(57)【要約】      （修正有）【課題】レーザー・エレクトロンビーム等に変わる熱源に、設備費の初期投資額が安価、運転中の経費も少なくてすむ窒化アルミセラミック焼成ドットヒーターによる可能性を追求する、金属粉末活用の三次元積層造形機を提供する。【解決手段】３Ｄ−ＣＡＤからの信号を受けて、ドット状に加熱出来る、窒化アルミセラミック焼成ヒーターを内蔵した基盤１の上に、低融点合金粉末を素材とする熱可溶性接着剤で加工されたフープ材２を乗せ、天板３で押さえる。信号に併せて、加熱され加工されたフープは、基盤１のカッターでフープから切り離され、天板３ｂに吸引されて、加工済ブロックとしてモデル材とサポート材が一体として、３ａで吊り上げられる。作業完了後、ブロックのサポート材は、ブロックを煮沸することにより簡単に除去され、完成したモデル材が得られる。【選択図】図５−２
0003189504.tif 000002
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
ヒートプレートを基盤として、ドットヒーターを露呈させたことを特徴とする金属粉末三次元積層造形機。
【請求項２】
低融点金属粉末を分散、熱溶解接着剤で金属箔状に均一加工したフープを、ヒートプレート上に継続的に供給し、押圧する装置を備えたことを特徴とする請求項１記載の、金属粉末三次元積層造形機。
【請求項３】
窒化アルミセラミック焼成ヒーターを、ドット状にヒートプレート基盤表面に露呈し、その上に、金属箔状フープを押圧することを特徴とする請求項１・２記載の金属粉末三次元積層造形機。
【請求項４】
ヒートカッターでフープ材より切り離された試供部分を、ヒートプレートで加熱焼結。
試供部分はモデル材とサポート材一体化してブロックに、加工済み金属粉末箔フープを積層した形で、上下駆動する押圧天板が真空で吸引してこれを持ち上げることを特徴とした、請求項２・３記載の金属粉末三次元積層造形機。
【請求項５】
窒化アルミセラミック焼成ヒーターは、コンパクトで小型化が可能、急速加熱。急速冷却が可能な為、ヒートプレート基盤の噴出し機能で、フープから切り離されて急速加熱・焼結された試供品は押圧天板に加工済ブロックの１部として積層され、吊上げられる。
一方の、残存金属箔フープがロールに巻き取られていく機能を有することを特徴とする請求項２・３・４記載の金属粉末三次元積層造形機。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本考案は、金属粉末三次元積層造形機の構造についてのものである。
ドットヒーターの上に、金属焼結させようとする、金属粉末を熱可溶性接着剤で金属箔状に均一に加工したフープを載せ、ドットヒーターに３Ｄ−ＣＡＤからの信号による電圧を印加することにより、該当するヒーターが過熱され、ヒーターの上の金属箔状のフープに金属焼結したプリント模様が浮き上がるものである。
例えばドットヒーターには、窒化アルミセラミック焼成ドットヒーターを用いることが出来る。
ヒーターの基盤と上部天板の間にフープが挿入され、基盤と天板の間の押圧天板でプリントされたフープが、積層され造形されていくものである。
【背景技術】
【０００２】  金属粉末３Ｄプリンターの素材は、チタン等、高融点金属が主流なので、熱源は、通常ＣＯ２レザー、若しくは電子ビームなどで、金属を高熱溶解し、金属焼結させる方法が、一般的である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】  特開２０１０−６５２５９号  公報
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】  ＭＴＣ  ＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＧｕｉｄｅ  ２０１２．１２  ７Ｐａｇｅ金属積層造形
【考案の概要】
【考案が解決しようとする課題】
【０００５】  ＣＯ２レザー、電子ビームなどは、数１，０００℃の高熱、高出力で金属粉末を溶解し、瞬時に金属焼結を行える。
しかしこれは、エネルギーが多大な為、装置・使用エネルギーも膨大なものとなり、過大な投資を必要とする。
一方、ヒーター熱源利用のものは、熱可塑性樹脂を素材とする３Ｄプリンターの熱源等に散見されるが、ヒーター温度は数１００℃で簡易、小型化されたものが多く、現在の、熱可塑性樹脂を素材とする３Ｄプリンターの熱源では、金属粉末を溶融する金属焼結の成果は得られない。
金属焼結素材には、錫・亜鉛等に代表されるＺＡＳと呼ばれる低融点合金鋳造の簡易金型があり、在来のヒーターで得られる温度より上の発熱体があれば、金属焼結合金の金属積層造形が可能である。
低融点金属の金属焼結を目的とするならば、窒化アルミセラミックヒーター等の高熱ヒーターによっての金属積層造形は可能である。
【課題を解決する為の手段】
【０００６】  本考案のヒーターは、セラミックヒーターの特長を生かして、高熱・瞬時加熱・瞬時冷却の繰り返し使用が可能である。
一例として用いた、窒化アルミセラミックヒーターは、昇温速度、１００℃／Ｓ  ・最高温度  ６００℃  ・ヒーター出力  ５００Ｗ／ｃｍ２である。
サーマルドットタイプのプリンターを考案、製作すれば、低融点合金金属焼結が可能である。
【考案の効果】
【０００７】  本考案のヒーターは、低融点合金粉末を素材とする、金属粉末を溶融した金属焼結積層３Ｄプリンターであり、本例は窒化アルミセラミックヒーターの成果であるが、今後、の、より高熱・高出力の特殊セラミックヒーターを作成する為の第一段階でもある。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本考案の主格となる、窒化アルミセラミック焼成ドットヒーター基盤１の平面図。
【図２】ドットヒーター９分割部分ヒーターブロック  拡大平面図。
【図３】ドットヒーター９分割部分ヒーターブロック  リード線  拡大断面図。
【図４】窒化アルミセラミック焼成ドットヒーター基盤１のＡ−Ａ’／Ｂ−Ｂ’断面図。
【図５−１】作業開始１枚目構造側面図。
【図５−１−１】作業開始１枚目フープ材の上部平面図。
【図５−１−２】作業開始１枚目フープ材断面図。
【図５−２】作業途中の構造側面図。
【図５−３】作業完了の構造側面図。
【図６】ブロック  フープ材分解図。
【図７】ブロック  洗浄後のモデルパース。
【考案を実施する為の形態】
【０００９】  一例として、窒化アルミセラミック焼成ドットヒーター基盤には、図１  に示すように、２５６区画に分割されたヒーターブロックを、図２のように、また１区画１ａ当たり、９分割して、ドットヒーターが出来上がる。
例えば本考案では、２，３０４個のドットヒーターが１ｃ表面に露呈する。
配線は、図３拡大図に示すように、ベースとなるアースリード１ｂと、ドットヒーター１ｃ各々に、この場合は１６×１６×９の２，３０４個へのリード線１ｆを有し、３Ｄ−ＣＡＤの信号に応じて相応するヒーターに電圧を印加し、３Ｄ−ＣＡＤの信号に相応する、ドットヒーターを加熱する。
【００１０】  図５−１において、作業開始時にはフープ１枚加工毎に、ヒーター両端のドラムロール２ｄから，・２ｅの２ｃ方向にフープ材  ２を流し、信号に併せたヒーターに電圧が印加され、図５−１−１フープ材平面図においてドットヒーターに加熱された部分２ｂのみ金属焼結を行う。
図５−１−２は、上記５−１−１のフープ断面を示すものである。
基盤図１のヒートカッター１ｄで切り離されたフープの加工済部はモデル材として、残りはサポート材としてブロック部２１  が造形され、フープ材は図４の断面Ｂ−Ｂ’で示す噴出し口  １ｅからのエアーで浮き上がる。
一方フープから切り離され、加工されたブロック部分は天板３図５−１の吸気口３ｂで天板に吸着される。
以降、図５−２・図５−３は３Ｄ−ＣＡＤの信号に併せて、フープ挿入→ドットヒーター加熱→ブロック部切り離し→基盤噴出し→天板吸着の諸作業が、シンクロナイズして継続推進される。
室内を出来る限り密閉することにより、噴出し・吸気がより効果的に、モデル材とサポート材をブロック２１の一体として保持する。
【００１１】  第１の発明の実施形態は、ヒートプレートを基盤として、ドットヒーターを露呈させたことを特徴とする金属粉末三次元積層造形機。
この発明によればヒーター基盤上に敷き詰められた金属粉末の、通電した所定のドットヒーター部のみを加熱することにより任意形状の焼結焼結金属構造が得られる。
【００１２】  第２の発明の実施形態は、低融点金属粉末を分散、熱溶解接着剤で金属箔状に均一加工したフープを、ヒートプレート上に継続的に供給し、押圧する装置を備えたことを特徴とする請求項１記載の、金属粉末三次元積層造形機。
【００１３】  この発明によれば、金属粉末を含有するフープ材を用いて順次、押圧、加熱、積層を繰り返すことにより、より複雑な立体構造を持つ焼結金属体を作ることが可能になる。
【００１４】  本考案に用いるドットヒーターにはセラミック性のドットヒーターが望ましいが、中でも窒化アルミセラミック焼成ヒーターが好適である。
上記の理由は、窒化アルミセラミックヒーターは、昇温速度、１００℃／Ｓ  ・最高温度  ６００℃  ・ヒーター出力  ５００Ｗ／ｃｍ２である。
【００１５】  さらに、押圧部に加工後フープ材の吸着機構を備えたり、ヒーター基盤に加工後フープ材の剥離機構を備えることにより、前記積層を効率よく、確実に行うことが可能になる。
【実施例】
【００１６】  図３・４・５において、３Ｄ−ＣＡＤからの信号を受けて、ドット状に加熱出来る、窒化アルミセラミック焼成ヒーターを内蔵した基盤１の上に、低融点合金粉末を素材とする熱可溶性接着剤で加工されたフープ材２を乗せ、天板３で押さえる。
信号に併せて、加熱され加工されたフープは、基盤１のカッター１ｄでフープから切り離され、天板３ｂに吸引されて、加工済ブロックとしてモデル材とサポート材が一体として、３ａで吊り上げられる。作業完了後、ブロックのサポート材は、ブロックを煮沸することにより簡単に除去され、完成したモデル材が得られる。【００１７】  本例では、２，３０４個のドットヒーター・６００℃Ｍａｘの熱源が得られ、このように順次押圧・加熱・積層を繰り返すことによって、図７に示した立体焼結物が出来上がる。
【産業上の利用可能性】
【００１８】  ヒーターを利用したことにより、従来のレーザー・ビームを利用した装置に比較して、装置費用が安価で、ランニングコストも軽微となる。
【符号の説明】
【００１９】１                  窒化アルミセラミック焼成ドットヒーター基盤
１ａ                １セグメント区画、本例では１セグメントに９個のドットヒーター                    が入る
１ｂ                共通コモン端子  アースリード
１ｃ                ドットヒーター  本例では２，３０４個
１ｄ                試供品ブロック  ヒートカッター
１ｅ                フープ吹き上げ  噴出し口
１ｆ                ドットヒーターへのリード線  本例では２，３０４本
２                  低融点合金粉末を分散して素材とする熱可溶性接着剤で
箔状態に加工されたフープ材
２ａ                ヒートカッターで、フープ材から切り離された、フープサポート材
２ｂ                上記にドットフープモデル材として、ヒーターで焼結された部分
２ｃ                フープ材進行方向
２ｄ                フープ送り出し  ローラー
２ｅ                フープ巻き取り  ローラー
２１                積層されたフープブロック
２１Ａ〜２１Ｚ      Ｚ軸へのドットヒーターで焼結された積層分解図
３                  押圧天板
３ａ                押圧天板上下用吊金具
３ｂ                加工済ブロック保持用吸気口
【図１】
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【図２】
0003189504.tif 000004
【図３】
0003189504.tif 000005
【図４】
0003189504.tif 000006
【図５−１】
0003189504.tif 000007
【図５−１−１】
0003189504.tif 000008
【図５−１−２】
0003189504.tif 000009
【図５−２】
0003189504.tif 000010
【図５−３】
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【図６】
0003189504.tif 000012
【図７】
0003189504.tif 000013
【手続補正書】
【提出日】平成25年12月18日(2013.12.18)
【手続補正１】
【補正対象書類名】実用新案登録請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
ヒーター基盤上に多数に区画分割したヒーターブロックを形成し、前記ヒーターブロックをさらに複数に区画分割してドットヒーターを形成してドットヒーター基盤を構成したことを特徴とする金属粉末三次元積層造形機。
【請求項２】
低融点金属粉末を分散、熱溶解接着剤で金属箔状に均一加工したフープ材を、前記ドットヒーター基盤上に継続的に供給する供給装置と、前記フープ材を前記ドットヒーター基盤上に押圧する押圧装置とを備えたことを特徴とする請求項１記載の金属粉末三次元積層造形機。
【請求項３】
前記ドットヒーター基盤はセラミック焼成してなるものであることを特徴とする請求項１または２に記載の金属粉末三次元造形機。
【請求項４】
前記ドットヒーター基盤に前記フープ材を切断するヒートカッターを設け、前記ヒートカッターで前記フープ材を切断し、切り離された部分を前記ドットヒーター基盤上で加熱焼結し、前記加熱により焼結部分と非焼結部分とからなるものを積層してブロックを形成し、前記ブロックを真空吸引して持ち上げる吸気口が前記押圧装置に設けられていることを特徴とする請求項２または３に記載の金属粉末三次元積層造形機。
【請求項５】
前記ブロックが押圧装置によって吸引され持ち上げられるとともに、切断後の残存フープ材がフープ材巻き取りローラーによって巻き取られることを特徴とする請求項２、３または４に記載の金属粉末三次元積層造型機。