[发明专利]金属3D打印机

说明书

本发明提供一种金属3D打印机，其包括：粉末层形成装置，将金属粉末均匀地撒在水平地分割三维物体而成的多个分割层的各层上来形成粉末层；经密闭的腔室；激光照射装置，对所述粉末层上的规定的照射区域照射激光来形成烧结层；惰性气体供给装置，将惰性气体供给至所述腔室内，并且将烟雾排出至所述腔室外；以及控制装置，在对应于所述腔室内的烟雾的残留量的待机时间已经过至不对所需的能量的所述激光的照射造成影响的程度为止后，对所述激光照射装置进行所述激光的照射开始指令。因此，本发明的金属3D打印机可不在必要且充分地排出残留在腔室内的烟雾后不必要地需要多余的时间，而开始下一个烧结步骤，并时常稳定地照射所需的能量的激光。

技术领域

本发明涉及一种对三维物体进行层叠造型的金属3D打印机。尤其，本发明涉及一种包含对金属粉末照射激光的激光照射装置的金属3D打印机。

背景技术

在公知的金属3D打印机中，将金属粉末均匀地撒在平台上来形成最初的粉末层，并对此粉末层照射激光来使其烧结，由此形成最初的烧结层。将金属粉末均匀地撒在此烧结层上来形成下一个粉末层，并对此粉末层照射激光来使其烧结，由此形成下一个烧结层。下一个烧结层与最初的烧结层接合。通过如此重复烧结层的形成来对三维物体进行造型。

为了以不使金属粉末变质的方式进行保护，并且可稳定地照射所需的能量的激光，而要求将规定的造型区域的周围维持成尽可能不存在氧的状态。因此，金属3D打印机以如下方式构成：可将如氮气般的惰性气体供给至经密闭的腔室内，并在腔室内，在氧浓度足够低的环境下对规定的照射区域照射激光。

已知若通过激光来使金属粉末烧结，则产生被称为烟雾(fume)的特有的烟。若在腔室内充满烟雾，则存在遮蔽激光，所需的能量的激光无法到达烧结部位，而产生烧结不良的担忧。专利文献1揭示有如下的金属3D打印机：一面以烟雾不遮蔽激光的方式从腔室内排出含有烟雾的惰性气体，一面将清洁的惰性气体供给至腔室内。根据专利文献1的发明，形成被供给至腔室内的清洁的惰性气体将腔室内的肮脏的惰性气体挤出的流路。其结果，能够以对于所需的能量的激光的照射无影响的程度将烟雾排出至腔室外。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第5243935号

发明内容

发明所要解决的问题

惰性气体供排装置通过设置在腔室内的多个供给口与多个排出口来使惰性气体进行循环。惰性气体供排装置的最大供给量存在实用上的极限。若以超过惰性气体供排装置的最大供给量的流量供给惰性气体，则所供给的惰性气体的浓度下降。其结果，腔室内的氧浓度超过容许值而不优选。

以规定的高度分割三维物体而成的多个分割层中的激光的照射面积变得越大，同一照射条件下的烧结时间变得越长，所产生的烟雾的量也增加。因此，存在如下的情况：烟雾的产生量超过可由惰性气体供给装置去除的去除量，在下一个分割层中形成粉末层并照射激光之前的期间内不能完全去除完烟雾。尤其，若腔室的容量相对于惰性气体供给装置的最大供给量相对地变大，则腔室内的被烟雾污染的惰性气体的排出量不足，残留的烟雾沿着腔室的侧壁面上升，未从设置在腔室的上侧的排出口排完的烟雾在横穿激光的照射路径的方向上流动而滞留在腔室内。

因此，在以不对所需的能量的激光的照射造成影响的程度充分地排出烟雾之前的期间内，必须停止激光的照射。例如，每形成一层烧结层时设置待机时间，使下一个烧结层的形成的开始延迟所述待机时间。此时，若设定足够的长度的待机时间，并在所述待机时间中进行烟雾的去除，则可充分地进行烟雾的去除。但是，当生成任意的形状的三维物体时，有时照射面积因分割层而大不相同，因此所产生的烟雾的产生量在每个烧结层中也不同。因此，以在多个分割层中烟雾的残留量变得最多的情况为基准将待机时间变成固定会有如下的担忧：在造型周期中不必要地需要多余的时间，至生成所期望的三维物体为止所需要的整个造型时间变长至无法容许的程度。