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JP5552100B2 - Powder sintering modeling method - Google Patents

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JP5552100B2 JP2011192828A JP2011192828A JP5552100B2 JP 5552100 B2 JP5552100 B2 JP 5552100B2 JP 2011192828 A JP2011192828 A JP 2011192828A JP 2011192828 A JP2011192828 A JP 2011192828A JP 5552100 B2 JP5552100 B2 JP 5552100B2
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Description

本発明は、粉末焼結造形装置及び粉末焼結造形方法に関する。   The present invention relates to a powder sintering modeling apparatus and a powder sintering modeling method.

粉末焼結造形装置は、3次元造形物の断面形状に合わせて粉末材料を逐次溶融焼結して3次元造形物を自動的に作成する装置である。この装置を用いた粉末焼結造形法(SLS法)によれば、予め作製すべき3次元造形物のスライスデータを作成しておき、粉末材料の薄層を形成し、その薄層に対してスライスデータに基づきレーザで描画加熱を行い、粉末の粒子を相互に融着させて焼結した薄層を形成し、更にこれら工程を繰り返すことにより、複数の焼結した薄層を積層して3次元造形物を作製している。造形物は未硬化の粉末材料の固まり(ケーキ)の中に埋まった状態で得られるので、最後にその中から造形物を
掘り出す。この作業を「ブレークアウト」と呼んでいる。
The powder sintering modeling apparatus is an apparatus that automatically creates a three-dimensional structure by sequentially melting and sintering powder materials in accordance with the cross-sectional shape of the three-dimensional structure. According to the powder sintering modeling method (SLS method) using this apparatus, slice data of a three-dimensional model to be prepared in advance is prepared, a thin layer of powder material is formed, and the thin layer is formed. By performing drawing heating with a laser based on the slice data, the powder particles are fused to each other to form a sintered thin layer, and by repeating these steps, a plurality of sintered thin layers are laminated to form 3 A three-dimensional structure is produced. Since the model is obtained in a state of being buried in a lump (cake) of uncured powder material, the model is finally dug out of the model. This work is called “breakout”.

上記の粉末焼結造形方法においては、薄層間の内部応力を低く維持しつつ造形に要する時間を短縮するため、粉末材料を予熱するのが一般的である。予熱温度が高い場合、ブレークアウトはケーキの温度の低下を待ってから行われる。   In the above powder sintering modeling method, it is common to preheat the powder material in order to reduce the time required for modeling while maintaining the internal stress between the thin layers low. When the preheating temperature is high, the breakout is made after waiting for the cake temperature to drop.

ところで、近年、造形物の大型化が望まれるようになってきている。この場合、造形物が大型化されると、その放熱に要する時間が著しく長くなり(おそらく、寸法の2乗に比例する)、その結果としてシステム運用上の非効率を招くという恐れがある。   By the way, in recent years, an increase in size of a modeled object has been desired. In this case, if the molded article is enlarged, the time required for the heat radiation becomes remarkably long (probably proportional to the square of the dimension), and as a result, there is a risk of causing inefficiency in system operation.

本発明は、上記の従来例の問題点に鑑みて創作されたものであり、薄層間の内部応力を低く維持しつつ、造形に要する時間及び完成した造形物を取り出すまでに要する時間を短縮することができる粉末焼結造形装置及び粉末焼結造形方法を提供するものである。   The present invention was created in view of the problems of the conventional example described above, and shortens the time required for modeling and the time required to take out the completed modeled object while maintaining the internal stress between the thin layers low. A powder sintering modeling apparatus and a powder sintering modeling method that can be performed are provided.

上記課題を解決するため、第1の発明は粉末焼結造形方法に係り、(i)作業台上に粉末材料を供給し、該粉末材料を延べ広げて粉末材料の薄層を形成する工程と、(ii)前記粉末材料の薄層を描画パターンに基づき選択的に加熱して焼結する工程と、(iii)前記加熱して焼結した薄層の上に新たな粉末材料の薄層を形成する前に、前記加熱して焼結した薄層の表面にガス状の冷媒を流して、前記薄層の表面に流す冷媒の流速を前記冷媒の流れが層流となるような範囲に維持し、前記加熱して焼結した薄層を冷却する工程とを有し、前記(i)乃至(iii)の工程を繰り返し行い、前記焼結した薄層を積み重ねて3次元造形物を作製することを特徴とし、
第2の発明は、粉末焼結造形方法に係り、(i)作業台上に粉末材料を供給し、該粉末材料を延べ広げて粉末材料の薄層を形成する工程と、(ii)前記粉末材料の薄層を描画パターンに基づき選択的に加熱して焼結する工程と、(iii)前記加熱して焼結した薄層の上に新たな粉末材料の薄層を形成する前に、前記加熱して焼結した薄層の表面にガス状の冷媒を流して、前記薄層の表面に流す冷媒の流速を、前記冷媒の流れが乱流となるような範囲に維持し、かつ造形途中の前記薄層又は積み重ねられた薄層が舞い上がらないように調節し、前記加熱して焼結した薄層を冷却する工程とを有し、前記(i)乃至(iii)の工程を繰り返し行い、前記焼結した薄層を積み重ねて3次元造形物を作製することを特徴とし、
第3の発明は、第2の発明の粉末焼結造形方法に係り、前記薄層の表面に流す冷媒の流速を前記冷媒の流れが乱流となるような範囲に維持し、前記薄層の表面に前記冷媒を流して前記薄層を冷却した後、前記薄層周辺の粉末材料を均して表面を平滑にすることを特徴とし、
第4の発明は、第1又は第2の発明の粉末焼結造形方法に係り、前記(i)乃至(ii)の工程を繰り返して、前記(iii)の工程の前に加熱して焼結した複数の薄層を形成することを特徴とし、
第5の発明は、第1又は第2の発明の粉末焼結造形方法に係り、前記加熱して焼結した薄層を冷却する工程において、前記加熱して焼結した薄層の表面に前記ガス状の冷媒を導く手段を設けて、前記加熱して焼結した薄層の表面に前記ガス状の冷媒を流すことを特徴とし、
第6の発明は、第1又は第2の発明の粉末焼結造形方法に係り、前記粉末材料は、ナイロン、ポリプロピレン、ポリ乳酸、ポリエチレン(PE)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリスチレン(PS)、アクリルニトリル・ブタジエン・スチレンコポリマ(ABS)、エチレン・酢酸ビニルコポリマー(EVA)、スチレン・アクリロニトリルコポリマー(SAN)、及びポリカプロラクトンよりなる群から選ばれた少なくとも1種であることを特徴としている。
In order to solve the above-mentioned problem, the first invention relates to a powder sinter molding method, and (i) a step of supplying a powder material on a workbench and spreading the powder material to form a thin layer of the powder material; (Ii) a step of selectively heating and sintering the thin layer of the powder material based on a drawing pattern; and (iii) a new thin layer of powder material on the heated and sintered thin layer. Before forming, the gaseous refrigerant is allowed to flow on the surface of the heated and sintered thin layer, and the flow rate of the refrigerant flowing on the surface of the thin layer is maintained in a range in which the flow of the refrigerant becomes a laminar flow. And a step of cooling the heated and sintered thin layer, repeating the steps (i) to (iii), and stacking the sintered thin layers to produce a three-dimensional structure. It is characterized by
A second invention relates to a powder sinter molding method, wherein (i) supplying a powder material on a work table and spreading the powder material to form a thin layer of the powder material; (ii) the powder A step of selectively heating and sintering a thin layer of material based on a drawing pattern; and (iii) before forming a new thin layer of powder material on the heated and sintered thin layer, Gaseous refrigerant is allowed to flow on the surface of the heated and sintered thin layer, the flow rate of the refrigerant flowing on the surface of the thin layer is maintained in a range where the flow of the refrigerant becomes turbulent, and Adjusting the thin layer or the stacked thin layer so as not to rise, cooling the heated and sintered thin layer, and repeating the steps (i) to (iii), It is characterized by stacking the sintered thin layers to produce a three-dimensional structure ,
A third invention relates to the powder sinter molding method of the second invention, wherein the flow rate of the refrigerant flowing on the surface of the thin layer is maintained in a range in which the flow of the refrigerant becomes a turbulent flow, After cooling the thin layer by flowing the refrigerant on the surface, the powder material around the thin layer is smoothed to smooth the surface ,
The fourth invention relates to the powder sinter molding method according to the first or second invention, wherein the steps (i) to (ii) are repeated and heated and sintered before the step (iii). Forming a plurality of thin layers ,
5th invention is related with the powder-sintering shaping | molding method of 1st or 2nd invention, In the process of cooling the said heat-sintered thin layer, the said heat-sintered thin layer has the said surface on the surface Providing a means for guiding the gaseous refrigerant, and flowing the gaseous refrigerant over the surface of the heated and sintered thin layer ,
A sixth invention relates to the powder sinter molding method of the first or second invention, wherein the powder material is nylon, polypropylene, polylactic acid, polyethylene (PE), polyethylene terephthalate (PET), polystyrene (PS), It is at least one selected from the group consisting of acrylonitrile / butadiene / styrene copolymer (ABS), ethylene / vinyl acetate copolymer (EVA), styrene / acrylonitrile copolymer (SAN), and polycaprolactone.

以下に、上記本発明の構成に基づく作用について説明する。   The operation based on the configuration of the present invention will be described below.

本発明においては、加熱して焼結した薄層の表面にガス状又は液状の冷媒を流して、加熱して焼結した薄層を冷却している。即ち、一層又は適当な複数層の薄層を加熱焼結するたび毎に、それらを冷却している。 In the present invention, a gaseous or liquid refrigerant is passed over the surface of the thin layer heated and sintered to cool the thin layer heated and sintered. That is, each time a single layer or a suitable thin layer is heated and sintered, it is cooled.

この場合、冷却対象物の熱容量は小さいので、冷却対象物の温度を短時間で降下させることができる。しかも、この様な方法を続けることで、3次元造形物の完成時でも3次元造形物の温度は低いままである。これにより、冷却のための待ち時間なしで、完成した造形物をすぐに取り出すことができる。以上、造形途中の冷却時間を含めて、完成した造形物を取り出すまでに要する時間を大幅に短縮することができる。   In this case, since the heat capacity of the object to be cooled is small, the temperature of the object to be cooled can be lowered in a short time. Moreover, by continuing such a method, the temperature of the three-dimensional structure remains low even when the three-dimensional structure is completed. Thereby, the completed molded object can be taken out immediately without the waiting time for cooling. As described above, the time required to take out the completed model including the cooling time during the modeling can be greatly reduced.

また、内部応力に関しては、それまでに既に造形された途中物を予熱しなくても、一層又は適当な複数層の薄層毎に冷却しているため、ケーキ内部と外部との間の温度勾配による応力が発生するのを防止することができる。   In addition, regarding the internal stress, the temperature gradient between the inside and outside of the cake is cooled because one or a plurality of appropriate thin layers are cooled without preheating the intermediate object that has already been formed. It is possible to prevent the occurrence of stress due to.

特に、ガス状の冷媒を用い、冷却手段として作業台の上方に少なくとも作業台に対向する平面が上下移動可能なように設置された冷媒ガイドを設け、作業台と冷媒ガイドの平面との間に冷媒を流すようにした場合、作業台と冷媒ガイドの平面との間の間隔を調整することで、冷媒の流れが層流となるように調節することができる。これにより、乱流を防止して、未硬化の粉末材料や造形途中の薄層又は積み重ねられた薄層が舞い上がるのを抑制することができる。また、場合により冷媒の流速を乱流が生じる流速に維持してもよい。これにより、冷却効果が一層増す。この場合、造形途中の薄層又は積み重ねられた薄層が舞い上がらないように、流速を調節し、弱める必要がある。 In particular, gaseous refrigerant is used as a cooling means, and a cooling medium guide is provided above the work table so that at least a plane facing the work table can move up and down, and between the work table and the plane of the refrigerant guide. If allowed to flow the refrigerant, by adjusting the spacing between the workbench and the refrigerant guide plane, it can be adjusted such that the flow of the refrigerant becomes a laminar flow. Thereby, a turbulent flow can be prevented and it can suppress that a non-hardened powder material, the thin layer in the middle of modeling, or the stacked thin layer rises. In some cases, the flow rate of the refrigerant may be maintained at a flow rate at which turbulent flow occurs. This further increases the cooling effect. In this case, it is necessary to adjust and weaken the flow rate so that the thin layer in the middle of modeling or the stacked thin layer does not rise.

さらに、冷媒ガイドを設けずに加熱して焼結させた薄層に冷媒を直接吹きかけて冷却してもよい。この場合、周辺の未硬化の粉末材料が舞い上がっても、例えば粉末材料供給用のローラなどで薄層周辺の粉末材料を均して表面を平滑にすることで、薄層及びその周辺の粉末材料を迅速に冷却し、かつその後直ちに次の薄層の形成を行うことができる。   Further, the refrigerant may be directly blown to cool a thin layer heated and sintered without providing the refrigerant guide. In this case, even if the surrounding uncured powder material soars, for example, by smoothing the surface by smoothing the powder material around the thin layer with a roller for supplying the powder material, the thin layer and the surrounding powder material Can be cooled quickly and the next thin layer can be formed immediately thereafter.

また、液状の冷媒を用いた場合、薄層の表面に冷媒を散布して冷媒が蒸発するときに冷媒によって薄層から熱を奪わせることにより薄層を冷却することができる。   When a liquid refrigerant is used, the thin layer can be cooled by spraying the refrigerant on the surface of the thin layer and causing the refrigerant to remove heat from the thin layer when the refrigerant evaporates.

以上のように、本発明によれば、一層又は適当な複数層の薄層を加熱焼結するたび毎に、それらを冷却しているが、冷却対象物の熱容量は小さいので、短時間に冷却することができる。しかも、この様な方法を続けることで、3次元造形物の完成時でも3次元造形物の温度は低いままであるため、ブレークアウトに取り掛かるまでの時間を大幅に短縮することができる。このように、造形途中の冷却時間を含めて、完成した3次元造形物を取り出すまでに要する時間を大幅に短縮することができ、これにより、システム運用上の効率化を図ることができる。   As described above, according to the present invention, each time a single layer or a suitable plurality of thin layers are heated and sintered, they are cooled. However, since the heat capacity of the object to be cooled is small, it is cooled in a short time. can do. In addition, by continuing such a method, the temperature of the three-dimensional structure remains low even when the three-dimensional structure is completed, so that the time until the breakout is started can be greatly shortened. As described above, the time required to take out the completed three-dimensional structure including the cooling time in the middle of the modeling can be greatly shortened, thereby improving the efficiency in system operation.

また、3次元造形物には急冷による大きな内部応力は発生しないので、精度の良いモデルを作製することができる。   In addition, since a large internal stress due to rapid cooling does not occur in the three-dimensional structure, a model with high accuracy can be produced.

以下に、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

(粉末焼結造形装置の説明)
図1は、本発明の実施の形態に係る粉末焼結造形装置の構成を示す斜視図である。
(Description of powder sinter molding equipment)
FIG. 1 is a perspective view showing a configuration of a powder sinter molding apparatus according to an embodiment of the present invention.

この粉末焼結造形装置101は、レーザ光出射部101Aと、造形部101Bと、制御装置101Cとから構成されている。   This powder sintering modeling apparatus 101 includes a laser beam emitting unit 101A, a modeling unit 101B, and a control device 101C.

レーザ光出射部101Aにおいては、レーザ光の光源1とレーザ光の照射方向を制御するミラー2とが設けられている。光源1から出射したレーザ光はコンピュータによるミラー制御により、造形部101Bのパートシリンダ6上の粉末材料8の薄層に選択的に照射されるようになっている。例えば、作製すべき3次元造形物のスライスデータ(描画パターン)に基づき、コンピュータによるミラー制御が行われる。レーザ光の光源1とミラー2とが加熱焼結手段を構成する。   The laser beam emitting unit 101A is provided with a laser beam light source 1 and a mirror 2 for controlling the laser beam irradiation direction. The laser beam emitted from the light source 1 is selectively irradiated to the thin layer of the powder material 8 on the part cylinder 6 of the modeling unit 101B by mirror control by a computer. For example, mirror control by a computer is performed based on slice data (drawing pattern) of a three-dimensional structure to be produced. The laser light source 1 and the mirror 2 constitute a heating and sintering means.

造形部101Bにおいては、その上でレーザ光の照射により造形が行われ、3次元造形物が作製される昇降可能なパートシリンダ(作業台)6が中央部容器4内に設置され、その両側に粉末材料を貯めておく容器3a、3b内に粉末材料8を載せて昇降可能なフィードシリンダ5a、5bがそれぞれ設置されている。更に、それらの全領域に渡って回転しつつ移動するリコータローラ(薄層形成手段)7が設けられている。リコータローラ7 は、回転しつつ移動することにより、フィードシリンダ5b上に貯められた粉末材料8をパートシリンダ6上に供給し、かつ粉末材料8の表面を均してパートシリンダ6上に粉末材料8の薄層8aを形成する機能を有する。従って、粉末材料8の供給量はフィードシリンダ5bの上昇量で決まり、粉末材料の薄層8aの厚さはパートシリンダ6の降下量で決まる。粉末材料8として、ナイロン、ポリプロピレン、ポリ乳酸、ポリエチレン(PE)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリスチレン(PS)、アクリルにトリル・ブタジエン・スチレンコポリマ(ABS)、エチレン・酢酸ビニルコポリマー(EVA)、スチレン・アクリロニトリルコポリマー(SAN)、及びポリカプロラクトンよりなる群から選ばれた少なくとも1種を用いることができる。   In the modeling part 101B, modeling is performed by irradiation of laser light thereon, and a part cylinder (workbench) 6 that can be moved up and down to produce a three-dimensional modeled object is installed in the central container 4 on both sides thereof. Feed cylinders 5a and 5b that can be moved up and down by placing the powder material 8 in containers 3a and 3b for storing the powder material are respectively installed. Further, a recoater roller (thin layer forming means) 7 is provided that moves while rotating over the entire area. The recoater roller 7 moves while rotating to supply the powder material 8 stored on the feed cylinder 5 b onto the part cylinder 6, and level the surface of the powder material 8 to powder onto the part cylinder 6. It has a function of forming the thin layer 8a of the material 8. Therefore, the supply amount of the powder material 8 is determined by the rising amount of the feed cylinder 5 b, and the thickness of the thin layer 8 a of the powder material is determined by the lowering amount of the part cylinder 6. As powder material 8, nylon, polypropylene, polylactic acid, polyethylene (PE), polyethylene terephthalate (PET), polystyrene (PS), acrylic, tolyl / butadiene / styrene copolymer (ABS), ethylene / vinyl acetate copolymer (EVA), styrene -At least 1 sort (s) chosen from the group which consists of an acrylonitrile copolymer (SAN) and polycaprolactone can be used.

また、パートシリンダ8上方には、パートシリンダ8に対向する平面を有する冷媒ガイド11が配置されており、パートシリンダ6上の薄層8b及びその周囲に残留する粉末材料8の表面と冷媒ガイド11の対向平面との間に冷媒の流路が形成される。冷媒としてガス状の冷媒、例えば、冷却空気や冷却窒素などを用いる。配管13の先に図示しない冷媒の供給源が接続され、冷媒が冷媒の流路に導入できるようになっている。冷媒ガイド11は上下移動及び平面内での移動が可能になっている。冷媒ガイド11を上下移動させることによって、パートシリンダ6上の薄層8b及びその周囲に残留する粉末材料8の表面と冷媒ガイド11の対向平面との間の間隔を調節し得るようになっている。また、平面内で移動させることによって粉末材料の薄層8aへのレーザ光の照射を妨げないようになっている。   Further, a refrigerant guide 11 having a flat surface facing the part cylinder 8 is disposed above the part cylinder 8, and the thin layer 8 b on the part cylinder 6 and the surface of the powder material 8 remaining in the periphery thereof and the refrigerant guide 11. A refrigerant flow path is formed between the opposite planes. A gaseous refrigerant such as cooling air or cooling nitrogen is used as the refrigerant. A refrigerant supply source (not shown) is connected to the end of the pipe 13 so that the refrigerant can be introduced into the refrigerant flow path. The refrigerant guide 11 can be moved up and down and moved in a plane. By moving the refrigerant guide 11 up and down, the distance between the thin layer 8b on the part cylinder 6 and the surface of the powder material 8 remaining around the thin layer 8b and the opposed plane of the refrigerant guide 11 can be adjusted. . Further, by moving in a plane, irradiation of the laser beam to the thin layer 8a of the powder material is not hindered.

次に、冷媒ガイド11の構成及び冷媒ガイド11による冷媒の流速の制御方法について図2(a)、(b)を参照しながら説明する。   Next, a configuration of the refrigerant guide 11 and a method for controlling the flow rate of the refrigerant by the refrigerant guide 11 will be described with reference to FIGS. 2 (a) and 2 (b).

冷媒ガイド11は、上から見た形状が図1に示すように四角い形状を有し、横から見た断面形状が図2(a)、(b)に示すように底の浅いバスタブの断面のような形状を有している。この形状は、造形部101Bの左側のフィードシリンダ5a、中央部のパートシリンダ6、右側のフィードシリンダ5bの配置に対応するものである。即ち、冷媒ガイド11は、パートシリンダ6に対応する部分がバスタブの底面に相当して平坦な面を有し、その平坦な面は少なくともパートシリンダ6の上面と同じ大きさを有する。フィードシリンダ5a、5bに対応する部分がバスタブの周辺に相当して底面から曲線を描くように持ち上がっている。この場合、左側のフィードシリンダ5aに対応する部分は、横から見て冷媒が逃げないようにお椀を伏せたような断面形状を有し、そのほぼ頂部に冷媒の導入口12が設けられている。一方、右側のフィードシリンダ5bに対応する部分は冷媒が放散するように開放されて、冷媒の流出口14となっている。   The refrigerant guide 11 has a square shape as viewed from above as shown in FIG. 1 and a cross-sectional shape as viewed from the side as shown in FIGS. 2 (a) and 2 (b). It has such a shape. This shape corresponds to the arrangement of the left feed cylinder 5a, the center part cylinder 6 and the right feed cylinder 5b of the modeling part 101B. That is, the refrigerant guide 11 has a flat surface corresponding to the part cylinder 6 corresponding to the bottom surface of the bathtub, and the flat surface is at least as large as the upper surface of the part cylinder 6. The portions corresponding to the feed cylinders 5a and 5b are raised so as to draw a curve from the bottom surface corresponding to the periphery of the bathtub. In this case, the portion corresponding to the left feed cylinder 5a has a cross-sectional shape such that the bowl is turned down so that the refrigerant does not escape when viewed from the side, and the refrigerant inlet 12 is provided almost at the top. . On the other hand, a portion corresponding to the right feed cylinder 5b is opened so as to dissipate the refrigerant, and serves as an outlet 14 for the refrigerant.

冷媒ガイド11は平坦な面がパートシリンダ6に対向するようにおかれる。冷媒ガイド11の平坦な面とパートシリンダ6上に置かれる薄層8b及び粉末材料8aの表面との間に流路が形成される。冷媒の流速を調整するため、その流路の高さが調整される。冷媒は、図2(a)の左側の冷媒の導入口12から導入され、冷媒ガイド11の平坦な面の下の流路を通って右側の冷媒の流出口14に流れていく。   The refrigerant guide 11 is placed so that the flat surface faces the part cylinder 6. A flow path is formed between the flat surface of the refrigerant guide 11 and the surface of the thin layer 8b and the powder material 8a placed on the part cylinder 6. In order to adjust the flow rate of the refrigerant, the height of the flow path is adjusted. The refrigerant is introduced from the refrigerant inlet 12 on the left side of FIG. 2A and flows through the flow path below the flat surface of the refrigerant guide 11 to the refrigerant outlet 14 on the right side.

本願発明者の風洞実験によれば、レイノルズナンバ(Re)が凡そ1700以下になるようにすると、層流が得られ、レイノルズナンバ(Re)が凡そ1700以上になると、乱流が生じた。この実験で明らかになったことは、層流で粉末の表面を冷却可能であること、乱流によって粉末が舞い上がることである。   According to the wind tunnel experiment of the inventor of the present application, when the Reynolds number (Re) is about 1700 or less, laminar flow is obtained, and when the Reynolds number (Re) is about 1700 or more, turbulent flow is generated. What has become clear from this experiment is that the surface of the powder can be cooled by laminar flow, and that the powder rises by turbulent flow.

本願発明では、冷媒ガイド11を用いて冷媒を流す場合、粉末材料8aが舞い上がらないように冷媒の流れが層流となるように、冷媒ガイド11の平坦面下の冷媒の流路の高さを調整する。   In the present invention, when the refrigerant is flowed using the refrigerant guide 11, the height of the flow path of the refrigerant below the flat surface of the refrigerant guide 11 is set so that the flow of the refrigerant becomes a laminar flow so that the powder material 8a does not rise. adjust.

制御装置101Cは、パートシリンダ6を薄層一層分降下させて、リコータローラ7によってパートシリンダ6上に粉末材料8を供給させ、かつパートシリンダ6上で粉末材料の薄層8aを形成させ、次いで、レーザ光及び制御ミラー2(加熱焼結手段)によって作製すべき3次元造形物のスライスデータ(描画パターン)に基づき粉末材料の薄層8aを選択的に加熱して焼結させ、次いで、加熱して焼結した薄層8bを一層或いは複数層積み重ねたものを冷却手段によって冷却させる。   The control device 101C lowers the part cylinder 6 by one thin layer, causes the recoater roller 7 to supply the powder material 8 onto the part cylinder 6, and forms a thin layer 8a of the powder material on the part cylinder 6. Next, the thin layer 8a of the powder material is selectively heated and sintered based on the laser beam and the slice data (drawing pattern) of the three-dimensional structure to be produced by the control mirror 2 (heating and sintering means), and then One layer or a plurality of stacked thin layers 8b heated and sintered are cooled by cooling means.

(他の冷却手段)
次に、造形部101Bにおける他の第1乃至第8の冷却手段について、図8乃至図10を参照しながら説明する。
(Other cooling means)
Next, other first to eighth cooling means in the modeling unit 101B will be described with reference to FIGS.

図8(a)は他の第1の冷却手段の構成と、レーザ光の照射を妨げないような装置構成の工夫について示す側面図である。   FIG. 8A is a side view showing the configuration of another first cooling unit and the device configuration that does not prevent laser light irradiation.

他の第1の冷却手段は、冷媒の供給手段と冷媒ガイド11aとで構成される。   The other first cooling means includes a refrigerant supply means and a refrigerant guide 11a.

冷媒ガイド11aは、図8(a)に示すように、パートシリンダ6に対向する平面部分22aが伸縮自在のベローズ23aによって本体21aに取り付けられている。冷媒の流路を形成する場合、押し下げ軸24aによって平面部分22aが下方に移動するようになっている。粉末材料8の供給時、レーザ光の照射時に、平面部分22aが上昇するようになっている。   As shown in FIG. 8A, the refrigerant guide 11a has a planar portion 22a facing the part cylinder 6 attached to the main body 21a by an expandable / contractible bellows 23a. When forming the refrigerant flow path, the planar portion 22a is moved downward by the push-down shaft 24a. When the powder material 8 is supplied and the laser beam is irradiated, the planar portion 22a is raised.

また、レーザ光の照射時に、平面部分22aを上昇させたときに、レーザ光が通過するように、本体21aと平面部分22aにレーザウインドウ25a、25bが設けられている。   In addition, laser windows 25a and 25b are provided in the main body 21a and the plane portion 22a so that the laser beam passes when the plane portion 22a is raised during the laser beam irradiation.

なお、他の符号は、図1と同じ符号は図1と同じものを示す。   In addition, the other code | symbol shows the same code | symbol as FIG. 1 and the same code | symbol as FIG.

図8(b)は他の第2の冷却手段の構成と、冷媒の供給における別の装置構成について示す側面図である。   FIG. 8B is a side view showing another configuration of the second cooling means and another device configuration for supplying the refrigerant.

他の第2の冷却手段でも、冷媒の供給手段と冷媒ガイド11bとで構成される。   The other second cooling means is also composed of the refrigerant supply means and the refrigerant guide 11b.

冷媒ガイド11bは、パートシリンダ6に対向する平面部分22bが伸縮自在のベローズ23bによって本体21bに取り付けられている。冷媒の流路を形成する場合、押し下げ軸24bによって平面部分22bが下方に移動するようになっている。粉末材料8の供給時、レーザ光の照射時に、平面部分22bが上昇するようになっている。   The refrigerant guide 11b is attached to the main body 21b by a bellows 23b whose plane portion 22b facing the part cylinder 6 is extendable. When forming the refrigerant flow path, the flat portion 22b is moved downward by the push-down shaft 24b. When the powder material 8 is supplied and the laser beam is irradiated, the planar portion 22b is raised.

図8(a)と異なるところは、冷却対象物のあるところ以外に冷媒が流出しないように、深さのある四角いケース26bを逆さまにして必要な領域を覆うようになっていることである。冷媒の導入口12bや流出口14bはベローズ23bを介してケース26bに設けられている。   The difference from FIG. 8A is that the square case 26b having a depth is turned upside down so as to cover a necessary region so that the refrigerant does not flow out except where the cooling target is present. The refrigerant inlet 12b and the outlet 14b are provided in the case 26b via a bellows 23b.

なお、他の符号は、図1と同じ符号は図1と同じものを示す。   In addition, the other code | symbol shows the same code | symbol as FIG. 1 and the same code | symbol as FIG.

図9(a)は他の第3の冷却手段における冷媒ガイド11cの設置方法の一例について示す斜視図である。   Fig.9 (a) is a perspective view shown about an example of the installation method of the refrigerant | coolant guide 11c in another 3rd cooling means.

他の第3の冷却手段でも、冷媒の供給手段と冷媒ガイド11cとで構成される。   The other third cooling means is also composed of the refrigerant supply means and the refrigerant guide 11c.

図8(b)と異なるところは、冷媒ガイド11dには、本体と押し下げ軸がなく、深さのある四角いケース26cだけが設けられていることである。そして、四角いケース26cの一辺が固定されている。粉末材料8の供給時、レーザ光の照射時には、固定された一辺の対辺側からケース26cを持ち上げ得るようになっている。   The difference from FIG. 8B is that the refrigerant guide 11d is provided with only a square case 26c having a depth without a main body and a push-down shaft. One side of the square case 26c is fixed. The case 26c can be lifted from the opposite side of the fixed side when supplying the powder material 8 or irradiating the laser beam.

図9(a)中、他の符号12cは冷媒の導入口、14cは冷媒の流出口、13cは冷媒の流通するベローズである。他の符号は、図1と同じ符号は図1と同じものを示す。   In FIG. 9A, the other reference numeral 12c is a refrigerant inlet, 14c is a refrigerant outlet, and 13c is a bellows through which the refrigerant flows. The other reference numerals are the same as those in FIG. 1, and the same reference numerals as those in FIG.

図9(b)は他の第4の冷却手段の構成と、冷媒の供給方法について示す斜視図である。   FIG. 9B is a perspective view showing the configuration of another fourth cooling means and a refrigerant supply method.

図9(a)と異なるところは、冷却手段全体がリコータローラ7a、7bとともに移動するように作られていることである。なお、図では冷却手段をリコータローラ7a、7bに固定する手段は省略されているが、例えば、リコータローラ7a、7bの中心に挿入される支持軸に冷却手段を固定することなどができる。   The difference from FIG. 9A is that the entire cooling means is made to move together with the recoater rollers 7a and 7b. In the figure, means for fixing the cooling means to the recoater rollers 7a and 7b is omitted, but for example, the cooling means can be fixed to a support shaft inserted in the center of the recoater rollers 7a and 7b. .

図9(b)中、他の符号26dは深さのある四角いケース、22dはパートシリンダ6に対向するケース26dの平面部分、13dは冷媒の流通するベローズ、27は冷媒をケース26dに導く、板で囲まれた流通路である。   In FIG. 9 (b), the other reference numeral 26d is a square case having a depth, 22d is a plane portion of the case 26d facing the part cylinder 6, 13d is a bellows through which refrigerant flows, and 27 is a refrigerant guided to the case 26d. It is a flow passage surrounded by plates.

図10(a)は他の第5の冷却手段の構成と、冷却方法について説明する側面図である。   FIG. 10A is a side view for explaining the configuration of another fifth cooling means and the cooling method.

他の第1乃至第4の冷却手段では、ガス状の冷媒の供給手段、及び冷媒の流速調整のための冷媒ガイド11a乃至11dを用いているが、図10(a)に示すようなガス状の冷媒の供給手段27aのみでもよい。この場合、冷媒の吐出により粉末材料8aは舞い上がるが、舞い上がったために凹凸した粉末材料8aの表面をリコータローラ7を用いて均す。その後、次の粉末材料の薄層を形成するため、パートシリンダ6を降下させて新たな粉末材料を供給する。図10(a)中、他の符号12eは冷媒の導入口である。   The other first to fourth cooling means use a gaseous refrigerant supply means and refrigerant guides 11a to 11d for adjusting the flow rate of the refrigerant, but the gaseous state as shown in FIG. Only the refrigerant supply means 27a may be used. In this case, the powder material 8 a rises due to the discharge of the refrigerant, but the surface of the powder material 8 a that is uneven due to the rise is leveled using the recoater roller 7. Thereafter, in order to form a thin layer of the next powder material, the part cylinder 6 is lowered to supply new powder material. In FIG. 10A, another reference numeral 12e is a refrigerant inlet.

図10(b)は第5の冷却手段の変形例の構成を示す側面図である。図10(b)の冷却手段は、リコータローラ7c、7dを2つ備えている。それらの回転軸としてその中を冷媒が流通するパイプが用いられ、それらのパイプに冷媒の供給配管27bの冷媒の導入口12f、12gが接続されている。リコータローラ7c、7dは適当な間隔を保持して粉末材料8a上を自転しつつ移動可能なようになっている。2つのリコータローラ7c、7dで粉末材料の供給と粉末材料表面の平坦化を行う。   FIG.10 (b) is a side view which shows the structure of the modification of a 5th cooling means. The cooling means of FIG. 10B includes two recoater rollers 7c and 7d. Pipes through which the refrigerant flows are used as the rotating shafts, and refrigerant inlets 12f and 12g of the refrigerant supply pipe 27b are connected to the pipes. The recoater rollers 7c and 7d are movable while rotating on the powder material 8a while maintaining an appropriate interval. The two recoater rollers 7c and 7d supply the powder material and flatten the surface of the powder material.

図10(a)、図10(b)に示す冷却手段は、他の冷却手段と異なり、粉末材料を意図的に舞い上がらせることで効率的な冷却が期待できるが、冷却しようとする薄層又はこれまでに積み重ねてきた複数の薄層の積層物が小さいときには、冷媒の吐出により薄層又は薄層の積層物が舞い上がる恐れがあるので、その場合に限り、冷媒の流速を調節し、流速を弱めるなどの配慮が必要である。   Unlike the other cooling means, the cooling means shown in FIGS. 10 (a) and 10 (b) can be expected to be efficiently cooled by intentionally raising the powder material. When the stack of thin layers stacked so far is small, there is a risk that the thin layer or the stack of thin layers may rise by the discharge of the coolant. Consideration such as weakening is necessary.

上記図面で説明した冷却手段以外にも以下のような他の第6乃至第8の冷却手段を用いることができる。   In addition to the cooling means described in the above drawings, the following sixth to eighth cooling means can be used.

他の第6の冷却手段として、液状の冷媒の供給手段を用いてもよい。液状の冷媒として代替フロン、アルコール、水、液体空気などを用いることができる。この場合、加熱し焼結させた薄層の表面に冷媒を散布して冷媒が蒸発するときにその薄層から熱が奪われることにより薄層を冷却することができる。   As another sixth cooling means, a liquid refrigerant supply means may be used. Alternative chlorofluorocarbon, alcohol, water, liquid air, or the like can be used as the liquid refrigerant. In this case, when the refrigerant is sprayed on the surface of the heated and sintered thin layer and the refrigerant evaporates, the thin layer can be cooled by removing heat from the thin layer.

また、他の第7の冷却手段として、リコータローラを冷却することにより、リコータローラ自身に冷却手段の機能を兼ねさせることもできる。   Further, by cooling the recoater roller as another seventh cooling means, the recoater roller itself can also function as the cooling means.

また、他の第8の冷却手段として、加熱して焼結した薄層への接触面を有する冷却板を新たに設けることもできる。この場合、冷却板を冷却してその接触面を薄層に接触させて薄層を冷却する。また、例えば、図8(a)のような冷媒ガイドにその機能を兼ねさせてもよい。   As another eighth cooling means, a cooling plate having a contact surface with a thin layer heated and sintered can be newly provided. In this case, the cooling plate is cooled and the contact surface is brought into contact with the thin layer to cool the thin layer. Further, for example, a refrigerant guide as shown in FIG.

以上の図1、及び他の第1乃至第8の冷却手段で実現される冷却方法は、図4のP4−1、P4−2、P4−3、P4−4に示す4種類の冷却方法のうち何れか一に該当する。まとめると以下のようになる。   The cooling methods realized by the above-described FIG. 1 and the other first to eighth cooling means are four types of cooling methods shown in P4-1, P4-2, P4-3, and P4-4 in FIG. It corresponds to any one of them. In summary:

図1、及び他の第1乃至第4の冷却手段で実現される冷却方法はP4−1に該当し、他の第5の冷却手段で実現される冷却方法はP4−2に該当し、他の第6の冷却手段で実現される冷却方法はP4−3に該当し、他の第7、8の冷却手段で実現される冷却方法はP4−4に該当する。   The cooling method realized by FIG. 1 and the other first to fourth cooling means corresponds to P4-1, the cooling method realized by the other fifth cooling means corresponds to P4-2, and the like. The cooling method realized by the sixth cooling means corresponds to P4-3, and the cooling methods realized by the other seventh and eighth cooling means correspond to P4-4.

以上のような粉末焼結造形装置101によれば、加熱して焼結した薄層を一層或いは複数層積み重ねたものを冷却手段によって冷却させる制御手段を有している。即ち、一層又は適当な複数層の薄層を加熱して焼結するたび毎に、それらを冷却している。   According to the powder sinter molding apparatus 101 as described above, there is a control unit that cools, by a cooling unit, one or a plurality of stacked thin layers heated and sintered. That is, each time a single layer or appropriate thin layers are heated and sintered, they are cooled.

この場合、冷却対象物の熱容量は小さいので、冷却対象物の温度を短時間で降下させることができる。しかも、この様な方法を続けることで、3次元造形物の完成時でも3次元造形物の温度は低いままである。これにより、ブレークアウトに要する時間を短縮することができる。以上、造形途中の冷却時間を含めて、完成した造形物を取り出すまでに要する時間を大幅に短縮することができる。   In this case, since the heat capacity of the object to be cooled is small, the temperature of the object to be cooled can be lowered in a short time. Moreover, by continuing such a method, the temperature of the three-dimensional structure remains low even when the three-dimensional structure is completed. Thereby, the time required for breakout can be shortened. As described above, the time required to take out the completed model including the cooling time during the modeling can be greatly reduced.

また、内部応力に関しては、それまでに既に造形された途中物を予熱しなくても、一層又は適当な複数層の薄層毎に冷却しているため、ケーキ内部と外部との間の温度勾配による応力が発生するのを防止することができる。   In addition, regarding the internal stress, the temperature gradient between the inside and outside of the cake is cooled because one or a plurality of appropriate thin layers are cooled without preheating the intermediate object that has already been formed. It is possible to prevent the occurrence of stress due to.

(粉末焼結造形方法の説明)
次に、図3、図5乃至図7を参照してこの発明の実施の形態である粉末焼結造形方法について説明する。図3は粉末焼結造形方法を示すフローチャート、図5乃至図7は、粉末焼結造形方法を示す工程断面図である。この場合、図1の粉末焼結造形装置を用い、冷媒としてガス状の冷媒を用いるものとする。
(Explanation of powder sintering modeling method)
Next, with reference to FIG. 3 and FIG. 5 to FIG. 7, a powder sintering modeling method according to an embodiment of the present invention will be described. FIG. 3 is a flowchart illustrating the powder sintering modeling method, and FIGS. 5 to 7 are process cross-sectional views illustrating the powder sintering modeling method. In this case, the powder sintering apparatus of FIG. 1 is used, and a gaseous refrigerant is used as the refrigerant.

まず、図5(a)に示すように、造形部101Bにおいて、左右のフィードシリンダ5a、5bを降下させ、フィードシリンダ5a、5b上に粉末材料8を供給し、十分な量の粉末材料8を貯めておく。   First, as shown in FIG. 5A, in the modeling part 101B, the left and right feed cylinders 5a and 5b are lowered, and the powder material 8 is supplied onto the feed cylinders 5a and 5b. Save it.

次いで、図5(b)に示すように、パートシリンダ6を薄層一層分に相当する量だけ降下させる(図3のP1工程)。次いで、右側のフィードシリンダ5bを上昇させて粉末材料8が平坦面から上に出てくるようにする。   Next, as shown in FIG. 5B, the part cylinder 6 is lowered by an amount corresponding to one thin layer (P1 step in FIG. 3). Next, the right feed cylinder 5b is raised so that the powder material 8 comes out from the flat surface.

次いで、図5(c)に示すように、リコータローラ7を回転移動させて右側のフィードシリンダ3b上、平坦面から上に出ている粉末材料8を均しつつパートシリンダ6上に移動させる。これにより、図6(a)に示すように、パートシリンダ6上に一層分の粉末材料の薄層8aが形成される(図3のP2工程)。   Next, as shown in FIG. 5 (c), the recoater roller 7 is rotated to move the powder material 8 on the right feed cylinder 3b and above the flat surface to the part cylinder 6 while leveling it. . As a result, as shown in FIG. 6A, a thin layer 8a of one layer of powder material is formed on the part cylinder 6 (step P2 in FIG. 3).

次に、図6(b)に示すように、レーザ光出射部101Aの光源1からレーザ光を出射させるとともに、作製すべき3次元造形物のスライスデータに基づき、コンピュータによりミラー2を制御して、粉末材料の薄層8aに選択的にレーザ光を照射する。これにより、粉末材料の薄層8bが加熱されて焼結する(図3のP3工程)。   Next, as shown in FIG. 6B, the laser beam is emitted from the light source 1 of the laser beam emitting unit 101A, and the mirror 2 is controlled by a computer based on the slice data of the three-dimensional structure to be produced. The thin layer 8a of powder material is selectively irradiated with laser light. Thereby, the thin layer 8b of powder material is heated and sintered (P3 process of FIG. 3).

次に、図6(c)に示すように、冷媒ガイド11をパートシリンダ6上に移動させ、さらに降下させて、冷媒ガイド11の平坦な面とパートシリンダ6上に置かれている焼結した薄層8b及びその周囲に残留する粉末材料8aの表面との間に形成される流路の高さを調整する。この場合、流路を流れる冷媒に層流が生じるように流路の高さを調整する。例えば、その高さを10mm程度にする。   Next, as shown in FIG. 6 (c), the refrigerant guide 11 is moved onto the part cylinder 6 and further lowered to sinter the flat surface of the refrigerant guide 11 and the part cylinder 6. The height of the flow path formed between the thin layer 8b and the surface of the powder material 8a remaining around the thin layer 8b is adjusted. In this case, the height of the flow path is adjusted so that a laminar flow is generated in the refrigerant flowing through the flow path. For example, the height is about 10 mm.

次に、冷媒の導入口12から流路に冷媒を流し、パートシリンダ6上の焼結した薄層8b及びその周囲に残留する粉末材料8aを冷却する(図3のP4工程)。この場合、冷媒の流れは層流となるので、薄層8b周辺の粉末材料8aは舞い上がらずにそのままの状態を維持できる。特に、小さい造形物を作製する場合、粉末材料を舞い上がらせてパートシリンダ6上で再分布させたくない場合などに有効である。   Next, the refrigerant is caused to flow from the refrigerant inlet 12 to the flow path to cool the sintered thin layer 8b on the part cylinder 6 and the powder material 8a remaining around the thin layer 8b (step P4 in FIG. 3). In this case, since the flow of the refrigerant is a laminar flow, the powder material 8a around the thin layer 8b can be maintained as it is without flying up. In particular, it is effective in the case of producing a small shaped object, for example, when it is not desired to fly the powder material and redistribute it on the part cylinder 6.

また、一層の薄層からなる冷却対象物の熱容量は小さいので、冷却対象物の温度を短時間で降下させることができる。内部応力に関しては、それまでに既に造形された途中物を予熱しなくても、一層の薄層毎に冷却しているため、ケーキ内部と外部との間の温度勾配による応力が発生するのを防止することができる。   In addition, since the heat capacity of the cooling target composed of one thin layer is small, the temperature of the cooling target can be lowered in a short time. As for internal stress, since it is cooled for each thin layer without preheating the intermediate object that has already been formed, stress due to the temperature gradient between the inside and outside of the cake is generated. Can be prevented.

次に、図7(a)に示すように、パートシリンダ6を薄層一層分降下させるとともに、フィードシリンダ5bを上昇させる。以下、上記説明した方法と同様にして、新たな粉末材料8をパートシリンダ6上に供給し、図7(b)に示すように、焼結した薄層8b上に新たな粉末材料の薄層8aを形成する。次いで、図6(b)、(c)、図7(a)、(b)に示すような方法と同じようにして、加熱焼結→冷却→粉末材料の薄層8aの形成→加熱焼結→・・を繰り返す。   Next, as shown in FIG. 7A, the part cylinder 6 is lowered by one thin layer and the feed cylinder 5b is raised. Thereafter, in the same manner as described above, a new powder material 8 is supplied onto the part cylinder 6 and, as shown in FIG. 7B, a new powder material thin layer is formed on the sintered thin layer 8b. 8a is formed. Next, in the same manner as shown in FIGS. 6B, 6C, 7A, and 7B, heat sintering → cooling → formation of a thin layer 8a of powder material → heat sintering → Repeat the process.

このようにして、3次元造形物が完成する。このとき、3次元造形物の完成直後においても3次元造形物の温度は低いままである。従って、3次元造形物の完成後、時間をおかずに3次元造形物を取り出すことができる。   In this way, a three-dimensional structure is completed. At this time, the temperature of the three-dimensional structure remains low even immediately after the completion of the three-dimensional structure. Therefore, after the three-dimensional structure is completed, the three-dimensional structure can be taken out without taking time.

以上のように、本発明の実施形態に係る粉末焼結造形方法においては、加熱して焼結した薄層を一層積み重ねるごとに冷却している。この場合、冷却対象物の熱容量は小さいので、冷却対象物の温度を短時間で降下させることができる。しかも、この様な方法を続けることで、3次元造形物の完成直後においても3次元造形物の温度は低いままである。これにより、ブレークアウトに取り掛かるまでの時間を短縮することができる。以上、造形途中の冷却時間を含めて、完成した造形物を取り出すまでに要する時間を大幅に短縮することができる。   As described above, in the powder sinter molding method according to the embodiment of the present invention, cooling is performed every time the thin layers heated and sintered are stacked. In this case, since the heat capacity of the object to be cooled is small, the temperature of the object to be cooled can be lowered in a short time. Moreover, by continuing such a method, the temperature of the three-dimensional structure remains low even immediately after the completion of the three-dimensional structure. As a result, it is possible to shorten the time until the breakout is started. As described above, the time required to take out the completed model including the cooling time during the modeling can be greatly reduced.

また、内部応力に関しては、薄層の状態で急冷することにより造形物の内部と外部との間での温度勾配による大きな内部応力が発生するのを防止することができるため、精度の良いモデルを作製することができる。   As for internal stress, it is possible to prevent large internal stress due to temperature gradient between the inside and outside of the modeled object by quenching in a thin layer. Can be produced.

以上、実施の形態によりこの発明を詳細に説明したが、この発明の範囲は上記実施の形態に具体的に示した例に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の上記実施の形態の変更はこの発明の範囲に含まれる。   Although the present invention has been described in detail with the embodiments, the scope of the present invention is not limited to the examples specifically shown in the above embodiments, and the above embodiments within the scope of the present invention are not deviated. Variations in form are within the scope of this invention.

例えば、この実施の形態の粉末焼結造形方法においては、図6(b)、(c)、図7(a)、(b)に示すように、一層の薄層8aを加熱し焼結するごとに冷却しているが、冷却前に、薄層形成及び加熱焼結を複数回繰り返して熱容量があまり大きくならない範囲で適当な複数層の薄層を形成し、その後その複数層の薄層をまとめて冷却してもよい。   For example, in the powder sintering molding method of this embodiment, as shown in FIGS. 6B, 6C, 7A, and 7B, one thin layer 8a is heated and sintered. Before cooling, the thin layer formation and heat sintering are repeated multiple times to form an appropriate multiple layer within a range where the heat capacity does not become too large, and then the multiple layers are formed. You may cool collectively.

本発明の実施の形態である粉末焼結造形装置の構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure of the powder sintering modeling apparatus which is embodiment of this invention. (a)は、本発明の実施の形態である粉末焼結造形装置の冷却手段の構成と冷却手段の冷媒ガイドの設置の仕方とについて示す断面図である。(b)は、冷却手段の冷媒ガイドを用いて層流及び乱流を作る方法とについて説明する図である。(A) is sectional drawing shown about the structure of the cooling means of the powder sintering modeling apparatus which is embodiment of this invention, and the installation method of the refrigerant guide of a cooling means. (B) is a figure explaining the method of making a laminar flow and a turbulent flow using the refrigerant | coolant guide of a cooling means. 本発明の実施の形態である粉末焼結造形方法について示すフローチャートである。It is a flowchart shown about the powder sintering modeling method which is embodiment of this invention. 本発明の実施の形態である粉末焼結造形方法における冷却方法について示す図である。It is a figure shown about the cooling method in the powder sintering modeling method which is embodiment of this invention. 本発明の実施の形態である粉末焼結造形方法について示す断面図(その1)である。It is sectional drawing (the 1) shown about the powder sintering modeling method which is embodiment of this invention. 本発明の実施の形態である粉末焼結造形方法について示す断面図(その2)である。It is sectional drawing (the 2) shown about the powder sintering modeling method which is embodiment of this invention. 本発明の実施の形態である粉末焼結造形方法について示す断面図(その3)である。It is sectional drawing (the 3) shown about the powder sintering modeling method which is embodiment of this invention. (a)、(b)は、本発明の実施の形態である粉末焼結造形装置における他の第1、第2の冷却手段の構成について示す側面図である。(A), (b) is a side view shown about the structure of the other 1st, 2nd cooling means in the powder sintering modeling apparatus which is embodiment of this invention. (a)、(b)は、本発明の実施の形態である粉末焼結造形装置における他の第3、第4の冷却手段の構成について示す斜視図である。(A), (b) is a perspective view shown about the structure of the other 3rd, 4th cooling means in the powder sintering modeling apparatus which is embodiment of this invention. (a)、(b)は、本発明の実施の形態である粉末焼結造形装置における他の第5の冷却手段及びその変形例の構成について示す側面図である。(A), (b) is a side view shown about the structure of the other 5th cooling means in the powder sintering modeling apparatus which is embodiment of this invention, and its modification.

1 レーザ光の光源(レーザ光出射手段)
2 ミラー(レーザ光出射手段)
3a、3b、4 容器
5a、5b フィードシリンダ
6 パートシリンダ(作業台)
7、7a、7b、7c、7d リコータローラ(薄層形成手段)
8 粉末材料
8a 粉末材料の薄層
8b 焼結した薄層
11、11a、11b、11c、11d 冷媒ガイド
12、12a、12b、12c、12e、12f、12g 冷媒の導入口
14、14a、14b、14c 冷媒の流出口
101A レーザ光出射部
101B 造形部
101C 制御装置
1 Laser light source (laser light emitting means)
2 Mirror (Laser light emitting means)
3a, 3b, 4 Container 5a, 5b Feed cylinder 6 Part cylinder (work bench)
7, 7a, 7b, 7c, 7d Recoater roller (thin layer forming means)
8 Powder material 8a Thin layer 8b of powder material Sintered thin layers 11, 11a, 11b, 11c, 11d Refrigerant guides 12, 12a, 12b, 12c, 12e, 12f, 12g Refrigerant inlets 14, 14a, 14b, 14c Refrigerant outlet 101A Laser beam emitting unit 101B Modeling unit 101C Control device

Claims (6)

(i)作業台上に粉末材料を供給し、該粉末材料を延べ広げて粉末材料の薄層を形成する工程と、
(ii)前記粉末材料の薄層を描画パターンに基づき選択的に加熱して焼結する工程と、
(iii)前記加熱して焼結した薄層の上に新たな粉末材料の薄層を形成する前に、前記加熱して焼結した薄層の表面にガス状の冷媒を流して、前記薄層の表面に流す冷媒の流速を前記冷媒の流れが層流となるような範囲に維持し、前記加熱して焼結した薄層を冷却する工程とを有し、
前記(i)乃至(iii)の工程を繰り返し行い、前記焼結した薄層を積み重ねて3次元造形物を作製することを特徴とする粉末焼結造形方法。
(I) supplying a powder material on a workbench and spreading the powder material to form a thin layer of the powder material;
(Ii) a step of selectively heating and sintering the thin layer of the powder material based on a drawing pattern;
(Iii) the heated before forming a thin layer of new powder material onto a sintered thin layer, by flowing a gaseous coolant to the surface of the heated sintered thin layer, the thin Maintaining the flow rate of the refrigerant flowing on the surface of the layer in a range in which the flow of the refrigerant becomes a laminar flow, and cooling the heated and sintered thin layer,
A powder sinter molding method characterized by repeatedly performing the steps (i) to (iii) and stacking the sintered thin layers to produce a three-dimensional structure.
(i)作業台上に粉末材料を供給し、該粉末材料を延べ広げて粉末材料の薄層を形成する工程と、
(ii)前記粉末材料の薄層を描画パターンに基づき選択的に加熱して焼結する工程と、
(iii)前記加熱して焼結した薄層の上に新たな粉末材料の薄層を形成する前に、前記加熱して焼結した薄層の表面にガス状の冷媒を流して、前記薄層の表面に流す冷媒の流速を、前記冷媒の流れが乱流となるような範囲に維持し、かつ造形途中の前記薄層又は積み重ねられた薄層が舞い上がらないように調節し、前記加熱して焼結した薄層を冷却する工程とを有し、
前記(i)乃至(iii)の工程を繰り返し行い、前記焼結した薄層を積み重ねて3次元造形物を作製することを特徴とする粉末焼結造形方法。
(I) supplying a powder material on a workbench and spreading the powder material to form a thin layer of the powder material;
(Ii) a step of selectively heating and sintering the thin layer of the powder material based on a drawing pattern;
(Iii) the heated before forming a thin layer of new powder material onto a sintered thin layer, by flowing a gaseous coolant to the surface of the heated sintered thin layer, the thin The flow rate of the refrigerant flowing on the surface of the layer is maintained in a range in which the flow of the refrigerant becomes a turbulent flow, and is adjusted so that the thin layer or the stacked thin layer in the middle of modeling does not rise, and the heating is performed. And cooling the sintered thin layer,
A powder sinter molding method characterized by repeatedly performing the steps (i) to (iii) and stacking the sintered thin layers to produce a three-dimensional structure.
前記薄層の表面に流す冷媒の流速を前記冷媒の流れが乱流となるような範囲に維持し、前記薄層の表面に前記冷媒を流して前記薄層を冷却した後、前記薄層周辺の粉末材料を均して表面を平滑にすることを特徴とする請求項2記載の粉末焼結造形方法。 After the flow rate of refrigerant flowing on the surface of the thin layer flow of the refrigerant is maintained in the range such that turbulence was cooling the thin layer by flowing the refrigerant to the surface of the thin layer, the thin layer around 3. The powder sintering method according to claim 2, wherein the powder material is smoothed to smooth the surface. 前記(i)乃至(ii)の工程を繰り返して、前記(iii)の工程の前に加熱して焼結した複数の薄層を形成することを特徴とする請求項1又は2記載の粉末焼結造形方法。 3. The powder firing according to claim 1 , wherein the steps (i) to (ii) are repeated to form a plurality of thin layers heated and sintered before the step (iii). Forming method. 前記加熱して焼結した薄層を冷却する工程において、前記加熱して焼結した薄層の表面に前記ガス状の冷媒を導く手段を設けて、前記加熱して焼結した薄層の表面に前記ガス状の冷媒を流すことを特徴とする請求項1又は2記載の粉末焼結造形方法。 In the step of cooling the heated and sintered thin layer, the surface of the heated and sintered thin layer is provided with means for introducing the gaseous refrigerant to the surface of the heated and sintered thin layer. 3. The powder sintering molding method according to claim 1 or 2 , wherein the gaseous refrigerant is flowed through the apparatus. 前記粉末材料は、ナイロン、ポリプロピレン、ポリ乳酸、ポリエチレン(PE)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリスチレン(PS)、アクリルニトリル・ブタジエン・スチレンコポリマ(ABS)、エチレン・酢酸ビニルコポリマー(EVA)、スチレン・アクリロニトリルコポリマー(SAN)、及びポリカプロラクトンよりなる群から選ばれた少なくとも1種であることを特徴とする請求項1又は2に記載の粉末焼結造形方法。 The powder materials are nylon, polypropylene, polylactic acid, polyethylene (PE), polyethylene terephthalate (PET), polystyrene (PS), acrylonitrile-butadiene-styrene copolymer (ABS), ethylene-vinyl acetate copolymer (EVA), styrene- 3. The powder sintered molding method according to claim 1, wherein the method is at least one selected from the group consisting of acrylonitrile copolymer (SAN) and polycaprolactone.
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