JP2004003018A - 自由造形型レーザ焼結による製品製造方法 - Google Patents
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- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P10/00—Technologies related to metal processing
- Y02P10/25—Process efficiency
Abstract
【課題】自由造形型レーザ焼結による金属又は非金属の製品の製造方法を提供する。
【解決手段】コンピュータ制御したレーザビームを使用して粉末を基板上に垂直方向に添加しながら層状に形成して、製品に組立てるが、少なくとも１つの支持体が、基板と遺品の外面との間に形成され、支持体は、予め設定した破断用領域を介して、製品の外面に接続され、破断用領域が、製品の輪郭に沿って支持体の強度を低下するように形成する。
【選択図】 図２
【解決手段】コンピュータ制御したレーザビームを使用して粉末を基板上に垂直方向に添加しながら層状に形成して、製品に組立てるが、少なくとも１つの支持体が、基板と遺品の外面との間に形成され、支持体は、予め設定した破断用領域を介して、製品の外面に接続され、破断用領域が、製品の輪郭に沿って支持体の強度を低下するように形成する。
【選択図】 図２
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自由造形型レーザ焼結による金属又は非金属の製品を製造する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自由造形型レーザ焼結は、基板上で、粉末材料からコンピュータ制御されたレーザビームを使用して垂直の多層形式で製品に組立てるものである。このような方法は、特許文献１から知られている。
【０００３】
【特許文献１】
米国特許ＵＳＰ４８６３５３８
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
この製造方法は、小さい寸法の製品、例えば、歯牙補綴物や補助的な部品の形で歯科技術に必要な製品などの組立てに適用され、これら小さな製品は、通常の寸法の１つ基板上に、幾つかの製品を並べて造り上げることができる。
【０００５】
しかし、この製造法においては、粉末層をレーザ照射で照射しながら積層する過程で、次の粉末層を適用する際に過剰の粉末を除去するときに、各製品は、その固有抵抗モーメントに対して実質的な水平力に耐えなければならない。しかし、他方では、組立ての手順が完了した後で損傷することなく製品を基板から除去できるように、基板上に定置して且つ接合していなければならない。ここに、製品には、保持すべき強度と、容易に分離できる程度の強度とを備えなければならない問題が生じる。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の自由造形型のレーザ焼結による製造方法は、この課題を解決しようとするもので、基板と製品の外面との間に少なくとも１つの支持体を造り、支持体は、予め設定した破断用領域を介して製品の外面に接合しており、破断用領域は、製品の輪郭に沿って支持体の強度を低下するように形成される。
【０００７】
この支持体は、基板と製品との間に十分に確実に安定した結合を提供するものであり、しかも、破断用領域は、最終製品を、殆どないし全く後加工を要しないように分離できることを保障する。破断用領域では、支持体の強度を低下させるが、その好ましい方法は、断面の厚みを小さくすること、および、支持体に貫通孔を設けることである。
【０００８】
支持体は、小さい断面厚みで且つ長辺形に細長の形状を有して、基板上に粉末層が付加される方向に縦に向けるのが好ましい。この製造方法においては、支持体は、基板から分離する際に接合して、支持体は、粉末層の添加の時に生じる力に対して十分な対抗力を備えており、組立て完了時には、垂直方向に容易に破断して製品を基板から分離することができる。
【０００９】
製品は、好ましくは、歯科用製品を含み、例えば、カップやクラウンなどのボウル状の歯科用製品を含む。この場合には、本発明を適用して、支持体上に定置させて完全な断面を有する製品を造り上げることができる。即ち、製品の基底面が最初に形成され、その上に閉じた環状の壁部を重ねて加える。
【００１０】
【発明の実施の形態】
さらに、本発明の有利な展開が、以下の実施形態から導かれる。本発明の実施形態では、レーザ焼結法を使用して、この方法を実施するための装置の基板３上に、図１に示すように、粉末材料を用いて１層づつ順次終結しながら組上げてボウル状の歯科製品１、２を造る。
【００１１】
粉末には、金属粉末及び非金属粉末が利用できる。金属粉末は、特に、粒度分布を変えて、使用することができる。粉末の粒度は、製品の高さに依存して変更することができる。
【００１２】
この図１には、幾つかの同一形状物を示すが、実際には、製品を予定している患者の歯牙ないし歯根の廻りの口腔内又は口腔外のスキャニングされた形状データを利用して、製品ごとに個々に違った形状を有する製品が形成される。
【００１３】
図１は、製品１、２を、基板３上に、支持体４を介して結合されている。支持体４は、形状が長辺形で、粉末層が添加される方向を縦にされて、且つその方向を横切る方向に厚みが小さくされている。
【００１４】
この形態は、図２と図３でもっと正確に判るが、これらの図は、図１よりも精密な歯科製品１を示している。それぞれの層の粒径は、製品が同じ層厚さを維持するときでも、製品が既に到達している高さに応じて、調整するのが好ましい。
【００１５】
図２と図３とは歯科製品のボウル状形状を明確に示しており、円錐状で環状の側壁５の厚みが、その全高さにわたつて均一で、基底部６の厚みと等しくされている。尤も、実際は、このような厚みが均一の場合は稀であり、厚みは製品の部位により変更することができる。
【００１６】
特に、縁部７は、５０〜２００μｍの壁厚みがあるが、しかし、内側は、図３が示すように、製品データを、実物の形状をスキャンしてサンプリングしたデータに変更することができる。図３の製品は、実物のスキャンデータにより、内側の縁部７を厚くして、縁部の内面で、少しの厚みを溶融して、平滑にして、内側縁部を磨いてある。
【００１７】
また、図２と図３とに示すように、支持体４は、製品１の外面に取着した支持体の両端部で上方にわずかに延びている。支持体の断面厚みは、製品１に接合した支持体４の全長にわたって、支持体の高さの一部の部分で製品の外面と接合し、その接合部位直下で狭くして、破断線８を製品の外面と支持体との間に予め設定するのがよい。支持体４に対して製品に横方向の力をかけるか又は逆にするかすれば、支持体４は、容易くしかもきれいに製品から破断できる。
【００１８】
図４の実施形態において、破断用領域の線８は、断面厚みを小さくすると共に、支持体中に孔１１を設けることによっても形成できる。そのような孔は、製品１の外面に近接して、製品からの支持体の破断分離を容易にすると共に、製品の外面をきれいにすることができる。孔は、また、製品の外面に隣接した粉末層に形成した外観では見えないか又は目視できる多孔体であってもよい。
【００１９】
図５は、例えば、製品１（図３）の基部６の断面表面のように各粉末層の十分に大きな表面を処理する時にレーザビーム１０がたどるべき経路を示している。しかし、形状が環状である縁部は、レーザビームを円形に案内して加熱してすることにより、薄い壁断面にする。必要なエネルギー入力に依存して、上記の平面加熱の場合には、レーザビーム経路のトラックピッチ１２又はストライプ幅１３を変更する。好ましくは、製品１の基底部６の表面のような表面積と、基底部の縁部の長さのように処理すべき粉末層の縁部の長さと、の比率により、上記トラックピッチ１２又はストライプ幅１３を変更することができる。
【００２０】
エネルギー入力も、レーザビーム１０の照射またはスポットの速度を変えることにより、特に、焼結すべき粉末層の関連データの分析に従動して自動的手段により、変更することができる。エネルギー入力に影響する他の要素は、レーザビームの直径と出力がある。これらの要素を焼結すべき表面に従って修正する時には、主にビーム出力を変更することができ、必要で可能なら、レーザビームの直径も修正することもできる。
【００２１】
図１は、また、混同を避けるために、単一製品にマークを付けるための２つのの方法を示している。１つの場合は、個々の製品に直接マーク１４ａを付けている。第２の場合は、マーク１４ｂは、製品でなく、基板３に付してある。いずれの場合も、マークは、粉末その上にレーザ照射して焼結することにより成形される。
【図面の簡単な説明】
【図１】レーザ焼結処理後の基板上に残されているボウル上製品の複数の完成品の模式的な配置と形状を示す。
【図２】基板上に取着されている単一のレーザ焼結した歯科製品の斜視図を示す。
【図３】図２に示した製品の部分的に切断した斜視図を示す。
【図４】支持体を変更した歯科製品の斜視図を示す。
【図５】レーザビームトラックの拡大模式図を示す。
【符号の説明】
１ 製品
３ 基板
４ 支持体
５ 側壁
６ 基底部
７ 縁部
８ 破断線
１１ 孔
【発明の属する技術分野】
本発明は、自由造形型レーザ焼結による金属又は非金属の製品を製造する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自由造形型レーザ焼結は、基板上で、粉末材料からコンピュータ制御されたレーザビームを使用して垂直の多層形式で製品に組立てるものである。このような方法は、特許文献１から知られている。
【０００３】
【特許文献１】
米国特許ＵＳＰ４８６３５３８
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
この製造方法は、小さい寸法の製品、例えば、歯牙補綴物や補助的な部品の形で歯科技術に必要な製品などの組立てに適用され、これら小さな製品は、通常の寸法の１つ基板上に、幾つかの製品を並べて造り上げることができる。
【０００５】
しかし、この製造法においては、粉末層をレーザ照射で照射しながら積層する過程で、次の粉末層を適用する際に過剰の粉末を除去するときに、各製品は、その固有抵抗モーメントに対して実質的な水平力に耐えなければならない。しかし、他方では、組立ての手順が完了した後で損傷することなく製品を基板から除去できるように、基板上に定置して且つ接合していなければならない。ここに、製品には、保持すべき強度と、容易に分離できる程度の強度とを備えなければならない問題が生じる。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の自由造形型のレーザ焼結による製造方法は、この課題を解決しようとするもので、基板と製品の外面との間に少なくとも１つの支持体を造り、支持体は、予め設定した破断用領域を介して製品の外面に接合しており、破断用領域は、製品の輪郭に沿って支持体の強度を低下するように形成される。
【０００７】
この支持体は、基板と製品との間に十分に確実に安定した結合を提供するものであり、しかも、破断用領域は、最終製品を、殆どないし全く後加工を要しないように分離できることを保障する。破断用領域では、支持体の強度を低下させるが、その好ましい方法は、断面の厚みを小さくすること、および、支持体に貫通孔を設けることである。
【０００８】
支持体は、小さい断面厚みで且つ長辺形に細長の形状を有して、基板上に粉末層が付加される方向に縦に向けるのが好ましい。この製造方法においては、支持体は、基板から分離する際に接合して、支持体は、粉末層の添加の時に生じる力に対して十分な対抗力を備えており、組立て完了時には、垂直方向に容易に破断して製品を基板から分離することができる。
【０００９】
製品は、好ましくは、歯科用製品を含み、例えば、カップやクラウンなどのボウル状の歯科用製品を含む。この場合には、本発明を適用して、支持体上に定置させて完全な断面を有する製品を造り上げることができる。即ち、製品の基底面が最初に形成され、その上に閉じた環状の壁部を重ねて加える。
【００１０】
【発明の実施の形態】
さらに、本発明の有利な展開が、以下の実施形態から導かれる。本発明の実施形態では、レーザ焼結法を使用して、この方法を実施するための装置の基板３上に、図１に示すように、粉末材料を用いて１層づつ順次終結しながら組上げてボウル状の歯科製品１、２を造る。
【００１１】
粉末には、金属粉末及び非金属粉末が利用できる。金属粉末は、特に、粒度分布を変えて、使用することができる。粉末の粒度は、製品の高さに依存して変更することができる。
【００１２】
この図１には、幾つかの同一形状物を示すが、実際には、製品を予定している患者の歯牙ないし歯根の廻りの口腔内又は口腔外のスキャニングされた形状データを利用して、製品ごとに個々に違った形状を有する製品が形成される。
【００１３】
図１は、製品１、２を、基板３上に、支持体４を介して結合されている。支持体４は、形状が長辺形で、粉末層が添加される方向を縦にされて、且つその方向を横切る方向に厚みが小さくされている。
【００１４】
この形態は、図２と図３でもっと正確に判るが、これらの図は、図１よりも精密な歯科製品１を示している。それぞれの層の粒径は、製品が同じ層厚さを維持するときでも、製品が既に到達している高さに応じて、調整するのが好ましい。
【００１５】
図２と図３とは歯科製品のボウル状形状を明確に示しており、円錐状で環状の側壁５の厚みが、その全高さにわたつて均一で、基底部６の厚みと等しくされている。尤も、実際は、このような厚みが均一の場合は稀であり、厚みは製品の部位により変更することができる。
【００１６】
特に、縁部７は、５０〜２００μｍの壁厚みがあるが、しかし、内側は、図３が示すように、製品データを、実物の形状をスキャンしてサンプリングしたデータに変更することができる。図３の製品は、実物のスキャンデータにより、内側の縁部７を厚くして、縁部の内面で、少しの厚みを溶融して、平滑にして、内側縁部を磨いてある。
【００１７】
また、図２と図３とに示すように、支持体４は、製品１の外面に取着した支持体の両端部で上方にわずかに延びている。支持体の断面厚みは、製品１に接合した支持体４の全長にわたって、支持体の高さの一部の部分で製品の外面と接合し、その接合部位直下で狭くして、破断線８を製品の外面と支持体との間に予め設定するのがよい。支持体４に対して製品に横方向の力をかけるか又は逆にするかすれば、支持体４は、容易くしかもきれいに製品から破断できる。
【００１８】
図４の実施形態において、破断用領域の線８は、断面厚みを小さくすると共に、支持体中に孔１１を設けることによっても形成できる。そのような孔は、製品１の外面に近接して、製品からの支持体の破断分離を容易にすると共に、製品の外面をきれいにすることができる。孔は、また、製品の外面に隣接した粉末層に形成した外観では見えないか又は目視できる多孔体であってもよい。
【００１９】
図５は、例えば、製品１（図３）の基部６の断面表面のように各粉末層の十分に大きな表面を処理する時にレーザビーム１０がたどるべき経路を示している。しかし、形状が環状である縁部は、レーザビームを円形に案内して加熱してすることにより、薄い壁断面にする。必要なエネルギー入力に依存して、上記の平面加熱の場合には、レーザビーム経路のトラックピッチ１２又はストライプ幅１３を変更する。好ましくは、製品１の基底部６の表面のような表面積と、基底部の縁部の長さのように処理すべき粉末層の縁部の長さと、の比率により、上記トラックピッチ１２又はストライプ幅１３を変更することができる。
【００２０】
エネルギー入力も、レーザビーム１０の照射またはスポットの速度を変えることにより、特に、焼結すべき粉末層の関連データの分析に従動して自動的手段により、変更することができる。エネルギー入力に影響する他の要素は、レーザビームの直径と出力がある。これらの要素を焼結すべき表面に従って修正する時には、主にビーム出力を変更することができ、必要で可能なら、レーザビームの直径も修正することもできる。
【００２１】
図１は、また、混同を避けるために、単一製品にマークを付けるための２つのの方法を示している。１つの場合は、個々の製品に直接マーク１４ａを付けている。第２の場合は、マーク１４ｂは、製品でなく、基板３に付してある。いずれの場合も、マークは、粉末その上にレーザ照射して焼結することにより成形される。
【図面の簡単な説明】
【図１】レーザ焼結処理後の基板上に残されているボウル上製品の複数の完成品の模式的な配置と形状を示す。
【図２】基板上に取着されている単一のレーザ焼結した歯科製品の斜視図を示す。
【図３】図２に示した製品の部分的に切断した斜視図を示す。
【図４】支持体を変更した歯科製品の斜視図を示す。
【図５】レーザビームトラックの拡大模式図を示す。
【符号の説明】
１ 製品
３ 基板
４ 支持体
５ 側壁
６ 基底部
７ 縁部
８ 破断線
１１ 孔
Claims (12)
- コンピュータ制御したレーザビームを使用して粉末を基板上に垂直方向に添加しながら層状に形成して、製品に組立てる自由造形型レーザ焼結による金属又は非金属の製品の製造方法において、
少なくとも１つの支持体が、基板と製品外面との間に形成し、支持体は、予め設定した破断用領域を介して、製品の外面に接続され、破断用領域が、製品の輪郭に沿って支持体の強度を低下するように形成することを特徴とする金属又は非金属の製品の製造方法。 - 支持体の断面を小さくしてその強度を低下させることを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
- 支持体には、強度を低下させるための孔を設けることを特徴とする請求項１又は２に記載の製造方法。
- 支持体を、小さな断面厚みで且つ長辺形で、基板上で粉末層が添加される方向に縦方向を向けるように形成することを特徴とする請求項１ないし３いずれかに記載の製造方法。
- 支持体上に載せて、完全な断面を備えたボウル形状の歯科用製品を造ることを特徴とする請求項１ないし４いずれかに記載の製造方法。
- 製品の肉厚が、縁部で５０〜２００μｍであり、且つ、側壁で厚くするように製品データを修正することを特徴とする請求項５に記載の製造方法。
- 製品の内側についての製品データを修正することを特徴とする請求項６に記載の製造方法。
- 縁部の内側を、その表面で小さな深さで溶融して、平滑にすることを特徴とする請求項７に記載の製造方法。
- レーザビームの照射量及び若しくはスポット速度及び若しくはトラックピッチ及び若しくはストライプ幅を含む焼結過程の境界条件を、焼結層の縁部の長さに対する焼結層の表面の表面積の比に対応して自動的に調節することを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
- レーザ照射量を、主としてビーム出力により、二次的にビーム直径の変更により変更することを特徴とする請求項９に記載の製造方法。
- 層厚みが等しいとき、粉末材料の粒径を、造り上げた製品の高さに依存して、変化させることを特徴とする請求項１ないし１０いずれかに記載の製造方法。
- 基板上に組立てた製品に、若しくは基板それ自体で各製品の近傍に、レーザビームにより識別用のマークを付すことを特徴とする請求項１ないし１１いずれかに記載の製造方法。
Applications Claiming Priority (1)
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| DE10219983A DE10219983B4 (de) | 2002-05-03 | 2002-05-03 | Verfahren zum Herstellen von Produkten durch Freiform-Lasersintern |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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| JP4259912B2 JP4259912B2 (ja) | 2009-04-30 |
Family
ID=28799003
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2003128068A Expired - Fee Related JP4259912B2 (ja) | 2002-05-03 | 2003-05-06 | 自由造形型レーザ焼結による製品製造方法 |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| US (2) | US7084370B2 (ja) |
| EP (1) | EP1358855B1 (ja) |
| JP (1) | JP4259912B2 (ja) |
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| DE (2) | DE10219983B4 (ja) |
| ES (1) | ES2325656T3 (ja) |
Cited By (9)
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