[发明专利]增材制造设备和用于制造三维成形物体的方法

说明书

本发明涉及增材制造设备和用于制造三维成形物体的方法。增材制造设备包括粉末层形成部分、能量束源、和包括板状探头的接触检测传感器。粉末层形成部分构造成在预定区域中形成粉末层。能量束源构造成将能量束照射到由粉末层形成部分形成的粉末层上，以熔化或烧结粉末层，从而形成固化层。通过使用接触检测传感器检测在固化层的表面上存在还是不存在突出部分。

技术领域

本发明涉及使用粉末床熔化法制造三维成形物体的方法、以及用于所述方法的增材制造设备。

背景技术

近年来，积极地开发了所谓的3D打印机，并且已经尝试了各种方法。例如，已知诸如熔化沉积造型法、使用光固化树脂的立体平版印刷术和粉末床熔化法的各种方法。

粉末床熔化法是通过重复地执行以下步骤来形成三维成形物体的方法，所述步骤为：将诸如金属的原料粉末铺设成层状的步骤、和照射诸如激光束的能量束以便选择性地熔化并固化一部分粉末层的熔化固化步骤、或照射能量束以便选择性地烧结一部分粉末层的烧结固化步骤。近年来，已经开始利用使用金属粉末作为原料的粉末床熔化法作为用于制造需要高机械强度和/或良好导热性的产品的方法。

例如，PCT国际公布No.WO2012/160811提出了一种通过使用刮板刀层叠诸如金属的原料粉末然后照射激光束来制造三维成形物体的制造方法。

顺便提及，在一些情况下，当通过向粉末层照射能量束来选择性地熔化一部分粉末层时，由于一部分熔化材料散布并附着在正常地形成的固化层的表面上、或者由于熔化物质未熔合到已经固化的下层中，因此形成了突出部分，该突出部分是具有突出形状的无意固化部分。这种无意突出部分有时从最外层突出几十微米到300微米的尺寸。

近年来，为了提高三维成形物体的形状精度和密度，每个粉末层的厚度均设定为约几十微米。然而，在产生上述突出部分的情况下，突出部分的高度有时可能大到超出下次要形成的粉末层的上表面。在这种情况下，用于平整粉末层表面的平整机构在形成下一粉末层时与突出部分发生机械干涉。在这种情况下，平整机构被突出部分卡住，并且形成粉末层的步骤停止，平整机构的刮刀因接触而损坏，或者三维成形物体的形状精度降低。此外，有时摩擦负载增大并且平整机构停止，或者在撞击强烈时三维成形物体破裂。

日本专利公开No.2004-277881公开了通过平整机构的驱动马达上的负载变化来检测是否存在突出部分的方法、和光学地检测是否存在突出部的方法。此外，在检测到突出部分的情况下，在去除突出部分之后形成粉末层。

然而，日本专利公开No.2004-277881中公开的用于检测突出部分的方法不一定是保险的方法。

首先，由于通过驱动马达上的负载变化来检测突出部分的方法是在平整机构与突出部分接触时使用的方法，因此在使用这种方法的情况下平整机构的刮刀会因接触而损坏。在粉末层由具有划痕的刮刀形成时，粉末层具有与划痕相对应的突出部，该突出部导致粉末层的熔化不足，因此三维成形物体的形状精度降低。

另外，突出部分不具有规则形状并且可能具有各种形状。然而，根据日本专利公开No.2004-277881中公开的使用图像拍摄装置的光学检测方法，根据突出部分的形状在一些情况下不能获得足够的检测灵敏度。

因此，期望一种利用其能够可靠地检测突出部分而不损坏平整机构的检测技术。

发明内容

根据本发明的第一方面，增材制造设备包括：粉末层形成部分，其构造成在预定区域中形成粉末层；能量束源，其构造成将能量束照射到由粉末层形成部分形成的粉末层上以熔化或烧结粉末层，从而形成固化层；和接触检测传感器，其包括板状探头。通过使用接触检测传感器来检测固化层的表面上存在还是不存在突出部分。