(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
成形対象物体の横断面に相当する複数のポイントで材料粉末からなる複数の層を電磁あるいは粒子放射を用いて順次連続して固化することにより３次元物体を製造する装置において、
予め定められた高さ位置で上記物体を支持する上面を有する支持手段と、
材料粉末が固化の際に接着する物質から予め作成され上記上面上に置かれた安定した基板と、
上記基板を上記支持手段の上記上面に除去可能に設置する手段と、
上記上面の上記高さ位置を変化させる高さ調節手段と、
上記材料粉末の層を上記基板上あるいは上記基板上に形成された別の材料層上に供給する手段と、
上記材料粉末の層を上記対象物体の横断面に相当する上記ポイントで照射する照射手段とを有することを特徴とする３次元物体を製造する装置。
【請求項２】
上記基板は上記材料粉末を固化することにより形成されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
上記基板は上記支持手段の横断面寸法と一致するそれを有することを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項４】
上記支持手段は平板を有することを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項５】
上記物体を製造する際、該物体と上記基板に発生する熱を除去する冷却手段を上記支持手段内に有することを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項６】
上記冷却手段は上記支持手段に上記物体とは反対側に形成された冷却チャネルを有することを特徴とする請求項５に記載の装置。
【請求項７】
上記基板は固定手段により上記支持手段に取り付けられていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項８】
上記照射手段はレーザーを有することを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項９】
上記粉末材料は金属粉末、セラミック粉末、樹脂被覆された金属あるいはセラミック粉末、もしくは樹脂被覆された砂から構成されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
上記基板は、上記材料粉末からなる少なくとも一個の固化層を上面に有する金属板から構成され、上記金属板は上記支持手段の上面と対面することを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
材料粉末からなる複数の層を順次連続して固化することにより３次元物体を製造する方法において、
上記材料粉末が固化される際に接着する物質からなる安定した基板を形成するステップと、
上記基板を上記物体の支持手段に除去可能に固定するステップと、
上記材料粉末の層を上記基板上に供給するステップと、
電磁あるいは粒子放射の照射により上記対象物体の横断面に相当するポイントで上記材料粉末を固化するステップと、
上記物体を完成するために供給および固化のステップを繰り返すステップとを有することを特徴とする３次元物体を製造する方法。
【請求項１２】
上記物体を製造するために用いられる上記材料粉末と同一の物質を固化することにより上記基板を製造し、製造された上記基盤を上記物体支持体上に固定することを含む請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
上記基板を形成するために上記材料粉末を炉内において熱作用により固化することを含む請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
金属板上に上記材料粉末からなる少なくとも一個の層を固化することにより上記基板を製造することを含む請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
材料粉末の複数の層を順次連続して固化することにより製造される物体のための基板において、
上面を有する金属板と、
上記上面上に形成された上記材料粉末の固化層とから構成されることを特徴とする基板。
【請求項１６】
上記材料粉末の層は上記金属板の上記上面上に焼結されていることを特徴とする請求項１５に記載の基板。
【請求項１７】
材料粉末の複数の層を順次連続して固化することにより物体を製造する方法において、
金属板の上に形成された材料粉末からなる固化層を備えた基板を用意し、
上記材料粉末の連続する層を上記基板の上記固化層上に供給しかつ固化して上記物体を成形することを含む物体を製造する方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ある材料からなる複数の層を順次連続して固化することにより３次元物体を製造する装置に関する。本発明はさらに、それに対応する製造方法に関する。
【０００２】
【従来技術】
ドイツ特許第４３００４７８号は、対象物体の横断面に相当する複数のポイントで材料粉末の複数の層を電磁放射を用いて順次連続的に固化することにより３次元物体を製造するための、選択的レーザー焼結として公知の方法、およびこの方法を実施するための対応する装置を開示している。この公知の装置では、成形される物体は、装置の一部であるところの金属の台上で作成される。しかしながら、対象物体の各層を焼結、あるいは固化する方法は、台上に最初の粉末層を供給することで開始することができない。なぜならば、この層中の固化した複数の領域は横方向で支持されないため、続く粉末層を供給する際に用いられるワイパーにより金属台上で移動されるからである。したがって、通常、少なくとも一つ、あるいはむしろ複数の粉末層の全体がレーザービームによって完全に固化され、対象物体のための基部が形成される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、金属台に供給された第１層全体を完全に固化するためには、そのための長い処理時間が余分に必要であり、これは物体の全製造時間を相当増加させる。
【０００４】
本発明の目的は、上記の欠点を回避することのできる改善された方法および装置を提供することにある。本発明のさらなる目的は、物体の製造時間が減少するように従来の方法および装置を修正することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、成形対象物体の横断面に相当する複数のポイントで材料粉末からなる複数の層を電磁あるいは粒子放射を用いて順次連続して固化することにより３次元物体を製造する装置において、予め定められた高さ位置で上記物体を支持する上面を有する支持手段と、材料粉末が固化の際に接着する物質から予め作成され上記上面上に置かれた安定した基板と、上記基板を上記支持手段の上記上面に除去可能に設置する手段と、上記上面の上記高さ位置を変化させる高さ調節手段と、上記材料粉末の層を上記基板上あるいは上記基板上に形成された別の材料層上に供給する手段と、上記材料粉末の層を上記対象物体の横断面に相当する上記ポイントで照射する照射手段とを有することを特徴とする３次元物体を製造する装置が得られる。
本発明によれば、材料粉末からなる複数の層を順次連続して固化することにより３次元物体を製造する方法において、上記方法は上記材料粉末が固化される際に接着する物質からなる安定した基板を形成するステップと、上記基板を上記物体の支持手段に除去可能に固定するステップと、上記材料粉末の層を上記基板上に供給するステップと、電磁あるいは粒子放射の照射により上記対象物体の横断面に相当するポイントで上記材料粉末を固化するステップと、上記物体を完成するために供給および固化のステップを繰り返すステップとを有することを特徴とする３次元物体を製造する方法が得られる。
本発明よれば、材料粉末の複数の層を順次連続して固化することにより製造される物体のための基板において、上面を有する金属板と、上記上面上に形成された上記材料粉末の固化層とから構成されることを特徴とする基板が得られる。
本発明によれば、材料粉末の複数の層を順次連続して固化することにより物体を製造する方法において、金属板を有し、その上に形成された材料粉末からなる固化層を備えた基板を用意し、上記材料粉末の連続する層を上記基板の上記固化層上に供給しかつ固化して上記物体を成形することを含む物体を製造する方法が得られる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
図１に最も適切に示されるように、３次元物体を製造する装置は、上方開口したコンテナ１と、このコンテナ１内に設置され高さ調節装置３により垂直方向に変位される物体支持体２とを有する。物体支持体２は、成形される物体５０を支持するためにコンテナの上端縁１ａに平行に延在する平板として形成されている。物体支持体２の水平方向面積は、物体支持体２がコンテナ１内を円滑に移動できるようにコンテナ１内部の対応する横断面よりわずかに小さい。物体支持体２の縁部とコンテナ１の内壁との間隙は、物体支持体２の外縁を包囲する可撓性シール片２２により密封される。
【０００７】
固化された成形物質からなる予め成形された平板１３が、コンテナ１の上方開口に対向する物体支持体２の上面２ａ上に配置されている。平板１３は成形される物体５０の基部として用いられ、物体支持体２に面した平板１３の底面に設けられたねじ穴に係合されたボルト１４によって物体支持体２に取り付けられる。平板１３の寸法は物体支持体２の寸法に一致する。さらに、平板１３はコンテナの上縁１ａに平行に延在するように物体支持体２上に設置される。
【０００８】
図２および図３に最も適切に示されるように、冷却水用銅管を収容する蛇行ループを形成された冷却導管２０が、コンテナの底部１ｂに対向する物体支持体２の底面２ｂに形成されている。物体支持体２はさらに、予め焼結された平板１３を物体支持体２に取り付けるボルト１４を受けるための複数の孔２１を有する。
【０００９】
上記の実施例において、コンテナ１、物体支持体２、および予め焼結された平板１３のいずれも正方形の横断面を有している。しかしながら、この横断面は円形あるいは長方形、もしくは任意の形状を有してもよい。
【００１０】
物体支持体２は良好な熱伝導特性をもつ金属、たとえば、アルミニウムからなる。予め焼結された平板１３は、物体５０の成形に用いられる材料と同様の成形物質からなる。好ましくは、その成形物質は金属粉末、セラミック粉末、樹脂被覆された金属あるいはセラミック粉末、もしくは樹脂被覆された砂からなる。
【００１１】
指向性光ビーム５を発射するレーザー装置として構成された照射装置４が、コンテナ１の上方に配置される。偏向装置６、たとえば回転鏡、が、光ビーム５を偏向ビーム７としてコンテナの上縁１ａによって限定された作業面８上にその焦点を合わせる。制御装置９が、偏向ビーム７を作業面８の範囲内の所望のどのポイントにも向けられるように偏向装置６を制御する。
【００１２】
電磁放射の作用により固化され得る粉末状材料１１の均一な層を供給するための装置１０が、作業面８を水平方向に横切りかつそれに平行に移動され得る。この供給装置１０は、たとえば、その層を供給しかつ平滑にするワイパーと貯蔵容器との組み合わせとして構成されている。
【００１３】
高さ調節装置３と、照射装置４のための制御装置９の双方は、それらの装置を整合した方法で制御するプロセッサ−として構成された中央制御ユニット１２に接続されている。
【００１４】
本発明方法における第１のステップは、相当する成形物質を炉内で加熱することによって固化あるいは焼結することにより平板１３を製造することである。
【００１５】
続くステップでは、物体支持体２上に予め焼結された平板１３を容易に設置できるように、物体支持体２がコンテナ１の上方開口方向に移動され、そしてコンテナの外で停止される。そこで、平板１３が物体支持体２にねじ止めされる。
【００１６】
次のステップにおいて、物体支持体２は、予め焼結された平板１３の上面がコンテナの上縁１ａより一層の厚さ分だけ下方になる位置に下降される。続いて、材料１１の第１層が供給装置１０により平板１３上に供給され、ワイパーによって平坦化される。次に、制御ユニット１２は制御装置９を介して偏向装置６を制御して、偏向ビーム７を、制御ユニット１２に蓄積された対象物体５０の座標に従って固化されるべき材料層のポイントに照射する。このようにして、材料はこれらのポイントでそれぞれ固化あるいは焼結される。好ましくは、第１の粉末層の照射を二度行い、予め焼結された平板１３と物体５０の第１層との堅固な接着を生じさせると良い。平板１３は成形物体５０と同一の材料からなるので、物体の第１層は固化の際に完全に平板１３に接着される。
【００１７】
次のステップで、物体支持体２は続く層の厚さに相当する分だけ下降され、第２の材料層が供給装置１０により供給され、再び平坦化および固化がなされる。
【００１８】
材料の供給、平坦化、および固化のステップは、製造される物体５０の完成に必要とされる回数だけ行われる。特に金属粉末を焼結するために必要とされるレーザーパワーは１００Ｗから２００Ｗなので、物体５０は相当に加熱される。焼結点でのピーク温度は９００℃にもなり物体の平均温度は約２００℃になる。これは、成形物質の酸化を引き起こすかもしれない。このため、物体支持体２は全成形工程を通じて冷却される。使用される成形物質は通常優れた熱伝導率を有するので、物体５０、あるいは材料１１を収容したコンテナ１の全体はそれぞれ一定温度に維持され得る。
【００１９】
成形工程が終了すると、物体支持体２はコンテナの上端から突出するように上昇され、予め焼結された平板１３はその上に成形された物体５０とともに取り外される。続いて、物体５０は平板１３から金のこを用いて分離され、後処理される。
【００２０】
焼結した成形材料からなる予め焼結された平板１３を利用することによって、製造時間の短縮に加え、成形物体の第１層に安定した基盤を提供できるという利点がある。これにより、成形物体のゆがみあるいは変形が減少する。
【００２１】
上記した方法の変更は可能である。たとえば、上記の金属焼結装置は鋳型インセットの製造に利用される。鋳型インセットが平坦な基盤面を有する場合、予め焼結された平板１３は焼結された物体の一部を形成することになる。平板１３は後処理のステップによって対応する物体に付属される。これは、たとえば、鋭利な金のこを用いて平板１３を正確な寸法に切断することによって行われる。この場合、予め焼結された平板は次の組み立て過程に用いることはできない。
【００２２】
製造される鋳型インセットが平坦な基盤面をもたない場合、まず、予め焼結された平板１３上に支持構造が形成され、続いて、物体が形成される。この成形工程の後、物体は支持構造において予め焼結された平板から分離される。分離は、支持構造中の予め定められた破壊点を適切に選択することにより容易に行われる。この場合、予め焼結された平板は予備処理、たとえば、表面のやすりかけの後、次の成形工程に再利用できる。
【００２３】
固化された成形物質のみからなる平板１３の代りに、金属板、特に、鋼板の上に固化可能な材料を供給し固化、あるいは焼結したものを用いても良い。
【００２４】
本発明は特定の実施例を参照して説明されたが、添付の請求項の目的と意図の範囲内においてあらゆる変更や等価のものを包含する意図であることが理解されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による装置の概要を示す横断側面図である。
【図２】図１に示された物体支持手段２の実施例の底面図である。
【図３】図２の物体支持手段のＩ−Ｉラインに沿った横断面図である。
【符号の説明】
１    コンテナ
２    物体支持体
３    高さ調節装置
４    照射装置
５    光ビーム
６    偏向装置
７    偏向ビーム
８    作業面
９    制御装置
１１    粉末材料
１２    中央制御ユニット
１３    基板（平板）
１４    ボルト
２０    冷却導管
５０    物体
【図１】
0004054075.tif 000002
【図２】
0004054075.tif 000003
【図３】
0004054075.tif 000004