CN106573412B - 三维形状造型物的制造方法及三维形状造型物 - Google Patents

Abstract

为了提供减小因三维形状造型物的上表面附近的应力而可能发生的三维形状造型物的翘曲的粉末烧结层叠法，提供一种反复进行粉末层形成及通过光束的照射的固化层形成的三维形状造型物的制造方法。特别在本发明中，通过将形成固化层的区域的一部分设为不照射光束的非照射部，在三维形状造型物的上表面设置至少1个用于减小三维形状造型物的应力的狭缝槽。

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

本申请涉及三维形状造型物的制造方法及三维形状造型物。更详细地讲，本申请涉及通过对粉末层照射光束而形成固化层的三维形状造型物的制造方法及由此得到的三维形状造型物。

背景技术

以往以来，已知对粉末材料照射光束而制造三维形状造型物的方法(通常称为“粉末烧结层积法”)。该方法中，基于以下的工序(i)及(ii)交替地反复实施粉末层形成和固体层形成来制造三维形状造型物(参照专利文献1或专利文献2)。

(i)对粉末层的规定部位照射光束，使该规定部位的粉末烧结或熔融固化而形成固化层的工序。

(ii)在所得到的固化层之上形成新的粉末层并同样照射光束而形成进一步的固化层的工序。

按照这样的制造技术，能够在短时间内制造复杂的三维形状造型物。在作为粉末材料而使用无机物的金属粉末的情况下，能够将得到的三维形状造型物作为模具使用。另一方面，在作为粉末材料而使用有机物的树脂粉末的情况下，能够将得到的三维形状造型物作为各种模型使用。

列举出作为粉末材料而使用金属粉末、使用由此得到的三维形状造型物作为模具的情况为例。如图11所示，首先，使刮刀(squeezing blade)23动作，在造型板21上形成规定厚度的粉末层22(参照图11(a))。接着，向粉末层的规定部位照射光束L，从粉末层形成固化层24(参照图11(b))。接着，在得到的固化层上形成新的粉末层，再次照射光束而形成新的固化层。如果像这样交替地反复实施粉末层形成和固化层形成，则固化层24层叠(参照图11(c))，最终能够得到由层叠化的固化层构成的三维形状造型物。形成为最下层的固化层24为与造型板21结合的状态，所以三维形状造型物和造型板成为一体化物。三维形状造型物与造型板的一体化物可以作为模具使用。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：特表平1－502890号公报

专利文献2：特开2000－73108号公报

发明内容

发明要解决的问题

在上述那样的粉末烧结层叠法中，本发明者们发现，在三维形状造型物中发生不希望的应力，根据该应力的大小，三维形状造型物会翘曲。在制造三维形状造型物时，被照射光束的粉末层的照射部位先熔化而成为熔融状态，然后如果被冷却则固化而形成固化层。当像这样从粉末层形成固化层时，存在于粉末层内的空隙减少，可能发生收缩现象。因而，认为由于这样的收缩现象而可能在固化层、即由它构成的三维形状造型物中发生应力(特别是“翘曲应力”)。

特别是，本发明者们发现，在最终得到的三维形状造型物中，这样的应力可能残留在三维形状造型物的上表面附近(设固化层的层叠方向为“上方”的情况下的三维形状造型物的上侧表面及其附近)(参照图15)。虽然尚未总结出特定的理论，但可以认为原因是：在三维形状造型物的制造时随着固化层的层叠，已经形成的固化层在通过后来的光束照射而形成固化层时受到热的影响，先产生的应力可能被缓和。换言之，位于最上及其附近的固化层中应力不会被缓和(或者即便应力被缓和，其程度也较小)，在这样的固化层中、即在三维形状造型物的上表面附近容易残留应力。

本发明是鉴于这样的情况而做出的。即，本发明的主要的目的是提供一种能够减小由于三维形状造型物的上表面附近的应力而可能发生的三维形状造型物的翘曲的粉末烧结层叠法。

用于解决问题的手段

为了达到上述目的，在本发明的一技术方案中，提供一种三维形状造型物的制造方法，通过以下的工序(i)和工序(ii)，交替地反复进行粉末层形成及固化层形成，(i)对粉末层的规定部位照射光束，使该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)在所得到的固化层上形成新的粉末层，并对该新的粉末层的规定部位照射光束而形成进一步的固化层的工序，该三维形状造型物的制造方法的特征在于，通过将形成上述固化层的区域的一部分作为不照射上述光束的非照射部，在该三维形状造型物的上表面设置至少1个用于减小上述三维形状造型物的应力的狭缝槽。

本发明还提供一种通过上述制造方法得到的三维形状造型物。有关本发明的一技术方案的三维形状造型物，将通过对粉末层照射光束而形成的固化层层叠而构成，在该三维形状造型物的上表面设有至少1个用于减小该三维形状造型物的应力的狭缝槽。

发明效果

根据本发明的一技术方案，能够减小可能在三维形状造型物的上表面附近发生的应力。由此，能够减小在粉末烧结层叠法中得到的三维形状造型物的翘曲。

附图说明

图1是示意地表示按照有关本发明的一技术方案的制造方法得到的三维形状造型物的形态的立体图及剖视图。

图2是示意地表示按照有关本发明的一技术方案的制造方法得到的三维形状造型物的形态的立体图及剖视图。

图3是用于说明狭缝开口的各种形态的示意图。

图4是用于说明狭缝开口的形状为交叉形状的形态的示意图。

图5是示意地表示作为树脂成形用模具使用的三维形状造型物的形态的立体图及剖视图。

图6是示意地表示将狭缝槽用填充材料填埋的形态的立体图。

图7是示意地表示将狭缝槽较深地设置的形态的立体图及剖视图。

图8是示意地表示将狭缝槽以锥状较深地设置的形态的立体图及剖视图。

图9是示意地表示狭缝槽的各种排列方式的立体图。

图10是示意地表示作为树脂成形用模具使用的三维形状造型物的具体的形态的立体图。

图11是示意地表示实施粉末烧结层叠法的光造型复合加工的工艺方式的剖视图。

图12是示意地表示光造型复合加工机的结构的立体图。

图13是表示光造型复合加工机的通常的动作的流程图。

图14是示意地表示相当于以往技术的树脂成形用模具及由其得到的树脂成形品的立体图。

图15是用于说明本发明者们发现的事项的曲线图。

具体实施方式

以下，参照附图更详细地说明本发明的一实施方式。附图中的各种要素的形态及尺寸只不过是例示，并不反映实际的形态及尺寸。

在本说明书中，“粉末层”例如是指“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”。此外，“粉末层的规定部位”实质上是指所制造的三维形状造型物的区域。因而，通过对存在于该规定部位的粉末照射光束，该粉末烧结或熔融固化而构成三维形状造型物。进而，在粉末层是金属粉末层的情况下，“固化层”是指“烧结层”，在粉末层是树脂粉末层的情况下，“固化层”是指“硬化层”。

此外，在本说明书直接或间接说明的“上下”的方向，例如是基于造型板与三维形状造型物的位置关系的方向，以造型板为基准，设制造三维形状造型物的一侧为“上方”，其相反侧为“下方”。

[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。特别举例在粉末烧结层叠法中附加性地进行三维形状造型物的切削处理的光造型复合加工。图11示意地表示光造型复合加工的工艺方式，图12及图13分别表示能够实施粉末烧结层叠法和切削处理的光造型复合加工机的主要的结构及动作的流程图。

光造型复合加工机1如图11及图12所示，具备粉末层形成机构2、光束照射机构3及切削机构4。

粉末层形成机构2如图11所示，是用于通过将金属粉末或树脂粉末等粉末以规定厚度铺设来形成粉末层的机构。光束照射机构3是用于向粉末层的规定部位照射光束L的机构。切削机构4是用于将层叠化的固化层的侧面、即三维形状造型物的表面切削的机构。

粉末层形成机构2如图11所示，主要具有粉末台25、刮刀23、造型台20及造型板21。粉末台25是能够在外周被壁26包围的粉末材料箱28内上下升降的台。刮刀23是将粉末台25上的粉末19向造型台20上供给、并能够在水平方向上移动以得到粉末层22的刀片。造型台20是能够在外周被壁27包围的造型箱29内上下升降的台。并且，造型板21配设在造型台20上，是作为三维形状造型物的基座的板。

光束照射机构3如图12所示，主要具有光束振荡器30及扫描振镜(galvanomirror)31。光束振荡器30是发出光束L的设备。扫描振镜31是将发出的光束L在粉末层扫描的机构，即光束L的扫描机构。

切削机构4如图12所示，主要具有铣削头40及驱动机构41。铣削头40是用于将层叠化的固化层的侧面、即三维形状造型物的表面切削的切削工具。驱动机构41是使铣削头40向希望的要切削部位移动的机构。

对光造型复合加工机1的动作详细叙述。光造型复合加工机的动作如图13的流程图所示，由粉末层形成步骤(S1)、固化层形成步骤(S2)及切削步骤(S3)构成。粉末层形成步骤(S1)是用于形成粉末层22的步骤。在该粉末层形成步骤(S1)中，首先将造型台20下降Δt(S11)，使得造型板21的上表面与造型箱29的上端面的水平差成为Δt。接着，在将粉末台25上升Δt后，如图11(a)所示使刮刀23从粉末材料箱28朝向造型箱29在水平方向上移动。由此，能够使配设在粉末台25上的粉末19向造型板21上移送(S12)，进行粉末层22的形成(S13)。作为用于形成粉末层的粉末材料，例如可以举出“平均粒径5μm～100μm左右的金属粉末”及“平均粒径30μm～100μm左右的尼龙、聚丙烯或ABS等树脂粉末”。在形成粉末层后，向固化层形成步骤(S2)转移。固化层形成步骤(S2)是通过光束照射来形成固化层24的步骤。在该固化层形成步骤(S2)中，从光束振荡器30发出光束L(S21)，由扫描振镜31将光束L向粉末层22上的规定部位扫描(S22)。由此，使粉末层的规定部位的粉末烧结或熔融固化，如图11(b)所示形成固化层24(S23)。作为光束L，可以使用碳酸气体激光、Nd：YAG激光、光纤激光或紫外线等。

粉末层形成步骤(S1)及固化层形成步骤(S2)交替地反复实施。由此，如图11(c)所示，多个固化层24层叠化。

如果层叠化的固化层24达到规定厚度(S24)，则向切削步骤(S3)转移。切削步骤(S3)是用于将层叠化的固化层24的侧面、即三维形状造型物的表面切削的步骤。通过使铣削头40(参照图11(c)及图12)驱动而开始切削步骤(S31)。例如在铣削头40具有3mm的有效刃长度的情况下，能够沿着三维形状造型物的高度方向进行3mm的切削处理，所以只要Δt是0.05mm，就能够在层叠了60层的固化层24的时间点驱动铣削头40。具体而言，一边由驱动机构41使铣削头40移动，一边对层叠化的固化层24的侧面实施切削处理(S32)。如果这样的切削步骤(S3)结束，则判断是否得到了希望的三维形状造型物(S33)。在依然没有得到希望的三维形状造型物的情况下，向粉末层形成步骤(S1)返回。以后，通过反复实施粉末层形成步骤(S1)～切削步骤(S3)而实施进一步的固化层的层叠化及切削处理，最终得到希望的三维形状造型物。

[本发明的制造方法]

有关本发明的一技术方案的制造方法在上述粉末烧结层叠法中，在固化层的形成方式上具有特征。

具体而言，通过将形成固化层的区域的一部分作为不照射光束的非照射部，在三维形状造型物的上表面设置至少1个狭缝槽。即，通过在固化层形成区域内(即，形成三维形状造型物的区域)局部地设置“不照射光束而不固化的非照射部”，在最终得到的三维形状造型物的上表面形成狭缝槽。

在图1中表示“在上表面130形成有狭缝槽150的三维形状造型物100”。根据图示的形态可知，狭缝槽150整体上具有细长的开口(即“狭缝开口”)，向三维形状造型物100的内部延伸。

在本发明的一技术方案中，“狭缝槽”是指整体上具有细长的形态的槽。即，“狭缝槽”因为是“狭缝”所以细长，因为是“槽”所以具有在三维形状造型物的上表面局部地凹陷的形态。另外，在本说明书中与“细长”关联使用的“狭缝”这一用语，是指纵横比(长边尺寸相对于短边尺寸的比)在3～100左右的范围内。

如果按照有关本发明的一技术方案的制造方法在三维形状造型物上设置狭缝槽，则可能在三维形状造型物的上表面附近发生的应力(特别是“翘曲应力”)减小。因此，根据本发明的一技术方案，能够减小通过粉末烧结层叠法制造的三维形状造型物的翘曲。

虽然尚未总结出特定的理论，但作为翘曲减小的原因可以推测为：由于存在狭缝槽，三维形状造型物的应力发生部位被分断，结果在三维形状造型物中残留的应力整体上减小。关于这一点，如上述那样在粉末烧结层叠法的实施时可能在三维形状造型物的上表面附近较大地发生应力(参照图15)，但在本发明的一技术方案中，由于在其上表面附近设置狭缝槽，所以能实现有效的应力减小。

鉴于这样的狭缝槽的特征性的作用，可以将本发明的一技术方案的狭缝槽称作“用于减小三维形状造型物的应力的狭缝槽”。

在有关本发明的一技术方案的制造方法中，狭缝槽设置于三维形状造型物的上表面。在将固化层的层叠方向规定为“上方”、将其反方向规定为“下方”的情况下，这里所述的“上表面”相当于位于“上侧”的三维形状造型物的表面。因此，在位于最上层及其下侧的至少1个固化层的形成时，可以通过将一部分的局部的区域作为非照射部不使其固化来设置狭缝槽。另外，“非照射部”相当于在由粉末层规定的“形成三维形状造型物的区域”中不被照射光束的部位，所以在该非照射部中“没有构成固化层的粉末”在光束照射后残留。通过将这样的残留的粉末最终从三维形状造型物除去来得到狭缝槽。

在本发明的一技术方案中，狭缝槽并不限定于1个。即，也可以在三维形状造型物的上表面设置多个狭缝槽。在这样的情况下，优选的是将多个狭缝槽规则性地排列。例如，也可以如图1所示在三维形状造型物100的上表面130，将多个狭缝槽150作为整体而对齐设置。如果将多个狭缝槽150像这样规则性地排列，则能够将在制造时可能发生的应力更均匀地减小。另外，规则性地排列的多个狭缝槽可以通过将在位于最上层及其下侧的至少1个固化层的形成时设置的“非照射部”设为同样规则性地排列的状态来得到。

在本说明书中，“规则性地排列”是指在三维形状造型物的上表面，多个狭缝槽二维地以某周期对齐或分布的形态。虽然仅仅是1个例示，但在规则性地排列的多个狭缝槽中，在某个方向上相邻的狭缝槽间的距离(即，相邻的两个狭缝槽的“相隔尺寸”)可以大致一定。

狭缝槽的形态不仅从有效地减小在制造时可能发生的应力的观点、从适度地保持三维形状造型物的构造强度的观点等来看也可以为特有的。具体而言，狭缝槽150所形成的狭缝开口的短边尺寸(图1中的“Dx”)优选设为0.05mm～1mm。如果狭缝开口的短边尺寸比0.05mm小，则难以得到有利于防止三维形状造型物的翘曲的程度的应力减小效果，另一方面，如果狭缝开口的短边尺寸比1mm大，则三维形状造型物的构造强度可能下降到必要以上。狭缝开口的短边尺寸更优选的是0.05mm～0.5mm。

同样，狭缝槽150所形成的狭缝开口的长边尺寸(图1中的“Dy”)优选的是1mm～30mm。如果狭缝开口的长边尺寸比1mm小，则难以得到有利于防止三维形状造型物的翘曲的程度的应力减小效果，另一方面，如果狭缝开口的长边尺寸比30mm大，则三维形状造型物的构造强度可能下降到必要以上。狭缝开口的长边尺寸更优选的是5mm～10mm。

具有这样的形态的狭缝槽能够通过在位于最上层及其下侧的至少1个固化层的形成时，使“非照射部”的短边尺寸及/或长边尺寸匹配于上述尺寸来得到。

这里，在本说明书中所述的“狭缝开口”，实质上是指将以固化层的层叠方向为法线方向的平面作为横截平面的情况下的狭缝槽的横截面(即，狭缝槽的矩形状的横截面，以下称作“矩形横截面”)。因此，“狭缝开口的短边尺寸”实质上是指这样的狭缝槽的矩形横截面的短边尺寸，另一方面，“狭缝开口的长边尺寸”实质上是指该狭缝槽的矩形横截面的长边尺寸。另外，为了方便，在本发明的一技术方案中，“狭缝开口的‘短边尺寸’及‘长边尺寸’”分别可以为三维形状造型物的上表面水平上的矩形横截面的“短边尺寸”及“长边尺寸”(即，图1所示的“Dx”及“Dy”)。

此外，在有关本发明的一技术方案的制造方法中，狭缝槽150的深度尺寸(图1中的“Dz”)优选的是三维形状造型物100的厚度尺寸的10％～50％。如果狭缝槽的深度尺寸比三维形状造型物的厚度尺寸的10％小，则难以得到有利于防止三维形状造型物的翘曲的程度的应力减小效果。另一方面，如果狭缝槽的深度尺寸比三维形状造型物的厚度尺寸的50％大，则虽然在应力减小效果这一点上没有显著性差异，但三维形状造型物的构造强度可能下降到必要以上。所以，狭缝槽的深度尺寸更优选的是三维形状造型物的厚度尺寸的10％～40％，更加优选的是三维形状造型物的厚度尺寸的10％～30％。根据图示的形态可知，这里所述的“三维形状造型物的厚度尺寸”是指作为对象的狭缝槽的设置部位处的三维形状造型物的厚度尺寸。

另外，狭缝槽的深度尺寸的调整可以通过调整设置“非照射部”的固化层的数量(具体而言，设置“非照射部”的“位于最上层及其下侧的固化层”的数量)来进行。即，如果使设置“非照射部”的固化层的数量多，则能够使狭缝槽的深度尺寸相对大，另一方面，如果使设置“非照射部”的固化层的数量少，则能够使狭缝槽的深度尺寸相对小。

像这样，狭缝槽的形态可以根据减小在制造时可能发生的应力的观点及适度地保持三维形状造型物的构造强度的观点来规定。这里，特别就狭缝开口的短边尺寸而言，也可以朝向上方逐渐变大。即，如图2所示，也可以将狭缝槽150设为锥状，以使狭缝槽150所形成的狭缝开口的短边尺寸从狭缝槽的底部朝向三维形状造型物的上表面130逐渐变大。这基于在三维形状造型物中在尽可能确保需要的构造强度的同时将应力发生部位更多地排除的思想。在该形态中，狭缝开口的短边尺寸在三维形状造型物的上表面水平上最大，另一方面在狭缝槽的底部水平上最小。应力在三维形状造型物的上表面附近可能较大地发生，而能够将这样的应力发生部位的上表面附近的造型物体积较多地排除的同时，尽可能抑制距该上表面较远的造型物体积的减少来确保需要的构造强度。关于这样的锥状的狭缝槽150，如图2所示的锥角度α优选的是100°～150°，更优选的是110°～140°。

锥状的狭缝槽可以通过在位于最上层及其下侧的至少1个固化层的形成时，随着向更上方侧的形成转移而使“非照射部”的短边尺寸逐渐变大来得到。

在有关本发明的一技术方案的制造方法中，狭缝开口的长边方向并不限定于单一的朝向，优选的是包含至少两个朝向的形态。即，如图3(i)～图3(vi)所示，狭缝开口150’细长地延伸的朝向并不限定于1个，优选的是以至少包含两个的形态设置狭缝槽150。例如在图3(i)所示的形态中，狭缝开口150’的长边方向不仅包含“a－a’的朝向”，还包含“b－b’的朝向”。同样，在图3(ii)所示的形态中，狭缝开口150’的长边方向不仅包含“a－a’的朝向”，还包含“b－b’的朝向”及“c－c’的朝向”。这里所述的“×－×’的朝向”是指狭缝开口的长边方向相当于“×方向或与其正相反的×’方向”，即，是指狭缝槽的开口沿着“×方向及与其正相反的×’方向”细长地延伸。

在“狭缝开口的长边方向至少包含两个朝向的形态”中，能够更有效地减小在三维形状造型物中可能发生的应力。更具体地讲，关于在三维形状造型物的上表面附近处的翘曲应力所作用的朝向，可以想到各种情形，而在这样的情况下也能够有效地减小翘曲应力。

图3(i)为以从『在“a－a’的朝向”上具有长边方向的狭缝开口150’』分支的方式设置了『在“b－b’的朝向”上具有长边方向的狭缝开口150’』的形态。图3(ii)为进一步分支而还设置了『在“c－c’的朝向”上具有长边方向的狭缝开口150’』的形态。本发明并不限定于这样的“分支”的形态，也可以是如图3(iii)所示的形态。即，也可以是从『在某个朝向(例如如图所示在“a－a’的朝向”)上具有长边方向的狭缝开口150’』的端部连续地延伸出『在其它朝向(例如如图所示在“d－d’的朝向”)上具有长边方向的狭缝开口150’”的形态。

在图3(i)～图3(iii)中，具有将具有相互不同的长边方向的狭缝开口彼此相互连结的形态，但本发明并不限定于此。如图3(iv)～图3(vi)所示，也可以是狭缝开口彼此相互分离的形态。更具体地讲，如图3(iv)所示，『在“a－a’的朝向”上具有长边方向的狭缝开口150’』和『在“b－b’的朝向”上具有长边方向的狭缝开口150’』也可以相互分离。在图3(v)中，还有『在“c－c’的朝向”上具有长边方向的狭缝开口150’』与『在“a－a’的朝向”上具有长边方向的狭缝开口150’』及『在“b－b’的朝向”上具有长边方向的狭缝开口150’』分离。图3(vi)也是同样的，『在“a－a’的朝向”上具有长边方向的狭缝开口150’』和『在“d－d’的朝向”上具有长边方向的狭缝开口150’』可以相互分离。这里，关于图3(iv)～图3(vi)的形态，还可以把握为：设置分别不同的狭缝槽，这些狭缝开口150’的长边方向相互不同。因而，在本说明书中使用的『狭缝开口的长边方向至少包含两个朝向的形态』是不仅适用于相互连结的狭缝槽，而且还适用于相互分离的狭缝槽、即单独设置的狭缝槽的事项。

举1个『狭缝开口的长边方向至少包含两个朝向的形态』的优选的例子，则为如图4所示狭缝开口150’的形状为交叉形状的例子。具体而言，特别如图4的平面图中的左下侧所示，是『在“a－a’的朝向”上具有长边方向的狭缝开口』与『在“e－e’的朝向”上具有长边方向的狭缝开口』相互交叉的狭缝开口150’的形态。在这样的“交叉形状”中，不论应力在怎样的方向上发生，都能够更有效地减小这样的应力，在这一点上能够起到有利的效果。另外，关于这样的形态，也可以把握为：如从『在“a－a’的朝向”上具有长边方向的狭缝开口』分支那样设置了进一步的狭缝开口的形态。即，如图4的平面图中的右上侧所示，能够把握为：通过这样的分支还设有『在“f－f’的朝向”上具有长边方向的狭缝开口』及『在“g－g’的朝向”上具有长边方向的狭缝开口』的形态。

根据图4所示的形态可知，在本说明书中使用的“交叉形状”，是指在同一平面上两个狭缝开口相互交叉的形状。在图4中为『在“a－a’的朝向”上具有长边方向的狭缝开口』与『在“e－e’的朝向”上具有长边方向的狭缝开口』相互交叉的形态，但这样的交叉角度没有被特别限制。即，交叉角度(图4所示的“β”)例如也可以是90°，但并不特别限定于此，也可以是45°≤β<90°或90°<β≤135°。

另外，『狭缝开口的长边方向至少包含两个朝向的形态』的狭缝槽可以通过使制造时的“非照射部”的形态自身为这样的形态来得到。即，使在位于最上层及其下侧的至少1个固化层的形成时设置的“非照射部”的形态自身为“长边方向至少包含两个朝向的形态』。

在有关本发明的一技术方案的制造方法中，作为三维形状造型物100例如可以制造树脂成形用模具。在这样的情况下，优选的是如图5所示在树脂成形用模具的分型面170设置狭缝槽150(图5的树脂成形用模具例示性地表示所谓的“芯侧”的模具)。在本说明书中，“分型面”实质上是指在将树脂成形用模具提供于实际的成形时与另一方的树脂成形用模具对合的面，即“模对合面”。

如图5所示，在分型面170设置狭缝槽150，而在腔体形成面180没有设置狭缝槽150。换言之，虽然对相当于芯侧及/或腔体侧的树脂成形用模具的“模对合面”的分型面170设置狭缝槽150，但在相当于“形成树脂成形品的面”的腔体形成面180没有设置狭缝槽150。在这样的形态中，由于在腔体形成面180上不存在狭缝槽150，所以能够不损害腔体形成面的形状地减小在树脂成形用模具中可能发生的应力，即减小树脂成形用模具的翘曲。此外，由于只不过是在“分型面170”这样的树脂成形用模具的一部分上设置狭缝槽，所以不会较大地损害树脂成形用模具的构造强度而能够减小树脂成形用模具的翘曲。

如上述那样，通过在“位于最上层及其下侧的至少1个固化层”的形成时留下非照射部而得到狭缝槽。这里，在将狭缝槽特别设置于分型面的情况下，可以将这样的位于分型面水平的固化层看作上述“最上层”。即，通过在位于分型面水平的固化层及其下侧的至少1个固化层的形成时留下非照射部，能够将狭缝槽设置于分型面。

如图5所示，优选的是在分型面170中将多个狭缝槽150规则性地排列。由此，能够将在树脂成形用模具的制造时在其上可能发生的应力更均匀地减小。

在有关本发明的一技术方案的制造方法中，如图6所示，也可以进行将狭缝槽用填充材料190填埋的处理。通过用填充材料190填埋，能够使三维形状造型物的构造强度提高。此外，用填充材料190填埋的情况不仅从构造强度的观点来看，在三维形状造型物(特别是将三维形状造型物作为“树脂成形用模具”使用的情况下)的热传导特性这一点上也是优选的。关于这一点，在作为填充材料190使用金属材料的情况下能够提高三维形状造型物100的热传导率。相对于此，在作为填充材料190使用树脂材料的情况下能够降低三维形状造型物100的热传导率。也可以使填充金属材料的狭缝槽和填充树脂材料的狭缝槽混合存在。在这样的情况下，通过调整“填充金属材料的狭缝槽”及“填充树脂材料的狭缝槽”的各自的个数，容易得到希望的热传导特性。

作为填充材料190使用的“金属材料”优选的是低熔点金属，例如可以是焊料及/或锌。另一方面，作为填充材料190使用的“树脂材料”优选的是热硬化树脂，也可以是从例如由酚醛树脂、尿素树脂、密胺树脂、不饱和聚酯树脂及环氧树脂构成的组中选择的至少1种。

虽然没有被特别限制，但能够通过将流动状态的填充材料供给到狭缝槽中之后使其固化或硬化来将狭缝槽用填充材料填埋。例如，能够通过使低熔点金属等金属材料通过加热等成为熔融状态后向狭缝槽供给，接着，加以冷却使金属材料固化，来将狭缝槽填埋。此外，在使用热硬化树脂等树脂材料的情况下，能够通过将未硬化状态或半硬化状态的树脂材料向狭缝槽供给，接着，加以热处理或光处理等使其硬化，来将狭缝槽填埋。为了将填充材料向狭缝槽适当地供给，既可以在三维形状造型物的上表面使用“仅使狭缝槽局部地露出的掩模”，也可以经由这样的掩模进行向狭缝槽的供给。

在上述中，为了本发明的理解而说明了典型的实施方式，但作为有关本发明的一技术方案的制造方法，可以考虑各种具体的实施方式。

例如，在形成由高密度区域和低密度区域构成的固化层的情况下，特别优选的是在相当于高密度区域的部分设置狭缝槽。这是因为，认为三维形状造型物的制造时的应力在高密度区域中可能更大地发生，而在这样的区域中设置狭缝槽能够有效地减小应力。例如在形成由“固化密度为95％～100％的高密度区域”和“固化密度为0～95％(不包含95％)的低密度区域”构成的固化层的情况下，优选的是至少在固化密度为95％～100％的高密度区域中设置狭缝槽。即，在狭缝槽设置于三维形状造型物的上表面的情况下，优选的是使该狭缝槽的至少一部分在高密度区域(固化密度为95％～100％)中延伸。另外，这里所述的“固化密度(％)”实质上是指通过对三维形状造型物的截面照片进行图像处理而求出的固化截面密度(固化材料的占有率)。所使用的图像处理软件是Scion Image ver.4.0.2(Scion公司制的免费软件)，在将截面图像二值化为固化部(白)和空孔部(黑)后，通过将图像的全部像素数Px_all及固化部(白)的像素数Px_white进行计数，能够用以下的式1求出固化截面密度ρ_S。

[式1]

此外，在有关本发明的一技术方案的制造方法中，狭缝槽的深度尺寸也可以比三维形状造型物的厚度尺寸的50％大。例如，也可以如图7所示将狭缝槽150较深地设置，以使狭缝槽150到达三维形状造型物100与造型板21的界面140。关于这一点，认为在三维形状造型物100与造型板21的界面附近也可能发生应力，将该界面附近的应力能够通过狭缝槽150减小。与三维形状造型物100一体化的造型板21是由钢材等构成的刚体，在三维形状造型物100的制造时与固化层同样不能收缩，所以认为在三维形状造型物100与造型板21的界面附近也可能发生应力。该界面附近的应力是在与造型板的平衡下发生的比较大的应力，认为即使进行上述的“应力缓和”也会残留某种程度的大小的应力。

在将狭缝槽150较深地设置到三维形状造型物与造型板的界面的情况下，如图7所示，狭缝槽150所形成的狭缝开口的短边尺寸可以在深度方向上为一定。也可以用其它方法，如参照图2说明那样将狭缝槽以锥状较深地设置。具体而言，如图8(a)所示，也可以将狭缝槽150设置为，狭缝开口的短边尺寸从三维形状造型物100与造型板21的界面140朝向三维形状造型物100的上表面130逐渐变大。进而，如果特别重视更有效地减小在三维形状造型物100与造型板21的界面附近可能发生的应力这一点，则如图8(b)所示，也可以将狭缝槽150设置为，狭缝开口的短边尺寸朝向上方及下方的两方向逐渐变大。即，也可以是，狭缝开口的短边尺寸从三维形状造型物100的内部朝向上表面130逐渐变大，并且从该内部以反方向朝向三维形状造型物100与造型板21的界面140也同样逐渐变大。

此外，作为在三维形状造型物上设置的多个狭缝槽的配置形态，可以考虑各种形态。特别在使用三维形状造型物100作为树脂成形用模具的情况下，设置于分型面170的多个狭缝槽150并不限定于图5所示的形态。例如，设置于分型面170的多个狭缝槽150也可以是图9(a)～图9(d)所示的形态。图9(a)是多个狭缝槽150朝向分型面170的外周缘均匀地延伸的形态。在将分型面170看作整体的情况下，“位于A区域170A的狭缝槽150的狭缝开口的长边方向的朝向”和“位于B区域170B的狭缝槽150的狭缝开口的长边方向的朝向”处于成90°的角度的关系。图9(b)是多个狭缝槽150相互交叉以使得狭缝开口150’整体上具有格子形态的形态。狭缝开口150’分别与长边方向的朝向相差90°的其它多个狭缝开口150’交叉。图9(c)是在分型面170将狭缝槽150设为环状的形态。更具体地讲，将狭缝槽150设置为，具有连续的形态的多个环状的狭缝开口150’相互分离。图9(d)是多个交叉形状的狭缝开口150’均匀地分布的形态。在狭缝开口150’的形状为“交叉形状”这一点上与图5的形态是共通的，但在狭缝槽150的排列形态上有差异。具体而言，在图9(d)的形态中，狭缝开口列M的间距P_M和与其并列设置的其它狭缝开口列N的间距P_N具有相互匹配的关系。相对于此，在图5的形态中，狭缝开口列M的间距P_M和狭缝开口列N的间距P_N具有相互斜向错开的关系。更具体地讲，在图5的形态中，在相互相邻缝开口列之间，狭缝开口的配置在开口列轴的方向上相差“半个间距的量”。

不论是图9(a)～图9(d)所示的哪种形态，狭缝开口150’的长边方向都不限定于单一的朝向，而是至少包括两个朝向的形态，能够更有效地减小在三维形状造型物100中可能发生的应力。

[本发明的三维形状造型物]

有关本发明的一技术方案的三维形状造型物是通过上述制造方法得到的。因而，有关本发明的一技术方案的三维形状造型物通过对粉末层照射光束而形成的固化层层叠而构成，在三维形状造型物的上表面设有至少1个用于减小三维形状造型物的应力的狭缝槽。由于这样设置狭缝槽，在三维形状造型物中残留的应力(以下也称作“残留应力”)减小，防止了三维形状造型物的翘曲。

由于上述制造方法，有关本发明的一技术方案的三维形状造型物是在造型板上与其一体地得到的。因而，如图1所示，三维形状造型物100在其下表面与造型板21接合。

关于有关本发明的一技术方案的三维形状造型物，“用于减小应力的狭缝槽”是指在三维形状造型物的制造时用于减小在其上表面附近可能发生的应力的狭缝槽。如上述那样，“狭缝槽”因为是“狭缝”所以细长，此外因为是“槽”所以具有在三维形状造型物的上表面上局部地凹陷的形态(例如是指纵横比为3～100的范围内的“狭缝”)。

狭缝槽150优选的是设有多个，更优选的是多个狭缝槽150在三维形状造型物100的上表面130规则性地排列。即，例如如图1及图4所示，优选的是在三维形状造型物100的上表面130，多个狭缝槽150二维地以某周期对齐或分布。由于多个狭缝槽150像这样规则性地排列，三维形状造型物100中的残留应力更均匀地减小，更有效地防止三维形状造型物的翘曲。

三维形状造型物100可以作为树脂成形用模具使用(参照图5及图9)。这里所述的“树脂成形”，是指用于得到树脂成形品的通常的成形，例如是指注射成型、挤压成形、压缩成形、传递成形或喷吹成形等。此外，图5及图9所示的树脂成形用模具是所谓的“芯侧”，但有关本发明的一技术方案的三维形状造型物100也可以作为“腔体侧”的树脂成形用模具使用。在将三维形状造型物作为树脂成形用模具使用的情况下，优选的是在树脂成形用模具的分型面设置狭缝槽。即，如图5所示，优选的是，对树脂成形用模具的分型面170(即“模对合面”)设置狭缝槽150，而在腔体形成面180不设置狭缝槽150。

在三维形状造型物100中，如图6所示，从构造强度及/或热传导特性的观点出发，也可以将狭缝槽用填充材料190填埋。即，如上述那样，也可以为作为填充材料190而将金属材料及/或树脂材料填满到狭缝槽中的形态。在此情况下，填满在狭缝槽中的填充材料所形成的上表面与三维形状造型物的上表面实质上为同面状态。

除此以外，三维形状造型物的各种具体的特征及关联的效果等已在上述[本发明的制造方法]中触及，所以为了避免重复而省略这里的说明。

有关本发明的一技术方案的三维形状造型物中的狭缝槽不仅在“翘曲防止”这一点上是优选的，在其它方面也能够起到良好的效果，所以对此进行说明。

具体而言，在使用三维形状造型物作为树脂成形用模具的情况下，设置于分型面的狭缝槽在树脂成形时能够作为排气口发挥功能(这里所述的“排气口”对于本领域技术人员而言也称作“排气回路”)。如果在注射成形等的成形时向树脂成形用模具的腔体空间注入原料树脂，则在腔体空间中此前存在的空气与原料树脂替换，空气从腔体空间排出。作为用于接纳这样被排出的空气的空间，可以使用狭缝槽。对此详细叙述。当使用树脂成形用模具进行成形时，树脂成形用模具的所谓的“芯侧”和“腔体侧”被相互合模，它们的分型面彼此接触。虽然这样接触，但在微观上发生了空气流通的间隙。所以，如果对合模后的树脂成形用模具的腔体空间注入原料树脂，则该腔体空间的空气经由该微观的间隙向狭缝槽流入，该狭缝槽起到作为排气口的作用。另外，虽然在狭缝槽中一开始就存在空气，但在原料树脂的注入时，腔体空间的空气成为被加压的状态，因为是该加压的状态，所以腔体空间的空气能够向狭缝槽进入。

在使用三维形状造型物作为树脂成形用模具的情况下，通常考虑在腔体形成面上形成由低密度区域构成的通气路径，将其利用为排气口。但是，在此情况下，由于低密度区域即“稀疏区域”，得到的树脂成形品的表面有可能粗糙。关于这一该点，在有关本发明的一技术方案的三维形状造型物中，狭缝槽不是设置于腔体形成面、而是设置于分型面，所以树脂成形品的表面不会不希望地变粗糙。

关于使狭缝槽在树脂成形时作为排气口发挥功能的情况，参照图10及图14说明更具体的形态。图14(a)表示相当于以往技术的树脂成形用模具100’(特别是芯侧的模具)，图14(b)表示通过这样的模具得到的树脂成形品200。根据图示的形态可知，在图14(a)的树脂成形用模具100’中用“170”表示的部分相当于分型面(更正确地讲，相当于“分型面的一部分”)。

另一方面，图10表示作为树脂成形用模具使用的有关本发明的一技术方案的三维形状造型物100。在图10所示的树脂成形用模具中，在相当于上述分型面170的部分设有狭缝槽150。这样的树脂成形用模具也能够得到图14(b)所示的树脂成形品200，但由于在树脂成形时狭缝槽150能够作为排气口发挥功能，所以在这一点上成为更优选的树脂成形用模具。另外，在图10所示的树脂成形用模具中，设有在合模后能够实现与狭缝槽150的连通的“气体流路槽160”，在原料树脂的注入时腔体空间的空气容易被向狭缝槽150排出。该气体流路槽160具有相对于分型面170稍稍凹陷的形态，如图10所示优选的是在腔体空间165与狭缝槽150之间与它们连续地相连。

以上，对本发明的实施方式进行了说明，但它不过是表示本发明的应用范围中的典型例。因而，本发明并不限定于在上述中说明的实施方式，本领域的技术人员应该容易理解能够进行各种变更。

例如，本发明的制造方法不仅对于附加地进行切削处理的粉末烧结层叠法(参照图11及图12)、对于不进行切削处理的粉末烧结层叠法也同样能够实施。

此外，关于狭缝槽所形成的狭缝开口的矩形状，以如图1等所示具有“带角的形态”为前提，但并不一定限定于此。狭缝开口也可以具有不带有角的形态或整体上带有圆度的形态等。

进而，在上述中言及了狭缝开口的短边尺寸朝向上方逐渐变大的锥形态，但狭缝开口的长边尺寸也可以具有同样的形态。即，也可以将狭缝槽设置为，狭缝槽所形成的狭缝开口的长边尺寸从狭缝槽的底部朝向三维形状造型物的上表面逐渐变大。

另外，上述那样的本发明包含以下的优选的技术方案。

第1技术方案：一种三维形状造型物的制造方法，通过以下的工序(i)和工序(ii)，交替地反复进行粉末层形成及固化层形成，(i)对粉末层的规定部位照射光束，使该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)在所得到的固化层上形成新的粉末层，并对该新的粉末层的规定部位照射光束而形成进一步的固化层的工序，该三维形状造型物的制造方法的特征在于，通过将形成上述固化层的区域的一部分作为不照射上述光束的非照射部，在该三维形状造型物的上表面设置至少1个用于减小上述三维形状造型物的应力的狭缝槽。

第2技术方案：在上述第1技术方案的三维形状造型物的制造方法中，其特征在于，在上述上表面，以多个上述狭缝槽规则性地排列的方式设置该狭缝槽。

第3技术方案：在上述第1技术方案或第2技术方案的三维形状造型物的制造方法中，其特征在于，将上述狭缝槽所形成的狭缝开口的短边尺寸设为0.05mm～1mm。

第4技术方案：在上述第1技术方案～第3技术方案的任一项三维形状造型物的制造方法中，其特征在于，将上述狭缝槽的深度尺寸设为上述三维形状造型物的厚度尺寸的10％～50％。

第5技术方案：在上述第1技术方案～第4技术方案的任一项三维形状造型物的制造方法中，其特征在于，以上述狭缝槽所形成的狭缝开口的短边尺寸从该狭缝槽的底部朝向上述上表面逐渐变大的方式设置该狭缝槽。

第6技术方案：在上述第1技术方案～第5技术方案的任一项三维形状造型物的制造方法中，其特征在于，以成为上述狭缝槽所形成的狭缝开口的长边方向至少包括两个朝向的形态的方式设置该狭缝槽。

第7技术方案：在上述第6技术方案的三维形状造型物的制造方法中，其特征在于，将上述狭缝开口的形状设为交叉形状。

第8技术方案：在上述第1技术方案～第7技术方案的任一项三维形状造型物的制造方法中，其特征在于，作为上述三维形状造型物而制造树脂成形用模具，在该树脂成形用模具的分型面设置上述狭缝槽。

第9技术方案：在上述第1技术方案～第8技术方案的任一项三维形状造型物的制造方法中，其特征在于，将上述狭缝槽用填充材料填埋。

第10技术方案：一种三维形状造型物，将通过对粉末层照射光束而形成的固化层层叠而构成，其特征在于，在该三维形状造型物的上表面设有至少1个用于减小上述三维形状造型物的应力的狭缝槽。

第11技术方案：在上述第10技术方案的三维形状造型物中，其特征在于，多个上述狭缝槽在上述上表面上规则性地排列。

第12技术方案：在上述第10技术方案或第11技术方案的三维形状造型物中，其特征在于，上述三维形状造型物是树脂成形用模具，在该该树脂成形用模具的分型面设有上述狭缝槽。

第13技术方案：在上述第12技术方案的三维形状造型物中，其特征在于，上述狭缝槽在树脂成形时作为排气口发挥功能。

产业上的可利用性

通过实施有关本发明的一技术方案的三维形状造型物的制造方法，能够制造各种物品。例如，在“粉末层是无机物的金属粉末层、固化层为烧结层的情况下”，能够将得到的三维形状造型物作为塑料注射成形用模具、冲压模具、压铸模具，铸造模具、锻造模具等的模具使用。另一方面，在“粉末层是有机物的树脂粉末层、固化层为硬化层的情况下”，能够将得到的三维形状造型物作为树脂成形品使用。

相关申请的交叉引用

本申请主张基于日本专利申请第2014－155292号(申请日：2014年7月30日，发明名称：“三维形状造型物的制造方法及三维形状造型物”)的巴黎条约上的优先权。将在该申请中公开的内容全部通过该引用而包含在本说明书中。

标号说明

22 粉末层

24 固化层

100 三维形状造型物

130 三维形状造型物的上表面

150 狭缝槽

150’ 狭缝开口

170 分型面

190 填充材料

Dx 狭缝开口的短边尺寸

Dz 狭缝槽的深度

L 光束

Claims (13)

1.一种三维形状造型物的制造方法，通过以下的工序(i)和工序(ii)，交替地反复进行粉末层形成及固化层形成，

(i)对粉末层的规定部位照射光束，使该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)在所得到的固化层上形成新的粉末层，并对该新的粉末层的规定部位照射光束而形成进一步的固化层的工序，

该三维形状造型物的制造方法的特征在于，

通过将形成上述固化层的区域的一部分作为不照射上述光束的非照射部，在最终得到的该三维形状造型物的上表面设置至少1个用于减小上述三维形状造型物的应力的狭缝槽，

上述三维形状造型物是模具，在该模具的分型面设有上述狭缝槽。

2.如权利要求1所述的三维形状造型物的制造方法，其特征在于，

在上述上表面，以多个上述狭缝槽规则性地排列的方式设置该狭缝槽。

3.如权利要求1所述的三维形状造型物的制造方法，其特征在于，

将上述狭缝槽所形成的狭缝开口的短边尺寸设为0.05mm～1mm。

4.如权利要求1所述的三维形状造型物的制造方法，其特征在于，

将上述狭缝槽的深度尺寸设为上述三维形状造型物的厚度尺寸的10％～50％。

5.如权利要求1所述的三维形状造型物的制造方法，其特征在于，

以上述狭缝槽所形成的狭缝开口的短边尺寸从该狭缝槽的底部朝向上述上表面逐渐变大的方式设置该狭缝槽。

6.如权利要求1所述的三维形状造型物的制造方法，其特征在于，

以成为上述狭缝槽所形成的狭缝开口的长边方向至少包括两个朝向的形态设置该狭缝槽。

7.如权利要求6所述的三维形状造型物的制造方法，其特征在于，

将上述狭缝开口的形状设为交叉形状。

8.如权利要求1所述的三维形状造型物的制造方法，其特征在于，

上述模具是树脂成形用模具。

9.如权利要求1所述的三维形状造型物的制造方法，其特征在于，

将上述狭缝槽用填充材料填埋。

10.一种三维形状造型物，将对粉末层照射光束而形成的固化层层叠而构成，其特征在于，

在该三维形状造型物的上表面设有至少1个用于减小上述三维形状造型物的应力的狭缝槽，

上述三维形状造型物是模具，在该模具的分型面设有上述狭缝槽。

11.如权利要求10所述的三维形状造型物，其特征在于，

在上述上表面，多个上述狭缝槽规则性地排列。

12.如权利要求10所述的三维形状造型物，其特征在于，

上述模具是树脂成形用模具。

13.如权利要求12所述的三维形状造型物，其特征在于，

上述狭缝槽在树脂成形时作为排气口发挥功能。