三维制造方法和三维制造装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及三维制造方法和三维制造装置，提供容易分别调节固化和未固化区域的每个的每单位面积加热量的三维制造方法和三维制造装置。光源和扫描单元用激光束加热由层形成单元形成的层。在层形成步骤中，控制单元使层形成单元形成材料粉末层。在激光加热步骤中，控制单元控制光源和扫描单元用激光束交替地加热通过熔融并固化层而得到的固化区域和与固化区域相邻的未固化区域，由此一体化地熔融并固化固化区域和未固化区域。

Three dimensional manufacturing method and three dimensional manufacturing device

The present invention relates to a three-dimensional manufacturing method and a three-dimensional manufacturing device, providing a three-dimensional manufacturing method and a three dimensional manufacturing device for each unit area heat addition which is easy to adjust the curing and uncured areas respectively. The light source and the scanning unit heat the layer formed by the layer forming unit with a laser beam. In the layer formation step, the control unit makes the layer forming unit to form the material powder layer. In the laser heating step, the control unit controls the light source unit and scanning laser beam alternately heated by melting and solidifying layer and curing region and curing region adjacent to the uncured region, thus the integration of melting and curing area and curing region.

【技术实现步骤摘要】
三维制造方法和三维制造装置
本专利技术涉及通过使用能量束来制造三维制造物体的三维制造方法和三维制造装置。
技术介绍
近年来，通过使用能量束进行加热工艺的粉末床熔融(熔化和结合)技术来制造三维制造物体的三维制造方法正在不断发展。在使用能量束进行加热步骤的粉末床熔融技术中，由于能量束而蒸发的材料粉末在装置中固化而成的被称为烟的细粉末成为问题。日本专利申请公开文本No.2010-132961公开了在装置内形成非活性气体流，并且从装置内部排除在装置内生成的烟。另外，日本专利No.5721886公开了在形成粉末床的层形成单元中提供吸烟单元。由于日本专利申请公开文本No.2010-132961和日本专利No.5721886中公开的技术都致力于在制造三维制造物体的工艺中不可避免地生成烟的前提下去减少烟的影响，因此在本质上是不可能降低在三维制造物体的制造工艺中生成的烟的总量本身的。顺便提及，在使用能量束进行加热工艺的常规粉末床熔融技术中，移动能量束以使其射束点与被熔融并固化的固化区域和与固化区域相邻的未固化区域这两者都重叠。也就是说，沿着固化区域和未固化区域的边界移动射束点，以同时熔融固化区域和未固化区域这两者并使它们一体化。在此，在粉末状态的未固化区域，与由于固化热容易扩散的固化区域相比，烟倾向于更容易产生。因此，提议将未固化区域中的每单位面积加热量设置为低于固化区域中的每单位面积加热量。然而，当射束点沿着固化区域和未固化区域之间的边界移动时，很难分别地调节固化区域和未固化区域的每个的每单位面积加热量。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供能够容易地分别调节固化区域和未固化区域的每个的每单位面积加热量的三维制造方法和三维制造装置。根据本专利技术的三维制造方法是一种物体制造方法，其包含：使控制单元形成材料粉末层的层形成步骤；使控制单元在移动能量束时交替地加热通过熔融并固化在层形成步骤中形成的层而得到的固化区域和与固化区域相邻的未固化区域，由此一体化地熔融并固化固化区域和未固化区域的加热步骤。根据本专利技术的三维制造装置，包含：配设为能够形成材料粉末层的层形成单元；配设为用激光束加热层形成单元形成的层的加热单元；和配设为使层形成单元形成层，使加热单元加热层的控制单元。并且，控制单元配设为在移动能量束时交替地加热通过熔融并固化层而得到的固化区域和与固化区域相邻的未固化区域，由此一体化地熔融并固化固化区域和未固化区域。根据本专利技术，可以提供能够容易地分别调节固化区域和未固化区域的每个的每单位面积加热量的三维制造方法和三维制造装置。由此，能够分别调节固化区域和未固化区域的每个的每单位面积加热量，因此降低在制造三维制造物体的工艺中生成的烟本身的总量。通过下面参照附图对典型实施方式的描述，本专利技术的进一步的特征将会变得明显。附图说明图1是根据第一实施方式的三维制造装置的构成的说明图。图2是三维制造装置的控制系统的方块图。图3是三维制造物体的制造工艺的流程图。图4A和4B是常规扫描加热中的边界加热的说明图。更具体地，图4A是示出材料粉末层上的激光束扫描路径的透视图，图4B是示出具有放大了的射束点的边界加热的透视图。图5A和5B是利用激光束的边界扫描加热的说明图。更具体地，图5A是示出激光束扫描路径的图，图5B是示出边界扫描加热的透视图。图6是创建边界扫描加热工艺程序的工艺流程图。图7是示出边界扫描加热中的射束点移动路径的说明图。图8是示出实施例1中的激光束移动速度的设置的说明图。图9A和9B是实施例2和3中的激光束的输出的设置的说明图。更具体地，图9A是示出激光束输出的图，图9B是示出边界扫描加热的激光束的扫描速度的图。图10A和10B是实施例4中的激光束的输出的设置的说明图。更具体地，图10A是示出激光束输出的图，图10B是示出边界扫描加热的激光束的扫描速度的图。图11A和11B是根据第二实施方式的边界扫描加热的说明图。更具体地，图11A是示出激光束输出的图，图11B是示出边界扫描加热的激光束的扫描速度的图。具体实施方式以下，依据附图对本专利技术的优选实施方式进行具体的描述。<第一实施方式>在第一实施方式中，在固化区域和未固化区域之间的边界进行边界扫描加热，以一体化地熔融(熔化)并固化固化区域和未固化区域。并且，未固化区域中的激光束边界扫描速度设为高于固化区域中的激光束边界扫描速度。由此，可以降低粉末床熔融技术中烟自身的产生。(三维制造装置)图1是根据第一实施方式的三维制造装置的构成的说明图。粉末床熔融技术在近些年被发展是因为它可以制造小批量多种类的金属零件和复杂形状的金属零件。在粉末床熔融技术中，通常，对于许多层重复进行如下工艺：形成材料粉末层，利用能量束局部地熔融所形成的层，并且在平面方向和深度方向接合或组合熔融层与另一层；所获得的多层然后被层叠以形成产品制造物体。如图1所示，三维制造装置100是粉末床熔融系统的所谓的3D打印机。容器101由不锈钢制成，并且能够气密密封。压力计143连接到容器101。气体抽空单元141抽空容器101的内部以排出氧气。气体抽空单元141由干式泵构成。气体供应单元142能够向容器101内供应氮气。气体抽空单元141在与容器101的连接部具有能够调节开口量的开口调节阀。通过在由气体供应单元142向容器101供应气体时根据压力计143的输出来调节开口调节阀，三维制造装置100能够保持容器101的内部为期望的气氛和期望的压力(真空度)。在容器101内配置制造容器120。在制造容器120中，在台121上配置层叠基底材料124，其为材料粉末131的层132在其上被层叠的基板。上升/下降单元122以对应于层132的厚度的任意间距使台121逐步下降。层形成单元104能够在制造容器120中形成材料粉末131的层132。随着含有材料粉末131的移动单元135沿着制造容器120的上表面在箭头R1的方向移动，层形成单元104形成材料粉末131的层132。层形成单元104在层叠基底材料124或层132上形成并层叠材料粉末131的层132。并且，层形成单元104通过涂刷器，滚筒等(未示出)将具有几微米到几十微米粒子直径的金属粉末的材料粉末131形成至约10μm-100μm的均一的厚度。在第一实施方式中，利用层形成单元104，用具有粒子直径20μm的SUS316(SteelUseStainless316)材料粉末形成了厚度40μm的层132。扫描加热单元130用激光束109来加热利用层形成单元104(层形成单元的一例)形成的层132。扫描加热单元130利用由光源105生成的激光束109通过扫描镜106m和116m来进行双轴扫描，从而来加热层132的对应于输入数据的固化区域。扫描加热单元130利用激光束109来加热制造容器120的层132，几乎瞬间熔融该层，并一体化地固化熔融层和熔融层下面的固体材料。由此，在制造容器120中形成的层132的期望制造区域变为了固化层132H。光源105为YAG(YttriumAluminumGarnet)激光振荡器，是具有1070nm波长和500W输出的半导体光纤激光器。光学系统107，包括用于聚焦激光束的透镜，在层132的高度形成激光束的射束点。透射窗口108用于使激光束109透射到容器10本文档来自技高网...

【技术保护点】
三维制造方法，包含：使控制单元形成材料粉末层的层形成步骤；和使控制单元在移动能量束时交替地加热通过熔融并固化在层形成步骤中形成的层而获得的固化区域和与固化区域相邻的未固化区域，由此一体化地熔融并固化固化区域和未固化区域的加热步骤。

【技术特征摘要】
2016.03.31 JP 2016-0735381.三维制造方法，包含：使控制单元形成材料粉末层的层形成步骤；和使控制单元在移动能量束时交替地加热通过熔融并固化在层形成步骤中形成的层而获得的固化区域和与固化区域相邻的未固化区域，由此一体化地熔融并固化固化区域和未固化区域的加热步骤。2.根据权利要求1的三维制造方法，其中，在加热步骤中，控制单元控制能量束以使未固化区域的每单位面积加热量小于固化区域的每单位面积加热量。3.根据权利要求2的三维制造方法，其中，在加热步骤中，控制单元连续地照射固化区域和未固化区域，并且控制能量束以使未固化区域中的能量束的平均移动速度大于固化区域中的能量束的平均移动速度。4.根据权利要求2的三维制造方法，其中，在加热步骤中，控制单元连续地照射固化区域和未固化区域，并且控制能量束以使未固化区域中的能量束的平均输出小于固化区域中的能量束的平均输出。5.根据权利要求1的三维制造方法，其中，在加热步骤中，控制单元用能量束扫描固化区域和未固化区域，并且控制以使在未固化区域中的扫描的最大振幅位置及其附近能量束的输出小。6.根据权利要求5的三维制造方法，其中，以最大振幅位置为中心的附近的范围与能量束的射束点尺寸相对应。7.根据权利要求5的三维制造方法，其中，在最大振幅位置能量束的输出是0。8.根据权利要求1的三维制造方法，其中，在加热步骤中，控制单元控制能量束以使未固化区域中的能...

【专利技术属性】
技术研发人员：木谷耕治，水野智康，
申请(专利权)人：佳能株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP