JP2002249804A - 立体物造形方法 - Google Patents
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Landscapes
- Powder Metallurgy (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】金属粉末を使用するＲＰ技術において、造形速
度が早くかつ機械的強度の大きい立体物の造形方法を提
供する。 【解決手段】金属粉末１として、拡散性に優れる低融点
金属（被覆金属）３、例えば、Ｓi，Ｐ，Ｓn，Ｚn等で
薄く被覆された金属（骨格金属）２を使用する。そし
て、レーザ光照射により先ず、低融点の被覆金属３を溶
融してグリーンパート１５を造形する。低融点の被覆金
属を溶融し造形するので、造形速度を増大できる。次い
でグリーンパートを加熱炉内に配置し、最初にグリーン
パートを被覆金属の融点より低い温度で加熱して接合部
の融点を高め、次の加熱工程で溶浸用金属材料をグリー
ンパートの空隙部に溶浸する。これにより機械的強度が
高まる。
度が早くかつ機械的強度の大きい立体物の造形方法を提
供する。 【解決手段】金属粉末１として、拡散性に優れる低融点
金属（被覆金属）３、例えば、Ｓi，Ｐ，Ｓn，Ｚn等で
薄く被覆された金属（骨格金属）２を使用する。そし
て、レーザ光照射により先ず、低融点の被覆金属３を溶
融してグリーンパート１５を造形する。低融点の被覆金
属を溶融し造形するので、造形速度を増大できる。次い
でグリーンパートを加熱炉内に配置し、最初にグリーン
パートを被覆金属の融点より低い温度で加熱して接合部
の融点を高め、次の加熱工程で溶浸用金属材料をグリー
ンパートの空隙部に溶浸する。これにより機械的強度が
高まる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は立体物造形方法に係
り、特に金属粉末をレーザ光により焼結して造形を行う
立体物造形方法及びレーザ焼結溶金属粉末に関する。
り、特に金属粉末をレーザ光により焼結して造形を行う
立体物造形方法及びレーザ焼結溶金属粉末に関する。
【０００２】
【従来の技術】立体物造形方法としてラピッドプロトタ
イピング（Rapid Prototyping；RPと称す）技術がある
が、レーザ光を用いる方式では、金属粉末、金属粉末と
樹脂（バインダと称す）の混合物、あるいは光硬化樹脂
を用いる方式が知られている。ＲＰ技術は、特定の型が
不要、切削くずが発生しないなどの特長があり、３Ｄ-
ＣＡＤの普及と共に、産業分野に急速に浸透しつつあ
る。特開平10-88201号公報では金属粉末を用いる方式
が、特開平1-228827号公報では光硬化樹脂を用いる方式
が述べられている。
イピング（Rapid Prototyping；RPと称す）技術がある
が、レーザ光を用いる方式では、金属粉末、金属粉末と
樹脂（バインダと称す）の混合物、あるいは光硬化樹脂
を用いる方式が知られている。ＲＰ技術は、特定の型が
不要、切削くずが発生しないなどの特長があり、３Ｄ-
ＣＡＤの普及と共に、産業分野に急速に浸透しつつあ
る。特開平10-88201号公報では金属粉末を用いる方式
が、特開平1-228827号公報では光硬化樹脂を用いる方式
が述べられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記ＲＰ技術の内、金
属粉末を使用する方式では、レーザ光により金属粉末を
部分的に溶融して金属紛末相互を融着するので、一次造
形品（グリーンパートと称す）の強度は大きいが、造型
速度が遅くなるという問題がある。
属粉末を使用する方式では、レーザ光により金属粉末を
部分的に溶融して金属紛末相互を融着するので、一次造
形品（グリーンパートと称す）の強度は大きいが、造型
速度が遅くなるという問題がある。
【０００４】光硬化樹脂を用いる方式では、樹脂で接合
するため、造形物の機械的強度が低いという問題があ
る。
するため、造形物の機械的強度が低いという問題があ
る。
【０００５】本発明の目的は、金属粉末を使用するＲＰ
技術において、造形速度が大きくかつ機械的強度の大き
い造形物を得ることのできる立体物造形方法及びレーザ
焼結用金属粉末を提供することである。
技術において、造形速度が大きくかつ機械的強度の大き
い造形物を得ることのできる立体物造形方法及びレーザ
焼結用金属粉末を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】（１）上記目的を達成す
るために、本発明の立体物造形方法は、低融点金属を含
む接合用の金属と骨格金属とからなる金属粉末を焼結し
てグリーンパートを造形する第１工程と、このグリーン
パートを前記接合用の金属の融点より低い温度で加熱す
る第２工程と、前記グリーンパートを溶浸用金属材料と
共に加熱して溶浸用金属材料をグリーンパートの空隙部
に溶浸する第３工程とを有するものとする。
るために、本発明の立体物造形方法は、低融点金属を含
む接合用の金属と骨格金属とからなる金属粉末を焼結し
てグリーンパートを造形する第１工程と、このグリーン
パートを前記接合用の金属の融点より低い温度で加熱す
る第２工程と、前記グリーンパートを溶浸用金属材料と
共に加熱して溶浸用金属材料をグリーンパートの空隙部
に溶浸する第３工程とを有するものとする。
【０００７】このように第１工程で、低融点金属を含む
接合用の金属と骨格金属とからなる金属粉末を焼結して
グリーンパートを造形することにより、造形速度を増大
させることができる。また、第２工程で接合用の金属の
融点より低い温度でグリーンパート加熱することによ
り、グリーンパートの形状を保持している金属粉末の接
合部の融点が上昇し、機械的強度が高まる。また、第３
の工程でグリーンパートを加熱してその空隙部に溶浸用
金属材料を溶浸することにより、中実の造形物が作成で
き、このとき接合部の融点は上昇しているので、接合用
の金属より融点の高い溶浸用金属材料を空隙部に溶浸す
ることができる。
接合用の金属と骨格金属とからなる金属粉末を焼結して
グリーンパートを造形することにより、造形速度を増大
させることができる。また、第２工程で接合用の金属の
融点より低い温度でグリーンパート加熱することによ
り、グリーンパートの形状を保持している金属粉末の接
合部の融点が上昇し、機械的強度が高まる。また、第３
の工程でグリーンパートを加熱してその空隙部に溶浸用
金属材料を溶浸することにより、中実の造形物が作成で
き、このとき接合部の融点は上昇しているので、接合用
の金属より融点の高い溶浸用金属材料を空隙部に溶浸す
ることができる。
【０００８】以上により金属粉末を使用するＲＰ技術に
おいて、造形速度が大きくかつ機械的強度の大きい造形
物を得ることができる。
おいて、造形速度が大きくかつ機械的強度の大きい造形
物を得ることができる。
【０００９】（２）また、上記目的を達成するために、
本発明の立体物造形方法は、低融点金属を含む接合用の
金属で薄く被覆された骨格金属からなる金属粉末を焼結
してグリーンパートを造形する第１工程と、このグリー
ンパートを前記低融点金属の融点より少し低い温度で加
熱する第２工程と、前記グリーンパートを溶浸用金属材
料と共に加熱して溶浸用金属材料をグリーンパートの空
隙部に溶浸する第３工程とを有するものとする。
本発明の立体物造形方法は、低融点金属を含む接合用の
金属で薄く被覆された骨格金属からなる金属粉末を焼結
してグリーンパートを造形する第１工程と、このグリー
ンパートを前記低融点金属の融点より少し低い温度で加
熱する第２工程と、前記グリーンパートを溶浸用金属材
料と共に加熱して溶浸用金属材料をグリーンパートの空
隙部に溶浸する第３工程とを有するものとする。
【００１０】これにり上記（１）で述べたように、金属
粉末を使用するＲＰ技術において、造形速度が大きくか
つ機械的強度の大きい造形物を得ることができる。
粉末を使用するＲＰ技術において、造形速度が大きくか
つ機械的強度の大きい造形物を得ることができる。
【００１１】（３）上記（１）又は（２）において、好
ましくは、前記第２工程でグリーンパートを加熱する温
度は前記接合用の金属の前記骨格金属中への拡散を促進
する温度である。
ましくは、前記第２工程でグリーンパートを加熱する温
度は前記接合用の金属の前記骨格金属中への拡散を促進
する温度である。
【００１２】これにより接合用の金属は骨格金属中は拡
散し、焼結により接合された部分の融点が上昇し、機械
的強度が高まる。
散し、焼結により接合された部分の融点が上昇し、機械
的強度が高まる。
【００１３】（４）また、上記（１）又は（２）におい
て、好ましくは、前記第１工程は、金属粉末の焼結をレ
ーザ光により実施する。
て、好ましくは、前記第１工程は、金属粉末の焼結をレ
ーザ光により実施する。
【００１４】これにより特定の型が不要で、切削くずの
発生しない造形が行える。
発生しない造形が行える。
【００１５】（５）更に、上記（１）又は（２）におい
て、好ましくは、前記第３工程は、前記第１工程で用い
たのと同様の金属粉末を焼結して作られた溶浸用台座上
に前記グリーンパートと溶浸用金属材料を置き、加熱す
ることで、溶浸用金属材料を溶浸用台座を介してグリー
ンパートの空隙部に溶浸させる。
て、好ましくは、前記第３工程は、前記第１工程で用い
たのと同様の金属粉末を焼結して作られた溶浸用台座上
に前記グリーンパートと溶浸用金属材料を置き、加熱す
ることで、溶浸用金属材料を溶浸用台座を介してグリー
ンパートの空隙部に溶浸させる。
【００１６】これにより加熱溶融した溶浸用金属材料
は、毛細管現象により、溶浸用台座内の空隙部を通じて
グリーンパートの空隙部に到達し、溶浸用金属材料の空
隙部への充填がスムースに行える。
は、毛細管現象により、溶浸用台座内の空隙部を通じて
グリーンパートの空隙部に到達し、溶浸用金属材料の空
隙部への充填がスムースに行える。
【００１７】（６）また、上記目的を達成するために、
本発明のレーザ焼結用金属粉末は、低融点金属を含む金
属で薄く被覆された骨格金属からなるものとする。
本発明のレーザ焼結用金属粉末は、低融点金属を含む金
属で薄く被覆された骨格金属からなるものとする。
【００１８】このようなレーザ焼結用金属粉末を用いる
ことにより、上記（１）で述べたように、金属粉末を使
用するＲＰ技術において、造形速度が大きくかつ機械的
強度の大きい造形物を得ることができる。
ことにより、上記（１）で述べたように、金属粉末を使
用するＲＰ技術において、造形速度が大きくかつ機械的
強度の大きい造形物を得ることができる。
【００１９】
【発明の実施形態】以下、本発明の実施の形態を図１〜
図１３により説明する。
図１３により説明する。
【００２０】図１は本発明による金属粉末を使用して、
選択的レーザ焼結により立体物を造形する工程のフロー
チャートを示す。図２〜１３は各工程の詳細を説明する
ための図である。
選択的レーザ焼結により立体物を造形する工程のフロー
チャートを示す。図２〜１３は各工程の詳細を説明する
ための図である。
【００２１】図１において、まず最初にレーザ焼結に用
いる金属粉末１を用意する（工程１０１）。
いる金属粉末１を用意する（工程１０１）。
【００２２】図２はその金属粉末１の拡大断面図であ
る。金属粉末１は骨格金属２を有し、骨格金属２は、外
径30〜50μm程度の球形または方形であり、拡散（濃度
差により物質が浸透する現象）性を有する低融点の金
属、あるいは低融点の金属を含む合金（以下、被覆金属
という）３で薄く被覆されている。被覆金属３は接合用
であり、被覆厚さは、例えば５〜10μm程度である。
る。金属粉末１は骨格金属２を有し、骨格金属２は、外
径30〜50μm程度の球形または方形であり、拡散（濃度
差により物質が浸透する現象）性を有する低融点の金
属、あるいは低融点の金属を含む合金（以下、被覆金属
という）３で薄く被覆されている。被覆金属３は接合用
であり、被覆厚さは、例えば５〜10μm程度である。
【００２３】被覆金属３としては、例えばＳn、Ｐ、Ｚ
n、Ｓi、Ｂ等が単体あるいは合金（例えば、ＣuＮiＳn
Ｐ、ＮiＳiＢ等）で使用され、融点が低い程レーザ焼結
時の処理速度を早くすることができるが、200〜1000℃
が実用レベルの融点となる。
n、Ｓi、Ｂ等が単体あるいは合金（例えば、ＣuＮiＳn
Ｐ、ＮiＳiＢ等）で使用され、融点が低い程レーザ焼結
時の処理速度を早くすることができるが、200〜1000℃
が実用レベルの融点となる。
【００２４】骨格金属２としては、Ｃu、Ｎi、Ｆe等が
単体あるいは合金として使用される。微粉金属である骨
格金属２は一般には高圧液体アトマイズ法、ガスアトマ
イズ法により製造され、低融点金属は、骨格金属にメッ
キ、スパッタ、蒸着等により被覆される。
単体あるいは合金として使用される。微粉金属である骨
格金属２は一般には高圧液体アトマイズ法、ガスアトマ
イズ法により製造され、低融点金属は、骨格金属にメッ
キ、スパッタ、蒸着等により被覆される。
【００２５】なお、低融点金属を骨格金属に被覆するの
ではなく、５〜10μmの微粉末とし、混合して使用する
こともできる。
ではなく、５〜10μmの微粉末とし、混合して使用する
こともできる。
【００２６】以上のような金属粉末１を用意した後、次
にこの金属粉末１をレーザ焼結装置に充填してレーザ焼
結によりグリーンパート（一次造形品）を作成する（図
１の工程１０２，１０３）。
にこの金属粉末１をレーザ焼結装置に充填してレーザ焼
結によりグリーンパート（一次造形品）を作成する（図
１の工程１０２，１０３）。
【００２７】図３は、選択的レーザ焼結により立体物を
造形する場合の情報の流れを示すものであり、コンピュ
ータ４では、造形したい立体物（以下、造形物）の３次
元データ（３次元ＣＡＤ（Computer Aided Design）デ
ータ）や、Ｘ線ＣＴ（Computer Tomography）のデータ
を水平にスライスして輪切りのデータを作成する。輪切
りのデータは選択的レーザ焼結装置５内の制御用コンピ
ュータ６に送られる。制御用コンピュータ６は、輪切り
のデータにしたがって、レーザ光源７のＯＮ−ＯＦＦ、
スキャンミラー８、金属粉末散布用ローラ９、金属粉末
供給ピストン１０ａ，１０ｂ、およびグリーンパート用
ピストン１１を操作する。
造形する場合の情報の流れを示すものであり、コンピュ
ータ４では、造形したい立体物（以下、造形物）の３次
元データ（３次元ＣＡＤ（Computer Aided Design）デ
ータ）や、Ｘ線ＣＴ（Computer Tomography）のデータ
を水平にスライスして輪切りのデータを作成する。輪切
りのデータは選択的レーザ焼結装置５内の制御用コンピ
ュータ６に送られる。制御用コンピュータ６は、輪切り
のデータにしたがって、レーザ光源７のＯＮ−ＯＦＦ、
スキャンミラー８、金属粉末散布用ローラ９、金属粉末
供給ピストン１０ａ，１０ｂ、およびグリーンパート用
ピストン１１を操作する。
【００２８】図４は例えばSinterstation2500（米国Ｄ
ＴＭ社商標）を使用した選択的レーザ焼結装置５の概略
図であり、図５〜図９は異なる工程におけるその部分断
面図である。図４及び図５〜図９によりこの選択的レー
ザ焼結装置５を使用した焼結状況を説明する。
ＴＭ社商標）を使用した選択的レーザ焼結装置５の概略
図であり、図５〜図９は異なる工程におけるその部分断
面図である。図４及び図５〜図９によりこの選択的レー
ザ焼結装置５を使用した焼結状況を説明する。
【００２９】図４において、１０，１０は金属粉末収納
箱であり、金属粉末供給ピストン１０ａ，１０ｂは図５
〜図９に示すように金属粉末収納箱１０，１０内の底部
に上下動可能に収納されている。グリーンパート用ピス
トン１１は金属粉末収納箱１０，１０の間に位置し、図
５〜図９に示すようにシリンダ容器３０内に上下動可能
に収納されている。金属粉末収納箱１０，１０とシリン
ダ容器３０間には床部３１が設けられ、ワーク面１２を
形成している。図４では図示の便宜上シリンダ容器３０
と床部３１は省略している。
箱であり、金属粉末供給ピストン１０ａ，１０ｂは図５
〜図９に示すように金属粉末収納箱１０，１０内の底部
に上下動可能に収納されている。グリーンパート用ピス
トン１１は金属粉末収納箱１０，１０の間に位置し、図
５〜図９に示すようにシリンダ容器３０内に上下動可能
に収納されている。金属粉末収納箱１０，１０とシリン
ダ容器３０間には床部３１が設けられ、ワーク面１２を
形成している。図４では図示の便宜上シリンダ容器３０
と床部３１は省略している。
【００３０】まず、図５に示すように、第一層目の形成
に先立ち金属粉末供給用ピストン１０ａを上昇させて金
属粉末収納箱内１０の金属粉末１を一層の厚みに相当す
る分だけ上方に押し出す。次に、図６に示すように、金
属粉末散布用ローラ９を図示右方向に移動させて、ワー
ク面１２に第一層目の厚みｈに相当する金属粉末１の層
を形成する。次いで、図７に示すように、制御用コンピ
ュータ６から送られる造形物の第一層目の輪切りデータ
に基づいた制御信号により、レーザ光源６からのレーザ
光１３をスキャニングミラー８を介してワーク面１２に
照射し、第一層目の断面相当部分の金属粉末１を選択的
に焼結して、造形物の第一層１４ａの造形が完了する。
制御用コンピュータ６からの制御信号により、ワーク面
１２の断面相当位置においてのみレーザ光１３が照射さ
れるように、スキャニングミラー８の位置と連動してレ
ーザ光１３がＯＮ−ＯＦＦされる。
に先立ち金属粉末供給用ピストン１０ａを上昇させて金
属粉末収納箱内１０の金属粉末１を一層の厚みに相当す
る分だけ上方に押し出す。次に、図６に示すように、金
属粉末散布用ローラ９を図示右方向に移動させて、ワー
ク面１２に第一層目の厚みｈに相当する金属粉末１の層
を形成する。次いで、図７に示すように、制御用コンピ
ュータ６から送られる造形物の第一層目の輪切りデータ
に基づいた制御信号により、レーザ光源６からのレーザ
光１３をスキャニングミラー８を介してワーク面１２に
照射し、第一層目の断面相当部分の金属粉末１を選択的
に焼結して、造形物の第一層１４ａの造形が完了する。
制御用コンピュータ６からの制御信号により、ワーク面
１２の断面相当位置においてのみレーザ光１３が照射さ
れるように、スキャニングミラー８の位置と連動してレ
ーザ光１３がＯＮ−ＯＦＦされる。
【００３１】次に、第二層目の造形作業につき説明す
る。まず、グリーンパート用ピストン１１を造形物の第
二層の厚みに相当する高さ分だけ下降させてワーク面１
２に凹部（図示せず）を形成する。次いで、金属粉末供
給用ピストン１０ｂを上昇させて金属粉末収納箱内１０
の金属粉末１を一層の厚みに相当する分だけ上方に押し
出した後、図８に示すように、金属粉末散布用ローラ９
を図示左方向に移動させて、ワーク面１２に第二層目の
厚みｈに相当する金属粉末１の層を形成する。この作業
により、先に形成された凹部が埋められる。その後、図
９に示すように、制御用コンピュータ６から送られる造
形物の第一層目の輪切りデータに基づいた制御信号によ
り、レーザ光源６からのレーザ光１３をスキャニングミ
ラー８を介してワーク面１２に照射し、第二層目の断面
相当部分の金属粉末１を選択的に焼結して、造形物の第
二層１４ｂの造形が完了する。既に造形が完了している
第一層１４ａと第二層１４ｂは、第二層相当部形成時の
レーザ光照射により相互に焼結されて一体化される。
る。まず、グリーンパート用ピストン１１を造形物の第
二層の厚みに相当する高さ分だけ下降させてワーク面１
２に凹部（図示せず）を形成する。次いで、金属粉末供
給用ピストン１０ｂを上昇させて金属粉末収納箱内１０
の金属粉末１を一層の厚みに相当する分だけ上方に押し
出した後、図８に示すように、金属粉末散布用ローラ９
を図示左方向に移動させて、ワーク面１２に第二層目の
厚みｈに相当する金属粉末１の層を形成する。この作業
により、先に形成された凹部が埋められる。その後、図
９に示すように、制御用コンピュータ６から送られる造
形物の第一層目の輪切りデータに基づいた制御信号によ
り、レーザ光源６からのレーザ光１３をスキャニングミ
ラー８を介してワーク面１２に照射し、第二層目の断面
相当部分の金属粉末１を選択的に焼結して、造形物の第
二層１４ｂの造形が完了する。既に造形が完了している
第一層１４ａと第二層１４ｂは、第二層相当部形成時の
レーザ光照射により相互に焼結されて一体化される。
【００３２】制御用コンピュータ６からの制御信号によ
り、以後、造形物の輪切りデータの数だけ、金属粉末供
給用ピストン１０ａ，１０ｂの上昇、グリーンパート用
ピストン１１の下降、金属粉末散布用ローラ９の移動に
よる金属粉末層の形成、及びレーザ光による金属粉末１
の選択的焼結を繰り返し、例えば図１５に示すような所
望する造形物のグリーンパート１５を製作する。
り、以後、造形物の輪切りデータの数だけ、金属粉末供
給用ピストン１０ａ，１０ｂの上昇、グリーンパート用
ピストン１１の下降、金属粉末散布用ローラ９の移動に
よる金属粉末層の形成、及びレーザ光による金属粉末１
の選択的焼結を繰り返し、例えば図１５に示すような所
望する造形物のグリーンパート１５を製作する。
【００３３】金属粉末１の組成にもよるが、レーザ光源
のパワーは概ね100〜300Wであり、走査速度は300〜1000
mm／分程度である。
のパワーは概ね100〜300Wであり、走査速度は300〜1000
mm／分程度である。
【００３４】図１１はグリーンパート１５の部分拡大断
面を示すもので、レーザ光１３の照射により被覆金属３
が溶融して接合部１６を形成し、グリーンパート１５の
形状が保持される。レーザ光１３により低融点の被覆金
属３を溶融することによりグリーンパート１５を造形す
るので、造形速度を増大させることができる。接合した
金属粉末１間には空隙部１７があり、この空隙部１７に
は後述の溶浸工程で金属が充填される。
面を示すもので、レーザ光１３の照射により被覆金属３
が溶融して接合部１６を形成し、グリーンパート１５の
形状が保持される。レーザ光１３により低融点の被覆金
属３を溶融することによりグリーンパート１５を造形す
るので、造形速度を増大させることができる。接合した
金属粉末１間には空隙部１７があり、この空隙部１７に
は後述の溶浸工程で金属が充填される。
【００３５】グリーンパート１５を作成した後、グリー
ンパート１５を加熱炉内に設置し加熱工程を経て中実の
造形物を作成する（図１の工程１０４，１０５，１０
６）。
ンパート１５を加熱炉内に設置し加熱工程を経て中実の
造形物を作成する（図１の工程１０４，１０５，１０
６）。
【００３６】図１２は加熱及び溶浸作業の説明図であ
る。加熱炉１８内でグリーンパート１５は、坩堝１９内
の溶浸用台座２０上に設置されている。グリーンパート
１５と坩堝１９との隙間には、セラミック粉末２１が充
填され、加熱中におけるグリーンパートの変形を防止す
る。溶浸用金属材料２２がグリーンパート１５の周辺で
溶浸用台座２０上に置かれている。
る。加熱炉１８内でグリーンパート１５は、坩堝１９内
の溶浸用台座２０上に設置されている。グリーンパート
１５と坩堝１９との隙間には、セラミック粉末２１が充
填され、加熱中におけるグリーンパートの変形を防止す
る。溶浸用金属材料２２がグリーンパート１５の周辺で
溶浸用台座２０上に置かれている。
【００３７】溶浸用台座２０は、金属粉末１を用いて成
形した板材を焼結したものであり、グリーンパート１５
と同様、図１１に示すような接合部１６と空隙部１７を
有している。溶浸用金属材料２２としては、被覆金属３
より融点が高く骨格金属２よりは融点の低い材料、例え
ばブロンズ（ＣuＳn合金）等が用いられる。
形した板材を焼結したものであり、グリーンパート１５
と同様、図１１に示すような接合部１６と空隙部１７を
有している。溶浸用金属材料２２としては、被覆金属３
より融点が高く骨格金属２よりは融点の低い材料、例え
ばブロンズ（ＣuＳn合金）等が用いられる。
【００３８】図１３は、加熱炉１８内の温度制御チャー
ト及び温度制御時における接合部１６（金属粉末１の表
面）の融点の変化を示す。
ト及び温度制御時における接合部１６（金属粉末１の表
面）の融点の変化を示す。
【００３９】加熱炉１８は先ず、被覆金属３の融点Ｔc
より少し低い温度Ｔ1で時間Ｈ1（被覆金属３にもよるが
１〜５時間程度）に亘り保持される。この熱処理によ
り、被覆金属３の骨格金属２内への拡散が促進される。
温度Ｔ1は、被覆金属３が実質的に溶融せずかつ骨格金
属２内への拡散が適切な速度で進行する温度であり、被
覆金属３にもよるがおよそ被覆金属３の融点Ｔcより２
０〜３０℃低い温度である。拡散の進行と共に、接合部
１６（金属粉末１の表面）の融点は上昇し最終的には、
骨格金属２の融点Ｔｂ付近に達する。同時に接合部１６
の微視的な機械強度は骨格金属３の値に近いものとな
る。
より少し低い温度Ｔ1で時間Ｈ1（被覆金属３にもよるが
１〜５時間程度）に亘り保持される。この熱処理によ
り、被覆金属３の骨格金属２内への拡散が促進される。
温度Ｔ1は、被覆金属３が実質的に溶融せずかつ骨格金
属２内への拡散が適切な速度で進行する温度であり、被
覆金属３にもよるがおよそ被覆金属３の融点Ｔcより２
０〜３０℃低い温度である。拡散の進行と共に、接合部
１６（金属粉末１の表面）の融点は上昇し最終的には、
骨格金属２の融点Ｔｂ付近に達する。同時に接合部１６
の微視的な機械強度は骨格金属３の値に近いものとな
る。
【００４０】時間Ｈ1（被覆金属３に関係するが、概略
１〜５時間程度）経過後、加熱炉１７内の温度を溶浸用
金属材料２２の融点Ｔiに設定し、時間Ｈ2（溶浸用金属
材料２２に関係するが、概略２〜５時間）加熱する。こ
の工程で溶浸用金属材料２２は溶融し、毛細管現象によ
り、溶浸用台座２０内の空隙部１７を通じてグリーンパ
ート１５の空隙部１７を充填し、中実の造形物が作成さ
れる。
１〜５時間程度）経過後、加熱炉１７内の温度を溶浸用
金属材料２２の融点Ｔiに設定し、時間Ｈ2（溶浸用金属
材料２２に関係するが、概略２〜５時間）加熱する。こ
の工程で溶浸用金属材料２２は溶融し、毛細管現象によ
り、溶浸用台座２０内の空隙部１７を通じてグリーンパ
ート１５の空隙部１７を充填し、中実の造形物が作成さ
れる。
【００４１】以下、金属粉末１として、骨格金属＝SUS3
04、被覆金属＝Ｓnを使用した場合を説明する。先ず、
加熱炉１７内の温度をＳnの融点（Ｔc）＝２３２℃より
少し低い、Ｔ1＝２００℃として、Ｈ1＝３〜５時間加熱
してＳnをSUS316中ヘの拡散させる。この結果、接合部
１６の融点がSUS316の融点≒１３００〜１４００℃近く
まで上昇する。次いで、加熱炉１７内温度を溶浸用金属
材料２２であるブロンズの融点（Ｔi）より少し高いＴ2
＝１０５０℃で、Ｈ2＝２〜３時間保持する。この過程
で、毛細管現象により、溶浸用台座２０内の空隙部１７
を通じてグリーンパート１５の空隙部１７をブロンズで
充填し、中実の造形物が作成される。
04、被覆金属＝Ｓnを使用した場合を説明する。先ず、
加熱炉１７内の温度をＳnの融点（Ｔc）＝２３２℃より
少し低い、Ｔ1＝２００℃として、Ｈ1＝３〜５時間加熱
してＳnをSUS316中ヘの拡散させる。この結果、接合部
１６の融点がSUS316の融点≒１３００〜１４００℃近く
まで上昇する。次いで、加熱炉１７内温度を溶浸用金属
材料２２であるブロンズの融点（Ｔi）より少し高いＴ2
＝１０５０℃で、Ｈ2＝２〜３時間保持する。この過程
で、毛細管現象により、溶浸用台座２０内の空隙部１７
を通じてグリーンパート１５の空隙部１７をブロンズで
充填し、中実の造形物が作成される。
【００４２】以上のように本実施の形態によれば、レー
ザ光により低融点の被覆金属を溶融することによりグリ
ーンパート１５を造形するので、金属粉末を使用するＲ
Ｐ技術において、造形速度を増大させることができる。
また、グリーンパート１５の形状を保持している接合部
１６の融点及び機械的強度を高めることにより、融点が
高く、機械的強度に優れる造形物を得ることができる。
また、接合部１６の融点を高めるので、被覆金属３より
融点の高い溶浸用金属材料２２を溶浸することができ、
この点でも機械的強度が高まる。さらに、被覆金属３は
熱処理によって骨格金属２中へ拡散し、空隙部１７に滞
留しないので、溶浸用台座２０を用いて溶浸用金属材料
２２の空隙部１７への充填がスムースに完了し、中実の
造形物が容易に作成できる。加熱炉１８内の雰囲気とし
ては、金属の酸化を防止するため、非酸化雰囲気（Ｎ2
ガス充填）あるいは真空とするのが望ましい。
ザ光により低融点の被覆金属を溶融することによりグリ
ーンパート１５を造形するので、金属粉末を使用するＲ
Ｐ技術において、造形速度を増大させることができる。
また、グリーンパート１５の形状を保持している接合部
１６の融点及び機械的強度を高めることにより、融点が
高く、機械的強度に優れる造形物を得ることができる。
また、接合部１６の融点を高めるので、被覆金属３より
融点の高い溶浸用金属材料２２を溶浸することができ、
この点でも機械的強度が高まる。さらに、被覆金属３は
熱処理によって骨格金属２中へ拡散し、空隙部１７に滞
留しないので、溶浸用台座２０を用いて溶浸用金属材料
２２の空隙部１７への充填がスムースに完了し、中実の
造形物が容易に作成できる。加熱炉１８内の雰囲気とし
ては、金属の酸化を防止するため、非酸化雰囲気（Ｎ2
ガス充填）あるいは真空とするのが望ましい。
【００４３】なお、上述の説明では、グリーンパート１
５を加熱炉１８内に設置した後、加熱炉１８内からグリ
ーンパート１５を取り出すことなく、接合部の融点及び
機械的強度を高める加熱工程と溶浸を行う加熱工程を行
ったが、低温炉で接合部の融点及び機械的強度を高める
加熱工程を行い、その後低温炉から高温炉に入れ替え
て、高温炉で溶浸を行うよう２工程の作業に分離しても
良い。
５を加熱炉１８内に設置した後、加熱炉１８内からグリ
ーンパート１５を取り出すことなく、接合部の融点及び
機械的強度を高める加熱工程と溶浸を行う加熱工程を行
ったが、低温炉で接合部の融点及び機械的強度を高める
加熱工程を行い、その後低温炉から高温炉に入れ替え
て、高温炉で溶浸を行うよう２工程の作業に分離しても
良い。
【００４４】
【発明の効果】本発明によれば、金属粉末を使用するＲ
Ｐ技術において、造形速度が大きくかつ機械的強度の大
きい造形物を得ることができる。
Ｐ技術において、造形速度が大きくかつ機械的強度の大
きい造形物を得ることができる。
【図１】本発明の一実施の形態による立体物造形方法を
示すフローチャートである。
示すフローチャートである。
【図２】金属粉末の拡大断面図である。
【図３】レーザ焼結作業の情報の流れ説明図である。
【図４】レーザ焼結装置及びレーザ焼結作業の説明図で
ある。
ある。
【図５】レーザ焼結作業の説明図である。
【図６】レーザ焼結作業の説明図である。
【図７】レーザ焼結作業の説明図である。
【図８】レーザ焼結作業の説明図である。
【図９】レーザ焼結作業の説明図である。
【図１０】作成されたグリーンパートの断面図である。
【図１１】グリーンパートの部分拡大断面図である。
【図１２】加熱炉内の配置状況を説明する図である。
【図１３】加熱炉内の温度制御チャート及び、接合部の
融点変化、機械強度変化の説明図である。
融点変化、機械強度変化の説明図である。
１：金属粉末 ２：低融点の金属（被覆金属） ３：骨格金属 ４：上位コンピュータ ５：レーザ焼結装置 ６：制御用コンピュータ ７：レーザ光源 ８：スキャンミラー ９：金属粉末散布用ローラ １０：金属粉末収納箱 １０ａ，１０ｂ：金属粉末供給ピストン １１：グリーンパート用ピストン １２：ワーク面 １３：レーザ光 １５：グリーンパート １６：接合部 １７：空隙部 ３０：シリンダ容器 ３１：床部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 定岡 紀行 茨城県日立市大みか町七丁目２番１号 株 式会社日立製作所電力・電機開発研究所内 (72)発明者 佐々木 弘治 茨城県日立市大みか町七丁目２番１号 株 式会社日立製作所電力・電機開発研究所内 Ｆターム(参考） 4K018 BC22 CA44 DA19 EA51 EA60 FA34 JA05 JA07
Claims (6)
- 【請求項１】低融点金属を含む接合用の金属と骨格金属
とからなる金属粉末を焼結してグリーンパートを造形す
る第１工程と、このグリーンパートを前記接合用の金属
の融点より低い温度で加熱する第２工程と、前記グリー
ンパートを溶浸用金属材料と共に加熱して溶浸用金属材
料をグリーンパートの空隙部に溶浸する第３工程とを有
することを特徴とする立体物造形方法。 - 【請求項２】低融点金属を含む接合用の金属で薄く被覆
された骨格金属からなる金属粉末を焼結してグリーンパ
ートを造形する第１工程と、このグリーンパートを前記
低融点金属の融点より少し低い温度で加熱する第２工程
と、前記グリーンパートを溶浸用金属材料と共に加熱し
て溶浸用金属材料をグリーンパートの空隙部に溶浸する
第３工程とを有することを特徴とする立体物造形方法。 - 【請求項３】請求項１又は２記載の立体物造形方法にお
いて、前記第２工程でグリーンパートを加熱する温度は
前記接合用の金属の前記骨格金属中への拡散を促進する
温度であることを特徴とする立体物造形方法。 - 【請求項４】請求項１又は２記載の立体物造形方法にお
いて、前記第１工程は、金属粉末の焼結をレーザ光によ
り実施することを特徴とする立体物造形方法。 - 【請求項５】請求項１又は２記載の立体物造形方法にお
いて、前記第３工程は、前記第１工程で用いたのと同様
の金属粉末を焼結して作られた溶浸用台座上に前記グリ
ーンパートと溶浸用金属材料を置き、加熱することで、
溶浸用金属材料を溶浸用台座を介してグリーンパートの
空隙部に溶浸させることを特徴とする立体物造形方法。 - 【請求項６】低融点金属を含む接合用の金属で薄く被覆
された骨格金属からなることを特徴とするレーザ焼結用
金属粉末。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001046113A JP3752427B2 (ja) | 2001-02-22 | 2001-02-22 | 立体物造形方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001046113A JP3752427B2 (ja) | 2001-02-22 | 2001-02-22 | 立体物造形方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002249804A true JP2002249804A (ja) | 2002-09-06 |
| JP3752427B2 JP3752427B2 (ja) | 2006-03-08 |
Family
ID=18907798
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001046113A Expired - Lifetime JP3752427B2 (ja) | 2001-02-22 | 2001-02-22 | 立体物造形方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3752427B2 (ja) |
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- 2001-02-22 JP JP2001046113A patent/JP3752427B2/ja not_active Expired - Lifetime
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