CN107020739B - 三维造型物的制造方法 - Google Patents

三维造型物的制造方法 Download PDF

Info

Publication number
CN107020739B
CN107020739B CN201710062556.7A CN201710062556A CN107020739B CN 107020739 B CN107020739 B CN 107020739B CN 201710062556 A CN201710062556 A CN 201710062556A CN 107020739 B CN107020739 B CN 107020739B
Authority
CN
China
Prior art keywords
layer
support layer
shaped object
dimensional shaped
structural
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201710062556.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN107020739A (zh
Inventor
冈本英司
石田方哉
和田启志
平井利充
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Seiko Epson Corp
Original Assignee
Seiko Epson Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Seiko Epson Corp filed Critical Seiko Epson Corp
Priority to CN202010603855.9A priority Critical patent/CN111745960B/zh
Publication of CN107020739A publication Critical patent/CN107020739A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107020739B publication Critical patent/CN107020739B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F7/00—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression
    • B22F7/002—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression of porous nature
    • B22F7/004—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression of porous nature comprising at least one non-porous part
    • B22F7/006—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression of porous nature comprising at least one non-porous part the porous part being obtained by foaming
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B44—DECORATIVE ARTS
    • B44C—PRODUCING DECORATIVE EFFECTS; MOSAICS; TARSIA WORK; PAPERHANGING
    • B44C3/00—Processes, not specifically provided for elsewhere, for producing ornamental structures
    • B44C3/02—Superimposing layers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/10—Processes of additive manufacturing
    • B29C64/106—Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material
    • B29C64/124—Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material using layers of liquid which are selectively solidified
    • B29C64/129—Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material using layers of liquid which are selectively solidified characterised by the energy source therefor, e.g. by global irradiation combined with a mask
    • B29C64/135—Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material using layers of liquid which are selectively solidified characterised by the energy source therefor, e.g. by global irradiation combined with a mask the energy source being concentrated, e.g. scanning lasers or focused light sources
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/40—Structures for supporting workpieces or articles during manufacture and removed afterwards
    • B22F10/43—Structures for supporting workpieces or articles during manufacture and removed afterwards characterised by material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/40—Structures for supporting workpieces or articles during manufacture and removed afterwards
    • B22F10/47—Structures for supporting workpieces or articles during manufacture and removed afterwards characterised by structural features
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B28—WORKING CEMENT, CLAY, OR STONE
    • B28B—SHAPING CLAY OR OTHER CERAMIC COMPOSITIONS; SHAPING SLAG; SHAPING MIXTURES CONTAINING CEMENTITIOUS MATERIAL, e.g. PLASTER
    • B28B1/00—Producing shaped prefabricated articles from the material
    • B28B1/001—Rapid manufacturing of 3D objects by additive depositing, agglomerating or laminating of material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C35/00—Heating, cooling or curing, e.g. crosslinking or vulcanising; Apparatus therefor
    • B29C35/02—Heating or curing, e.g. crosslinking or vulcanizing during moulding, e.g. in a mould
    • B29C35/08—Heating or curing, e.g. crosslinking or vulcanizing during moulding, e.g. in a mould by wave energy or particle radiation
    • B29C35/0805—Heating or curing, e.g. crosslinking or vulcanizing during moulding, e.g. in a mould by wave energy or particle radiation using electromagnetic radiation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/10—Processes of additive manufacturing
    • B29C64/165—Processes of additive manufacturing using a combination of solid and fluid materials, e.g. a powder selectively bound by a liquid binder, catalyst, inhibitor or energy absorber
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/20—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • B29C64/205—Means for applying layers
    • B29C64/209—Heads; Nozzles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/20—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • B29C64/264—Arrangements for irradiation
    • B29C64/268—Arrangements for irradiation using laser beams; using electron beams [EB]
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/30—Auxiliary operations or equipment
    • B29C64/307—Handling of material to be used in additive manufacturing
    • B29C64/321—Feeding
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/40—Structures for supporting 3D objects during manufacture and intended to be sacrificed after completion thereof
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B18/00—Layered products essentially comprising ceramics, e.g. refractory products
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y10/00—Processes of additive manufacturing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y30/00—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y40/00—Auxiliary operations or equipment, e.g. for material handling
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y70/00—Materials specially adapted for additive manufacturing
    • B33Y70/10—Composites of different types of material, e.g. mixtures of ceramics and polymers or mixtures of metals and biomaterials
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y80/00—Products made by additive manufacturing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/10—Formation of a green body
    • B22F10/16—Formation of a green body by embedding the binder within the powder bed
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/60—Treatment of workpieces or articles after build-up
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F12/00—Apparatus or devices specially adapted for additive manufacturing; Auxiliary means for additive manufacturing; Combinations of additive manufacturing apparatus or devices with other processing apparatus or devices
    • B22F12/30—Platforms or substrates
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F12/00—Apparatus or devices specially adapted for additive manufacturing; Auxiliary means for additive manufacturing; Combinations of additive manufacturing apparatus or devices with other processing apparatus or devices
    • B22F12/50—Means for feeding of material, e.g. heads
    • B22F12/55—Two or more means for feeding material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2999/00—Aspects linked to processes or compositions used in powder metallurgy
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C35/00—Heating, cooling or curing, e.g. crosslinking or vulcanising; Apparatus therefor
    • B29C35/02—Heating or curing, e.g. crosslinking or vulcanizing during moulding, e.g. in a mould
    • B29C35/08—Heating or curing, e.g. crosslinking or vulcanizing during moulding, e.g. in a mould by wave energy or particle radiation
    • B29C35/0805—Heating or curing, e.g. crosslinking or vulcanizing during moulding, e.g. in a mould by wave energy or particle radiation using electromagnetic radiation
    • B29C2035/0838—Heating or curing, e.g. crosslinking or vulcanizing during moulding, e.g. in a mould by wave energy or particle radiation using electromagnetic radiation using laser
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29K—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
    • B29K2105/00—Condition, form or state of moulded material or of the material to be shaped
    • B29K2105/06—Condition, form or state of moulded material or of the material to be shaped containing reinforcements, fillers or inserts
    • B29K2105/16—Fillers
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/60—Aspects relating to the preparation, properties or mechanical treatment of green bodies or pre-forms
    • C04B2235/602—Making the green bodies or pre-forms by moulding
    • C04B2235/6026—Computer aided shaping, e.g. rapid prototyping
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/74—Physical characteristics
    • C04B2235/77—Density
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/96—Properties of ceramic products, e.g. mechanical properties such as strength, toughness, wear resistance
    • C04B2235/9607—Thermal properties, e.g. thermal expansion coefficient
    • C04B2235/9615—Linear firing shrinkage
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2237/00—Aspects relating to ceramic laminates or to joining of ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/30—Composition of layers of ceramic laminates or of ceramic or metallic articles to be joined by heating, e.g. Si substrates
    • C04B2237/32—Ceramic
    • C04B2237/34—Oxidic
    • C04B2237/341—Silica or silicates
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2237/00—Aspects relating to ceramic laminates or to joining of ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/30—Composition of layers of ceramic laminates or of ceramic or metallic articles to be joined by heating, e.g. Si substrates
    • C04B2237/32—Ceramic
    • C04B2237/34—Oxidic
    • C04B2237/343—Alumina or aluminates
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2237/00—Aspects relating to ceramic laminates or to joining of ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/30—Composition of layers of ceramic laminates or of ceramic or metallic articles to be joined by heating, e.g. Si substrates
    • C04B2237/32—Ceramic
    • C04B2237/34—Oxidic
    • C04B2237/345—Refractory metal oxides
    • C04B2237/346—Titania or titanates
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2237/00—Aspects relating to ceramic laminates or to joining of ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/30—Composition of layers of ceramic laminates or of ceramic or metallic articles to be joined by heating, e.g. Si substrates
    • C04B2237/32—Ceramic
    • C04B2237/34—Oxidic
    • C04B2237/345—Refractory metal oxides
    • C04B2237/348—Zirconia, hafnia, zirconates or hafnates
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2237/00—Aspects relating to ceramic laminates or to joining of ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/50—Processing aspects relating to ceramic laminates or to the joining of ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/68—Forming laminates or joining articles wherein at least one substrate contains at least two different parts of macro-size, e.g. one ceramic substrate layer containing an embedded conductor or electrode
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25—Process efficiency

Abstract

一种三维造型物的制造方法，制造高精度的三维造型物。三维造型物的制造方法是对层进行层叠来形成层叠体，从而制造三维造型物的，其特征在于，具有：结构层形成工序，形成与三维造型物的结构区域对应的结构层(310)；支承层形成工序，形成与结构层(310)接触并支承该结构层(310)的支承层(300)；以及烧结工序，烧结结构层(310)，支承层(300)构成为，与至少从两方向被结构层(310)所包围的空间(S)伴随烧结工序的体积减少量相比，在该空间(S)中支承该结构层(310)的支承层(300)伴随该烧结工序的体积减少量大。

Description

三维造型物的制造方法
技术领域
本发明涉及三维造型物的制造方法。
背景技术
以往，实施有通过对层进行层叠来制造三维造型物的制造方法。其中，公开有在形成与三维造型物的结构区域对应的结构层时一边支承该结构层一边制造三维造型物的制造方法。
例如，在专利文献1中公开了通过进行多次由粉末材料形成层并将结合剂喷出到与三维造型物的结构区域对应的部分(即结构层)这样的循环，一边由与结构区域对应的部分以外的粉末材料来支承结构层一边制造三维造型物的制造方法。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平6-218712号公报
发明内容
发明要解决的技术问题
三维造型物能够通过各种材料构成，例如有时通过金属、陶瓷等形成三维造型物的形状并在完成三维造型物的形状之后对其进行烧结。其中，有时一并加热三维造型物的结构层以及其支承层并对结构层进行烧结。在这样的情况下，由于支承层具有支承烧结过程中的结构层的作用并且在烧结后易于与结构层剥离，因此通常使用结构层的烧结所带来的形状变化少并且结构层的烧结不会带来熔融以及烧结的支承层。
然而，如果形成这样的支承层，则在形成三维造型物的结构层时一边支承该结构层一边制造三维造型物的以往的制造方法中，有时支承层的形状变化不会伴随结构层的烧结所带来的体积变化(收缩)，结构层发生形变(即三维造型物的烧结体变形)。即，有时因结构层的形变而无法制造高精度的三维造型物。
因此，本发明的目的是制造高精度的三维造型物。
用于解决技术问题的手段
用于解决上述技术问题的本发明的第一方式提供一种三维造型物的制造方法，对层进行层叠来形成层叠体，从而制造三维造型物，其特征在于，所述三维造型物的制造方法具有：结构层形成工序，形成与三维造型物的结构区域对应的结构层；支承层形成工序，形成与所述结构层接触并支承该结构层的支承层；以及烧结工序，烧结所述结构层，所述支承层构成为，与至少从两方向被所述结构层所包围的空间伴随所述烧结工序的体积减少量相比，在所述空间中支承所述结构层的所述支承层伴随所述烧结工序的体积减少量大。
根据本方式，支承层构成为，与至少从两方向被结构层所包围的空间伴随烧结工序的体积减少量相比，在该空间中支承该结构层的支承层伴随该烧结工序的体积减少量大。即，支承层对应于结构层的伴随烧结的体积变化(收缩)而发生形状变化，支承层不妨碍结构层伴随烧结的收缩。因此，能够抑制三维造型物的烧结体变形，从而能够制造高精度的三维造型物。
此外，“被结构层所包围的空间伴随烧结工序的体积减少量”意指基于结构层的构成材料的体积减少量，意指在该空间无支承层的情况下的该空间的在烧结工序后的体积减少量。
另外，“至少从两方向被结构层所包围的空间”意指例如有底或无底的筒状形状中的内部空间、与底部相比开放部宽或窄的杯状形状的内部空间等在整体形状各向同性地变小时其体积变小的内部空间。
本发明的第二方式的三维造型物的制造方法，其特征在于，在所述第一方式中，所述支承层在所述空间中支承所述结构层的至少一部分伴随所述烧结工序发生构造变化。
根据本方式，支承层在所述空间中支承结构层的至少一部分伴随烧结工序发生构造变化。因此，支承层通过该构造变化而对应于结构层的伴随烧结的体积变化(收缩)发生形状变化，能够有效地抑制支承层妨碍结构层伴随烧结的收缩。
此外，“伴随烧结工序发生构造变化”是指除了例如使支承层的形成材料的一部分被分解去除的结构之外，可列举通过蜂巢构造、桁架构造、格子构造等所形成的支承层伴随烧结工序使这些构造溃散的情况等。
本发明的第三方式的三维造型物的制造方法，其特征在于，在所述第一或第二方式中，所述支承层构成为，在所述空间中支承所述结构层的至少一部分伴随所述烧结工序而发生的体积变化具有相对大的区域和相对小的区域。
根据本方式，支承层在所述空间中支承结构层的至少一部分伴随烧结工序而发生的体积变化具有相对大的区域和相对小的区域。因此，能够通过体积变化相对大的区域而使支承层对应于结构层的伴随烧结的体积变化(收缩)有效地发生形状变化，通过体积变化相对小的区域而有效地支承烧结过程中的结构层。
此外，“体积变化相对大的区域和相对小的区域”是指只要该大的区域的体积变化率(收缩率)比该小的区域的体积变化率(收缩率)大，则其差、绝对量并不特别限定，也包含该小的区域的体积变化率(收缩率)实质上不存在的情况的意思。
本发明的第四方式的三维造型物的制造方法，其特征在于，在所述第一至第三的任一方式中，所述支承层在所述空间中支承所述结构层的至少一部分伴随所述烧结工序而粉化。
根据本方式，支承层在所述空间中支承结构层的至少一部分伴随烧结工序而粉化。因此，在烧结工序后，能够从支承层简单地取出三维造型物的烧结体(从三维造型物的烧结体简单地去除支承层)。
本发明的第五方式的三维造型物的制造方法，其特征在于，在所述第一至第四的任一方式中，所述支承层在所述空间中支承所述结构层的至少一部分伴随所述烧结工序而挥发。
根据本方式，支承层在所述空间中支承结构层的至少一部分伴随烧结工序而挥发。因此，通过在烧结工序过程中或烧结工序后执行包含该所挥发的成分的气体的去除工序，能够从三维造型物的烧结体简单地去除支承层。
附图说明
图1A是示出本发明的一实施方式的三维造型物的制造装置的结构的概略结构图，图1B是图1A中示出的C部的放大图。
图2A是示出本发明的一实施方式的三维造型物的制造装置的结构的概略结构图，图2B是图2A中示出的C’部的放大图。
图3是本发明的一实施方式的喷头基座的概略透视图。
图4是示意性说明本发明的一实施方式的喷头单元的配置和三维造型物的形成方式的关系的俯视图。
图5是示意性说明三维造型物的形成方式的概略图。
图6是示出配置于喷头基座的喷头单元的其他配置例子的示意图。
图7是表示本发明的一实施例的三维造型物的制造过程的概略图。
图8是本发明的一实施例的三维造型物的制造方法的流程图。
图9是表示通过本发明的一实施例的三维造型物的制造方法能够制造的三维造型物的具体例的概略图。
图10是表示本发明的另一实施例的三维造型物的制造过程的概略图。
附图标记说明：
50、50a、50b、50c、50d、50a’、50b’、50c’、50d’结构层构成部；110基台；111驱动装置；120工作台；121工作板；130喷头基座支承部；300、300’支承层；300a第一材料(支承层)；300b第二材料(支承层)；310结构层；310’烧结部(三维造型物的烧结体)；400控制单元；410工作台控制器；500三维造型物；501、502、503层；730喷头基座支承部；1100喷头基座；1200构成材料供给装置；1210构成材料供给单元；1210a构成材料容纳部；1220供给管；1230构成材料喷出部；1230a喷嘴；1230b喷出驱动部；1400喷头单元；1400a保持夹具；1401、1402、1403、1404喷头单元；1500材料供给控制器；1600喷头基座；1700支承层形成用材料供给装置；1710支承层形成用材料供给单元；1710a支承层形成用材料容纳部；1720供给管；1730支承层形成用材料喷出部；1730a喷嘴；1730b喷出驱动部；1800电磁波照射部；1900喷头单元；1900a保持夹具；2000形成装置(三维造型物的制造装置)；3000调光镜；3100激光照射部；M材料(构成材料)；P通道；S被结构层所包围的空间。
具体实施方式
以下，参照附图，说明本发明的实施方式。
图1以及图2是示出本发明的一实施方式的三维造型物的制造装置的结构的概略结构图。
在此，本实施方式的三维造型物的制造装置具备两种材料供给部(喷头基座)和两种固化部。其中，图1是仅表示出一种材料供给部(供给构成材料(包含用于构成三维造型物的粉末、溶剂和粘合剂的材料)的材料供给部)的图。另外，图2是表示出一种材料供给部(在形成三维造型物时，供给用于形成对该三维造型物进行支承的支承层的支承层形成用材料的材料供给部)和两种固化部(使用用于使支承层形成用材料硬化的电磁波的硬化部、使用用于对支承层形成用材料进行烧结的激光的加热部)的图。
此外，本说明书中的“三维造型”是指表示形成所谓立体造型物，例如，即使是平板状、所谓的二维形状的形状，也包含形成具有厚度的形状的情况。另外，“支承”是指除了从下侧支承的情况之外，还包含从侧面支承的情况、根据情况从上侧支承的情况的意思。
图1以及图2中示出的三维造型物的制造装置2000(以下，称为形成装置2000)具备基台110和工作台120，该工作台120通过通过设于基台110的用作驱动单元的驱动装置111而能够在图示的X、Y、Z方向移动或者以Z轴为中心的旋转方向驱动。
然后，如在图1中表示的那样，具备喷头基座支承部130，该喷头基座支承部130的一端部固定于基台110，在另一端部保持固定喷头基座1100，该喷头基座1100保持多个具备喷出构成材料的构成材料喷出部1230的喷头单元1400。
另外，如在图2中表示的那样，具备喷头基座支承部730，该喷头基座支承部730的一端部固定于基台110，在另一端部保持固定喷头基座1600，该喷头基座1600保持多个具备喷出用于支承三维造型物的支承层形成用材料的支承层形成用材料喷出部1730的喷头单元1900。
在此，喷头基座1100和喷头基座1600在XY平面上排列设置。
此外，构成材料喷出部1230和支承层形成用材料喷出部1730是同样的结构。但是，并不限定于这样的结构。
在工作台120上，形成有在形成三维造型物500的过程中的层501、502、503。在三维造型物500的形成中，由于进行由激光等产生的热能量的照射，因此为了保护工作台120免受热量影响，也可以使用具有耐热性的工作板121，在工作板121之上形成三维造型物500。本实施方式的工作板121是坚固且容易制造的金属制的。然而，作为工作板121，例如通过使用陶瓷板而能够得到高耐热性，进一步地与熔融(或者也可以烧结)的三维造型物的构成材料的反应性也低，能够防止三维造型物500的变质。此外，在图1A以及图2A中，为了方便说明，例示出了层501、502、503的三层，但可层叠至所期望的三维造型物500的形状(至图1A以及图2A中的50n层)。
在此，层501、502、503······50n分别通过由从支承层形成用材料喷出部1730喷出的支承层形成用材料形成的支承层300和由从构成材料喷出部1230喷出的构成材料形成的结构层310而构成。
另外，图1B是示出图1A中示出的喷头基座1100的C部放大示意图。如图1B所示，喷头基座1100保持有多个喷头单元1400。虽会细节后述，一个喷头单元1400通过使设于构成材料供给装置1200的构成材料喷出部1230被保持夹具1400a保持而构成。构成材料喷出部1230具备喷嘴1230a和通过材料供给控制器1500使构成材料从喷嘴1230a喷出的喷出驱动部1230b。
图2B是示出图2A中示出的喷头基座1600的C’部放大示意图。如图2B所示，喷头基座1600保持有多个喷头单元1900。喷头单元1900通过使得设于支承层形成用材料供给装置1700的支承层形成用材料喷出部1730被保持夹具1900a保持而构成。支承层形成用材料喷出部1730具备喷嘴1730a和通过材料供给控制器1500使支承层形成用材料从喷嘴1730a喷出的喷出驱动部1730b。另外，在作为支承层形成用材料而使用有可通过电磁波(紫外线等)硬化的材料的情况下，将用于使该支承层形成用材料硬化的电磁波照射部1800设于喷头基座1600。另外，在作为包含于支承层形成用材料中的粘合剂而使用可溶解于溶剂的材料的情况下，也可以将用于除去溶剂并使该支承层形成用材料硬化(由粘合剂产生的粘结)的电磁波(红外线)照射部1800设于喷头基座1600。进一步地，在作为支承层形成用材料而使用可烧结的材料的情况下，将用于使该支承层形成用材料烧结的激光照射部3100和对来自激光照射部3100的激光进行定位的调光镜(galvano mirror)3000设于工作台120的上方。
如在图1中表示的那样，构成材料喷出部1230通过供给管1220连接于容纳有与保持于喷头基座1100的喷头单元1400分别对应的构成材料的构成材料供给单元1210。然后，预定的构成材料从构成材料供给单元1210供给到构成材料喷出部1230。在构成材料供给单元1210中，通过本实施方式的形成装置2000进行造型的三维造型物500的构成材料容纳于构成材料容纳部1210a，各个构成材料容纳部1210a通过供给管1220连接于各个构成材料喷出部1230。这样，通过具备各个构成材料容纳部1210a而能够从喷头基座1100供给多个不同种类的材料。
如在图2中表示的那样，支承层形成用材料喷出部1730通过供给管1720连接于容纳有与保持于喷头基座1600的喷头单元1900分别对应的支承层形成用材料的支承层形成用材料供给单元1710。然后，预定的支承层形成用材料从支承层形成用材料供给单元1710供给到支承层形成用材料喷出部1730。在支承层形成用材料供给单元1710中，用于构成在进行三维造型物500造型时的支承层的支承层形成用材料容纳于支承层形成用材料容纳部1710a，各个支承层形成用材料容纳部1710a通过供给管1720连接于各个支承层形成用材料喷出部1730。这样，通过具备各个支承层形成用材料容纳部1710a而能够从喷头基座1600供给多个不同种类的支承层形成用材料。
作为构成材料以及支承层形成用材料，能够将例如镁(Mg)、铁(Fe)、钴(Co)、铬(Cr)、铝(Al)、钛(Ti)、铜(Cu)、镍(Ni)的单体粉末、或者包含一种以上这些金属的合金(马氏体时效钢、不锈钢、钴铬钼、钛合金、镍合金、铝合金、钴合金、钴铬合金)等混合粉末作为包含溶剂和粘合剂的悬浮液状(或者膏状)的混合材料等而使用。
另外，能够使用聚酰胺、聚缩醛、聚碳酸酯、改性聚苯醚、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯等通用工程塑料。此外，也能够使用聚砜、聚醚砜、聚苯硫醚、聚芳酯、聚酰亚胺、聚酰胺-酰亚胺、聚醚酰亚胺、聚醚醚酮等工程塑料。
这样，构成材料以及支承层形成用材料并不特别限定，也能够使用上述金属以外的金属、陶瓷、树脂等。另外，可优选使用二氧化硅、二氧化钛、氧化铝、二氧化锆等。
作为溶剂，可列举例如：水；乙二醇单甲醚、乙二醇单乙醚、丙二醇单甲醚、丙二醇单乙醚等(聚)亚烷基二醇单烷基醚类；乙酸乙酯、乙酸正丙酯、乙酸异丙酯、乙酸正丁酯、乙酸异丁酯等乙酸酯类；苯、甲苯、二甲苯等芳香族碳化氢类；甲基乙基酮、丙酮、甲基异丁基酮、乙基-n-丁基酮、二异丙基酮、乙酰丙酮等酮类；乙醇、丙醇、丁醇等醇类；四烷基乙酸铵类；二甲基亚砜、二乙基亚砜等亚砜系溶剂；吡啶、γ-甲基吡啶、2，6-二甲基吡啶等吡啶系溶剂；四烷基乙酸铵(例如，四丁基乙酸铵等)等离子液体等，能够将从这些中选择的一种或两种以上进行组合使用。
作为粘合剂，例如是丙烯酸树脂、环氧树脂、硅氧树脂、纤维素系树脂或者其他合成树脂或PLA(聚乳酸)、PA(聚酰胺)、PPS(聚苯硫醚)或者其他热塑性树脂。另外，也可以将通过紫外线的照射而聚合的紫外线硬化树脂用于粘合剂。
在形成装置2000配备有用作控制构件的控制单元400，该控制单元400基于从未图示的例如个人计算机等数据输出装置输出的三维造型物的造型用数据，控制上述的工作台120、设于构成材料供给装置1200的构成材料喷出部1230以及设于支承层形成用材料供给装置1700的支承层形成用材料喷出部1730。然后，在控制单元400，虽然未图示，但配备有控制部，该控制部对工作台120和构成材料喷出部1230进行使它们协同驱动和动作的控制，并对工作台120和支承层形成用材料喷出部1730进行使它们协同驱动和动作的控制。
在基台110上以能够移动的方式设置的工作台120基于来自控制单元400的控制信号，在工作台控制器410中生成用于控制工作台120的移动开始与停止、移动方向、移动量、移动速度等的信号，并发送到设于基台110的驱动装置111，工作台120在图示的X、Y、Z方向上移动。在设于喷头单元1400的构成材料喷出部1230中，基于来自控制单元400的控制信号，在材料供给控制器1500中生成用于控制从设于构成材料喷出部1230的喷出驱动部1230b中的喷嘴1230a喷出的材料喷出量等的信号，通过所生成的信号而从喷嘴1230a喷出预定量的构成材料。
同样，在设于喷头单元1900的支承层形成用材料喷出部1730中，基于来自控制单元400的控制信号，在材料供给控制器1500中生成用于控制从设于支承层形成用材料喷出部1730的喷出驱动部1730b中的喷嘴1730a喷出的材料喷出量等的信号，通过所生成的信号而从喷嘴1730a喷出预定量的支承层形成用材料。
接下来，进一步地详细说明喷头单元1400。此外，喷头单元1900与喷头单元1400是同样的结构。因此，省略喷头单元1900的详细结构的说明。
图3以及图4示出多个保持于喷头基座1100的喷头单元1400以及构成材料喷出部1230的保持方式的一例，其中，图4是从图1B中示出的箭头D方向观察的喷头基座1100的外观图。
如图3所示，多个喷头单元1400通过未图示的固定构件保持于喷头基座1100。另外，如在图4中表示的那样，在本实施方式的形成装置2000的喷头基座1100中，配备有使自图下方第一列的喷头单元1401、第二列的喷头单元1402、第三列的喷头单元1403、然后第四列的喷头单元1404的四单元呈交叉状(交错)配置的喷头单元1400。然后，如在图4A中表示的那样，一边使工作台120相对喷头基座1100在X方向上移动，一边使构成材料从各喷头单元1400喷出，形成结构层构成部50(结构层构成部50a、50b、50c、50d)。后述结构层构成部50的形成顺序。
此外，虽然未图示，但成为如下结构：设于各个喷头单元1401～1404的构成材料喷出部1230借助喷出驱动部1230b通过供给管1220与构成材料供给单元1210相连。
如图3所示，构成材料喷出部1230从喷嘴1230a朝向载置于工作台120上的工作板121上喷出三维造型物的构成材料即材料M。在喷头单元1401中，例示出以液滴状喷出材料M的喷出方式，在喷头单元1402中，例示出以连续体状供给材料M的喷出方式。材料M的喷出方式可以是液滴状也可以是连续体状，无论哪一种都可以，但在本实施方式中通过以液滴状喷出材料M的方式来说明。
从喷嘴1230a呈液滴状喷出的材料M在大致重力方向上飞行，着落到工作板121上。工作台120移动，通过所着落的材料M形成结构层构成部50。该结构层构成部50的集合体作为形成于工作板121上的三维造型物500的结构层310(参照图1)而形成。
接下来，使用图4以及图5说明结构层构成部50的形成顺序。
图4是示意性说明本实施方式的喷头单元1400的配置和结构层构成部50的形成方式的关系的俯视图。而且，图5是示意性表示结构层构成部50的形成方式的侧视图。
首先，如果工作台120在+X方向上移动，则从多个喷嘴1230a呈液滴状喷出材料M，材料M配置在工作板121的预定的位置，形成结构层构成部50。
更加具体地，首先，如在图5A中表示的那样，一边使工作台120在+X方向上移动，一边从多个喷嘴1230a在工作板121的预定的位置以恒定的间隔配置材料M。
接下来，如在图5B中表示的那样，一边使工作台120在图1中示出的-X方向上移动，一边以填补以恒定的间隔所配置的材料M之间的方式新配置材料M。
只是，也可以采用如下结构：一边使工作台120在+X方向上移动，一边从多个喷嘴1230a以使材料M在工作板121的预定的位置重合的方式(以不隔开间隔的方式)进行配置的结构(不是通过工作台120在X方向上的往复移动来形成结构层构成部50的结构，而是仅通过工作台120在X方向上的单侧移动来形成结构层构成部50的结构)。
通过如上述那样形成结构层构成部50，形成如在图4A中表示的那样的各喷头单元1401、1402、1403、1404在X方向上的一行量(在Y方向上的第一行)的结构层构成部50(结构层构成部50a、50b、50c、50d)。
接下来，为了形成各喷头单元1401、1402、1403、1404在Y方向上的第二行的结构层构成部50’(结构层构成部50a’、50b’、50c’、50d’)，使喷头基座1100在-Y方向上移动。关于移动量，如果使喷嘴间的间距为P，则在-Y方向上移动P/n(n是自然数)间距量。在本实施例中将n作为3来说明。
通过进行如在图5A以及图5B中表示的那样的与上述同样的动作，形成如在图4B中表示的那样的在Y方向上的第二行的结构层构成部50’(结构层构成部50a’、50b’、50c’、50d’)。
接下来，为了形成各喷头单元1401、1402、1403、1404在Y方向上的第三行的结构层构成部50”(结构层构成部50a”、50b”、50c”、50d”)，使喷头基座1100在-Y方向上移动。关于移动量，在-Y方向上移动P/3间距量。
然后，通过进行如在图5A以及图5B中表示的那样的与上述同样的动作，能够形成如在图4C中表示的那样的在Y方向上的第三行的结构层构成部50”(结构层构成部50a”、50b”、50c”、50d”)，得到结构层310。
另外，关于从构成材料喷出部1230喷出的材料M，也可以从喷头单元1401、1402、1403、1404中的任一单元或者两单元以上喷出供给与其他喷头单元不同的构成材料。因此，通过使用本实施方式的形成装置2000，能够得到由异种材料形成的三维造型物。
此外，在第一层的层501中，在如上述那样形成结构层310之前或者之后，使支承层形成用材料从支承层形成用材料喷出部1730喷出，能够通过同样的方法形成支承层300。然后，层叠于层501而形成层502、503、······、50n时，也同样地能够形成结构层310以及支承层300。此外，支承层300根据支承层形成用材料的种类而能够使用电磁波照射部1800进行硬化、使用激光照射部3100以及调光镜3000进行烧结等。
上述本实施方式的形成装置2000所具备的喷头单元1400、1900的数量和排列并不限定于上述的数量以及排列。在图6中，作为其例子，示意性示出配置于喷头基座1100的喷头单元1400的其他配置例子。
图6A示出在喷头基座1100上沿X轴方向排列多个喷头单元1400的方式。图6B示出在喷头基座1100上呈格子状排列喷头单元1400的方式。此外，所排列的喷头单元的数量均并不限定于图示的例子。
接下来，说明使用上述的本实施方式的形成装置2000进行的三维造型物的制造方法的一实施例。
图7是表示使用形成装置2000进行的三维造型物的制造过程的一例的概略图。其中，图7A～图7D通过侧视表示出三维造型物的制造过程，图7E以及图7F通过俯视表示出三维造型物的制造过程。另外，图7E以及图7F对应于图7C以及图7D。
首先，图7A表示出使用支承层形成用材料喷出部1730在工作板121之上形成第一层的层501之中的支承层300的状态。此外，在本实施例中，作为支承层形成用材料而使用包含陶瓷粒子和用作粘合剂的紫外线硬化树脂的材料。此外，作为支承层形成用材料，也可以使用包含陶瓷粒子、溶剂和粘合剂的材料。
在此，图7A表示出从支承层形成用材料喷出部1730喷出支承层形成用材料并且从电磁波照射部1800朝向该支承层形成用材料照射电磁波的状态。
接下来，图7B表示出使用构成材料喷出部1230在工作板121之上形成第一层的层501之中的结构层310的状态。此外，在本实施例中，作为构成材料而使用包含金属粒子的材料。
然后，通过反复进行在图7A中表示的支承层300的形成以及在图7B中表示的结构层310的形成，如在图7C以及图7E中表示的那样形成三维造型物的层叠体。
在此，如在图7C以及图7E中表示的那样，本实施例的三维造型物的层叠体为无底的圆筒形状，由结构层310所包围的部分构成空间S(准确地说，至少从两方向被结构层310所包围的空间S)。
然后，最后，将如在图7C以及图7E中表示的那样所形成的三维造型物的层叠体通过作为与本实施方式的形成装置2000分体而设置的高温槽(加热槽)而进行加热(对结构层310进行烧结而作为烧结部310’)。在此，图7D以及图7F表示出对三维造型物的层叠体进行了烧结的状态。
在图7D以及图7F中，烧结部310’的金属粒子已烧结，加热后的支承层300’由于粘合剂被加热分解而挥发去除，因此通过陶瓷粒子而成为粒状(粉状)。
在此，如对图7C和图7D、图7E和图7F进行比较而明确的那样，如果使结构层310烧结，则体积降低。
对体积的降低(体积的收缩)进行说明的话，若设烧结后的一方向的长度为L、设烧结前的一方向的长度为L0、设粒子的填充率为A、设烧结密度为B，则由以下的式1表示。
L3＝L0 3×(A/B)······(式1)
即，烧结后的一方向的长度L如以L0×(A/B)1/3表示的那样进行收缩。
在下述表1，表示由构成材料中的金属粒子的填充率和烧结密度计算的具体的体积收缩率的一例。
【表1】
粒子的填充率(％) 50.0 55.0 60.0 65.0
烧结密度(％) 98.0 98.0 98.0 98.0
烧结后体积(％) 51.0 56.1 61.2 66.3
烧结后一方向的长度(％) 79.9 82.5 84.9 87.2
体积收缩率(％) 201. 17.5 15.1 12.8
这样，由于三维造型物的层叠体通过烧结而收缩，因此在烧结后，支承层300在空间S中的体积收缩率比三维造型物的层叠体的收缩率低的情况下，三维造型物的层叠体(结构层310)发生形变。因此，在本实施例中，在烧结后，以使得支承层300在空间S中的体积收缩率比三维造型物的层叠体的收缩率高的方式决定支承层形成材料的成分以及其调配。
接下来，使用流程图来说明使用上述形成装置2000进行的三维造型物的制造方法的一例(与图7对应的例子)。
在此，图8是本实施例的三维造型物的制造方法的流程图。
如在图8中表示的那样，在本实施例的三维造型物的制造方法中，首先在步骤S110中，取得三维造型物的数据。详细地说，从例如在个人计算机中所执行的应用程序等取得表示三维造型物的形状的数据。
接下来，在步骤S120中，制作每个层的数据。详细地说，在表示三维造型物的形状的数据中，依据Z方向的造型分辨率来切片，按照每个截面生成位图数据(截面数据)。
此时，生成的位图数据成为通过三维造型物的形成区域(结构层310)和三维造型物的非形成区域(支承层300)所区分的数据。
接下来，在步骤S130中，判断所要形成的层的数据是形成三维造型物的非形成区域(支承层300)的数据还是形成三维造型物的形成区域(结构层310)的数据。此外，该判断通过设于控制单元400的控制部来进行。
在本步骤中，在判断为是形成支承层300的数据的情况下，进入步骤S140，在判断为是形成结构层310的数据的情况下，进入步骤S150。
在步骤S140中，基于形成支承层300的数据而从支承层形成用材料喷出部1730喷出支承层形成用材料，从而供给支承层形成用材料。
然后，如果在步骤S140中喷出支承层形成用材料，则在步骤S160中，从电磁波照射部1800照射(赋予能量)电磁波(紫外线)并使得该喷出后的液滴(支承层300)凝固。
另一方面，在步骤S150中，通过从构成材料喷出部1230喷出构成材料而供给构成材料。
然后，反复进行从步骤S130至步骤S170，直至通过步骤S170结束基于与在步骤S120中所生成的各层对应的位图数据的三维造型物的层叠体的造型。
然后，通过步骤S180，在未图示的高温槽中，对在上述步骤中所形成的三维造型物的层叠体进行加热。详细地说，烧结三维造型物的形成区域(结构层310)，分解去除周围的支承层300的树脂成分等并通过陶瓷粒子进行粒子化。在此，加热后的支承层300’的体积收缩率比加热后的结构层310(烧结部310’)的体积收缩率高(与空间S对应的加热后的支承层300’的体积比烧结部310’的体积小)。
然后，伴随步骤S180的结束，结束本实施例的三维造型物的制造方法。
对如上述那样构成的三维造型物的具体形状的例子进行说明。
图9是表示其具体例的概略分解侧视图，其中，图9A表示出在X方向上延伸的两块平板在一边形成有匹配斜面的形状。另外，图9B表示出使无底的两个圆筒重合的形状。另外，图9C表示出有底的圆筒形状且具有不同内径部分的形状。另外，图9D表示出针对图9C的形状构成有与配管对应的通道(tunnel)P的形状。然后，图9E表示出圆顶状的形状。即使对于通道P内，也将支承层300形成为支承层300在通道P内的空间S中的体积收缩率比三维造型物的层叠体的收缩率高。
然而，当然并非限定于这样的形状。
如上述那样，本实施例的三维造型物的制造方法是通过对层进行层叠形成层叠体而制造三维造型物的三维造型物的制造方法。
而且，具有：形成与三维造型物的结构区域对应的结构层310的结构层形成工序(与步骤S150对应)、形成与结构层310接触并支承该结构层310的支承层300的支承层形成工序(与步骤S140对应)、以及烧结结构层310的烧结工序(与步骤180对应)。
在此，支承层300构成为，与至少从两方向被结构层所包围的空间S伴随烧结工序的体积减少量相比，在该空间S中支承该结构层310的支承层300伴随该烧结工序的体积减少量大。
即，支承层300对应于结构层310伴随烧结的体积变化(收缩)而发生形状变化，支承层300构成为不妨碍结构层310伴随烧结的收缩。因此，能够抑制三维造型物的烧结体(烧结部310’)变形，从而能够制造高精度的三维造型物。
此外，“被结构层310所包围的空间S伴随烧结工序的体积减少量”意指基于结构层310的构成材料的体积减少量，意指在该空间S无支承层300的情况下的该空间S在烧结工序后的体积减少量。
另外，“至少从两方向被结构层310所包围的空间S”意指例如有底或无底的筒状的形状(例如，与图9B、图9C以及图9D对应)下的内部空间(空间S)、与底部相比开放部宽或窄的杯状的形状(例如与图9E对应)的内部空间等在整体形状各向同性地变小时其体积变小的内部空间。
此外，在图7中表示的三维造型物的制造方法的一实施例中，支承层300在空间S中支承结构层310的全部伴随烧结工序发生构造变化(从硬化的状态一部分被分解去除如题一部分向粒状变化)。然而，并不限定于这样的结构，支承层300也可以在空间S中支承结构层310的一部分伴随烧结工序发生构造变化。
是因为，只要是支承层300在空间S中支承结构层310的至少一部分伴随烧结工序发生构造变化的结构，则通过该构造变化而支承层300对应于结构层310的烧结带来的体积变化(收缩)而发生形状变化，能够有效地抑制支承层300妨碍结构层310伴随烧结的收缩。
此外，“伴随烧结工序发生构造变化”是指除了如上述那样使支承层形成材料的一部分被分解去除而一部分向粒状变化的结构之外，可列举例如通过蜂巢构造、桁架构造、格子构造等所形成的支承层伴随烧结工序使这些构造溃散的情况、支承层形成材料熔融并在熔融前后形状发生变化的结构等。
以下，说明在空间S中支承结构层310的支承层300的一部分伴随烧结工序发生构造变化的三维造型物的制造方法的一实施例。
图10是表示这样的三维造型物的制造方法的一实施例中的该三维造型物的制造过程的一例的概略图。其中，图10A～图10D通过侧视表示出三维造型物的制造过程。
此外，在本实施例中，作为支承层形成用材料，使用由树脂成分等构成并在烧结工序中所有成分被分解去除(挥发)的第一材料300a和包含有陶瓷粒子的第二材料300b的两种。
首先，图10A表示出使用支承层形成用材料喷出部1730在工作板121之上形成第一层的层501之中的支承层300的状态。此外，在本实施例中，第一材料300a和第二材料300b交替配置。
在此，图10A表示出从支承层形成用材料喷出部1730喷出支承层形成用材料(第一材料300a以及第二材料300b)并且从激光照射部3100朝向第二材料300b照射激光而使第二材料300b烧结的状态。
接下来，图10B表示出使用构成材料喷出部1230在工作板121之上形成第一层的层501之中的结构层310的状态。此外，在本实施例中，作为构成材料而使用包含金属粒子的材料。
然后，通过反复进行在图10A中表示的支承层300的形成以及在图10B中表示的结构层310的形成，如在图10C中表示的那样形成三维造型物的层叠体。
在此，如在图10C中表示的那样，本实施例的三维造型物的层叠体为杯状(使杯子倒置的状态)，由结构层310所包围的部分构成空间S。
然后，最后，将如在图10C中表示的那样所形成的三维造型物的层叠体通过作为与本实施方式的形成装置2000分体设置的高温槽(加热槽)而进行加热(烧结结构层310而作为烧结部310’)。在此，图10D表示出烧结三维造型物的层叠体后的状态。
在图10D中，烧结部310’的金属粒子烧结，加热后的支承层300’在与第一材料300a对应的部分300a’中被分解去除而都消失，在与第二材料300b对应的部分300b’中残留有被烧结的陶瓷。即，作为支承层300的一部分的第一材料300a发生构造变化，作为支承层300的一部分的第二材料300b未发生构造变化。
在此，如对图10C和图10D进行比较而明显可知那样，如果烧结结构层310，则体积降低。另一方面，在与空间S对应的部分，通过使与第一材料300a对应的部分被分解去除而全部消失，构成为支承层300在空间S中的体积收缩率比三维造型物的层叠体的收缩率高。
用另一表达的话，在该三维造型物的制造方法中，支承层300构成为，在空间S中支承结构层310的至少一部分伴随烧结工序的体积变化具有相对大的区域(与第一材料300a对应)和相对小的区域(与第二材料300b对应)。因此，能够通过体积变化相对大的区域而支承层对应于结构层伴随烧结的体积变化(收缩)而有效地发生形状变化，通过体积变化相对小的区域而有效地支承烧结过程中的结构层。
此外，“体积变化相对大的区域和相对小的区域”是指只要该大的区域的体积变化率(收缩率)比该小的区域的体积变化率(收缩率)大，则其差、绝对量并不特别限定。例如，如与第二材料300b对应的部分300b’那样，也包含该小的区域的体积变化率(收缩率)实质上不存在的情况的意思。
另一方面，在图7中表示的三维造型物的制造方法中，支承层300在空间S中支承结构层310的至少一部分伴随烧结工序而粉化(粉末化、粒状化)。因此，在烧结工序后，能够从支承层300简单地取出三维造型物的烧结体(从三维造型物的烧结体简单地去除支承层)。
另外，在图7中表示的三维造型物的制造方法以及在图10中表示的三维造型物的制造方法的任一种，支承层300在空间S中支承结构层310的至少一部分伴随烧结工序而挥发。因此，通过在烧结工序中或烧结工序后执行包含该所挥发的成分的气体的去除工序，能够从三维造型物的烧结体简单地去除支承层300。也可以在存在由结构层310封闭的空间的情况下，在烧结包含于结构层310的粒子的过程中对包含通过粒子间的空间而发生该挥发的成分的气体进行去除。另外，在进行至少一部分为多孔的三维造型物的造型的情况下，也可以在烧结工序后对包含通过烧结的粒子间的空间而发生该挥发的成分的气体进行去除。
本发明并不限于上述的实施例，能够在不脱离本发明主旨的范围内以各种结构来实现。例如，为了解决上述的技术问题的一部分或全部，或者为了达到上述的技术效果的一部分或全部，可以对与发明内容部分所记载的各种方式中的技术特征对应的实施例中的技术特征适当进行替换、组合。另外，其技术特征只要在本说明书中未被描述为必须的内容，可以适当删除。

Claims (4)

1.一种三维造型物的制造方法，对层进行层叠来形成层叠体，从而制造三维造型物，其特征在于，
所述三维造型物的制造方法具有：
结构层形成工序，形成与三维造型物的结构区域对应的结构层；
支承层形成工序，形成与所述结构层接触并支承所述结构层的支承层；以及
烧结工序，烧结所述结构层，
所述支承层构成为，与至少从两方向被所述结构层所包围的空间伴随所述烧结工序的体积减少量相比，在所述空间中支承所述结构层的所述支承层伴随所述烧结工序的体积减少量大；
所述支承层包括伴随所述烧结工序具有第一体积变化率的第一区域以及伴随所述烧结工序具有第二体积变化率的第二区域，所述第一体积变化率比所述第二体积变化率大。
2.根据权利要求1所述的三维造型物的制造方法，其特征在于，
所述支承层在所述空间中支承所述结构层的至少一部分伴随所述烧结工序发生构造变化。
3.根据权利要求1至2中任一项所述的三维造型物的制造方法，其特征在于，
所述支承层在所述空间中支承所述结构层的至少一部分伴随所述烧结工序而粉化。
4.根据权利要求1至2中任一项所述的三维造型物的制造方法，其特征在于，
所述支承层在所述空间中支承所述结构层的至少一部分伴随所述烧结工序而挥发。
CN201710062556.7A 2016-01-29 2017-01-23 三维造型物的制造方法 Active CN107020739B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010603855.9A CN111745960B (zh) 2016-01-29 2017-01-23 三维造型物的制造方法

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016-015321 2016-01-29
JP2016015321A JP6676984B2 (ja) 2016-01-29 2016-01-29 三次元造形物の製造方法

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010603855.9A Division CN111745960B (zh) 2016-01-29 2017-01-23 三维造型物的制造方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107020739A CN107020739A (zh) 2017-08-08
CN107020739B true CN107020739B (zh) 2020-06-23

Family

ID=58108409

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010603855.9A Active CN111745960B (zh) 2016-01-29 2017-01-23 三维造型物的制造方法
CN201710062556.7A Active CN107020739B (zh) 2016-01-29 2017-01-23 三维造型物的制造方法

Family Applications Before (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010603855.9A Active CN111745960B (zh) 2016-01-29 2017-01-23 三维造型物的制造方法

Country Status (6)

Country Link
US (2) US20170217097A1 (zh)
EP (1) EP3199267A1 (zh)
JP (1) JP6676984B2 (zh)
KR (1) KR20170091029A (zh)
CN (2) CN111745960B (zh)
TW (1) TW201726366A (zh)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6855846B2 (ja) * 2017-03-06 2021-04-07 セイコーエプソン株式会社 ペースト及び三次元造形物の製造方法
JP6988428B2 (ja) * 2017-12-14 2022-01-05 セイコーエプソン株式会社 三次元造形物の製造方法
JP6977537B2 (ja) * 2017-12-19 2021-12-08 セイコーエプソン株式会社 三次元造形物の製造方法
JP7358821B2 (ja) 2018-10-24 2023-10-11 日本電気株式会社 積層造形装置および積層造形方法
JP2020196216A (ja) 2019-06-04 2020-12-10 セイコーエプソン株式会社 三次元造形物の製造方法
JP7346917B2 (ja) * 2019-06-04 2023-09-20 セイコーエプソン株式会社 三次元造形物の製造方法
JP7380080B2 (ja) * 2019-10-25 2023-11-15 セイコーエプソン株式会社 ポーラス構造を有する金属造形物の製造方法

Family Cites Families (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5263130A (en) * 1986-06-03 1993-11-16 Cubital Ltd. Three dimensional modelling apparatus
US5147587A (en) * 1986-10-17 1992-09-15 Board Of Regents, The University Of Texas System Method of producing parts and molds using composite ceramic powders
US5287435A (en) * 1987-06-02 1994-02-15 Cubital Ltd. Three dimensional modeling
US5204055A (en) 1989-12-08 1993-04-20 Massachusetts Institute Of Technology Three-dimensional printing techniques
US5387380A (en) * 1989-12-08 1995-02-07 Massachusetts Institute Of Technology Three-dimensional printing techniques
US5286573A (en) * 1990-12-03 1994-02-15 Fritz Prinz Method and support structures for creation of objects by layer deposition
US6209420B1 (en) * 1994-03-16 2001-04-03 Baker Hughes Incorporated Method of manufacturing bits, bit components and other articles of manufacture
US5745834A (en) * 1995-09-19 1998-04-28 Rockwell International Corporation Free form fabrication of metallic components
US6066285A (en) * 1997-12-12 2000-05-23 University Of Florida Solid freeform fabrication using power deposition
US6682688B1 (en) * 2000-06-16 2004-01-27 Matsushita Electric Works, Ltd. Method of manufacturing a three-dimensional object
US20020171177A1 (en) * 2001-03-21 2002-11-21 Kritchman Elisha M. System and method for printing and supporting three dimensional objects
US7104773B2 (en) * 2003-03-07 2006-09-12 Ricoh Printing Systems, Ltd. Three-dimensional laminating molding device
US7700016B2 (en) * 2005-08-02 2010-04-20 Solidscape, Inc. Method and apparatus for fabricating three dimensional models
US20070126157A1 (en) * 2005-12-02 2007-06-07 Z Corporation Apparatus and methods for removing printed articles from a 3-D printer
US8209044B2 (en) * 2006-10-10 2012-06-26 Shofu, Inc. Modeling data creating system, manufacturing method, and modeling data creating program
EP2402097A4 (en) * 2009-02-24 2014-04-09 Panasonic Corp METHOD FOR PRODUCING A THREE-DIMENSIONAL FORM AND THREE-DIMENSIONAL FORM DERIVED FROM THIS METHOD
US9056795B2 (en) * 2009-08-09 2015-06-16 Rolls-Royce Corporation Support for a fired article
DE112011101779T5 (de) * 2010-05-25 2013-03-14 Panasonic Corporation Metallpulver zum selektiven Lasersintern, Verfahren zur Herstellung eines dreidimensionalen Formgegenstands unter Verwendung desselben und davon erhaltener dreidimensionaler Formgegenstand
CN102554234A (zh) * 2012-02-28 2012-07-11 惠州Tcl移动通信有限公司 一种金属注塑成型结构件的加工方法及其支撑治具
KR20160058719A (ko) * 2013-10-14 2016-05-25 월풀 에쎄.아. 다공성 부재 및 다공성 성분의 제조방법
JP6319110B2 (ja) * 2014-03-26 2018-05-09 セイコーエプソン株式会社 粉末冶金用金属粉末、コンパウンド、造粒粉末、焼結体および焼結体の製造方法
EP3126122B1 (en) * 2014-03-31 2019-09-04 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Generating three-dimensional objects
CN105172143B (zh) * 2015-09-18 2018-03-13 深圳市华星光电技术有限公司 3d打印机及3d打印方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN111745960A (zh) 2020-10-09
JP2017132181A (ja) 2017-08-03
EP3199267A1 (en) 2017-08-02
KR20170091029A (ko) 2017-08-08
CN107020739A (zh) 2017-08-08
US20170217097A1 (en) 2017-08-03
JP6676984B2 (ja) 2020-04-08
US20210154891A1 (en) 2021-05-27
TW201726366A (zh) 2017-08-01
CN111745960B (zh) 2022-05-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107020739B (zh) 三维造型物的制造方法
CN106827527B (zh) 三维造型物的制造方法
CN108527854B (zh) 膏剂以及三维造型物的制造方法
CN106965422B (zh) 三维造型物的制造方法及三维造型物的制造装置
CN107650381B (zh) 三维造型物的造型工作台、制造装置以及制造方法
CN109483879B (zh) 三维造型物的制造方法
JP2018059131A (ja) 三次元造形物製造用組成物および三次元造形物の製造方法
US11745418B2 (en) Method of manufacturing three-dimensionally formed object and three-dimensionally formed object manufacturing apparatus
CN107008901B (zh) 三维造型物的制造方法以及三维造型物的制造装置
JP2018141225A (ja) 三次元造形物製造用組成物および三次元造形物の製造方法
CN107825698B (zh) 三维造型装置、三维造型方法及存储介质
CN110014650B (zh) 三维造型物的制造方法
CN109551764B (zh) 三维造型物的制造装置及三维造型物的制造方法
JP2017075369A (ja) 三次元造形物の製造方法及び三次元造形物の製造装置
JP2018159110A (ja) 組成物および三次元造形物の製造方法
CN112025912A (zh) 三维造型物的制造方法
JP2020117814A (ja) 三次元造形物の製造方法及び三次元造形物の製造装置
JP2018141222A (ja) 三次元造形物製造用組成物および三次元造形物の製造方法
JP2020121491A (ja) 三次元造形装置および三次元造形物の造形方法
JP2019099859A (ja) 三次元造形物の製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant