[發明專利]增材制造設備和用于制造三維成形物體的方法

有效

• 申請號: 201910719224.0
• 申請日: 2019-08-06
• 公開（公告）號: CN110814340B
• 公開（公告）日: 2023-01-17
• 發明（設計）人: 木谷耕治;瀧澤直樹
• 申請（專利權）人: 佳能株式會社
• 主分類號: B22F3/105
• 分類號: B22F3/105;B33Y10/00;B33Y30/00
• 代理公司: 中國貿促會專利商標事務所有限公司 11038
• 代理人: 朱巧博

本發明涉及增材制造設備和用于制造三維成形物體的方法。增材制造設備包括粉末層形成部分、能量束源、和包括板狀探頭的接觸檢測傳感器。粉末層形成部分構造成在預定區域中形成粉末層。能量束源構造成將能量束照射到由粉末層形成部分形成的粉末層上，以熔化或燒結粉末層，從而形成固化層。通過使用接觸檢測傳感器檢測在固化層的表面上存在還是不存在突出部分。

技術領域

本發明涉及使用粉末床熔化法制造三維成形物體的方法、以及用于所述方法的增材制造設備。

背景技術

近年來，積極地開發了所謂的3D打印機，并且已經嘗試了各種方法。例如，已知諸如熔化沉積造型法、使用光固化樹脂的立體平版印刷術和粉末床熔化法的各種方法。

粉末床熔化法是通過重復地執行以下步驟來形成三維成形物體的方法，所述步驟為：將諸如金屬的原料粉末鋪設成層狀的步驟、和照射諸如激光束的能量束以便選擇性地熔化并固化一部分粉末層的熔化固化步驟、或照射能量束以便選擇性地燒結一部分粉末層的燒結固化步驟。近年來，已經開始利用使用金屬粉末作為原料的粉末床熔化法作為用于制造需要高機械強度和/或良好導熱性的產品的方法。

例如，PCT國際公布No.WO2012/160811提出了一種通過使用刮板刀層疊諸如金屬的原料粉末然后照射激光束來制造三維成形物體的制造方法。

順便提及，在一些情況下，當通過向粉末層照射能量束來選擇性地熔化一部分粉末層時，由于一部分熔化材料散布并附著在正常地形成的固化層的表面上、或者由于熔化物質未熔合到已經固化的下層中，因此形成了突出部分，該突出部分是具有突出形狀的無意固化部分。這種無意突出部分有時從最外層突出幾十微米到300微米的尺寸。

近年來，為了提高三維成形物體的形狀精度和密度，每個粉末層的厚度均設定為約幾十微米。然而，在產生上述突出部分的情況下，突出部分的高度有時可能大到超出下次要形成的粉末層的上表面。在這種情況下，用于平整粉末層表面的平整機構在形成下一粉末層時與突出部分發生機械干涉。在這種情況下，平整機構被突出部分卡住，并且形成粉末層的步驟停止，平整機構的刮刀因接觸而損壞，或者三維成形物體的形狀精度降低。此外，有時摩擦負載增大并且平整機構停止，或者在撞擊強烈時三維成形物體破裂。

日本專利公開No.2004-277881公開了通過平整機構的驅動馬達上的負載變化來檢測是否存在突出部分的方法、和光學地檢測是否存在突出部的方法。此外，在檢測到突出部分的情況下，在去除突出部分之后形成粉末層。

然而，日本專利公開No.2004-277881中公開的用于檢測突出部分的方法不一定是保險的方法。

首先，由于通過驅動馬達上的負載變化來檢測突出部分的方法是在平整機構與突出部分接觸時使用的方法，因此在使用這種方法的情況下平整機構的刮刀會因接觸而損壞。在粉末層由具有劃痕的刮刀形成時，粉末層具有與劃痕相對應的突出部，該突出部導致粉末層的熔化不足，因此三維成形物體的形狀精度降低。

另外，突出部分不具有規則形狀并且可能具有各種形狀。然而，根據日本專利公開No.2004-277881中公開的使用圖像拍攝裝置的光學檢測方法，根據突出部分的形狀在一些情況下不能獲得足夠的檢測靈敏度。

因此，期望一種利用其能夠可靠地檢測突出部分而不損壞平整機構的檢測技術。

發明內容

根據本發明的第一方面，增材制造設備包括：粉末層形成部分，其構造成在預定區域中形成粉末層；能量束源，其構造成將能量束照射到由粉末層形成部分形成的粉末層上以熔化或燒結粉末層，從而形成固化層；和接觸檢測傳感器，其包括板狀探頭。通過使用接觸檢測傳感器來檢測固化層的表面上存在還是不存在突出部分。