JP2004027329A - 三次元形状造形物の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】最適な形状で自由に流体経路を形成することができ、この流体経路内では流体の染み出しが防止され流動抵抗も小さくなって、温度調整用の流体経路を備えた成形型として最適となる三次元形状造形物の製造方法を提供する。
【解決手段】光ビームを照射して粉末が結合した結合層を形成し、これを繰り返して複数の結合層が積層一体化された粉末結合体Ａを作製するにあたって、流体経路７となる部分には光ビームを照射しないで溶融結合しない粉末を残存させたままとし、粉末結合体Ａが作製された後に、前記残存した粉末を流体経路７から排出除去し、次に、この流体経路７内に目止め処理剤１１を流入し、この目止め処理剤１１を同流体経路７の内壁面に浸透させて目止め処理を施す。
【選択図】 図１
【解決手段】光ビームを照射して粉末が結合した結合層を形成し、これを繰り返して複数の結合層が積層一体化された粉末結合体Ａを作製するにあたって、流体経路７となる部分には光ビームを照射しないで溶融結合しない粉末を残存させたままとし、粉末結合体Ａが作製された後に、前記残存した粉末を流体経路７から排出除去し、次に、この流体経路７内に目止め処理剤１１を流入し、この目止め処理剤１１を同流体経路７の内壁面に浸透させて目止め処理を施す。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、粉末に光ビームを照射して結合層を形成し、この結合層を積層一体化して所望の三次元形状に造形する三次元形状造形物の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
金属粉末等の無機質粉末或いは樹脂粉末等の有機質粉末の層にレーザビーム等の光ビームを照射し、粉末を溶融固化させ結合させることによって結合層を形成し、この結合層の上に更に粉末の層を被覆すると共にこの粉末に光ビームを照射し同様に結合させることによって下の結合層と一体になった結合層を形成し、そして、これを繰り返すことによって、複数の結合層が積層一体化された粉末結合体を作製する方法がある。
【０００３】
特に、粉末として金属の粉末を用い、粉末の層にレーザビーム等の光ビームを照射して粉末を焼結させることによって、粉末が焼結して結合した結合層を形成し、この結合層の上に粉末の層を被覆すると共にこの粉末に光ビームを照射して焼結させることによって下の結合層と一体になった結合層を形成し、そしてこれを繰り返すことによって、複数の結合層が積層一体化された金属粉末焼結体からなる粉末結合体を作製する方法が、例えば、特許第２６２０３５３号公報や特開２０００−７３１０８公報等で提供されている。
【０００４】
図１２はその一例を示すものであり、まず、図１２（ａ）に示す如く、昇降テーブル１の上に金属の粉末２をスキージー３で所定の厚みに分与する。昇降テーブル１は基準テーブル４の側面に沿って昇降するものであり、スキージー３は基準テーブル１の上面と同じレベルで水平方向に往復移動するようにしてある。したがって、昇降テーブル１の上面と基準テーブル４の上面との間のΔｔの段差に相当する厚みで粉末２の層を昇降テーブル１の上に形成することができる。その後、図１２（ｂ）に示す如く、集光レンズ５で集光したレーザビーム等の光ビームＬを走査させ、前記粉末２の層の必要な部分にのみ同光ビームＬを照射することによって、この光ビームＬを照射した部分の粉末２の層を焼結し、厚みΔｔの結合層６ａを焼結層として形成させる。
【０００５】
次に、昇降テーブル１をΔｔの寸法で下降させ、前記結合層６ａの上に粉末２を供給して、図１２（ｃ）に示す如く、スキージー３によりΔｔの厚みで粉末２の層を同結合層６ａの上に被覆し、次いで、図１２（ｄ）に示す如く、この粉末２の層の必要な部分にのみ光ビームＬを照射して焼結し、結合層６ａの上に結合層６ｂを一体に積層させる。そして、このような操作を必要な層数だけ繰り返すことによって、図１２（ｅ）に示す如く、所定数の結合層６ａ〜６ｆを積層一体化し、図１３に示す如く、複数の結合層６ａ〜６ｆからなる金属粉末焼結体として粉末結合体Ａを作製することができるものである。
【０００６】
ここで、前記の如く、粉末結合体Ａを作製するにあたっては、図１４（ａ）に示すような製品モデル１０を設計する際の三次元ＣＡＤデータに基づいて、同製品モデル１０を、図１４（ｂ）に示す如く、所定の間隔Δｔで水平にスライスしたときの各層１０ａ〜１０ｆのスライス面の断面データを得て、このスライス断面データを基にして粉末２の各層に照射する光ビームＬの走査経路を決定し、各層１０ａ〜１０ｆに対応する水平断面形状で各結合層６ａ〜６ｂを形成することにより、製品モデル１０と同じ三次元形状に造形された粉末結合体Ａを作製することができる。
【０００７】
そして、このように各結合層６ａ〜６ｆを順次形成して積み重ねていく工法を採用することにより、三次元ＣＡＤにより設計された形状に従って三次元的に切削加工するＣＡＭを用いるような必要がなくなって、二次元的な加工の繰り返しで三次元的に造形された製品を作製することが可能となるもので、複雑な機構の装置を用いることなく三次元造形物を迅速に作製することができるものである。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記の如く、三次元造形物として作製される粉末結合体Ａにあって、粉末結合体Ａを、例えば、成形金型等として用いる場合には、冷却や加熱等の機能を付与するために、粉末結合体Ａの内部に流体が流通される経路を形成することが行われている。そして、粉末結合体Ａの内部には粉末が焼結等で結合された緻密な状態で充填されているので、粉末結合体Ａ内に流体経路を形成する場合には、粉末結合体Ａを造形した後、この粉末結合体Ａに切削や孔あけ等の加工を施す必要がある。しかしながら、このような切削や孔あけ等の加工では、粉末結合体Ａ内に形成する流体経路の形状が単純なものに制限され、最適な形状で自由に流体経路を設計し形成することはできないものであった。
【０００９】
そこで、本出願人は、粉末結合体内に最適な形状で自由に流体経路を形成することができる三次元造形物の製造方法を提供することを目的として、特願２００１−１２６６０８を出願している。この出願の請求項４記載の発明では、流体経路となる部分の粉末を溶融結合させないで粉末結合体を作製し、粉末結合体内から流体経路の粉末を抜き出すようにしたので、最適な形状で自由に流体経路を設計し形成することができる上に、流体経路内を流れる流体の流動抵抗が小さくなってその流速や流量を高めることができ、流体による熱交換等の効果が大きくなるものである。
【００１０】
しかしながら、前記出願に係る発明では、次のような問題が残っている。すなわち、金属の粉末結合体の内部に三次元的に流体経路を形成した場合、この流体経路の内壁面には微細なヘアクラックや亀裂が発生する。ここで、流体経路内に流体を流通させると、流体が前記ヘアクラックや亀裂から染み出して粉末結合体の外表面にまで流出する恐れがあり、例えば、金型温度調整用の流体経路を備えた成形用金型としては不適となるものであった。
【００１１】
本発明は、上記従来の技術における問題を解決すると共に上記本出願人の先願に係る発明における問題をも解決するために発明されたもので、その課題は、粉末結合体内に最適な形状で自由に流体経路を形成することができ、しかも、この流体経路内では流体の染み出しが防止され流動抵抗も小さくなって、同流体による熱交換等の効果が大きくなり、温度調整用の流体経路を備えた成形型として最適となる三次元形状造形物の製造方法を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１記載の三次元形状造形物の製造方法は、粉末の層の所定箇所に光ビームを照射して溶融結合させることにより粉末が結合した結合層を形成し、この結合層の上に粉末の層を被覆すると共にこの粉末の所定箇所に光ビームを照射して結合させることにより下の結合層と一体になった結合層を形成し、これを繰り返すことによって複数の結合層が積層一体化された粉末結合体で三次元形状造形物を作製するにあたって、流体経路となる部分には光ビームを照射しないで溶融結合しない粉末を残存させたままとし、粉末結合体が作製された後に、前記残存した粉末を流体経路から排出除去し、次に、この流体経路内に目止め処理剤を流入し、この目止め処理剤を同流体経路の内壁面に毛細管現象により浸透させて目止め処理を施すことを特徴としている。
【００１３】
したがって、この場合、流体経路となる部分には光ビームを照射しないで溶融結合しない粉末を残存させたままとし、粉末結合体が作製された後に、前記残存した粉末を流体経路から排出除去することで、空洞となった流体経路を簡単に形成することができ、ここでは、最適な形状で自由に同流体経路を形成することができる。
【００１４】
しかも、前記流体経路内に目止め処理剤を流入し、この目止め処理剤を同流体経路の内壁面に毛細管現象により浸透させて目止め処理を施すので、同流体経路の内壁面に発生するヘアクラックや亀裂等が確実に密閉される。それ故、この流体経路では、流体の染み出しが防止され、流体の流動抵抗が小さくなってその流速や流量を高めることもでき、同流体による熱交換等の効果が大きくなって、温度調整用の流体経路を備えた成形型として最適な三次元形状造形物を得ることができる。
【００１５】
本発明の請求項２記載の三次元形状造形物の製造方法は、上記請求項１記載の三次元形状造形物の製造方法において、粉末結合体の外側から真空引きしながら、流体経路の内壁面に目止め処理剤を浸透させることを特徴としている。
【００１６】
したがって、この場合は特に、大気圧では浸透しないマイクロクラックや目止め処理剤の粘度によっては比較的大きなクラックにも容易に浸透されるようになり、目止め処理が確実に施される。
【００１７】
本発明の請求項３記載の三次元形状造形物の製造方法は、上記請求項１記載の三次元形状造形物の製造方法において、粉末結合体に振動を与えながら、流体経路の内壁面に目止め処理剤を浸透させることを特徴としている。
【００１８】
したがって、この場合は特に、粉末結合体が振動されることで、流体経路の内壁面に目止め処理剤は浸透し易くなり、この浸透に要する時間が短くなって、目止め処理時間が短縮される。
【００１９】
本発明の請求項４記載の三次元形状造形物の製造方法は、上記請求項１〜３のいずれか一つに記載の三次元形状造形物の製造方法において、目止め処理を施した後に、流体経路内に砥粒が混入された研磨液を流通させることを特徴としている。
【００２０】
したがって、この場合は特に、ヘアクラックや亀裂等に浸透して目止めに供された以外の余分な目止め処理剤が、流体経路内に砥粒が混入された研磨液を流通させることによって削り取り除去され、断熱層となってしまう同目止め処理剤の被覆層が薄くなって、熱交換等の効果がより大きくなる。
【００２１】
本発明の請求項５記載の三次元形状造形物の製造方法は、粉末の層の所定箇所に光ビームを照射して溶融結合させることにより粉末が結合した結合層を形成し、この結合層の上に粉末の層を被覆すると共にこの粉末の所定箇所に光ビームを照射して結合させることにより下の結合層と一体になった結合層を形成し、これを繰り返すことによって複数の結合層が積層一体化された粉末結合体で三次元形状造形物を作製するにあたって、流体経路となる部分には光ビームを照射しないで溶融結合しない粉末を残存させたままとし、粉末結合体が作製された後に、前記残存した粉末を流体経路から排出除去し、次に、この流体経路の内壁面にメッキ処理を施すことを特徴としている。
【００２２】
したがって、この場合、流体経路となる部分には光ビームを照射しないで溶融結合しない粉末を残存させたままとし、粉末結合体が作製された後に、前記残存した粉末を流体経路から排出除去することで、空洞となった流体経路を簡単に形成することができ、ここでは、最適な形状で自由に同流体経路を形成することができる。
【００２３】
しかも、前記流体経路の内壁面にメッキ処理を施すので、同流体経路の内壁面に発生するヘアクラックや亀裂等が確実に密閉される。それ故、この流体経路では、流体の染み出しが防止され、流体の流動抵抗が小さくなってその流速や流量を高めることもでき、同流体による熱交換等の効果が大きくなって、温度調整用の流体経路を備えた成形型として最適な三次元形状造形物を得ることができる。
【００２４】
本発明の請求項６記載の三次元形状造形物の製造方法は、粉末の層の所定箇所に光ビームを照射して溶融結合させることにより粉末が結合した結合層を形成し、この結合層の上に粉末の層を被覆すると共にこの粉末の所定箇所に光ビームを照射して結合させることにより下の結合層と一体になった結合層を形成し、これを繰り返すことによって複数の結合層が積層一体化された粉末結合体で三次元形状造形物を作製するにあたって、流体経路となる部分には光ビームを照射しないで溶融結合しない粉末を残存させたままとし、粉末結合体が作製された後に、前記残存した粉末を流体経路から排出除去し、次に、この流体経路内に熱可塑性のパイプを挿入設置し、このパイプを加熱軟化させて同流体経路の内壁面に密着させることを特徴としている。
【００２５】
したがって、この場合、流体経路となる部分には光ビームを照射しないで溶融結合しない粉末を残存させたままとし、粉末結合体が作製された後に、前記残存した粉末を流体経路から排出除去することで、空洞となった流体経路を簡単に形成することができ、ここでは、最適な形状で自由に同流体経路を形成することができる。
【００２６】
しかも、前記流体経路内に熱可塑性のパイプを挿入設置し、このパイプを加熱軟化させて同流体経路の内壁面に密着させるので、同流体経路の内壁面に発生するヘアクラックや亀裂等が確実に密閉される。それ故、この流体経路では、流体の染み出しが防止され、流体の流動抵抗が小さくなってその流速や流量を高めることもでき、同流体による熱交換等の効果が大きくなって、温度調整用の流体経路を備えた成形型として最適な三次元形状造形物を得ることができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
図１〜５は、本発明の請求項１に対応する第一の実施形態を示している。この実施形態の三次元形状造形物の製造方法において、粉末結合体Ａは上記の図１２〜１４のようにして、金属等の無機質或いは樹脂等の有機質の粉末２を用い、レーザビーム等の光ビームＬを照射することにより作製することができる。
【００２８】
すなわち、粉末２として金属のものを用いる場合は、金属の粉末２の層に光ビームＬを照射して粉末２を焼結させることによって、粉末２が焼結して結合した結合層６ａを形成し、この結合層６ａの上に粉末２の層を被覆すると共にこの粉末２に光ビームＬを照射して焼結させることにより下の結合層６ａと一体になった結合層６ｂを形成し、そしてこれを繰り返すことにより、複数の結合層６ａ、６ｂ、６ｃ・・・が積層一体化された金属粉末焼結体からなる粉末結合体Ａを作製することができる。ここで、金属の粉末２としては、例えば、平均粒径２０〜３０μｍ程度の鉄粉やブロンズとニッケルとの混合粉末等を用いることができ、各結合層６ａ、６ｂ、６ｃ・・・はその厚みΔｔを０．０２〜０．２ｍｍ 程度に形成することができる。
【００２９】
又、粉末２としては、上記のような金属のものの他、無機質であるセラミックのものを用いることができ、この場合も、金属の粉末２の場合と同様に、光ビームＬを照射して焼結することにより、結合層６ａ、６ｂ、６ｃ・・・を形成することができる。更に、粉末２として樹脂等の有機質のものを用いる場合には、光ビームＬを照射して粉末２を溶融・固化させることにより、粉末２を結合させた結合層６ａ、６ｂ、６ｃ・・・を形成することができる。なお、図１２に示す如く、所定数の結合層６ａ〜６ｆを順次積層一体化し、図１３に示す如く、複数の結合層６ａ〜６ｆからなる金属粉末焼結体として粉末結合体Ａを作製することについては、上記と同様の説明となるので、ここでは、その具体的な説明を省略する。
【００３０】
そして、前記の如く、粉末結合体Ａを作製するにあたっては、図１４（ａ）に示すような製品モデル１０を設計する際の三次元ＣＡＤデータに基づいて、同製品モデル１０を、図１４（ｂ）に示す如く、所定の間隔Δｔで水平にスライスしたときの各層１０ａ〜１０ｆのスライス面の断面データを得て、このスライス断面データを基にして粉末２の各層に照射する光ビームＬの走査経路を決定し、各層１０ａ〜１０ｆに対応する水平断面形状で各結合層６ａ〜６ｂを形成することにより、製品モデル１０と同じ三次元形状に造形された粉末結合体Ａを作製することができる。
【００３１】
この場合、製品モデル１０や各層１０ａ〜１０ｆの断面データは全体から流体経路７に相当する部分を差し引いたものとなり、同流体経路７を有する粉末結合体Ａが作製されることとなる。そして、このように各結合層６ａ〜６ｆを順次形成して積み重ねていく工法を採用することにより、三次元ＣＡＤにより設計された形状に従って三次元的に切削加工するＣＡＭを用いるような必要がなくなって、二次元的な加工の繰り返しで三次元的に造形された製品を作製することが可能となるもので、複雑な機構の装置を用いることなく三次元造形物を迅速に作製することができるものである。
【００３２】
ところで、流体経路７となる部分には光ビームＬが照射されないので、前記粉末結合体Ａにあっては、図３に示す如く、同流体経路７内に溶融結合されない粉末２が残存することになる。又、ここでは、図２に示す如く、金属でなる造形プレート１４上に金属の粉末２を焼結させた前記各結合層６ａ〜６ｂ（積層部１５）を積層一体化して粉末結合体Ａを作製しているので、図２（ａ）に示す如く、同粉末結合体Ａの流体経路７内には未焼結の金属の粉末２が密封された状態で残存保持されることになる。
【００３３】
そこで、図２（ｂ）に示す如く、造形プレート１４の部分に、流体経路７と連通する入口用孔８と出口用孔９とを穿設し、同流体経路７を粉末結合体Ａの外部に開通させている。そして、図４に示す如く、前記残存した粉末２を流体経路７から強制的に排出除去するものである。この場合、図４（ａ）に示す如く、入口用孔８から送風機１６によって圧縮エアを送り込むことで流体経路７内に残存した粉末２を出口用孔９から排出除去しても良いし、又、図４（ｂ）に示す如く、出口用孔９から吸引機１７で吸引して同粉末２を排出除去しても良い。このように、未焼結の粉末２を排出除去して、図５に示す如く、流体経路７が入口用孔８及び出口用孔９を介して外部と開通された粉末結合体Ａとなる。
【００３４】
次に、図１に示す如く、前記開通された流体経路７内に目止め処理剤１１を流入し、この目止め処理剤１１を同流体経路７の内壁面に浸透させて目止め処理を施すものである。この場合、図１（ａ）に示す如く、出口用孔９を開口させた状態で入口用孔８から流体経路７内に目止め処理剤１１を流し込んで、図１（ｂ）に示す如く、この目止め処理剤１１を同流体経路７内に略充満された状態とし、この状態のままで暫くの間放置する。その際、目止め処理剤１１が流体経路７から流出しないように、入口用孔８及び出口用孔９に蓋をしておいても良い。ここでは、液体が有する毛細管現象性により目止め処理剤１１は流体経路７の内壁面に浸透し、粉末結合体Ａの粉末焼結体内部のヘアクラックや亀裂１８等に染み込み、これ等が確実に埋められて密閉され。
【００３５】
この場合、ヘアクラックや亀裂１８等の大きさによっては、目止め処理剤１１の粒子径を変化させることで目止め作用が増大されるものである。例えば、０．５ｍｍ 程度のクラックであれば、大きい粒子の目止め処理剤１１を先に使用した後に、小さい粒子の目止め処理剤１１を使用すると、流体経路７の内壁面が確実に目止めされるものである。又、目止め処理剤１１を流体経路７内に充填し、数分間放置した後にこの流体経路７から一旦流出させ、再度、同流体経路７内に新しい目止め処理剤１１を流し込み、これを何度か繰り返すことによって、目止め作用がより増大される。
【００３６】
そして、最後に、前記目止め処理剤１１の余剰分を流体経路７から完全に流出して、粉末結合体Ａを常温或いは加熱した状態で数時間放置する。これにより、流体経路７内で目止めに供された目止め処理剤１１は完全に硬化して、同流体経路７の内壁面での目止め処理が完了する。目止め処理が施された流体経路７の内壁面では、ヘアクラックや亀裂１８等が確実に密閉されているだけでなく、同内壁面は平滑となって、そこにおける流体の流動抵抗も小さくなり、この流体経路７は冷却や加熱等のための流体を流通させるのに最適なものとなる。
【００３７】
したがって、この実施形態の三次元形状造形物の製造方法においては、流体経路７となる部分に光ビームＬを照射しないで焼結しない金属の粉末２を残存させたままとし、粉末結合体Ａが作製された後に、この残存した粉末２を同流体経路７から排出除去することで、空洞となった流体経路７を簡単に形成することができる。ここでは、流体経路７が複雑且つ長い形状であっても、残存した粉末２を流体経路７から容易に排出除去することができ、最適な形状で自由に同流体経路７を形成することができるものである。
【００３８】
しかも、前記流体経路７内に目止め処理剤１１を流入し、この目止め処理剤１１を同流体経路７の内壁面に毛細管現象により浸透させて目止め処理を施すので、同流体経路７の内壁面に発生するヘアクラックや亀裂１８等が確実に埋められ密閉される。それ故、この流体経路７では、流体の染み出しが防止され、流体の流動抵抗が小さくなってその流速や流量を高めることもでき、同流体による熱交換等の効果が大きくなるので、冷却や加熱等の温度調整用の流体経路７を備えた成形用の金型として最適な三次元形状造形物を得ることができる。
【００３９】
図６は、本発明の請求項２に対応する第二の実施形態を示している。この実施形態の三次元形状造形物の製造方法では、上記第一の実施形態において、粉末結合体Ａの外側から真空引きして、流体経路７の内壁面に目止め処理剤１１を浸透させるものである。この場合、流体経路７内に目止め処理剤１１を流入充填させた粉末結合体Ａを真空槽１９内に設置して、同粉末結合体Ａの外側から真空引きしている。
【００４０】
ここでは、流体経路７の内壁面にあるヘアクラックや亀裂１８等の箇所に目止め処理剤１１が気圧差によって十分に浸透される。そして、数分後、真空槽１９から粉末結合体Ａを取り出して流体経路７内の余剰の目止め処理剤１１を流し出し、常温或いは加熱した状態で数時間放置することによって、同流体経路７内の目止め処理剤１１が完全に硬化して目止め処理は完了する。
【００４１】
したがって、この実施形態の三次元形状造形物の製造方法においては、大気圧では浸透しないマイクロクラックや目止め処理剤１１の粘度によっては比較的大きなクラックにも容易に浸透されるようになり、目止め処理が確実に施される。なお、それ以外は、上記第一の実施形態と同様であり、同上記第一の実施形態におけると同様の作用効果が奏される。
【００４２】
図７は、本発明の請求項３に対応する第三の実施形態を示している。この実施形態の三次元形状造形物の製造方法では、上記第一の実施形態において、粉末結合体Ａに振動を与えながら、流体経路７の内壁面に目止め処理剤１１を浸透させるものである。この場合、流体経路７内に目止め処理剤１１を流入充填させた粉末結合体Ａを振動装置２０上に設置して、同粉末結合体Ａに振動を付与している。
【００４３】
ここでは、粉末結合体Ａを振動装置２０上に設置して振動を与えながら、流体経路７内に入口用孔８から目止め処理剤１１を流入し、この入口用孔８及び出口用孔９を塞いで振動させた状態のままにして数時間放置する。これにより、流体経路７の内壁面にあるヘアクラックや亀裂１８等の箇所に目止め処理剤１１が十分に浸透される。その後、流体経路７内の余剰の目止め処理剤１１を流し出し、常温或いは加熱した状態で数時間放置することによって、同流体経路７内の目止め処理剤１１が完全に硬化して目止め処理は完了する。
【００４４】
したがって、この実施形態の三次元形状造形物の製造方法においては、粉末結合体Ａが振動されることで、流体経路７の内壁面に目止め処理剤１１は浸透し易くなり、この浸透に要する時間が短くなって目止め処理時間が短縮され、目止め処理が確実にもなる。なお、それ以外は、上記第一の実施形態と同様であり、同上記第一の実施形態におけると同様の作用効果が奏される。
【００４５】
図８は、本発明の請求項４に対応する第四の実施形態を示している。この実施形態の三次元形状造形物の製造方法では、上記第一乃至第三の実施形態のようにして、流体経路７の内壁面に目止め処理を施した後に、同流体経路７内に砥粒が混入された研磨液１２を流通させるものである。この場合、強制循環装置２１の吹出口２２及び吸込口２３を流体経路７の入口用孔８と出口用孔９とに各々接続し、同流体経路７内に研磨液１２を強制的に循環流通させるものである。ここでは、流圧のかかる研磨液１２によって、目止めされた以外の目止め処理剤１１による被覆層１１ａが研磨され、目止めに不用な同被覆層１１ａの部分は取り除かれる。
【００４６】
したがって、この実施形態の三次元形状造形物の製造方法においては、ヘアクラックや亀裂１８等に浸透して目止めに供された以外の余分な目止め処理剤１１による被覆層１１ａの部分が、流体経路７内に砥粒が混入された研磨液１２を流通させることによって削り取り除去され、断熱層となってしまう同目止め処理剤１１の被覆層１１ａが薄くなって、熱交換等の効果がより大きく発揮される。なお、それ以外は、上記第一乃至第三の実施形態と同様であり、同上記第一乃至第三の実施形態におけると同様の作用効果が奏される。
【００４７】
図９は、本発明の請求項５に対応する第五の実施形態を示している。この実施形態の三次元形状造形物の製造方法では、上記第一の実施形態と同様に、粉末結合体Ａを作製して、残存した粉末２を流体経路７から排出除去させ、次に、この流体経路７の内壁面にメッキ処理を施すものである。この場合、未焼結の粉末２を流体経路７から取り除いた後、粉末結合体Ａの洗浄、脱脂、活性化を行ってメッキ槽２４内で同流体経路７内にのみメッキ処理を施すことにより、この流体経路７の内壁面にメッキ層２５が形成される。
【００４８】
したがって、この実施形態の三次元形状造形物の製造方法においては、流体経路７の内壁面にメッキ処理を施すので、同流体経路７の内壁面に発生するヘアクラックや亀裂１８等がメッキ層２５によって確実に密閉されることになる。なお、それ以外は、上記第一の実施形態と同様であり、同上記第一の実施形態におけると同様の作用効果が奏される。
【００４９】
図１０は、本発明の請求項６に対応する第六の実施形態を示している。この実施形態の三次元形状造形物の製造方法では、上記第一の実施形態と同様に、粉末結合体Ａを作製して、残存した粉末２を流体経路７から排出除去させ、次に、この流体経路７内に熱可塑性のパイプ１３を挿入設置し、このパイプ１３を加熱軟化させて同流体経路７の内壁面にエア圧で密着させるものである。この場合、柔軟性を有する熱可塑性樹脂等で形成されたパイプ１３を流体経路７内の略全長にわたって挿入設置して、粉末結合体Ａをヒータ内蔵台２６上に載置する。このヒータ内蔵台２６上で粉末結合体Ａを加熱して、パイプ１３が軟化したところで、流体経路７の一方の出口用孔９を密閉蓋２７で閉塞し、他方の入口用孔８から送風機１６によって同流体経路７内に圧縮エアを送り込むことで、この流体経路７の内壁面に同パイプ１３はエア圧により密着固定される。
【００５０】
したがって、この実施形態の三次元形状造形物の製造方法においては、流体経路７内に熱可塑性のパイプ１３を挿入設置し、このパイプ１３を加熱軟化させて同流体経路７の内壁面に密着させるので、同流体経路７の内壁面に発生するヘアクラックや亀裂１８等が軟化固着したパイプ１３の層によって確実に密閉されることになる。なお、それ以外は、上記第一の実施形態と同様であり、同上記第一の実施形態におけると同様の作用効果が奏される。
【００５１】
図１１は、本発明の請求項６に対応する第七の実施形態を示している。この実施形態の三次元形状造形物の製造方法では、流体経路７内に挿入設置したパイプ１３を加熱軟化させて同流体経路７の内壁面に密着させるに際し、パイプ１３を流体経路７内に挿入設置した粉末結合体Ａを真空槽１９内に収容してヒータ内蔵台２６上に載置している。この場合、ヒータ内蔵台２６上で粉末結合体Ａを加熱して、パイプ１３が軟化したところで、真空槽１９内で真空引きを行うことにより、同パイプ１３は気圧差によって流体経路７の内壁面に密着固定される。なお、それ以外は、上記第六の実施形態と同様であり、同上記第六の実施形態におけると同様の作用効果が奏される。
【００５２】
【発明の効果】
上述の如く、本発明の請求項１記載の三次元形状造形物の製造方法では、最適な形状で自由に流体経路を簡単に形成することができ、しかも、目止め処理によってヘアクラックや亀裂等が確実に密閉され、流体経路での流体の染み出しも防止され、流体の流動抵抗も小さくなり、同流体による熱交換等の効果が大きくなって、温度調整用の流体経路を備えた成形型として最適な三次元形状造形物を得ることができる。
【００５３】
又、本発明の請求項２記載の三次元形状造形物の製造方法では、特に、大気圧では浸透しないマイクロクラックや目止め処理剤の粘度によっては比較的大きなクラックにも容易に浸透され、目止め処理が確実に施される。
【００５４】
又、本発明の請求項３記載の三次元形状造形物の製造方法では、特に、粉末結合体が振動されることで、流体経路の内壁面に目止め処理剤は浸透し易く、この浸透に要する時間が短くなって、目止め処理時間が短縮される。
【００５５】
又、本発明の請求項４記載の三次元形状造形物の製造方法では、特に、ヘアクラックや亀裂等に浸透して目止めに供された以外の余分な目止め処理剤が削り取り除去され、断熱層となってしまう同目止め処理剤の被覆層が薄くなって、熱交換等の効果がより大きくなる。
【００５６】
本発明の請求項５記載の三次元形状造形物の製造方法では、最適な形状で自由に流体経路を簡単に形成することができ、しかも、メッキ処理によってヘアクラックや亀裂等が確実に密閉され、流体経路での流体の染み出しも防止され、流体の流動抵抗も小さくなり、同流体による熱交換等の効果が大きくなって、温度調整用の流体経路を備えた成形型として最適な三次元形状造形物を得ることができる。
【００５７】
本発明の請求項６記載の三次元形状造形物の製造方法では、最適な形状で自由に流体経路を簡単に形成することができ、しかも、加熱軟化されるパイプによってヘアクラックや亀裂等が確実に密閉され、流体経路での流体の染み出しも防止され、流体の流動抵抗も小さくなり、同流体による熱交換等の効果が大きくなって、温度調整用の流体経路を備えた成形型として最適な三次元形状造形物を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の実施形態である三次元形状造形物の製造方法において、（ａ）は目止め処理剤を流入している状態を示す断面図、（ｂ）は同目止め処理剤を浸透させている状態を示す断面図。
【図２】同上の三次元形状造形物の製造方法において、（ａ）は流体経路内に粉末が残存密封された状態を示す断面図、（ｂ）は同流体経路が貫通開口された状態を示す断面図。
【図３】同上の三次元形状造形物の製造方法において、流体経路内に粉末が残存された状態を示す要部断面図。
【図４】同上の三次元形状造形物の製造方法において、残存した粉末を流体経路から排出除去する（ａ）、（ｂ）各々異なった方法を示す断面図。
【図５】同上の三次元形状造形物の製造方法における粉末結合体を示す断面図。
【図６】本発明の第二の実施形態である三次元形状造形物の製造方法において、目止め処理剤を浸透させている状態を示す断面図。
【図７】本発明の第三の実施形態である三次元形状造形物の製造方法において、目止め処理剤を浸透させている状態を示す断面図。
【図８】本発明の第四の実施形態である三次元形状造形物の製造方法において、研磨液を流通させている状態を示す断面図。
【図９】本発明の第五の実施形態である三次元形状造形物の製造方法において、メッキ処理を施している状態を示す断面図。
【図１０】本発明の第六の実施形態である三次元形状造形物の製造方法において、パイプを流体経路の内壁面に密着させている状態を示す断面図。
【図１１】本発明の第七の実施形態である三次元形状造形物の製造方法において、パイプを流体経路の内壁面に密着させている状態を示す断面図。
【図１２】粉末結合体の製造の各工程を示し、（ａ）〜（ｅ）は各工程での断面図。
【図１３】同上の製造によって得られる粉末結合体を示す斜視図。
【図１４】（ａ）は同上の製造に用いる設計された製品モデルを示す斜視図、（ｂ）は同製品モデルをスライスした各層を示す斜視図。
【符号の説明】
２ 粉末
６ 結合層
７ 流体経路
１１ 目止め処理剤
１２ 研磨液
１３ パイプ
１９ 真空槽
２０ 振動装置
２５ メッキ層
Ａ 粉末結合体
Ｌ 光ビーム
【発明の属する技術分野】
本発明は、粉末に光ビームを照射して結合層を形成し、この結合層を積層一体化して所望の三次元形状に造形する三次元形状造形物の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
金属粉末等の無機質粉末或いは樹脂粉末等の有機質粉末の層にレーザビーム等の光ビームを照射し、粉末を溶融固化させ結合させることによって結合層を形成し、この結合層の上に更に粉末の層を被覆すると共にこの粉末に光ビームを照射し同様に結合させることによって下の結合層と一体になった結合層を形成し、そして、これを繰り返すことによって、複数の結合層が積層一体化された粉末結合体を作製する方法がある。
【０００３】
特に、粉末として金属の粉末を用い、粉末の層にレーザビーム等の光ビームを照射して粉末を焼結させることによって、粉末が焼結して結合した結合層を形成し、この結合層の上に粉末の層を被覆すると共にこの粉末に光ビームを照射して焼結させることによって下の結合層と一体になった結合層を形成し、そしてこれを繰り返すことによって、複数の結合層が積層一体化された金属粉末焼結体からなる粉末結合体を作製する方法が、例えば、特許第２６２０３５３号公報や特開２０００−７３１０８公報等で提供されている。
【０００４】
図１２はその一例を示すものであり、まず、図１２（ａ）に示す如く、昇降テーブル１の上に金属の粉末２をスキージー３で所定の厚みに分与する。昇降テーブル１は基準テーブル４の側面に沿って昇降するものであり、スキージー３は基準テーブル１の上面と同じレベルで水平方向に往復移動するようにしてある。したがって、昇降テーブル１の上面と基準テーブル４の上面との間のΔｔの段差に相当する厚みで粉末２の層を昇降テーブル１の上に形成することができる。その後、図１２（ｂ）に示す如く、集光レンズ５で集光したレーザビーム等の光ビームＬを走査させ、前記粉末２の層の必要な部分にのみ同光ビームＬを照射することによって、この光ビームＬを照射した部分の粉末２の層を焼結し、厚みΔｔの結合層６ａを焼結層として形成させる。
【０００５】
次に、昇降テーブル１をΔｔの寸法で下降させ、前記結合層６ａの上に粉末２を供給して、図１２（ｃ）に示す如く、スキージー３によりΔｔの厚みで粉末２の層を同結合層６ａの上に被覆し、次いで、図１２（ｄ）に示す如く、この粉末２の層の必要な部分にのみ光ビームＬを照射して焼結し、結合層６ａの上に結合層６ｂを一体に積層させる。そして、このような操作を必要な層数だけ繰り返すことによって、図１２（ｅ）に示す如く、所定数の結合層６ａ〜６ｆを積層一体化し、図１３に示す如く、複数の結合層６ａ〜６ｆからなる金属粉末焼結体として粉末結合体Ａを作製することができるものである。
【０００６】
ここで、前記の如く、粉末結合体Ａを作製するにあたっては、図１４（ａ）に示すような製品モデル１０を設計する際の三次元ＣＡＤデータに基づいて、同製品モデル１０を、図１４（ｂ）に示す如く、所定の間隔Δｔで水平にスライスしたときの各層１０ａ〜１０ｆのスライス面の断面データを得て、このスライス断面データを基にして粉末２の各層に照射する光ビームＬの走査経路を決定し、各層１０ａ〜１０ｆに対応する水平断面形状で各結合層６ａ〜６ｂを形成することにより、製品モデル１０と同じ三次元形状に造形された粉末結合体Ａを作製することができる。
【０００７】
そして、このように各結合層６ａ〜６ｆを順次形成して積み重ねていく工法を採用することにより、三次元ＣＡＤにより設計された形状に従って三次元的に切削加工するＣＡＭを用いるような必要がなくなって、二次元的な加工の繰り返しで三次元的に造形された製品を作製することが可能となるもので、複雑な機構の装置を用いることなく三次元造形物を迅速に作製することができるものである。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記の如く、三次元造形物として作製される粉末結合体Ａにあって、粉末結合体Ａを、例えば、成形金型等として用いる場合には、冷却や加熱等の機能を付与するために、粉末結合体Ａの内部に流体が流通される経路を形成することが行われている。そして、粉末結合体Ａの内部には粉末が焼結等で結合された緻密な状態で充填されているので、粉末結合体Ａ内に流体経路を形成する場合には、粉末結合体Ａを造形した後、この粉末結合体Ａに切削や孔あけ等の加工を施す必要がある。しかしながら、このような切削や孔あけ等の加工では、粉末結合体Ａ内に形成する流体経路の形状が単純なものに制限され、最適な形状で自由に流体経路を設計し形成することはできないものであった。
【０００９】
そこで、本出願人は、粉末結合体内に最適な形状で自由に流体経路を形成することができる三次元造形物の製造方法を提供することを目的として、特願２００１−１２６６０８を出願している。この出願の請求項４記載の発明では、流体経路となる部分の粉末を溶融結合させないで粉末結合体を作製し、粉末結合体内から流体経路の粉末を抜き出すようにしたので、最適な形状で自由に流体経路を設計し形成することができる上に、流体経路内を流れる流体の流動抵抗が小さくなってその流速や流量を高めることができ、流体による熱交換等の効果が大きくなるものである。
【００１０】
しかしながら、前記出願に係る発明では、次のような問題が残っている。すなわち、金属の粉末結合体の内部に三次元的に流体経路を形成した場合、この流体経路の内壁面には微細なヘアクラックや亀裂が発生する。ここで、流体経路内に流体を流通させると、流体が前記ヘアクラックや亀裂から染み出して粉末結合体の外表面にまで流出する恐れがあり、例えば、金型温度調整用の流体経路を備えた成形用金型としては不適となるものであった。
【００１１】
本発明は、上記従来の技術における問題を解決すると共に上記本出願人の先願に係る発明における問題をも解決するために発明されたもので、その課題は、粉末結合体内に最適な形状で自由に流体経路を形成することができ、しかも、この流体経路内では流体の染み出しが防止され流動抵抗も小さくなって、同流体による熱交換等の効果が大きくなり、温度調整用の流体経路を備えた成形型として最適となる三次元形状造形物の製造方法を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１記載の三次元形状造形物の製造方法は、粉末の層の所定箇所に光ビームを照射して溶融結合させることにより粉末が結合した結合層を形成し、この結合層の上に粉末の層を被覆すると共にこの粉末の所定箇所に光ビームを照射して結合させることにより下の結合層と一体になった結合層を形成し、これを繰り返すことによって複数の結合層が積層一体化された粉末結合体で三次元形状造形物を作製するにあたって、流体経路となる部分には光ビームを照射しないで溶融結合しない粉末を残存させたままとし、粉末結合体が作製された後に、前記残存した粉末を流体経路から排出除去し、次に、この流体経路内に目止め処理剤を流入し、この目止め処理剤を同流体経路の内壁面に毛細管現象により浸透させて目止め処理を施すことを特徴としている。
【００１３】
したがって、この場合、流体経路となる部分には光ビームを照射しないで溶融結合しない粉末を残存させたままとし、粉末結合体が作製された後に、前記残存した粉末を流体経路から排出除去することで、空洞となった流体経路を簡単に形成することができ、ここでは、最適な形状で自由に同流体経路を形成することができる。
【００１４】
しかも、前記流体経路内に目止め処理剤を流入し、この目止め処理剤を同流体経路の内壁面に毛細管現象により浸透させて目止め処理を施すので、同流体経路の内壁面に発生するヘアクラックや亀裂等が確実に密閉される。それ故、この流体経路では、流体の染み出しが防止され、流体の流動抵抗が小さくなってその流速や流量を高めることもでき、同流体による熱交換等の効果が大きくなって、温度調整用の流体経路を備えた成形型として最適な三次元形状造形物を得ることができる。
【００１５】
本発明の請求項２記載の三次元形状造形物の製造方法は、上記請求項１記載の三次元形状造形物の製造方法において、粉末結合体の外側から真空引きしながら、流体経路の内壁面に目止め処理剤を浸透させることを特徴としている。
【００１６】
したがって、この場合は特に、大気圧では浸透しないマイクロクラックや目止め処理剤の粘度によっては比較的大きなクラックにも容易に浸透されるようになり、目止め処理が確実に施される。
【００１７】
本発明の請求項３記載の三次元形状造形物の製造方法は、上記請求項１記載の三次元形状造形物の製造方法において、粉末結合体に振動を与えながら、流体経路の内壁面に目止め処理剤を浸透させることを特徴としている。
【００１８】
したがって、この場合は特に、粉末結合体が振動されることで、流体経路の内壁面に目止め処理剤は浸透し易くなり、この浸透に要する時間が短くなって、目止め処理時間が短縮される。
【００１９】
本発明の請求項４記載の三次元形状造形物の製造方法は、上記請求項１〜３のいずれか一つに記載の三次元形状造形物の製造方法において、目止め処理を施した後に、流体経路内に砥粒が混入された研磨液を流通させることを特徴としている。
【００２０】
したがって、この場合は特に、ヘアクラックや亀裂等に浸透して目止めに供された以外の余分な目止め処理剤が、流体経路内に砥粒が混入された研磨液を流通させることによって削り取り除去され、断熱層となってしまう同目止め処理剤の被覆層が薄くなって、熱交換等の効果がより大きくなる。
【００２１】
本発明の請求項５記載の三次元形状造形物の製造方法は、粉末の層の所定箇所に光ビームを照射して溶融結合させることにより粉末が結合した結合層を形成し、この結合層の上に粉末の層を被覆すると共にこの粉末の所定箇所に光ビームを照射して結合させることにより下の結合層と一体になった結合層を形成し、これを繰り返すことによって複数の結合層が積層一体化された粉末結合体で三次元形状造形物を作製するにあたって、流体経路となる部分には光ビームを照射しないで溶融結合しない粉末を残存させたままとし、粉末結合体が作製された後に、前記残存した粉末を流体経路から排出除去し、次に、この流体経路の内壁面にメッキ処理を施すことを特徴としている。
【００２２】
したがって、この場合、流体経路となる部分には光ビームを照射しないで溶融結合しない粉末を残存させたままとし、粉末結合体が作製された後に、前記残存した粉末を流体経路から排出除去することで、空洞となった流体経路を簡単に形成することができ、ここでは、最適な形状で自由に同流体経路を形成することができる。
【００２３】
しかも、前記流体経路の内壁面にメッキ処理を施すので、同流体経路の内壁面に発生するヘアクラックや亀裂等が確実に密閉される。それ故、この流体経路では、流体の染み出しが防止され、流体の流動抵抗が小さくなってその流速や流量を高めることもでき、同流体による熱交換等の効果が大きくなって、温度調整用の流体経路を備えた成形型として最適な三次元形状造形物を得ることができる。
【００２４】
本発明の請求項６記載の三次元形状造形物の製造方法は、粉末の層の所定箇所に光ビームを照射して溶融結合させることにより粉末が結合した結合層を形成し、この結合層の上に粉末の層を被覆すると共にこの粉末の所定箇所に光ビームを照射して結合させることにより下の結合層と一体になった結合層を形成し、これを繰り返すことによって複数の結合層が積層一体化された粉末結合体で三次元形状造形物を作製するにあたって、流体経路となる部分には光ビームを照射しないで溶融結合しない粉末を残存させたままとし、粉末結合体が作製された後に、前記残存した粉末を流体経路から排出除去し、次に、この流体経路内に熱可塑性のパイプを挿入設置し、このパイプを加熱軟化させて同流体経路の内壁面に密着させることを特徴としている。
【００２５】
したがって、この場合、流体経路となる部分には光ビームを照射しないで溶融結合しない粉末を残存させたままとし、粉末結合体が作製された後に、前記残存した粉末を流体経路から排出除去することで、空洞となった流体経路を簡単に形成することができ、ここでは、最適な形状で自由に同流体経路を形成することができる。
【００２６】
しかも、前記流体経路内に熱可塑性のパイプを挿入設置し、このパイプを加熱軟化させて同流体経路の内壁面に密着させるので、同流体経路の内壁面に発生するヘアクラックや亀裂等が確実に密閉される。それ故、この流体経路では、流体の染み出しが防止され、流体の流動抵抗が小さくなってその流速や流量を高めることもでき、同流体による熱交換等の効果が大きくなって、温度調整用の流体経路を備えた成形型として最適な三次元形状造形物を得ることができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
図１〜５は、本発明の請求項１に対応する第一の実施形態を示している。この実施形態の三次元形状造形物の製造方法において、粉末結合体Ａは上記の図１２〜１４のようにして、金属等の無機質或いは樹脂等の有機質の粉末２を用い、レーザビーム等の光ビームＬを照射することにより作製することができる。
【００２８】
すなわち、粉末２として金属のものを用いる場合は、金属の粉末２の層に光ビームＬを照射して粉末２を焼結させることによって、粉末２が焼結して結合した結合層６ａを形成し、この結合層６ａの上に粉末２の層を被覆すると共にこの粉末２に光ビームＬを照射して焼結させることにより下の結合層６ａと一体になった結合層６ｂを形成し、そしてこれを繰り返すことにより、複数の結合層６ａ、６ｂ、６ｃ・・・が積層一体化された金属粉末焼結体からなる粉末結合体Ａを作製することができる。ここで、金属の粉末２としては、例えば、平均粒径２０〜３０μｍ程度の鉄粉やブロンズとニッケルとの混合粉末等を用いることができ、各結合層６ａ、６ｂ、６ｃ・・・はその厚みΔｔを０．０２〜０．２ｍｍ 程度に形成することができる。
【００２９】
又、粉末２としては、上記のような金属のものの他、無機質であるセラミックのものを用いることができ、この場合も、金属の粉末２の場合と同様に、光ビームＬを照射して焼結することにより、結合層６ａ、６ｂ、６ｃ・・・を形成することができる。更に、粉末２として樹脂等の有機質のものを用いる場合には、光ビームＬを照射して粉末２を溶融・固化させることにより、粉末２を結合させた結合層６ａ、６ｂ、６ｃ・・・を形成することができる。なお、図１２に示す如く、所定数の結合層６ａ〜６ｆを順次積層一体化し、図１３に示す如く、複数の結合層６ａ〜６ｆからなる金属粉末焼結体として粉末結合体Ａを作製することについては、上記と同様の説明となるので、ここでは、その具体的な説明を省略する。
【００３０】
そして、前記の如く、粉末結合体Ａを作製するにあたっては、図１４（ａ）に示すような製品モデル１０を設計する際の三次元ＣＡＤデータに基づいて、同製品モデル１０を、図１４（ｂ）に示す如く、所定の間隔Δｔで水平にスライスしたときの各層１０ａ〜１０ｆのスライス面の断面データを得て、このスライス断面データを基にして粉末２の各層に照射する光ビームＬの走査経路を決定し、各層１０ａ〜１０ｆに対応する水平断面形状で各結合層６ａ〜６ｂを形成することにより、製品モデル１０と同じ三次元形状に造形された粉末結合体Ａを作製することができる。
【００３１】
この場合、製品モデル１０や各層１０ａ〜１０ｆの断面データは全体から流体経路７に相当する部分を差し引いたものとなり、同流体経路７を有する粉末結合体Ａが作製されることとなる。そして、このように各結合層６ａ〜６ｆを順次形成して積み重ねていく工法を採用することにより、三次元ＣＡＤにより設計された形状に従って三次元的に切削加工するＣＡＭを用いるような必要がなくなって、二次元的な加工の繰り返しで三次元的に造形された製品を作製することが可能となるもので、複雑な機構の装置を用いることなく三次元造形物を迅速に作製することができるものである。
【００３２】
ところで、流体経路７となる部分には光ビームＬが照射されないので、前記粉末結合体Ａにあっては、図３に示す如く、同流体経路７内に溶融結合されない粉末２が残存することになる。又、ここでは、図２に示す如く、金属でなる造形プレート１４上に金属の粉末２を焼結させた前記各結合層６ａ〜６ｂ（積層部１５）を積層一体化して粉末結合体Ａを作製しているので、図２（ａ）に示す如く、同粉末結合体Ａの流体経路７内には未焼結の金属の粉末２が密封された状態で残存保持されることになる。
【００３３】
そこで、図２（ｂ）に示す如く、造形プレート１４の部分に、流体経路７と連通する入口用孔８と出口用孔９とを穿設し、同流体経路７を粉末結合体Ａの外部に開通させている。そして、図４に示す如く、前記残存した粉末２を流体経路７から強制的に排出除去するものである。この場合、図４（ａ）に示す如く、入口用孔８から送風機１６によって圧縮エアを送り込むことで流体経路７内に残存した粉末２を出口用孔９から排出除去しても良いし、又、図４（ｂ）に示す如く、出口用孔９から吸引機１７で吸引して同粉末２を排出除去しても良い。このように、未焼結の粉末２を排出除去して、図５に示す如く、流体経路７が入口用孔８及び出口用孔９を介して外部と開通された粉末結合体Ａとなる。
【００３４】
次に、図１に示す如く、前記開通された流体経路７内に目止め処理剤１１を流入し、この目止め処理剤１１を同流体経路７の内壁面に浸透させて目止め処理を施すものである。この場合、図１（ａ）に示す如く、出口用孔９を開口させた状態で入口用孔８から流体経路７内に目止め処理剤１１を流し込んで、図１（ｂ）に示す如く、この目止め処理剤１１を同流体経路７内に略充満された状態とし、この状態のままで暫くの間放置する。その際、目止め処理剤１１が流体経路７から流出しないように、入口用孔８及び出口用孔９に蓋をしておいても良い。ここでは、液体が有する毛細管現象性により目止め処理剤１１は流体経路７の内壁面に浸透し、粉末結合体Ａの粉末焼結体内部のヘアクラックや亀裂１８等に染み込み、これ等が確実に埋められて密閉され。
【００３５】
この場合、ヘアクラックや亀裂１８等の大きさによっては、目止め処理剤１１の粒子径を変化させることで目止め作用が増大されるものである。例えば、０．５ｍｍ 程度のクラックであれば、大きい粒子の目止め処理剤１１を先に使用した後に、小さい粒子の目止め処理剤１１を使用すると、流体経路７の内壁面が確実に目止めされるものである。又、目止め処理剤１１を流体経路７内に充填し、数分間放置した後にこの流体経路７から一旦流出させ、再度、同流体経路７内に新しい目止め処理剤１１を流し込み、これを何度か繰り返すことによって、目止め作用がより増大される。
【００３６】
そして、最後に、前記目止め処理剤１１の余剰分を流体経路７から完全に流出して、粉末結合体Ａを常温或いは加熱した状態で数時間放置する。これにより、流体経路７内で目止めに供された目止め処理剤１１は完全に硬化して、同流体経路７の内壁面での目止め処理が完了する。目止め処理が施された流体経路７の内壁面では、ヘアクラックや亀裂１８等が確実に密閉されているだけでなく、同内壁面は平滑となって、そこにおける流体の流動抵抗も小さくなり、この流体経路７は冷却や加熱等のための流体を流通させるのに最適なものとなる。
【００３７】
したがって、この実施形態の三次元形状造形物の製造方法においては、流体経路７となる部分に光ビームＬを照射しないで焼結しない金属の粉末２を残存させたままとし、粉末結合体Ａが作製された後に、この残存した粉末２を同流体経路７から排出除去することで、空洞となった流体経路７を簡単に形成することができる。ここでは、流体経路７が複雑且つ長い形状であっても、残存した粉末２を流体経路７から容易に排出除去することができ、最適な形状で自由に同流体経路７を形成することができるものである。
【００３８】
しかも、前記流体経路７内に目止め処理剤１１を流入し、この目止め処理剤１１を同流体経路７の内壁面に毛細管現象により浸透させて目止め処理を施すので、同流体経路７の内壁面に発生するヘアクラックや亀裂１８等が確実に埋められ密閉される。それ故、この流体経路７では、流体の染み出しが防止され、流体の流動抵抗が小さくなってその流速や流量を高めることもでき、同流体による熱交換等の効果が大きくなるので、冷却や加熱等の温度調整用の流体経路７を備えた成形用の金型として最適な三次元形状造形物を得ることができる。
【００３９】
図６は、本発明の請求項２に対応する第二の実施形態を示している。この実施形態の三次元形状造形物の製造方法では、上記第一の実施形態において、粉末結合体Ａの外側から真空引きして、流体経路７の内壁面に目止め処理剤１１を浸透させるものである。この場合、流体経路７内に目止め処理剤１１を流入充填させた粉末結合体Ａを真空槽１９内に設置して、同粉末結合体Ａの外側から真空引きしている。
【００４０】
ここでは、流体経路７の内壁面にあるヘアクラックや亀裂１８等の箇所に目止め処理剤１１が気圧差によって十分に浸透される。そして、数分後、真空槽１９から粉末結合体Ａを取り出して流体経路７内の余剰の目止め処理剤１１を流し出し、常温或いは加熱した状態で数時間放置することによって、同流体経路７内の目止め処理剤１１が完全に硬化して目止め処理は完了する。
【００４１】
したがって、この実施形態の三次元形状造形物の製造方法においては、大気圧では浸透しないマイクロクラックや目止め処理剤１１の粘度によっては比較的大きなクラックにも容易に浸透されるようになり、目止め処理が確実に施される。なお、それ以外は、上記第一の実施形態と同様であり、同上記第一の実施形態におけると同様の作用効果が奏される。
【００４２】
図７は、本発明の請求項３に対応する第三の実施形態を示している。この実施形態の三次元形状造形物の製造方法では、上記第一の実施形態において、粉末結合体Ａに振動を与えながら、流体経路７の内壁面に目止め処理剤１１を浸透させるものである。この場合、流体経路７内に目止め処理剤１１を流入充填させた粉末結合体Ａを振動装置２０上に設置して、同粉末結合体Ａに振動を付与している。
【００４３】
ここでは、粉末結合体Ａを振動装置２０上に設置して振動を与えながら、流体経路７内に入口用孔８から目止め処理剤１１を流入し、この入口用孔８及び出口用孔９を塞いで振動させた状態のままにして数時間放置する。これにより、流体経路７の内壁面にあるヘアクラックや亀裂１８等の箇所に目止め処理剤１１が十分に浸透される。その後、流体経路７内の余剰の目止め処理剤１１を流し出し、常温或いは加熱した状態で数時間放置することによって、同流体経路７内の目止め処理剤１１が完全に硬化して目止め処理は完了する。
【００４４】
したがって、この実施形態の三次元形状造形物の製造方法においては、粉末結合体Ａが振動されることで、流体経路７の内壁面に目止め処理剤１１は浸透し易くなり、この浸透に要する時間が短くなって目止め処理時間が短縮され、目止め処理が確実にもなる。なお、それ以外は、上記第一の実施形態と同様であり、同上記第一の実施形態におけると同様の作用効果が奏される。
【００４５】
図８は、本発明の請求項４に対応する第四の実施形態を示している。この実施形態の三次元形状造形物の製造方法では、上記第一乃至第三の実施形態のようにして、流体経路７の内壁面に目止め処理を施した後に、同流体経路７内に砥粒が混入された研磨液１２を流通させるものである。この場合、強制循環装置２１の吹出口２２及び吸込口２３を流体経路７の入口用孔８と出口用孔９とに各々接続し、同流体経路７内に研磨液１２を強制的に循環流通させるものである。ここでは、流圧のかかる研磨液１２によって、目止めされた以外の目止め処理剤１１による被覆層１１ａが研磨され、目止めに不用な同被覆層１１ａの部分は取り除かれる。
【００４６】
したがって、この実施形態の三次元形状造形物の製造方法においては、ヘアクラックや亀裂１８等に浸透して目止めに供された以外の余分な目止め処理剤１１による被覆層１１ａの部分が、流体経路７内に砥粒が混入された研磨液１２を流通させることによって削り取り除去され、断熱層となってしまう同目止め処理剤１１の被覆層１１ａが薄くなって、熱交換等の効果がより大きく発揮される。なお、それ以外は、上記第一乃至第三の実施形態と同様であり、同上記第一乃至第三の実施形態におけると同様の作用効果が奏される。
【００４７】
図９は、本発明の請求項５に対応する第五の実施形態を示している。この実施形態の三次元形状造形物の製造方法では、上記第一の実施形態と同様に、粉末結合体Ａを作製して、残存した粉末２を流体経路７から排出除去させ、次に、この流体経路７の内壁面にメッキ処理を施すものである。この場合、未焼結の粉末２を流体経路７から取り除いた後、粉末結合体Ａの洗浄、脱脂、活性化を行ってメッキ槽２４内で同流体経路７内にのみメッキ処理を施すことにより、この流体経路７の内壁面にメッキ層２５が形成される。
【００４８】
したがって、この実施形態の三次元形状造形物の製造方法においては、流体経路７の内壁面にメッキ処理を施すので、同流体経路７の内壁面に発生するヘアクラックや亀裂１８等がメッキ層２５によって確実に密閉されることになる。なお、それ以外は、上記第一の実施形態と同様であり、同上記第一の実施形態におけると同様の作用効果が奏される。
【００４９】
図１０は、本発明の請求項６に対応する第六の実施形態を示している。この実施形態の三次元形状造形物の製造方法では、上記第一の実施形態と同様に、粉末結合体Ａを作製して、残存した粉末２を流体経路７から排出除去させ、次に、この流体経路７内に熱可塑性のパイプ１３を挿入設置し、このパイプ１３を加熱軟化させて同流体経路７の内壁面にエア圧で密着させるものである。この場合、柔軟性を有する熱可塑性樹脂等で形成されたパイプ１３を流体経路７内の略全長にわたって挿入設置して、粉末結合体Ａをヒータ内蔵台２６上に載置する。このヒータ内蔵台２６上で粉末結合体Ａを加熱して、パイプ１３が軟化したところで、流体経路７の一方の出口用孔９を密閉蓋２７で閉塞し、他方の入口用孔８から送風機１６によって同流体経路７内に圧縮エアを送り込むことで、この流体経路７の内壁面に同パイプ１３はエア圧により密着固定される。
【００５０】
したがって、この実施形態の三次元形状造形物の製造方法においては、流体経路７内に熱可塑性のパイプ１３を挿入設置し、このパイプ１３を加熱軟化させて同流体経路７の内壁面に密着させるので、同流体経路７の内壁面に発生するヘアクラックや亀裂１８等が軟化固着したパイプ１３の層によって確実に密閉されることになる。なお、それ以外は、上記第一の実施形態と同様であり、同上記第一の実施形態におけると同様の作用効果が奏される。
【００５１】
図１１は、本発明の請求項６に対応する第七の実施形態を示している。この実施形態の三次元形状造形物の製造方法では、流体経路７内に挿入設置したパイプ１３を加熱軟化させて同流体経路７の内壁面に密着させるに際し、パイプ１３を流体経路７内に挿入設置した粉末結合体Ａを真空槽１９内に収容してヒータ内蔵台２６上に載置している。この場合、ヒータ内蔵台２６上で粉末結合体Ａを加熱して、パイプ１３が軟化したところで、真空槽１９内で真空引きを行うことにより、同パイプ１３は気圧差によって流体経路７の内壁面に密着固定される。なお、それ以外は、上記第六の実施形態と同様であり、同上記第六の実施形態におけると同様の作用効果が奏される。
【００５２】
【発明の効果】
上述の如く、本発明の請求項１記載の三次元形状造形物の製造方法では、最適な形状で自由に流体経路を簡単に形成することができ、しかも、目止め処理によってヘアクラックや亀裂等が確実に密閉され、流体経路での流体の染み出しも防止され、流体の流動抵抗も小さくなり、同流体による熱交換等の効果が大きくなって、温度調整用の流体経路を備えた成形型として最適な三次元形状造形物を得ることができる。
【００５３】
又、本発明の請求項２記載の三次元形状造形物の製造方法では、特に、大気圧では浸透しないマイクロクラックや目止め処理剤の粘度によっては比較的大きなクラックにも容易に浸透され、目止め処理が確実に施される。
【００５４】
又、本発明の請求項３記載の三次元形状造形物の製造方法では、特に、粉末結合体が振動されることで、流体経路の内壁面に目止め処理剤は浸透し易く、この浸透に要する時間が短くなって、目止め処理時間が短縮される。
【００５５】
又、本発明の請求項４記載の三次元形状造形物の製造方法では、特に、ヘアクラックや亀裂等に浸透して目止めに供された以外の余分な目止め処理剤が削り取り除去され、断熱層となってしまう同目止め処理剤の被覆層が薄くなって、熱交換等の効果がより大きくなる。
【００５６】
本発明の請求項５記載の三次元形状造形物の製造方法では、最適な形状で自由に流体経路を簡単に形成することができ、しかも、メッキ処理によってヘアクラックや亀裂等が確実に密閉され、流体経路での流体の染み出しも防止され、流体の流動抵抗も小さくなり、同流体による熱交換等の効果が大きくなって、温度調整用の流体経路を備えた成形型として最適な三次元形状造形物を得ることができる。
【００５７】
本発明の請求項６記載の三次元形状造形物の製造方法では、最適な形状で自由に流体経路を簡単に形成することができ、しかも、加熱軟化されるパイプによってヘアクラックや亀裂等が確実に密閉され、流体経路での流体の染み出しも防止され、流体の流動抵抗も小さくなり、同流体による熱交換等の効果が大きくなって、温度調整用の流体経路を備えた成形型として最適な三次元形状造形物を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の実施形態である三次元形状造形物の製造方法において、（ａ）は目止め処理剤を流入している状態を示す断面図、（ｂ）は同目止め処理剤を浸透させている状態を示す断面図。
【図２】同上の三次元形状造形物の製造方法において、（ａ）は流体経路内に粉末が残存密封された状態を示す断面図、（ｂ）は同流体経路が貫通開口された状態を示す断面図。
【図３】同上の三次元形状造形物の製造方法において、流体経路内に粉末が残存された状態を示す要部断面図。
【図４】同上の三次元形状造形物の製造方法において、残存した粉末を流体経路から排出除去する（ａ）、（ｂ）各々異なった方法を示す断面図。
【図５】同上の三次元形状造形物の製造方法における粉末結合体を示す断面図。
【図６】本発明の第二の実施形態である三次元形状造形物の製造方法において、目止め処理剤を浸透させている状態を示す断面図。
【図７】本発明の第三の実施形態である三次元形状造形物の製造方法において、目止め処理剤を浸透させている状態を示す断面図。
【図８】本発明の第四の実施形態である三次元形状造形物の製造方法において、研磨液を流通させている状態を示す断面図。
【図９】本発明の第五の実施形態である三次元形状造形物の製造方法において、メッキ処理を施している状態を示す断面図。
【図１０】本発明の第六の実施形態である三次元形状造形物の製造方法において、パイプを流体経路の内壁面に密着させている状態を示す断面図。
【図１１】本発明の第七の実施形態である三次元形状造形物の製造方法において、パイプを流体経路の内壁面に密着させている状態を示す断面図。
【図１２】粉末結合体の製造の各工程を示し、（ａ）〜（ｅ）は各工程での断面図。
【図１３】同上の製造によって得られる粉末結合体を示す斜視図。
【図１４】（ａ）は同上の製造に用いる設計された製品モデルを示す斜視図、（ｂ）は同製品モデルをスライスした各層を示す斜視図。
【符号の説明】
２ 粉末
６ 結合層
７ 流体経路
１１ 目止め処理剤
１２ 研磨液
１３ パイプ
１９ 真空槽
２０ 振動装置
２５ メッキ層
Ａ 粉末結合体
Ｌ 光ビーム
Claims (6)
- 粉末の層の所定箇所に光ビームを照射して溶融結合させることにより粉末が結合した結合層を形成し、この結合層の上に粉末の層を被覆すると共にこの粉末の所定箇所に光ビームを照射して結合させることにより下の結合層と一体になった結合層を形成し、これを繰り返すことによって複数の結合層が積層一体化された粉末結合体で三次元形状造形物を作製するにあたって、流体経路となる部分には光ビームを照射しないで溶融結合しない粉末を残存させたままとし、粉末結合体が作製された後に、前記残存した粉末を流体経路から排出除去し、次に、この流体経路内に目止め処理剤を流入し、この目止め処理剤を同流体経路の内壁面に毛細管現象により浸透させて目止め処理を施すことを特徴とする三次元形状造形物の製造方法。
- 粉末結合体の外側から真空引きしながら、流体経路の内壁面に目止め処理剤を浸透させることを特徴とする請求項１記載の三次元形状造形物の製造方法。
- 粉末結合体に振動を与えながら、流体経路の内壁面に目止め処理剤を浸透させることを特徴とする請求項１記載の三次元形状造形物の製造方法。
- 目止め処理を施した後に、流体経路内に砥粒が混入された研磨液を流通させることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の三次元形状造形物の製造方法。
- 粉末の層の所定箇所に光ビームを照射して溶融結合させることにより粉末が結合した結合層を形成し、この結合層の上に粉末の層を被覆すると共にこの粉末の所定箇所に光ビームを照射して結合させることにより下の結合層と一体になった結合層を形成し、これを繰り返すことによって複数の結合層が積層一体化された粉末結合体で三次元形状造形物を作製するにあたって、流体経路となる部分には光ビームを照射しないで溶融結合しない粉末を残存させたままとし、粉末結合体が作製された後に、前記残存した粉末を流体経路から排出除去し、次に、この流体経路の内壁面にメッキ処理を施すことを特徴とする三次元形状造形物の製造方法。
- 粉末の層の所定箇所に光ビームを照射して溶融結合させることにより粉末が結合した結合層を形成し、この結合層の上に粉末の層を被覆すると共にこの粉末の所定箇所に光ビームを照射して結合させることにより下の結合層と一体になった結合層を形成し、これを繰り返すことによって複数の結合層が積層一体化された粉末結合体で三次元形状造形物を作製するにあたって、流体経路となる部分には光ビームを照射しないで溶融結合しない粉末を残存させたままとし、粉末結合体が作製された後に、前記残存した粉末を流体経路から排出除去し、次に、この流体経路内に熱可塑性のパイプを挿入設置し、このパイプを加熱軟化させて同流体経路の内壁面に密着させることを特徴とする三次元形状造形物の製造方法。
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