CN107848203A - 三维形状造型物的制造方法 - Google Patents

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Abstract

为了提供一种在使用切削工具将固化层表面切削加工的情况下用来进一步延长切削工具的制品寿命的三维形状造型物的制造方法，在本发明中，提供一种三维形状造型物的制造方法，通过(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，及(ii)在得到的固化层之上形成新的粉末层、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，交替地反复进行粉末层形成及固化层形成，其特征在于，对固化层的表面实施切削加工处理，将该切削加工处理在超声波振动条件下进行。

Description

三维形状造型物的制造方法
技术领域
本公开涉及三维形状造型物的制造方法。更详细地讲，本公开涉及通过向粉末层的光束照射来形成固化层的三维形状造型物的制造方法。
背景技术
以往，公知有通过将光束向粉末材料照射来制造三维形状造型物的方法(通常称作“粉末烧结层积法”)。该方法基于以下的工序(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。
(i)向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)在得到的固化层之上形成新的粉末层、同样照射光束而形成更多的固化层的工序。
按照这样的制造技术，能够以短时间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，可以使用得到的三维形状造型物作为模具。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。
以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。首先，移动推挤刮板，在造型板上形成规定厚度的粉末层。接着，向粉末层的规定部位照射光束，从粉末层形成固化层。接着，在得到的固化层24之上形成新的粉末层22，再次照射光束，形成新的固化层24。如果这样交替地反复实施粉末层形成和固化层形成，则固化层层积，最终能够得到由层积化的固化层构成的三维形状造型物。由于被形成为最下层的固化层为与造型板结合的状态，所以三维形状造型物和造型板形成一体化物，能够使用该一体化物作为模具。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2002－115004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
有时要对三维形状造型物的表面实施切削加工。具体而言，为了更好地得到三维形状造型物的形状精度，有时对形成三维形状造型物的固化层实施表面切削处理。在该表面切削处理时，通常使用球头立铣刀(ball end mill)等的旋转切削工具。
例如在使用球头立铣刀实施表面切削处理的情况下，不能忽视球头立铣刀相对于固化层表面的切削阻力，此外，球头立铣刀有可能将切削屑卷入等。因此，有球头立铣刀的制品寿命变短的情况。
本发明是鉴于这样的情况做出的。即，本发明的目的是提供一种在使用切削工具将固化层表面切削加工的情况下、用来进一步延长切削工具的制品寿命的三维形状造型物的制造方法。
为了解决上述课题，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
(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；及
(ii)在得到的固化层之上形成新的粉末层，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，
交替地反复进行粉末层形成及固化层形成，其特征在于，
对上述固化层的表面实施切削加工处理，将该切削加工处理在超声波振动条件下进行。
发明效果
在本发明的制造方法中，在使用切削工具将固化层表面切削加工的情况下，能够进一步延长切削工具的制品寿命。
附图说明
图1是为了说明本发明的概念而示意地表示的概略立体图。
图1A是为了说明本领域技术人员的认识而示意地表示的概略剖面图。
图2是示意地表示将切削工具赋予超声波振动而进行固化层表面的切削加工处理的方式的概略剖面图。
图3是示意地表示使用振动机构将切削工具赋予超声波振动的方式的概略剖面图。
图4是示意地表示在超声波振动条件下将固化层表面粗加工后实施切削精加工的方式的概略剖面图。
图5是示意地表示在超声波振动条件下将固化层表面粗加工后实施研磨精加工的方式的概略剖面图。
图6是示意地表示在超声波振动条件下将固化层表面粗加工、切削精加工后实施研磨精加工的方式的概略剖面图。
图6A(a)是示意地表示在超声波振动条件下将固化层表面按每1层进行粗加工、切削精加工后实施研磨精加工的方式的概略剖面图，图6A(b)是示意地表示在超声波振动条件下将固化层表面按每1层进行粗加工后、将固化层表面多层一起实施切削精加工及研磨精加工的方式的概略剖面图。
图7是示意地表示在超声波椭圆振动条件下进行固化层表面的切削加工处理的方式的概略剖面图。
图8是示意地表示将造型工作台赋予超声波振动而进行固化层表面的切削加工处理的方式的概略剖面图。
图9是没有超声波振动而进行了切削加工的部分的放大照片图。
图10是在超声波振动条件下进行了切削加工的部分的放大照片图。
图11是表示没有超声波振动而进行了切削加工时的切削工具的前端部的磨损状态的放大照片图。
图12是表示在超声波振动条件下进行了切削加工时的切削工具的前端部的磨损状态的放大照片图。
图13是表示固化层表面的切削距离与切削工具的前端部的磨损量的关系的曲线图。
图14是没有超声波振动而进行了切削加工时的切削屑的放大照片图。
图15是在超声波振动条件下进行了切削加工时的切削屑的放大照片图。
图16是表示固化层表面的切削距离与切削工具的切削阻力的关系的曲线图。
图17是表示没有超声波振动而进行了切削加工时的毛刺发生状况的放大照片图。
图18是表示在超声波振动条件下进行了切削加工时的毛刺发生状况的放大照片图。
图19是没有超声波振动而进行了切削加工的部分的放大照片图。
图20是在超声波振动条件下进行了切削加工的部分的放大照片图。
图21是表示切削加工的时的切削工具(立铣刀)的照片图。
图22是示意地表示实施粉末烧结层积法的光造型复合加工的工艺方式的剖面图。
图23是示意地表示光造型复合加工机的结构的立体图。
图24是表示光造型复合加工机的通常的动作的流程图。
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。图中的各种要素的形态及尺寸不过是例示，不反映实际的形态及尺寸。
在本说明书中，所谓“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，所谓“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，构成三维形状造型物。进而，所谓“固化层”，在粉末层是金属粉末层的情况下是指“烧结层”，在粉末层是树脂粉末层的情况下是指“硬化层”。
在本说明书中直接的或间接地说明的“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，将制造三维形状造型物的一侧设为“上方”，将其相反侧设为“下方”。在本说明书中所述的“垂直方向”，实质上是指固化层的层积方向，相当于图面中的“上下方向”。另一方面，在本说明书中所述的“水平方向”，实质上是指相对于固化层的层积方向垂直的方向，相当于图面中的“左右方向”。
[粉末烧结层积法]
首先，对作为本发明的制造方法的前提的粉末烧结层积法进行说明。特别是举在粉末烧结层积法中附加地进行三维形状造型物的切削处理的光造型复合加工为例。图22示意地表示光造型复合加工的工艺方式，图23及图24分别表示能够实施粉末烧结层积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23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是用来通过将金属粉末或树脂粉末等的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是用来对粉末层的规定部位照射光束L的机构。切削机构4是用来对层积化的固化层的侧面、即三维形状造型物的表面进行切削的机构。
粉末层形成机构2如图22所示，主要具有粉末工作台25、推挤刮板23、造型工作台20及造型板21而成。粉末工作台25是能够在外周被壁26包围的粉末材料箱28内上下升降的工作台。推挤刮板23是为了将粉末工作台25上的粉末19向造型工作台20上供给并得到粉末层22而能够在水平方向上移动的刮板。造型工作台20是能够在外周被壁27包围的造型箱29内上下升降的工作台。并且，造型板21被配设在造型工作台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23所示，主要具有光束振荡器30及检流计反射镜31而成。光束振荡器30是发出光束L的设备。检流计反射镜31是将发出的光束L对粉末层扫描的机构，即光束L的扫描机构。
切削机构4如图23所示，主要具有立铣刀40及驱动机构41而成。立铣刀40是用来对层积化的固化层的侧面即三维形状造型物的表面进行切削的切削工具。驱动机构41是使立铣刀40向希望的应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24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)是用来形成粉末层22的步骤。在该粉末层形成步骤(S1)中，首先将造型工作台20降低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，在将粉末工作台25提高Δt后，如图22(a)所示那样使推挤刮板23从粉末材料箱28朝向造型箱29在水平方向上移动。由此，能够使配设在粉末工作台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)。作为用来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等的树脂粉末”。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)，通过检流计反射镜31向粉末层22上的规定部位扫描光束L(S22)。由此，使粉末层的规定部位的粉末烧结或熔融固化，如图22(b)所示那样形成固化层24(S23)。作为光束L，也可以使用碳酸气体激光、Nd：YAG激光、纤维激光或紫外线等。
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22(c)所示那样多个固化层24层积化。
如果层积化的固化层24达到规定厚度(S24)，则向切削步骤(S3)转移。切削步骤(S3)是用来对层积化的固化层24的侧面即三维形状造型物的表面进行切削的步骤。通过使立铣刀40(参照图22(c)及图23)驱动而开始切削步骤(S31)。例如，在立铣刀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60层的固化层层积的时点使立铣刀40驱动。具体而言，一边通过驱动机构41使立铣刀40移动，一边对层积化的固化层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，通过将粉末层形成步骤(S1)～切削步骤(S3)反复实施而实施进一步的固化层的层积化及切削处理，最终得到希望的三维形状造型物。
[本发明的制造方法]
本发明在上述粉末烧结层积法中、特别在固化层表面的切削工序中具有特征。
首先，在说明本发明的特征之前，对将固化层表面切削加工处理时的本领域技术人员(三维形状造型物的本领域技术人员)的认识进行叙述。
(本领域技术人员的认识)
在固化层表面的切削处理时，使用立铣刀等的旋转切削工具特别对固化层的“侧面”进行切削时，对于本领域技术人员来看，使用该旋转切削工具的切削处理不赋予振动条件等来进行是通常的认识。这是因为，对于形成三维形状造型物的固化层侧面切削处理，振动条件被认为没有什么效果。该想法存在于：安装有旋转切削工具的切削设备具有专门有助于工具旋转的功能，当将切削工具赋予振动时，与水平方向(即横向)相比、在垂直方向(即上下方向)上振动被认为相对容易。
如图1A所示，考虑对在固化层24的侧面上层叠固化层以形成“阶差部70”的三维形状造型物，在“将切削工具在垂直方向上赋予振动的条件”下进行表面切削处理的情况。在此情况下，在本领域技术人员看来，有在垂直方向上振动的切削工具47对于在与振动方向不同的方向(具体而言是水平方向)上延伸的面不是特别有效、即对于阶差部70的水平面部70a无效的认识。因而，可以想到有时因旋转切削工具47的垂直方向的振动没有被充分提供给水平面部70a而在固化层的切削加工后的部分上发生圆弧状的切削痕，从而该切削加工后的部分的表面粗糙度变大(参照图1A的右端图及放大图)。根据以上，在用粉末烧结层积法制造的三维形状造型物具有各种各样的外观形状的情况下，对于这样的造型物侧面不特别需要切削工具的振动，是本领域技术人员的认识。特别是，关于被认为振动条件的程度较高的“超声波振动”等，这样的本领域技术人员的认识更为显著。另外，也有在通常的振动条件下将形成在固化层侧面上的阶差部进行切削加工处理的方式(特开2000－73108号公报)。但是，该方式确认性地附言了不能在上述那样的本领域技术人员的认识更为显著的“超声波振动”条件下对阶差部进行切削加工处理。
本发明的特征在于，与该本领域技术人员的认识反其道而行之，敢于在超声波振动条件下进行固化层表面的切削加工处理。
以下，对有关本发明的一实施方式的制造方法具体地说明。
(本发明的概念)
首先，在说明本发明的具体的方式之前，使用图1对本发明的概念进行说明。
本发明的概念是“在超声波振动条件下进行固化层24的表面的切削加工处理”。更直接地讲，本发明的概念是如图1所示那样“对固化层24的表面的切削加工的部分提供超声波振动”。在本说明书中所述的“超声波振动”，具体而言是20～120kHz，优选的是25～100kHz，更优选的是30～80kHz，更加优选的是35～60kHz，例如35～45kHz，如果举一例，则是指以40kHz的频率振动。
在本发明中，当对固化层24的表面进行切削加工时，由于对固化层24的表面的切削加工的部分提供超声波振动，所以能够因该超声波振动而在用于切削加工的切削工具40与固化层24的表面的切削加工的部分之间反复进行“接触”和“非接触”。即，能够使切削工具40与切削加工的部分的“断续性的”接触增加。由此，能够增加切削工具40与切削加工的部分的接触次数，由此能够使从切削加工的部分切削的切削屑的尺寸变小。因而，能够抑制切削工具40将切削屑卷入。此外，在本发明中，能够使切削工具40与切削加工的部分的“断续性的”接触增加，即，能够抑制切削工具40和固化层24的表面的切削加工的部分在切削加工时“连续地”或“总是”接触。由此，能够使切削工具40相对于固化层24的表面的切削加工的部分的切削阻力变小，以及能够抑制切削加工热。通过以上，切削工具40变得不易损伤，结果，能够进一步延长切削工具40的制品寿命。
此外，当用切削工具(具体而言是旋转切削工具)将固化层表面切削时，在固化层的切削加工后的部分上发生圆弧状的切削痕，由此可以想到有时该切削加工后的部分的表面粗糙度变大。但是，在本发明中，由于如上述那样能够抑制切削工具40与固化层24的表面的切削加工的部分在切削加工时“连续地”或“总是”接触，所以在固化层的切削加工后的部分不易产生切削痕，由此能够使该切削加工后的部分的表面粗糙度变小。
另外，可以考虑在通常的振动条件(即，不是超声波振动条件的条件)下，也在切削工具与固化层表面的切削加工的部分之间反复进行“接触”和“非接触”。但是，在通常的振动条件下，与超声波振动条件相比，因频率较小而切削工具与该加工的部分的接触次数较少，此外切削工具与固化层表面的切削加工的部分在切削加工时接触的时间变长。因此，不易发挥上述所述的“将切削工具的制品寿命进一步延长”、“使固化层的切削加工后的部分的表面粗糙度变小”的效果。
接着，对本发明的实施方式进行说明。
本发明的实施方式大体上可以分为2个实施方式。首先，本发明的第1实施方式是基于将切削工具赋予超声波振动的技术思想的方式。另一方面，本发明的第2实施方式是基于将造型板赋予超声波振动的技术思想的方式。
[本发明的第1实施方式]
(切削工具的超声波振动)
首先，对作为“将切削工具赋予超声波振动”的技术思想的本发明的第1实施方式进行说明。
在本发明的第1实施方式中，如图2所示，将在切削加工处理中使用的切削工具40赋予超声波振动，进行固化层24的表面的切削加工处理。即，在本发明的第1实施方式中，其特征在于，从切削工具40对固化层24的表面的切削加工的部分提供该超声波振动，进行固化层24的表面的切削加工处理。虽然没有特别被限定，但例如如图3所示，可以通过从将振动机构42设在驱动机构41上的主轴上的振动机构42提供超声波振动而使切削工具40进行超声波振动。作为切削工具40，可以使用“旋转切削工具”或“非旋转切削工具”。另外，在本说明书中，所谓“旋转切削工具”，是指在切削加工处理旋转驱动而使用的工具。旋转切削工具的转速优选的是3000～9000min－1，更优选的是4000～8000min－1，更加优选的是5000～7000min－1。作为具体的旋转切削工具，例如可以举出平头立铣刀、球头立铣刀等的立铣刀。在一优选的方式中，作为旋转切削工具而使用平头立铣刀进行切削加工处理。另外，也可以在旋转切削工具的表面上，为了使耐热性提高而设置合金覆层(例如AlTiN覆层)。
以下，对使“旋转切削工具”超声波振动而将固化层表面切削加工处理的方式进行说明。作为该方式，以下分别具体地说明，但可以分为3个样式。
首先，对样式1进行说明。
(样式1：粗加工→切削精加工)
首先，使赋予了超声波振动的旋转切削工具43旋转，将对粉末层照射光束L而得到的固化层24的表面(图4(a))切削加工。具体而言，如图4(b)所示，通过使在沿着旋转切削工具43的延伸方向的方向(垂直方向)上超声波振动的旋转切削工具43旋转，对固化层24的表面进行粗加工。在本说明书中所述的“粗加工”，是指一边以5～50μm、优选的是以10～50μm、更优选的是以20～50μm、更加优选的是以40～50μm的振动振幅进行超声波振动，一边对固化层24的表面进行切削加工。
接着，如图4(c)所示，通过使在相对于旋转切削工具43的延伸方向垂直的方向(水平方向)上超声波振动的旋转切削工具43旋转，对固化层24的表面进行切削精加工。在本说明书中所述的“切削精加工”，是指一边以1～20μm、优选的是以1.5～10μm、更优选的是以2～5μm的振动振幅超声波振动一边对固化层24的表面进行切削加工。
如以上这样，在本方式中，其特征在于，第1，相对于将“粗加工”中的旋转切削工具的振动方向设为垂直方向(即上下方向)，将“切削精加工”中的旋转切削工具的振动方向设为水平方向(即左右方向)。即，在本方式中，其特征在于，在切削加工处理中将旋转切削工具43的振动方向从“垂直方向”向“水平方向”切换。该切换可以通过例如如图3所示那样使设在可上下左右移动的驱动机构41上的主轴上的振动机构42上下振动或左右振动来实施。此外，在本方式中，其特征在于，第2，使旋转切削工具43在“垂直方向”上振动时的振幅比在“水平方向”上振动时的振幅大。具体而言，如上述那样，优选的是，相对于设使旋转切削工具43在“水平方向”上振动时的振幅为例如2～5μm，将使旋转切削工具43在“垂直方向”上振动时的振幅设定为例如20～50μm。
通过该2个特征，在本方式中，首先在“粗加工”中，以旋转切削工具43与固化层24的表面之间的“接触”部位上下错开的方式进行切削加工，由此能够使固化层的切削加工后的部分的表面粗糙度变小。具体而言，通过实施“粗加工”，能够使粗加工后的部分的表面粗糙度为算术平均粗糙度Rz：5(不包括5)～10(不包括10)μm，优选的是5.5～9.5μm，更优选的是6.0～9.0μm，更加优选的是6.5～8.5μm。接着，在“切削精加工”中，通过在旋转切削工具43与固化层24的表面的切削加工的部分之间以比粗加工时小的振动振幅进一步反复进行“接触”和“非接触”，能够使切削加工后的部分的表面粗糙度变得更小。具体而言，通过实施“切削精加工”，能够使切削精加工后的部分的表面粗糙度成为Rz2.5～8.5μm，优选的是成为3.5～7.5μm，更优选的是成为4.5～6.5μm，更加优选的是成为5.0～6.0μm。另外，这里所述的表示表面粗糙度的Rz，是指由JIS B0601规定的粗糙度Rz。即，本发明中的Rz，是指从粗糙度曲线在其平均线的方向上抽取基准长度，求出根据该抽取部分的平均线在纵倍率的方向上测量出的、从最高的山顶到第5个山顶的标高(Yp)的绝对值的平均值与从最低的谷底到第5个的谷底的标高(Yv)的绝对值的平均值的和，将该值用微米(μm)表示(参照JISB0601：1994)。
接着，对样式2进行说明。
(样式2：粗加工→研磨精加工)
首先，使赋予了超声波振动的旋转切削工具43旋转，将对粉末层照射光束L而得到的固化层24的表面(图5(a))切削加工。具体而言，如图5(b)所示，通过使在沿着旋转切削工具43的延伸方向的方向(垂直方向)上有超声波振动的旋转切削工具43旋转，对固化层24的表面进行粗加工。接着，如图5(c)所示，通过使在相对于带轴磨石工具44的延伸方向垂直的方向(水平方向)上有超声波振动的带轴磨石工具44旋转，对固化层24的表面进行研磨精加工。另外，在研磨精加工中，也可以并不一定使带轴磨石工具44在水平方向上超声波振动。另外，在本说明书中所述的“带轴磨石工具”，是指在前端部具备用来对固化层表面进行研磨的磨石(研磨部件)。
在本方式中，第1，将振动方向设定为垂直方向，使用旋转切削工具43进行“粗加工”后，使用带轴磨石工具44进行“研磨精加工”。此外，在本方式中，第2，使旋转切削工具43在“垂直方向”上振动时的振幅比带轴磨石工具44在“水平方向”上振动时的振幅大。通过以上，在本方式中，首先，用“粗加工”以旋转切削工具43与固化层24的表面之间的“接触”部位上下错开的方式切削加工，由此能够使固化层的切削加工后的部分的表面粗糙度变小。具体而言，通过实施“粗加工”，能够使粗加工后的部分的表面粗糙度成为Rz5(不包括5)～10(不包括10)μm，优选的是5.5～9.5μm，更优选的是6.0～9.0μm，更加优选的是6.5～8.5μm。接着，通过用“研磨精加工”由带轴磨石工具44对固化层24的表面的粗加工后的部分进行研磨，能够使固化层的切削加工后的部分的表面粗糙度更小。具体而言，能够使研磨精加工后的部分的表面粗糙度成为Rz1～7μm，优选的是2～6μm，更优选的是3～5μm，更加优选的是3.5～4.5μm。
最后，对样式3进行说明。
(样式3：粗加工→切削精加工→研磨精加工)
首先，使赋予了超声波振动的旋转切削工具43旋转，将对粉末层照射光束L而得到的固化层24的表面(图6(a))切削加工。具体而言，如图6(b)所示，通过使在沿着旋转切削工具43的延伸方向的方向(垂直方向)上有超声波振动的旋转切削工具43旋转，对固化层24的表面进行粗加工。接着，如图6(c)所示，通过使在相对于旋转切削工具43的延伸方向垂直的方向(水平方向)上有超声波振动的旋转切削工具43旋转，对固化层24的表面进行切削精加工。最后，如图6(d)所示，通过使在相对于带轴磨石工具44的延伸方向垂直的方向(水平方向)上有超声波振动的带轴磨石工具44旋转，对固化层24的表面进行研磨精加工。另外，在研磨精加工中，也可以并不一定使带轴磨石工具44在水平方向上超声波振动。
在本方式中，首先，用“粗加工”以旋转切削工具43与固化层24的表面之间的“接触”部位上下错开的方式切削加工，由此，能够使固化层的切削加工后的部分的表面粗糙度变小。具体而言，通过实施“粗加工”，能够使粗加工后的部分的表面粗糙度成为Rz5(不包含5)～10(不包含10)μm，优选的是5.5～9.5μm，更优选的是6.0～9.0μm，更加优选的是6.5～8.5μm。接着，通过用“切削精加工”在旋转切削工具43与固化层24的表面的切削加工的部分之间以比粗加工时小的振动振幅进一步反复进行“接触”和“非接触”，能够使切削加工后的部分的表面粗糙度更小。具体而言，通过在“粗加工”后实施“切削精加工”，能够使切削精加工后的部分的表面粗糙度、切削精加工后的部分的表面粗糙度成为Rz2.5～8.5μm，优选的是3.5～7.5μm，更优选的是4.5～6.5μm，更加优选的是5.0～6.0μm。除此以外，在本方式中，通过用“研磨精加工”由带轴磨石工具44对固化层24的表面的粗加工后的部分进行研磨，能够使切削精加工后的部分的表面粗糙度更小。具体而言，通过在“切削精加工”后实施“研磨精加工”，能够使研磨精加工后的部分的表面粗糙度成为Rz1～7μm，优选的是2～6μm，更优选的是3～5μm，更加优选的是3.5～4.5μm。
即，该样式3与上述样式1、2相比，在能够使固化层的切削加工后的部分的表面粗糙度变小这一点上是有效的。
另外，在样式3中，如图6A(a)所示，可以使用赋予了超声波振动的旋转切削工具43将固化层24的表面按每1层进行粗加工、切削精加工后实施研磨精加工。如果按每1层实施固化层24的粗加工、切削精加工及研磨精加工，则能够更有效地使固化层24的切削加工后的部分的表面粗糙度变小。此外，如图6A(b)所示，也可以在使用赋予了超声波振动的旋转切削工具43将固化层24的表面按每1层进行粗加工后，将粗加工后的固化层24的表面多层一起实施切削精加工及研磨精加工。即，在固化层24的表面的表面粗糙度较大的状态下，按每1层进行减小到规定的表面粗糙度的切削加工(粗加工)，接着，如果切削加工后的部分的表面粗糙度变小到规定的值，则多层一起进行使该表面粗糙度更小的切削精加工及研磨精加工。由此，能够更有效率地使固化层24的切削加工后的部分的表面粗糙度变小。即，能够提高作业效率。
以上，对包括使“旋转切削工具”超声波振动而将固化层表面切削加工处理的情况的3个样式进行了说明。
接着，对不是“旋转切削工具”而是将“非旋转切削工具”作为用于切削加工处理的切削工具使用的方式进行说明。
在这样的方式中，作为用于切削加工处理的切削工具，使用切削加工的部分不旋转驱动的非旋转切削工具。在本说明书中所述的“非旋转切削工具”，是指在切削加工处理时不旋转驱动而使用的工具。作为具体的非旋转切削工具，例如可以举出拱形颈车刀(spring necked turning tool)(工具材质：金刚石及/或硬质材料)。
“非旋转切削工具”的方式是不使切削工具旋转驱动而进行切削加工处理的方式，对该不被旋转驱动的切削工具赋予超声波振动。由此，也在用于切削加工的切削工具与固化层的表面的切削加工的部分之间反复进行“接触”和“非接触”，结果能够进一步延长切削工具的制品寿命。
在使用非旋转切削工具的情况下，优选的是将切削工具赋予超声波振动。即，优选的是使用赋予了超声波振动的非旋转切削工具对固化层表面的切削加工的部分提供超声波椭圆振动。
更具体地讲，如图7所示，从设在非旋转切削工具45的前端部分上的刀头部46，对向粉末层照射光束L而得到的固化层24的表面的切削加工的部分提供超声波椭圆振动。这里所述的“进行超声波椭圆振动”，是在将上述使用旋转切削工具进行超声波振动时的作为振动方向的“垂直方向”与“水平方向”组合的方向上振动的考虑方式。作为超声波椭圆振动的振动振幅，是1～20μm，优选的是2～15μm，更优选的是3～10μm。此外，作为超声波椭圆振动的频率，优选的是20～40kHz。通常，在一方向上进行超声波振动而切削加工的方式中，由于切削屑逆着工具表面上的摩擦力被推出，所以切削阻力增大，加工发热也变大。相对于此，在提供超声波椭圆振动的切削加工中，由于工具前端向将切削屑拉出的方向运动，所以促进了切削屑的排出。因此，有减少切削力/工具磨损、提高切削加工精度、以及使切削工具的切削屑的卷入的抑制效果提高的优点。
以上，对基于将切削工具赋予超声波振动的技术思想的本发明的第1实施方式进行了说明。
接着，对基于“将造型板赋予超声波振动”的技术思想的本发明的第2实施方式进行说明。
[本发明的第2实施方式]
(造型工作台的超声波振动)
在本发明的第2实施方式中，如图8所示，将用来形成粉末层及固化层24的造型工作台20(具体而言是配设在造型工作台20上的造型板21)赋予超声波振动，进行固化层24的表面的切削加工处理。即，在本发明的第2实施方式中，其特征在于，从造型板21对固化层24的表面的切削加工的部分提供超声波振动，进行固化层24的表面的切削加工处理。尽管没有特别限定，但例如可以将振动器设置在造型板21或造型工作台20内，通过从该振动器在垂直方向或水平方向上提供超声波振动，使造型工作台20在垂直方向或水平方向上超声波振动。在使造型工作台20在垂直方向上超声波振动的情况下，能够以切削工具40与固化层24的表面之间的“接触”部位上下错开的方式对固化层24的表面进行切削加工，由此能够使固化层的切削加工后的部分的表面粗糙度变小。此外，在使造型工作台20在水平方向上超声波振动的情况下，反复进行切削工具40与固化层24的表面的切削的部分之间的“接触”和“非接触”，由此能够使固化层的切削加工后的部分的表面粗糙度变小。另外，优选的是也考虑将造型工作台20的侧面以与壁27接触的方式配置，使造型工作台20在垂直方向上超声波振动。
以上，对本发明的三维形状造型物的制造方法进行了说明，但本发明并不限定于此，应理解的是能够在不脱离权利要求书规定的发明的范围的情况下由本领域技术人员进行各种各样的变更。
[实施例]
接着，对本发明的实施例进行说明。
实施例1
比较例<无超声波振动(切削加工)>
使用切削工具进行形成有槽部(凹部)的固化层的切削加工。具体而言，使用立铣刀(R0.3mm(图22)，有AlTiN覆层)进行形成固化层的槽部的表面的切削加工。将切削加工后的部分的放大照片图表示在图9中。
实施例<有超声波振动(切削加工→研磨加工)>
使用有超声波振动的立铣刀(R0.3mm，有AlTiN覆层)进行形成固化层的槽部的表面的切削加工，接着，对切削加工后的面，使用有超声波振动的带轴磨石工具进行研磨加工。将在超声波振动条件下进行切削加工及研磨加工后的部分的放大照片图表示在图10中。另外，作为超声波振动条件，设为转速6000min－1，振动振幅30～50μm，频率40kHz，振动方向：立铣刀延伸方向。
(结果)在以超声波振动条件进行了切削加工及研磨加工的部分中，粗糙面极少。另一方面，在没有超声波振动而进行了切削加工的部分中，能显著地看到粗糙面。
实施例2
比较例<无超声波振动(切削加工)>
使用立铣刀(R0.3mm，有AlTiN覆层)进行固化层表面的切削加工。将进行切削加工后(切削距离100m)的立铣刀的前端部的磨损状态表示在图11中。
实施例<有超声波振动(切削加工)>
使用有超声波振动的立铣刀(R0.3mm，有AlTiN覆层)进行固化层表面的切削加工。将在超声波振动条件下进行切削加工后(切削距离100m)的立铣刀的前端部的磨损状态表示在图12中。另外，作为超声波振动条件，设为转速6000min－1，振动振幅30～50μm，频率40kHz，振动方向：立铣刀延伸方向。
(结果)在超声波振动条件下进行切削加工后的立铣刀的前端部在100m切削后也几乎没有磨损。另一方面，没有超声波振动而进行切削加工后的立铣刀的前端部在100m切削后相当程度地磨损了。
实施例3
比较例<无超声波振动(切削加工)>
调查使用立铣刀(R0.3mm，有AlTiN覆层)将固化层表面进行了切削加工的情况下的、与切削距离对应的立铣刀的前端部的磨损量。将其结果表示在图13中。
实施例<有超声波振动(切削加工)>
调查使用有超声波振动的立铣刀(R0.3mm，有AlTiN覆层)将固化层表面进行了切削加工的情况下的、与切削距离对应的立铣刀的前端部的磨损量。将其结果表示在图13中。另外，作为超声波振动条件，设为转速6000min－1，振动振幅30～50μm，频率40kHz，振动方向：立铣刀延伸方向。
(结果)如图13所示，在使用有超声波振动的立铣刀将固化层表面切削加工的情况下，即使切削距离为约800m，立铣刀的前端部的磨损量也是20μm以下，立铣刀的前端部几乎没有磨损。相对于此，在没有超声波振动而使用立铣刀将固化层表面切削加工的情况下，在切削距离为600m以下时立铣刀的前端部的磨损量是约70μm，相对于此，如果切削距离超过600m，则立铣刀的前端部的磨损量急剧地增加，在切削距离为约800m时成为约180μm。
实施例4
比较例<无超声波振动(切削加工)>
使用立铣刀(R0.3mm，有AlTiN覆层)进行固化层表面的切削加工。将进行切削加工后(切削距离100m)的切削屑的放大照片图表示在图14中。
实施例<有超声波振动(切削加工)>
使用有超声波振动的立铣刀(R0.3mm，有AlTiN覆层)进行固化层表面的切削加工。将在超声波振动条件下进行切削加工后(切削距离100m)的切削屑的放大照片图表示在图15中。另外，作为超声波振动条件，设为转速6000min－1，振动振幅30～50μm，频率40kHz，振动方向：立铣刀延伸方向。
(结果)在超声波振动条件下进行切削加工后的切削屑(图15)与没有超声波振动而进行切削加工后的切削屑相比，起因于超声波振动而变细。此时的在超声波振动条件下进行切削加工后的切削屑不是立铣刀会将该切削屑卷入那样的尺寸。
实施例5
比较例<无超声波振动(切削加工)>
调查使用立铣刀(R0.3mm，有AlTiN覆层)将固化层表面切削加工的情况下的、与切削距离对应的立铣刀的切削阻力。将其结果表示在图16中。
实施例<有超声波振动(切削加工)>
调查使用有超声波振动的立铣刀(R0.3mm，有AlTiN覆层)将固化层表面切削加工的情况下的、与切削距离对应的立铣刀的切削阻力。将其结果表示在图16中。另外，作为超声波振动条件，设为转速6000min－1，振动振幅30～50μm，频率40kHz，振动方向：立铣刀延伸方向。
(结果)如图16所示，在使用有超声波振动的立铣刀将固化层表面切削加工的情况下，即使切削距离为约800m，立铣刀的切削阻力也是约4N～约12N。相对于此，在没有超声波振动而使用立铣刀将固化层表面切削加工的情况下，在切削距离为约350m以下时立铣刀的切削阻力是约15N，相对于此，如果切削距离超过约350m，则立铣刀的切削阻力急剧地增加，在切削距离为约400m时成为约30N。
实施例6
比较例<无超声波振动(切削加工)>
调查使用立铣刀(R0.3mm，有AlTiN覆层)将固化层表面切削加工的情况下的毛刺发生状况。将其结果表示在图17中。
实施例<有超声波振动(切削加工)>
调查使用有超声波振动的立铣刀(R0.3mm，有AlTiN覆层)将固化层表面切削加工的情况下的毛刺发生状况。将其结果表示在图18中。另外，作为超声波振动条件，设为转速6000min－1，振动振幅30～50μm，频率40kHz，振动方向：立铣刀延伸方向。
(结果)如图18所示，可知在超声波振动条件下进行切削加工的情况下，毛刺的发生被抑制。另一方面，如图17所示，可知在没有超声波振动而进行切削加工的情况下，发生了毛刺。
实施例7
比较例<无超声波振动(切削加工)>
使用立铣刀(R0.3mm，有AlTiN覆层)进行固化层表面的切削加工。将切削加工的部分的放大照片图表示在图19中。
实施例<有超声波振动(切削加工→研磨加工)>
使用有超声波振动的立铣刀(R0.3mm，有AlTiN覆层)进行固化层表面的切削加工，接着，对进行切削加工后的面使用有超声波振动的带轴磨石工具进行研磨加工。将在超声波振动条件下进行了切削加工及研磨加工的部分的放大照片图表示在图20中。另外，作为超声波振动条件，设为转速6000min－1，振动振幅30～50μm，频率40kHz，振动方向：立铣刀延伸方向。
(结果)在超声波振动条件下进行了切削加工及研磨加工的部分的表面粗糙度是Rz3～5μm。另一方面，没有超声波振动而进行了切削加工的部分的表面粗糙度是Rz10～30μm。
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
(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；及
(ii)在得到的固化层之上形成新的粉末层，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，
交替地反复进行粉末层形成及固化层形成，其特征在于，
对上述固化层的表面实施切削加工处理，将该切削加工处理在超声波振动条件下进行。
第2技术方案：
在上述第1技术方案中，其特征在于，作为上述超声波振动条件，对在上述切削加工处理中使用的切削工具赋予超声波振动。
第3技术方案：
在上述第1技术方案或第2技术方案中，其特征在于，将上述粉末层及上述固化层在造型工作台上形成；作为上述超声波振动条件，对上述造型工作台赋予超声波振动。
第4技术方案：
在上述第2技术方案或第3技术方案中，其特征在于，作为上述切削工具而使用旋转切削工具，一边使该旋转切削工具旋转，一边赋予上述超声波振动。
第5技术方案：
上述第4技术方案中，其特征在于，在上述切削加工处理中，将上述旋转切削工具的振动方向在垂直方向与水平方向之间切换。
第6技术方案：
上述第5技术方案中，其特征在于，使上述旋转切削工具在上述垂直方向上振动时的振幅，大于使该旋转切削工具在上述水平方向上振动时的振幅。
第7技术方案：
在上述第1技术方案～第6技术方案的任一项中，作为上述切削加工处理，进行粗加工及精加工的至少2个阶段的切削加工。
第8技术方案：
在上述第7技术方案中，其特征在于，作为上述精加工，实施使用上述旋转切削工具的切削精加工、使用带轴磨石工具的研磨精加工、以及该切削精加工和该研磨精加工的组合中的某种。
第9技术方案：
在从属于上述第5技术方案或第6技术方案的第7技术方案中，其特征在于，在通过使上述旋转切削工具在上述垂直方向上振动从而进行上述粗加工后，通过使该旋转切削工具在上述水平方向上振动从而进行上述精加工。
第10技术方案：
在上述第1技术方案～第3技术方案的任一项中，作为在上述切削加工处理中使用的切削工具，使用非旋转切削工具。
第11技术方案：
在上述第10技术方案中，其特征在于，使用上述非旋转切削工具赋予超声波椭圆振动。
产业上的可利用性
通过实施有关本发明的一实施方式的三维形状造型物的制造方法，能够制造各种各样的物品。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”，可以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”，可以将得到的三维形状造型物作为树脂成形品使用。
关联申请的相互参照
本申请主张基于日本专利申请第2015－127888号(申请日：2015年6月25日，发明的名称：“三维形状造型物的制造方法”)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包含在本说明书中。
标号说明
22 粉末层
L 光束
24 固化层
40 切削工具(立铣刀)
20 造型工作台
43 旋转切削工具
44 带轴磨石工具
45 非旋转切削工具

Claims (11)

1.一种三维形状造型物的制造方法，通过
(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；及
(ii)在得到的固化层之上形成新的粉末层，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，
交替地反复进行粉末层形成及固化层形成，其特征在于，
对上述固化层的表面实施切削加工处理，将该切削加工处理在超声波振动条件下进行。
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，
作为上述超声波振动条件，对在上述切削加工处理中使用的切削工具赋予超声波振动。
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，
将上述粉末层及上述固化层在造型工作台上形成；
作为上述超声波振动条件，对上述造型工作台赋予超声波振动。
4.如权利要求2所述的三维形状造型物的制造方法，其特征在于，
作为上述切削工具而使用旋转切削工具，一边使该旋转切削工具旋转，一边赋予上述超声波振动。
5.如权利要求4所述的三维形状造型物的制造方法，其特征在于，
在上述切削加工处理中，将上述旋转切削工具的振动方向在垂直方向与水平方向之间切换。
6.如权利要求5所述的三维形状造型物的制造方法，其特征在于，
使上述旋转切削工具在上述垂直方向上振动时的振幅，大于使该旋转切削工具在上述水平方向上振动时的振幅。
7.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，
作为上述切削加工处理，进行粗加工及精加工的至少2个阶段的切削加工。
8.如权利要求7所述的三维形状造型物的制造方法，其特征在于，
作为上述精加工，实施使用上述旋转切削工具的切削精加工、使用带轴磨石工具的研磨精加工、以及该切削精加工和该研磨精加工的组合中的某种。
9.如从属于权利要求5的权利要求7所述的三维形状造型物的制造方法，其特征在于，
在通过使上述旋转切削工具在上述垂直方向上振动从而进行上述粗加工后，通过使该旋转切削工具在上述水平方向上振动从而进行上述精加工。
10.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，
作为在上述切削加工处理中使用的切削工具，使用非旋转切削工具。
11.如权利要求10所述的三维形状造型物的制造方法，其特征在于，
使用上述非旋转切削工具赋予超声波椭圆振动。
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