CN109996628B - 三维形状造型物的制造方法 - Google Patents

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Abstract

提供通过光束照射依次形成多个固化层、用于制造在内部具备中空区域的三维形状造型物的方法。在本发明的制造方法中，在原料的供给时进行光束照射，使被供给的原料烧结或熔融固化从而形成固化层。特别是，将作为用来形成后续的固化层的基底而使用的基底固化部作为三维形状造型物的一部分来形成，在后续的固化层的形成之前，改变基底固化部的朝向。

Description

三维形状造型物的制造方法
技术领域
本发明涉及三维形状造型物的制造方法。更详细地讲，本发明涉及通过光束照射而依次形成多个固化层的三维形状造型物的制造方法。
背景技术
以往已知通过光束照射而依次形成多个固化层来制造三维形状造型物的方法。作为该方法，可以举出“粉末床熔融结合法”和“LMD(Laser Metal Deposition，激光金属沉积)法”。
粉末床熔融结合法基于以下的工序(i)及(ii)，交替地反复实施粉末层形成和固化层形成，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、同样地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，能够制造复杂的三维形状造型物。在作为粉末材料而使用无机质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来使用。另一方面，在作为粉末材料而使用有机质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来使用。
以作为粉末材料而使用金属粉末、将由此得到的三维形状造型物作为模具来使用的情况为例。如图7所示，首先，使挤压刮片(squeezing blade) 23动作而在造型板21上形成规定厚度的粉末层22(参照图7的(a))。接着，向粉末层22的规定部位照射光束L而从粉末层22形成固化层24(参照图7的(b))。接着，在得到的固化层之上形成新的粉末层，再次照射光束而形成新的固化层。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24层叠(参照图7的(c))，最终能够得到由层叠的固化层24构成的三维形状造型物。由于作为最下层而形成的固化层24成为与造型板21 结合的状态，所以三维形状造型物和造型板21成为一体化物，能够将该一体化物例如作为模具来使用。
另一方面，LMD(Laser Metal Deposition，激光金属沉积)法是例如在造型板上实质上同时进行原料供给和光束照射而形成固化层的方法。将上述的粉末床熔融结合法与LMD法相比较，粉末床熔融结合法具有的特征是，能够使固化层的形状精度比较高，但用于固化层形成的时间比较长。相对于此，LMD法具有的特征是，固化层的形状精度比较低，但用于固化层形成的时间比较短。
在LMD法中，也与上述的粉末床熔融结合法同样地，如果层叠化的固化层达到规定厚度，则向切削步骤转移，最终能够得到由层叠化的固化层构成的希望形状的三维形状造型物。另外，由于作为最下层而形成的固化层成为与造型板结合的状态，所以三维形状造型物和造型板成为一体化物，能够将该一体化物例如作为模具来使用。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2016－2565号公报
发明内容
发明要解决的课题
本申请的发明者们发现，在通过粉末床熔融结合法及LMD法中的后者的LMD法制造三维形状造型物的情况下，特别是制造在内部具备中空区域的三维形状造型物的情况下，可能发生以下的问题。具体而言，在LMD法中，如上述那样通过实质上同时进行原料19’的供给和光束L’的照射而形成新的固化层(参照图8)。该原料19’的供给和光束L’的照射需要如图8所示那样在作为基底的已经形成的固化层24’上进行。换言之，在最正下方不存在作为基底的固化层24’的区域50’(相当于图8的斜线部分)，进行原料 19’的供给和光束L’的照射而形成新的固化层在物理上是困难的。如果像这样存在新的固化层的形成在物理上较困难的区域，则最终无法适当地形成在内部具备中空区域的三维形状造型物。
本发明是鉴于这样的情况而做出的。即，本发明的目的在于，提供在实质上同时进行原料的供给和光束照射而形成固化层的情况下也能够更适当地制造在内部具备中空区域的三维形状造型物的方法。
用来解决课题的手段
为了达成上述目的，在本发明的一技术方案中，提供三维形状造型物的制造方法，是通过光束照射依次形成多个固化层、用于制造在内部具备中空区域的三维形状造型物的方法，在原料的供给时进行光束照射，使被供给的原料烧结或熔融固化从而形成固化层；将作为用来形成后续的固化层的基底而使用的基底固化部作为三维形状造型物的一部分来形成；在后续的固化层的形成之前，改变基底固化部的朝向。
发明效果
根据本发明的一技术方案，在实质上同时进行原料的供给和光束照射而形成固化层的情况下，也能够更适当地制造在内部具备中空区域的三维形状造型物。
附图说明
图1是示意地表示本发明的一形态的制造方法的立体图。
图2是示意地表示本发明的一形态的制造方法的剖视图。
图3是示意地表示在基底固化部的两侧部形成后续的固化层的形态的剖视图。
图4是示意地表示制造在基础部件的两主面包括基底固化部的三维形状造型物的形态的剖视图。
图5是示意地表示以多个基底固化部分别作为基底而形成后续的固化层的形态的剖视图。
图6是示意地表示设置在基底固化部上的后续的固化层的其他形成形态的剖视图。
图7是示意地表示实施粉末床熔融结合法的光造型复合加工的工艺形态的剖视图。
图8是用来说明本申请的发明者们发现的技术课题的示意性剖视图。
具体实施方式
以下，参照附图更详细地说明本发明的一形态的制造方法。图面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，“固化层”在作为原料而使用例如金属粉末的情况下是指“烧结层”，在作为原料而使用例如树脂粉末的情况下是指“硬化层”。
在本说明书中直接或间接地说明的“上下”的方向，是基于固化层的层叠方向的，将在本发明的制造方法的实施时固化层被层叠的方向设为“上方”，将其相反侧设为“下方”。为了方便，可以理解为，铅直向下(即，重力作用的方向)相当于“朝下”，其相反朝向相当于“朝上”。
[LMD法]
以下，对本发明的一形态中使用的LMD(Laser Metal Deposition，激光金属沉积)法进行说明。LMD法，例如是在造型板上实质上同时进行原料的供给和光束照射而形成固化层的方法。LMD法具有的特征是，固化层的形状精度比较低，但用于固化层形成的时间比较短。
反复进行固化层的形成，如果层叠化的固化层达到规定厚度，则向切削步骤转移，最终能够得到由层叠化的固化层构成的希望形状的三维形状造型物。另外，作为最下层而形成的固化层能够成为与造型板结合的状态。因此，三维形状造型物和造型板形成一体化物，能够将该一体化物例如作为模具来使用。
作为在LMD法中使用的原料，可以使用粉末及/或焊料。即，在LMD 法中，向原料供给部位照射光束并供给作为原料的粉末或焊料，从而由该被供给的粉末及/或焊料形成固化层。另外，焊料通常不具有粉末形态。
粉末的种类可以与在粉末床熔融结合法中使用的粉末的种类相同。另一方面，焊料是指焊接原料，是指当被照射光束则能够熔融的材料。焊料的材质没有特别限定，可以是金属。焊料的形状没有特别限定，但从光束所照射的原料供给部位的作为原料的焊料的供给容易度的观点来看，优选的是线形状或棒形状等细长的形状。
在作为原料而使用粉末的情况下，通过光束照射使被供给的粉末烧结或熔融固化而从粉末直接形成固化层。即，一边供给粉末一边进行光束照射而形成固化层。优选的是，向出射的光束喷雾供给粉末，通过该被喷雾供给的粉末的烧结或熔融固化而形成固化层。
另一方面，在作为原料而使用焊料的情况下，向出射的光束供给焊料，通过光束使焊料的一部分熔融，由此由熔融的焊料的一部分形成固化层。即，在此情况下也与粉末同样地，一边供给焊料一边进行光束照射而形成固化层。
[本发明的制造方法]
本申请的发明者们发现，在如图8所示那样在最正下方不存在成为基底的固化层24’的区域50’(相当于图8的斜线部分)，进行原料19’的供给和光束L’的照射而形成新的固化层在物理上是困难的。如果存在新的固化层的形成在物理上困难的区域，则由于该原因而最终无法适当地形成在内部具备中空区域的三维形状造型物。所以，本申请的发明者们为了解决该技术课题而专门进行了研究，提出了本发明的一形态的制造方法。
本发明的一形态，在制造具备中空区域的三维形状造型物时，在通过实质上同时地或并行地进行原料的供给和光束照射而得到的固化层的形成形态方面具有特征。
具体而言，根据本发明的一形态，在具备中空区域60A的三维形状造型物100A的制造中途将作为后续的固化层24Ac的基底而使用的基底固化部24Ab作为三维形状造型物100A的一部分来形成。根据本发明的一形态，在形成基底固化部24Ab之后，在后续的固化层24Ac的形成之前，改变该基底固化部24Ab的朝向(参照图1及图2)。
本说明书中所谓的“中空区域”，广义上是指不存在固化层的空间区域，狭义上是指将三维形状造型物例如作为模具来使用的情况下用来使调温介质(冷却介质或加热介质)通过的空间区域。本说明书中所谓的“基底固化部”广义上是指作为对之后形成的后续的固化层进行支承的基底而发挥功能的部分。本说明书中所谓的“基底固化部”狭义上是指作为对之后形成的后续的固化层进行支承的基底而发挥功能、并且在基底固化部的形成之前形成的固化层上以形成阶差部的方式设置的部分。本说明书中所谓的“后续的固化层”，是指在基底固化部的形成后形成的固化层。本说明书中所谓的“基底固化部的朝向”，实质上是指构成基底固化部的固化层的层叠方向的朝向。此外，本说明书中所谓的“改变基底固化部的朝向”，实质上是指使构成基底固化部的固化层的层叠方向的朝向成为与基底固化部的形成前的时点不同的方向。
根据本发明的一形态，改变作为后续的固化层24Ac的基底使用的基底固化部24Ab的朝向。如果改变基底固化部24Ab的朝向，则形成基底固化部24Ab的表面的规定区域的位置能够变化。通过这样的形成基底固化部 24Ab表面的规定区域的位置变化，能够将与在改变基底固化部24Ab的朝向之前能够形成固化层的基底固化部的表面的规定区域(例如上表面部) 不同的区域定位为能够支承后续的固化层24Ac的部位。因此，在将基底固化部24Ab的朝向改变后，能够在这样的与基底固化部24Ab的表面的规定区域不同的区域(例如最初的侧部)形成后续的固化层24Ac。利用能够在这样的与基底固化部24Ab的表面的规定区域不同的区域上形成固化层这一点，可以起到以下的效果。具体而言，例如在最正下方不存在成为基底的固化层的区域，也能够沿着该中空区域60A适当地形成新的固化层、即后续于基底固化部24Ab的形成的固化层24Ac。即，能够避免产生在物理上难以形成固化层的区域。因而，由于避免了产生这样的在物理上难以形成固化层的区域，最终能够适当地形成在内部具备中空区域60A的三维形状造型物100A(参照图1及图2)。
更详细而言，根据本发明的一形态，首先如图1的(a)及图2的(a) 所示，实质上同时进行原料19A的供给和光束L的照射而形成固化层。具体而言，根据本发明的一形态，使多个固化层24Aa层叠，以形成构成中空区域60A的壁面60Aa的一部分。
在使多个固化层24Aa层叠以形成构成中空区域60A的壁面60Aa的一部分后，如图1的(b)及图2的(b)所示，由实质上同时进行原料19A 的供给和光束L的照射而形成的多个固化层形成基底固化部24Ab。该基底固化部24Ab，从避免向中空区域60A内的原料19A的供给和光束L的照射的观点来看，优选设置为，被定位到在基底固化部24Ab的形成前先行形成的固化层24Aa上，不被定位到比中空区域60A的一方的开口端部60Ab1靠内侧的位置。通过这样的基底固化部24Ab的设置，起因于在基底固化部 24Ab的形成前先行形成的固化层24Aa的最上层的表面24Aa1与基底固化部24Ab的最上表面24Ab1之间的高度差异而形成阶差部(参照图1的(b) 及图2的(b))。
在形成基底固化部24Ab之后，如图1的(b)～(c)及图2的(b)～ (c)所示那样改变基底固化部24Ab的朝向。
例如，可以改变基底固化部24Ab的朝向，以使得与改变基底固化部 24Ab的朝向之前相比，基底固化部24Ab的侧部24Ab2能够被定位到上表面侧。虽然没有特别限定，但基底固化部24Ab的朝向的变更可以通过将“由在基底固化部24Ab的形成前先行形成的固化层24Aa和基底固化部24Ab 构成的三维形状造型物的前身100Aa”的位置或朝向相对地改变(优选的是相对于光束L相对地改变)来进行。此外，虽然没有特别限定，但基底固化部24Ab的朝向的变更可以通过将原料19A的供给位置及光束L的照射位置相对地改变(优选的是相对于前身100Aa相对地改变)来进行。不限于此，基底固化部24Ab的朝向的变更也可以通过将三维形状造型物的前身100Aa的位置、以及原料19A的供给位置及光束L的照射位置都相对地改变来进行。
在改变基底固化部24Ab的朝向后，如图1的(c)及图2的(c)所示，对于能够定位在上表面侧的基底固化部24Ab的侧部24Ab2开始后续的固化层24Ac的层叠。这样的后续的固化层24Ac的层叠，从形成构成中空区域 60A的壁面60Aa的其余部分的观点来看，优选的是至少从中空区域60A 的一方的开口端部60Ab1进行到另一方的开口端部60Ab2。此外，从确保所得三维形状造型物的适当的构造强度的观点来看，更优选的是将后续的固化层24Ac如以下这样层叠。例如，更优选的是，以将隔着另一方的开口端部60Ab2而与中空区域60A的一方的开口端部60Ab1相对置的已经形成的固化层24Aa的最上层的表面覆盖的方式，层叠后续的固化层24Ac。
经过以上的工序，最终能够得到在内部具备中空区域60A的三维形状造型物100A(参照图1的(d)及图2的(d))。
在本发明中，可以构成为，在将该基底固化部24Ab的朝向改变后，朝向变更前的基底固化部24Ab的侧部24Ab2被定位到基底固化部24Ab的上表面侧。因此，在将基底固化部24Ab的朝向改变后，能够在这样的基底固化部24Ab的侧部24Ab2形成后续的固化层24Ac。由此，能够以将中空区域的开口部封堵的方式形成构成中空区域60A的壁面60Aa的其余部分。因而，由于能够形成该构成中空区域60A的壁面60Aa的其余部分，最终能够适当地形成在内部具备中空区域60A的三维形状造型物100A。
作为本发明的一个形态，也可以在基底固化部的一方的侧部及与一方的侧部对置的另一方的侧部这双方形成后续的固化层。即，也可以对基底固化部的一方的侧面和位于其相反侧的另一方的侧面这两个侧面形成后续的固化层。
最初说明的形态是，在将基底固化部24Ab的朝向改变后，仅在基底固化部24Ab的一方的侧部24Ab2形成后续的固化层24Ac(参照图1及图2)。相对于此，本形态的特征在于，在将基底固化部24Bb的朝向改变后，不仅在基底固化部24Bb的一方的侧部24Bb21而且还在与一方的侧部24Bb21对置的另一方的侧部24Bb22也形成后续的固化层(参照图3)。通过这样的特征，在本形态中，能够在基底固化部24Bb的侧部的两方分别形成后续的固化层。因此，在后续的固化层各自的正下方形成有中空区域的一部分的情况下，能够以将各中空区域的开口部封堵的方式分别形成构成各中空区域的壁面的其余部分。因而，最终能够适当地形成在内部具备2个第1中空区域60BX及第2中空区域60BY的三维形状造型物100B。由于与上述形态相比在三维形状造型物100B内部形成的中空区域的数量能够增加，从而在将三维形状造型物100B用作模具的情况下，能够使调温介质更适当地在各中空区域内通过。这意味着能够更有效率地进行调温介质和三维形状造型物100B的热能的交换。
参照图3的(a)～(d)详细叙述。首先，如图3的(a)所示，实质上同时进行原料19B的供给和光束L的照射而形成固化层。更具体地讲，使多个固化层24Ba层叠，以使得将2个成为第1中空区域60BX的壁面 60BXa的一部分及成为第2中空区域60BY的壁面60BYa的一部分分别形成。
在使多个固化层24Ba层叠后，由实质上同时进行原料19B的供给和光束L的照射而形成的多个固化层形成基底固化部24Bb。这样的基底固化部24Bb，从避免向第1中空区域60BX内的原料19B的供给和光束L的照射的观点来看，优选如以下这样设置。具体而言，优选设置为，定位到在基底固化部24Bb的形成前先行形成的固化层24Ba上、但不定位到比第1中空区域60BX的一方的开口端部60BXb1靠内侧的位置。基于同样的观点，从避免向第2中空区域60BY内的原料19B的供给和光束L的照射的观点来看，基底固化部24Bb优选如以下这样设置。具体而言，优选设置为，定位到在基底固化部24Bb的形成前先行形成的固化层24Ba上、但不定位到比第2中空区域60BY的一方的开口端部60BYb1靠内侧的位置。
在形成基底固化部24Bb之后，如图3的(b)所示那样改变基底固化部24Bb的朝向。例如，可以改变基底固化部24Bb的朝向，以便能够将基底固化部24Bb的第1侧部24Bb21定位到上表面侧。
在将基底固化部24Bb的朝向改变后，对被定位到上表面侧的基底固化部24Bb的侧部24Bb21开始后续的第1固化层24Bc1的层叠。这样的后续的第1固化层24Bc1的层叠，从形成成为第1中空区域60BX的壁面60BXa 的其余部分的观点来看，优选的是至少从第1中空区域60BX的一方的开口端部60BXb1进行到另一方的开口端部60BXb2。此外，从确保所得三维形状造型物的适当的构造强度的观点来看，更优选的是将后续的第1固化层24Bc1如以下这样层叠。例如，更优选的是，以将隔着另一方的开口端部60BXb2而与第1中空区域60BX的一方的开口端部60BXb1相对置的已经形成的固化层24Ba的最上层的表面覆盖的方式，将后续的第1固化层 24Bc1层叠。
在层叠形成了后续的第1固化层24Bc1后，如图3的(c)所示那样进一步改变基底固化部24Bb的朝向。例如，可以进一步改变基底固化部24Bb 的朝向，以便能够将基底固化部24Bb的第2侧部24Bb22定位到上表面侧。虽然没有特别限定，但例如可以从图3的(b)所示的状态旋转约180度，以便能够将基底固化部24Bb的第2侧部24Bb22定位到上表面侧。
在将基底固化部24Bb的朝向改变后，对定位到上表面侧的基底固化部 24Bb的第2侧部24Bb22开始后续的第2固化层24Bc2的层叠。这样的后续的第2固化层24Bc2的层叠，从形成成为第2中空区域60BY的壁面60BYa 的其余部分的观点来看，优选的是至少从第2中空区域60BY的一方的开口端部60BYb1形成到另一方的开口端部60BYb2。此外，从确保所得三维形状造型物的适当的构造强度的观点来看，更优选的是如以下这样将后续的第2固化层24Bc2层叠。例如，更优选的是，以将隔着另一方的开口端部60BYb2而与第2中空区域60BY的一方的开口端部60BYb1相对置的已经形成的固化层24Ba的最上层的表面覆盖的方式将第2固化层24Bc2层叠。
经过以上的工序，能够制造在内部具备2个第1中空区域60BX及第2 中空区域60BY的三维形状造型物100B(参照图3的(d))。
作为本发明的一形态，可以使用旋转自如的基础部件并使该基础部件旋转，来制造对于基础部件的两主面包含基底固化部的三维形状造型物。
该形态的特征在于，作为用来实质上同时进行原料19C的供给及光束 L的照射而形成固化层的基础部件21C，使用旋转自如的部件。基础部件 21C是旋转自如的，所以能够将基础部件21C的一方的主面21C1及另一方的主面21C2分别作为上表面侧的面来定位，能够在各主面上实质上同时进行原料19C的供给和光束L的照射而形成固化层。
首先，如图4的(a)所示，在基础部件21C的第1主面21C1上实质上同时进行原料19C的供给和光束L的照射而形成固化层。具体而言，使多个固化层24CXa层叠，以形成成为2个第1中空区域60CX及第2中空区域60CY中的第1中空区域60CX的壁面60CXa的一部分。在使固化层 24CXa层叠后，由实质上同时进行原料19C的供给和光束L的照射而形成的多个固化层形成基底固化部24CXb。该基底固化部24CXb，从避免向第 1中空区域60CX内的原料19C的供给和光束L的照射的观点来看，优选如以下这样设置。具体而言，基底固化部24CXb设置为，被定位到在基底固化部24CXb的形成前先行形成的固化层24CXa上、但不定位到比第1 中空区域60CX的一方的开口端部60CXb1靠内侧的位置。
在使多个固化层24CXa层叠后，使基础部件21C旋转，以使基础部件 21C的与第1面21C1对置的第2主面21C2位于上侧。在使基础部件21C 旋转后，在基础部件21C的第2主面21C2上实质上同时进行原料19C的供给和光束L的照射而形成固化层。具体而言，在本形态中，使多个固化层 24CYa层叠，以形成成为2个第1中空区域60CX及第2中空区域60CY 中的第2中空区域60CY的壁面60CYa的一部分。在使固化层24CYa层叠后，由实质上同时进行原料19C的供给和光束L的照射而形成的多个固化层形成基底固化部24CYb。该基底固化部24CYb，从避免向第2中空区域 60CY内的原料19C的供给和光束L的照射的观点来看，优选如以下这样设置。具体而言，该基底固化部24CYb优选设置为，定位到在基底固化部24CYb的形成前先行形成的固化层24CYa上、但不定位到比第2中空区域 60CY的一方的开口端部60CYb1靠内侧的位置。
在形成基底固化部24CXb及24CYb之后，如图4的(b)所示那样改变基底固化部24CXb及24CYb的朝向。例如可以改变基底固化部24CXb 的朝向以使得能够将基底固化部24CXb的侧部24CXb2定位到上表面侧。同样，例如可以改变基底固化部24CYb的朝向以使得能够将基底固化部 24CYb的侧部24CYb2定位到上表面侧。
在将基底固化部24CXb及基底固化部24CYb的朝向改变后，对被定位到上表面侧的基底固化部24CXb的侧部24CXb2开始后续的第1固化层 24CXc的层叠。该后续的第1固化层24CXc的层叠，从形成成为第1中空区域60CX的壁面60CXa的其余部分的观点来看，优选的是至少从第1中空区域60CX的一方的开口端部60CXb1形成到另一方的开口端部60CXb2。此外，从确保所得三维形状造型物的适当的构造强度的观点来看，更优选的是如以下这样层叠后续的第1固化层24CXc。更具体地讲，更优选的是，以隔着另一方的开口端部60CXb2而与第1中空区域60CX的一方的开口端部60CXb1相对置的已经形成的固化层24CXa的最上层的表面覆盖的方式层叠后续的第1固化层24CXc。同样，在将基底固化部24CXb及基底固化部24CYb的朝向改变后，对于被定位到上表面侧的基底固化部24CYb的侧部24CYb2开始后续的第2固化层24CYc的层叠。该后续的第2固化层 24CYc的层叠，从形成成为第2中空区域60CY的壁面60CYa的其余部分的观点来看，优选如以下这样进行。具体而言，后续的第2固化层24CYc 的层叠优选至少从第2中空区域60CY的一方的开口端部60CYb1进行到另一方的开口端部60CYb2。此外，从确保所得三维形状造型物的适当的构造强度的观点来看，更优选的是如以下这样层叠第2固化层24CYc。更具体地讲，更优选的是，以将隔着另一方的开口端部60CYb2而与第2中空区域 60CY的一方的开口端部60CYb1相对置的已经形成的固化层24CYa的最上层的表面覆盖的方式将后续的第2固化层24CYc层叠。
经过以上的工序，能够制造在基础部件21C的一方的主面21C1和另一方的主面21C2的各自一侧分别具备第1中空区域60CX及第2中空区域 60CY的三维形状造型物100C(参照图4的(c))。
作为本发明的一个形态，可以包括形成多个基底固化部的工序，以多个基底固化部的各自为基底而形成后续的固化层。
该形态的特征在于，在制造内部具备中空区域的三维形状造型物100D 时，形成多个基底固化部(参照图5)。具体而言，基底固化部能够如上述那样作为对之后形成的后续的固化层进行支承的基底发挥功能。对于这一点，本形态尤其在以下的方面具有特征：将多个基底固化部24Db1、24Db2分别形成，在将各基底固化部的朝向改变后，以将该改变了朝向的多个基底固化部分别作为基底而形成后续的固化层24Dc1、24Dc2、24Dc3。即，在本形态中，以与改变了朝向的多个基底固化部24Db1、24Db2的各自直接接触的方式形成多个后续的固化层24Dc1、24Dc2、24Dc3。明确地讲，由于与多个基底固化部的各自邻接而设置各后续的固化层，所以各后续的固化层的配置形态相对较大地依存于多个基底固化部各自的配置形态。因而，在形成多个基底固化部的情况下，通过适当调整各基底固化部的配置部位，能够与其对应地还适当调整后续的固化层的配置部位。除此以外，如果还调整后续的固化层的层叠数等，则与例如图1及图2所示的在单一的基底固化部24Db上层叠后续的固化层24Dc的情况下得到的中空区域60D的相对简单的形状相比，能够将中空区域60D做成更复杂的构造。
更具体地详细叙述。首先，如图5的(a)所示，实质上同时进行原料 19D的供给和光束L的照射，例如在基础部件上层叠剖视为大致L字形的固化层24Da。接着该固化层24Da的形成，在剖视中在固化层24Da上形成由多个层叠的固化层构成的基底固化部24Db1。
在形成基底固化部24Db1之后，将该基底固化部24Db1的朝向变更。例如，可以如图5的(b)所示那样改变基底固化部24Db1的朝向，以使得能够将基底固化部24Db1的侧部24Db12定位到上表面侧。虽然没有特别限定，但基底固化部24Db1的朝向的变更可以通过将“由在基底固化部24Db1的形成前先行形成的固化层24Da和基底固化部24Db1构成的三维形状造型物的前身100Da”的位置、朝向相对地改变来进行。此外，虽然没有特别限定，但基底固化部24Db1的朝向的变更可以通过将原料19D的供给位置及光束L的照射位置相对于前身100Da相对地改变来进行。不限于此，基底固化部24Db1的朝向的变更也可以通过将三维形状造型物的前身100Da 的位置、朝向以及原料19D的供给位置及光束L的照射位置都相对地改变来进行。
在将基底固化部24Db1的朝向改变后，如图5的(b)所示那样对定位到上表面侧的基底固化部24Db1的侧部24Db12，朝向上侧方向进行后续的固化层24Dc1的层叠。
在将固化层24Dc1层叠后，将基底固化部24Db1的朝向变更。例如，可以从图5的(b)中基底固化部24Db1的侧部24Db12位于上表面侧的状态起，将基底固化部24Db1的朝向变更，以使得如图5的(c)所示那样在剖视中定位到右侧部侧。
在将基底固化部24Db1的朝向改变后，如图5的(c)所示那样对于基底固化部24Db1的上表面部24Db11朝向上侧方向进行后续的固化层24Dc2的层叠。此外，如图5的(c)所示，在实质上同时进行原料19D的供给和光束L的照射而已经形成的固化层24Da上进一步层叠固化层24Da，以使得在剖视中成为大致倒L字形。该成为大致倒L字形的固化层24Da能够如图5的(c)所示那样形成为，与在对置的基底固化部24Db1的侧部24Db12形成的后续的固化层24Dc1相互分离。接着该固化层24Da的形成，在剖视中在固化层24Da上形成由多个层叠的固化层构成的基底固化部24Db2。如图5的(c)所示那样，能够在剖视中将基底固化部24Db2构成为，其上表面部24Db21的水平高于对置的L字形状区域的固化层24Dc2的上表面部 24Dc21的水平。
在形成基底固化部24Db2之后，将该基底固化部24Db2的朝向变更。例如，可以如图5的(d)所示那样改变基底固化部24Db2的朝向，以使得能够将基底固化部24Db2的侧部24Db22定位到上表面侧。虽然没有特别限定，但基底固化部24Db2的朝向的变更可以通过将基底固化部24Db2形成时的三维形状造型物的前身100Da的位置、朝向相对地改变来进行。此外，虽然没有特别限定，但基底固化部24Db2的朝向的变更可以通过将原料19D 的供给位置及光束L的照射位置相对地改变来进行。不限于此，基底固化部24Db2的朝向的变更也可以通过将三维形状造型物的前身100Da的位置、朝向、以及原料19D的供给位置及光束L的照射位置都相对地改变来进行。
在将基底固化部24Db2的朝向改变后，如图5的(d)所示那样对定位到上表面侧的基底固化部24Db2的侧部24Db22朝向上侧方向进行后续的固化层24Dc3的层叠。该后续的固化层24Dc3可以如图5的(d)所示那样构成为，其侧部24Dc32与L字形状区域的固化层24Dc2的上表面部24Dc21相互接触。
经过以上的工序，能够制造具备在内部具有复杂形状的中空区域60D 的三维形状造型物100D(参照图5的(d))。
在上述的本形态中，作为一例而将基底固化部24Db1及基底固化部 24Db2分别形成，在将各基底固化部的朝向改变后，以该改变了朝向的基底固化部的各自为基底，形成后续的固化层24Dc1、24Dc2、24Dc3。即，以与改变了朝向的基底固化部24Db1、24Db2的各自直接接触的方式形成多个后续的固化层24Dc1、24Dc2、24Dc3。这样，通过适当调整多个基底固化部各自的配置部位，能够与其对应地还适当调整后续的固化层的配置部位。除此以外，如果还调整后续的固化层的层叠数等，则能够形成例如图5的(d) 所示那样的具有复杂形状的中空区域60D。由此，例如在将三维形状造型物用作模具的情况下，由于中空区域60D能够具有复杂构造，所以能够更有效率地进行在中空区域内通过的调温介质与三维形状造型物100D的热能的交换。
作为本发明的一个形态，也可以在基底固化部上形成具有倾斜面的后续的固化层。
本形态的特征在于，在基底固化部上，作为后续的固化层而形成具有倾斜面的固化层。例如，在图2的(c)所示的形态中，在将基底固化部24Ab 的朝向改变后，对定位到上表面侧的基底固化部24Ab的侧部24Ab2进行后续的固化层24Ac的层叠。此时，如果剖视中在基底固化部24Ab的侧部 24Ab2设置的后续的固化层24Ac的厚度相对较小，则可能发生以下的现象。具体而言，用来一体地进行原料19A的供给和光束L的照射的加工头70A 的至少一部分与已经形成的固化层24Aa的最上层的表面接触，有可能起因于此而无法将后续的固化层24Ac沿着层叠方向适当地层叠。鉴于这一点，在本形态中，优选的是如图6所示那样，将由在基底固化部24Eb的形成前先行形成的固化层24Ea和基底固化部24Eb构成的三维形状造型物的前身 100Ea的位置、朝向在剖视中相对地倾斜(更具体地讲，使三维形状造型物的前身100Ea成为倾斜的状态，以使后续固化层的层叠与铅直方向成角度)。由此，能够避免将光束L和原料19E向大致铅直下方供给的加工头 70E与该三维形状造型物的前身100Ea接触(具体而言，能够如图6所示那样避免与固化层24Ea的最上层的表面接触)。此外，不限于此，也可以将加工头70E倾斜以使原料19E的供给方向及光束L的照射方向倾斜，避免加工头70E与三维形状造型物的前身100Ea、具体而言是固化层24Ea的最上层的表面相接触。进而，不限于此，从避免加工头70E与三维形状造型物的前身100Ea的接触的观点来看，可以如以下这样将加工头70E及三维形状造型物的前身100Ea定位。具体而言，可以将加工头70E倾斜以使原料19E的供给方向及光束L的照射方向倾斜，并且将三维形状造型物的前身100Ea的位置在剖视中相对地倾斜。
在本形态中，通过上述对策，能够避免加工头70E与三维形状造型物的前身100Ea、具体而言是固化层24Ea的最上层的表面相接触。因此，能够在基底固化部24Eb的侧部24Eb2适当地形成具有倾斜面80E的后续的固化层24Ec。更具体地讲，通过将三维形状造型物的前身100Ea的位置在剖视中相对地倾斜及/或将加工头70E倾斜以使原料19E的供给方向及光束L 的照射方向倾斜(优选使得相对于后续固化层的层叠方向成角度而得到倾斜的条件)，能够适当地形成该后续的固化层24Ec。由此，能够以将中空区域60E的开口部封堵的方式适当地形成构成中空区域60E的壁面60Ea 的其余部分。因而，由于能够适当地形成该构成中空区域60E的壁面60Ea 的其余部分，最终能够更适当地形成在内部具备中空区域60E的三维形状造型物。
作为本发明的一个形态，作为用于形成构成中空区域60A的壁面60Aa 的原料，可以使用热传导性相对较高的金属，例如铜及/或铝等(参照图1 及图2等)。
将在内部具备中空区域的三维形状造型物用作模具的情况下，作为用于使调温介质流过的调温介质路径而能够使用中空区域。在此情况下，例如从有效率及有效地进行腔室形成面侧与调温介质之间的热能的移动的观点来看，作为用于形成构成中空区域60A壁面60Aa的原料，可以使用铜及/或铝等材料。另一方面，虽然没有特别限定，但在将内部具备中空区域的三维形状造型物用作模具的情况下，在剖视中基底固化部24Ab及设置在基底固化部24Ab上的后续的固化层24Ac的形成部位可以成为腔室形成面 (参照图1及图2等)。由于腔室形成面是在成型时容易作用成型压力的部位，所以要求相对较高的构造强度。因此，例如，作为用于形成剖视中基底固化部24Ab及设置在基底固化部24Ab上的后续的固化层24Ac的原料，可以使用刚性相对较高的铁及/或不锈钢等。
以上，对本发明的优选的例示形态进行了说明，但这只不过表示了本发明的应用范围中的典型例。因而，本领域技术人员应该可以容易地理解到本发明并不限定于上述说明的内容而能够进行各种变更。
例如，在本发明中实施的LMD法，作为三维形状造型物的制造原料，也可以并用粉末和焊料。例如，也可以是，制造的三维形状造型物的某部分使用“粉末”的原料，而其他部分使用“焊料”的原料。
另外，上述那样的本发明包含以下的优选形态。
第1形态：一种三维形状造型物的制造方法，是通过光束照射依次形成多个固化层、用于制造在内部具备中空区域的三维形状造型物的方法，在原料的供给时进行上述光束照射，使被供给的该原料烧结或熔融固化从而形成上述固化层；将作为用来形成后续的上述固化层的基底而使用的基底固化部作为上述三维形状造型物的一部分来形成；在上述后续的上述固化层的形成之前，改变上述基底固化部的朝向。
第2形态：一种三维形状造型物的制造方法，在上述第1形态中，改变上述基底固化部的上述朝向，以对于上述基底固化部的侧部层叠上述后续的上述固化层。
第3形态：一种三维形状造型物的制造方法，在上述第1形态或第2 形态中，在形成了构成上述中空区域的壁面的一部分后，改变上述基底固化部的上述朝向。
第4形态：一种三维形状造型物的制造方法，在上述第3形态中，在改变上述基底固化部的上述朝向之后，形成上述后续的上述固化层，以形成构成上述中空区域的上述壁面的其余部分。
第5形态：一种三维形状造型物的制造方法，在上述第2形态～第4 形态的任一项中，在上述基底固化部的一方的上述侧部和与该一方的该侧部对置的另一方的侧部这双方，形成上述后续的上述固化层。
第6形态：一种三维形状造型物的制造方法，在上述第1形态～第5 形态的任一项中，使用旋转自如的基础部件，通过使该基础部件旋转，制造对于该基础部件的两主面包括上述基底固化部的上述三维形状造型物。
第7形态：一种三维形状造型物的制造方法，在上述第1形态～第6 形态的任一项中，包括形成多个上述基底固化部的工序；将上述多个上述基底固化部各自作为上述基底而形成上述后续的上述固化层。
第8形态：一种三维形状造型物的制造方法，在上述第1形态～第7 形态的任一项中，作为上述原料而使用粉末及/或焊料。
产业上的可利用性
通过实施本发明的三维形状造型物的制造方法，能够制造各种物品。例如，在三维形状造型物由金属材料构成的情况下，能够将三维形状造型物用作塑料注塑成型用模具、冲压模具、压铸模具、铸造模具、锻造模具等模具。另一方面，在三维形状造型物由树脂材料构成的情况下，能够将三维形状造型物用作树脂成型品。
相关申请的相互参照
本申请基于日本专利申请第2016－230305号(申请日：2016年11月 28日，发明的名称：“三维形状造型物的制造方法”)主张优先权。该申请公开的全部内容通过引用包含于本说明书。
标号说明
L...光束；19A、19B、19C、19D、19E...原料；21C...基础部件；21C1... 基础部件的主面；21C2...基础部件的主面；24Aa、24Ac、24Ba、24Bc1、24Bc2、 24CXa、24CYa、24CXc、24CYc、24Da、24Dc1、24Dc2、24Dc3、24Ea、 24Ec...固化层；24Ab、24Bb、24CXb、24CYb、24Db1、24Db2、24Eb...基底固化部；24Ab2、24Bb21、24Bb22、24CXb2、24CYb2、24Db12、24Db22、 24Eb2...基底固化部的侧部；24Bb21...基底固化部的一方的侧部；24Bb22...基底固化部的另一方的侧部；24Ac、24Bc1、24Bc2、24CXc、24CYc、24Dc1、 24Dc2、24Dc3、24Ec...后续的固化层；60A、60BX、60BY、60CX、60CY、 60D、60E...中空区域；60Aa、60BXa、60BYa、60CXa、60CYa、60Ea...构成中空区域的壁面；100A、100B、100C、100D...三维形状造型物。

Claims (6)

1.一种三维形状造型物的制造方法，是通过光束照射依次形成多个固化层、用于制造在内部具备中空区域的三维形状造型物的方法，其特征在于，
在原料的供给时进行上述光束照射，使被供给的该原料烧结或熔融固化从而形成上述固化层；
将作为用来形成后续的上述固化层的基底而使用的基底固化部作为上述三维形状造型物的一部分来形成；
在上述后续的上述固化层的形成之前，改变上述基底固化部的朝向，
作为上述原料而使用金属粉末及/或金属焊料；
上述基底固化部形成阶差部，在改变了形成该阶差部的上述基底固化部的朝向后在该基底固化部的最初的侧面形成上述后续的上述固化层。
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，
在形成了构成上述中空区域的壁面的一部分之后，改变上述基底固化部的上述朝向。
3.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，
在改变了上述基底固化部的上述朝向之后，形成上述后续的上述固化层以使得形成构成上述中空区域的上述壁面的其余部分。
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，
在上述基底固化部的一方的上述侧面和与该一方的该侧面对置的另一方的侧面，形成上述后续的上述固化层。
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，
使用旋转自如的基础部件，使该基础部件旋转，来制造对于该基础部件的两主面包含上述基底固化部的上述三维形状造型物。
6.如权利要求1～5中任一项所述的三维形状造型物的制造方法，其特征在于，
包括形成多个上述基底固化部的工序；
将上述多个上述基底固化部各自作为上述基底而形成上述后续的上述固化层。
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