[發明專利]造形裝置及造形方法

有效

• 申請號: 202010004736.1
• 申請日: 2014-11-14
• 公開（公告）號: CN111112618B
• 公開（公告）日: 2022-09-16
• 發明（設計）人: 柴崎祐一
• 申請（專利權）人: 株式會社尼康
• 主分類號: B22F3/105
• 分類號: B22F3/105;B33Y10/00;B33Y30/00;B33Y50/02
• 代理公司: 北京三友知識產權代理有限公司 11127
• 代理人: 韓嫚嫚;趙燕力

造形裝置，其具備：光束造形系統(500)，具有包含射出光束的聚光光學系(82)的光束照射部(520)、以及供給被來自前述光束照射部(520)的光束照射的造形材料的材料處理部(530)；以及控制裝置，根據形成于對象面上的三維造形物的3D數據控制工件的移動系統與光束造形系統(500)，以一邊使工件(W)(或載臺(12))上的對象面(TAS)與來自光束照射部(520)的光束相對移動、一邊從材料處理部(530)供給造形材料據以對對象面上的目標部位(TA)施加造形。并且，能變更在聚光光學系的射出面側的既定面(MP)內的光束的強度分布。因此，能將加工精度良好的三維造形物形成于對象面上。

本申請是分案申請，原案的申請號為201480083369.1，申請日為2014年11月14日，發明名稱為“造形裝置及造形方法”。

技術領域

本發明關于造形裝置及造形方法，更詳言之，關于在對象面上形成三維造形物的造形裝置及造形方法。本發明的造形裝置及造形方法，能非常合適地用于基于快速原型設計(有時也被稱為3D打印或附加制造、或直接數字制造)的三維造形物的形成。

背景技術

從CAD數據直接生成3D(三維)形狀的技術，被稱為快速原型設計(有時也被稱為3D打印或附加制造、或直接數字制造，但以下使用快速原型設計作為總稱)，有助于在極短的前置時間制作主要以形狀確認為目的的試作品。通過3D打印機等快速原型設計來形成三維造形物的造形裝置，若以處理材料分類，能大致分為處理樹脂與處理金屬。以快速原型設計制作的金屬制三維造形物，與樹脂制的場合不同地專作為實際零件使用。即，并非形狀確認用的試作零件，而使之作為實際機械構造物的一部分(不論其為量產品或試作品)來發揮功能。作為既有的金屬用3D打印機(以下簡稱為M3DP(Metal 3D Printer))，有PBF(PowderBed Fusion)與DED(Directed Energy Deposition)的兩種類為眾所皆知。

PBF在搭載被加工物的底床上積層較薄的燒結金屬粉末，對該處利用電流鏡等掃描一高能量的激光束，并使光束接觸的部分熔融并凝固。在一層量的描繪結束后，底床下降一層量的厚度，在該處再度涂抹燒結金屬的粉末，反復相同動作。以此方式逐層反復進行造形，而制得所欲的三維形狀。

PBF因其造形原理，本質上存在幾個問題點：(1)零件的制作精度不充分，(2)完工的表面粗度差，(3)處理速度慢，以及(4)燒結金屬粉末的處理麻煩且費事等。

DED采取使熔解后的金屬材料附著于加工對象的方法。例如，對以聚光透鏡聚集的激光束的焦點附近噴射粉末金屬。之后，該粉末金屬因激光照射而熔解成為液體狀。若在該焦點附近有加工對象，則該液體化的金屬附著于加工對象，被冷卻而再度凝固。此焦點部分即為所謂筆尖，能在加工對象表面陸續描繪“具有厚度的線”。通過加工對象及加工頭(激光及粉末噴射頭等其他)的一方相對另一方基于CAD數據適切地相對運動，而能形塑出所欲形狀(參照例如專利文獻1)。

由此點可知，在DED，由于粉末材料從加工頭視需要而噴射所需的量，不會產生浪費且也無須在大量剩余粉末中進行加工。

如上所述，DED相較于PBF，雖在作為原材料的粉末金屬的處理等已有謀求改善，但應改善的點仍多。

在此種背景下，被強烈期待能提升作為形成三維造形物的造形裝置的工作機械的便利性、最終能提升制造的經濟合理性。

現有技術文獻

【專利文獻1】美國專利申請公開第2003/02606820號說明書

發明內容

用以解決課題的手段