JP2012241261A - Method for producing three-dimensionally shaped object - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、三次元形状造形物の製造方法に関する。より詳細には、本発明は、粉末層の所定箇所に光ビームを照射して固化層を形成することを繰り返し実施することによって複数の固化層が積層一体化した三次元形状造形物を製造する方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a three-dimensional shaped object. More specifically, the present invention manufactures a three-dimensional shaped object in which a plurality of solidified layers are laminated and integrated by repeatedly performing formation of a solidified layer by irradiating a predetermined portion of the powder layer with a light beam. Regarding the method.
従来より、粉末材料に光ビームを照射して三次元形状造形物を製造する方法（一般的には「粉末焼結積層法」と称される）が知られている。かかる方法では、「（ｉ）粉末層の所定箇所に光ビームを照射することよって、かかる所定箇所の粉末を焼結又は溶融固化させて固化層を形成し、（ｉｉ）得られた固化層の上に新たな粉末層を敷いて同様に光ビームを照射して更に固化層を形成する」といったことを繰り返して三次元形状造形物を製造している（特許文献１または特許文献２参照）。粉末材料として金属粉末やセラミック粉末などの無機質の粉末材料を用いた場合では、得られた三次元形状造形物を金型として用いることができ、樹脂粉末やプラスチック粉末などの有機質の粉末材料を用いた場合では、得られた三次元形状造形物をモデルとして用いることができる。このような製造技術によれば、複雑な三次元形状造形物を短時間で製造することが可能である。 Conventionally, a method of manufacturing a three-dimensional shaped object by irradiating a powder material with a light beam (generally referred to as “powder sintering lamination method”) is known. In such a method, “(i) by irradiating a predetermined portion of the powder layer with a light beam, the powder at the predetermined portion is sintered or melt-solidified to form a solidified layer, and (ii) of the obtained solidified layer A three-dimensional shaped article is manufactured by repeating the process of “laying a new powder layer on the top and irradiating the same with a light beam to form a solidified layer” (see Patent Document 1 or Patent Document 2). When inorganic powder materials such as metal powder and ceramic powder are used as the powder material, the obtained three-dimensional shaped object can be used as a mold, and organic powder materials such as resin powder and plastic powder can be used. In such a case, the obtained three-dimensional shaped object can be used as a model. According to such a manufacturing technique, it is possible to manufacture a complicated three-dimensional shaped object in a short time.
粉末材料として金属粉末を用い、得られる三次元形状造形物を金型として用いる場合を例にとると、図１に示すように、まず、所定の厚みｔ１の粉末層２２を造形プレート２１上に形成した後（図１（ａ）参照）、光ビームを粉末層２２の所定箇所に照射して、造形プレート２１上において固化層２４を形成する。そして、形成された固化層２４の上に新たな粉末層２２を敷いて再度光ビームを照射して新たな固化層を形成する。このように固化層を繰り返し形成すると、複数の固化層２４が積層一体化した三次元形状造形物を得ることができる（図１（ｂ）参照）。 Taking a case where a metal powder is used as a powder material and the obtained three-dimensional shaped object is used as a mold, as shown in FIG. 1, first, a powder layer 22 having a predetermined thickness t1 is placed on a modeling plate 21, as shown in FIG. After the formation (see FIG. 1A), the solidified layer 24 is formed on the modeling plate 21 by irradiating a predetermined portion of the powder layer 22 with a light beam. Then, a new powder layer 22 is laid on the formed solidified layer 24 and irradiated again with a light beam to form a new solidified layer. When the solidified layer is repeatedly formed in this way, a three-dimensional shaped object in which a plurality of solidified layers 24 are laminated and integrated can be obtained (see FIG. 1B).
本願発明者らは、粉末焼結積層法の複数の粉末層のうち、ある層と別の層とでは同一条件で光ビーム照射を行っているにも拘わらず焼結密度に差が生じるといった現象を見出した（特に、一定の層厚みとなるように制御しているにも拘わらず、そのような現象が見られた）。そして、鋭意検討した結果、図１０に示すように、粉末材料のかさ密度や材料の濡れ性，溶融時の表面張力などと固化層形成時の沈み込み量との間には相関関係があることを本願発明者らは見出した。 The inventors of the present application have a phenomenon that among a plurality of powder layers of the powder sintering lamination method, a difference in sintering density occurs even though one layer and another layer are irradiated with a light beam under the same conditions. (In particular, such a phenomenon was observed even though the layer thickness was controlled to be constant). As a result of intensive studies, as shown in FIG. 10, there is a correlation between the bulk density of the powder material, the wettability of the material, the surface tension during melting, and the amount of subsidence during solidified layer formation. The present inventors have found out.
本発明は、かかる事情に鑑みて為されたものである。即ち、本発明の課題は、固化層形成時の沈み込みに好適に対処した「三次元形状造形物の製造方法」を提供することである。 The present invention has been made in view of such circumstances. That is, the subject of this invention is providing the "manufacturing method of a three-dimensional molded item" suitably coped with the sinking at the time of solidified layer formation.
上記課題を解決するために、本発明では、
（ｉ）造形プレート上に形成した粉末層の所定箇所に光ビームを照射して該所定箇所の粉末を焼結又は溶融固化させて固化層を形成する工程、および
（ｉｉ）得られた固化層の上に新たな粉末層を形成し、前記新たな粉末層の所定箇所に光ビームを照射して更なる固化層を形成する工程
を繰り返して行い、
粉末層の形成は、造形テーブルとスキージング・ブレードとの間隔を相対的に広げた後、スキージング・ブレードを造形テーブル上にスライド移動させることにより行っており、かかる粉末層形成に際しては各粉末層の厚みを相互に一定にすることを特徴とする三次元形状造形物の製造方法が提供される。特に本発明は、“相互に一定の厚み”を形成するために粉末供給厚みを変えるといった特徴を有している。
In order to solve the above problems, in the present invention,
(I) a step of irradiating a predetermined portion of the powder layer formed on the modeling plate with a light beam to sinter or melt and solidify the powder at the predetermined portion to form a solidified layer; and (ii) the obtained solidified layer A new powder layer is formed thereon, and a step of forming a further solidified layer by irradiating a predetermined portion of the new powder layer with a light beam,
The powder layer is formed by relatively widening the distance between the modeling table and the squeezing blade, and then sliding the squeezing blade on the modeling table. There is provided a method for producing a three-dimensionally shaped object, characterized in that the thicknesses of the layers are mutually constant. In particular, the present invention is characterized in that the powder supply thickness is changed to form a “constant thickness relative to each other”.
ある好適な態様では、粉末層形成のために供される粉末量につき、「第１層目のための粉末供給量」を「第２層目以降の各粉末層のための粉末供給量」よりも多くする。 In a preferred embodiment, “powder supply amount for the first layer” is set to “powder supply amount for each powder layer after the second layer” with respect to the amount of powder provided for forming the powder layer. To do more.
ある好適な態様では、第２層目以降の各粉末層の粉末供給厚みは、第１層目で固化された高さ分に相当する厚みとする。 In a preferable aspect, the powder supply thickness of each powder layer after the second layer is set to a thickness corresponding to the height solidified in the first layer.
このような本発明の実現する１つの手法としては、造形テーブルの下降程度またはスキージング・ブレードの上昇程度を調整することが考えられる。つまり、造形テーブルを下降変位させた後またはスキージング・ブレードを上昇変位させた後にスキージング・ブレードを造形テーブル上にてスライド移動させて粉末層を形成する場合を想定してみると、かかる造形テーブルの下降変位幅またはスキージング・ブレードの上昇変位幅を調整して各粉末層の厚みを相互に一定にすることが好ましい。 As one method realized by the present invention, it is conceivable to adjust the lowering degree of the modeling table or the rising degree of the squeezing blade. In other words, assuming that the powder layer is formed by sliding the squeezing blade on the modeling table after the modeling table is moved down or after the squeezing blade is moved up, It is preferable to adjust the descending displacement width of the table or the ascending displacement width of the squeezing blade to make the thickness of each powder layer constant.
ある好適な態様では、「第２層目以降の各粉末層を形成するための造形テーブルの下降変位幅」を「第１層目の粉末層を形成するための造形テーブルの下降変位幅」とは異なるように変更する。あるいは、「第２層目以降の各粉末層を形成するためのスキージング・ブレードの上昇変位幅」を「第１層目の粉末層を形成するためのスキージング・ブレードの上昇変位幅」とは異なるように変更する。 In a preferred aspect, “the descending displacement width of the modeling table for forming each powder layer after the second layer” is “the descending displacement width of the modeling table for forming the first powder layer”. Change to be different. Alternatively, “the rising displacement width of the squeezing blade for forming each powder layer after the second layer” is “the rising displacement width of the squeezing blade for forming the first powder layer”. Change to be different.
好ましくは、「第２層目以降の各粉末層を形成するための造形テーブルの下降変位幅」を「第１層目の粉末層を形成するための造形テーブルの下降変位幅」よりも小さくする。あるいは、「第２層目以降の各粉末層を形成するためのスキージング・ブレードの上昇変位幅」を「第１層目の粉末層を形成するためのスキージング・ブレードの上昇変位幅」よりも小さくする Preferably, “the descending displacement width of the modeling table for forming each powder layer after the second layer” is made smaller than “the descending displacement width of the modeling table for forming the first powder layer”. . Alternatively, the “ascending displacement width of the squeezing blade for forming the second and subsequent powder layers” is referred to as “ascending displacement width of the squeezing blade for forming the first powder layer”. Also make it smaller
ここで、「第２層目以降の各粉末層を形成するための造形テーブルの下降変位幅」と「第１層目の粉末層を形成するための造形テーブルの下降変位幅」との差、あるいは、「第２層目以降の各粉末層を形成するためのスキージング・ブレードの上昇変位幅」と「第１層目の粉末層を形成するためのスキージング・ブレードの上昇変位幅」との差は、三次元形状造形物製造に際して形成される粉末層のかさ密度に主に基づいて導出することができる。好ましくは、かかる導出に際しては、粉末層のかさ密度と共に、粉末層の層厚さおよびその粉末層から得られる固化層の層厚さ（即ち、光ビームの照射によって得られるメルティング層の厚さ）などが用いられる。 Here, the difference between “the descending displacement width of the modeling table for forming each powder layer after the second layer” and “the descending displacement width of the modeling table for forming the first powder layer”, Alternatively, “the ascending displacement width of the squeezing blade for forming the second and subsequent powder layers” and “the ascending displacement width of the squeezing blade for forming the first powder layer” This difference can be derived mainly based on the bulk density of the powder layer formed during the production of the three-dimensional shaped object. Preferably, in such derivation, together with the bulk density of the powder layer, the layer thickness of the powder layer and the layer thickness of the solidified layer obtained from the powder layer (that is, the thickness of the melting layer obtained by light beam irradiation) ) Etc. are used.
本発明の製造方法では、「第２層目以降の各粉末層を形成するための造形テーブルの下降変位幅」を「第１層目の粉末層を形成するための造形テーブルの下降変位幅」よりも小さくすることを通じて、あるいは、「第２層目以降の各粉末層を形成するためのスキージング・ブレードの上昇変位幅」を「第１層目の粉末層を形成するためのスキージング・ブレードの上昇変位幅」よりも小さくすることを通じて、粉末層厚みを各層ごとに一定にすることができる。より具体的には、図１０に示すように材料のかさ密度と沈み量との間には相関があるので、材料のかさ密度から沈み込み量を算出し、それに基づいて、「第２層目以降の各粉末層を形成するための造形テーブルの下降変位幅」または「第２層目以降の各粉末層を形成するためのスキージング・ブレードの上昇変位幅」を決定することができる。つまり、上記相関から決定された下降変位幅または上昇変位幅に基づいて、所望の一定厚みとなる粉末量を追加供給できる。 In the manufacturing method of the present invention, “the descending displacement width of the modeling table for forming the second and subsequent powder layers” is referred to as “the descending displacement width of the modeling table for forming the first powder layer”. Smaller than the above, or “the rising displacement width of the squeezing blade for forming each powder layer after the second layer” is set to “squeezing for forming the first powder layer”. By making it smaller than the “ascending displacement width of the blade”, the powder layer thickness can be made constant for each layer. More specifically, as shown in FIG. 10, since there is a correlation between the bulk density of the material and the sinking amount, the sinking amount is calculated from the bulk density of the material. The subsequent downward displacement width of the shaping table for forming each powder layer "or the" upward displacement width of the squeezing blade for forming the second and subsequent powder layers "can be determined. That is, it is possible to additionally supply an amount of powder having a desired constant thickness based on the descending displacement width or the ascending displacement width determined from the above correlation.
本願発明に従って“真に一定の厚み”を各粉末層において実現できると、「同一条件の光ビーム照射にもかかわらず焼結密度に差が生じる」といった不都合を回避することができ、結果的に、品質の点で望ましい三次元形状造形物を得ることができる。 If a “true constant thickness” can be realized in each powder layer in accordance with the present invention, it is possible to avoid the inconvenience of “difference in sintering density despite light beam irradiation under the same conditions”. A three-dimensional shaped object that is desirable in terms of quality can be obtained.
以下では、図面を参照して本発明をより詳細に説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the drawings.
本明細書において「粉末層」とは、例えば「金属粉末から成る金属粉末層」または「樹脂粉末から成る樹脂粉末層」などを指している。また「粉末層の所定箇所」とは、製造される三次元形状造形物の領域を実質的に意味している。従って、かかる所定箇所に存在する粉末に対して光ビームを照射することによって、その粉末が焼結又は溶融固化して三次元形状造形物の形状を構成することになる。更に「固化層」とは、粉末層が金属粉末層である場合には「焼結層」を実質的に意味しており、粉末層が樹脂粉末層である場合には「硬化層」を実質的に意味している。 In this specification, “powder layer” refers to, for example, “a metal powder layer made of metal powder” or “a resin powder layer made of resin powder”. The “predetermined portion of the powder layer” substantially means a region of the three-dimensional shaped article to be manufactured. Therefore, by irradiating the powder existing at the predetermined location with a light beam, the powder is sintered or melted and solidified to form the shape of the three-dimensional shaped object. Further, the “solidified layer” substantially means “sintered layer” when the powder layer is a metal powder layer, and substantially means “cured layer” when the powder layer is a resin powder layer. Meaning.
［粉末焼結積層法］
まず、本発明の製造方法の前提となる粉末焼結積層法について説明する。説明の便宜上、材料粉末タンクから材料粉末を供給し、スキージング・ブレードを用いて材料粉末を均して粉末層を形成する態様を前提として粉末焼結積層法を説明する。また、粉末焼結積層法に際しては造形物の切削加工をも併せて行う複合加工の態様を例に挙げて説明する（つまり、図２（ｂ）ではなく図２（ａ）に表す態様を前提とする。尚、本発明では、複合加工するための切削機構が光造形複合加工機に必ずしも備わっている必要はない点付言しておく）。１，３および４には、粉末焼結積層法と切削加工とを実施できる光造形複合加工機の機能および構成が示されている。光造形複合加工機１は、「金属粉末および樹脂粉末などの粉末を所定の厚みで敷くことによって粉末層を形成する粉末層形成手段２」と「外周が壁２７で囲まれた造形タンク２９内において上下に昇降する造形テーブル２０」と「造形テーブル２０上に配され造形物の土台となる造形プレート２１」と「光ビームＬを任意の位置に照射する光ビーム照射手段３」と「造形物の周囲を削る切削手段４」とを主として備えている。粉末層形成手段２は、図１に示すように、「外周が壁２６で囲まれた材料粉末タンク２８内において上下に昇降する粉末テーブル２５」と「造形プレート上に粉末層２２を形成するためのスキージング・ブレード２３」とを主として有して成る。光ビーム照射手段３は、図３および図４に示すように、「光ビームＬを発する光ビーム発振器３０」と「光ビームＬを粉末層２２の上にスキャニング（走査）するガルバノミラー３１（スキャン光学系）」とを主として有して成る。必要に応じて、光ビーム照射手段３には、光ビームスポットの形状を補正するビーム形状補正手段（例えば一対のシリンドリカルレンズと、かかるレンズを光ビームの軸線回りに回転させる回転駆動機構とを有して成る手段）やｆθレンズなどが具備されている。切削手段４は、「造形物の周囲を削るミーリングヘッド４０」と「ミーリングヘッド４０を切削箇所へと移動させるＸＹ駆動機構４１（４１ａ，４１ｂ）」とを主として有して成る（図３および図４参照）。
[Powder sintering lamination method]
First, the powder sintering lamination method as a premise of the production method of the present invention will be described. For convenience of explanation, the powder sintering lamination method will be described on the premise that the material powder is supplied from the material powder tank and the powder material is formed by leveling the material powder using a squeezing blade. Further, in the case of the powder sinter lamination method, a description will be given by taking as an example a mode of composite processing in which cutting of a molded article is also performed (that is, assuming the mode shown in FIG. 2A instead of FIG. 2B) It should be noted that in the present invention, it is not always necessary that the optical shaping composite processing machine has a cutting mechanism for composite processing). 1, 3 and 4 show the function and configuration of an optical modeling composite processing machine capable of performing the powder sintering lamination method and cutting. The optical modeling composite processing machine 1 includes “a powder layer forming means 2 for forming a powder layer by spreading a powder such as a metal powder and a resin powder with a predetermined thickness” and “in a modeling tank 29 whose outer periphery is surrounded by a wall 27. In FIG. 2, “a modeling table 20 that moves up and down”, “a modeling plate 21 that is arranged on the modeling table 20 and serves as a foundation of the modeling object”, “a light beam irradiation means 3 that irradiates a light beam L to an arbitrary position”, and “a modeling object” Cutting means 4 ”for cutting the periphery of the main body. As shown in FIG. 1, the powder layer forming means 2 includes “a powder table 25 that moves up and down in a material powder tank 28 whose outer periphery is surrounded by a wall 26” and “to form a powder layer 22 on a modeling plate”. The squeezing blade 23 ". As shown in FIGS. 3 and 4, the light beam irradiation means 3 includes a “light beam oscillator 30 that emits a light beam L” and a “galvanomirror 31 that scans (scans) the light beam L onto the powder layer 22 (scanning). Optical system) ”. If necessary, the light beam irradiation means 3 has beam shape correction means (for example, a pair of cylindrical lenses and a rotation drive mechanism for rotating the lenses around the axis of the light beam) for correcting the shape of the light beam spot. And an fθ lens. The cutting means 4 mainly includes “a milling head 40 that cuts the periphery of the modeled object” and “an XY drive mechanism 41 (41a, 41b) that moves the milling head 40 to a cutting position” (FIGS. 3 and 3). 4).
光造形複合加工機１の動作を図１、図５および図６を参照して詳述する。図５は、光造形複合加工機の一般的な動作フローを示しており、図６は、光造形複合加工プロセスを模式的に簡易に示している。 The operation of the optical modeling complex machine 1 will be described in detail with reference to FIGS. 1, 5, and 6. FIG. 5 shows a general operation flow of the stereolithography combined processing machine, and FIG. 6 schematically shows the stereolithography combined processing process schematically.
光造形複合加工機の動作は、粉末層２２を形成する粉末層形成ステップ（Ｓ１）と、粉末層２２に光ビームＬを照射して固化層２４を形成する固化層形成ステップ（Ｓ２）と、造形物の表面を切削する切削ステップ（Ｓ３）とから主に構成されている。粉末層形成ステップ（Ｓ１）では、最初に造形テーブル２０をΔｔ１下げる（Ｓ１１）。次いで、粉末テーブル２５をΔｔ１上げた後、図１（ａ）に示すように、スキージング・ブレード２３を、矢印Ａ方向に移動させ、粉末テーブル２５に配されていた粉末（例えば「平均粒径５μｍ〜１００μｍ程度の鉄粉」または「平均粒径３０μｍ〜１００μｍ程度のナイロン、ポリプロピレン、ＡＢＳ等の粉末」）を造形プレート２１上へと移送させつつ（Ｓ１２）、所定厚みΔｔ１に均して粉末層２２を形成する（Ｓ１３）。次に、固化層形成ステップ（Ｓ２）に移行し、光ビーム発振器３０から光ビームＬ（例えば炭酸ガスレーザ（５００Ｗ程度）、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ（５００Ｗ程度）、ファイバレーザ（５００Ｗ程度）または紫外線など）を発し（Ｓ２１）、光ビームＬをガルバノミラー３１によって粉末層２２上の任意の位置にスキャニングし（Ｓ２２）、粉末を溶融させ、固化させて造形プレート２１と一体化した固化層２４を形成する（Ｓ２３）。光ビームは、空気中を伝達させることに限定されず、光ファイバーなどで伝送させてもよい。 The operation of the optical modeling composite processing machine includes a powder layer forming step (S1) for forming the powder layer 22, a solidified layer forming step (S2) for forming the solidified layer 24 by irradiating the powder layer 22 with the light beam L, It is mainly composed of a cutting step (S3) for cutting the surface of the modeled object. In the powder layer forming step (S1), the modeling table 20 is first lowered by Δt1 (S11). Next, after raising the powder table 25 by Δt1, as shown in FIG. 1A, the squeezing blade 23 is moved in the direction of arrow A, and the powder (for example, “average particle size”) While the iron powder of about 5 μm to 100 μm ”or“ powder of nylon, polypropylene, ABS, etc. having an average particle size of about 30 μm to 100 μm ”is transferred onto the modeling plate 21 (S12), the powder is averaged to a predetermined thickness Δt1 The layer 22 is formed (S13). Next, the process proceeds to the solidified layer forming step (S2), and the light beam L (for example, carbon dioxide laser (about 500 W), Nd: YAG laser (about 500 W), fiber laser (about 500 W), ultraviolet light, etc.) from the light beam oscillator 30) (S21), the light beam L is scanned to an arbitrary position on the powder layer 22 by the galvanometer mirror 31 (S22), and the powder is melted and solidified to form the solidified layer 24 integrated with the modeling plate 21. (S23). The light beam is not limited to being transmitted in the air, but may be transmitted by an optical fiber or the like.
固化層２４の厚みがミーリングヘッド４０の工具長さ等から求めた所定厚みになるまで粉末層形成ステップ（Ｓ１）と固化層形成ステップ（Ｓ２）とを繰り返し、固化層２４を積層する（図１（ｂ）参照）。尚、新たに積層される固化層は、焼結又は溶融固化に際して、既に形成された下層を成す固化層と一体化することになる。 The powder layer forming step (S1) and the solidified layer forming step (S2) are repeated until the thickness of the solidified layer 24 reaches a predetermined thickness obtained from the tool length of the milling head 40, and the solidified layer 24 is laminated (FIG. 1). (See (b)). In addition, the solidified layer newly laminated | stacked will be integrated with the solidified layer which comprises the already formed lower layer in the case of sintering or melt-solidification.
積層した固化層２４の厚みが所定の厚みになると、切削ステップ（Ｓ３）へと移行する。図１および図６に示すような態様ではミーリングヘッド４０を駆動させることによって切削ステップの実施を開始している（Ｓ３１）。例えば、ミーリングヘッド４０の工具（ボールエンドミル）が直径１ｍｍ、有効刃長さ３ｍｍである場合、深さ３ｍｍの切削加工ができるので、Δｔ１が０．０５ｍｍであれば、６０層の固化層を形成した時点でミーリングヘッド４０を駆動させる。ＸＹ駆動機構４１（４１ａ，４１ｂ）によってミーリングヘッド４０を矢印Ｘ及び矢印Ｙ方向に移動させ、積層した固化層２４から成る造形物の表面を切削加工する（Ｓ３２）。そして、三次元形状造形物の製造が依然終了していない場合では、粉末層形成ステップ（Ｓ１）へ戻ることになる。以後、Ｓ１乃至Ｓ３を繰り返して更なる固化層２４を積層することによって、三次元形状造形物の製造を行う（図６参照）。 When the thickness of the laminated solidified layer 24 reaches a predetermined thickness, the process proceeds to the cutting step (S3). In the embodiment as shown in FIG. 1 and FIG. 6, the cutting step is started by driving the milling head 40 (S31). For example, when the tool (ball end mill) of the milling head 40 has a diameter of 1 mm and an effective blade length of 3 mm, a cutting process with a depth of 3 mm can be performed. Therefore, if Δt1 is 0.05 mm, 60 solidified layers are formed. At that time, the milling head 40 is driven. The milling head 40 is moved in the directions of the arrow X and the arrow Y by the XY drive mechanism 41 (41a, 41b), and the surface of the shaped object composed of the laminated solidified layer 24 is cut (S32). And when manufacture of a three-dimensional shape molded article has not ended yet, it will return to a powder layer formation step (S1). Thereafter, the three-dimensional shaped object is manufactured by repeating S1 to S3 and laminating a further solidified layer 24 (see FIG. 6).
固化層形成ステップ（Ｓ２）における光ビームＬの照射経路と、切削ステップ（Ｓ３）における切削加工経路とは、予め三次元ＣＡＤデータから作成しておく。この時、等高線加工を適用して加工経路を決定する。例えば、固化層形成ステップ（Ｓ２）では、三次元ＣＡＤモデルから生成したＳＴＬデータを等ピッチ（例えばΔｔ１を０．０５ｍｍとした場合では０．０５ｍｍ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。 The irradiation path of the light beam L in the solidified layer forming step (S2) and the cutting path in the cutting step (S3) are previously created from three-dimensional CAD data. At this time, a machining path is determined by applying contour line machining. For example, in the solidified layer forming step (S2), contour shape data of each cross section obtained by slicing STL data generated from a three-dimensional CAD model at an equal pitch (for example, 0.05 mm pitch when Δt1 is 0.05 mm) is used. .
尚、上記説明では、造形テーブルを下降変位させた後、スキージング・ブレードを造形テーブル上にスライド移動させることによって粉末層形成を行う態様を前提に説明してきたが、造形テーブルとスキージング・ブレードとの相対的変位関係は逆でもよい。つまり、テーブルが固定され，スキージング・ブレードの位置が上昇する態様であっても粉末層形成を行うことができる（特開２００９−００７６６９号参照）。 In the above description, the description has been made on the assumption that the powder layer is formed by sliding the squeezing blade on the modeling table after the modeling table is displaced downward, but the modeling table and the squeezing blade The relative displacement relationship between and may be reversed. That is, even if the table is fixed and the position of the squeegee blade is raised, the powder layer can be formed (see JP 2009-007669 A).
［本発明の製造方法］
本発明は、上述した粉末焼結積層法のなかでも、粉末層の形成態様に特徴を有している。具体的には、図７〜図９に示すように、各粉末層の厚みを相互に一定にすべく粉末供給厚みを変える（“粉末供給厚み”については図９を参照のこと）。これは、粉末層に空隙が存在しているところ、光ビーム照射のメルティングによる固化層形成に際しては厚みが減じられるといった現象（沈み込み現象）に鑑みている。特に、本発明においては、主に“粉末層のかさ密度”と“沈み込み量”との間に相関があることを見出しており、かかる相関関係に着目している。
[Production method of the present invention]
The present invention is characterized by the formation mode of the powder layer among the powder sintering lamination methods described above. Specifically, as shown in FIGS. 7 to 9, the powder supply thickness is changed so that the thicknesses of the powder layers are mutually constant (refer to FIG. 9 for “powder supply thickness”). This is in consideration of a phenomenon (sink phenomenon) in which the thickness is reduced when a solidified layer is formed by melting with light beam irradiation when voids exist in the powder layer. In particular, in the present invention, it has been found that there is a correlation mainly between “bulk density of the powder layer” and “sinking amount”, and such correlation is focused on.
“沈み込み”を考慮せずに、一定ピッチでテーブルを下降変位またはブレードを上昇変位させる制御を考えてみると（従来技術）、沈み込みに起因して、後刻の粉末層が想定厚みよりも大きくなってしまう。そこで、本発明では、そのような沈み込み現象に対して好適に対処すべく、造形テーブルの下降変位幅またはスキージング・ブレードの上昇変位幅を調整して各粉末層の厚みを相互に一定にする。 Considering the control of lowering the table or raising the blade at a constant pitch without considering “sinking” (conventional technology), the powder layer at the later stage is less than the expected thickness due to the sinking. It gets bigger. Therefore, in the present invention, in order to appropriately cope with such a sinking phenomenon, the thickness of each powder layer is made constant by adjusting the downward displacement width of the modeling table or the upward displacement width of the squeezing blade. To do.
特に、本発明においては、「第２層目以降の各粉末層を形成するための造形テーブルの下降変位幅」を「第１層目の粉末層を形成するための造形テーブルの下降変位幅」とは異なるように変更する。あるいは、「第２層目以降の各粉末層を形成するためのスキージング・ブレードの上昇変位幅」を「第１層目の粉末層を形成するためのスキージング・ブレードの上昇変位幅」とは異なるように変更する。「第２層目以降の各粉末層を形成するための造形テーブルの下降変位幅」と「第１層目の粉末層を形成するための造形テーブルの下降変位幅」との差、あるいは、「第２層目以降の各粉末層を形成するためのスキージング・ブレードの上昇変位幅」と「第１層目の粉末層を形成するためのスキージング・ブレードの上昇変位幅」との差は、三次元形状造形物製造に際して形成される粉末層のかさ密度から主に導出することができる（図１０参照）。好ましくは、かかる導出に際しては、粉末層のかさ密度と共に、粉末層の層厚さおよびそれから得られる固化層の層厚さ（即ち、光ビームの照射によって得られるメルティング層の厚さ）などが用いられる。 In particular, in the present invention, “the descending displacement width of the modeling table for forming the second and subsequent powder layers” is referred to as “the descending displacement width of the modeling table for forming the first powder layer”. Change to be different. Alternatively, “the rising displacement width of the squeezing blade for forming each powder layer after the second layer” is “the rising displacement width of the squeezing blade for forming the first powder layer”. Change to be different. The difference between “the descending displacement width of the modeling table for forming each powder layer after the second layer” and “the descending displacement width of the modeling table for forming the first powder layer”, or “ The difference between the "rising displacement width of the squeezing blade for forming each powder layer after the second layer" and the "rising displacement width of the squeezing blade for forming the first powder layer" is It can be derived mainly from the bulk density of the powder layer formed during the production of the three-dimensional shaped object (see FIG. 10). Preferably, in such derivation, together with the bulk density of the powder layer, the layer thickness of the powder layer and the layer thickness of the solidified layer obtained therefrom (that is, the thickness of the melting layer obtained by irradiation with a light beam), etc. Used.
好ましくは、図７および図８に示すように、「第２層目以降の各粉末層を形成するための造形テーブルの下降変位幅」を「第１層目の粉末層を形成するための造形テーブルの下降変位幅」よりも小さくする。あるいは、「第２層目以降の各粉末層を形成するためのスキージング・ブレードの上昇変位幅」を「第１層目の粉末層を形成するためのスキージング・ブレードの上昇変位幅」よりも小さくする。換言すれば、粉末層形成のために供される粉末量につき、「第２層目以降の各粉末層のための粉末供給量」を「第１層目のための粉末供給量」よりも少なくする。逆に捉えると、「第１層目のための粉末供給量」が「第２層目以降の各粉末層のための粉末供給量」よりも多いことを意味している（図７および図８参照）。 Preferably, as shown in FIG. 7 and FIG. 8, “the descending displacement width of the modeling table for forming the second and subsequent powder layers” is set to “modeling for forming the first powder layer” It is smaller than the “lowering displacement width of the table”. Alternatively, the “ascending displacement width of the squeezing blade for forming the second and subsequent powder layers” is referred to as “ascending displacement width of the squeezing blade for forming the first powder layer”. Also make it smaller. In other words, for the amount of powder provided for forming the powder layer, the “powder supply amount for each powder layer after the second layer” is less than the “powder supply amount for the first layer”. To do. Conversely, it means that the “powder supply amount for the first layer” is larger than the “powder supply amount for each powder layer after the second layer” (FIGS. 7 and 8). reference).
尚、図９に示すような“粉末供給厚み”で考えてみると、第２層目以降の各粉末層の粉末供給厚みは、第１層目で固化された高さ分に相当する厚みとすることが好ましい（図１０も併せて参照のこと）。 Considering the “powder supply thickness” as shown in FIG. 9, the powder supply thickness of each powder layer after the second layer is the thickness corresponding to the height solidified in the first layer. It is preferable to do this (see also FIG. 10).
以上、本発明の実施形態について説明してきたが、あくまでも典型例を例示したにすぎない。従って、本発明はこれに限定されず、種々の改変がなされ得ることを当業者は容易に理解されよう。 As mentioned above, although embodiment of this invention has been described, it has only illustrated the typical example to the last. Therefore, those skilled in the art will readily understand that the present invention is not limited thereto and various modifications can be made.
例えば、第１層目の固化層形成は、造形プレートとの密着性を向上させるためのプロセスとして行ってもよく、かかる場合、薄い膜の形成も考えられる。 For example, the formation of the first solidified layer may be performed as a process for improving the adhesion with the modeling plate. In such a case, formation of a thin film is also conceivable.
１ 光造形複合加工機
２ 粉末層形成手段
３ 光ビーム照射手段
４ 切削手段
１９ 粉末／粉末層（例えば金属粉末/金属粉末層または樹脂粉末／樹脂粉末層）
２０ 造形テーブル
２１ 造形プレート
２２ 粉末層（例えば金属粉末層または樹脂粉末層）
２３ スキージング用ブレード
２４ 固化層（例えば焼結層または硬化層）またはそれから得られる三次元形状造形物
２５ 粉末テーブル
２６ 粉末材料タンクの壁部分
２７ 造形タンクの壁部分
２８ 粉末材料タンク
２９ 造形タンク
３０ 光ビーム発振器
３１ ガルバノミラー
３２ 反射ミラー
３３ 集光レンズ
４０ ミーリングヘッド
４１ ＸＹ駆動機構
４１ａ Ｘ軸駆動部
４１ｂ Ｙ軸駆動部
４２ ツールマガジン
５０ チャンバー
５２ 光透過窓
Ｌ 光ビーム
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Optical modeling combined processing machine 2 Powder layer formation means 3 Light beam irradiation means 4 Cutting means 19 Powder / powder layer (For example, metal powder / metal powder layer or resin powder / resin powder layer)
20 modeling table 21 modeling plate 22 powder layer (for example, metal powder layer or resin powder layer)
23 Blade for squeezing 24 Solidified layer (for example, sintered layer or hardened layer) or three-dimensional shaped object 25 obtained therefrom 25 Powder table 26 Wall part 27 of powder material tank 27 Wall part 28 of modeling tank 28 Powder material tank 29 Modeling tank 30 Optical beam oscillator 31 Galvano mirror 32 Reflecting mirror 33 Condensing lens 40 Milling head 41 XY drive mechanism 41a X axis drive unit 41b Y axis drive unit 42 Tool magazine 50 Chamber 52 Light transmission window L Light beam
Claims (8)
（ｉｉ）得られた固化層の上に新たな粉末層を形成し、前記新たな粉末層の所定箇所に光ビームを照射して更なる固化層を形成する工程
を繰り返して行う三次元形状造形物の製造方法であって、
粉末層の形成は、造形テーブルとスキージング・ブレードとの間隔を相対的に広げた後、スキージング・ブレードを造形テーブル上にてスライド移動させることにより行っており、各粉末層の厚みを相互に一定にすることを特徴とする、三次元形状造形物の製造方法。 (I) a step of irradiating a predetermined portion of the powder layer formed on the modeling plate with a light beam to sinter or melt and solidify the powder at the predetermined portion to form a solidified layer; and (ii) the obtained solidified layer A method for producing a three-dimensional shaped object by repeating a step of forming a new powder layer on the surface and irradiating a predetermined portion of the new powder layer with a light beam to form a further solidified layer,
The powder layer is formed by relatively widening the distance between the modeling table and the squeezing blade and then sliding the squeezing blade on the modeling table. A method for producing a three-dimensional shaped object, characterized by being constant.
（ｉｉ）得られた固化層の上に新たな粉末層を形成し、前記新たな粉末層の所定箇所に光ビームを照射して更なる固化層を形成する工程
を繰り返して行う三次元形状造形物の製造方法であって、
粉末層の形成は、造形テーブルを下降変位させた後又はスキージング・ブレードを上昇変位させた後、スキージング・ブレードを造形テーブル上にてスライド移動させることにより行っており、
「第２層目以降の各粉末層を形成するための造形テーブルの下降変位幅」を「第１層目の粉末層を形成するための造形テーブルの下降変位幅」とは異なるように変更する、あるいは、「第２層目以降の各粉末層を形成するためのスキージング・ブレードの上昇変位幅」を「第１層目の粉末層を形成するためのスキージング・ブレードの上昇変位幅」とは異なるように変更することを特徴とする、三次元形状造形物の製造方法。 (I) a step of irradiating a predetermined portion of the powder layer formed on the modeling plate with a light beam to sinter or melt and solidify the powder at the predetermined portion to form a solidified layer; and (ii) the obtained solidified layer A method for producing a three-dimensional shaped object by repeating a step of forming a new powder layer on the surface and irradiating a predetermined portion of the new powder layer with a light beam to form a further solidified layer,
The powder layer is formed by slidably moving the squeezing blade on the modeling table after the modeling table is moved downward or after the squeezing blade is moved up and displaced,
The “lowering displacement width of the modeling table for forming the second and subsequent powder layers” is changed to be different from the “lowering displacement width of the modeling table for forming the first powder layer”. Alternatively, “the ascending displacement width of the squeezing blade for forming the second and subsequent powder layers” is replaced with “the ascending displacement width of the squeezing blade for forming the first powder layer”. The method for producing a three-dimensional shaped object is characterized by being changed so as to be different from the above.
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