JP2001064738A - Three-dimensional free molding method and three- dimensional free molding device - Google Patents
Three-dimensional free molding method and three- dimensional free molding deviceInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、三次元自由造形方
法および三次元自由造形装置に関し、更に詳しくは、燃
焼合成反応による反応生成物から実質的に構成される三
次元形状物を造形するための方法および装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a three-dimensional free-formation method and a three-dimensional free-formation apparatus, and more particularly to a three-dimensional free-formation device for forming a three-dimensional shape substantially composed of a reaction product of a combustion synthesis reaction. Method and apparatus.
【０００２】[0002]
【従来の技術】次世代の自動車・船舶・航空宇宙機器な
どの輸送機関またはエネルギプラントの熱機関などに適
用される構造材料には、軽量で、良好な耐熱性を有して
いることが必要とされる。このような要件を具備する材
料として、アルミナイド系の金属間化合物が知られてお
り、当該金属間化合物について、組成・組織の最適化・
高性能化や所望の三次元形状物を得るための加工方法な
ど実用化に向けた研究が各国で行われている。例えば、
ＮｉＡｌやＴｉＡｌなどの金属間化合物においては、８
００〜１２００℃の高温環境下で使用できる耐熱性材料
として、エンジン部品や宇宙航空機機体部品などへの応
用を目指した開発が行われている。従来、金属間化合物
からなる三次元形状物は、鋳造法、鋳造物の塑性加工や
機械加工、あるいは粉末冶金法により製造されている。2. Description of the Related Art Structural materials used for transportation of next-generation automobiles, ships, aerospace equipment, etc. or heat engines of energy plants, etc., need to be lightweight and have good heat resistance. It is said. As a material satisfying such requirements, an aluminide-based intermetallic compound is known.
Researches for practical applications such as high performance and a processing method for obtaining a desired three-dimensional shape have been conducted in various countries. For example,
For intermetallic compounds such as NiAl and TiAl, 8
As a heat-resistant material that can be used in a high-temperature environment of 00 to 1200 ° C., development for application to engine parts, space aircraft body parts, and the like has been performed. Conventionally, three-dimensional objects made of an intermetallic compound are manufactured by a casting method, plastic working or machining of a casting, or a powder metallurgy method.
【０００３】しかしながら、金属間化合物は延性が小さ
くて加工がきわめて困難であり、かかる金属間化合物の
成形加工には、煩雑な工程と多くのエネルギが必要とな
る。このため、金属間化合物および当該金属間化合物の
原料となる金属粉末の組成・組織の改質方法、溶解鋳造
・鍛造・延伸などの塑性加工法を応用する開発が行われ
てきているが、所望の三次元形状物を得るための加工方
法などは未だ確立されていない。However, the intermetallic compound has low ductility and is extremely difficult to process, and the forming process of such an intermetallic compound requires a complicated process and a lot of energy. For this reason, the development of applying a plastic working method such as a method of modifying the composition and structure of the intermetallic compound and the metal powder used as a raw material of the intermetallic compound and melting casting, forging and stretching has been performed. A processing method for obtaining a three-dimensional object has not yet been established.
【０００４】上記のような問題に対し、金属間化合物か
らなる三次元模型を光造形法により作製することが試み
られ、光（レーザ）照射による加熱と、燃焼合成反応に
よる反応熱とを併用する実験が紹介されている〔紙谷、
山田、丸谷：「燃焼合成反応を援用したセラミック模型
のレーザー造形」（第１６回ラピッド・プロトタイピン
グ・シンポジウム予稿集，第８１頁〜第８４頁（１９９
５．５））〕。[0004] In order to solve the above problems, it has been attempted to produce a three-dimensional model made of an intermetallic compound by stereolithography, in which heating by light (laser) irradiation and reaction heat by a combustion synthesis reaction are used in combination. The experiment is introduced [Kamiya,
Yamada, Marutani: "Laser modeling of ceramic models using combustion synthesis reaction" (Proceedings of the 16th Rapid Prototyping Symposium, pp. 81-84 (199)
5.5))).
【０００５】この試みは、燃焼合成反応しうる１種以上
の粉末状物質を堆積して材料層を形成し、この層の表面
に選択的に光照射することにより、光照射領域において
燃焼合成反応を生じさせ、この反応生成物を含有する生
成層を積層形成するものである。[0005] This approach is to form a material layer by depositing at least one powdery substance capable of combustion synthesis reaction, and selectively irradiate the surface of this layer with light, so that the combustion synthesis reaction is performed in the light irradiation area. Is formed, and a production layer containing this reaction product is formed by lamination.
【０００６】しかしながら、上記の報告においては、燃
焼合成反応による発熱量の制御が困難であり、熱暴走に
よって光照射領域以外でも燃焼合成反応が生じるなど、
この結果、所望の形状の造形物を得ることは困難であ
る。However, in the above report, it is difficult to control the amount of heat generated by the combustion synthesis reaction, and the combustion synthesis reaction occurs outside the light irradiation region due to thermal runaway.
As a result, it is difficult to obtain a model having a desired shape.
【０００７】[0007]
【発明が解決しようとする課題】本発明は、以上のよう
な事情に基いてなされたものである。本発明の第１の目
的は、金属間化合物からなる三次元形状物を少ないエネ
ルギによって短時間で造形することができる新規な造形
方法を提供することにある。本発明の第２の目的は、金
属間化合物からなる三次元形状物が複雑な形状を有する
ものであっても、短時間で確実に造形することができる
造形方法を提供することにある。本発明の第３の目的
は、上記の造形方法を確実に実施することができる造形
装置を提供することにある。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made based on the above circumstances. A first object of the present invention is to provide a novel molding method capable of molding a three-dimensional object made of an intermetallic compound in a short time with little energy. A second object of the present invention is to provide a molding method capable of reliably molding in a short time even if a three-dimensional object made of an intermetallic compound has a complicated shape. A third object of the present invention is to provide a molding apparatus capable of reliably performing the above-described molding method.
【０００８】[0008]
【課題を解決するための手段】請求項１に係る三次元自
由造形方法は、燃焼合成反応による反応生成物を含有す
る生成層を積層する工程を含むことを特徴とする。According to a first aspect of the present invention, there is provided a three-dimensional free molding method including a step of laminating a production layer containing a reaction product by a combustion synthesis reaction.
【０００９】請求項２に係る三次元自由造形方法は、第
１の材料を堆積して形成された材料層（ｎ）の表面に、
第２の材料を選択的に吐出することにより、吐出領域に
おいて第１の材料と第２の材料との燃焼合成反応を生じ
させ、この反応生成物を含有する生成層（ｎ）を形成す
る工程と、この生成層（ｎ）の表面を含む平面上に、第
１の材料を堆積して材料層（ｎ＋１）を形成するととも
に、この材料層（ｎ＋１）の表面に、第２の材料を選択
的に吐出することにより、吐出領域において第１の材料
と第２の材料との燃焼合成反応を生じさせ、この反応生
成物を含有する生成層（ｎ＋１）を積層形成する工程と
を含むことを特徴とする。ここに、「生成層（ｎ）の表
面を含む平面」とは、生成層（ｎ）の表面と、材料層
（ｎ）の残留部分の表面とからなる平面（Ｘ−Ｙ平面）
をいうものとする。In the three-dimensional free molding method according to claim 2, the surface of the material layer (n) formed by depositing the first material is
A step of causing a combustion synthesis reaction between the first material and the second material in the discharge region by selectively discharging the second material, and forming a generation layer (n) containing the reaction product; Forming a material layer (n + 1) by depositing a first material on a plane including the surface of the generation layer (n), and selecting a second material on the surface of the material layer (n + 1). Causing a combustion synthesis reaction between the first material and the second material in the discharge region, and forming a production layer (n + 1) containing the reaction product in a stacked manner. Features. Here, the “plane including the surface of the generation layer (n)” refers to a plane (XY plane) including the surface of the generation layer (n) and the surface of the remaining portion of the material layer (n).
Shall be referred to.
【００１０】請求項３に係る三次元自由造形方法は、請
求項２に記載の三次元自由造形方法であって、前記第１
の材料が粉末状であり、前記第２の材料が溶融状態で吐
出されることを特徴とする。請求項４に係る三次元自由
造形方法は、請求項１乃至請求項３の何れかに記載の三
次元自由造形方法であって、前記反応生成物中に、チタ
ン、ニッケル、アルミニウム、マグネシウム、バナジウ
ム、モリブデン、コバルト、鉄、銅、タングステン、ク
ロム、マンガン、ニオブ、タンタル、ジルコニウム、ハ
フニウム、インジウム、スズ、アンチモン、セレン、テ
ルル、ビスマス、ゲルマニウム、ケイ素、炭素、ホウ
素、硫黄、リンおよび窒素からなる群より選ばれた少な
くとも１種の元素が含有されていることを特徴とする。
請求項５に係る三次元自由造形方法は、請求項２乃至請
求項４の何れかに記載の三次元自由造形方法であって、
前記第１の材料および前記第２の材料の少なくとも一方
が、複数の物質の混合物から構成されていることを特徴
とする。請求項６に係る三次元自由造形方法は、請求項
５に記載の三次元自由造形方法であって、前記複数の物
質の少なくとも１種の存在量が部分的に異なるように三
次元形状物を造形することを特徴とする。請求項７に係
る三次元自由造形方法は、請求項５に記載の三次元自由
造形方法であって、前記複数の物質の少なくとも１種の
存在量が、Ｘ方向、Ｙ方向およびＺ方向の少なくとも一
方向において連続的または段階的に変化するように三次
元形状物を造形することを特徴とする。A three-dimensional free modeling method according to a third aspect is the three-dimensional free modeling method according to the second aspect, wherein the first
Is a powdery material, and the second material is discharged in a molten state. A three-dimensional free modeling method according to claim 4 is the three-dimensional free modeling method according to any one of claims 1 to 3, wherein titanium, nickel, aluminum, magnesium, and vanadium are contained in the reaction product. Consists of, molybdenum, cobalt, iron, copper, tungsten, chromium, manganese, niobium, tantalum, zirconium, hafnium, indium, tin, antimony, selenium, tellurium, bismuth, germanium, silicon, carbon, boron, sulfur, phosphorus and nitrogen It is characterized by containing at least one element selected from the group.
A three-dimensional free modeling method according to claim 5 is the three-dimensional free modeling method according to any one of claims 2 to 4,
At least one of the first material and the second material is composed of a mixture of a plurality of substances. The three-dimensional free-formation method according to claim 6 is the three-dimensional free-formation method according to claim 5, wherein the three-dimensionally shaped object is formed such that at least one of the plurality of substances has a partially different abundance. It is characterized by being shaped. The three-dimensional free modeling method according to claim 7 is the three-dimensional free modeling method according to claim 5, wherein the abundance of at least one of the plurality of substances is at least one of an X direction, a Y direction, and a Z direction. A three-dimensional object is formed so as to change continuously or stepwise in one direction.
【００１１】請求項８に係る三次元自由造形装置は、請
求項２乃至請求項７の何れかに記載の造形方法を実施す
るための三次元自由造形装置であって、造形物を載置す
るための造形台（１０）と、この造形台（１０）の上方
に配置され、当該造形台（１０）の表面または造形過程
における生成層の表面を含む平面（生成層の表面および
残留する材料層の表面）上に第１の材料を堆積して材料
層を形成するための堆積部（２０）と、前記造形台（１
０）の上方に配置され、前記材料層の表面に第２の材料
を選択的に吐出するための吐出部（３０）とを備えてい
ることを特徴とする。An eight-dimensional free-formation apparatus according to an eighth aspect is a three-dimensional free-formation apparatus for performing the modeling method according to any one of the second to seventh aspects, on which the object is placed. Table (10), and a plane disposed above the modeling table (10) and including the surface of the modeling table (10) or the surface of the generation layer in the molding process (the surface of the generation layer and the remaining material layer). A depositing section (20) for depositing a first material on the surface of the molding table to form a material layer;
And a discharge portion (30) for selectively discharging the second material on the surface of the material layer.
【００１２】請求項９に係る三次元自由造形装置は、請
求項８に記載の三次元自由造形装置であって、前記造形
台（１０）がＺ方向に移動可能であり、前記堆積部（２
０）がＸ方向および／またはＹ方向に移動可能であり、
前記吐出部（３０）がＸ方向およびＹ方向に移動可能で
あることを特徴とする。請求項１０に係る三次元自由造
形装置は、請求項８に記載の三次元自由造形装置であっ
て、前記造形台（１０）が固定され、前記堆積部（２
０）がＸ方向および／またはＹ方向に移動可能であり、
前記吐出部（３０）がＸ方向およびＹ方向およびＺ方向
に移動可能であることを特徴とする。また、前記堆積部
（２０）がＺ方向に移動可能であってもよい。A three-dimensional free-formation apparatus according to a ninth aspect is the three-dimensional free-formation apparatus according to the eighth aspect, wherein the modeling table (10) is movable in the Z direction, and
0) is movable in the X and / or Y directions,
The discharge section (30) is movable in the X direction and the Y direction. The three-dimensional free modeling apparatus according to claim 10 is the three-dimensional free modeling apparatus according to claim 8, wherein the modeling table (10) is fixed, and the stacking unit (2) is fixed.
0) is movable in the X and / or Y directions,
The discharge unit (30) is movable in the X direction, the Y direction, and the Z direction. Further, the deposition section (20) may be movable in the Z direction.
【００１３】請求項１１に係る三次元自由造形装置は、
請求項８乃至請求項１０の何れかに記載の三次元自由造
形装置であって、前記造形台（１０）、前記堆積部（２
０）および前記吐出部（３０）を収容する容器（４０）
と、この容器（４０）内を加熱する熱源（４１）と、前
記容器（４０）内を真空状態とするための排気手段（４
２）とを備えていることを特徴とする。請求項１２に係
る三次元自由造形装置は、請求項８乃至請求項１０の何
れかに記載の三次元自由造形装置であって、前記造形台
（１０）、前記堆積部（２０）および前記吐出部（３
０）を収容する容器（４０）と、この容器（４０）内を
加熱する熱源（４１）と、前記容器（４０）内の雰囲気
ガスを循環させるガス循環手段（４３）とを備えている
ことを特徴とする。請求項１３に係る三次元自由造形装
置は、請求項８乃至請求項１２の何れかに記載の三次元
自由造形装置であって、造形台（１０）の動作、吐出部
（３０）の動作、堆積部（２０）の動作および造形環境
を制御することのできる制御手段（５０）を備えている
ことを特徴とする。[0013] A three-dimensional free molding apparatus according to claim 11 is:
The three-dimensional free modeling apparatus according to any one of claims 8 to 10, wherein the modeling table (10) and the stacking unit (2) are provided.
0) and a container (40) containing said discharge section (30)
A heat source (41) for heating the inside of the container (40); and an exhaust means (4) for evacuating the inside of the container (40).
2). A three-dimensional free modeling apparatus according to claim 12 is the three-dimensional free modeling apparatus according to any one of claims 8 to 10, wherein the modeling table (10), the deposition unit (20), and the discharge. Department (3
0), a heat source (41) for heating the inside of the container (40), and gas circulating means (43) for circulating the atmosphere gas in the container (40). It is characterized by. A three-dimensional free modeling apparatus according to claim 13 is the three-dimensional free modeling apparatus according to any one of claims 8 to 12, wherein the operation of the modeling table (10), the operation of the discharge unit (30), It is characterized by comprising a control means (50) capable of controlling the operation of the deposition section (20) and the modeling environment.
【００１４】請求項１４に係る三次元自由造形装置は、
請求項８乃至請求項１３の何れかに記載の三次元自由造
形装置であって、前記堆積部（２０）が、燃焼合成反応
に関与する第１の材料と、燃焼合成反応に関与しない第
３の材料との混合物を堆積して材料層を形成することを
特徴とする。請求項１５に係る三次元自由造形装置は、
請求項８乃至請求項１３の何れかに記載の三次元自由造
形装置であって、前記吐出部（３０）が、燃焼合成反応
に関与する第２の材料と、燃焼合成反応に関与しない第
３の材料との混合物を選択的に吐出することを特徴とす
る。A three-dimensional free-formation apparatus according to claim 14 is
The three-dimensional free-formation apparatus according to any one of claims 8 to 13, wherein the deposition unit (20) is configured to include a first material that participates in a combustion synthesis reaction and a third material that does not participate in a combustion synthesis reaction. And depositing a mixture with the above material to form a material layer. The three-dimensional free-formation device according to claim 15,
The three-dimensional free-form apparatus according to any one of claims 8 to 13, wherein the discharge unit (30) is configured to include a second material that participates in a combustion synthesis reaction and a third material that does not participate in a combustion synthesis reaction. And selectively discharging a mixture with the above material.
【００１５】請求項１６に係る三次元自由造形装置は、
請求項８乃至請求項１３の何れかに記載の三次元自由造
形装置であって、前記造形台（１０）の上方に配置さ
れ、当該造形台（１０）の表面または造形過程における
生成層の表面を含む平面上に任意の材料を堆積すること
により、当該任意の材料と、前記堆積部（２０）により
堆積される第１の材料との混合物からなる材料層を形成
するための第２の堆積部（２６）を備えていることを特
徴とする。請求項１７に係る三次元自由造形装置は、請
求項１６に記載の三次元自由造形装置であって、前記第
２の堆積部（２６）により堆積される任意の材料が、前
記堆積部（２０）により堆積される第１の材料の構成物
質とは異なる、燃焼合成反応に関与する物質からなる材
料（第１の材料）であることを特徴とする。請求項１８
に係る三次元自由造形装置は、請求項１６に記載の三次
元自由造形装置であって、前記第２の堆積部（２６）に
より任意の材料が、燃焼合成反応に関与しない第３の材
料であることを特徴とする。A three-dimensional free-formation apparatus according to claim 16 is
The three-dimensional free modeling apparatus according to any one of claims 8 to 13, wherein the three-dimensional free modeling apparatus is disposed above the modeling table (10), and a surface of the modeling table (10) or a surface of a generation layer in a modeling process. Depositing an arbitrary material on a plane including a second material to form a material layer composed of a mixture of the arbitrary material and the first material deposited by the deposition unit (20). (26). The three-dimensional free-form modeling apparatus according to claim 17 is the three-dimensional free-form modeling apparatus according to claim 16, wherein any material deposited by the second deposition unit (26) is deposited on the deposition unit (20). ) Is a material (first material) composed of a substance involved in the combustion synthesis reaction, which is different from the constituent material of the first material deposited according to the above (1). Claim 18
The three-dimensional free-formation apparatus according to claim 3, wherein the second deposition unit (26) allows any material to be a third material that does not participate in a combustion synthesis reaction. There is a feature.
【００１６】請求項１９に係る三次元自由造形装置は、
請求項２乃至請求項８の何れかに記載の三次元自由造形
方法を実施するための三次元自由造形装置であって、中
心軸（１００）の周りに回転可能な造形台（２１０）
と、この造形台（２１０）の上方に配置され、任意の材
料を堆積して材料層を形成するための堆積部（２２０）
と、前記造形台（２１０）の上方に配置され、前記材料
層の表面に任意の材料を選択的に吐出するための吐出部
（２３０）とを備えていることを特徴とする。請求項２
０に係る三次元自由造形装置は、請求項１９に記載の三
次元自由造形装置であって、前記造形台（２１０）が、
Ｚ方向に移動可能であり、前記堆積部（２２０）が、水
平面の一方向に移動可能であり、前記吐出部（２３０）
が、水平面の一方向に移動可能であることを特徴とす
る。請求項２１に係る三次元自由造形装置は、請求項１
９に記載の三次元自由造形装置であって、前記造形台
（２１０）が、Ｚ方向に固定され、前記堆積部（２２
０）が、水平面の一方向およびＺ方向に移動可能であ
り、前記吐出部（２３０）が、水平面の一方向およびＺ
方向に移動可能であることを特徴とする。The three-dimensional free-formation apparatus according to claim 19 is
A three-dimensional free-formation apparatus for performing the three-dimensional free-formation method according to any one of claims 2 to 8, wherein the shaping table (210) is rotatable around a central axis (100).
And a deposition unit (220) disposed above the modeling table (210) for depositing an arbitrary material to form a material layer.
And a discharge unit (230) disposed above the modeling table (210) for selectively discharging an arbitrary material onto the surface of the material layer. Claim 2
The three-dimensional free-formation apparatus according to claim 0, wherein the three-dimensional free-formation apparatus according to claim 19, wherein the modeling table (210) comprises:
The deposition unit (220) is movable in a Z direction, the deposition unit (220) is movable in one direction on a horizontal plane, and the ejection unit (230) is movable.
Can be moved in one direction of a horizontal plane. The three-dimensional free-formation apparatus according to claim 21 is the first embodiment.
9. The three-dimensional free-formation apparatus according to 9, wherein the modeling table (210) is fixed in a Z direction, and the deposition unit (22)
0) is movable in one direction of the horizontal plane and in the Z direction, and the discharge portion (230) is movable in one direction of the horizontal plane and the Z direction.
It is movable in the direction.
【００１７】[0017]
【発明の実施の形態】本発明の造形方法は、燃焼合成反
応による反応生成物を含有する生成層を逐次積層する工
程を含む点に特徴を有する。ここに、「反応生成物を含
有する生成層」とは、当該反応生成物から実質的に構成
される生成層をいうものとし、当該生成層中には、未反
応の材料（第１の材料および／または第２の材料）が僅
かに残留していてもよく、また、後述する第３の材料が
含有されていてもよい。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The molding method of the present invention is characterized in that it includes a step of successively stacking product layers containing reaction products obtained by a combustion synthesis reaction. Here, the “product layer containing a reaction product” refers to a product layer substantially composed of the reaction product, and an unreacted material (the first material) is contained in the product layer. And / or the second material) may slightly remain, or a third material described later may be contained.
【００１８】＜燃焼合成反応＞本発明の造形方法に適用
される「燃焼合成法」（Ｓｅｌｆ−Ｐｒｏｐａｇａｔｉ
ｎｇ Ｈｉｇｈ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｓｙｎｔｈ
ｅｓｉｓ，もしくはＣｏｍｂｕｓｔｉｏｎ Ｓｙｎｔｈ
ｅｓｉｓ）は、高い反応熱を伴って化合物の生成反応が
短時間に自発的に進行するプロセスであり、この燃焼合
成法によれば、高融点セラミックスや金属間化合物を容
易に合成することができる。燃焼合成の原理は、旧ソ連
のメルジャーノフ等によって１９６７年に発見され、そ
れ以降、理論的研究と応用への開発が進められている
（日本金属学会会報第３２巻第１２号８４５頁）。<Combustion Synthesis Reaction> The "combustion synthesis method" (Self-Propagati) applied to the molding method of the present invention.
ng High Temperature Synth
esis or Combustion Synth
esis) is a process in which a compound generation reaction proceeds spontaneously in a short time with high reaction heat. According to this combustion synthesis method, high melting point ceramics and intermetallic compounds can be easily synthesized. . The principle of combustion synthesis was discovered in 1967 by Merjanov of the former Soviet Union, and since then, theoretical research and development for application have been advanced (Journal of the Japan Institute of Metals, Vol. 32, No. 12, p. 845).
【００１９】燃焼合成反応を利用する本発明の造形方法
によれば、材料自体の反応熱を生成層の形成（燃焼合成
反応の伝播）に有効に利用することができるので、少な
い消費エネルギで三次元形状物の造形を確実に行うこと
ができる。ここに、燃焼合成反応による金属間化合物の
生成熱は１００ｋＪ／ｍｏｌ前後であり、化合時に１５
００〜２０００℃の発熱反応を伴うことにより、合成反
応が自発的に進行し、溶製法のように外部からの加熱を
必要としない。According to the molding method of the present invention utilizing the combustion synthesis reaction, the heat of reaction of the material itself can be effectively used for forming the formation layer (propagation of the combustion synthesis reaction), so that the tertiary cubic energy is consumed with little energy consumption. The molding of the original shape can be performed reliably. Here, the heat of formation of the intermetallic compound by the combustion synthesis reaction is around 100 kJ / mol, and 15
With the exothermic reaction at 00 to 2000 ° C., the synthesis reaction proceeds spontaneously and does not require external heating as in the melting method.
【００２０】三次元形状物を構成する反応生成物中に
は、チタン、ニッケル、アルミニウム、マグネシウム、
バナジウム、モリブデン、コバルト、鉄、銅、タングス
テン、クロム、マンガン、ニオブ、タンタル、ジルコニ
ウム、ハフニウム、インジウム、スズ、アンチモン、セ
レン、テルル、ビスマス、ゲルマニウム、ケイ素、炭
素、ホウ素、硫黄、リンおよび窒素からなる群より選ば
れた少なくとも１種の元素が含有されていることが好ま
しい。これらは、第１の材料または第２の材料に由来す
る物質、あるいは雰囲気ガスに由来する物質として導入
される。The reaction products constituting the three-dimensionally shaped product include titanium, nickel, aluminum, magnesium,
From vanadium, molybdenum, cobalt, iron, copper, tungsten, chromium, manganese, niobium, tantalum, zirconium, hafnium, indium, tin, antimony, selenium, tellurium, bismuth, germanium, silicon, carbon, boron, sulfur, phosphorus and nitrogen It is preferable that at least one element selected from the group be contained. These are introduced as a substance derived from the first material or the second material, or a substance derived from the atmospheric gas.
【００２１】＜積層造形法＞本発明の造形方法（積層造
形法）の一例を以下に示す。先ず、造形台（ステージ）
の表面に第１の材料を堆積して材料層（１）を形成する
とともに、この材料層（１）の表面に、ＣＡＤデータ
（スライスデータ）に従って、第２の材料を選択的に吐
出することにより、吐出領域において第１の材料と第２
の材料との燃焼合成反応を生じさせ、この反応生成物を
含有する生成層（１）を造形台上に形成する。<Lamination molding method> An example of the molding method (lamination molding method) of the present invention is shown below. First, the modeling table (stage)
Forming a material layer (1) by depositing a first material on the surface of the substrate, and selectively discharging a second material onto the surface of the material layer (1) according to CAD data (slice data). As a result, the first material and the second material
A combustion synthesis reaction with the material is caused, and a production layer (1) containing the reaction product is formed on a modeling table.
【００２２】次に、この生成層（１）の表面を含む平面
上に、第１の材料を堆積して材料層（２）を形成すると
ともに、この材料層（２）の表面に、ＣＡＤデータに従
って第２の材料を選択的に吐出することにより、吐出領
域において第１の材料と第２の材料との燃焼合成反応を
生じさせ、この反応生成物を含有する生成層（２）を積
層形成する。この生成層（２）は生成層（１）の表面に
強固に接合される。Next, a first material is deposited on a plane including the surface of the generated layer (1) to form a material layer (2), and the surface of the material layer (2) is provided with CAD data. Selectively discharges the second material according to the formula (1), thereby causing a combustion synthesis reaction between the first material and the second material in the discharge region, and forming a production layer (2) containing the reaction product in a stacked manner. I do. This generation layer (2) is firmly joined to the surface of the generation layer (1).
【００２３】次に、この生成層（２）の表面を含む平面
上に、第１の材料を堆積して材料層（３）を形成すると
ともに、この材料層（３）の表面に、ＣＡＤデータに従
って第２の材料を選択的に吐出することにより、吐出領
域において第１の材料と第２の材料との燃焼合成反応を
生じさせ、この反応生成物を含有する生成層（３）を積
層形成する。この生成層（３）は生成層（２）の表面に
強固に接合される。Next, a first material is deposited on a plane including the surface of the generation layer (2) to form a material layer (3), and the surface of the material layer (3) is provided with CAD data. Selectively discharges the second material according to the formula (1), thereby causing a combustion synthesis reaction between the first material and the second material in the discharge region, and forming a generation layer (3) containing the reaction product in a stacked manner. I do. This generation layer (3) is firmly joined to the surface of the generation layer (2).
【００２４】以下、同様に、生成層（ｎ）の積層を繰り
返すことにより、生成層間が強固に接合された積層体か
らなる三次元形状物を得ることができる。Similarly, by repeating the formation of the generation layer (n) in the same manner, a three-dimensional product composed of a laminate in which the generation layers are firmly joined can be obtained.
【００２５】本発明において、「吐出領域」とは、第２
の材料が吐出された位置を中心とする微小領域および当
該微小領域が連続する線状もしくは面状の領域（目的と
する三次元形状物の形状断面の一部分）をいい、前記微
小領域の径は１００μｍ〜１０ｍｍとされる。そして、
第１の材料および第２の材料が共に存在する当該吐出領
域内でのみ燃焼合成反応が起こることにより、熱暴走な
どの問題が生じることはなく、所望の形状の三次元形状
物を確実に造形することができる。本発明の造形方法に
おいて、生成層の厚さは、通常１００μｍ〜１０ｍｍと
され、好ましくは１００μｍ〜１ｍｍとされる。また、
積層回数としては、前記生成層の厚さおよび造形される
三次元形状物の高さによっても異なるが、例えば２〜
１，０００回とされ、第１の材料の堆積厚さを高さに応
じて或いは積層の途中で変えることにより、好ましくは
１０〜１００回程度とされる。In the present invention, the “ejection area” is defined as the second
And a linear or planar region (a part of the cross section of the target three-dimensional object) where the minute region is continuous, and the diameter of the minute region is It is 100 μm to 10 mm. And
Since the combustion synthesis reaction occurs only in the discharge region where both the first material and the second material are present, a problem such as thermal runaway does not occur, and a three-dimensional object having a desired shape is reliably formed. can do. In the shaping method of the present invention, the thickness of the generated layer is usually 100 μm to 10 mm, preferably 100 μm to 1 mm. Also,
The number of laminations varies depending on the thickness of the generation layer and the height of the three-dimensionally shaped object to be formed.
The number is set to 1,000 times, and preferably about 10 to 100 times by changing the deposition thickness of the first material depending on the height or during the lamination.
【００２６】造形台の表面または造形過程における生成
層の表面を含む平面上に堆積される第１の材料は、粉末
状態であっても、溶融状態であってもよいが、粉末状態
であることが好ましい。The first material deposited on the surface of the modeling table or the plane including the surface of the product layer in the modeling process may be in a powdered state or a molten state. Is preferred.
【００２７】また、第１の材料からなる材料層の表面に
選択的に吐出される第２の材料は、粉末状態で吐出され
ても、溶融状態で吐出されてもよいが、溶融状態で吐出
されることが好ましい。The second material selectively discharged onto the surface of the material layer made of the first material may be discharged in a powder state or a molten state, but may be discharged in a molten state. Is preferably performed.
【００２８】吐出領域内で金属間化合物を燃焼合成しな
がら三次元的に自由造形する本発明の造形方法によれ
ば、従来の方法（鋳造・鍛造、延伸などの加工法および
煩雑な工程を含む冶金的手法）では不可能であった金属
間化合物（高強度高融点材料）の緻密な自由造形を行う
ことが可能となる。According to the molding method of the present invention in which the intermetallic compound is three-dimensionally shaped while burning and synthesizing the intermetallic compound in the discharge region, conventional methods (including processing methods such as casting / forging and stretching and complicated steps) are included. It is possible to perform dense free-formation of intermetallic compounds (high-strength, high-melting-point materials), which was impossible with metallurgical techniques.
【００２９】アルミナイド系金属間化合物の燃焼合成の
一例としては、粒径５μｍのニッケル粉末（第１の材
料）を堆積して直径約１０ｍｍ、厚さ約６ｍｍの材料層
を形成し、当該材料層の表面に、６７０〜１２００℃の
温度で溶融状態とされたアルミニウムの液滴（第２の材
料）を、前記ニッケル粉末と等しいモル比率で滴下（吐
出）すると、吐出領域において前記ニッケル粉末と前記
溶融アルミニウムとの燃焼合成反応が生じ、反応生成物
として、粒状の金属間化合物が得られる。As an example of combustion synthesis of an aluminide-based intermetallic compound, nickel powder (first material) having a particle size of 5 μm is deposited to form a material layer having a diameter of about 10 mm and a thickness of about 6 mm. A droplet (second material) of aluminum in a molten state at a temperature of 670 to 1200 ° C. is dropped (discharged) at a molar ratio equal to that of the nickel powder on the surface of the substrate. A combustion synthesis reaction with the molten aluminum occurs, and a granular intermetallic compound is obtained as a reaction product.
【００３０】ここに、反応生成物である金属間化合物の
組成および気孔の残存性（空隙率）は、滴下される溶融
アルミニウムの温度に依存する。すなわち、溶融アルミ
ニウムの温度が８００℃以上であると、ニッケルとアル
ミニウムとが１：１のモル比率で結合された金属間化合
物（ＮｉＡｌ）が生成され、溶融アルミニウムの温度が
６７０〜７００℃であると、燃焼合成反応が不完全とな
り、ＮｉＡｌとともにＮｉ3 ＡｌやＮｉＡｌ3 などの金
属間化合物も生成される。なお、不完全反応の生成物で
あるＮｉ3 ＡｌやＮｉＡｌ3 などを含む化合物相を１２
００℃で２時間以上保持することにより、ＮｉＡｌの単
相を得ることができる。Here, the composition of the intermetallic compound, which is a reaction product, and the porosity (porosity) depend on the temperature of the molten aluminum dropped. That is, when the temperature of the molten aluminum is 800 ° C. or higher, an intermetallic compound (NiAl) in which nickel and aluminum are combined at a molar ratio of 1: 1 is generated, and the temperature of the molten aluminum is 670 to 700 ° C. Then, the combustion synthesis reaction becomes incomplete, and intermetallic compounds such as Ni 3 Al and NiAl 3 are generated together with NiAl. The compound phase containing Ni 3 Al, NiAl 3, etc., which are the products of the incomplete reaction, is
By holding at 00 ° C. for 2 hours or more, a single phase of NiAl can be obtained.
【００３１】一方、金属間化合物の気孔の残存性に着目
すると、溶融アルミニウムの温度が８００℃であるとき
に生成される金属間化合物（ＮｉＡｌの単相）の空隙率
は３５体積％であり、溶融アルミニウムの温度が１２０
０℃であるときに生成される金属間化合物（ＮｉＡｌの
単相）は、その密度が理論密度とほぼ等しく、空隙率は
無視できる程に小さくなる。On the other hand, focusing on the persistence of pores of the intermetallic compound, the porosity of the intermetallic compound (NiAl single phase) generated when the temperature of the molten aluminum is 800 ° C. is 35% by volume. The temperature of molten aluminum is 120
The density of the intermetallic compound (NiAl single phase) generated at 0 ° C. is almost equal to the theoretical density, and the porosity becomes negligibly small.
【００３２】なお、第１の材料としてチタン粉末を使用
することにより、ＴｉＡｌ系の金属間化合物（ＴｉＡ
ｌ，Ｔｉ3 Ａｌ，ＴｉＡｌ3 ）を含む三次元形状物を得
ることができる。By using titanium powder as the first material, TiAl-based intermetallic compound (TiA
( 3 , Ti 3 Al, TiAl 3 ).
【００３３】溶融アルミニウムと金属粉末との反応制御
に関して、反応域、生成相の密度、組織制御なども造形
特性の重要な因子となる。これらの制御には、溶融アル
ミニウムおよび造形台の温度、溶融アルミニウムの液滴
サイズ、滴下速度、金属粉末の粒子径との関係を最適化
し反応制御を行うことが好ましい。Regarding the control of the reaction between the molten aluminum and the metal powder, the reaction zone, the density of the formed phase, the control of the structure, and the like are also important factors for the molding characteristics. For these controls, it is preferable to perform the reaction control by optimizing the relationship among the temperature of the molten aluminum and the modeling table, the droplet size of the molten aluminum, the dropping speed, and the particle size of the metal powder.
【００３４】本発明の造形方法により得られる三次元形
状物は、金属間化合物に対する従来の方法（鋳造・鍛
造、延伸などの加工法および煩雑な工程を含む冶金的手
法）では、造形することが不可能またはきわめて困難で
あった複雑な形状を有する各種の製品（最終製品および
構成部品）に適用することができる。かかる製品として
は、硝子・セラミックス・プラスチックス・金属部品等
の金型、通気孔付きガスタービンプレード、耐熱ノズ
ル、高性能金属部品、耐食コーティング部品などを例示
することができる。The three-dimensional object obtained by the shaping method of the present invention can be shaped by a conventional method (a processing method such as casting / forging or stretching and a metallurgical method including complicated steps) for an intermetallic compound. It can be applied to various products (end products and components) having complicated shapes that have been impossible or extremely difficult. Examples of such products include dies such as glass, ceramics, plastics, and metal parts, gas turbine blades with vents, heat-resistant nozzles, high-performance metal parts, and corrosion-resistant coating parts.
【００３５】＜具体的な積層造形法＞本発明の造形方法
は、反応生成物を含有する生成層（ｎ）の表面を含む平
面上に、第１の材料を堆積して材料層（ｎ＋１）を形成
し、この材料層（ｎ＋１）の表面に、第２の材料を選択
的に吐出することにより、反応生成物を含有する生成層
（ｎ＋１）を積層形成する工程とを含むものであるが、
本発明においては、第１の材料の堆積による材料層（ｎ
＋１）の積層形成と、第２の材料の吐出による生成層
（ｎ＋１）の積層形成とを並行して行ってもよい。すな
わち、材料層（ｎ＋１）の一部を積層形成した段階で、
当該材料層（ｎ＋１）の一部の表面に第２の材料を選択
的に吐出して生成層（ｎ＋１）の一部を積層形成しても
よい。<Specific additive manufacturing method> In the manufacturing method of the present invention, the first material is deposited on the plane including the surface of the product layer (n) containing the reaction product to form the material layer (n + 1). And forming a production layer (n + 1) containing a reaction product on the surface of the material layer (n + 1) by selectively discharging the second material.
In the present invention, the material layer (n
+1) and the formation of the generation layer (n + 1) by discharging the second material may be performed in parallel. That is, at the stage where a part of the material layer (n + 1) is formed by lamination,
The second material may be selectively discharged onto a part of the surface of the material layer (n + 1) to form a part of the generation layer (n + 1).
【００３６】図１は、そのような工程の一例を示すもの
である。図１（ａ）に示すように、燃焼合成反応で生成
されたＮｉＡｌからなる生成層（ｎ）の表面の一部に、
第１の材料であるニッケル粉末を堆積して材料層（ｎ＋
１）の一部Ａ１を形成し、この材料層（ｎ＋１）の一部
Ａ１の表面に、第２の材料である溶融アルミニウムを選
択的に滴下する。これにより、滴下領域（吐出領域）に
おいて燃焼合成反応が生じ、図１（ｂ）に示すように、
ＮｉＡｌからなる生成層（ｎ＋１）の一部Ｂ１が積層形
成される。この生成層（ｎ＋１）の一部Ｂ１は、生成層
（ｎ）の表面の一部に強固に接合（三次元的な層間接
合）される。FIG. 1 shows an example of such a process. As shown in FIG. 1A, a part of the surface of the generation layer (n) made of NiAl generated by the combustion synthesis reaction includes:
A first material nickel powder is deposited to form a material layer (n +
Part A1 of 1) is formed, and molten aluminum as the second material is selectively dropped on the surface of part A1 of this material layer (n + 1). As a result, a combustion synthesis reaction occurs in the dropping region (discharge region), and as shown in FIG.
A part B1 of the generation layer (n + 1) made of NiAl is formed by lamination. Part B1 of the generation layer (n + 1) is firmly bonded (three-dimensional interlayer bonding) to a part of the surface of the generation layer (n).
【００３７】次いで、図１（ｃ）に示すように、生成層
（ｎ）の表面の残部に、ニッケル粉末を堆積して材料層
（ｎ＋１）の残部Ａ２を形成し、この材料層（ｎ＋１）
の残部Ａ２の表面に溶融アルミニウムを選択的に滴下す
る。これにより、滴下領域（吐出領域）において燃焼合
成反応が生じ、図１（ｄ）に示すように、ＮｉＡｌから
なる生成層（ｎ＋１）の残部Ｂ２が積層形成される。こ
の生成層（ｎ＋１）の残部Ｂ２は、生成層（ｎ）の表面
の残部に強固に接合（三次元的な層間接合）されるとと
もに、隣接する生成層（ｎ＋１）の一部Ｂ１に対しても
強固に接合（二次元的な層内接合）される。Next, as shown in FIG. 1C, nickel powder is deposited on the remaining portion of the surface of the generation layer (n) to form a remaining portion A2 of the material layer (n + 1).
Of molten aluminum is selectively dropped on the surface of the remaining portion A2. As a result, a combustion synthesis reaction occurs in the dropping region (discharge region), and as shown in FIG. 1D, the remaining portion B2 of the generation layer (n + 1) made of NiAl is formed by lamination. The remaining portion B2 of the generation layer (n + 1) is firmly bonded (three-dimensional interlayer bonding) to the remaining portion of the surface of the generation layer (n), and the part B1 of the adjacent generation layer (n + 1) Are also firmly joined (two-dimensional intra-layer joining).
【００３８】本発明の造形方法により得られる三次元形
状物の特性に関しては、造形精度、密度、空隙率、組
織、強度、靱性、熱応力、耐熱性、耐食性、研摩耗性等
の最適化・制御を行う。このため、熱処理、ＨＩＰ処
理、表面コーティング処理等を施すことも可能である。
また、必要に応じた仕上げ加工法を追加して行うことも
できる。これらにより、亀裂や破損、応力集中などを生
じない複雑な精密造形が可能となる。With regard to the characteristics of the three-dimensional object obtained by the molding method of the present invention, optimization of molding accuracy, density, porosity, structure, strength, toughness, thermal stress, heat resistance, corrosion resistance, abrasive wear, etc. Perform control. Therefore, heat treatment, HIP treatment, surface coating treatment, and the like can be performed.
Further, it is also possible to add a finishing method as needed. As a result, complicated precision modeling that does not cause cracking, breakage, stress concentration, or the like can be performed.
【００３９】図２は、本発明の造形装置の一例の概略構
成を示す説明図である。図２に示す造形装置１は、造形
台１０と、堆積部２０と、吐出部３０とを備えている。
造形台１０は、造形物を載置するためのステージであ
り、Ｚ方向に移動（昇降）可能に設けられ、任意の位置
（レベル）に停止させることができる。堆積部２０は、
造形台１０の表面または造形過程における生成層の表面
を含む平面上に、第１の材料を堆積して材料層を形成す
るための手段である。この堆積部２０は、Ｘ方向に移動
可能に設けられている。吐出部３０は、堆積部２０によ
って形成された材料層の表面に、第２の材料を選択的に
吐出するための手段であり、この吐出部３０はＸ方向お
よびＹ方向に移動可能であり、設計データに基いて水平
面上を自由に走査することができる。FIG. 2 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of an example of the molding apparatus of the present invention. The modeling apparatus 1 illustrated in FIG. 2 includes a modeling table 10, a deposition unit 20, and a discharge unit 30.
The modeling table 10 is a stage on which a modeling object is placed, is provided to be movable (elevated) in the Z direction, and can be stopped at an arbitrary position (level). The deposition unit 20
This is a means for forming the material layer by depositing the first material on the surface of the modeling table 10 or on a plane including the surface of the generation layer in the modeling process. The deposition unit 20 is provided movably in the X direction. The discharge unit 30 is means for selectively discharging the second material onto the surface of the material layer formed by the deposition unit 20, and the discharge unit 30 is movable in the X direction and the Y direction. It is possible to freely scan on a horizontal plane based on the design data.
【００４０】図３は、本発明の造形装置の一例の具体的
構成を示す説明用断面図である。図３に示す造形装置１
は、ＮｉＡｌを含有する生成層を積層して三次元形状物
を造形する装置である。この造形装置は、造形台１０
と、堆積部２０（ニッケル粉末の堆積手段）と、吐出部
３０（溶融アルミニウムの吐出手段）と、これらの構成
部材を外部から気密に区画する容器４０と、この容器４
０内を加熱する熱源４１と、前記容器４０内を真空状態
とするときに使用する排気手段４２と、前記容器４０内
に雰囲気ガスを循環させるときに使用するガス供給手段
４３およびガス循環手段４４と、造形に係る一連の動作
を制御する制御手段（計算制御ユニット）５０とを備え
ている。FIG. 3 is an explanatory sectional view showing a specific configuration of an example of the molding apparatus of the present invention. Modeling device 1 shown in FIG.
Is an apparatus for forming a three-dimensional object by laminating a generation layer containing NiAl. This molding apparatus is composed of a molding table 10
, A deposition unit 20 (a means for depositing nickel powder), a discharge unit 30 (a means for discharging molten aluminum), a container 40 for partitioning these components from the outside in an airtight manner,
0, a heat source 41 for heating the inside of the container 40, an exhaust unit 42 used when the inside of the container 40 is evacuated, and a gas supply unit 43 and a gas circulating unit 44 used for circulating the atmospheric gas in the container 40. And a control means (calculation control unit) 50 for controlling a series of operations relating to modeling.
【００４１】容器４０内を加熱する熱源４１としては高
周波加熱器を例示することができ、容器４０内の雰囲気
温度は、温度検知器４５により計測することができる。
排気手段４２は、空気や不純物の介在を回避するなどの
ために容器４０内を真空状態とするときに使用され、か
かる排気手段４２は、真空ポンプなどから構成される。
ガス供給手段４３およびガス循環手段４４は、容器４０
内に雰囲気ガスを循環させるときに使用され、ガス循環
手段４４は、送風機などから構成される。容器４０内に
循環される雰囲気ガスとしては、アルゴンなどの不活性
ガス、窒素などの反応性ガスを例示することができる。As the heat source 41 for heating the inside of the container 40, a high-frequency heater can be exemplified, and the ambient temperature in the container 40 can be measured by a temperature detector 45.
The exhaust unit 42 is used when the inside of the container 40 is evacuated to avoid the interposition of air or impurities, and the exhaust unit 42 is configured by a vacuum pump or the like.
The gas supply means 43 and the gas circulation means 44
The gas circulating means 44 is used when circulating the atmosphere gas therein, and is constituted by a blower or the like. Examples of the atmosphere gas circulated in the container 40 include an inert gas such as argon and a reactive gas such as nitrogen.
【００４２】本発明の造形装置を構成する造形台１０に
は、造形過程で形成された材料層を加熱するためのヒー
タ１２が内蔵され、造形台１０の温度は温度検知器１３
により計測される。１４は、造形台１０をＺ方向に移動
させるための昇降機構である。The molding table 10 constituting the molding apparatus of the present invention has a built-in heater 12 for heating the material layer formed in the molding process, and the temperature of the molding table 10 is detected by a temperature detector 13.
Is measured by Reference numeral 14 denotes a lifting mechanism for moving the modeling table 10 in the Z direction.
【００４３】本発明の造形装置を構成する堆積部２０
は、ニッケル粉末（第１の材料）を収容する篩２１と、
この篩２１の先端に設けられたノズル部２２と、前記篩
２１を振動させる加振機構２３とを備えている。堆積部
２０は、適宜の駆動機構によってＸ方向（図面の左右方
向）に移動可能である。ここに、ノズル部２２の先端開
口の形状は、円形、矩形など特に限定されるものではな
いが、短時間で均一な材料層を形成することができる観
点からスリット状であることが好ましい。また、堆積部
２０を移動させている過程で、スリット幅を変化させる
ことにより、ニッケル粉末の供給量を変化させてもよ
い。The depositing section 20 constituting the modeling apparatus of the present invention
Comprises a sieve 21 containing nickel powder (first material);
The sieve 21 includes a nozzle portion 22 provided at the tip of the sieve 21 and a vibration mechanism 23 for vibrating the sieve 21. The deposition unit 20 can be moved in the X direction (the left-right direction in the drawing) by an appropriate driving mechanism. Here, the shape of the tip opening of the nozzle portion 22 is not particularly limited, such as a circle or a rectangle, but is preferably a slit from the viewpoint that a uniform material layer can be formed in a short time. In addition, the supply amount of the nickel powder may be changed by changing the slit width in the process of moving the deposition unit 20.
【００４４】本発明の造形装置を構成する吐出部３０
は、溶融状態のアルミニウム（第２の材料）を保持する
坩堝３１と、この坩堝３１の先端に設けられたノズル部
３２と、ノズル部３２の流路を包囲するように設けられ
た加熱器３３と、坩堝３１の周囲に設けられた熱源３４
と、吐出部３０の温度を計測する温度検知器３５と、溶
融アルミニウムの微小液滴を形成するために振動予圧を
かける圧電セラミック素子３６とを備えている。The discharge unit 30 constituting the molding apparatus of the present invention
Is a crucible 31 for holding molten aluminum (second material), a nozzle portion 32 provided at the tip of the crucible 31, and a heater 33 provided to surround the flow path of the nozzle portion 32. And a heat source 34 provided around the crucible 31
A temperature detector 35 for measuring the temperature of the discharge unit 30; and a piezoelectric ceramic element 36 for applying a vibration preload to form fine droplets of molten aluminum.
【００４５】溶融状態のアルミニウムを保持する坩堝３
１内にはアルゴンガスなどの不活性ガスが充填されてい
る。加熱器３３は、アルミニウムを加熱溶融するための
加熱手段であり、高周波加熱器または抵抗加熱器からな
る。熱源３４は、坩堝３１内に保持されている溶融アル
ミニウムを所要の温度に維持するための熱源である。ノ
ズル部３２の先端開口の形状は特に限定されるものでは
ない。また、ノズル部３２の先端開口の面積は、所要の
吐出領域を形成する微小液滴が得られ、燃焼合成反応に
よる生成層の形成が効率的に行われるよう適宜調整する
ことができる。吐出部３０は、適宜の駆動機構によって
Ｘ方向（図面の左右方向）およびＹ方向（図面の前後方
向）に移動可能であり、造形台１０の上方における水平
面上を設計データに基いて自由に走査することができ
る。Crucible 3 holding molten aluminum
1 is filled with an inert gas such as an argon gas. The heater 33 is a heating means for heating and melting aluminum, and is composed of a high-frequency heater or a resistance heater. The heat source 34 is a heat source for maintaining the molten aluminum held in the crucible 31 at a required temperature. The shape of the tip opening of the nozzle portion 32 is not particularly limited. In addition, the area of the tip opening of the nozzle portion 32 can be appropriately adjusted so that microdroplets forming a required ejection region can be obtained, and a formation layer can be efficiently formed by a combustion synthesis reaction. The discharge unit 30 can be moved in the X direction (left-right direction in the drawing) and the Y direction (front-back direction in the drawing) by an appropriate driving mechanism, and freely scans a horizontal plane above the modeling table 10 based on design data. can do.
【００４６】図３に示した造形装置によれば、下記のよ
うにして三次元形状物の造形方法（本発明の造形方法）
が実施される。なお、下記に示す一連の操作は、制御手
段５０により自動的に制御されている。According to the shaping apparatus shown in FIG. 3, a shaping method of a three-dimensional object is performed as follows (the shaping method of the present invention).
Is performed. A series of operations described below are automatically controlled by the control unit 50.
【００４７】〔１〕加振機構２３により篩２１を振動さ
せた状態で、堆積部２０を、造形台１０の表面を掃引す
るようＸ方向に移動させることにより、ノズル部２２か
ら排出されたニッケル粉末を、造形台１０の表面に堆積
させ、これにより、一定の厚さの材料層８１Ａを形成す
る。材料層８１Ａの形成後、堆積部２０をＸ方向に移動
させてホームポジションに戻すか、造形台１０の周辺部
（吐出部３０の動作に影響を与えない位置）に退避させ
る。[1] While the sieve 21 is vibrated by the vibrating mechanism 23, the deposition unit 20 is moved in the X direction so as to sweep the surface of the modeling table 10, and the nickel discharged from the nozzle unit 22 is moved. The powder is deposited on the surface of the molding table 10, thereby forming a material layer 81A having a constant thickness. After the formation of the material layer 81A, the deposition unit 20 is moved in the X direction to return to the home position, or is retracted to a peripheral portion of the modeling table 10 (a position that does not affect the operation of the ejection unit 30).
【００４８】〔２〕設計データ（スライスデータ）に従
って、吐出部３０をＸ方向およびＹ方向に移動させなが
ら、材料層８１Ａの表面に、溶融アルミニウムの微小液
滴を連続的または断続的に滴下（選択的に吐出）するこ
とにより、吐出領域においてニッケル粉末と溶融アルミ
ニウムとの燃焼合成反応を生じさせ、ＮｉＡｌからなる
生成層８１Ｂを造形台１０上に形成する。なお、溶融ア
ルミニウムの微小液滴は、圧電セラミック素子３６によ
り振動予圧をかけることにより滴下され、液滴のサイズ
（容積）、温度、滴下速度などは、制御手段５０により
制御することができる。[2] According to the design data (slice data), the droplets of the molten aluminum are continuously or intermittently dropped on the surface of the material layer 81A while moving the ejection unit 30 in the X direction and the Y direction ( By selectively discharging), a combustion synthesis reaction between the nickel powder and the molten aluminum occurs in the discharge region, and a generation layer 81B made of NiAl is formed on the modeling table 10. The liquid droplets of the molten aluminum are dropped by applying a vibration preload by the piezoelectric ceramic element 36, and the size (volume), temperature, dropping speed, and the like of the droplet can be controlled by the control unit 50.
【００４９】〔３〕造形台１０をＺ方向に距離Ｄだけ降
下させる。[3] The molding table 10 is lowered by a distance D in the Z direction.
【００５０】〔４〕加振機構２３により篩２１を振動さ
せた状態で、堆積部２０を、材料層８１Ｂの表面を掃引
するようＸ方向に移動させることにより、ノズル部２２
から排出されたニッケル粉末を、材料層８１Ｂの表面に
堆積させ、これにより、厚さＤの材料層８２Ａを形成す
る。材料層８２Ａの形成後、堆積部２０をＸ方向に移動
させてホームポジションに戻す。[4] With the vibrating mechanism 23 vibrating the sieve 21, the deposition unit 20 is moved in the X direction so as to sweep the surface of the material layer 81 B.
Is deposited on the surface of the material layer 81B, thereby forming a material layer 82A having a thickness D. After the formation of the material layer 82A, the deposition unit 20 is moved in the X direction and returned to the home position.
【００５１】〔５〕設計データ（スライスデータ）に従
って、吐出部３０をＸ方向およびＹ方向に移動させなが
ら、溶融アルミニウムの微小液滴を材料層８２Ａの表面
に選択的に滴下（吐出）することにより、吐出領域にお
いてニッケル粉末と溶融アルミニウムとの燃焼合成反応
を生じさせ、ＮｉＡｌからなる生成層８２Ｂを材料層８
１Ｂ上に形成する。ここに、生成層８２Ｂは、生成層８
１Ｂの表面に強固に接合された状態となる。[5] Fine droplets of molten aluminum are selectively dropped (discharged) on the surface of the material layer 82A while moving the discharge portion 30 in the X direction and the Y direction according to the design data (slice data). As a result, a combustion synthesis reaction between the nickel powder and the molten aluminum occurs in the discharge region, and the generation layer 82B made of NiAl is formed into the material layer 8.
1B. Here, the generation layer 82B is the generation layer 8
1B is firmly joined to the surface.
【００５２】〔６〕以下、同様に、生成層の積層を繰り
返した後、未反応領域のニッケル粉末を除去することに
より、生成層間が強固に接合（三次元的な層間接合）さ
れた積層体からなる三次元形状物を得ることができる。[6] Hereinafter, similarly, after repeatedly stacking the generated layers, the nickel powder in the unreacted region is removed, whereby the stacked layers in which the generated layers are strongly bonded (three-dimensional interlayer bonding) are formed. Can be obtained.
【００５３】＜変形例＞本発明の造形装置および造形方
法においては、上記の形態に限定されるものではなく、
下記に示すように種々の変更が可能である。<Modification> The molding apparatus and the molding method of the present invention are not limited to the above-described embodiment.
Various modifications are possible as shown below.
【００５４】〔１〕造形台はＺ方向に固定されていても
よい。かかる場合には、吐出部がＺ方向にも移動可能で
あることが必要とされ、堆積部がＺ方向に移動可能であ
ってもよい。[1] The modeling table may be fixed in the Z direction. In such a case, the ejection unit needs to be movable in the Z direction, and the deposition unit may be movable in the Z direction.
【００５５】〔２〕吐出部により溶融アルミニウムの微
小液滴を滴下するために、圧電セラミック素子３６によ
る振動予圧に代えて、パルスバルブによってアルゴンガ
スの圧力を印加してもよい。[2] The pressure of argon gas may be applied by a pulse valve in place of the vibration preload by the piezoelectric ceramic element 36 in order to drop fine droplets of molten aluminum by the discharge unit.
【００５６】〔３〕堆積部２０は、Ｙ方向（図面の前後
方向）に移動可能であってもよく、また、Ｘ方向および
Ｙ方向に移動可能で、水平面上を自由に走査することが
できるものであってもよい。[3] The deposition unit 20 may be movable in the Y direction (the front-rear direction in the drawing), or may be movable in the X direction and the Y direction, and can freely scan on a horizontal plane. It may be something.
【００５７】〔４〕堆積部２０により堆積される第１の
材料は、ニッケル粉末と、他の金属粉末との混合物から
構成されていてもよい。すなわち、第１の材料は、複数
の物質の混合物から構成されていてもよい。ここに、他
の金属粉末としては、アルミニウム（第２の材料の構成
物質）の粉末を挙げることができる。ニッケル粉末と他
の金属粉末との混合物を第１の材料として使用すること
により、燃焼合成反応の反応制御を行うことができる。[4] The first material deposited by the deposition section 20 may be composed of a mixture of nickel powder and another metal powder. That is, the first material may be composed of a mixture of a plurality of substances. Here, as another metal powder, a powder of aluminum (a constituent material of the second material) can be given. By using a mixture of nickel powder and another metal powder as the first material, the reaction of the combustion synthesis reaction can be controlled.
【００５８】〔５〕吐出部３０により吐出（滴下）され
る第２の材料は、アルミニウムと、他の金属との混合物
から構成されていてもよい。すなわち、第２の材料は、
複数の物質の混合物から構成されていてもよい。アルミ
ニウムと他の金属との混合物を第２の材料として使用す
ることにより、燃焼合成反応の反応制御を行うことがで
きる。[5] The second material discharged (dropped) by the discharge unit 30 may be composed of a mixture of aluminum and another metal. That is, the second material is
It may be composed of a mixture of a plurality of substances. By using a mixture of aluminum and another metal as the second material, the reaction of the combustion synthesis reaction can be controlled.
【００５９】〔６〕堆積部２０は、ニッケル粉末（燃焼
合成反応に関与する第１の材料）と、燃焼合成反応に関
与しない第３の材料との混合物を堆積して材料層を形成
してもよい。かかる第３の材料としては、ＴｉＢ2 粉
末、Ａｌ2 Ｏ3 粉末などのセラミック粉末を挙げること
ができる。これにより、セラミックにより強化された複
合材料からなる三次元形状物を造形することができる。[6] The deposition section 20 deposits a mixture of nickel powder (a first material involved in the combustion synthesis reaction) and a third material not involved in the combustion synthesis reaction to form a material layer. Is also good. Examples of the third material include ceramic powders such as TiB 2 powder and Al 2 O 3 powder. Thereby, a three-dimensional object made of a composite material reinforced by ceramic can be formed.
【００６０】〔７〕吐出部３０は、溶融アルミニウム
（燃焼合成反応に関与する第２の材料）と、燃焼合成反
応に関与しない第３の材料との混合物を選択的に吐出し
てもよい。かかる第３の材料としては、前記セラミック
粉末を挙げることができる。これにより、セラミックに
より強化された複合材料からなる三次元形状物を造形す
ることができる。[7] The discharge section 30 may selectively discharge a mixture of molten aluminum (a second material involved in the combustion synthesis reaction) and a third material not involved in the combustion synthesis reaction. Examples of such a third material include the above-mentioned ceramic powder. Thereby, a three-dimensional object made of a composite material reinforced by ceramic can be formed.
【００６１】〔８〕堆積部２０により形成される材料層
中に、燃焼合成反応の生成物であるＮｉＡｌ粉末が希釈
剤として混入されていてもよい。[8] In the material layer formed by the deposition section 20, NiAl powder which is a product of a combustion synthesis reaction may be mixed as a diluent.
【００６２】[0062]
〔９〕本発明の造形方法においては、積層
される生成層のすべて、または任意の層に対して、切
削、研削、研磨および酸洗などの腐食処理から選ばれた
少なくとも１種の中間処理を行うことが好ましい。この
ような中間処理を行うことにより、最終的に得られる三
次元形状物は、高い寸法精度および材料的な緻密性を有
するものとなる。従って、本発明の造形装置には、これ
らの中間処理を行うための処理手段が設けられているこ
とが好ましい。[9] In the modeling method of the present invention, at least one kind of intermediate treatment selected from corrosion treatments such as cutting, grinding, polishing and pickling is applied to all or any of the generated layers to be laminated. It is preferred to do so. By performing such an intermediate treatment, the finally obtained three-dimensional object has high dimensional accuracy and material denseness. Therefore, it is preferable that the modeling apparatus of the present invention is provided with a processing unit for performing these intermediate processes.
【００６３】図４（ａ）〜（ｄ）は、堆積部２０とは異
なる機構によってニッケル粉末（第１の材料）を堆積す
る過程を示す説明図であり、同図において、１５は造形
台、１５１は造形台の中央領域、１５２は造形台の周辺
領域、８３Ａは材料層（第１層）、８３Ｂは生成層（第
１層）、９０は擦切器、３０は吐出部である。図４に示
した堆積機構によれば、下記のようにしてニッケル粉末
の堆積操作が行われる。FIGS. 4A to 4D are explanatory views showing a process of depositing nickel powder (first material) by a mechanism different from that of the depositing section 20. In FIG. Reference numeral 151 denotes a central region of the modeling table, 152 denotes a peripheral region of the modeling table, 83A denotes a material layer (first layer), 83B denotes a generation layer (first layer), 90 denotes a scraper, and 30 denotes a discharge unit. According to the deposition mechanism shown in FIG. 4, the nickel powder deposition operation is performed as follows.
【００６４】（１）生成層８３Ｂの形成後、造形台１５
の中央領域１５１を、形成すべき材料層（第２層）の厚
みに相当する距離だけＺ方向に移動し、ニッケル粉末の
堆積空間を形成する〔同図（ｂ）参照〕。 （２）ニッケル粉末Ｐを内包する擦切器９０の下方に中
央領域１５１が位置するよう、造形台１５をＸ方向に移
動する。これにより、擦切器９０に内包されているニッ
ケル粉末Ｐの一部が前記堆積空間に収容される〔同図
（ｃ）参照〕。 （３）造形台１５をＸ方向に移動して元の位置まで戻
す。これにより、前記堆積空間から溢れるニッケル粉末
Ｐが擦切器９０によって擦り切られ、周辺領域１５２の
レベルに表面を有する材料層８４Ａ（第２層）が形成さ
れる〔同図（ｄ）参照〕。(1) After forming the generation layer 83B, the molding table 15
Is moved in the Z direction by a distance corresponding to the thickness of the material layer (second layer) to be formed to form a nickel powder deposition space [see FIG. (2) The molding table 15 is moved in the X direction so that the central region 151 is located below the scraper 90 containing the nickel powder P. As a result, a part of the nickel powder P contained in the scraper 90 is accommodated in the deposition space [see FIG. (3) The molding table 15 is moved in the X direction and returned to the original position. As a result, the nickel powder P overflowing from the deposition space is scraped off by the scraper 90, and a material layer 84A (second layer) having a surface at the level of the peripheral region 152 is formed [see FIG.
【００６５】図５は、本発明の造形装置の他の例の具体
的構成を示す説明用断面図である。図５に示す造形装置
は、図３に示した造形装置に、構成要素として第２の堆
積部２６が付加されている。第２の堆積部２６は、造形
台１０の表面または造形過程における生成層の表面を含
む平面上に任意の材料を堆積することにより、当該任意
の材料と、堆積部２０により堆積される第１の材料との
混合物からなる材料層を形成する手段である。ここに、
第２の堆積部２６により堆積される任意の材料として
は、 堆積部２０により堆積される第１の材料の構成
物質とは異なる、燃焼合成反応に関与する物質からなる
材料（第１の材料）、および 燃焼合成反応に関与し
ない第３の材料を挙げることができ、当該第３の材料と
しては、セラミック粉末を例示することができる。FIG. 5 is an explanatory sectional view showing a specific configuration of another example of the molding apparatus of the present invention. In the modeling apparatus shown in FIG. 5, a second deposition unit 26 is added as a component to the modeling apparatus shown in FIG. The second deposition unit 26 deposits an arbitrary material on the surface of the modeling table 10 or a plane including the surface of the generation layer in the modeling process, and thereby the first material deposited by the deposition unit 20 and the arbitrary material. This is a means for forming a material layer made of a mixture with the above material. here,
The optional material deposited by the second deposition unit 26 includes a material (first material) that is different from the constituent material of the first material deposited by the deposition unit 20 and that is composed of a substance involved in the combustion synthesis reaction. , And a third material that does not participate in the combustion synthesis reaction. Examples of the third material include ceramic powder.
【００６６】 堆積部２０により堆積される第１の材
料の構成物質とは異なる物質からなる第１の材料を第２
の堆積部２６により堆積する場合には、形成される材料
層において、堆積部２０により堆積される第１の材料の
構成物質Ａと、第２の堆積部２６により堆積される第１
の材料の構成物質Ｂとの割合（Ａ：Ｂ）が部分的に異な
る三次元形状物を造形することができる。例えば、移動
速度を変化させることにより、または、開口部の大きさ
を変化させることにより、同一の生成層間における両者
の割合（Ａ：Ｂ）を連続的（傾斜的）または段階的に変
化させることができる。The first material made of a substance different from the constituent material of the first material deposited by the deposition
When the deposition is performed by the deposition unit 26, the constituent material A of the first material deposited by the deposition unit 20 and the first material deposited by the second deposition unit 26 are formed in the material layer to be formed.
It is possible to form a three-dimensional object in which the ratio (A: B) of the material to the component B is partially different. For example, by changing the moving speed or the size of the opening, the ratio (A: B) between the same generation layers is continuously (gradiently) or stepwise changed. Can be.
【００６７】また、 第２の堆積部２６により、第３
の材料であるセラミック粉末を堆積することにより、セ
ラミックにより強化された三次元形状物を造形すること
ができるとともに、当該三次元形状物におけるセラミッ
クの充填割合を任意に変化させることもできる。なお、
本発明の造形装置には、３つ以上の堆積部が設けられて
いてもよい。Further, the third deposition section 26 forms the third
By depositing the ceramic powder, which is a material of the above, it is possible to form a three-dimensional object reinforced by ceramic, and it is also possible to arbitrarily change the filling ratio of the ceramic in the three-dimensional object. In addition,
The modeling device of the present invention may be provided with three or more deposition units.
【００６８】図６は、本発明の造形装置の他の例の概略
構成を示す説明用斜視図である。図６に示す造形装置２
００は、造形台２１０と、当該造形台２１０の上方に配
置された堆積部２２０および吐出部２３０とを備えてな
る。FIG. 6 is an explanatory perspective view showing a schematic configuration of another example of the molding apparatus according to the present invention. Modeling device 2 shown in FIG.
00 includes a modeling table 210, a deposition unit 220 and a discharge unit 230 arranged above the modeling table 210.
【００６９】造形装置２００を構成する造形台２１０
は、造形物を載置するためのステージであり、中心軸１
００の周り（θ方向）に回転可能であるとともに、Ｚ方
向に移動（昇降）可能に設けられている。The modeling table 210 constituting the modeling apparatus 200
Is a stage on which a modeled object is placed, and the center axis 1
It is provided so as to be rotatable around (in the θ direction) around 00 and to be movable (elevated) in the Z direction.
【００７０】堆積部２２０は、造形台２１０の表面また
は造形過程における生成層の表面を含む平面上に任意の
材料を堆積して材料層を形成するための手段である。こ
の堆積部２２０は、水平面上における一方向（矢印Ｒで
示す方向）に移動可能に設けられている。堆積部２２０
により堆積される任意の材料としては、ニッケル粉末な
ど燃焼合成反応に関与する前記第１の材料を挙げること
ができる。The deposition section 220 is a means for depositing an arbitrary material on the surface of the modeling table 210 or a plane including the surface of the formation layer in the modeling process to form a material layer. The deposition unit 220 is provided so as to be movable in one direction (a direction indicated by an arrow R) on a horizontal plane. Stack 220
The first material involved in the combustion synthesis reaction, such as nickel powder, can be cited as an optional material deposited by the method.
【００７１】吐出部２３０は、堆積部２２０によって形
成された材料層の表面に、任意の材料を選択的に吐出す
るための手段であり、この吐出部２３０は、堆積部２２
０の移動方向と同一方向に移動可能に設けられている。
吐出部２３０により選択的に吐出される任意の材料とし
ては、溶融アルミニウムなど燃焼合成反応に関与する前
記第２の材料を挙げることができる。図６に示したよう
な造形装置によれば、可動機構が少ないために、装置全
体の構成を簡素化することができる。The discharge unit 230 is a means for selectively discharging an arbitrary material onto the surface of the material layer formed by the deposition unit 220.
0 is provided so as to be movable in the same direction as the movement direction.
As the arbitrary material selectively discharged by the discharge unit 230, the second material involved in the combustion synthesis reaction such as molten aluminum can be exemplified. According to the modeling apparatus as shown in FIG. 6, since the number of movable mechanisms is small, the configuration of the entire apparatus can be simplified.
【００７２】なお、造形台２１０がＺ方向に固定されて
いてもよく、かかる場合には、堆積部２２０および吐出
部２３０をそれぞれＺ方向に移動可能とする必要があ
る。また、堆積部２２０を構成するノズル部のスリット
状開口の一端を前記中心軸１００上に配置した状態で当
該堆積部２２０固定すれば、前記スリットの長さを半径
とする円形領域において、材料層の形成を行うことがで
きる。Note that the modeling table 210 may be fixed in the Z direction. In such a case, it is necessary that the deposition unit 220 and the discharge unit 230 can be moved in the Z direction. If one end of the slit-shaped opening of the nozzle part constituting the deposition part 220 is fixed to the deposition part 220 in a state where it is arranged on the central axis 100, the material layer can be formed in a circular region having a radius equal to the length of the slit. Can be formed.
【００７３】図７は、図６に示す造形装置による造形過
程の一例を示す斜視図であり、堆積部２２０によってニ
ッケル粉末を堆積して形成した材料層８５Ａの表面に、
溶融アルミニウムを選択的に吐出することにより、Ｎｉ
Ａｌ（燃焼合成反応生成物）を含有する生成層８５Ｂを
形成している状態を示しており、このような造形過程を
行うことにより、生成層８５Ｂが円盤状または螺旋状に
積層されてなる三次元形状物を造形することができる。FIG. 7 is a perspective view showing an example of a molding process performed by the molding apparatus shown in FIG. 6, and the surface of the material layer 85A formed by depositing nickel powder by the depositing section 220 is shown in FIG.
By selectively discharging molten aluminum, Ni
This shows a state in which a generation layer 85B containing Al (combustion synthesis reaction product) is formed, and by performing such a molding process, a tertiary layer in which the generation layer 85B is laminated in a disk shape or a spiral shape is shown. The original shape can be formed.
【００７４】以上において、燃焼合成反応による反応生
成物を含有する生成層を積層する工程を含む実施形態に
ついて説明したが、本発明は、これらの実施形態に限定
されるものではなく、燃焼合成反応に関与する２種以上
の粉末状物質を結着してなる三次元形状物を積層造形法
により造形した後、前記２種以上の粉末状物質の燃焼合
成反応を行わせ、燃焼合成反応の反応生成物を含む三次
元形状物を得る方法も本発明の範囲に包含される。すな
わち、本発明の造形方法の他の実施形態は、２種以上の
粉末状物質を結着して材料層を積層する工程と、得られ
た積層体中において前記２種以上の粉末状物質の燃焼合
成反応を生じさせて当該積層体を硬化させる工程とを含
むことを特徴とする。ここに、材料層を積層する工程
と、積層体を硬化させる工程との間には、通常、結着剤
を脱脂する工程が含まれる。粉末状物質を結着させるた
めに好適な結着剤としては、当該粉末状物質に流動性を
付与することのできる樹脂成分を挙げることができる。
粉末状物質に流動性が付与されることにより、当該粉末
状物質を比較的低温で吐出することができ、加熱器を使
用する必要がなくなるため、省エネルギーの観点から好
ましい。Although the embodiment including the step of laminating the production layer containing the reaction product by the combustion synthesis reaction has been described above, the present invention is not limited to these embodiments, and the present invention is not limited thereto. After forming a three-dimensional object formed by binding two or more kinds of powdery substances involved in the process by the additive manufacturing method, a combustion synthesis reaction of the two or more kinds of powdery substances is performed, and a reaction of the combustion synthesis reaction is performed. A method for obtaining a three-dimensional shape including the product is also included in the scope of the present invention. That is, another embodiment of the shaping method of the present invention includes a step of binding two or more kinds of powdery substances and stacking a material layer, and the step of bonding the two or more kinds of powdery substances in the obtained laminate. Causing a combustion synthesis reaction to cure the laminate. Here, between the step of laminating the material layers and the step of curing the laminate, a step of degreasing the binder is usually included. As a binder suitable for binding the powdery substance, a resin component capable of imparting fluidity to the powdery substance can be exemplified.
By imparting fluidity to the powdery substance, the powdery substance can be discharged at a relatively low temperature and there is no need to use a heater, which is preferable from the viewpoint of energy saving.
【００７５】かかる造形方法を実施するための造形装置
としては、造形物を載置するための造形台と、この造形
台の上方に配置され、２種以上の粉末状物質と樹脂との
混練物を堆積するための堆積部、または前記造形台の上
方に配置され、樹脂成分と粉末との混合物を選択的に吐
出するための吐出部とを備えている装置を挙げることが
できる。ここに、「造形台」、「２種以上の粉末状物質
を堆積するための堆積部」および「樹脂成分を選択的に
吐出するための吐出部」としては、図２に示した造形装
置を構成する「造形台１０」、「堆積部２０」および
「吐出部３０」と同様のもの挙げることができる。すな
わち、この造形方法を実施するために、図２および図３
に示した装置を使用することも可能である。As a shaping apparatus for carrying out such a shaping method, a shaping table on which a shaping object is placed, and a kneaded material of two or more kinds of powdery substances and resin which are arranged above the shaping table. And a discharge unit disposed above the modeling table and selectively discharging a mixture of the resin component and the powder. Here, as the “modeling table”, the “deposition unit for depositing two or more kinds of powdery substances” and the “discharge unit for selectively discharging the resin component”, the modeling device shown in FIG. 2 is used. The same thing as the "building table 10", the "stacking unit 20", and the "discharge unit 30" can be used. That is, in order to carry out this molding method, FIGS.
It is also possible to use the apparatus shown in FIG.
【００７６】[0076]
【発明の効果】本発明によれば、以下のような効果が奏
される。 〔１〕燃焼合成法によって生成層を形成することによ
り、材料自体の反応熱が生成層の形成（燃焼合成反応の
伝播）に有効に利用され、この結果、金属間化合物など
の高融点材料から構成される三次元形状物を少ない消費
エネルギによって短時間で造形することができる。 〔２〕第１の材料および第２の材料が共に存在する吐出
領域で燃焼合成反応を生じさせることにより、反応領域
が制御されて熱暴走などの問題が生じることはなく、従
来の方法（鋳造・鍛造、延伸などの加工法および煩雑な
工程を含む冶金的手法）では造形することが不可能また
はきわめて困難な複雑な形状を有する三次元形状物であ
っても、短時間で確実に造形することができる。 〔３〕設計データに忠実で寸法精度が高く、緻密性を有
する金属間化合物から構成される三次元形状物を造形す
ることができる。 〔４〕金属間化合物から構成される生成層同士が強固に
接合された積層体からなる三次元形状物を得ることがで
きる。 〔５〕第１の材料とセラミック材料との混合物を堆積し
て材料層を形成することにより、または、第２の材料と
セラミック材料との混合物を選択的に吐出することによ
り、セラミックにより強化された金属間化合物から構成
される三次元形状物を造形することができる。According to the present invention, the following effects can be obtained. [1] By forming the product layer by the combustion synthesis method, the heat of reaction of the material itself is effectively used for the formation of the product layer (propagation of the combustion synthesis reaction). As a result, high melting point materials such as intermetallic compounds are used. The formed three-dimensional object can be formed in a short time with little energy consumption. [2] By causing a combustion synthesis reaction in the discharge region where both the first material and the second material are present, the reaction region is controlled so that problems such as thermal runaway do not occur.・ Even if it is a three-dimensional object having a complicated shape that is impossible or extremely difficult to form by processing methods such as forging and stretching and metallurgical methods including complicated processes, it can be surely formed in a short time. be able to. [3] A three-dimensional object composed of an intermetallic compound having high dimensional accuracy and high density, which is faithful to the design data, can be formed. [4] It is possible to obtain a three-dimensionally formed product composed of a laminated body in which formed layers composed of an intermetallic compound are firmly joined to each other. [5] The ceramic is reinforced by depositing a mixture of the first material and the ceramic material to form a material layer, or by selectively discharging the mixture of the second material and the ceramic material. A three-dimensional object made of the intermetallic compound can be formed.
【図１】本発明の造形方法における積層形成過程の一例
を示す説明図である。FIG. 1 is an explanatory view showing an example of a lamination forming process in a molding method of the present invention.
【図２】本発明の造形装置の一例の概略構成を示す説明
図である。FIG. 2 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of an example of a molding apparatus according to the present invention.
【図３】本発明の造形装置の一例の具体的構成を示す説
明用断面図である。FIG. 3 is an explanatory cross-sectional view showing a specific configuration of an example of the molding apparatus of the present invention.
【図４】ニッケル粉末を堆積する過程の一例を示す説明
図である。FIG. 4 is an explanatory view showing an example of a process of depositing nickel powder.
【図５】本発明の造形装置の他の例の具体的構成を示す
説明用断面図である。FIG. 5 is an explanatory sectional view showing a specific configuration of another example of the molding apparatus of the present invention.
【図６】本発明の造形装置の他の例の概略構成を示す説
明用斜視図である。FIG. 6 is an explanatory perspective view showing a schematic configuration of another example of the molding apparatus of the present invention.
【図７】図６に示す造形装置による造形過程の一例を示
す斜視図である。FIG. 7 is a perspective view showing an example of a molding process by the molding device shown in FIG.
１ 造形装置 １０ 造形台 １２ ヒータ １３ 温度検知器 １４ 昇降機構 １５ 造形台 １５１ 造形台の中央領域 １５２ 造形台の周辺領域 ２０ 堆積部 ２１ 篩 ２２ ノズル部 ２３ 加振機構 ２６ 第２の堆積部 ３０ 吐出部 ３１ 坩堝 ３２ ノズル部 ３３ 加熱器 ３４ 熱源 ３５ 温度検知器 ３６ 圧電セラミック素子 ４０ 容器 ４１ 熱源 ４２ 排気手段 ４３ ガス供給手段 ４４ ガス循環手段 ４５ 温度検知器 ５０ 制御手段 ８１Ａ 材料層 ８１Ｂ 生成層 ８２Ａ 材料層 ８２Ｂ 生成層 ８３Ａ 材料層（第１層） ８３Ｂ 生成層（第１層） ８４Ａ 材料層（第２層） ８５Ａ 材料層 ８５Ｂ 生成層 ９０ 擦切器 １００ 中心軸 ２００ 造形装置 ２１０ 造形台 ２２０ 堆積部 ２３０ 吐出部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Modeling apparatus 10 Modeling table 12 Heater 13 Temperature detector 14 Elevating mechanism 15 Modeling table 151 Central area of Modeling table 152 Peripheral area of Modeling table 20 Deposition part 21 Sieve 22 Nozzle part 23 Vibration mechanism 26 Second deposition part 30 Discharge Part 31 crucible 32 nozzle part 33 heater 34 heat source 35 temperature detector 36 piezoelectric ceramic element 40 container 41 heat source 42 exhaust means 43 gas supply means 44 gas circulation means 45 temperature detector 50 control means 81A material layer 81B generation layer 82A material layer 82B Generating layer 83A Material layer (first layer) 83B Generating layer (first layer) 84A Material layer (second layer) 85A Material layer 85B Generating layer 90 Shredder 100 Central axis 200 Modeling device 210 Modeling table 220 Stacking part 230 Discharge Department
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松浦 清隆 北海道恵庭市恵み野東２丁目２番４号 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continued on the front page (72) Inventor Kiyotaka Matsuura 2-4-2, Eminohigashi, Eniwa-shi, Hokkaido
Claims (21)
る生成層を積層する工程を含むことを特徴とする三次元
自由造形方法。1. A three-dimensional free-formation method comprising a step of laminating a production layer containing a reaction product of a combustion synthesis reaction.
（ｎ）の表面に、第２の材料を選択的に吐出することに
より、吐出領域において第１の材料と第２の材料との燃
焼合成反応を生じさせ、この反応生成物を含有する生成
層（ｎ）を形成する工程と、 この生成層（ｎ）の表面を含む平面上に、第１の材料を
堆積して材料層（ｎ＋１）を形成するとともに、この材
料層（ｎ＋１）の表面に、第２の材料を選択的に吐出す
ることにより、吐出領域において第１の材料と第２の材
料との燃焼合成反応を生じさせ、この反応生成物を含有
する生成層（ｎ＋１）を積層形成する工程とを含むこと
を特徴とする三次元自由造形方法。2. A method of selectively discharging a second material onto a surface of a material layer (n) formed by depositing a first material, the first material and the second material in a discharge region. Causing a combustion synthesis reaction to form a product layer (n) containing the reaction product; and depositing a first material on a plane including the surface of the product layer (n) to form a material. By forming the layer (n + 1) and selectively discharging the second material onto the surface of the material layer (n + 1), the combustion synthesis reaction between the first material and the second material is performed in the discharge region. And laminating and forming a production layer (n + 1) containing the reaction product.
あって、 前記第１の材料は粉末状であり、前記第２の材料は溶融
状態で吐出されることを特徴とする三次元自由造形方
法。3. The three-dimensional free molding method according to claim 2, wherein the first material is in a powder form, and the second material is discharged in a molten state. Free molding method.
三次元自由造形方法であって、 前記反応生成物中に、チタン、ニッケル、アルミニウ
ム、マグネシウム、バナジウム、モリブデン、コバル
ト、鉄、銅、タングステン、クロム、マンガン、ニオ
ブ、タンタル、ジルコニウム、ハフニウム、インジウ
ム、スズ、アンチモン、セレン、テルル、ビスマス、ゲ
ルマニウム、ケイ素、炭素、ホウ素、硫黄、リンおよび
窒素からなる群より選ばれた少なくとも１種の元素が含
有されていることを特徴とする三次元自由造形方法。4. The three-dimensional free-forming method according to claim 1, wherein titanium, nickel, aluminum, magnesium, vanadium, molybdenum, cobalt, iron, At least one selected from the group consisting of copper, tungsten, chromium, manganese, niobium, tantalum, zirconium, hafnium, indium, tin, antimony, selenium, tellurium, bismuth, germanium, silicon, carbon, boron, sulfur, phosphorus and nitrogen A three-dimensional free modeling method, characterized by containing a kind of element.
三次元自由造形方法であって、 前記第１の材料および前記第２の材料の少なくとも一方
が、複数の物質の混合物から構成されていることを特徴
とする三次元自由造形方法。5. The three-dimensional free-formation method according to claim 2, wherein at least one of the first material and the second material comprises a mixture of a plurality of substances. A three-dimensional free molding method characterized by being performed.
あって、 前記複数の物質の少なくとも１種の存在量が部分的に異
なるように三次元形状物を造形することを特徴とする三
次元自由造形方法。6. The three-dimensional free-formation method according to claim 5, wherein the three-dimensionally shaped object is formed such that at least one of the plurality of substances has a partially different abundance. 3D free molding method.
あって、 前記複数の物質の少なくとも１種の存在量が、Ｘ方向、
Ｙ方向およびＺ方向の少なくとも一方向において連続的
または段階的に変化するように三次元形状物を造形する
ことを特徴とする三次元自由造形方法。7. The three-dimensional free modeling method according to claim 5, wherein at least one of the plurality of substances has an abundance in an X direction,
A three-dimensional free modeling method, wherein a three-dimensional object is formed so as to change continuously or stepwise in at least one of a Y direction and a Z direction.
三次元自由造形方法を実施するための三次元自由造形装
置であって、 造形物を載置するための造形台（１０）と、 この造形台（１０）の上方に配置され、当該造形台（１
０）の表面または造形過程における生成層の表面を含む
平面上に第１の材料を堆積して材料層を形成するための
堆積部（２０）と、 前記造形台（１０）の上方に配置され、前記材料層の表
面に第２の材料を選択的に吐出するための吐出部（３
０）とを備えていることを特徴とする三次元自由造形装
置。8. A three-dimensional free-formation apparatus for performing the three-dimensional free-formation method according to any one of claims 2 to 7, wherein the three-dimensional free-formation apparatus comprises: It is arranged above this modeling table (10), and the modeling table (1)
A depositing section (20) for depositing the first material on the surface including the surface of 0) or a plane including the surface of the formation layer in the molding process to form a material layer, and disposed above the modeling table (10). And a discharge unit (3) for selectively discharging the second material onto the surface of the material layer.
0).
あって、 前記造形台（１０）がＺ方向に移動可能であり、 前記堆積部（２０）がＸ方向および／またはＹ方向に移
動可能であり、 前記吐出部（３０）がＸ方向およびＹ方向に移動可能で
あることを特徴とする三次元自由造形装置。9. The three-dimensional free modeling apparatus according to claim 8, wherein the modeling table (10) is movable in a Z direction, and the deposition unit (20) is moved in an X direction and / or a Y direction. The three-dimensional free-formation apparatus, wherein the apparatus is movable, and the discharge unit (30) is movable in an X direction and a Y direction.
であって、 前記造形台（１０）が固定され、 前記堆積部（２０）がＸ方向および／またはＹ方向に移
動可能であり、 前記吐出部（３０）がＸ方向およびＹ方向およびＺ方向
に移動可能であることを特徴とする三次元自由造形装
置。10. The three-dimensional free modeling apparatus according to claim 8, wherein the modeling table (10) is fixed, and the deposition unit (20) is movable in an X direction and / or a Y direction. The three-dimensional free-formation apparatus, wherein the discharge unit (30) is movable in an X direction, a Y direction, and a Z direction.
載の三次元自由造形装置であって、前記造形台（１
０）、前記堆積部（２０）および前記吐出部（３０）を
収容する容器（４０）と、この容器（４０）内を加熱す
る熱源（４１）と、前記容器（４０）内を真空状態とす
るための排気手段（４２）とを備えていることを特徴と
する三次元自由造形装置。11. The three-dimensional free-formation apparatus according to claim 8, wherein the modeling table (1)
0), a container (40) accommodating the deposition unit (20) and the discharge unit (30), a heat source (41) for heating the inside of the container (40), and a vacuum state in the container (40). A three-dimensional free-formation apparatus, comprising: an exhaust means (42) for performing the operation.
載の三次元自由造形装置であって、前記造形台（１
０）、前記堆積部（２０）および前記吐出部（３０）を
収容する容器（４０）と、この容器（４０）内を加熱す
る熱源（４１）と、前記容器（４０）内の雰囲気ガスを
循環させるガス循環手段（４３）とを備えていることを
特徴とする三次元自由造形装置。12. The three-dimensional free-formation apparatus according to claim 8, wherein the modeling table (1)
0), a container (40) accommodating the deposition unit (20) and the discharge unit (30), a heat source (41) for heating the inside of the container (40), and an atmospheric gas in the container (40). A three-dimensional free-formation apparatus, comprising: a gas circulating means (43) for circulating.
載の三次元自由造形装置であって、造形台（１０）の動
作、吐出部（３０）の動作、堆積部（２０）の動作およ
び造形環境を制御することのできる制御手段（５０）を
備えていることを特徴とする三次元自由造形装置。13. The three-dimensional free-formation apparatus according to claim 8, wherein the operation of the modeling table (10), the operation of the discharge unit (30), and the operation of the deposition unit (20). And a control means (50) capable of controlling a modeling environment.
載の三次元自由造形装置であって、前記堆積部（２０）
は、燃焼合成反応に関与する第１の材料と、燃焼合成反
応に関与しない第３の材料との混合物を堆積して材料層
を形成することを特徴とする三次元自由造形装置。14. The three-dimensional free-form modeling apparatus according to claim 8, wherein the deposition section (20).
Comprises a material layer formed by depositing a mixture of a first material participating in a combustion synthesis reaction and a third material not participating in a combustion synthesis reaction.
載の三次元自由造形装置であって、前記吐出部（３０）
は、燃焼合成反応に関与する第２の材料と、燃焼合成反
応に関与しない第３の材料との混合物を選択的に吐出す
ることを特徴とする三次元自由造形装置。15. The three-dimensional free-form modeling apparatus according to claim 8, wherein the discharge unit (30).
Is a device for selectively discharging a mixture of a second material involved in the combustion synthesis reaction and a third material not involved in the combustion synthesis reaction.
載の三次元自由造形装置であって、前記造形台（１０）
の上方に配置され、当該造形台（１０）の表面または造
形過程における生成層の表面を含む平面上に任意の材料
を堆積することにより、当該任意の材料と、前記堆積部
（２０）により堆積される第１の材料との混合物からな
る材料層を形成するための第２の堆積部（２６）を備え
ていることを特徴とする三次元自由造形装置。16. The three-dimensional free-form modeling apparatus according to claim 8, wherein the modeling platform (10).
Is deposited on the plane including the surface of the modeling platform (10) or the surface of the generation layer in the modeling process, thereby depositing the arbitrary material and the deposition unit (20). A three-dimensional free-formation apparatus, comprising: a second deposition section (26) for forming a material layer made of a mixture with a first material to be formed.
置であって、 前記第２の堆積部（２６）により堆積される任意の材料
が、前記堆積部（２０）により堆積される第１の材料の
構成物質とは異なる、燃焼合成反応に関与する物質から
なることを特徴とする三次元自由造形装置。17. The three-dimensional free-form apparatus according to claim 16, wherein any material deposited by the second deposition section (26) is deposited by the deposition section (20). A three-dimensional free-formation apparatus comprising a substance which is different from a constituent substance of the material and is involved in a combustion synthesis reaction.
置であって、 前記第２の堆積部（２６）により任意の材料が、燃焼合
成反応に関与しない第３の材料であることを特徴とする
三次元自由造形装置。18. The three-dimensional free-form apparatus according to claim 16, wherein an arbitrary material is a third material that does not participate in a combustion synthesis reaction due to the second deposition section (26). 3D free-form modeling device.
の三次元自由造形方法を実施するための三次元自由造形
装置であって、 中心軸（１００）の周りに回転可能な造形台（２１０）
と、 この造形台（２１０）の上方に配置され、任意の材料を
堆積して材料層を形成するための堆積部（２２０）と、 前記造形台（２１０）の上方に配置され、前記材料層の
表面に任意の材料を選択的に吐出するための吐出部（２
３０）とを備えていることを特徴とする三次元自由造形
装置。19. A three-dimensional free-formation apparatus for carrying out the three-dimensional free-formation method according to claim 2, wherein the shaping table is rotatable around a central axis (100). (210)
A deposition section (220) disposed above the modeling platform (210) for depositing an arbitrary material to form a material layer; and a deposition section (220) disposed above the modeling platform (210), and (2) for selectively discharging an arbitrary material onto the surface of
30). A three-dimensional free-formation apparatus comprising:
置であって、 前記造形台（２１０）が、Ｚ方向に移動可能であり、 前記堆積部（２２０）が、水平面の一方向に移動可能で
あり、 前記吐出部（２３０）が、水平面の一方向に移動可能で
あることを特徴とする三次元自由造形装置。20. The three-dimensional free-formation apparatus according to claim 19, wherein the modeling table (210) is movable in a Z direction, and the deposition unit (220) is moved in one direction in a horizontal plane. The three-dimensional free modeling apparatus, wherein the discharge unit (230) is movable in one direction in a horizontal plane.
置であって、 前記造形台（２１０）が、Ｚ方向に固定され、 前記堆積部（２２０）が、水平面の一方向およびＺ方向
に移動可能であり、 前記吐出部（２３０）が、水平面の一方向およびＺ方向
に移動可能であることを特徴とする三次元自由造形装
置。21. The three-dimensional free modeling apparatus according to claim 19, wherein the modeling table (210) is fixed in a Z direction, and the deposition unit (220) is aligned in one direction in a horizontal plane and in the Z direction. The three-dimensional free-formation apparatus, wherein the discharge unit (230) is movable in one direction of a horizontal plane and in a Z direction.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24149899A JP4223637B2 (en) | 1999-08-27 | 1999-08-27 | 3D free shaping method and 3D free shaping apparatus |
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|---|---|---|---|
| JP24149899A JP4223637B2 (en) | 1999-08-27 | 1999-08-27 | 3D free shaping method and 3D free shaping apparatus |
Publications (2)
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|---|---|
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2016505754A (en) * | 2012-12-13 | 2016-02-25 | ヌオーヴォ ピニォーネ ソチエタ レスポンサビリタ リミタータＮｕｏｖｏ Ｐｉｇｎｏｎｅ Ｓ．Ｒ．Ｌ． | Turbomachine blade, corresponding turbomachine, and method of manufacturing a turbine blade |
-
1999
- 1999-08-27 JP JP24149899A patent/JP4223637B2/en not_active Expired - Lifetime
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