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JP2020026577A - Method for manufacturing three-dimensional molding and three-dimensional molding device - Google Patents

Method for manufacturing three-dimensional molding and three-dimensional molding device Download PDF

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JP2020026577A JP2019126029A JP2019126029A JP2020026577A JP 2020026577 A JP2020026577 A JP 2020026577A JP 2019126029 A JP2019126029 A JP 2019126029A JP 2019126029 A JP2019126029 A JP 2019126029A JP 2020026577 A JP2020026577 A JP 2020026577A
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耕治 木谷
瀧澤 直樹
Naoki Takizawa
直樹 瀧澤
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Abstract

To solve the problem that a powder laminate melting method occasionally generates a projection part when a three-dimensional molding is formed, and a detection technique which surely detects the projection part and does not damage a mechanism for flattening a powder layer has been desired.SOLUTION: A three-dimensional molding device includes a powder layer formation part for forming a powder layer in a predetermined region, an energy beam source which irradiates the powder layer formed by the powder layer formation part with an energy beam, melts or sinters the powder layer, and forms a solidification layer, and a contact detection sensor including a plate-like probe; and detects presence/absence of a projection on a surface of the solidification layer with the use of the contact detection sensor.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、いわゆる粉末積層溶融法を用いた三次元造形物を製造する方法、およびそれに用いる三次元造形装置に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a three-dimensional structure using a so-called powder lamination melting method, and a three-dimensional forming device used for the method.

近年、いわゆる3Dプリンタの開発が盛んに行われており、さまざまな方式が試みられている。例えば、熱溶融積層造形法、光硬化性樹脂を用いた光造形法、粉末積層溶融法等のさまざまな方式が知られている。
粉末積層溶融法は、原料粉末を層状に敷く工程と、レーザ光等のエネルギービームを照射して粉末層の一部を選択的に溶融させて固める溶融固化工程あるいは焼き固める焼結固化工程とを繰り返し行ない、三次元造形物を形成する方法である。原料粉末には、ナイロン樹脂、セラミックス等が用いられるが、近年では、高い機械強度や良好な熱伝導性が要求される物品を製造する方法として、金属粉末を原料に用いた粉末積層溶融法が活用されはじめている。
たとえば、特許文献1には、金属等の原料粉末をスキージング・ブレードを用いて層状に敷いた後、レーザ光を照射して三次元造形物を製造する製造方法が提案されている。
In recent years, so-called 3D printers have been actively developed, and various methods have been tried. For example, various systems such as a hot melt lamination molding method, an optical molding method using a photocurable resin, a powder lamination melting method, and the like are known.
The powder lamination melting method includes a step of laying the raw material powder in layers and a step of sintering and solidifying by irradiating an energy beam such as a laser beam to selectively melt and solidify a part of the powder layer. This is a method of forming a three-dimensional structure by repeating the process. Nylon resin, ceramics, etc. are used for the raw material powder. In recent years, as a method for manufacturing articles requiring high mechanical strength and good thermal conductivity, a powder lamination melting method using a metal powder as a raw material has been used. It is starting to be used.
For example, Patent Document 1 proposes a manufacturing method in which a raw material powder such as a metal is spread in a layer using a squeezing blade, and then irradiated with laser light to manufacture a three-dimensional structure.

ところで粉末層にエネルギービームを照射して選択的に溶融固化や焼結固化させる際、意図せざる突起部(突起状の固化部)が形成されてしまうことがある。例えば、溶融した材料の一部が飛び散って、正常に形成された固化層の表面に付着する、もしくは溶融物が既に固化した下の層へ溶け込まずに、突起部が形成されてしまうことがある。そのような意図せざる突起部は、大きさとして数10μmから、300μm程度、最表層から飛び出した状態になる場合がある。   Incidentally, when the powder layer is irradiated with an energy beam to be selectively melt-solidified or sintered-solidified, an unintended projection (projection-like solidified portion) may be formed. For example, a portion of the melted material may be scattered and adhere to the surface of a normally formed solidified layer, or a protrusion may be formed without the melt being melted into a lower layer already solidified. . Such an unintended projection may have a size of several tens of μm to about 300 μm and may protrude from the outermost layer.

近年では、三次元造形物の形状精度や密度を高くするために、各粉末層の厚みを数十μm程度とすることが行われるが、上記のような突起部が生じると、次に形成する粉末層の上面よりも突起部の高さが大きくなってしまうことが生じ得る。すると、次に粉末層を形成する時に、粉末層の表面を均すための平坦化機構が突起部と機械的に干渉してしまうことになる。その場合には、突起部に平坦化機構が引っ掛かって粉末層の形成工程が停止してしまったり、接触により平坦化機構のブレードが損耗したり、三次元造形物の形状精度が低下したりすることになる。さらには、摩擦により負荷が増え、平坦化機構が停止する、もしくは衝撃が大きい時は、造形物が破壊される場合がある。   In recent years, in order to increase the shape accuracy and density of a three-dimensional structure, the thickness of each powder layer is set to about several tens of μm. The height of the projection may be larger than the upper surface of the powder layer. Then, the next time the powder layer is formed, the flattening mechanism for leveling the surface of the powder layer will mechanically interfere with the projection. In that case, the flattening mechanism is caught on the protrusion, and the step of forming the powder layer is stopped, the blade of the flattening mechanism is worn out by contact, or the shape accuracy of the three-dimensional structure is reduced. Will be. Furthermore, when the load increases due to friction and the flattening mechanism stops or the impact is large, the molded object may be broken.

特許文献2には、突起部の存在を、平坦化機構の駆動用モータの負荷の変化により検出する方法や、光学的に検出する方法が記載されている。そして、突起部が検出された場合には、除去してから粉末層を形成している。   Patent Literature 2 describes a method of detecting the presence of a protrusion by a change in load of a driving motor of a flattening mechanism and a method of optically detecting the protrusion. Then, when the protrusion is detected, the powder layer is formed after removing the protrusion.

国際公開第2012/160811号International Publication No. 2012/160811 特開2004−277881号公報JP-A-2004-277881

しかし、特許文献2に開示されている突起部の検出方法は、必ずしも確実な方法ではなかった。
先ず、駆動用モータの負荷の変化により突起部を検出する方法は、平坦化機構が突起部と接触することを前提とする検出法であるため、接触により平坦化機構のブレードに損耗が生じる可能性がある。傷のあるブレードによって形成された粉末層は、傷に対応した盛り上がりを生じ、その部分は粉末層の溶融不足を引き起こし、三次元造形物の形状精度が低下してしまう。
However, the method for detecting a protrusion disclosed in Patent Document 2 is not always a reliable method.
First, the method of detecting a protrusion by changing the load of the driving motor is a detection method on the premise that the flattening mechanism contacts the protrusion, so that the blade of the flattening mechanism may be worn by the contact. There is. The powder layer formed by the flawed blade has a swell corresponding to the flaw, and the portion causes insufficient melting of the powder layer, thereby reducing the shape accuracy of the three-dimensional structure.

また、突起部は定形ではなくさまざまな形状を取りえるが、特許文献2に記載された撮像装置を用いた光学的な検出方法では、突起部の形状によっては十分な検出感度を発揮できない場合がありえる。
このため、突起部を確実に検出可能で、しかも平坦化機構に損耗を与えることのない検出技術が求められていた。
In addition, the projection may take various shapes instead of a fixed shape, but the optical detection method using the imaging device described in Patent Document 2 may not be able to exhibit sufficient detection sensitivity depending on the shape of the projection. It is possible.
For this reason, there has been a demand for a detection technique capable of reliably detecting the protruding portion and not causing abrasion to the flattening mechanism.

本発明は、所定領域に粉末層を形成する粉末層形成部と、前記粉末層形成部が形成した前記粉末層にエネルギービームを照射して溶融あるいは焼結させ、固化層を形成するエネルギービーム源と、板状プローブを備えた接触検知センサと、を備え、前記固化層の表面における突起部の有無を、前記接触検知センサを用いて検知する、ことを特徴とする三次元造形装置である。   The present invention relates to a powder layer forming section for forming a powder layer in a predetermined region, and an energy beam source for irradiating the powder layer formed by the powder layer forming section with an energy beam to melt or sinter to form a solidified layer. And a contact detection sensor having a plate-shaped probe, wherein the presence or absence of a protrusion on the surface of the solidified layer is detected using the contact detection sensor.

また、本発明は、粉末層形成部を用いて所定領域に所定の厚さの粉末層を形成して平坦化する粉末層形成工程と、前記粉末層形成工程で平坦化された前記粉末層にエネルギービームを照射して固化層を形成する固化工程と、板状プローブを備えた接触検知センサを用いて、前記固化工程で形成された前記固化層の上に前記粉末層形成部が前記所定の厚さの粉末層を形成する場合に前記粉末層形成部と干渉する高さの突起部が前記固化層に存在するか否かを検出する検出工程と、を有する、ことを特徴とする三次元造形物を製造する方法である。   Further, the present invention provides a powder layer forming step of forming a powder layer of a predetermined thickness in a predetermined region using a powder layer forming unit and flattening the powder layer, and the powder layer flattened in the powder layer forming step. A solidifying step of irradiating an energy beam to form a solidified layer, and using a contact detection sensor provided with a plate-like probe, the powder layer forming portion is formed on the solidified layer formed in the solidifying step by the predetermined method. A step of detecting whether or not a projection having a height that interferes with the powder layer forming portion when forming a powder layer having a thickness is present in the solidified layer; and This is a method for manufacturing a molded article.

本発明によれば、造形により発生した意図せざる突起部を確実に検出可能で、しかも平坦化機構に損耗を与えることのない検出技術を提供できるため、形状精度の高い三次元造形物の製造方法、およびそれに用いる三次元造形装置を実現できる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, since the unintended projection part which generate | occur | produced by modeling can be detected reliably and the detection technique which does not give a wear to a flattening mechanism can be provided, the manufacture of a three-dimensional molded object with high shape precision is manufactured A method and a three-dimensional printing apparatus used for the method can be realized.

実施形態1の三次元造形装置の装置内部を透視した正面図。FIG. 2 is a front view of the three-dimensional printing apparatus according to the first embodiment as seen through the inside of the apparatus. (a)第1の態様の板状プローブを備えた突起部検出器の斜視図。(b)櫛歯形状の板バネの配置を説明する図。(c)突起部検出器の側面図。(A) A perspective view of a projection detector provided with the plate-shaped probe of the first embodiment. (B) The figure explaining arrangement | positioning of the comb-shaped leaf spring. (C) Side view of the protrusion detector. (a)第2の態様の板状プローブを備えた突起部検出器の斜視図。(b)板バネ対の配置を説明する図。(c)突起部検出器の側面図。(A) A perspective view of a projection detector provided with the plate-shaped probe of the second embodiment. (B) The figure explaining arrangement | positioning of a leaf spring pair. (C) Side view of the protrusion detector. (a)〜(j)粉末層の一部を固化させた後、次の粉末層を積層するまでの途中の各段階を模式的に示す図。(A)-(j) The figure which shows typically each stage in the middle after solidifying a part of powder layer until the next powder layer is laminated | stacked. 実施形態1の三次元造形装置の平面図。FIG. 2 is a plan view of the three-dimensional printing apparatus according to the first embodiment. (a)〜(h)突起部検出器と突起部の相対位置の違いによる干渉状態の違いを模式的に示す図。(A)-(h) The figure which shows typically the difference of the interference state by the difference in the relative position of a projection part detector and a projection part. 実施形態3の三次元造形装置の装置内部を透視した正面図。FIG. 10 is a front view of the three-dimensional printing apparatus according to the third embodiment as seen through the inside of the apparatus. 実施形態3の三次元造形装置の平面図。FIG. 10 is a plan view of the three-dimensional printing apparatus according to the third embodiment. 実施形態4の三次元造形装置の装置内部を透視した正面図。FIG. 10 is a front view of the three-dimensional printing apparatus according to the fourth embodiment as seen through the inside of the apparatus. 実施形態5の三次元造形装置の装置内部を透視した正面図。FIG. 13 is a front view of the three-dimensional printing apparatus according to the fifth embodiment as seen through the inside of the apparatus. (a)〜(h)実施形態2における各工程を模式的に説明する図。(A)-(h) The figure which illustrates each process in Embodiment 2 typically. レーザ光のフォーカスによるパワー密度の違いを説明する図。FIG. 4 is a diagram illustrating a difference in power density due to focusing of laser light.

[実施形態1]
以下、図面を参照して、本発明の実施形態1である三次元造形物の製造方法と三次元造形装置について説明する。
図1は、実施形態1の三次元造形装置の構成を示すため、装置内部を模式的に透視した正面図である。
[Embodiment 1]
Hereinafter, a method for manufacturing a three-dimensional structure and a three-dimensional structure apparatus according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a front view schematically showing the inside of the three-dimensional printing apparatus to show the configuration of the three-dimensional printing apparatus according to the first embodiment.

図1において、1は不図示のレーザ光源から例えばファイバーを経由して入力されたレーザ光を走査するためのガルバノスキャナー、2はガルバノスキャナーから出力されたレーザ光を造形ステージ上の決められた高さに集光させるf−θレンズである。3は三次元造形物を造形する空間を不活性ガスがリッチな環境に維持するためのチャンバー、4は粉末材料を供給する供給ステージ、5は供給ステージの駆動機構、6は供給ステージに搭載された粉末材料である。7は、造形物を支持する基台となる造形ステージである。
造形ステージ7の上に造形物を造形するには、造形ステージ7の上に粉末材料を所定の厚みになるように敷き、所定位置でレーザを照射して粉末材料を溶融固化させる。その後、所定の厚み分だけ造形ステージ7の位置を下げ、再度粉末材料を敷き、レーザを照射して溶融固化させることを繰り返す。
In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a galvano scanner for scanning a laser beam input from a laser light source (not shown) via, for example, a fiber, and 2 denotes a laser beam output from the galvano scanner at a predetermined height on a modeling stage. This is an f-θ lens for focusing light. Reference numeral 3 denotes a chamber for maintaining a space for forming a three-dimensional object in an inert gas-rich environment. Reference numeral 4 denotes a supply stage for supplying a powder material. Reference numeral 5 denotes a drive mechanism for the supply stage. Reference numeral 6 denotes a supply stage. Powder material. Reference numeral 7 denotes a molding stage serving as a base for supporting the molded object.
In order to form a model on the modeling stage 7, a powder material is spread on the modeling stage 7 so as to have a predetermined thickness, and a laser is irradiated at a predetermined position to melt and solidify the powder material. Thereafter, the position of the modeling stage 7 is lowered by a predetermined thickness, the powder material is spread again, and the laser irradiation is repeated to melt and solidify.

8は造形ステージの駆動機構である。9は供給ステージより造形ステージに搬送した粉末材料の余りを回収する回収機構である。10は粉末材料層の表面を均すための平坦化機構としてのローラである。粉末層形成部としての平坦化機構10は、供給ステージの粉末材料を造形ステージに搬送する役割と、造形ステージ上で粉末層の表面を平坦に均す役割をもつ。11は突起部検出器12の高さを制御する位置決め機構で、不図示のキャリッジ上にローラと一緒に搭載されている。キャリッジが動くことで、ローラと位置決め機構11が一体で移動する。12は位置決め機構に搭載された突起部検出器で、13はレーザ照射によって粉末材料が溶融固化された造形物である。突起部検出器12は、粉末層形成部としての平坦化機構10に対して、粉末層を形成するときのキャリッジの移動方向の下流側に配置されている。   Reference numeral 8 denotes a drive mechanism of the modeling stage. Reference numeral 9 denotes a recovery mechanism for recovering the remainder of the powder material transported from the supply stage to the molding stage. Reference numeral 10 denotes a roller as a flattening mechanism for leveling the surface of the powder material layer. The flattening mechanism 10 as a powder layer forming unit has a role of transporting the powder material of the supply stage to the modeling stage and a role of leveling the surface of the powder layer on the modeling stage. Reference numeral 11 denotes a positioning mechanism for controlling the height of the protrusion detector 12, which is mounted together with rollers on a carriage (not shown). When the carriage moves, the roller and the positioning mechanism 11 move integrally. Reference numeral 12 denotes a protrusion detector mounted on the positioning mechanism, and reference numeral 13 denotes a molded object obtained by melting and solidifying a powder material by laser irradiation. The protrusion detector 12 is disposed downstream of the flattening mechanism 10 as the powder layer forming unit in the moving direction of the carriage when forming the powder layer.

突起部検出器12としては、板状プローブを突起部に機械的に接触させてこれを検出する方法が実用上の信頼性が高く、具体的には板バネのような弾性体を用いた接触検知センサが好適に用いられる。   As the protrusion detector 12, a method of mechanically bringing a plate-shaped probe into contact with a protrusion to detect the protrusion has high practical reliability, and specifically, a method using an elastic body such as a leaf spring. A detection sensor is preferably used.

図2(a)〜図2(c)を参照して、板状プローブの第1の態様として、矩形の板バネを櫛歯形状に連結した板バネ群を用いた突起部検出器12を説明する。図2(a)は突起部検出器12の構成を示す外観斜視図、図2(b)は2枚の板バネ群のY方向の位置関係を説明するための分解図、図2(c)は突起部検出器12の構成を説明する側面図である。本実施形態では、突起部の存否だけではなく、存在する位置を特定できるようにするため、櫛歯形状の板バネ群を用いている。   With reference to FIGS. 2A to 2C, as a first embodiment of the plate probe, a protrusion detector 12 using a plate spring group in which rectangular plate springs are connected in a comb-tooth shape will be described. I do. FIG. 2A is an external perspective view showing the configuration of the protrusion detector 12, FIG. 2B is an exploded view for explaining the positional relationship in the Y direction between two leaf spring groups, and FIG. FIG. 3 is a side view illustrating the configuration of the protrusion detector 12. In the present embodiment, a comb-tooth-shaped leaf spring group is used so that not only the presence or absence of the protrusion but also the position of the protrusion can be specified.

14aと14bは、矩形の板バネを櫛歯形状に連結した板バネ群で、図2(b)に示すようにY方向において互いの歯の隙間を補間しあうように位相を変えた位置で重ねあわされている。   14a and 14b are a group of leaf springs in which rectangular leaf springs are connected in a comb-teeth shape, and at positions where the phases are changed so as to interpolate the gap between the teeth in the Y direction as shown in FIG. 2 (b). It is piled up.

櫛歯形状の各歯を構成する板バネは、リン青銅などばね性が優れた材料を用い、例えばY方向の幅が5mmで、アスペクト比(Y方向長さ:Z方向長さ)が、1:4乃至1:8の矩形形状にするのが好適である。Y方向の幅を小さくすれば、突起部のY方向の位置を検知する分解能を高くすることができるが、小さくしすぎると加工や取扱いが簡単ではなくなる。また、アスペクト比を大きくすれば、歯が突起部に接触した際に変形し易くなるため検出感度を高くすることができるが、大きくしすぎると加工や取扱いが簡単ではなくなる。そこで、上述の形状が好適に用いられる。
平坦化機構10が所定領域に形成する粉末層の全領域をカバーできるように、例えば300mmの長さにわたり櫛歯はY方向に配列されている。
The leaf spring constituting each tooth of the comb tooth shape is made of a material having excellent spring properties such as phosphor bronze, and has a width in the Y direction of 5 mm and an aspect ratio (length in the Y direction: length in the Z direction) of 1 for example. : 4 to 1: 8. If the width in the Y direction is reduced, the resolution for detecting the position of the protrusion in the Y direction can be increased, but if it is too small, processing and handling are not easy. In addition, if the aspect ratio is increased, the teeth are easily deformed when they come into contact with the projections, so that the detection sensitivity can be increased. However, if the aspect ratio is too large, processing and handling are not easy. Therefore, the above-described shape is preferably used.
The comb teeth are arranged in the Y direction over a length of, for example, 300 mm so that the flattening mechanism 10 can cover the entire area of the powder layer formed in the predetermined area.

板バネ帯14と対向する位置には、固定部材15を介してラインセンサ16が固定されている。ラインセンサ16は、ライン状の光源とライン状に配列された受光素子群を備えた光学センサである。板バネが変形していない場合には、光源からの光の多くは板バネに反射されて受光素子に入射するが、板バネが突起部と接触して変形すると反射方向が変化するため、当該板バネに対向する位置の受光素子の受光量は大きく変化する。これにより、板バネが突起部と接触したことを検知することができる。どの受光素子の受光量が変化したかを分析すれば、板バネ群の幅方向における突起部の位置を検出することができる。   A line sensor 16 is fixed at a position facing the leaf spring band 14 via a fixing member 15. The line sensor 16 is an optical sensor including a linear light source and a light receiving element group arranged in a line. When the leaf spring is not deformed, much of the light from the light source is reflected by the leaf spring and enters the light receiving element. However, when the leaf spring comes into contact with the protrusion and deforms, the reflection direction changes. The amount of light received by the light receiving element at the position facing the leaf spring changes greatly. This makes it possible to detect that the leaf spring has come into contact with the projection. By analyzing which light receiving element has changed the amount of received light, the position of the protrusion in the width direction of the leaf spring group can be detected.

次に、図3(a)〜図3(c)を参照して、板状プローブの第2の態様である板バネ対を複数有した突起部検出器12について説明する。
図3(a)は突起部検出器12の構成を示す外観斜視図、図3(b)は板バネ対のY方向の位置関係を説明するための断面図、図3(c)は突起部検出器12の構成を説明する断面図である。
Next, a projection detector 12 having a plurality of leaf spring pairs, which is a second embodiment of the plate probe, will be described with reference to FIGS. 3A to 3C.
FIG. 3A is an external perspective view showing the configuration of the protrusion detector 12, FIG. 3B is a cross-sectional view for explaining the positional relationship between the leaf spring pair in the Y direction, and FIG. FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a detector 12.

17は同じ形状の一対の板バネ17aと板バネ17bを、所定間隔をあけて重ねて対向配置した板バネ対であり、18は、同じ形状の一対の板バネ18aと板バネ18bを、所定間隔をあけて重ねて配置した板バネ対である。   Reference numeral 17 denotes a pair of leaf springs in which a pair of leaf springs 17a and 17b of the same shape are arranged facing each other at a predetermined interval, and reference numeral 18 denotes a pair of leaf springs 18a and 18b of the same shape. It is a pair of leaf springs that are arranged at intervals.

図3(a)、図3(b)に示すように、複数の板バネ対17は、板バネの幅と等しい間隔を空けて所定方向(Y方向)に沿って配列される。同様に、複数の板バネ対18は、板バネの幅と等しい間隔を空けてY方向に沿って配列される。X方向から見たときに、板バネ対17と板バネ対18は互いに重ならないように、相手方の板バネ対の間に位置するように構成されている。   As shown in FIGS. 3A and 3B, the plurality of leaf spring pairs 17 are arranged in a predetermined direction (Y direction) at intervals equal to the width of the leaf spring. Similarly, the plurality of leaf spring pairs 18 are arranged along the Y direction at intervals equal to the width of the leaf spring. When viewed from the X direction, the leaf spring pair 17 and the leaf spring pair 18 are configured to be located between the opposing leaf spring pairs so as not to overlap with each other.

板バネ17a、板バネ17b、板バネ18a、板バネ18bを固定支持している固定部材19は、非導電性材料でできている。各板バネには、不図示の配線が接続されており、各板バネ対の板バネどうしの電気的導通を検出する導通センサが接続されている。
平坦化機構10が所定領域に形成する粉末層の全領域をカバーできるように、例えば300mmの長さにわたり板バネ対はY方向に配列されている。
The fixing members 19 for fixing and supporting the leaf springs 17a, 17b, 18a and 18b are made of a non-conductive material. Wiring (not shown) is connected to each leaf spring, and a conduction sensor that detects electrical conduction between the leaf springs of each leaf spring pair is connected.
The leaf spring pairs are arranged in the Y direction over a length of, for example, 300 mm so that the flattening mechanism 10 can cover the entire region of the powder layer formed in the predetermined region.

板バネが変形していない場合には、板バネ17aと板バネ17bは機械的に接触していないため、電気的に絶縁されている。板バネ18aと板バネ18bも同様である。しかし、突起部検出器12を移動させてゆく途中で板バネが突起部と接触して変形すると、対の相手側の板バネと接触して当該板バネ対は電気的に導通する。したがって、突起部と接触したことを導通センサで検出することができる。どの板バネ対で電気的導通が発生したかを調べることにより、突起部のY方向の位置を検出することができる。
ここで、板バネの下端の高さの設定と接触の検知について詳述する。もし、板バネの下端と突起部の先端が同一高さであれば、板バネは突起部に接触することはできても、キャリッジのX方向への移動により、板バネと突起部は干渉せず離れるため、板バネは変形しない。一方、板バネの下端よりも、突起部の高さが高い場合、干渉する部分の長さに従い、板バネはキャリッジのX方向への移動により変形する。
When the leaf spring is not deformed, the leaf spring 17a and the leaf spring 17b are not in mechanical contact with each other, and thus are electrically insulated. The same applies to the leaf springs 18a and 18b. However, if the leaf spring comes into contact with the projection and is deformed during the movement of the projection detector 12, the leaf spring pair comes into contact with the pair of leaf springs and becomes electrically conductive. Therefore, the contact with the protrusion can be detected by the conduction sensor. By examining which leaf spring pair has generated electrical continuity, the position of the protrusion in the Y direction can be detected.
Here, setting of the height of the lower end of the leaf spring and detection of contact will be described in detail. If the lower end of the leaf spring and the tip of the projection are at the same height, the leaf spring and the projection can interfere with each other by moving the carriage in the X direction, even if the leaf spring can contact the projection. The leaf spring is not deformed. On the other hand, when the height of the protrusion is higher than the lower end of the leaf spring, the leaf spring is deformed by the movement of the carriage in the X direction according to the length of the interfering portion.

板バネ対17、18はそれぞれ動作機構が同じなため、ここでは、板バネ対18について、図6(a)〜図6(h)を用いて説明する。各図において、13はレーザ照射により正常な形状に固化された造形物で、200は造形物13に付帯して形成されてしまった異常な突起部である。板バネ18aと板バネ18bは、固定部材19により保持されている。そして、ここでは一例として、固定部材19から、それぞれの板バネの先端までの長さを20mm、また、板バネ18aと板バネ18bの間の距離を0.5mmとして組み付けている場合について説明する。これら板バネを含む突起部検出器は、不図示のキャリッジに搭載されており、図のX方向に移動される。   Since the leaf spring pairs 17 and 18 have the same operation mechanism, here, the leaf spring pair 18 will be described with reference to FIGS. 6 (a) to 6 (h). In each of the drawings, reference numeral 13 denotes a molded object that has been solidified into a normal shape by laser irradiation, and reference numeral 200 denotes an abnormal projection formed along with the molded object 13. The leaf springs 18a and 18b are held by a fixing member 19. Here, as an example, a case will be described in which the length from the fixing member 19 to the tip of each leaf spring is 20 mm, and the distance between the leaf springs 18a and 18b is 0.5 mm. . The projection detector including these leaf springs is mounted on a carriage (not shown) and is moved in the X direction in the drawing.

まず、板バネの下端と突起部の先端が同じ高さである場合を、図6(a)〜図6(d)で説明する。図6(a)は、キャリッジがX方向に動いている途中、板バネ18aが造形物13上に生じた突起部200に近づいた状態を表わしている。点線は、板バネ18a、18bの下端であり、かつ突起部200の先端の高さを表わしており、両者は一致している。ついでキャリッジが少し動き、板バネ18aが突起部200の直上に来た時の様子を図6(b)で示す。図6(b)では、板バネ18aと突起部200は接しはするものの場所的に干渉しないために、板バネ18aは変形しない。さらにキャリッジがX方向に動くと図6(c)、(d)に示すように、板バネ18aは真直のまま突起部200から離れていき、結果として板バネ18a、18bによる導通は出現しない。   First, the case where the lower end of the leaf spring and the tip of the protrusion are at the same height will be described with reference to FIGS. 6 (a) to 6 (d). FIG. 6A shows a state in which the leaf spring 18a approaches the protrusion 200 formed on the modeled object 13 while the carriage is moving in the X direction. The dotted line is the lower end of the leaf springs 18a, 18b, and represents the height of the tip of the projection 200, and they match. Next, FIG. 6B shows a state in which the carriage slightly moves, and the leaf spring 18a comes directly above the protrusion 200. In FIG. 6B, the leaf spring 18a and the protrusion 200 are in contact with each other but do not interfere with each other, so that the leaf spring 18a is not deformed. When the carriage further moves in the X direction, as shown in FIGS. 6C and 6D, the leaf spring 18a moves away from the protruding portion 200 while being straight, and as a result, conduction by the leaf springs 18a and 18b does not appear.

次に、突起部と板バネが高さで10μm干渉した場合を図6(e)〜図6(h)で説明する。図6(e)は、キャリッジがX方向に動いている途中、板バネ18aが造形物13上に生じた突起部200に近づいた状態を表わしている。二本の点線は、板バネ18a、18bの下端、また突起部200の先端の高さを表わしており両者の間隔は10μmである。図6(e)から、キャリッジをX方向に動かして、板バネ18aが突起部200の直上に来た時の様子を図6(f)に示す。板バネ18aは、突起部200と干渉し、曲げが発生する。さらに、キャリッジがX方向に動くと図6(g)に示すように、板バネ18aと板バネ18bが接触する。キャリッジをX方向にさらに進めると、板バネ18aの下端と、突起部200との干渉が解放され、板バネ18aは元の真直状態に戻り、板バネ18a、18bの接触がなくなる。その後、図6(h)板バネ18bと突起部200との干渉があるが、板バネ18a、18bはそれぞれ接触しない。   Next, a case where the projection and the leaf spring interfere with each other by 10 μm in height will be described with reference to FIGS. 6 (e) to 6 (h). FIG. 6E illustrates a state in which the leaf spring 18a approaches the protrusion 200 formed on the modeled object 13 while the carriage is moving in the X direction. The two dotted lines represent the heights of the lower ends of the leaf springs 18a and 18b and the tip of the projection 200, and the interval between the two is 10 μm. FIG. 6F shows a state in which the carriage is moved in the X direction from FIG. 6E and the leaf spring 18a comes directly above the protrusion 200. The leaf spring 18a interferes with the protruding portion 200 and causes bending. Further, when the carriage moves in the X direction, the leaf springs 18a and 18b come into contact as shown in FIG. When the carriage is further advanced in the X direction, the interference between the lower end of the leaf spring 18a and the projection 200 is released, the leaf spring 18a returns to the original straight state, and the contact between the leaf springs 18a and 18b disappears. Thereafter, although there is interference between the leaf spring 18b and the protrusion 200 in FIG. 6 (h), the leaf springs 18a and 18b do not contact each other.

今回の板バネ18aが20mm、突起部と干渉する部分の長さがZ方向において10μmの場合、三角法で計算すると、突起部に接触する位置から、キャリッジのX方向への移動量が0.63mm程度になるまで突起部と干渉し変形する。そして、板バネ18aと板バネ18bの間の距離を0.5mmで組み付けているため接触し、検出することが可能になる。
一般に、粉敷きを平滑にかつ厚みを均一にするために、造形ステージ7、および平坦化機構10(ローラ)のZ方向への剛性は非常に高く製造されており、小量の干渉でもローラ損傷の可能性がある。つまり、ローラと突起部検出器の板バネの先端を同じ高さに設定している場合は、突起部検出器では検出できなかった突起部(板バネの下端と突起部の先端が同じ高さである突起部)によって、粉敷き中にローラが損傷してしまう可能性がある。このような突起部を検出するためには、突起部検出器の板バネの先端をローラの下端よりも下に設定しておくことが必要である。
When the leaf spring 18a this time is 20 mm and the length of the portion that interferes with the protrusion is 10 μm in the Z direction, when calculated by trigonometry, the amount of movement of the carriage in the X direction from the position in contact with the protrusion is 0. It interferes with the projection and deforms until it reaches about 63 mm. Since the distance between the leaf springs 18a and 18b is set at 0.5 mm, the leaf springs 18a and 18b come into contact with each other and can be detected.
Generally, the molding stage 7 and the flattening mechanism 10 (roller) are manufactured with extremely high rigidity in the Z direction in order to make the powder spread smooth and have a uniform thickness. There is a possibility. In other words, when the tip of the leaf spring of the roller and the projection detector is set to the same height, the projection (the lower end of the leaf spring and the tip of the projection that cannot be detected by the projection detector) have the same height. The projections) may damage the rollers during the spreading. In order to detect such a protrusion, it is necessary to set the tip of the leaf spring of the protrusion detector below the lower end of the roller.

次に、図1に示した本実施形態の三次元造形装置が行う一連の造形動作のうち、粉末層形成動作について説明する。図4(a)〜図4(j)は、造形ステージ7上の粉末層の一部にレーザ光を照射して粉末層の一部を溶融あるいは焼結させた後、次の粉末層を積層するまでの途中の各段階を模式的に示す図である。造形ステージ7上に造形プレート(不図示)を設置しその上に粉末層を形成してもよい。本明細書においては、粉末層の一部が、溶融された後固化したもの、あるいは焼き固められた(焼結させた)ものを固化層と称する。また、本実施形態では溶融させて固化したものを例に説明するが、焼結したものであっても同様である。   Next, of a series of modeling operations performed by the three-dimensional modeling apparatus of the present embodiment illustrated in FIG. 1, a powder layer forming operation will be described. 4 (a) to 4 (j) show that a part of the powder layer on the modeling stage 7 is irradiated with a laser beam to melt or sinter a part of the powder layer, and then the next powder layer is laminated. FIG. 7 is a diagram schematically showing each stage in the course of the operation. A modeling plate (not shown) may be provided on the modeling stage 7 and a powder layer may be formed thereon. In the present specification, a part of a powder layer that has been melted and then solidified or that has been baked and hardened (sintered) is referred to as a solidified layer. Further, in the present embodiment, an example in which the material is melted and solidified will be described as an example, but the same applies to a sintered material.

まず、図4(a)は、造形ステージ7上の粉末層の一部にレーザ光を照射して粉末層の一部が溶融固化した後の状態を示している。この状態から、引き続き次の粉末層を形成してレーザ光を照射することで、固化層を重ねて造形物を製作していくことになる。図4(a)は、レーザ光の照射によって粉末材料が固化された際に、造形物13の一部に突起部が形成された状態を示しているものとする。   First, FIG. 4A shows a state after a part of the powder layer on the modeling stage 7 is irradiated with laser light and the part of the powder layer is melted and solidified. From this state, by continuously forming the next powder layer and irradiating the layer with a laser beam, the solidified layer is superimposed to produce a model. FIG. 4A shows a state in which a projection is formed on a part of the modeled object 13 when the powder material is solidified by laser light irradiation.

図4(b)は、次の粉末層を形成する前段階として、造形ステージ7の高さを一層の厚さt(任意単位)だけ下げた状態を示している。そして、キャリッジを造形ステージ側に移動し、位置決め機構11によって突起部検出器12の板バネ下端の高さを造形ステージ上で計測高さになるよう調整した状態を示している。突起部検出器12の計測高さは、突起部検出器12の板バネ対18の最下端が、平坦化機構のローラの最下端よりも例えば10μm下の高さに調整する。この高さに調整することで、ローラと干渉し得る高さの意図せざる突起部を確実に検出できる。図3で示した突起部検出器12を用いる場合には、板バネ対18間の電気的導通の有無によって、意図せざる突起部の有無を判定する。板バネ18a、18bは、例えばそれぞれ幅が5mm、有効長20mmの形状のバネの対となっており、したがって、この場合のY方向の突起検出位置の分解能は5mmである。   FIG. 4B shows a state in which the height of the modeling stage 7 has been reduced by one thickness t (arbitrary unit) as a stage prior to forming the next powder layer. Then, the carriage is moved to the molding stage side, and the height of the lower end of the leaf spring of the projection detector 12 is adjusted by the positioning mechanism 11 to be the measured height on the molding stage. The measurement height of the protrusion detector 12 is adjusted such that the lowermost end of the pair of leaf springs 18 of the protrusion detector 12 is, for example, 10 μm below the lowermost end of the roller of the flattening mechanism. By adjusting to this height, an unintended projection having a height that can interfere with the roller can be reliably detected. When the projection detector 12 shown in FIG. 3 is used, the presence or absence of an unintended projection is determined based on the presence or absence of electrical continuity between the pair of leaf springs 18. The leaf springs 18a and 18b are, for example, a pair of springs each having a width of 5 mm and an effective length of 20 mm. Therefore, in this case, the resolution of the protrusion detection position in the Y direction is 5 mm.

次に、図4(c)に示すように板状プローブを備えた突起部検出器12をX方向に移動させながら、突起部の有無を判定する。第1の態様の板状プローブを用いた場合には、突起部があれば、櫛歯形状の板バネ帯が突起部との接触によって変形し、その変形をラインセンサにて検知して突起部があると判断する。突起部の位置は、キャリッジをどこまで移動させたか、すなわち板状プローブの走査位置によりX座標が特定され、どの板バネ(歯)の変形が検出されたかによりY座標が特定される。   Next, as shown in FIG. 4C, the presence / absence of a protrusion is determined while moving the protrusion detector 12 provided with the plate probe in the X direction. When the plate-shaped probe of the first aspect is used, if there is a projection, the comb-shaped leaf spring band is deformed by contact with the projection, and the deformation is detected by a line sensor to detect the projection. Judge that there is. Regarding the position of the protruding portion, the X coordinate is specified based on how far the carriage has been moved, that is, the scanning position of the plate probe, and the Y coordinate is specified based on which leaf spring (teeth) deformation has been detected.

突起部が検出された場合、突起部の高さを把握するために、造形ステージ7の高さをさらに一定量(t)下げ、その状態で、突起部検出器12をX方向に再度走査させながら、突起部の有無と場所の特定をしてもよい。前回、突起部が検出された位置で突起部の検出がなければ、その突起部の高さは、前回のレーザ照射時の粉末層表面を基準として、t以上、2×t未満の高さであると導出できる。また、前回突起部が検出された位置で検出があれば、さらに、造形ステージ7の高さを一定量(t)下げて、突起部検出器12を走査することを板バネ対18の突起部との接触による変形検知がなくなるまで繰り返す。そして突起部の高さは、板バネ対18の変形検知がなくなるまでの造形ステージ7のZ方向移動量の積算値と、積算値から一定量(t)を引いた値の間と導出される。   When a protrusion is detected, the height of the modeling stage 7 is further reduced by a certain amount (t) in order to grasp the height of the protrusion, and in that state, the protrusion detector 12 is again scanned in the X direction. Meanwhile, the presence or absence and location of the protrusion may be specified. If no protrusion is detected at the position where the protrusion was detected last time, the height of the protrusion is not less than t and less than 2 × t with respect to the surface of the powder layer at the time of the previous laser irradiation. It can be derived that there is. Further, if the projection is detected at the position where the projection was detected last time, the height of the modeling stage 7 is further reduced by a certain amount (t), and the scanning of the projection detector 12 is performed by the projection of the leaf spring pair 18. Repeat until there is no deformation detection due to contact with The height of the protrusion is derived between the integrated value of the amount of movement of the molding stage 7 in the Z direction until the detection of the deformation of the leaf spring pair 18 and the value obtained by subtracting a fixed amount (t) from the integrated value. .

この例では、粉末層一層の厚みtと突起部検出のための造形ステージの一回あたりの移動量を同じにしたが、適宜増減して運用することができる。
また、平坦化機構であるローラと突起部検出器を同じキャリッジに搭載し動作させたが、それぞれ別々のキャリッジに搭載することも可能である。その場合は、突起部を検出する際にローラを動かす必要がないので、突起部とローラの衝突のリスクがなくなるというメリットがある。しかし、別々のキャリッジに搭載した場合、ローラと突起部検出器のZ方向の位置を、動作範囲の全てでμmオーダで高さを制御するのは、ガイド等に非常にコストがかかること、また、部品の剛性などで位置が経時的に変わっていく恐れもある。そのため、平坦化機構10と突起部検出器12を同一のキャリッジに搭載する方が、ローラと突起部検出器の相対位置を制御しやすく、装置構成も簡素になり有利である。
In this example, the thickness t of one powder layer and the movement amount per molding stage for detecting the protrusion are made the same, but it is possible to operate with increasing or decreasing as appropriate.
Further, the roller and the protrusion detector serving as the flattening mechanism are mounted and operated on the same carriage, but may be mounted on separate carriages. In this case, since there is no need to move the roller when detecting the protrusion, there is an advantage that the risk of collision between the protrusion and the roller is eliminated. However, when mounted on separate carriages, controlling the height of the roller and the protrusion detector in the Z direction in the order of μm over the entire operation range is very costly for guides and the like. The position may change over time due to the rigidity of the parts. Therefore, it is advantageous to mount the flattening mechanism 10 and the protrusion detector 12 on the same carriage, since the relative positions of the roller and the protrusion detector can be easily controlled, and the apparatus configuration can be simplified.

突起部が検出された場合には、図4(d)に示すように、平坦化機構10と突起部検出器12とを一旦は退避させ、位置が特定されている突起部を除去する。あるいは、粉末層の表面が突起物の高さ以上になるように粉敷きをして造形する。突起部の除去は、レーザ光の照射により好適に行われるが、装置上に切削工具を搭載して切削工具にて除去する方式でも構わない。
図4(e)は、突起部がレーザ光を使って溶融され、平坦化機構10のローラと干渉し得る高さの部分が除去された状態を示したものである。
When the protrusion is detected, as shown in FIG. 4D, the flattening mechanism 10 and the protrusion detector 12 are temporarily retracted, and the protrusion whose position is specified is removed. Alternatively, the powder layer is formed so that the surface of the powder layer is equal to or higher than the height of the protrusion. The removal of the projection is preferably performed by laser light irradiation, but a method in which a cutting tool is mounted on the apparatus and the cutting tool is used may be used.
FIG. 4E shows a state in which the protruding portion is melted by using a laser beam, and a portion having a height that can interfere with the roller of the flattening mechanism 10 is removed.

レーザ光の照射を行った後は、図4(f)に示すように、突起部検出器12を再度セットしてキャリッジを走査し、さらに別の突起部がないかを探査する。別の突起部が検出された場合には、図4(c)〜図4(f)の動作を行い、ローラと干渉し得る高さの突起部を除去する。   After the irradiation of the laser beam, as shown in FIG. 4F, the projection detector 12 is set again, and the carriage is scanned to search for another projection. When another protrusion is detected, the operation of FIGS. 4C to 4F is performed to remove the protrusion having a height that can interfere with the roller.

そして、図4(g)に示すように、造形ステージの反対側の座標まで突起部を検出しないで走査できた場合には、ローラと干渉し得る高さの突起部は無いと判断して、粉末層形成工程に移る。
突起部が無いと確認されたら、図4(h)に示すように、平坦化機構10をキャリッジによって、供給ステージ4を超えた位置に戻し、供給ステージ4を一定量上昇させ粉末材料を押し上げる。
Then, as shown in FIG. 4 (g), when the scanning can be performed without detecting the protrusion to the coordinates on the opposite side of the modeling stage, it is determined that there is no protrusion having a height that can interfere with the roller. Move on to the powder layer forming step.
When it is confirmed that there is no protrusion, as shown in FIG. 4H, the flattening mechanism 10 is returned to a position beyond the supply stage 4 by the carriage, and the supply stage 4 is raised by a certain amount to push up the powder material.

その後、図4(i)に示すように、平坦化機構10を造形ステージ方向に移動させ、粉末材料を造形ステージ7に移動させる。さらに、平坦化機構10のローラが造形ステージ上を通過することで、搬送してきた粉末材料が造形ステージ上に積載されていく。
粉末材料は、ローラにより均されるため、造形ステージに搬送された粉末材料の上面は図4(j)に示すように平坦化され、上面が平坦な粉末層が形成される。
Thereafter, as shown in FIG. 4 (i), the flattening mechanism 10 is moved in the direction of the molding stage, and the powder material is moved to the molding stage 7. Further, as the rollers of the flattening mechanism 10 pass over the modeling stage, the conveyed powder material is stacked on the modeling stage.
Since the powder material is leveled by the rollers, the upper surface of the powder material transported to the molding stage is flattened as shown in FIG. 4 (j), and a powder layer having a flat upper surface is formed.

以上説明した一連の動作によって、突起部の検出と除去および粉末層の形成を実施する。本実施形態では、図2または図3に示した突起部検出器12を用いるため、突起部の造形ステージ上の位置を検知することができるので、効率的に除去操作ができる。   Through the series of operations described above, the detection and removal of the protrusion and the formation of the powder layer are performed. In this embodiment, since the protrusion detector 12 shown in FIG. 2 or FIG. 3 is used, the position of the protrusion on the modeling stage can be detected, so that the removing operation can be performed efficiently.

図5を参照して、造形ステージ上における突起部の位置の求め方を詳しく説明する。
図5は、本実施形態の三次元造形装置を上から見た平面図である。平坦化機構10、突起部検出器12と、これらを走査するキャリッジ20、供給ステージ4、造形ステージ7が示されている。さらに、21は平坦化機構10のローラを回転するモータ、22は突起部検出器12の高さを調整する位置決め機構11の駆動手段、23はキャリッジ20のY方向とZ方向の動きを拘束するガイドである。24はキャリッジをX方向に制御する駆動手段で位置制御機能を備えている。また、25は造形ステージ上にできた突起部を示している。
With reference to FIG. 5, a method of obtaining the position of the protrusion on the modeling stage will be described in detail.
FIG. 5 is a plan view of the three-dimensional printing apparatus of the present embodiment as viewed from above. A flattening mechanism 10, a protrusion detector 12, a carriage 20 for scanning these, a supply stage 4, and a modeling stage 7 are shown. Further, 21 is a motor for rotating the rollers of the flattening mechanism 10, 22 is a driving means for the positioning mechanism 11 for adjusting the height of the projection detector 12, and 23 is a restraint on the movement of the carriage 20 in the Y and Z directions. It is a guide. Numeral 24 denotes a driving means for controlling the carriage in the X direction, which has a position control function. Reference numeral 25 denotes a projection formed on the modeling stage.

突起部検出器12には、図2あるいは図3を参照して説明したように、所定幅の板状プローブすなわち板バネがY方向に沿って配列されている。造形ステージ7のY方向の全幅を検査できるよう、必要な数の板バネが配列されている。各板バネのY方向の幅により、異常検出物を検出する際のY方向の分解能が決まる。   As described with reference to FIG. 2 or FIG. 3, the protruding portion detector 12 has a plate-shaped probe having a predetermined width, that is, a plate spring, arranged along the Y direction. A required number of leaf springs are arranged so that the entire width of the modeling stage 7 in the Y direction can be inspected. The resolution in the Y direction when detecting an abnormality detection object is determined by the width of each leaf spring in the Y direction.

キャリッジをX方向に駆動して突起部検出器12が造形ステージ7の端に達したら、突起部検出器12の板バネの下端の高さを調整する。すなわち、平坦化機構10が形成した粉末層や、粉末層から溶融固化により形成した正常な形状の三次元造形物には接触しないが、これらよりも突出した突起部には接触する高さに調整される。   When the carriage is driven in the X direction and the protrusion detector 12 reaches the end of the modeling stage 7, the height of the lower end of the leaf spring of the protrusion detector 12 is adjusted. That is, the height is adjusted so that the powder layer formed by the flattening mechanism 10 and the three-dimensional structure having a normal shape formed by melting and solidifying the powder layer do not come into contact with the protruding portion. Is done.

そして、キャリッジを駆動して突起部検出器12で造形ステージ上を走査する。そして、突起部25を検出したとすると、検出したときのキャリッジの位置によってX方向の位置が判り、どの板バネによって検出したかによってY方向の位置が判明する。   Then, the carriage is driven, and the projection detector 12 scans the modeling stage. If the protrusion 25 is detected, the position in the X direction can be determined by the position of the carriage at the time of detection, and the position in the Y direction can be determined by the detection of the leaf spring.

突起部検出器12の位置検出分解能により、図5中の27で示される領域の中に突起部が存在することが判明すれば、この領域においてレーザ光もしくは切削工具を動作させ、効率的に突起部を除去することができる。尚、切削工具にて除去する場合はZ方向の高さを設定する必要があるが、切削工具の高さについては突起部検出器12にて検出動作をするときの板バネの最下点の高さと同様にすればよい。尚、突起部検出器12が突起部を検出した際に、X方向の位置のみに着目し、求まったX座標上すなわち図5の26に示すライン上をY方向に沿って造形ステージの幅分だけレーザ光もしくは切削工具を動作させ、除去作業を行ってもよい。   If it is found from the position detection resolution of the projection detector 12 that a projection exists in the area indicated by 27 in FIG. 5, the laser light or the cutting tool is operated in this area to efficiently operate the projection. Parts can be removed. When removing with a cutting tool, it is necessary to set the height in the Z direction. However, regarding the height of the cutting tool, What is necessary is just to be the same as height. When the protrusion detector 12 detects the protrusion, focusing only on the position in the X direction, the obtained X coordinate, that is, the line indicated by 26 in FIG. The removal operation may be performed by operating only the laser beam or the cutting tool.

次に、レーザ光を用いた突起部の除去についてさらに具体的に説明する。
例えば、中心粒径が20μmのSUS316で造形し、座標(X1,Y1)に高さ30μm以上、60μm未満の突起物を検出したと仮定して説明する。
突起物を含む領域に、レーザにて走査照射を行なう。領域について、Y方向に関しては、分解能が例えば5mmの場合はその約3倍の範囲、つまり両隣の板バネも含む15mm以下の範囲で設定する。X方向については、検出精度にもよるが例えば3mm以上15mm以下の範囲で設定する。
そして、上記で定めた領域を、造形物を造形するときのレーザパワーよりエネルギー密度が高い条件(例えば粉末厚みが60μmの時の造形条件のレーザパワー(60W))で照射する。レーザ走査速度は、X方向に例えば250mm/s、Y方向に例えば50μmピッチで照射する。
Next, the removal of the protrusion using laser light will be described more specifically.
For example, the following description will be made on the assumption that a SUS316 having a center particle diameter of 20 μm is formed, and a protrusion having a height of 30 μm or more and less than 60 μm is detected at coordinates (X1, Y1).
Scanning irradiation is performed with a laser on the region including the protrusion. In the Y direction, the resolution is set to be about three times the range when the resolution is, for example, 5 mm, that is, 15 mm or less including both leaf springs. The X direction is set within a range of, for example, 3 mm or more and 15 mm or less, depending on the detection accuracy.
Then, the above-defined region is irradiated under a condition where the energy density is higher than the laser power at the time of forming the formed object (for example, laser power (60 W) under the forming condition when the powder thickness is 60 μm). The laser is irradiated at a scanning speed of, for example, 250 mm / s in the X direction and at a pitch of, for example, 50 μm in the Y direction.

次に、突起部検出器を走査し、突起部が除去されているかどうかを確認する。
ここで、突起部を除去するために、エネルギー密度が高い条件でレーザ照射するのは、既に粉末が溶融固化した部分であるので、粉末層に比べ熱伝導がよく温度が上がりにくいため、溶融を確実にするためのものである。また、溶融領域を突起部を含む領域よりも拡大するのは、突起物の回りの溶融固化済みの面を溶融させて突起部を溶かし込むためである。突起部だけを溶融させると、突起部が溶融し表面張力で球状になり、その後、そのまま固化して残ることが多い。
Next, the protrusion detector is scanned to check whether the protrusion has been removed.
Here, in order to remove the protrusions, laser irradiation under conditions of high energy density is performed at a portion where the powder has already been melted and solidified. This is to ensure. In addition, the reason why the molten region is enlarged more than the region including the protrusion is to melt the surface of the protrusion that has already been melted and solidified to melt the protrusion. When only the projections are melted, the projections are melted and become spherical due to surface tension, and then often solidify and remain.

もし、上記のレーザ照射後に、依然突起部が検出された場合、突起部が除去されるまで、さらに厚い粉末層の造形条件(さらにエネルギー密度が高い条件)を同一エリア、もしくはX方向には適宜拡大した領域でレーザ照射する。
突起部を検出した時、直前にレーザ照射して溶融固化した全ての領域をレーザ照射して、突起部を除去することも可能である。しかし、検出した突起部の位置を中心に局所的にレーザ走査照射した方が、照射時間が少なくて済むこと、また、加熱部分が少なく歪みの発生が抑えられるというコスト、機能上の両面でメリットがある。
また、突起部を除去する際、照射面積を減らすために、板バネの幅を小さくし、Y方向の分解能を上げることが好ましい。また、突起部を探索するときの走査速度を落として、X方向の分解能を上げることが好ましい。
If the protrusion is still detected after the above laser irradiation, the shaping condition of the thicker powder layer (the condition with higher energy density) is appropriately changed in the same area or in the X direction until the protrusion is removed. Laser irradiation is performed on the enlarged area.
When the protrusion is detected, it is also possible to remove the protrusion by irradiating the laser to the entire region that has been melted and solidified by laser irradiation immediately before. However, laser scanning irradiation locally using the detected projection position as the center reduces the irradiation time, and also has advantages in both cost and function that the number of heated parts is small and distortion is suppressed. There is.
Further, when removing the protrusion, it is preferable to reduce the width of the leaf spring and increase the resolution in the Y direction in order to reduce the irradiation area. In addition, it is preferable to reduce the scanning speed when searching for a protrusion to increase the resolution in the X direction.

尚、突起物の機械的除去については、切削による除去を適用することもできる。なお、レーザによる除去は、三次元造形装置に必須の要件であるレーザ等のエネルギービームにより行うことができるが、機械的除去は別途装置が必要になる。また、エネルギービームによる除去は熱履歴による歪みは生じるが、加工の際の機械的衝突等がないため、特にセラミックスなどの延性の乏しい材料には適している。
一方、機械的除去は、工具の軌跡で突起物が確実に除去できるため、エネルギービームでの除去のように、突起物が除去されたかどうかを確認する工程は必要なく、次の層の作成を行なえるため、信頼性の点では有利である。
切削などによる機械的な除去を行う場合でも、突起部検出器により、突起物の位置が特定できるため、工具のアクセスおよび除去が高速にできるという長所がある。
In addition, about the mechanical removal of a protrusion, the removal by cutting can also be applied. The removal by the laser can be performed by an energy beam such as a laser which is an essential requirement for the three-dimensional printing apparatus, but a mechanical removal requires a separate apparatus. In addition, although removal by an energy beam causes distortion due to heat history, there is no mechanical collision at the time of processing, so that it is particularly suitable for a material having poor ductility such as ceramics.
On the other hand, in mechanical removal, protrusions can be reliably removed along the trajectory of the tool, so there is no need to perform a process to confirm whether protrusions have been removed, as with the removal with an energy beam. This is advantageous in terms of reliability.
Even when mechanical removal by cutting or the like is performed, the position of the protrusion can be specified by the protrusion detector, so that there is an advantage that tool access and removal can be performed at high speed.

以上説明したように、板状プローブを備えた突起部の検出器を設け、粉末層を形成する前に突起部の有無を確認する。板状プローブを用いることにより、高い信頼性で突起部を検出可能であり、また突起部の位置情報を得ることができる。突起部を検出した場合には、除去をしてから粉末層を形成することで、平坦化機構と突起部との接触を回避して、平坦化の停止や平坦化機構の損傷を防ぎ、三次元造形作業を安定化し、造形物の形状精度の向上を図ることができる。   As described above, the protrusion detector provided with the plate-like probe is provided, and the presence or absence of the protrusion is checked before the powder layer is formed. By using a plate-like probe, a protrusion can be detected with high reliability, and positional information of the protrusion can be obtained. When a protrusion is detected, the powder layer is formed after removing the protrusion, thereby avoiding contact between the flattening mechanism and the protrusion, preventing stop of the flattening and damage to the flattening mechanism, It is possible to stabilize the original molding work and improve the shape accuracy of the molded object.

[実施形態2]
実施形態1では、突起部が検出された場合に、突起部を除去する方法について説明したが、実施形態2では、突起部が検出された場合に、次に敷く粉末層の表面が突起物の高さ以上になるように粉敷きをして造形する方法について説明する。また、本実施形態では粉末材料を溶融させて固化させたものを例に説明するが、焼結させたものであっても同様である。
粉末層一層の厚み以上の高さの突起物が検出された場合、平坦化機構を突起物に衝突させずに造形するには、粉末層の表面が突起物の高さ以上になるように粉敷きをして造形することができる。そのための方法について図11(a)〜図11(h)を用いて説明する。
図11(a)〜図11(h)は、粉末層の一部を溶融固化した後の各段階を模式的に示す図であり、実施形態1と共通する部分については、同じ番号を付して図示している。
[Embodiment 2]
In the first embodiment, the method of removing the protrusion when the protrusion is detected has been described. However, in the second embodiment, when the protrusion is detected, the surface of the powder layer to be spread next has the protrusion. A method of forming a sheet by spreading the powder so that the height is equal to or higher than the height will be described. Further, in the present embodiment, an example in which a powder material is melted and solidified will be described as an example, but the same applies to a sintered material.
When a protrusion having a height equal to or greater than the thickness of one powder layer is detected, in order for the flattening mechanism to be formed without colliding with the protrusion, the powder must be formed so that the surface of the powder layer is at least the height of the protrusion. It can be laid and shaped. A method for that will be described with reference to FIGS. 11 (a) to 11 (h).
11 (a) to 11 (h) are diagrams schematically showing each stage after a part of the powder layer is melted and solidified, and portions common to the first embodiment are denoted by the same reference numerals. Is shown.

まず、予め、粉末層の厚みに応じた良質な造形ができるレーザ照射条件を求めておく。造形物を作成するために必要な要件は、粉末層を溶融するとともに、溶融する粉末層の下にある既に固化している部分も、ある程度溶融させて新たに溶融する層とともに溶融固化させることである。
ある照射位置に入力するエネルギーは、レーザパワーに比例し、走査速度に反比例するため、レーザパワー(W)/走査速度(mm/sec)で定義するエネルギー密度に比例する。そのため、レーザ光のパワー、また走査する速度を適切に設定することで、粉末層とその下の既に固化した部分を含めた溶融と固化を制御できる。
First, laser irradiation conditions that enable high-quality modeling according to the thickness of the powder layer are determined in advance. The requirements for creating a shaped object are that the powder layer is melted and the already solidified part under the melting powder layer is melted to some extent and melted and solidified with the newly melted layer. is there.
Since the energy input to a certain irradiation position is proportional to the laser power and inversely proportional to the scanning speed, it is proportional to the energy density defined by laser power (W) / scanning speed (mm / sec). Therefore, by appropriately setting the power of the laser beam and the scanning speed, it is possible to control the melting and solidification including the powder layer and the already solidified portion under the powder layer.

さらに、レーザ照射において、照射位置のビーム径の中での位置によってパワー密度(単位面積当たりの照射パワー)が異なる。具体的には、照射ビームの中心が最も強く、一般にはガウス分布に従いf−θレンズを通した後も維持される。パワー密度が高くなると、照射部ではパワー密度に応じ温度が上がる。しかし、パワー密度が高すぎると装置の走査速度や、熱伝導による放熱の限界などで、照射部が昇温し、材料の揮発や粉とびが増え、良質な造形ができなくなる。そのため、パワー自体は変えずに、照射ビームのピークパワー密度を減らすことができれば、材料の揮発や粉とびを増やさずに、より深い表面からの深度まで、またはより多くの面積の溶融固化を制御することができる。   Further, in laser irradiation, the power density (irradiation power per unit area) differs depending on the position of the irradiation position in the beam diameter. Specifically, the center of the irradiation beam is strongest and generally maintained after passing through an f-θ lens according to a Gaussian distribution. As the power density increases, the temperature of the irradiating section increases according to the power density. However, if the power density is too high, the temperature of the irradiating portion rises due to the scanning speed of the apparatus and the limit of heat radiation due to heat conduction, and the volatilization and skipping of the material increase, so that high-quality modeling cannot be performed. Therefore, if the peak power density of the irradiation beam can be reduced without changing the power itself, the melting and solidification of a deeper surface or a larger area can be controlled without increasing the volatilization and skipping of the material. can do.

そのような手法の一つとしてデフォーカスがある。デフォーカスというのは、f−θレンズにより最も照射ビーム径が絞られたフォーカス位置から、粉末層の位置をZ方向においてずらす(デフォーカス位置にずらす)ことである。図12を参照してデフォーカスの概要を説明する。縦軸がパワー密度を、横軸が空間的な位置を表わしていて、ビーム径の中心を縦軸の位置と一致させている。実線の曲線が、最もビーム径が絞られたフォーカス位置でのパワー密度、点線がデフォーカスした時のパワー密度の空間分布を二次元的に表したものである。デフォーカスした方が、パワー密度のある空間領域(横軸)が拡大しており、かつピークパワー密度が下がっている。   One such technique is defocus. Defocusing refers to shifting the position of the powder layer in the Z direction (shifting to the defocus position) from the focus position where the irradiation beam diameter is most narrowed by the f-θ lens. An outline of defocus will be described with reference to FIG. The vertical axis represents the power density, the horizontal axis represents the spatial position, and the center of the beam diameter coincides with the position on the vertical axis. The solid line curve two-dimensionally represents the spatial distribution of the power density at the focus position where the beam diameter is most narrowed, and the power density at the time of defocusing with the dotted line. When defocused, the spatial region (horizontal axis) with power density is expanded, and the peak power density is reduced.

この状態で、パワー総量は同じであり、与える熱量は同じである。そのため、過大なピークパワーで材料の揮発や粉とびが起きる場合は、デフォーカスをすることで、造形が改善する場合がある。デフォーカスにより同一レーザパワーでのピークパワー密度を下げること、もしくは、レーザパワーを増やすことと併用することで、照射時の溶融領域を拡大することができる。したがって、粉末層の厚みが大きくなるとデフォーカスが有利になる場合がある。ただ、デフォーカスは照射ビーム径が大きくなるため、造形の細かさは劣化するというデメリットもある。   In this state, the total amount of power is the same and the amount of heat applied is the same. Therefore, when material volatilization or powder jump occurs due to excessive peak power, shaping may be improved by defocusing. By lowering the peak power density at the same laser power by defocusing, or by using it together with increasing the laser power, it is possible to enlarge the melting region at the time of irradiation. Therefore, when the thickness of the powder layer is large, defocusing may be advantageous. However, defocusing also has a disadvantage that the fineness of modeling is deteriorated because the irradiation beam diameter increases.

これらを考慮しながら良質な造形ができるレーザ照射条件を実験等によりあらかじめ求めておく。基本的には、厚みが増えるほど、溶融する粉末の量が増えるので単位面積、単位時間当たりの投入エネルギーを増やす方向になる。造形をするためには、粉末層直下の既に固化した部分も溶融する必要があるため、粉末層の厚みに対して、造形に要する投入エネルギーは比例しない。   In consideration of these factors, laser irradiation conditions that enable high-quality modeling are determined in advance by experiments and the like. Basically, as the thickness increases, the amount of powder to be melted increases, so that the input energy per unit area and per unit time increases. In order to perform modeling, the already solidified portion immediately below the powder layer also needs to be melted. Therefore, the input energy required for modeling is not proportional to the thickness of the powder layer.

次に、本実施形態の三次元造形装置が行う一連の造形動作のうち、粉末層形成動作について説明する。図11(a)〜図11(h)は、造形ステージ7上の粉末層の一部にレーザ光を照射して粉末層の一部を溶融固化した後、次の粉末層を積層するまでの途中の各段階を模式的に示す図である。造形ステージ7上に造形プレート109を設置しその上に粉末層を形成してもよい。本実施形態においては、造形プレート109上に粉末層を形成する例を示す。   Next, of a series of modeling operations performed by the three-dimensional modeling apparatus of the present embodiment, a powder layer forming operation will be described. 11 (a) to 11 (h) show the process of irradiating a part of the powder layer on the modeling stage 7 with a laser beam to melt and solidify a part of the powder layer, and then stacking the next powder layer. It is a figure which shows each stage in the middle typically. A modeling plate 109 may be provided on the modeling stage 7 and a powder layer may be formed thereon. In the present embodiment, an example in which a powder layer is formed on the modeling plate 109 will be described.

まず、図11(a)は、造形プレート109上の粉末層の一部にレーザ光を照射して粉末層の一部が溶融固化した後の状態を示している。この状態から、引き続き次の粉末層を形成してレーザ光を照射することで、固化層を重ねて造形物を製作していくことになる。図11(a)は、レーザ光の照射によって粉末材料が溶融された後に固化した際に、造形物13に付帯して突起部25が形成された状態を示しているものとする。   First, FIG. 11A shows a state after a part of the powder layer on the modeling plate 109 is irradiated with laser light and the part of the powder layer is melted and solidified. From this state, by continuously forming the next powder layer and irradiating the layer with a laser beam, the solidified layer is superimposed to produce a model. FIG. 11A shows a state in which the projection 25 is formed along with the modeled object 13 when the powder material is solidified after being melted by laser light irradiation.

図11(b)は、次の粉末層を形成する前段階として、造形ステージ7の高さを一層の厚さt(任意単位)だけ下げた状態を示している。そして、キャリッジを造形ステージ側に移動し、位置決め機構11によって突起部検出器12の板バネ下端の高さを造形ステージ上で計測高さになるよう調整した状態を示している。突起部検出器12の計測高さは、突起部検出器12の板バネ対18の最下端が、平坦化機構のローラの最下端よりも例えば10μm下の高さに調整する。この高さに調整することで、ローラと干渉し得る高さの意図せざる突起部を確実に検出できる。図3で示した突起部検出器12を用いる場合には、板バネ対18間の電気的導通の有無によって、意図せざる突起部の有無を判定する。板バネ18a、18bは、例えばそれぞれ幅が5mm、有効長20mmの形状のバネの対となっており、したがって、この場合のY方向の突起検出位置の分解能は5mmである。   FIG. 11B shows a state in which the height of the modeling stage 7 has been reduced by one thickness t (arbitrary unit) as a stage before forming the next powder layer. Then, the carriage is moved to the molding stage side, and the height of the lower end of the leaf spring of the projection detector 12 is adjusted by the positioning mechanism 11 to be the measured height on the molding stage. The measurement height of the protrusion detector 12 is adjusted such that the lowermost end of the pair of leaf springs 18 of the protrusion detector 12 is, for example, 10 μm below the lowermost end of the roller of the flattening mechanism. By adjusting to this height, an unintended projection having a height that can interfere with the roller can be reliably detected. When the projection detector 12 shown in FIG. 3 is used, the presence or absence of an unintended projection is determined based on the presence or absence of electrical continuity between the pair of leaf springs 18. The leaf springs 18a and 18b are, for example, a pair of springs each having a width of 5 mm and an effective length of 20 mm. Therefore, in this case, the resolution of the protrusion detection position in the Y direction is 5 mm.

次に、図11(c)に示すように、板状プローブを備えた突起部検出器12をX方向に移動させながら、突起部の有無を判定する。第1の態様の板状プローブを用いた場合には、突起部があれば、櫛歯形状の板バネ帯が突起部との接触によって変形し、その変形をラインセンサにて検知して突起部があると判断する。突起部の位置は、キャリッジをどこまで移動させたか、すなわち板状プローブの走査位置によりX座標が特定され、どの板バネ(歯)の変形が検出されたかによりY座標が特定される。   Next, as shown in FIG. 11C, the presence or absence of a protrusion is determined while moving the protrusion detector 12 provided with the plate probe in the X direction. When the plate-shaped probe of the first aspect is used, if there is a projection, the comb-shaped leaf spring band is deformed by contact with the projection, and the deformation is detected by a line sensor to detect the projection. Judge that there is. Regarding the position of the protruding portion, the X coordinate is specified based on how far the carriage has been moved, that is, the scanning position of the plate probe, and the Y coordinate is specified based on which leaf spring (teeth) deformation has been detected.

突起部が検出された場合、突起部の高さを把握するために、図11(d)に示すように、造形ステージ7の高さをさらに一定量(t)下げ、その状態で、再度、突起部検出器12をX方向に走査させながら、突起部の有無と場所の特定をしてもよい。前回、突起部が検出された位置で突起部の検出がなければ、その突起部の高さは、前回のレーザ照射時の粉末層表面を基準として、t以上、2×t未満の高さであると導出できる。また、前回突起部が検出された位置で検出があれば、さらに、造形ステージ7の高さを一定量(t)下げて、突起部検出器12を走査することを板バネ対18の突起部との接触による変形検知がなくなるまで繰り返す。そして突起部の高さは、板バネ対18の変形検知がなくなるまでの造形ステージ7のZ方向移動量の積算値と、積算値から一定量(t)を引いた値の間と導出される。   When a protrusion is detected, as shown in FIG. 11D, the height of the molding stage 7 is further reduced by a certain amount (t) in order to grasp the height of the protrusion. The presence / absence and location of the protrusion may be specified while scanning the protrusion detector 12 in the X direction. If no protrusion is detected at the position where the protrusion was detected last time, the height of the protrusion is not less than t and less than 2 × t with respect to the surface of the powder layer at the time of the previous laser irradiation. It can be derived that there is. Further, if the projection is detected at the position where the projection was detected last time, the height of the modeling stage 7 is further reduced by a certain amount (t), and the scanning of the projection detector 12 is performed by the projection of the leaf spring pair 18. Repeat until there is no deformation detection due to contact with The height of the protrusion is derived between the integrated value of the amount of movement of the molding stage 7 in the Z direction until the deformation of the leaf spring pair 18 is no longer detected and a value obtained by subtracting a fixed amount (t) from the integrated value. .

この例では、粉末層一層の厚みと突起部検出のための造形ステージの一回あたりの移動量を同じにしたが、適宜増減して運用することができる。
また、平坦化機構であるローラと突起部検出器を同じキャリッジに搭載し動作させたが、それぞれ別々のキャリッジに搭載することも可能である。その場合は、突起部を検出する際にローラを動かす必要がないので、突起部とローラの衝突のリスクがなくなるというメリットがある。しかし、別々のキャリッジに搭載した場合、ローラと突起部検出器のZ方向の位置を、動作範囲の全てでμmオーダで高さを制御するのは、ガイド等に非常にコストがかかること、また、部品の剛性などで位置が経時的に変わっていく恐れもある。そのため、平坦化機構10と突起部検出器12を同一のキャリッジに搭載する方が、ローラと突起部検出器の相対位置を制御しやすく、装置構成も簡素になり有利である。
In this example, the thickness of one layer of the powder layer and the movement amount per molding stage for detecting the protrusion are set to be the same, but the operation can be appropriately increased or decreased.
Further, the roller and the protrusion detector serving as the flattening mechanism are mounted and operated on the same carriage, but may be mounted on separate carriages. In this case, since there is no need to move the roller when detecting the protrusion, there is an advantage that the risk of collision between the protrusion and the roller is eliminated. However, when mounted on separate carriages, controlling the height of the roller and the protrusion detector in the Z direction in the order of μm over the entire operation range is very costly for guides and the like. The position may change over time due to the rigidity of the parts. Therefore, it is advantageous to mount the flattening mechanism 10 and the protrusion detector 12 on the same carriage, since the relative positions of the roller and the protrusion detector can be easily controlled, and the apparatus configuration can be simplified.

図11(e)は、突起物が検出されなくなった状態を示している。次に、図11(f)に示すように突起部検出器12を粉敷きを妨げない位置まで上げ、平坦化機構10(ローラ)をキャリッジによって、供給ステージ4を超えた位置に戻し、供給ステージ4を上昇させ、粉末材料を押し上げる。
その後、図11(g)に示すように、平坦化機構10(ローラ)を造形ステージ方向に移動させ、粉末材料を造形プレート109に移動させる。さらに、平坦化機構10(ローラ)が造形ステージ上を通過することで、搬送してきた粉末材料が造形ステージ7、および既に造形された造形物13の上に積載されていく。粉末材料は、ローラによりならされるため、造形ステージに搬送された粉末材料の上面は粉末層が突起物を全て覆う形で、粉末層が形成される。この時の粉末層の厚みは、突起物が検出されなくなるまで下げられた造形ステージの移動量であり、例えば2回下げた時は2層分の厚さ(2×t)となる。
その後、図11(h)に示すように、予め求めていた粉末層の厚みに適するレーザ照射条件でレーザ121を照射することで、平坦化機構のローラに突起物がぶつからずに造形を進めることができる。
FIG. 11E shows a state where the protrusion is no longer detected. Next, as shown in FIG. 11 (f), the protrusion detector 12 is raised to a position where the powder spread is not hindered, and the flattening mechanism 10 (roller) is returned to a position beyond the supply stage 4 by the carriage, and the supply stage 4. Raise 4 to push up the powder material.
Thereafter, as shown in FIG. 11 (g), the flattening mechanism 10 (roller) is moved in the direction of the forming stage, and the powder material is moved to the forming plate 109. Further, as the flattening mechanism 10 (roller) passes over the modeling stage, the conveyed powder material is stacked on the modeling stage 7 and the modeled product 13 already formed. Since the powder material is leveled by the rollers, a powder layer is formed on the upper surface of the powder material conveyed to the molding stage, with the powder layer covering all the protrusions. The thickness of the powder layer at this time is the amount of movement of the modeling stage lowered until protrusions are no longer detected. For example, when the powder stage is lowered twice, the thickness becomes two layers (2 × t).
Thereafter, as shown in FIG. 11 (h), by irradiating the laser 121 under laser irradiation conditions suitable for the thickness of the powder layer determined in advance, it is possible to proceed with modeling without bumps hitting the rollers of the flattening mechanism. Can be.

(実施例)
実施例として、粉末層の厚みを変えた時のレーザ照射条件について具体的に説明する。
本実施例では、中心粒径が20μmのSUS316粉末について、粉末層の厚みを30μmごとに厚くして、造形ができる条件を実験により求めた結果を表1に示す。粉末層の厚みが150μmまでは造形が可能であり、180μmになると、造形できなかった。なお、造形ができる条件は、それぞれの厚みに対して範囲を持っていることがわかった。それらの範囲を括弧内に記す。さらに、造形物の形状、造形プレートの熱容量、造形プレートからの距離によっても、熱の逃げ方が異なるので温度が異なることがわかった。造形できるかできないかは、温度の影響も大きいため、それぞれの条件における値を実験によって求めておくことが好ましい。
(Example)
As an example, laser irradiation conditions when the thickness of the powder layer is changed will be specifically described.
In this example, Table 1 shows the results of experimentally determining the conditions under which the SUS316 powder having a center particle diameter of 20 μm can be formed by increasing the thickness of the powder layer every 30 μm. Modeling was possible up to a thickness of 150 μm of the powder layer, and modeling was impossible at 180 μm. In addition, it turned out that the conditions which can shape have a range with respect to each thickness. Those ranges are described in parentheses. Furthermore, it was found that the temperature was different because the way of heat dissipation was different depending on the shape of the model, the heat capacity of the model plate, and the distance from the model plate. Whether molding is possible or not is greatly affected by the temperature, and thus it is preferable to experimentally determine the value under each condition.

良質な造形が可能な各パラメータ(SUS316、20μm径粉末)を表1に示す。

Figure 2020026577
Table 1 shows parameters (SUS316, powder having a diameter of 20 μm) that enable high-quality modeling.
Figure 2020026577

以上、説明した一連の工程によって、意図せざる突起物の発生により、従来の装置では粉敷き機構と干渉し造形不具合を起こすような場合でも、突起物以上の適宜の厚みの粉末層を形成することで、造形を進めることができる。   As described above, by a series of steps described above, even when the conventional apparatus interferes with the powder spreading mechanism due to the occurrence of an unintended protrusion and causes a molding failure, a powder layer having an appropriate thickness equal to or larger than the protrusion is formed. By doing so, modeling can proceed.

[実施形態3]
図7および図8を参照して、本発明の実施形態3である三次元造形物の製造方法と三次元造形装置について説明する。実施形態1では、平坦化機構10と突起部検出器12は一体化され同一のキャリッジに搭載されていたが、実施形態3ではこれらを別々のキャリッジに搭載し、独立して移動させることが可能になるよう構成している。
[Embodiment 3]
Embodiment 3 A method for manufacturing a three-dimensional structure and a three-dimensional structure apparatus according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 7 and 8. In the first embodiment, the flattening mechanism 10 and the protrusion detector 12 are integrated and mounted on the same carriage. However, in the third embodiment, they can be mounted on separate carriages and moved independently. It is configured to be.

図7は、実施形態3の三次元造形装置の構成を示すため、装置内部を模式的に透視した正面図で、図8は三次元造形装置を上から見た平面図である。実施形態1と共通する部分については、同じ番号を付して図示している。   FIG. 7 is a front view schematically showing the inside of the three-dimensional printing apparatus in order to show the configuration of the three-dimensional printing apparatus of Embodiment 3, and FIG. 8 is a plan view of the three-dimensional printing apparatus as viewed from above. Portions common to the first embodiment are denoted by the same reference numerals.

ガイド23に対して、2個のキャリッジ32、キャリッジ33が配置され、それぞれに駆動手段34と駆動手段35が配置されている。キャリッジ32には平坦化機構10と位置決め機構36が搭載され、キャリッジ33には、突起部検出器12と位置決め機構11が搭載されている。平坦化機構10と突起部検出器12が、独立に造形ステージ7上を走査することができる構成となっている。かかる構成を採用した本実施形態は、図1及び図5に示した実施形態1に対して、以下のような特徴を有する。   Two carriages 32 and a carriage 33 are arranged with respect to the guide 23, and a driving unit 34 and a driving unit 35 are arranged respectively. The flattening mechanism 10 and the positioning mechanism 36 are mounted on the carriage 32, and the protrusion detector 12 and the positioning mechanism 11 are mounted on the carriage 33. The structure is such that the flattening mechanism 10 and the protrusion detector 12 can scan on the modeling stage 7 independently. The present embodiment employing such a configuration has the following features as compared with the first embodiment shown in FIGS.

実施形態1では、平坦化機構10と突起部検出器12が一つのキャリッジ20に搭載されていた為、単一のキャリッジで構成できている。しかし、突起部検出器12にて1個目の突起部を検出した後には、その検出物を除去するまでは、その先の走査はできない。除去しないで走査を続行した場合には、1個目の突起部と平坦化機構10が接触してしまう可能性があるからである。そのため、キャリッジを走査して突起部検出器12にて突起部を検出した場合、まず検出した突起部を除去してから、その先の突起部の有無を探査しにゆく。造形ステージ上に複数の突起部ができていた場合には、このような手順を繰り返して造形ステージ全域に対して検出と除去を行い、その後に粉層を形成するという工程になる。   In the first embodiment, since the flattening mechanism 10 and the protrusion detector 12 are mounted on one carriage 20, it can be constituted by a single carriage. However, after the first protrusion is detected by the protrusion detector 12, further scanning cannot be performed until the detected object is removed. This is because, if the scanning is continued without being removed, the first projection may come into contact with the flattening mechanism 10. Therefore, when the carriage is scanned and a protrusion is detected by the protrusion detector 12, first, the detected protrusion is removed, and then the presence or absence of the subsequent protrusion is searched. When a plurality of protrusions are formed on the modeling stage, such a procedure is repeated to detect and remove the entire area of the modeling stage, and thereafter, a process of forming a powder layer is performed.

一方、本実施形態では、突起部検出器12が、平坦化機構10のキャリッジとは別のキャリッジに搭載されている。このため、まず突起部検出器12を搭載しているキャリッジ33を走査して突起部を検出したときには、その座標を記録して、継続してその先の走査をすることができる。例えば、図8のように造形ステージ7上に突起部37と突起部38が存在した場合に、突起部検出器12が造形ステージ7上を走査することで、先ず突起部37を検出する。この座標を求めたら、突起部37を除去しないで、すなわち突起部検出器12を退避させないで引き続き突起部検出器12を走査する。すると突起部38を検出するので、同じように座標を求める。突起部38も除去しないで走査を続け、造形ステージ7の端まで到達したことを確認して走査を終了する。このように、造形ステージ全域を突起部検出器12で連続的に走査して、造形ステージ7にできている全突起部の全座標を記録することができる。よって、突起部が複数発生していたとしても、実施形態1よりも短い時間にて検出作業が終了する。その後、検出した突起部を除去する工程を行えばよい。   On the other hand, in the present embodiment, the protrusion detector 12 is mounted on a carriage different from the carriage of the flattening mechanism 10. Therefore, when the carriage 33 on which the projection detector 12 is mounted is scanned to detect the projection, its coordinates can be recorded and the subsequent scanning can be continued. For example, when the projections 37 and 38 exist on the modeling stage 7 as shown in FIG. 8, the projection detector 12 first scans the modeling stage 7 to detect the projections 37. When the coordinates are obtained, the projection detector 12 is continuously scanned without removing the projection 37, that is, without retracting the projection detector 12. Then, since the protrusion 38 is detected, the coordinates are obtained in the same manner. The scanning is continued without removing the protrusion 38, and it is confirmed that the scanning reaches the end of the modeling stage 7, and the scanning is terminated. In this manner, the entire area of the modeling stage is continuously scanned by the projection detector 12, and all coordinates of all the projections formed on the modeling stage 7 can be recorded. Therefore, even if a plurality of protrusions are generated, the detection operation is completed in a shorter time than in the first embodiment. Thereafter, a step of removing the detected protrusion may be performed.

以上のように、本実施形態においても、板状プローブを備えた突起部の検出器を設け、粉末層を形成する前に突起部の有無を確認する。板状プローブを用いることにより、高い信頼性で突起部を検出可能であり、また突起部の位置情報を得ることができる。突起部を検出した場合には、除去をしてから粉末層を形成することで、平坦化機構と突起部との接触を回避して、平坦化の停止や平坦化機構の損傷を防ぎ、三次元造形作業を安定化し、造形物の形状精度の向上を図ることができる。   As described above, also in the present embodiment, the protrusion detector provided with the plate-shaped probe is provided, and the presence or absence of the protrusion is checked before the powder layer is formed. By using a plate-like probe, a protrusion can be detected with high reliability, and positional information of the protrusion can be obtained. When a protrusion is detected, the powder layer is formed after removing the protrusion, thereby avoiding contact between the flattening mechanism and the protrusion, preventing stop of the flattening and damage to the flattening mechanism, It is possible to stabilize the original molding work and improve the shape accuracy of the molded object.

[実施形態4]
図9を参照して、本発明の実施形態4である三次元造形物の製造方法と三次元造形装置について説明する。図9は、実施形態4の三次元造形装置の構成を示すため、装置内部を模式的に透視した正面図で、実施形態1と共通する部分については、同じ番号を付して図示している。
[Embodiment 4]
Fourth Embodiment A method for manufacturing a three-dimensional structure and a three-dimensional structure apparatus according to a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 9 is a front view schematically showing the inside of the three-dimensional printing apparatus according to the fourth embodiment in order to show the configuration thereof, and portions common to the first embodiment are denoted by the same reference numerals. .

実施形態4の三次元造形装置は、実施形態1と同様に1台のキャリッジに平坦化機構10と突起部検出器と位置決め機構11が搭載されている。実施形態1の三次元造形装置では、図1において、造形ステージ7の左側にのみ供給ステージ4があり、造形ステージ7に左側からしか粉末材料を搬送することができない。このため、粉末層を形成した後には、キャリッジを左側に戻す必要が発生する。   In the three-dimensional printing apparatus according to the fourth embodiment, as in the first embodiment, a flattening mechanism 10, a protrusion detector, and a positioning mechanism 11 are mounted on one carriage. In the three-dimensional modeling apparatus according to the first embodiment, in FIG. 1, the supply stage 4 is provided only on the left side of the modeling stage 7, and the powder material can be transferred to the modeling stage 7 only from the left side. Therefore, after the powder layer is formed, it is necessary to return the carriage to the left side.

これに対して、実施形態4の三次元造形装置では、図9に示すように、造形ステージ7の両側に供給ステージ4a、供給ステージ4aの駆動機構5aと、供給ステージ4b、供給ステージ4bの駆動機構5bとを配置した。これにより、平坦化機構10を造形ステージ7の左右どちら側から走査しても粉末層の形成ができる。   On the other hand, in the three-dimensional printing apparatus according to the fourth embodiment, as shown in FIG. 9, the supply stage 4a, the driving mechanism 5a of the supply stage 4a, and the driving of the supply stage 4b and the supply stage 4b are provided on both sides of the modeling stage 7. The mechanism 5b was arranged. Thus, the powder layer can be formed by scanning the flattening mechanism 10 from either the left or right side of the modeling stage 7.

そこで、左右どちら側の走査方向でも突起部を検出できるように、平坦化機構10の左側に突起部検出器12aを、右側に突起部検出器12bを、位置決め機構11上に設置する。造形ステージ上を、必ず一方向から突起部検出器で走査しなければならないわけではなく、固化層を一層形成する度に反対方向から走査することができるようになる。   Therefore, the projection detector 12a is installed on the left side of the flattening mechanism 10 and the projection detector 12b is installed on the right side of the positioning mechanism 11 so that the projection can be detected in either the left or right scanning direction. It is not always necessary to scan the shaping stage from one direction with the projection detector, and the scanning can be performed from the opposite direction every time a solidified layer is formed.

キャリッジが造形ステージ7の左側にある場合、造形ステージ7を下げて、キャリッジを造形ステージ7まで移動し、造形ステージ7の端にて位置決め機構11によって突起部検出器12bの高さを調整する。その後、突起部検出器12bを走査し、突起部が検出されたらキャリッジを退避して突起部を除去する。そして、造形ステージ7の端にて突起部検出器12bの高さを再度調整して、突起部の検出のために再び走査する。   When the carriage is on the left side of the modeling stage 7, the modeling stage 7 is lowered, the carriage is moved to the modeling stage 7, and the height of the protrusion detector 12b is adjusted by the positioning mechanism 11 at the end of the modeling stage 7. Thereafter, the protrusion detector 12b is scanned, and when a protrusion is detected, the carriage is retracted to remove the protrusion. Then, the height of the protrusion detector 12b is adjusted again at the end of the modeling stage 7, and scanning is performed again to detect the protrusion.

造形ステージ7上の全域の走査が終了したら、キャリッジが左側にもどって、供給ステージ4aを上げ、平坦化機構10にて供給ステージ4aの粉末材料を造形ステージ7上に搬送して粉末層を形成し、キャリッジを右側の回収機構9bまで移動する。この状態にてレーザ光を照射し、造形ステージ7上の粉末層を選択的に溶融させ固化する。   When the scanning of the entire area on the modeling stage 7 is completed, the carriage returns to the left side, raises the supply stage 4a, and transports the powder material of the supply stage 4a onto the modeling stage 7 by the flattening mechanism 10 to form a powder layer. Then, the carriage is moved to the collection mechanism 9b on the right side. In this state, a laser beam is irradiated to selectively melt and solidify the powder layer on the modeling stage 7.

レーザ光の照射工程が終了したら、次の粉層を形成するために、造形ステージ7を下げ、右側にあるキャリッジを造形ステージ7に移動させ、造形ステージ7の端で位置決め機構11によって突起部検出器12aの高さを調整する。今度は、左側に向けて突起部検出器12aを走査し、突起部の探索と除去を行う。突起部検出器12aが造形ステージ7の端まで到達したら、キャリッジを右端に戻して、供給ステージ4bを上げて、平坦化機構10にて粉末材料を造形ステージ7に搬送し、新たな粉末層を形成してキャリッジを左側の回収機構9aまで移動する。この状態にてレーザ光を選択的に照射して、固化層を形成する。
本実施形態の構成であれば、平坦化機構10にて粉末層を形成したあとにキャリッジを戻す必要がなくなり、粉末層形成における時間短縮が図られる。
When the laser beam irradiation step is completed, the forming stage 7 is lowered to move the carriage on the right side to the forming stage 7 to form the next powder layer, and the protrusion is detected by the positioning mechanism 11 at the end of the forming stage 7. The height of the vessel 12a is adjusted. This time, the protrusion detector 12a is scanned toward the left side to search for and remove the protrusion. When the protrusion detector 12a reaches the end of the modeling stage 7, the carriage is returned to the right end, the supply stage 4b is raised, and the powder material is transported to the modeling stage 7 by the flattening mechanism 10, and a new powder layer is formed. Then, the carriage is moved to the left collecting mechanism 9a. In this state, laser light is selectively irradiated to form a solidified layer.
According to the configuration of the present embodiment, it is not necessary to return the carriage after the powder layer is formed by the flattening mechanism 10, and the time for forming the powder layer can be reduced.

以上のように、本実施形態においても、板状プローブを備えた突起部の検出器を設け、粉末層を形成する前に突起部の有無を確認する。板状プローブを用いることにより、高い信頼性で突起部を検出可能であり、また突起部の位置情報を得ることができる。突起部を検出した場合には、除去をしてから粉末層を形成することで、平坦化機構と突起部との接触を回避して、平坦化の停止や平坦化機構の損傷を防ぎ、三次元造形作業を安定化し、造形物の形状精度の向上を図ることができる。   As described above, also in the present embodiment, the protrusion detector provided with the plate-shaped probe is provided, and the presence or absence of the protrusion is checked before the powder layer is formed. By using a plate-like probe, a protrusion can be detected with high reliability, and positional information of the protrusion can be obtained. When a protrusion is detected, the powder layer is formed after removing the protrusion, thereby avoiding contact between the flattening mechanism and the protrusion, preventing stop of the flattening and damage to the flattening mechanism, It is possible to stabilize the original molding work and improve the shape accuracy of the molded object.

[実施形態5]
図10を参照して、本発明の実施形態5である三次元造形物の製造方法と三次元造形装置について説明する。図10は、実施形態5の三次元造形装置の構成を示すため、装置内部を模式的に透視した正面図で、実施形態1と共通する部分については、同じ番号を付して図示している。
[Embodiment 5]
Embodiment 3 A method for manufacturing a three-dimensional structure and a three-dimensional structure apparatus according to a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 10 is a front view schematically showing the inside of the three-dimensional printing apparatus according to the fifth embodiment in order to show the configuration of the three-dimensional printing apparatus. Portions common to the first embodiment are denoted by the same reference numerals. .

実施形態5の三次元造形装置は、実施形態3の特徴である平坦化機構10と突起部検出器とが別キャリッジで独立して造形ステージ上を走査できることと、実施形態4の特徴である左右両側で走査可能なことを両立させた構成を有する。それによって、実施形態3の構成に対して、粉末層形成に要する時間の短縮を図るものである。   The three-dimensional printing apparatus according to the fifth embodiment is characterized in that the flattening mechanism 10 and the protrusion detector, which are the features of the third embodiment, can scan the printing stage independently with a separate carriage. It has a configuration that allows both sides to be scanned. Thereby, the time required for forming the powder layer can be reduced compared to the configuration of the third embodiment.

そのために、図10に示すように、平坦化機構10の左側にキャリッジに搭載された位置決め機構11aと突起部検出器12aを配置し、右側にキャリッジに搭載された位置決め機構11bと突起部検出器12bを配置している。   To this end, as shown in FIG. 10, a positioning mechanism 11a mounted on the carriage and a projection detector 12a are arranged on the left side of the flattening mechanism 10, and a positioning mechanism 11b mounted on the carriage and a projection detector on the right side. 12b is arranged.

図10のように、造形ステージ7の左側に平坦化機構10がある場合、右側にある突起部検出器12b及び位置決め機構11bがキャリッジによって造形ステージ7に移動する。位置決め機構11bによって突起部検出器12bの高さが調整され、造形ステージ7上を左に向かって走査する。突起部を検出した場合には、検出した造形ステージ上の座標を記録しながら、造形ステージの左端まで走査を完了する。その後、キャリッジによって突起部検出器12bと位置決め機構11bを右側に戻し、検出した座標周辺にてレーザ光もしくは切削工具にて除去動作を行う。そして、突起部検出器12b及び位置決め機構11b及びキャリッジを使用して造形ステージ7上の突起部が除去されているのを確認する。   As shown in FIG. 10, when the flattening mechanism 10 is on the left side of the modeling stage 7, the protrusion detector 12b and the positioning mechanism 11b on the right side are moved to the modeling stage 7 by the carriage. The height of the protrusion detector 12b is adjusted by the positioning mechanism 11b, and the molding stage 7 is scanned leftward. When a protrusion is detected, scanning is completed up to the left end of the modeling stage while recording the detected coordinates on the modeling stage. Thereafter, the protrusion detector 12b and the positioning mechanism 11b are returned to the right by the carriage, and the removing operation is performed around the detected coordinates by using a laser beam or a cutting tool. Then, it is confirmed that the protrusion on the modeling stage 7 has been removed by using the protrusion detector 12b, the positioning mechanism 11b, and the carriage.

除去が確認されたら、供給ステージ4aを上昇し、平坦化機構10をキャリッジによって走査して供給ステージ4aの粉末材料を造形ステージ7上に搬送し、造形ステージ7上に粉末層を形成する。この時、供給ステージ4bを下げておくと、造形ステージ7に粉末層を形成した際に余った粉末材料を供給ステージ4b側で回収することができるため、粉末材料を有効利用できる。   When the removal is confirmed, the supply stage 4a is raised, the flattening mechanism 10 is scanned by the carriage, and the powder material of the supply stage 4a is transported onto the modeling stage 7 to form a powder layer on the modeling stage 7. At this time, if the supply stage 4b is lowered, excess powder material when the powder layer is formed on the modeling stage 7 can be collected on the supply stage 4b side, so that the powder material can be used effectively.

造形ステージ7に粉末層を形成した平坦化機構10は、左側の位置には戻らずに、そのまま右側の回収機構9bの上で停止する。造形ステージ7上に形成された粉末層に対し、レーザ光を照射して固化層を製作する。次の粉末層を形成するために、造形ステージ7を下げたうえで、突起部検出器12aと位置決め機構11aを動かし、造形ステージ7上を左から右に走査して突起部を検出する。突起部が検出された場合は、除去作業後に除去確認動作を行う。突起部検出器12aと位置決め機構11aにて、突起部がないことを確認したあとで、平坦化機構10にて供給ステージ4b上にある粉末材料を造形ステージ7上に搬送し、造形ステージ7上に新たな粉末層を形成する。この時、供給ステージ4aを下げておくと、余った粉末材料を供給ステージ4aで回収でき、粉末材料を有効的に利用できることになる。   The flattening mechanism 10 that has formed the powder layer on the modeling stage 7 does not return to the left position, but stops on the right collecting mechanism 9b. The powder layer formed on the modeling stage 7 is irradiated with a laser beam to produce a solidified layer. In order to form the next powder layer, after lowering the modeling stage 7, the projection detector 12a and the positioning mechanism 11a are moved, and the projection is detected by scanning the modeling stage 7 from left to right. If a protrusion is detected, a removal confirmation operation is performed after the removal operation. After confirming that there is no protrusion by the protrusion detector 12a and the positioning mechanism 11a, the powder material on the supply stage 4b is conveyed to the molding stage 7 by the flattening mechanism 10, and To form a new powder layer. At this time, if the supply stage 4a is lowered, the surplus powder material can be collected in the supply stage 4a, and the powder material can be used effectively.

以上説明したように、図10のような構成をとることで、粉末層を形成する場合、平坦化機構10の戻り動作を必要としないため、粉末層形成に要する時間の短縮が図られることになる。   As described above, by adopting the configuration shown in FIG. 10, when the powder layer is formed, the return operation of the flattening mechanism 10 is not required, so that the time required for forming the powder layer can be reduced. Become.

また、本実施形態によれば、板状プローブを備えた突起部の検出器を設け、粉末層を形成する前に突起部の有無を確認する。板状プローブを用いることにより、高い信頼性で突起部を検出可能であり、また突起部の位置情報を得ることができる。突起部を検出した場合には、除去をしてから粉末層を形成することで、平坦化機構と突起部との接触を回避して、平坦化の停止や平坦化機構の損傷を防ぎ、三次元造形作業を安定化し、造形物の形状精度の向上を図ることができる。   Further, according to the present embodiment, a protrusion detector provided with a plate-like probe is provided, and the presence or absence of the protrusion is checked before the powder layer is formed. By using a plate-like probe, a protrusion can be detected with high reliability, and positional information of the protrusion can be obtained. When a protrusion is detected, the powder layer is formed after removing the protrusion, thereby avoiding contact between the flattening mechanism and the protrusion, preventing stop of the flattening and damage to the flattening mechanism, It is possible to stabilize the original molding work and improve the shape accuracy of the molded object.

[他の実施形態]
本発明の実施形態は、上述した実施形態1〜実施形態5に限られるものではなく、適宜変更したり、組み合わせたりすることが可能で、本発明の技術的思想内で多くの変形が可能である。
[Other embodiments]
Embodiments of the present invention are not limited to Embodiments 1 to 5 described above, but can be appropriately changed or combined, and many modifications are possible within the technical idea of the present invention. is there.

例えば、平坦化機構10はローラに限定されるわけではなく、例えばスキージやブレードなど、粉末層の平坦化が可能な他の手段を用いても差し支えない。   For example, the flattening mechanism 10 is not limited to a roller, and other means capable of flattening the powder layer, such as a squeegee or a blade, may be used.

粉末層を加熱するためのエネルギービーム源は、必ずしもレーザ光源である必要はなく、十分な加熱エネルギーを粉末層の所望の箇所に照射可能な光源であればよい。   The energy beam source for heating the powder layer is not necessarily a laser light source, but may be any light source that can irradiate a desired portion of the powder layer with sufficient heating energy.

1・・・ガルバノスキャナー/2・・・f−θレンズ/3・・・チャンバー/4、4a、4b・・・供給ステージ/5、5a、5b・・・供給ステージの駆動機構/6・・・粉末材料/7・・・造形ステージ/8・・・造形ステージの駆動機構/9、9a、9b・・・回収機構/10・・・ローラ/11、11a、11b・・・位置決め機構/12、12a、12b・・・突起部検出器/13・・・造形物/14a、14b・・・板バネ/15・・・固定部材/16・・・ラインセンサ/17、18・・・板バネ対/17a、17b、18a、18b・・・板バネ/19・・・固定部材/20・・・キャリッジ/21・・・モータ/109・・・造形プレート/121・・・レーザ光/200・・・突起部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Galvano scanner / 2 ... f-theta lens / 3 ... Chamber / 4, 4a, 4b ... Supply stage / 5, 5a, 5b ... Supply stage drive mechanism / 6 ...・ Powder material / 7 ・ ・ ・ Modeling stage / 8 ・ ・ ・ Model stage driving mechanism / 9, 9a, 9b ・ ・ ・ Recovery mechanism / 10 ・ ・ ・ Roller / 11, 11a, 11b ・ ・ ・ Positioning mechanism / 12 , 12a, 12b ... Projection detector / 13 ... Modeled object / 14a, 14b ... Leaf spring / 15 ... Fixed member / 16 ... Line sensor / 17, 18 ... Leaf spring Pair / 17a, 17b, 18a, 18b ... leaf spring / 19 ... fixing member / 20 ... carriage / 21 ... motor / 109 ... molding plate / 121 ... laser beam / 200 ··protrusion

Claims (19)

所定領域に粉末層を形成する粉末層形成部と、
前記粉末層形成部が形成した前記粉末層にエネルギービームを照射して溶融あるいは焼結させ、固化層を形成するエネルギービーム源と、
板状プローブを備えた接触検知センサと、
を備え、
前記固化層の表面における突起部の有無を、前記接触検知センサを用いて検知する、
ことを特徴とする三次元造形装置。
A powder layer forming section for forming a powder layer in a predetermined region,
An energy beam source for irradiating the powder layer formed by the powder layer forming unit with an energy beam and melting or sintering to form a solidified layer,
A contact detection sensor having a plate-like probe,
With
The presence or absence of a protrusion on the surface of the solidified layer is detected using the contact detection sensor,
A three-dimensional printing apparatus characterized by the following.
前記板状プローブは、複数の板バネを所定方向に並べて櫛歯形状に連結した板バネ帯を有し、
前記接触検知センサは、前記複数の板バネの変形を検知する光学センサを備える、
ことを特徴とする請求項1に記載の三次元造形装置。
The plate probe has a plate spring band in which a plurality of plate springs are arranged in a predetermined direction and connected in a comb shape,
The contact detection sensor includes an optical sensor that detects deformation of the plurality of leaf springs,
The three-dimensional modeling apparatus according to claim 1, wherein:
前記複数の板バネのうちのどの板バネが変形したかにより、前記所定方向における前記突起部の位置を検出する、
ことを特徴とする請求項2に記載の三次元造形装置。
Depending on which leaf spring of the plurality of leaf springs has been deformed, the position of the projection in the predetermined direction is detected.
The three-dimensional printing apparatus according to claim 2, wherein:
前記板状プローブは、2枚の板バネを所定間隔をおいて対向配置した板バネ対を複数有し、前記接触検知センサは、各板バネ対の前記2枚の板バネの電気的な導通を検知する導通センサを備える、
ことを特徴とする請求項1に記載の三次元造形装置。
The plate probe has a plurality of leaf spring pairs in which two leaf springs are arranged facing each other at a predetermined interval, and the contact detection sensor is configured to electrically connect the two leaf springs of each leaf spring pair. A continuity sensor that detects
The three-dimensional modeling apparatus according to claim 1, wherein:
複数の前記板バネ対が所定方向に沿って配列され、
どの板バネ対の前記2枚の板バネが電気的に導通したかにより、前記所定方向における前記突起部の位置を検出する、
ことを特徴とする請求項4に記載の三次元造形装置。
A plurality of the leaf spring pairs are arranged along a predetermined direction,
Depending on which of the pair of leaf springs is electrically connected, the position of the protrusion in the predetermined direction is detected.
The three-dimensional printing apparatus according to claim 4, wherein:
前記接触検知センサは前記板状プローブを走査方向に沿って走査可能に構成され、
前記板状プローブが前記突起部を検出した時の前記板状プローブの走査位置により、前記板状プローブの前記走査方向における前記突起部の位置を検出する、
ことを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の三次元造形装置。
The contact detection sensor is configured to scan the plate probe along a scanning direction,
By the scanning position of the plate probe when the plate probe detects the protrusion, the position of the protrusion in the scanning direction of the plate probe is detected,
The three-dimensional modeling apparatus according to any one of claims 1 to 5, wherein
前記板状プローブが前記突起部を検出した場合に、前記粉末層形成部は、前記固化層の上に前記突起部の高さより厚い新たな粉末層を形成する、
ことを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載の三次元造形装置。
When the plate-shaped probe detects the protrusion, the powder layer forming unit forms a new powder layer thicker than the height of the protrusion on the solidified layer,
The three-dimensional modeling apparatus according to any one of claims 1 to 6, wherein:
前記板状プローブが前記突起部を検出した場合に、前記突起部を除去した後に前記粉末層形成部が前記固化層の上に新たな粉末層を形成する、
ことを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載の三次元造形装置。
When the plate-shaped probe detects the protrusion, the powder layer forming unit forms a new powder layer on the solidified layer after removing the protrusion,
The three-dimensional modeling apparatus according to any one of claims 1 to 6, wherein:
前記粉末層形成部と前記接触検知センサは、同一のキャリッジに搭載されている、
ことを特徴とする請求項1乃至8のいずれか1項に記載の三次元造形装置。
The powder layer forming section and the contact detection sensor are mounted on the same carriage,
The three-dimensional modeling apparatus according to any one of claims 1 to 8, wherein
前記接触検知センサは、前記粉末層を形成するときの前記キャリッジの移動方向において、前記粉末層形成部よりも下流側に配置されている、
ことを特徴とする請求項9に記載の三次元造形装置。
The contact detection sensor is disposed downstream of the powder layer forming unit in the moving direction of the carriage when forming the powder layer,
The three-dimensional printing apparatus according to claim 9, wherein:
前記粉末層形成部と前記接触検知センサは、独立して移動が可能な別のキャリッジに搭載されている、
ことを特徴とする請求項1乃至8のいずれか1項に記載の三次元造形装置。
The powder layer forming section and the contact detection sensor are mounted on another carriage that can move independently.
The three-dimensional modeling apparatus according to any one of claims 1 to 8, wherein
粉末層形成部を用いて所定領域に所定の厚さの粉末層を形成して平坦化する粉末層形成工程と、
前記粉末層形成工程で平坦化された前記粉末層にエネルギービームを照射して固化層を形成する固化工程と、
板状プローブを備えた接触検知センサを用いて、前記固化工程で形成された前記固化層の上に前記粉末層形成部が前記所定の厚さの粉末層を形成する場合に前記粉末層形成部と干渉する高さの突起部が前記固化層に存在するか否かを検出する検出工程と、を有する、
ことを特徴とする三次元造形物を製造する方法。
A powder layer forming step of forming a powder layer of a predetermined thickness in a predetermined region using the powder layer forming unit and flattening the powder layer,
A solidification step of irradiating the powder layer flattened in the powder layer formation step with an energy beam to form a solidified layer,
Using a contact detection sensor provided with a plate-shaped probe, when the powder layer forming section forms the powder layer of the predetermined thickness on the solidified layer formed in the solidifying step, the powder layer forming section And a detecting step of detecting whether or not a protrusion having a height that interferes with the solidified layer exists.
A method for producing a three-dimensional structure, comprising:
前記板状プローブは、複数の板バネを所定方向に並べて櫛歯形状に連結した板バネ帯を有し、
前記接触検知センサは、前記複数の板バネの変形を検知する光学センサを備える、
ことを特徴とする請求項12に記載の三次元造形物を製造する方法。
The plate probe has a plate spring band in which a plurality of plate springs are arranged in a predetermined direction and connected in a comb shape,
The contact detection sensor includes an optical sensor that detects deformation of the plurality of leaf springs,
The method for producing a three-dimensional structure according to claim 12, wherein:
前記板状プローブは、2枚の板バネを所定間隔をおいて対向配置した板バネ対を複数有し、前記接触検知センサは、各板バネ対の前記2枚の板バネの電気的な導通を検知する導通センサを備える、
ことを特徴とする請求項12に記載の三次元造形物を製造する方法。
The plate probe has a plurality of leaf spring pairs in which two leaf springs are arranged facing each other at a predetermined interval, and the contact detection sensor is configured to electrically connect the two leaf springs of each leaf spring pair. A continuity sensor that detects
The method for producing a three-dimensional structure according to claim 12, wherein:
前記検出工程において前記突起部が検出された場合には、前記粉末層形成部を用いて前記所定領域に前記所定の厚さよりも大きな厚さの粉末層を形成して平坦化する、
ことを特徴とする請求項12乃至14のいずれか1項に記載の三次元造形物を製造する方法。
When the protrusion is detected in the detection step, a powder layer having a thickness greater than the predetermined thickness is formed in the predetermined region using the powder layer forming unit, and flattened.
The method for producing a three-dimensional structure according to any one of claims 12 to 14, wherein:
前記検出工程において前記突起部が検出された場合には、前記突起部を除去する除去工程を行い、その後に前記粉末層形成部を用いて前記所定領域に前記所定の厚さの粉末層を形成して平坦化する、
ことを特徴とする請求項12乃至14のいずれか1項に記載の三次元造形物を製造する方法。
When the protrusion is detected in the detection step, a removing step of removing the protrusion is performed, and thereafter, the powder layer having the predetermined thickness is formed in the predetermined region using the powder layer forming unit. And flatten,
The method for producing a three-dimensional structure according to any one of claims 12 to 14, wherein:
前記検出工程において前記所定領域の全域に対して突起部の検出を行い、前記検出工程が完了した後に前記除去工程を行う、
ことを特徴とする請求項16に記載の三次元造形物を製造する方法。
Performing the detection of the protrusions in the entirety of the predetermined area in the detection step, performing the removal step after the detection step is completed,
The method for producing a three-dimensional structure according to claim 16, wherein:
前記検出工程においては、前記所定領域を、一方向から前記接触検知センサで走査する、
ことを特徴とする請求項12乃至17のいずれか1項に記載の三次元造形物を製造する方法。
In the detecting step, the predetermined area is scanned by the contact detection sensor from one direction,
The method for manufacturing a three-dimensional structure according to any one of claims 12 to 17, wherein:
前記検出工程においては、前記所定領域を、前記固化層を一層形成する度に反対方向から前記接触検知センサで走査する、
ことを特徴とする請求項12乃至17のいずれか1項に記載の三次元造形物を製造する方法。
In the detecting step, the predetermined area is scanned by the contact detection sensor from the opposite direction each time the solidified layer is formed,
The method for manufacturing a three-dimensional structure according to any one of claims 12 to 17, wherein:
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