ES2808681T3 - Equipo de moldeo tridimensional y método de fabricación para objetos de plástico con forma tridimensional - Google Patents

Equipo de moldeo tridimensional y método de fabricación para objetos de plástico con forma tridimensional Download PDF

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Toshio Maeda
Kousuke Ishimoto
Yasunori Takezawa
Toshihiko Kato
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Abstract

Un método para fabricar un objeto de plástico con forma tridimensional, que comprende: un proceso de laminación para formar una capa de polvo mediante el suministro de material en polvo; y un proceso de sinterización para irradiar un haz de luz o un haz de electrones a la capa de polvo y mover una ubicación irradiada por el haz de luz o el haz de electrones para sinterizar la capa de polvo, en el que el proceso de laminación y el proceso de sinterización están configurados para repetirse alternativamente, y en el que el proceso de sinterización para una capa de polvo respectiva comprende: establecer una ruta de moldeo de vectores (P1) para escanear una región a moldear (E) a lo largo de un contorno del mismo por el haz de luz o el haz de electrones, en el que la ruta de moldeo del vector (P1) es una ruta continua formada en un anillo sin fin a lo largo del contorno de la región a moldear (E); y establecer una ruta de moldeo de trama (P2) para escanear una región interna de la región a moldear (E) por el haz de luz o haz de electrones para formar la región mencionada, en el que la ruta de moldeo de trama (P2) es una ruta continua que no pasa la misma línea y no forma ninguna intersección, en el que entre dos líneas rectas adyacentes o líneas curvas de la ruta de moldeo de trama (P2), se establece que una distancia sea mayor que el diámetro de radiación del haz de luz o del haz de electrones y menor que 10 veces el diámetro de radiación.

Description

DESCRIPCIÓN
Equipo de moldeo tridimensional y método de fabricación para objetos de plástico con forma tridimensional Antecedentes de la invención
La presente invención se refiere a un equipo de moldeo tridimensional y a un método de fabricación para un objeto con forma tridimensional, en el que el objeto plástico de forma tridimensional se fabrica laminando y sinterizando material en polvo.
Técnica anterior
De acuerdo con este tipo de invención en la técnica anterior, un objeto plástico de forma tridimensional que incluye varias capas sinterizadas se fabrica repitiendo un proceso de suministro de material en polvo desde un equipo de suministro de polvo para formar una capa de polvo y un proceso de irradiar un haz de luz o un haz de electrones a una región predeterminada de la capa de polvo formada en el proceso mencionado para sinterizar el polvo en la región predeterminada.
Paralelamente, de acuerdo con la técnica anterior mencionada, un dispositivo de escáner galvano se utiliza para irradiar el haz de luz o haz de electrones en la mayoría de los casos. Por ejemplo, el Documento de Patente JP 2005-336547 A divulga una invención en la que un haz de luz o un haz de electrones emitido por un oscilador láser (20) se refleja en un único dispositivo de escáner galvano (escáner 22), y se irradia también a una capa de polvo cambiando la dirección reflectante del mismo. Una ruta de moldeo del haz de luz o del haz de electrones comprende una pluralidad de rutas de escaneado y se establece y almacena preliminarmente en un circuito de control. Los efectos de esta configuración son que una ubicación irradiada por el haz de luz o el haz de electrones puede moverse rápidamente por el dispositivo de escáner galvano y el tiempo de moldeo se acorta.
Sin embargo, de acuerdo con la técnica anterior, como se ilustra en la figura 7, el dispositivo de escáner galvano se opera para hacer una ruta de escaneado a1 lineal y dirigida desde un lado al otro. Después de esto, un lado de un haz de luz u oscilador de haz de electrones se apaga y luego se determina una ubicación irradiada del dispositivo de escáner galvano en una posición predeterminada en un lado (ver líneas punteadas). Posteriormente, el oscilador láser se vuelve a encender y el dispositivo de escáner galvano se opera de tal manera que la ruta de escaneado se dirige de un lado al otro y una ruta de escaneado a2 se vuelve sustancialmente paralela a la ruta de escaneado a1. Entonces, la sinterización se ejecuta para formar una región a moldear E sobre la capa de polvo repitiendo el escaneado anterior varias veces. Por lo tanto, debido al tiempo de espera para determinar la posición radiada varias veces, el tiempo de moldeo se prolonga.
Adicionalmente, existe una diferencia de tiempo entre el escaneado al principio y el escaneado al final en el escaneado anterior por el haz de luz o el haz de electrones, y por lo tanto, cuando el haz de luz o haz de electrones se encuentra en la ruta de escaneado al final, por ejemplo, la temperatura en la ruta de escaneado puede incrementarse mediante el haz de luz o el haz de electrones. Sin embargo, la temperatura al comienzo de la ruta de escaneado puede disminuir porque la ruta de escaneado se enfría por el aire ambiente. Como resultado, debido a la diferencia de temperatura anterior, la distribución de temperatura en un objeto plástico completo puede ser desigual, y existe la posibilidad de que se produzca una deformación de la forma, tal como deformación, en el objeto plástico. A partir de los documentos DE 101 12 591 A1 y DE 102 08 150 A1 se conoce un dispositivo de moldeo tridimensional que está configurado para producir un objeto tridimensional capa por capa irradiando un lecho de polvo de material que forma el objeto con un haz láser. Durante la producción de objetos, el haz láser se desvía, de modo que siga una trayectoria o ruta de moldeo predeterminada sobre la superficie del objeto. Al escanear a lo largo de la trayectoria, el haz láser genera una línea de contorno en el objeto, en el que las tiras de contorno adyacentes de la línea de contorno generada se superponen ligeramente.
El documento DE 102010 041 284 A1 describe una técnica de sinterización selectiva, que usa un haz láser para depositar energía en una superficie de un objeto a formar para compactar el material en polvo del objeto. El haz láser se desvía para formar una ruta de moldeo continua en la superficie del objeto a formar.
Sumario de la invención
Problemas a resolver por la invención
La presente invención se realiza en vista de la situación ejemplar descrita anteriormente, y el objeto de la misma es mejorar la eficiencia de moldeo y evitar la aparición de una deformación de la forma en un objeto plástico.
Para resolver los problemas anteriores, una configuración básica de acuerdo con la presente invención incluye: (1) un equipo de moldeo tridimensional de acuerdo con la reivindicación independiente 4; y
(2) un método para fabricar un objeto de plástico con forma tridimensional de acuerdo con la reivindicación independiente 1.
Efecto de la invención
De acuerdo con la presente invención basada en la configuración básica anterior, la eficiencia de moldeo se mejora al irradiar el haz de luz o el haz de electrones en la ruta continua, y también se evita la deformación de la forma en el objeto plástico.
Breve descripción de los dibujos
La figura 1 es una vista en perspectiva que ilustra esquemáticamente un ejemplo de un equipo de moldeo tridimensional de acuerdo con la presente invención.
La figura 2 es una vista en planta que ilustra una ruta de moldeo ejemplar.
La figura 3 es una vista en planta que ilustra una ruta de moldeo ejemplar diferente.
La figura 4 es una vista en planta que ilustra otra ruta de moldeo ejemplar diferente.
Las figuras 5(a) y 5(b) son vistas en planta que ilustran dos tipos de rutas de moldeo, cada una con una distancia diferente entre las rutas de escaneado adyacentes en una dirección de intersección.
Las figuras 6(a) y 6(b) son vistas en planta que ilustran dos tipos de rutas de moldeo, cada una con una distancia diferente entre las rutas de escaneado adyacentes en una dirección de intersección.
La figura 7 es una vista en planta que ilustra una ruta de moldeo de acuerdo con la técnica anterior.
Descripción detallada
De acuerdo con aspectos de la configuración (1) relacionados con el equipo incluido en la configuración básica anterior, se proporciona un equipo de suministro de polvo que incluye un proceso de laminación para formar una capa de polvo; y una unidad de escaneado de haz de luz o haz de electrones que incluye un proceso de sinterización para irradiar un haz de luz o un haz de electrones a la capa de polvo y mover una ubicación irradiada por el haz de luz o el haz de electrones para sinterizar la capa de polvo, en el que el proceso de laminación y el proceso de sinterización están configurados para repetirse alternativamente, una ruta de moldeo para comprender una pluralidad de rutas de escaneado del haz de luz o haz de electrones en el interior de un objeto a moldear se establece preliminarmente como una ruta continua que no pasa la misma línea y no forma ninguna intersección, y el haz de luz o haz de electrones por la unidad de escaneado de haz de luz o haz de electrones se irradia continuamente a lo largo de la ruta de moldeo.
Con esta configuración, la ruta de moldeo del haz de luz o haz de electrones en el interior del objeto a moldear es una ruta continua que no pasa por la misma línea y el haz de luz o haz de electrones se irradia continuamente a lo largo de esta ruta. Por lo tanto, se reduce el tiempo de espera para un ajuste de posición de acuerdo con la técnica anterior, logrando así acortar el tiempo de moldeo. Además, también se pueden lograr los mismos efectos en la configuración básica (2) relacionada con el método.
De acuerdo con una primera realización, la ruta de moldeo está dispuesta de manera que una pluralidad de líneas rectas se conectan en un ángulo predeterminado y se dirigen secuencialmente hacia el interior o se dirigen secuencialmente hacia el exterior, o se organizan de manera que una sola línea curva continua se dirija secuencialmente hacia el interior o se dirija secuencialmente hacia el exterior (véanse las figuras 2 y 3. Debe tenerse en cuenta que las figuras 2 y 3 representan los casos de adopción de las líneas rectas).
Con esta configuración, se puede reducir una desviación de la distribución de temperatura en una región a moldear y se puede fabricar un objeto de plástico con forma tridimensional altamente calificado.
De acuerdo con una segunda realización, la ruta de moldeo incluye un patrón de escaneado formado por: una primera ruta de escaneado dirigida de un lado al otro lado; una segunda ruta de escaneado continua desde la primera ruta de escaneado y se dirigió en una dirección alejada de la primera ruta de escaneado en un ángulo predeterminado con respecto a la primera ruta de escaneado; una tercera ruta de escaneado continua desde la segunda ruta de escaneado y dirigida desde la otra dirección a la única dirección en un ángulo predeterminado con respecto a la segunda ruta de escaneado; y una cuarta ruta de escaneado continua desde la tercera ruta de escaneado y dirigida en una dirección alejada de la tercera ruta de escaneado en un ángulo predeterminado con respecto a la tercera ruta de escaneado, y además este patrón de escaneado puede disponerse repetidamente (véase la figura 4).
De acuerdo con un aspecto de la presente invención, se establecen dos rutas de escaneado de la ruta de moldeo adyacentes entre sí formadas por dos líneas rectas o dos líneas curvas, y además se forma una distancia entre las rutas de escaneado adyacentes mayor que un diámetro de radiación del haz de luz o haz de electrones (ver la figura 5(a), 5(b), 6(a) y 6(b). Debe tenerse en cuenta que las figuras 5(a), 5(b), 6(a) y 6(b) representan los casos de adopción de las líneas rectas).
Con esta configuración, una distribución de temperatura desigual puede reducirse mediante el espacio formado entre las rutas de escaneado adyacentes entre sí, y también la aparición de una deformación de la forma, tal como alabeo, en el objeto de plástico se puede evitar.
Debe tenerse en cuenta que la distancia se establece mayor que el diámetro de radiación del haz de luz o haz de electrones y mayor que no más de diez veces el diámetro de radiación del mismo.
Ejemplos
Ejemplo 1
Ejemplos que ilustran aspectos de la presente invención se describirán en detalle basándose en los dibujos como sigue:
Como se ilustra en la figura 1, un equipo de moldeo tridimensional 1 incluye: una mesa de moldeo 10 que puede moverse verticalmente; una unidad de escaneado de haz de luz o haz de electrones 20 dispuesta sobre la mesa de moldeo 10; un controlador 30 que controla el movimiento vertical de la mesa de moldeo 10, funcionamiento de las respectivas unidades de escaneado de haz de luz o haz de electrones 20, etc.; y un equipo de suministro de polvo 40 que suministra material en polvo en la mesa de moldeo 10, en el que se fabrica un objeto de plástico con forma tridimensional M repitiendo alternativamente un proceso de laminado para suministrar el material en polvo para formar una capa de polvo, y un proceso de sinterización de irradiar un haz de luz o un haz de electrones a la capa de polvo y mover una ubicación irradiada de este modo para sinterizar la capa de polvo.
La mesa de moldeo 10 es una mesa que tiene una superficie superior formada plana y configurada para moverse verticalmente mediante un mecanismo de elevación no ilustrado.
La mesa de moldeo 10 se mueve hacia abajo en una cantidad predeterminada cada vez que se repiten los procesos de formar la capa de polvo y sinterizar parcialmente la capa de polvo mediante el equipo de suministro de polvo 40 descrito posteriormente y la unidad de escaneado de haz de luz o haz de electrones 20.
Paralelamente, como un ejemplo diferente, la mesa de moldeo 10 puede ser fija y no puede moverse verticalmente, y el equipo de suministro de polvo 40 puede estar configurado para moverse verticalmente.
La unidad de escaneado del haz de luz o del haz de electrones 20 es un dispositivo de escáner galvano de dos ejes en el que el haz de luz o el haz de electrones irradiado desde un haz de luz o un oscilador de haz de electrones (no ilustrado) es reflejado por dos espejos de reflexión 21, 21 e irradiado a la superficie superior de la capa de polvo en la mesa de moldeo 10, y además una ubicación irradiada de ese modo se mueve en una dirección plana.
Cada una de las unidades de escaneado de haz de luz o haz de electrones 20 hace que los dos espejos de reflexión 21, 21 giren respectivamente por los motores 22, 22 en respuesta a un comando de escaneado desde el controlador 30. Cuando se giran los espejos, el escaneado se ejecuta mediante el haz de luz o el haz de electrones que se irradiará a la superficie superior de la capa de polvo en direcciones XY configurando, como un origen, una posición de referencia en la mesa de moldeo 10 fotografiada por un dispositivo de formación de imágenes (no ilustrado) tal como una cámara CCD.
Debe tenerse en cuenta que el signo de referencia 23 en la figura 1 indica un amplificador que suministra tensión de control amplificada del controlador 30 a cada unidad de escaneado de haz de luz o haz de electrones 20.
Además, el oscilador del haz de luz o del haz de electrones puede estar configurado para irradiar un haz láser emitido desde una fuente de láser al espejo de reflexión 21 de la unidad de escaneado de haz de luz o haz de electrones 20.
El controlador 30 es un circuito de control que incluye una unidad de almacenamiento que almacena un programa de procesamiento, datos de procesamiento, etc., una CPU, una interfaz de entrada/salida, etc., y puede estar formada por un microordenador, un controlador programable y otros circuitos electrónicos, por ejemplo.
El controlador 30 recibe datos de entrada que incluyen datos tridimensionales (por ejemplo, datos de formato STL, etc.) generados por un sistema CAD/CAM no ilustrado, datos relacionados con el diámetro de radiación del haz de luz o haz de electrones, salida de radiación del haz de luz o haz de electrones, y así sucesivamente. Además, el controlador 30 ejecuta el procesamiento aritmético basado en el programa de procesamiento que almacena preliminarmente los datos mencionados anteriormente y controla el haz de luz o el oscilador de haz de electrones (no ilustrado), el mecanismo elevador (no ilustrado) para la mesa de moldeo 10, la unidad de escaneado de haz de luz o haz de electrones 20, etc. de acuerdo con los resultados del procesamiento aritmético.
Como un medio para cambiar el diámetro de radiación del haz de luz o haz de electrones, se puede adoptar un mecanismo de apertura capaz de cambiar el diámetro de un haz en una ruta óptica del haz de luz o haz de electrones. El mecanismo de apertura puede estar provisto de una placa de máscara que incluye una pluralidad de aberturas de diafragma que tienen diferentes diámetros, y la pluralidad de aberturas de diafragma puede configurarse para moverse selectivamente en la ruta óptica del haz de luz o haz de electrones moviendo la placa de máscara.
Además, el equipo de suministro de polvo 40 es un dispositivo conocido que forma una capa de polvo sustancialmente plana al suministrar y exprimir material en polvo metálico o no metálico sobre la superficie plana mientras se mueve horizontalmente. El equipo de suministro de polvo 40 está configurado para moverse sustancialmente en la dirección horizontal por encima de la mesa de moldeo 10 para formar la capa de polvo en la superficie superior de la mesa de moldeo 10 y laminar capas de polvo adicionales sobre la capa de polvo formada. A continuación, se describirán en detalle procedimientos para fabricar un objeto plástico M de forma tridimensional mediante el equipo de moldeo tridimensional 1.
En primer lugar, el controlador 30 acciona el equipo de suministro de polvo 40 en base al programa de procesamiento almacenado preliminarmente, y forma la capa de polvo en la mesa de moldeo 10. Posteriormente, el controlador 30 acciona la unidad de escaneado de haz de luz o haz de electrones 20 para irradiar el haz de luz o haz de electrones a la superficie superior de la capa de polvo.
Más específicamente, el controlador 30 establece una región para ser moldeada E en la mesa de moldeo 10 en base a los datos tridimensionales y similares como se ilustra en la figura 2.
La región a moldear E corresponde a una sección transversal de un objeto de plástico con forma tridimensional M para ser fabricado por el equipo de moldeo tridimensional 1 tomado a lo largo de un plano paralelo a la mesa de moldeo 10, y la forma de la región a moldear E puede variarse por cada una de la pluralidad de capas de polvo o puede ser la mismo en cada una de la pluralidad de capas de polvo, dependiendo de la forma del objeto plástico tridimensional M.
A continuación, como se ilustra en la figura 2, el controlador 30 irradia el haz de luz o haz de electrones a una posición predeterminada en la región a moldear E en la misma capa de polvo por la unidad de escaneado de haz de luz o haz de electrones 20, y también controla el funcionamiento del haz de luz o unidad de escaneado de haz de electrones 20 de manera que una porción radiada x se mueve a lo largo de una ruta de moldeo preestablecida. La porción irradiada x es una región temporal radiada por el haz de luz o haz de electrones en la capa de polvo, y tiene un diámetro de radiación ajustado por el mecanismo de apertura.
La ruta de moldeo comprende una pluralidad de rutas de escaneado para el conjunto de haz de luz o haz de electrones basado en los datos tridimensionales y similares, y almacenados en un área de almacenamiento predeterminada por el controlador 30
Hay dos tipos de rutas de moldeo: una ruta de moldeo de vectores P1 para escanear la región a moldear E a lo largo del contorno de la misma por el haz de luz o haz de electrones; y una ruta de moldeo de trama P2 para escanear una región interna de la región a moldear E por el haz de luz o haz de electrones para formar la región mencionada. Las rutas de moldeo se establecen para las capas de polvo respectivas.
La ruta de moldeo del vector P1 es una ruta continua formada en un anillo sin fin a lo largo del contorno de la región a moldear E.
Además, la ruta de moldeo de trama P2 es una ruta continua que no pasa la misma línea y no forma ninguna intersección. De acuerdo con el ejemplo ilustrado en la figura 2, la ruta de moldeo de trama comprende una pluralidad de rutas de escaneado a1, a2 que está dispuesta de tal manera que una pluralidad de líneas rectas se conecta en un ángulo predeterminado (ángulo recto en el caso de la figura 2) desde el lado cercano al contorno de la región a moldear E, y se dirige secuencialmente desde el exterior hacia el interior.
De acuerdo con este ejemplo, la ruta de moldeo de trama P2 se establece con un paso entre las rutas de escaneado a1 y a2 en el exterior y el interior de modo que las rutas de escaneado a1 y a2 adyacentes en el interior y el exterior se ponen en contacto. En otras palabras, el paso es sustancialmente del mismo tamaño que el diámetro de radiación del haz de luz o haz de electrones.
Además, la ruta de moldeo de trama P2 se forma en espiral para formar una región entera de la región a moldear E. Mientras tanto, de acuerdo con el ejemplo ilustrado en la figura 2, la ruta de moldeo de trama P2 está formada por una pluralidad de líneas rectas paralelas a cada uno de los lados de la región a moldear E en forma de rectángulo, pero hay otro ejemplo en el que círculos u óvalos se combinan para formar una línea curva única continua desde fuera hacia dentro, formando así la ruta de moldeo de trama P2 en una línea curva en espiral dirigida gradualmente a la porción central de la región a moldear E.
De acuerdo con el ejemplo en la figura 2, la radiación del haz de luz o haz de electrones a lo largo de la ruta de moldeo de vectores P1 y la ruta de moldeo de trama P2 se ejecuta secuencialmente por un solo haz de luz o unidad de escaneado de haz de electrones 20. Sin embargo, hay otro ejemplo en el que se proporcionan dos unidades de escaneado de haz de luz o de haz de electrones 20, y el escaneado a lo largo de la ruta de moldeo de vectores P1 puede ser ejecutado por una de las dos unidades de escaneado, y el escaneado a lo largo de la ruta de moldeo de trama P2 puede ser ejecutado por la otra.
La radiación del haz de luz o haz de electrones no se interrumpe en la mitad de la ruta a lo largo de la ruta de moldeo de vectores P1 o la ruta de moldeo de trama P2 y se ejecuta continuamente.
Cuando se escanea mediante el haz de luz o el haz de electrones a lo largo de las rutas de moldeo P1 y P2, la región a moldear E en la superficie superior de la capa de polvo se sinteriza por el calor del haz de luz o haz de electrones. Después de esto, el controlador 30 baja la mesa de moldeo 10 por el espesor de la capa de polvo para formar una nueva capa de polvo en la superficie superior de la capa de polvo que incluye la región a moldear E por medio del equipo de suministro de polvo 40.
Entonces, el controlador 30 establece una región a moldear E en la superficie superior de la nueva capa de polvo de la misma manera que en el proceso ejecutado para la primera capa de polvo descrita anteriormente, e irradia el haz de luz o haz de electrones en la región a moldear E mediante la unidad de escaneado de haz de luz o haz de electrones 20 y también controla el funcionamiento de la unidad de escaneado de haz de luz o haz de electrones 20 para mover la porción irradiada x a lo largo de las trayectorias de moldeo P1 y P2. Como resultado, la región a moldear E en la nueva capa de polvo se sinteriza, y además la porción sinterizada se incorpora a la porción sinterizada de la capa de polvo anterior.
Posteriormente, el objeto de plástico predeterminado con forma tridimensional M (véase la figura 1) se fabrica repitiendo secuencialmente los procesos de bajar la mesa de moldeo 10, formando la capa de polvo mediante el equipo de suministro de polvo 40, y sinterizando la capa de polvo ejecutando el escaneado con el haz de luz o haz de electrones de la unidad de escaneado de haz de luz o haz de electrones 20. Paralelamente, durante los procesos anteriores, se aplica un proceso de corte a una porción periférica externa de la capa sinterizada con alta precisión utilizando un dispositivo de corte no ilustrado, si es necesario.
Por lo tanto, de acuerdo con el equipo de moldeo tridimensional 1 que tiene la configuración descrita anteriormente, la ruta de moldeo de trama del haz de luz o haz de electrones en el interior del objeto a moldear está configurada para ser una ruta continua que no pasa la misma línea y no forma ninguna intersección, y la radiación del haz de luz o electrón el haz a lo largo de la ruta se ejecuta continuamente sin apagarse. Como resultado, se puede reducir el tiempo de espera para el ajuste de posición y similares y se puede acortar el tiempo de moldeo.
Además, dado que el escaneado con el haz de luz o el haz de electrones se ejecuta en forma de espiral, una región que tiene una temperatura creciente dentro de la región que se va a moldear E se mueve en una dirección radial de la ruta de moldeo de trama en espiral P2, y por lo tanto se puede reducir una desviación de la distribución de temperatura dentro de la región que se va a moldear E y una deformación de la forma, tal como alabeo, se puede evitar.
A continuación, se proporcionará una descripción de otros ejemplos relacionados con un medio para irradiar continuamente el haz de luz o el haz de electrones a lo largo de la ruta de moldeo que tiene una ruta continua que no pasa la misma línea. Debe tenerse en cuenta que los siguientes ejemplos son ejemplos parcialmente modificados con respecto al ejemplo 1 descrito anteriormente y, por lo tanto, los puntos modificados se describirán principalmente, omitiendo la repetición de la misma descripción detallada.
Ejemplo 2
De acuerdo con un ejemplo ilustrado en la figura 3, una dirección de escaneado de una ruta de moldeo de trama en espiral P2 está configurada en una dirección opuesta al ejemplo 1. En otras palabras, la ruta de moldeo de trama P2 de acuerdo con este ejemplo es una ruta continua que no pasa la misma línea y no forma ninguna intersección, y se forma conectando una pluralidad de líneas rectas en un ángulo predeterminado (ángulo recto en el caso de la figura 3) desde una porción central de una región a moldear E y estar dispuesta secuencialmente dirigida desde el interior hacia el exterior de la región a moldear E.
Por lo tanto, de acuerdo con el ejemplo ilustrado en la figura 3, el tiempo de espera para el ajuste de posición y similares se puede reducir y el tiempo de moldeo se puede acortar igual que en el ejemplo 1. Además, se puede reducir una desviación de la distribución de temperatura y una deformación de la forma, tal como alabeo, se puede evitar.
Ejemplo 3 (no de acuerdo con la invención)
De acuerdo con un ejemplo ilustrado en la figura 4, una ruta de moldeo de trama P2 incluye: un patrón de escaneado formado por una primera ruta de escaneado a1 dirigida de un lado al otro lado; una segunda ruta de escaneado a2 continua desde la primera ruta de escaneado a1 y dirigida en una dirección alejada de la primera ruta de escaneado en un ángulo predeterminado (ángulo recto en el caso de la figura 4) con respecto a la primera ruta de escaneado a1; una tercera ruta de escaneado a3 continua desde la segunda ruta de escaneado a2 y dirigida desde la otra dirección a la única dirección en un ángulo predeterminado con respecto a la segunda ruta de escaneado a2; y una cuarta ruta de escaneado a4 continua desde la tercera ruta de escaneado a3 y dirigida en una dirección alejada de la tercera ruta de escaneado a3 en un ángulo predeterminado (ángulo recto en el caso de la figura 4) con respecto a la tercera ruta de escaneado a3, y este patrón de escaneado formado en forma de zigzag se puede repetir dependiendo de la necesidad.
De acuerdo con este ejemplo, la ruta de moldeo de trama P2 se establece con un paso entre las rutas de escaneado a1 y a2 en el exterior y el interior de modo que las rutas de escaneado a1 y a2 adyacentes en el interior y el exterior se ponen en contacto. En otras palabras, el paso es sustancialmente del mismo tamaño que el diámetro de radiación de un haz de luz o un haz de electrones.
La radiación del haz de luz o haz de electrones por un oscilador de haz de luz u haz de electrones (no ilustrado) y una unidad de escaneado de haz de luz o haz de electrones 20 se ejecuta continuamente a lo largo de la ruta de moldeo de trama P2 sin apagarse.
Por lo tanto, de acuerdo con el ejemplo ilustrado en la figura 4, el tiempo de espera para el ajuste de posición y similares se puede reducir, y el tiempo de moldeo se puede acortar de la misma manera que en los ejemplos anteriores.
Ejemplo 4 (de acuerdo con la invención)
De acuerdo con un ejemplo ilustrado en la figura 5(b), una distancia entre las rutas de escaneado a1 y a2 de la ruta de moldeo de trama P2 adyacentes entre sí se establece más ancha en contraste con una ruta de moldeo de trama en espiral P2 que se muestra anteriormente (ver la figura 5(a)), y la distancia se establece para que sea mayor que un diámetro de radiación de un haz de luz o un haz de electrones (por ejemplo, aproximadamente 200 pm) y menor que 10 veces el diámetro de radiación.
El rango de distancia especificado anteriormente se adquiere experimentalmente mediante prueba y error por los inventores de la presente invención. En el caso de establecer una distancia menor que el rango especificado anteriormente, la distribución de temperatura puede ser desigual debido a un aumento de temperatura o similar entre las rutas de escaneado a1, a2 adyacentes en una dirección de intersección, y una deformación de la forma, tal como alabeo, puede producirse en un objeto plástico M con alta posibilidad. También, en el caso de establecer una distancia mayor que el rango especificado anteriormente, la densidad de sinterización entre las rutas de escaneado a1, a2 adyacentes entre sí puede volverse pequeña, muy probablemente causando un deterioro de la calidad del objeto plástico M.
Por lo tanto, de acuerdo con el ejemplo ilustrado en la figura 5(b), se puede reducir el tiempo de espera para el ajuste de posición y similares y se puede acortar el tiempo de moldeo. Adicionalmente, Es posible evitar una distribución desigual de la temperatura y la aparición de una deformación de la forma, tal como alabeo, en el objeto plástico M debido a un aumento de temperatura entre las rutas de escaneado a1, a2 adyacentes entre sí o debido a una ruta de moldeo extendida.
Debe tenerse en cuenta que una dirección de escaneado de la ruta de moldeo de trama P2 en el ejemplo ilustrado en la figura 5(b) puede formarse en espiral y dirigirse desde una porción central al contorno de una región a moldear E de la misma manera que un ejemplo ilustrado en la figura 3.
Ejemplo 5 (de acuerdo con la invención)
De acuerdo con un ejemplo ilustrado en la figura 6(b), una distancia entre las rutas de escaneado a1, a3 de la ruta de moldeo de trama P2 adyacentes entre sí se establece más ancho en contraste con una ruta de moldeo de trama formada en zigzag P2 ilustrada anteriormente (ver la figura 6(a)), y la distancia se establece para que sea mayor que el diámetro de radiación de un haz de luz o un haz de electrones (por ejemplo, aproximadamente 200 pm) y menor que 10 veces el diámetro de radiación.
Por lo tanto, de acuerdo con el ejemplo ilustrado en la figura 6(b), se puede reducir el tiempo de espera para el ajuste de posición y similares y se puede acortar el tiempo de moldeo. Adicionalmente, Es posible evitar una distribución desigual de la temperatura y la aparición de una deformación de la forma, tal como alabeo, en el objeto plástico M debido a un aumento de temperatura entre las rutas de escaneado a1, a3 adyacentes entre sí o debido a una trayectoria de moldeo extendida.
Paralelamente, de acuerdo con el ejemplo anterior, la radiación del haz de luz o haz de electrones se ejecuta por separado para cada una de las rutas de moldeo de vectores P1 y la ruta de moldeo de trama P2, pero hay otro ejemplo en el que la radiación del haz de luz o del haz de electrones correspondiente a la ruta de moldeo del vector P1 puede omitirse formando una porción periférica externa de la ruta de moldeo de trama en espiral P2 a lo largo del contorno de una región a moldear E.
Además, de acuerdo con un ejemplo ilustrado en la figura 1, se proporciona una única unidad de escaneado de haz de luz o haz de electrones 20, pero hay otro ejemplo en el que se proporcionan una pluralidad de unidades de escaneado de haz de luz o haz de electrones 20 y estas unidades de escaneado de haz de luz o haz de electrones 20 irradian una pluralidad de haces de luz o haces de electrones a la región a moldear E para escanear.
Además, todavía hay otro ejemplo en el que se establece una ruta de moldeo combinando adecuadamente las rutas de moldeo ilustradas en las figuras 2 a 6(b) en una sola región a moldear, y la radiación del haz de luz o del haz de electrones puede irradiarse continuamente a lo largo de esta ruta de moldeo sin interrupción en la ruta.
Aplicabilidad de la invención
Como es obvio por las realizaciones y ejemplos descritos anteriormente, la presente invención puede ejercer industrialmente un gran valor de utilidad en los campos del moldeo tridimensional porque la presente invención puede mejorar la eficiencia del moldeo y evitar la deformación de la forma de un objeto plástico M.
Explicación de las referencias
10: Mesa de moldeo
20: Unidad de escaneado de haz de luz o haz de electrones 30: Controlador
40: Equipo de suministro de polvo
E: Región a moldear
M: Objeto de plástico
P1: Ruta de moldeo de vectores
P2: Ruta de moldeo de trama
a1 a a4: Ruta de escaneado

Claims (4)

REIVINDICACIONES
1. Un método para fabricar un objeto de plástico con forma tridimensional, que comprende:
un proceso de laminación para formar una capa de polvo mediante el suministro de material en polvo; y un proceso de sinterización para irradiar un haz de luz o un haz de electrones a la capa de polvo y mover una ubicación irradiada por el haz de luz o el haz de electrones para sinterizar la capa de polvo, en el que el proceso de laminación y el proceso de sinterización están configurados para repetirse alternativamente, y en el que el proceso de sinterización para una capa de polvo respectiva comprende:
establecer una ruta de moldeo de vectores (P1) para escanear una región a moldear (E) a lo largo de un contorno del mismo por el haz de luz o el haz de electrones, en el que la ruta de moldeo del vector (P1) es una ruta continua formada en un anillo sin fin a lo largo del contorno de la región a moldear (E); y establecer una ruta de moldeo de trama (P2) para escanear una región interna de la región a moldear (E) por el haz de luz o haz de electrones para formar la región mencionada, en el que la ruta de moldeo de trama (P2) es una ruta continua que no pasa la misma línea y no forma ninguna intersección, en el que entre dos líneas rectas adyacentes o líneas curvas de la ruta de moldeo de trama (P2), se establece que una distancia sea mayor que el diámetro de radiación del haz de luz o del haz de electrones y menor que 10 veces el diámetro de radiación.
2. El método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la ruta de moldeo de trama (P2) está dispuesta de tal manera que una pluralidad de líneas rectas (a1, a2, a3, a4) se conectan en un ángulo predeterminado y se dirigen secuencialmente hacia el interior o se dirigen secuencialmente hacia el exterior, o se organizan de manera que una sola línea curva continua se dirija secuencialmente hacia el interior o se dirija secuencialmente hacia el exterior.
3. El método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la ruta de moldeo de trama (P2) incluye un patrón de escaneado formado por una primera ruta de escaneado dirigida desde un lado al otro lado, una segunda ruta de escaneado continua desde la primera ruta de escaneado y dirigida en una dirección alejada de la primera ruta de escaneado en un ángulo predeterminado con respecto a la primera ruta de escaneado, una tercera ruta de escaneado continua desde la segunda ruta de escaneado y dirigida desde la otra dirección a la única dirección en un ángulo predeterminado con respecto a la segunda ruta de escaneado, y una cuarta ruta de escaneado continua desde la tercera ruta de escaneado y dirigida en una dirección alejada de la tercera ruta de escaneado en un ángulo predeterminado con respecto a la tercera ruta de escaneado, y además este patrón de escaneado se puede disponer repetidamente.
4. Un equipo de moldeo tridimensional, que comprende:
un controlador (30);
un equipo de suministro de polvo (40) controlado por el controlador (30) y configurado para realizar un proceso de laminación para formar una capa de polvo; y una unidad de escaneado de haz de luz o haz de electrones (20) controlada por el controlador (30) y configurada para realizar un proceso de sinterización de acuerdo con el método de una de las reivindicaciones 1 a 3.
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