DE112016003471T5

DE112016003471T5 - Verfahren zur Herstellung eines dreidimensional geformten Formerzeugnisses und dreidimensional geformtes Formerzeugnis

Info

Publication number: DE112016003471T5
Application number: DE112016003471.7T
Authority: DE
Inventors: Masanori Morimoto; Satoshi Abe; Akifumi Nakamura; Isao Fuwa
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2015-07-31
Filing date: 2016-02-08
Publication date: 2018-04-19
Also published as: KR20180019747A; WO2017022145A1; CN107848211A; KR102099574B1; JP6628024B2; US20180200795A1; JP2017030224A

Abstract

Zur Bereitstellung eines Verfahrens zur Herstellung eines als Metallform zu verwendenden dreidimensional geformten Objektes mit besserer Wärmeableitungseigenschaft ist ein Verfahren zur Herstellung eines dreidimensional geformten Objektes durch abwechselnde Wiederholung der Bildung einer Pulverschicht und der Bildung einer verfestigten Schicht vorgesehen, wobei die Wiederholung umfasst: (i) Bilden einer verfestigten Schicht durch Bestrahlen eines vorbestimmten Abschnittes einer Pulverschicht mit einem Lichtstrahl, wodurch ein Sintern des Pulvers in dem vorbestimmten Abschnitt oder ein Schmelzen und anschließendes Verfestigen des Pulvers ermöglicht werden; und (ii) Bilden einer weiteren verfestigten Schicht durch Bilden einer neuen Pulverschicht auf der gebildeten verfestigten Schicht, gefolgt von einem Bestrahlen eines vorbestimmten Abschnittes der neugebildeten Pulverschicht mit dem Lichtstrahl, wobei bei dem Herstellungsverfahren der vorliegenden Erfindung das dreidimensional geformte Objekt derart hergestellt wird, dass es einen Strömungsweg für Kühlmittel in dem dreidimensional geformten Objekt und zudem eine Oberfläche in Form einer Konkavität-Konvexität aufweist, und wobei ein Teil einer Umrissoberfläche des Strömungsweges für Kühlmittel und die Oberfläche der Konkavität-Konvexität dieselbe Form aufweisen.

Description

Technisches Gebiet
Die Offenbarung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines dreidimensional geformten Objektes sowie ein dreidimensional geformtes Objekt. Die Offenbarung betrifft insbesondere ein Verfahren zur Herstellung eines dreidimensional geformten Objektes, bei dem die Bildung einer verfestigten Schicht durch Bestrahlen einer Pulverschicht mit einem Lichtstrahl durchgeführt wird, sowie ein durch dieses Verfahren erhaltenes dreidimensionales Objekt.
Hintergrund der Erfindung
Verfahren zur Herstellung eines dreidimensional geformten Objektes durch Bestrahlen eines Pulvermaterials mit einem Lichtstrahl sind bekannt (derartige Verfahren können allgemein als „selektive Lasersinterverfahren“ bezeichnet werden). Derartige Verfahren können ein dreidimensional geformtes Objekt durch abwechselndes Wiederholen der Bildung einer Pulverschicht und der Bildung einer verfestigten Schicht auf Grundlage der nachfolgenden Punkte (i) und (ii) erzeugen:

(i) Bilden einer verfestigten Schicht durch Bestrahlen eines vorbestimmten Abschnittes einer Pulverschicht mit einem Lichtstrahl, wodurch ein Sintern des vorbestimmten Abschnittes des Pulvers oder ein Schmelzen und anschließendes Verfestigen des vorbestimmten Abschnittes ermöglicht werden; und
(ii) Bilden einer weiteren verfestigten Schicht durch Bilden einer neuen Pulverschicht auf der gebildeten verfestigten Schicht, gefolgt von einem auf ähnliche Weise erfolgenden Bestrahlen der Pulverschicht mit dem Lichtstrahl.

Durch diese Art von Herstellungstechnologie wird es möglich, ein dreidimensional geformtes Objekt mit komplizierter Umrissform in kurzer Zeit herzustellen. Im Falle der Verwendung eines anorganischen Pulvermaterials (beispielsweise eines Metallpulvermaterials) als Pulvermaterial kann das dreidimensional geformte Objekt als Metallform verwendet werden. Im Falle der Verwendung eines organischen Pulvermaterials (beispielsweise eines Harzpulvermaterials) als Pulvermaterial kann das dreidimensional geformte Objekt hingegen für verschiedene Arten von Modellen oder Nachbildungen verwendet werden.
Man betrachte einen Beispielsfall, bei dem ein Metallpulver als Pulvermaterial verwendet wird und das daraus hergestellte dreidimensional geformte Objekt als Metallform verwendet wird. Im Folgenden wird das selektive Lasersinterverfahren kurz beschrieben. Zunächst wird ein Pulver durch Bewegung einer Pressrakel 23 auf eine Basisplatte 21 übertragen, wodurch eine Pulverschicht 22 mit vorbestimmter Dicke auf der Basisplatte 21 gebildet wird (siehe 6A). Sodann wird ein vorbestimmter Abschnitt der Pulverschicht mit einem Lichtstrahl bestrahlt, um eine verfestigte Schicht 24 zu bilden (siehe 6B). Eine weitere Pulverschicht wird sodann auf die so gebildete verfestigte Schicht aufgetragen und mit dem Lichtstrahl bestrahlt, um eine weitere verfestigte Schicht zu bilden. Auf diese Weise werden die Bildung der Pulverschicht und die Bildung der verfestigten Schicht abwechselnd wiederholt, was bewirkt, dass die verfestigten Schichten 24 aufeinander gestapelt werden (siehe 6C). Die abwechselnde Wiederholung der Bildung einer Pulverschicht und der Bildung einer verfestigten Schicht führt zur Herstellung eines dreidimensional geformten Objektes mit einer Mehrzahl von darin gestapelten verfestigten Schichten. Die unterste verfestigte Schicht 24 kann in einem Zustand bereitgestellt werden, in dem sie an der Oberfläche der Basisplatte 21 anhaftet. Hierdurch kann man eine Integration des dreidimensional geformten Objektes und der Basisplatte erreichen. Das „dreidimensional geformte Objekt“ und die „Basisplatte“, die integriert sind, können als Metallform verwendet werden.
Patentdruckschriften (Patentdruckschriften zum Stand der Technik)

Patentdruckschrift 1: ungeprüfte japanische Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer H01-502890
Patentdruckschrift 2: ungeprüfte japanische Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer 2000-73108

Offenbarung der Erfindung
Von der Erfindung zu lösendes Problem
Wird das dreidimensional geformte Objekt als Metallform verwendet, so wird ein Formhohlraum mit einem Formungsrohmaterial im geschmolzenen Zustand gefüllt, um am Ende ein Formerzeugnis zu erhalten, wobei der Formhohlraum aus einer Kombination einer so genannten „Kernseitenform“ und einer „Hohlraumseitenform“ gebildet ist. Insbesondere wird der Formhohlraum mit dem Formungsrohmaterial im geschmolzenen Zustand gefüllt, woraufhin das Formungsrohmaterial in dem Formhohlraum abgekühlt wird, um das Formungsrohmaterial zu verfestigen, was am Ende zur Herstellung eines Formerzeugnisses führt. Insbesondere wird die Ableitung der Wärme, die von dem in dem Formhohlraum eingefüllten Formungsrohmaterial abgegeben wird, in einem Prozess der Zustandsänderung vom geschmolzenen Zustand in den verfestigten Zustand abgegeben, was zur Herstellung des Formerzeugnisses aus dem Formungsrohmaterial führt.
Die Ableitung der Wärme, die von dem Formungsrohmaterial abgegeben wird, kann von einer Übertragung von Wärme, die von dem in dem Formhohlraum eingefüllten Formungsrohmaterial abgegeben wird, in Bezug auf die Metallform herrühren. Um die Ableitung von Wärme zu unterstützen, ist es möglich, dass das dreidimensional geformte Objekt einen Strömungsweg für Kühlmittel in sich aufweist.
Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung hat man herausgefunden, dass der Strömungsweg für Kühlmittel mit vorbestimmter Ausgestaltung die gewünschte Ableitung der Wärme, die von dem Formungsrohmaterial abgegeben wird, schwierig machen kann. Der gängigerweise verwendete Strömungsweg für Kühlmittel weist eine vergleichsweise einfache Querschnittsumrissform auf, die eine einfache Form, so beispielsweise eine rechteckige Form oder eine kreisförmige Form, beinhaltet. Der Strömungsweg für Kühlmittel mit dieser einfachen Form kann zu einer ungleichmäßigen Ableitung von Wärme, die von dem Formungsrohmaterial in dem Formhohlraum abgegeben wird, führen, was wiederum zum Auftreten eines Formungsdefekts führen kann. Die ungleichmäßige Ableitung von Wärme kann Probleme wie beispielsweise die Verringerung der Formgenauigkeit des Formerzeugnisses bedingen.
Die vorliegende Erfindung ist unter den vorgenannten Umständen gemacht worden. Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Herstellungsverfahrens eines als Metallform zu verwendenden dreidimensional geformten Objektes mit besserer Wärmeableitungseigenschaft sowie des dreidimensional geformten Objektes mit besserer Wärmeableitungseigenschaft.
Mittel zur Lösung der Probleme
Um die vorbeschriebene Aufgabe zu lösen, stellt eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines dreidimensional geformten Objektes durch abwechselnde Wiederholung der Bildung einer Pulverschicht und der Bildung einer verfestigten Schicht bereit, wobei die Wiederholung umfasst:

(i) Bilden einer verfestigten Schicht durch Bestrahlen eines vorbestimmten Abschnittes einer Pulverschicht mit einem Lichtstrahl, wodurch ein Sintern des Pulvers in dem vorbestimmten Abschnitt oder ein Schmelzen und anschließendes Verfestigen des Pulvers ermöglicht werden; und
(ii) Bilden einer weiteren verfestigten Schicht durch Bilden einer neuen Pulverschicht auf der gebildeten verfestigten Schicht, gefolgt von einem Bestrahlen eines vorbestimmten Abschnittes der neugebildeten Pulverschicht mit dem Lichtstrahl,

Um die vorbeschriebene Aufgabe zu lösen, stellt eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein dreidimensional geformtes Objekt bereit, in dem ein Strömungsweg für Kühlmittel umfasst ist,

wobei das dreidimensional geformte Objekt eine Oberfläche in Form einer Konkavität-Konvexität aufweist, und
wobei ein Teil einer Umrissoberfläche des Strömungsweges für Kühlmittel und die Oberfläche der Konkavität-Konvexität dieselbe Form aufweisen.

Wirkung der Erfindung
Entsprechend der vorliegenden Erfindung (das heißt entsprechend dem Verfahren zur Herstellung des dreidimensional geformten Objektes und entsprechend dem dreidimensional geformten Objekt) ist es möglich, ein dreidimensional geformtes Objekt mit besserer Wärmeableitungseigenschaft als Metallform herzustellen. Insbesondere wenn das dreidimensional geformte Objekt als Metallform verwendet wird, ist es möglich, die Metallform mit einem Strömungsweg für Kühlmittel bereitzustellen, was eine gleichmäßigere Durchführung der Ableitung von Wärme, die von dem Formungsrohmaterial abgegeben wird, möglich macht.
Figurenliste

1 ist eine Querschnittsansicht zur schematischen Darstellung eines dreidimensional geformten Objektes, das man durch ein Herstellungsverfahren entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erhält.
2 ist eine Querschnittsansicht zur schematischen Darstellung eines als Metallform zu verwendenden dreidimensional geformten Objektes.
3A und 3B sind Querschnittsansichten zur schematischen Darstellung einer bevorzugten Bereitstellungsposition eines Strömungsweges für Kühlmittel.
4 ist eine Querschnittsansicht zur schematischen Darstellung einer Ausführungsform im Zusammenhang mit einer Feinausgestaltung.
5 ist eine Querschnittsansicht zur schematischen Darstellung einer Ausführungsform der Bildung einer verfestigten Schicht durch Hybridsysteme.
6A bis 6C sind Querschnittsansichten zur schematischen Darstellung eines Lasersinterbearbeitungshybridprozesses für ein selektives Lasersinterverfahren.
7 ist eine perspektivische Ansicht zur schematischen Darstellung eines Aufbaus einer Lasersinterbearbeitungshybridmaschine.
8 ist ein Flussdiagramm des allgemeinen Betriebs einer Lasersinterbearbeitungshybridmaschine.

Ausführungsweisen der Erfindung
Die vorliegende Erfindung wird nachstehend detaillierter anhand der begleitenden Zeichnung beschrieben. Man beachte, dass die Ausgestaltungen/Formen und Abmessungsverhältnisse in der Zeichnung lediglich illustrativen Zwecken dienen und daher nicht denjenigen der Teile oder Elemente in der Praxis entsprechen.
Der Begriff „Pulverschicht“ bezeichnet im Sinne der vorliegenden Beschreibung beispielsweise „eine aus einem Metallpulver gefertigte Metallpulverschicht“ oder „eine aus einem Harzpulver gefertigte Harzpulverschicht“. Der Begriff „vorbestimmter Abschnitt einer Pulverschicht“ bezeichnet im Sinne des Vorliegenden im Wesentlichen einen Abschnitt eines herzustellenden dreidimensional geformten Objektes. Als solches wird ein in einem derartigen vorbestimmten Abschnitt vorhandenes Pulver mit einem Lichtstrahl bestrahlt, wodurch das Pulver gesintert oder geschmolzen und anschließend verfestigt wird, sodass es die Form eines dreidimensional geformten Objektes annimmt. Des Weiteren bezeichnet der Begriff „verfestigte Schicht“ in einem Fall, in dem die Pulverschicht eine Metallpulverschicht ist, im Wesentlichen eine „gesinterte Schicht“, wohingegen der Begriff „verfestigte Schicht“ in einem Fall, in dem die Pulverschicht eine Harzpulverschicht ist, im Wesentlichen eine „gehärtete Schicht“ bezeichnet. Die Richtungen „nach oben“ und „nach unten“, die hier direkt oder indirekt verwendet werden, basieren auf der Positionsbeziehung zwischen einer Basisplatte und einem dreidimensional geformten Objekt. Die Seite, auf der das hergestellte dreidimensional geformte Objekt in Bezug auf die Basisplatte positioniert ist, ist „oben“, während die entgegengesetzte Richtung „unten“ ist. Die hier beschriebene „vertikale Richtung“ bezeichnet im Wesentlichen eine Richtung, in der die verfestigten Schichten gestapelt sind, und entspricht in der Zeichnung der „Richtung nach oben und unten“. Die hier beschriebene „horizontale Richtung“ bezeichnet eine Richtung, die zu derjenigen Richtung senkrecht ist, in der die verfestigten Schichten gestapelt sind, und entspricht in der Zeichnung der „Richtung nach rechts und links“.
Selektives Lasersinterverfahren
Zunächst wird ein selektives Lasersinterverfahren beschrieben, auf dem eine Ausführungsform des Herstellungsverfahrens der vorliegenden Erfindung beruht. Insbesondere wird ein Lasersinterbearbeitungshybridprozess, der zusätzlich zu dem selektiven Lasersinterverfahren ausgeführt wird, als Beispiel gesondert beschrieben. 6A bis 6C zeigen schematisch eine Ausführungsform eines Prozesses eines Lasersinterbearbeitungshybrides. 7 und 8 zeigen jeweils den grundsätzlichen Aufbau und den Betriebsablauf im Zusammenhang mit einer Metalllasersinterhybridfräsmaschine, mit der die Ausführung eines Bearbeitungsprozesses wie auch des selektiven Lasersinterverfahrens möglich ist.
Wie in 7 gezeigt ist, ist die Lasersinterfräshybridmaschine 1 mit einem Pulverschichtbildner 2, einem Lichtstrahlbestrahler 3 und einem Bearbeitungsmittel 4 versehen.
Der Pulverschichtbildner 2 ist ein Mittel zur Bildung einer Pulverschicht mit vorbestimmter Dicke durch Zuführung eines Pulvers (beispielsweise eines Metallpulvers oder eines Harzpulvers). Der Lichtstrahlbestrahler 3 ist ein Mittel zur Bestrahlung eines vorbestimmten Abschnittes der Pulverschicht mit einem Lichtstrahl „L“. Das Bearbeitungsmittel 4 ist ein Mittel zum Fräsen der seitlichen Oberfläche der gestapelten verfestigten Schichten, das heißt der Oberfläche des dreidimensional geformten Objektes.
Wie in 6A bis 6C gezeigt ist, setzt sich der Pulverschichtbildner 2 hauptsächlich aus einem Pulvertisch 25, einer Pressrakel 23, einem Bildungstisch 20 und einer Basisplatte 21 zusammen. Der Pulvertisch 25 ist ein Tisch, der in einem „Speichertank für Pulvermaterial“ 28, dessen Außenumfang von einer Wand 26 umgeben ist, vertikal angehoben/abgesenkt werden kann. Die Pressrakel 23 ist eine Rakel, die horizontal bewegt werden kann, um ein Pulver 19 von dem Pulvertisch 25 auf dem Bildungstisch 20 auszubreiten, wodurch eine Pulverschicht 22 gebildet wird. Der Bildungstisch 20 ist ein Tisch, der in einem Bildungstank 29, dessen Außenumfang von einer Wand 27 umgeben ist, vertikal angehoben/abgesenkt werden kann. Die Basisplatte 21 ist eine Platte für ein dreidimensional geformtes Objekt. Die Basisplatte ist an dem Bildungstisch 20 ausgebildet und dient als Plattform des dreidimensional geformten Objektes.
Wie in 7 gezeigt ist, setzt sich der Lichtstrahlbestrahler 3 hauptsächlich aus einem Lichtstrahlerzeuger 30 und einem Galvanometerspiegel 31 zusammen. Der Lichtstrahlerzeuger 30 ist eine Vorrichtung zum Emittieren eines Lichtstrahles „L“. Der Galvanometerspiegel 31 ist ein Mittel zum Umlenken (scanning) eines emittierten Lichtstrahles „L“ auf die Pulverschicht, das heißt, er ist ein Umlenkmittel des Lichtstrahles „L“.
Wie in 7 gezeigt ist, setzt sich das Bearbeitungsmittel 4 hauptsächlich aus einer Endfräse 40 und einem Betätiger 41 zusammen. Die Endfräse 40 ist ein Bearbeitungswerkzeug zum Fräsen der seitlichen Oberfläche der gestapelten verfestigten Schichten, das heißt der Oberfläche des dreidimensional geformten Objektes. Der Betätiger 41 ist ein Betriebsmittel zum Betreiben der Endfräse 40, damit diese sich zur Bearbeitungsposition bewegt.
Der Betrieb der Lasersinterhybridfräsmaschine 1 wird nachstehend detailliert beschrieben. Wie aus dem Flussdiagramm von 8 ersichtlich ist, setzt sich der Betrieb der Lasersinterhybridfräsmaschine 1 hauptsächlich aus einem eine Pulverschicht bildenden Schritt (S1), einem eine verfestigte Schicht bildenden Schritt (S2) und einem Bearbeitungsschritt (S3) zusammen. Der eine Pulverschicht bildende Schritt (S1) ist ein Schritt zur Bildung der Pulverschicht 22. Bei dem eine Pulverschicht bildenden Schritt (S1) wird der Bildungstisch 20 zunächst um Δt abgesenkt (S11), wodurch eine Höhendifferenz Δt zwischen einer oberen Oberfläche der Basisplatte 21 und einer Oberkantenebene des Bildungstanks 29 hergestellt wird. Anschließend wird der Pulvertisch 25 um Δt angehoben, woraufhin die Pressrakel 23 derart betrieben wird, dass sie sich von dem Speichertank 28 zu dem Bildungstank 29 in horizontaler Richtung, wie in 6A gezeigt ist, bewegt. Dies ermöglicht, dass ein Pulver 19, das auf dem Pulvertisch 25 platziert ist, auf der Basisplatte 21 ausgebreitet wird (S12), während die Pulverschicht 22 gebildet wird (S13). Beispiele für das Pulver der Pulverschicht beinhalten ein „Metallpulver mit einem mittleren Teilchendurchmesser von etwa 5 µm bis 100 µm“ und ein „Harzpulver mit einem mittleren Teilchendurchmesser von etwa 30 µm bis 100 µm (beispielsweise ein Pulver aus Nylon, Polypropylen, ABS und dergleichen mehr). Im Anschluss an diesen Schritt wird der eine verfestigte Schicht bildende Schritt (S2) durchgeführt. Der eine verfestigte Schicht bildende Schritt (S2) ist ein Schritt zur Bildung einer verfestigten Schicht 24 durch Lichtstrahlbestrahlung. Bei dem eine verfestigte Schicht bildenden Schritt (S2) wird ein Lichtstrahl „L“ von dem Lichtstrahlerzeuger 30 emittiert (S21). Der emittierte Lichtstrahl „L“ wird durch den Galvanometerspiegel 31 auf einen vorbestimmten Abschnitt der Pulverschicht 22 umgelenkt (S22). Der umgelenkte Lichtstrahl kann bewirken, dass das Pulver in dem vorbestimmten Abschnitt der Pulverschicht gesintert oder geschmolzen und anschließend verfestigt wird, was zur Bildung der verfestigten Schicht 24 führt (S23), wie in 6B gezeigt ist. Beispiele für den Lichtstrahl „L“ beinhalten einen Kohlendioxidgaslaser, einen Nd:YAG-Laser, einen Faserlaser, ultraviolettes Licht und dergleichen.
Der eine Pulverschicht bildende Schritt (S1) und der eine verfestigte Schicht bildende Schritt (S2) werden abwechselnd wiederholt. Dies ermöglicht, dass eine Mehrzahl von verfestigten Schichten 24 integral aufeinander gestapelt wird, wie in 6C gezeigt ist.
Erreicht die Dicke der gestapelten verfestigten Schichten 24 einen vorbestimmten Wert (S24), so beginnt der Bearbeitungsschritt (S3). Der Bearbeitungsschritt (S3) ist ein Schritt des Fräsens der seitlichen Oberfläche der gestapelten verfestigten Schichten 24, das heißt der Oberfläche des dreidimensional geformten Objektes. Die Endfräse 40 wird betätigt, um mit der Ausführung des Bearbeitungsschrittes zu beginnen (S31). In einem Fall, in dem die Endfräse 40 beispielsweise eine effektive Fräslänge von 3 mm aufweist, kann eine Bearbeitung mit einer Frästiefe von 3 mm durchgeführt werden. Unter der Annahme, dass „Δt“ gleich 0,05 mm ist, wird die Endfräse 40 betätigt, wenn die Bildung von sechzig verfestigten Schichten 24 abgeschlossen ist. Insbesondere erfährt die seitliche Oberfläche der gestapelten verfestigten Schichten 24 eine Oberflächenbearbeitung (S32) durch die Bewegung der Endfräse 40, die von dem Betätiger 41 betrieben wird. Im Anschluss an den Oberflächenbearbeitungsschritt (S3) wird beurteilt, ob man das dreidimensional geformte Objekt insgesamt erhalten hat (S33). Hat man das gewünschte dreidimensional geformte Objekt noch nicht erhalten, so kehrt man zu dem eine Pulverschicht bildenden Schritt (S1) zurück. Anschließend werden die Schritte S1 bis S3 erneut wiederholt durchgeführt, wobei ein weiteres Stapeln der verfestigten Schichten 24 und ein weiterer Bearbeitungsprozess auf ähnliche Weise durchgeführt werden, was zur Herstellung des gewünschten dreidimensional geformten Objektes führen kann.
Herstellungsverfahren der vorliegenden Erfindung
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die verfestigten Schichten bei dem selektiven Lasersinterverfahren gestapelt werden.
Insbesondere wird bei der Herstellung des dreidimensional geformten Objektes entsprechend dem selektiven Lasersinterverfahren das dreidimensional geformte Objekt derart hergestellt, dass es einen Strömungsweg für Kühlmittel in dem dreidimensional geformten Objekt und zudem eine Oberfläche in Form einer Konkavität-Konvexität des dreidimensional geformten Objektes aufweist. Insbesondere wird das dreidimensional geformte Objekt derart hergestellt, dass „ein Teil einer Umrissoberfläche des darin auszubildenden Strömungsweges für Kühlmittel“ und „die Oberfläche der Konkavität-Konvexität hiervon“ dieselbe Form aufweisen. Daher ist das Herstellungsverfahren der vorliegenden Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass die Form der Umrissoberfläche des Strömungsweges für Kühlmittel in dem dreidimensional geformten Objekt und die Form der Oberfläche des dreidimensional geformten Objektes miteinander korreliert sind.
1 zeigt das dreidimensional geformte Objekt, das man durch das Herstellungsverfahren entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erhält. Das in 1 gezeigte dreidimensional geformte Objekt 100 beinhaltet den Strömungsweg 50 für Kühlmittel darin und weist die Oberfläche 100A in Form der Konkavität-Konvexität auf. Wie in 1 gezeigt ist, weist ein Teil der Umrissoberfläche 50A des Strömungsweges 50 für Kühlmittel dieselbe Form wie die Oberfläche 100A in Form der Konkavität-Konvexität auf. Bei dem Herstellungsverfahren entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird das dreidimensional geformte Objekt 100 dadurch hergestellt, dass ein Stapeln der verfestigten Schichten derart durchgeführt wird, dass die Oberfläche 100A des dreidimensional geformten Objektes 100 und der Teil der Umrissoberfläche 50A des Strömungsweges 50 für Kühlmittel eine miteinander korrelierte Form aufweisen.
Der Ausdruck „Strömungsweg für Kühlmittel“ bezeichnet im Sinne des Vorliegenden einen Durchlass, in dem Kühlmittel, so beispielsweise Wasser, strömen, wobei die Kühlmittel zur Verringerung der Temperatur des dreidimensional geformten Objektes verwendet werden. Der Strömungsweg für Kühlmittel wird als Durchlass verwendet, in dem die Kühlmittel strömen. Daher weist der Strömungsweg für Kühlmittel eine Ausgestaltung in Form eines hohlen Abschnittes auf, wobei sich der Strömungsweg für Kühlmittel derart in dem dreidimensional geformten Objekt erstreckt, dass er durch das dreidimensional geformte Objekt hindurchtritt. Es wird bevorzugt, wenn sich der Strömungsweg 50 für Kühlmittel in einer Richtung erstreckt, die eine Verfestigungsrichtung der verfestigten Schicht (das heißt die „z“-Richtung), wie in 1 gezeigt ist, kreuzt.
Der Ausdruck „dieselbe Form“ bezeichnet im Sinne des Vorliegenden einen Zustand, in dem ein Teil der Umrissoberfläche 50A des Strömungsweges 50 für Kühlmittel und die Oberfläche 100A des dreidimensional geformten Objektes 100 dieselbe Form in einer Querschnittsansicht des dreidimensional geformten Objektes 100 aufweisen, wobei man die Querschnittsansicht dadurch erhält, dass das dreidimensional geformte Objekt 100 entlang der Verfestigungsrichtung der verfestigten Schichten aufgeschnitten wird. Der Begriff „derselbe/dieselbe/dasselbe“ meint „im Wesentlichen derselbe/dieselbe/ dasselbe“, weshalb die Verwendung des Begriffes „derselbe/dieselbe/dasselbe“ sogar bei einer Ausführungsform möglich ist, bei der ein unvermeidlicher oder versehentlicher geringfügiger Versatz zwischen den zu vergleichenden Formen vorhanden ist. Bei „einem Teil der Umrissoberfläche 50A des Strömungsweges 50 für Kühlmittel“ muss der Teil der Umrissoberfläche 50A nicht dieselbe Form wie die gesamte Oberfläche 100A in Form der Konkavität-Konvexität des dreidimensional geformten Objektes 100 aufweisen. Der Teil der Umrissoberfläche 50A kann dieselbe Form wie wenigstens ein Teil der Oberfläche 100A aufweisen (siehe 1).
Der Ausdruck „Bildung der Oberfläche in Form der Konkavität-Konvexität“ bezeichnet im Sinne des Vorliegenden eine Ausführungsform, bei der eine Bildung der verfestigten Schicht derart durchgeführt wird, dass eine äußere Oberfläche des dreidimensional geformten Objektes lokal ein anderes Höhenniveau aufweist. Daher bezeichnet der Ausdruck „die Oberfläche in Form der Konkavität-Konvexität“ im Sinne des Vorliegenden die äußere Oberfläche des dreidimensional geformten Objektes mit dem lokal anderen Höhenniveau. Geht man davon aus, dass das dreidimensional geformte Objekt 100 als Metallform verwendet wird, so entspricht die Oberfläche 100A in Form der Konkavität-Konvexität einer so genannten „Hohlraumbildungsoberfläche“ (2). 2 zeigt, dass ein Formhohlraum 200 bereitgestellt wird, wobei der Formhohlraum 200 durch eine Kombination aus einem dreidimensional geformten Objekt 100 zur Verwendung als „Kernseitenform“ und einem weiteren dreidimensional geformten Objekt 100' zur Verwendung als „Hohlraumseitenform“ gebildet wird.
In einem Fall, in dem das durch das Herstellungsverfahren der vorliegenden Erfindung erhaltene dreidimensional geformte Objekt als Metallform zur Formung verwendet wird, ist es möglich, einen gleichmäßigeren Kühleffekt durch den in der Metallform vorgesehenen Strömungsweg 50 für Kühlmittel zu verwirklichen. Insbesondere ist eine gleichförmigere Wärmeübertragung von dem Strömungsweg 50 für Kühlmittel zu der Hohlraumbildungsoberfläche möglich, wobei die Wärmeübertragung insbesondere eine Wärmeübertragung zur Kühlung ist. Der Effekt der gleichmäßigeren Kühlung infolge des Strömungsweges 50 für Kühlmittel ermöglicht eine Verhinderung einer ungleichmäßigen Ableitung von Wärme, die von dem Formungsrohmaterial abgegeben wird, wodurch es möglich wird zu verhindern, dass sich die Formgenauigkeit des am Ende erhaltenen Formerzeugnisses verringert.
Bei dem Herstellungsverfahren entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird bevorzugt, wenn „ein Teil der Umrissoberfläche des Strömungsweges für Kühlmittel“ eine „Proximalseitenumrissoberfläche“ ist. Insbesondere wird bevorzugt, wenn die Proximalseitenumrissoberfläche 50A' in der Umrissoberfläche 50A des Strömungsweges 50 für Kühlmittel dieselbe Form wie die Oberfläche 100A in Form der Konkavität-Konvexität, wie in 1 gezeigt ist, aufweist, wobei die Proximalseitenumrissoberfläche 50A' proximal zu der Oberfläche 100A in Form der Konkavität-Konvexität positioniert ist. In einem Fall, in dem das dreidimensional geformte Objekt 100 als Metallform verwendet wird, entspricht die „Proximalseitenumrissoberfläche 50A'“ einer Umrissoberfläche, die stärker proximal/benachbart zu dem Formhohlraum positioniert ist. Daher kann die „Proximalseitenumrissoberfläche 50A'“ insbesondere eine größere Wirkung auf die Wärmeübertragung zu dem Formhohlraum aufweisen. Im Lichte des Vorbeschriebenen ist das Herstellungsverfahren entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass die „Proximalseitenumrissoberfläche 50A'“ eine Form aufweist, die mit der Form der Oberfläche 100A der Konkavität-Konvexität des dreidimensional geformten Objektes 100 korreliert ist, wobei die „Proximalseitenumrissoberfläche 50A'“ die größere Wirkung auf die Wärmeübertragung zu dem Formhohlraum aufweist.
Der Ausdruck „Proximalseitenumrissoberfläche“ bezeichnet im Sinne des Vorliegenden einen Umrissabschnitt, der vergleichsweise proximal zu der Oberfläche 100A in Form der Konkavität-Konvexität des dreidimensional geformten Objektes 100 in der Umrissoberfläche 50A des Strömungsweges 50 für Kühlmittel ist. Wie in 1, die eine Querschnittsansicht des dreidimensional geformten Objektes darstellt, gezeigt ist, entspricht ein „Umrissabschnitt des Strömungsweges für Kühlmittel“ der Proximalseitenumrissoberfläche 50A', wobei „der Umrissabschnitt“ direkt zu der Oberfläche 100A der Konkavität-Konvexität des dreidimensional geformten Objektes 100 gegenüberliegend bzw. entgegengesetzt ist, wobei man die Querschnittsansicht dadurch erhält, dass das dreidimensional geformte Objekt entlang der Verfestigungsrichtung der verfestigten Schichten aufgeschnitten wird. Bei dem Herstellungsverfahren entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird das dreidimensional geformte Objekt, das den Strömungsweg für Kühlmittel umfasst, derart hergestellt, dass die Proximalseitenumrissoberfläche 50A' dieselbe Form wie die Oberfläche 100A der Konkavität-Konvexität aufweist. Gleichwohl weist der am weitesten am Ende befindliche Abschnitt 50A" der Proximalseitenumrissoberfläche 50A' gegebenenfalls nicht dieselbe Form wie die Oberfläche 100A der Konkavität-Konvexität auf, wie in der Querschnittsansicht von 1 gezeigt ist.
Die Proximalseitenumrissoberfläche 50A' mit derselben Form wie die Oberfläche 100A der Konkavität-Konvexität ermöglicht eine gleichmäßigere Wärmeübertragung von dem Strömungsweg 50 für Kühlmittel zu der Hohlraumbildungsoberfläche. Insbesondere im Falle der Verwendung des dreidimensional geformten Objektes 100 als Metallform (siehe 2) ist die Wärmeübertragung infolge des Strömungsweges 50 für Kühlmittel gleichmäßiger, weshalb eine ungleichmäßige Ableitung von Wärme, die von dem Formungsrohmaterial abgegeben wird, effektiv verhindert werden kann. Hierdurch wird es möglich, eine Verringerung der Formgenauigkeit des am Ende erhaltenen Formerzeugnisses effektiv zu verhindern.
Bei dem Herstellungsverfahren entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird der zwischen der Proximalseitenumrissoberfläche 50A' und der Oberfläche 100A in Form der Konkavität-Konvexität definierte Trennabstand konstant gemacht (siehe 1). Insbesondere ist der Strömungsweg 50 für Kühlmittel derart vorgesehen, dass er die Proximalseitenumrissoberfläche 50A' mit einer Umrissform aufweist, bezüglich derer die Form der Oberfläche 100A des dreidimensional geformten Objektes 100 versetzt ist. Der Ausdruck „konstanter Trennabstand“ bezeichnet im Sinne des Vorliegenden einen Zustand, in dem eine Normallinie in einem beliebigen Abschnitt dieselbe Länge aufweist, wobei die Normallinie eine Linie ist, die die „Proximalseitenumrissoberfläche 50A' des Strömungsweges 50 für Kühlmittel“ mit „der Oberfläche 100A der Konkavität-Konvexität“ des dreidimensional geformten Objektes 100" verbindet, wobei die Proximalseitenumrissoberfläche 50A' und die Oberfläche 100A der Konkavität-Konvexität einander gegenüberliegend sind / zueinander weisen. Insbesondere weist die Normallinie zwischen der „Proximalseitenumrissoberfläche 50A' des Strömungsweges 50“ und der „Oberfläche 100A des dreidimensional geformten Objektes 100'“ in einem beliebigen Abschnitt dazwischen dieselbe Länge auf. Die Normallinie mit derselben Länge ermöglicht eine gleichmäßigere Übertragung von Wärme von dem Strömungsweg 50 für Kühlmittel zu dem Formhohlraum entlang einer Erstreckungsrichtung der Proximalseitenumrissoberfläche 50A' bei Verwendung des dreidimensional geformten Objektes 100 als Metallform. Hierdurch wird es möglich, unter Verwendung der Metallform eine Verringerung der Formgenauigkeit bei dem am Ende erhaltenen Formerzeugnis zu verhindern.
Bei dem Herstellungsverfahren entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die Bildung des Strömungsweges für Kühlmittel in der Mittel des Stapels von verfestigten Schichten durchgeführt. Insbesondere ergibt sich der Strömungsweg für Kühlmittel aus einem nichtbestrahlten Abschnitt, den man dadurch erhält, dass sich ein lokaler Bereich in der Mitte des Stapels der verfestigten Schichten, die durch die abwechselnde Wiederholung der Bildung der Pulverschicht und der Bildung der verfestigten Schicht durch das selektive Lasersinterverfahren bereitgestellt werden, nicht verfestigt. Der nichtbestrahlte Abschnitt entspricht einem Abschnitt, der in einem „Bildungsbereich des dreidimensional geformten Objektes“, der dem vorbestimmten Bereich der Pulverschicht entspricht, nicht mit dem Lichtstrahl bestrahlt wird. Daher bleibt „nicht zur Bildung der verfestigten Schicht beitragendes Pulver“ nach der Bestrahlung unter Verwendung des Lichtstrahles in dem nichtbestrahlten Bereich übrig. Der Strömungsweg für Kühlmittel ergibt sich durch Entfernen des verbleibenden Pulvers in dem dreidimensional geformten Objekt. Insbesondere wird der Strömungsweg für Kühlmittel bei der vorliegenden Erfindung derart gebildet, dass ein Teil der Umrissoberfläche hiervon, das heißt ein Teil einer Wandoberfläche zur Bereitstellung eines hohlen Abschnittes, der den Strömungsweg für Kühlmittel bildet, dieselbe Form wie die Oberfläche der Konkavität-Konvexität des am Ende erhaltenen dreidimensionalen Objektes aufweist. Insbesondere wird bevorzugt, wenn ein Umrissabschnitt (das heißt die Proximalseitenumrissoberfläche), die zu der Oberfläche der Konkavität-Konvexität des dreidimensional geformten Objektes proximal ist, dieselbe Form wie die Oberfläche der Konkavität-Konvexität aufweist, wobei der Umrissabschnitt einen Teil des Strömungsweges für Kühlmittel bildet.
Im Anschluss an die abgeschlossene Bildung des Strömungsweges für Kühlmittel wird das selektive Lasersinterverfahren kontinuierlich durchgeführt. Das selektive Lasersinterverfahren, das nach der Bildung des Strömungsweges für Kühlmittel verwendet wird, ist dasselbe Verfahren wie dasjenige vor der Bildung des Strömungsweges für Kühlmittel. Das Stapeln der verfestigten Schichten wird erneut durch die abwechselnde Wiederholung der Bildung einer Pulverschicht und der Bildung einer verfestigten Schicht durchgeführt. Insbesondere wird das Stapeln der verfestigten Schichten derart durchgeführt, dass wenigstens ein Teil der Oberfläche des dreidimensional geformten Objektes dieselbe Form wie ein Teil der Umrissoberfläche des Strömungsweges für Kühlmittel aufweist, wobei der Teil der Umrissoberfläche insbesondere der Proximalseitenumrissoberfläche entspricht und wobei die Oberfläche des dreidimensional geformten Objektes insbesondere einer Oberfläche entspricht, die als Hohlraumbildungsoberfläche bei Verwendung des dreidimensional geformten Objektes als Metallform dient. Daher kann man das gewünschte dreidimensional geformte Objekt erhalten. Insbesondere ist es möglich, das dreidimensional geformte Objekt mit der Oberfläche in Form der Konkavität-Konvexität und zudem mit dem Strömungsweg für Kühlmittel darin zu erhalten, wobei ein Teil der Umrissoberfläche des Strömungsweges für Kühlmittel und die Oberfläche der Konkavität-Konvexität dieselbe Form aufweisen.
Vorstehend sind typische Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben worden, um das Verständnis der vorliegenden Erfindung zu unterstützen. Das Herstellungsverfahren der vorliegenden Erfindung kann in einer Vielzahl von Ausführungsformen auftreten.
Bevorzugte Bildungsposition des Strömungsweges für Kühlmittel
Bei dem Herstellungsverfahren entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann eine Position des Strömungsweges für Kühlmittel, der in dem dreidimensional geformten Objekt ausgebildet ist, eingedenk der „lokalen Wärmeableitung“ bei Verwendung des dreidimensional geformten Objektes als Metallform bestimmt sein. In dieser Hinsicht wird bevorzugt, wenn die Position des Strömungsweges 50 für Kühlmittel ein Eckbereich der Oberfläche 100A in Form der Konkavität-Konvexität bei dem Herstellungsverfahren entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist (siehe 3A und 3B). Wie in 3A gezeigt ist, wird besonders bevorzugt, wenn die Position des Strömungsweges 50 für Kühlmittel ein oberer Oberflächenseiteneckbereich 100B' eines lokalen Abschnittes 100B in Form einer Konvexität ist, wobei der lokale Abschnitt 100B als Folge dessen gebildet wird, dass das dreidimensional geformte Objekt 100 die Oberfläche in Form der Konkavität-Konvexität aufweist.
In einem Fall, in dem ein Formungsprozess unter Verwendung des dreidimensional geformten Objektes 100 als Metallform durchgeführt wird, ist es schwieriger, die Wärme, die von dem Formungsrohmaterial, das an einem lokalen Abschnitt 150 nahe an dem oberen Seiteneckbereich 100B' positioniert ist, abgegeben wird, abzuleiten (siehe 3A). Das Vorhandensein eines Abschnittes, in dem die Durchführung der Wärmeableitung schwierig ist, kann zum Auftreten einer lokalen Verwölbung in dem am Ende erhaltenen Formerzeugnis führen. Mit anderen Worten, es besteht die Möglichkeit, dass eine partielle Verwölbung in dem Formerzeugnis auftritt, wobei die partielle Verwölbung an dem Abschnitt beginnt, an dem die Wärmeableitung schwierig ist. Es wird daher besonders bevorzugt, wenn der Strömungsweg 50 für Kühlmittel an dem oberen Oberflächenseiteneckbereich 100B' des lokalen Abschnittes 100B in Form der Konvexität positioniert ist, um einen Kühlprozess an dem Abschnitt, an dem die Wärmeableitung schwierig durchzuführen ist, erfolgreich durchzuführen. Daher ermöglicht der Strömungsweg 50 für Kühlmittel an dem oberen Oberflächenseiteneckbereich 100B' die Überstützung einer gleichmäßigen Ableitung der Wärme, die von dem Formungsrohmaterial, das an dem lokalen Abschnitt 150 positioniert ist, abgegeben wird, was zu einer effektiven Verringerung der „lokalen Verwölbung“ in dem am Ende erhaltenen Formerzeugnis führt.
Der Ausdruck „lokaler Abschnitt in Form einer Konvexität“ bezeichnet insbesondere einen Wölbungsabschnitt in der Oberfläche 100A der Konkavität-Konvexität des dreidimensional geformten Objektes 100. Wird davon ausgegangen, dass das dreidimensional geformte Objekt 100 als Metallform verwendet wird, so entspricht der Wölbungsabschnitt in dem Hohlraumbildungsabschnitt, der den Formhohlraum bildet, dem lokalen Abschnitt 100B in Form der Konvexität (siehe 3A). Insbesondere bezeichnet der Ausdruck „oberer Oberflächenseiteneckbereich“ den Umfang eines oberen Abschnittes in dem lokalen Abschnitt 100B in Form der Konvexität. Wie in 3A gezeigt ist, entspricht der obere Oberflächenseiteneckabschnitt 100B' einem lokalen Abschnitt, der vergleichsweise an einer Umfangsseite eines oberen Abschnittes in Form einer „Konvexität“ positioniert ist, wobei der obere Abschnitt einem weiter oben positionierten Abschnitt in dem lokalen Abschnitt 100B in Form der Konvexität entspricht.
In einem Fall, in dem eine Mehrzahl von lokalen Abschnitten 100B in Form einer Konvexität bereitgestellt wird, das heißt in einem Fall, in dem eine Mehrzahl von Wölbungsabschnitten in der Hohlraumbildungsoberfläche, die den Formhohlraum bildet, vorhanden ist, kann eine Mehrzahl von Strömungswegen 50 für Kühlmittel in Verbindung mit der Bereitstellung der Mehrzahl von Wölbungsabschnitten (siehe 3B) bereitgestellt werden. Insbesondere können die Strömungswege 50 für Kühlmittel jeweils an jedem der „oberen Oberflächenseiteneckbereiche 100B' der Mehrzahl von lokalen Abschnitten 100B in Form der Konvexität“ positioniert sein (siehe 3B). Die Bereitstellung einer Mehrzahl von Strömungswegen 50 für Kühlmittel ermöglicht eine Verringerung der lokalen Verwölbung, die an einer Mehrzahl von Abschnitten in dem am Ende erhaltenen Formerzeugnis auftritt, was insgesamt zu einer effektiven Verhinderung der Verringerung der Formgenauigkeit des Formerzeugnisses führt.
Bei dem Herstellungsverfahren entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann eine Feinausgestaltung in der Umrissoberfläche 50A des Strömungsweges 50 für Kühlmittel ausgebildet sein. Insbesondere kann eine Feinausgestaltung 51, die sich aus einer Mehrzahl von feinen zurückgenommenen Abschnitten 51' zusammensetzt, in der Proximalseitenumrissoberfläche 50A' des Strömungsweges 50 für Kühlmittel (siehe 4) ausgebildet sein. Die Bildung der Feinausgestaltung 50 ermöglicht, dass die Proximalseitenumrissoberfläche 50A' mit einer größeren Oberflächenzone gebildet wird, weshalb eine effektivere Wärmeübertragung von dem Strömungsweg für Kühlmittel 50 möglich ist. Entsprechend der vorliegenden Ausführungsform weist die Proximalseitenumrissoberfläche 50A' makroskopisch dieselbe Form wie die Oberfläche 100A in Form der Konkavität-Konvexität auf, weshalb die Proximalseitenumrissoberfläche 50A' mikroskopisch „die Feinausgestaltung 51, die sich aus einer Mehrzahl von feinen zurückgenommenen Abschnitten 51' zusammensetzt“ in der Proximalseitenumrissoberfläche 50A' aufweist. Hierdurch wird es möglich, Wärme von dem Strömungsweg 50 für Kühlmittel Mittel gleichmäßiger und effektiver zu der Hohlraumbildungsoberfläche zu übertragen, was in einem Fall, in dem das dreidimensional geformte Objekt 100 als Metallform verwendet wird, zu einer effektiveren Verhinderung einer Verringerung der Formgenauigkeit des am Ende erhaltenen Formerzeugnisses führt.
Der Ausdruck „feiner zurückgenommener Abschnitt“ bezeichnet im Sinne des Vorliegenden einen feinen vertieften Abschnitt, der sich zu einer Zentralzone des Strömungsweges 50 für Kühlmittel erstreckt. Die Form des feinen zurückgenommenen Abschnittes ist nicht auf eine spezifische Form beschränkt. Die Form kann eine beliebige Form sein, wenn die Oberflächenzone der Proximalseitenumrissoberfläche 50A' größer gemacht werden kann. Die Bildung eines derartigen feinen zurückgenommenen Abschnittes ergibt sich aus dem verbleibenden nichtbestrahlten Abschnitt bei der Bildung der verfestigten Schichten, wobei man den feinen zurückgenommenen Abschnitt vorzugsweise zu einem Zeitpunkt erhalten kann, zu dem der Strömungsweg für Kühlmittel gebildet wird. Erhalten kann man den feinen zurückgenommenen Abschnitt insbesondere aus dem verbleibenden lokalen nichtbestrahlten Abschnitt bei der Bildung von einer oder mehr als einer verfestigten Schicht und einem anschließenden endgültigen Entfernen von Pulvern, die in dem lokalen nichtbestrahlten Abschnitt vorhanden sind, wobei der lokale nichtbestrahlte Abschnitt ein Höhenniveau aufweist, das demjenigen des zu bildenden feinen zurückgenommenen Abschnittes entspricht.
Mit Blick auf die Feinausgestaltung 51, die sich aus den feinen zurückgenommenen Abschnitten 51' zusammensetzt, kann die Proximalseitenumrissoberfläche 50A' eine andere Art von Feinausgestaltung 51 aufweisen. Insbesondere können wenigstens zwei Arten von Feinausgestaltungen 51 in der Proximalseitenumrissoberfläche 50A' (siehe partiell vergrößerte Ansicht in 4) ausgebildet sein. Die partiell vergrößerte Ansicht in 4 zeigt, dass die Proximalseitenumrissoberfläche 50A' zwei Arten von Feinausgestaltungen 51 (das heißt eine Feinausgestaltung 51a und eine Feinausgestaltung 51b) aufweist. Die Oberflächenzone der Feinausgestaltung 51a und diejenige der Feinausgestaltung 51b sind voneinander verschieden. Damit kann ein Wärmeübertragungsprozess von dem Strömungsweg 50 für Kühlmittel mit der Feinausgestaltung 51a zu der Oberfläche 100A der Konkavität-Konvexität von demjenigen bei dem Strömungsweg 50 für Kühlmittel mit der Feinausgestaltung 51b zu der Oberfläche 100A der Konkavität-Konvexität verschieden sein. Eine passende Kombination der Feinausgestaltungen 51a und 51b, die in der partiell vergrößerten Ansicht von 4 gezeigt sind, führt zu einem Kühlprozess des Rohmaterials zur Formung mit größerem Freiheitsgrad unter Verwendung der Proximalseitenumrissoberfläche 50A'. Sogar in einem Fall, in dem eine einfache Ableitung der Wärme, die von dem Formungsrohmaterial abgegeben wird, infolge eines Formunterschiedes des Formhohlraumes verschieden ist, ist eine geeignetere Kühlung des Formungsrohmaterials entsprechend dem Unterschied bei der Leichtigkeit der Wärmeableitung hiervon möglich.
Der Ausdruck „andere Art von Feinausgestaltung“ bezeichnet im Wesentlichen wenigstens eine Feinausgestaltung, die die feinen zurückgenommenen Abschnitte mit anderer Ausgestaltung aufweist, und der Feinausgestaltung, die eine Mehrzahl der feinen zurückgenommenen Abschnitte mit anderer Rasterweite aufweist, wobei die andere Ausgestaltung der feinen zurückgenommenen Abschnitte eine andere Tiefenabmessung hiervon und eine andere Breitenabmessung hiervon beinhaltet.
Bereitstellung des Wärmeübertragungsteiles
Bei dem Herstellungsverfahren entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann ein Wärmeübertragungsteil in dem dreidimensional geformten Objekt derart bereitgestellt werden, dass das dreidimensional geformte Objekt den Wärmeübertragungsteil zwischen der Proximalseitenumrissoberfläche des Strömungsweges für Kühlmittel und der Oberfläche der Konkavität-Konvexität des dreidimensional geformten Objektes aufweist.
Insbesondere wird bevorzugt, wenn der Wärmeübertragungsteil eine hohe Wärmeleitfähigkeit an der Position zwischen „der Proximalseitenumrissoberfläche“ und „der Oberfläche der Konkavität-Konvexität des dreidimensional geformten Objektes“ aufweist. In dieser Hinsicht wird bevorzugt, wenn ein Wärmeübertragungsteil 18 verwendet wird, der sich aus einem Material zusammensetzt, dessen Wärmeleitfähigkeit höher als diejenige des Materials des dreidimensional geformten Objektes ist. Die Verwendung eines derartigen Wärmeübertragungsteiles ermöglicht, dass die Wärmeübertragung von der Proximalseitenumrissoberfläche zu der Oberfläche der Konkavität-Konvexität unterstützt wird. Bei Verwendung des dreidimensional geformten Objektes als Metallform ist es daher möglich, das Kühlen des Formungsrohmaterials in dem Formhohlraum zu unterstützen. Es wird bevorzugt, wenn der Wärmeübertragungsteil aus einem Metallmaterial gebildet ist. Als Metallmaterial wird die Verwendung eines kupferbasierten Materials, das eine höhere Wärmeleitfähigkeit aufweist, bevorzugt. Ein Material, das Beryllium-Kupfer umfasst, kann als kupferbasiertes Material exemplarisch genannt werden.
Bildung der verfestigten Schicht durch Hybridsysteme
Bei dem Herstellungsverfahren entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die Bildung der verfestigten Schicht in Kombination mit einem Verfahren durchgeführt werden, das kein selektives Lasersinterverfahren ist. Insbesondere kann die Bildung der verfestigten Schicht durch Hybridsysteme durchgeführt werden, die das selektive Lasersinterverfahren mit einem Verfahren, das nicht das selektive Lasersinterverfahren ist, für die verfestigte Schicht kombinieren.
Insbesondere kann, wie in 5 gezeigt ist, die Bildung der verfestigten Schicht 24 durch ein Hybrid von kombinierten Systemen eines „Nachbestrahlungssystems 60“ und eines „Simultanbestrahlungssystems 70“ gebildet werden, wobei das Nachbestrahlungssystem 60 ein System ist, bei dem die Lichtstrahlbestrahlung nach der Bildung der Pulverschicht durchgeführt wird, während das Simultanbestrahlungssystem 70 ein System ist, bei dem die Lichtstrahlbestrahlung während der Zuführung eines Rohmaterials durchgeführt wird. Insbesondere ist das Nachbestrahlungssystem 60 ein System, bei dem die Pulverschicht 22 mit dem Lichtstrahl L zur Bildung der verfestigten Schicht 24 nach der Bildung der Pulverschicht 22 bestrahlt wird. Das Nachbestrahlungssystem 60 entspricht dem selektiven Lasersinterverfahren. Das Simultanbestrahlungssystem 70 ist ein System, bei dem die Zuführung des Rohmaterials, so beispielsweise eines Pulvers 74 oder eines Schweißmaterials 76, und die Lichtstrahlbestrahlung im Wesentlichen gleichzeitig durchgeführt werden, um die verfestigte Schicht 24 zu bilden. Das Nachbestrahlungssystem 60 kann die Formgenauigkeit vergleichsweise besser machen, wobei jedoch die Bildungsdauer der verfestigten Schicht vergleichsweise länger wird. Im Gegensatz hierzu kann das Simultanbestrahlungssystem 70 die Formgenauigkeit vergleichsweise schlechter machen, während es die Bildungsdauer für die verfestigte Schicht vergleichsweise kürzer machen kann. Daher kann eine geeignete Kombination aus dem „Nachbestrahlungssystem 60“ und dem „Simultanbestrahlungssystem 70“, die gegensätzliche Eigenschaften aufweisen, zu einer effektiveren Herstellung des dreidimensional geformten Objektes beitragen. Insbesondere vereinen die Hybridsysteme die Vorteile und Nachteile des „Nachbestrahlungssystems 60“ und des „Simultanbestrahlungssystems 70“ miteinander, wodurch es möglich wird, das dreidimensional geformte Objekt mit gewünschter Formgenauigkeit in kürzerer Zeit herzustellen.
Insbesondere ist die vorliegende Erfindung durch einen Teil der Umrissform des Strömungsweges für Kühlmittel und die Oberfläche der Konkavität-Konvexität des dreidimensional geformten Objektes gekennzeichnet, weshalb die Formgenauigkeit erforderlich ist. Ein Bereich, in dem die Anforderung der Formgenauigkeit gilt, kann daher von dem „Nachbestrahlungssystem 60“ gebildet werden, wohingegen ein anderer Bereich, in dem die Anforderung der Formgenauigkeit nicht gilt, von dem „Simultanbestrahlungssystem 70“ gebildet werden kann. Insbesondere kann bei der Bildung eines derartigen verfestigten Schichtbereiches um den Strömungsweg für Kühlmittel herum (beispielsweise den verfestigten Schichtbereich, der eine Wandoberfläche des Strömungsweges für Kühlmittel bildet) und des verfestigten Schichtbereiches, der die Oberfläche der Konkavität-Konvexität des dreidimensional geformten Objektes bildet, das „Nachbestrahlungssystem 60“ verwendet werden. Demgegenüber kann bei der Bildung einer weiteren verfestigten Schicht, die keiner der vorbeschriebenen Bereiche ist, das „Simultanbestrahlungssystem 70“ verwendet werden.
Ausführungsform mit geänderter Querschnittsform des Strömungsweges für Kühlmittel
Bei dem Herstellungsverfahren entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann der Strömungsweg für Kühlmittel derart gebildet werden, dass dessen Querschnitt eine Form aufweist, die eine homothetische Änderung in Erstreckungsrichtung des Strömungsweges für Kühlmittel darstellt. Insbesondere kann sich der Strömungsweg für Kühlmittel derart erstrecken, dass dessen Querschnitt eine Form aufweist, die eine homothetische Änderung in Erstreckungsrichtung des Strömungsweges für Kühlmittel ist. Insbesondere ist es bei der vorliegenden Ausführungsform in einem Fall, in dem der Querschnitt des Strömungsweges für Kühlmittel eine Form aufweist, die eine homothetische Änderung entlang der Erstreckungsrichtung darstellt, vorzuziehen, wenn ein Trennabstand konstant gemacht wird, wobei der Trennabstand zwischen einem Teil der Umrissoberfläche des Strömungsweges für Kühlmittel an einer optionalen Position und der Oberfläche in Form der Konkavität-Konvexität des dreidimensional geformten Objektes definiert ist. Der Teil der Umrissoberfläche des Strömungsweges für Kühlmittel an der optionalen Position ist vorzugsweise die Proximalseitenumrissoberfläche. Der Ausdruck „optionale Position“ bezeichnet insbesondere eine optionale Position des Strömungsweges für Kühlmittel entlang der Erstreckungsrichtung. Im Falle der Verwendung eines dreidimensional geformten Objektes als Metallform ermöglicht der konstante Trennabstand einen gleichmäßigeren Wärmeableitungseffekt durch den Strömungsweg für Kühlmittel an der optionalen Position.
Dreidimensional geformtes Objekt der vorliegenden Erfindung
Ein dreidimensional geformtes Objekt der vorliegenden Erfindung erhält man durch das vorbeschriebene Herstellungsverfahren. Damit setzt sich das dreidimensional geformte Objekt der vorliegenden Erfindung aus einem Stapel von verfestigten Schichten zusammen, die man durch Bestrahlen der Pulverschicht mit einem Lichtstrahl erhält. Wie in 1 gezeigt ist, ist das dreidimensional geformte Objekt 100 der vorliegenden Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass es darin den Strömungsweg 50 für Kühlmittel und zudem die Oberfläche 100A in Form der Konkavität-Konvexität aufweist, wobei ein Teil der Umrissoberfläche 50A des Strömungsweges 50 für Kühlmittel und die Oberfläche 100A der Konkavität-Konvexität dieselbe Form aufweisen. Die oben angegebenen Eigenschaften ermöglichen, dass eine bessere Wärmeableitungseigenschaft erreicht wird. Insbesondere im Falle der Verwendung des dreidimensional geformten Objektes 100 als Metallform ist eine gleichmäßigere Wärmeübertragung, insbesondere eine Wärmeübertragung zur Kühlung, von dem Strömungsweg 50 für Kühlmittel zu einer Hohlraumbildungsoberfläche möglich.
Mit Blick auf das als Metallform zu verwendende dreidimensional geformte Objekt kann das dreidimensional geformte Objekt 100 der vorliegenden Erfindung insbesondere als Metallform zur Formung verwendet werden. Der Ausdruck „Formung“ bezeichnet allgemein eine Formung, mit der man ein Formerzeugnis erhält, das aus Harz gebildet ist, und bezeichnet beispielsweise das Spritzformen bzw. Spritzgießen, das Extrusionsformen, das Kompressionsformen, das Übertragungsformen oder das Blasformen. Die Metallform zur Formung gemäß Darstellung in 1 entspricht einer sogenannten „Kernseitenmetallform“ zur Formung, während das dreidimensional geformte Objekt 100 der vorliegenden Erfindung einer „Hohlraumseitenmetallform“ zur Formung entsprechen kann.
Das als Metallform zu verwendende dreidimensional geformte Objekt 100 entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist den Strömungsweg 50 für Kühlmittel auf, in dem ein Teil der Umrissoberfläche 50A hiervon dieselbe Form wie die Oberfläche 100A der Konkavität-Konvexität des dreidimensional geformten Objektes 100 aufweist (siehe 1). Insbesondere ist bei dem dreidimensional geformten Objekt 100 entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vorzuziehen, wenn eine Proximalseitenumrissoberfläche 50A' in der Umrissoberfläche 50A des Strömungsweges 50 für Kühlmittel dieselbe Form wie die Oberfläche 100A in Form der Konkavität-Konvexität aufweist, wobei die Proximalseitenumrissoberfläche 50A' proximal zu der Oberfläche 100A in Form der Konkavität-Konvexität (siehe 1) positioniert ist. Besonders bevorzugt ist, wenn ein Trennanstand konstant gemacht wird, wobei der Trennabstand zwischen der Proximalseitenumrissoberfläche 50A' des Strömungsweges 50 für Kühlmittel und der Oberfläche 100A in Form der Konkavität-Konvexität definiert ist. Insbesondere weist der Strömungsweg 50 für Kühlmittel die Proximalseitenumrissoberfläche 50A' auf, bezüglich derer ein Teil der Oberfläche 100A des dreidimensional geformten Objektes 100 „versetzt“ ist. Insbesondere liegt der Trennabstand, der zwischen der Proximalseitenumrissoberfläche 50A' des Strömungsweges 50 für Kühlmittel und der Oberfläche 100A in Form der Konkavität-Konvexität des dreidimensional geformten Objektes 100 definiert ist, bei etwa 0,5 mm bis 20 mm. Wird das dreidimensional geformte Objekt 100 mit den vorbeschriebenen Merkmalen als Metallform zur Durchführung eines Formungsprozesses verwendet (siehe 2), so ist eine sehr viel gleichmäßigere Wärmeübertragung von dem Strömungsweg 50 für Kühlmittel zu der Hohlraumbildungsoberfläche möglich. Daher ist es möglich, die Verringerung der Formgenauigkeit in dem Formerzeugnis, das man am Ende durch die Metallform erhält, effektiv zu verhindern.
Eine Vielzahl von spezifischen Merkmalen des dreidimensional geformten Objektes, modifizierte Ausführungsformen desselben und technische Wirkungen desselben sind vorstehend beschrieben worden (Herstellungsverfahren der vorliegenden Erfindung). Diese Beschreibungen werden zur Vermeidung von überlappenden Textteilen weggelassen.
Obwohl das Herstellungsverfahren und das daraus erhaltene dreidimensional geformte Objekt entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vorstehend beschrieben worden sind, ist die vorliegende Erfindung nicht auf die vorbeschriebenen Ausführungsformen beschränkt. Einem Fachmann auf dem einschlägigen Gebiet erschließt sich, dass verschiedene Abwandlungen möglich sind, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzugehen.
Man beachte, dass die vorliegende Erfindung gemäß vorstehender Beschreibung die nachfolgenden Aspekte beinhaltet:

Erster Aspekt: Verfahren zur Herstellung eines dreidimensional geformten Objektes durch abwechselnde Wiederholung der Bildung einer Pulverschicht und der Bildung einer verfestigten Schicht, wobei die Wiederholung umfasst:
1. (i) Bilden einer verfestigten Schicht durch Bestrahlen eines vorbestimmten Abschnittes einer Pulverschicht mit einem Lichtstrahl, wodurch ein Sintern des Pulvers in dem vorbestimmten Abschnitt oder ein Schmelzen und anschließendes Verfestigen des Pulvers ermöglicht werden; und
2. (ii) Bilden einer weiteren verfestigten Schicht durch Bilden einer neuen Pulverschicht auf der gebildeten verfestigten Schicht, gefolgt von einem Bestrahlen eines vorbestimmten Abschnittes der neugebildeten Pulverschicht mit dem Lichtstrahl,
wobei das dreidimensional geformte Objekt derart hergestellt wird, dass es einen Strömungsweg für Kühlmittel in dem dreidimensional geformten Objekt und zudem eine Oberfläche in Form einer Konkavität-Konvexität aufweist, und wobei ein Teil einer Umrissoberfläche des Strömungsweges für Kühlmittel und die Oberfläche der Konkavität-Konvexität dieselbe Form aufweisen.
Zweiter Aspekt: Verfahren nach dem ersten Aspekt, wobei eine Proximalseitenumrissoberfläche in der Umrissoberfläche des Strömungsweges für Kühlmittel dieselbe Form wie die Oberfläche in Form der Konkavität-Konvexität aufweist, wobei die Proximalseitenumrissoberfläche proximal zu der Oberfläche in Form der Konkavität-Konvexität positioniert ist.
Dritter Aspekt: Verfahren nach dem zweiten Aspekt, wobei ein Trennabstand konstant gemacht wird, wobei der Trennabstand zwischen der Proximalseitenumrissoberfläche und der Oberfläche in Form der Konkavität-Konvexität definiert ist.
Vierter Aspekt: Verfahren nach dem zweiten oder dritten Aspekt, wobei eine Feinausgestaltung in der Proximalseitenumrissoberfläche ausgebildet ist, wobei die Feinausgestaltung aus einer Mehrzahl von feinen zurückgenommenen Abschnitten zusammengesetzt ist.
Fünfter Aspekt: Verfahren nach dem vierten Aspekt, wobei wenigstens zwei Arten von Feinausgestaltungen in der Proximalseitenumrissoberfläche ausgebildet sind.
Sechster Aspekt: Verfahren nach einem der ersten bis fünften Aspekte, wobei der Strömungsweg für Kühlmittel an einem oberen Oberflächenseiteneckbereich eines lokalen Abschnittes in Form einer Konvexität positioniert ist, wobei der lokale Abschnitt als Folge dessen gebildet wird, dass das dreidimensional geformte Objekt die Oberfläche in Form der Konkavität-Konvexität aufweist.
Siebter Aspekt: Dreidimensional geformtes Objekt, in dem ein Strömungsweg für Kühlmittel umfasst ist,
- wobei das dreidimensional geformte Objekt eine Oberfläche in Form einer Konkavität-Konvexität aufweist, und
- wobei ein Teil einer Umrissoberfläche des Strömungsweges für Kühlmittel und die Oberfläche der Konkavität-Konvexität dieselbe Form aufweisen.

Gewerbliche Anwendbarkeit
Das Herstellungsverfahren entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann verschiedene Arten von Erzeugnissen bereitstellen. In einem Fall, in dem die Pulverschicht beispielsweise eine Metallpulverschicht (das heißt eine anorganische Pulverschicht) ist und die verfestigte Schicht daher einer gesinterten Schicht entspricht, kann das durch eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erhaltene dreidimensional geformte Objekt als Metallform zum Kunststoffeinspritzformen, Pressformen, Druckgießen (die casting), Gießen (casting) oder Schmieden verwendet werden. Demgegenüber kann in einem Fall, in dem die Pulverschicht eine Harzpulverschicht (das heißt eine organische Pulverschicht) ist und die verfestigte Schicht daher einer gehärteten Schicht entspricht, das durch eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erhaltene dreidimensional geformte Objekt als Harzformerzeugnis verwendet werden.
Verweis auf verwandte Patentanmeldung
Die vorliegende Anmeldung beansprucht das Recht der Priorität der japanischen Patentanmeldung Nr. 2015-152057 (eingereicht am 31. Juli 2015, Bezeichnung der Erfindung: „Method for manufacturing three-dimensional shaped object and three-dimensional shaped object“), deren Offenbarung hiermit durch Verweis mit aufgenommen ist.
Bezugszeichenliste

22: Pulverschicht
24: verfestigte Schicht
50: Strömungsweg für Kühlmittel
50A: Umrissoberfläche des Strömungsweges für Kühlmittel
50A': Proximalseitenumrissoberfläche
51: Feinausgestaltung
51': feiner zurückgenommener Abschnitt
100: dreidimensional geformtes Objekt
100A: Oberfläche in Form einer Konkavität-Konvexität des dreidimensional geformten Objektes
100B: lokaler Abschnitt in Form einer Konvexität
100B': oberer Oberflächenseiteneckbereich des lokalen Abschnittes in Form einer Konvexität
L: Lichtstrahl

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 H01502890 [0004]
JP 200073108 [0004]
JP 2015152057 A [0058]

Claims

Verfahren zur Herstellung eines dreidimensional geformten Objektes durch abwechselnde Wiederholung der Bildung einer Pulverschicht und der Bildung einer verfestigten Schicht, wobei die Wiederholung umfasst: (i) Bilden einer verfestigten Schicht durch Bestrahlen eines vorbestimmten Abschnittes einer Pulverschicht mit einem Lichtstrahl, wodurch ein Sintern des Pulvers in dem vorbestimmten Abschnitt oder ein Schmelzen und anschließendes Verfestigen des Pulvers ermöglicht werden; und (ii) Bilden einer weiteren verfestigten Schicht durch Bilden einer neuen Pulverschicht auf der gebildeten verfestigten Schicht, gefolgt von einem Bestrahlen eines vorbestimmten Abschnittes der neugebildeten Pulverschicht mit dem Lichtstrahl, wobei das dreidimensional geformte Objekt derart hergestellt wird, dass es einen Strömungsweg für Kühlmittel in dem dreidimensional geformten Objekt und zudem eine Oberfläche in Form einer Konkavität-Konvexität aufweist, und wobei ein Teil einer Umrissoberfläche des Strömungsweges für Kühlmittel und die Oberfläche der Konkavität-Konvexität dieselbe Form aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei eine Proximalseitenumrissoberfläche in der Umrissoberfläche des Strömungsweges für Kühlmittel dieselbe Form wie die Oberfläche in Form der Konkavität-Konvexität aufweist, wobei die Proximalseitenumrissoberfläche proximal zu der Oberfläche in Form der Konkavität-Konvexität positioniert ist.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei ein Trennabstand konstant gemacht wird, wobei der Trennabstand zwischen der Proximalseitenumrissoberfläche und der Oberfläche in Form der Konkavität-Konvexität definiert ist.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei eine Feinausgestaltung in der Proximalseitenumrissoberfläche ausgebildet ist, wobei die Feinausgestaltung aus einer Mehrzahl von feinen zurückgenommenen Abschnitten zusammengesetzt ist.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei wenigstens zwei Arten von Feinausgestaltungen in der Proximalseitenumrissoberfläche ausgebildet sind.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Strömungsweg für Kühlmittel an einem oberen Oberflächenseiteneckbereich eines lokalen Abschnittes in Form einer Konvexität positioniert ist, wobei der lokale Abschnitt als Folge dessen gebildet wird, dass das dreidimensional geformte Objekt die Oberfläche in Form der Konkavität-Konvexität aufweist.
Dreidimensional geformtes Objekt, in dem ein Strömungsweg für Kühlmittel umfasst ist, wobei das dreidimensional geformte Objekt eine Oberfläche in Form einer Konkavität-Konvexität aufweist, und wobei ein Teil einer Umrissoberfläche des Strömungsweges für Kühlmittel und die Oberfläche der Konkavität-Konvexität dieselbe Form aufweisen.