專利名稱：制造三維形狀物品的方法和裝置及三維形狀物品的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制造三維形狀物品的方法，制造該物品的裝置以及三維 形狀物品。更具體地，本發(fā)明涉及一種制t維皿物品的方法，戶，物品具有
多個(gè)上下層疊的固化層，阮逸固化層^M;重復(fù)這樣的步驟，即在粉末層的特定 部分上照射光束而形成，本發(fā)明還涉及制造三維皿物品的裝置以及由此得到的 三維靴物品。
背景技術(shù)：
傳鄉(xiāng)也，存在一種已知的M;在粉^^料上照謝光束來制3tH維靴物品的 方法，該方法通織稱為"選擇性激光燒結(jié)鵬七"。利用該方法，艦重復(fù)下述 兩個(gè)步翻t維開沐物品，(i)在粉末層的特定部分照謝光束以燒結(jié)鵬七粉末 層成為固化層，和(ii)在戶，固化層上放置新的粉末層并用光束照謝, 末層的
特定部分以形成另一固化層(見，日本平開No.Hl-502890和2000-73108)。在使
用金屬粉末作為戶腐粉^t才料時(shí)，得至啲戶;f^維微物品能夠用作模制塑料物 品的模具。在使用樹s^^末作為所述粉^^料時(shí)，得到的戶;MH維m^物品被用 作塑料物品。這種制造方溜射駐短時(shí)間內(nèi)倉(cāng),帝隨t^微的三維微物品。
為了避^^WH維皿物品的氧化，在被^m寺定惰性氣體的腔室內(nèi)執(zhí)行所 述帝隨。^Bf ^腔室內(nèi)安裝粉末層形^^元、娜工作臺(tái)等，粉末層和/或固化層 方燈在成形工作臺(tái)上。光束照射單元安裝在戶;Ms空室內(nèi)。從光束照射單元發(fā)出的
光束穿過戶腿腔室的光傳送窗口照射在粉末層的特定部分上。比如，如圖1和13 所示，腔室50設(shè)有光傳送窗口52， ffiJlS個(gè)窗口，光束L被照射進(jìn)腔室50內(nèi)。
當(dāng)光束貌照射到粉末層上燒結(jié)離化粉末時(shí)，被光照謝過的部分產(chǎn)生被稱為 煙60的煙l^t物質(zhì)(比如金屬蒸汽,脂蒸汽)，如圖1所示。所述煙向iJg動(dòng) 粘附到光傳送窗口或者發(fā)生燃燒，這就斷氐光傳送窗口的透光率。透光率的降低 使得不可能獲得所需的固化層，也不可能產(chǎn)生預(yù)定皿的物品。在OT金屬粉末 層作為所述粉末層的情況下，降低后的透光率導(dǎo)致不能穩(wěn)定地?zé)Y(jié)或者不能增加 燒結(jié)密度。逸^生如下問題，即三維^1^物品的纟驢斷氐。
4另外，戶脫煙可倉(cāng)喧接影響照朝a5/M腔室內(nèi)的光束。更具體地，戶;M煙可 能向上運(yùn)動(dòng)并且有時(shí)會(huì)中斷光束路徑，于是降低光束的照射量(即，照射在粉末 層上的光束的量)。換句話說，令人擔(dān)心的是，由于，路徑被向上運(yùn)動(dòng)的煙所中 斷，輸邀^^末層的光束的會(huì)糧可能小 定的值。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于，問題，本發(fā)明皿一種制itH維皿物品的方法，該方法能夠盡可 魁也抑制煙的影響。
按照本發(fā)明的一方面，樹共一種制3tH維^^物品的方法，包括以下步驟
(i) ffl31^^g于j^工作臺(tái)上的粉末層特定部分上照J(rèn)^光束(比如，象激
光束等的直接倉(cāng)遣束)，燒結(jié)^f七特定部分，形成固化層；
通過在獲得的固化層上放置新的粉末層并且在f ^末層的特定部分上照 射光束，燒結(jié)^fA新粉末層的特定部分，形成另一固化層，和 (iii)重復(fù)步驟(ii)，審iJitH維皿的物品， 其中，當(dāng)^^脫腔室內(nèi)執(zhí)行戶脫步驟(i)至(iii)時(shí)，腔室內(nèi)的至少一部分
環(huán)境氣體m娜罐的氣體M/A^M腔室排出。
在本發(fā)明的帝隨方法中，雌的是，M成形工作臺(tái)的氣體鵬排出戶誠(chéng)環(huán) 境氣體，而且吸走并除掉來自戶皿腔室的至少1分煙。
本發(fā)明的制造方法的特征在于，戶;M煙^^腿腔室內(nèi)被除掉而沒有允許這些
煙向上向高^big動(dòng)。換句話說，本發(fā)明的制造方法的特征之一在于，在煙產(chǎn)生點(diǎn) 之下存在的環(huán)境氣術(shù)皮排出。此處i頓的術(shù)語"煙"指從被照J(rèn)t光束的粉末層和/ 或固化層上產(chǎn)生的煙^^物質(zhì)(比如，源自金屬粉^t才料的金屬蒸汽或源自柳旨 粉糊料的樹脂蒸汽)。
此處ira的術(shù)語"，罐"實(shí)質(zhì)上意^其中審隨戶;M，物品的器皿，并
指比如,的容器，包括 工作臺(tái)20和用來圍繞 工作臺(tái)20的 27，如 圖5所示。
此處^ffi的術(shù)語"氣體ilil"實(shí)質(zhì)指戶皿環(huán)境氣體(具體地，環(huán)境氣體包含 煙)會(huì)辦從中M的ffll^各(比如，開口部分)。此處tOT的術(shù)語實(shí)廚旨允 許液體或氣體艦的連接狀態(tài)。
此處使用的術(shù)語"粉末層"指比如金屬粉末層或者樹月l^末層。術(shù)語"粉末 層的特定部分"實(shí)質(zhì)指描繪要制造的三維皿物品的區(qū)域。如果使光束照射在位
5于特定部分的粉末上，戶;M粉末要燒結(jié)^)^七稱三維皿物品。術(shù)語"固化層" 在戶脫粉末層為金屬粉末層時(shí)實(shí)質(zhì)指燒結(jié)層，在戶腿粉末層為樹月謝末層時(shí)指硬 化層。
在一個(gè),實(shí)施方式中，所^^粉末層和/或固化層形i^^g于，工作臺(tái)上
的基片，環(huán)境氣體的至少一部^HM:基片的氣體ffi3l被排出(比如，抽吸并除掉)。 換句話說，戶;f^:lWaj^工作臺(tái)的氣體iKi以^S基片的氣1^il3t被抽吸并除掉， 兩個(gè)鵬彼此艦。
戶;M環(huán)境氣體可以M在戶脫固化層中形成的氣體通道被排出。換句話說， 所述煙通過固化層的氣體通道以及i^工作臺(tái)的氣體fflit和基片的氣體M被抽 吸并除掉，所有的通道都彼此、 。通，制掃描在粉末層上的光束，能夠形成 臓固化層的氣體鵬。
M^制光束戶腿固化層可包括多 L部分，這時(shí)環(huán)境氣體m固化層的多孔
部分被排出。換句話說，戶腿煙M固化層的多孑L部分以及成形工作臺(tái)的氣體通 道和基片的氣體通道被抽吸并除掉，多孔部分以及所有的通道 此流通。通過 控制照射在粉末層上的光束能量，倉(cāng)辦形j^腐固化層的多孑L部 分。這時(shí)，固化 層的多孑L部分可以形成為關(guān)閉基片的氣體通道。換句話說，至少位于基片的氣體 M上方的部分區(qū)域而且不是全部區(qū)域內(nèi)的固化層的部分可以制成多孔的。
在一個(gè),實(shí)施方式中，在基片內(nèi)形成至少兩^體 ，氣體aa其中一 竹體ffiit被供^A戶腿腔室內(nèi)，同時(shí)M另一個(gè)il3t排出至少一部分環(huán)境氣 體(mt也，環(huán)境氣體含有煙)。這時(shí)，在跡工作臺(tái)上也形艇少兩^體M， 這些鵬與基片的氣體鵬柑紙
在本發(fā)明的制造方法中，被排出的戶;M環(huán)境氣體(具體地，環(huán)境氣體包含煙) 可以接受灰塵收集處理，然后返回至iJ戶脫腔室內(nèi)。換句話說，其中的煙被除掉后 的氣體可以重新用作選擇性激光燒結(jié)^M:的環(huán)境氣體。
本發(fā)明還提供由前述制造方法獲得的三維形狀的物品。三維形狀的物品倉(cāng), 用作模具，其特征在于，在固化層中形成的至少一部^體通道用作模具的7襯卩 齊iJM (比如，作為模具的、M控制7jcit)。換句淑兌，在固化層中形成的氣體通 道在制造成形物品的過程中用作煙道，在制造^t/品之后用作)t4,JMit。
按照本發(fā)明的另一方面，^f共一種制^H維皿物品的，，該，用于執(zhí) 行前面提出的制造方法。戶;Mffl來制3iH維^^物品的，包括用來形繊末層的粉末層形成單元；
光束照射單元，用于將光束照謝到粉末層的特定部分上以形成固化層； 工作臺(tái)，在其上面形^^M粉末層稱或固化層；和 用于容納粉末層形鵬元和娜工作臺(tái)的腔室，
其中，皿成形工作臺(tái)設(shè)有至少一^體ilit， ail0Mffi道^0M腔室排
出環(huán)境氣體或向戶脫腔室供應(yīng)環(huán)境氣體，戶;M氣體通itM:管纖接氣糊吸單
元或氣體供應(yīng)單元。
在一個(gè)雌實(shí)施方式中，在戶脫it^工作臺(tái)上布置基片，戶;ftE基片設(shè)有至少
一^hn體鵬，miMi!M^M腔室排出環(huán)境氣體或向戶細(xì)空室供應(yīng)環(huán)境氣體。
成形工作臺(tái)的氣體通道和基片的氣體通道保持彼此、m。換句話說，存在于戶;m
腔室內(nèi)的環(huán)境氣體iiil基片的氣體鵬及跡工作臺(tái)的氣體鵬被排出腔室內(nèi)。
利用本發(fā)明，M光束的照射產(chǎn)生的煙被有效地從腔室內(nèi)排出。這使得有可 能防jh^W腔室的光傳送窗口變得不透光。換句話說，有可能防ib照射進(jìn)腔室內(nèi) 的光束透光率的降低，這使得有可能獲得所需的固化層。更具體地，有可能避免 這樣的故障，即當(dāng)粉末層是金屬粉末層、固化層是燒結(jié)層時(shí)可能發(fā)生的不能穩(wěn)定 燒結(jié)或不能增加燒結(jié)部分的密度。這可保持三維^^物品的3艘的基本均勻性。
利用本發(fā)明，所述煙被抽吸并從煙產(chǎn)生點(diǎn)的附近被向下排出。這抑制了煙向 上移動(dòng)。因此，光束路徑1娜中斷以及照謝在粉末層上的光束的照體發(fā)生^1> 都是不可能的。換句話說，有可能防止光束f遣的減少，而光束能量的減少是由 煙的向上運(yùn)動(dòng)引起的。另外，煙一產(chǎn)A就^A腔室內(nèi)排出。因此就防止源自煙的 灰塵粘附到腔室的內(nèi)壁。逸就具有了這樣的有利效果，即戶脫腔室的可維護(hù)性得 到艦。


圖1是描述腔室內(nèi)由光束的照謝產(chǎn)生煙的示意透視圖。 圖2 ^意^^用于執(zhí)纟m擇性激光曉結(jié)^m的復(fù)合光學(xué)i^機(jī)的結(jié)構(gòu)的 透視圖。
圖3是描述戶;M復(fù)合光學(xué)j^機(jī)的操作的流程圖。
圖4A和4B録意itt^復(fù)合光學(xué)娜機(jī)的操作的截面視圖。 圖5是 性 示本發(fā)明的特征的示意圖。
圖6録意標(biāo)一個(gè)實(shí)施例的截面視圖，其中在娜工作臺(tái)中形成氣體ilit。圖7歸意標(biāo)一個(gè)實(shí)施例的截面視圖，其中在鵬工作臺(tái)和基片中形成氣
圖8是示意^^一個(gè)實(shí)施例的截面視圖，其中在娜工作臺(tái)、基片和燒結(jié)層 中形成氣體鵬。
圖9a是示意標(biāo)一個(gè)實(shí)施例的截面視圖，其中氣體Mit^fi成形物品的表 面被關(guān)閉，圖犯標(biāo)意表示一個(gè)實(shí)施例的截面視圖，其中娜物品的氣體fflit被 用作模具的^4卩劑ilit。
圖ioa是示意標(biāo)一個(gè)實(shí)施例的截面視亂其中氣體aa燒結(jié)層的多孔部分
被排出，圖10b是示意標(biāo)一個(gè)實(shí)施例的截面視圖，其中局部形成固化層的多孔 部分以在基片的氣體to內(nèi)^f共塞子。
圖11a至11c是示意標(biāo)不同實(shí)施例的截面視圖，其中氣體iiii燒結(jié)層的多 孔部分被排出。
圖12a和12b是示意標(biāo)一個(gè)實(shí)施例的截面視圖，其中氣itt^結(jié)層P^fi被 供i^A腔室內(nèi)。
圖13是表示按照本發(fā)明的希U^g的，結(jié)構(gòu)的示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面將參照附圖詳細(xì)地描述本發(fā)明的^ii實(shí)施例。 鵬性激光燒結(jié)鵬七)
首5W作為本發(fā)明制造方法的基礎(chǔ)的選擇性激光燒結(jié)^^wa行描述。圖2
表示用于執(zhí)^1擇性激光燒結(jié)^^七的復(fù)合光學(xué) 機(jī)1的結(jié)構(gòu)。復(fù)合光學(xué)， 機(jī)1主要包^^末層形成單元2、 工作臺(tái)20 (見圖4a和4b)、光束照射單元 3和切割單元4，其中粉末層形鵬元2用于mi[布比如金屬粉^M月謝末的 粉末達(dá)特定厚^^形^^末層， 工作臺(tái)20 Mil，箱29內(nèi)的汽缸的操作可 垂直移動(dòng)，戶;M汽缸的外圍fM27環(huán)繞，光束照謝單元3用于在任意^g照謝光 束l，切割單元4用于切割娜物品的外圍部分。如圖4a和4b所示，粉末層形 成單元2主要包 Sm末臺(tái)25、基片21和擠壓葉片23，戶;f^粉末臺(tái)25 ii31粉^T才 料箱28內(nèi)的汽缸的操作可以垂直移動(dòng)，戶;M汽缸的外圍豐爐26環(huán)繞，基片21布 置在j^工作臺(tái)20并充當(dāng)，物品的基礎(chǔ)，戶皿擠壓葉片23用于在基片21上形 ^^末層22。再參照?qǐng)D2，光束照謝單元3主要包 舌用于產(chǎn)生光束l (比如，如激 光束等的直接會(huì)讀束)的光束振蕩器30,和用于在粉末層22上掃描光束l的電鏡
831 (或掃描光學(xué)系統(tǒng))。如果必要的話，，照射單元3還可包括用于校正光束點(diǎn)的皿的光束皿^JE單元(即，包括比如一對(duì)圓 和旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器的單元，
戶;M旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器用于驅(qū)使3tli^光束l的軸線旋轉(zhuǎn))和份iti竟。戶皿切割單元4主要包括銑頭4o和xY驅(qū)動(dòng)單元41，戶;f^銑頭用于切割娜物品的外圍部分，所
述XY驅(qū)動(dòng)單元用于驅(qū)動(dòng)銑頭40至腿切害ij^g。
現(xiàn)在參照?qǐng)D3、 4A和4B詳細(xì)地描述復(fù)合光學(xué)鵬機(jī)1的操作。圖3描述了復(fù)合光學(xué)鵬機(jī)1的操作流程,圖4A和4B示意iW^復(fù)合光學(xué)j^^機(jī)1的操作。
復(fù)合光學(xué)成形機(jī)1的操作主要包括用于形成粉末層22的粉末層形成步驟(Sl )，用于fflil將光束L照謝在粉末層22的特定部分上形成固化層24的固化層形成步驟(S2)，和用于切割，物品的表面的切割步驟(S3)。在粉末層形成步驟(Sl)中，j^工作臺(tái)20首先被斷氐A(chǔ)tl (Sll)。然后，粉末臺(tái)25被升高Atl。之后，如圖4A戶標(biāo)，擠壓葉片23^f^頭A所指的方向移動(dòng)，從而^g在粉末臺(tái)25上的粉末(比如，具有平均粒徑5拜到lOOnm的鐵粉棘者平均粒徑為30拜到100nm的尼龍粉末、聚丙Mj、棘者ABS樹月謝末)被轉(zhuǎn)移到基片21: (S12)并被夷平形成預(yù)定厚度Atl的粉末層22 (S13)。接著，操作、^iitA固化層形成步驟(S2)，其中從光束振蕩器30產(chǎn)生光束L (比如二氧化碳激棘或紫外線棘)
(S21)，并ii^頓電鏡31將棘掃描至嫩末層22的任意健(S22)。因此，粉末l^j七并固化，形成與基片21—體的固化層24 (S23)。
重復(fù)粉末層形成步驟(Sl)和固化層形成步驟(S2)直到上下層疊的固化層24的厚度達(dá)到比如從銑頭40的工具長(zhǎng)度計(jì)算出的目標(biāo)厚度(見圖4B)。，結(jié)和熔固工藝中新層疊的固化層與前面形成的下部固化層 在一體。
如果l娠疊的固化層24的厚度^^等于目標(biāo)厚度(S24)，操作MfSSA切割步驟(S3)，其中銑頭40被驅(qū)動(dòng)(S31)。在銑頭40的銑刀(球頭立銑刀)的直徑為lmm、有效刀片長(zhǎng)度為3mm的情況下，銑頭40會(huì)^l份罙度為3mm的切割工作。假設(shè)Atl是0.05mm,在己形成60個(gè)固化層時(shí)驅(qū)動(dòng)銑頭40。艦XY驅(qū)動(dòng)單元41 ^W頭X和Y J際的方向驅(qū)動(dòng)銑頭40，于是銑頭40切割由層疊固化層24形成的^t/品的表面(S32)。如^H維^^物品的制itX藝還沒有完成(S33)，則操作流禾誕回至嫩末層形成步驟(Sl)。之后，重復(fù)S1至S3的步驟，實(shí)5臘疊另外的固化層24，從而完j^H維^^物品的制造。
在固化層形成步驟(S2)中的光束L的照射路線和切割步驟(S3)中的切割路線都基于三維CAD娜進(jìn)^f頁(yè)設(shè)。這時(shí)，M^用輪廓作^5確定工藝路線。在固化層形成步驟(S2)中，比如4OTM:等間距(例如，如果Atl是0.05mm，則間距是0.05mm)切片所獲得的^h橫截面的輪廓^W，使用源自三維CAD模型的STL繊。
(本發(fā)明的制造方法)
從前縱擇性激光燒結(jié)^^1中腔室的排空已經(jīng)構(gòu)想了本發(fā)明的制造方法。換句話說，本發(fā)明的特征在于，存在于腔室50內(nèi)的環(huán)境氣懶,1所示被排出。環(huán)境氣體的例，括比如氮?dú)獾鹊榷栊詺怏w。
在本發(fā)明的制造方法中，存在于戶脫腔室內(nèi)的至少一部分環(huán)境氣體ilil成形工作臺(tái)向下排出，如圖5戶標(biāo)。煙與被排出的環(huán)境氣體一起被排方妙臟勢(shì)卜。作為特定 例，可以考慮在 工作臺(tái)中圍皿片21的區(qū)域內(nèi)形成氣體Mii 20a(比如開口部分)，如圖6所示。這時(shí)，產(chǎn)生的煙倉(cāng)辦M:粉末層19向下排出到腔室外。
當(dāng)環(huán)境氣體MJl^方式的氣體iiit被排出時(shí)，有可能〗頓與氣體通道相對(duì)應(yīng)的抽吸單元，比如抽吸泵(更具體地，管道內(nèi)的抽吸泵被連接至愾體鵬)?？蛇x擇地，當(dāng)保持腔室內(nèi)的壓力大于腔對(duì)卜壓力(比如，大氣壓)時(shí)，環(huán)境氣體可利用壓力差從氣體鵬排出。
M^M腔室排出的環(huán)境氣體的^I取決于產(chǎn)生的煙的量，可以是如大約5至100SLM (此處SLM指一個(gè)單位，在標(biāo)準(zhǔn)氣微態(tài)下一射中內(nèi)排出的氣體量依照升進(jìn)行標(biāo)的單位)。雌的是，為了盡可能完射也排出煙，環(huán)境氣懶皮連續(xù)地排出。然而，如果必要，排氣可以執(zhí)《灘定的時(shí)間。換句話說，環(huán)境氣體的排氣可以間歇鵬行。這時(shí)，雌的是，環(huán)境氣體的排氣根據(jù)產(chǎn)生的煙的量來執(zhí)行。比如，雌的是，M31相機(jī)獲取照謝目標(biāo)P1 (見圖l)的圖像，檢測(cè)煙的量和濃度。通過相機(jī)獲得的參數(shù)，比如照射目標(biāo)的亮度等，隨著環(huán)境氣體內(nèi)煙的濃度升高而發(fā)生改變。f頓這些參數(shù)，有可能確定執(zhí)行環(huán)境氣體的S汽所需的定時(shí)。
盡管氣體ilit的尺寸取決于戶，腔室的尺寸、煙的量、^物品的尺寸等等，但是^h^體M均可以具有大約1—30mm的孑L直徑Da (見圖6)。氣體M的數(shù)量也取決于戶腿腔室的尺寸、煙的量、) 物品的尺鴉等，而且可以是比如1-20個(gè)。這也適用于基片和固化層的氣體鵬以及固化層的多孔部分，這些鵬和多孔部分將在后面進(jìn)行描述。^h^體通道的橫截面形狀(更具體地，沿著水平方向截取的^^體通道的橫截面形狀)可以是但是不限于圓形、橢圓形、多邊形或其它微。
可以在實(shí)施本發(fā)明之前fflii適當(dāng)?shù)姆椒ū热玢@孔或激光處理形成，工作臺(tái)的氣體通道。這也適用于后面要描述的基片的氣體通道。僅僅允許氣^;質(zhì)通過但防止固 質(zhì)通過的單元(比如過濾器)可以設(shè)置在氣體通道內(nèi)，于是包含在成形箱內(nèi)的粉末(即，非燒結(jié)金屬粉末層或非固化樹月識(shí)、末層)不^M:氣體通道發(fā)生掉落或娜吸。
在鄉(xiāng)Si^收集處理之后，因此被排出的環(huán)境氣體(具體地，含有煙的環(huán)境氣體)可再返回至ij戶腿腔室內(nèi)。這使得有可倉(cāng)鏈續(xù)執(zhí)行供應(yīng)環(huán)境氣體到腔室內(nèi)以及將環(huán)境氣體從腔室內(nèi)排出的操作。在以這種方式執(zhí)《瑰續(xù)操作時(shí)，要j頓灰塵收集體和安驗(yàn)循環(huán)鵬內(nèi)的泵。
可以考慮采用許多其它的實(shí)施方式，其中環(huán)境氣體的至少一部分 : 箱被向下排出。這些其它的實(shí)施方式將在下面進(jìn)行描述。下面要介紹的是^頓金屬粉末作為粉末(即，金屬粉末層被作為粉末層)以及固化層，結(jié)層的情形。
(艦基片的氣體aiiiS行排出)
圖7標(biāo)其中 ;基片的氣體鵬執(zhí)行排出的實(shí) 式。如圖戶際，除了在
鵬工作臺(tái)20內(nèi)形成的氣體M3t20a夕卜，在基片21內(nèi)形成氣體31il21a (比如，開口部分)。在該實(shí)施方式中，J^工作臺(tái)20的氣體M20a和基片21的氣體通道21a彼此^M。這意贈(zèng)，鵬工作臺(tái)20的氣體M 20a基本形鵬鵬工作臺(tái)20上方M有基片21的區(qū)域。在該實(shí)施方式中在光束L的照射點(diǎn)產(chǎn)生的煙60通過金屬粉末層19、基片21的氣體鵬21a和成形工作臺(tái)20的氣體鵬20a被排出腔對(duì)卜。逸就具有這樣的優(yōu)點(diǎn)，即環(huán)境氣體f,i)U:面布置有基片21的區(qū)嫩皮排出，從而使得有可能在靠近煙產(chǎn)生點(diǎn)的位置抽吸湘咄煙。艮P，煙倉(cāng),以有效的方式MI空室內(nèi)排出。
(艦基片和燒結(jié)層的氣體Mit^行排出)
圖8 ^其中ilil基片和燒結(jié)層的氣體iiit執(zhí)行排出的，方式。如圖所示，除了在 工作臺(tái)20和基片21內(nèi)形成的氣體M 20a和21a夕卜，在燒結(jié)層24中即在 物品的區(qū) 成氣體 24a (比如開口部分)。在該實(shí)施方式中， 工作臺(tái)20的氣體M3t 20a、基片21的氣體313t 21a和燒結(jié)層24的氣體l[3t 24a彼此 。這意卩 成形工作臺(tái)20的氣體iiit 20a形j^j^工作臺(tái)20內(nèi)上面
ii方燈基片21的區(qū)域，燒結(jié)層24的氣體鵬24a形成為與娜工作臺(tái)20的氣體通道20a及基片21的氣體TO 21a對(duì)齊。燒結(jié)層24的氣體Sif 24a會(huì)激il^制照射在金屬粉末層上的光束來形成。例如，iiil將光束不照謝對(duì)應(yīng)氣體鵬24a的粉末層區(qū)域，而是照射在剩余區(qū)域并燒結(jié)金屬粉末后形成氣體M24a。在圖8所示的實(shí)施方式中，煙60通過燒結(jié)層24的氣體鵬24a、基片21的氣體鵬21a和鵬工作臺(tái)20的氣體通道20a被向下排出腔對(duì)卜。這具有雜的優(yōu)點(diǎn)，即環(huán)境氣體能夠從金屬粉末層纖結(jié)層的表面被排出，于是使得有可能以有效的方式將煙排出腔室內(nèi)。具體地，正好從靠近煙產(chǎn)生點(diǎn)的區(qū)域排出環(huán)境氣體，這使得有可倉(cāng)巨在它們向上擴(kuò)散之前鵬排出煙。
這種情況下，只允許氣^/質(zhì)Mii但防止固^t/質(zhì)M:的過濾器201 ^g在氣體鵬20a內(nèi)，于是非燒結(jié)粉末不^M31氣體鵬20a發(fā)生掉落或,及。
雌的是，燒結(jié)層24的氣體通道24a最終被關(guān)閉，如圖9A戶標(biāo)，從而它們不會(huì)出現(xiàn)在娜物品的表面24c上。這使f賄可倉(cāng)驢當(dāng)?shù)貙Ⅸi物品24'作為模具f頓。在氣體ilit 24a Mffi作接收KO銷，模銷的孔的情況，不需要封閉氣體通道24a。換句話說，氣體Mit24a可以出現(xiàn)在，物品的表面24c上。
如圖9B所示，j^tl品24'的氣體鵬24a可!細(xì)作7賴口劑鵬(比如，模具的^J^制水管)。換句話說，燒結(jié)層的氣體通道可以ICT作在制造^物品過程中環(huán)境氣體(煙)的通道以及作為成形物品制3t^后的冷卻齊lJ鵬。這使得有可能在制造 物品的過程中以及在制造，物品之后獲得所需的效果。(通過燒結(jié)層的多孔部分的排出)
這里要描^S樣的實(shí)施方式，如圖10A戶^，存在于S空室內(nèi)的環(huán)境氣體Mil燒結(jié)層24的多孔部分24b被排出。如圖所示，燒結(jié)層24的多 L部分24b與成形工作臺(tái)20的氣體Mil 20a及基片21的氣體通道21a皿流通。燒結(jié)層24的多孔部分24b (即粗糙的燒結(jié)部分)倉(cāng)鏃iM^制光束L的照謝割牛來形成。比如，具有低輸出能的光束號(hào)照謝到對(duì)應(yīng)多 L部分24b的粉末層區(qū)域，以在該區(qū)域^1^燒結(jié)密度(比如M^、至大約40%至大約90%)。將具有特定纟踱的光束照』t在剩余區(qū)棘形 結(jié)部分。多孑L部分24b不fMM51 (a)降低棘的輸出倉(cāng)^*形成，而且3S1過(b)增加光束的掃描速度、(c)擴(kuò)寬光束的掃描間距或(d)增加光束的集束直f辣形成。所述(a)到(d)的方法可以單獨(dú)實(shí)施或者組合實(shí)施。在(a)方法中，ilil照J(rèn)寸其^M密度為約2到3J/mm2的光束，^頓結(jié)密度等于約
1270%至80%。在其中形賺結(jié)層的多孔部分的實(shí)施方式中，煙60通過燒結(jié)層24的多孑L部分24b、基片21的氣體鵬21a和娜工作臺(tái)20的氣體鵬20a!翻咄腔室內(nèi)。這具有這樣的優(yōu)點(diǎn)，即環(huán)境氣體f^齢屬粉末層纖結(jié)層(多 L部分)的表面被排出，從而有可能以有效的方式將煙排出腔室外。具體地，環(huán)境氣體能夠從正好誕煙產(chǎn)生點(diǎn)的區(qū)域決速排出，這使f賄可能在煙向上擴(kuò)散之前排出。另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于，燒結(jié)層24的多 L部分用于防止非燒結(jié)粉末的掉落。在圖IOA所示燒結(jié)層24的多孔部分存在于 物品內(nèi)的情況，獲得的物品倉(cāng),利地用很莫具。更具體地，典型的是，如果當(dāng)將熔融樹臘湖進(jìn)模具時(shí)，存在于型腔內(nèi)的空氣和型腔內(nèi)產(chǎn)生的氣體沒有鵬，則發(fā)生樹脂±真充不充分。另外，受壓的空氣和氣^l皮不正常地加熱，因此^ii燒樹脂澆鑄的物品。在圖10A所示的j^物品被用作模具的情況下，燒結(jié)層24的多孔部分24b充當(dāng)氣體Ji^^線。這使fW可能獲得所需的樹臘澆鑄的物品。
從防ih^屬粉末掉落的立場(chǎng)出發(fā)，燒結(jié)層24的多 L部分24b可以形成為圖IOB所示的皿。換句話說，燒結(jié)層24的多 L部分24b可以局部地形成，以在基片21的氣體通道21a內(nèi)ilf共塞子。這使得有可能可割也防止供應(yīng)到多孔部分上方的金屬粉末的掉落。
可以考慮采用許多其它的實(shí)施方式，其中通過燒結(jié)層24的多 L部分執(zhí)行排出。比如，可以想到的是，使用圖11A至11C戶^的實(shí)施方式。圖11A^S樣的方式，其中位T^燒結(jié)層24的多 L部分24b下方的基片21的氣體MJt 21a形成為彎曲微。^^f示的實(shí)施方式中，彎曲微的氣體鵬21a會(huì)辦可彰也防lh^屬粉末向下掉落。圖llB和llCte^樣的實(shí)施方式，其中與燒結(jié)層的多 L部分24b傲寺、M的基片21的氣體鵬21a鄉(xiāng)爐接，以鵬單一的鵬。因此，導(dǎo)向成形工作臺(tái)20的基片的氣體M 2la會(huì)辦被合并成單一的 ，不論燒結(jié)層24的多孔部分24b的M和健。換句話說，僅iXM31改變基片的氣體鵬的微，多孑L部分24b的數(shù)量和/或隨會(huì)^ft意自由地設(shè)定。在圖11B所示的方式中，基片21的氣體通道21a和 工作臺(tái)20的氣體M 20a M管道53進(jìn)行互連。環(huán)境氣體,A^工作臺(tái)20中上面沒有方爐基片21的區(qū)嫩細(xì)吸湘咄。在圖11C所示的方式中，環(huán)境氣體從 工作臺(tái)20中上面OT有基片21的區(qū)^l皮抽吸和排出。(如圖所示，艦向基片21的氣體鵬21a掛共比如塞子件54，改變排出路線)。如圖11B和11C所示，根據(jù)基片的氣體鵬的類型，從需要的點(diǎn)排出環(huán)境(組仏體供應(yīng)的排出)
圖12A和12B^S樣的實(shí)航式，其中在燒結(jié)層的Pf^l行向腔室內(nèi)的氣 體供應(yīng)，于是將煙60可靠地引導(dǎo)到氣體TO。如圖所示，執(zhí)行氣體供應(yīng)以保M ，短的可離巨離將煙60導(dǎo)向氣體通置。這使f賄可能在盡可旨她抑制煙的向上
運(yùn)動(dòng)的同時(shí)將煙從腔室內(nèi)排出。在圖12A戶際的方式中，M:在HiJ形成的氣體
Jlil20a、 21a和24a供應(yīng)環(huán)境氣體，而JJlil在另一側(cè)形成的氣體TO20a'、 21a' 和24a'抽吸和排出含有煙的環(huán)境氣體。如果以這種方式^^t也執(zhí)行氣體的供應(yīng)和 抽吸排出，惰性氣條金屬粉末層和/繊結(jié)層的表面附近一直發(fā)生流動(dòng)。這就產(chǎn) 生了所謂的惰性微。結(jié)果，有可能有效地防雌結(jié)層的氧化，由此具有艦成 形物品質(zhì)量的安 。
(本發(fā)明的制3t^g) 接下來，描艦于執(zhí)行本發(fā)明帝'臘方法的體。 (將^^f^g的一個(gè)實(shí)施例 的基礎(chǔ)上進(jìn)行描述，其中在戶皿裝置中使用金屬粉末作為粉末，固化層作為燒結(jié) 層。)
如圖1、 2和13戶^，本發(fā)明的，包括用于形M屬粉末層的粉末層形成 單元2，用于在金屬粉末層22的特定部分照謝光束L以形皿結(jié)層的，照謝單 元3，其上形^^屬粉末層和/或固化層的; 工作臺(tái)20，以及用于容納粉末層形 成單元2和成形工作臺(tái)20的腔室50。 j^工作臺(tái)20設(shè)有氣體TO 20a， M該 鵬/雄室50排出環(huán)境氣體和向腔室50供應(yīng)環(huán)境氣體。戶/M氣體鵬20a M: 管路55連接到抽吸泵57或輸送泵58。在該制it^g中，娜工作臺(tái)20的氣體通 道20a被連接到抽吸泵57 (比如S糊)，如圖13戶標(biāo)。因此，存在于腔室50內(nèi) 的至少1分環(huán)境氣體能夠 : 工作臺(tái)20向下排出。因?yàn)榧航?jīng)結(jié)，擇性激 光燒結(jié)^^七描述了粉末層形成單元2、 工作臺(tái)20、，照射單元3和腔室 50以及本發(fā)明帝iM^g的操作，為了避鄉(xiāng)幅冗長(zhǎng)就不再對(duì)這些方面進(jìn)行描述。
在基片21 ^g在，工作臺(tái)20上的 方式中，氣體通道21a形皿基片 21內(nèi)，M31該氣體TO從腔室50排出環(huán)境氣體并向腔室50供應(yīng)環(huán)境氣體。在這 種瞎況下，娜工作臺(tái)20的氣體M 20a和基片21的氣體M 21a t&fc傲寺、M (見比如圖7和13)。
地， 接 工作臺(tái)20的氣體M 20a的管路55內(nèi)設(shè)置^^ 裝置70 (見圖13)。這使f賄可能招糊咄的環(huán)境氣體經(jīng)歷姓麟處理后返回到 腔室50內(nèi)。iM^行氣體凈化比如M收集等，有可會(huì)^i^賣執(zhí)行氣體的供應(yīng)和排 出操作，并且有可會(huì)鏈續(xù)il^AI空室內(nèi)排出肌姓收集體70可以包括比如用于
防止煙(和散落并被排出的金屬粉末)m的過濾器。任何類型的過濾器都可使
用，只要它能夠捕捉煙和金屬粉末。比如，可以f頓迷宮型過濾器。可iii也，可 以通過iOT離心力執(zhí)行姓收集(換句話說，有可能^頓離心力灰塵收驟，比 如旋風(fēng)分離器等)。在粉末為鍋粉末盼瞎況，煙可含有金屬蒸汽。在這種情況下， 可艦比如磁鐵等的姓收鮮元執(zhí)行姓收集。
盡管前面描述了本發(fā)明的一些實(shí)施方式，但是它們都只是^本發(fā)明的范圍 內(nèi)的典型實(shí)施方式的說明。因此，本發(fā)明將不限于前述實(shí)施方式。對(duì)于本領(lǐng)域的 技術(shù)人員而言，明顯的是，沒有脫離本發(fā)明的范圍可以作出許多變化或,。
比如，盡管前面的描Mi對(duì)旨向一種布置，即氣體fflit形皿i^工作臺(tái)20 內(nèi)(見圖6)，但是本發(fā)明將不限于這種布置。作為備選 方式，^^箱的壁部 分(參考圖6由序號(hào)"27" J際的部分)可以設(shè)有氣體通置，Mil該iM從腔室 內(nèi)排出環(huán)境氣體。
盡管前述說明主要指向這樣的實(shí)施方式，即粉末層是金屬粉末層，固化層是 燒結(jié)層，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以很容易地理解，即使粉末層是樹脂層、固化 層是硬化層，也獲得同樣的特征和鄉(xiāng)。
通a^雅iBtH維皿物品的本發(fā)明的方法倉(cāng)辦得到各種物品。比如，在粉 末層為金屬粉末層以及固化層為燒結(jié)層盼瞎況，獲得的三維形狀物品會(huì),用作模 具，比如塑料艦成型的模具、模壓成型的模具、壓鑄成型的模具、鑄造成型的 模具、鍛造成型的模具等。在粉末層為樹B識(shí)、末層以及固化層為硬化層的情況， 獲得的三維^^物品倉(cāng)^用作樹脂，物品。
權(quán)利要求
1、一種用于制造三維形狀物品的方法，包括以下步驟(i)通過將光束照射在成形工作臺(tái)上放置的粉末層的特定部分，燒結(jié)或熔化所述特定部分，形成固化層；(ii)通過在獲得的固化層上放置新的粉末層并將光束照射在新的粉末層的特定部分，燒結(jié)或熔化新的粉末層的特定部分，形成另一固化層；和(iii)重復(fù)步驟(ii)，以制造三維形狀物品，其中，當(dāng)在腔室內(nèi)執(zhí)行步驟(i)至(iii)時(shí)，所述腔室內(nèi)的至少一部分環(huán)境氣體通過成形箱的氣體通道從腔室內(nèi)排出。
2、 如權(quán)利要求i戶腿的方法，其中，Mii環(huán)境氣體的排出，由棘的照射產(chǎn)生的至少一部分煙m成形箱的氣體iTO/^^s空室排出。
3、 如權(quán)利要求1或2戶脫的方法，其中至少1分環(huán)境氣體 工作臺(tái) ，湖纏排出。
4、 如權(quán)利要求3戶腿的方法，其中，粉末層和/或固化層形鵬設(shè)于鵬工 作臺(tái)上的基片上，至少一部分環(huán)境氣體通過成形工作臺(tái)的氣體Mit和成形箱的氣 體鵬M^湖空室排出。
5、 如權(quán)利要求3戶腐的方法，其中至少i分環(huán)境氣體iM:戶;M固化層的氣體鵬、娜工作臺(tái)的氣體fflit和鵬箱的氣體m^艦腔室排出。
6、 如權(quán)利要求3所述的方法，其中所述固化層包括多孔燒結(jié)部分，至少1 分環(huán)境氣體艦固化層的多 L燒結(jié)部分、成形工作臺(tái)的氣體fflit和成形箱的氣體 鵬從臓空室排出。
7、 如權(quán)利要求6戶服的方法，其中戶脫固化層的多孔燒結(jié)部分用作基片的氣 體鵬內(nèi)的塞子。
8、 如權(quán)利要求4至7任一項(xiàng)戶滿的方法，其中戶;f^基片的氣體iiit的M是 兩個(gè)或兩個(gè)以上，氣體M31戶，氣體通ii^一被供應(yīng)到0M腔室內(nèi)，而至少一部 分環(huán)境氣體艦其它鵬被排出。
9、 如權(quán)利要求1或2戶脫的方法，其中戶腿被排出的環(huán)境氣體經(jīng)過姓收集處理后再返回到腔室內(nèi)。
10、 一種M^利要求5戶脫的方》嫌得的三維皿物品，其中戶; ^H維形狀物品MM乍模具，所述固化層的氣體通道的至少一部分ICT作模具的7襯,通 道。
11、 一種用于制itH維開^t物品的^g，包括 用于形^^末層的粉末層形，元；用于將光束照謝到戶皿粉末層的特定部分上以形成固化層的皿照射單元； 在其上形戯脫粉末層和/或固化層的娜工作臺(tái)；和用于容納戶;^粉末層，單元和 工作臺(tái)的腔室，其中所述成形工作臺(tái)設(shè)有至少一^體通道，通過戶;M氣體TO/A^M腔室 內(nèi)排出環(huán)境氣體或向腔室內(nèi)供應(yīng)環(huán)境氣體，戶;M氣體通難接氣糊吸單元或氣 體供應(yīng)單元。
12、 如權(quán)利要求ii所述的裝置，其中基片設(shè)置在j^工作臺(tái)上，戶;M基片設(shè)有至少一^體通道，3i3l戶;M氣體Myy^M腔室內(nèi)排出環(huán)境氣體或向腔室內(nèi) 供應(yīng)環(huán)境氣體，戶;M基片的氣體M與基片的氣體Mitm。
全文摘要
一種用于制造三維形狀物品的方法，包括以下步驟(i)通過將光束照射在成形工作臺(tái)上放置的粉末層的特定部分，燒結(jié)或熔化所述特定部分，形成固化層；(ii)通過在獲得的固化層上放置新的粉末層并將光束照射在新的粉末層的特定部分，燒結(jié)或熔化新粉末層的特定部分，形成另一固化層；和(iii)重復(fù)步驟(ii)，以制造三維形狀物品。當(dāng)在腔室內(nèi)執(zhí)行步驟(i)至(iii)時(shí)，所述腔室內(nèi)的至少一部分環(huán)境氣體通過成形箱的氣體通道從腔室內(nèi)排出。
文檔編號(hào)B22F3/105GK101653827SQ200910163489
公開日2010年2月24日 申請(qǐng)日期2009年8月21日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月22日
發(fā)明者不破勛, 東喜萬, 吉田德雄, 武南正孝, 阿部諭 申請(qǐng)人:松下電工株式會(huì)社