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CN105478758A - 层叠造型装置 - Google Patents

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CN105478758A CN201510646080.2A CN201510646080A CN105478758A CN 105478758 A CN105478758 A CN 105478758A CN 201510646080 A CN201510646080 A CN 201510646080A CN 105478758 A CN105478758 A CN 105478758A
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Abstract

本发明的目的在于，提供一种不会增加层叠造型所花费的时间，并可以提高造型物的质量的粉末烧结层叠造型方法。该方法通过重复以下步骤来生成造型物，即对被所述造型物模型的各分割层的轮廓形状包围的照射区域照射激光，并选择性地烧结所述照射区域内的所述材料粉体层的材料粉体。该方法中，沿着第1线段照射所述激光之后，在直到沿着与第1线段相邻的第2线段进行所述激光的照射之前的期间的冷却时间内，沿着属于与第1线段以及第2线段组所属的线段组不同的线段组的线段来进行所述激光的照射，当照射所述激光时依次选择所述多个线段组，沿着属于所选择的线段组的一线段来照射所述激光。

Description

层叠造型装置
技术领域
本发明涉及层叠造型装置。
背景技术
在基于激光的金属的层叠造型中，通过重复在可以在上下方向移动的造型台上形成非常薄的材料粉体层，对该材料粉体层的规定处照射激光，并对照射位置的材料粉体进行烧结的工序，从而形成所希望的造型物。
激光一边沿着扫描路径进行扫描，一边向材料粉体层照射，并且所述扫描路径以包括应该照射激光的区域全部照射激光的方式来设置(例如，参照专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2010-173123号公报
发明内容
发明要解决的课题
另外，例如，如图14所示，激光向材料粉体层的扫描路径46被设置为包括照射激光的照射区域45a的全部来照射激光。在图14的例子中，扫描路径46由矩阵状地配置的多个线段s1、s2、s3、…、s100构成。激光按照线段s1、s2、s3、…、s100的顺序，沿着各线段，例如从左向右进行扫描。激光通过一边从各线段的左端向右端进行扫描，一边向材料粉体层照射，从而材料粉体层被烧结为线段状。在图14的例子中，激光从某一线段的右端，向下一线段的左端进行扫描的期间，激光被关闭，不会向材料粉体层进行照射。
本发明人在研究激光的照射条件时，尝试当沿着扫描路径46向材料粉体层照射激光时，在沿着某一第1线段照射激光之后，尽可能缩短直到沿着与第1线段相邻的第2线段开始照射激光的期间的时间，并尽可能缩短层叠造型所花费的时间。但是，如果使这之间的时间过短，则由于来自沿着第1线段的烧结部分的热的影响，材料粉体层会沿着第2线段被过度地加热，发生材料凸起、产生溅射、材料的升华导致的烟尘的产生、组成的变化等问题。
为了防止这样的问题，认为合适地设定在沿着某一第1线段照射激光之后，直到沿着与第1线段相邻的第2线段开始照射激光的期间的冷却时间很重要，使冷却时间为沿着各线段的激光照射时间的5倍左右的结果得知，所述的问题被解决，可以制造高质量的造型物。
但是，由于延长冷却时间，因此会发生层叠造型所花费的时间增加这样的新的问题。
发明内容
本发明是鉴于这样的问题而完成的，其目的在于，提供一种不会增加层叠造型所花费的时间，并可以提高造型物的质量的粉末烧结层叠造型方法。
解决课题的手段
根据本发明，提供一种粉末烧结层叠造型方法，该方法通过重复以下步骤来生成造型物，即，形成与各分割层对应的材料粉体层，并且所述各分割层按照规定单位的高度由水平面对具有所希望的三维形状的造型物模型进行分割而成，并且对被所述造型物模型的各分割层的轮廓形状包围的照射区域照射激光，并选择性地烧结所述照射区域内的所述材料粉体层的材料粉体，其中，所述激光一边沿着扫描路径进行扫描一边向所述材料粉体层照射，并且所述扫描路径以包括所述照射区域的全部来照射所述激光的方式来设置，所述扫描路径由多个线段构成，所述多个线段被划分为多个线段组，各线段组包含相互相邻的多个线段和沿着所述扫描方向被配置多个的线段，所述相互相邻的线段包含第1线段以及第2线段，控制所述激光的照射，以使得在沿着第1线段照射所述激光之后，在直到沿着与第1线段相邻的第2线段进行所述激光的照射之前的期间的冷却时间内，沿着属于与第1线段以及第2线段组所属的线段组不同的线段组的线段来进行所述激光的照射，当照射所述激光时依次选择所述多个线段组，沿着属于所选择的线段组的一线段来照射所述激光。
发明的效果
在本发明中，当沿着某一第1线段进行了激光的照射之后，直到沿着与第1线段相邻的第2线段进行激光的照射的冷却时间内，通过沿着设置于更远离的位置的其他的线段进行激光的照射，从而可以合适地确保冷却时间，并且缩短层叠造型所花费的时间。
以下，示例出本发明的各种实施方式。以下所示的实施方式可以相互组合。
优选的是，第2线段是最接近第1线段的与所述扫描方向垂直的方向的线段。
优选的是，所述冷却时间是沿着第1线段的激光照射时间的1.5～10倍。
优选的是，在所述冷却时间内照射所述激光的线段的数量为1～9条。
优选的是，所述多个线段组被配置在一个照射区域内的各个区域中。
优选的是，所述照射区域由相互分离的多个子照射区域构成，所述多个线段组被配置在各个子照射区域中。
优选的是，控制所述激光的照射，以使得根据冷却时间对规定的所述线段组内的所述第1线段进行照射之后，在经过所述冷却时间后，对所述规定的线段组内的所述第2线段进行照射，在所述冷却时间内，不会对相邻的所述线段施加过剩的加热，并且与相邻的所述线段之间的融合不会不充分，并且使得在从所述规定的线段组向下一所述线段组依次沿着各线段组的所述第1线段照射所述激光之后，从所述规定的线段组向下一线段组依次沿着所述各线段组的所述第2线段进行所述激光的照射，从而直到沿着所述照射区域内的所有的线段进行所述激光的照射，一直沿着远离所述第1线段的一个或多个线段进行所述激光的照射。
另外，根据本发明的另一观点，提供一种计算机辅助制造系统，该系统生成用于控制上述记载的粉末烧结层叠造型方法中的所述激光的照射。
附图说明
图1是本发明的第1实施方式的层叠造型装置的概略结构图。
图2是粉体层形成装置3以及激光照射部13的立体图。
图3是涂覆机头11的立体图。
图4是涂覆机头11从另一角度来观察的立体图。
图5(a)是所希望的形状的造型物47的立体图，(b)是(a)的造型物的模型的立体图，(c)是表示以规定单位的高度由水平面分割(b)的模型的状态的立体图。
图6是使烧结层50层叠而得到的造型物47的立体图。
图7是使用本发明的第1实施方式的层叠造型装置的层叠造型方法的说明图。
图8是表示包括照射区域45a的全部而设置的扫描路径46。
图9是表示向线段s1～s84的激光照射的定时的图。
图10表示本发明的第2实施方式中包括照射区域45a的全部而设置的扫描路径46。
图11表示本发明的第3实施方式中包括照射区域45a的全部而设置的扫描路径46。
图12表示本发明的第4实施方式中包括照射区域45a的全部而设置的扫描路径46。
图13(a)～(b)分别是按照实施例以及比较例的条件生成的造型物的图像。
图14表示设置在照射区域45a中的扫描路径46的一个例子。
具体实施方式
以下，使用附图，针对本发明的实施方式进行说明。以下所示的实施方式中所示的各种特征事项可以相互组合。
1.第1实施方式
如图1～图2所示，本发明的第1实施方式的层叠造型装置具备：腔体1，覆盖所需要的造型区域R，并且被规定浓度的惰性气体充满；激光照射部13，对形成在造型区域R上的材料粉体层8的规定处照射激光，烧结照射位置的材料粉体。
在腔体1内设置有粉体层形成装置3。粉体层形成装置3具备：基座4，具有造型区域R；涂覆机头11，配置在基座4上，并且在水平的1轴方向(箭头B方向)可移动地构成；细长部件9r，9l，沿着涂覆机头11的移动方向设置在造型区域R的两侧。在造型区域R中设置有通过驱动机构31驱动，并且可以在上下方向(图1的箭头A方向)移动的造型台5。当使用层叠造型装置时，在造型台5上配置造型板7，在造型台5上形成材料粉体层8。
以包围造型台5的方式设置有粉体保持壁26，在被粉体保持壁26和造型台5包围的粉体保持空间中保持未烧结的材料粉体。在粉体保持壁26的下侧，设置可以排出粉体保持空间内的材料粉体的粉体排出部27，在层叠造型完成后，通过降低造型台5，从而将未烧结的材料粉体从粉体排出部27排出，被排出的材料粉体通过滑槽导向28向滑槽29引导，通过滑槽29收容于料斗30中。
如图2～图4所示，涂覆机头11具备：材料收容部11a；材料供给部11b，设置于材料收容部11a的上面；材料排出部11c，设置于材料收容部11a的底面，并且排出材料收容部11a内的材料粉体。材料排出部11c是在与涂覆机头11的移动方向(箭头B方向)正交的水平的1轴方向(箭头C方向)延伸的槽形。在涂覆机头11的两侧面设置挤压板11fb，11rb，该挤压板11fb，11rb将从材料排出部11c排出的材料粉体压平来形成材料粉体层8。另外，在涂覆机头11的两侧面，设置吸引材料粉体烧结时所产生的烟尘的吸烟尘部11fs，11rs。吸烟部11fs，11rs沿着与涂覆机头11的移动方向(箭头B方向)正交的水平的1轴方向(箭头C方向)来设置。材料粉体例如是金属粉(例如，铁粉)，例如是平均粒径为20μm的球形。
在细长部件9r，9l上分别沿着涂覆机头11的移动方向(箭头B方向)设置开口部。这些开口部之一作为惰性气体供给口来利用，另一个作为惰性气体排出口来使用，从而箭头C方向的惰性气体可以在造型区域R上流动，因此，在造型区域R中产生的烟尘随着该惰性气体的流动被容易地排出。另外，在本说明书中，所谓“惰性气体”是指实质上不会与材料粉体反应的气体，例如有氮气、氩气、氦气等。
在腔体1的上方设置激光照射部13。如图2所示，激光照射部13具备：激光源42，输出激光；一对Galvano扫描仪43a，43b，对从激光源42输出的激光进行二维扫描；聚光透镜44，对激光进行聚光。Galvano扫描仪(X轴扫描仪)43a由激光在箭头B方向(X轴方向)进行扫描，Galvano扫描仪(Y轴扫描仪)43b由激光在箭头C方向(Y轴方向)进行扫描。扫描仪43a，43b分别根据旋转角度控制信号的大小来控制旋转角度，因此通过改变输入扫描仪43a，43b的旋转角度控制信号的大小，从而可以将激光的照射位置移动到所希望的位置。聚光透镜44的例子是fθ透镜。
通过聚光透镜44的激光透过设置于腔体1的窗口1a向形成于造型区域R的材料粉体层8照射。如果可以烧结材料粉体，则激光的种类并没有限定，例如是CO2激光、光纤激光、YAG激光等。窗口1a由可以透过激光的材料形成。例如，当激光是光纤激光或YAG激光时，窗口1a可以由石英玻璃构成。
在腔体1的上面，以覆盖窗口1a的方式设置烟尘附着防止部17。附着防止部17具备圆筒形的壳体17a和配置在壳体17a内的圆筒形的扩散部件17c。在壳体17a与扩散部件17c之间设置惰性气体供给空间17d。另外，在壳体17a的底面上，在扩散部件17c的内侧设置开口部17b。在扩散部件17c上设置有多个细孔17e，向惰性气体供给空间17d供给的洁净的惰性气体通过细孔17e充满清洁空间17f。并且，充满清洁空间17f的清洁的惰性气体通过开口部17b朝向附着防止部17的下方喷出。
接着，针对用于向腔体1供给惰性气体的惰性气体供给系统和用于排出来自腔体1烟尘的排烟系统进行说明。
在朝向腔体1的惰性气体供给系统(用于向腔体供给惰性气体)上，连接有惰性气体供给装置15和集烟器19。惰性气体供给装置15具有供给惰性气体的功能，例如，是惰性气体的气罐(gascylinder)。集烟器19在其上游侧以及下游侧具有导管箱21，23。从腔体1排出的气体(含有烟尘的惰性气体)通过导管箱21向集烟器19输送，在集烟器19中除去了烟尘的惰性气体通过导管箱23向腔体1输送。通过这样的结构，可以对惰性气体进行再利用。
如图1所示，惰性气体供给系统分别与腔体1的上部供给口1b、附着防止部17的惰性气体供给空间17d、以及细长部件9r连接。通过上部供给口1b向腔体1的造型空间1d内填充惰性气体。向细长部件9r内供给的惰性气体通过开口部向造型区域R上排出。
在本实施方式中，构成为将来自集烟器19的惰性气体向上部供给口1b输送，将来自惰性气体供给装置15的惰性气体向惰性气体供给空间17d以及细长部件9r输送。在来自集烟器19的惰性气体中可能残留没有完全除去的烟尘，但在本实施方式的结构中，来自集烟器19的惰性气体不会向清洁度要求特别高的空间(清洁空间17f以及造型区域R附近的空间)供给，因此可以使残留烟尘的影响最小。
如图1所示，来自腔体1的排烟尘系统(用于排出腔体的烟尘)分别与腔体1的上部排出口1c、涂覆机头11的吸烟部11fs，11rs、以及细长部件9l连接。通过上部排出口1c将腔体1的造型空间1d内的、含有烟尘的惰性气体排出，从而在造型空间1d内形成惰性气体从上部供给口1b向上部排出口1c的流动。涂覆机头11的吸烟部11fs，11rs可以吸引涂覆机头11通过造型区域R上时在造型区域R中产生的烟尘。另外，通过细长部件9l的开口部将含有烟尘的惰性气体排出腔体1外。排烟系统通过导管箱21与集烟器19连接，对在集烟器19中除去了烟尘之后的惰性气体进行再利用。
接着，针对使用所述的层叠造型装置的粉末烧结层叠造型方法进行说明。
在此，列举通过层叠造型生成具有图5(a)所示的三维形状的造型物47的情况为例进行说明。
首先，如图5(b)～(c)所示，将具有所希望的三维形状的造型物47在计算机上进行模型化处理，并将得到的造型物模型48按照规定单位的高度由水平面进行分割，形成分割层49a，49b，…49f。接着，如图6～图9所示，对材料粉体层8照射激光，并选择性地对材料粉体进行烧结，形成具有与分割层49a，49b，…49f对应的形状的烧结层50a，50b，…50f，同时使这些层相互融合，从而形成造型物47。被分割层49a，49b，…49f的各个轮廓形状包围的区域成为应该照射激光的照射区域45a，45b，…45f。分割层、烧结层、以及照射区域还分别称为分割层49、烧结层50、以及照射区域45a。
这样，通过重复对被造型物模型48的各分割层49的轮廓形状包围的照射区域45a照射激光，并选择性地烧结照射区域45a内的材料粉体层8的材料粉体，从而生成造型物47。
接着，详细地说明形成烧结层50的方法。首先，以在造型台5上载置有造型板7的状态将造型台5的高度调整到合适的位置。在该状态下，通过将在材料收容部11a内填充有材料粉体的涂覆机头11在图1的箭头B方向从造型区域R的左侧向右侧移动，从而在造型板7上形成第一层材料粉体层8。接着，如图7所示，通过对材料粉体层8照射激光，烧结材料粉体层8的激光照射部位从而得到第一层烧结层50a。
然而，在以往技术中，按照线段的排列顺序依次进行激光的照射，因此按照图8所示的线段s1，线段s2，线段s3那样的顺序，沿着相互平行地设置的线段来进行激光的照射。但是，紧接沿着某一第1线段(例如：线段s15)照射了激光之后，如果沿着与第1线段相邻的第2线段(例如：线段s16)来照射激光，则由于来自沿着第1线段的烧结部分的热的影响，材料粉体层8会沿着第2线段过度地加热，发生材料凸起、产生溅射、由于材料的升华而产生烟尘、组成的变化等问题。
为了解决所述问题，在本实施方式中，在沿着第1线段进行了激光的照射之后，在经过规定的冷却时间之后，沿着第2线段进行激光的照射。通过在该冷却时间之间，在某种程度上对沿着第1线段进行烧结的部分进行冷却，来缓和来自沿着第1线段的烧结部分的热的影响，解决所述的问题。另外，可以将构成扫描路径46的多个线段中的任意的线段选择为第1线段，并且可以将与第1线段相邻的任意的线段选择为第2线段。作为第2线段，可以选择受到第1线段的热的影响的任意的线段，如图8所示，最接近左右方向的线段最易于受到来自第1线段的热的影响，因此优选将最接近第1线段的左右方向的线段(例如，当第1线段为线段s15时，线段s16)选择为第2线段。另外，这里所述的[左右方向]对应于权利要求书中所述的[与所述扫描方向垂直的方向]。
合适的冷却时间按照激光的输出、扫描速度、光斑直径等激光照射条件适当地设定，例如，优选是沿着第1线段的激光的照射时间的1.5～10倍，更优选是2～6倍。实验表明，如果冷却时间过短，则沿着第1线段的烧结部分的冷却不充分，产生所述问题，因此冷却时间优选是沿着第1线段的激光的照射时间的1.5倍以上。另一方面，如果冷却时间过长，则沿着第1线段的烧结部分与沿着第2线段的烧结部分的融合不充分，容易产生在造型物内部容易产生不完全的熔融部分等其他的问题。因此，优选的是，控制激光的照射，以使得根据冷却时间对规定的线段组内的第1线段进行照射之后，在经过冷却时间后，对规定的线段组内的第2线段进行照射，在所述冷却时间内，不会对相邻的线段施加过剩的加热，并且与相邻的线段之间的融合不会不充分，并且使得在从规定的线段组向下一线段组依次沿着各线段组的第1线段照射了激光之后，从规定的线段组向下一线段组依次沿着各线段组的第2线段进行激光的照射，从而直到沿着照射区域内的所有的线段进行激光照射，一直沿着远离第1线段的一个或多个线段进行激光的照射。冷却时间优选是沿着第1线段的激光的照射时间的10倍以下。例如，当沿着第1线段的激光的照射时间为10msec时，冷却时间优选是15msec～100msec。第1线段的长度越长，则冷却时间也可以越长。如所述那样，激光的照射位置可以通过改变Galvano扫描仪43a，43b的角度，来立即移动到任意的位置。在冷却时间之间，照射激光的线段的数量基于冷却时间的长度，例如是1～9条，更优选是2～6条。
如图8所示，在包括激光的照射区域45a的全部而设置的扫描路径46中，配置有长度相等，在前后方向延伸的多个线段s1～s84。多个线段s1～s84对3个线段组G1～G3各配置28条。线段组G1～G3分别包含的线段被配置成各列14条，为2列。更具体而言，在线段组G1中，形成有在图8左侧包含线段s1～s14的列，在纸面右侧包含线段s15～s28的列，以线段s1和s15、线段s2和s16、…、线段s13和s27、线段s14和s28在前后方向相邻的方式来配置。在线段组G2中，形成有在纸面左侧包含线段s29～s42的列，在纸面右侧包含线段s43～s56的列，以线段s29和s43、线段s30和s58、…、线段s41和s55、线段s42和s56在前后方向相邻的方式来配置。在线段组G3中，形成有在纸面左侧包含线段s57～s70的列，在纸面右侧包含线段s71～s84的列，以线段s57和s71、线段s58和s72、…、线段s69和s83、线段s70和s84在前后方向相邻的方式来配置。另外，线段组G1～G3在前后方向并列配置。更具体而言，线段组G1和线段组G2以线段s15和s29、线段s16和s30、…、线段s27和s41、线段s28和s42在前后方向相邻的方式来配置。另外，线段组G2和线段组G3以线段s43和s57、线段s44和s58、…、线段s55和s83、线段s56和s70在前后方向相邻的方式来配置。另外，线段组的数量也可以是几个。
激光依次选择线段组G1～G3，沿着属于所选择的线段组的一线段进行照射。首先，激光相对于线段组G1～G3的纸面左侧的列，按照线段s1、线段s29、线段s57、线段s2、线段s30、线段s58、…、线段s13、线段s41、线段s69、线段s14、线段s42、线段s70的顺序进行照射。之后，激光相对于各线段组G1～G3的纸面右侧的列，按照线段s15、线段s43、线段s71、线段s16、线段s44、线段s72、…、线段s27、线段s55、线段s83、线段s28、线段s56、线段s84的顺序进行照射。即，在对某一线段进行激光照射之后，接着进行激光照射的线段选择在前后方向距离紧接之前照射的线段，远离线段s1～s84的长度以上的线段。另外，为了防止照射斑，激光的照射速度为一定。
图9是表示向线段s1～s84照射的激光的ON/OFF控制的定时的图。实线、虚线以及一点锁线分别表示向线段组G1、线段组G2、以及线段组G3所分别包含的线段的激光照射的定时。图9的图表示按照所述的顺序，首先，相对于线段组G1～G3的纸面左侧的列，对线段s1进行激光照射L1，对线段s29进行激光照射L29，对线段s57进行激光照射L57，…，对线段s14进行激光照射L14，对线段s42进行激光照射L42，对线段s70进行激光照射L70的样子。之后，示出了相对于线段组G1～G3的纸面右侧的列，通过对线段s15进行激光照射L15，对线段s43进行激光照射L43，对线段s72进行激光照射L72，…，对线段s28进行激光照射L28，对线段s56进行激光照射L56，对线段s84进行激光照射L84，从而烧结一个粉末层的样子
在本实施方式中，在对某一线段进行激光照射之后，在直到对在左右方向(crosswisedirection)相邻的线段进行烧结的冷却时间中，对在前后方向配置在远离线段s1～84的长度以上的位置的多个线段进行激光照射。另外，线段s1～s84的长度分别相等，激光的照射速度为一定。从而，如图9所示，为了弥补由于向第1线段进行激光照射之后，直到向第2线段进行照射而被照射的线段的长度的总和的长短而产生的冷却时间的差，不设置不进行激光照射的等待时间，而对任意一个线段接着照射激光。由此，相对于被配置在各层的照射区域中的所有的线段，可以持续地进行激光照射，可以将每一层所需的烧结时间抑制在最小限度。
另外，激光的照射的控制可以根据内置于层叠造型装置的程序所生产的控制数据来进行，也可以根据控制数据来进行，所述控制数据通过使分体设置的计算机辅助制造(CAM)系统执行生成用于控制激光的照射的控制数据的程序来生成。所谓控制数据例如是指将激光的照射位置和激光源42的ON/OFF建立关联的数据。层叠造型装置通过根据这样的控制数据，连动地进行Galvano扫描仪43a，43b的角度控制与激光源42的ON/OFF控制，从而可以控制在激光的照射位置，实施本实施方式的粉末烧结层叠造型方法。
接着，将造型台5的高度降低材料粉体层8的1层的部，将涂覆机头11从造型区域R的右侧向左侧移动，从而在烧结层50a上形成第二层材料粉体层8。
接着，按照与所述相同的方法，通过对材料粉体层8中的规定部位照射激光，从而对材料粉体层8的激光照射部位进行烧结，由此得到第二层烧结层50b。
通过重复以上的工序，从而形成第三层烧结层50c、第四层烧结层50d、第五层以后的烧结层。相邻的烧结层相互紧贴。
在层叠造型完成后，通过粉体排出部27排出未烧结的材料粉体，从而可以得到造型物。
2.第2实施方式
使用图10，针对本发明的第2实施方式进行说明。本实施方式与第1实施方式类似，是通过一次层叠造型生成多个造型物时的实施方式。
当造型物的尺寸小时，有时通过一次层叠造型来生成多个造型物。所述多条线s1和s40具有相同的长度并且在前后方向伸展(beelongatedinthelongitudinaldirection)。这种情况下，所述多个造型物可以具有相同形状，也可以彼此具有不同相同。此时的多个造型物可以是相互相同的形状，也可以是不同的形状。当这样通过一次的层叠造型生成多个造型物时，如图10所示，照射区域45a由相互分离的多个子照射区域145a构成。并且，扫描路径46包括多个子照射区域145a而设置。
另外，线段组G1～G4被配置在各个子照射区域145a中。在各线段组中包含相互相邻的多个线段，具体而言，线段s1～s16属于线段组G1，线段s17～s32属于线段组G2，线段s33～s48属于线段组G3，线段s49～s64属于线段组G4。
与第1实施方式相同，激光依次选择线段组G1～G4，沿着属于所选择的线段组的一线段进行照射。具体而言，按照G1，G2，G3，G4，G1，G2，G3，G4那样的顺序来选择线段组，按照所选择的线段组中的优选顺位，选择所选择的线段组内的一线段来照射激光。线段组G1～G4相互分离，因此降低来自已经照射了激光的部位的热的影响。从而，根据本实施方式，与第1实施方式相同，可以确保合适的冷却时间，同时防止增加造型时间。
3.第3实施方式
使用图11，针对本发明的第3实施方式进行说明。本实施方式与第1实施方式类似，主要的不同点在于线段组的设定方法的差异。以下，以不同点为中心进行说明。
在第1实施方式中，如图8所示，以各列的所有的线段属于相同的线段组的方式来设定线段组，但在本实施方式中，将属于各列的线段划分为多个，以属于各个线段组的方式设定了线段组。具体而言，将属于第一列的线段s1～s20划分为4个，以线段s1～s5、线段s6～10、线段s11～s15、以及线段s16～线段s20分别属于线段组G1～G4的方式设定了线段组G1～G4。另外，针对第二列也相同，将线段s21～s40划分为4个，线段s21～s25、线段s26～30、线段s31～s35、线段s36～线段s40分别属于线段组G1～G4。
与第1实施方式相同，激光依次选择线段组G1～G4，沿着属于所选择的线段组的一线段进行照射。具体而言，按照G1，G2，G3，G4，G1，G2，G3，G4那样的顺序来选择线段组，按照所选择的线段组中的优选顺位，选择被选择的线段组内一线段来照射激光。具体而言，激光按照线段s1，s6，s11，s16，s2，s7，s12，s17···的顺序进行照射。在沿着线段s1(第1线段)的激光照射与沿着线段s2(第2线段)的激光照射之间的冷却时间内照射激光的线段s6，s11，s16均远离线段s1，因此来自沿着第1线段s1的烧结部分的热的影响十分小。因此，根据本实施方式，与第1实施方式相同，可以确保合适的冷却时间，同时防止增加造型时间。
4.第4实施方式
使用图12，针对本发明的第4实施方式进行说明。本实施方式与第1实施方式类似，主要的不同点在于沿着线段的激光的照射的顺序的差异。以下，以不同点为中心进行说明。
在本实施方式中，设置在照射区域45a内的扫描路径46由线段s1～s40构成，如图12所示，线段s1～s40在奇数行从左向右排列，在偶数行从右向左排列。并且，在第一次激光照射中，沿着由粗线表示的第奇数的线段来照射激光，在第二次激光照射中，沿着由虚线表示的第偶数的线段来照射激光。通过按照这样的顺序进行照射，从而在沿着线段s1(第1线段)照射激光之后，直到沿着与线段s1相邻的线段s2，s8来照射激光，一直确保足够的冷却时间，并且在该冷却时间内沿着多个线段来照射激光。
以上，针对本发明的优选的实施方式进行了说明，但本发明并不限定于所述的实施方式或实施例，在权利要求的范围内可以进行各种设计变更。
在第1～4实施方式中，记载为多个线段的长度相同，但多个线段的长度也可以不同。即，各层的形状不受限定。因此，得到的制造产品的形状不受限定。此时，向某线段照射激光后，一直到在左右方向(crosswisdirection)向相邻于所述限定的线段照射为止，被照射的多个线段的长度的总和的差，为了弥补由该差值产生的冷却时间的差，需要适当地设置不进行激光照射的等待时间，如以往那样，从上依次进行激光照射(例如，s1，s2，s3，…的顺序)，与每当对一条线段进行激光照射时设置用于冷却的等待时间时相比，可以缩短每一层所需的烧结时间。
另外，在第1～3实施方式中，记载为各线段组所包含的线段的数量为一定，线段组所包含的线段的数量也可以根据每个线段组而不同。此时，例如，当某一层的激光烧结的最后阶段等、连续照射的线段的选项变少时，考虑对在前后方向相邻的线段进行烧结，设置只在这样的情况下不进行激光照射的等待时间即可。由此，如以往那样，与每当对一条线段进行激光照射时，设置用于冷却的等待时间时相比，可以缩短每一层所需的烧结时间。
【实施例】
通过重复使用粒径20μm的铁粉形成厚度200～250μm的材料粉体层，对材料粉体层照射激光，从而生成厚度50μm的烧结层的工序，由此生成造型物。激光的照射条件设为扫描速度1400mm/s，输出320W，光斑直径200μm。激光的照射路径由如图11那样配置成矩阵状的多个线段构成。相邻的线段间的间距设为120μm。激光相对于各线段的照射时间设为9msec。在比较例中，设朝向相邻的线段的激光照射之间的冷却时间为9msec，在冷却时间不进行沿着其他的线段的激光照射。在实施例中，设朝向相邻的线段的激光照射之间的冷却时间为30msec，在冷却时间之间，与第3实施方式相同，依次选择线段组G1～G4，沿着所选择的线段组的一线段来照射激光。从而，在实施例中，在冷却时间内，进行沿着三条线段的激光照射。在实施例的条件中，与比较例的条件相比较，造型物的生成所花费的时间短。
表1表示针对由实施例·比较例的条件得到的造型物，在进行经时硬化处理前后测量到的洛氏硬度。另外，图13(a)～(b)表示造型物的上面的放大图像。其结果显示，实施例的表面质量比比较例高，硬度变得更高。另外，显示被称为“巢”的空隙更少，体积密度变得更高。根据本发明，可以进行更适合金属零件或模具的造型。
【表1】
经时硬化前 经时硬化后
实施例 37.0 54.7
比较例 33.1 52.1
※HRC
符号说明
1：腔体、3：粉体层形成装置、5：造型台、8：材料粉体层、11：涂覆机头、13：激光照射部、17：烟尘附着防止部、26：粉体保持壁、27：粉体排出部、28：滑槽导向、29：滑槽、30：料斗、31：驱动机构、32：粉体保持空间、33：上部刮板、34：灰尘托盘、42：激光源、43a、43b：Galvano扫描仪、44：聚光透镜、45a：照射区域、46：扫描路径、47：造型物、48：造型物模型、49：分割层、50：烧结层、L：激光。

Claims (8)

1.一种粉末烧结层叠造型方法，其特征在于，该方法通过重复以下工序来生成造型物，该工序为：形成与各分割层对应的材料粉体层，并且所述各分割层通过按照规定单位的高度由水平面分割具有所希望的三维形状的造型物模型而成，并且对被所述造型物模型的各分割层的轮廓形状包围的照射区域照射激光，并选择性地烧结所述照射区域内的所述材料粉体层的材料粉体；
在上述粉末烧结层叠造型方法中，
所述激光一边沿着扫描路径进行扫描一边向所述材料粉体层照射，并且所述扫描路径以所述照射区域的全部均被所述激光照射的方式来设置，
所述扫描路径由多个线段构成，
所述多个线段被划分为多个线段组，
各线段组包含相互相邻的多个线段和沿着所述扫描方向配置多个的线段，
所述相互相邻的线段包含第1线段以及第2线段，
对所述激光的照射进行控制，以使得在沿着第1线段照射了所述激光之后，在直到沿着第2线段进行所述激光的照射之前的期间之冷却时间内，沿着属于与第1线段以及第2线段组所属的线段组不同的线段组之线段而进行所述激光的照射，
当照射所述激光时，依次选择所述多个线段组，沿着属于所选择的线段组的一个线段来照射所述激光。
2.根据权利要求1所述的粉末烧结层叠造型方法，其特征在于，第2线段是最接近第1线段的与所述扫描方向垂直的方向的线段。
3.根据权利要求1或2所述的粉末烧结层叠造型方法，其特征在于，所述冷却时间是沿着第1线段的激光照射时间的1.5～10倍。
4.根据权利要求1～3的任意一项中所述的粉末烧结层叠造型方法，其特征在于，在所述冷却时间内被所述激光照射的线段的数量为1～9条。
5.根据权利要求1～4的任意一项中所述的粉末烧结层叠造型方法，其特征在于，所述多个线段组被配置在一个照射区域内的各个区域中。
6.根据权利要求1～4的任意一项中所述的粉末烧结层叠造型方法，其特征在于，所述照射区域由相互分离的多个子照射区域构成，所述多个线段组被配置在各个子照射区域中。
7.根据权利要求1～6的任意一项中所述的粉末烧结层叠造型方法，其特征在于，控制所述激光的照射，以使得根据冷却时间对规定的所述线段组内的所述第1线段进行照射之后，在经过所述冷却时间后，对所述规定的线段组内的所述第2线段进行照射，在所述冷却时间内，不会对相邻的所述线段施加过剩的加热，并且与相邻的所述线段之间的融合不会不充分，并且使得在从所述规定的线段组向下一所述线段组依次沿着各线段组的所述第1线段照射所述激光之后，从所述规定的线段组向下一线段组依次沿着所述各线段组的所述第2线段进行所述激光的照射，从而直到沿着所述照射区域内的所有的线段照射所述激光为止，一直沿着远离所述第1线段的一个或多个线段进行所述激光的照射。
8.一种计算机辅助制造系统，其特征在于，生成用于控制权利要求1～7的任意一项中所述的粉末烧结层叠造型方法中的所述激光的照射的控制数据。
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