DE112017005812T5

DE112017005812T5 - Verfahren zur herstellung eines 3d-gedruckten gegenstands

Info

Publication number: DE112017005812T5
Application number: DE112017005812.0T
Authority: DE
Inventors: Akifumi Nakamura; Norio Yoshida; Noriyasu Nakashima
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2016-11-17
Filing date: 2017-11-16
Publication date: 2019-08-08
Also published as: CN109982793A; US20190344348A1; JP6857861B2; WO2018092841A1; JPWO2018092841A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines dreidimensionalen Formgegenstands durch abwechselndes Wiederholen des Bildens einer Pulverschicht und des Bildens einer verfestigten Schicht, wobei das Wiederholen umfasst: (i) Bilden einer verfestigten Schicht durch Bestrahlen eines vorgegebenen Abschnitts einer Pulverschicht mit einem Lichtstrahl, wodurch ein Sintern des Pulvers in dem vorgegebenen Abschnitt oder ein Schmelzen und anschließendes Erstarren des Pulvers ermöglicht werden; und (ii) Bilden einer weiteren verfestigten Schicht durch Bilden einer neuen Pulverschicht auf der gebildeten verfestigten Schicht, gefolgt von einer Bestrahlung eines vorgegebenen Abschnitts der neu gebildeten Pulverschicht mit dem Lichtstrahl. Gemäß der vorliegenden Erfindung werden ein Hauptstrahl und ein Teilstrahl als Lichtstrahl verwendet und die vorgegebenen Abschnitte werden mit dem Teilstrahl vor einer Bestrahlung der vorgegebenen Abschnitte mit dem Hauptstrahl bestrahlt, wobei der Hauptstrahl eine Bestrahlungsenergiedichte aufweist, die den vorgegebenen Abschnitt der Pulverschicht und die verfestigte Schicht, die sich unterhalb des vorgegebenen Abschnitts befindet, schmelzen kann, wobei der Teilstrahl eine Bestrahlungsenergiedichte aufweist, die nur den vorgegebenen Abschnitt schmelzen kann.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die Offenbarung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines dreidimensionalen Formgegenstands. Insbesondere betrifft die Offenbarung ein Verfahren zur Herstellung eines dreidimensionalen Formgegenstands, bei dem die Bildung einer verfestigten Schicht durch eine Bestrahlung einer Pulverschicht mit einem Lichtstrahl durchgeführt wird.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Bisher ist ein Verfahren zur Herstellung eines dreidimensionalen Formgegenstands durch Bestrahlen eines Pulvermaterials mit einem Lichtstrahl bekannt (ein solches Verfahren kann allgemein als „selektives Lasersinterverfahren“ bezeichnet werden). Das Verfahren kann den dreidimensionalen Formgegenstand durch abwechselndes Wiederholen des Bildens einer Pulverschicht und des Bildens einer verfestigten Schicht auf der Basis der folgenden (i) und (ii) erzeugen:

(i) Bilden einer verfestigten Schicht durch Bestrahlen eines vorgegebenen Abschnitts einer Pulverschicht mit einem Lichtstrahl, wodurch ein Sintern des vorgegebenen Abschnitts des Pulvers oder ein Schmelzen und anschließendes Erstarren des vorgegebenen Abschnitts ermöglicht wird; und
(ii) Bilden einer weiteren verfestigten Schicht durch neu Bilden einer Pulverschicht auf der gebildeten verfestigten Schicht, worauf entsprechend die Pulverschicht mit dem Lichtstrahl bestrahlt wird.

Diese Art von Technologie ermöglicht die Herstellung des dreidimensionalen Formgegenstands mit einer komplizierten Konturform in einem kurzen Zeitraum. Der dreidimensionale Formgegenstand kann als Metallformwerkzeug in einem Fall verwendet werden, bei dem ein anorganisches Pulvermaterial (z.B. ein Metallpulvermaterial) als Pulvermaterial verwendet wird. Andererseits kann der dreidimensionale Formgegenstand auch als verschiedene Arten von Modellen in einem Fall verwendet werden, bei dem ein organisches Pulvermaterial (z.B. ein Harzpulvermaterial) als das Pulvermaterial verwendet wird.
Unter Verwendung eines Beispiels, bei dem das Metallpulver als das Pulvermaterial verwendet wird und der daraus hergestellte dreidimensionale Formgegenstand als Metallformwerkzeug verwendet wird, wird das selektive Lasersinterverfahren nachstehend kurz beschrieben. Wie es in den 9A bis 9C gezeigt ist, wird zuerst eine Pulverschicht 22 mit einer vorgegebenen Dicke auf einer Basisplatte 21 durch die Bewegung einer Rakelklinge 23 gebildet (vgl. die 9A). Dann wird ein vorgegebener Abschnitt der Pulverschicht mit einem Lichtstrahl L bestrahlt, so dass eine verfestigte Schicht 24 gebildet wird (vgl. die 9B). Eine weitere Pulverschicht wird auf der gebildeten verfestigten Schicht neu bereitgestellt und erneut mit dem Lichtstrahl bestrahlt, so dass eine weitere verfestigte Schicht gebildet wird. Auf diese Weise werden das Bilden einer Pulverschicht und das Bilden einer verfestigten Schicht abwechselnd wiederholt und dadurch wird ermöglicht, dass die verfestigten Schichten 24 gestapelt werden (vgl. die 9C). Die abwechselnde Wiederholung des Bildens einer Pulverschicht und des Bildens einer verfestigten Schicht führt zur Erzeugung eines dreidimensionalen Formgegenstands, in dem eine Mehrzahl der verfestigten Schichten integriert gestapelt ist. Die unterste verfestigte Schicht 24 kann in einem Zustand bereitgestellt werden, in dem sie an der Oberfläche der Basisplatte 21 haftet. Daher kann eine Integration des dreidimensionalen Formgegenstands und der Basisplatte erhalten werden. Der integrierte dreidimensionale Formgegenstand und die Basisplatte können als das Metallformwerkzeug verwendet werden.
PATENTDOKUMENTE (DOKUMENTE DES STANDES DER TECHNIK)
PATENTDOKUMENT 1: Japanische ungeprüfte Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer 2002-69507
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
PROBLEME, DIE DURCH DIE ERFINDUNG GELÖST WERDEN SOLLEN
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben gefunden, dass die folgenden Probleme auftreten können, wenn ein vorgegebener Abschnitt einer Pulverschicht mit einem Lichtstrahl zur Bildung einer verfestigten Schicht bestrahlt wird. Insbesondere wie es in den 7 und 8 gezeigt ist, tritt bei einer Bestrahlung eines vorgegebenen Abschnitts einer Pulverschicht 22' mit einem Lichtstrahl L' das Phänomen auf, dass sich ein Pulver 19' zu einem bestrahlten Bereich 50' bewegt, wo eine Bestrahlung mit einem Lichtstrahl L' durchgeführt wird, wobei sich das Pulver 19' um den bestrahlten Bereich 50' herum befindet. Eine Bewegung des Pulvers 19', das sich um den bestrahlten Bereich 50' herum befindet, zu dem bestrahlten Bereich 50' kann bewirken, dass das Pulver 19' an dem bestrahlten Bereich relativ mehr wird, wodurch eine geeignete Bereitstellung einer Bestrahlungswärmeenergie des Lichtstrahls L' zu einem Basismaterial unmöglich gemacht werden kann, wobei das Basismaterial einer bereits gebildeten verfestigten Schicht 24' entspricht. Folglich können das Basismaterial sowie das Pulver 19' in dem bestrahlten Bereich 50' nicht geeignet geschmolzen werden, was eine Bildung eines neuen verfestigten Abschnitts 24a' unmöglich machen kann, wobei der neue verfestigte Abschnitt 24a' ein Zusammensetzungselement einer neuen verfestigten Schicht 24' sein kann. Daher kann es gegebenenfalls nicht möglich sein, schließlich einen hochpräzisen dreidimensionalen Formgegenstand zu erhalten.
Die vorliegende Erfindung wurde unter diesen Umständen gemacht. D.h., es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines dreidimensionalen Formgegenstands bereitzustellen, das eine Bewegung eines Pulvers zu einem bestrahlten Bereich, der mit einem Lichtstrahl bestrahlt wird, verhindern kann, wobei das Pulver ein Pulver ist, das um den bestrahlten Bereich herum angeordnet ist
MITTEL ZUM LÖSEN DER PROBLEME
Zum Lösen der vorstehend genannten Aufgabe stellt eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines dreidimensionalen Formgegenstands durch abwechselndes Wiederholen des Bildens einer Pulverschicht und des Bildens einer verfestigten Schicht bereit, wobei das Wiederholen umfasst:

(i) Bilden einer verfestigten Schicht durch Bestrahlen eines vorgegebenen Abschnitts einer Pulverschicht mit einem Lichtstrahl, wodurch ein Sintern des Pulvers in dem vorgegebenen Abschnitt oder ein Schmelzen und anschließendes Erstarren des Pulvers ermöglicht werden; und
(ii) Bilden einer weiteren verfestigten Schicht durch Bilden einer neuen Pulverschicht auf der gebildeten verfestigten Schicht, gefolgt von einer Bestrahlung eines vorgegebenen Abschnitts der neu gebildeten Pulverschicht mit dem Lichtstrahl, wobei ein Hauptstrahl und ein Teilstrahl als Lichtstrahl verwendet werden, wobei der Hauptstrahl eine Bestrahlungsenergiedichte aufweist, die den vorgegebenen Abschnitt der Pulverschicht und die verfestigte Schicht, die sich unterhalb des vorgegebenen Abschnitts befindet, schmelzen kann, wobei der Teilstrahl eine Bestrahlungsenergiedichte aufweist, die nur den vorgegebenen Abschnitt schmelzen kann, und wobei der vorgegebene Abschnitt mit dem Teilstrahl vor einer Bestrahlung des vorgegebenen Abschnitts mit dem Hauptstrahl bestrahlt wird.

EFFEKT DER ERFINDUNG
In dem Herstellungsverfahren gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann eine Bewegung eines Pulvers zu einem bestrahlten Bereich, der mit einem Lichtstrahl bestrahlt wird, verhindert werden, wobei das Pulver ein Pulver ist, das um den bestrahlten Bereich herum angeordnet ist.
Figurenliste

1 ist eine perspektivische Ansicht, die schematisch ein Herstellungsverfahren gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
2A ist eine perspektivische Ansicht, die schematisch eine Ausführungsform zeigt, bei der einander gegenüberliegende Teilstrahlen verwendet werden.
2B ist eine Querschnittsansicht, die schematisch eine Ausführungsform zeigt, bei der einander gegenüberliegende Teilstrahlen verwendet werden.
2C ist eine Querschnittsansicht, die schematisch eine Ausführungsform bei einem Zeitpunkt nach einer Bestrahlung mit einander gegenüberliegenden Teilstrahlen zeigt.
2D ist eine Querschnittsansicht, die schematisch eine Ausführungsform zeigt, bei der eine Bestrahlung mit einem Hauptstrahl nach einer Bestrahlung mit einander gegenüberliegenden Teilstrahlen durchgeführt wird.
2E ist eine Querschnittsansicht, die schematisch eine Ausführungsform zeigt, bei der ein neuer verfestigter Abschnitt gebildet wird, wobei der neue verfestigte Abschnitt einem Zusammensetzungselement einer neuen verfestigten Schicht entspricht.
3A ist eine schematische Ansicht, die eine Ausführungsform zeigt, bei der eine Kontur einer verfestigten Schicht gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist.
3B ist eine schematische Ansicht, die eine herkömmliche Ausführungsform zeigt, bei der eine Kontur einer verfestigten Schicht ausgebildet ist.
4A ist eine perspektivische Ansicht, die schematisch eine Ausführungsform zeigt, bei der eine diskontinuierliche Bestrahlung eines vorgegebenen Abschnitts einer Pulverschicht mit einem Teilstrahl durchgeführt wird.
4B ist eine perspektivische Ansicht, die schematisch eine Ausführungsform zeigt, bei der eine diskontinuierliche Bestrahlung eines vorgegebenen Abschnitts einer Pulverschicht sowohl mit einem Hauptstrahl als auch mit einem Teilstrahl durchgeführt wird.
5A ist eine Draufsicht von oben, die schematisch eine Ausführungsform zeigt, bei der ein Hauptstrahl und ein Teilstrahl an vorgegebenen Abschnitten einer Pulverschicht miteinander kontaktiert werden.
5B ist eine Draufsicht von oben, die schematisch eine weitere Ausführungsform zeigt, bei der ein Hauptstrahl und ein Teilstrahl an vorgegebenen Abschnitten einer Pulverschicht miteinander kontaktiert werden.
6A ist eine Querschnittsansicht, die schematisch eine Bestrahlungsausführungsform mit einem Hauptstrahl und einem Teilstrahl zeigt.
6B ist eine Querschnittsansicht, die schematisch eine weitere Bestrahlungsausführungsform mit einem Hauptstrahl und einem Teilstrahl zeigt.
6C ist eine Querschnittsansicht, die schematisch eine weitere Bestrahlungsausführungsform mit einem Hauptstrahl und einem Teilstrahl zeigt.
7 ist eine perspektivische Ansicht, die schematisch ein technisches Problem zeigt, das durch die Erfinder der vorliegenden Anmeldung gefunden worden ist.
8 ist eine Querschnittsansicht, die schematisch ein technisches Problem zeigt, das durch die Erfinder der vorliegenden Anmeldung gefunden worden ist.
9A ist eine Querschnittsansicht, die schematisch ein Lasersinter/Zerspanung-Hybridverfahren gemäß dem selektiven Lasersinterverfahren nach der Bildung einer Pulverschicht zeigt.
9B ist eine Querschnittsansicht, die schematisch ein Lasersinter/Zerspanung-Hybridverfahren gemäß dem selektiven Lasersinterverfahren nach der Bildung einer verfestigten Schicht zeigt.
9C ist eine Querschnittsansicht, die schematisch ein Lasersinter/Zerspanung-Hybridverfahren gemäß dem selektiven Lasersinterverfahren in einem Verfahren des Stapelns von verfestigten Schichten zeigt.
10 ist eine perspektivische Ansicht, die schematisch den Aufbau einer Lasersinter/Zerspanung-Hybridmaschine zeigt.
11 ist ein Flussdiagramm von allgemeinen Vorgängen einer Lasersinter/Zerspanung-Hybridmaschine.

MODI ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
Das Herstellungsverfahren gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen detaillierter beschrieben. Es sollte beachtet werden, dass Formen/Formen und Abmessungsproportionen in den Zeichnungen lediglich Veranschaulichungszwecken dienen und folglich nicht mit denjenigen der tatsächlichen Teile oder Elemente identisch sind.
Der Begriff „Pulverschicht“, wie er in dieser Beschreibung und den Patentansprüchen verwendet wird, steht beispielsweise für eine „Metallpulverschicht, die aus einem Metallpulver hergestellt ist“, oder für eine „Harzpulverschicht, die aus einem Harzpulver hergestellt ist“. Der Ausdruck „vorgegebener Abschnitt einer Pulverschicht“, wie er hier verwendet wird, steht im Wesentlichen für einen Abschnitt eines dreidimensionalen Formgegenstands, der hergestellt werden soll. Dabei wird ein Pulver, das in einem solchen vorgegebenen Abschnitt vorliegt, mit einem Lichtstrahl bestrahlt und dadurch unterliegt das Pulver einem Sintern oder einem Schmelzen und einem anschließenden Erstarren, so dass eine Form eines dreidimensionalen Formgegenstands erhalten wird. Ferner steht der Ausdruck „verfestigte Schicht“ im Wesentlichen für eine „gesinterte Schicht“ in einem Fall, bei dem die Pulverschicht eine Metallpulverschicht ist, wohingegen der Ausdruck „verfestigte Schicht“ in einem Fall, bei dem die Pulverschicht eine Harzpulverschicht ist, im Wesentlichen für eine „ausgehärtete Schicht“ steht.
Der Begriff „Aufwärts/Abwärts“-Richtung, der hier direkt oder indirekt beschrieben ist, entspricht einer Richtung auf der Basis einer Positionsbeziehung zwischen der Basisplatte und dem dreidimensionalen Formgegenstand. Eine Seite zur Herstellung des dreidimensionalen Formgegenstands ist als die „Aufwärtsrichtung“ festgelegt und eine Seite entgegengesetzt dazu ist als die „Abwärtsrichtung“ festgelegt, wenn eine Position, bei der die Basisplatte bereitgestellt ist, als Standard verwendet wird.
[Selektives Lasersinterverfahren]
Zuerst wird ein selektives Lasersinterverfahren, auf dem eine Ausführungsform des Herstellungsverfahrens der vorliegenden Erfindung beruht, beschrieben. Als Beispiel wird ein Lasersinter/Zerspanung-Hybridverfahren erläutert, bei dem eine Zerspanung zusätzlich in dem Lasersinterverfahren durchgeführt wird. Jede der 9A bis 9C zeigt schematisch eine Verfahrensausführungsform des Lasersinter/Zerspanung-Hybrids. Die 10 und 11 zeigen jeweils den Hauptaufbau und den Betriebsablauf bezüglich einer Metalllasersinter/Hybrid-Fräsmaschine zum Ermöglichen eines Ausführens eines Zerspanungsverfahrens sowie des selektiven Lasersinterverfahrens.
Wie es in den 9A bis 9C und 10 gezeigt ist, ist die Lasersinter/Fräs-Hybridmaschine 1 mit einer Pulverschicht-Bildungseinrichtung 2, einer Lichtstrahl-Bestrahlungseinrichtung 3 und einer Zerspanungseinrichtung 4 ausgestattet.
Die Pulverschicht-Bildungseinrichtung 2 ist eine Einrichtung zum Bilden einer Pulverschicht mit deren vorgegebener Dicke durch Zuführen eines Pulvers (z.B. eines Metallpulvers oder eines Harzpulvers), wie es in den 9A bis 9C gezeigt ist. Die Lichtstrahl-Bestrahlungseinrichtung 3 ist eine Einrichtung zum Bestrahlen eines vorgegebenen Abschnitts der Pulverschicht mit einem Lichtstrahl „L“. Die Zerspanungseinrichtung 4 ist eine Einrichtung zum Fräsen der Seitenoberfläche der gestapelten verfestigten Schichten, d.h., der Oberfläche des dreidimensionalen Formgegenstands.
Wie es in den 9A bis 9C gezeigt ist, ist die Pulverschicht-Bildungseinrichtung 2 vorwiegend aus einem Pulvertisch 25, einer Rakelklinge 23, einem Formtisch 20 und einer Basisplatte 21 zusammengesetzt. Der Pulvertisch 25 ist ein Tisch, der in einem „Lagertank für ein Pulvermaterial“ 28, dessen Außenumfang mit einer Wand 26 umgeben ist, vertikal angehoben/abgesenkt werden kann. Die Rakelklinge 23 ist eine Klinge, die sich horizontal bewegen kann, so dass ein Pulver 19 von dem Pulvertisch 25 auf dem Formtisch 20 verteilt werden kann und dadurch eine Pulverschicht 22 gebildet wird. Der Formtisch 20 ist ein Tisch, der in einem Formtank 29, dessen Außenumfang mit einer Wand 27 umgeben ist, vertikal angehoben/abgesenkt werden kann. Die Basisplatte 21 ist eine Platte für einen Formgegenstand. Die Basisplatte ist auf dem Formtisch 20 angeordnet und dient als Plattform des dreidimensionalen Formgegenstands.
Wie es in der 10 gezeigt ist, ist die Lichtstrahl-Bestrahlungseinrichtung 3 vorwiegend aus einem Lichtstrahlerzeuger 30 und einem Galvanometerspiegel 31 zusammengesetzt. Der Lichtstrahlerzeuger 30 ist eine Vorrichtung zum Emittieren eines Lichtstrahls „L“. Der Galvanometerspiegel 31 ist eine Einrichtung zum abtastenden Einstrahlen („Scannen“) eines emittierten Lichtstrahls „L“ auf die Pulverschicht, d.h., eine Abtasteinrichtung des Lichtstrahls „L“.
Wie es in der 10 gezeigt ist, ist die Zerspanungseinrichtung 4 vorwiegend aus einem Fräskopf 40 und einem Aktuator 41 zusammengesetzt. Der Fräskopf 40 ist ein Schneidwerkzeug zum Fräsen der Seitenoberfläche der gestapelten verfestigten Schichten, d.h., der Oberfläche des dreidimensionalen Formgegenstands. Der Aktuator 41 ist eine Einrichtung zum Antreiben des Fräskopfs 40 zum Bewegen in die Fräsposition.
Der Betrieb der Lasersinter-Hybrid-Fräsmaschine 1 wird nachstehend detailliert beschrieben. Wie es aus dem Flussdiagramm von 11 ersichtlich ist, ist der Betrieb der Lasersinter-Hybrid-Fräsmaschine vorwiegend aus einem Pulverschicht-Bildungsschritt (S1), einem Schritt zum Bilden einer verfestigten Schicht (S2) und einem Zerspanungsschritt (S3) zusammengesetzt. Der Pulverschicht-Bildungsschritt (S1) ist ein Schritt zum Bilden der Pulverschicht 22. In dem Pulverschicht-Bildungsschritt (S1) wird zuerst der Formtisch 20 um Δt abgesenkt (S11) und dadurch wird eine Höhendifferenz Δt zwischen einer oberen Oberfläche der Basisplatte 21 und einer Oberkantenebene des Formtanks 29 erzeugt. Anschließend wird der Pulvertisch 25 um Δt angehoben und dann wird die Rakelklinge 23 zum Bewegen von dem Lagertank 28 zu dem Formtank 29 in der horizontalen Richtung angetrieben, wie es in der 9A gezeigt ist. Dies ermöglicht es einem Pulver 19, das auf dem Pulvertisch 25 angeordnet ist, auf der Basisplatte 21 verteilt zu werden (S12), während die Pulverschicht 22 gebildet wird (S13). Beispiele für das Pulver für die Pulverschicht umfassen 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 (z.B. ein Pulver aus Nylon, Polypropylen, ABS oder dergleichen)“. Nach diesem Schritt wird der Schritt zum Bilden einer verfestigten Schicht (S2) durchgeführt. Der Schritt zum Bilden einer verfestigten Schicht (S2) ist ein Schritt zum Bilden einer verfestigten Schicht 24 durch die Bestrahlung mit einem Lichtstrahl. In dem Schritt zum Bilden einer verfestigten Schicht (S2) wird ein Lichtstrahl „L“ von dem Lichtstrahlerzeuger 30 emittiert (S21). Der emittierte Lichtstrahl „L“ wird auf einen vorgegebenenen Abschnitt der Pulverschicht 22 mittels des Galvanometerspiegels 31 eingestrahlt (S22). Der abtastend eingestrahlte Lichtstrahl kann bewirken, dass das Pulver in dem vorgegebenen Abschnitt der Pulverschicht gesintert oder geschmolzen und anschließend verfestigt wird, was zur Bildung der verfestigten Schicht 24 führt (S23), wie es in der 9B gezeigt ist. Beispiele für den Lichtstrahl „L“ umfassen einen Kohlendioxid-Gaslaser, einen Nd:YAG-Laser, einen Faserlaser, Ultraviolettlicht und dergleichen.
Der Pulverschicht-Bildungsschritt (S1) und der Schritt zum Bilden einer verfestigten Schicht (S2) werden abwechselnd wiederholt. Dies ermöglicht das integrierte Stapeln einer Mehrzahl der verfestigten Schichten 24, wie es in der 9C gezeigt ist.
Wenn die Dicke der gestapelten verfestigten Schichten 24 einen vorgegebenen Wert erreicht (S24), wird der Zerspanungsschritt (S3) initiiert. Der Zerspanungsschritt (S3) ist ein Schritt zum Fräsen der Seitenoberfläche der gestapelten verfestigten Schichten 24, d.h., der Oberfläche des dreidimensionalen Formgegenstands. Der Fräskopf 40 (vgl. die 9C und 10) wird betätigt, so dass die Ausführung des Zerspanungsschritts initiiert wird (S31). Beispielsweise in einem Fall, bei dem der Fräskopf 40 eine effektive Fräslänge von 3 mm aufweist, kann ein Zerspanen mit einer Frästiefe von 3 mm durchgeführt werden. Daher wird unter der Annahme, dass „Δt“ 0,05 mm beträgt, der Fräskopf 40 betätigt, wenn die Bildung der sechzig verfestigten Schichten 24 abgeschlossen ist. Insbesondere wird die Seitenfläche der gestapelten verfestigten Schichten 24 durch eine Bewegung des Fräskopfs 40, der durch den Aktuator 41 angetrieben wird, einem Oberflächenzerspanen unterzogen (S32). Anschließend an den Oberflächenzerspanungsschritt (S3) wird beurteilt, ob der gesamte dreidimensionale Formgegenstand erhalten worden ist oder nicht (S33). Wenn der gewünschte dreidimensionale Formgegenstand noch nicht erhalten worden ist, kehrt der Schritt zu dem Pulverschicht-Bildungsschritt zurück (S1). Danach werden die Schritte S1 bis S3 erneut wiederholt durchgeführt, wobei das weitere Stapeln der verfestigten Schichten 24 und das weitere Zerspanungsverfahren dafür entsprechend durchgeführt werden, was schließlich zum Bereitstellen des gewünschten dreidimensionalen Formgegenstands führt.
[Herstellungsverfahren der vorliegenden Erfindung]
Ein Herstellungsverfahren gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist durch eine Ausführungsform gekennzeichnet, bei der ein vorgegebener Abschnitt der Pulverschicht mit dem Lichtstrahl in dem selektiven Lasersinterverfahren bestrahlt wird, wie es vorstehend beschrieben worden ist.
(Technisches Konzept der vorliegenden Erfindung)
Die vorliegende Erfindung weist das technische Konzept auf, dass ein vorgegebener Abschnitt der Pulverschicht mit mindestens zwei Lichtstrahlen bestrahlt wird. Insbesondere weist die vorliegende Erfindung das technische Konzept auf, dass der vorgegebene Abschnitt der Pulverschicht mit einem Hauptstrahl und mindestens einem Teilstrahl bestrahlt wird. Insbesondere werden in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung (i) ein Hauptstrahl und ein Teilstrahl als Lichtstrahl verwendet, wobei der Hauptstrahl eine Bestrahlungsenergiedichte aufweist, die einen vorgegebenen Abschnitt einer Pulverschicht und einer verfestigten Schicht, die sich unterhalb des vorgegebenen Abschnitts befindet, schmelzen kann, wobei der Teilstrahl eine Bestrahlungsenergiedichte aufweist, die nur den vorgegebenen Abschnitt schmelzen kann. Ferner wird zusätzlich zu dem vorstehenden Merkmal in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung (ii) ein vorgegebener Abschnitt einer neuen Pulverschicht mit dem Teilstrahl vor einer Bestrahlung desselben mit dem Hauptstrahl bestrahlt.
Der Begriff „Hauptstrahl“, wie er hier verwendet wird, steht in einem weiteren Sinn für einen Strahl mit der Hauptfunktion, dass eine Bestrahlung eines vorgegebenen Abschnitts der Pulverschicht bewirkt, dass ein Pulver in dem vorgegebenen Abschnitt gesintert oder geschmolzen und anschließend verfestigt wird. Der Begriff „Hauptstrahl“, wie er hier verwendet wird, steht in einem engeren Sinn für einen Strahl mit einer Bestrahlungsenergiedichte, die das Schmelzen einer verfestigten Schicht ermöglicht, die sich unterhalb eines vorgegebenen Abschnitts einer neuen Pulverschicht befindet. Andererseits steht der Begriff „Teilstrahl“, wie er hier verwendet wird, für einen Strahl, der eine Rolle bei der Unterstützung des Hauptstrahls in einem weiteren Sinn spielt, und steht auch für einen Strahl mit einer Bestrahlungsenergiedichte, die nur das Schmelzen des vorgegebenen Abschnitts der neuen Pulverschicht ermöglicht, die jedoch nicht das Schmelzen der verfestigten Schicht ermöglicht, die sich unterhalb des vorgegebenen Abschnitts befindet. Der Ausdruck „Bestrahlung mit dem Teilstrahl vor der Bestrahlung mit dem Hauptstrahl“, wie er hier verwendet wird, bedeutet im Wesentlichen „zuerst vorübergehende Bestrahlung des vorgegebenen Abschnitts der Pulverschicht mit dem Teilstrahl und dann Bestrahlung mit dem Hauptstrahl“.
In dem Herstellungsverfahren gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein vorgegebener Abschnitt der Pulverschicht 22 mit einem Teilstrahl L₁ vor einer Bestrahlung des vorgegebenen Abschnitts mit einem Hauptstrahl L₂ bestrahlt, wie es vorstehend beschrieben worden ist (vgl. die 1). Die Bestrahlung des vorgegebenen Abschnitts der Pulverschicht 22 mit dem Teilstrahl L₁ bewirkt, dass ein Teilstrahl-bestrahlter Bereich 50A₁ in einem Schmelzezustand vorliegt. Wie es vorstehend beschrieben worden ist, schmilzt der Teilstrahl L₁ nur den vorgegebenen Abschnitt der Pulverschicht 22, welcher der Teilstrahl-bestrahlte Bereich 50A₁ ist. D.h., es wird bestätigt, dass der Teilstrahl L₁ nicht die verfestigte Schicht 24 schmilzt, die als Basismaterial dient und die sich unterhalb des vorgegebenen Abschnitts befindet. Der Teilstrahl-bestrahlte Bereich 50A₁ im Schmelzezustand bewirkt, dass das Pulver 19 um den Teilstrahl-bestrahlten Bereich 50A₁ zu einer Seite des Teilstrahl-bestrahlten Bereichs 50A₁ angezogen oder bewegt wird. Folglich werden in dem Teilstrahl-bestrahlten Bereich 50A₁ das Pulver 19 in dem Bestrahlungsbereich 50A₁ und das vorstehend beschriebene angezogene Pulver 19 integriert, so dass ein „integriertes Produkt 10 in der Form einer Kugel gebildet wird“, wobei das integrierte Produkt 10 eine Durchmessergröße aufweist, die relativ größer ist als diejenige des Pulvers 19. Die Bildung des integrierten Produkts 10 in der Form der Kugel ermöglicht das wesentliche Bilden einer Lücke (d.h., eines Zwischenraums), wobei die Lücke zwischen „dem integrierten Produkt 10“ und „dem Pulver 19, das nicht zu der Seite des Teilstrahl-bestrahlten Bereichs 50A₁ angezogen wird“, bereitgestellt wird. Bei einer Bestrahlung mit dem Hauptstrahl L₂ zu einem späteren Zeitpunkt in einem Zustand, bei dem die Lücke ausgebildet ist, ermöglicht das Vorliegen der Lücke das Verhindern einer Bewegung des Pulvers 19 zu einem Hauptstrahl-bestrahlten Bereich 50B₁ , der mit dem Hauptstrahl L₂ bestrahlt wird. Insbesondere ermöglicht das Vorliegen der Lücke das Verhindern der Bewegung „des Pulvers 19, das nicht zu der Seite des Teilstrahl-bestrahlten Bereichs 50A₁ angezogen wird“, zu dem Hauptstrahl-bestrahlten Bereich 50B₁ , der mit dem Hauptstrahl L₂ bestrahlt wird. Insbesondere kann in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung der Teilstrahl L₁ als ein Strahl wirken, der eine Bewegung des Pulvers 19 zu dem Hauptstrahl-bestrahlten Bereich 50B₁ , der mit dem Hauptstrahl L₂ bestrahlt wird, verhindert.
Folglich kann in der vorliegenden Erfindung (1) eine Zunahme des Pulvers 19 an dem Hauptstrahl-bestrahlten Bereich 50B₁ , der mit dem Hauptstrahl L₂ bestrahlt wird, verhindert werden. Darüber hinaus kann in einem Zustand, bei dem integrierte Produkte in der Form der Kugel 10 gebildet werden, ein kleiner Spalt zwischen den integrierten Produkten 10, wobei jedes davon in der Form der Kugel vorliegt, gebildet werden, und zwar verglichen mit einem Zustand, bei dem das integrierte Produkt in der Form der Kugel 10 nicht gebildet wird (d.h., einem Zustand, bei dem die Pulverschicht gebildet wird). Folglich ist (2) ein lokales Exponieren einer verfestigten Schicht möglich, die sich in einem unteren Bereich befindet, wobei die verfestigte Schicht als Basismaterial dient. Als Ergebnis kann der verfestigten Schicht, die als das Basismaterial dient, in einer geeigneten Weise eine Bestrahlungswärmeenergie des Hauptstrahls L₂ zugeführt werden, die es ermöglicht, dass das Basismaterial sowie das Pulver 19 in dem Hauptstrahl-bestrahlten Bereich 50B₁ in einem geeigneten Schmelzezustand vorliegen. Daher kann ein gewünschter neuer verfestigter Abschnitt als Zusammensetzungselement einer neuen verfestigten Schicht gebildet werden und folglich kann schließlich ein sehr genauer dreidimensionaler Formgegenstand erhalten werden.
Das Verhindern der Bewegung des Pulvers 19 zu dem Hauptstrahl-bestrahlten Bereich 50B₁ kann die folgenden Effekte bereitstellen. Insbesondere in einem Fall, bei dem ein Schmelzeabschnitt durch eine Schmelze des Pulvers 19 in dem Hauptstrahl-bestrahlten Bereich 50B₁ mit dem Hauptstrahl L₂ gebildet wird, ist es möglich, zu verhindern, dass ein Schmelzematerial des Pulvers 19 um den Hauptstrahl-bestrahlten Bereich 50B₁ verteilt wird, wobei das Verteilen des Schmelzematerials darauf zurückzuführen ist, dass das Schmelzematerial nicht in den Schmelzeabschnitt einbezogen wird, wobei das Schmelzematerial durch das Pulver 19 in einem Vorgang der Bewegung zu dem Hauptstrahl-bestrahlten Bereich 50 gebildet wird, und zwar aufgrund dessen, dass der Schmelzeabschnitt eine relativ hohe Temperatur in dem Hauptstrahl-bestrahlten Bereich 50B₁ aufweist. In einem Fall des Verteilens des Schmelzematerials des Pulvers 19 um den Hauptstrahl-bestrahlten Bereich 50B₁ (z.B. auf der bereits gebildeten verfestigten Schicht) ist es unmöglich, zu einem späteren Zeitpunkt in einer geeigneten Weise eine neue Pulverschicht zu bilden. Diesbezüglich ist das Verhindern des Schmelzematerials des Pulvers 19 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung möglich. Als Ergebnis kann ein gewünschter neuer verfestigter Abschnitt als Zusammensetzungselement der neuen verfestigten Schicht gebildet werden und folglich kann schließlich ein sehr genauer dreidimensionaler Formgegenstand erhalten werden.
Die Verhinderung der Bewegung des Pulvers 19 zu dem Hauptstrahl-bestrahlten Bereich 50B₁ kann auch die folgenden Effekte bereitstellen. Insbesondere kann bei der Bestrahlung des vorgegebenen Abschnitts der Pulverschicht mit dem Strahl eine Schrumpfspannung aufgrund des Schmelzens und des anschließenden Verfestigens des Pulvers des vorgegebenen Abschnitts auftreten. Das Auftreten der Schrumpfspannung kann zu einer Verzugverformung des schließlich erhaltenen dreidimensionalen Formgegenstands führen. Diesbezüglich kann in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Bewegung des Pulvers 19 zu dem Hauptstrahl-bestrahlten Bereich 50B₁ verhindert werden, was es ermöglicht, eine Zunahme des Pulvers 19 in dem Hauptstrahl-bestrahlten Bereich 50B₁ zu verhindern. Das Verhindern der Zunahme des Pulvers 19 in dem Hauptstrahl-bestrahlten Bereich 50B₁ kann zum Verhindern der Bildung eines übermäßigen Schmelzeabschnitts führen. Das Verhindern der Bildung des übermäßigen Schmelzeabschnitts ermöglicht es, dass das Auftreten einer übermäßigen Schrumpfspannung vermindert wird, wobei die Schrumpfspannung auf die Verfestigung des Schmelzeabschnitts durch ein späteres Kühlen zurückzuführen ist. Die Verminderung des Auftretens der übermäßigen Schrumpfspannung ermöglicht das Verhindern der Verzugverformung des schließlich erhaltenen dreidimensionalen Formgegenstands. Folglich kann schließlich der sehr genaue dreidimensionale Formgegenstand erhalten werden.
Ferner kann das Herstellungsverfahren gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die folgenden Ausführungsformen aufweisen.
Gemäß einer Ausführungsform kann der Hauptstrahl eine Bestrahlungsenergiedichte aufweisen, die relativ größer ist als diejenige des Teilstrahls und der Teilstrahl kann eine Bestrahlungsenergiedichte aufweisen, die relativ kleiner ist als diejenige des Hauptstrahls (vgl. die 2A).
Insbesondere während das Verhältnis α (%) der Bestrahlungsenergiedichte (J/mm²) des Teilstrahls zu der Bestrahlungsenergiedichte (J/mm²) des Hauptstrahls nicht speziell beschränkt ist, kann das Verhältnis 1 < α < 100, vorzugsweise 10 < α < 60 und mehr bevorzugt 20 < α < 50 betragen. Ferner kann aufgrund des Verhältnisses das Verhältnis β (%) einer Fläche des Teilstrahl-bestrahlten Bereichs zu einer Fläche des Hauptstrahl-bestrahlten Bereichs 1 < β < 100, vorzugsweise 20 < β < 80 und mehr bevorzugt 30 < β < 50 betragen, wobei die Fläche des Teilstrahl-bestrahlten Bereichs ein Bereich ist, bei dem der vorgegebene Abschnitt der Pulverschicht mit dem Teilstrahl bestrahlt wird, wobei die Fläche des Hauptstrahl-bestrahlten Bereichs ein Bereich ist, bei dem der vorgegebene Abschnitt der Pulverschicht mit dem Hauptstrahl bestrahlt wird.
In einem Fall, bei dem die Bestrahlungsenergiedichte des Hauptstrahls L₂ relativ größer ist, kann die Bestrahlungswärmeenergie des Hauptstrahls L₂ in einer besser geeigneten Weise der verfestigten Schicht als Basismaterial zugeführt werden. Folglich können das Pulver 19 in dem Hauptstrahl-bestrahlten Bereich 50B₂ und das Basismaterial in einen besser geeigneten Schmelzezustand gebracht werden. Andererseits kann in einem Fall, bei dem die Bestrahlungsenergiedichte des Teilstrahls L₁ relativ kleiner ist, nur ein vorgegebener Abschnitt der Pulverschicht 22 geschmolzen werden, wohingegen die verfestigte Schicht als das Basismaterial in einer geeigneten Weise so gehalten werden kann, dass sie sich nicht im Schmelzezustand befindet, was es ermöglicht, in einer besser geeigneten Weise „ein integriertes Produkt in der Form einer Kugel 10“ mit einem Durchmesser zu bilden, der relativ größer ist als derjenige des Pulvers 19, wobei das integrierte Produkt durch eine Integration „des Pulvers 19, das sich in dem Teilstrahl-bestrahlten Bereich 50A₂ befindet“ mit „dem Pulver 19 um den Teilstrahl-bestrahlten Bereich 50A₂ , das an den Teilstrahl-bestrahlten Bereich 50A₂ angezogen wird“, gebildet wird. Folglich kann eine Lücke in einer besser geeigneten Weise zwischen dem „integrierten Produkt 10“ und „dem Pulver 19, das nicht an den Teilstrahl-bestrahlten Bereich 50A₂ angezogen wird“, gebildet werden.
In dieser Ausführungsform ist die Verfestigungsdichte eines Abschnitts (d.h., eines verfestigten Abschnitts), der durch Bestrahlen des vorgegebenen Abschnitts der Pulverschicht mit dem Hauptstrahl erhalten wird, dadurch, dass der Hauptstrahl die relativ größere Bestrahlungsenergiedichte aufweist, relativ höher. Andererseits ist die Verfestigungsdichte des verfestigten Abschnitts, der durch Bestrahlen der vorgegebenen Position der Pulverschicht mit dem Teilstrahl erhalten wird, dadurch, dass der Teilstrahl die relativ kleinere Bestrahlungsenergiedichte aufweist, relativ niedriger. Da der verfestigte Abschnitt, der durch die Bestrahlung des vorgegebenen Abschnitts der Pulverschicht mit dem Teilstrahl erhalten wird, die relativ niedrigere Verfestigungsdichte aufweist, kann der verfestigte Abschnitt, der durch die Bestrahlung mit dem Teilstrahl erhalten wird, in einer geeigneten Weise geschmolzen werden, und zwar selbst dann, wenn die vorgegebene Position der Pulverschicht zu einem späteren Zeitpunkt mit dem Hauptstrahl bestrahlt wird.
Diese Ausführungsform beruht auf der Bedingung, dass der Hauptstrahl die Bestrahlungsenergiedichte aufweist, die relativ größer ist als diejenige des Teilstrahls, und der Teilstrahl die Bestrahlungsenergiedichte aufweist, die relativ kleiner ist als diejenige des Hauptstrahls. Eine Bestrahlungsausführungsform des Lichtstrahls ist jedoch nicht auf diese Bedingung beschränkt. Ein Hauptstrahl und ein Teilstrahl, die jeweils dieselbe Bestrahlungsenergiedichte aufweisen, können verwendet werden, wenn (1) das Verhindern einer Zunahme des Pulvers 19 in dem Hauptstrahl-bestrahlten Bereich 50B₁ möglich ist, und auch (2) ein lokales Bestrahlen der verfestigten Schicht bei einem niedrigeren Bereich, der als das Basismaterial dient, möglich ist, um der verfestigten Schicht, die als das Basismaterial dient, die Bestrahlungswärmeenergie des Hauptstrahls L₂ zuzuführen.
In diesem Fall ermöglicht die Verwendung eines einzelnen Lichtstrahls im Wesentlichen das Durchführen „eines Schmelzens nur des vorgegebenen Abschnitts der Pulverschicht“, was einer Funktion des Teilstrahls entspricht, und ermöglicht auch das Durchführen „eines Schmelzens des vorgegebenen Abschnitts der Pulverschicht und dasjenige der verfestigten Schicht, die sich unterhalb des vorgegebenen Abschnitts befindet“, was einer Funktion des Hauptstrahls entspricht. D.h., der einzelne Lichtstrahl kann sowohl die Funktion des Hauptstrahls als auch die Funktion des Teilstrahls aufweisen. Folglich kann die Bestrahlungseffizienz durch den Lichtstrahl verbessert werden. Ferner ist es in einem Fall, bei dem der einzelne Lichtstrahl beide vorstehend genannten Funktionen aufweist, bevorzugt, dass eine Verwendung desselben mit einem übermäßig großen oder übermäßig kleinen Absolutwert der Bestrahlungsenergiedichte im Vorhinein vermieden wird, um in einer geeigneten Weise „das Schmelzen nur des vorgegebenen Abschnitts der Pulverschicht“ und „das Schmelzen des vorgegebenen Abschnitts der Pulverschicht und dasjenige der verfestigten Schicht, die sich unterhalb des vorgegebenen Abschnitts befindet“, durchzuführen.
Gemäß einer Ausführungsform kann eine Mehrzahl von Stellen mit dem Teilstrahl bestrahlt werden, wobei die Mehrzahl der Stellen bezogen auf eine Abtastmittellinie des Hauptstrahls einander gegenüberliegt. Der hier verwendete Begriff „Abtastmittellinie“ steht im Wesentlichen für einen zentralen Bereich der Abtastlinie des Hauptstrahls.
In dieser Ausführungsform wird z.B. ein vorgegebener Abschnitt der Pulverschicht 22 vor einer Bestrahlung mit dem Hauptstrahl L₂ mit zwei Teilstrahlen L₁ (erster Teilstrahl L₁₁ und zweiter Teilstrahl L₁₂ ) bestrahlt, die in Bezug auf die Abtastmittellinie 60 einander gegenüberliegen (vgl. die 2A). Wenn der erste Teilstrahl L₁₁ und der zweite Teilstrahl L₁₂ in Bezug auf die Abtastmittellinie 60 einander gegenüberliegen, liegen auch ein erster Teilstrahl-bestrahlter Bereich 50A₂₁ und ein zweiter Teilstrahl-bestrahlter Bereich 50A₂₂ in Bezug auf die Abtastmittellinie 60 einander gegenüber (vgl. die 2A). D.h., der erste Teilstrahl-bestrahlte Bereich 50A₂₁ und der zweite Teilstrahl-bestrahlte Bereich 50A₂₂ können so bereitgestellt sein, dass sie in Bezug auf die Abtastmittellinie 60 voneinander beabstandet sind. Die Anzahl der Teilstrahlen ist nicht auf zwei beschränkt und es können unter der Bedingung, dass die Teilstrahlen einander gegenüberliegen, drei oder mehr sein. Während keine spezielle Beschränkung vorliegt, werden in einer Ausführungsform, die in den 2A und 2B gezeigt ist, vorgegebene Abschnitte der Pulverschicht 22 mit dem ersten Teilstrahl L₁₁ und dem zweiten Teilstrahl L₁₂ , die voneinander beabstandet sind, bestrahlt.
Eine Bestrahlung mit dem ersten Teilstrahl L₁₁ und dem zweiten Teilstrahl L₁₂ bewirkt, dass das Pulver 19, das jeweils um den erster Teilstrahl-bestrahlten Bereich 50A₂₁ und den zweiter Teilstrahl-bestrahlten Bereich 50A₂₂ herum vorliegt, an jeden der Teilstrahl-bestrahlten Bereiche angezogen wird, da jeder der Teilstrahl-bestrahlten Bereiche in einem Schmelzezustand vorliegt. Folglich werden das Pulver 19, das sich ursprünglich in jedem Teilstrahl-bestrahlten Bereich befindet, und ein peripheres Pulver 19, das an jeden Teilstrahl-bestrahlten Bereich angezogen wird, integriert, so dass jeweils „ein integriertes Produkt in der Form einer Kugel 10“ mit einem relativ größeren Durchmesser als derjenige des Pulvers 19 gebildet wird (vgl. die 2B). Aufgrund der Bildung jedes „integrierten Produkts in der Form einer Kugel 10“ werden jeweils Lücken 15A₁ und 15A₂ (d.h., ein Zwischenraum) zwischen dem „integrierten Produkt 10“ und dem „Pulver 19, das nicht an den Teilstrahl-bestrahlten Bereich 50A₁ angezogen wird“, gebildet (vgl. die 2C).
Ferner werden, wie es vorstehend beschrieben worden ist, der erster Teilstrahl-bestrahlte Bereich 50A₂₁ und der zweiter Teilstrahl-bestrahlte Bereich 50A₂₂ gemäß dieser Ausführungsform so bereitgestellt, dass sie bezüglich der Abtastmittellinie 60 beabstandet sind. Folglich ist es möglich, eine Lücke 15B zwischen „dem integrierten Produkt in der Form einer Kugel“ 10 an dem erster Teilstrahl-bestrahlten Bereich und demjenigen an dem zweiter Teilstrahl-bestrahlten Bereich zu bilden (vgl. die 2C). D.h., jeder des ersten Teilstrahls L₁₁ und des zweiten Teilstrahls L₁₂ kann als Strahl wirken, der eine Bewegung des Pulvers 19 zu einer Umgebung der Abtastmittellinie 60 des Hauptstrahls L₂ verhindert.
In einem Fall, bei dem eine Bestrahlung mit dem Hauptstrahl L₂ bei einem späteren Zeitpunkt in einem Bildungszustand der zwei Lücken 15A₁ und 15A₂ durchgeführt wird, kann in einer besser geeigneten Weise eine Bewegung des Pulvers 19 zu dem Hauptstrahl-bestrahlten Bereich 50B₂ , wo die Bestrahlung mit dem Hauptstrahl L₂ durchgeführt wird, aufgrund des Vorliegens der Lücken verhindert werden (vgl. die 2D). Insbesondere ermöglichen die Lücken eine Bewegung des „Pulvers 19, das nicht an jeden Teilstrahl-bestrahlten Bereich 50A₂ angezogen wird“, zu dem Hauptstrahl-bestrahlten Bereich 50B₂ , wo eine Bestrahlung mit dem Hauptstrahl L₂ durchgeführt wird, in einer besser geeigneten Weise zu verhindern. Folglich kann eine Zunahme des Pulvers 19 in dem Hauptstrahl-bestrahlten Bereich 50B₂ , der mit dem Hauptstrahl L₂ bestrahlt wird, in einer besser geeigneten Weise verhindert werden.
Ferner ermöglicht in einem Fall, bei dem eine Bestrahlung mit dem Hauptstrahl L₂ bei einem späteren Zeitpunkt in einem Bildungszustand der Lücke 15B verglichen mit einem Nicht-Bildungszustand des integrierten Produkts in der Form einer Kugel 10 (d.h., einem Pulverschicht-Bildungszustand) durchgeführt wird, die Lücke 15B das Exponieren der verfestigten Schicht bei einem unteren Bereich, der als das Basismaterial dient, entlang der Abtastmittellinie 60 des Hauptstrahls 60 zwischen „dem integrierten Produkt in der Form einer Kugel 10“, das auf der Seite des Teilstrahl-bestrahlten Bereichs gebildet wird, und „dem integrierten Produkt in der Form einer Kugel 10“, das auf der Seite des zweiten Teilstrahl-bestrahlten Bereichs gebildet wird. Folglich kann die Bestrahlungswärmeenergie des Hauptstrahls L₂ in einer besser geeigneten Weise der verfestigten Schicht zugeführt werden, die als das Basismaterial dient. Folglich können das Pulver 19 in dem Hauptstrahl-bestrahlten Bereich 50B₁ und das Basismaterial in einer besser geeigneten Weise schmelzen. Als Ergebnis kann ein gewünschter neuer verfestigter Abschnitt als Zusammensetzungselement einer neuen verfestigten Schicht gebildet werden und folglich kann schließlich ein sehr genauer dreidimensionaler Formgegenstand in einer besser geeigneten Weise erhalten werden (vgl. die 2E).
Gemäß einer Ausführungsform kann eine Stelle distal zu einer Abtastmittellinie des Hauptstrahls mit dem Teilstrahl auf der Basis einer virtuellen Kontur, die eine Kontur der verfestigten Schicht sein soll, bestrahlt werden. Die „virtuelle Kontur, welche die Kontur der verfestigten Schicht sein soll“, wie sie hier verwendet wird, gibt im Wesentlichen einen Abschnitt, der einer Kontur der verfestigten Schicht entspricht, die zu einem späteren Zeitpunkt gebildet werden soll, in dem vorgegebenen Abschnitt der Pulverschicht an, wo eine Bestrahlung mit dem Hauptstrahl durchgeführt wird.
Wenn ein vorgegebener Abschnitt der Pulverschicht 22' mit dem Strahl zum Bilden einer verfestigten Schicht 24' gemäß dem selektiven Lasersinterverfahren bestrahlt wird, kann ein relativ großer erhöhter verfestigter Abschnitt 70' an einer Kontur 24b' der verfestigten Schicht 24' auftreten (vgl. die 3B). Während eine Bindung an eine bestimmte Theorie nicht beabsichtigt ist, wird davon ausgegangen, dass dann, wenn der Strahl direkt einen Grenzbereich zwischen einem Abschnitt, bei dem das Basismaterial vorliegt, das einer bereits geformten verfestigten Schicht 24' entspricht, und einem Abschnitt ohne Basismaterial kontaktiert, ein Pulver auf dem Basismaterial und ein Pulver an einem Abschnitt ohne Basismaterial miteinander verschmolzen werden, und dann ein Schmelzeabschnitt aufgrund einer Oberflächenspannung ansteigen kann, wodurch das Auftreten des erhöhten verfestigten Abschnitts 70' an der Kontur 24b' der verfestigten Schicht 24' auftreten kann. Ferner kann sich, wie es durch die Erfinder der vorliegenden Anmeldung gefunden worden ist, das Pulver um den bestrahlten Bereich, bei dem eine Bestrahlung mit dem Lichtstrahl durchgeführt wird, zu dem bestrahlten Bereich bewegen. Folglich kann die Menge eines Pulvers auf dem Basismaterial in einer Umgebung des Grenzbereichs relativ erhöht sein. Folglich kann an der Kontur 24b' der verfestigten Schicht 24' ein relativ größerer erhöhter verfestigter Abschnitt 70' auftreten, der es schwierig machen kann, schließlich einen sehr genauen dreidimensionalen Formgegenstand zu erhalten.
Im Hinblick auf die vorstehenden Gegenstände wird gemäß dieser Ausführungsform eine Stelle distal zu einer Abtastmittellinie 60 des Hauptstrahls mit einem einzelnen Teilstrahl auf der Basis einer virtuellen Kontur 80, die eine Kontur 24b der verfestigten Schicht 24 sein soll, bestrahlt, wie es z.B. in der 3A gezeigt ist. Die Anzahl des Teilstrahls ist nicht auf einen beschränkt und es können zwei oder mehr unter der Bedingung sein, dass der Teilstrahl an der Stelle distal zu der Abtastmittellinie 60 des Hauptstrahls bereitgestellt ist. Wie es in der 3A gezeigt ist, kann sich in einem Fall, bei dem der Teilstrahl an der Stelle distal zu der Abtastmittellinie 60 des Hauptstrahls auf der Basis der virtuellen Kontur 80 bereitgestellt ist, nur das Pulver in einem Teilstrahl-bestrahlten Bereich 50A₃ , der auf einer Seite distal zu der Abtastmittellinie 60 ausgebildet ist, im Vorhinein in einem Schmelzezustand befinden.
Aufgrund des im Vorhinein vorliegenden Schmelzezustands nur des Pulvers in dem Teilstrahl-bestrahlten Bereich 50A₃ , der auf der Seite distal zu der Abtastmittellinie 60 ausgebildet ist, kann das Pulver 19 um den Teilstrahl-bestrahlten Bereich 50A₃ absichtlich zu dem Teilstrahl-bestrahlten Bereich 50A₃ bewegt werden. Insbesondere kann das Pulver 19, das sich proximal zu der Abtastmittellinie 60 befindet, dabei in einer geeigneten Weise zu dem Teilstrahl-bestrahlten Bereich 50A₃ bewegt werden, was eine Bewegung des Pulvers 19 zu einer proximalen Seite der Abtastmittellinie 60 verhindern kann. Folglich ist es möglich, eine Bewegung des Pulvers 19 zu einem Bereich zwischen der Abtastmittellinie 60 des Hauptstrahls und der virtuellen Kontur 80 aufgrund einer Bestrahlung des vorgegebenen Abschnitts mit dem Teilstrahl zu verhindern. Im Hinblick auf die vorstehenden Gegenstände kann der Teilstrahl als Strahl wirken, der die Bewegung des Pulvers 19 zu dem Bereich zwischen der Abtastmittellinie 60 und der virtuellen Kontur 80 in dieser Ausführungsform verhindert.
Die Verhinderung der Bewegung des Pulvers 19 zu dem Bereich zwischen der Abtastmittellinie 60 und der virtuellen Kontur 80 ermöglicht das Verhindern einer Zunahme des Pulvers 19 an dem Hauptstrahl-bestrahlten Bereich 50B₃ auf dem Basismaterial in einer Umgebung des Grenzbereichs zwischen dem Abschnitt, bei dem das Basismaterial ausgebildet ist, und dem Abschnitt ohne Basismaterial, selbst wenn der Hauptstrahl den Grenzbereich direkt kontaktiert. Folglich kann die Größe eines erhöhten verfestigten Abschnitts 70, der an einer Kontur 24b der verfestigten Schicht 24 vorliegen kann, relativ vermindert werden, wobei der erhöhte verfestigte Abschnitt 70 auf einen Anstieg eines Schmelzeabschnitts durch eine Oberflächenspannung zurückzuführen ist, wobei der Schmelzeabschnitt durch eine Schmelze sowohl eines Pulvers auf dem Basismaterial als auch eines Pulvers an einem Abschnitt ohne Basismaterial gebildet wird. Folglich macht es ein relativ kleiner erhöhter verfestigter Abschnitt 70 einfach, schließlich einen sehr genauen dreidimensionalen Formgegenstand zu erhalten.
Gemäß einer Ausführungsform wird eine diskontinuierliche Bestrahlung des vorgegebenen Abschnitts der Pulverschicht mit dem Teilstrahl durchgeführt. Der Ausdruck „diskontinuierliche Bestrahlung“, wie er hier verwendet wird, steht für eine Bestrahlung des vorgegebenen Abschnitts der Pulverschicht mit dem Teilstrahl bei einem konstanten Zeitintervall in einem weiteren Sinn.
In dieser Ausführungsform wird z.B. vor der Bestrahlung mit dem Hauptstrahl L₂ der vorgegebene Abschnitt der Pulverschicht 22 mit zwei Teilstrahlen L₁ (d.h., einem ersten Teilstrahl L₁₁ und einem zweiten Teilstrahl L₁₂ ) bestrahlt, die bezüglich der Abtastmittellinie 60 einander gegenüberliegen (vgl. die 4A). Die Anzahl der Teilstrahlen ist nicht auf zwei beschränkt und es kann sich um einen einzelnen oder drei oder mehr handeln.
In einer Ausführungsform, die in der 4A gezeigt ist, wird der vorgegebene Abschnitt der Pulverschicht 22 diskontinuierlich mit dem ersten Teilstrahl L₁₁ und dem zweiten Teilstrahl L₁₂ bestrahlt, die voneinander beabstandet sind. Die diskontinuierliche Bestrahlung mit dem ersten Teilstrahl L₁₁ und dem zweiten Teilstrahl L₁₂ ermöglicht es einem Pulver, das sich jeweils in einem ersten Teilstrahl-bestrahlten Bereich 50A₄₁ und einem zweiten Teilstrahl-bestrahlten Bereich 50A₄₂ befindet, „gegebenenfalls“ im Vorhinein in einem Schmelzezustand vorzuliegen, wobei der erster Teilstrahl-bestrahlte Bereich 50A₄₁ ein Bereich ist, bei dem eine Bestrahlung mit dem ersten Teilstrahl L₁₁ durchgeführt wird, wobei der zweite Teilstrahl-bestrahlte Bereich 50A₄₂ ein Bereich ist, bei dem eine Bestrahlung mit dem zweiten Teilstrahl L₁₂ durchgeführt wird.
Beispielsweise kann, ohne spezielle Beschränkung, in einem Fall, bei dem festgestellt wird, dass eine Bewegung des Pulvers zu dem Hauptstrahl-bestrahlten Bereich, bei dem eine Bestrahlung mit dem Hauptstrahl durchgeführt wird, nicht ausreichend verhindert werden kann, die diskontinuierliche Bestrahlung mit dem Teilstrahl durchgeführt werden. Wenn der vorgegebene Abschnitt der Pulverschicht mit dem ersten Teilstrahl L₁₁ und dem zweiten Teilstrahl L₁₂ bestrahlt wird, kann das Pulver des vorgegebenen Abschnitts der Pulverschicht gegebenenfalls im Vorhinein geschmolzen werden. Insbesondere ist diese Ausführungsform dadurch gekennzeichnet, dass die diskontinuierliche Bestrahlung nur durchgeführt wird, wenn festgestellt wird, dass die Bestrahlung des vorgegebenen Abschnitts der Pulverschicht 22 mit dem ersten Teilstrahl L₁₁ und dem zweiten Teilstrahl L₁₂ erforderlich ist.
Wie es in der 4A gezeigt ist, ermöglicht es der gegebenenfalls im Vorhinein vorliegende Schmelzezustand des Pulvers in dem vorgegebenen Abschnitt der Pulverschicht dem Pulver 19, um den erster Teilstrahl-bestrahlten Bereich 50A₄₁ , gegebenenfalls zu dem erster Teilstrahl-bestrahlten Bereich 50A₄₁ bewegt zu werden, und ermöglicht es auch dem Pulver 19 um den zweiter Teilstrahl-bestrahlten Bereich 50A₄₂ , gegebenenfalls zu dem zweiter Teilstrahl-bestrahlten Bereich 50A₄₂ bewegt zu werden. Folglich kann gegebenenfalls eine Bewegung des Pulvers 19 zu einem Bereich zwischen dem erster Teilstrahl-bestrahlten Bereich 50A₄₁ und dem zweiter Teilstrahl-bestrahlten Bereich 50A₄₂ , die voneinander beabstandet sein können, verhindert werden. D.h., die Bewegung des Pulvers 19 zu einer Umgebung der Abtastmittellinie 60 des Hauptstrahls L₂ kann gegebenenfalls verhindert werden.
Im Hinblick auf die vorstehenden Gegenstände wird gemäß dieser Ausführungsform die diskontinuierliche Bestrahlung nur durchgeführt, wenn festgestellt wird, dass die Bestrahlung des vorgegebenen Abschnitts der Pulverschicht 22 mit dem ersten Teilstrahl L₁₁ und dem zweiten Teilstrahl L₁₂ erforderlich ist. Als Ergebnis ermöglicht die gegebenenfalls durchgeführte Bestrahlung mit dem Teilstrahl die Verbesserung der Einstellbarkeit des Schmelzezustands des Pulvers in dem vorgegebenen Abschnitt verglichen mit einer kontinuierlichen Bestrahlung des vorgegebenen Abschnitts der Pulverschicht 22 mit dem Teilstrahl zum Schmelzen des Pulvers in dem vorgegebenen Abschnitt.
Ohne auf die vorstehende Ausführungsform beschränkt zu sein, kann gemäß einer Ausführungsform der vorgegebene Abschnitt der Pulverschicht mit einem Teilstrahl bestrahlt werden, bei dem eine Einstellung zum Ändern einer Bestrahlungsenergiedichte durchgeführt werden kann. Der Ausdruck „Einstellung zum Ändern der Bestrahlungsenergiedichte“, wie er hier verwendet wird, steht für eine vorübergehende Änderung der Bestrahlungsenergiedichte des Teilstrahls für die Bestrahlung des vorgegebenen Abschnitts der Pulverschicht.
Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der vorstehenden Ausführungsform dahingehend, dass die Bestrahlung mit dem Teilstrahl im Wesentlichen kontinuierlich durchgeführt wird, während die Bestrahlungsenergiedichte des Teilstrahls für die Bestrahlung des vorgegebenen Abschnitts der Pulverschicht vorübergehend geändert wird.
Beispielsweise kann ohne eine spezielle Beschränkung, wenn festgestellt wird, dass die Bewegung des Pulvers zu dem Hauptstrahl-bestrahlten Bereich, bei dem die Bestrahlung mit dem Hauptstrahl durchgeführt wird, nicht ausreichend verhindert werden kann, obwohl der vorgegebene Abschnitt der Pulverschicht mit dem Teilstrahl mit einer vorgegebenen Bestrahlungsenergiedichte bestrahlt wird, nach der Bestrahlung mit dem Teilstrahl der Teilstrahl so eingestellt werden, dass dessen Bestrahlungsenergiedichte so geändert wird, dass sie relativ größer ist als diejenige des bereits verwendeten Teilstrahls. Eine Bestrahlung mit dem Teilstrahl mit einer relativ großen Bestrahlungsenergiedichte ermöglicht es dem Pulver in dem Teilstrahl-bestrahlten Bereich, in einem ausgeprägteren Schmelzezustand vorzuliegen.
Das Pulver in dem Teilstrahl-bestrahlten Bereich in dem ausgeprägteren Schmelzezustand macht eine Bewegung des Pulvers um den Teilstrahl-bestrahlten Bereich einfacher. Als Ergebnis ist es in einem Fall, bei dem der vorgegebene Abschnitt der Pulverschicht mit den zwei Teilstrahlen, die bezüglich der Abtastmittellinie einander gegenüberliegen, vor der Bestrahlung mit dem Hauptstrahl bestrahlt wird, möglich, eine Bewegung des Pulvers zu einem Bereich zwischen dem erster Teilstrahl-bestrahlten Bereich und dem zweiter Teilstrahl-bestrahlten Bereich, die einander gegenüberliegen, effektiver zu verhindern. D.h., die Bewegung des Pulvers zu einer Umgebung der Abtastmittellinie des Hauptstrahls kann effektiver verhindert werden.
Im Hinblick auf die vorstehenden Gegenstände wird die Bestrahlungsenergiedichte des Teilstrahls für die Bestrahlung des vorgegebenen Abschnitts der Pulverschicht vorübergehend geändert, obwohl gemäß dieser Ausführungsform eine im Wesentlichen kontinuierliche Bestrahlung mit dem Teilstrahl durchgeführt wird. Folglich kann der Schmelzezustand des Pulvers bei dem vorgegebenen Abschnitt zwischendurch geändert werden, und zwar verglichen mit einem Fall, bei dem der Teilstrahl mit derselben Bestrahlungsenergiedichte im Wesentlichen kontinuierlich eingestrahlt wird. D.h., aufgrund einer vorübergehenden Änderung der Bestrahlungsenergiedichte des Teilstrahls für die Bestrahlung des vorgegebenen Abschnitts der Pulverschicht kann die Einstellbarkeit des Schmelzezustands des Pulvers in dem vorgegebenen Abschnitt verbessert werden.
Gemäß einer Ausführungsform kann eine diskontinuierliche Bestrahlung des vorgegebenen Abschnitts der Pulverschicht mit dem Hauptstrahl sowie dem Teilstrahl durchgeführt werden, und zwar verglichen mit einer Ausführungsform, die in der 4A gezeigt ist. Bezüglich eines überlappenden Inhaltsabschnitts in der Ausführungsform, die in der 4A gezeigt ist, wird eine Beschreibung weggelassen.
In dieser Ausführungsform wird ähnlich wie bei der Ausführungsform, die in der 4A gezeigt ist, der vorgegebene Abschnitt der Pulverschicht 22 diskontinuierlich mit dem ersten Teilstrahl L₁₁ und dem zweiten Teilstrahl L₁₂ bestrahlt, die voneinander beabstandet sind. D.h., diese Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass die diskontinuierliche Bestrahlung nur durchgeführt wird, wenn festgestellt wird, dass die Bestrahlung des vorgegebenen Abschnitts der Pulverschicht 22 mit dem ersten Teilstrahl L₁₁ und dem zweiten Teilstrahl L₁₂ erforderlich ist. Die diskontinuierliche Bestrahlung ermöglicht je nach Erfordernis das Verhindern einer Bewegung des Pulvers 19 zu einem Bereich zwischen einem erster Teilstrahl-bestrahlten Bereich 50A₅₁ und einem zweiter Teilstrahl-bestrahlten Bereich 50A₅₂ , wobei der erster Teilstrahl-bestrahlte Bereich 50A₅₁ ein Bereich ist, bei dem eine Bestrahlung mit dem ersten Teilstrahl L₁₁ durchgeführt wird, wobei der zweiter Teilstrahl-bestrahlte Bereich 50A₅₂ ein Bereich ist, bei dem eine Bestrahlung mit dem zweiten Teilstrahl L₁₂ durchgeführt wird. Folglich kann die Bewegung des Pulvers 19 zu einer Umgebung der Abtastmittellinie 60 des Hauptstrahls L₂ gegebenenfalls verhindert werden.
Ferner kann in dieser Ausführungsform die diskontinuierliche Bestrahlung des vorgegebenen Abschnitts der Pulverschicht 22 mit dem Hauptstrahl L₂ sowie dem Teilstrahl durchgeführt werden. Die diskontinuierliche Bestrahlung des vorgegebenen Abschnitts der Pulverschicht mit dem Hauptstrahl sowie dem Teilstrahl unterscheidet sich von einer Ausführungsform, die in der 4A gezeigt ist.
In einem Zustand, bei dem die Bewegung des Pulvers 19 zu der Umgebung der Abtastmittellinie 60 des Hauptstrahls L₂ verhindert wird, ermöglicht es die diskontinuierliche Bestrahlung des vorgegebenen Abschnitts der Pulverschicht 22 mit dem Hauptstrahl L₂ entlang der Abtastmittellinie 60 des Hauptstrahls L₂ , die Bewegung des Pulvers 19 zu einem Hauptstrahl-bestrahlten Bereich 50B₂ gegebenenfalls zu verhindern, wobei der Hauptstrahl-bestrahlte Bereich 50B₂ ein Bereich ist, bei dem eine Bestrahlung mit dem Hauptstrahl L₂ durchgeführt wird. Folglich kann eine Zunahme des Pulvers 19 in dem Hauptstrahl-bestrahlten Bereich 50B₂ gegebenenfalls verhindert werden.
Wie es vorstehend beschrieben worden ist, wird in dieser Ausführungsform eine diskontinuierliche Bestrahlung des vorgegebenen Abschnitts der Pulverschicht 22 mit dem Hauptstrahl L₂ sowie dem Teilstrahl durchgeführt. Folglich ermöglicht eine Bestrahlung mit dem Hauptstrahl L₂ sowie dem Teilstrahl je nach Erfordernis eine weitere Verbesserung der Einstellbarkeit des Schmelzezustands des Pulvers in dem vorgegebenen Abschnitt, und zwar verglichen mit einem Fall, bei dem der vorgegebene Abschnitt der Pulverschicht 22 kontinuierlich mit dem Teilstrahl und dem Hauptstrahl L₂ für ein Schmelzen des Pulvers in dem vorgegebenen Abschnitt bestrahlt wird.
Gemäß einer Ausführungsform können der Hauptstrahl und der Teilstrahl bei dem vorgegebenen Abschnitt der Pulverschicht miteinander kontaktiert werden. Der Ausdruck „der Hauptstrahl und der Teilstrahl werden miteinander kontaktiert“, wie er hier verwendet wird, bedeutet im Wesentlichen, dass der Hauptstrahl-bestrahlte Bereich, bei dem die Bestrahlung mit dem Hauptstrahl durchgeführt wird, und der Teilstrahl-bestrahlte Bereich, bei dem die Bestrahlung mit dem Teilstrahl durchgeführt wird, in einem Punktkontakt oder einem Oberflächenkontakt stehen.
Diese Ausführungsform ist durch eine Positionsbeziehung zwischen dem Hauptstrahl und dem Teilstrahl für die Bestrahlung des vorgegebenen Abschnitts der Pulverschicht gekennzeichnet. Insbesondere werden der Hauptstrahl und der Teilstrahl für die Bestrahlung des vorgegebenen Abschnitts der Pulverschicht miteinander kontaktiert.
Wie es vorstehend beschrieben worden ist, kann der Teilstrahl als Strahl wirken, der eine Bewegung des Pulvers zu dem Hauptstrahl-bestrahlten Bereich, der mit dem Hauptstrahl L₂ bestrahlt wird, verhindert, wobei der Teilstrahl für die Bestrahlung des vorgegebenen Abschnitts der Pulverschicht vor der Verwendung des Hauptstrahls eingesetzt wird. Insbesondere bewirkt die Bestrahlung des vorgegebenen Abschnitts der Pulverschicht mit dem Teilstrahl, dass nur das Pulver in dem Teilstrahl-bestrahlten Bereich, bei dem die Bestrahlung mit dem Teilstrahl durchgeführt wird, im Vorhinein in einem Schmelzezustand vorliegt. Folglich wird das Pulver um den Teilstrahl-bestrahlten Bereich absichtlich zu dem Teilstrahl-bestrahlten Bereich bewegt. Als Ergebnis kann bei einer Bestrahlung des vorgegebenen Abschnitts der Pulverschicht mit dem Hauptstrahl eine Bewegung des Pulvers zu dem Hauptstrahl-bestrahlten Bereich, bei dem die Bestrahlung mit dem Hauptstrahl durchgeführt wird, verhindert werden.
In dieser Ausführungsform werden zusätzlich zu dem Vorstehenden der Hauptstrahl und der Teilstrahl für die Bestrahlung des vorgegebenen Abschnitts der Pulverschicht miteinander kontaktiert, was bewirkt, dass der Hauptstrahl-bestrahlte Bereich und der Teilstrahl-bestrahlte Bereich miteinander in Kontakt sind. Folglich kann die Bestrahlungswärmeenergie des Teilstrahls für ein Schmelzen des Pulvers in dem Teilstrahl-bestrahlten Bereich durch einen Abschnitt, bei dem der Hauptstrahl-bestrahlte Bereich und der Teilstrahl-bestrahlte Bereich miteinander in Kontakt sind, auf den Hauptstrahl-bestrahlten Bereich übertragen werden. Folglich kann die Bestrahlungswärmeenergie des Hauptstrahls, die für den Hauptstrahl-bestrahlten Bereich zu einem späteren Zeitpunkt bereitgestellt werden soll, verhindert oder vermindert werden. Die Verhinderung der Bestrahlungswärmeenergie des Hauptstrahls kann verglichen mit einem Zustand, bei dem der Hauptstrahl-bestrahlte Bereich und der Teilstrahl-bestrahlte Bereich voneinander beabstandet sind, zu einer Kostensenkung beitragen.
Als Beispiel können sich ein Hauptstrahl-bestrahlter Bereich 50B₆ und ein Teilstrahl-bestrahlter Bereich 50A₆ in einer Draufsicht von oben in einem Punktkontakt miteinander befinden (vgl. die 5A). In diesem Fall kann die Bestrahlungswärmeenergie des Teilstrahls für ein Schmelzen des Pulvers 19 in dem Teilstrahl-bestrahlten Bereich 50A₆ auf den Hauptstrahl-bestrahlten Bereich 50B₆ durch einen Punktkontaktabschnitt übertragen werden, bei dem der Hauptstrahl-bestrahlte Bereich 50B₆ und der Teilstrahl-bestrahlte Bereich 50A₆ in einem Punktkontakt miteinander vorliegen.
Als ein weiteres Beispiel ist es bevorzugt, dass sich ein Hauptstrahl-bestrahlter Bereich 50B₇ und ein Teilstrahl-bestrahlter Bereich 50A₇ in einer Draufsicht von oben in einem Oberflächenkontakt miteinander befinden (vgl. die 5B). In diesem Fall kann die Bestrahlungswärmeenergie des Teilstrahls zum Schmelzen des Pulvers 19 in dem Teilstrahl-bestrahlten Bereich 50A₇ in einer besser geeigneten Weise durch einen Oberflächenkontaktabschnitt, bei dem der Hauptstrahl-bestrahlte Bereich 50B₇ und der Teilstrahl-bestrahlte Bereich 50A₇ in dem Oberflächenkontakt miteinander sind, auf den Hauptstrahl-bestrahlten Bereich 50B₇ übertragen werden. Dies ist auf die Tatsache zurückzuführen, dass eine Kontaktfläche nach dem Oberflächenkontakt des Hauptstrahl-bestrahlten Bereichs 50B₇ mit dem Teilstrahl-bestrahlten Bereich 50A₇ relativ größer ist als bei dem Punktkontakt des Hauptstrahl-bestrahlten Bereichs 50B₆ mit dem Teilstrahl-bestrahlten Bereich 50A₆ (vgl. die 5A).
Ferner kann gemäß einer Ausführungsform der Bestrahlungstyp des Teilstrahls für die Bestrahlung des vorgegebenen Abschnitts der Pulverschicht geändert werden.
Im Allgemeinen umfasst ein Strahl für eine Bestrahlung des vorgegebenen Abschnitts der Pulverschicht einen Strahl des Gauss-Typs und einen Strahl des Zylinderhuttyps. Der Ausdruck „Strahl des Gauss-Typs“, wie er hier verwendet wird, steht für einen Strahl, der eine relativ höhere Bestrahlungsenergiedichte in der Richtung eines zentralen Bereichs des Strahls aufweist und der auch eine relativ kleinere Bestrahlungsenergiedichte in der Richtung eines Außenbereichs des Strahls in einer Draufsicht von oben aufweist, wobei der Außenbereich des Strahls einem Bereich außerhalb des zentralen Bereichs des Strahls entspricht. Andererseits steht der Ausdruck „Strahl des Zylinderhuttyps“, wie er hier verwendet wird, für einen Strahl, der eine im Wesentlichen einheitliche, relativ mittlere Bestrahlungsenergiedichte über einem gesamten Bereich aufweist. Der Ausdruck „relativ mittlere Bestrahlungsenergiedichte“, wie er hier verwendet wird, steht für einen Wert, der im Wesentlichen zwischen der relativ größeren Bestrahlungsenergiedichte und der relativ kleineren Bestrahlungsenergiedichte in dem Strahl des Gauss-Typs liegt.
In dieser Ausführungsform ist es bevorzugt, den Teilstrahl des Zylinderhuttyps als Teilstrahl für eine Bestrahlung des vorgegebenen Abschnitts der Pulverschicht zu verwenden. In dem Fall der Verwendung des Teilstrahls des Zylinderhuttyps weist der Außenbereich des Teilstrahls des Zylinderhuttyps im Wesentlichen dieselbe vorgegebene Bestrahlungsenergiedichte auf als diejenige des zentralen Bereichs des Teilstrahls des Zylinderhuttyps. Folglich kann in einem Fall, bei dem eine Bestrahlung mit dem Teilstrahl durchgeführt wird, bevor der vorgegebene Abschnitt der Pulverschicht mit dem Hauptstrahl bestrahlt wird, nicht nur das Pulver in dem zentralen Bereich des Teilstrahl-bestrahlten Bereichs, bei dem eine Bestrahlung mit dem Teilstrahl durchgeführt wird, sondern auch das Pulver in dem Außenbereich des Teilstrahl-bestrahlten Bereichs, bei dem eine Bestrahlung mit dem Teilstrahl durchgeführt wird, im Vorhinein bei einem besser geeigneten Schmelzezustand vorliegen. Der besser geeignete Schmelzezustand ermöglicht es, das Pulver in einer besser geeigneten Weise um den Teilstrahl-bestrahlten Bereich in den Teilstrahl-bestrahlten Bereich zu bewegen.
Folglich kann bei einer späteren Bestrahlung des vorgegebenen Abschnitts der Pulverschicht mit dem Hauptstrahl eine Bewegung des Pulvers in den Hauptstrahl-bestrahlten Bereich, bei dem eine Bestrahlung mit dem Hauptstrahl durchgeführt wird, in einer besser geeigneten Weise verhindert werden. Das besser geeignete Verhindern der Bewegung des Pulvers in den Hauptstrahl-bestrahlten Bereich ermöglicht ein besser geeignetes Verhindern einer Zunahme des Pulvers an dem Hauptstrahl-bestrahlten Bereich, wodurch die Bestrahlungswärmeenergie des Hauptstrahls dem Basismaterial in einer besser geeigneten Weise zugeführt werden kann. Folglich können das Pulver in dem Hauptstrahl-bestrahlten Bereich und das Basismaterial in einer besser geeigneten Weise in einem Schmelzezustand vorliegen und folglich kann ein besser geeigneter neuer verfestigter Abschnitt (d.h., ein Zusammensetzungselement einer neuen verfestigten Schicht) erhalten werden.
Ferner kann ohne Beschränkung auf die vorstehende Ausführungsform gemäß einer Ausführungsform ein Bestrahlungstyp des Hauptstrahls für die Bestrahlung des vorgegebenen Abschnitts der Pulverschicht ebenfalls geändert werden.
In dieser Ausführungsform ist es bevorzugt, einen Teilstrahl des Zylinderhuttyps als Teilstrahl für eine Bestrahlung des vorgegebenen Abschnitts der Pulverschicht zu verwenden und auch einen Hauptstrahl des Zylinderhuttyps als Hauptstrahl für eine Bestrahlung des vorgegebenen Abschnitts der Pulverschicht zu verwenden.
Wie es vorstehend beschrieben worden ist, weist in einem Fall der Verwendung des Teilstrahl des Zylinderhuttyps der Außenbereich des Teilstrahls des Zylinderhuttyps im Wesentlichen dieselbe vorgegebene Bestrahlungsenergiedichte auf wie der zentrale Bereich des Teilstrahls des Zylinderhuttyps. Folglich kann nicht nur das Pulver in dem zentralen Bereich des Teilstrahl-bestrahlten Bereichs, sondern auch das Pulver in dem Außenbereich des Teilstrahl-bestrahlten Bereichs im Vorhinein in einem besser geeigneten Schmelzezustand vorliegen. Der besser geeignete Schmelzezustand ermöglicht es, das Pulver in einer besser geeigneten Weise um den Teilstrahl-bestrahlten Bereich in den Teilstrahl-bestrahlten Bereich zu bewegen.
Ferner weist in dem Fall der Verwendung eines Hauptstrahls des Zylinderhuttyps ein Außenbereich des Hauptstrahls des Zylinderhuttyps im Wesentlichen dieselbe vorgegebene Bestrahlungsenergiedichte auf wie diejenige des zentralen Bereichs des Hauptstrahls des Zylinderhuttyps. Folglich kann nicht nur das Pulver in dem zentralen Bereich des Hauptstrahl-bestrahlten Bereichs, sondern auch das Pulver in dem Außenbereich des Hauptstrahl-bestrahlten Bereichs im Vorhinein in einem besser geeigneten Schmelzezustand vorliegen. Dies bedeutet, dass die gesamten Pulver in dem Hauptstrahl-bestrahlten Bereich in einer besser geeigneten Weise im Wesentlichen in demselben Schmelzezustand vorliegen können. Aufgrund des besser geeigneten, im Wesentlichen identischen Schmelzezustands der gesamten Pulver in dem Hauptstrahl-bestrahlten Bereich kann ein besser geeigneter neuer verfestigter Abschnitt (d.h., ein Zusammensetzungselement einer neuen verfestigten Schicht) erhalten werden.
Gemäß einer Ausführungsform ist es bevorzugt, eine Bestrahlung mit dem Hauptstrahl und dem Teilstrahl unter Verwendung einer Lichtstrahlbestrahlungseinrichtung mit einem DOE (optischen Beugungselement („Diffractive Optical Element“)) durchzuführen.
Wie es vorstehend beschrieben worden ist, weist eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung das Merkmal auf, dass der vorgegebene Abschnitt der Pulverschicht 22 (beispielsweise die Pulverschicht 22 auf der verfestigten Schicht 24) im Hinblick auf das Verhindern der Bewegung des Pulvers um den bestrahlten Bereich in den bestrahlten Bereich mit dem Hauptstrahl L₂ und dem Teilstrahl L₁ bestrahlt wird. In einer Ausführungsform, wie sie in der 6A gezeigt ist, ist es bevorzugt, dass eine Bestrahlung des Hauptstrahls L₂ und des Teilstrahls L₁ durch eine Lichtstrahlbestrahlungseinrichtung 3X mit einem DOE (optischen Beugungselement („Diffractive Optical Element“)) durchgeführt wird. Das DOE ist ein optisches Element, auf dem auf einer optischen Oberfläche unter Nutzung eines Beugungsphänomens eine feine Gitterform ausgebildet ist. Das DOE, das jedwede optionale Rillenform, -tiefe, -abstand und dergleichen aufweist, ermöglicht die Bildung einer Mehrzahl von verzweigten Lichtstrahlen, die jeweils einen optischen Pfad und eine Lichtintensität auf der Basis eines einzelnen Laserstrahls aufweisen. Insbesondere kann bei der Verwendung des DOE die Mehrzahl der verzweigten Lichtstrahlen unter Verwendung nur der Lichtstrahlbestrahlungseinrichtung 3X gebildet werden. Es gibt kein Erfordernis, eine Mehrzahl von Laservorrichtungen zur Bildung des Hauptstrahls und des Teilstrahls gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zu verwenden. Demgemäß kann das fehlende Erfordernis, die Mehrzahl von Laservorrichtungen zu verwenden, zu einer Vereinfachung eines Vorrichtungsaufbaus zur Herstellung eines gewünschten dreidimensionalen Formgegenstands und auch zu einer Senkung der Vorrichtungskosten beitragen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann eine Bestrahlung mit dem Teilstrahl unter Verwendung einer ersten Lichtstrahlbestrahlungseinrichtung, die das DOE aufweist, durchgeführt werden, und eine Bestrahlung mit dem Hauptstrahl kann unter Verwendung einer zweiten Lichtstrahlbestrahlungseinrichtung ohne DOE durchgeführt werden.
Insbesondere kann in dieser Ausführungsform die Bestrahlung mit dem Teilstrahl L₁ unter Verwendung einer ersten Lichtstrahlbestrahlungseinrichtung 3A, die das DOE aufweist, durchgeführt werden, wogegen die Bestrahlung mit dem Hauptstrahl L₂ durch die Verwendung einer zweiten Lichtstrahlbestrahlungseinrichtung 3B mit einem Lichtstrahlerzeuger 30B und einem Galvanometerspiegel 31B, wie es in der 6B gezeigt ist, durchgeführt werden kann. In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gibt es einen Fall, bei dem eine Mehrzahl von Teilstrahlen L₁ im Hinblick auf das Verhindern der Bewegung des Pulvers um den bestrahlten Bereich in den bestrahlten Bereich verwendet werden kann. Unter Berücksichtigung dieses Falls kann die einzelne erste Lichtstrahlbestrahlungseinrichtung 3A mit dem DOE verwendet werden. Folglich ermöglicht die Verwendung nur der einzelnen ersten Lichtstrahlbestrahlungseinrichtung 3A die Bildung mindestens einer Mehrzahl von verzweigten Lichtstrahlen, d.h., einer Mehrzahl von Teilstrahlen L₁ .
Ohne Beschränkung auf die vorstehende Ausführungsform können in einer weiteren Ausführungsform Bestrahlungen mit dem Hauptstrahl und dem Teilstrahl unter Verwendung einer dritten Lichtstrahlbestrahlungseinrichtung ohne DOE und einer vierten Lichtstrahlbestrahlungseinrichtung ohne DOE durchgeführt werden. Insbesondere kann in dieser Ausführungsform eine Bestrahlung mit dem Teilstrahl L₁ unter Verwendung einer dritten Lichtstrahlbestrahlungseinrichtung 3C mit einem Lichtstrahlerzeuger 30C und einem Galvanometerspiegel 31C durchgeführt werden, wie es in der 6C gezeigt ist. Entsprechend kann eine Bestrahlung mit dem Hauptstrahl L₂ unter Verwendung einer vierten Lichtstrahlbestrahlungseinrichtung 3D mit einem Lichtstrahlerzeuger 30D und einem Galvanometerspiegel 31D durchgeführt werden, wie es in der 6C gezeigt ist.
Obwohl vorstehend einige Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben worden sind, handelt es sich dabei lediglich um typische Beispiele innerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung. Demgemäß ist die vorliegende Erfindung nicht auf die vorstehenden Ausführungsformen beschränkt. Einem Fachmann ist klar, dass verschiedene Modifizierungen möglich sind. Beispielsweise können der Hauptstrahl und der Teilstrahl, die vorstehend beschrieben worden sind, gleichzeitig verwendet werden. D.h., bei der Verwendung des Hauptstrahls kann der Teilstrahl damit verwendet werden. Ohne darauf beschränkt zu sein, können der Hauptstrahl und der Teilstrahl, wie es vorstehend beschrieben worden ist, getrennt, d.h., zu verschiedenen Zeitpunkten, verwendet werden.
GEWERBLICHE ANWENDBARKEIT
Das Herstellungsverfahren des dreidimensionalen Formgegenstands gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann verschiedene Arten von Gegenständen bereitstellen. Beispielsweise in einem Fall, bei dem die Pulverschicht eine Metallpulverschicht (d.h., eine anorganische Pulverschicht) ist und folglich die verfestigte Schicht einer gesinterten Schicht entspricht, kann der dreidimensionale Formgegenstand, der durch eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erhalten wird, als Formwerkzeug für ein Kunststoffspritzgießen, ein Formpressen, ein Druckgießen, ein Gießen oder ein Schmieden verwendet werden. Andererseits kann in einem Fall, bei dem die Pulverschicht eine Harzpulverschicht (d.h., eine organische Pulverschicht) ist und folglich die verfestigte Schicht einer ausgehärteten Schicht entspricht, der dreidimensionale Formgegenstand, der durch eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erhalten wird, als Harzformprodukt verwendet werden.
QUERVERWEIS AUF VERWANDTE PATENTANMELDUNG
Die vorliegende Anmeldung beansprucht das Prioritätsrecht der japanischen Patentanmeldung Nr. 2016-224257 (eingereicht am 17. November 2016, Bezeichnung der Erfindung: „VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG EINES DREIDIMENSIONALEN FORMGEGENSTANDS“), deren Offenbarung unter Bezugnahme hierin einbezogen ist.
Bezugszeichenliste

19: Pulver
22: Pulverschicht
24: Verfestigte Schicht
24b: Kontur der verfestigten Schicht
60: Abtastmittellinie
80: Virtuelle Kontur
100: Dreidimensionaler Formgegenstand
L: Lichtstrahl
L₂: Hauptstrahl
L₁: Teilstrahl
L₁₁: Erster Teilstrahl
L₁₂: Zweiter Teilstrahl

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 2016224257 [0084]

Claims

Verfahren zur Herstellung eines dreidimensionalen Formgegenstands durch abwechselndes Wiederholen des Bildens einer Pulverschicht und des Bildens einer verfestigten Schicht, wobei das Wiederholen umfasst: (i) Bilden einer verfestigten Schicht durch Bestrahlen eines vorgegebenen Abschnitts einer Pulverschicht mit einem Lichtstrahl, wodurch ein Sintern des Pulvers in dem vorgegebenen Abschnitt oder ein Schmelzen und anschließendes Erstarren des Pulvers ermöglicht werden; und (ii) Bilden einer weiteren verfestigten Schicht durch Bilden einer neuen Pulverschicht auf der gebildeten verfestigten Schicht, gefolgt von einer Bestrahlung eines vorgegebenen Abschnitts der neu gebildeten Pulverschicht mit dem Lichtstrahl, wobei ein Hauptstrahl und ein Teilstrahl als Lichtstrahl verwendet werden, wobei der Hauptstrahl eine Bestrahlungsenergiedichte aufweist, die den vorgegebenen Abschnitt der Pulverschicht und die verfestigte Schicht, die sich unterhalb des vorgegebenen Abschnitts befindet, schmelzen kann, wobei der Teilstrahl eine Bestrahlungsenergiedichte aufweist, die nur den vorgegebenen Abschnitt schmelzen kann, und wobei der vorgegebene Abschnitt mit dem Teilstrahl vor einer Bestrahlung des vorgegebenen Abschnitts mit dem Hauptstrahl bestrahlt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Hauptstrahl eine Bestrahlungsenergiedichte aufweist, die relativ größer ist als diejenige des Teilstrahls, und bei dem der Teilstrahl eine Bestrahlungsenergiedichte aufweist, die relativ kleiner ist als diejenige des Hauptstrahls.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Bestrahlung mit dem Teilstrahl bewirkt, dass nur das Pulver an dem vorgegebenen Abschnitt im Vorhinein vor der Bestrahlung mit dem Hauptstrahl geschmolzen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem eine Mehrzahl von Stellen mit dem Teilstrahl bestrahlt wird, wobei die Mehrzahl der Stellen über eine Abtastmittellinie des Hauptstrahls einander gegenüberliegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem eine Stelle distal zu einer Abtastmittellinie des Hauptstrahls mit dem Teilstrahl auf der Basis einer virtuellen Kontur, die eine Kontur der verfestigten Schicht sein soll, bestrahlt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem eine diskontinuierliche bzw. intermittierende Bestrahlung des vorgegebenen Abschnitts mit dem Teilstrahl durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem der Hauptstrahl und der Teilstrahl an dem vorgegebenen Abschnitt miteinander in Kontakt gebracht werden.