CN115121810A

CN115121810A - 加工物的造型方法以及加工物

Info

Publication number: CN115121810A
Application number: CN202210263069.8A
Authority: CN
Inventors: 三武顺; 远藤恒雄; 黒泽佑太
Original assignee: Solize Co ltd; Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Solize Co ltd; Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2021-03-25
Filing date: 2022-03-17
Publication date: 2022-09-30
Also published as: JP2022150034A; US20220305737A1; US11801647B2

Abstract

本发明提供一种在使用3D打印机进行层叠造型的加工物的造型时，容易进行造型材料的除去和加压检查的技术。该加工物具备至少一部分中空区域（12，21）和连通中空区域的内部和外部的两个以上的开孔部（11，13，22），在对该加工物进行层叠造型时，在层叠中空区域的壁部（14）的同时，对闭塞中空区域的至少一个开孔部（13）的临时闭塞体（30）进行造型，临时闭塞体（30）的周缘与壁部（14）结合，在临时闭塞体上形成可使流体在与中空区域的内部之间流入或流出的流通孔（32），在流体流入或流出后，除去临时闭塞体（30）。

Description

加工物的造型方法以及加工物

技术领域

本发明涉及利用3D打印机进行层叠造型的加工物的造型方法以及层叠造型后的加工物，特别涉及使造型材料的除去和加压检查变得容易的方法。

背景技术

近年来，3D打印机的造型方法不断发展，在制造现场多用于试制品或量产品的制造。基于三维CAD数据，通过将切成薄片的二维层一层一层地层叠来制造三维加工物的层叠造型法特别普遍。

在层叠造型法中，粉末烧结层叠造型法是在造型台上一层一层地铺满热塑性树脂粉末或合金粉末的基础上，通过激光或放电使其熔化烧结，从而造型立体形状的方法，与热熔解层叠法或光造型法相比，即使不使用支撑材料，也可以造型出悬垂的形状等。适用于制造如涡轮机或热交换器那样具有复杂形状的加工物。

另一方面，在这样的复杂形状的加工物中，由于在内部空间残留有未烧结的粉末，因此需要将其除去，或者在加压试验中为了一次闭塞开孔部而需要准备橡胶栓等专用工具。

作为残留粉末和内部支架的除去方法，已知有如下的现有技术。在引用文献1中，公开了如下技术：在对粉末材料照射电子束使其熔融，对三维物体进行造型的三维造型方法中，包括：造型工序，对在物体的下方的位置包含棒状部件的支撑体进行造型；拉拔工序，从造型后的支撑体拉拔棒状部件；以及除去工序，对通过棒状部件的拉拔而形成的空间吹送空气以及粒体，除去支撑体。

另外，在引用文献2中，公开了一种具有多孔结构的金属造型物的制造方法，该多孔结构高密度地具备在厚度方向上贯通的贯通孔，该金属造型物的制造方法包括：模具形成工序，通过执行树脂材料供给工序和固化工序，形成具有从基板延伸的多个柱状结构体的模具，所述树脂材料供给工序在交叉的两个方向上隔开间隔并向基板的多个部位供给包含树脂材料的液体，所述固化工序使液体固化；被烧结材料供给工序，向模具供给被烧结材料；除去工序，除去基板；脱脂工序，对柱状结构体进行脱脂；以及烧结工序，对被烧结材料进行烧结。

在引用文献3中，作为即使叶轮的流路的形状复杂也能够提高叶轮的性能的技术，公开了一种方法，其包括：结构体形成工序，通过使用了金属粉末的层叠造型法在基座板上形成结构体，该结构体具有在叶轮的轴向上设置间隔而配置的护罩以及轮毂、配置在该护罩与轮毂之间的多个叶片、与该护罩以及该轮毂的叶轮出口侧连结的加强部件；以及除去工序，从该结构体除去该加强部件。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2021-31756号公报

专利文献2：日本特开2021-21102号公报

专利文献3：日本特开2020-172876号公报

作为这样的以往公开的残留粉末和支撑材料的除去方法，以粉体的材料的选择具有特征的方法和增加独自的制造工序的方法等为中心，没有提供为了从具备多个开孔部的加工物除去残留的造型材料或进行内部的加压检查而简便地对临时闭塞体进行造型的技术。

本发明是鉴于上述现有技术所存在的问题而创造的，其目的在于提供一种在使用3D打印机进行层叠造型的加工物的造型时，容易进行造型材料的除去和加压检查的技术。

发明内容

为了解决上述课题，本发明提供如下的加工物的造型方法。即，根据第一实施方式，是一种通过3D打印机进行层叠造型的加工物的造型方法，该加工物具备至少一部分中空区域和连通中空区域的内部和外部的两个以上的开孔部，在对该加工物进行层叠造型时，在层叠中空区域的壁部的同时，对闭塞中空区域的至少一个开孔部的临时闭塞体进行造型，临时闭塞体的周缘与壁部结合，并且，在临时闭塞体上形成可使流体在与中空区域的内部之间流入或流出的流通孔，在流体流入或流出后，除去临时闭塞体。

也可以是，根据本发明的第二实施方式，上述中空区域的至少一部分为大致筒状。

也可以是，根据本发明的第三实施方式，上述临时闭塞体为朝向层叠方向前端变细的形状。

也可以是，根据本发明的第四实施方式，利用上述流体除去残留在上述中空区域内部的造型材料。

也可以是，根据本发明的第五实施方式，利用上述流体进行上述中空区域内部的加压检查或减压检查。

也可以是，根据本发明的第六实施方式，上述临时闭塞体是大致圆锥形状，流通孔形成在设于其顶点的圆柱状的凸台部上。

也可以是，根据本发明的第七实施方式，上述临时闭塞体兼用作层叠造型时的支撑材料。

也可以是，根据本发明的第八实施方式，对于未被上述临时闭塞体闭塞的多个开孔部，每一个由100mm²以下的开口面积的孔构成。

也可以是，根据本发明的第九实施方式，上述临时闭塞体的厚度为1mm以下。

也可以是，根据本发明的第十实施方式，流通孔的个数比临时闭塞体闭塞的开孔部的个数少。

另外，本发明还可以提供如下的加工物的造型物。即，根据本发明的第十一实施方式，是一种通过3D打印机进行层叠造型的加工物，其特征在于，具备：至少一部分中空区域；两个以上的开孔部，其连通中空区域的内部和外部；以及临时闭塞体，其闭塞中空区域的至少一个开孔部，在临时闭塞体中，其周缘与中空区域的壁部相连，具有可使流体在与中空区域的内部之间流入或流出的流通孔。

根据本发明，在对具备至少一部分中空区域和连通中空区域的内部和外部的两个以上的开孔部的加工物进行层叠造型时，通过对与中空区域的壁部结合的临时闭塞体进行造型，能够闭塞规定的开孔部而形成流路，使残留的造型材料的除去和中空区域的加压检查变得容易。

附图说明

图1是表示本发明所涉及的加工物的造型方法的工序的说明图。

图2是表示本发明所涉及的残留材料的除去方式的说明图。

图3是表示本发明所涉及的加压检查的方式的说明图。

图4是表示本发明所涉及的临时闭塞体的除去方式的说明图。

图5是本发明所涉及的加工物的造型方法的流程图。

图6是表示临时闭塞体的各种实施例的说明图。

标号说明

10…小圆筒部，11…开孔部，12…中空区域，20…大圆筒部，21…中空区域，22…开孔部，30…临时闭塞体，31…凸台部，32…流通孔。

具体实施方式

以下，使用附图对本发明的实施方式进行说明。本发明并不限定于以下的实施例，能够在权利要求记载的范围内适当实施。

利用3D打印机的层叠造型方法是公知的，能够采用任意的制造装置、制造方法，因此简化说明。

在本实施例中，一边使供给升降机上升，一边由涂敷机从料斗刮取蓄积在料斗内的金属粉末，将其一层一层地层叠在造型台上。使用从3D-CAD数据转换为3D打印用的切片的数据，进行其中一层的熔融。熔融时使用激光，仅激光照射的部分烧结，未照射的部分保持粉末状态。通过重复该操作，层叠造型出立体的加工物。

在这样的层叠造型中，在具有完全封闭的中空区域的加工物的情况下，由于在造型结束后造型材料的粉末残留在内部，所以需要设置排出孔来排出造型材料。在该情况下，随后执行闭塞排出孔的处理。

另外，在需要对造型后的加工物进行耐压试验的情况下，有时也使空气或流体从排出孔流入而进行试验。

此外，在形状复杂，具有中空区域，并且具有连通其内部和外部的两个以上的开孔部的情况下，即使从一方的开孔部流入流体，也会从其他的开孔部流出，因此，无法得到充分的加压或阻力，产生难以进行造型材料的除去和加压检查的问题。

特别是在配置多个小径的开孔部的加工物中，存在难以将开孔部闭塞、工序复杂的问题。

图1是表示本发明所涉及的加工物的造型方法的工序的说明图。如图1（c）所示，在本实施例中，使用由圆筒形的小圆筒部（10）和在其下部的周围以同心圆形成的圆筒形的大圆筒部（20）构成的加工物的样品进行说明。在小圆筒部（10）和大圆筒部（20）之间形成有狭缝状的多个开孔部（11），小圆筒部（10）的内部的中空区域（12）和大圆筒部（20）的内部的中空区域（21）连通。另外，在大圆筒部（20）的上表面也设置有多个较小的开孔部（22）。

在对该加工物进行层叠造型时，如图1（a）（b）所示，由于从底面侧一层一层地层叠，所以成为在中空区域（12）（21）中充满造型材料的粉末的状态。粉末也堵塞在开孔部（11）（22）中。

即使从造型台取出这样的加工物，在内部的被划分的中空区域中也会残留较多的粉末，难以除去。例如，由于小圆筒部（10）的上表面成为大开口（13），因此即使仅使空气或清洗液从上方流动，也无法从较小的开孔部（22）排出粉末。如果用适当的密封部件覆盖而不与软管连接，则难以提高压力。

以往，制作并嵌入适合于该部分的罩、橡胶栓、联接器等专用工具，根据情况需要在进行钎焊之后进行造型材料的除去和加压检查。

由于这样的工序复杂，成本高昂，因此在本发明中提出了在3D打印时在小圆筒部（10）内一体地形成临时闭塞体（30）的方案。

如图所示，临时闭塞体（30）是大致圆锥形状，在顶点设置有圆柱状的凸台部（31）。在凸台部（31）的内侧形成有流通孔（32）。临时闭塞体（30）以闭塞大开口（13）的方式将底边与小圆筒部（10）的壁部的内壁（14）结合而形成。如图1（b）所示，在层叠壁部的同时也同时形成临时闭塞体（30）。

将临时闭塞体形成为大致圆锥形状是因为，为了在层叠时不需要支撑材料，优选以45度以上的倾斜角形成，在使用支撑材料的情况下不限于此。另外，本发明特别优选适用于具有大致筒状的中空区域的加工物，但中空区域的形状是任意的。例如也可以是球状或不规则形状。在大致筒状的情况下也不限于圆筒形，可以是任意的截面形状。在该情况下，能够形成为与截面形状对应的锤体状等。

图2是表示本发明所涉及的残留材料的除去方式的说明图，图3是表示该残留材料的加压检查方式的说明图，图4是表示临时闭塞体的除去方式的说明图，图5是本发明所涉及的加工物的造型方法的流程图。参照这些图对本发明的工序进行说明。

本发明通过在从层叠造型的开始到结束的期间与加工物一起对临时闭塞体（30）进行造型，在3D打印的工序中同时形成适于残留材料的除去和加压检查的临时闭塞体（30）。

因此，如图2所示，在凸台部（31）上连接流体例如清洗液的喷嘴，使清洗液从流通孔（32）流入。

此时，由于小圆筒部（10）的大开口（13）被临时闭塞体（30）闭塞，因此在其下方的内部区域仅开孔部（11）（22）成为排出口，清洗液以高压力或高流速沿图2所示的路径从开孔部（22）流出。

由此，也可以有效地从内部区域（12）（21）的角部或开孔部（11）（22）除去残留材料，因此，在提高加工物的品质的同时，也有助于造型方法的简化、低成本化。

或者，在如本实施例那样具有多个开孔部的加工物中，在进行中空区域内部的加压检查的情况下，如果存在多个开孔部，则闭塞的作业变得繁杂。

因此，也可以利用临时闭塞体（30）进行加压检查。例如，也可以用罩闭塞开孔部（22），从流通孔（32）注入流体进行加压。

同样地，通过改变流体的流动方式，也能够用于减压检查。例如，也可以一边用罩闭塞开孔部（22）一边从临时闭塞体（30）的流通孔（32）吸气而减压。

或者，如图3所示，能够用盖（33）闭塞临时闭塞体（30）的流通孔（32），使流体从设置在开孔部（22）的罩（23）的一部分上的加压孔24流入而进行加压检查。也能够将该罩（23）作为临时闭塞体（30）之一，利用3D打印机进行层叠造型。

由图示可知，在图3中，流体的流入・流出成为与图2相反的方向。在本发明中，也可以这样根据工序或检查部位使流入以及流出相反。

如图4所示，在残留材料的除去和加压检查完成后，在本发明的造型方法中，利用铣床（33）等除去临时闭塞体（30）。

除去而完成的加工物的形态如图4（b）所示。

为了容易地除去临时闭塞体，并且节约材料，优选临时闭塞体（30）的厚度为1mm以下的薄板。需要说明的是，壁部的与内壁（14）的连结部或凸台部（31）也可以进一步增加厚度。

临时闭塞体（30）也可以兼用作层叠造型时的支撑材料。在利用3D打印机的层叠造型法中，有时需要基于形状的条件，以及用于防止变形的支撑材料。因此，通过将本发明的临时闭塞体（30）兼用作支撑材料，能够更有效地进行制造。例如，因为上述实施例中的临时闭塞体（30）设置在纵长的圆筒状的中途，所以有助于保持纵向的变形和截面形状。

在具备本发明的临时闭塞体的情况下，特别优选适用于设置有多个小开孔部的加工物。如上所述，在开孔部为多个的情况下，不仅难以将它们闭塞，而且残留材料容易滞留在开口面积较小的开孔部，难以除去。对于这样的对象，通过在适当的部位设置临时闭塞体，能够有效地闭塞内部空间。

具体而言，如果应用于未被临时闭塞体封闭的开孔部由100mm²以下，特别是40mm²以下的开口面积的孔构成的情况，则本发明的效果特别高。

本发明也可以在具备上述的临时闭塞体的加工物的状态下提供。

作为其他实施例，图6是表示临时闭塞体的各种实施例的说明图。

图6（a）表示加工物的大致筒状不是均匀的截面积，而是朝向上方变大的形状（60）。这样，大致筒状包含至少具有由壁部包围的中空区域的全部加工物，上表面和下表面可以被闭塞也可以开口，本发明的开孔部可以设置在任何部分。

图6（b）是表示临时闭塞体（62）的形状的其他方式的图，不是锤体，而是设置有向上膨胀的曲面形状，在其上端设置有凸台部（63）。在本发明中，临时闭塞体特别优选为朝向上方前端变细（切片时小径），但形状不限。

凸台部不限于其上端，例如也可以设置在容易从外部进入的位置。

图6（c）表示具备两个以上临时闭塞体（64）（65）的结构。为了根据开孔部的位置有效地闭塞内部区域，也可以沿着大致筒状划分为三个以上的部分。在具备两个以上的临时闭塞体的情况下，也可以不在一个以外的临时闭塞体上设置凸台部。

以上，对发明的实施方式进行了说明，但发明不限于上述的实施方式，在发明的主旨的范围内能够进行各种变形・变更。

Claims

1.一种加工物的造型方法，其特征在于，

是一种通过3D打印机进行层叠造型的加工物的造型方法，

该加工物具备至少一部分中空区域和连通该中空区域的内部和外部的两个以上的开孔部，在对该加工物进行层叠造型时，

在层叠该中空区域的壁部的同时，对闭塞该中空区域的至少一个开孔部的临时闭塞体进行造型，

该临时闭塞体的周缘与该壁部结合，并且，

在该临时闭塞体上形成可使流体在与该中空区域的内部之间流入或流出的流通孔，在该流体流入或流出后，除去该临时闭塞体。

2.根据权利要求1所述的加工物的造型方法，其特征在于，

所述中空区域的至少一部分为大致筒状。

3.根据权利要求1或2所述的加工物的造型方法，其特征在于，

所述临时闭塞体为朝向层叠方向前端变细的形状。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的加工物的造型方法，

利用所述流体除去残留在所述中空区域内部的造型材料。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的加工物的造型方法，

利用所述流体进行所述中空区域内部的加压检查或减压检查。

6.根据权利要求1至3中任一项所述的加工物的造型方法，

所述临时闭塞体是大致圆锥形状，所述流通孔形成在设于其顶点的圆柱状的凸台部上。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的加工物的造型方法，

所述临时闭塞体兼用作层叠造型时的支撑材料。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的加工物的造型方法，

对于未被所述临时闭塞体闭塞的多个开孔部，每一个由100mm²以下的开口面积的孔构成。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的加工物的造型方法，

所述临时闭塞体的厚度为1mm以下。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的加工物的造型方法，其特征在于，

所述流通孔的个数比所述临时闭塞体闭塞的开孔部的个数少。

11.一种加工物，其特征在于，

是一种通过3D打印机进行层叠造型的加工物，其具备：

至少一部分中空区域；

两个以上的开孔部，其连通该中空区域的内部和外部；以及

临时闭塞体，其闭塞该中空区域的至少一个开孔部，

在该临时闭塞体中，

其周缘与该中空区域的壁部相连，

具有可使流体在与该中空区域的内部之间流入或流出的流通孔。