CN113874138B - 层叠体成形方法以及层叠体成形装置 - Google Patents

层叠体成形方法以及层叠体成形装置 Download PDF

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Abstract

层叠体成形方法通过向供给到工作台上的粉末照射射束而使粉末熔融固化或者烧结，成形出层叠体，所述层叠体成形方法具有：移动距离设定步骤S22，将相对于粉末的颗粒直径为规定比例的长度设定为工作台的移动距离；以及成形步骤S24，重复使工作台向下方移动移动距离、向移动后的工作台供给粉末、向所供给的粉末照射射束而使粉末熔融固化或者烧结，成形出层叠体。根据层叠体成形方法，能够抑制层叠体的性能降低。

Description

层叠体成形方法以及层叠体成形装置
技术领域
本发明涉及层叠体成形方法以及层叠体成形装置。
背景技术
近年来，以金属粉末等粉末为原料成形出三维层叠体的层叠体成形方法正被实用化。例如专利文献1中记载了如下粉末床(powder bed)方式的层叠体成形方法：向粉末供给室供给金属粉末，利用激光束仅照射金属粉末的特定部分而使特定部分熔融固化，之后，使粉末供给室向下方移动而重复相同的处理。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2009－270130号公报
发明内容
发明将要解决的课题
在粉末床方式的层叠体成形中，成形条件对强度等层叠体的性能有很大影响。因而，要求设定能够抑制层叠体的性能降低的成形条件。
本发明解决上述的课题，目的在于提供能够抑制层叠体的性能降低的层叠体成形方法以及层叠体成形装置。
用于解决课题的手段
为了解决上述的课题并实现目的，本公开的层叠体成形方法通过向供给到工作台上的粉末照射射束，使所述粉末熔融固化或者烧结，成形出层叠体，所述层叠体成形方法具有：移动距离设定步骤，将相对于所述粉末的颗粒直径为规定比例的长度设定为所述工作台的移动距离；以及成形步骤，重复使所述工作台向下方移动所述移动距离，向移动后的所述工作台供给所述粉末、向所供给的所述粉末照射射束而使所述粉末熔融固化或者烧结，成形出所述层叠体。
根据该层叠体成形方法，通过以颗粒的颗粒直径为基准设定移动距离，能够抑制层叠体的性能的降低。
也可以是，还具有比率取得步骤，即，取得所述粉末被照射射束而固化后的固化体的体积相对于供给到所述工作台上的粉末的堆积体积的比率的信息，在所述移动距离设定步骤中，基于所述比率设定所述移动距离。根据该层叠体成形方法，能够抑制层叠体的性能的降低。
优选的是，在所述移动距离设定步骤中，将所述粉末的最大颗粒直径的50％以上且100％以下的长度设定为所述移动距离。根据该层叠体成形方法，能够抑制层叠体的性能的降低。
为了解决上述的课题并实现目的，本公开的层叠体成形方法通过向供给到工作台上的粉末照射射束，使所述粉末熔融固化或者烧结，成形出层叠体，所述层叠体成形方法具有：粉末准备步骤，准备相对于所述工作台的移动距离为规定比例的颗粒直径的所述粉末；以及成形步骤，重复使所述工作台向下方移动所述移动距离、向移动后的所述工作台供给所述粉末、向所供给的所述粉末照射射束而使所述粉末熔融固化或者烧结，成形出所述层叠体。根据该层叠体成形方法，通过使用相对于移动距离为规定比例的颗粒直径的粉末成形出层叠体，能够抑制层叠体的性能的降低。
优选的是，还具有比率取得步骤，即，取得所述粉末被照射射束而固化后的固化体的体积相对于供给到所述工作台上的粉末的堆积体积的比率的信息，在所述粉末准备步骤中，基于所述比率准备所述粉末。根据该层叠体成形方法，能够抑制层叠体的性能的降低。
优选的是，在所述粉末准备步骤中，准备最大颗粒直径相对于所述移动距离为1倍以上且2倍以下的所述粉末。根据该层叠体成形方法，能够抑制层叠体的性能的降低。
为了解决上述的课题并实现目的，本公开的层叠体成形装置通过向供给到工作台上的粉末照射射束，使所述粉末熔融固化或者烧结，成形出层叠体，所述层叠体成形装置具有：移动距离设定部，其将相对于所述粉末的颗粒直径为规定比例的长度设定为所述工作台的移动距离；以及成形部，其重复使所述工作台向下方移动所述移动距离、向移动后的所述工作台供给所述粉末、向所供给的所述粉末照射射束而使所述粉末熔融固化或者烧结，成形出所述层叠体。根据该层叠体成形装置，通过以颗粒的颗粒直径为基准设定移动距离，能够抑制层叠体的性能的降低。
为了解决上述的课题并实现目的，本公开的层叠体成形装置通过向供给到工作台上的粉末照射射束，使所述粉末熔融固化或者烧结，成形出层叠体，所述层叠体成形装置具有：粉末准备部，其准备相对于所述工作台的移动距离为规定比例的颗粒直径的所述粉末；以及成形部，其重复使所述工作台向下方移动所述移动距离、向移动后的所述工作台供给所述粉末、向所供给的所述粉末照射射束而使所述粉末熔融固化或者烧结，成形出所述层叠体。根据该层叠体成形装置，通过使用相对于移动距离为规定比例的颗粒直径的粉末成形出层叠体，能够抑制层叠体的性能的降低。
发明效果
根据本发明，能够抑制层叠体的性能降低。
附图说明
图1是本实施方式的层叠体成形装置的示意图。
图2是本实施方式的控制部20的示意性的框图。
图3是对固化体的每一层的成形顺序进行说明的示意图。
图4是说明粉末的层叠状态的图。
图5是表示比较例的层叠的示意图。
图6是表示本实施方式的层叠的示意图。
图7是对本实施方式中的停止时的控制进行说明的示意图。
图8是对本实施方式的层叠体的成形流程进行说明的流程图。
图9是对本实施方式的其他例的层叠体的成形流程进行说明的流程图。
图10是表示比较例的层叠体的内部组织的拍摄照片的图。
图11是表示本实施例的层叠体的内部组织的拍摄照片的图。
具体实施方式
以下，参照添附附图，详细地说明本发明的优选的实施方式。另外，并非通过该实施方式限定本发明，另外，在具有多个实施方式的情况下，也包括组合各实施方式而构成的方式。
图1是本实施方式的层叠体成形装置的示意图。本实施方式的层叠体成形装置1是能够执行本实施方式的层叠体成形方法的装置，使用所谓的粉末床方式由粉末P成形出作为立体造型物的层叠体L。粉末P在本实施方式中是金属粉末，例如也可以是镍基合金或者TiAl基合金等。这里的镍基合金是包含Ni、Cr、Nb以及Mo的合金，例如包含50.0～55.0质量％的Ni，包含17.0～21.0质量％的Cr，包含4.75～5.50质量％的Nb，包含2.8～3.3质量％的Mo。该镍基合金也可以包含不可避免的杂质。作为镍基合金，也可以使用Inconel718(注册商标)。另外，这里的TiAl基合金是Ti与Al所结合的化合物(TiAl、Ti3Al、Al3Ti等)，即TiAl系金属间化合物。作为TiAl基合金，例如也可以使用包含40～50原子％的Al、包含3～10原子％的Mn、剩余部分由Ti以及不可避免的杂质构成的TiAl基合金。另外，作为TiAl基合金，例如也可以使用包含40～50原子％的Al，包含3～10原子％的Cr或者Nb中的1种以上、剩余部分由Ti以及不可避免的杂质构成的TiAl基合金。而且，对于上述例示的组成的TiAl基合金，也可以还含有1～2.5原子％的Nb、0.2～1.0原子％的Mo、W、Zr中的1种以上、0.1～0.4原子％的C、0.2～1.0原子％的Si、Ni、Ta中的1种以上中的至少一方。层叠体L由粉末P成形，因此成为与粉末P相同组成的金属体。但是，粉末P以及层叠体L的组成是任意的。
如图1所示，层叠体成形装置1具有成形室10、粉末供给部12、刮板14、照射源部16、照射部18以及控制部20。层叠体成形装置1通过控制部20的控制，从粉末供给部12向成形室10内供给粉末P，向供给到成形室10内的粉末P照射来自照射源部16以及照射部18的射束，从而使粉末P熔融固化或者烧结，成形出层叠体L。以下，将从铅垂方向上方朝向铅垂方向下方的方向设为方向Z1，将与方向Z1相反的方向、即从铅垂方向下方朝向铅垂方向上方的方向设为方向Z2。
成形室10具有框体30、工作台32以及移动机构34。框体30是上侧、即方向Z2侧开放的框体。工作台32在框体30内配置为被框体30包围。工作台32在框体30内构成为能够沿方向Z1以及方向Z2移动。由工作台32的上表面与框体30的内周面包围的空间R成为被供给粉末P的空间。移动机构34连接于工作台32。移动机构34通过控制部20的控制，使工作台32沿铅垂方向即方向Z1以及方向Z2移动。
粉末供给部12是在内部存储粉末P的机构。粉末供给部12由控制部20控制粉末P的供给，通过控制部20的控制，从供给口12A向工作台32上的空间R供给粉末P。刮板14是将供给到空间R的粉末P水平地扫平(刮涂)的刮涂刮板。刮板14由控制部20控制。
照射源部16是射束B的照射源。射束B是平移的粒子或者波的束，在本实施方式中是电子束。而且，在本实施方式中，照射源部16是钨丝。但是，射束B只要是能够将粉末P烧结或者熔融的射束即可，并不限定于电子束，照射源部16只要能够照射射束B就可以是任意的照射源部。例如射束B也可以是激光束。
照射部18设于成形室10的上方、即方向Z2侧。照射部18是使来自照射源部16的射束B向成形室10照射的机构。照射部18例如具有像散透镜、聚光透镜以及偏转透镜等光学元件。另外，照射部18例如具有通过由控制部20控制而能够扫描射束B的扫描机构，一边扫描来自照射源部16的射束B一边向成形室10照射，从而向铺设于工作台32的粉末P的特定位置照射射束。粉末P在被照射了射束B的位置熔融固化(熔融之后固化)或者烧结。关于控制部20，之后进行叙述。
层叠体成形装置1成为以上那样的构成。层叠体成形装置1通过粉末供给部12向工作台32供给粉末P，利用照射源部16以及照射部18朝向工作台32上的粉末P照射射束B。粉末P的被照射了射束B的部位烧结或者熔融固化，成为固化体A。成形出固化体A之后，层叠体成形装置1利用移动机构34使工作台32向方向Z1侧移动移动距离H。然后，层叠体成形装置1利用粉末供给部12向工作台32即固化体A上供给粉末P，利用照射源部16以及照射部18朝向工作台32上的粉末P照射射束B。由此，在固化体A上层叠另一固化体A。一旦固化体A被层叠，层叠体成形装置1就使工作台32向方向Z1侧移动移动距离H而重复相同的处理。层叠体成形装置1通过重复该处理，层叠固化体A而成形出层叠体L。
图2是本实施方式的控制部20的示意性的框图。控制部20例如是计算机，具有由CPU(Central Processing Unit)等构成的运算处理装置与存储部。如图2所示，控制部20具有粉末控制部40、照射控制部42以及移动控制部44。粉末控制部40、照射控制部42以及移动控制部44通过控制部20从存储部读出程序来实现，执行各自的处理。但是，粉末控制部40、照射控制部42以及移动控制部44也可以分别是单独的硬件。
粉末控制部40控制粉末P向工作台32的供给。粉末控制部40例如控制粉末供给部12，向下降了移动距离H的工作台32上供给粉末P。然后，粉末控制部40控制刮板14，利用刮板14刮涂工作台32上的粉末P。
照射控制部42控制射束B向工作台32上的粉末P的照射。照射控制部42例如读出存储于存储部的三维数据，基于该三维数据设定射束B的扫描路径，控制照射部18以便以设定的扫描路径照射射束B。
移动控制部44控制移动机构34，使工作台32移动。移动控制部44在通过射束B向粉末P的照射而形成固化体A之后，使工作台32向方向Z1侧移动移动距离H。另外，移动控制部44也可以设定移动距离H的长度。关于移动距离H的设定方法，之后进行叙述。
如此，层叠体成形装置1在每次使工作台32向下方移动移动距离H时，铺设粉末P而照射射束B，从而按每一层层叠固化体A，生成层叠体L。接下来，对每一层的固化体A的成形进行说明。
图3是对固化体的每一层的成形顺序进行说明的示意图。图3的步骤S10示出了第一层的层叠的状态。工作台32的上侧的空间R被供给粉末P。粉末P被刮板14刮涂，因此以沿着框体30的上端部30A的方式填充于空间R内。以下，将空间R填充于的粉末P的层记载为粉末层S。粉末层S是填充于空间R的层，但由于由粉末P构成，因此包含空隙。另外，以下，将空间R的Z1方向上的长度即高度记载为高度HS。由于在空间R填充粉末层S，因此高度HS也可以说是粉末层S的高度。
如图3的步骤S10所示，层叠第一层时的空间R的高度HS成为高度HS1，在该空间R内填充第一层的粉末层S1。另外，第一层的高度HS1也可以与移动距离H一致。粉末层S1被照射射束B，形成固化体A1。粉末层S若被照射射束B，则由于熔融或者烧结引起的空隙的消失等而收缩，堆积体积减少。堆积体积是也包含粉末层S的空隙的体积，指的是包含粉末P与空隙的粉末层S的整个体积。因而，固化体A的体积比粉末层S的堆积体积小，固化体A的Z1方向上的长度、即高度HA比粉末层S的高度HS小。在步骤S10中，由高度HS1的粉末层S＝形成高度HA1的固化体A1。另外，在本实施方式中，固化体A的高度HA相对于粉末层S的高度HS的比率约为50％，换言之，固化体A的体积成为粉末层S的堆积体积的约50％。因而，步骤S10中的固化体A1的高度HA1比粉末层S1的高度HS1低，为高度HS1的约50％。
图3的步骤S12示出了第二层的层叠的状态。一旦在步骤S10中形成固化体A1，层叠体成形装置1就使工作台32向方向Z1侧移动移动距离H，向工作台32的上侧的空间R、即固化体A1上供给粉末P。在该情况下，在第一层层叠的粉末层S1的上表面与框体30的上端部30A之间的距离成为移动距离H，但实际上粉末层S1固化而成为固化体A1。因而，被供给粉末P的空间R的高度HS2成为固化体A1的上表面与框体30的上端部30A之间的距离。空间R的高度HS2比第一层中的空间R的高度HS1高。具体而言，空间R的高度HS2为相对于下降量的移动距离H加上粉末层S1的高度HS1与固化体A1的高度HA1的差。而且，由于在该空间R填充第二层的粉末层S2，因此粉末层S2的高度也可以说是高度HS2。通过射束向粉末层S2的B的照射，在固化体A1上形成固化体A2。由粉末层S2形成的固化体A2的高度成为高度HA2。固化体A2的高度HA2成为粉末层S2的高度HS2的约50％的高度，因此比第一层的固化体A1的高度HA1高。
图3的步骤S14示出了第三层的层叠的状态。一旦在步骤S12中形成固化体A2，层叠体成形装置1就使工作台32向方向Z1侧移动移动距离H，向工作台32的上侧的空间R、即固化体A2上供给粉末P。被供给粉末P的空间R的高度HS3成为固化体A2的上表面与框体30的上端部30A之间的距离，因此高度HS3进一步高于第二层中的空间R的高度HS1。具体而言，空间R的高度HS3相对于下降量的移动距离H加上粉末层S2的高度HS2与固化体A2的高度HA2的差。而且，填充于该空间R的第三层的粉末层S3的高度也成为高度HS3。通过射束B向粉末层S3的照射，在固化体A2上形成固化体A3。由粉末层S3形成的固化体A3的高度成为高度HA3。固化体A3的高度HA3成为粉末层S3的高度HS3的约50％的高度，因此比第二层的固化体A2的高度HA2高。
在步骤S14以后也同样按照每1层重复固化体A的层叠。若层叠进行到某种程度，则空间R(粉末层S)的高度HS与固化体A的高度HA收敛于规定的值。步骤S16示出了作为规定的层叠数的第N层的层叠的状态。如步骤S16所示，在第N层的层叠中，在第N层的前一个第M层的层叠所形成的固化体AM上的空间R中填充粉末层SN。然后，通过射束B向粉末层SN的照射，在固化体AM上形成固化体AN。这里的空间R的高度、即粉末层SN的高度HSN收敛，因此成为与前1层的粉末层SM的高度HSM相同的高度。同样，固化体AN的高度HAN成为与固化体AM的高度HAM相同的高度。另外，层叠体成形装置1一般来说层叠数较多，因此层叠体L的大部分由高度收敛之后的固化体A形成。
如上述那样，固化体A收缩至粉末层S的约50％的高度。因而，第N层中的粉末层SN(空间R)的高度HSN由以下的式(1)表示。另外，式(1)的HS(N－1)指的是第N层的前一层的粉末层S的高度，即图3中的粉末层SM的高度HSM。
HSN＝0.5·HS(N－1)+H···(1)
粉末层SN的高度HSN如式(1)那样，因此收敛的情况下的粉末层S的高度HS如下式(2)那样。
【数式1】
Figure BDA0003366892820000081
即，收敛之后的粉末层S的高度HS成为移动距离H的2倍。另外，固化体AN的高度ANS成为粉末层S的高度HS的约50％，因此收敛之后的固化体AN的高度ANS与移动距离H大致相同。
本发明人着眼于这样的每一层的层叠，发现了将用于抑制层叠体L的性能降低的每1层的工作台32的移动距离H与粉末P的颗粒直径建立关联来设定成形条件。即，本发明人发现了只要将移动距离H相对于粉末P的颗粒直径设为规定的比例，就能够抑制层叠体L的性能降低。以下，具体地进行说明。
图4是说明粉末的层叠状态的图。在图4中，示出了由利用粉末P形成的粉末层S形成固化体A的状态。粉末P可以说是例如集合了多个作为金属制的粒(粉)的颗粒P0的颗粒P0的集合体。在层叠体成形装置1中，优选的是设定为空间R(粉末层S)的高度HS成为粉末P中的颗粒P0的最大颗粒直径Dmax以上，即最大颗粒直径Dmax的颗粒P0落入高度HS的空间R。在本实施方式中，空间R(粉末层S)的高度HS如式(2)那样收敛于移动距离H的2倍。因而，如果移动距离H的2倍为最大颗粒直径Dmax以上，则能够将高度HS保持在最大颗粒直径Dmax以上。换言之，如接下来的式(3)所示，通过将移动距离H设定为最大颗粒直径Dmax的50％以上，能够将高度HS保持为最大颗粒直径Dmax以上。
H≥0.5·Dmax···(3)
若层叠进行到某种程度，则空间R(粉末层S)的高度HS收敛，因此若如此将移动距离H设定在最大颗粒直径Dmax的50％以上，则能够将收敛后的层中的高度HS始终保持为最大颗粒直径Dmax的50％以上。
另外，若将移动距离H设定得过长，则固化体A的厚度变得过厚，造型精度降低，因此优选的是以某种程度较短地设定移动距离H。在本实施方式中，移动距离H例如优选的是最大颗粒直径Dmax的100％以下。即，在本实施方式中，优选的是将移动距离H设定为最大颗粒直径Dmax的50％以上100％以下。但是，若移动距离H长则也有造型速度提高这一优点，因此并不限定于将移动距离H设为100％以下。另外，图4示出了高度HS与最大颗粒直径Dmax相同的情况下的例子、即移动距离H为最大颗粒直径Dmax的50％的情况。
在以上说明的本实施方式中，固化体A收缩至粉末层S的50％的高度，但这可以说是固化体A的高度HA相对于粉末层S的高度HS的比率为0.5。这里，也考虑到固化体A的高度HA相对于粉末层S的高度HS的比率未成为0.5的可能性。在该情况下，也可以将高度HA相对于高度HS的比率设为比率X，基于比率X设定移动距离H。粉末层SN的高度HS能够使用比率x如接下来的式(4)那样表示。另外，比率X成为比1小的值。另外，高度HA相对于高度HS的比率X也可以说是固化体A的体积相对于粉末层S的堆积体积的比率。
HSN＝(1－X)·HS(N－1)+H···(4)
因而，收敛的情况下的粉末层S的高度HS如下式(5)那样表示。
【数式2】
Figure BDA0003366892820000091
即，收敛的情况下的粉末层S的高度HS成为移动距离H除以比率X而得的值。在该情况下，如果移动距离H除以比率X而得的值为最大颗粒直径Dmax以上，则可以说能够将高度HS保持为最大颗粒直径Dmax以上。因而，在该情况下，移动距离H如以下的式(6)那样，可以说只要是最大颗粒直径Dmax乘以比率X而得的值以上即可。
H≥X·Dmax···(6)
在本实施方式中，例如在粉末P中使用了镍基合金以及TiAl基合金的情况下，高度HA相对于高度HS的比率X约为50％。因而，例如在粉末P中使用了镍基合金以及TiAl基合金的情况下，如上述那样，优选的是将移动距离H设定为最大颗粒直径Dmax的50％以上100％以下。但是，即使将镍基合金以及TiAl基合金以外用作粉末P，也可以同样将移动距离H设定为最大颗粒直径Dmax的50％以上100％以下。而且，也可以预先取得高度HA相对于高度HS的比率X的值，将移动距离H设定为最大颗粒直径Dmax乘以比率X而得的值以上、并且是最大颗粒直径Dmax的100％以下。比率X的值的取得也可以通过实际由粉末层S生成固化体A而测定来进行，也可以通过计算来进行，也可以通过取得预先检测的信息来进行。
接下来，说明将空间R(粉末层S)的高度HS设为最大颗粒直径Dmax以上的情况下的效果、即将移动距离H设为最大颗粒直径Dmax乘以比率X而得的值以上的情况下的效果。
图5是表示比较例的层叠的示意图。图5示出了向成形于比较例的成形室10X的固化体AX上供给粉末PX而填充粉末层SX的例子。在比较例中，与本实施方式不同，工作台的移动距离并非基于粉末PX的颗粒直径而设定。因而，在比较例中，存在包含颗粒直径大于空间RX的高度HSX的颗粒P0X的隐患。在该情况下，颗粒直径较大的颗粒P0X比成形室10X的上端部30AX向上方突出，例如有在刮涂时被去除的隐患。在该情况下，粉末层SX在颗粒P0X被去除的部位形成间隙、被去除颗粒P0X的部位变薄。若该间隙、层变薄的部位被照射射束B，则向该部位的下侧的固化体AX的导热变大，该部位的固化体AX成为高温，相应地存在熔融了的粉末层SX的固化时的冷却速度局部地降低的隐患。若发生局部的冷却速度的降低，则存在例如在冷却速度降低的部位形成与其他部位不同的结晶相而层叠体的强度等性能降低的隐患。例如在镍基合金的情况下，有在冷却速度降低的部位形成LAVES相而层叠体的性能降低的隐患。
图6是表示本实施方式的层叠的示意图。图6示出了向成形于本实施方式的成形室10的固化体A上供给粉末P而填充粉末层S的例子。本实施方式的工作台32的移动距离H基于粉末P的颗粒直径而设定。进一步来说，移动距离H设定为颗粒PX0的最大颗粒直径乘以比率X而得的值以上，因此空间R的高度HS成为粉末P的最大颗粒直径Dmax以上。在该情况下，可抑制颗粒P0比上端部30A更向上方的突出，可抑制颗粒P0从粉末层S的去除。因而，在本实施方式中，可抑制粉末层S的间隙的形成，抑制局部的冷却速度的降低。因此，在本实施方式中，例如可抑制LAVES相的形成，能够抑制层叠体的性能降低。另外，在本实施方式中，也不限于严格地使高度HS为粉末P的最大颗粒直径Dmax以下，只要将移动距离H设定为粉末P的颗粒直径的规定比例即可。即，在本实施方式中，通过以粉末P的颗粒直径为基准设定移动距离H，除了抑制间隙的生成以外，还可以构建用于抑制性能降低的制造方法。
另外，本实施方式中的粉末P的颗粒直径的测定方法是任意的，但例如为基于通过激光衍射·散射法求出的粒度分布求出的颗粒直径。作为粒度分布，可以使用体积分布，也可以使用个数分布。图7是对颗粒的颗粒直径进行说明的图表。图7是表示颗粒直径测定结果的一个例子的图表。图7是例如通过激光衍射·散射法测定出的采样用的粉末P的粒度分布的测定结果的一个例子。如图7所示，粉末P的最大颗粒直径Dmax例如指的是采样的粉末P所含的颗粒P0中的颗粒直径最大的颗粒P0的颗粒直径。但是，最大颗粒直径Dmax并不限定于颗粒直径最大的颗粒P0的颗粒直径。例如在按照颗粒直径从大到小的顺序排列颗粒P0的情况下，也可以将例如上位0.15％或者上位10％等从上位起位于规定比例的颗粒PO的颗粒直径Dmax1设为最大颗粒直径。另外，在本实施方式中，例如也可以将移动距离H设定为粉末P的平均颗粒直径DAV的规定比例。在该情况下，平均颗粒直径DAV例如是通过激光衍射·散射法求出的粒度分布的平均值。
接下来，对本实施方式的层叠体L的成形流程进行说明。图8是对本实施方式的层叠体的成形流程进行说明的流程图。如图8所示，首先，控制部20例如通过粉末控制部40，取得所供给的粉末P的颗粒直径的信息(步骤S10)，通过移动控制部44，基于取得的粉末P的颗粒直径的信息，设定移动距离H(步骤S12；移动距离设定步骤)。例如粉末控制部40取得存储于粉末供给部12的粉末P的颗粒直径的信息。粉末P的颗粒直径的信息是表示粉末P的颗粒直径的值的信息，例如是最大颗粒直径Dmax的值。粉末控制部40例如也可以通过用户的输入取得粉末P的颗粒直径的信息，也可以操作未图示的粒度分布测定装置取得粉末P的颗粒直径的测定结果。移动控制部44取得粉末控制部40取得的粉末P的颗粒直径的信息，以使移动距离H成为粉末P的颗粒直径的规定比例的方式设定移动距离H。例如移动控制部44以移动距离H成为粉末P的最大颗粒直径Dmax的50％以上100％以下的方式设定移动距离H。另外，移动控制部44也可以取得高度HA相对于高度HS的比率X的值，以成为最大颗粒直径Dmax乘以比率X而得的值以上的方式设定移动距离H。另外，步骤S10以及步骤S12并不限定于通过控制部20进行，也可以由用户执行。在该情况下，用户将移动距离H设定为粉末P的颗粒直径的规定比例，将所设定的移动距离H的值输入到控制部20而设定移动距离H。
一旦设定了移动距离H，控制部20就成形出层叠体L(步骤S24；成形步骤)。控制部20在每次通过移动控制部44使工作台32向下方移动移动距离H时，通过粉末控制部40向工作台32上供给粉末P，向粉末P照射射束B，从而一层一层地层叠固化体A，成形出层叠体L。由此，本处理结束。
另外，在本实施方式中，基于粉末P的颗粒直径设定了移动距离H，但也可以基于预先设定的移动距离H选定所使用的粉末P。即，在本实施方式中，也可以准备相对于工作台32的移动距离H为规定比例的颗粒直径的粉末P，使用该粉末P成形出层叠体L。该情况下的移动距离H与粉末P的颗粒直径的关系与基于粉末P的颗粒直径设定移动距离H的情况相同。例如也可以将上述的式(3)变形，将最大颗粒直径Dmax成为移动距离H的200％以下(2倍以下)的粉末P选定为所使用的粉末P，也可以将上述的式(6)变形，将最大颗粒直径Dmax成为移动距离H除以比率X而得的值的粉末P选定为所使用的粉末P。除此之外，也可以将最大颗粒直径Dmax相对于移动距离H为100％以上(1倍以上)的粉末P选定为所使用的粉末P。
图9是对本实施方式的其他例的层叠体的成形流程进行说明的流程图。图9示出了基于移动距离H选定所使用的粉末P的情况下的层叠体L的成形流程。如图9所示，首先，控制部20例如通过移动控制部44取得预先设定的移动距离H的信息(步骤S30)，通过粉末控制部40，基于取得的移动距离H的信息，设定使用的粉末P的颗粒直径，准备成为所设定的颗粒直径的粉末P(步骤S32；粉末准备步骤)。例如粉末控制部40计算成为移动距离H的规定比例的颗粒直径。然后，粉末控制部40例如向用户通知计算出的颗粒直径的信息，催促供给成为该颗粒直径的粉末P，使成为该颗粒直径的粉末P供给到粉末供给部12。另外，步骤S30以及步骤S32并不限定于由控制部20进行，也可以由用户执行。在该情况下，用户取得所设定的移动距离H的信息，计算相对于移动距离H为规定比例的颗粒直径，准备计算出的颗粒直径的粉末P而向粉末供给部12供给。
之后，控制部20成形出层叠体L(步骤S34；成形步骤)。控制部20在每次通过移动控制部44使工作台32向下方移动移动距离H时，通过粉末控制部40向工作台32上供给粉末P，向粉末P照射射束B，从而一层一层地层叠固化体A，成形出层叠体L。由此，本处理结束。
如此，在本实施方式中，也可以基于粉末P的颗粒直径设定移动距离H，也可以基于预先设定的移动距离H选定所使用的粉末P。即，在本实施方式中，也可以说是以移动距离H相对于粉末P的颗粒直径成为规定比例的条件进行层叠体L的成形。
如以上说明那样，本实施方式的层叠体成形方法通过向供给到工作台32上的粉末P照射射束B而使粉末P熔融固化或者烧结并成形出层叠体L，具有移动距离设定步骤与成形步骤。在移动距离设定步骤中，将相对于粉末P的颗粒直径为规定比例的长度设定为工作台32的移动距离H。在成形步骤中，使工作台32向下方移动移动距离H，向移动后的工作台32供给粉末P，向供给的粉末P照射射束B而使粉末P熔融固化或者烧结，通过重复上述而成形出层叠体L。另外，该层叠体成形方法也可以由层叠体成形装置1执行，作为移动距离设定部以及成形部的控制部20执行移动距离设定步骤与成形步骤。
本实施方式的层叠体成形方法通过将相对于粉末P的颗粒直径为规定比例的长度设定为移动距离H、即以粉末P的颗粒直径为基准设定移动距离H，能够构建用于抑制层叠体L的性能降低的制造方法。因而，根据该层叠体成形方法，能够抑制层叠体L的性能的降低。
另外，层叠体成形方法还具有比率取得步骤，即，取得向粉末P照射射束B而固化的固化体A的体积相对于供给到工作台32上的粉末P的堆积体积的比率X的信息。然后，在移动距离设定步骤中，基于比率X，设定移动距离H。该层叠体成形方法通过基于比率X设定移动距离H，能够抑制层叠体L的性能的降低。
另外，在移动距离设定步骤中，将粉末P的最大颗粒直径Dmax的50％以上、100％以下的长度设定为移动距离H。该层叠体成形方法通过将移动距离H设为粉末P的最大颗粒直径Dmax的50％以上100％以下，能够抑制粉末层S的间隙的形成而抑制冷却速度的降低，并且能够抑制造型精度的降低。因而，根据该层叠体成形方法，能够抑制层叠体L的性能的降低。
另外，本实施方式的层叠体成形方法通过对供给到工作台32上的粉末P照射射束B而使粉末P熔融固化或者烧结，成形出层叠体L，具有粉末准备步骤与成形步骤。在粉末准备步骤中，准备相对于工作台32的移动距离H为规定比例的颗粒直径的粉末P。在成形步骤中，使工作台32向下方移动移动距离H，向移动后的工作台32供给准备好的粉末P，对供给的粉末P照射射束B而使粉末P熔融固化或者烧结，重复上述而成形出层叠体L。另外，该层叠体成形方法也可以由层叠体成形装置1执行，作为移动距离设定部以及成形部的控制部20执行粉末准备步骤与成形步骤。
该层叠体成形方法通过使用相对于移动距离H为规定比例的颗粒直径的粉末P成形出层叠体L，即以移动距离H为基准选定粉末P，能够构建用于抑制层叠体L的性能降低的制造方法。因而，根据该层叠体成形方法，能够抑制层叠体L的性能的降低。
另外，层叠体成形方法还具有比率取得步骤，即，取得向粉末P照射射束B而固化的固化体A的体积相对于供给到工作台32上的粉末P的堆积体积的比率X的信息。然后，在粉末准备步骤中，基于比率X，准备粉末P。该层叠体成形方法通过基于比率X选定粉末P，能够抑制层叠体L的性能的降低。
另外，在粉末准备步骤中，准备最大颗粒直径Dmax相对于移动距离H为2倍以下的粉末P。该层叠体成形方法通过将最大颗粒直径Dmax设为移动距离H的1倍以上并且2倍以下，能够抑制粉末层S的间隙的形成而抑制冷却速度的降低，并且能够抑制造型精度的降低。因而，根据该层叠体成形方法，能够抑制层叠体L的性能的降低。
(实施例)
接下来，对本实施方式的实施例进行说明。在本实施例中，使用ARCAM公司制的EBM(Electron Beam Melting)方式的层叠体成形装置，将移动距离H设定为50μm，成形出层叠体。另外，在本实施例中，使用通过气体雾化法使作为镍基合金的Inconel718粉末化后的粉末来成形出层叠体。关于本实施例中的粉末的最大颗粒直径，根据基于激光衍射·散射法的粒度分布的测定结果，最大颗粒直径约为100μm。另外，作为比较例，也成形出基于激光衍射·散射法的粒度分布的测定结果中的粉末的最大颗粒直径约为150μm的情况下的层叠体。在比较例中，颗粒直径以外的条件与本实施例相同。
图10是表示比较例的层叠体的内部组织的拍摄照片的图。图11是表示本实施例的层叠体的内部组织的拍摄照片的图。图10的右上方的照片W1X是比较例的层叠体的内部组织的照片，照片W2X是将照片W1X的由四边形框包围的部位放大的照片。图11的右上方的照片W1是本实施例的层叠体的内部组织的照片，照片W2是将照片W1的由四边形框包围的部位放大的照片。如图10所示，可知比较例的层叠体析出了作为LAVES组织的部位LA。另一方面，如图11所示，可知本实施例的层叠体未析出LAVES相。如此，可知根据本实施例，由于使移动距离H为粉末的最大颗粒直径的50％以上，因此可抑制LAVES相的析出，可抑制性能降低。
以上，虽然说明了本发明的实施方式，但并非利用该实施方式的内容限定实施方式。另外，前述的构成要素中包含本领域技术人员容易地想到的要素、实质上相同的要素、所谓等效范围的要素。而且，前述的构成要素能够被适当组合。而且，能够在不脱离前述的实施方式的主旨的范围内进行构成要素的各种省略、置换或者变更。
附图标记说明
1 层叠体成形装置
10 成形室
12 粉末供给部
14 刮板
16 照射源部
18 照射部
20 控制部
30 框体
32 工作台
34 移动机构
A 固化体
B 射束
HA、HS 高度
L 层叠体
P 粉末
P0 颗粒
S 粉末层

Claims (6)

1.一种层叠体成形方法，通过向供给到工作台上的粉末照射射束，使所述粉末熔融固化或者烧结，成形出层叠体，其特征在于，所述层叠体成形方法具有：
移动距离设定步骤，将相对于所述粉末的颗粒直径为规定比例的长度设定为所述工作台的移动距离；以及
成形步骤，重复使所述工作台向下方移动所述移动距离，向移动后的所述工作台供给所述粉末、向所供给的所述粉末照射射束而使所述粉末熔融固化或者烧结，成形出所述层叠体，
还具有比率取得步骤，即，取得所述粉末被照射射束而固化后的固化体的体积相对于供给到所述工作台上的粉末的堆积体积的比率的信息，
在所述移动距离设定步骤中，基于以下公式，设定所述移动距离，
Dmax≥H≥X·Dmax，
H是所述移动距离，Dmax是所述粉末的最大粒径，X是所述比率。
2.根据权利要求1所述的层叠体成形方法，其特征在于，
在所述移动距离设定步骤中，将所述粉末的最大颗粒直径的50％以上且100％以下的长度设定为所述移动距离。
3.一种层叠体成形方法，通过向供给到工作台上的粉末照射射束，使所述粉末熔融固化或者烧结，成形出层叠体，其特征在于，所述层叠体成形方法具有：
粉末准备步骤，准备相对于所述工作台的移动距离为规定比例的颗粒直径的所述粉末；以及
成形步骤，重复使所述工作台向下方移动所述移动距离、向移动后的所述工作台供给所述粉末、向所供给的所述粉末照射射束而使所述粉末熔融固化或者烧结，成形出所述层叠体，
还具有比率取得步骤，即，取得所述粉末被照射射束而固化后的固化体的体积相对于供给到所述工作台上的粉末的堆积体积的比率的信息，
在所述粉末准备步骤中，准备基于以下公式的最大粒径的所述粉末，
Dmax≥H≥X·Dmax，
H是所述移动距离，Dmax是所述粉末的最大粒径，X是所述比率。
4.根据权利要求3所述的层叠体成形方法，其特征在于，
在所述粉末准备步骤中，准备最大颗粒直径相对于所述移动距离为1倍以上且2倍以下的所述粉末。
5.一种层叠体成形装置，通过向供给到工作台上的粉末照射射束，使所述粉末熔融固化或者烧结，成形出层叠体，其特征在于，所述层叠体成形装置具有：
移动距离设定部，其将相对于所述粉末的颗粒直径为规定比例的长度设定为所述工作台的移动距离；以及
成形部，其重复使所述工作台向下方移动所述移动距离、向移动后的所述工作台供给所述粉末、向所供给的所述粉末照射射束而使所述粉末熔融固化或者烧结，成形出所述层叠体，
所述移动距离设定部取得所述粉末被照射射束而固化后的固化体的体积相对于供给到所述工作台上的粉末的堆积体积的比率的信息，
基于以下公式，设定所述移动距离，
Dmax≥H≥X·Dmax，
H是所述移动距离，Dmax是所述粉末的最大粒径，X是所述比率。
6.一种层叠体成形装置，通过向供给到工作台上的粉末照射射束，使所述粉末熔融固化或者烧结，成形出层叠体，其特征在于，所述层叠体成形装置具有：
粉末准备部，其准备相对于所述工作台的移动距离为规定比例的颗粒直径的所述粉末；以及
成形部，其重复使所述工作台向下方移动所述移动距离、向移动后的所述工作台供给所述粉末、向所供给的所述粉末照射射束而使所述粉末熔融固化或者烧结，成形出所述层叠体，
所述粉末准备部取得所述粉末被照射射束而固化后的固化体的体积相对于供给到所述工作台上的粉末的堆积体积的比率的信息，
准备基于以下公式的最大粒径的所述粉末，
Dmax≥H≥X·Dmax，
H是所述移动距离，Dmax是所述粉末的最大粒径，X是所述比率。
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