三維形狀造型物的制造裝置的制造方法
【專利說明】三維形狀造型物的制造裝置
[0001]本申請是申請日為2009年10月21日、申請號為201080047421.X、發明名稱為“三維形狀造型物的制造方法及其制造裝置”的發明專利申請的分案申請。
技術領域
[0002]本發明涉及三維形狀造型物的制造方法及其制造裝置。更詳細地講，本發明涉及通過重復進行對粉末層的規定部位照射光束而形成固化層的工序來制造由多個固化層層疊一體化而成的三維形狀造型物的方法以及該方法所用的裝置。
【背景技術】
[0003]以往，已知有通過對材料粉末照射光束來制造三維形狀造型物的方法(一般稱為“粉末燒結層疊法”)。在所述方法中，通過重復進行“(i)通過對粉末層的規定部位照射光束，使所述規定部位的粉末燒結或熔融固化，形成固化層，(?)在得到的固化層上敷設新的粉末層，通過同樣地照射光束，進一步形成固化層”，從而制造三維形狀造型物(參照專利文獻I或專利文獻2)。在作為材料粉末采用金屬粉末或陶瓷粉末等無機質的材料粉末的情況下，能夠采用得到的三維形狀造型物作為模具，在采用樹脂粉末或塑料粉末等有機質的材料粉末的情況下，能夠采用得到的三維形狀造型物作為模型。根據如此的制造技術，可在短時間內制造復雜的三維形狀造型物。
[0004]如果舉例作為材料粉末采用金屬粉末、采用所得到的三維形狀造型物作為模具的情況，則如圖1所示，首先，在基板21上形成規定厚度tl的粉末層22后(參照圖1 (a))，對粉末層22的規定部位照射光束，在造型板21上形成固化層24。然后，在所形成的固化層24上敷設新的粉末層22，通過再次照射光束形成新的固化層。如果如此反復形成固化層，則能夠得到由多個固化層24層疊一體化而成的三維形狀造型物(參照圖1 (b))。
[0005]專利文獻1:日本特表平1-502890號公報
[0006]專利文獻2:日本特開2000-73108號公報
【發明內容】
[0007]發明要解決的問題
[0008]三維形狀造型物的制造大多在保持在可防止造型物氧化等的規定的不活潑性氣氛下的腔室內進行。腔室內設有“形成粉末層的機構”、“可形成粉末層及/或固化層的造型臺”等，另一方面，在腔室外設有光束照射機構。從光束照射機構發出的光束可通過腔室的光透射窗，照射在粉末層的規定部位。例如參照圖2(a)及(b)得知，在腔室50上設有光透射窗52。光束L可通過光透射窗52入射到腔室50內。
[0009]這里，在對粉末層照射光束而使粉末燒結或熔融固化時，如圖2(a)及(b)所示，從光束照射部位發生被稱為“煙氣”8的煙狀的物質(例如金屬蒸氣或樹脂蒸氣)。該煙氣上升，附著或燒粘在腔室的光透射窗上(參照圖3)。因此，光透射窗變得模糊不清，使光束的透射率或折射率等降低。如果光束的透射率或折射率等降低，則不能得到所希望的固化層，妨礙當初所希望的造型物的制造。特別是在采用金屬粉末層作為粉末層的情況下，因“燒結不穩定”或“不能提高燒結密度”等理由，擔心三維形狀造型物的強度下降。
[0010]此外，煙氣直接影響到入射到腔室內的光束。具體而言，發生的煙氣可上升。因此，上升的煙氣有時遮擋光束的路徑，使光束的照射量(對粉末層的照射量)降低。也就是說，因煙氣的遮擋，供于粉末層的光束的能量有可能低于規定的值。
[0011]用于解決課題的手段
[0012]本發明是鑒于上述情況而完成的。也就是說，本發明的課題是提供一種盡量抑制了所發生的煙氣的影響的粉末燒結層疊法。
[0013]為了解決上述問題，在本發明中，提供一種三維形狀造型物的制造方法，其特征在于:
[0014]是在腔室內重復進行以下工序的三維形狀造型物的制造方法，
[0015](i)對粉末層的規定部位照射光束，使所述規定部位的粉末燒結或熔融固化，形成固化層的工序、及
[0016](ii)在得到的固化層上形成新的粉末層，對所述新的粉末層的規定部位照射光束，進一步形成固化層的工序；
[0017]在所述腔室內形成局部氣流，使因照射光束而發生的煙氣的至少一部分與局部氣流同伴。
[0018]本發明的制造方法的特征在于:通過在腔室內形成的局部氣流來捕集煙氣，以使光透射窗不因煙氣而模糊不清及/或光束的路徑不被煙氣遮擋。
[0019]在本說明書中，所謂“煙氣”指的是采用三維形狀造型物的制造方法時，從被照射光束的粉末層及/或固化層發生的煙狀的物質。例如，煙氣是“起因于金屬粉末材料的金屬蒸氣”或“起因于樹脂粉末材料的樹脂蒸氣”。
[0020]此外，在本說明書中，所謂“局部氣流”，實質上意思是形成于腔室內空間的一部分中的氣流。另外，所謂“與局部氣流同伴”的表述，廣義上講實質上意思是通過腔室內的氣流來運送煙氣的形態，在狹義的具體的形態中，實質上意思是煙氣以包含在形成于腔室內空間的一部分中的氣流內的方式移動，煙氣沿著該氣流流動的形態。附帶說一下，為了不對腔室內的不活潑性氣氛產生不良影響，所采用的氣體的種類優選為與腔室內的不活潑性氣氛氣體相同的不活潑性氣體。
[0021]另外，在本說明書中，所謂“粉末層”，指的是例如“由金屬粉末形成的金屬粉末層”或“由樹脂粉末形成的樹脂粉末層”等。此外所謂“粉末層的規定部位”，實質上意思是要制造的三維形狀造型物的區域。所以，通過對存在于上述規定部位的粉末照射光束，使該粉末燒結或熔融固化，可構成三維形狀造型物的形狀。另外，所謂“固化層”，在粉末層為金屬粉末層的情況下，實質上意思是“燒結層”，在粉末層為樹脂粉末層的情況下，實質上意思是“固化層”。
[0022]在某一適合的方式時，在離開設在腔室上的光透射窗的位置上形成局部氣流。換句話講，不對光透射窗吹噴氣體。由此，能夠防止“光透射窗的模糊不清”。此外，為了防止“煙氣遮擋光束路徑”，還優選在離開入射到腔室內的光束的路徑的位置上形成局部氣流。
[0023]在本發明的制造方法中，通過以下的方式能夠形成“局部的氣體”。
[0024]?從腔室的外部向內部供給氣體。
[0025]?驅動設在腔室內部的風扇。
[0026].經由腔室壁部從外部吸引腔室內的氣氛氣體。
[0027]此外，作為“局部的氣體”在腔室內的形態，優選以下的形態。
[0028].在離粉末層至少1mm以上的位置上形成局部氣流。
[0029].為了使氣體沿著腔室內壁環繞，在腔室內壁附近形成局部氣流。
[0030].為了形成由局部氣流構成的“氣幕”，使氣體以平面狀或并列地流動。
[0031]在某一適合的方式時，從腔室的內部排放與局部氣流同伴的煙氣。由此，能夠防止“在腔室內蓄積所需以上的煙氣”。
[0032]在另一適合的方式時，只在照射光束時產生局部氣流。由此，只在發生煙氣時形成局部氣流，可更有效地除去煙氣。
[0033]在本發明中，還可提供一種用于實施上述制造方法的“三維形狀造型物的制造裝置”。所述三維形狀造型物的制造裝置的特征在于，具有:
[0034]用于形成粉末層的粉末層形成機構、
[0035]為了形成固化層而對粉末層照射光束的光束照射機構、
[0036]可形成粉末層及/或固化層的造型臺、以及
[0037]內部具備粉末層形成機構及造型臺的腔室；
[0038]進一步具有用于在腔室內形成局部氣流的氣流形成機構。
[0039]發明效果
[0040]在本發明中，能夠在腔室內有效地捕集因照射光束而發生的煙氣。也就是說，能夠將所發生的煙氣向腔室內的局部的區域誘導并保持，最終將其從腔室內除去。由此，不僅能夠在防止腔室光透射窗的“模糊不清”，而且能夠防止“煙氣遮擋光束路徑”。
[0041]所以，在本發明中，能夠防止入射到腔室內的光束的透射率的降低及折射率的變化，可形成所希望的固化層。更具體地講，在粉末層為金屬粉末層、固化層為燒結層的情況下，能夠避免“燒結不穩定、或者不能提高燒結部分的密度”這樣的不適合，因而能夠實質上均勻地保持三維形狀造型物的強度。
【附圖說明】
[0042]圖1是示意性地表示光造型復合加工機的工作的剖視圖。
[0043]圖2是示意性地表示因照射光束而在腔室內發生煙氣時的形態的立體圖(圖2(a):具備切削機構的復合裝置，圖2(b):不具備切削機構的裝置)。
[0044]圖3是示意性地表示腔室內的煙氣的流動的剖視圖。
[0045]圖4是示意性地表示進行粉末燒結層疊法時的形態的立體圖。
[0046]圖5是示意性地表示實施粉末燒結層疊法的光造