下、単に容器ともいう)11と、加振部12と、移動部13と、センサ14とを備える。 The powder material laying device 10 is a device for laying powder material 17 in an additive manufacturing process. The powder material laying device 10 includes a powder container (hereinafter also simply referred to as a container) 11, a vibration unit 12, a moving unit 13, and a sensor 14.

粉末容器11は、粉体材料17を落下させるための開口部11aを有する粉体材料17の容器である。粉末容器11は、移動部13によってX方向に移動しながら粉体材料17を落下させ、所定の厚さ(例えば1層当たり50μm)の粉末層を敷設する。図2と図3は、粉末容器11の構成例を示す。なお、図1~図3における向きの対応関係はXYZ軸で示している。図1~図3に示すように、粉末容器11は、開口部11aと、粉体材料17の供給口11cを有する。開口部11aには、篩(ふるい)11bが設けられている。また、粉末容器11の外壁面11dには、粉末容器11を加振する加振部12と加振部16が装着されている。 The powder container 11 is a container for the powder material 17, having an opening 11a for dropping the powder material 17. The powder container 11 drops the powder material 17 while moving in the X direction by the moving part 13, and lays down a powder layer of a predetermined thickness (for example, 50 μm per layer). Figures 2 and 3 show an example of the configuration of the powder container 11. Note that the correspondence of the directions in Figures 1 to 3 is shown by the XYZ axes. As shown in Figures 1 to 3, the powder container 11 has an opening 11a and a supply port 11c for the powder material 17. A sieve 11b is provided in the opening 11a. In addition, a vibration part 12 and a vibration part 16 for vibrating the powder container 11 are attached to the outer wall surface 11d of the powder container 11.

加振部12は、例えば、ピストン型エア振動子であり、ピストンの往復運動による往復衝撃による振動を粉末容器11に与えることで、粉末容器11内の粉体材料17を開口部11aからふるい11bを介して噴出させ、粉体材料17が造形面に噴き付けられるように粉体材料17を落下させる。また、加振部16は、例えば、超音波振動子であり、例えばふるい11bの清掃時にふるい11bの目詰まりを除去するための振動を発生する。なお、本開示に係る「加振部」は、加振部12または加振部16の少なくとも一方を含む。 The vibration unit 12 is, for example, a piston-type air vibrator, which applies vibrations to the powder container 11 due to reciprocating impact caused by the reciprocating motion of the piston, causing the powder material 17 in the powder container 11 to be ejected from the opening 11a through the sieve 11b, and causing the powder material 17 to fall so that it is sprayed onto the modeling surface. The vibration unit 16 is, for example, an ultrasonic vibrator, which generates vibrations to remove clogging from the sieve 11b, for example, when cleaning the sieve 11b. Note that the "vibration unit" according to the present disclosure includes at least one of the vibration unit 12 and the vibration unit 16.

ふるい11bは、所定の加振状態で粉体材料17を落下させる目開きWの大きさを有する。あるいは、ふるい11bは、無加振では粉体材料17を落下させない大きさの目開きWの大きさを有する。あるいは、ふるい11bは、無加振では粉体材料17を落下させず、かつ、所定の加振状態で粉体材料17を落下させる目開きWの大きさを有する。図5は、ふるい11bを金属製ふるい網とした場合のふるいの目開きWと金属線の直径dとの例を示す。ふるい11bは、例えば、粉体材料17の粉末粒径が10~45μmの場合、目開きWは粉末の最大サイズと同等または数μm大きいサイズ(例えば53μm程度)とし、同時に複数の粉末が目開きWを通過せず、かつ、振動を与えない状態では、粉末が通過しないサイズとする。また、本実施形態では、事前にふるい11bを通過させた粉末を使用することでふるい11bの粉詰まりを抑制した。すなわち、本実施形態では、造形物20を形成する際にはふるい11bを少なくとも一度通過した粉体材料17が粉末容器11に入れられる。 The sieve 11b has a size of opening W that allows the powder material 17 to fall in a predetermined vibration state. Alternatively, the sieve 11b has a size of opening W that does not allow the powder material 17 to fall without vibration. Alternatively, the sieve 11b has a size of opening W that does not allow the powder material 17 to fall without vibration and allows the powder material 17 to fall in a predetermined vibration state. Figure 5 shows an example of the opening W of the sieve and the diameter d of the metal wire when the sieve 11b is a metal sieve net. For example, when the powder particle size of the powder material 17 is 10 to 45 μm, the opening W of the sieve 11b is set to a size equal to or several μm larger than the maximum size of the powder (for example, about 53 μm), so that multiple powders do not pass through the opening W at the same time and the powder does not pass through when vibration is not applied. In addition, in this embodiment, powder that has been passed through the sieve 11b in advance is used to prevent the sieve 11b from clogging with powder. That is, in this embodiment, when forming the model 20, the powder material 17 that has passed through the sieve 11b at least once is placed in the powder container 11.

また、粉末容器11は、治具31を介して移動部13に支持され、白抜きの矢印で示す移動方向に移動する。移動部13は、例えばリニアモータ等を駆動源とするリニアガイドである。 The powder container 11 is supported by the moving part 13 via a jig 31 and moves in the direction indicated by the white arrow. The moving part 13 is a linear guide that uses, for example, a linear motor as a drive source.

センサ14は、粉末容器11から落下した粉体材料17によって形成された造形層20Lの積層高さを計測するセンサである。センサ14は、例えば、レーザ光(計測用レーザ光)を利用してXY平面上の複数の計測点でZ方向の距離を計測するレーザ変位計等の厚み計測用センサである。センサ14は、治具31を介して移動部13に支持され、白抜きの矢印で示す移動方向に移動する。センサ14は、制御部15の制御の下、例えば、粉末敷設後およびレーザ光照射後に厚みを計測する。センサ14は、例えば1または積層された複数の造形層20Lの高さ(図1のh1、h2等)(厚さ)(本実施形態では1または複数の造形層20Lの高さを造形層20Lの積層高さという)あるいは造形層20Lの表面のZ方向の位置と、ワーク21の高さ(図1のh0)(厚さ)あるいはワーク21の表面のZ方向の位置との計測値を取得する。 The sensor 14 is a sensor that measures the stacking height of the modeling layer 20L formed by the powder material 17 dropped from the powder container 11. The sensor 14 is, for example, a thickness measurement sensor such as a laser displacement meter that uses laser light (measurement laser light) to measure the distance in the Z direction at multiple measurement points on the XY plane. The sensor 14 is supported by the moving unit 13 via the jig 31 and moves in the moving direction indicated by the white arrow. The sensor 14 measures the thickness, for example, after the powder is laid and after the laser light is irradiated, under the control of the control unit 15. The sensor 14 acquires a measurement value of, for example, the height (h1, h2, etc. in FIG. 1) (thickness) of one or multiple stacked modeling layers 20L (in this embodiment, the height of one or multiple modeling layers 20L is referred to as the stacking height of the modeling layers 20L) or the Z direction position of the surface of the modeling layer 20L and the height (h0 in FIG. 1) (thickness) or the Z direction position of the surface of the workpiece 21.

制御部15は、計測された積層高さである計測積層高さと目標とする目標積層高さとに基づいて必要に応じて粉末容器11の移動速度または振動の強さの少なくとも一方を調節する。目標積層高さとは、当該積層回数で設計上目標とする積層高さである。制御部15は、例えば、計測積層高さが目標計測高さより小さい場合、移動速度を小さくしたり、振動強度を大きくしたりすることで、敷設量を増加させる。また、制御部15は、例えば、計測積層高さが目標計測高さより大きい場合、移動速度を大きくしたり、振動強度を小さくしたりすることで、敷設量を減少させる。制御部15は、例えば計測積層高さと目標計測高さとの偏差に応じて、移動速度の調節と振動強度の調節を同時に行ったり、移動速度のみ調節したり、振動強度のみを調節したりすることができる。また、制御部15は、敷設動作1回毎に調節してもよいし、所定の複数回毎に調節してもよい。また、制御部15は、レーザ光照射動作1回毎に調節してもよいし、所定の複数回毎に調節してもよい。なお、「必要に応じて…調節する」とは、例えば、計測積層高さと目標積層高さとの差が所定の範囲内に収まっていない場合には必要があるとして調節を行ったり、所定の複数回の敷設動作またはレーザ光照射動作毎に調節することとしている場合には所定の複数回に到達した場合に必要があるとして調節を行ったりするという意味である。また、制御部15は、例えば、敷設動作やレーザ光照射動作の複数回毎に調節を行う場合、調節を行わない動作の場合にはセンサ14による敷設高さや積層高さの計測を省略してもよい。 The control unit 15 adjusts at least one of the moving speed or the vibration strength of the powder container 11 as necessary based on the measured stacking height, which is the measured stacking height, and the target stacking height. The target stacking height is the stacking height that is the design target for the number of stacks. For example, when the measured stacking height is smaller than the target measurement height, the control unit 15 increases the laying amount by decreasing the moving speed or increasing the vibration strength. Also, when the measured stacking height is larger than the target measurement height, the control unit 15 decreases the laying amount by increasing the moving speed or decreasing the vibration strength. For example, the control unit 15 can adjust the moving speed and the vibration strength simultaneously, adjust only the moving speed, or adjust only the vibration strength, depending on the deviation between the measured stacking height and the target measurement height. Also, the control unit 15 may adjust for each laying operation, or may adjust for each predetermined number of times. Also, the control unit 15 may adjust for each laser light irradiation operation, or may adjust for each predetermined number of times. Note that "adjusting...if necessary" means, for example, that adjustment is made if the difference between the measured stacking height and the target stacking height is not within a predetermined range, or that adjustment is made if the adjustment is made after a predetermined number of laying operations or laser light irradiation operations. Also, for example, when adjustment is made after a plurality of laying operations or laser light irradiation operations, the control unit 15 may omit measuring the laying height or stacking height with the sensor 14 in the case of operations that do not require adjustment.

また、図4に示すように、制御部15は、センサ14の計測結果を取得し、加振部12の振動の強さ(あるいはさらに周波数)、移動部13による粉末容器11の移動速度や移動位置、移動部13によるセンサ14の移動位置等を制御する。また、制御部15は、造形用レーザ3次元スキャナと所定の制御信号を送受信することで、造形用レーザ3次元スキャナのレーザ光の照射位置を制御する。なお、制御部15は、例えば、オペレータの入力指示等に従い、センサ14による積層高さ等の計測を制御したり、移動速度や振動の強さを手動で設定したりする機能も有している。 As shown in FIG. 4, the control unit 15 acquires the measurement results of the sensor 14 and controls the vibration strength (or even frequency) of the vibration excitation unit 12, the moving speed and moving position of the powder container 11 by the moving unit 13, and the moving position of the sensor 14 by the moving unit 13. The control unit 15 also controls the irradiation position of the laser light of the three-dimensional laser scanner for modeling by sending and receiving a predetermined control signal to and from the three-dimensional laser scanner for modeling. The control unit 15 also has a function of controlling the measurement of the stack height, etc. by the sensor 14 according to, for example, input instructions from an operator, and manually setting the moving speed and vibration strength.

(粉体材料敷設装置の動作例)
図6を参照して粉体材料敷設装置10の動作例について説明する。図6に示す例では、まず、例えば手作業で事前に粉体材料17を、ふるい11bを通過させることで選別し、通過した粉体材料17のみを選出する(ステップS10)。なお、ふるい11bは粉末容器11に設けられたものを使用してもよいし、例えば選別用の別の粉末容器とふるいを用意して使用してもよい。選別の際、粉末容器11に残った粉体材料17は粉末容器11から取り出して使用しない材料とする。なお、本動作例は、1回の敷設動作で、レーザ焼結処理に適した厚さ(例えば50μm)を有する造形層20Lを敷設することを目的とする動作例であるとする。
(Example of operation of powder material laying device)
An operation example of the powder material laying device 10 will be described with reference to Fig. 6. In the example shown in Fig. 6, first, for example, the powder material 17 is manually sorted in advance by passing it through a sieve 11b, and only the powder material 17 that has passed through is selected (step S10). The sieve 11b may be provided in the powder container 11, or, for example, a separate powder container and sieve for sorting may be prepared and used. During sorting, the powder material 17 remaining in the powder container 11 is taken out of the powder container 11 and is regarded as unused material. It is assumed that this operation example is an operation example aimed at laying a modeling layer 20L having a thickness (for example, 50 μm) suitable for laser sintering processing in one laying operation.

次に、例えば手作業で選別(選出)された粉体材料17を粉末容器11に収納する(ステップS11)。 Next, the powder material 17, which has been selected (picked) manually, is stored in the powder container 11 (step S11).

次に、例えば手作業で粉末敷設量を調整する(ステップS12)。ステップS12では、まず目視で敷設状況を確認し、加振部12の振動強度で敷設量を調整する。さらに粉末容器11を定速で移動させ、粉末敷設量を計測し、振動強度を再調整する。 Next, the amount of powder applied is adjusted, for example manually (step S12). In step S12, the application status is first visually confirmed, and the amount of powder applied is adjusted by adjusting the vibration strength of the vibration unit 12. Furthermore, the powder container 11 is moved at a constant speed, the amount of powder applied is measured, and the vibration strength is readjusted.

次に、制御部15は、センサ14を用いて、ワーク21の高さを計測する(ステップS13)。このワーク21の高さが、造形前の基準の高さとなる。 Next, the control unit 15 uses the sensor 14 to measure the height of the workpiece 21 (step S13). This height of the workpiece 21 becomes the reference height before molding.

次に、制御部15は、設定された振動強度で加振部12を加振し、粉末容器11を設定された移動速度で移動させて粉体材料17を敷設する(ステップS14)。 Next, the control unit 15 vibrates the vibration unit 12 at the set vibration intensity and moves the powder container 11 at the set moving speed to lay down the powder material 17 (step S14).

次に、制御部15は、センサ14を用いて、粉末敷設高さを計測する(ステップS15)。 Next, the control unit 15 uses the sensor 14 to measure the powder application height (step S15).

次に、制御部15は、造形用レーザ3次元スキャナ2と所定の制御信号を送受信することで、敷設された粉体材料17にレーザ光を照射して、造形層20Lを形成する(ステップS16)。 Next, the control unit 15 transmits and receives a predetermined control signal to and from the 3D laser modeling scanner 2, thereby irradiating the laid powder material 17 with laser light to form the modeling layer 20L (step S16).

次に、制御部15は、センサ14を用いて、造形層20Lの積層高さ(計測積層高さ)を計測する(ステップS17)。 Next, the control unit 15 uses the sensor 14 to measure the stack height (measured stack height) of the modeling layer 20L (step S17).

次に、制御部15は、計測積層高さと目標積層高さとを比較し、必要に応じて次の層を敷設する際の移動速度と振動の強さの一方または両方を調節する(ステップS18)。 Next, the control unit 15 compares the measured stack height with the target stack height, and adjusts, as necessary, either or both of the movement speed and vibration strength when laying the next layer (step S18).

次に、制御部15は、所定の終了条件が成立したか否かを判定する(ステップS19)。所定の終了条件は、例えば、予め設定された処理がすべて実行されたとか、オペレータが終了の指示操作を入力したとか、所定の不具合が発生したとかである。終了条件が成立した場合(ステップS19:YES)、制御部15は処理を終了する。 Next, the control unit 15 determines whether a predetermined termination condition is met (step S19). The predetermined termination condition may be, for example, that all pre-set processes have been executed, that the operator has input an instruction to terminate, or that a predetermined malfunction has occurred. If the termination condition is met (step S19: YES), the control unit 15 terminates the process.

終了条件が成立しなかった場合(ステップS19:NO)、制御部15は(前回清掃や交換を行った場合には清掃または交換後の)積層回数が所定回数に到達または計測積層高さと目標積層高さの差が所定のしきい値以上となったか否かを判定する(ステップS20)。積層回数が所定回数に到達した場合または計測積層高さと目標積層高さの差が所定のしきい値以上となった場合(ステップS20:YES)、制御部15は、例えば、ふるい11bの清掃または交換が必要になった旨の通知を行う。ここで、オペレータが例えば手作業で、ふるい11bの清掃や交換を行う(ステップS21)。清掃や交換の際には、例えば、粉体材料17を粉末容器11から一旦取り出し、エアガン等を用いて収納容器11の上下からエアフローでふるい11bを清掃したり、ふるい11bを交換したり、あるいは、粉体材料17を粉末容器11から取り出さずに、加振部16で粉末容器11を加振し、少量の粉体材料17をふるい11bを介して落下させることでふるい11bを清掃したりする。なお、ステップS21で粉体材料17を粉末容器11から取り出した場合には、粉末容器11に粉体材料17を収納後、次の処理に進む。積層回数が所定回数に到達しておらず、かつ、計測積層高さと目標積層高さの差が所定のしきい値以上でなかった場合(ステップS20:NO)、または、清掃または交換を行った場合(ステップS21)、ステップS14に戻り、ステップS14以降の処理を再度実行する。 If the termination condition is not met (step S19: NO), the control unit 15 determines whether the number of stacks (after cleaning or replacement if cleaning or replacement was performed previously) has reached a predetermined number or the difference between the measured stack height and the target stack height has reached a predetermined threshold value or more (step S20). If the number of stacks has reached a predetermined number or the difference between the measured stack height and the target stack height has reached a predetermined threshold value or more (step S20: YES), the control unit 15 notifies, for example, that cleaning or replacement of the sieve 11b is necessary. Here, the operator cleans or replaces the sieve 11b, for example, manually (step S21). When cleaning or replacing, for example, the powder material 17 is temporarily removed from the powder container 11, and the sieve 11b is cleaned by airflow from above and below the storage container 11 using an air gun or the like, or the sieve 11b is replaced, or the powder material 17 is not removed from the powder container 11, and the powder container 11 is vibrated by the vibration unit 16 to drop a small amount of the powder material 17 through the sieve 11b to clean the sieve 11b. Note that, if the powder material 17 is removed from the powder container 11 in step S21, the powder material 17 is stored in the powder container 11 and the process proceeds to the next step. If the number of stacks has not reached the predetermined number and the difference between the measured stack height and the target stack height is not equal to or greater than the predetermined threshold value (step S20: NO), or if cleaning or replacement has been performed (step S21), the process returns to step S14 and the processes from step S14 onwards are executed again.

(作用・効果)
本実施形態では、ふるい(メッシュ)を設けた粉末容器を、加振部(振動子)で振動させることで、粉末供給量を均一にすることができ、例えば曲面に沿って均一な粉末層を形成することができる。また、粉末層の表面を平坦にするブレードなどを別途設ける必要がなくなる。また、粉末敷設量をフィードバック制御することで、設計モデル通りの造形が行えるようになる。
(Action and Effects)
In this embodiment, the powder supply amount can be made uniform by vibrating a powder container equipped with a sieve (mesh) using a vibration unit (oscillator), and a uniform powder layer can be formed along a curved surface, for example. In addition, there is no need to provide a separate blade or the like to flatten the surface of the powder layer. In addition, feedback control of the amount of powder applied allows for modeling according to the design model.

以上のように本実施形態によれば、センサ14によって粉末容器11から落下した粉体材料17によって形成された造形層20Lの積層高さを計測し、制御部15によって計測された積層高さである計測積層高さと目標とする目標積層高さとに基づいて粉末容器11の移動速度または加振部12の振動の強さの少なくとも一方を調節するので、粉体材料の積層高さを適切に調節することができる。 As described above, according to this embodiment, the stack height of the modeling layer 20L formed by the powder material 17 dropped from the powder container 11 is measured by the sensor 14, and at least one of the moving speed of the powder container 11 or the vibration strength of the vibration unit 12 is adjusted based on the measured stack height, which is the stack height measured by the control unit 15, and the target stack height, so that the stack height of the powder material can be appropriately adjusted.

(変形例)
以上、この発明の実施形態について図面を参照して説明してきたが、具体的な構成は上記実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
(Modification)
Although an embodiment of the present invention has been described above with reference to the drawings, the specific configuration is not limited to the above embodiment, and also includes design modifications and the like within the scope of the gist of the present invention.

〈コンピュータ構成〉
図7は、上記実施形態に係るコンピュータの構成を示す概略ブロック図である。
コンピュータ90は、プロセッサ91、メインメモリ92、ストレージ93、および、インタフェース94を備える。
上述の制御部15は、コンピュータ90に実装される。そして、上述した各処理部の動作は、プログラムの形式でストレージ93に記憶されている。プロセッサ91は、プログラムをストレージ93から読み出してメインメモリ92に展開し、当該プログラムに従って上記処理を実行する。また、プロセッサ91は、プログラムに従って、上述した各記憶部に対応する記憶領域をメインメモリ92に確保する。
Computer Configuration
FIG. 7 is a schematic block diagram showing the configuration of a computer according to the embodiment.
The computer 90 comprises a processor 91 , a main memory 92 , a storage 93 , and an interface 94 .
The above-mentioned control unit 15 is implemented in a computer 90. The operations of each of the above-mentioned processing units are stored in the form of a program in a storage 93. The processor 91 reads the program from the storage 93, loads it in the main memory 92, and executes the above-mentioned processing in accordance with the program. The processor 91 also secures storage areas in the main memory 92 corresponding to each of the above-mentioned storage units in accordance with the program.

プログラムは、コンピュータ90に発揮させる機能の一部を実現するためのものであってもよい。例えば、プログラムは、ストレージに既に記憶されている他のプログラムとの組み合わせ、または他の装置に実装された他のプログラムとの組み合わせによって機能を発揮させるものであってもよい。なお、他の実施形態においては、コンピュータは、上記構成に加えて、または上記構成に代えてPLD(Programmable Logic Device)などのカスタムLSI(Large Scale Integrated Circuit)を備えてもよい。PLDの例としては、PAL(Programmable Array Logic)、GAL(Generic Array Logic)、CPLD(Complex Programmable Logic Device)、FPGA(Field Programmable Gate Array)等が挙げられる。この場合、プロセッサによって実現される機能の一部または全部が当該集積回路によって実現されてよい。 The program may be for realizing some of the functions to be performed by the computer 90. For example, the program may be for realizing the functions by combining with other programs already stored in the storage, or by combining with other programs implemented in other devices. In other embodiments, the computer may include a custom LSI (Large Scale Integrated Circuit) such as a PLD (Programmable Logic Device) in addition to or instead of the above configuration. Examples of PLDs include PAL (Programmable Array Logic), GAL (Generic Array Logic), CPLD (Complex Programmable Logic Device), FPGA (Field Programmable Gate Array), etc. In this case, some or all of the functions realized by the processor may be realized by the integrated circuit.

ストレージ93の例としては、HDD(Hard Disk Drive)、SSD(Solid State Drive)、磁気ディスク、光磁気ディスク、CD-ROM(Compact Disc Read Only Memory)、DVD-ROM(Digital Versatile Disc Read Only Memory)、半導体メモリ等が挙げられる。ストレージ93は、コンピュータ90のバスに直接接続された内部メディアであってもよいし、インタフェース94または通信回線を介してコンピュータ90に接続される外部メディアであってもよい。また、このプログラムが通信回線によってコンピュータ90に配信される場合、配信を受けたコンピュータ90が当該プログラムをメインメモリ92に展開し、上記処理を実行してもよい。少なくとも1つの実施形態において、ストレージ93は、一時的でない有形の記憶媒体である。 Examples of storage 93 include HDD (Hard Disk Drive), SSD (Solid State Drive), magnetic disk, magneto-optical disk, CD-ROM (Compact Disc Read Only Memory), DVD-ROM (Digital Versatile Disc Read Only Memory), semiconductor memory, etc. Storage 93 may be an internal medium directly connected to the bus of computer 90, or an external medium connected to computer 90 via interface 94 or a communication line. In addition, when this program is distributed to computer 90 via a communication line, computer 90 that receives the program may expand the program in main memory 92 and execute the above-mentioned processing. In at least one embodiment, storage 93 is a non-transitory tangible storage medium.

<付記>
上記実施形態に記載の粉体材料敷設装置10は、例えば以下のように把握される。
<Additional Notes>
The powder material laying device 10 described in the above embodiment can be understood, for example, as follows.

(1)第1の態様に係る粉体材料敷設装置10は、付加製造プロセスにおいて粉体材料17を敷設するための装置であって、前記粉体材料17を落下させるための開口部11aを有する前記粉体材料17の容器(粉末容器11)と、前記容器に振動を与える加振部12と、前記容器を移動させる移動部13と、前記容器から落下した前記粉体材料17によって形成された造形層20Lの積層高さを計測するセンサ14と、計測された前記積層高さである計測積層高さと目標とする目標積層高さとに基づいて前記容器の移動速度または振動の強さの少なくとも一方を調節する制御部15とを備える。本態様および以下の各態様によれば、粉体材料の積層高さを適切に調節することができる。 (1) The powder material laying device 10 according to the first aspect is a device for laying powder material 17 in an additive manufacturing process, and includes a container (powder container 11) for the powder material 17 having an opening 11a for dropping the powder material 17, a vibration unit 12 for applying vibrations to the container, a moving unit 13 for moving the container, a sensor 14 for measuring the stacking height of the modeling layer 20L formed by the powder material 17 dropped from the container, and a control unit 15 for adjusting at least one of the moving speed of the container or the strength of the vibration based on the measured stacking height, which is the measured stacking height, and a target stacking height. According to this aspect and each of the following aspects, the stacking height of the powder material can be appropriately adjusted.

(2)第2の態様に係る粉体材料敷設装置10は、(1)の粉体材料敷設装置10であって、前記開口部11aには、所定の加振状態で前記粉体材料17を落下させる目開き(W)の大きさを有するふるい11bが設けられている。本態様によれば、加振状態とすることで粉体材料17を落下させることができる。 (2) The powder material laying device 10 according to the second aspect is the powder material laying device 10 according to (1), and the opening 11a is provided with a sieve 11b having a mesh size (W) that allows the powder material 17 to fall in a predetermined vibration state. According to this aspect, the powder material 17 can be caused to fall by being in a vibration state.

(3)第3の態様に係る粉体材料敷設装置10は、(2)の粉体材料敷設装置10であって、前記ふるいの目開きは、無加振では前記粉体材料17を落下させない大きさである。本態様によれば、無加振とすることで粉体材料が落下しないようにすることができるので、落下を停止させるための機構を特別に設ける必要がない。 (3) The powder material laying device 10 according to the third aspect is the powder material laying device 10 according to (2), and the mesh size of the sieve is large enough not to allow the powder material 17 to fall without vibration. According to this aspect, the powder material can be prevented from falling by not applying vibration, so there is no need to provide a special mechanism to stop the falling.

(4)第4の態様に係る粉体材料敷設装置10は、(2)または(3)の粉体材料敷設装置10であって、前記ふるい11bは、所定の積層回数毎に、または、前記計測積層高さと前記目標積層高さとの差が所定のしきい値以上となった場合に、清掃または交換される。本態様によれば、ふるいの目詰まりによる影響を抑制することができる。 (4) The powder material laying device 10 according to the fourth aspect is the powder material laying device 10 according to (2) or (3), in which the sieve 11b is cleaned or replaced every predetermined number of stacks or when the difference between the measured stack height and the target stack height is equal to or greater than a predetermined threshold value. According to this aspect, the effects of clogging of the sieve can be suppressed.

(5)第5の態様に係る粉体材料敷設装置10は、(2)または(3)の粉体材料敷設装置10であって、前記造形層20Lを形成する際には前記ふるい11bを少なくとも一度通過した前記粉体材料17が前記容器に入れられる。本態様によれば、例えば流動性が悪い粉体材料やふるいで選別されるような大きさの異物による影響を小さくすることができる。 (5) The powder material laying device 10 according to the fifth aspect is the powder material laying device 10 according to (2) or (3), and when forming the modeling layer 20L, the powder material 17 that has passed through the sieve 11b at least once is placed in the container. According to this aspect, it is possible to reduce the influence of, for example, powder material with poor fluidity or foreign matter of a size that can be sorted out by a sieve.

1…積層造形装置
2…造形用レーザ3次元スキャナ
10…粉体材料敷設装置
11…粉末容器(容器)
11a…開口部
11b…ふるい(篩)
12、16…加振部
13…移動部
14…センサ
15…制御部
17…粉体材料
20…造形物
20L…造形層
W…目開き
h1、h2…積層高さ
1...Layered manufacturing device 2...3D laser scanner for manufacturing 10...Powder material laying device 11...Powder container (container)
11a: Opening 11b: Sieve
12, 16... Vibration unit 13... Moving unit 14... Sensor 15... Control unit 17... Powder material 20... Model 20L... Modeling layer W... Mesh openings h1, h2... Stacking height

Claims (7)

付加製造プロセスにおいて粉体材料を敷設するための装置であって、
前記粉体材料を落下させるための開口部を有する前記粉体材料の容器と、
前記容器に振動を与える加振部と、
前記容器を移動させる移動部と、
前記容器から落下した前記粉体材料によって形成された造形層の積層高さを計測するセンサと、
計測された前記積層高さである計測積層高さと目標とする目標積層高さとに基づいて前記容器の移動速度または振動の強さの少なくとも一方を調節する制御部と
を備える粉体材料敷設装置。
1. An apparatus for laying down a powder material in an additive manufacturing process, comprising:
a container for the powder material having an opening for dropping the powder material;
A vibration unit that applies vibration to the container;
A moving unit that moves the container;
a sensor for measuring a stacking height of a modeling layer formed by the powder material dropped from the container; and
A powder material laying device comprising: a control unit that adjusts at least one of the moving speed or vibration strength of the container based on a measured stacking height, which is the measured stacking height, and a target stacking height.
前記開口部には、所定の加振状態で前記粉体材料を落下させる目開きの大きさを有するふるいが設けられている
請求項1に記載の粉体材料敷設装置。
The powder material laying device according to claim 1 , wherein the opening is provided with a sieve having an opening size that allows the powder material to fall under a predetermined vibration state.
前記ふるいの目開きは、無加振では前記粉体材料を落下させない大きさである
請求項2に記載の粉体材料敷設装置。
The powder material laying device according to claim 2 , wherein the sieve has an opening size that does not allow the powder material to fall without vibration.
前記ふるいは、所定の積層回数毎に、または、前記計測積層高さと前記目標積層高さとの差が所定のしきい値以上となった場合に、清掃または交換される
請求項2または請求項3に記載の粉体材料敷設装置。
The powder material laying device of claim 2 or claim 3, wherein the sieve is cleaned or replaced after every predetermined number of stacks or when the difference between the measured stack height and the target stack height becomes equal to or exceeds a predetermined threshold value.
前記造形層を形成する際には前記ふるいを少なくとも一度通過した前記粉体材料が前記容器に入れられる
請求項2または請求項3に記載の粉体材料敷設装置。
The powder material laying device according to claim 2 or 3, wherein when forming the modeling layer, the powder material that has passed through the sieve at least once is placed in the container.
付加製造プロセスにおいて粉体材料を敷設するための方法であって、
前記粉体材料を落下させるための開口部を有する前記粉体材料の容器と、
前記容器に振動を与える加振部と、
前記容器を移動させる移動部と、
を用いて、
前記容器から落下した前記粉体材料によって形成された造形層の積層高さを計測するステップと、
計測された前記積層高さである計測積層高さと目標とする目標積層高さとに基づいて前記容器の移動速度または振動の強さの少なくとも一方を調節するステップと、
を含む粉体材料敷設方法。
1. A method for laying down a powder material in an additive manufacturing process, comprising:
a container for the powder material having an opening for dropping the powder material;
A vibration unit that applies vibration to the container;
A moving unit that moves the container;
Using
measuring a stacking height of a modeling layer formed by the powder material dropped from the container;
A step of adjusting at least one of a moving speed or a vibration strength of the container based on a measured stack height, which is the measured stack height, and a target stack height;
A powder material laying method comprising:
付加製造プロセスにおいて粉体材料を敷設するためのプログラムであって、
前記粉体材料を落下させるための開口部を有する前記粉体材料の容器と、
前記容器に振動を与える加振部と、
前記容器を移動させる移動部と、
を用いて、
前記容器から落下した前記粉体材料によって形成された造形層の積層高さを計測するステップと、
計測された前記積層高さである計測積層高さと目標とする目標積層高さとに基づいて前記容器の移動速度または振動の強さの少なくとも一方を調節するステップと、
をコンピュータに実行させるプログラム。
1. A program for laying down a powder material in an additive manufacturing process, comprising:
a container for the powder material having an opening for dropping the powder material;
A vibration unit that applies vibration to the container;
A moving unit that moves the container;
Using
measuring a stacking height of a modeling layer formed by the powder material dropped from the container;
A step of adjusting at least one of a moving speed or a vibration strength of the container based on a measured stack height, which is the measured stack height, and a target stack height;
A program that causes a computer to execute the following.
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