JP2008184622A - 三次元形状造形物の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】三次元形状造形物の製造方法において、材料が微粉末で流動性が良好であって造形精度が良く、かつ、材料の取り扱い性が良い製造方法を提供することを目的とする。
【解決手段】三次元形状造形物８２が造形される造形用プレート３１に材料を供給して材料層２２を形成し、材料層２２に光ビームＬを照射して、焼結層８１又は溶解層を形成し、材料層２２の形成と光ビームＬの照射とを繰り返すことにより焼結層８１又は溶解層を積層する三次元形状造形物８２の製造方法において、材料は、金属粉末と溶剤と粘着増進剤とを有する金属ペースト２１を用いる。金属粉末を微粉末にしても流動性が良いので、材料層２２を均一に薄く形成することができ、精度の良い三次元形状造形物８２を製造することができる。また、金属粉末が舞い上がることがなく、材料の取り扱い性が良い。
【選択図】図３

Description

本発明は金属材料に光ビームの照射を行なう三次元形状造形物の製造方法に関する。

従来から、金属材料で形成した材料層に光ビーム（指向性エネルギービーム、例えばレーザ光）を照射して焼結層又は溶融層を形成し、この焼結層又は溶融層の上に新たな材料層を形成して光ビームを照射することで焼結層又は溶融層を形成するということを繰り返して三次元形状造形物を製造する技術が知られている。この技術の特徴は、複雑な三次元形状物を短時間で製造することができることである。エネルギー密度の高い光ビームを照射することで金属材料がほぼ完全に溶融した後に固化した状態、つまり溶融後の材料密度がほぼ１００％の状態となり、この高密度の造形物の表面を仕上げ加工することにより滑らかな面を形成することができ、プラスチック成形用金型などに適用される。

金属光造形と称されるこの技術において、通常使用する金属材料は、粉末の状態で用いられている。積層する材料を金属粉末とすることで、材料の表面積が大きくなりレーザ光の吸収率も大きくなるので、エネルギー密度の低い照射条件でも材料を焼結又は溶融することが可能となり、造形速度が向上する。

ある程度の強度を有する造形物を得るためには、レーザ光を照射する材料層においてレーザ光走査箇所に隣接する造形部との密着強度を高めると共に、照射された造形部とその下層にある造形層との密着強度も高くしなければならない。積層する材料が金属粉末であれば、粉末間にある隙間を通してレーザ光が下層の造形層にも照射され、下層の造形層も加熱されて密着強度が向上する。

更に、レーザ照射された箇所の上面があまり大きく盛り上がってはならない。次の層を造形するための次の材料層を形成する際に、盛り上がり高さが金属粉末を積層する厚み以上となると、材料層の形成そのものが困難となってしまう。

もちろん、造形物の外観に割れが生じてはならないし、内部組織にもマイクロクラックの無いことが望まれる。

ここにおいて、レーザ照射された金属材料は、その一部、又は全部が一旦溶融し、その後冷却凝固されて造形物となるが、この溶融した時の濡れ性が大きいと隣接する造形部との接合面積が大きくなり、流動性が大きければ盛り上がりが小さくなることから、溶融した時の流動性が大きく、かつ、濡れ性が良いことが望まれる。

このような観点から、本出願人は特許文献１に示されるように、クロムモリブデン鋼からなる鉄系粉末と、ニッケル粉末と、リン銅又はマンガン銅粉末からなる金属光造形用の混合粉末を提案した。クロムモリブデン鋼粉末はその硬度や強度の点から、ニッケル粉末は強度、靭性及び加工性の点から、リン銅又はマンガン銅粉末は濡れ性及び流動性の点から採用している。

鉄系粉末のみにレーザ光を照射して高密度な三次元形状造形物を製造することは困難である。これは、先に形成された鉄の造形層に次の造形層を、隙間を作ることなく一体化することが困難であるからである。クロムモリブデン鋼自体は硬度が高く機械的強度に優れていても、クロムモリブデン鋼粉末のみでレーザ照射をして得られる三次元造形物の造形密度は低く、その強度も弱い。

鉄系粉末がニッケル成分を多く含む合金の場合、粉末の表面に形成される強固な酸化膜が鉄系粉末同士の融着一体化を阻害するため、前記の問題が甚だしくなる。鉄系金属にニッケルを含有させることは、その鉄系金属の靭性や強度及び耐食性を向上できるという利点があるが、レーザ照射による三次元造形物の製造に使用した場合には、その利点が発揮されにくい。

レーザ照射のエネルギーを大きくすれば、クロムモリブデン鋼やニッケル成分を含む鉄系粉末でも、十分に融着一体化できるが、その場合には、レーザ光の照射装置が大掛かりになったり、過大な電カが必要となり、製造コストが高くつくという欠点がある他、レーザ光の走査速度を高められないため、製造能率が低下する。また、過大な照射エネルギー量でつくられた造形物は、熱応力により反りや変形を起こし易くなる。

溶融された時にその流動性が良く、溶融状態で鉄系材料との濡れ性が良く、かつ鉄系材料と合金化された場合でも特性の劣化がほとんどない金属材料が銅である。鉄系粉末と銅合金粉末からなる混合粉末にレーザ光を照射すると、この銅合金が先に溶融し、鉄系粉末間の隙間を埋めると同時に、これが結合材となって融着一体化する。レーザ光の照射エネルギーが高い場合は混合粉末を形成する鉄系粉末及び銅合金粉末が溶融し合金となる。

溶融金属の流動性は、溶融時の温度と融点との差が大きいほど良くなる。純銅よりもリン銅合金やマンガン銅合金の方が融点は低く、同じエネルギーで照射した場合の流動性は、純銅よりもリン銅合金やマンガン銅合金の方が良い。

従来の金属光造形用鉄系粉末材料には、ニッケル粉末も含まれている。前述したように、鉄系粉末がニッケル成分を含む合金である場合には、粉末表面に形成される強固な酸化膜によって、粉末同士の融着一体化が阻害されるが、鉄系粉末とは別個の粉末としてニッケル粉末が銅合金と共に混合された場合には、これらの粉末同上の融着一体化は良好に行なわれる。そして、鉄系成分とニッケルと銅合金成分とからなる硬化層は、その焼結密度は高く、その結果、靭性や強度が高くなる。

特に、クロムモリブデン鋼の配合量が６０〜９０ｗｔ％、ニッケル粉末の配合量が５〜３５ｗｔ％、銅マンガン合金粉末の配合量が５〜１５ｗｔ％である時に、特に好ましい結果を得ることができる。

上述した金属粉末を材料として使った金属光造形において、レーザ照射とその積層によって複雑な三次元形状造形物を得るという点において、概ね好ましい結果を得ることができている。

しかしながら、高精度な三次元形状造形物を得るためには、粉末材料をできるだけ薄くかつ均一に敷く必要があり、そのためには金属粉末の粒径を細かくしなければならないが、金属粉末の粒径が細かくなるほど粉末同士が凝集を起こし、結果的に金属粉末自身の流動性が低下してしまい、金属粉末を薄く均一に敷けなくなるという問題がある。

また、乾燥状態の微粉末は非常に舞い易く、取り扱い性が悪いだけでなく、その材料が混合粉末の場合、成分の変動を起こし、微粉末にしたために逆に高精度な造形が望めなくなる虞がある。
特開２００５−４８２３４号公報

本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであり、材料が微粉末で流動性が良好であって造形精度が良く、かつ、材料の取り扱い性が良い三次元形状造形物の製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために請求項１の発明は、三次元形状造形物が造形される造形用プレートに材料を供給して材料層を形成する材料層形成工程と、前記材料層に光ビームを照射して、焼結層又は溶解層を形成する照射工程と、前記材料層形成工程と照射工程とを繰り返すことにより前記焼結層又は溶解層を積層する積層工程と、を備えた三次元形状造形物の製造方法において、前記材料は、金属粉末と溶剤と粘着増進剤とを有するものである。

請求項２の発明は、請求項１に記載の三次元形状造形物の製造方法において、前記材料は、５０ｖｏｌ％以上７０ｖｏｌ％以下の金属粉末と、２５ｖｏｌ％以上４５ｖｏｌ％以下の溶剤と、２ｖｏｌ％以上１５ｖｏｌ％以下の接着増進剤と、を有するものである。

請求項３の発明は、請求項１又は請求項２に記載の三次元形状造形物の製造方法において、前記金属粉末の平均粒径が１μｍ以上１００μｍ以下であるものである。

請求項４の発明は、請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の三次元形状造形物の製造方法において、前記材料層の厚みが１μｍ以上２００μｍ以下であるものである。

請求項５の発明は、請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の三次元形状造形物の製造方法において、前記金属粉末は、鉄系粉末の構成比率が６０ｗｔ％以上９０ｗｔ％以下であり、ニッケル粉末及びニッケル系合金粉末の両方又はいずれか一方の構成比率が５ｗｔ％以上３５ｗｔ％以下であり、銅粉末及び銅系合金粉末の両方又はいずれか一方の構成比率が５ｗｔ％以上１５ｗｔ％以下であるものである。

請求項６の発明は、請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の三次元形状造形物の製造方法において、前記材料は、前記金属粉末と溶剤と粘着増進剤とが混練されて容器に入れられており、前記容器から絞り出された前記材料が、ワイパによって一定の厚さの材料層に形成されるものである。

請求項７の発明は、請求項６に記載の三次元形状造形物の製造方法の前記材料層形成工程において、前記ワイパに付着した前記材料が拭き取られるものである。

請求項８の発明は、請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載の三次元形状造形物の製造方法の前記照射工程において、前記焼結層又は溶解層から発生するヒュームを吸引するものである。

請求項９の発明は、請求項１乃至請求項８のいずれか一項に記載の三次元形状造形物の製造方法において、前記積層工程の後に、三次元形状造形物を加熱処理する熱処理工程を備えたものである。

請求項１０の発明は、請求項１乃至請求項９のいずれか一項に記載の三次元形状造形物の製造方法において、前記材料層は、金属線により形成された金網を有するものである。

請求項１１の発明は、請求項１乃至請求項１０のいずれか一項に記載の三次元形状造形物の製造方法において、前記焼結層又は溶解層の形成後に、それまでに積層して得られた三次元形状造形物の表面部及び／又は不要部分の切削除去を行なう切削工程を更に備えたものである。

請求項１の発明によれば、材料が金属粉末と溶剤と粘着増進剤とから成ることにより、金属粉末を微粉末にしても、材料の流動性が良いので、材料層を均一に薄く形成することができ、精度の良い三次元形状造形物を製造することができる。また、金属粉末が舞い上がることがなく、材料の取り扱い性が良い。

請求項２の発明によれば、材料に適度な流動性と粘性を得ることができ、更に材料層を均一に薄く形成することができ、精度の良い三次元形状造形物を製造することができる。

請求項３の発明によれば、金属粉末の粒径が小さいので、更に材料層を均一に薄く形成することができ、精度の良い三次元形状造形物を製造することができる。

請求項４の発明によれば、材料層の厚みが薄いので、精度の良い三次元形状造形物を製造することができる。

請求項５の発明によれば、クラックの無い高強度な三次元形状造形物を製造することができる。

請求項６の発明によれば、溶剤が蒸発せず、組成が安定した状態で材料を供給することができ、精度の良い三次元形状造形物を製造することができる。また、材料の供給スペースを狭くすることができるので、装置を小型化することができると共に、光ビームの照射中に供給する不活性ガスや還元性ガスを少なくすることができる。

請求項７の発明によれば、ワイパに材料が付着していないので、材料層を均一に薄く形成することができるので精度の良い三次元形状造形物を製造することができる。

請求項８の発明によれば、光ビームが透過するレンズの汚れを防ぐことができるので、光ビームが安定し、精度の良い三次元形状造形物を製造することができる。

請求項９の発明によれば、残留した粘着増進剤の除去と金属粉末の再焼結を行なうことができるので、高密度で高強度な三次元形状造形物を製造することができる。

請求項１０の発明によれば、金属材料が高密度で供給されるので、精度が良く、高密度、高強度な三次元形状造形物を製造することができる。

請求項１１の発明によれば、製造される三次元形状造形物の表面粗さが細かくなり、寸法精度が向上する。

（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態に係る三次元形状造形物の製造方法について図面を参照して説明する。図１は、三次元形状造形物の製造に用いる金属光造形加工機の構成を、図２は、材料に用いる金属粉末のＳＥＭ写真を示す。金属光造形加工機１は、材料となる金属ペースト２１の材料層２２が敷かれる造形用プレート３１と、造形用プレート３１を保持し、上下に昇降する造形テーブル３２と、金属ペースト２１を造形用プレート３１に供給する筒状容器４１と、矢印Ａ方向に移動して材料層２２を形成するワイパ４２と、光ビームＬを発する光ビーム発信器５１と、光ビームＬを材料層２２の上にスキャニングするガルバノミラー５２と、造形物の周囲を削るミーリングヘッド６１と、ミーリングヘッド６１を切削箇所に移動させるＸＹ駆動機構６２と、材料層２２より発生するヒュームを吸引する吸引器７とを備えている。光ビーム発信器５１は、例えば、炭酸ガスレーザやファイバーレーザの発信器である。ミーリングヘッド６１の工具（ボールエンドミル）は直径が０．６ｍｍ（有効刃長１ｍｍ）のものを使用している。

金属ペースト２１は、５０〜７０ｖｏｌ％の金属粉末と、２５〜４５ｖｏｌ％の溶剤と、２〜１５ｖｏｌ％の接着増進剤を含んでいる。金属粉末は、形状が略球状であり、平均粒径が１〜１００μｍである。金属粉末は、例えば、ＳＣＭ４４０粉末である鉄系粉末と、ニッケル粉末及び／又はニッケル系合金粉末と、例えば、ＣｕＭｎＮｉ粉末である銅粉末及び／又は銅系合金粉末とから構成されている。そして、金属粉末中における鉄系粉末の構成比率が６０〜９０ｗｔ％であり、ニッケル粉末及び／又はニッケル系合金粉末の構成比率が５〜３５ｗｔ％であり、銅粉末及び／又は銅系合金粉末の構成比率が５〜１５ｗｔ％である。溶剤は、例えば、アセトンのようなアルコール系溶剤や水系溶剤であり、溶剤によって金属ペースト２１の流動性が良くなる。粘着増進剤は、例えば、ポリビニルエーテルのようなポリエーテル系樹脂やアクリル系ポリマーであり、粘着増進剤によって金属粉末と溶剤とが分離せず、金属ペースト２１に粘性が生じ、金属ペースト２１を途切れることなく薄く敷き、材料層２２を形成することができる。

図３は、三次元形状造形物の製造方法の動作を時系列的に示す。図３（ａ）に示されるように、金属光造形加工機１は、周囲が囲まれた造形枠３３の内部に昇降自由な造形テーブル３２を備えており、造形テーブル３２の上には造形物を積層する為の造形用プレート３１が配設されている。図３（ｂ）に示されるように、金属光造形加工機１は、造形を開始する第１層目の高さＢだけ造形テーブル３２を下降させ、造形用プレート３１の上に材料である金属ペースト２１を、ワイパ４２を矢印Ａ方向に移動させて供給する。この、造形テーブル３２を下降して金属ペースト２１を供給する動作は、材料層形成工程を構成する。

ここで、材料層形成工程の詳細について図４を参照して説明する。図４（ａ）に示されるように、金属ペースト２１は、筒状容器４１に入れられており、図４（ｂ）に示されるように、矢印Ｃ方向に移動しながら絞り出されて造形用プレート３１の近傍に供給される。図４（ｃ）に示されるように、ワイパ４２は、矢印Ｄ方向へ移動し、金属ペースト２１を造形用プレート３１の上に敷き、厚みが１μｍ〜２００μｍの材料層２２を形成する。ワイパ４２は、材料層２２を形成した後に、付着している金属ペースト２１を布等（図示なし）により拭き取られる。

再び、図３に戻って、材料層２２が形成された後の製造方法を説明する。図３（ｃ）に示されるように、金属光造形加工機１は、造形用プレート３１の上に形成された材料層２２に光ビームＬを照射する。照射された箇所のみが第１層目の造形物として造形用プレート３１上に、接合して造形される。光ビーム発信器５１は、光ビームＬを発し、ガルバノミラー５２によって材料層２２の上の任意の位置にスキャニングし、材料層２２を溶融し、凝固させて造形用プレート３１と一体化した焼結層８１を形成する。この光ビームＬによって焼結層８１を形成する動作は、照射工程を構成する。光ビームＬの照射経路は、予め三次元ＣＡＤデータから作成しておく。三次元ＣＡＤモデルから生成したＳＴＬデータを等ピッチでスライスした各断面の輪郭形状データを用いる。また、光ビームＬの照射は、不活性雰囲気、又は還元性雰囲気で行なうことが望ましく、特に、高密度の三次元形状造形物の製造を行なう場合には、不活性雰囲気、又は還元性雰囲気が必要である。

第１層目の造形が終了すると、図３（ｄ）に示されるように、積層する高さＢだけ造形テーブル３２を下降させ、次の層の金属ペースト２１を供給し、図３（ｅ）に示されるように、造形する箇所に光ビームＬを照射する。こうして、金属ペースト２１の供給と光ビームＬの照射を繰り返すことにより、図３（ｆ）に示されるように、焼結層８１を積層し、三次元形状造形物８２を製造することができる。この、焼結層８１を積層する動作は、積層工程を構成する。

上述の製造方法においては、材料が金属粉末と溶剤と粘着増進剤とを混錬した金属ペースト２１であるので、金属粉末を微粉末にしても流動性が良く、材料層２２を均一に薄く形成することができ、精度の良い三次元形状造形物８２を製造することができる。また、金属粉末が舞い上がることがなく、材料の取り扱い性が良い。金属粉末と溶剤と粘着増進剤の混合を上述の混合比としているので、材料に適度な流動性と粘性を得ることができ、更に材料層を均一に薄く形成することができ、精度の良い三次元形状造形物８２を製造することができる。また、金属粉末の平均粒径を１〜１００μｍと細かくし、材料層２２を１〜２００μｍと薄くしているので、更に、精度の良い三次元形状造形物８２を製造することができる。

金属粉末が上述の組成なので、焼結層８１の盛り上がりが小さくなり、次の材料層２２が形成しやすい。また、製造される三次元形状造形物８２の外観での割れや、内部組織のマイクロクラックの発生を抑えることができる。

金属ペースト２１が筒状容器４１に入れられているので、溶剤が蒸発せず、組成が安定した状態で金属ペースト２１を供給することができ、精度の良い三次元形状造形物８２を製造することができる。従来の金属粉末を材料とする金属光造形加工機１での材料層２２の形成方法を、図５を参照して説明する。図５（ａ）に示されるように、金属光造形加工機は、造形用プレート３１の横に上下動可能であり、金属粉末を備えた材料テーブル３３を備えている。材料テーブル３３は、上昇して金属粉末をせり上げ、図５（ｂ）に示されるように、ワイパ４２が矢印Ｅ方向に移動して金属粉末を敷き、材料層２２を形成する。しかし、本実施形態では金属ペースト２１を筒状容器４１から供給することにより、材料テーブル３３のスペースが不要となり、材料の供給スペースを狭くすることができるので、金属光造形加工機１を小型化することができると共に、光ビームＬの照射中に供給する不活性ガスや還元性ガスを少なくすることができる。

また、材料層２２を形成した後に、ワイパ４２に付着している金属ペースト２１が拭き取られるので、次の材料層を均一に薄く形成することができ、精度の良い三次元形状造形物８２を製造することができる。

（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態に係る三次元形状造形物の製造方法について説明する。図６は、本実施形態の方法における照射工程の動作を示す。本実施形態における金属光造形加工機は、第１の実施形態と同等の構成でよい（以下、同様）。本実施形態においては、照射工程において吸引器７が材料層２２より発生するヒューム２３を吸引する。材料層２２が、溶剤や粘着増進剤を有しているので、光ビームＬの照射によって、ヒューム２３が発生しやすい。ヒューム２３を吸引することにより、光ビームＬが透過するレンズがヒューム２３によって汚れないので、光ビームＬが安定し、精度の良い三次元形状造形物を製造することができる。

（第３の実施形態）
本発明の第３の実施形態に係る三次元形状造形物の製造方法について説明する。図７は、本実施形態における製造方法の動作を時系列的に示す。本実施形態においては、造形後に三次元形状造形物８２の加熱処理を行なう。図７（ａ）に示されるように、三次元形状造形物８２の造形が終了すると、図７（ｂ）に示されるように、三次元形状造形物８２を造形テーブル３２から取り出し、図７（ｃ）に示されるように、三次元形状造形物８２を造形用プレート３１から切り離し、図７（ｄ）に示されるように、三次元形状造形物８２を加熱台９１に載置し、加熱炉９２によって加熱処理を行なう。この加熱処理は熱処理工程を構成する。金属ペーストには、金属粉末以外の溶剤や粘着増進剤が多く含まれているために、造形後の三次元形状造形物８２には粘着増進剤等が残留している虞があるが、加熱処理により、残留した粘着増進剤の除去と金属粉末の再焼結を行なうことができるので、高密度で高強度な三次元形状造形物８２を製造することができる。

（第４の実施形態）
本発明の第４の実施形態に係る三次元形状造形物の製造方法について説明する。図８は、本実施形態における製造方法に用いる金網の構成を示す。本実施形態では、材料層積層工程において、金属ペースト２１と金網を用いて材料層２２を形成する。金網２４は、縦方向と横方向に並べられた金属線２５により構成されており、金属線２５同士は、電気溶接により接合されている。金属線２５の線径Ｆは０．０１〜０．１ｍｍであり、金属線２５間の間隔Ｇは、０．０１〜０．１ｍｍである。金属線２５の成分は、金属粉末に含まれている金属を使用しており、金属線２５と金属粉末とを合計した全体において、鉄の構成比率が６０〜９０ｗｔ％であり、ニッケルの構成比率が５〜３５ｗｔ％であり、銅の構成比率が５〜１５ｗｔ％である。

図９は、三次元形状造形物の製造方法の動作を時系列的に示す。図９（ａ）に示されるように、金網２４が造形用プレート３１に載置される。次に、図９（ｂ）に示されるように、金属光造形加工機は、造形を開始する第１層目の高さＢだけ造形テーブル３２を下降させ、ワイパ４２を矢印Ａ方向に移動させて、金属ペースト２１を造形用プレート３１の上に供給し、材料層２２を形成する。材料層２２が形成されると、図９（ｃ）に示されるように、金属光造形加工機は、材料層２２に光ビームＬを照射する。照射された箇所のみが第１層目の造形物として造形用プレート３１上に、接合して造形される。光ビームＬによって、三次元形状造形物８２と金網２４とを切り離しておくと、造形が終了した時に、三次元形状造形物８２を取り出しやすい。

第１層目の造形が終了すると、図９（ｄ）に示されるように、積層する高さＢだけ造形テーブル３２を下降させ、次の層の金網２４を載置し、金属ペースト２１を供給し、図９（ｅ）に示されるように、造形する箇所に光ビームＬを照射する。こうして、金網２４と金属ペースト２１の供給と光ビームＬの照射を繰り返すことにより焼結層８１を積層し、図９（ｆ）に示されるように、三次元形状造形物８２を製造することができる。

本実施形態においては、金属材料として金網２４と金属ペースト２１とを複合して供給するので、金属ペースト２１のみの場合と比較して金属を高密度で供給することができ、三次元形状造形物８２を寸法精度が良く、かつ、高密度・高強度に製造することができ、また、材料の偏析が生じにくい。金属線２５が細いので、材料層２２の厚みを薄くすることができ、三次元形状造形物８２の寸法精度を良くすることができる。また、金属線２５が細すぎないので、光ビームＬの照射時に金属線２５が飛散しにくい。金網２４が上述の組成なので、焼結層８１の盛り上がりが小さくなり、次に積層する金網２４を精度良く、配置することができ、また、製造される三次元形状造形物８２の外観での割れや、内部組織のマイクロクラックの発生を抑えることができる。

（第５の実施形態）
本発明の第５の実施形態に係る三次元形状造形物の製造方法について説明する。図１０は、本実施形態における製造方法での切削工程を示す。本実施形態においては、造形物の周囲をミーリングヘッド６１によって切削する。積層した焼結層の厚みがミーリングヘッド６１の有効刃長１ｍｍ以下の、例えば、０．５ｍｍになると、金属光造形加工機１は、ミーリングヘッド６１を駆動し、ＸＹ駆動機構６２によってミーリングヘッド６１を矢印Ｘ及び矢印Ｙ方向に移動させ（図１参照）、造形物の表面を切削する。この造形物の表面を切削する動作は、切削工程を構成する。そして、積層した焼結層の厚みが０．５ｍｍになる度に、繰り返して造形物の表面を切削する。製造される三次元形状造形物８２の表面粗さが細かくなり、寸法精度が向上する。

なお、本発明は、上記各種実施形態の構成に限られず、発明の趣旨を変更しない範囲で種々の変形が可能である。例えば、金網は金属線を編んで作成してもよいし、金属線を圧着により接合して作成してもよい。また、金網において、金属線を２方向でなく、３方向に組み合わせてもよい。また、金属粉末の形状は略球状でなくても、例えば、棒状や板状でもよい。金属粉末が略球状でない場合の粒径は、顕微鏡法によって測定した粒子の最大差渡し寸法をいう。

本発明の第１の実施形態に係る製造方法に用いる金属光造形加工機の斜視図。 同製造方法に用いる金属粉末のＳＥＭ写真。 同製造方法を時系列に説明する図。 同製造方法の材料積層工程の詳細を説明する図。 従来の三次元形状造形物の製造方法の材料積層工程を説明する図。 本発明の第２の実施形態に係る製造方法における照射工程を説明する図。 本発明の第３の実施形態に係る製造方法を時系列に説明する図。 本発明の第４の実施形態に係る製造方法に用いる金網の構成図。 同製造方法を時系列に説明する図。 本発明の第５の実施形態に係る製造方法における切削工程を説明する図。

符号の説明

２２ 材料層
２３ ヒューム
２４ 金網
２５ 金属線
３１ 造形用プレート
４１ 筒状容器（容器）
４２ ワイパ
８１ 焼結層
８２ 三次元形状造形物
Ｌ 光ビーム

Claims (11)

1. 三次元形状造形物が造形される造形用プレートに材料を供給して材料層を形成する材料層形成工程と、
   前記材料層に光ビームを照射して、焼結層又は溶解層を形成する照射工程と、
   前記材料層形成工程と照射工程とを繰り返すことにより前記焼結層又は溶解層を積層する積層工程と、を備えた三次元形状造形物の製造方法において、
   前記材料は、金属粉末と溶剤と粘着増進剤とを有することを特徴とする三次元形状造形物の製造方法。
2. 前記材料は、５０ｖｏｌ％以上７０ｖｏｌ％以下の金属粉末と、２５ｖｏｌ％以上４５ｖｏｌ％以下の溶剤と、２ｖｏｌ％以上１５ｖｏｌ％以下の接着増進剤と、を有することを特徴とする請求項１に記載の三次元形状造形物の製造方法。
3. 前記金属粉末の平均粒径が１μｍ以上１００μｍ以下であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の三次元形状造形物の製造方法。
4. 前記材料層の厚みが１μｍ以上２００μｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の三次元形状造形物の製造方法。
5. 前記金属粉末は、鉄系粉末の構成比率が６０ｗｔ％以上９０ｗｔ％以下であり、ニッケル粉末及びニッケル系合金粉末の両方又はいずれか一方の構成比率が５ｗｔ％以上３５ｗｔ％以下であり、銅粉末及び銅系合金粉末の両方又はいずれか一方の構成比率が５ｗｔ％以上１５ｗｔ％以下であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の三次元形状造形物の製造方法。
6. 前記材料は、前記金属粉末と溶剤と粘着増進剤とが混練されて容器に入れられており、
   前記容器から絞り出された前記材料が、ワイパによって一定の厚さの材料層に形成されることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の三次元形状造形物の製造方法。
7. 前記材料層形成工程において、前記ワイパに付着した前記材料が拭き取られることを特徴とする請求項６に記載の三次元形状造形物の製造方法。
8. 前記照射工程において、前記焼結層又は溶解層から発生するヒュームを吸引することを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載の三次元形状造形物の製造方法。
9. 前記積層工程の後に、三次元形状造形物を加熱処理する熱処理工程を備えたことを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれか一項に記載の三次元形状造形物の製造方法。
10. 前記材料層は、金属線により形成された金網を有することを特徴とする請求項１乃至請求項９のいずれか一項に記載の三次元形状造形物の製造方法。
11. 前記焼結層又は溶解層の形成後に、それまでに積層して得られた三次元形状造形物の表面部及び／又は不要部分の切削除去を行なう切削工程を更に備えたことを特徴とする請求項１乃至請求項１０のいずれか一項に記載の三次元形状造形物の製造方法。