JP6273578B2 - Three-dimensional additive manufacturing apparatus and three-dimensional additive manufacturing method - Google Patents
Three-dimensional additive manufacturing apparatus and three-dimensional additive manufacturing method Download PDFInfo
- Publication number
- JP6273578B2 JP6273578B2 JP2014072220A JP2014072220A JP6273578B2 JP 6273578 B2 JP6273578 B2 JP 6273578B2 JP 2014072220 A JP2014072220 A JP 2014072220A JP 2014072220 A JP2014072220 A JP 2014072220A JP 6273578 B2 JP6273578 B2 JP 6273578B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- electron beam
- electron gun
- stage
- powder
- additive manufacturing
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 56
- 239000000654 additive Substances 0.000 title claims description 53
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 title claims description 53
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 132
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 claims description 117
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims description 27
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims description 27
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 claims description 9
- 239000000155 melt Substances 0.000 claims description 6
- 238000000465 moulding Methods 0.000 claims 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 74
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 74
- 230000003472 neutralizing effect Effects 0.000 description 12
- 238000006386 neutralization reaction Methods 0.000 description 7
- 238000000034 method Methods 0.000 description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000005591 charge neutralization Effects 0.000 description 2
- 238000011960 computer-aided design Methods 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 2
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 2
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010309 melting process Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
- 238000003892 spreading Methods 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P10/00—Technologies related to metal processing
- Y02P10/25—Process efficiency
Landscapes
- Powder Metallurgy (AREA)
Description
本発明は、ステージ上に粉末試料を薄く敷いた層を一層ずつ重ねて造形する3次元積層造形装置及び3次元積層造形方法に関する。 The present invention relates to a three-dimensional additive manufacturing apparatus and a three-dimensional additive manufacturing method for forming a layer by layering thin layers of powder samples on a stage one by one.
近年、粉末試料を薄く敷いた層を一層ずつ重ねて造形する3次元積層造形技術が脚光を浴びており、粉末試料の材料や造形手法の違いにより多くの種類の3次元積層造形技術が開発されている(例えば特許文献1を参照)。 In recent years, three-dimensional additive manufacturing technology has been attracting attention, in which thin layers of powder samples are layered one by one, and many kinds of three-dimensional additive manufacturing technologies have been developed due to differences in powder sample materials and modeling methods. (For example, refer to Patent Document 1).
図7は、従来技術に係る3次元積層造形装置100の概略断面図である。
FIG. 7 is a schematic cross-sectional view of a three-dimensional
3次元積層造形装置100は、粉体供給部107を用いて金属粉末M1を粉末台であるステージ104の上面に一層毎に敷き詰める。次に、ステージ104上に敷き詰められた金属粉末M1に対し、造形物P1の一断面に相当する二次元構造部だけを電子ビームで溶融する。そして、そのような金属粉末M1の層を一層ずつ高さ方向(Z方向)に積み重ねることにより造形物を形成する。
The three-dimensional
3次元積層造形装置100は、図7に示すように、真空容器102の上部に電子銃108が装着されており、真空容器102の内部には筒状の造形枠台103が設けられている。また、電子銃108には、電子銃108を制御する電子ビーム制御部111が接続されている。造形枠台103の中央部に形成されたピット103aの下方にはステージ104を移動可能に支持する駆動機構105が設けられている。駆動機構105は、ステージ104の軸部104dに接続し、ステージ104を鉛直方向に駆動する。真空容器102内は、真空に維持されている。
As shown in FIG. 7, the three-dimensional
そして、駆動機構105により、ステージ104が、造形枠台103の上面より鉛直方向にΔZ分下がった位置に配置される。そして、粉体供給部107により厚さΔZ分の金属粉末M1がステージ104に敷き詰められる。
Then, the
次に、予め準備された設計上の造形物をΔZ間隔でスライスした2次元形状に従い、金属粉末M1に対して電子銃108から電子ビームL1が出射される。電子銃108から出射された電子ビームL1により、その2次元形状に対応する金属粉末M1が溶融する。溶融した金属粉末M1は、材料に応じた所定時間が経過すると凝固する。1層分の金属粉末M1が溶融及び凝固した後、駆動機構105によりステージ104をΔZ分下げる。次に、ΔZ分の金属粉末M1を直前に敷き詰められた層(下層)の上に敷き詰める。そして、その層に相当する2次元形状に対応する領域の金属粉末M1に電子ビームL1を照射し、金属粉末M1を溶融及び凝固させる。この一連の処理を繰り返し、溶融及び凝固した金属粉末M1の層を積み重ねることにより造形物が構築される。
Next, an electron beam L1 is emitted from the
しかしながら、図8に示すように、従来技術に係る3次元積層造形装置100では、電子ビームL1が照射される領域A1では、電子ビームL1のエネルギーが熱に変換された温度上昇し、金属粉末M1が溶融し、溶融粉末M3となる。そのため、領域A1から離れ、電子ビームL1が照射されていない領域B1と、領域A1とで温度差が生じる。その結果、従来技術に係る3次元積層造形装置100では、この温度差により、ステージ104に敷き詰められた金属粉末M1に熱ひずみが生じたり、構築される造形物P1の形状及び材質の不均一が発生したり、するという問題を有していた。
However, as shown in FIG. 8, in the three-dimensional
本発明の目的は、上記の問題点を考慮し、ステージ上に敷き詰められた粉末試料の温度分布を均一にし、良好な造形物を造形することができる3次元積層造形装置及び3次元積層造形方法を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a three-dimensional additive manufacturing apparatus and a three-dimensional additive manufacturing method that can form a good object by making the temperature distribution of a powder sample spread on a stage uniform in consideration of the above-described problems. Is to provide.
上記課題を解決し、本発明の目的を達成するため、本発明の3次元積層造形装置は、ステージと、第1の電子銃と、第2の電子銃と、を備えている。ステージは、造形物を形成するための粉末試料が敷き詰められる。第1の電子銃は、ステージ上に敷き詰められた粉末試料のうち所定の粉末試料に電子ビームを照射して所定の粉末試料を溶融する。第2の電子銃は、ステージ上に敷き詰められた粉末試料に電子ビームを照射して粉末試料を予熱する。また、第2の電子銃は、ステージ上に敷き詰められた粉末試料で形成される試料面に対して、電子ビームを傾斜させて照射し、第2の電子銃の照射スポット径は、試料面に対して垂直から照射した場合よりも大きく照射される。 In order to solve the above-described problems and achieve the object of the present invention, a three-dimensional additive manufacturing apparatus of the present invention includes a stage, a first electron gun, and a second electron gun. On the stage, a powder sample for forming a shaped object is spread. The first electron gun irradiates a predetermined powder sample among the powder samples spread on the stage with an electron beam and melts the predetermined powder sample. The second electron gun preheats the powder sample by irradiating the powder sample spread on the stage with an electron beam. The second electron gun irradiates the sample surface formed of a powder sample spread on the stage with an electron beam inclined, and the irradiation spot diameter of the second electron gun is set to the sample surface. On the other hand, it is irradiated more than when irradiated from the vertical.
また、本発明の3次元積層造形方法は、以下(1)〜(3)に示す工程を含んでいる。
(1)ステージの一面に造形物を形成するための粉末試料を敷き詰める工程。
(2)ステージ上にステージ上に敷き詰められた粉末試料のうち所定の粉末試料に対して第1の電子銃から電子ビームを照射して所定の粉末試料を溶融する工程。
(3) ステージ上に敷き詰められた粉末試料に対して第1の電子銃と異なる第2の電子銃から電子ビームを照射して粉末試料を予熱する工程。
また、第2の電子銃は、ステージ上に敷き詰められた粉末試料で形成される試料面に対して、電子ビームを傾斜させて照射し、第2の電子銃の照射スポット径は、試料面に対して垂直から照射した場合よりも大きく照射される。
Moreover, the three-dimensional additive manufacturing method of this invention includes the process shown to (1)-(3) below.
(1) A step of spreading a powder sample for forming a shaped object on one surface of the stage.
(2) A step of irradiating an electron beam from a first electron gun to a predetermined powder sample among powder samples spread on the stage to melt the predetermined powder sample.
(3) A step of preheating the powder sample by irradiating an electron beam from a second electron gun different from the first electron gun onto the powder sample spread on the stage.
The second electron gun irradiates the sample surface formed of a powder sample spread on the stage with an electron beam inclined, and the irradiation spot diameter of the second electron gun is set to the sample surface. On the other hand, it is irradiated more than when irradiated from the vertical.
本発明の3次元積層造形装置及び3次元積層造形方法によれば、第1の電子銃で粉末試料を溶融しながら、第2の電子銃で異なる箇所の粉末試料を予熱することができる。これにより、ステージ上に敷き詰められた粉末試料の温度分布を均一にすることができ、良好な造形物を造形することができる。 According to the three-dimensional additive manufacturing apparatus and the three-dimensional additive manufacturing method of the present invention, while the powder sample is melted with the first electron gun, the powder samples at different locations can be preheated with the second electron gun. Thereby, the temperature distribution of the powder sample spread on the stage can be made uniform, and a good model can be modeled.
以下、本発明の3次元積層造形装置の実施の形態例について、図1〜図6を参照して説明する。なお、各図において共通の部材には、同一の符号を付している。また、説明は以下の順序で行うが、本発明は、必ずしも以下の形態に限定されるものではない。
1.第1の実施の形態例
1−1.3次元積層造形装置の構成
1−2.3次元積層造形装置の動作
2.第2の実施の形態例
3.第3の実施の形態例
Hereinafter, embodiments of the three-dimensional additive manufacturing apparatus of the present invention will be described with reference to FIGS. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the common member in each figure. Moreover, although description is given in the following order, this invention is not necessarily limited to the following forms.
1. 1. First Embodiment 1-1. Configuration of a 1.3-dimensional additive manufacturing apparatus 1-2. Operation of a three-dimensional additive manufacturing apparatus Second embodiment example 3. FIG. Third embodiment
1.第1の実施の形態例
1−1.3次元積層造形装置の構成
まず、本発明の3次元積層造形装置の第1の実施の形態例について図1を参照して説明する。
図1は、本例の3次元積層造形装置を模式的に示す説明図である。
1. First Embodiment 1-1. Configuration of 1.3-Dimensional Layered Modeling Apparatus First, a first embodiment example of a three-dimensional layered modeling apparatus of the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 1 is an explanatory view schematically showing the three-dimensional layered manufacturing apparatus of this example.
図1に示す3次元積層造形装置1は、例えば、チタン、アルミニウム、鉄等の金属粉末からなる粉末試料に電子ビームを照射して粉末試料を溶融させ、この粉末試料が凝固した層を積み重ねて立体物を造形する装置である。
A three-dimensional
3次元積層造形装置1は、中空の真空容器2と、造形枠3と、ステージ4と、ステージ4を移動可能に支持する駆動機構5と、ステージ4に粉末試料の一例を示す金属粉末M1を供給する粉体供給部7と、第1の電子銃8と、第2の電子銃9とを有している。また、3次元積層造形装置1は、第1の電子銃8を制御する第1の電子ビーム制御部11と、第2の電子銃9を制御する第2の電子ビーム制御部12とを有している。
The three-dimensional
真空容器2には、図示していない真空ポンプが接続されている。そして、真空容器2内の雰囲気が真空ポンプにより排気されることで、真空容器2内は、真空に維持されている。この真空容器2内には、造形枠3と、ステージ4、駆動機構5及び粉体供給部7が設けられている。
A vacuum pump (not shown) is connected to the
造形枠3は、真空容器2の鉛直方向の下部に配置されている。造形枠3には、鉛直方向の上方から下方にかけて貫通するピット3aが形成されている。ピット3aは、略四角柱状に開口している。また、完成した造形物P1を取り出せるようにするために、造形枠3におけるピット3aの外周面の一部は、開放されている。
The
造形枠3におけるピット3aには、ステージ4及び駆動機構5が配置されている。ステージ4は、略平板状に形成されている。ステージ4は、造形物P1を形成するための金属粉末M1が積層される粉末台である。また、ステージ4の側端部には、耐熱性及び柔軟性のあるシール部材14が設けられている。シール部材14は、ピット3aの壁面に摺動可能に接触している。そして、シール部材14により、ステージ4における鉛直方向の下方の空間と上方の空間が密閉されている。
A stage 4 and a
また、ステージ4における金属粉末M1が積層される一面と反対側の他面には、軸部4dが設けられている。軸部4dは、ステージ4の他面から鉛直方向の下方に向けて突出している。軸部4dは、駆動機構5に接続されている。駆動機構5は、軸部4dを介してステージ4を鉛直方向に駆動する。駆動機構5としては、例えば、ラックとピニオンやボールねじ等が挙げられる。
Moreover, the
また、造形枠3における鉛直方向の上方には、粉体供給部7が配置されている。粉体供給部7には、不図示の金属粉末貯蔵部から送出チューブを介して金属粉末M1が送り出される。粉体供給部7は、鉛直方向の下方に設けた排出口7aから金属粉末M1を排出する。そして、粉体供給部7は、金属粉末M1を排出し、ステージ4の一面に金属粉末M1を敷き詰める。また、ステージ4の一面に供給された金属粉末M1を平らに均す均し板を真空容器2内に設置してもよい。
Further, a
なお、ステージ4の一面に金属粉末M1を供給する機構は、上述したものに限定されるものではない。例えば、予め真空容器2内に供給された金属粉末M1を平板状のアーム部材を介して、ステージ4まで搬送し、ステージ4の一面に金属粉末M1を敷き詰めてもよい。
The mechanism for supplying the metal powder M1 to one surface of the stage 4 is not limited to the one described above. For example, the metal powder M1 previously supplied in the
また、真空容器2の鉛直方向の上部には、第1の電子銃8及び第2の電子銃9が装着されている。第1の電子銃8及び第2の電子銃9は、真空容器2の鉛直方向の上部において、ステージ4の一面に対向して配置される。
A first electron gun 8 and a second electron gun 9 are mounted on the upper part of the
第1の電子銃8は、ステージ4の一面に敷き詰められた金属粉末M1のうち所定の金属粉末M1に溶融用電子ビームL1を照射して、金属粉末M1を溶融させる。また、第1の電子銃8は、第1の電子ビーム制御部11に接続されている。第1の電子ビーム制御部11は、第1の電子銃8から出射される溶融用電子ビームL1の出力値及び第1の電子銃8が溶融用電子ビームL1を照射する位置を決定する。そして、第1の電子ビーム制御部11は、決定した情報を第1の電子銃8に出力し、第1の電子銃8を駆動させる。
The first electron gun 8 irradiates the predetermined metal powder M1 of the metal powder M1 spread on one surface of the stage 4 with the melting electron beam L1 to melt the metal powder M1. The first electron gun 8 is connected to the first electron
第2の電子銃9は、ステージ4の一面に敷き詰められた金属粉末M1全体に予熱用電子ビームL2を照射して、金属粉末M1を予熱する。また、第2の電子銃9は、第2の電子ビーム制御部12に接続されている。第2の電子ビーム制御部12は、第2の電子銃9から出射される予熱用電子ビームL2の出力値及び照射する位置を決定する。そして、第2の電子ビーム制御部12は、決定した情報を第2の電子銃9に出力し、第2の電子銃9を駆動させる。
The second electron gun 9 preheats the metal powder M1 by irradiating the entire metal powder M1 spread on one surface of the stage 4 with the preheating electron beam L2. The second electron gun 9 is connected to the second electron
第2の電子銃9は、ステージ4の一面に敷き詰められた金属粉末M1で形成された平面(以下、「試料面」という)に対して略垂直に予熱用電子ビームL2を照射してもよく、あるいは試料面の平面に対して傾斜した角度で予熱用電子ビームL2を照射してもよい。予熱用電子ビームL2を傾斜させて照射することで、試料面に形成される予熱用電子ビームL2の照射スポットの径を略垂直から照射した場合と比べて大きくすることができる。これにより、予熱用電子ビームL2を試料面全体に素早く照射することができる。 The second electron gun 9 may irradiate the preheating electron beam L2 substantially perpendicularly to a plane (hereinafter referred to as “sample surface”) formed of the metal powder M1 spread on one surface of the stage 4. Alternatively, the preheating electron beam L2 may be irradiated at an angle inclined with respect to the plane of the sample surface. By irradiating the preheating electron beam L2 with an inclination, the diameter of the irradiation spot of the preheating electron beam L2 formed on the sample surface can be increased as compared with the case of irradiation from substantially vertical. As a result, it is possible to quickly irradiate the entire sample surface with the preheating electron beam L2.
1−2.3次元積層造形装置の動作
次に、図1及び図2を参照して上述した構成を有する3次元積層造形装置1の動作について説明する。
図2は、本例の3次元積層造形装置1の動作の要部を模式的に示す説明図である。
1-2. Operation of 3D additive manufacturing apparatus Next, the operation of the 3D
FIG. 2 is an explanatory view schematically showing a main part of the operation of the three-dimensional
まず、図1に示すように、駆動機構5により、造形枠3の上面より鉛直方向にΔZ分下がった位置にステージ4を配置する。このΔZが、その後に敷き詰められる金属粉末M1の鉛直方向の層厚に相当する。次に、粉体供給部7により厚さΔZ分の金属粉末M1をステージ4の一面に敷き詰める。
First, as shown in FIG. 1, the stage 4 is arranged at a position lower by ΔZ in the vertical direction than the upper surface of the
次に、金属粉末M1に対して第1の電子銃8から溶融用電子ビームL1と、第2の電子銃9から予熱用電子ビームL2を出射する。第2の電子銃9は、予熱用電子ビームL2を試料面全体に照射する。そして、予熱用電子ビームL2が照射された金属粉末M1は、予熱用電子ビームL2によりその温度が上昇する。その結果、試料面全体が予熱される。 Next, the melting electron beam L1 is emitted from the first electron gun 8 and the preheating electron beam L2 is emitted from the second electron gun 9 to the metal powder M1. The second electron gun 9 irradiates the entire sample surface with the preheating electron beam L2. The temperature of the metal powder M1 irradiated with the preheating electron beam L2 is increased by the preheating electron beam L2. As a result, the entire sample surface is preheated.
また、第1の電子銃8は、予め準備された設計上の造形物(3次元CAD(Computer−Aided Design)データにより表された造形物)をΔZ間隔でスライスした2次元形状に従い、金属粉末M1に対して溶融用電子ビームL1を出射する。第1の電子銃8から出射された溶融用電子ビームL1により、その2次元形状に対応する領域の金属粉末M1が溶融する。 The first electron gun 8 is a metal powder according to a two-dimensional shape obtained by slicing a design object prepared in advance (a model object represented by three-dimensional CAD (Computer-Aided Design) data) at ΔZ intervals. A melting electron beam L1 is emitted to M1. The melting electron beam L1 emitted from the first electron gun 8 melts the metal powder M1 in a region corresponding to the two-dimensional shape.
具体的には、図2に示すように、溶融用電子ビームL1が試料面の領域A1に照射されている間に、第2の電子銃9は、領域A1から離れた領域B1に予熱用電子ビームL2を照射する。そして、領域A1では、溶融用電子ビームL1のエネルギーが熱に変換されて金属粉末M1の温度が上昇し、金属粉末M1が溶融し、溶融粉末M3となる。また、領域B1では、予熱用電子ビームL2のエネルギーが熱に変換されて金属粉末M1の温度が上昇し、表面の一部が溶融した予熱粉末M2となる。 Specifically, as shown in FIG. 2, while the melting electron beam L1 is irradiated onto the region A1 of the sample surface, the second electron gun 9 is preheated in a region B1 away from the region A1. Irradiate the beam L2. In the region A1, the energy of the melting electron beam L1 is converted into heat, the temperature of the metal powder M1 rises, and the metal powder M1 melts to become a molten powder M3. Further, in the region B1, the energy of the preheating electron beam L2 is converted into heat, the temperature of the metal powder M1 is increased, and the surface of the preheated powder M2 is melted.
これにより、領域A1と領域B1との温度差を軽減することができ、試料面全体の温度を略均一にすることができる。これにより、試料面の温度差によって生じる熱ひずみの発生を抑制することができる。 Thereby, the temperature difference between the region A1 and the region B1 can be reduced, and the temperature of the entire sample surface can be made substantially uniform. Thereby, generation | occurrence | production of the thermal strain produced by the temperature difference of a sample surface can be suppressed.
さらに、予熱用電子ビームL2によって予め金属粉末M1の温度を上昇させることで、溶融用電子ビームL1により金属粉末M1を溶融させる速度を早めることができると共に、第1の電子銃8から出射される溶融用電子ビームL1の出力を抑えることもできる。 Furthermore, by raising the temperature of the metal powder M1 in advance by the preheating electron beam L2, the speed at which the metal powder M1 is melted by the melting electron beam L1 can be increased and emitted from the first electron gun 8. The output of the melting electron beam L1 can also be suppressed.
また、本例の3次元積層造形装置1は、溶融用電子ビームL1を出射する第1の電子銃8と、予熱用電子ビームL2を出射する第2の電子銃9を別々に設け、それぞれ第1の電子ビーム制御部11と第2の電子ビーム制御部12で独立して制御している。これにより、同時に試料面の異なる領域A1,B1に溶融用電子ビームL1と予熱用電子ビームL2を照射することができる。金属粉末M1の予熱工程と、溶融工程を同時に行うことができるため、造形処理の時間の短縮を図ることができる。
Further, the three-dimensional
次に、溶融した金属粉末M1は、材料に応じた所定時間が経過すると凝固する。1層分の金属粉末M1が溶融及び凝固した後、駆動機構5によりステージ4をΔZ分下げる。このステージ4のZ方向への動きは、シール部材14が造形枠3のピット3aの内面を滑ることにより実現される。
Next, the molten metal powder M1 is solidified when a predetermined time corresponding to the material has elapsed. After the metal powder M1 for one layer is melted and solidified, the stage 4 is lowered by ΔZ by the
次に、再び粉体供給部7によって、ΔZ分の金属粉末M1を直前に敷き詰められた層(下層)の上に敷き詰める。そして、第2の電子銃9から出射される予熱用電子ビームL2によりその層に相当する試料面全体を予熱すると共に、第1の電子銃8から出射される溶融用電子ビームL1により、その層に相当する2次元形状に対応する領域の金属粉末M1を溶融及び凝固させる。この一連の処理を繰り返して、溶融及び凝固した金属粉末M1の層を積み重ねることにより造形物P1を構築する。これにより、本例の3次元積層造形装置1の動作が完了する。
Next, the
なお、本例の3次元積層造形装置1では、試料面の温度を2次元的に計測する温度測定器を設けてもよい。この場合、第2の電子ビーム制御部12は、温度測定器が測定した試料面の温度に基づいて、試料面の温度が均一になるように第2の電子銃9を制御する。これにより、試料面の温度をより正確に均一にすることができる。
In the three-dimensional
2.第2の実施の形態例
次に、図3〜図5を参照して本発明の3次元積層造形装置の第2の実施の形態例について説明する。
図3は、3次元積層造形装置を模式的に示す説明図である。
2. Second Embodiment Next, a second embodiment of the three-dimensional additive manufacturing apparatus of the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 3 is an explanatory view schematically showing a three-dimensional additive manufacturing apparatus.
この第2の実施の形態例にかかる3次元積層造形装置21が、第1の実施の形態例にかかる3次元積層造形装置1と異なる点は、第3の電子銃22及び第3の電子ビーム制御部23を設けた点である。そのため、ここでは、第3の電子銃22及び第3の電子ビーム制御部23について説明し、第1の実施の形態例にかかる3次元積層造形装置1と共通する部分に同一の符号を付して重複した説明を省略する。
The three-dimensional
図3に示すように、3次元積層造形装置21は、真空容器2の鉛直方向の上部に、第1の電子銃8及び第2の電子銃9と、さらに第3の電子銃22を設けている。また、3次元積層造形装置21は、第3の電子銃22を制御する第3の電子ビーム制御部23を有している。
As shown in FIG. 3, the three-dimensional
第3の電子銃22は、試料面の平面に対して所定の角度θ1で傾斜させて帯電中和用電子ビームL3を照射する。なお、帯電中和用電子ビームL3を傾斜させる角度θ1は、例えば、試料面の平面から略45度以内に設定される。第3の電子銃22から出射される帯電中和用電子ビームL3の出力は、第2の電子銃9から出射される予熱用電子ビームL2よりも低い値に設定される。
The
図4は、帯電中和用電子ビームL3が照射された状態を模式的に示す説明図である。
図4に示すように、第3の電子銃22は、第1の電子銃8から出射される溶融用電子ビームL1の照射位置Q1と同じ照射位置Q1に帯電中和用電子ビームL3を照射する。また、帯電中和用電子ビームL3は、試料面に対して傾斜して照射される。そのため、溶融用電子ビームL1の照射スポットの径よりも帯電中和用電子ビームL3の照射スポットの径を大きくすることができる。
FIG. 4 is an explanatory view schematically showing a state in which the charge neutralizing electron beam L3 is irradiated.
As shown in FIG. 4, the
そして、溶融用電子ビームL1の照射スポットは、帯電中和用電子ビームL3の照射スポットに内包されながら、互いに同期して、所定の金属粉末M1上を走査する。 Then, the irradiation spot of the melting electron beam L1 scans on the predetermined metal powder M1 in synchronization with each other while being included in the irradiation spot of the charging neutralization electron beam L3.
次に、図5を参照して第2の実施の形態例にかかる3次元積層造形装置21の効果について説明する。
図5A〜図5Cは、溶融用電子ビームL1及び/又は帯電中和用電子ビームL3が金属粉末M1に照射された際の電子の状態を模式的に示す説明図である。
Next, the effect of the three-dimensional
FIGS. 5A to 5C are explanatory views schematically showing the state of electrons when the melting electron beam L1 and / or the charge neutralizing electron beam L3 are irradiated onto the metal powder M1.
図5Aに示すように、試料面に対して略垂直に溶融用電子ビームL1が照射された場合、照射された電子のほとんどは、試料面の内部に侵入し、敷き詰められた金属粉末M1よりも下層の試料内部に拡散される。また、一部の電子は、金属粉末M1に留まる。そして、金属粉末M1が絶縁体の場合、金属粉末M1は、溶融用電子ビームL1により負に帯電する。また、金属粉末M1が導電体の場合でも、接地面積が小さく、さらに溶融用電子ビームL1の電流量が大きいため、絶縁体の場合と同様に、負に帯電する。そのため、負に帯電した金属粉末M1が互いに反発し、金属粉末M1が飛散するおそれがあった。 As shown in FIG. 5A, when the melting electron beam L1 is irradiated substantially perpendicularly to the sample surface, most of the irradiated electrons enter the inside of the sample surface and are more than the spread metal powder M1. Diffusion inside the underlying sample. Some of the electrons remain in the metal powder M1. When the metal powder M1 is an insulator, the metal powder M1 is negatively charged by the melting electron beam L1. Even when the metal powder M1 is a conductor, the grounding area is small and the current amount of the melting electron beam L1 is large, so that it is negatively charged as in the case of the insulator. Therefore, there is a possibility that the negatively charged metal powders M1 repel each other and the metal powder M1 is scattered.
これに対し、図5Bに示すように、帯電中和用電子ビームL3は、試料面に対して角度θ1で傾斜して照射される。このとき、帯電中和用電子ビームL3は、試料面に対して垂直に照射された溶融用電子ビームL1よりも試料面の内部への侵入深さが浅くなる。さらに、上述したように、略垂直に電子ビームを照射した場合に比べて、試料面に形成される照射スポットの径が大きくなる。そのため、金属粉末M1から放出される二次電子の領域を広くすることができる。その結果、試料面からは、入射した電子量以上の二次電子が放出される。さらに、金属粉末M1は、一時的に正に帯電するが、放出された二次電子により速やかに中和される。 On the other hand, as shown in FIG. 5B, the charge neutralizing electron beam L3 is irradiated at an angle θ1 with respect to the sample surface. At this time, the charging neutralization electron beam L3 has a smaller depth of penetration into the sample surface than the melting electron beam L1 irradiated perpendicularly to the sample surface. Furthermore, as described above, the diameter of the irradiation spot formed on the sample surface is larger than when the electron beam is irradiated substantially vertically. Therefore, the area of secondary electrons emitted from the metal powder M1 can be widened. As a result, secondary electrons exceeding the amount of incident electrons are emitted from the sample surface. Furthermore, the metal powder M1 is temporarily positively charged, but is quickly neutralized by the emitted secondary electrons.
次に、図5Cを参照して、溶融用電子ビームL1と帯電中和用電子ビームL3を同じ照射位置に照射した場合について説明する。
図5Cに示すように、金属粉末M1は、試料面に対して略垂直に照射される溶融用電子ビームL1により負に帯電する。しかしながら、試料面に対して斜めから照射される帯電中和用電子ビームL3により、金属粉末M1から二次電子が放出される。そして、金属粉末M1の帯電量に応じて放出された二次電子が再配分される。これより、負に帯電した金属粉末M1の帯電を除去することができ、金属粉末M1を中和することができる。その結果、金属粉末M1が負に帯電することで金属粉末M1が飛散することを防ぐことができる。
Next, with reference to FIG. 5C, the case where the same irradiation position is irradiated with the melting electron beam L1 and the charging neutralization electron beam L3 will be described.
As shown in FIG. 5C, the metal powder M1 is negatively charged by the melting electron beam L1 irradiated substantially perpendicularly to the sample surface. However, secondary electrons are emitted from the metal powder M1 by the charge neutralizing electron beam L3 irradiated obliquely with respect to the sample surface. Then, the secondary electrons emitted according to the charge amount of the metal powder M1 are redistributed. Thus, the negatively charged metal powder M1 can be removed from the charge, and the metal powder M1 can be neutralized. As a result, it is possible to prevent the metal powder M1 from being scattered due to the negatively charged metal powder M1.
その他の構成は、第1の実施の形態にかかる3次元積層造形装置1と同様であるため、それらの説明は省略する。このような構成を有する3次元積層造形装置21によっても、上述した第1の実施の形態例にかかる3次元積層造形装置1と同様の作用効果を得ることができる。
Other configurations are the same as those of the three-dimensional
3.第3の実施の形態例
次に、図6を参照して本発明の3次元積層造形装置の第3の実施の形態例について説明する。
図6は、3次元積層造形装置を模式的に示す説明図である。
3. Third Embodiment Next, a third embodiment of the three-dimensional additive manufacturing apparatus of the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 6 is an explanatory view schematically showing a three-dimensional additive manufacturing apparatus.
この第3の実施の形態例にかかる3次元積層造形装置31が、第1の実施の形態例にかかる3次元積層造形装置1と異なる点は、第2の電子銃及び第2の電子ビーム制御部が帯電中和機能を有している点である。そのため、ここでは、第2の電子銃32及び第2の電子ビーム制御部33について説明し、第1の実施の形態例にかかる3次元積層造形装置1と共通する部分に同一の符号を付して重複した説明を省略する。
The three-dimensional
図5に示すように、3次元積層造形装置31は、真空容器2の鉛直方向の上部に、第1の電子銃8と、第2の電子銃32を設けている。また、3次元積層造形装置31は、第2の電子銃32を制御する予熱及び第2の電子ビーム制御部33を有している。
As shown in FIG. 5, the three-dimensional
第2の電子銃32は、試料面の平面に対して所定の角度θ1で傾斜させて予熱用電子ビームL2又は帯電中和用電子ビームL3を照射する。
The
金属粉末M1を予熱する場合、第2の電子ビーム制御部33は、第2の電子銃32を制御して、予熱用電子ビームL2を出射させる。この場合、予熱用電子ビームL2は、第1の電子銃8から出射された溶融用電子ビームL1の照射位置と異なる照射位置に照射される。これにより、金属粉末M1の予熱が行われる。
When preheating the metal powder M1, the second electron
また、金属粉末M1を帯電中和する場合、第2の電子ビーム制御部33は、第2の電子銃32を制御して、予熱用電子ビームL2の出力よりも低い出力の帯電中和用電子ビームL3を出射させる。この場合、帯電中和用電子ビームL3は、第1の電子銃8から出射された溶融用電子ビームL1の照射位置と同じ照射位置に照射される。これにより、金属粉末M1を溶融させる際に、金属粉末M1の帯電中和が行われる。
When the metal powder M1 is neutralized by charging, the second electron
第2の電子銃32から予熱用電子ビームL2を出射する際に、予熱用電子ビームL2の出力は、例えば60kVに設定され、第2の電子銃32から帯電中和用電子ビームL3を出射する際、帯電中和用電子ビームL3の出力は、例えば1kVに設定される。
When the preheating electron beam L2 is emitted from the
その他の構成は、第1の実施の形態にかかる3次元積層造形装置1と同様であるため、それらの説明は省略する。このような構成を有する3次元積層造形装置31によっても、上述した第1の実施の形態例にかかる3次元積層造形装置1と同様の作用効果を得ることができる。
Other configurations are the same as those of the three-dimensional
なお、本発明は上述しかつ図面に示した実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変形実施が可能である。 The present invention is not limited to the embodiment described above and shown in the drawings, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention described in the claims.
1,21,31…3次元積層造形装置、 2…真空容器、 3…造形枠、 4…ステージ、 7…粉体供給部、 8…第1の電子銃、 9,32…第2の電子銃、 11…第1の電子ビーム制御部、 12,33…第2の電子ビーム制御部、 22…第3の電子銃、 23…第3の電子ビーム制御部、 L1…溶融用電子ビーム、 L2…予熱用電子ビーム、 L3…帯電中和用電子ビーム、 A1,B1…領域、 M1…金属粉末、 P1…造形物、 Q1…照射位置
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記ステージ上に敷き詰められた前記粉末試料のうち所定の粉末試料に電子ビームを照射して前記所定の粉末試料を溶融する第1の電子銃と、
前記ステージ上に敷き詰められた前記粉末試料に電子ビームを照射して前記粉末試料を予熱する第2の電子銃と、
を備え、
前記第2の電子銃は、前記ステージ上に敷き詰められた前記粉末試料で形成される試料面に対して、電子ビームを傾斜させて照射し、
前記第2の電子銃の照射スポット径は、前記試料面に対して垂直から照射した場合よりも大きく照射される
3次元積層造形装置。 A stage on which powder samples for forming a shaped object are spread,
A first electron gun that irradiates a predetermined powder sample among the powder samples spread on the stage with an electron beam and melts the predetermined powder sample;
A second electron gun that preheats the powder sample by irradiating the powder sample spread on the stage with an electron beam;
With
The second electron gun irradiates the sample surface formed by the powder sample spread on the stage with an electron beam inclined,
The three-dimensional additive manufacturing apparatus in which the irradiation spot diameter of the second electron gun is irradiated larger than when irradiated from the perpendicular to the sample surface .
前記温度測定器が測定した温度に基づいて、前記第2の電子銃を制御する制御部と、をさらに備えた
請求項1に記載の3次元積層造形装置。 A temperature measuring device for measuring the temperature of the powder sample spread on the stage;
It said temperature measuring device based on the measured temperature, a three-dimensional laminate molding apparatus according to claim 1, and a control unit, further comprising a for controlling the second electron gun.
前記第3の電子銃は、前記第1の電子銃から出射される電子ビームと同じ照射位置に電子ビームを照射する
請求項1又は2に記載の3次元積層造形装置。 A third electron gun for irradiating the sample surface formed by the powder sample spread on the stage with an electron beam tilted to remove the charge of the powder sample;
It said third electron gun, three-dimensional laminate molding apparatus according to claim 1 or 2 is irradiated with an electron beam at the same irradiation position with the electron beam emitted from the first electron gun.
前記ステージ上に前記ステージ上に敷き詰められた前記粉末試料のうち所定の粉末試料に対して第1の電子銃から電子ビームを照射して前記所定の粉末試料を溶融する工程と、
前記ステージ上に敷き詰められた前記粉末試料に対して前記第1の電子銃と異なる第2の電子銃から電子ビームを照射して前記粉末試料を予熱する工程と、
を含み、
前記第2の電子銃は、前記ステージ上に敷き詰められた前記粉末試料で形成される試料面に対して、電子ビームを傾斜させて照射し、
前記第2の電子銃の照射スポット径は、前記試料面に対して垂直から照射した場合よりも大きく照射される
3次元積層造形方法。 Laying a powder sample to form a shaped object on one side of the stage;
Irradiating an electron beam from a first electron gun to a predetermined powder sample among the powder samples spread on the stage on the stage, and melting the predetermined powder sample;
Irradiating an electron beam from a second electron gun different from the first electron gun to the powder sample spread on the stage, and preheating the powder sample;
It includes,
The second electron gun irradiates the sample surface formed by the powder sample spread on the stage with an electron beam inclined,
The three-dimensional additive manufacturing method in which the irradiation spot diameter of the second electron gun is irradiated larger than when irradiated from the perpendicular to the sample surface .
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2014072220A JP6273578B2 (en) | 2014-03-31 | 2014-03-31 | Three-dimensional additive manufacturing apparatus and three-dimensional additive manufacturing method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2014072220A JP6273578B2 (en) | 2014-03-31 | 2014-03-31 | Three-dimensional additive manufacturing apparatus and three-dimensional additive manufacturing method |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2015193883A JP2015193883A (en) | 2015-11-05 |
JP6273578B2 true JP6273578B2 (en) | 2018-02-07 |
Family
ID=54433174
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2014072220A Active JP6273578B2 (en) | 2014-03-31 | 2014-03-31 | Three-dimensional additive manufacturing apparatus and three-dimensional additive manufacturing method |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6273578B2 (en) |
Families Citing this family (14)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP6019267B1 (en) * | 2015-11-13 | 2016-11-02 | 技術研究組合次世代3D積層造形技術総合開発機構 | Control method for three-dimensional additive manufacturing apparatus, control method for three-dimensional additive manufacturing apparatus, and control program for three-dimensional additive manufacturing apparatus |
US10610930B2 (en) * | 2015-11-18 | 2020-04-07 | Arcam Ab | Additive manufacturing of three-dimensional articles |
JP2017179575A (en) * | 2016-03-31 | 2017-10-05 | キヤノン株式会社 | Three-dimensional molding device and three-dimensional molding method |
JP7065351B2 (en) * | 2016-09-02 | 2022-05-12 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | Manufacturing method of 3D shaped object |
JP6857861B2 (en) * | 2016-11-17 | 2021-04-14 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | Manufacturing method of three-dimensional shaped object |
CN109716480B (en) * | 2017-01-12 | 2021-02-19 | 爱德万测试株式会社 | Electron beam column for three-dimensional layered modeling apparatus, and three-dimensional layered modeling method |
DE102017105056A1 (en) * | 2017-03-09 | 2018-09-13 | Cl Schutzrechtsverwaltungs Gmbh | Device for the additive production of three-dimensional objects |
CN110382139A (en) * | 2017-04-11 | 2019-10-25 | 爱德万测试株式会社 | Three-dimensional lamination arthroplasty devices and lamination shaping method |
US11292062B2 (en) | 2017-05-30 | 2022-04-05 | Arcam Ab | Method and device for producing three-dimensional objects |
SI25442A (en) * | 2017-06-13 | 2018-12-31 | Mušević Nataša | Device and method for additive manufacturing of three-dimensional objects |
JP6887896B2 (en) * | 2017-06-28 | 2021-06-16 | 日本電子株式会社 | 3D laminated modeling equipment |
KR102177838B1 (en) * | 2018-11-28 | 2020-11-12 | 하나에이엠티 주식회사 | Powder supplying device of 3D printer and control method thereof and 3D printer having the same |
WO2021001878A1 (en) * | 2019-07-01 | 2021-01-07 | 株式会社ニコン | Molding device |
EP4252939A1 (en) * | 2022-03-31 | 2023-10-04 | Siemens Aktiengesellschaft | Beam powder bed fusion additive manufacturing process and manufacturing device for an execution of the process |
Family Cites Families (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5393482A (en) * | 1993-10-20 | 1995-02-28 | United Technologies Corporation | Method for performing multiple beam laser sintering employing focussed and defocussed laser beams |
JP2847579B2 (en) * | 1995-05-09 | 1999-01-20 | イーオーエス ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング イレクトロ オプティカル システムズ | 3D object manufacturing equipment by laser sintering |
JP4917381B2 (en) * | 2006-08-09 | 2012-04-18 | 株式会社アスペクト | Powder sintering additive manufacturing apparatus and powder sintering additive manufacturing method |
GB201209415D0 (en) * | 2012-05-28 | 2012-07-11 | Renishaw Plc | Manufacture of metal articles |
JP5995202B2 (en) * | 2012-07-31 | 2016-09-21 | 株式会社アスペクト | Powder additive manufacturing apparatus and powder additive manufacturing method |
EP2878409B2 (en) * | 2013-11-27 | 2022-12-21 | SLM Solutions Group AG | Method of and device for controlling an irradiation system |
-
2014
- 2014-03-31 JP JP2014072220A patent/JP6273578B2/en active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2015193883A (en) | 2015-11-05 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6273578B2 (en) | Three-dimensional additive manufacturing apparatus and three-dimensional additive manufacturing method | |
JP2015175012A (en) | Three-dimensional lamination molding device and method | |
CN104759623B (en) | Using the increasing material manufacturing device of electron beam laser compound scanning | |
WO2019088091A1 (en) | Three-dimensional shaping device and three-dimensional shaping method | |
US20170144424A1 (en) | Three dimensional modeling apparatus, three dimensional modeling method, program, and storage medium | |
US20200061915A1 (en) | Interchangeable chamber for a device and a method for the additive manufacturing of a three-dimensional object | |
WO2019087845A1 (en) | Three-dimensional shaping device and three-dimensional shaping method | |
JP6231695B1 (en) | Control method for three-dimensional additive manufacturing apparatus, control method for three-dimensional additive manufacturing apparatus, and control program for three-dimensional additive manufacturing apparatus | |
CN105880590B (en) | A kind of increasing material manufacturing system that can be continuously shaped | |
JP2010100884A (en) | Method for producing three-dimensionally shaped object | |
JP6639735B2 (en) | 3D modeling equipment | |
JP2010255057A (en) | Apparatus for forming shaped article with electron beam | |
JP2019081937A (en) | Powder saving device and powder saving method | |
CN106563805A (en) | Additive manufacturing device and method | |
JP2015030883A (en) | Method and apparatus for production of three-dimensional laminate formed object | |
JP2023115028A (en) | Additive manufacturing device and additive manufacturing method | |
CN112188962A (en) | Method of preparing powder bed deposited additive manufacturing platform upper surface | |
JP7150121B1 (en) | Modeling program creation method, layered manufacturing method, and layered manufacturing apparatus | |
JP2015168877A (en) | Three-dimentional lamination molding device and three-dimentional lamination molding method | |
CN105081320A (en) | 3d printing device | |
JP2019043069A (en) | Lamination molding apparatus and lamination molding method | |
JP7550624B2 (en) | Three-dimensional modeling apparatus and method for manufacturing a model | |
KR102056825B1 (en) | Preheating and sintering processes of the metallic powder using a plasma electron beam | |
US10898953B2 (en) | Method for manufacturing three-dimensional shaped object | |
JP2021120209A (en) | Three-dimensional object molding device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20161118 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821 Effective date: 20161118 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20170912 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20171109 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20171212 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6273578 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |