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JP2002527613A - ３次元部品製造装置、特にレーザー焼結装置 - Google Patents

３次元部品製造装置、特にレーザー焼結装置

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JP2002527613A
JP2002527613A JP2000575679A JP2000575679A JP2002527613A JP 2002527613 A JP2002527613 A JP 2002527613A JP 2000575679 A JP2000575679 A JP 2000575679A JP 2000575679 A JP2000575679 A JP 2000575679A JP 2002527613 A JP2002527613 A JP 2002527613A
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Abstract

(57)【要約】 本発明は、焼結用レーザーの出射光学系（走査機）が配置され、その下には高さ調節可能な工作台が設けられた装置筐体内に焼結物作業空間を有する３次元部品の製造装置、特にレーザー焼結装置であって、工作台上方の処理加工領域内の容器から粉末状の焼結材料を供給する塗工装置を有する材料供給手段と、作業空間内に挿入可能な仕切り枠を形成する交換式コンテナと、を備え、前記工作台が前記交換式コンテナとコンテナ底部として一体化されており、支持装置が前記交換式コンテナに係合し、レーザー焼結装置の動作時に、この支持装置上に前記工作台が載置される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、３次元部品製造装置、特にレーザー焼結装置に関する。具体的には
、請求項１のプリアンブル部分に記載の特徴が加わった合成材料用のレーザー焼
結装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
周知のレーザー焼結装置は、内部に焼結物作業空間または焼結物処理加工空間
が設けられ多装置筐体を備える。この作業空間の上側の領域には、焼結用レーザ
ーの出射光学系が走査機の形で配置されている。この走査機は、レーザー光線を
偏向させて焼結材料（熱可塑性粉末）の焼結に必要なエネルギを提供するための
光学系を構成するものである。光学系の下には高さ調節可能な工作台があり、そ
の上には、工作台の処理加工領域で容器から粉末状の焼結材料を供給するように
設計されて塗工装置を含む材料供給手段が設けられている。
【０００３】 従来技術におけるレーザー焼結装置では、高さ調節可能な工作台の内部領域で
、複数の層を順次固化して部品を作製している。しかしながら、光線が照射され
ず未焼結のまま残った熱可塑性粉末が工作台から落ちるのを防止するために、工
作台の区切りとして機能するリムを同時に架台の周囲に実質的に作製すなわち焼
結している。
【０００４】 この方法には、さまざまな面で問題がある。
【０００５】 工作台上でリムを作製するには露光時間をさらに長くする必要があり、また、
他には使用されることのなさそうな熱可塑性粉末が別途必要になる。
【０００６】 これ以外にも、個別の問題として、何らかの作製ミスがある場合は強度の十分
な区切り用箱形構造物が得られないため、遅くとも高さ調節可能な架台から部品
を引き離す際、時にはこれよりも早いタイミングですらも、変形が生じて結果と
して不良品を生みかねない。
【０００７】 さらに、工作台をレーザー焼結装置から後退させる際に、リムの破片や損傷部
分が原因で若干の粉末がレーザー焼結装置の下側の領域に落ち、この部分が汚れ
てしまう。このため、レーザー焼結装置を停止させて保守点検を行う期間が余分
に必要になる。
【０００８】 上記のあらゆる欠点より重大な問題として、実際の製造工程終了後も焼結した
部品ならびに区切りを一定の時間レーザー焼結装置内に残しておかなければなら
ないということがあげられる。これは、取り出し時に部品とエッジが変形しない
ようにある程度まで冷却して硬化させるためであるが、経験則から言うと、作製
時間が２０時間であれば作製後のリムと部品の冷却にもほぼ２０時間必要になる
。このため、従来技術のレーザー焼結装置ではダウンタイムが比較的長い。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、必要なエネルギと材料の量を削減でき、２つの作製行程間の
ダウンタイムを大幅に短縮できるように、請求項１のプリアンブルに記載の特色
を有する３次元部品製造装置、特にレーザー焼結装置を得ることにある。
【００１０】 上記の目的は、請求項１の特徴項に記載の内容によって達成される。従属請求
項は好ましい別の実施形態に相当する。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の中心となる態様によれば、仕切り枠を形成する交換式コンテナが前記
焼結物作業空間に挿入され、前記工作台が底部として前記交換式コンテナに統合
され、支持装置が前記交換式コンテナ内に設けられ、レーザー焼結装置の稼働時
には前記工作台がこの上に保持される。
【００１２】 このため、前記焼結物作業空間に挿入可能な新規な交換式コンテナは、実質的
に２つの構成要素で構成されている。１つは仕切り枠を形成するシャフト状の外
側部分であり、もう１つはこのシャフト状の部分に高さの調節が可能な形で統合
された通常の工作台である。
【００１３】 １層ずつ、すなわち層を重ねて厚みを順次増して部品を作製する場合、仕切り
枠内のコンテナ底部を徐々に下げ、工作台よりも上の領域に、従来の方法で塗工
装置によって粉末状の焼結材料を繰り返し充填する。
【００１４】 しかしながら、周囲のリムまで作製する必要がないという利点がある。丈夫な
交換式コンテナ内に位置する実際の工作物のみを焼結すれば十分であり、未焼結
の焼結材料はその中に堆積して変形しないように保護される。
【００１５】 部品の最終層を焼結後はすぐに、支持装置によって工作台を低い位置まで下げ
ることができる。また、交換式コンテナと工作台の壁面間で整列して設けられた
孔に挿入可能なスライディングプラグなどの係止要素によって、コンテナ底部を
コンテナ側壁にしっかりと連結する。次に、この連結部分を支持装置から離し、
作業空間から持ち上げて後退させることができる。これは、高温状態のまま問題
なく行うことができる。コンテナとその中に収容された部品、焼結材料の冷却は
、焼結装置の外で行われる。
【００１６】 交換式コンテナの抜去直後に、新しい交換式コンテナを挿入することができる
。この場合、新しい交換式コンテナの底部を支持装置に連結した後、コンテナと
側壁との係止を解除する。約１５〜２０分の交換時間で焼結装置は次の焼結作業
のために再度待機状態となる。
【００１７】 したがって、本発明にはこのような焼結装置での作業に対する有利な効果がい
くつかある。まず、周囲での作製ミスが原因で実際の部品が不良品になることは
ない。また、部品とその周囲にある材料の冷却時間が焼結装置とは切り離される
。
【００１８】 この焼結装置では極めて短時間で次の作業の準備ができる。さらに、焼結材料
とエネルギの両方が節約される。
【００１９】 有利なことに、交換式コンテナは上から見ると断面が実質的に正方形または長
方形であり、実質的に互いに直角に配置された４枚の側壁を有する。これらの側
壁内で、工作台が高さ調節可能な状態で案内される。
【００２０】 基本的に、支持装置を下からコンテナ側壁のシャフトに係合させることができ
、あるいは一体型の部品として交換式コンテナと統合することもできる。装置に
しっかりと装着された支持装置を使用する際の安定性を得るために、機械方向す
なわち下から上に延在する係合凹部を交換式コンテナのコンテナ後壁に設け、こ
の溝を介して、作業空間の後壁部分で高さを調節可能な支持装置が実質的に水平
方向に延在している支持アームと係合できると好ましい。工作台よりも上の領域
で係合凹部を粉末から保護するように覆うための手段が設けられている。
【００２１】 工作台を支持するための支持装置が、交換式コンテナの一側壁を介して複数の
支持アームによって交換式コンテナの内部と係合する上記の課題解決方式は、１
本の支持アームが交換式コンテナと係合して工作台を下から支持する方式よりも
有利である。交換式コンテナの下で支持装置のために確保しておくべき空間を節
約し、大きめの部品を作製するための作業空間として利用できるためである。し
かしながら、複数の支持アームまたは１本の支持アームが交換式コンテナの壁面
と横方向に係合する方式では、粉末が落ちてこないようにするために、支持アー
ム用の係合凹部を常に工作台の上で封止しておく必要がある。
【００２２】 有利なことに、本発明の第１の実施形態では、交換式コンテナの上縁に固定さ
れ、工作台が下がったときにコンテナ壁の内側に保持されて係合凹部を覆うよう
になるローラーシャッター状の封止装置によって達成される。
【００２３】 焼結粉末に対する十分な保護性を確保するために、スチール製のローラーシャ
ッターと協動する保持用磁石要素が設けられている。この保持用磁石要素によっ
て、極めて少量の粉末ですら装置の下側部分に入らないような状態で、スチール
製のローラーシャッターがコンテナ後壁の内側に密着固定される。
【００２４】 本発明の第２の実施形態では、交換式コンテナは、長手方向に延在する後壁に
溝形の中央凹部を備え、工作台を支持するための支持アームが前記凹部に係合す
る。この係合凹部を工作台よりも上の領域で封止するために、後壁の上縁と、こ
の上縁と実質的に対角線上で向かい合う領域内で交換式コンテナの底部とにおい
てそれぞれ、スチール製ローラーシャッターの代わりにテープ（好ましくはスチ
ール製）締め付けて設ける。スチールテープは係合凹部に沿って工作台の底側で
案内され、案内用円筒を介して引っ張られる。2つの締付部分の間にあるスチー
ルテープの長さは一定であり、工作台の底側に沿って案内されるがゆえに、テー
プは工作台よりも上で常に正しい長さで係合凹部に押圧される。スチール製ロー
ラーシャッターを用いる実施形態と比べると、テープを用いる実施形態の方が有
利である。テープの方が安価であって、摩耗または破損した場合に簡単に交換で
きるためである。このテープにはほとんど力がかからない。しかしながら、上述
したローラーシャッターは巻き取り用に強いばねを有している。それにもかかわ
らず、テープでは、下側の位置に工作台を係止する必要がない。工作台を安定さ
せるには封止の摩擦だけで十分である。
【００２５】 コンテナの上側部分には、移動行程を手作業での数ステップに制限するために
、保持用要素またはフック要素が設けられている。交換式コンテナを引き出しの
ように処理加工空間内に挿入することができれば特に有利である。処理加工空間
側壁と交換式コンテナはその上端に支持鋼材などで装着され、処理加工空間から
横方向に延在して離れ、ガイドの上に載置されている。
【００２６】 別の実施形態では、横方向に突出して交換式コンテナに設けられた支持鋼材が
、処理加工空間の横方向の壁の領域内でガイドの上にあるわけではなく下から固
定され、処理加工空間内にて作業用プレートの位置に設けられた締付装置によっ
て作業用プレートに対して持ち上げられて押圧される。この締付装置は処理加工
空間内の作業用プレートに設けられ、水平方向に延在し、交換可能なコンテナの
輪郭に対応する凹部を有する。
【００２７】 好ましくは、支持アームは工作台との間の着脱を極めて容易にする結合装置を
有する。
【００２８】 好ましくは、ホイストがさらに設けられ、このホイストが交換式コンテナが移
動される作業空間内に、またはこの作業空間に隣接して駆動可能なものである。
【００２９】 従来技術のレーザー焼結装置では、作業空間全体を加熱する。この種の作業空
間加熱は比較的時間がかかりエネルギ強度が高いものである。交換式コンテナ、
交換式コンテナの底部または側壁に一体に形成された加熱装置を用いることで、
加熱をレーザー焼結プロセスの熱要件に適宜合わせることが可能になる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
図面を参照すると、レーザー焼結装置１は、内部に作業空間３が設けられた装
置筐体２を有する。作業空間３の上側の領域４には、焼結用レーザー６の走査機
５が配置されている。この走査機は、レーザー光線７を偏向させ、これを工作台
８またはその上で成形された焼結材料９に集中させるためのものである。焼結材
料は、塗工装置１０によって工作台８上に１層ずつ順次供給される。焼結材料９
は容器（図示せず）から塗工装置１０に供給される。
【００３１】 作業空間３の下側の領域１１には、交換式コンテナ１２が挿入される。このコ
ンテナは、側壁１４と工作台８とで構成されており、工作台８は、側壁１４内す
なわち側壁で形成されたシャフト内で上下方向に変位可能である。
【００３２】 工作台８の高さを調節できるようにするために、支持装置２０が設けられてい
る。レーザー焼結装置が動作している間、工作台８は支持装置上にあり、そこに
載置される。
【００３３】 図１に示す実施形態を参照すると、工作台は交換式コンテナ内で最上方位置に
ある。
【００３４】 交換式コンテナ１２の実施形態の詳細図を示す図４の実施形態を参照し、工作
台８は下方後退位置で側壁１４に係留されている。この状態では、交換式コンテ
ナ１２は工作台８をその底板として係留した状態で、作業空間３から引き出すこ
とが可能である。交換式コンテナ１２の側壁１４を工作台８に係留するために、
側壁１４に整列して設けられた孔と交換式コンテナ１２とに挿入可能な摺動プラ
グ２５が設けられている。このように、交換式コンテナ１２は、支持装置２０か
ら取り外し持ち上げ可能な一体型のユニットを形成する。
【００３５】 図１、図３および図４に示す実施形態を参照すると、支持装置は、装置筐体の
後壁のある領域で案内装置３１に配置された複数の支持アーム３０からなるもの
である。支持アーム３０上には、ねじ要素３２によって工作台８が着脱自在に装
着されている。工作台８が図３に示すような交換式コンテナ１２の上位置または
中間位置にある場合、支持アーム３０は、後ろの側壁１４’に垂直方向に形成さ
れた係合凹部３３を介して係合される。
【００３６】 別の形として、図２に示すように、支持装置４０を交換式コンテナ１２よりも
下側の位置で固定して一体化し、たとえばスピンドルドライブ４２を用いて連続
上下動が可能なハサミタイプのジャッキ４１を形成することも可能である。さら
に別の実施形態では、支持装置４０は、交換式コンテナの下から内部まで達し、
支持装置を上下させるための直線状ガイド、好ましくは入れ子式の直線状ガイド
が設けられる。
【００３７】 この場合、支持装置の構成要素はいずれも後ろの側壁１４’の内部まで達する
必要がないため、後ろの側壁１４’に係合凹部３３を形成せずに交換式コンテナ
１２を構成することが可能である。
【００３８】 次に、図１、図３および図４を再度参照する。
【００３９】 工作台８よりも上の領域で係合凹部３３を粉末から保護するように覆うために
、ローラーシャッター３４が設けられている。シャッターの上端３５は、後ろの
側壁１４’の上縁３６に装着されている。ローラーシャッター３４は、スチール
製ローラーシャッターであり、磁化可能な材料で構成される。係合凹部３３に加
えて、ローラーシャッター３４を側壁１４’の内側に焼結粉末から保護するよう
に引きつける磁石要素３７も設けられている。
【００４０】 工作台８は、互いに間隔をあけて平行に配置された２枚の底部材によって形成
されている。上側の底部材が工作物保持面をなし、下側の底部材またはこれに相
当する底部要素が支持装置の上に載置される。２枚の底部材の間には、ローラー
シャッター３４用の偏向プーリー６０と、ばね荷重式巻取装置６１が備えられて
いる。
【００４１】 交換式コンテナの側壁１４の内側１５と工作台８の外側の縁との間には、粉末
封止要素が作用している。この要素は、外側の寸法がコンテナ壁の内側の寸法に
合うように作られたシリコーン板（図示せず）で形成されている。
【００４２】 交換式コンテナ１２は、装置筐体２のガイド７０に引き出しのように挿入する
ことが可能なものであり、さらに、交換式コンテナ１２の上縁から横方向に突出
して装置筐体２のガイド７０上にある支持鋼材７１を含む。
【００４３】 交換式コンテナ１１２のさらに他の実施形態を図５および図７に示す。交換式
コンテナ１１２は、断面が正方形で有ることが好ましいが、必ずしもそうでなけ
ればならないわけではない。このコンテナは、４枚の側壁１１４ａ、１１４ｂ、
１１４ｃおよび１１４ｄを備え、これらの側壁がシャフトを形成している。この
シャフトの中に、図７に示すように工作台１０８が高さ調節可能な状態で配設さ
れる。交換式コンテナ１１２が装置内に挿入されているときに作業空間への挿入
開口と対向している前側の側壁１１４ａの部分において、２本の取っ手１１６が
交換式コンテナ１１２に備えられている。この取っ手によって、交換式コンテナ
を引き出しのように装置に出し入れすることができる。前側の側壁１１４ａと隣
接した側壁１１４ｃおよび１１４ｄのそれぞれがある部分において、交換式コン
テナにはその上縁から一定の間隔をあけて横方向に突出した複数の支持レールま
たは支持鋼材１７１が備えられている。各支持鋼材１７１は、その中央下面に垂
直方向に突出して下向きにピン１７２が設けられている。このピンは丸い自由端
１７３を有する。また、支持鋼材の上側には２本のラグ１７４が設けられている
。前の側壁１１４ａと対向し、装置筐体の後壁と対向して作業空間を区切ってい
る後ろの側壁１１４ｂの部分では、支持装置の支持アームとの係合用に実質的に
中央部に溝形係合凹部１３３が、工作台１０８の長手方向すなわち機械方向に延
在して交換式コンテナ１１２に設けられている。係合凹部１３３は、装置筐体内
で昇降装置に横方向に設けられた支持アームを挿入できるように、交換式コンテ
ナの下側の縁まで延在している。
【００４４】 この実施形態では、交換式コンテナ１１２の側壁１１４ａ、１１４ｂ、１１４
ｃの内側と、工作台１０８の外縁との間に粉末封止要素（図示せず）が設けられ
ている。この要素は、封止効果を有するたとえば、ゴム、シリコーンおよび／ま
たはフェルトからなる、単一の層またはいくつかの層の組み合わせでなり、その
外側の寸法は、断面で交換式コンテナの内側の寸法に相当し、スチール製のらせ
んばねによって、あるいは必要があれば接触横材（ｃｏｎｔａｃｔ ｌｅｄｇｅ
）によって、工作台の底側に弾性的に連結されている。このような構成にするこ
とで、交換式コンテナの製造に関する公差が得られ、位置や配置の誤差を補償で
きる。
【００４５】 図７から明らかなように、作業空間３内に設けられた作業用プレート１１８は
、輪郭が交換式コンテナ１１２の断面に相当する形状の凹部１１９を備えている
。作業用プレート１１８の底側には、図６に別途示すような昇降／保持装置１２
１が設けられている。締付装置は、実質的に交換式コンテナの輪郭に対応する正
方形の枠を備える。この枠は、２つの対向して配置された枠部分１２２と、枠部
分同士を連結する連結支柱１２２’とを有する。枠は、凹部１１９に隣接する作
業用プレート１１８の底側に、たとえば、ねじ１２０などによって固定されてい
る。枠部分１２２には、第１の脚部１２３ａと、第１の脚部に枢支的に連結され
た第２の脚部１２３ｂとを有する１つのひざ形レバー１２３からなるひざ形レバ
ー系が設けられている。第１の脚部は、一方の端がジョイント１２５を介して枠
部分１２２の一方の端に枢支的に連結され、他方の端が第２の脚部１２３ｂに枢
軸的に連結されている。第２の脚部１２３ｂは、連結ロッド１２６を介して、第
２の脚部でジョイント１２７を介して枠部分１２２の他方の端に枢軸的にヒンジ
結合されている。２本のひざ形レバー１２３の第２の脚部１２３ｂの自由端は、
把持ロッド１２８を介して互いに連結され、昇降／保持装置を作動できるように
なっている。ひざ形レバーの第１の脚部１２３ａは、枠部分１２２と対向する上
側に、特別に作製したショルダー部１２９を備える。このショルダー部は、表現
が第１の脚部１２３ａの上側と平行に整列配置された第１のセクション１２９ａ
と、これに隣接し、ジョイント１２５に向かって下方向に傾斜した表面を有する
第２のセクション１２ｂと、これに隣接し、脚の表面と同じく平行に整列配置さ
れた表面を有する第３のセクション１２９ｃと、を備える。昇降／保持装置１２
１は、把持ロッド１２８が装置の交換式コンテナ挿入開口と対向するように、作
業空間３において作業用プレート１１８に固定されている。ショルダー部１２９
は、ピン１７２の自由端１７３が交換式コンテナ１１２の支持鋼材１７１におい
て被係止状態で第３のセクション１２９ｃ上にあるように第１の脚部１２３ａに
固定されている。また、作業用プレート１１８では、枠部分１２２と連結支柱１
２２’との内部に延在している溝に収容された外周シール１２２”によって、粉
末から保護した状態で枠が取付られている。
【００４６】 さらに、１２２および１２２’によって形成されている枠には、作業用プレー
ト１１８の開口１１９の方に向けて交換式コンテナを心合わせする機能がある。
上昇時、交換式コンテナは、スムーズかつ高信頼度で摺動して枠部分１２２とシ
ール１２２”とによって形成される連結部分にくるように、Ｌ型材１２２ａと支
持面１２２ｂとによってレール１２２ｃを介して一平面内で横方向に案内される
。この目的のために、Ｌ型材１２２ａと支持面１２２ｂはＰＴＦＥなどの滑りの
よい素材で作製されている。図５に示す一対のラグ１７４によって交換式コンテ
ナの垂直位置を定める。このラグは、支持鋼材１７１に対で設けられ、枠部分１
２２に形成された対応する凹部１２２ｄにそれぞれ収容されている。支持鋼材お
よびラグはいずれも、長期間にわたって完全な位置決めが保証されるように、硬
質の鋼材で作製されている。
【００４７】 ひざ形レバージョイントの動きを、停止片１２８ａによって一方向に制限（交
換式コンテナ係止状態）し、停止片１２８ｂによって他の一方向に制限する。
【００４８】 係合凹部１３３を工作台１０８よりも上の領域で封止するために、好ましくは
スチール製で幅が係合凹部１３３の幅よりも大きな平らなテープ２００の形で図
７に示す封止装置が設けられている。テープ２００は、係合凹部１３３よりも上
で、第１の締付点で交換式コンテナの後壁１１４ｂの上縁に締付ジョー２０１に
よってしっかりと締付られている。さらに、テープ２００は、第１の締付点（ク
ランプ点）と実質的に対角線上にある第２の締付点で締付（クランプ）ジョー２
０１によって交換式コンテナの前の側壁１１４ａの下端に締付られている。工作
台１０８の底側には、第１の半円筒部２０２および第２の半円筒部２０３が互い
に間隔をあけて設けられている。これらの半円筒部は、いずれも摺動路を成すも
ので、テープ２００を案内できる合成材料などの滑りのよい材料で作製されるこ
とが好ましい。第１の半円筒部２０２は、曲面部分が工作台１０８の底側から離
れる方を向くように配置されている。一方、第２の半円筒２０３は、工作台１０
８の底側で補助構造２０４の上に架台と平行に配置され、その曲面部分は工作台
１０８の底側に向いているすなわち、第１の半円筒部２０２とは逆方向に向いて
いる。このため、テープは引っ張られながら案内される。半円筒部の曲率半径は
、その上を案内されるテープ２００が曲がることなく、容易にその上を案内され
るように選択される。テープ２００は、その第１の締付点から係合凹部１３３を
介し、次いで第１の半円筒部２０２の曲面を通過し、さらに第２の半円筒部２０
３の曲面を通過して、そこからテープに対する第２の締付点に案内される。テー
プ２００の長さは一定であり、テープがしっかりと案内されるような寸法である
。さらに、工作台の圧力がゆえに、テープは係合凹部１３３と密着して封止状態
になる。第１の実施形態と同様に、係合凹部１３３に加えて磁石要素を設けても
よい。テープをスチールまたは他の磁性材料で作製する場合は、この磁石要素に
よって、テープは係合凹部１３３の端でさらにしっかりと保持される。スチール
テープ２００の長さは一定であるため、第１の実施形態でのスチール製ローラー
シャッターのような巻き取りは必要ない。
【００４９】 工作台１０８は、図９から図１４に示す支持アーム３００の結合装置と係合す
るためのホルダ２０５を底側に備えている。この目的のため、ホルダ２０５は、
その底側で正方形に配置されるとともに結合装置と係合するように設計された４
つのソケット２０６を有する。図８乃至図１１から明らかなように、動作時に工
作台１０８を支持している支持アーム３００は、装置筐体内で昇降装置に連結さ
れ、動作時には交換式コンテナの外に配置される装着部３０１を有する。装着部
３０１から、連結部３０２が直角に延在している。この連結部の寸法は、係合凹
部１３３内で容易に移動できるような寸法である。使用時、連結部３０２は係合
凹部１３３を横切って延在する。連結部３０２は支持アームの結合装置に連結さ
れている。結合装置は、一端で連結部３０４を介して互いに連結された２本の支
柱３０５を有する。この支柱は、工作台のホルダ２０５に連結されるべき支持板
３０６が枢支軸３０７を中心に枢軸的に装着される場所で中空になっている。そ
の上端では、支持板３０６は、たとえば、板ばね３０８ａ（図１４）を介して弾
性的に装着されているピン３０８の形での係合部を備える。この係合部は、ホル
ダ２０５のソケット２０６にカップリング状態で係合するように形成され、配置
されている。ピン３０８の先端の角度は、垂直方向の力による逆方向の動きを防
止できる程度に十分平坦なものである。このようにして係止動作が達成される。
ソケット２０６、ピン３０８および支持板３０６は、好ましくは硬質スチールな
どの硬質材料で作製される。
【００５０】 支持板３０６は、枢支機構を介して、支持板が垂直でピン３０８が使用されて
ソケット２０６と係合する図９および図１０に示す第１の位置から、支持板３０
６が互いに折り畳まれ、工作台１０８とは全く連結されていない図１０および１
１に示す第２の位置に旋回可能である。枢支機構は、２つのひざ形レバー３０９
からなるひざ形レバー系で構成される。このレバーは各々、一自由端で隣接する
支持板３０６にヒンジ結合された第１の脚部３０９ａと、自由端で第１の脚部３
０９ａの各々に枢軸的に連結され、両方のひざ形レバーについて同じように設け
られた第２の脚部３０９ｂとを有する。この脚部は、支柱３０５を連結している
交差支柱３１０に装着されている。また、第２の脚部３０９ｂの部分にはピボッ
トレバー３１１が配置されている。このピボットレバー３１１が作動されると、
これによってひざ形レバー系を作動することができる。この目的のため、ピボッ
トレバーは、交差支柱３１０に対して回転できるような状態で第２の脚部３０９
ｂに作用する。ピボットレバー３１１が旋回すると、ひざ形レバーは伸長した状
態から畳まれた状態になったりその逆の動作をしたりすることができる。これに
よって、支持板は垂直の状態から互いに畳まれた状態になったり、その逆の動作
をしたりすることができる。
【００５１】 使用時、まず最初に昇降／保持装置１２１を把持ロッド１２８が上側すなわち
作業用プレート１１８と向かい合った場所にある位置で空の作業空間３に配置す
る。次に、ひざ形レバーの脚部１２３ａ、１２３ｂの連結点が第１の下側位置に
くるようにする。脚部１２３ａ、１２３ｂの端を作業用プレート１１８の方に向
ける。続いて、横方向に突出する支持鋼材１７１が、図６および図７に示すひざ
形レバー１２３の第１の脚部１２３ａと枠部分１２２との間の位置にシフトする
ように、空の交換式コンテナ１１２を作業空間３内に導入する。このプロセスで
は、ピン１７２の自由端１７３がそれぞれの連結部の第２のセクション１２９ｂ
の上にくる。次に、図８ｂに示すような把持ロッド１２８を下向きに押圧し、交
換式コンテナが支持体１２２ｂに当たるようにする。交換式コンテナの心合わせ
運動によって、ピン１７２は、第３の表面１２９ｃ（図８ｃ）の上にくるまで第
２のセクション１２９ｂの傾斜した表面上を摺動する。このようにひざ形レバー
が第２の上位置にある間、第１の脚部１２３ａは水平方向に整列配置され、第２
の脚部１２３ｂは、把持ロッド１２８の端位置が支持体１２８ａによって定めら
れる状態で下方向を向いている。図８ｃに示されるように、昇降／保持装置の寸
法は、コンテナの重心がピン１７２による支持位置よりもほぼ低い位置にくるよ
うな寸法である。図８ｃに示す位置では、交換式コンテナは、枠部分１２２の支
持体に対して締付保持され、締付は実質的に第１の脚部１２３ａとそれぞれのピ
ンとの間の締付力のスポット相互作用によってなされる。
【００５２】 最初の時点では一番下の位置にある工作台１０８は、下から導入される前に支
持アーム４００と連結される。これによって、ピボットレバー３１１が図９およ
び図１０に示す位置まで移動し、ひざ形レバー３０９は伸長した位置になる。さ
らに、支持板３０６が枢支移動して垂直位置にくる。次に、図１３および図１４
に示されるように、ピン３０８がホルダ２０５のソケット２０６に押圧され、こ
れによって支持アームが連結される。位置決めは、部品３０６の上にあるソケッ
トによって垂直方向になされる。
【００５３】 この状態になったら、交換式コンテナ内での部品の作製を行うことができる。
この目的のため、高さ変位手段を作動させて支持アームに支持された工作台を最
も上昇した位置まで変位させる。粉末材料の層を堆積させ、部品に対応する位置
で焼結させる。次に、層の厚さに相当する距離だけ工作台を下げ、新しい粉末を
堆積させる。工作台を下げることで、同時に係合凹部１３３を介して落ちる粉末
がないような状態で係合凹部がスチールテープ２００によって封止される。スチ
ールテープが工作台１０８の底側で案内されることで、係合凹部の工作台よりも
上に位置する部分が常に覆われることになる。
【００５４】 部品の完成後、工作台を後退位置（工作台の最も低い位置）に移動させる。次
に、ピボットレバーを右に旋回移動させることによって、支持板３０６を図１２
に示す位置の方に旋回移動させて工作台をドライブから切り離す。このプロセス
によって、交換式コンテナを下げるための空間が垂直方向に十分な両で生成され
る。コンテナを下げるには、上述した昇降／保持装置を用いて図８ａ〜図８ｃに
示すステップを逆の順序で行う。これによって、交換式コンテナとその中で形成
された部品とが後退される。取っ手１１６を使用して、交換式コンテナを以後の
加工処理又は冷却用の位置に移動させる。別の実施形態では、ホイスト（図示せ
ず）によって交換式コンテナを取り出す。このホイストは、作業空間内または作
業空間の近くで駆動可能なものである。これは、非常に重い形成部品を含む交換
式コンテナを手で運ぶ必要がないという点で有利な形である。
【００５５】 支持装置は結合装置を有する特別な構成を有しているため、交換式コンテナを
降下させるに必要な空間をｚ軸を移動させて作るのではないものとすることが可
能である。このため、最大変位可能距離の空間をすべて部品の作製にあてること
ができる。
【００５６】 本発明は、レーザー焼結装置に限定されるものではなく、固化可能な材料から
工作台または作製架台上で１層ずつ部品を作製する高速プロトタイプ作製装置で
あれば、あらゆるタイプのものに応用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 交換式コンテナを有するレーザー焼結装置の概略断面側面図である。
【図２】 図１と同様であるが、交換式コンテナが異なる装置の断面図である。
【図３】 工作台が上側の位置にある場合の図１に示す交換式コンテナの詳細断面図であ
る。
【図４】 工作台が下側のロック位置にある場合の図３に示す交換式コンテナの詳細断面
図である。
【図５】 交換式コンテナの一実施形態を示す斜視図である。
【図６】 作業空間に交換式コンテナを保持する為の昇降／保持装置の斜視図である。
【図７】 図５に示す交換式コンテナの組込み状態を示す概略断面図である。
【図８】 図８ａ〜８ｃは、第１の位置（図８ａ）、第２の位置（図８ｂ）、第３の位置
（図８ｃ）で交換式コンテナを上昇させて作業空間内の作業用プレートに保持さ
せる、図６の昇降／保持装置の動作を示す概略断面図である。
【図９】 工作台への結合用の結合装置が第１の被結合位置にあるが、工作台はない状態
での支持アームの実施形態を示す正面図である。
【図１０】 図９に示す支持アームの実施形態を上から斜めに見た斜視図である。
【図１１】 図９に示す結合装置が第２の位置にある状態での支持アームの正面図である。
【図１２】 結合装置が図１１による第２の位置にある状態での支持アームの斜視図である
。
【図１３】 図９〜図１１に示す結合装置の動作を交換式コンテナと関連させて示した概略
断面図である。
【図１４】 図１３の細部Ｘの拡大断面図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 Ｐａｓｉｎｇｅｒ Ｓｔｒａｓｓｅ ２， 82152 Ｐｌａｎｅｇｇ，Ｇｅｒｍａｎｙ (72)発明者 トゥルク，ハラルド ドイツ連邦共和国，ディー−80689 ミュ ンヘン，ロイターシュトラッセ 37 (72)発明者 マテス，トーマス ドイツ連邦共和国，ディー−82110 ゲル メリンク，ブルーメンシュトラッセ 73 Ｆターム(参考） 4E068 CE09 DA00 DB10 4K018 CA33 DA23

Claims (33)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 装置筐体内に作業空間（３）を有し、固化可能な材料を３次
    元部品の断面に対応する位置で１層ずつ順次固化させて部品を製造する３次元部
    品製造装置において、装置が動作している間、工作台（８、１０８）が一体化さ
    れ、かつ、前記工作台（８、１０８）を支持するおよび／または前記工作台が載
    置される支持装置が配置される前記作業空間（３）に、前記材料（９）の仕切り
    枠を形成する交換式コンテナ（１２、１１２）を挿入可能であることを特徴とす
    る、３次元部品製造装置。
  2. 【請求項２】 請求項１に記載の３次元部品製造装置において、前記工作台
    が、前記仕切り枠の範囲内で高さ調節可能なものであり、コンテナ底部として交
    換式コンテナと一体化されていることを特徴とする３次元部品製造装置。
  3. 【請求項３】 請求項１または２に記載の３次元部品製造装置において、か
    かる装置がレーザー焼結装置、特に合成材料用のレーザー焼結装置として構成さ
    れ、前記作業空間（３）が、装置筐体内に位置し、焼結用レーザーの出射光学系
    （５）が前記作業空間（３）内に配置され、前記工作台（８）が前記作業空間よ
    りも下に配置され、前記工作台（８）の処理加工領域内で容器から粉末状の焼結
    材料（９）を供給するための塗工装置（１０）を有する材料供給手段が設けられ
    ていることを特徴とする３次元部品製造装置。
  4. 【請求項４】 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の３次元部品製造装置
    において、前記工作台（８）を下側の後退位置で前記交換式コンテナ（１２）の
    側壁（１４）にラッチ結合することが可能であり、交換式コンテナ（１２）を、
    ラッチ結合した状態で、そのコンテナ底部を形成している前記工作台（８）と一
    緒に前記作業空間（３）から引き離すことが可能であることを特徴とする３次元
    部品製造装置。
  5. 【請求項５】 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の３次元部品製造装置
    において、前記交換式コンテナ（１２）の側壁（１４）と工作台（８）との間の
    係留結合が、互いに整列配置された孔に挿入可能な摺動プラグ（２５）によって
    達成されることを特徴とする３次元部品製造装置。
  6. 【請求項６】 請求項１乃至５のいずれか１項に記載の３次元部品製造装置
    において、前記交換式コンテナ（１２）が、上から見た断面図で実質的に正方形
    または長方形であり、実質的に互いに垂直な４枚の側壁（１４）を有し、この中
    に前記工作台（８）が高さ調節可能な状態で案内されることを特徴とする３次元
    部品製造装置。
  7. 【請求項７】 請求項１乃至６のいずれか１項に記載の３次元部品製造装置
    において、前記工作台（８）用の支持装置（２０）が、後ろの側壁（１４’）に
    形成されて変位方向に延在している係合凹部（３３）を介して係合されることを
    特徴とする３次元部品製造装置。
  8. 【請求項８】 請求項７に記載の３次元部品製造装置において、前記支持装
    置（２０）が装置の後壁の領域内で案内されることを特徴とする３次元部品製造
    装置。
  9. 【請求項９】 請求項１乃至６のいずれか１項に記載の３次元部品製造装置
    において、前記支持装置（４０）が、前記交換式コンテナ（１２）よりも下側の
    部分に組み込まれた、前記交換式コンテナ（１２）の固定要素であることを特徴
    とする３次元部品製造装置。
  10. 【請求項１０】 請求項１乃至９のいずれか１項に記載の３次元部品製造装
    置において、前記作業空間（３）の側壁（１４）の部分で前記交換式コンテナ（
    １２）をガイド（７０）に挿入可能であることを特徴とする３次元部品製造装置
    。
  11. 【請求項１１】 請求項１０に記載の３次元部品製造装置において、前記交
    換式コンテナ（１２）の上端に、横方向に延在して前記装置筐体（２）のガイド
    （７０）の上にある支持鋼材（７１）が設けられていることを特徴とする３次元
    部品製造装置。
  12. 【請求項１２】 請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の３次元部品製造
    装置において、前記工作台（８）よりも上の部分で、前記係合凹部（３３）が粉
    末から保護された状態で覆われていることを特徴とする３次元部品製造装置。
  13. 【請求項１３】 請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の３次元部品製造
    装置において、前記係合凹部（３３）がローラーシャッター（３４）によって封
    止されることを特徴とする３次元部品製造装置。
  14. 【請求項１４】 請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の３次元部品製造
    装置において、前記ローラーシャッター（３４）の上端（３５）が、後ろの側壁
    （１４’）の上縁（３６）に装着されていることを特徴とする３次元部品製造装
    置。
  15. 【請求項１５】 請求項１乃至１４のいずれか１項に記載の３次元部品製造
    装置において、前記ローラーシャッター（３４）がスチール製ローラーシャッタ
    ーであることを特徴とする３次元部品製造装置。
  16. 【請求項１６】 請求項１乃至１５のいずれか１項に記載の３次元部品製造
    装置において、前記工作台（８）が、互いに間隔をあけて平行に配置された２枚
    の底部材によって形成され、上側の底部材が工作物保持面をなし、下側の底部材
    が前記支持装置（２０）の上にあることを特徴とする３次元部品製造装置。
  17. 【請求項１７】 請求項８乃至１４のいずれか１項に記載の３次元部品製造
    装置において、前記ローラーシャッター（３４）と協動する磁石要素（３７）が
    、前記係合凹部（３３）に隣接していることを特徴とする３次元部品製造装置。
  18. 【請求項１８】 請求項１乃至１７のいずれか１項に記載の３次元部品製造
    装置において、前記ローラーシャッター（３４）が偏向プーリー（６０）によっ
    て案内され、該偏向プーリーの後縁が後ろの側壁（１４’）の内面と整列配置さ
    れていることを特徴とする３次元部品製造装置。
  19. 【請求項１９】 請求項１乃至１８のいずれか１項に記載の３次元部品製造
    装置において、前記交換式コンテナ（１２）の側壁（１４）の内側（１５）と前
    記工作台（８）の外縁との間で、粉末圧縮要素がアクティブであることを特徴と
    する３次元部品製造装置。
  20. 【請求項２０】 請求項１乃至１９のいずれか１項に記載の３次元部品製造
    装置において、前記粉末封止要素が、シリコーンプレートで作製され、該シリコ
    ーンプレートの外側の寸法が、前記交換式コンテナ（１２）の前記側壁（１４）
    の内側の寸法に合うことを特徴とする３次元部品製造装置。
  21. 【請求項２１】 請求項１乃至２０のいずれか１項に記載の３次元部品製造
    装置において、前記工作台（８）が、加工時に前記支持装置（２０）に連結され
    ることを特徴とする３次元部品製造装置。
  22. 【請求項２２】 請求項１乃至８のいずれか１項に記載の３次元部品製造装
    置において、前記交換式コンテナ（１２、１１２）が凹部（３３、１３３）を有
    し、該凹部によって支持装置（３００、３０）が係合され、かつ支持装置が該凹
    部内まで変位できることを特徴とする３次元部品製造装置。
  23. 【請求項２３】 請求項２２に記載の３次元部品製造装置において、未固化
    材料が漏れないように、前記凹部（３３、１３３）が前記作業空間（３）に対し
    て封止されていることを特徴とする３次元部品製造装置。
  24. 【請求項２４】 請求項２２または２３に記載の３次元部品製造装置におい
    て、前記凹部（１３３）が、支持装置の変位方向に溝状に形成され、前記凹部よ
    りも上で前記交換式コンテナの壁面に装着されたテープ（２００）によって封止
    され、前記工作台（１０８）によって前記凹部（１３３）を囲んでいるコンテナ
    壁に対して押圧されていることを特徴とする３次元部品製造装置。
  25. 【請求項２５】 請求項２４に記載の３次元部品製造装置において、前記テ
    ープ（２００）が、その外端において、前記交換式コンテナの下縁領域で締付ら
    れ、締付られた箇所からの長さが一定であることを特徴とする３次元部品製造装
    置。
  26. 【請求項２６】 請求項２４または２５に記載の３次元部品製造装置におい
    て、前記テープが、前記工作台の縁近辺に配置された少なくとも２つの摺動路（
    ２０２、２０３）を介して前記工作台の下側で引っ張られていることを特徴とす
    る３次元部品製造装置。
  27. 【請求項２７】 請求項２４乃至２６のいずれか１項に記載の３次元部品製
    造装置において、前記テープがスチールテープとして形成されていることを特徴
    とする３次元部品製造装置。
  28. 【請求項２８】 請求項１乃至６のいずれか１項に記載の３次元部品製造装
    置において、前記支持装置（４０）が、下から前記交換式コンテナ（１２、１１
    ２）と係合し、前記工作台を上下させるための入れ子式直線状ガイドと連結され
    ていることを特徴とする３次元部品製造装置。
  29. 【請求項２９】 請求項１乃至２８のいずれか１項に記載の３次元部品製造
    装置において、前記作業空間（３）に作業用プレート（１１８）を設け、前記作
    業用プレートが、前記作業用プレート（１１８）の底側で前記交換式コンテナ（
    １１２）を締付るための装置（１２１）を備えることを特徴とする３次元部品製
    造装置。
  30. 【請求項３０】 請求項１乃至２９のいずれか１項に記載の３次元部品製造
    装置において、前記支持装置を前記工作台（１０８）に装着し、かつ該工作台か
    ら取り外すための結合装置（３００）をさらに設けたことを特徴とする３次元部
    品製造装置。
  31. 【請求項３１】 請求項１乃至３０のいずれか１項に記載の３次元部品製造
    装置において、前記交換式コンテナ（１２）、特にその側壁（１４）および／ま
    たは前記工作台（８）に制御可能な加熱装置を設けたことを特徴とする３次元部
    品製造装置。
  32. 【請求項３２】 請求項１乃至３１のいずれか１項に記載の３次元部品製造
    装置において、前記交換式コンテナを下げるのに必要な空間が前記支持装置を垂
    直方向に変位させることなく得られるようにように前記支持装置が設計されてい
    ることを特徴とする３次元部品製造装置。
  33. 【請求項３３】 請求項１乃至３２のいずれか１項に記載の３次元部品製造
    装置において、前記交換式コンテナの上昇および係止が、１回の動きでおよび／
    また１つの機構を用いて行われることを特徴とする３次元部品製造装置。
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