层叠造型装置的造型方法和层叠造型装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供层叠造型装置的造型方法和层叠造型装置。层叠造型装置的造型方法在通过造型光束的照射使金属粉末熔融后，使其固化而对造型物进行层叠造型，具备：第一工序(S10)，在基板(27)上的照射范围(Ar1)内准备在上表面具备了沿着规定的轴线凹设的凹部(43)的造型物的第一层(15A)；第二工序(S20)，向凹部(43)供给金属粉末；和第三工序(S30)，在第二工序(S20)的处理后，相对于供给至凹部(43)的金属粉末，照射造型光束(L1)并使其熔融。

Modeling method and device of cascade moulding device

【技术实现步骤摘要】
层叠造型装置的造型方法和层叠造型装置
本专利技术涉及层叠造型装置的造型方法和层叠造型装置。
技术介绍
近年来，如日本特开2003－129862号公报所示，通过激光的照射使粉末状的金属烧结，或者熔融固化，逐层呈层状层叠而制造立体的造型物的金属增材制造(AdditiveManufactuaring，AM)的开发盛行。金属AM中使用的金属有马氏体时效钢、不锈钢、钛钢、铜和铝等，尤其，相对于铜、铝的需求高。然而，铜和铝通常对在金属AM中经常使用的近红外波长的激光的吸收率较低。因此，被照射近红外波长的激光的铜、铝的温度上升较慢，到熔融为止很耗费时间，在成为基体的部件难以形成熔透部。另外，铜和铝例如与铁等相比，热传导率均较高。因此，对于铜和铝而言，即使熔融，若停止激光的照射，则熔融部的热也向周围的铜或者铝迅速地传递，从而熔融部的温度会大幅降低。而且，温度降低，由此熔融部的表面张力增高。如上所述，在熔点附近，存在因伴随着温度降低而增大的表面张力，熔融状态的铜和铝成为不连续的球(ball)状并固化的情况。另外，即使能够形成良好地固化的条形突起部，为了形成新的条形突起部，若为了与通过以往的方法良好地固化的条形突起部大幅重复而照射激光，则也向已经形成的条形突起部传递热。此时，已经形成的条形突起部由于不具有良好的熔透部，所以存在再次熔融，之后因表面张力呈不连续的球状固化的担忧。因此，造型物的密度降低，从而无法获得所希望的物理特性。
技术实现思路
本专利技术的目的之一在于，提供一种即便是任意的材料也能够制造密度高且具备良好的物理特性的层叠造型物的层叠造型装置的制造方法和层叠造型装置。使用了作为专利技术的一个方式的层叠造型装置的造型方法是在通过造型光束的照射使金属粉末熔融后，使其固化而进行层叠造型来制造出造型物的造型方法。上述层叠造型装置具备：金属粉末供给装置，将上述金属粉末向上述造型光束的照射范围内供给；和造型光束照射装置，相对于供给至上述照射范围内的上述金属粉末的规定的位置在隔绝了外部空气的状态下照射上述造型光束。上述造型方法具备：第一工序，在基板上的上述照射范围内，准备在上表面具备了沿着规定的轴线凹设的凹部的上述造型物的第一层；第二工序，向上述凹部供给上述金属粉末；和第三工序，在上述第二工序后，相对于供给至上述凹部的上述金属粉末照射上述造型光束，使其熔融。这样，在第一工序中，准备在上表面凹设有凹部的造型物的第一层。然后，在第二工序中，向凹部供给金属粉末，在第三工序中，向凹部的金属粉末照射造型光束使其熔融。即，被照射造型光束的凹部的金属粉末在凹部内熔融，存积在凹部内。因此，之后，由于是高热传导率，所以即使存积在凹部内的熔融金属的温度向外部传递并大幅降低而使表面张力增加，熔融金属也难以成为球状，在固化后，能够获得高密度的状态。附图说明根据以下参照附图对实施例进行的详细说明可了解本专利技术的上述以及更多的特点和优点，在附图中，对相同的元素标注相同的附图标记。图1是第一实施方式的层叠造型装置的简图。图2是表示每种金属材料的近红外激光的波长与吸收率的关系的图表。图3是图1的金属粉末供给装置的俯视图。图4是对激光头的结构进行说明的图。图5是对照射路径H进行说明的图。图6是第一实施方式的层叠造型方法的流程图1。图7是条形突起的立体图。图8是从Q方向观察图7的图。图9是对条形突起的形状进行说明的图。图10是向第一层供给薄膜层15b的状态的图。图11是在图10的状态下，表示向凹部照射近红外激光后的状态的图。图12是使照射路径H旋转90度的状态的说明图。图13是第一实施方式的变形例2的层叠造型物的层叠状态图。图14是第一实施方式的变形例3的层叠造型物的层叠状态图。图15是第二实施方式的层叠造型方法的流程图2。图16是在第二实施方式中，表示在基板的表面形成有凹部的状态的图。图17是第三实施方式的层叠造型装置的简图。具体实施方式首先，对本专利技术的第一实施方式的层叠造型装置100(参照图1)的概要进行说明。层叠造型装置100是通过造型光束的照射，使供给至照射范围内的金属粉末逐层熔融后，使其固化而进行层叠造型来制造出造型物的装置。在本实施方式中，作为造型光束，采用廉价的近红外波长的激光来进行说明。以下，将近红外波长的激光称为近红外激光L1。但是，不限定于该方式。近红外激光L1只不过是一个例子，作为造型光束，不局限于近红外波长的激光(近红外激光L1)，也可以采用CO2激光器(远红外激光)、半导体激光器。在本实施方式中，作为成为造型物的原材料的金属粉末，在能够采用的各种金属材料中，应用在市场中需求较高的铜粉末(Cu)作为一个例子。此外，在本实施方式中，铜粉末(Cu)以构成造型物的最下层部(基体部)的平面状向铜制的基板27的上表面供给。铜是对常温时的近红外激光L1的吸收率在规定的值以下的低吸收率材料。此时，规定的值以下例如是指30％以下的值，如图2所示，铜对近红外激光L1的吸收率约为10％(换句话说，30％以下)。因此，若通过以往的层叠造型的方法，向上述的铜粉末(金属粉末)照射近红外激光L1并使其熔融，则与近红外激光L1的吸收率较低的情况相应，铜粉末的温度在到达熔点前，耗费较长的时间。另外，此时，基板27(参照图1)也是铜制，对近红外激光L1的吸收率较低，并且热容量较大。因此，即使相对于供给至基板27的上表面的铜粉末照射近红外激光L1，基板27也不会与铜粉末相同地升温并容易熔融。另外，铜例如是与铁的热传导率(约80W/m·K)相比具有较高的热传导率(约400W/m·K)，并且熔点(约1080℃)也比较高的金属。由此，在通过以往的层叠造型的方法使近红外激光L1向铜粉末(金属粉末)进行了照射的情况下，若在铜粉末的温度到达至熔点且铜粉末已熔融后停止近红外激光L1的照射，则已熔融的铜的热经由接触的基板27等非熔融部向外部流出。因此，已熔融的铜被维持熔融状态(液体状态)且在短时间内温度降低规定量。此外，此时，如上所述，在基板27未形成熔透部，因此已熔融的铜与基板27不完全连接。另外，此时，公知熔点附近的液体状态的金属的表面张力γ具有越是熔点温度较高的材料越增大的趋势(参考文献：参照日本金属学会会报，第14卷第8号，小原嗣郎著“复合材料的界面与金属的润湿性”的图4)。因此，在熔融状态(液体状态)下的铜产生与较高的熔点对应的比较大的表面张力γ。因此，被维持熔融状态(液体状态)的铜存在在温度降低规定量后，因自身具有的较大的表面张力γ(省略图示)而成为不连续且椭圆的球状，之后被固化的担忧。另外，即使熔融状态(液体状态)下的铜不成为球状地被固化，也形成新的固化部，因此若通过以往的方法与良好地固化的固化部大幅重复地照射激光，则也向已经形成的固化部传递热。此时，已经形成的固化部由于不具有良好的熔透部，因此存在被传递热而再次熔融，之后，因表面张力γ而呈不连续的球(ball)状被固化的担忧。这样，铜难以被维持熔融状态(液体状态)的形态进行固化。换言之，难以形成被维持熔融状态(液体状态)的形态而形成的连续的线性的固化部。因此，高密度的层叠造型物的制造变得困难。因此，专利技术人反复实验、研究后，完成一种层叠造型方法和层叠造型装置，即便在将具有上述的特性的铜粉末(金属粉末)使用为层叠造型物的材料的情本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种层叠造型装置的造型方法，使用在通过造型光束的照射使金属粉末熔融后，使其固化而进行层叠造型来制造出造型物的层叠造型装置，所述层叠造型装置具备：金属粉末供给装置，将所述金属粉末向所述造型光束的照射范围内供给；和造型光束照射装置，相对于供给至所述照射范围内的所述金属粉末的规定的位置，在隔绝了外部空气的状态下照射所述造型光束，所述造型方法包括：第一工序，在基板上的所述照射范围内准备在上表面具备了沿着规定的轴线延伸凹设的凹部的所述造型物的第一层；第二工序，向所述凹部供给所述金属粉末；和第三工序，在所述第二工序后，相对于供给至所述凹部的所述金属粉末照射所述造型光束并使其熔融。

【技术特征摘要】
2018.03.07 JP 2018-0409891.一种层叠造型装置的造型方法，使用在通过造型光束的照射使金属粉末熔融后，使其固化而进行层叠造型来制造出造型物的层叠造型装置，所述层叠造型装置具备：金属粉末供给装置，将所述金属粉末向所述造型光束的照射范围内供给；和造型光束照射装置，相对于供给至所述照射范围内的所述金属粉末的规定的位置，在隔绝了外部空气的状态下照射所述造型光束，所述造型方法包括：第一工序，在基板上的所述照射范围内准备在上表面具备了沿着规定的轴线延伸凹设的凹部的所述造型物的第一层；第二工序，向所述凹部供给所述金属粉末；和第三工序，在所述第二工序后，相对于供给至所述凹部的所述金属粉末照射所述造型光束并使其熔融。2.根据权利要求1所述的层叠造型装置的造型方法，其中，在所述第一工序中，为了准备所述第一层，而具备：第一供给工序，向所述基板上的所述照射范围内供给所述金属粉末；第一激光照射工序，在相对于供给至所述照射范围内的所述金属粉末照射所述造型光束而使所述金属粉末熔融后，使其固化，形成沿所述规定的轴线方向呈线状延伸且与所述规定的轴线交叉的剖面成为凸状的第一条形突起；和第二激光照射工序，在相对于供给至所述照射范围内的所述金属粉末中的配置于所述第一条形突起的附近的所述金属粉末照射所述造型光束而使所述金属粉末熔融后，使其固化，形成第二条形突起，该第二条形突起在与所述第一条形突起具有了规定的距离的状态下沿所述规定的轴线方向呈线状延伸且与所述规定的轴线交叉的剖面成为凸状，并且使所述凹部在与所述第一条形突起之间的空间成立。3.根据权利要求2所述的层叠造型装置的造型方法，其中，在所述第三工序后，执行在所述造型物的上方准备所述第一层的所述第一工序，在所述第三工序后被执行的所述第一工序之后，依次反复执行所述第二工序和所述第三工序。4.根据权利要求3所述的层叠造型装置的造型方法，其中，在反复进行从所述第一工序至所述第三工序的处理的情况下，...

【专利技术属性】
技术研发人员：井本吉纪，椎叶好一，
申请(专利权)人：株式会社捷太格特，
类型：发明
国别省市：日本,JP