层叠造型用喷嘴、以及层叠造型装置的制作方法

本发明涉及层叠造型用喷嘴、以及层叠造型装置。

本申请基于在2017年10月31日在日本申请的日本特愿2017-210659号而主张优先权，并将其内容援引于此。

背景技术：

在通过激光使金属材料粉体熔融、烧结时，使用层叠造型装置(例如，参照专利文献1)。

在专利文献1中公开了具备腔室、非活性气体供给部、烟尘收集器、工作台、涂覆机、升降部、以及激光照射部的层叠造型装置。

非活性气体供给部向腔室内供给非活性气体。烟尘收集器吸引非活性气体，并且去除烟尘。在工作台的上表面形成有金属粉末层层叠而成的粉末床。

涂覆机通过向工作台的上表面侧供给金属粉末，而形成金属粉末层。在造型品的造型时，升降部使工作台向下方移动。激光照射部通过向金属粉末层照射激光，而对造型部进行造型。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2017-48407号公报

技术实现要素：

发明要解决的课题

然而，在非活性气体供给部的宽度方向上，若从非活性气体供给部(联管箱以及喷嘴主体)吹出的非活性气体的流速、朝向不同，则有可能产生金属粉末的紊乱、烟尘、溅射物的去除性能的每个区域上的差异。

于是，本发明的目的在于提供能够向造型区域供给均匀的流速的非活性气体的层叠造型用喷嘴、以及层叠造型装置。

用于解决课题的方案

为了解决上述课题，根据本发明的一方案的层叠造型用喷嘴，其向进行层叠造型的腔室内的造型区域供给非活性气体，所述层叠造型用喷嘴具备：联管箱，其在所述腔室的宽度方向上延伸，并从外部导入所述非活性气体；以及喷嘴主体，其在所述宽度方向上与所述联管箱连通，并将从所述联管箱供给的所述非活性气体对所述造型区域水平地吹出，所述喷嘴主体具有：蜂窝部，其将该喷嘴主体内划分为供所述非活性气体流动的多个流路；吹出部，其配置于所述蜂窝部的下游侧，引导通过了所述多个流路的所述非活性气体，并在所述宽度方向上连通；以及多孔部，其配置于所述蜂窝部与所述吹出部之间，所述多孔部具有多个开口部，该开口部的开口面积比所述流路的与所述非活性气体的流动方向正交的截面积小。

根据本发明，通过具有将喷嘴主体内划分为供非活性气体流动的多个流路的蜂窝部，能够减少非活性气体在与流路延伸的方向垂直的方向上的速度分量而使回旋等的二次流动分量降低。

另外，通过具备多孔部，其中，多孔部具有多个开口面积比流路的与非活性气体的流动方向正交的截面积小的开口部，能够对通过开口部的非活性气体施加阻力而降低非活性气体的流速偏差。

另外，通过具有上述多孔部，能够将流路细分化，而减小漩涡的规模，从而抑制非活性气体的紊乱。

因此，通过具有上述的蜂窝部以及多孔部，能够向造型区域供给均匀的流速的非活性气体。

另外，在上述本发明的一方案的层叠造型用喷嘴的基础上，也可以是，所述流路的流路长度比该流路的等价直径大。

这样，通过使流路的流路长度比流路的等价直径大，能够充分地减少非活性气体在与流路的延伸方向垂直方向上的速度分量，因此能够充分地降低回旋等的二次流动分量。

另外，根据本发明的一方案的层叠造型用喷嘴，也可以是，所述多孔部为多孔板。

这样，通过使用多孔板来作为多孔部，能够将流路细分化，因此能够减小漩涡的规模而抑制非活性气体的紊乱。

另外，根据本发明的一方案的层叠造型用喷嘴，也可以是，所述多孔部为金属制网格构件。

这样，通过使用金属制网格构件来作为多孔部，与使用多孔板的情况相比，能够减小划分出多个开口的框的宽度。由此，能够进一步减小漩涡的规模，因此能够进一步抑制非活性气体的紊乱。

另外，通过使用金属制网格构件来作为多孔部，能够缩短直至由漩涡(尾流)引起的非活性气体的散乱衰减为止的距离。由此，能够缩短配置于多孔部的下游的吹出部的长度。

另外，根据本发明的一方案的层叠造型用喷嘴，也可以是，所述多孔部为发泡金属构件。

这样，通过使用发泡金属构件来作为多孔部，能够得到与使用金属制网格构件的情况相同的效果。

另外，根据本发明的一方案的层叠造型用喷嘴，也可以是，在所述联管箱与所述蜂窝部之间设置有将所述联管箱与所述蜂窝部连结的剥离抑制部，所述蜂窝部以比所述剥离抑制部小的角度倾斜。

这样，通过使蜂窝部以比剥离抑制部小的角度倾斜，能够抑制从剥离抑制部向蜂窝部的流路流入的非活性气体的流动方向急剧地变化。由此，能够抑制剥离抑制部与蜂窝部的边界附近的非活性气体的剥离。

另外，根据本发明的一方案的层叠造型用喷嘴，也可以是，所述吹出部具有与铅垂方向垂直的下板部、以及配置于该下板部的上方的上板部，所述上板部以随着从所述蜂窝部趋向所述吹出部的排出口而使形成于所述吹出部内的流路的流路截面积减小的方式相对于所述下板部倾斜。

通过设为这样的结构，能够降低非活性气体的流速偏差、紊乱，并且能够对造型区域水平地吹出非活性气体。

为了解决上述课题，根据本发明的一方案的层叠造型装置，其通过使金属粉末熔融并烧结而对造型品进行造型，所述层叠造型装置具备：上述层叠造型用喷嘴；腔室，其在下部形成有喷嘴主体插入用开口部以及导出口，且该喷嘴主体插入用开口部与该导出口对置配置；工作台，其在上表面侧配置有造型区域，并能够在铅垂方向上移动；涂覆机，其设置于所述腔室内，并向所述工作台的上表面供给金属粉末；以及激光照射部，其通过对堆积在所述工作台的上表面的所述金属粉末照射激光而使该金属粉末熔融，所述层叠造型用喷嘴的喷嘴主体配置于所述喷嘴主体插入用开口部。

设为这样的结构的层叠造型装置通过具有上述层叠造型用喷嘴而能够向造型区域供给均匀的流速的非活性气体。

另外，通过能够向造型区域供给均匀的流速的非活性气体，能够使层叠造型装置造型的造型品的品质提升。

发明效果

根据本发明，能够向造型区域供给均匀的流速的非活性气体。

附图说明

图1是示意性示出本发明的实施方式的层叠造型装置的概要结构的剖视图。

图2是将图1所示的第一层叠造型用喷嘴放大而得到的图，是仅将联管箱以及剥离抑制部以截面图示的图。

图3是从d观察图2所示的蜂窝部时的图。

图4是从e观察图2所示的多孔部时的图。

图5是从e观察图2所示的吹出部时的图。

图6是其他多孔部的俯视图。

具体实施方式

以下，参照附图对应用了本发明的实施方式详细地进行说明。

(实施方式)

参照图1～图5对本发明的实施方式的层叠造型装置10进行说明。

在图1中，a表示从第一层叠造型用喷嘴21吹出的非活性气体的移动方向(以下，称为“a方向”)，b表示从第二层叠造型用喷嘴24吹出的非活性气体的移动方向(以下，称为“b方向”)，c表示从腔室11的腔室主体26排出的非活性气体、金属蒸汽(也称为“烟尘”)、以及金属飞散(也称为“溅射物”)的移动方向(以下，称为“c方向”)。

在图2中，θ1表示剥离抑制部51相对于xy平面(包括x方向以及y方向的平面)的倾斜角度(以下，称为“角度θ1”)。

另外，在图2中，θ2表示蜂窝部52相对于xy平面(包括x方向以及y方向的平面)的倾斜角度(以下，称为“角度θ2”)，m表示图3所示的流路62的流路长度(以下，称为“流路长度m”)。

在图2中，对与图1所示的结构体相同的结构部分标注相同附图标记。在图3～图5中，对与图2所示的结构体相同的结构部分标注相同附图标记。

在图1～图5中，z方向表示铅垂方向。图1以及图2所示的x方向表示与z方向正交的方向，并且表示形成于图1所示的腔室11的喷嘴主体插入用开口部33a与导出口34a对置的方向。图3～图5所示的y方向表示与x方向以及z方向正交的腔室11的宽度方向。

层叠造型装置10具有腔室11、工作台13、支承构件15、升降驱动部(未图示)、涂覆机17、激光照射部19、第一层叠造型用喷嘴21、第一非活性气体供给线路22、第二层叠造型用喷嘴24以及第二非活性气体供给线路(未图示)。

腔室11具有腔室主体26和升降机构收容部28。腔室主体26具有底板31、顶板32、侧板33、34以及空间36。

底板31在中央部形成有用于收容工作台13的开口部31a。

顶板32在从底板31分离的状态下，配置于底板31的上方。顶板32在z方向上与底板31对置。顶板32具有能够透过激光l的窗部。

侧板33、34设置于底板31与顶板32之间。侧板33、34在x方向上对置配置。侧板33、34的下端分别与底板31的外周缘连接。侧板33、34的上端分别与顶板32的外周缘连接。

在侧板33形成有喷嘴主体插入用开口部33a、33b。喷嘴主体插入用开口部33a以将侧板33的下部(具体而言，接近底板31的部分)贯通的方式形成。喷嘴主体插入用开口部33a在y方向上延伸。

喷嘴主体插入用开口部33b以将侧板33的上部(具体而言，接近顶板32的部分)贯通的方式形成。喷嘴主体插入用开口部33b在y方向上延伸。

在侧板34形成有导出口34a。导出口34a将侧板34的下部(具体而言，接近底板31的部分)贯通，并且以与喷嘴主体插入用开口部33a对置的方式形成。由此，导出口34a在y方向上延伸。

导出口34a是用于将非活性气体、金属蒸汽(称为“烟尘”)，以及金属飞散(也称为“溅射物”)向腔室主体26的外部导出的开口部。

需要说明的是，在y方向上对置配置有未图示的一对侧板。一对侧板与底板31、顶板32、以及侧板33、34连接。一对侧板与底板31、顶板32、以及侧板33、34一起划分出空间36。在空间36中进行层叠造型。

升降机构收容部28呈筒状，并配置于腔室主体26的下方。升降机构收容部28的上端与底板31的内缘连接。升降机构收容部28在其内侧划分出柱状空间28a。柱状空间28a设为能够收容工作台13的大小。

工作台13是板状的构件，并具有上表面13a和下表面13b。上表面13a设为平面。上表面13a通过层叠多个堆积有金属粉末的层(以下，称为“金属粉末层”)而形成由多个金属粉末层构成的粉末层叠部14。粉末层叠部14成为形成造型品时的材料。

工作台13在对金属粉末层照射激光l而使金属粉末熔融并烧结的阶段，向下方移动与使金属粉末堆积的层的厚度相应的量。并且，在形成新的金属粉末层后，在向该金属粉末层照射激光l而使金属粉末熔融且金属粉末烧结的阶段，向下方移动与金属粉末层的厚度相应的量。

换句话说，工作台13随着激光l的加工的进行，而逐渐向下方移动。

形成造型品的造型区域r配置于工作台13的上表面13a及其上方的区域。

支承构件15在一端与工作台13的下表面13b侧连接的状态下，向工作台13的下方(z方向)延伸。

升降驱动部(未图示)是用于使支承构件15向z方向移动的驱动部。

涂覆机17收容于腔室主体26内。涂覆机17配置于底板31的上方。涂覆机17设为能够向图1所示的进深方向(图3～图5所示的y方向)移动的结构。

涂覆机17通过一边向y方向移动一边使金属粉末向工作台13上的造型区域r落下，而形成金属粉末层。在激光l的照射时，涂覆机17在造型区域r的外侧待机。

激光照射部19配置于顶板32的上方。激光照射部19通过向形成于工作台13的上表面13a的金属粉末层照射激光l，而使金属粉末熔融。熔融了的金属粉末通过凝固，而成为造型品的一部分。

需要说明的是，在图1中，作为一例，举出使激光照射部19配置于腔室主体26内的外侧(具体而言，顶板32的上方)的情况为例而进行了说明，但也可以使激光照射部19配置于腔室主体26内(空间36)。

第一层叠造型用喷嘴21具有联管箱41和喷嘴主体43。

联管箱41具有联管箱主体45、气体导入口45a、以及气体导出口45b。

联管箱主体45是呈筒状的构件，并在y方向上延伸。在联管箱主体45的内部形成有在y方向上延伸的柱状空间41a。

气体导入口45a形成于联管箱主体45中的与第一非活性气体供给线路22连接的部分。气体导入口45a以在y方向上延伸的方式形成。

向气体导入口45a导入通过第一非活性气体供给线路22而供给的非活性气体。

气体导出口45b形成在位于气体导入口45a的相反侧的联管箱主体45。气体导出口45b以在y方向上延伸的方式形成。气体导出口45b与喷嘴主体43连接。

气体导出口45b将导入柱状空间41a的非活性气体向喷嘴主体43导出。

喷嘴主体43在插入喷嘴主体插入用开口部33a的状态下固定于侧板33。

喷嘴主体43具有剥离抑制部51、蜂窝部52、连结部53、多孔部54、以及吹出部55。

剥离抑制部51设置于联管箱主体45与蜂窝部52之间。剥离抑制部51的一端与联管箱主体45连接，另一端与蜂窝部52连接。剥离抑制部51在y方向上延伸。形成于剥离抑制部51内的空间51a与形成于蜂窝部52的多个流路62、以及柱状空间41a连通。

剥离抑制部51是用于将从气体导出口45b导出的非活性气体导向蜂窝部52的路线。

剥离抑制部51在以角度θ1相对于xy平面倾斜的方向上延伸。

蜂窝部52设置于剥离抑制部51与连结部53之间。蜂窝部52的一端与剥离抑制部51连接，另一端与连结部53连接。

蜂窝部52以角度θ2相对于xy平面倾斜。蜂窝部52在y方向上延伸。

蜂窝部52具有框部61和通过框部61而划分出的多个流路62。多个流路62在以角度θ2倾斜的状态下向从剥离抑制部51朝向连结部53的方向延伸。

多个流路62与空间51a、以及形成于连结部53内的空间(未图示)连通。在多个流路62导入有通过了剥离抑制部51的非活性气体。

通过了流路62的非活性气体向连结部53内导出。

通过具有设为这样的结构的蜂窝部52，能够减少非活性气体在与流路62延伸的方向垂直的方向上的速度分量，而使回旋等的二次流动分量降低。

另外，流路62的流路长度m例如也可以比流路62的等价直径大。

这样，通过使流路62的流路长度m比流路62的等价直径大，能够充分地减少非活性气体在与流路的延伸方向垂直的方向上的速度分量，而使回旋等的二次流动分量充分地降低。

另外，作为蜂窝部52的倾斜角度的角度θ2例如也可以比作为剥离抑制部51的倾斜角度的角度θ1小。

这样，通过使蜂窝部52以比剥离抑制部51小的角度倾斜，能够抑制从剥离抑制部51向蜂窝部52的多个流路62流入的非活性气体的流动方向急剧地变化。换句话说，能够使非活性气体的流动阶段性地接近水平。由此，能够抑制剥离抑制部51与蜂窝部52的边界附近的非活性气体的紊乱、损失。

另外，通过使蜂窝部52具有作为引导叶片的功能，能够实现省空间化。

需要说明的是，在图3中，作为一例，举出多个流路62为四棱柱形状的情况为例而进行了说明，但流路62的形状并不限定于此。作为多个流路62的形状，例如也可以使用圆柱形状、六棱柱形状等。

连结部53在x方向上延伸突出，并设置于蜂窝部52与多孔部54之间。连结部53的一端与蜂窝部52连接，连结部53具有配置于另一端侧的凸缘部53a。连结部53将通过了蜂窝部52的非活性气体向多孔部54供给。

多孔部54设置于蜂窝部52的下游侧。多孔部54在被夹在连结部53的凸缘部53a与吹出部55的凸缘部75之间的状态下固定。多孔部54配置于蜂窝部52与吹出部55之间。

作为多孔部54，例如，能够使用具有由框部68划分出的多个开口部67的多孔板65。多个开口部67的开口面积比流路62的与非活性气体的流动方向正交的截面积小。

供给到多孔板65的非活性气体在通过开口部67后向吹出部55导出。

这样，作为多孔部54，通过使用设为上述结构的多孔板65，能够对通过形成于多孔板65的开口部67的非活性气体施加阻力。由此，能够降低非活性气体的流速偏差。

另外，通过使多孔板65具有设为比与非活性气体的流动方向正交的流路62的截面积小的开口面积的多个开口部67，能够将流路细分化，因此能够减小漩涡的规模而进一步抑制非活性气体的紊乱。

吹出部55配置于多孔部54的下游侧。吹出部55具有供通过了多孔部54的非活性气体流动的流路55a、以及将通过了流路55a的非活性气体向腔室主体26内吹出的排出口55b。

流路55a在y方向上没有分隔而连通。换句话说，流路55a仅存在有一个。

另外，与流路55a连通的排出口55b在y方向上没有分隔而连通。换句话说，排出口55b仅存在有一个。

吹出部55具有：下板部71、上板部72、以及侧板部73、74，它们划分出流路55a以及排出口55b；以及凸缘部75。

下板部71具有与z方向正交的上表面71a。

上板部72配置于下板部71的上方。上板部72以随着从蜂窝部52趋向吹出部55的排出口55b而使流路55a的流路截面积减小的方式相对于下板部71倾斜。

上板部72具有相对于下板部71的上表面71a倾斜并且划分出流路55a以及排出口55b的上表面侧的下表面72a。

通过具有设为上述结构的吹出部55，能够对造型区域r水平地吹出非活性气体。

侧板部73以将y方向上的下板部71以及上板部72的一方的端部连结的方式配置。侧板部74以将y方向上的下板部71以及上板部72的另一方的端部连结的方式配置。

侧板部73、74在y方向上以分离的状态对置配置。

凸缘部75设置于配置有多孔部54侧的端部。凸缘部75是用于在与凸缘部53a之间配置多孔部54的部分。

接下来，参照图1以及图2对第一非活性气体供给线路22进行说明。

第一非活性气体供给线路22的一端与未图示的非活性气体供给源连接，另一端与气体导入口45a连接。

第一非活性气体供给线路22是用于将从非活性气体供给源供给的非活性气体导向柱状空间41a的线路。

第二层叠造型用喷嘴24插入喷嘴主体插入用开口部33b。第二层叠造型用喷嘴24与第二非活性气体供给线路连接。第二层叠造型用喷嘴24向水平方向(b方向)吹出非活性气体。第二层叠造型用喷嘴24吹出与喷嘴主体43相同的种类的非活性气体。

第二非活性气体供给线路与未图示的非活性气体供给源连接。第二非活性气体供给线路是用于将从非活性气体供给源供给的非活性气体导向第二层叠造型用喷嘴24的线路。

根据本实施方式的第一层叠造型用喷嘴21，通过具有将喷嘴主体43内划分为供非活性气体流动的多个流路62的蜂窝部52，能够减少非活性气体在与流路62延伸的方向垂直的方向上的速度分量而使回旋等的二次流动分量降低。

另外，通过具备多孔部54，其中，多孔部54具有多个设为比与非活性气体的流动方向正交的流路62的截面积小的开口面积的开口部67，能够对通过开口部67的非活性气体施加阻力而降低非活性气体的流速偏差。

另外，通过具有上述多孔部54，能够将流路细分化，而减小漩涡的规模，进而抑制非活性气体的紊乱。

因此，通过具有上述的蜂窝部52以及多孔部54，能够向造型区域供给均匀的流速的非活性气体。

根据本实施方式的层叠造型装置10，通过具有第一层叠造型用喷嘴21，能够向造型区域r供给均匀的流速的非活性气体。

另外，通过能够向造型区域r供给均匀的流速的非活性气体，能够使层叠造型装置10造型的造型品的品质提升。

在此，参照图6来对其他多孔部的例子进行说明。

也可以代替先前说明了的多孔部54而使用金属制网格构件86来作为多孔部。金属制网格构件86具有未图示的框体、以及配置于该框体的内侧并包括金属框87以及多个开口部88的金属网格部。

金属框87以相比图4所示的框部68宽度较窄的方式构成。多个开口部88的开口面积比流路62(参照图3)的与非活性气体的流动方向正交的截面积小。

通过使用设为上述结构的金属制网格构件86，与使用多孔板65的情况相比，能够减小划分出多个开口部88的金属框87的宽度。

由此，能够进一步减小漩涡的规模，因此能够进一步抑制非活性气体的紊乱。

并且，通过使用设为上述结构的金属制网格构件86，能够缩短直至由漩涡(尾流)引起的非活性气体的散乱衰减为止的距离。由此，能够缩短配置于金属制网格构件86的下游的吹出部55的长度(x方向的长度)。

需要说明的是，也可以代替金属制网格构件86而使用发泡金属构件来作为多孔部。

在该情况下，能够得到与使用金属制网格构件的情况相同的效果。

以上，对本发明的优选的实施方式进行了详述，但本发明并不限定于该特定的实施方式，在记载于权利请求的范围内的本发明的主旨的范围内，能够进行各种变形、变更。

工业上的可利用性

本发明能够应用于层叠造型用喷嘴、以及层叠造型装置。

附图标记说明：

10层叠造型装置

11腔室

13工作台

13a、71a上表面

13b、72a下表面

14粉末层叠部

15支承构件

17涂覆机

19激光照射部

21第一层叠造型用喷嘴

22第一非活性气体供给线路

24第二层叠造型用喷嘴

26腔室主体

28升降机构收容部

28a、41a柱状空间

31底板

31a、67、88开口部

32顶板

33、34侧板

33a、33b喷嘴主体插入用开口部

36、51a空间

41联管箱

43喷嘴主体

45联管箱主体

45a气体导入口

45b气体导出口

51剥离抑制部

51a内表面

52蜂窝部

53连结部

53a、75凸缘部

54多孔部

55吹出部

55a、62流路

55b排出口

61、68框部

65多孔板

71下板部

72上板部

73、74侧板部

86金属制网格构件

87金属框

l激光

m流路长度

θ1、θ2角度。