CN105499564A - 三维形成装置以及三维形成方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种三维形成装置和三维形成方法，通过能够只在希望的形状区域照射热能的装置和方法，就能够获得准确形状的三维形状造形物。该装置包括：材料供给机构，把使混揉金属粉末和粘结剂而得的被烧结材料成形为片状后的生片配置于载物台上；第一加热机构，供给使生片的一部分蒸散的第一能量；第二加热机构，供给能够使生片一部分烧结的第二能量；以及驱动机构，相对于载物台，使第一加热机构以及第二加热机构能够进行相对的三维移动，其中，以围住通过材料供给装置供给到载物台上的生片的通过从第二加热机构供给的第二能量而被烧结的烧结区域的方式，从第一加热机构向生片供给第一能量。

Description

三维形成装置以及三维形成方法

技术领域

本发明涉及三维形成装置以及三维形成方法。

背景技术

以往，作为利用金属材料等简单形成三维形状的制造方法已经在专利文献1中被公开。在专利文献1中公开了如下方法，作为形成金属与陶瓷的复合造形体的方法，在使陶瓷微粉体形成带状的陶瓷带上重叠使金属微粉体形成带状的金属带，从其上照射激光，以便形成复合造形体的横截面形状，溶融金属带，使陶瓷分散在金属中，从而形成复合造形体。

而且，还公开由专利文献2中示出的方法。在专利文献2中公开的三维形状造形物的制造方法是，使在原料中具有金属粉末、溶剂、粘接增进剂的金属浆料形成层状的材料层并使用。而且，在层状的材料层上照射光束，形成金属烧结层或金属溶融层，通过反复进行材料层的形成和光束的照射，从而层叠烧结层或溶融层，获得期望的三维造形物。

但是，在形成在专利文献1以及专利文献2中示出的复合造形体以及三维形状造形物的方法中，使激光照射在造形区域，使原材料的一部分烧结或溶融，然而，施加于造形区域的热也传递到造形区域以外，尤其是造形区域的边界近旁的未烧结或未溶融的原材料，在造形区域的边缘部残留着不需要的烧结或溶融部分，因此，存在着难以准确获得希望的形状的可能性。

因此，其目的是，获得能够将热能只照射到希望的形状区域的装置、其方法，并由此获得具有准确的形状的三维形状造形物。

专利文献

专利文献1：特开2002-97532号公报

专利文献2：特开2008-184622号公报。

发明内容

本发明用于解决上述问题的至少一部分，能够作为以下方式或适用例而实现。

(适用例1)本实施例的三维形成装置包括：材料供给机构，把使金属粉末和粘合剂混揉(knead)而得的被烧结材料形成片状后的生片(greensheet)放置于载物台；第一加热机构，供给使上述生片的一部分蒸散(transpire)的第一能量；第二加热机构，供给使上述生片的一部分能够烧结的第二能量；以及驱动机构，使上述第一加热机构以及第二加热机构相对于上述载物台能够相对的进行三维移动，三维形成装置以围住通过上述材料供给机构向上述载物台上供给的上述生片的通过上述第二加热机构供给的第二能量而被烧结的烧结区域的方式，从上述第一加热机构向上述上述生片供给上述第一能量。

根据本实施例的三维形成装置，通过第一能量以围住成为三维形状造形物的一部分的被烧结的烧结区域的方式蒸散并去除生片，由此能够形状准确的烧结区域。因此，能够形成准确的三维形状造形物。

而且，在本适用例中，所谓的“能够烧结”中的烧结是指，向供给材料供给能量，由此通过供给能量蒸散构成供给材料的粘结剂，然后，残留的金属粉末彼此通过供给能量进行金属结合。而且，在本说明书中，作为烧结，说明了金属粉末溶融结合的形态也是通过供给能量使金属粉末结合。

(适用例2)在上述适用例中，其特征在于，上述第一能量的输出和上述第二能量的输出不同。

根据上述适用例，能够容易地控制并供给作为原料的生片的蒸散、烧结各自所希望的能量。

(适用例3)在上述适用例中，其特征在于，上述第一加热机构以及上述第二加热机构为激光照射机构。

根据上述适用例，能够照射朝向准确的位置的能量，能够获得准确的三维形状造形物。而且，能够容易控制能量的输出。

(适用例4)本适用例的三维形成方法包括：材料供给步骤，供给把使金属粉末和粘合剂混揉而得的被烧结材料形成片状后的生片；单层形成步骤，包括部分除去步骤以及烧结步骤，在部分除去步骤中，向上述生片照射第一能量，蒸散除去上述生片的一部分而形成除去部，在上述烧结步骤中，向上述生片照射第二能量，使上述生片的一部分烧结而烧结形成部；层叠步骤，将通过上述单层形成步骤形成的上述单层作为第一单层，层叠于上述第一单层进行，通过上述单层形成步骤形成上述单层作为第二单层；未烧结部除去步骤，从以规定次数重复上述层叠步骤、上述烧结形成部层叠后的包括三维形状造形物的层叠体除去未烧结部。

根据本适用例的三维形成方法，为了防止在烧结步骤中的第二能量的照射导致无意图的部分的烧结，预先通过第一能量使生片的一部分蒸散，从而形成除去部，由此能够形成准确的烧结区域。因此，能够形成准确的三维形状造形物。

而且，留下未烧结部，使生片层叠，进行单层形成步骤，从而，下层的生片能够防止单层形成中的朝向重力方向的生片的变形，获得准确的三维形状造形物。

(适用例5)在上述适用例中，其特征在于，上述部分除去步骤以围着由上述烧结步骤形成的上述烧结形成部的形成区域的方式形成除去部。

根据上述适用例，通过从烧结步骤中的烧结形成部的周围除去生片的材料，能够获得准确的形状的三维形状造形物。

(适用例6)在上述适用例中，其特征在于，上述第一能量以及第二能量为激光，上述第一能量以及第二能量的激光输出或激光波长不同。

根据上述适用例，能够照射朝向准确的位置激光，能够获得准确的三维形状造形物。而且，通过激光照射机构能够容易地控制作为原料的生片的蒸散、烧结各自希望的能量，能够获得高品质的三维形状造形物。

(适用例7)在上述适用例中，其特征在于，上述部分除去步骤包括用于形成分割部的分割部形成步骤，其中，分割部将在上述未烧结部除去步骤中除去的上述未烧结部分割为多个。

根据上述适用例，由分割部分割被除去粉碎的未烧结部，由此，能够容易地除去未烧结部。

(适用例8)在本适用例涉及的三维形成装置中，作为把使混揉金属粉末和粘结剂而得的被烧结材料形成片状后的生片放置于载物台上的材料供给机构的材料供给装置包括：薄片保持部，保持被放置于供给台上的上述生片；以及供给驱动部，使上述薄片保持部相对于上述供给台进行相对移动，作为第一加热机构以及第二加热机构的烧结装置包括基台、相对于上述基台能够相对的进行三维移动的载物台以及对移送、层叠到上述载物台上的生片进行加热的加热装置，其中，上述第一加热机构供给使上述生片的一部分蒸散的第一能量，上述第二加热机构供给能够烧结上述生片的一部分的第二能量，三维形成装置以便住通过上述材料供给机构供给到上述载物台的上述生片的通过由上述第二加热机构供给的上述第二能量而被烧结的烧结区域的方式，从上述第一加热机构向上述生片供给第一能量。

根据本适用例的三维形成装置，以通过第一能量围住作为三维形状造形物的一部分的被烧结的烧结区域的方式蒸散并除去生片，由此，能够形成准确的烧结区域。因此，能够形成准确的三维形状造形物。

(适用例9)在上述适用例中，上述烧结装置包括激光振荡器、使上述激光振荡器的激光照射到规定的位置的检流装置以及对于上述生片控制上述激光的输出能量的多个激光控制器，上述检流装置包括用于反射上述激光的检流镜以及驱动上述检流镜并使上述激光振荡器发出的激光反射到规定的方向的镜驱动部。

根据上述适用例，能够对生片进行高效率地加热，减少供给能量的损失以及加热时间。

(适用例10)本适用例涉及的三维形成装置包括控制单元作为控制载物台、激光振荡器、检流装置、激光控制器以及材料供给装置的控制机构。

根据本适用例的三维形成装置，根据由个人计算机等数据输出装置输出的三维形状造形物的造形用数据，能够控制载物台、激光振荡器、检流装置、激光控制器以及材料供给装置，能够获得高精度完成品的三维形状造形物。

(适用例11)在上述适用例中，其特征在于，在上述控制单元中包括使载物台的驱动控制部、激光振荡器的驱动控制部、检流装置的驱动控制部、激光控制器的驱动控制部以及材料供给装置的驱动控制部联动动作的控制部。

根据上述适用例，由于载物台的驱动控制部、激光振荡器的驱动控制部、检流装置的驱动控制部、激光控制器的驱动控制部以及材料供给装置的驱动控制部联动动作，因此，在复杂形状的形成中，能够高效率地形成三维形成造形物。

附图说明

图1是示出第一实施方式涉及的三维形成装置的构成的概略构成图。

图2的(a-1)、图2的(a-2)、图2的(b-1)、图2的(b-2)、图2的(c-1)、图2的(c-2)是示出第一实施方式涉及的三维形成装置的动作概要的概略图，图2的(a-1)、图2的(b-1)、图2的(c-1)是外观立体图，图2的(a-2)、图2的(b-2)、图2的(c-2)是在外观立体图中示出的A-A’部的截面图。

图3是示出第二实施方式涉及的三维形成装置的构成的概略构成图。

图4是示出第三实施方式涉及的三维形成方法的流程图。

图5是生片形成装置的概略构成图。

图6的(a-1)、图6的(a-2)、图6的(b-1)、图6的(b-2)是用于说明第三实施方式涉及的三维形成方法的图，图6的(a-1)、图6的(b-1)是外观立体图，图6的(a-2)、图6的(b-2)是在外观立体图中示出的C-C’部的截面图。

图7的(c-1)、图7的(c-2)、图7的(d-1)、图7的(d-2)是用于说明第三实施方式涉及的三维形成方法的图，图7的(c-1)、图7的(d-1)是外观立体图，图7的(c-2)、图7的(d-2)是在外观立体图中示出的C-C’部的截面图。

图8的(e-1)、图8的(e-2)、图8的(f)是用于说明第三实施方式涉及的三维形成方法的图，图8的(e-1)是外观立体图、图8的(e-2)、图8的(f)是在外观立体图中示出的C-C’部的截面图。

图9是示出第三实施方式的外伸部的形成方法的截面图。

图10是第四实施方式涉及的三维形成方法的流程图。

图11的(a-1)、图11的(a-2)、图11的(b)是示出第四实施方式涉及的三维形成方法的图，其中，图11的(a-1)、图11的(a-2)分别是示出分割部形成步骤的外观立体图和在外光立体图中示出的D-D’部截面图，图11的(b)是示出未烧结部除去步骤之前的状态的外观立体图。

符号说明

100、烧结装置110、基台

120、载物台130、激光振荡器

140、检流装置150、激光控制器

160、检流镜控制器170、压辊

200、材料供给装置210、供给基台

220、供给台230、移送装置

240、材料供给装置控制器300、供给材料(生片)

400、控制单元1000、三维形成装置。

具体实施方式

下面参照附图说明本发明涉及的实施方式。

(第一实施方式)

图1是示出第一实施方式涉及的三维形成装置的构成的概略构成图。而且，所谓的本说明书中的“三维形成”既是表示形成所谓的立体造形物，也包括形成例如即使是平板状即所谓的二维形状的形状也有厚度的形状。

图1所示的三维形成装置1000包括形成三维形状造形物的烧结装置100以及材料供给装置200，其中，材料供给装置200将把混揉作为三维形状造形物的原料的金属粉末和粘结剂并成形为片状后的被称为所谓的生片的供给材料300(以下称为生片300)供给至烧结装置100。

材料供给装置200包括：供给基台210；供给台220，通过包括在供给基台210中的未图示的驱动机构能够在图示的沿重力方向的Z轴方向进行驱动；以及移送装置230，保持被放置于供给台220上、装载于最上层的多张生片300中的一张，并移送至烧结装置100。

移送装置230包括能够保持生片300的片保持部230a以及使片保持部230a相对于供给台220至少沿着X轴以及Y轴方向进行相对移动的供给驱动部230b。在片保持部230a上具有作为通过例如减压吸盘等能够保持以及松开生片300的机构的薄片吸附部230c，通过薄片吸附部230c能够吸附、保持生片300。而且，对于片吸着部230c的生片300的保持方法，没有特别的限定，只要例如原料金属是磁性体，也可以利用磁力吸附等方法或导向孔机械地保持。

烧结装置100包括基台110、以由基台100中具有的未图示的驱动装置相对于基台110在图示的Z轴方向能够被驱动的方式而配置的载物台120、以及在载物台120上从由后述的加热机构发出的热能保护载物台120的具有耐热性的试料盘121。然后，在试料盘121上，层叠配置由材料供给装置200移送的生片300。而且，也可以包括压辊170，为了使正下层的生片300与在移送并层叠在最上层的生片300紧贴，使压辊170按压最上层的生片的上面，同时，使其沿X轴方向进行往复驱动。而且，为了提高上下生片之间的紧贴性，优选方式是，压辊170包括用于加热生片300的机构。

而且，包括激光振荡器130以及检流装置140，其中，检流装置140使由激光振荡器130照射的作为加热手段的激光光朝向放置于试料盘121上的生片300，并照射到规定的照射位置。而且，由检流装置140与包括在基台110中的未图示的驱动装置构成作为加热机构的激光光和试料盘121上的生片300能够相对地进行三维移动的驱动机构。

检流装置140包括用于反射激光的检流镜141、以及用于驱动检流镜141并将由激光振荡器130发射的激光的光轴反射到规定的方向的镜驱动部142。

在三维形成装置1000中还包括作为控制机构的控制单元400，控制单元400根据由个人电脑等数据输出装置输出的三维形状造形物的造形用数据控制上述的载物台120、供给台220、激光振荡器130、检流装置140以及移送装置230。控制单元400具有未图示的载物台120的驱动控制部、供给台220的驱动控制部、激光振荡器130的驱动控制部、检流装置140的驱动控制部以及移送装置230的驱动控制部，并具有以使这些驱动控制部联动地驱动的方式进行控制的控制部。

在基台110上以能够移动的方式配置的载物台120以及在供给基台210上以能够移动的方式配置的供给台220，根据来自控制单元400的控制信号在载物台控制器410中生成用于控制载物台120或者供给台220的移动开始和停止、移动方向、移动量以及移动速度等的信号，并发送至基台110或供给基台210中包括的未图示的驱动装置，从而被驱动。

包括在材料供给装置200中的移送装置230根据控制单元400输出的控制信号在材料供给装置控制器240中生成用于控制包括在移送装置230中的基于供给驱动部230b的片保持部230a的移动以及片吸附部230c对生片300的保持或脱离等的信号，并控制生片300向烧结装置100的移送。

激光振荡器130以及检流装置140在烧结装置100中包括激光控制器150，激光控制器150以对供给到载物台120上的生片300供给至少不同的输出能量的方式进行控制。激光控制器150至少包括第一激光控制器151以及第二激光控制器152。

而且，第一激光控制器151、以及从由第一激光控制器151控制的激光振荡器130作为第一能量而照射的第一激光L1构成第一加热机构。而且，第二激光控制器152、以及从由第二激光控制器152控制的激光振荡器130作为第二能量而照射的第二激光L2构成第二加热机构。

即、一个激光振荡器130通过第一激光控制器151和第二激光控制器152两个控制器，能够使输出或波长不同的第一激光L1或第二激光L2向生片300照射。当然，也可以是具有多个激光振荡器130，并且，各激光振荡器分别产生第一激光L1或第二激光L2的构成。而且，从激光控制器150向检流镜160发送控制信号，控制检流装置140的驱动控制，以便激光振荡器130的激光L1、L2的照射方向被照射到生片300的规定的位置。

下面，通过图2说明形成三维形状造形物的三维形成装置1000的动作的概要。而且，为了简单说明，通过形成圆环状的造形物的情况下的动作，对放置于试料盘121上的一张生片300进行说明。而且，在图2中示出了生片300放置于试料盘121上的状态的外观立体图和在外观立体图中示出的A-A’部分的截面图。

如图2的(a-1)、图2的(a-2)所示，是在被放置的生片300上用双点划线(假想线)画出的作为三维形状造形物2000的一部分的成为第一层的圆环状的部分造形物2001的形成预定区域。

向图2的(a-1)、图2的(a-2)所示的生片300照射图1所示的通过检流装置140从激光振荡器130射出的激光。激光照射是照射第一激光L1或第二激光L2由控制单元400的指令选择。在本示例中，首先，以照射第一激光L1进行说明。

根据控制单元400的指令，从包括在激光控制器150中的第一激光控制器151向激光振荡器130发送使第一激光L1振荡的信号，而且，在检流镜控制器160中开始用于检流装置140的驱动控制的信号生成，并从激光振荡器130射出第一激光L1。而且，如图2的(b-1)、图2的(b-2)所示，为了使第一激光L1照射到规定区域，通过检流镜141画出照射路径R1、R2，并照射第一激光L1。

第一激光L1作为具有能够使构成生片300的金属粉末以及粘结剂蒸散的输出的第一能量，沿着部分造形物2001的造形预定区域的外周缘2001a，形成部分除去生片300的部分除去部2001b。然后沿着內周缘2001c还形成部分除去了生片300的部分除去部2001d。由如此形成的部分除去部2001b、部分除去部2001d围住的部分成为形成于部分造形物2001的造形原料2001e，包括造形原料2001e，成为除去部分除去部2001b、2001d的状态的生片300a。

然后，照射第一激光L1后，根据控制单元400的指令，从包括在激光控制器150中的第二激光控制器152向激光振荡器130发送使第二激光L2振荡的信号，而且，在检流镜控制器160中开始用于检流装置140的驱动控制的信号生成，并从激光振荡器130射出第二激光L2。而且，如图2的(c-1)、图2的(c-2)所示，为了使第二激光L2向造形原料2001e照射，通过检流镜141画出照射路径R3，并照射第二激光L2。

第二激光L2成为第二能量，照射到造形原料2001e，第二能量具有能够从构成生片300的金属粉末以及粘结剂混揉的状态使粘结剂蒸散、使金属粉末彼此结合的输出，即具有基于烧结的金属造形物的成形可能的输出。而且，通过烧结造形原料2001e，形成部分造形物2001。

如上所述，向生片300照射第一激光L1，然后，照射第二激光L2，形成部分除去部2001b、2001d，而且，一旦形成部分造形物2001，不向生片300照射激光L1、L2中的任一个，从而留下未烧结的区域300b。以下将该区域称为生片300中的未烧结部300b。

如上所述，通过部分除去部2001b、2001d，形成准确的形状的造形原料2001e，通过烧结该部分，形成准确形状的部分造形物2001。而且，此时照射的第二激光L2即第二能量的热由于部分除去部2001b、2001d成为遮断部而没有传播至未烧结部300d，因此，不存在在未烧结部300b形成部分烧结区域的担心。因此，能够容易地进行最后被除去的未烧结部300b的除去作业，而且，能够抑制将被除去的未烧结部300b再次作为原料混揉时的原料的损失。

如上所述，在本实施方式涉及的三维形成装置1000中，由于具有作为能够至少供给不同的输出的能量的加热机构的激光振荡器130以及使从激光振荡器130照射的激光朝向放置于试料盘121上的生片300照射到规定的照射位置的检流装置140，因此，通过一台三维形成装置1000，就能够高效地进行不同的加工即基于蒸散的材料除去加工、烧结加工的复合加工。

上述的第一激光L1以及第二激光L2，是调整激光振荡器130的输出，通过检流装置140而朝向激光L1、L2分别应照射的区域进行照射的构成。但是，并不限于此。例如，也可以是如下的构成，将照射第一激光L1的激光振荡器和照射第二激光L2的激光振荡器的多个激光振荡器安装在双臂机械手的臂，通过对臂进行驱动而向规定的区域照射希望的激光L1、L2。

在上述第一实施方式涉及的三维形成装置1000中，以在加热机构中使用激光为例进行了说明，但是，并不限于此。例如，能够通过用热风代替激光，向生片300吹热风，由此形成三维形状造形物2000。此时，作为吹出不同温度的热风的机构，也可以包括与第一能量对应的温度的热风吐出机构以及与第二能量对应的温度的热风吐出机构，或者，也可以是，从一个热风吐出机构吐出不同温度的热风。

(第二实施方式)

图3是是出第二实施方式涉及的三维形成装置1100的概略构成图。而且，本实施方式涉及三维形成装置1100是相对于第一实施方式涉及的三维形成装置1000而言，材料供给装置200的形态不同，烧结装置100相同的装置构成，因此，对于相同构成要素标记相同符号，并省略说明。

图3所示的三维形成装置1100中包括的材料供给装置500包括供给基台510以及供给台520，其中，通过供给基台510中包括的驱动机构，在图示的沿重力方向的Z轴方向和接近及离开烧结装置100的方向能够驱动供给台520。在供给台520上具备能够旋转地保持将作为三维形状造形物的原料的金属粉末和粘结剂混揉、把连续的片形成为辊状的供给材料辊600的辊保持部530、向烧结装置100送出由供给材料辊600放出的连续片600a的保持台521以及使连续片600a在保持台521上移动的放出辊540。

向烧结装置100的材料供给，是由控制单元400向载物台控制器410发送控制信号，并驱动供给台520。供给台520通过未图示的驱动装置在Z轴方向、以及在图3所示的方式中接近烧结装置100的载物台120的方向的X轴方向，移动至把连续片600a放出至层叠在烧结装置100的生片300的最上层之上的位置，并被保持在用双点划线表示的图示B位置。

根据基于从控制单元400发送的控制信号通过材料供给装置控制器550生成的驱动信号驱动放出辊540，将连续片600a放出至层叠在烧结装置100上的生片300的最上层。此时，辊保持部530也可以是与由放出辊540放出的连续片600a的放出对应自如旋转的构成，具有驱动机构，其中，驱动机构通过未图示的检测装置检测放出的连续片600a的放出量，适用于连续片600a的放出量，使供给材料辊600旋转。

当连续片600a被放出到层叠于烧结装置100上的生片300的最上层规定量时，从第一激光控制器151向激光振荡器130指示第一激光L1振荡，在检流装置140反射由激光振荡器130射出的第一激光L1，作为将连续片600a切断成相当于规定的生片300的大小的切断激光L11被照射到连续片600a，并切断。

在本实施方式涉及的三维形成装置1100中，对于作为供给烧结装置100的供给材料的生片300，能够根据三维形状造形物的形状，以必要的最小限的大小将生片300供给至烧结装置100。因此，能够减少材料的浪费，形成提高材料效率的造形物即制品。

(第三实施方式)

作为第三实施方式，利用第一实施方式涉及的三维形成装置1000，说明形成三维形状造形物的三维形成方法。图4是示出第三实施方式涉及的三维形成方法的流程图，图5是形成生片300的生片成形装置的概略构成图，图6、图7以及图8是用于说明本实施方式涉及的三维形成方法的外观立体图、在外观立体图中示出的C-C'部的截面图。而且，在本实施方式中，为了简化说明，通过对于一张生片300形成圆环状的造形物，并将其进行层叠，从而形成圆筒状的三维形状造形物2000的方法进行说明。

(三维造形用数据获取步骤)

如图4所示，对于本实施方式涉及的三维形成方法，执行三维形状造形用数据获取步骤(S1)，即将三维形状造形物2000的三维造形用数据由没有图示的例如个人计算机等取入到控制单元400(参照图1)。在三维造形用数据获取步骤(S1)中获取的三维造形用数据的控制数据由控制单元400发送到载物台控制器410、材料供给装置控制器240以及激光控制器150，并移到材料准备步骤。

(材料准备步骤)

在材料准备步骤(S2)中，将规定张数的生片300放置于包括在材料供给装置200中的供给台220。生片300由图5示出概略构成的生片300的生片成形装置3000等形成。

如图5所示，生片成形装置3000包括供给原料M的原料供给部3100、接收并输送由原料供给部3100排出的原料M的输送带3200。原料M使用混揉形成为30μm以下的金属粉末、粘结剂、成为浆料状的混合物。作为金属粉末，可以用例如钴系合金、马氏体钢、不锈钢、钛系合金、镍系合金、镁合金、或铜系合金等合金、或者铁、钛、镍、铜等金属。作为粘结剂，可以使用热可塑性树脂或者水溶性热可塑性树脂。作为热可塑性树脂，可以使用例如聚乳酸(PLA)、聚丙烯(PP)、聚苯硫醚(PPS)、聚酰胺(PA)、ABS、聚醚醚酮(PEEK)等，作为水溶性热可塑性树脂，可以使用例如聚乙烯醇(PVA)、聚乙烯醇缩丁醛(PVB)等。

加入上述的金属粉末和粘结剂以及作为粘度调整用的溶剂，将混揉后的原料M投入原料供给部3100，并依次向在图示箭头F方向驱动的输送带3200排出规定量。通过输送带3200的F方向的移动，原料M通过均化辊3300形成均匀的厚度，并通过下一个加压辊3400，形成作为生片300的规定厚度。而且，通过切断机构3500切断成规定的长度，获得生片300。

(材料供给步骤)

通过材料准备步骤(S2)，当规定数量的生片300放置于材料供给装置200的供给台220上时，开始材料供给步骤(S3)。在材料供给步骤(S3)中，基于控制单元400发送的控制信号，材料供给装置控制器240生成移送装置230的驱动信号，驱动移送装置230。

首先，使片保持部230a移动至规定的位置，通过片吸附部230c吸附并保持装载于供给台220上的生片300的最上层片。在保持生片300的状态下，片保持部230a向烧结装置100的试料台121移动，并使生片300与片吸附部230c脱离、离开，生片300被放置于试料台121上。生片300被放置、离开后，片保持部230a返回至材料供给装置200的待机位置。下面，将第一层被放置的生片300作为第一层生片301进行说明。

(部分除去步骤)

当将第一层生片301放置于试料台121后，开始部分除去步骤(S4)。如图6的(a-1)、图6的(a-2)所示，部分除去步骤(S4)是以围住形成区域的方式除去第一层生片301的一部分的步骤，其中，形成区域是形成在放置的第一层生片301上用双点划线(假想线)画出的成为作为三维形状造形物2000的一部分的第一层的圆环状的部分造形物2001。

在部分除去步骤(S4)中，使图1所示的第一激光L1朝向第一层生片301照射，以便通过检流装置140画出规定的轨迹，使照射第一激光L1的第一能量的区域的第一层生片301蒸散。在图6的(a-1)、图6的(a-2)所示的例子中，通过第一激光控制器151的控制信号，为了形成部分造形物2001的造形预定区域的外周缘2001a，自照射起点P11沿着基于三维形状造形数据的照射路径R11照射第一激光L1至照射起点P11形成部分除去部2001b。

接下来，为了形成部分造形物2001的造形预定区域的内周缘2001c，自照射起点P12沿着基于三维形状造形数据的照射路径R12照射第一激光L1至照射起点P12形成部分除去部2001d。由这样形成的部分除去部2001b和部分除去部2001d围住的部分为部分造形物2001的造形原料2001e，包括造形原料2001e，成为除去部分除去部2001b、部分除去部2001d的第一层生片301a。即，换言之，部分除去部2001b、部分除去部2001d形成为围住造形原料2001e。

(烧结步骤)

下面，移至对在通过部分除去步骤(S4)形成的第一层生片301a上形成的造形原料2001e照射第二能量的第二激光L2的烧结步骤(S5)。烧结步骤(S5)中的烧结是从将构成生片300的金属粉末以及粘结剂混揉后的状态使粘结剂蒸散，使金属粉末彼此结合，从金属粉末状态形成为金属造形物的加工手段。

在烧结步骤(S5)中，如图6的(b-1)、图6的(b-2)所示，朝向在部分除去步骤(S4)中形成的造形原料2001e，从照射起点P21开始，沿着基于三维形状造形数据的照射路径R21照射第二激光L2，一直到照射起点P21。造形原料2001e的照射第二激光L2的区域通过第二激光L2的第二能量而被烧结，并形成金属造形的部分造形物2001。

由通过部分除去步骤(S4)除去部分除去部2001b、部分除去部2001d后的第一层生片301a通过烧结步骤(S5)烧结造形原料2001e，形成部分造形物2001，但是，其他区域即在本示例中部分除去部2001b的外侧区域301b以及部分除去部2001d的内侧区域301c成为第一激光L1以及第二激光L2的任一个都没有照射到的区域，即未烧结区域。以下，将外侧区域301b称为第一未烧结部301b，将内侧区域301c称为第二未烧结部301c。

这样，在烧结步骤(S5)中，形成被烧结的部分造形物2001、第一未烧结部301b、第二未烧结部301c，并形成作为第一单层的第一层301d。以上的由材料供给步骤(S3)至烧结步骤(S5)的一系列步骤为单层形成步骤(S100)。而且，烧结步骤(S5)的结束即单层形成步骤(S100)结束，移到下一个叠层数比较步骤。

(层叠数比较步骤)

通过单层形成步骤(S100)，当形成作为第一层的包括部分造形物2001、第一未烧结部301b、第二未烧结部301c的第一层301d时，移到与通过三维造形用数据获取步骤(S1)而获得的造形数据进行比较的层叠数比较步骤(S6)。在层叠数比较步骤(S6)中，比较为了构成三维形状造形物2000而形成必要的部分造形物的生片300的层叠数N与直到层叠数比较步骤(S6)的之前的单层形成步骤(S100)而层叠的生片300的层叠数n。在层叠数比较步骤(S6)中，当判定为n＜N时，移到再次执行单层形成步骤(S100)的层叠步骤。

(层叠步骤)

层叠步骤(S7)是在层叠数比较步骤(S6)中，判定为n＜N，再次用于执行单层形成步骤(S100)的指令步骤，执行单层形成步骤(S100)的作为开始步骤的材料供给步骤(S3)。

如图7的(c-1)、图7的(c-2)所示，通过层叠步骤(S7)，在第一层的第一层301d的上部供给、放置生片300，成为第二层的第二层生片302。

如图7的(d-1)、图7的(d-2)所示，对于第二层的第二层生片302，进行部分除去步骤(S4)、烧结步骤(S5)，形成第二层的部分除去部2002b、2002d、部分造形物2002、第一未烧结部302b、第二未烧结部302c的获得第二单层的第二层302d。其后，移到层叠数比较步骤(S6)，当判定为n＜N时，再次开始层叠步骤(S7),在层叠数比较步骤中，重复层叠步骤(S7)以及单层形成步骤(S100)，直到n＝N。

如图8的(e-1)、图8的(e-2)所示，当层叠至规定的层叠数N时，在试料台121上形成三维形状造形物2000。而且，还在试料台121上形成从第一层301d层叠至第N层30Nd而形成的第一未烧结部310以及第二未烧结部320。而且，在层叠数比较步骤(S6)中，判定为n＝N，并移到未烧结部除去步骤。

(未烧结部除去步骤)

未烧结部除去步骤(S8)是除去除三维形状造形物2000以外的部分即除去第一未烧结部310以及第二未烧结部320的步骤。未烧结部310、320的除去方法可以适用机械地除去的方法、利用溶剂溶解包含在未烧结部310、320中的粘结剂并除去残留的金属粉末的方法，但是，在本示例中，以机械的除去为例进行说明。

如图8(f)所示，在未烧结部除去步骤(S8)中，在第一未烧结部310以及第二未烧结部320中打入具有楔状的前端的除去工具T，由此，粉碎第一未烧结部310以及第二未烧结部320，从试料台121上除去第一未烧结部310以及第二未烧结部320。而且，在试料台121上留下三维形状造形物2000，并将其取出。而且，在本实施方式中，作为在试料台121上进行未烧结部除去步骤(S8)进行了说明，但是，也可以在另外设计的操作台上进行。

在说明的第三实施方式涉及的三维形状造形物2000的三维形成方法中，在包括在单层形成步骤(S100)的部分除去步骤(S4)中，以围住作为形成部分造形物2001的区域而形成的造形原料2001e的方式，形成部分除去部2001b、2001d。通过如上所述地形成部分除去部2001b、2001d，当在烧结步骤(S5)中利用第二激光L2烧结造形原料2001e时，由于在造形原料2001e外缘不存在基于第二激光L2导致的热传播的部件，因此，能够获得准确的形状的部分造形物即、三维形状造形物2000。

而且，关于第三实施方式涉及的三维形成方法，在层叠规定层叠数N之后进行未烧结部除去步骤(S8)，因此，能够防止图9所示的外伸(overhang)部的重力方向(沿着图示的Z轴的在附图上朝下的方向)的变形。

例如，如图9所示，示例出了除第一层301d外的至第N层30Nd之间的第R层30Rd，相对于下层的部分造形物形成外伸部200Rf、200Rg的造形原料200Re。在第R层30Rd上，在部分除去步骤(S4)中，通过第一激光L1的热量软化作为生片300的成分的粘结剂，使外伸部200Rf、200Rg在重力方向容易塑性变形。但是，通过残留在位于外伸部200Rf、200Rg的下层的第Q层30Qd上的未烧结部30Qb、30Qc支撑外伸部200Rf、200Rg，阻止向重力方向的变形。因此，能够获得准确的三维形状造形物2000。

(第四实施方式)

对于第四实施方式涉及的三维形成方法进行说明。而且，关于第四实施方式涉及的三维形成方法，与在第三实施方式涉及的三维形成方法中的部分除去步骤(S4)中包括预先分割在未烧结部除去步骤(S8)中除去的未烧结部310或未烧结部320的分割部形成步骤的方面不同。因此，在第四实施方式涉及的三维形成方法的说明中，对于与第三实施方式涉及的三维形成方法相同的构成要素标注相同的符号，并省略说明。

图10是包括第四实施方式涉及的部分除去步骤(S40)的流程图。在本实施方式涉及的部分除去步骤(S40)中，包括分割部形成步骤(S41)。图11示出本实施方式涉及的三维形成方法，图11的(a-1)、图11的(a-2)分别为外观立体图和在外观立体图中表示的D-D’部的截面图，图11的(b)为外观立体图。

(部分除去步骤)

在本实施方式涉及的部分除去步骤(S40)中，如图11的(a-1)、图11的(a-2)所示，通过与第三实施方式涉及的部分除去步骤(S4)相同的步骤，形成形成有图6的(a-1)、图6的(a-2)所示的外侧区域301b以及内侧区域301c的第一层生片301a。

(分割部形成步骤)

对于获得的第一层生片301a的外侧区域301b进行分割部形成步骤(S41)，即、如图11的(a-1)、图11的(a-2)所示，从部分除去部2001b朝向外侧，在本示例中向四个位置的成为部分除去部301e、301f、301g、301g的区域放射状地照射第一激光L1的第一能量，由此蒸散、除去生片300的成分。通过分割部形成步骤(S41)形成部分除去部301e、301f、301g、301h，从而，由分割区域301j、301k、301m、301n构成外侧区域301b。即、部分除去部301e、301f、301g、301h成为用于分割外侧区域301b的分割部。下面，将部分除去部301e、301f、301g、301h称为分割部301e、301f、301g、301h。

在进行包括分割部形成步骤(S41)的部分除去步骤(S40)之后，与第三实施方式涉及的三维形成方法一样，重复层叠步骤(S7)以及单层形成步骤(S100)，在层叠数比较步骤(S6)中，判断为n＝N，形成至图11的(b)所示的未烧结部除去步骤(S8)前的包括三维形状造形物2000的第N层30Nd。然后，通过分割部形成步骤(S41)在各层形成的分割部301e、301f、301g、301h层叠至第N层30Nd，构成为分割部310a、310b、310c、310d。而且，第一未烧结部310通过由分割部310a、310b、310c、310d分割的分割未烧结部310e、310f、310g、310h构成。

这样，由于第一未烧结部310通过由分割部310a、310b、310c、310d分割的分割未烧结部310e、310f、310g、310h构成，因此，在下面的未烧结部除去步骤(S8)中能够容易进行除去部的粉碎。

而且，在上述的的分割部形成步骤(S41)中，说明了将外侧区域301b分割成四部分的形态，但并不限于此，只要是分割成两部分以上的分割即可。而且，也可以是在内侧区域301c上形成分割部，也可以在外侧区域301b、内侧区域301c双方的区域形成分割部。

Claims (11)

1.一种三维形成装置，其特征在于，具备：

材料供给机构，把使混揉金属粉末和粘结剂而得的被烧结材料成形为片状后的生片配置于载物台上；

第一加热机构，供给使所述生片的一部分蒸散的第一能量；

第二加热机构，供给能够烧结所述生片一部分的第二能量；以及

驱动机构，相对于所述载物台，使所述第一加热机构以及所述第二加热机构能够进行相对的三维移动，

所述三维形成装置以围住通过所述材料供给机构供给到所述载物台上的所述生片的通过从所述第二加热机构供给的第二能量而被烧结的烧结区域的方式，从所述第一加热机构向所述生片供给所述第一能量。

2.根据权利要求1所述的三维形成装置，其特征在于，所述第一能量的输出与所述第二能量的输出不同。

3.根据权利要求1或2所述的三维形成装置，其特征在于，所述第一加热机构以及所述第二加热机构是激光照射机构。

4.一种三维形成方法，其特征在于，包括：

材料供给步骤，供给使混揉金属粉末和粘结剂而得的被烧结材料成形为片状后的生片；

单层形成步骤，通过部分除去步骤以及烧结步骤形成单层，在所述部分除去步骤中，向所述生片照射第一能量，蒸散、除去所述生片的一部分而形成除去部，在所述烧结步骤中，向所述生片照射第二能量，使所述生片的一部分烧结而形成烧结形成部；

层叠步骤，将通过所述单层形成步骤形成的所述单层作为第一单层，层叠于所述第一单层，通过所述单层形成步骤形成所述单层作为第二单层；以及

未烧结部除去步骤，从把所述层叠步骤重复规定的次数、所述烧结形成部层叠后的包括三维形状造形物的层叠体除去未烧结部。

5.根据权利要求4所述的三维形成方法，其特征在于，所述部分除去步骤以围住通过所述烧结步骤形成的所述烧结形成部的形成区域的方式形成除去部。

6.根据权利要求4或5所述的三维形成方法，其特征在于，所述第一能量以及所述第二能量是激光，所述第一能量以及所述第二能量的激光输出或激光波长不同。

7.根据权利要求4至6中任一项所述的三维形成方法，其特征在于，所述部分除去步骤还包括分割部形成步骤，所述分割部形成步骤形成把在所述未烧结部除去步骤中除去的所述未烧结部分割成多个的分割部。

8.一种三维形成装置，其特征在于，

作为把使混揉金属粉末和粘结剂而得的被烧结材料成形为片状后的生片配置于载物台上的材料供给机构的材料供给装置包括：片保持部，其保持放置于供给台的所述生片；以及供给驱动部，其使所述片保持部相对于所述供给台进行相对地移动，

作为第一加热机构和第二加热机构的烧结装置具备基台、相对于所述基台能够进行相对的三维移动的载物台以及用于加热被移送、层叠到所述载物台上的生片的加热装置，其中，所述第一加热机构供给使所述生片的一部分蒸散的第一能量，所述第二加热机构供给能够使所述生片的一部分烧结的第二能量，

所述三维形成装置以围住通过所述材料供给机构供给至所述载物台上的所述生片的通过从所述第二加热机构供给的第二能量被烧结的烧结区域的方式，从所述第一加热机构向所述生片供给所述第一能量。

9.根据权利要求8所述的三维形成装置，其特征在于，

所述烧结装置包括激光振荡器、使所述激光振荡器的激光照射到规定的照射位置的检流装置以及对所述生片控制所述激光的输出能量的多个激光控制器，

所述检流装置包括用于反射所述激光的检流镜以及驱动所述检流镜并使从所述激光振荡器发射的激光反射到规定的方向的镜驱动部。

10.一种三维形成装置，其特征在于，包括控制单元作为用于控制载物台、激光振荡器、检流装置、激光控制器以及材料供给装置的控制机构。

11.根据权利要求10所述的三维形成装置，其特征在于，在所述控制单元中，具备使载物台的驱动控制部、激光振荡器的驱动控制部、检流装置的驱动控制部、激光控制器的驱动控制部以及材料供给装置的驱动控制部联动进行动作的控制部。