DE112010002686T5

DE112010002686T5 - Verfahren zur Herstellung eines dreidimensionalen Formgegenstands und mit diesem Verfahren hergestellter dreidimensionaler Formgegenstand

Info

Publication number: DE112010002686T5
Application number: DE112010002686T
Authority: DE
Inventors: Satoshi Abe; Yoshikazu Higashi; Isao Fuwa; Masataka Takenami
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2009-06-23
Filing date: 2010-06-23
Publication date: 2013-01-03
Also published as: JPWO2010150805A1; CN102458722A; KR101517652B1; WO2010150805A1; CN102458722B; US10000021B2; US20120093674A1; JP5539347B2; KR20120026525A

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Herstellung eines dreidimensionalen Formgegenstands zur Verfügung gestellt. Das erfindungsgemäße Verfahren weist die folgenden wiederholten Schritte auf: (I) Ausbilden einer verfestigten Schicht durch Bestrahlen eines vorgegebenen Teils einer Pulverschicht mit einem Lichtstrahl, wodurch das Pulver in dem vorgegebenen Teil gesintert oder geschmolzen und anschließend verfestigt werden kann; und (II) Ausbilden einer weiteren verfestigten Schicht durch erneutes Ausbilden einer Pulverschicht auf der resultierenden verfestigten Schicht und anschließendes Bestrahlen eines vorgegebenen Teils der Pulverschicht mit einem Lichtstrahl, wobei nur der Oberflächenteil der verfestigten Schicht maschinell bearbeitet wird, auf den bei Gebrauch des dreidimensionalen Formgegenstands eine Kraft aufgebracht wird.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines dreidimensionalen Formgegenstands, und sie betrifft außerdem den dreidimensionalen Formgegenstand. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines dreidimensionalen Formgegenstands mit einer Vielzahl von verfestigten Schichten, die dadurch zu einer Einheit aufeinander geschichtet werden, dass ein Schritt des Ausbildens einer verfestigten Schicht durch Bestrahlen eines vorgegebenen Teils einer Pulverschicht mit einem Lichtstrahl wiederholt wird, und sie betrifft außerdem den mit diesem Herstellungsverfahren erhaltenen dreidimensionalen Formgegenstand.
Hintergrund der Erfindung
Bisher ist ein Verfahren zur Herstellung eines dreidimensionalen Formgegenstands durch Bestrahlen eines Pulvers mit einem Lichtstrahl bekannt (dieses Verfahren kann allgemein als „selektives Lasersintern” bezeichnet werden). Mit diesem Verfahren kann ein dreidimensionaler Formgegenstand mit einer Vielzahl von verfestigten Schichten, die zu einer Einheit aufeinander geschichtet sind, durch Wiederholen der folgenden Schritte hergestellt werden: (I) Ausbilden einer verfestigten Schicht durch Bestrahlen eines vorgegebenen Teils einer Pulverschicht mit einem Lichtstrahl, wodurch der vorgegebene Teil des Pulvers gesintert oder geschmolzen und anschließend verfestigt werden kann; und (II) Ausbilden einer weiteren verfestigten Schicht durch erneutes Ausbilden einer Pulverschicht auf der resultierenden verfestigten Schicht und anschließendes Bestrahlen der Pulverschicht mit einem Lichtstrahl in ähnlicher Weise (siehe JP T 01-502890 oder JP A 2000-73108 ). Der so erhaltene dreidimensionale Formgegenstand kann in dem Fall, dass ein anorganisches Pulvermaterial, wie etwa ein Metallpulver und ein keramisches Pulver, als das Pulvermaterial zum Einsatz kommt, als eine metallische Form verwendet werden. Hingegen kann der dreidimensionale Formgegenstand in dem Fall, dass ein organisches Pulvermaterial, wie etwa ein Harzpulver und ein Kunststoffpulver, als das Pulvermaterial zum Einsatz kommt, als ein Modell oder Abdruck verwendet werden. Diese Art Technologie ermöglicht die Herstellung eines dreidimensionalen Formgegenstands mit einem komplizierten Profil innerhalb kurzer Zeit.
Beim selektiven Lasersintern wird ein dreidimensionaler Formgegenstand oftmals in einer Kammer hergestellt, die unter dem Aspekt der Vermeidung einer Oxidation oder dergleichen unter einer inerten Atmosphäre gehalten wird. Durch Verwenden eines Metallpulvers als Pulvermaterial und durch Verwenden des resultierenden dreidimensionalen Formgegenstands als metallische Form, wie es in 1 gezeigt ist, wird zunächst eine Pulverschicht 22 mit einer vorgegebenen Dicke t₁ auf einer Grundplatte 21 für den Formgegenstand ausgebildet [siehe 1(a)], und dann wird ein vorgegebener Teil der Pulverschicht 22 mit einem Lichtstrahl bestrahlt, um eine verfestigte Schicht 24 auf der Grundplatte 21 für den Formgegenstand auszubilden. Dann wird erneut eine Pulverschicht 22 auf der so hergestellten verfestigten Schicht 24 vorgesehen, und diese wird wieder mit einem Lichtstrahl bestrahlt, um eine weitere verfestigte Schicht auszubilden. Wenn auf diese Weise wiederholt eine verfestigte Schicht ausgebildet wird, kann ein dreidimensionaler Formgegenstand mit einer Vielzahl von verfestigten Schichten 24 erhalten werden, die zu einer Einheit aufeinander geschichtet sind [siehe 1(b)]. Die verfestigte Schicht, die einer unteren Schicht entspricht, kann so ausgebildet werden, dass sie an der Oberfläche der Grundplatte anhaftet. Somit bilden der dreidimensionale Formgegenstand und die Grundplatte eine Einheit. Der dreidimensionale Formgegenstand und die Grundplatte, die eine Einheit bilden, können unverändert als eine metallische Form verwendet werden.
Der durch Bestrahlung mit einem Laserstrahl erhaltene dreidimensionale Formgegenstand hat eine relativ raue Oberfläche. In der Regel hat der Formgegenstand eine Oberflächenrauheit Rz von mehreren Hundert Mikrometern. Das ist dem Umstand zuzuschreiben, dass das Pulver an der Oberfläche der verfestigten Schicht angehaftet ist. Beim Herstellen der verfestigten Schicht wird die Energie des Laserstrahls in Wärme umgewandelt, sodass das bestrahlte Pulver schmilzt. Die geschmolzenen Pulverteilchen werden während des nachfolgenden Kühlschritts miteinander verschmolzen. Dabei kann die Temperatur in dem Bereich des umgebenden Pulvers steigen, und dadurch haftet dieses umgebende Pulver meistens an der Oberfläche der verfestigten Schicht an. Dieses Anhaften des Pulvers führt zu einer rauen Oberfläche des dreidimensionalen Formgegenstands, sodass eine Fertigbearbeitung der Oberfläche notwendig wird. Insbesondere muss die gesamte Oberfläche des erhaltenen dreidimensionalen Formgegenstands maschinell bearbeitet werden. Bei dem erhaltenen dreidimensionalen Formgegenstand, der in JP T 08-504139 beschrieben ist, wird zum Beispiel ein Außenhautteil des Gegenstands maschinell bearbeitet (siehe 16).
Bei der herkömmlichen maschinellen Bearbeitung erfolgt keine Berücksichtigung des Endzwecks des dreidimensionalen Formgegenstands und die gesamte freiliegende Oberfläche des Formgegenstands wird maschinell bearbeitet. Bei der Erfindung von JP T 08-504139 wird zum Beispiel der gesamte Außenhautteil maschinell bearbeitet, der den Körper des dreidimensionalen Formgegenstands umgibt. Unter dem Aspekt der Herstellungskosten und -zeit ist das keineswegs befriedigend. Wenn man darüber hinaus bedenkt, dass eine maschinelle Bearbeitung in der Regel durchgeführt wird, um den Oberflächenbereich abzuspanen, um eine gewünschte Form und Oberflächenrauheit zu erhalten, und dass das ein maschineller Prozess (d. h. ein Prozess, bei dem eine Werkzeugmaschine zum Einsatz kommt) ist, so besteht hier die Sorge, dass in diesem Prozess der dreidimensionale Formgegenstand durch die Bearbeitungsspannung (Schneidspannung) und die Bearbeitungswärme (Schneidwärme) beschädigt wird.
Beschreibung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung ist unter diesen Umständen entwickelt worden. Das heißt, Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines dreidimensionalen Formgegenstands zur Verfügung zu stellen, das nicht nur eine kürzere Herstellungszeit und niedrigere Herstellungskosten ermöglicht, sondern auch eine Qualitätsminderung des resultierenden dreidimensionalen Formgegenstands vermeidet.
Um das vorgenannte Ziel zu erreichen, stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines dreidimensionalen Formgegenstands mit den folgenden wiederholten Schritten zur Verfügung:

(I) Ausbilden einer verfestigten Schicht durch Bestrahlen eines vorgegebenen Teils einer Pulverschicht auf einem Formtisch (vorzugsweise auf einer Grundplatte für den Formgegenstand) mit einem Lichtstrahl, wodurch das Pulver in dem vorgegebenen Teil gesintert oder geschmolzen und anschließend verfestigt werden kann, und
(II) Ausbilden einer weiteren verfestigten Schicht durch erneutes Ausbilden einer Pulverschicht auf der resultierenden verfestigten Schicht und durch anschließendes Bestrahlen eines vorgegebenem Teils der Pulverschicht mit einem Lichtstrahl, wobei nur der Oberflächenteil der verfestigten Schicht, auf den bei Verwendung des dreidimensionalen Formgegenstands eine Kraft aufgebracht wird, einer maschinellen Bearbeitung unterzogen wird.

Bei einem Aspekt ist das Herstellungsverfahren der vorliegenden Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass die maschinelle Bearbeitung nur für den Teil des dreidimensionalen Formgegenstands durchgeführt wird, für den sie für den Endzweck des Formgegenstands erforderlich ist. Insbesondere wird eine maschinelle Oberflächenbearbeitung (Oberflächenfräsen) nur für den Teil der verfestigten Schicht durchgeführt, auf den bei Verwendung des dreidimensionalen Formgegenstands eine Kraft aufgebracht wird.
Der in dieser Beschreibung und den Ansprüchen verwendete Begriff „Kraft” bezeichnet im Wesentlichen eine Kraft, die auf einen dreidimensionalen Formgegenstand aufgebracht wird, wenn er für seinen Verwendungszweck zum Einsatz kommt. Zum Beispiel bedeutet der Begriff „Kraft” eine auf den Formgegenstand aufgebrachte Kraft, die auf einen Kontakt des Formgegenstands mit einer Flüssigkeit oder einem Feststoff bei der Verwendung des Formgegenstands zurückzuführen ist.
Der in dieser Beschreibung und den Ansprüchen verwendete Begriff „maschinelle Bearbeitung” bezeichnet einen Prozess zum Abtrennen eines Teils eines Gegenstands unter Verwendung einer Werkzeugmaschine. Somit bedeutet bei der vorliegenden Erfindung der Begriff „maschinelle Bearbeitung” einen Prozess, mit dem ein Oberflächenteil des dreidimensionalen Formgegenstands abgetrennt wird, um dessen Oberflächenrauheit zu verringern.
Der in dieser Beschreibung und den Ansprüchen verwendete Begriff „Pulverschicht”, der hier nur zur Bestätigung erläutert wird, bedeutet zum Beispiel eine Metallpulverschicht, die aus einem Metallpulver besteht, oder eine Harzpulverschicht, die aus einem Harzpulver besteht. Außerdem bezeichnet der Begriff „vorgegebener Teil einer Pulverschicht” im Wesentlichen einen Teil eines herzustellenden dreidimensionalen Formgegenstands. Daher wird Pulver, das in diesem vorgegebenen Teil vorhanden ist, mit einem Lichtstrahl bestrahlt, wodurch das Pulver gesintert oder geschmolzen und anschließend verfestigt wird, um die Form des dreidimensionalen Formgegenstands auszubilden. Darüber hinaus bedeutet der Begriff „verfestigte Schicht” im Wesentlichen eine gesinterte Schicht für den Fall, dass die Pulverschicht eine Metallpulverschicht ist, während der Begriff im Wesentlichen eine gehärtete Schicht bezeichnet, wenn die Pulverschicht eine Harzpulverschicht ist.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird der dreidimensionale Formgegenstand als eine metallische Kernform oder eine metallische Hohlform verwendet, und nur der Oberflächenteil, der bei Gebrauch der metallischen Form ihrer Hohlraum-bildenden Oberfläche entspricht, wird maschinell bearbeitet. Der Ausdruck „Hohlraum-bildende Oberfläche” bezeichnet eine Oberfläche, mit der das Harzmaterial zum Formen in Kontakt kommt, wenn die Form verwendet wird, und sie entspricht somit dem Oberflächenteil der verfestigten Schicht, auf den die Kraft aufgebracht wird.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird der dreidimensionale Formgegenstand als eine metallische Kernform oder eine metallische Hohlform verwendet, und nur der Oberflächenteil wird maschinell bearbeitet, der einen Teil der Metallische-Form-Oberfläche (insbesondere einem ringförmigen Oberflächenteil, der sich unmittelbar außerhalb der Hohlraum-bildenden Oberfläche der metallischen Form befindet) entspricht, an der die metallische Kernform und die metallische Hohlform bei Gebrauch miteinander in Kontakt kommen. Der Ausdruck „Metallische-Form-Oberfläche, an der die metallische Kernform und die metallische Hohlform bei Gebrauch miteinander in Kontakt kommen” bezeichnet eine Kontaktfläche, an der ein peripherer Teil der metallischen Kernform und ein peripherer Teil der metallischen Hohlform miteinander in Kontakt kommen, wenn sie miteinander verspannt werden, und sie entspricht somit dem Oberflächenteil der verfestigten Schicht, auf den die Kraft aufgebracht wird. Bei dieser Ausführungsform wird die verfestigte Schicht vorzugsweise so ausgebildet, dass der Teil, der nicht maschinell bearbeitet werden soll, ein Oberflächenniveau hat, das niedriger als das des Teils ist, der maschinell bearbeitet werden soll.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird ein Teil der verfestigten Schicht, der als ein später zu bearbeitender Referenzteil dient, zusätzlich maschinell bearbeitet. Der Begriff „später zu bearbeitender Referenzteil” bezeichnet im Wesentlichen einen Kennzeichnungsteil, der zu einem späteren Zeitpunkt bei einer anderen Bearbeitung verwendet wird. Betrachtet man insbesondere den Fall, dass der dreidimensionale Formgegenstand oder eine Grundplatte für den Formgegenstand, die mit diesem eine Einheit bildet, später entsprechend dem Endzweck maschinell bearbeitet wird, so kann ein Kennzeichnungsteil dafür dem später zu bearbeitenden Referenzteil entsprechen.
Bei dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren wird die verfestigte Schicht vorzugsweise so ausgebildet, dass der Oberflächenteil der verfestigten Schicht, auf den bei Gebrauch des dreidimensionalen Formgegenstands eine Kraft aufgebracht wird, mit seiner Verfestigungsdichte von 95 bis 100% eine hohe Dichte hat. In diesem Fall wird der Teil hoher Dichte vorzugsweise durch vollständiges Schmelzen des Pulvers ausgebildet, das in dem vorgegebenen Teil mit einem Lichtstrahl bestrahlt worden ist. Der hier verwendete Begriff „Teil hoher Dichte” bezeichnet einen so genannten „Schmelzteil” (d. h. einen Teil, der durch Verfestigung nach einem im Wesentlichen vollständigen Schmelzen eines eine Pulverschicht bildenden Pulvers entsteht). Das heißt, der Begriff „Teil hoher Dichte” bezeichnet im Wesentlichen einen Teil, durch den auf Grund seiner sehr hohen Verfestigungsdichte (d. h. einer Verfestigungsdichte von etwa 95 bis 100%) kein Fluid, wie etwa eine Flüssigkeit oder ein Gas, hindurchgeht.
Die vorliegende Erfindung stellt darüber hinaus einen dreidimensionalen Formgegenstand zur Verfügung, der mit dem vorstehenden Herstellungsverfahren erhalten wird. Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist dieser dreidimensionale Formgegenstand eine metallische Kernform oder eine metallische Hohlform und er hat eine maschinell bearbeitete Oberfläche, die als eine Hohlraum-bildende Oberfläche der metallischen Form dient. Außerdem kann der vorgenannte dreidimensionale Formgegenstand eine maschinell bearbeitete Oberfläche haben, die als ein Teil einer Metallische-Form-Oberfläche dient, an der die metallische Kernform und die metallische Hohlform bei Gebrauch miteinander in Kontakt kommen.
Wirkungen der Erfindung
Erfindungsgemäß wird die maschinelle Bearbeitung der Oberfläche nur in dem erforderlichen Teil durchgeführt, und dadurch wird es möglich, die Fertigungszeit zu reduzieren und auch die Energie zum Antreiben der Werkzeugmaschine zu verringern.
Bei dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren ist einer geringerer Anteil der maschinell bearbeiteten Oberfläche an dem gesamten dreidimensionalen Formgegenstand vorgesehen, da die maschinelle Bearbeitung der Oberfläche nur in dem erforderlichen Teil durchgeführt wird. Daher kann mit der vorliegenden Erfindung in Anbetracht des Umstands, dass der maschinell bearbeitete Teil als der Teil angesehen wird, in dem es durch Bearbeitungsspannung und Bearbeitungswärme zu einem Prozessschaden kommt, ein dreidimensionaler Formgegenstand hergestellt werden, bei dem der prozentuale Anteil des beschädigten Teils möglichst klein gehalten wird. Dadurch kann eine Verringerung der mechanischen Festigkeit des dreidimensionalen Formgegenstands weitgehend vermieden werden. Mit anderen Worten, es kann schließlich eine gewünschte Qualität (d. h. eine gewünschte mechanische Festigkeit) des dreidimensionalen Formgegenstands aufrechterhalten werden.
Beim Stand der Technik war es zwangsläufig notwendig, die Konstruktion auf Grund einer vorherigen Abschätzung des Umfangs des Schadens infolge der maschinellen Bearbeitung durchzuführen, um eine Verringerung der mechanischen Festigkeit des dreidimensionalen Formgegenstands zu vermeiden. Erfindungsgemäß ist es jedoch nur dadurch, dass der dreidimensionale Formgegenstand unter dem Aspekt seines Verwendungszwecks maschinell bearbeitet wird, möglich, eine Verringerung der mechanischen Festigkeit des dreidimensionalen Formgegenstands zu vermeiden und gleichzeitig die Fertigungszeit zu verringern und die Fertigungskosten zu senken. Mit anderen Worten, die vorliegende Erfindung ist auch insofern sehr nützlich, als der Formgegenstand in geeigneter Weise gestaltet werden kann und dabei gleichzeitig eine Verlängerung der Fertigungszeit und ein Anstieg der Fertigungskosten trotz eines nicht vorhersagbaren Schadens infolge der maschinellen Bearbeitung vermieden werden können.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine Schnittansicht, in der Arbeitsgänge einer Lasersinter-/Bearbeitungs-Hybridmaschine schematisch dargestellt sind.
2 ist eine perspektivische Darstellung, in der eine Ausführungsform schematisch gezeigt ist, bei der das selektive Lasersintern durchgeführt wird.
3 ist eine perspektivische Darstellung, in der eine Konfiguration einer Lasersinter-Bearbeitungs-Hybridmaschine schematisch gezeigt ist, mit der das selektive Lasersintern durchgeführt wird.
4 ist ein Ablaufdiagramm der Arbeitsgänge einer Lasersinter-/Bearbeitungs-Hybridmaschine.
5 ist eine schematische Darstellung, in der ein Lasersinter-/Bearbeitungs-Hybridprozess in einem zeitlichem Ablauf gezeigt ist.
6 ist eine schematische Darstellung, in der Merkmale eines dreidimensionalen Formgegenstands schematisch gezeigt sind, der mit dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren erhalten wird.
7 ist eine schematische Darstellung, die eine Ausführungsform eines dreidimensionalen Formgegenstands zeigt, der als eine metallische Kernform oder als eine metallische Hohlform verwendet wird.
8 ist eine schematische Darstellung, die eine Ausführungsform zeigt, bei der nur die Hohlraum-bildende Oberfläche maschinell bearbeitet wird.
9 ist eine schematische Darstellung, die eine Ausführungsform zeigt, bei der nur ein Teil einer Metallische-Form-Oberfläche maschinell bearbeitet wird, an der eine metallische Kernform und eine metallisch Hohlform bei Gebrauch miteinander in Kontakt kommen.
10 ist eine schematische Darstellung, die eine Ausführungsform zeigt, bei der nur ein ringförmiger Oberflächenteil maschinell bearbeitet wird, der sich unmittelbar außerhalb der Hohlraum-bildenden Oberfläche befindet.
11 ist eine schematische Darstellung, die eine Ausführungsform zeigt, bei der ein Teil oder Oberflächenbereich, der als ein später zu bearbeitender Referenzteil dient, zusätzlich maschinell bearbeitet wird.
12 ist eine schematische Darstellung, die eine Ausführungsform zeigt, bei der ein Teil oder Oberflächenbereich, der als ein später zu bearbeitender Referenzteil dient, zusätzlich maschinell bearbeitet wird.
13 ist eine schematische Darstellung, die eine Ausführungsform zeigt, bei der ein Teil hoher Dichte in einem Teil ausgebildet wird, auf den bei Gebrauch des dreidimensionalen Formgegenstands eine Kraft aufgebracht wird, wobei dieser Teil hoher Dichte maschinell bearbeitet wird.
14 ist eine REM-Aufnahme einer Grenzschicht zwischen einem Teil hoher Dichte und einem Teil niedriger Dichte.
15 zeigt REM-Aufnahmen (Schnittaufnahmen eines dreidimensionalen Formgegenstands) eines Teils hoher Dichte (beim Schmelzen) und eines Teils niedriger Dichte.
16 ist eine schematische Darstellung, die eine Ausführungsform eines dreidimensionalen Formgegenstands des Standes der Technik zeigt ( JP T 08-504139 ).
Bezugszeichenliste

1: Lasersinter-/Bearbeitungs-Hybridmaschine
2: Pulverschicht-Herstellungsmittel
3: Laserstrahl-Bestrahlungsmittel
4: Bearbeitungsmittel
19: Pulver/Pulverschicht (z. B. Metallpulver/Metallpulverschicht oder Harzpulver/Harzpulverschicht)
20: Formtisch
21: Grundplatte für Formgegenstand
22: Pulverschicht (z. B. Metallpulverschicht oder Harzpulverschicht)
23: Quetschrakel
24: Verfestigte Schicht (z. B. gesinterte Schicht oder gehärtete Schicht) oder daraus hergestellter dreidimensionaler Formgegenstand
25: Pulvertisch
26: Wand des Vorratsbehälters für Pulvermaterial
27: Wand des Formbehälters
28: Vorratsbehälter für Pulvermaterial
29: Formbehälter
30: Lichtstrahl-Erzeuger
31: Galvanometerspiegel
32: Umlenkspiegel
33: Sammellinse
40: Fräskopf
41: XY-Aktuator
41a: X-Achsen-Aktuator
41b: Y-Achsen-Aktuator
42: Werkzeugmagazin
50: Kammer
52: Fenster zum Durchlassen von Licht
60: Später zu bearbeitender Referenzteil
L: Lichtstrahl
P: Kraft, die auf den dreidimensionalen Formgegenstand bei Gebrauch aufgebracht wird

Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Die vorliegende Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben.
Selektives Sintern
Zunächst wird das Verfahren des selektiven Sinterns beschrieben, auf dem das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren beruht. Die 1 bis 3 zeigen Funktionen und Konfigurationen einer Lasersinter-/Bearbeitungs-Hybridmaschine, die die Durchführung des Verfahrens des selektiven Sinterns ermöglichen. Eine Lasersinter-/Fräs-Hybridmaschine 1 weist hauptsächlich Folgendes auf Pulverschicht-Herstellungsmittel 2 zum Herstellen einer Pulverschicht durch Bereitstellen eines Pulvers, wie etwa eines Metallpulvers oder eines Harzpulvers, in einer vorgegebenen Dicke; einen Formtisch 20, der mit einem Zylinderantrieb in einem Formbehälter 29, dessen Außenperipherie mit einer Wand 27 umgeben ist, vertikal angehoben und abgesenkt werden kann; eine Grundplatte für einen Formgegenstand 21, die aus dem Formtisch 20 besteht und als eine Plattform für den Formgegenstand dient; Laserstrahl-Bestrahlungsmittel 3 zum Bestrahlen einer gewünschten Stelle mit einem emittierten Lichtstrahl L; und Bearbeitungsmittel 4 zum Fräsen der Peripherie des Formgegenstands. Wie in 1 gezeigt ist, bestehen die Pulverschicht-Herstellungsmittel 2 hauptsächlich aus einem Pulvertisch 25, der mit einem Zylinderantrieb in einem Pulvermaterial-Vorratsbehälter 28, dessen Außenperipherie mit einer Wand 26 umgeben ist, vertikal angehoben und abgesenkt werden kann, und aus einer Quetschrakel 23 zum Herstellen einer Pulverschicht 22 auf einer Grundplatte für den Formgegenstand oder auf einem Formtisch. Wie in den 2 und 3 gezeigt ist, bestehen die Laserstrahl-Bestrahlungsmittel 3 hauptsächlich aus einem Lichtstrahl-Erzeuger 30 zum Emittieren eines Lichtstrahls L und aus einem Galvanometerspiegel 31 (optisches Ablenksystem) zum Ablenken des Lichtstrahls L auf die Pulverschicht 22. Optional sind die Laserstrahl-Bestrahlungsmittel 3 mit Strahlform-Korrekturmitteln zum Korrigieren der Form eines Lichtstrahlflecks (z. B. Mittel, die aus einem Paar Zylinderlinsen und einem Drehantriebsmechanismus zum Drehen. der Linsen um eine Achslinie des Lichtstrahls bestehen) und mit einer Linse fθ versehen. Die Bearbeitungsmittel 4 bestehen hauptsächlich aus einem Fräskopf 40 zum Fräsen der Peripherie eines Formgegenstands und aus einem XY-Aktuator 41 (41a, 41b) zum Antreiben des Fräskopfes 40 so, dass er sich zu der Position bewegt, an der gefräst werden soll (siehe 2 und 3).
Nachstehend werden die Arbeitsgänge der Lasersinter-/Bearbeitungs-Hybridmaschine 1 unter Bezugnahme auf die 1, 4 und 5 näher beschrieben. 4 zeigt ein allgemeines Ablaufdiagramm einer Lasersinter-/Bearbeitungs-Hybridmaschine. 5 zeigt schematisch und vereinfacht einen Lasersinter-/Bearbeitungs-Hybridprozess.
Die Arbeitsgänge der Lasersinter-/Bearbeitungs-Hybridmaschine bestehen hauptsächlich aus den folgenden Schritten: einem Pulverschicht-Herstellungsschritt (S1) des Herstellens einer Pulverschicht 22; einem Verfestigte-Schicht-Herstellungsschritt (S2) des Bestrahlens der Pulverschicht 22 mit einem Lichtstrahl L zum Herstellen einer verfestigten Schicht 24; und einem Bearbeitungsschritt (S3) des Fräsens der Oberfläche eines Formgegenstands. In dem Pulverschicht-Herstellungsschritt (S1) wird zunächst der Formtisch 20 um Δt1 abgesenkt (S11). Anschließend wird der Pulvertisch 25 um Δt1 angehoben, und dann wird die Quetschrakel 23 so angetrieben, dass sie sich in der Richtung des Pfeils A bewegt, wie in 1(a) gezeigt ist. Dadurch wird ein Pulver (z. B. ein Eisenpulver mit einem mittleren Korndurchmesser von etwa 5 μm bis 100 μm, oder ein Pulver mit einem mittleren Korndurchmesser von 30 μm bis 100 μm, wie etwa ein Nylon-, Polypropylen- oder ABS-Pulver), das auf dem Pulvertisch 25 platziert worden ist, auf die Grundplatte 21 überführt (S12) und dabei zu einer Pulverschicht 22 in einer vorgegebenen Dicke Δt1 verteilt (S13). Nach diesem Schritt wird der Verfestigte-Schicht-Herstellungsschritt (S2) ausgeführt. In diesem Verfestigte-Schicht-Herstellungsschritt wird ein Lichtstrahl L [z. B. ein Kohlendioxidgas-Laser (500 W), ein Nd:YAG-Laser (500 W), ein faseroptischer Laser (500 W) oder ultraviolettes Licht) von dem Lichtstrahl-Erzeuger 30 emittiert (S21), und dann wird der Lichtstrahl L mittels des Galvanometerspiegels 31 zu einer gewünschten Position auf der Pulverschicht 22 abgelenkt. Der abgelenkte Lichtstrahl bewirkt, dass das Pulver geschmolzen oder verfestigt wird, was zur Herstellung der verfestigten Schicht 24 führt, die eine Einheit mit der Grundplatte 21 bildet (S23). Der Lichtstrahl ist nicht auf die Übertragung in Luft beschränkt, sondern er kann auch über eine optische Faser oder dergleichen übertragen werden.
Der Pulverschicht-Herstellungsschritt (S1) und der Verfestigte-Schicht-Herstellungsschritt (S2) werden mehrfach ausgeführt, bis die Dicke der aufeinander geschichteten Schichten 24 einen vorgegebenen Wert erreicht, der auf Grund der Werkzeuglänge des Fräskopfes 40 ermittelt wird (siehe 1(b)). Beim Sintern des Pulvers oder beim Schmelzen und anschließenden Verfestigen des Pulvers bildet die neu aufeinander geschichtete verfestigte Schicht eine Einheit mit der unteren verfestigten Schicht, die bereits früher hergestellt worden ist.
Wenn die Dicke der aufeinander geschichteten verfestigten Schichten 24 eine vorgegebene Dicke erreicht, wird mit dem Bearbeitungsschritt (S3) begannen. Bei den Ausführungsformen, die in 1 und 5 gezeigt sind, wird der Fräskopf 40 in Betrieb gesetzt, um mit der Ausführung des Bearbeitungsschritts zu beginnen (S31). Wenn zum Beispiel das Werkzeug (Fräser mit runder Stirn) des Fräskopfes 40 einen Durchmesser von 1 mm und eine effektive Fräslänge von 3 mm hat, kann in einer Tiefe von 3 mm gefräst werden. Daher wird, wenn Δt1 0,05 mm beträgt, der Fräskopf 40 in Betrieb gesetzt, wenn sechzig verfestigte Schichten hergestellt worden sind. Der Fräskopf 40 wird mittels des XY-Aktuators 41 (41a, 41b) in der X- und Y-Richtung bewegt, und die Oberfläche des aus aufeinander geschichteten verfestigten Schichten 24 bestehenden Formgegenstands wird maschinell bearbeitet (S32). Bevor der gesamte dreidimensionale Formgegenstand hergestellt wird, geht der Prozess zu dem Pulverschicht-Herstellungsschritt (S1) zurück. Anschließend werden die Schritte S1 bis S3 mehrmals wiederholt, um verfestigte Schichten 24 weiter aufeinander zu schichten, und dadurch kann der gewünschte dreidimensionale Formgegenstand hergestellt werden (siehe 5).
Der Bestrahlungspfad des Lichtstrahls L in dem Verfestigte-Schicht-Herstellungsschritt (S2) und der Fräspfad in dem Bearbeitungsschritt (S3) werden vorher unter Verwendung von 3D-CAD-Daten ermittelt. Hierbei wird der Bearbeitungspfad durch Umrisslinienverarbeitung ermittelt. In dem Verfestigte-Schicht-Herstellungsschritt (S2) werden zum Beispiel die Umrissform-Daten von jedem der zerteilten Abschnitte verwendet, die zerteilte Abschnitte, mit regelmäßigen Abständen (z. B. einem Abstand von 0,05 mm bei einem Δt1-Wert von 0,05 mm), von STL-Daten sind, die aus einem 3D-CAD-Modell erzeugt worden sind.
Erfindungsgemäßes Herstellungsverfahren
Für das selektive Lasersintern berücksichtigt die vorliegende Erfindung besonders den Verwendungszweck des dreidimensionalen Formgegenstands. Insbesondere wird die Oberfläche maschinell bearbeitet, auf die bei Gebrauch des dreidimensionalen Formgegenstands eine Kraft aufgebracht wird (also die Oberfläche, die bei Gebrauch des dreidimensionalen Formgegenstands in Kontakt mit einer anderen Substanz oder einem anderen Teil kommt).
Nachstehend wird die vorliegende Erfindung anhand einer Ausführungsform beschrieben, bei der ein Metallpulver als das Pulver verwendet wird. Die Ausführungsform, bei der ein Metallpulver verwendet wird, entspricht einer Ausführungsform, bei der eine Metallpulverschicht als eine Pulverschicht verwendet wird. Das in der vorliegenden Erfindung verwendete Metallpulver kann ein Pulver sein, das ein Pulver auf Eisenbasis als Hauptkomponente enthält, und es kann ein Pulver sein, das weiterhin mindestens eine Komponente aus der Gruppe Nickelpulver, Legierungspulver auf Nickelbasis, Kupferpulver, Legierungspulver auf Kupferbasis und in einigen Fällen ein Grafitpulver enthält. Beispiele für das Metallpulver sind ein Metallpulver, bei dem der Anteil von Pulver auf Eisenbasis mit einem mittleren Korndurchmesser von etwa 20 μm 60 bis 90 Masse-% beträgt, der Anteil von Nickelpulver und/oder Legierungspulver auf Nickelbasis 5 bis 35 Masse-% beträgt, der Anteil von Kupferpulver und/oder Legierungspulver auf Kupferbasis 5 bis 15 Masse-% beträgt und der Anteil von Grafitpulver 0,2 bis 0,8 Masse-% beträgt. Man beachte, dass das Metallpulver nicht auf das Pulver auf Eisenbasis beschränkt ist, sondern auch ein Pulver auf Kupferbasis oder ein Aluminiumpulver sein kann. Man beachte außerdem, dass in dem Fall, dass der dreidimensionale Formgegenstand für einen anderen Zweck als den einer metallischen Form verwendet wird, auch ein Kunststoffpulver oder ein keramisches Pulver entsprechend verwendet werden kann.
Bei dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren, das in 6 gezeigt ist, wird nur der Teil, auf den bei Gebrauch des dreidimensionalen Formgegenstands 24 eine Kraft P aufgebracht wird, einer maschinellen Oberflächenbearbeitung unterzogen. Verwendungszwecke für den dreidimensionalen Formgegenstand sind zum Beispiel eine metallische Kernform oder eine metallische Hohlform, wie sie in 7 gezeigt sind. Bei der metallischen Form wird eine Kraft auf eine Hohlraum-bildende Oberfläche des dreidimensionalen Formgegenstands bei Gebrauch aufgebracht. Das heißt, da der Hohlraum, der durch Verspannen der metallischen kernseitigen Form mit der hohlraumseitigen Form entsteht, beim Durchführen des Formens mit einem Harzmaterial gefüllt wird, wird anschließend auf die Hohlraum-bildende Oberfläche eine Kraft von dem Harzmaterial oder dem daraus hergestellten Formkörper aufgebracht. Bei der vorliegenden Erfindung wird nur diese Hohlraum-bildende Oberfläche gefräst (siehe 8).
Mittel zum maschinellen Bearbeiten sind alle geeigneten Mittel, mit denen eine Oberfläche maschinell bearbeitet werden kann. Zum Beispiel sind Mittel zur maschinellen Bearbeitung eine numerisch gesteuerte (NC) Werkzeugmaschine oder ähnliche Mittel. Insbesondere wird ein Bearbeitungszentrum (machining center; MC) bevorzugt, dessen Fräswerkzeug (Stirnfräser) automatisch gewechselt werden kann. Als der Stirnfräser wird zum Beispiel hauptsachlich ein zweimessriger Stirnfräser mit runder Stirn aus einem superharten Material verwendet. Entsprechend der beabsichtigten maschinell bearbeiteten Form oder dem Verwendungszweck kann auch ein Stirnfräser mit einer quadratischen Stirn, ein Stirnfräser mit einer gekrümmten Stirn, ein Bohrer oder dergleichen verwendet werden.
Durch die erfindungsgemäße maschinelle Oberflächenbearbeitung kann die Oberflächenrauheit des Formgegenstands verbessert werden. Die Oberflächenrauheit Rz des bearbeiteten Teils beträgt zum, Beispiel vorzugsweise 10 μm oder weniger (Rz = 0 bis 10 μm), besser 5 μm oder weniger (Rz = 0 bis 5 μm) und am besten 0,1 μm oder weniger (Rz = 0 bis 0,1 μm). Der hier verwendete Begriff „Oberflächenrauheit Rz” bezeichnet im Wesentlichen ein Rauheitsmaß, das dadurch erhalten wird, dass die Höhe bis zur höchsten Erhebung und die Tiefe bis zum Talteil von einer Mittelwert-Linie in einem Rauheitsprofil (d. h., einem Querschnittsprofil der Oberfläche der verfestigten Schicht) addiert werden.
Wenn der dreidimensionale Formgegenstand als metallische Form verwendet wird, liegt der Anteil der Fläche, die von der maschinell bearbeiteten Oberfläche eingenommen wird, in Abhängigkeit von der Art, der Größe oder dergleichen des Formkörpers, ungefähr in dem Bereich von 30 bis 50% der Gesamtfläche des Formgegenstands. Daher kann der vorgenannte Anteil nicht nur dazu beitragen, dass die Fertigungszeit verkürzt wird, sondern auch dazu, dass das Ausmaß des durch die maschinelle Bearbeitung verursachten Schadens (d. h. das Ausmaß der Frässpannung oder Fräswärme) an dem dreidimensionalen Formgegenstand verringert wird. Zum Beispiel ist es nicht nur möglich, das Auftreten von Rissen zu vermeiden, die durch das Fräsen der Oberfläche bedingt sind, sondern der dreidimensionale Formgegenstand kann auch die von ihm geforderte mechanische Festigkeit aufrechterhalten (das heißt, es ist möglich, die Festigkeit des Formgegenstands zu dem Zeitpunkt praktisch aufrechtzuerhalten, zu dem das Lasersintern beendet ist).
Es seien die folgenden Beispiele der Ausführungsform genannt, bei der nur der Teil einer maschinellen Oberflächenbearbeitung unterzogen wird, auf den bei Gebrauch des dreidimensionalen Formgegenstands eine Kraft aufgebracht wird. Wenn der dreidimensionale Formgegenstand als eine kernseitige oder hohlraumseitige metallische Form verwendet wird, kann die Oberfläche nur in dem Teil gefräst werden, der einem Teil einer Metallische-Form-Oberfläche entspricht, an der die metallische Kernform und die metallische Hohlform bei Gebrauch miteinander in Kontakt kommen (siehe 9). Mit anderen Worten, ein Teil des Formbereiches, an dem die metallischen Formen miteinander in Kontakt kommen, wird gefräst. Insbesondere wird nicht die gesamte Form-Oberfläche, an der die metallische Kernform und die metallische Hohlform bei Gebrauch miteinander in Kontakt kommen, gefräst, sondern es wird nur der ringförmige Teil der Form-Oberfläche gefräst, der sich unmittelbar außerhalb der Hohlraum-bildenden Oberfläche befindet (siehe 10). In diesem Fall kann die gefräste Oberfläche als eine Dichtungsfläche dienen, wenn die kernseitige metallische Form und die hohlraumseitige metallische Form miteinander verspannt werden. Bei dieser Ausführungsform wird, wie in 9 oder 10 gezeigt ist, der Formgegenstand vorzugsweise so hergestellt, dass der Oberflächenteil, der nicht gefräst werden soll, ein niedrigeres Niveau als der Oberflächenteil hat, der gefräst werden soll. Mit anderen Worten, der Teil der Oberfläche, der nicht fertigbearbeitet werden soll, wird vorzugsweise so ausgebildet, dass seine gesinterte Oberfläche so freiliegt, dass sie um eine Stufe niedriger ist. Der Grund hierfür ist, dass das Oberflächenniveau des Teils a, der gefräst werden soll, schließlich durch das Fräsen abgesenkt wird. Das bedeutet, dass in dem Fall, dass das Oberflächenniveau des Teils b, der nicht gefräst werden soll, vorher abgesenkt wird, der Teil a bündig mit dem Teil b abschließen kann, wenn das Fräsen beendet worden ist, sodass der Teil a entsprechend als eine Dichtungsfläche dienen kann. Vorzugsweise ist bei dem Formgegenstand (d. h. dem durch selektives Lasersintern erhaltenen Gegenstand) das Niveau des Teils b, der nicht gefräst werden soll, um etwa 0,3 bis 1 mm niedriger als das des Teils a, der gefräst werden soll.
Bei dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren kann zusätzlich auch der Teil/Oberflächenbereich gefräst werden, der als ein später zu bearbeitender Referenzteil 60 dient (siehe 11 und 12). Wie vorstehend dargelegt worden ist, bezeichnet der Begriff „später zu bearbeitender Referenzteil” im Wesentlichen einen Kennzeichnungsteil, der zu einem späteren Zeitpunkt bei einer anderen Bearbeitung verwendet wird. Betrachtet man zum Beispiel den Fall, dass der dreidimensionale Formgegenstand oder eine Grundplatte für den Formgegenstand, die mit diesem eine Einheit bildet, später entsprechend dem beabsichtigten Endzweck maschinell bearbeitet wird, so kann ein Kennzeichnungsteil dafür dem später zu bearbeitenden Referenzteil entsprechen. Bei der vorliegenden Erfindung kann der Kennzeichnungsteil für die spätere maschinelle Bearbeitung vorher durch Fräsen hergestellt werden. Insbesondere wenn der dreidimensionale Formgegenstand als metallische Form verwendet wird und somit der Formgegenstand, der mit der Grundplatte eine Einheit bildet, an eine Formaufspannvorrichtung montiert wird, muss die Grundplatte so bearbeitet werden, dass sie eine für die Montage geeignete Form erhält. Daher wird vorher an dem dreidimensionalen Formgegenstand ein Referenzteil zum Bearbeiten der Grundplatte ausgebildet. Das vereinfacht eine spätere Bearbeitung nach der Beendigung der Herstellung des dreidimensionalen Formgegenstands, die zum Erreichen des gewünschten Zwecks des dreidimensionalen Formgegenstands führt.
Wie in 13 gezeigt ist, kann bei dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren ein Teil hoher Dichte der verfestigten Schicht nur in einem Teil hergestellt werden, auf den bei Gebrauch des dreidimensionalen Formgegenstands eine Kraft aufgebracht wird, und in diesem Fall kann die Oberfläche des Teils hoher Dichte gefräst werden. Das heißt, dass der Teil hoher Dichte nur an der erforderlichen Stelle ausgebildet wird, und dadurch wird es möglich, die Fertigungszeit zu verkürzen und auch die Fertigungskosten für die Herstellung der verfestigten Schichten zu verringern. Vorzugsweise wird der Teil hoher Dichte (d. h. der hochverdichtete Schmelzteil) durch vollständiges Schmelzen des Pulvers in dem vorgegebenen Bereich ausgebildet, der mit dem Lichtstrahl bestrahlt wird. Zum Beispiel können die verfestigten Schichten so hergestellt werden, dass sie einen Teil hoher Dichte, dessen Verfestigungsdichte 95 bis 100% beträgt, und einen Teil niedriger Dichte haben, dessen Verfestigungsdichte 0 bis unter 95% beträgt. In 14 ist eine REM-Aufnahme des Grenzbereichs zwischen dem Teil hoher Dichte und dem Teil niedriger Dichte gezeigt. In 15 sind die einzelnen Schnittaufnahmen (REM-Aufnahmen) des Teils hoher Dichte und des Teils niedriger Dichte gezeigt.
Der in dieser Beschreibung und den Ansprüchen verwendete Begriff „Verfestigungsdichte” bezeichnet im Wesentlichen eine Schnitt-Sinterdichte (Einnahmeverhältnis eines metallischen Materials), die durch Bildverarbeitung einer Schnittaufnahme des Formgegenstands ermittelt wird. Die Bildverarbeitungssoftware zum Ermitteln der Schnitt-Sinterdichte ist Scion Image Version 4.0.2 (Freeware). In diesem Fall kann die Schnitt-Sinterdichte ρ_s aus der nachstehenden Gleichung 1 dadurch ermittelt werden, dass das Schnittbild zu einem gesinterten Teil (weiß) und einem Vakanzteil (schwarz) binarisiert wird und anschließend die Anzahl Px_all aller Pixel des Bilds und die Pixelzahl Px_white des gesinterten Teils (weiß) gezählt werden.
Um den Teil hoher Dichte herzustellen, kann durch Erhöhen der Ausgangsenergie des Lichtstrahls für die Bestrahlung ein vollständiges Schmelzen des Pulvers erreicht werden. Um hingegen den Teil niedriger Dichte herzustellen, kann durch Verringern der Ausgangsenergie des Lichtstrahls für die Bestrahlung ein vollständiges Schmelzen des Pulvers vermieden werden. Zusätzlich zu (a) Erhöhen der Ausgangsenergie des Lichtstrahls kann der Teil hoher Dichte auch durch (b) Verringern der Ablenkgeschwindigkeit des Lichtstrahls, (c) Verkleinern des Ablenkabstands des Lichtstrahls und (d) Verringern des Verdichtungsdurchmessers des Lichtstrahls hergestellt werden. Die vorgenannten Operationen (a) bis (d) können allein oder in Kombination durchgeführt werden. Insbesondere kann bei der vorgenannten Operation (a) zum Beispiel der Teil hoher Dichte, dessen Verfestigungsdichte 95 bis 100% beträgt, dadurch hergestellt werden, dass die Bestrahlungsenergiedichte E des Lichtstrahls in einem Bereich von etwa 4 bis 15 J/mm² eingestellt wird. Gleichermaßen kann der Teil niedriger Dichte durch die folgenden Operationen hergestellt werden: (a) Verringern der Ausgangsenergie des Lichtstrahls, (b) Erhöhen der Ablenkgeschwindigkeit des Lichtstrahls, (c) Vergrößern des Ablenkabstands des Lichtstrahls und (d) Vergrößern des Verdichtungsdurchmessers des Lichtstrahls. Zum Beispiel kann der Teil niedriger Dichte, dessen Verfestigungsdichte 70 bis 90% beträgt, dadurch hergestellt werden, dass die Bestrahlungsenergiedichte E des Lichtstrahls in einem Bereich von etwa 1 bis 3 J/mm² eingestellt wird. Man beachte, dass die Energiedichte E = Laserausgangsleistung (W)/[Ablenkgeschwindigkeit (mm/s) × Ablenkabstand (mm)] ist, wobei die folgenden Herstellungsbedingungen verwendet werden: Pulverschichtdicke: 0,05 mm; Laser: CO₂-Laser (Kohlendioxidlaser); Durchmesser des Lichtflecks; 0,5 mm.
Vorstehend sind einige Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben worden, aber die vorliegende Erfindung ist nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt.
Fachleute dürften ohne weiteres erkennen, dass verschiedene Modifikationen möglich sind, ohne vom Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Man beachte, dass die vorliegende Erfindung, die vorstehend beschrieben worden ist, die folgenden Aspekte aufweist:
Erster Aspekt: Verfahren zur Herstellung eines dreidimensionalen Formgegenstands mit den folgenden wiederholten Schritten:

(I) Ausbilden einer verfestigten Schicht durch Bestrahlen eines vorgegebenen Teils einer Pulverschicht mit einem Lichtstrahl, wodurch das Pulver in dem vorgegebenen Teil gesintert oder geschmolzen und anschließend verfestigt werden kann; und
(II) Ausbilden einer weiteren verfestigten Schicht durch erneutes Ausbilden einer Pulverschicht auf der resultierenden verfestigten Schicht und anschließendes Bestrahlen eines vorgegebenen Teils der Pulverschicht mit einem Lichtstrahl, wobei nur der Oberflächenteil der verfestigten Schicht maschinell bearbeitet wird, auf den bei Gebrauch des dreidimensionalen Formgegenstands eine Kraft aufgebracht wird.

Zweiter Aspekt: Verfahren nach dem ersten Aspekt, dadurch gekennzeichnet, dass
der dreidimensionale Formgegenstand als eine metallische Kernform oder eine metallische Hohlform verwendet wird und
nur der Oberflächenteil maschinell bearbeitet wird, der einer Hohlraum-bildenden Oberfläche der metallischen Form bei Gebrauch entspricht.
Dritter Aspekt: Verfahren nach dem ersten oder zweiten Aspekt, dadurch gekennzeichnet, dass
der dreidimensionale Formgegenstand als eine metallische Kernform oder eine metallische Hohlform verwendet wird und
nur der Oberflächenteil maschinell bearbeitet wird, der einem Teil einer Metallische-Form-Oberfläche entspricht, an der die metallische Kernform und die metallische Hohlform bei Gebrauch miteinander in Kontakt kommen.
Vierter Aspekt: Verfahren nach dem dritten Aspekt, dadurch gekennzeichnet, dass die verfestigte Schicht so ausgebildet wird, dass der Teil, der nicht maschinell bearbeitet werden soll, ein Oberflächenniveau hat, das niedriger als das des Teils ist, der maschinell bearbeitet werden soll.
Fünfter Aspekt: Verfahren nach einem der Aspekte 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil der verfestigten Schicht, der als ein später zu bearbeitender Referenzteil dient, zusätzlich maschinell bearbeitet wird.
Sechster Aspekt: Verfahren nach einem der Aspekte 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die verfestigte Schicht so ausgebildet wird, dass der Oberflächenteil der verfestigten Schicht, auf den bei Gebrauch des dreidimensionalen Formgegenstands eine Kraft aufgebracht wird, mit seiner Verfestigungsdichte von 95 bis 100% eine hohe Dichte hat.
Siebenter Aspekt: Mit dem Verfahren nach dem zweiten Aspekt hergestellter dreidimensionaler Formgegenstand, der als eine metallische Kernform oder eine metallische Hohlform verwendet wird und eine maschinell bearbeitete Oberfläche hat, die als eine Hohlraum-bildende Oberfläche der metallischen Form dient.
Achter Aspekt: Mit dem Verfahren nach dem dritten Aspekt hergestellter dreidimensionaler Formgegenstand, der als eine metallische Kernform oder eine metallische Hohlform verwendet wird und eine maschinell bearbeitete Oberfläche hat, die als ein Teil einer Metallische-Form-Oberfläche dient, an der die metallische Kernform und die metallische Hohlform bei Gebrauch miteinander in Kontakt kommen.
Anwendungsmöglichkeiten in der Industrie
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines dreidimensionalen Formgegenstands können verschiedene Arten von Gegenständen hergestellt werden. Wenn die Pulverschicht zum Beispiel eine Metallpulverschicht (anorganische Pulverschicht) ist und somit die verfestigte Schicht einer gesinterten Schicht entspricht, kann der hergestellte dreidimensionale Formgegenstand als eine metallische Form zum Spritzgießen von Kunststoff, Pressformen, Druckgießen, Gießen oder Schmieden verwendet werden. Wenn hingegen die Pulverschicht eine Harzpulverschicht (organische Pulverschicht) ist und somit die verfestigte Schicht einer gehärteten Schicht entspricht, kann der hergestellte dreidimensionale Formgegenstand als ein Harz-Formgegenstand verwendet werden.
Querverweis auf verwandte Patentanmeldung
Die vorliegende Anmeldung beansprucht das Prioritätsrecht der am 23.06.2009 eingereichten japanischen Patentanmeldung Nr. 2009-148866 mit dem Titel „Verfahren zur Herstellung eines dreidimensionalen Formgegenstands und mit diesem Verfahren hergestellter dreidimensionaler Formgegenstand”, deren Inhalt hiermit im Rahmen dieser Anmeldung vollumfänglich als geoffenbart gilt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 01-502890 [0002]
JP 2000-73108 A [0002]
JP 08-504139 [0004, 0005, 0035]
JP 2009-148866 [0065]

Claims

Verfahren zur Herstellung eines dreidimensionalen Formgegenstands mit den folgenden wiederholten Schritten: (I) Ausbilden einer verfestigten Schicht durch Bestrahlen eines vorgegebenen Teils einer Pulverschicht mit einem Lichtstrahl, wodurch das Pulver in dem vorgegebenen Teil gesintert oder geschmolzen und anschließend verfestigt werden kann; und (II) Ausbilden einer weiteren verfestigten Schicht durch erneutes Ausbilden einer Pulverschicht auf der resultierenden verfestigten Schicht und anschließendes Bestrahlen eines vorgegebenen Teils der Pulverschicht mit einem Lichtstrahl, wobei nur der Oberflächenteil der verfestigten Schicht maschinell bearbeitet wird, auf den bei Gebrauch des dreidimensionalen Formgegenstands eine Kraft aufgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der dreidimensionale Formgegenstand als eine metallische Kernform oder eine metallische Hohlform verwendet wird und nur der Oberflächenteil maschinell bearbeitet wird, der einer Hohlraum-bildenden Oberfläche der metallischen Form bei Gebrauch entspricht.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der dreidimensionale Formgegenstand als eine metallische Kernform oder eine metallische Hohlform verwendet wird und nur der Oberflächenteil maschinell bearbeitet wird, der einem Teil einer Metallische-Form-Oberfläche entspricht, an der die metallische Kernform und die metallische Hohlform bei Gebrauch miteinander in Kontakt kommen.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei die verfestigte Schicht so ausgebildet wird, dass der Teil, der nicht maschinell bearbeitet werden soll, ein Oberflächenniveau hat, das niedriger als das des Teils ist, der maschinell bearbeitet werden soll.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei ein Teil der verfestigten Schicht, der als ein später zu bearbeitender Referenzteil dient, zusätzlich maschinell bearbeitet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die verfestigte Schicht so ausgebildet wird, dass der Oberflächenteil der verfestigten Schicht, auf den bei Gebrauch des dreidimensionalen Formgegenstands eine Kraft aufgebracht wird, mit seiner Verfestigungsdichte von 95 bis 100% eine hohe Dichte hat.
Dreidimensionaler Formgegenstand, der mit dem Verfahren nach Anspruch 2 hergestellt wird und als eine metallische Kernform oder eine metallische Hohlform verwendet wird, wobei der dreidimensionale Formgegenstand eine maschinell bearbeitete Oberfläche hat, die als eine Hohlraum-bildende Oberfläche der metallischen Form dient.
Dreidimensionaler Formgegenstand, der mit dem Verfahren nach Anspruch 3 hergestellt wird und als eine metallische Kernform oder eine metallische Hohlform verwendet wird, wobei der dreidimensionale Formgegenstand eine maschinell bearbeitete Oberfläche hat, die als ein Teil einer Oberfläche der metallischen Form dient, an der die metallische Kernform und die metallische Hohlform bei Gebrauch miteinander in Kontakt kommen.