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Description
本発明の一形態は、三次元造形装置に関する。 One aspect of the present invention relates to a three-dimensional modeling apparatus.
特許文献1は、三次元積層造形装置について、造形精度が照射ビームの径に依存し、造形時間と精度とが相反する関係にあることを開示する。そこで、特許文献1の装置は、ビーム径のスポットサイズが変更できるレーザの照射構成を採用する。より詳細には、特許文献1の装置は、電子を加速させる高圧電源をパルス電源とし、瞬間的に造形界面に熱を与える。この手法により、粉末材料への余分な入熱を抑制し、意図しない部分における粉末材料の溶融を抑制する。なお、特許文献1の装置では、電子銃の構造は、電圧の印加態様(パルス又は直流)によって変化させない。
特許文献2は、複数のレーザ光源を備えた三次元造形装置を開示する。特許文献2の装置は、複数の光ビーム等を同じ粉末層の被造形領域に集中して照射することにより、高エネルギ焼結を行う。特許文献3は、積層造形方法に利用する装置を開示する。特許文献3の装置は、2つのレーザ光源を有する。そして、それぞれのレーザ光源から照射されるレーザの特性を異ならせることにより、断面要素の形成、断面要素と造形物との一体化、断面要素の表面成型を行う。
特許文献1が示すように、造形時間と精度とは互いに相反する。この精度とは、例えば、造形物の表面形状である。従って、当該分野においては、造形時間を短くしつつ且つ造形物の表面粗さを低減できる三次元造形装置が望まれていた。
As shown in
本発明は、造形時間を短くしつつ且つ造形物の表面粗さを低減できる三次元造形装置を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a three-dimensional modeling apparatus capable of reducing the surface roughness of a model while shortening the modeling time.
本発明の一形態は、第1照射領域に敷き均された粉末材料に第1エネルギビームを照射し、第1エネルギビームの照射によって粉末材料が固化した第1造形物を得る第1ビーム照射部と、第2照射領域に含まれる第1造形物に第2エネルギビームを照射し、第2エネルギビームの照射によって第1造形物から切り出された第2造形物を得る第2ビーム照射部と、を備え、第2エネルギビームの電子ビーム径は、第1エネルギビームの電子ビーム径よりも小さい。 According to one aspect of the present invention, a first beam irradiation unit irradiates a powder material spread evenly in a first irradiation area with a first energy beam, and obtains a first shaped object in which the powder material is solidified by the irradiation of the first energy beam. a second beam irradiating unit that irradiates the first modeled object included in the second irradiation area with the second energy beam, and obtains a second modeled object that is cut out from the first modeled object by the irradiation of the second energy beam; and the electron beam diameter of the second energy beam is smaller than the electron beam diameter of the first energy beam.
この装置によれば、粉末材料は、第1エネルギビームが照射されることによって固化する。この粉末材料の固化によって第1造形物が形成される。エネルギビームの電子ビーム径は、造形時間に影響を及ぼす。第2エネルギビームは、第1エネルギビームよりも電子ビーム径が小さい。つまり、第1エネルギビームは、第2エネルギビームよりも電子ビーム径が大きい。その結果、第1エネルギビームを用いて粉末材料を固化させることにより、第1造形物を短時間で形成できる。そして、当該第1造形物に対して第2エネルギビームが照射されることによって、第1造形物から第2造形物が切り出される。また、エネルギビームの電子ビーム径は、造形物の表面粗さにも影響を及ぼす。そうすると、第2エネルギビームを用いて第1造形物を加工することにより、第1造形物よりも表面粗さが小さい第2造形物を形成できる。従って、第1ビーム照射部及び第2ビーム照射部によれば、造形時間を短縮化し、且つ、造形物の表面粗さを低減できる。 According to this device, the powder material is solidified by being irradiated with the first energy beam. Solidification of the powder material forms the first model. The electron beam diameter of the energy beam affects the molding time. The second energy beam has a smaller electron beam diameter than the first energy beam. That is, the first energy beam has a larger electron beam diameter than the second energy beam. As a result, the first shaped article can be formed in a short time by solidifying the powder material using the first energy beam. Then, by irradiating the first modeled object with the second energy beam, the second modeled object is cut out from the first modeled object. The electron beam diameter of the energy beam also affects the surface roughness of the modeled object. Then, by processing the first modeled object using the second energy beam, it is possible to form the second modeled object having a surface roughness smaller than that of the first modeled object. Therefore, according to the first beam irradiation section and the second beam irradiation section, the modeling time can be shortened and the surface roughness of the modeled object can be reduced.
上記の三次元造形装置は、粉末材料が敷き均されると共に軸線のまわりに回転する回転テーブルをさらに備え、第1ビーム照射部及び第2ビーム照射部は、軸線の方向に沿って回転テーブルから離間して配置され、第2ビーム照射部は、第1ビーム照射部よりも軸線から遠い位置に配置されてもよい。この構成によれば、回転テーブルによって第1造形物が回転されながら、当該第1造形物に第2エネルギビームが照射される。第2ビーム照射部は、第1ビーム照射部よりも軸線からの位置が遠い。従って、第2エネルギビームの照射によって、第1造形物の外周面を形成することができる。その結果、表面粗さが低減された外周面を有する第2造形物を得ることができる。 The three-dimensional modeling apparatus described above further includes a rotary table on which the powder material is evenly spread and which rotates around the axis. They may be spaced apart, and the second beam irradiation section may be arranged at a position farther from the axis than the first beam irradiation section. According to this configuration, the first modeled object is irradiated with the second energy beam while the first modeled object is rotated by the rotary table. The second beam irradiation section is farther from the axis than the first beam irradiation section. Therefore, the outer peripheral surface of the first shaped article can be formed by the irradiation of the second energy beam. As a result, it is possible to obtain a second modeled object having an outer peripheral surface with reduced surface roughness.
上記の三次元造形装置は、粉末材料が敷き均されると共に軸線のまわりに回転する回転テーブルをさらに備え、第3照射領域に含まれる第1造形物に第3エネルギビームを照射する第3ビーム照射部を更に備え、第3ビーム照射部は、軸線の方向に沿って回転テーブルから離間して配置されると共に第1ビーム照射部よりも軸線から近い位置に配置され、第3エネルギビームの電子ビーム径は、第1エネルギビームの電子ビーム径よりも小さくてもよい。この構成によれば、回転テーブルによって第1造形物が回転されながら、当該第1造形物に第3エネルギビームが照射される。第3ビーム照射部は、第1ビーム照射部よりも軸線からの位置が近い。従って、第3エネルギビームの照射によって、第1造形物の内周面を形成することができる。その結果、表面粗さが低減された内周面を有する第2造形物を得ることができる。 The above three-dimensional modeling apparatus further includes a rotary table on which the powder material is evenly spread and which rotates around the axis, and a third beam for irradiating the first modeled object included in the third irradiation area with the third energy beam. An irradiation unit is further provided, and the third beam irradiation unit is arranged away from the rotary table along the direction of the axis and is arranged at a position closer to the axis than the first beam irradiation unit, and emits electrons of the third energy beam. The beam diameter may be smaller than the electron beam diameter of the first energy beam. According to this configuration, the first modeled object is irradiated with the third energy beam while the first modeled object is rotated by the rotary table. The third beam irradiation section is closer to the axis than the first beam irradiation section. Therefore, the irradiation of the third energy beam can form the inner peripheral surface of the first modeled object. As a result, it is possible to obtain a second modeled object having an inner peripheral surface with reduced surface roughness.
上記の三次元造形装置は、粉末材料が敷き均されると共に軸線のまわりに固定される固定テーブルをさらに備え、第1ビーム照射部及び第2ビーム照射部は、軸線の方向に沿って固定テーブルから離間して配置され、第2ビーム照射部は、第1ビーム照射部よりも軸線から遠い位置において、複数配置されてもよい。この構成によっても、造形時間を短縮化し、且つ、造形物の表面粗さを低減できる。 The three-dimensional modeling apparatus described above further includes a fixed table on which the powder material is evenly spread and fixed around the axis. and a plurality of second beam irradiation units may be arranged at positions farther from the axis than the first beam irradiation units. Also with this configuration, the modeling time can be shortened and the surface roughness of the modeled object can be reduced.
上記の三次元造形装置は、粉末材料が敷き均されると共に軸線のまわりに回転する回転テーブルをさらに備え、第1ビーム照射部及び第2ビーム照射部は、軸線の方向に沿って回転テーブルから離間して配置され、第2ビーム照射部は、第1ビーム照射部よりも軸線から近い位置に配置されてもよい。この構成によっても、造形時間を短縮化し、且つ、造形物の表面粗さを低減できる。 The three-dimensional modeling apparatus described above further includes a rotary table on which the powder material is evenly spread and which rotates around the axis. The second beam irradiator may be arranged at a distance, and the second beam irradiator may be arranged at a position closer to the axis than the first beam irradiator. Also with this configuration, the modeling time can be shortened and the surface roughness of the modeled object can be reduced.
本発明によれば、造形時間を短くしつつ且つ造形物の表面粗さを低減できる三次元造形装置が提供される。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the three-dimensional-modeling apparatus which can reduce the surface roughness of a model while shortening modeling time is provided.
以下、添付図面を参照しながら本発明を実施するための形態を詳細に説明する。図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the description of the drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals, and overlapping descriptions are omitted.
図1に示す三次元積層造形物製造装置(以下「三次元造形装置1」という)は、いわゆる3Dプリンタである。三次元造形装置1は、層状に配置した粉末材料101にエネルギを付与する。換言すると、三次元造形装置1は、粉末材料101の温度を上昇させる。その結果、粉末材料101は溶融する。そして、三次元造形装置1がエネルギの付与を停止すると、溶融した粉末材料101の温度が下がるので、固化する。つまり、三次元造形装置1は、エネルギの付与と停止とを複数回繰り返すことにより、最終造形物102B(第2造形物)を製造する。
The three-dimensional laminate-molded article manufacturing apparatus (hereinafter referred to as "three-
なお、粉末材料101は、金属粉末であり、例えばチタン系金属粉末、インコネル粉末、アルミニウム粉末等である。また、粉末材料101は、金属粉末に限定されず、例えばCFRP(Carbon Fiber Reinforced Plastics)など、炭素繊維と樹脂とを含む粉末であってもよい。また、粉末材料101は、導電性を有するその他の粉末でもよい。
The
最終造形物102Bは、例えば機械部品である。なお、最終造形物102Bは、その他の構造物であってもよい。
The final molded
三次元造形装置1は、造形室2と、溶融ビーム照射部3(第1ビーム照射部)と、切断ビーム照射部4(第2ビーム照射部)と、を有する。
The three-
造形室2は、粉末材料101を収容し、溶融ビーム103(第1エネルギビーム)を受けて粉末材料101を溶融及び固化させる造形空間を形成する。造形室2は、テーブル6(回転テーブル)と、昇降装置7と、粉末供給装置8と、造形ポンプ9と、造形筐体10と、を有する。
The
テーブル6は、例えば円板状を呈し、最終造形物102Bの原料である粉末材料101が配置される。昇降装置7は、テーブル6を昇降させる。粉末供給装置8は、粉末材料101を、例えば層状に複数回に分けてテーブル6の上に配置する。造形ポンプ9は、造形空間に存在するガスを排気し、造形空間の圧力を所定の値に設定する。造形筐体10は、テーブル6、昇降装置7及び粉末供給装置8を収容する造形空間を形成する。造形筐体10には、溶融ビーム照射部3と、切断ビーム照射部4と、造形ポンプ9と、が連結されている。
The table 6 has, for example, a disc shape, and the
図2の(a)部に示すように、溶融ビーム照射部3は、溶融ビーム103(エネルギビーム)を発生させ、当該溶融ビーム103を造形室2に提供する。この溶融ビーム103は、粉末材料101を溶融させるものである。溶融ビーム照射部3は、筐体12と、電子銃13と、真空ポンプ14と、真空ポンプ16と、を有する。
As shown in part (a) of FIG. 2 , the melting
筐体12は、真空ポンプ14、16と協働していわゆる差動排気系を構成する。筐体12は、電子銃室12aと、第1差動排気室12bと、第2差動排気室12cと、を形成する。電子銃室12a、第1差動排気室12b及び第2差動排気室12cは、オリフィス等の細孔を介して互いに連通する。従って、電子銃室12a、第1差動排気室12b及び第2差動排気室12cは、気密に構成されたひとつの閉鎖空間を形成する。
The
電子銃室12aは、電子銃13を収容する。電子銃室12aには、真空ポンプ14が接続されている。第1差動排気室12bは、オリフィス等の細孔を介して、電子銃室12aと接続されている。また、第1差動排気室12bには、真空ポンプ16が接続されている。第2差動排気室12cは、細孔を介して第1差動排気室12b及び造形室2と接続されている。第2差動排気室12cには、コイルユニット17が配置されている。
The
コイルユニット17は、電子銃13から照射された溶融ビーム103を整形する。ここで言う整形とは、溶融ビーム103の収束、焦点位置の調整、走査速度の制御を含む。コイルユニット17は、例えば、電子銃13の前方領域に磁場を形成する複数のコイルを含む。
The
電子銃13は、電源13aと、カソード13bと、アノード13cと、フィラメント13dと、を有する。電源13aは、カソード13b及びアノード13cに電気的に接続されている。電子銃13は、カソード13bから放出された熱電子を、カソード13bとアノード13cとの間の電位差(加速電圧)によって加速する。加速電圧は、例えば60kVである。加速された熱電子は、溶融ビーム103を構成する。また、カソード13bは、熱電子放射材料(例えば、六ほう化ランタン(LaB6))により構成されている。カソード13bの直径は、例えば0.8ミリメートルである。なお、電子銃13は、必要に応じて、カソード13bとアノード13cとの間に配置されたグリッド電極13eを有してもよい。グリッド電極13eは、開口を有する。溶融ビーム103は、当該開口を通過して粉末材料101に照射される。また、電子銃13は、フィラメント13dの基端部に設けられた絶縁碍子13fを有する。
The
図2の(b)部に示すように、切断ビーム照射部4は、切断ビーム104(第2エネルギビーム)を発生させ、当該切断ビーム104を造形室2に提供する。この切断ビーム104は、溶融ビーム103の照射によって溶融しその後固化した部分を切断するものである。従って、切断ビーム104は、溶融ビーム103と用途が異なるので、その特性も異なる。切断ビーム104の電子ビーム径(例えば0.1mm)は、溶融ビーム103の電子ビーム径(例えば0.5mm以上1mm以下)よりも小さい。また、切断ビーム104のエネルギ密度は、溶融ビーム103のエネルギ密度よりも大きい。例えば、切断ビーム104は、高電圧加速ビームであると言える。
As shown in part (b) of FIG. 2 , the cutting
切断ビーム照射部4は、筐体12と、電子銃18と、真空ポンプ14と、真空ポンプ16と、を有する。電子銃18は、電源18aと、カソード18bと、アノード18cと、フィラメント18dと、を有する。電源18aは、加速電圧として、例えば80kV以上200kV以下の電圧を電子銃18に提供する。つまり、電源18aの出力電圧の絶対値(80kV以上200kV以下)は、電源13aの出力電圧の絶対値(60kV)よりも大きい。カソード18bは、カソード13bと同様に熱電子放射材料(LaB6)により構成されている。しかし、カソード18bの形状はカソード13bと異なっている。例えば、カソード18bの直径(例えば0.5mm以下)は、カソード13bの直径(0.8mm)よりも小さい。換言すると、カソード18bは、カソード13bよりも細い。あるいは、カソード18bは、先端部に向かって先細りとなる形状を有する。換言すると、カソード18bの先端部(下端部)の外径は、カソード13bの先端部(下端部)の外径よりも小さい。カソード先端部の外径を小さくすることにより、ビームのスポット径を絞ることができる。
The cutting
また、第2差動排気室12cに配置されるコイルユニット19もコイルユニット17とは異なっている。切断ビーム104は、溶融ビーム103より強いので、コイルユニット19もそれに応じてより強いビーム整形能力を有する。コイルユニット19のコイルの巻数は、コイルユニット17の巻数よりも多くしてもよい。コイルユニット19の外径は、コイルユニット17の外径よりも大きくしてもよい。なお、電子銃18は、必要に応じて、カソード18bとアノード18cとの間に配置されたグリッド電極18eを有してもよい。グリッド電極18eは、開口を有する。切断ビーム104は、当該開口を通過して造形室2に提供される。切断ビーム照射部4におけるグリッド電極18eの開口の内径は、溶融ビーム照射部3におけるグリッド電極の13e開口の内径よりも、小さくしてもよい。また、電子銃18は、フィラメント18dの基端部に設けられた絶縁碍子18fを有する。切断ビーム照射部4の電子銃室12aの内径は、溶融ビーム照射部3の電子銃室12aの内径よりも、大きくしてもよい。切断ビーム照射部4における電子銃室12aの内側面と絶縁碍子18fとの間の距離(絶縁距離)は、溶融ビーム照射部3における当該距離よりも、大きくしてもよい。切断ビーム照射部4の電子銃18に発生する電圧が、溶融ビーム照射部3の電子銃13に発生する電圧よりも高いため、絶縁距離を大きくすることが望ましいためである。
Also, the
次に、図3を参照しつつ、溶融ビーム照射部3と切断ビーム照射部4の配置について説明する。図3は、溶融ビーム照射部3、切断ビーム照射部4及びテーブル6を示し、その他の構成要素の図示は省略している。
Next, the arrangement of the melting
図3に示すように、溶融ビーム照射部3は、溶融領域3S(第1照射領域)に溶融ビーム103を照射する。溶融領域3Sは、例えば円形であり、その直径はテーブル6の半径と等しいか、テーブル6の半径よりも大きい。そして、溶融領域3Sは、テーブル6の軸線A及び円周縁6aを含むように設定される。なお、溶融領域3Sは、軸線A及び円周縁6aを厳密に含んでいなくてもよく、溶融領域3Sの外縁がそれらの近傍に設定される構成でもよい。
As shown in FIG. 3, the melting
溶融ビーム照射部3は、このような溶融領域3Sを実現可能な位置に配置される。具体的には、溶融ビーム照射部3は、テーブル6の造形面6bから軸線Aに沿って離間して配置されている。そして、溶融ビーム照射部3は、照射軸3Aが軸線Aと円周縁6aの中間を通るように配置されている。溶融ビーム照射部3のビーム偏向角K3が照射軸3Aに対して等角であり、最大ビーム偏向角であるときに、溶融領域3Sの外周縁に達する。
The melting
切断ビーム照射部4は、切断領域4S(第2照射領域)に切断ビーム104を照射する。切断領域4Sは、円形であり、その直径はテーブル6の半径よりも小さい。例えば、切断領域4Sの面積は、溶融領域3Sの面積よりも小さいとも言えるし、切断領域4Sの直径は、溶融領域3Sの直径よりも小さいとも言える。なお、軸線Aのまわりにおける切断領域4Sの位置は、特に制限はない。図3に示すように、切断領域4Sは、溶融領域3Sと重複してもよい。また、溶融領域3Sに対して所定角度(例えば180度)だけ離間してもよい。
The
切断ビーム照射部4は、このような切断領域4Sを実現可能な位置に配置される。具体的には、切断ビーム照射部4は、テーブル6の造形面6bから軸線Aに沿って離間して配置されている。そして、切断ビーム照射部4は、テーブル6の径方向(軸線Aと直交する方向)において、溶融ビーム照射部3よりも円周縁6a側に配置されている。換言すると、軸線Aから切断ビーム照射部4までの長さは、軸線Aから溶融ビーム照射部3までの長さよりも長い。そして、切断ビーム照射部4も溶融ビーム照射部3と同様にコイルユニット19によりビーム偏向角K4を所定の範囲で調整し得る。一方、切断ビーム104は、溶融ビーム103よりも強度が大きい。換言すると、切断ビーム104は、高電圧により加速されている。従って、切断ビーム照射部4の最大偏向角は、溶融ビーム照射部3の最大偏向角よりも小さい。
The cutting
以下、三次元造形装置1の動作について説明する。
The operation of the three-
図4の(a)部に示すように、テーブル6の造形面6b上に粉末材料101を敷き均す。次に、図4の(b)部に示すように、溶融ビーム照射部3から溶融ビーム103を粉末材料101に照射する。溶融ビーム照射部3は、照射ラインLに沿って溶融ビーム103の照射位置を往復移動させる。照射ラインLは、テーブル6の径方向に平行としてよい。このとき、テーブル6は反時計方向に回転している。その結果、粉末材料101において、照射ラインLを半径とする円柱状の領域が溶融及び固化する。粉末材料101の敷き均しと溶融ビーム103の照射とを所定の回数繰り返す。この繰り返しにより、円柱状の中間造形物102A(第1造形物)が得られる。
As shown in part (a) of FIG. 4, the
ここで、溶融ビーム103は、粉末材料101の溶融に適した特性を有する。具体的には、溶融ビーム103は、中間造形物102Aとなる部分の全てに照射する必要がある。この理由により、大面積である溶融領域に効率よく溶融ビーム103を照射するために、溶融ビーム103は、比較的大きい電子ビーム径(例えば直径0.5mm以上1mm以下)とされている。溶融ビーム103が照射されると、照射位置の近傍にも溶融ビーム103の影響(例えば熱)が及ぶ。その影響を予測してコントロールすることは難しい。その結果、中間造形物102Aの外周面C1(図4の(c)部参照)の表面粗さは比較的大きくなり易い。
Here, the
次に、切断ビーム照射部4から切断ビーム104を照射する(図4の(c)部参照)。例えば、切断ビーム照射部4は、照射軸線A4の方向に切断ビーム104を照射する。そうすると、切断ビーム104は、表面Tに対して直交に入射する。その結果、表面Tに対して直交する外周面C2が形成される。切断ビーム104は、溶融ビーム103より電子ビーム径が小さい(例えば、1/10以上1/5以下)である。このように細い電子ビーム径を有する切断ビーム104によれば、中間造形物102Aの外周面C1よりも平滑な最終造形物102Bの外周面C2を形成できる。
Next, a
実施形態で言う「平滑な」や「表面粗さの低減」などの文言は、中間造形物102Aの表面と最終造形物102Bの表面との関係において成り立つ。例えば、「平滑な」とは、中間造形物102Aの表面と比較して、最終造形物102Bの表面の凹凸が少ない状態をいう。また、「表面粗さの低減」とは、中間造形物102Aの表面粗さよりも、最終造形物102Bの表面粗さが小さくなっていることを言う。
Words such as "smooth" and "reduced surface roughness" in the embodiments are established in relation to the surface of the
三次元造形装置1によれば、粉末材料101は、溶融ビーム103が照射されることによって溶融した後に固化する。この粉末材料101の固化によって中間造形物102Aが形成される。そして、当該中間造形物102Aに対して切断ビーム104が照射されることによって、中間造形物102Aから最終造形物102Bが切り出される。エネルギビームの電子ビーム径は、造形時間に影響を及ぼす。切断ビーム104は、溶融ビーム103よりも電子ビーム径が小さい。つまり、溶融ビーム103は、切断ビーム104よりも電子ビーム径が大きい。その結果、溶融ビーム103を用いて粉末材料101を溶融及び固化させることにより、中間造形物102Aを短時間で形成できる。また、エネルギビームの電子ビーム径は、造形物の表面粗さに影響を及ぼす。そうすると、切断ビーム104を用いて中間造形物102Aを加工することにより、中間造形物102Aよりも表面粗さが小さい最終造形物102Bを形成できる。従って、溶融ビーム照射部3及び切断ビーム照射部4によれば、造形時間を短縮化し、且つ、最終造形物102Bの表面粗さを低減できる。
According to the three-
三次元造形装置1は、粉末材料101が敷き均されると共に軸線Aのまわりに回転するテーブル6をさらに備える。溶融ビーム照射部3及び切断ビーム照射部4は、軸線Aの方向に沿ってテーブル6から離間して配置される。切断ビーム照射部4は、溶融ビーム照射部3よりも軸線Aから遠い位置に配置される。この構成によれば、テーブル6によって中間造形物102Aが回転されながら、当該中間造形物102Aに切断ビーム104が照射される。切断ビーム照射部4は、溶融ビーム照射部3よりも軸線Aからの位置が遠い。従って、切断ビーム104の照射によって、中間造形物102Aの外周面C1を形成することができる。その結果、表面粗さが低減された外周面C2を有する最終造形物102Bを得ることができる。
The three-
本発明に係る三次元造形装置は、上記実施形態に限られない。 The three-dimensional modeling apparatus according to the present invention is not limited to the above embodiments.
[変形例1]
図5に示すように、変形例1に係る三次元造形装置1Aは、溶融ビーム照射部3と、切断ビーム照射部4と、切断ビーム照射部5(第3ビーム照射部)と、を備えてもよい。切断ビーム照射部5は、切断ビーム照射部4と同様の構成を備える。切断ビーム照射部5は、切断ビーム105(第3エネルギビーム)を切断領域5S(第3照射領域)に照射する。切断ビーム照射部5は、軸線Aと溶融ビーム照射部3との間に配置されている。換言すると、軸線Aから円周縁6aに向かう方向に沿って、切断ビーム照射部5、溶融ビーム照射部3、切断ビーム照射部4の順に配置されている。また、切断ビーム照射部4の切断領域4Sは、切断ビーム照射部5の切断領域5Sと接する、或いは一部が重複していてもよい。このような三次元造形装置1Aによれば、最終造形物102Bの外周面C2に加えて、切断ビーム照射部5によって最終造形物102Bの内周面の表面粗さも低減することができる。
[Modification 1]
As shown in FIG. 5, a three-
なお、変形例1では、切断ビーム照射部5を最終造形物102Bの内周面の仕上げに用いた。たとえば、最終造形物が小径の場合には、切断ビーム照射部5を最終造形物の外周面の仕上げに用いてもよい。つまり、切断ビーム照射部4、5は、最終造形物の大きさ又は形状等に応じて、内周面の仕上げ又は外周面の仕上げのいずれにも用いてよい。
In
[変形例2]
図6に示すように、変形例2に係る三次元造形装置1Bは、溶融ビーム照射部3Bと、8個の切断ビーム照射部4Bと、を備えてもよい。三次元造形装置1Bのテーブル6B(固定テーブル)は、テーブル6のように回転しない。つまり、テーブル6Bは、軸線Aのまわりに固定されている。溶融ビーム照射部3Bは、軸線A上に配置されている。この溶融ビーム照射部3Bの溶融領域3BSは、テーブル6Bの造形面6bの略全域を覆う。切断ビーム照射部4Bは、軸線Aを中心とする仮想円上において、45度の間隔をもって等間隔に配置されている。この配置は、互いに隣り合う切断領域4BSの一部が重複するように設定される。変形例2の場合には、テーブル6Bが回転しないので、切断領域4BSは、溶融領域3BSと重複するように設定される。このような三次元造形装置1Bによれば、テーブル6Bの回転を要することなく、最終造形物102Bの表面粗さを低減することができる。
[Modification 2]
As shown in FIG. 6, a three-
なお、図6の形態において、切断ビーム照射部4Bは、造形物の外周面側に切断ビームを照射するものであってもよいし、造形物の内周面側に切断ビームを照射するものであってもよい。また、切断ビーム照射部4Bは、造形物の外周面側と内周面側の両方に切断ビームを照射可能なものであってもよい。また、造形物の外周面側に切断ビームを照射する複数の切断ビーム照射部4Bと、造形物の内周面側に切断ビームを照射する複数の切断ビーム照射部4Bと、を備えてもよい。すなわち、切断ビーム照射部4Bによって造形物の表面粗さを低減する対象となる部位は、最終造形物の外周面側、内周面側のいずれか一方であってもよいし、両方であってもよい。
In the embodiment shown in FIG. 6, the cutting
[変形例3、4]
実施形態において切断ビーム照射部4は、切断ビーム104を照射軸線A4に沿って照射していた。切断ビーム104の照射態様は、最終造形物102Bの外周面C2の形状に応じて適宜態様を変更してよい。例えば、図7の(a)部に示すように、最終造形物102Bの外周面C2がテーパ状であるとする。この場合、切断ビーム照射部4Cの照射軸線A4が粉末材料101の表面101T(或いはテーブル6の造形面6b)に対して、斜めに交差するように配置してもよい(変形例3)。この構成によれば、斜めに配置した切断ビーム照射部4Cからその照射軸線A4に沿って切断ビーム104を照射することにより、テーパ状の外周面C2を形成することができる。また、図7の(b)部に示すように、切断ビーム照射部4の照射軸線A4が粉末材料101の表面101T(或いはテーブル6の造形面6b)に対して、直交するように配置してもよい(変形例4)。この構成によれば、切断ビーム照射部4からその照射軸線A4に対して偏向した切断ビーム104aを照射することにより、テーパ状の外周面C2を形成することができる。
[
In the embodiment, the cutting
なお、変形例3、4では、切断ビーム照射部4の照射態様に関する変形例を示した。このような照射態様の変更は、切断ビーム照射部5に適用してもよい。つまり、切断ビーム照射部5(第3ビーム照射部)の照射態様を、最終造形物102Bの内周面の形状に応じて適宜態様を変更してもよい。例えば切断ビーム照射部5の照射軸線が粉末材料101の表面101T(或いはテーブル6の造形面6b)に対して、斜めに交差するように配置してもよい。
また、上記実施形態の三次元造形装置1は、第1ビーム照射部である溶融ビーム照射部3と、第1ビーム照射部よりも軸線Aから遠い位置に配置された第2ビーム照射部である切断ビーム照射部4と、を備えていた。さらに、上記変形例1の三次元造形装置1Aは、第1ビーム照射部である溶融ビーム照射部3と、第1ビーム照射部よりも軸線Aから遠い位置に配置された第2ビーム照射部である切断ビーム照射部4と、第1ビーム照射部よりも軸線Aから近い位置に配置された第3ビーム照射部である切断ビーム照射部5と、を備えていた。例えば、三次元造形装置は、第1ビーム照射部である溶融ビーム照射部と、第1ビーム照射部よりも軸線Aから近い位置に配置された第2ビーム照射部である切断ビーム照射部と、を備えてもよい。換言すると三次元造形装置は、図5に示す三次元造形装置1Aから、切断ビーム照射部4を省略した構成としてもよい。この構成を有する三次元造形装置は、最終造形物の内周面の仕上げることができる。さらに、三次元造形装置は、小径の最終造形物の外周面の仕上げることもできる。
Further, the three-
1,1A,1B 三次元造形装置
2 造形室
3,3B 溶融ビーム照射部(第1ビーム照射部)
3A 照射軸
3S 溶融領域(第1照射領域)
4,4B,4C 切断ビーム照射部(第2ビーム照射部)
4S 切断領域(第2照射領域)
5 切断ビーム照射部(第3ビーム照射部)
5S 切断領域(第3照射領域)
6 テーブル(回転テーブル)
6B テーブル(固定テーブル)
6a 円周縁
6b 造形面
7 昇降装置
8 粉末供給装置
9 造形ポンプ
10 造形筐体
12 筐体
12a 電子銃室
12b 第1差動排気室
12c 第2差動排気室
13,18 電子銃
13a,18a 電源
13b,18b カソード
13c,18c アノード
13d,18d フィラメント
14,16 真空ポンプ
17,19 コイルユニット
101 粉末材料
102A 中間造形物(第1造形物)
102B 最終造形物(第2造形物)
103 溶融ビーム(第1エネルギビーム)
104,104a 切断ビーム(第2エネルギビーム)
105 切断ビーム(第3エネルギビーム)
101T 表面
102A 中間造形物
A 軸線
A4 照射軸線
C1 中間造形物の外周面
C2 最終造形物の外周面
L 照射ライン
T 表面
1, 1A, 1B Three-
4, 4B, 4C cutting beam irradiation unit (second beam irradiation unit)
4S cutting area (second irradiation area)
5 Cutting beam irradiation unit (third beam irradiation unit)
5S cutting area (third irradiation area)
6 table (rotary table)
6B table (fixed table)
102B final model (second model)
103 melting beam (first energy beam)
104, 104a cutting beam (second energy beam)
105 cutting beam (third energy beam)
Claims (5)
第2照射領域に含まれる前記第1造形物に第2エネルギビームを照射し、前記第2エネルギビームの照射によって前記第1造形物から切り出された第2造形物を得る第2ビーム照射部と、を備え、
前記第2エネルギビームの電子ビーム径は、前記第1エネルギビームの電子ビーム径よりも小さく、
前記第1ビーム照射部は、前記粉末材料への前記第1エネルギビームの照射を繰り返すことにより、複数の層を含む前記第1造形物を得るものであり、
前記第2ビーム照射部は、前記第1造形物に前記第2エネルギビームを照射して前記複数の層のうち少なくとも2層以上の層をまとめて切断することにより、前記第1造形物から前記第2造形物を得るものである、三次元造形装置。 a first beam irradiation unit for irradiating the powder material spread evenly in the first irradiation area with a first energy beam to obtain a first modeled object in which the powder material is solidified by the irradiation of the first energy beam;
a second beam irradiation unit that irradiates the first modeled object included in the second irradiation area with a second energy beam, and obtains a second modeled object that is cut out from the first modeled object by the irradiation of the second energy beam; , and
The electron beam diameter of the second energy beam is smaller than the electron beam diameter of the first energy beam,
The first beam irradiation unit obtains the first shaped object including a plurality of layers by repeatedly irradiating the powder material with the first energy beam,
The second beam irradiating section irradiates the first shaped object with the second energy beam to collectively cut at least two or more layers among the plurality of layers, thereby removing the first shaped object from the first shaped object. A three-dimensional modeling apparatus that obtains a second modeled object .
前記第1ビーム照射部及び前記第2ビーム照射部は、前記軸線の方向に沿って前記回転テーブルから離間して配置され、
前記第2ビーム照射部は、前記第1ビーム照射部よりも前記軸線から遠い位置に配置される、請求項1に記載の三次元造形装置。 further comprising a rotary table on which the powder material is spread and rotated around an axis;
The first beam irradiation unit and the second beam irradiation unit are arranged apart from the rotary table along the direction of the axis,
The three-dimensional modeling apparatus according to claim 1, wherein the second beam irradiation unit is arranged at a position farther from the axis line than the first beam irradiation unit.
第3照射領域に含まれる前記第1造形物に第3エネルギビームを照射する第3ビーム照射部をさらに備え、
前記第3ビーム照射部は、前記軸線の方向に沿って前記回転テーブルから離間して配置されると共に前記第1ビーム照射部よりも前記軸線から近い位置に配置され、
前記第3エネルギビームの電子ビーム径は、前記第1エネルギビームの電子ビーム径よりも小さい、請求項1又は2に記載の三次元造形装置。 further comprising a rotary table on which the powder material is spread and rotated around an axis;
further comprising a third beam irradiation unit that irradiates a third energy beam to the first modeled object included in the third irradiation area;
the third beam irradiation unit is arranged apart from the rotary table along the direction of the axis and is arranged at a position closer to the axis than the first beam irradiation unit;
3. The three-dimensional modeling apparatus according to claim 1, wherein an electron beam diameter of said third energy beam is smaller than an electron beam diameter of said first energy beam.
前記第1ビーム照射部及び前記第2ビーム照射部は、前記軸線の方向に沿って前記固定テーブルから離間して配置され、
前記第2ビーム照射部は、前記第1ビーム照射部よりも前記軸線から遠い位置において、複数配置される、請求項1に記載の三次元造形装置。 further comprising a fixed table on which the powder material is spread and fixed around an axis;
The first beam irradiation unit and the second beam irradiation unit are arranged apart from the fixed table along the direction of the axis,
The three-dimensional modeling apparatus according to claim 1, wherein a plurality of said second beam irradiation units are arranged at positions farther from said axis line than said first beam irradiation units.
前記第1ビーム照射部及び前記第2ビーム照射部は、前記軸線の方向に沿って前記回転テーブルから離間して配置され、
前記第2ビーム照射部は、前記第1ビーム照射部よりも前記軸線から近い位置に配置される、請求項1に記載の三次元造形装置。 further comprising a rotary table on which the powder material is spread and rotated around an axis;
The first beam irradiation unit and the second beam irradiation unit are arranged apart from the rotary table along the direction of the axis,
The three-dimensional modeling apparatus according to claim 1, wherein the second beam irradiation section is arranged closer to the axis than the first beam irradiation section.
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