CN102762323B

CN102762323B - 三维形状造型物的制造方法及三维形状造型物

Info

Publication number: CN102762323B
Application number: CN201180009934.6A
Authority: CN
Inventors: 阿部谕; 吉田德雄; 不破勲; 东喜万; 武南正孝; 松本武
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2010-02-17
Filing date: 2011-02-16
Publication date: 2016-05-25
Anticipated expiration: 2031-02-16
Also published as: US20120308781A1; US10022797B2; JP5519766B2; DE112011100572T5; CN102762323A; JPWO2011102382A1; WO2011102382A1

Abstract

本发明提供一种良好地应对造型板的弯曲变形的三维形状造型物的制造方法。本发明的三维形状造型物的制造方法的特征在于，重复进行如下工序：（i）对设置在造型板上的粉末层的规定部位照射光束而使所述规定部位的粉末烧结或熔融固化，从而形成固化层；以及（ii）在得到的固化层上形成新的粉末层，对所述新的粉末层的规定部位照射光束，从而形成进一步的固化层；在制造该三维形状造型物之前或制造该三维形状造型物时，（a）对造型板实施热处理而使造型板发生弯曲，（b）对弯曲后的造型板的至少下表面实施平坦加工。

Description

三维形状造型物的制造方法及三维形状造型物

技术领域

本发明涉及三维形状造型物的制造方法及由该方法得到的三维形状造型物。更详细地讲，本发明涉及通过重复进行对粉末层的规定部位照射光束而形成固化层的工序，来制造由多个固化层层叠一体化而成的三维形状造型物的方法以及由该方法得到的三维形状造型物。

背景技术

以往，已知有通过对粉末材料照射光束来制造三维形状造型物的方法(一般称为“粉末烧结层叠法”)。在所述方法中，重复进行“(i)通过对粉末层的规定部位照射光束，使所述规定部位的粉末烧结或熔融固化而形成固化层，(ii)在得到的固化层上敷设新的粉末层，同样地照射光束，进一步形成固化层”的工序，来制造三维形状造型物(参照专利文献1或专利文献2)。在作为粉末材料而使用了金属粉末或陶瓷粉末等无机质的粉末材料的情况下，能够使用得到的三维形状造型物作为模具，在使用了树脂粉末或塑料粉末等有机质的粉末材料的情况下，能够使用得到的三维形状造型物作为模型。根据如此的制造技术，可在短时间内制造复杂的三维形状造型物。

在粉末烧结层叠法中，从防止氧化等观点出发，多数情况下在不活泼性气氛下所保持的腔室内制造三维形状造型物。在腔室内，配置于造型台上的造型板由螺栓固定，在该造型板上形成三维形状造型物。如果以使用金属粉末作为粉末材料、使用所得到的三维形状造型物作为模具的情况为例，则如图1所示，首先，在造型板21上形成规定厚度t1的粉末层22后(参照图1(a))，对粉末层22的规定部位照射光束，在造型板21上形成固化层24。然后，在所形成的固化层24之上敷设新的粉末层22，再次照射光束形成新的固化层。如果如此反复形成固化层，则能够得到将多个固化层24层叠一体化而成的三维形状造型物(参照图1(b))。相当于最下层的固化层能够以与造型板面粘接的状态形成。因此，可与造型板一体化而得到三维形状造型物。并且，一体化后的三维形状造型物和造型板能够原样作为模具使用。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特表平1-502890号公报

专利文献2：日本特开2000-73108号公报

发明内容

发明要解决的问题

这里，三维形状造型物是通过光束的照射而制造的，因此三维形状造型物及支撑它的造型板较多地受到由光束带来的热的影响。具体来说，粉末层的照射部位先融化而成为熔融状态，之后通过固化而形成固化层，但其固化时可能产生收缩现象(参照图2(a))。虽然不限于特定的理论，但通过该收缩现象，在使熔融后的粉末冷却、固化时会产生应力。另一方面，与固化层(即三维形状造型物)一体化的造型板是由钢材等构成的刚体，通过螺栓等固定于造型台，因此固化层形成时不完全收缩，在造型板上可能残留应力。因此，如果将固定造型板的螺栓卸下，则由于残余应力的释放，包括板在内造型物产生弯曲现象(参照图2(b))。

本发明是鉴于上述情况而完成的。也就是说，本发明的课题是提供一种良好地应对造型板的弯曲变形的三维形状造型物的制造方法。

用于解决课题的手段

为了解决上述问题，在本发明中，提供一种三维形状造型物的制造方法，其特征在于，重复进行以下工序：

(i)对设置在造型板上的粉末层的规定部位照射光束而使所述规定部位的粉末烧结或熔融固化，从而形成固化层；以及

(ii)在得到的固化层上形成新的粉末层，对所述新的粉末层的规定部位照射光束，从而形成进一步的固化层；

在制造三维形状造型物之前或制造该三维形状造型物时，(a)对造型板实施热处理而使造型板发生弯曲，接着(b)对弯曲后的造型板的至少下表面实施平坦加工。

本发明的制造方法的特征之一在于：使用“对因热处理而变形的部分进行平坦加工处理后的板”作为造型板。换言之，本发明的特征在于，敢于使用“残留有因热处理而引起的应力的造型板”。

本发明中的“热处理”，不仅包括对造型板直接进行的加热处理，还包括对造型板间接进行的加热处理(例如对配置在造型板上的粉末层进行的加热处理)。前者的情况下在造型板中产生主要由“热应力”引起的弯曲变形，相对于此，后者的情况下在造型板中产生除了“热应力”之外或者与其独立地因“固化层形成时可能产生的牵引应力”等引起的弯曲变形。

此外，本说明书中的“造型板”实质上意味着所制造的造型物的作为基座的部件。在尤其优选的方式中，“造型板”是指配置于造型台上的板状的部件。另外，如果将造型物所接触的面设为“上表面”，则本说明书中使用的“造型板的‘下表面’”实质上意味着与该“上表面”对置的面。

本说明书中所说的“弯曲”实质上意味着通过对造型板的热处理而可能产生的“造型板的变形”。因此，“弯曲”不仅能包含造型板的周缘部的形状较大地变化的如图2(b)所示的典型的变形，还能包含其他各种形状变化。

本说明书中所说的“平坦加工”实质上意味着通过机械加工等对造型板的表面部分进行切削而变为平坦。

如果为了进一步确认而继续说明，则本说明书中“粉末层”，指的是例如“由金属粉末构成的金属粉末层”或“由树脂粉末构成的树脂粉末层”等。此外所谓“粉末层的规定部位”实质上意味着要制造的三维形状造型物的区域。所以，通过对存在于上述规定部位的粉末照射光束，使该粉末烧结或熔融固化，并构成三维形状造型物的形状。另外，所谓“固化层”，在粉末层为金属粉末层的情况下，实质上意味着“烧结层”，在粉末层为树脂粉末层的情况下，实质上意味着“硬化层”。

在本发明的制造方法中，作为用于“弯曲变形”的热源，可以使用工序(ⅰ)及工序(ⅱ)中的光束照射源。或者也可以通过其他方法使用与光造型的光束照射源不同的热源(例如可以使用弧光放电源、喷涂源等)。

在某优选的方式中，对在造型板上配置的1层以上的粉末层及/或固化层实施热处理，使造型板发生弯曲。即可以在制造三维形状造型物时使“弯曲变形”发生。

在另一优选的方式中，以加热造型板的上表面(特别是“整个上表面”)的方式实施热处理。由此，能够使可能在造型板内部发生的残留应力事先尽可能地发生，并能够在其之后的期间适当防止“弯曲变形”。另外，可以按照要制造的三维形状造型物来限定加热区域。例如可以按照要制造的三维形状造型物的重量、体积、位置及/或“三维形状造型物和造型板的接触面的形状及/或面积”等，来决定“造型板的加热区域”或“造型板上的1层以上的粉末层及/或固化层的加热区域”。上述情况下，对那样的所限定的加热区域实施热处理。

在再另一优选的方式中，在造型板上形成50～100层的固化层(根据情况，10～200层的固化层)后进行平坦加工处理。由此，在其之后的期间不易发生大到所需以上的“弯曲变形”。

本发明中还提供一种由上述制造方法得到的三维形状造型物。在尤其优选的方式中，三维形状造型物在其底面接合造型板，上述造型板的下表面成为平坦加工面。

发明效果

本发明的制造方法中，使用在发生“弯曲变形(特别是由热应力或牵引应力等引起的弯曲变形”后实施了平坦加工的造型板，因此在平坦加工后的制造过程中可减少应力的进一步蓄积。换言之，在本发明中，由于使制造三维形状造型物时可能产生的应力事先在板上产生，并事先除去由此产生的板变形量，因此能够有效地抑制其之后的造型板的弯曲。

如果能够抑制造型板的弯曲，则容易获得三维形状造型物的形状精度。这一点在以往的技术中，为了获得三维形状造型物的形状精度，必须在事先假设了“向上弯曲”等的现象的基础上进行设计，但是本发明中通过对支撑造型物的造型板事先施加热处理、平坦加工而能够获得形状精度。也就是说，本发明通过“附加简单的工序”能够节省使如上所述的难以具体预测的现象进入视野的设计，在这一点上非常有益。

附图说明

图1是示意地表示光造型复合加工机的动作的剖视图。

图2是示意地表示造型板的弯曲变形的剖视图。

图3是示意地表示用于实施光造型(粉末烧结层叠法)的装置的立体图(图3中(a)：具备切削机构的复合装置，图3中(b)：不具备切削机构的装置)。

图4是示意地表示进行粉末烧结层叠法的形态的立体图。

图5是示意地表示能够实施粉末烧结层叠法的光造型复合加工机的构成的立体图。

图6是光造型复合加工机的动作的流程图。

图7是经时地表示光造型复合加工工艺的示意图。

图8是示意地表示本发明的概念的图。

图9是示意地表示能够用于本发明的造型板的形态的图。

图10是示意地表示弯曲变形后被平坦加工的造型板的各种形态的图。

图11是经时地表示本发明的制造方法的特征工艺的剖视图。

图12是示意地表示造型板的加热处理时的光束的扫描形态的图。

图13是示意地表示对粉末层及/或固化层的热处理的形态的图。

图14是表示可能蓄积在造型板/造型物上的残留应力的曲线图。

图15是表示层叠数与造型板的弯曲的相关关系的曲线图。

图16是示意地表示造型板中的造型物底面的形状、位置的图。

符号说明

1－光造型复合加工机

2－粉末层形成机构

3－光束照射机构

4－切削机构

19－粉末/粉末层(例如金属粉末/金属粉末层或树脂粉末/树脂粉末层)

20－造型台

21－造型板

22－粉末层(例如金属粉末层或树脂粉末层)

23－刮平用板

24－固化层(例如烧结层或树脂层)或由此得到的三维形状造型物

24’－三维形状造型物的底面区域

25－粉末台

26－粉末材料罐的壁部分

27－造型罐的壁部分

28－粉末材料罐

29－造型罐

30－光束振荡器

31－电流计镜

32－反射镜

33－聚光透镜

40－铣头

41－XY驱动机构

41a－X轴驱动部

41b－Y轴驱动部

42－工具盒(toolmagazine)

50－腔室

52－光透射窗

L－光束

具体实施方式

以下，参照附图对本发明进行更详细的说明。

[粉末烧结层叠法]

首先，对作为本发明的制造方法的前提的粉末烧结层叠法进行说明。为了便于说明，以从材料粉末罐供给材料粉末、使用平料板将粉末材料摊平而形成粉末层的形态为前提，对粉末烧结层叠法进行说明。此外，在说明粉末烧结层叠法时对一并进行造型物的切削加工的复合加工的形态进行举例说明(即不以图3(b)而以图3(a)所示的形态为前提)。在图1、4及5中示出能够实施粉末烧结层叠法和切削加工的光造型复合加工机的功能及构成。光造型复合加工机1主要具备：“通过以规定的厚度敷设金属粉末及树脂粉末等粉末，形成粉末层的粉末层形成机构2”、“在由壁27围住外周的造型罐29内上下升降的造型台20”、“配设在造型台20上，成为造型物的基座的造型板21”、“对任意的位置照射光束L的光束照射机构3”、和“对造型物的周围进行切削的切削机构4”。如图1所示，粉末层形成机构2主要具有“在由壁26围住外周的材料粉末罐28内上下升降的粉末台25”、和“用于在造型板上形成粉末层22的平料板23”。如图4及图5所示，光束照射机构3主要具有“发出光束L的光束振荡器30”、和“在粉末层22之上扫描光束L的电流计镜31(扫描光学系统)”。根据需要，在光束照射机构3中，具备对光束光斑的形状进行修正的光束形状修正机构(例如具有一对圆柱面透镜和使所述透镜围绕光束的轴线而旋转的旋转驱动机构的机构)或fθ透镜等。切削机构4主要具有“对造型物的周围进行切削的铣头40”和“使铣头40向切削部位移动的XY驱动机构41(41a，41b)”(参照图4及图5)。

参照图1、图6及图7对光造型复合加工机1的动作进行详述。图6示出光造型复合加工机的一般的动作流程，图7示意地简易示出光造型复合加工工艺。

光造型复合加工机的动作主要由形成粉末层22的粉末层形成步骤(S1)、通过对粉末层22照射光束L而形成固化层24的固化层形成步骤(S2)、和对造型物表面进行切削的切削步骤(S3)构成。在粉末层形成步骤(S1)中，最初使造型台20下降Δt1(S11)。接着，在将粉末台25提升Δt1后，如图1(a)所示，使平料板23向箭头A方向移动。由此，使配置在粉末台25上的粉末(例如“平均粒径为5μm～100μm左右的铁粉”)向造型板21上移送(S12)，摊平为规定厚度Δt1而形成粉末层22(S13)。接着，转移到固化层形成步骤(S2)，从光束振荡器30发出光束L(例如二氧化碳气体激光(500W左右)、Nd：YAG激光(500W左右)、纤维激光(500W左右)或紫外线等)(S21)，通过电流计镜31在粉末层22上的任意的位置扫描光束L(S22)。由此，使粉末熔融、固化，形成与造型板21一体化的固化层24(S23)。光束并不限定于在空气中传递，也可以通过光纤维等传送。

直到固化层24的厚度达到根据铣头40的工具长度等求出的规定厚度为止重复粉末层形成步骤(S1)和固化层形成步骤(S2)，层叠固化层24(参照图1(b))。在上述层叠过程中，新层叠的固化层在烧结或熔融固化时与已经形成的构成下层的固化层一体化。

如果层叠的固化层24的厚度达到规定的厚度，则转移到切削步骤(S3)。在图1及图7所示的形态中，通过驱动铣头40而开始实施切削步骤(S31)。例如，在铣头40的工具(球头立铣刀)为直径1mm、有效刃长度3mm的情况下，能够进行深度3mm的切削加工，因此如果Δt1为0.05mm，则在形成60层的固化层的时刻驱动铣头40。通过XY驱动机构41(41a、41b)使铣头40向箭头X及箭头Y方向移动，对由层叠的固化层24构成的造型物的表面进行切削加工(S32)。然后，在三维形状造型物的制造依然没有结束的情况下，返回到粉末层形成步骤(S1)。以后，通过重复S1～S3，进一步层叠固化层24，由此进行三维形状造型物的制造(参照图7)。

固化层形成步骤(S2)中的光束L的照射路径和切削步骤(S3)中的切削加工路径预先根据三维CAD数据制作好。此时，使用等高线加工来决定加工路径。例如，在固化层形成步骤(S2)中，使用将由三维CAD模型生成的STL数据以等间距(例如在Δt1为0.05mm时，是0.05mm间距)切割的各截面的轮廓形状数据。

[本发明的制造方法]

本发明的制造方法是对上述的粉末烧结层叠法考虑了可能发生在造型板的应力的方法。具体来说，如图8所示，进行如下工序：(a)对造型板实施热处理，使得在造型板上产生应力；(b)对由于应力而弯曲变形的造型板实施平坦加工。

在以下说明中，作为例子说明使用“金属粉末”作为粉末的形态。使用“金属粉末”的形态相当于“使用金属粉末层作为粉末层的形态”。即，本发明中使用的金属粉末是以铁类粉末为主成分的粉末，根据情况也可以是还包含从由镍粉末、镍类合金粉末、铜粉末、铜类合金粉末及石墨粉末等构成的群中选择的至少一种而成的粉末。如果举一个例子的话，则能够举出平均粒径20μm左右的铁类粉末的配合量为60～90重量％、镍粉末及镍类合金粉末两者或任一方的配合量为5～35重量％、铜粉末及/或铜类合金粉末两者或任一方的配合量为5～15重量％、及石墨粉末的配合量为0.2～0.8重量％的金属粉末。

本发明中进行的热处理只要是对造型板带来“弯曲变形”的处理，则可以是任何热处理。换言之，只要是在造型板产生“弯曲变形”的处理，则可以是任何热处理。因此，作为加热处理的形态，不仅可包括对造型板直接进行加热的形态，还可包括对造型板间接进行加热的形态(例如，可以对造型板上配置的粉末层及/或固化层进行加热)。

并且，作为热处理，既可以照射例如在粉末烧结层叠法中使用的光束，或也可以照射与其不同的光束(这里所谓的“光束”例如是如激光那样的指向性能量束)。即、作为用于造型板的“弯曲变形”的热处理源，既可以使用在光造型中使用的光束照射源，也可以使用与其不同的光束照射源。在前者的情况下，能够利用光造型(即粉末烧结层叠法)的装置，因此不仅在设备成本这一点上具有优势，而且由于使用相同的装置，所以制造工艺整体可变得流畅。另一方面，在后者的情况下，在制造多个造型物时可进行并列的操作这一点上具有优势。即，在后者的情况下，在制造多个造型物时可并列地实施“光造型”和“造型板的弯曲变形(+平坦化)”，并且在制造多个造型物时能够在整体上缩短该制造时间。

在通过光束照射对造型板实施热处理的情况下，如果调整所照射的光束的输出能量等，则能够适当地产生因加热而引起的“弯曲变形”。例如，优选的是，光束的照射能量密度E为约4～15J/mm²左右。除了(a)调整光束的输出能量以外，通过(b)调整光束的扫描速度、(c)调整光束的扫描间距、(d)调整光束的聚光直径，也能够适当地产生“弯曲变形”。上述(a)～(d)可以单独进行，但也可以将他们各种各样地组合而进行。另外，能量密度E＝激光输出(W)/(扫描速度(mm/s)×扫描间距(mm)(制造条件例如为粉末的层叠厚度：0.05mm、激光的种类：CO₂(二氧化碳气体)激光、斑点直径：0.5mm)。

在本发明的制造方法中，作为造型板的热处理的形态，不仅限定于基于光束照射的加热，也可以是使用了弧光放电的加热、使用了煤气炉的加热、或通过投入加热腔室进行的加热等。

这里，先对本发明的制造方法中使用的造型板进行详述。造型板的形状只要是向造型物提供作为基座的面(即主面)，则可以是任意的形状。例如造型板21的形状不限定于如图9所示的正方体形状，也可以是圆板形状或多棱柱形状等。对于造型板的尺寸而言，一般要求主面尺寸(即“上表面”或“下表面”)比造型物底面大。例如，造型板21的主面尺寸只要是造型物底面尺寸的110～200％左右即可(参照图9)。造型板21的厚度(图9的“T”)虽然可根据主面尺寸、造型板的材质、固化层的材质等改变，但例如可以是10～70mm左右。

造型板的材质没有特别限制。例如使用金属粉末作为粉末，固化层成为烧结层(由铁类材料构成的烧结层)的情况下，造型板的材质优选的是，从由钢、超硬合金、高速度工具钢、合金工具钢、不锈钢及机械构造用碳素钢构成的群中选择的至少一种材质。

本发明中，对通过热处理而弯曲变形的造型板实施平坦加工。在上述平坦加工处理时可使用切削加工机构和/或平面研磨加工机构。切削加工机构只要是实施表面切削的机构则可以是任意机构。例如，切削加工机构可以是通用的数值控制(NC：NumericalControl)工作机械或与其相当的机构。特别是，切削加工机构优选的是能够自动交换切削工具(立铣刀)的机械加工中心(MC)。立铣刀主要使用例如超硬材料的两片刃球头立铣刀。根据需要，可以使用方头立铣刀(squareendmill)、圆角立铣刀(radiusendmill)等。

如图10(a)所示，对弯曲变形的造型板的至少下表面实施平坦加工处理。另外，作为“对至少下表面实施”的形态，可以是如图10(b)所示，对弯曲变形的造型板的下表面和上表面双方进行平坦加工的形态。进而，可以是如图10(c)所示，对弯曲变形的造型板的下表面和侧面双方进行平坦加工的形态。或者，可以是如图10(d)所示，对弯曲变形的造型板的整个面(即下表面、上表面及侧面)进行平坦加工的形态。

平坦加工中将造型板的弯曲面加工为平坦(即通过加工形成“平面”)，但作为特别优选的形态，将造型板的弯曲面加工为加工处理后的平面的表面粗糙度Rz优选成为10μm以下、更优选的是成为5μm以下。这里“表面粗糙度Rz”意味着粗糙度曲线(本发明中是指“造型板表面的截面形状轮廓)中将从平均线“到最高山顶部的高度”和“到最低谷底部的深度”相加而得到的粗糙尺度。

接着，参照图11经时地说明本发明的制造方法。另外，附图中的尺寸关系不反映实际的尺寸关系。

首先，如图11(a)所示，准备作为造型物的基座的造型板21。接着，将造型板21配置于适当位置而实施热处理。例如在使用光造型用激光器作为照射源的情况下(即，使用实施粉末烧结层叠法的装置的情况下)，在造型台上设置造型板。此时，通过螺栓等将造型板缓慢地安装于造型台以不阻碍造型板的弯曲变形(另外，也可以利用螺栓将造型板较强地固定于造型台上，但该情况下需要在热处理后松解螺栓而使造型板弯曲的操作)。接着，对配置于适当位置上的造型板实施热处理，由此造型板发生弯曲变形。例如，如图11(b)所示，通过在造型板21的上表面照射激光而在造型板产生热应力，由此使造型板弯曲。接着，对弯曲变形后的造型板21实施平坦加工。例如，如图11(c)所示，通过研磨加工将弯曲变形后的造型板21的下表面部加工为平坦。得到下表面平坦化后的造型板后，将其固定于造型台20上(例如，利用螺栓将造型板相对于造型台可靠地固定)，实施粉末烧结层叠法(参照图11(d))。由此，在弯曲变形后的过程(即，光造型时)中，新的应力在造型台上不会蓄积所需以上，因此，能够防止造型板的弯曲及得到的三维形状造型物的弯曲。

最终得到的三维形状造型物是与造型板一体化而得到。这样得到的一体化物例如能够用作模具。上述情况下，能够将平坦加工后的部分用作“后加工基准”。这里所说的“后加工基准”意味着“之后加工时的标准”。更具体来说，一体化后的三维形状造型物及造型板根据用途有时需要在之后进一步加工，用于该加工的标准是“后加工基准”。

关于“对造型板实施热处理而使造型板产生弯曲，对弯曲的造型板的至少下表面实施平坦加工处理”这样的形态，可以考虑其他的各种形态。以下对其进行说明。

(向造型板整个面的热量输入)

就使“弯曲变形”更加充分地产生这点来说，优选的是对造型板的上表面及/或下表面整体地加热。例如在通过光束照射而加热造型板时，如图12所示，通过扫描光束，能够整体地加热造型板的上表面及/或下表面。

另外，在光造型时，有在“造型板与造型物的界面区域”中产生应力并残留的倾向(关于细节，用图14在后面叙述)，鉴于此点，优选的是对于造型物所接触的“造型板的上表面”实施热处理。

(对粉末层及或固化层的热处理)

本发明中进行的热处理可以在三维形状造型物的制造时进行。具体来说，可以对“配置于造型板上的1层以上的粉末层及/或固化层”实施热处理。例如，如图13所示，可以对敷设于造型板上的第1层的粉末层照射光束，由此，能够在固化层形成时使造型板产生弯曲应力(即，弯曲变形)。另外，对第2层而言，也可以对敷设于第1层的固化层之上的粉末层照射光束。由此，能够在第2固化层的形成时进一步产生造型板的弯曲应力(对之后的层的热处理与该“第2层”的情况相同)。

关于“对粉末层及/或固化层的热处理”进行详述。可蓄积在板上的残留应力有集中在造型板与固化层(烧结层)的界面及最上表面(最后被熔融固化后的层附近)、在中间部分应力几乎不残留的倾向(参照图14)。虽然不拘束于特定的理论，但认为主要原因是在将中间部分的第N层熔融固化(烧结)时收缩应力产生并残留，但第N+1层、第N+2层这样反复熔融固化(烧结)时第N层受热影响而应力得到缓解。

该图14的结果中特别需要注意的是，“在造型物与造型板的边界部，板的热影响不被释放，应力较大地残留”。上述事项能够从图14的曲线图的A部分的残留应力值变大的情况掌握。如果将该结果适当地应用于本发明的制造方法，则直到残留应力降低的点a附近为止进行造型，在层叠造型到相当于a点的高度以上后，对造型板进行平坦加工即可。这样，则能够在此后的光造型过程中应力难以蓄积于造型板，能够有效地防止最终得到的造型物的弯曲(更具体来说是“与造型板一体化后的造型物的弯曲”)。也就是说，如果“向界面部分(＝造型物与造型板的边界部)赋予应力而使其弯曲，对上述弯曲部分进行平坦加工得到的结构”作为造型板使用，则能够有效地防止层叠造型时的弯曲变形。另外，参照本发明者们认真研讨后得到的图15的结果(层叠数与弯曲的相关关系)可知：如果将固化层形成约50层～约100层，则之后的弯曲量不变化。因而，如果将固化层形成约50层～约100层，则此后的光造型过程中应力不易蓄积于造型板，可以说能够有效地防止最终得到的造型物的弯曲。

●关于图15的曲线图

图15是在以下条件下得到的图。

·使用粉末：平均粒径50μm的铁类混合粉末

·层厚：0.05mm左右

·光束的照射能量密度E：5J/mm²～15J/mm²左右

·造型板材质：碳素钢(S50C)

·造型板尺寸：W125mm×L125mm×T8mm

(基于造型物的热处理)

对造型板的热处理，可以按照要制造的三维形状造型物来适当变更实施。具体来说，例如可以按照以下参数的至少1个来决定造型板的热量输入区域或热量输入量等：

·要制造的三维形状造型物的重量

·要制造的三维形状造型物的体积

·要制造的三维形状造型物的配置部位

·要制造的三维形状造型物与造型板的接触面的形状

·要制造的三维形状造型物与造型板的接触面的面积

这里所说的“热量输入区域”在制造三维形状造型物之前对造型板进行加热处理的情况下相当于“造型板的加热区域”，另一方面在制造三维形状造型物时对造型板进行加热处理的情况下相当于“配置于造型板上的1层以上的粉末层及/或固化层的加热区域”。如果例示“基于造型物的热处理”，则在例如具有如图16所示的造型物底面的情况下，仅对相当于上述造型物底面的区域进行加热处理。

(本发明的三维形状造型物)

最后，对通过上述的制造方法得到的本发明的三维形状造型物进行说明。本发明的三维形状造型物其底面与造型板接合。特别是，本发明的三维形状造型物由于是通过上述制造方法得到的结构，因此造型板的下表面形成平坦加工面。优选的是，上述平坦加工面的表面粗糙度优选为10μm以下(即，Rz＝0～10μm)、更优选为5μm以下(即，Rz＝0～5μm)。除此以外，关于三维形状造型物，在上述“本发明的制造方法”中有所涉及，因此为了避免重复而省略说明。

以上，说明了本发明的实施方式，但只不过是例示了本发明的适用范围中的典型例。因此，本发明并不限定于此，本领域技术人员容易理解可进行各种改变。另外，虽然与本发明的技术思想本质上不同，但对日本特开2007-270227号公报附带提及。在日本特开2007-270227号公报中公开了“光造型物的制造方法”。在公开的制造方法中，通过对所形成的烧结层进行加热而除去残留应力。希望留意关于尤其通过加热退火来除去残留应力、“积极地使用应力残留的造型板”这样的本发明的思想并未公开或给出启示。

另外，如上所述的本发明包含如下的方式。

第一方式：一种三维形状造型物的制造方法，其特征在于，重复进行如下工序：

(i)对设置在造型板上的粉末层的规定部位照射光束，使所述规定部位的粉末烧结或熔融固化而形成固化层的工序；以及

(ii)在得到的固化层上形成新的粉末层，对所述新的粉末层的规定部位照射光束，形成进一步的固化层的工序；

在三维形状造型物的制造前或其制造时，(a)对所述造型板实施热处理而使所述造型板发生弯曲，(b)对弯曲后的所述造型板的至少下表面实施平坦加工。

第二方式：三维形状造型物的制造方法的特征在于，在上述第一方式中，在所述(a)中对所述造型板的上表面实施热处理。

第三方式：三维形状造型物的制造方法的特征在于，在上述第二方式中，以使所述上表面在整体上被加热的方式实施热处理。

第四方式：三维形状造型物的制造方法的特征在于，在上述第一方式中，在所述(a)中，对配置在造型板上的1层以上的粉末层及/或固化层实施热处理而使所述造型板发生弯曲。

第五方式：三维形状造型物的制造方法的特征在于，在上述第一～第四方式的任一项中，按照要制造的三维形状造型物，决定“所述造型板的加热区域”或“配置于所述造型板上的1层以上的粉末层及/或固化层的加热区域”；

在所述(a)中，对所述加热区域实施热处理。

第六方式：三维形状造型物的制造方法的特征在于，在上述第五方式中，在所述造型板上形成50～100层的固化层后，实施所述(b)的平坦加工。

第七方式：三维形状造型物的制造方法的特征在于，在上述第一～第六方式的任一项中，作为所述(a)的热处理中使用的热源，使用所述工序(i)及所述工序(ii)的光束照射源。

第八方式：一种三维形状造型物，通过上述第一～第七方式的任一项制造方法得到，其特征在于，

造型板与三维形状造型物的底面接合，所述造型板的下表面形成平坦加工面。

工业实用性

通过实施本发明的三维形状造型物的制造方法，能够制造各种物品。例如在“粉末层是无机质的金属粉末层、固化层是烧结层的情况下”能够将得到的三维形状造型物用作塑料注射成型用模具、冲压模具、压铸模具、铸造模具、锻造模具等模具。并且，在“粉末层是有机质的树脂粉末层、固化层是硬化层的情况下”，能够将得到的三维形状造型物用作树脂成型品。

Claims

1.一种三维形状造型物的制造方法，重复进行如下工序：

所述三维形状造型物的制造方法的特征在于，

在制造三维形状造型物时，(a)对所述造型板实施热处理而使所述造型板发生弯曲，(b)对弯曲后的所述造型板的至少下表面实施平坦加工，

使用平坦加工后的造型板，重复进行粉末层及/或固化层的形成，

在所述(a)中，对配置在造型板上的1层以上的粉末层及/或固化层实施热处理而使所述造型板发生弯曲，

作为在所述(a)的热处理中使用的热源，使用所述工序(i)及所述工序(ii)的光束照射源。

2.根据权利要求1所述的三维形状造型物的制造方法，其特征在于，

在所述(a)中，对所述造型板的上表面实施热处理。

3.根据权利要求2所述的三维形状造型物的制造方法，其特征在于，

以所述上表面在整体上被加热的方式实施热处理。

4.根据权利要求1所述的三维形状造型物的制造方法，其特征在于，

根据要制造的三维形状造型物，决定“所述造型板的加热区域”或“配置在所述造型板上的1层以上的粉末层及/或固化层的加热区域”；

在所述(a)中对所述加热区域实施热处理。

5.根据权利要求1所述的三维形状造型物的制造方法，其特征在于，

在所述造型板上形成50～100层的固化层之后，实施所述(b)的平坦加工。

6.一种通过权利要求1所述的制造方法得到的三维形状造型物，其特征在于，