JP2008106319A - 金属光造形複合加工装置の粉末回収装置 - Google Patents

Abstract

【課題】自動運転による確実な粉末回収を可能とすることで、防塵マスクやメガネ等を着用する必要性をなくし、さらに、夜間等の人手が無いときであっても製造工程を中断させずに造形物の製造時間の短縮を図ることを課題とする。
【解決手段】金属光造形複合加工装置の造形タンク１内で、造形タンク１内に存在する粉末と造形物とに上方から強い風を吹きつけ、当該粉末１０を造形物１１の表面から造形タンク１内の空間に浮遊させて粉末吸引口２から粉末１０を自動で吸引する。
【選択図】図２

Description

本発明は、金属光造形による造形物製造過程において、自動で造形タンク内の粉末を回収する装置に関するものである。

金属粉末をレーザーで焼結しながら積層を行う金属光造形複合加工装置で造形物を製作する際には、一定量（例えば、切削仕上げ用エンドミルの有効刃長範囲）を積層した時点で造形物表面の切削仕上げ加工を行っていく。切削仕上げ加工を行った造形物の上に更にレーザー焼結で積層を行い、切削仕上げとレーザー焼結とを繰り返すことによって、高い加工精度を持つ３次元の立体モデルを成形することができる。

ここで、造形を完了した造形物を金属光造形複合加工装置から取り出すためには、造形物を取り囲んでいる未焼結の金属粉末を吸引し回収する必要がある。また、造形物を製造していく過程で、積層させた造形物表面を切削仕上げする際に、例えば、造形物の深い加工位置まで切削仕上げ工具を届かす必要のある場合などは、造形物のまわりに堆積した金属粉末を吸引し回収した後でなければ加工ができない。

従来の金属光造形複合加工装置では、作業者自らが、粉末吸引装置等のクリーナーを操作することで造形物を取り囲む粉末の吸引回収を行っていた。

しかしながら、作業者が粉末を吸引回収するためには、造形タンクを開放し、造形タンクの開放側からクリーナーを操作しなければならない。そのため、吸引作業中には、微粉末である金属粉末が空中を浮遊し、作業者の身体の一部に付着して作業者が汚れやすく、さらに、粉末による健康被害を防止するために、作業者は、防塵メガネやマスクを着用しなければならない。

さらに、上述したように、切削仕上げ加工する前に粉末を吸引回収しなければならない場合には、作業者の人的労力を必要とする。したがって、そのような場合には、装置の運転を一時中断する必要があり、最終的な製品完成まで連続運転ができないという問題も存在する。そのため、造形物の製造過程において粉末の吸引回収を行わなければならないタイミングが、夜間や休日にかかる場合や、通常の操業時であっても、作業者が近くにいない等の原因によって吸引回収作業が即時実施できない場合には、金属光造形複合加工装置は運転休止状態となり、造形物の最終的な完成までの製造時間の短縮が望めないこととなる。

特許文献１には、造形タンク内のテーブルが下端まで降下し、造形タンクの縦壁の下部に設けられた吸引口及び吹出し口から空気を循環させて粉末を自動回収する装置が開示されている。

しかしながら、特許文献１に開示される方法では、例えば、造形物の凹凸や孔部に入り込んだ粉末の確実な吸引を確保できない。したがって、吸引回収作業が低減できたとしても、作業者に対する負担や造形物の製造時間の短縮に更なる改良が望まれる。

特開２００５−８９８６３公報

本発明は、上記問題に照らし、装置の自動運転によって確実な粉末回収を可能とすることで、防塵マスクやメガネ等を着用する必要性をなくし、さらに、夜間等の人手が無いときであっても製造工程を中断させずに造形物の製造時間の短縮を図ることを課題とするものである。

上記課題は、造形タンクを閉鎖する造形タンク上蓋を設け、当該造形タンク上蓋に、上方から強い風を吹きつける手段を設け、当該手段を用いて、造形タンク内に堆積している粉末を造形タンク内に浮遊させて、自動吸引する粉末回収装置によって解決される。

造形タンク上蓋には、空気取入れ開口が設けられてもよい。当該空気取入れ開口は、クリーナーの作動時に、造形タンク１内の圧力が外部圧力よりも負圧になるように開口サイズを調節されて構成される。

強い風を吹きつける手段として、ファンを造形タンク上蓋に取付けることができる。

ファンが有する羽根の直径は、造形タンクの縦壁と接触しない程度に、その幅とほぼ同寸法であるのが好ましい。また、当該ファンの羽根は、少なくとも２枚以上で構成されるのが好ましく、特に２〜４枚で構成されるのが好ましい。

ファンの回転速度は、３０００ｒｐｍ以上であるのが好ましい。３０００ｒｐｍ以下だと、粉末を空中に十分に浮遊させることができないおそれがあり、その結果、確実な粉末回収を実施できなくなる可能性がある。

強い風を吹き付ける手段を、圧縮空気を吹き付ける多数のエアノズルとすることができる。当該エアノズルを少なくとも２つのグループに分けて、圧縮空気を順次交代で吹き付けるのが好ましい。このとき造形タンク内の圧力が外部圧力よりも高くならないようにエアノズルからの空気吐出量を予め調整しておく必要がある。

強い風を吹き付ける手段を、エアノズルを設けられた旋回アームとすることができる。旋回アームは、造形タンク上蓋の中央に取付けられ、旋回中に圧縮空気を吹き付けることで粉末を浮遊させることができる。この場合もまた同様に、圧縮空気の吹き付けにより、造形タンク内の圧力が外部圧力よりも高くならないようにエアノズルからの空気吐出量を調整しておく必要がある。

本発明によれば、上下方向の溝や孔が多い造形物の形状であっても、当該部分に堆積した粉末に直接上から風を吹き付け、粉末をタンク内に浮遊させてクリーナーで吸引させることで、確実な粉末吸引回収が自動運転で可能になるため、粉末回収作業に際し、作業者自らがクリーナー等で作業する必要がなくなることに加え、防塵メガネやマスクを着用する必要もなくなり、その結果、作業者の負担が軽減し、さらに、粉末回収のため装置を一時停止させる必要なしに、造形物の切削仕上げを実施することが可能となるため、連続した自動運転ができるようになる。

図面を用いて、以下に本発明を説明する。

図１は、粉末１０が造形物１１まわりに堆積している造形タンク１の断面図を示す。造形テーブル３は、粉末回収工程における待機位置にある。造形物１１は、造形テーブル３上に置かれており、そのまわりを未焼結の金属粉末１０が取り囲んでいる。

図２は、造形テーブル３が図１の待機位置から粉末回収位置である造形タンク１の最下端まで垂直に降下し、造形タンク上蓋４が閉じられた状態の断面図を示す。造形テーブル３は、スピンドル等の公知の手段を用いて最下端に移動させられる。造形テーブル３が最下端に移動することで、粉末吸引口２が、造形テーブル３の上方、すなわち、粉末回収領域に現れる。造形タンク上蓋４には、造形物の上方から風を吹きつけるための手段であるファン６及び造形タンク内に空気を取入れるための空気取入れ開口５が備えられる。粉末吸引口２には、ホース９を介してクリーナー８が取付けられる。

本実施形態で用いたファン６を、図３に示す。ファン６は、２枚の羽根を有する軸流型の通常公知のファンである。本実施形態では、回転数は、３０００ｒｐｍに設定される。

造形タンク上蓋４は、公知の移動手段を用いて自動で造形タンク１上に移動し、造形タンク１の上部を閉鎖する。造形タンク上蓋４と造形タンク１の間の間隙には、シール７が設置される。当該シール７は、吸引回収が開始されると、粉末を造形タンク１外に飛散させないように造形タンク上蓋４と造形タンク１とをシールする。本実施形態で用いたシール７は、市販されているゴム製のシールリップ付きスライドシールである。

造形タンク上蓋４に設けられる空気取入れ口５は、クリーナー８を動作させた時に、造形タンク１内の圧力が外部圧力と比較して負圧となるように、開口サイズを調節されている。造形タンク１内の圧力は、外部圧力と比べて負圧状態に保たれるので、造形タンク上蓋４は、造形タンク１に押さえつけられ、造形タンク上蓋４をクランプなどの機構を用いて大きな力で押さえつける必要はない。また、造形タンク１内が外部気圧と比較して負圧であるため、外部と造形タンク１との間のシールはシールリップ付きスライドシール７で十分であり、外部に粉末が飛び出て飛散するようなことはない。

図２に示される状態でクリーナー８を動作させることにより、造形タンク１内の粉末１０は粉末吸引口２より吸引されはじめ、ファン６を動作させることにより、粉末１０は、造形タンク１内に浮遊して、粉末１０の確実な吸引回収が達成される。

金属粉末が造形物まわりに堆積した造形タンクの断面図であり、粉末回収工程における造形テーブルの待機位置を示す。 造形テーブルが図１の待機位置から粉末回収位置である造形タンク最下端まで垂直に降下し、造形タンク上蓋が閉じられた状態の断面図を示す。 ファンの概略図を示す。

符号の説明

１ 造形タンク
２ 粉末吸引口
３ 造形テーブル
４ 造形タンク上蓋
５ 空気取入れ口
６ ファン
７ シール
８ クリーナー
９ ホース
１０ 粉末
１１ 造形物
１２ 羽根部
１３ 軸受け部

Claims (3)

1. 金属光造形複合加工装置の造形タンク（１）内に堆積している粉末（１０）をクリーナー（８）を用いて自動で粉末吸引口（２）から吸引する粉末回収装置であって、
   造形タンク（１）を閉鎖する造形タンク上蓋（４）が設けられ、当該造形タンク上蓋（４）には、上方から風を吹きつける手段（６）が設けられ、当該手段（６）を用いて造形タンク（１）内に堆積する粉末（１０）を造形タンク（１）内に浮遊させて、粉末吸引口（２）から粉末（１０）を確実に吸引する粉末回収装置。
2. 造形タンク上蓋（４）には空気取入れ開口（５）が設けられ、当該空気取入れ開口（５）は、クリーナー（８）の作動時に、造形タンク（１）内の圧力が外部圧力よりも負圧になるように開口サイズを調節されて構成されることを特徴とする請求項１の粉末回収装置。
3. 上方から強い風を吹きつける手段が、造形タンク上蓋（４）に取付けられるファン（６）であることを特徴とする請求項１又は２の粉末回収装置。

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