JP2016216759A - Three-dimensional molded object and three-dimensional molding method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、3次元成形物および3次元成形方法に関する。 The present invention relates to a three-dimensional molded article and a three-dimensional molding method.
従来、金属材料を用いて3次元形状を簡便に形成する製造方法として、特許文献1に示
すような方法が開示されている。特許文献1に開示されている3次元形状造形物の製造方
法は、原料に金属粉末と、溶剤と、粘着増進剤と、を有する金属ペーストを層状の材料層
に形成して用いる。そして、層状の材料層に光ビームを照射して金属の焼結層もしくは金
属の溶融層を形成し、材料層の形成と、光ビームの照射と、を繰り返すことにより焼結層
もしくは熔融層が積層され、所望の3次元形状造形物が得られる。
Conventionally, a method as disclosed in Patent Document 1 has been disclosed as a manufacturing method for easily forming a three-dimensional shape using a metal material. The manufacturing method of a three-dimensional shaped object disclosed in Patent Document 1 uses a metal paste having a metal powder, a solvent, and an adhesion promoter as raw materials formed in a layered material layer. The layered material layer is irradiated with a light beam to form a sintered metal layer or a molten metal layer, and the sintered layer or the molten layer is formed by repeating the formation of the material layer and the irradiation of the light beam. Lamination is performed to obtain a desired three-dimensional shaped object.
特許文献1の3次元形状造形物の製造方法では、3次元形状造形物を構成する積層され
る材料層の一つの層において、3次元CADのデータなどから得られる光ビームの照射経
路に沿うように光ビームがガルバノミラーによってスキャンし、材料層が溶融、凝固され
て所望の焼結層を得ることができる。
In the manufacturing method of the three-dimensional shaped object of Patent Document 1, in one layer of the layered material layers constituting the three-dimensional shaped object, the light beam irradiation path obtained from the three-dimensional CAD data or the like is taken along. Then, the light beam is scanned by a galvanometer mirror, and the material layer is melted and solidified to obtain a desired sintered layer.
特許文献1に開示された3次元形状造形物の製造方法において、生産性を向上させるに
は、光ビームの走査に交差する方向の材料層の溶融凝固幅を広くする、あるいは走査速度
を速めることが求められる。一方で、3次元形状造形物に微細な造形領域を含む場合には
、溶融凝固幅はより狭く、走査速度は遅くすることで微細な造形を得ることができる。
In the method of manufacturing a three-dimensional shaped object disclosed in Patent Document 1, in order to improve productivity, the melt solidification width of the material layer in the direction intersecting the scanning of the light beam is increased, or the scanning speed is increased. Is required. On the other hand, when a three-dimensional shaped object includes a fine modeling region, the melt solidification width is narrower and the scanning speed is slowed down, so that a fine modeling can be obtained.
このように、3次元形状造形物の生産性の向上と、微細形状部の精密造形精度の向上と
は、相反する要素を含むこととなる。しかし、特許文献1に開示された3次元形状造形物
の製造方法では、生産性の向上と精密造形精度の向上を実現するには、例えば、溶融凝固
幅を広く成形可能な光ビームと、精密造形用の光ビームと、を照射可能なように複数の光
ビーム照射手段を備えることが必要になり、装置の大型化あるいは装置コストの上昇を招
くこととなる。
Thus, the improvement of the productivity of the three-dimensional shaped object and the improvement of the precision modeling accuracy of the fine shape part include conflicting elements. However, in the method for manufacturing a three-dimensional shaped object disclosed in Patent Document 1, in order to realize improvement in productivity and precision modeling precision, for example, a light beam that can be molded with a wide melting solidification width, It is necessary to provide a plurality of light beam irradiation means so as to be able to irradiate the modeling light beam, leading to an increase in size of the apparatus or an increase in apparatus cost.
そこで、一つのエネルギー線の照射手段から照射されるエネルギー線によって、溶融凝
固幅を広くして高い生産性を得るとともに、微細形状の精密造形も高い精度で実現した3
次元成形物と、その3次元成形物の成形方法を得ることを目的とする。
Therefore, with the energy beam irradiated from one energy beam irradiation means, the melt solidification width was widened to obtain high productivity, and precise shaping of fine shapes was also realized with high accuracy.
It is an object to obtain a three-dimensional molded product and a molding method of the three-dimensional molded product.
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の
形態または適用例として実現することが可能である。
SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is to solve at least a part of the problems described above, and the invention can be implemented as the following forms or application examples.
〔適用例1〕本適用例の3次元成形物は、金属粉末と、バインダーと、が混練された被
焼結材料に、前記被焼結材料を焼結可能とするエネルギー線を照射し得られる焼結単層を
含む第1の単層上に、少なくとも前記焼結単層を含む第2の単層を積層して形成される3
次元成形物であって、前記焼結単層は、前記エネルギー線が照射され焼結した焼結体を集
合させて形成され、前記焼結体の平面視における焼結体径をDとし、隣り合う前記焼結体
の焼結体中心の間の距離をP、とした場合、
0.5≦P/D<1.0
であることを特徴とする。
[Application Example 1] The three-dimensional molded product of this application example can be obtained by irradiating a material to be sintered in which a metal powder and a binder are kneaded with energy rays that enable the material to be sintered to be sintered. 3 formed by laminating at least a second single layer including the sintered single layer on the first single layer including the sintered single layer.
The sintered single layer is formed by aggregating sintered bodies irradiated with the energy rays and sintered, and the sintered body diameter in a plan view of the sintered body is D, When the distance between the sintered body centers of the above-mentioned sintered bodies is P,
0.5 ≦ P / D <1.0
It is characterized by being.
本適用例の3次元成形物は、エネルギー線の照射によって金属粉末を焼結させて得られ
る金属造形物の焼結単層を積層させて得られるものである。そして焼結単層は、複数の焼
結体の集合物として形成される。このようにして得られる焼結単層は、焼結体の平面視に
おける焼結体径をDとし、隣り合う焼結体の焼結体中心の間の距離をP、とした場合、
0.5≦P/D<1.0
の関係を満足させながら形成される。
The three-dimensional molded product of this application example is obtained by laminating sintered single layers of metal shaped products obtained by sintering metal powder by irradiation with energy rays. The sintered single layer is formed as an aggregate of a plurality of sintered bodies. In the sintered single layer obtained in this way, when the sintered body diameter in a plan view of the sintered body is D and the distance between the sintered body centers of adjacent sintered bodies is P,
0.5 ≦ P / D <1.0
It is formed while satisfying the relationship.
本適用例によれば、上述の関係において、Pを、よりDに近づける、すなわちP/Dを
1.0に近づけることで隣り合う焼結体は互いに離間するように配置される。従って、短
時間で焼結単層を形成することができ、生産性を高めることができる。またP/Dを0.
5に近づけることで、隣り合う焼結体は互いに近接するように、すなわち重なる領域が多
くなるように配置されることで、隣り合う焼結体が緻密に集合された焼結単層を形成する
ことができ、精密な造形を可能とする。
According to this application example, in the above-described relationship, adjacent sintered bodies are arranged to be separated from each other by bringing P closer to D, that is, by bringing P / D closer to 1.0. Therefore, a sintered single layer can be formed in a short time, and productivity can be improved. Also, P / D is set to 0.
By being close to 5, the adjacent sintered bodies are arranged so as to be close to each other, that is, so as to increase the number of overlapping regions, thereby forming a sintered single layer in which the adjacent sintered bodies are densely assembled. This enables precise modeling.
なお、本適用例において、「焼結可能とする」における焼結とは、供給材料にエネルギ
ーが供給されることによって、供給材料を構成するバインダーが供給エネルギーによって
蒸散し、そして、残った金属粉末同士が供給エネルギーによって金属結合することをいう
。なお、本明細書では金属粉末が溶融結合される形態も、エネルギーを供給することで金
属粉末を結合させるものとして、焼結として説明する。
In this application example, the sintering in the “sinterable” means that energy is supplied to the feed material, the binder constituting the feed material is evaporated by the feed energy, and the remaining metal powder It means that metal bonds with each other by supplied energy. In the present specification, the form in which the metal powder is melt-bonded is also described as sintering as the metal powder is bonded by supplying energy.
〔適用例2〕上述の適用例において、前記焼結単層は、隣り合う第1の焼結体と、第2
の焼結体と、第3の焼結体と、を含み、前記第2の単層は、前記第2の単層に含む前記焼
結体の前記焼結体中心が、前記第1の単層に含む前記第1の焼結体、前記第2の焼結体、
および前記第3の焼結体の各々の前記焼結体中心を結んで構成される平面視における3角
形領域に重なるように配置されることを特徴とする。
Application Example 2 In the application example described above, the sintered single layer includes a first sintered body adjacent to the second sintered body, and a second sintered body.
And the second single layer is the center of the sintered body of the sintered body included in the second single layer is the first single layer. The first sintered body included in the layer, the second sintered body,
And it arrange | positions so that it may overlap with the triangular area | region in planar view comprised connecting the said sintered compact center of each said 3rd sintered compact.
上述の適用例1において、第1の単層の隣り合う第1、第2、そして第3の焼結体の各
々の焼結体中心が、Dの値と近い値で配置されると、隣り合う焼結体の間に未焼結領域が
残留する場合がある。しかし、上述の適用例によれば、第2の単層に含まれる焼結体が、
下層の第1の単層の焼結単層に含む隣り合う第1、第2、そして第3の焼結体の各々の焼
結体中心を結ぶ3角形領域の平面視における領域内に、焼結体中心が重なるように配置さ
れることで、第2の単層の焼結体を形成するエネルギー線が照射されることで、第1の単
層に残留した未焼結領域も同時に焼結される。これにより、3次元成形物の内部に未焼結
領域、言い換えると欠陥部となり得る領域を除去しながら、3次元成形物を得ることがで
きる。
In Application Example 1 described above, when the sintered body centers of the first, second, and third sintered bodies adjacent to each other in the first single layer are arranged at a value close to the value of D, In some cases, an unsintered region may remain between the matching sintered bodies. However, according to the application example described above, the sintered body included in the second single layer is
In a region in a plan view of a triangular region connecting the respective sintered body centers of the adjacent first, second, and third sintered bodies included in the first sintered single layer of the lower layer, Arranged so that the center of the union is overlapped, the energy rays that form the second single-layer sintered body are irradiated to simultaneously sinter the unsintered region remaining in the first single layer. Is done. Thereby, a three-dimensional molded product can be obtained while removing an unsintered region, in other words, a region that can be a defective portion, inside the three-dimensional molded product.
〔適用例3〕上述の適用例において、前記エネルギー線がレーザーであることを特徴と
する。
Application Example 3 In the application example described above, the energy beam is a laser.
上述の適用例によれば、正確な位置にエネルギーを照射する制御、およびエネルギー量
の増減を正確に制御することが可能である。そして、焼結体を形成する場合にエネルギー
線のON/OFFを短時間に実行させることが可能である。従って、高い生産性を持ちな
がら高品質の3次元成形物を得ることができる。
According to the application example described above, it is possible to accurately control the irradiation of energy at an accurate position and the increase / decrease of the energy amount. And when forming a sintered compact, ON / OFF of an energy ray can be performed in a short time. Therefore, a high-quality three-dimensional molded product can be obtained while having high productivity.
〔適用例4〕本適用例の3次元成形方法は、金属粉末と、バインダーと、が混練された
被焼結材料に、前記被焼結材料を焼結可能とするエネルギー線を照射し得られる焼結単層
を含む第1の単層上に、少なくとも前記焼結単層を含む第2の単層を積層して3次元成形
物を得る3次元成形方法であって、前記焼結単層は、前記エネルギー線が照射され焼結し
た焼結体を集合させて形成され、前記焼結体の平面視における焼結体径をDとし、隣り合
う前記焼結体の焼結体中心の間の距離をP、とした場合、
0.5≦P/D<1.0
であることを特徴とする。
[Application Example 4] The three-dimensional forming method of this application example can be obtained by irradiating a material to be sintered in which metal powder and a binder are kneaded with energy rays that enable the material to be sintered to be sintered. A three-dimensional molding method for obtaining a three-dimensional molded product by laminating at least a second single layer including a sintered single layer on a first single layer including a sintered single layer, wherein the sintered single layer is obtained. Is formed by assembling sintered bodies irradiated with the energy rays and sintered, and the diameter of the sintered body in a plan view of the sintered body is D, and between the sintered body centers of the adjacent sintered bodies. If the distance of P is P,
0.5 ≦ P / D <1.0
It is characterized by being.
本適用例の3次元成形物の成形方法は、エネルギー線の照射によって金属粉末を焼結さ
せて得られる金属造形物の焼結単層を積層させて得る方法である。そして焼結単層は、複
数の焼結体の集合物として形成する。このようにして得られる焼結単層は、焼結体の平面
視における焼結体径をDとし、隣り合う焼結体の焼結体中心の間の距離をP、とした場合
、
0.5≦P/D<1.0
の関係を満足させながら形成される。
The forming method of the three-dimensional molded product of this application example is a method obtained by laminating a sintered single layer of a metal shaped product obtained by sintering metal powder by irradiation with energy rays. The sintered single layer is formed as an aggregate of a plurality of sintered bodies. In the sintered single layer obtained in this way, when the sintered body diameter in a plan view of the sintered body is D and the distance between the sintered body centers of adjacent sintered bodies is P,
0.5 ≦ P / D <1.0
It is formed while satisfying the relationship.
本適用例によれば、上述の関係において、PをよりDに近づける、すなわちP/Dを1
.0に近づけることで隣り合う焼結体は互いに離間するように配置される。従って、短時
間で焼結単層を形成することができ、生産性を高めることができる。またP/Dを0.5
に近づけることで、隣り合う焼結体は互いに近接するように、すなわち重なる領域が多く
なるように配置されることで、隣り合う焼結体が緻密に集合された焼結単層を形成するこ
とができ、精密な造形を可能とする。
According to this application example, in the above relationship, P is closer to D, that is, P / D is 1
. The adjacent sintered bodies are arranged so as to be separated from each other by approaching zero. Therefore, a sintered single layer can be formed in a short time, and productivity can be improved. Also, P / D is 0.5
By arranging the adjacent sintered bodies so as to be close to each other, that is, so as to increase the number of overlapping regions, a sintered single layer in which the adjacent sintered bodies are densely assembled is formed. This enables precise modeling.
〔適用例5〕上述の適用例において、前記焼結単層に含む前記焼結体は、隣り合う第1
の焼結体と、第2の焼結体と、第3の焼結体を含み、前記第2の単層は、前記第2の単層
に含む前記焼結体の前記焼結体中心が、前記第1の単層に含む前記第1の焼結体、前記第
2の焼結体、および前記第3の焼結体の各々の前記焼結体中心によって構成される平面視
における3角形領域と重なることを特徴とする。
Application Example 5 In the application example described above, the sintered bodies included in the sintered single layer are adjacent to each other.
A sintered body, a second sintered body, and a third sintered body, wherein the second single layer has a center of the sintered body of the sintered body included in the second single layer. , A triangular shape in plan view constituted by the respective sintered body centers of the first sintered body, the second sintered body, and the third sintered body included in the first single layer It is characterized by overlapping with the area.
上述の適用例4において、第1の単層の隣り合う第1、第2、そして第3の焼結体の各
々の焼結体中心が、Dの値と近い値で配置されると、隣り合う焼結体の間に未焼結領域が
残留する場合がある。しかし、上述の適用例によれば、第2の単層に含まれる焼結体が、
下層の第1の単層の焼結単層に含む隣り合う第1、第2、そして第3の焼結体の各々の焼
結体中心を結ぶ3角形領域の平面視における領域内に、焼結体中心が重なるように配置さ
れることで、第2の単層の焼結体を形成するエネルギー線が照射されることで、第1の単
層に残留した未焼結領域も同時に焼結される。これにより、3次元成形物の内部に未焼結
領域、言い換えると欠陥部となり得る領域を除去しながら、3次元成形物を得ることがで
きる。
In the application example 4 described above, when the sintered body centers of the first, second, and third sintered bodies adjacent to each other in the first single layer are arranged at a value close to the value of D, they are adjacent to each other. In some cases, an unsintered region may remain between the matching sintered bodies. However, according to the application example described above, the sintered body included in the second single layer is
In a region in a plan view of a triangular region connecting the respective sintered body centers of the adjacent first, second, and third sintered bodies included in the first sintered single layer of the lower layer, Arranged so that the center of the union is overlapped, the energy rays that form the second single-layer sintered body are irradiated to simultaneously sinter the unsintered region remaining in the first single layer. Is done. Thereby, a three-dimensional molded product can be obtained while removing an unsintered region, in other words, a region that can be a defective portion, inside the three-dimensional molded product.
〔適用例6〕上述の適用例において、前記エネルギー線がレーザーであることを特徴と
する。
Application Example 6 In the application example described above, the energy beam is a laser.
上述の適用例によれば、正確な位置にエネルギーを照射する制御、およびエネルギー量
の増減を正確に制御することが可能である。そして、焼結体を形成する場合にエネルギー
線のON/OFFを短時間に実行させることが可能である。従って、高い生産性を保ちな
がら高品質の3次元成形物を得ることができる。
According to the application example described above, it is possible to accurately control the irradiation of energy at an accurate position and the increase / decrease of the energy amount. And when forming a sintered compact, ON / OFF of an energy ray can be performed in a short time. Accordingly, a high-quality three-dimensional molded product can be obtained while maintaining high productivity.
以下、図面を参照して、本発明に係る実施形態を説明する。 Embodiments according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
(第1実施形態)
図1は第1実施形態に係る3次元成形物を成形するための製造装置の一例を示す概略構
成と、動作概要を示す構成断面図である。なお、本明細書における「3次元成形物」とは
、いわゆる立体造形物として形成されるものを示すものであり、例えば、平板状、いわゆ
る2次元形状の成形物であっても、厚みを有する形状であれば、3次元成形物に含まれる
。
(First embodiment)
FIG. 1 is a schematic configuration showing an example of a manufacturing apparatus for forming a three-dimensional molded product according to the first embodiment, and a configuration cross-sectional view showing an operation outline. In addition, the “three-dimensional molded product” in the present specification indicates what is formed as a so-called three-dimensional modeled product, and for example, a flat plate, a so-called two-dimensional molded product has a thickness. If it is a shape, it is contained in a three-dimensional molded product.
図1に示す3次元成形装置1000(以下、製造装置1000という)は、図1(a)
に示すように、図示しない装置基部に備える成形枠1300と、成形物の原料が積層配置
される成形テーブル1200(以下、テーブル1200という)と、テーブル1200を
成形枠内で上下(重力方向)させる駆動手段1100と、を備えている。
A three-dimensional forming apparatus 1000 (hereinafter referred to as a manufacturing apparatus 1000) shown in FIG.
As shown in FIG. 2, a forming
成形枠1300は、図示するように、内部にテーブル1200が上下に移動可能な凹部
空間1300aを有する。そして、成形枠1300の内壁1300bと、テーブル120
0の外周1200aと、は摺動を可能としながらも成形物の原料が漏れない程度の隙δが
構成される。
As shown in the figure, the forming
The
テーブル1200上には、原料供給手段1400に収容されている原料Mpが、後述す
方法で供給される。原料Mpは、金属粉末と、インダーと、が混練された被焼結材料であ
る。金属粉末としては、例えばマグネシウム(Mg)、鉄(Fe)、コバルト(Co)、
クロム(Cr)、アルミニウム(Al)、チタン(Ti)、ニッケル(Ni)などの単体
粉末、もしくはこれらの金属の1つ以上を含む合金の粉末の混合粉末が用いられる。そし
て、金属粉末にバインダーとして、例えばポリビニルアルコール(PVA)、ナノセルロ
ース(CeNF)などの水酸基を有したもの、あるいはポリ乳酸(PLA)、ポリアミド
(PA)、ポリフェニレンサルファイド(PPS)などの熱可塑性樹脂などが混練され、
紛体状の原料Mpが形成される。
On the table 1200, the raw material Mp accommodated in the raw material supply means 1400 is supplied by a method described later. The raw material Mp is a material to be sintered in which metal powder and an inder are kneaded. Examples of the metal powder include magnesium (Mg), iron (Fe), cobalt (Co),
A single powder such as chromium (Cr), aluminum (Al), titanium (Ti), nickel (Ni), or a mixed powder of an alloy powder containing one or more of these metals is used. And, as a binder in the metal powder, for example, those having a hydroxyl group such as polyvinyl alcohol (PVA) and nanocellulose (CeNF), or thermoplastic resins such as polylactic acid (PLA), polyamide (PA), polyphenylene sulfide (PPS), etc. Etc. are kneaded,
A powdery raw material Mp is formed.
なお原料Mpは紛体状に限定されず、上述の金属粉末と、バインダーと、に加えて溶剤
、例えば水、水溶性の溶剤、などを混練し、スラリー状にして供給してもよく、あるいは
シート状に成形した、いわゆるグリーンシートとして供給してもよい。
The raw material Mp is not limited to a powder form, and may be supplied in the form of a slurry by kneading a solvent such as water or a water-soluble solvent in addition to the metal powder and binder described above, or a sheet. You may supply as what is called a green sheet shape | molded in the shape.
本実施形態における3次元成形物は、紛体状の原料Mpから形成される形態により説明
する。原料供給手段1400から、テーブル1200上に供給される紛体状の原料Mpを
、所定の厚さでテーブル1200上に配設させるために、後述するスキージのためのリコ
ータ1500を備えている。
The three-dimensional molded product in the present embodiment will be described based on a form formed from a powdery raw material Mp. In order to dispose the powdery raw material Mp supplied from the raw material supply means 1400 on the table 1200 to the table 1200 with a predetermined thickness, a
図1(a)に示すテーブル1200上に第1層目の成形物101が形成された状態から
、成形物101上に第2層目の成形物を形成する方法を図1(b)から図1(d)で説明
する。図1(a)に示す第1層目の成形物101は、焼結手段によって焼結部101aと
、未焼結部101bと、を含んでいる。図1(b)に示すように、テーブル1200を、
所定量下降させ、原料供給手段1400を図示しない駆動手段によって第1層目の成形物
101上まで移動させ、第1層目の成形物101の形成領域全体に原料Mpを供給する。
FIG. 1B shows a method of forming the second layer molded product on the molded
The raw material supply means 1400 is moved onto the first layer molded
図1(b)に示す原料Mpが第1層目の成形物101上に供給された状態では、第2層
目の成形物に未充填部分を作らないように、第2層目の成形物に必要な原料Mp量を超え
て供給される。必要な原料Mp量を超えた原料Mpを除去するとともに、第2層目の成形
物の厚みに整えるため、図1(c)に示すようにリコータ1500を移動させて不要な原
料Mpを掻き取る、いわゆるスキージを行う。
In the state where the raw material Mp shown in FIG. 1 (b) is supplied onto the first-layer molded
スキージよって掻き取られる余剰の原料Mpは、余剰原料排出部1600に導入され、
図示しない排出原料貯蔵部に収容される。そして図1(d)に示すように、原料Mpにエ
ネルギー線としてのレーザー照射部1700よりレーザーLを照射し、レーザーLが照射
された領域の原料Mpは焼結され、金属粉末から金属成形物となる。以上の図1(a)か
ら図1(d)に示す方法を繰り返して3次元成形物が得られる。
The surplus raw material Mp scraped off by the squeegee is introduced into the surplus raw
It is accommodated in an exhaust material storage unit (not shown). And as shown in FIG.1 (d), the raw material Mp is irradiated with the laser L from the
本実施形態では、エネルギー線としてレーザーLを例示したが、これに限定されない。
例えば、高周波、ハロゲンランプなどを使った熱線、あるいは高熱の熱風を吹き付ける方
法などが適用できる。レーザーLをエネルギー線として用いることで、正確な位置にエネ
ルギーを照射する制御が容易であること、エネルギー量の増減を正確に制御することが可
能であること、そして、後述する焼結体を形成する場合にエネルギー線のON/OFFを
短時間に実行させることにレーザーLが適していることから、レーザーLをエネルギー線
として適用することがより好ましい。
In this embodiment, although the laser L was illustrated as an energy beam, it is not limited to this.
For example, a hot wire using a high frequency, a halogen lamp, or a method of blowing hot hot air can be applied. By using the laser L as an energy beam, it is easy to control the irradiation of energy at an accurate position, the increase / decrease in the amount of energy can be accurately controlled, and a sintered body described later is formed. In this case, since the laser L is suitable for executing ON / OFF of the energy beam in a short time, it is more preferable to apply the laser L as the energy beam.
図2は上述した成形方法によって成形される3次元成形物の単層を示す。図2(a)は
、第1の単層として、図1に示す第1層目の成形物101を一例に、外観斜視図で示す。
なお、以下の説明では、第1層目の成形物101を第1の単層101という。ただし、第
1の単層101は、図1で説明したテーブル1200の上面に最初に形成される成形層に
限定されず、説明の便宜上、第1の単層101上に、後述する第2の単層が積層されて3
次元成形物が形成されることから、積層される単層の、いわゆる上下関係を区分するため
のものであり、下層が第1の単層、上層が第2の単層としている。
FIG. 2 shows a single layer of a three-dimensional molded product molded by the molding method described above. FIG. 2A is an external perspective view of the first layer of the molded
In the following description, the first-layer molded
Since a three-dimensional molded product is formed, it is for classifying so-called top-to-bottom relationships of single layers to be laminated, with the lower layer being the first single layer and the upper layer being the second single layer.
図2(a)に示すように第1の単層101は、図1に示した成形枠1300の凹部空間
1300a内に形成され、焼結された第1の焼結単層101aと、焼結されていない未焼
結部101bと、を含んでいる。第1の焼結単層101aは、原料Mpを加熱焼成するレ
ーザーLを所定の領域に走査しながら照射することで得ることができる。
As shown in FIG. 2A, the first
図2(b)および図2(c)は、レーザーLの照射の形態を模式的に示す。図2(b)
は、ステップ1(S1)からステップ5(S5)の順にレーザー照射部1700レーザー
照射部1700が移動し、レーザーLの照射が行われる状態を示し、図2(c)はステッ
プ1(S1)からステップ5(S5)におけるレーザー照射部1700レーザー照射部1
700の移動経路(移動量)と、レーザー照射部1700からのレーザーLの照射ONと
OFFの状態を示している。以降、ステップ1(S1)からステップ5(S5)は、S1
,S2,S3,S4,S5と記載する。
FIG. 2B and FIG. 2C schematically show the form of laser L irradiation. FIG. 2 (b)
Shows a state in which the
The movement path (movement amount) of 700 and the irradiation ON and OFF states of the laser L from the
, S2, S3, S4, S5.
先ず、図2(b)に示すS1の状態、すなわちレーザー照射部1700が待機位置m1
で待機状態となる。この時、レーザー照射部1700からのレーザー照射は図2(c)に
示すようにOFF状態である。次に、S2の状態、すなわちレーザー照射部1700をレ
ーザー照射がされる照射位置m2まで、距離Tを移動させ、停止させる。停止状態でレー
ザー照射部1700のレーザー照射をON状態として、レーザーLが第1の単層101に
向けて照射される。原料MpにレーザーLが照射され、その熱によって原料Mpの金属粉
末が焼結し、焼結体10が形成される。所定のエネルギー量のレーザー照射が行われると
、レーザー照射部1700のレーザー照射はOFF状態とされる。そして、次のS3であ
る、照射位置m3まで、レーザー照射部1700は距離P1を移動させ、停止させる。
First, the state of S1 shown in FIG. 2B, that is, the
It will be in a standby state. At this time, laser irradiation from the
S3でレーザー照射部1700が照射位置m3に到達し、停止した後、S4で示すよう
にレーザーLが照射され、照射位置m3に焼結体10が形成される。そして、S5に示す
ように次の照射位置m4までの距離P2を、レーザー照射部1700が移動される。
After the
上述したように、本実施形態に係る3次元成形物を構成する単層は、レーザー照射部1
700の移動、すなわち走査と、照射位置で停止させてレーザーLを照射する、ことを繰
り返し、形成される焼結体10の集合体を形成し、第1の単層101を構成するものであ
る。
As described above, the single layer constituting the three-dimensional molded product according to this embodiment is the laser irradiation unit 1.
The first
図3は、図2(b)で説明した焼結単層101aに含む焼結体10の配置を説明する概
念図である。図3(a)はレーザーLの走査形態を説明する概念図、図3(b),(c)
は、図2(b)に示す照射位置m2,m3,m4に形成される焼結体10を例示して焼結
体10の詳細配置を説明する概念図である。
FIG. 3 is a conceptual diagram illustrating the arrangement of the
These are the conceptual diagrams explaining the detailed arrangement | positioning of the sintered compact 10 exemplifying the sintered compact 10 formed in irradiation position m2, m3, m4 shown in FIG.2 (b).
図3(a)に示すように、本実施形態では図示矢印FD方向にレーザー照射部1700
を移動させてレーザーLを照射し、FD方向の所定の領域に照射が終了するとFL方向に
レーザー照射部1700を移動させ、FD方向の所定の領域にレーザーLを照射する、レ
ーザーLの走査形態を例示する。このようにレーザーLを走査させることにより、第1の
単層101に焼結体10の集合体としての焼結単層101aが形成される。
Figure 3 (a), the
The move is irradiated with a laser L, the irradiation in a predetermined region of the F D direction is completed by moving the
図3(a)に示すレーザーLの走査によって形成される焼結体10は、図3(b),(
c)に示すように配置される。図3(b)に示すように、照射位置m2に形成された焼結
体10に隣り合うように照射位置m3に焼結体10が形成される。照射位置m2における
焼結体10と、照射位置m3における焼結体10と、は図2(b)で説明した距離P1を
有して形成されている。以下、距離P1をドットピッチP1という。
The
Arranged as shown in c). As shown in FIG. 3B, the
ドットピッチP1は、照射位置m2における焼結体10と、照射位置m3における焼結
体10と、の間に未焼結部が生じないよう、重複部10aが形成される。すなわち、焼結
体10の形成直径、すなわち焼結体径Dに対して、
P1<D
の条件を満たして配置されることが好ましい。
In the dot pitch P1, an overlapping
P1 <D
It is preferable to be arranged so as to satisfy the above condition.
図3(c)は、図3(b)に示す照射位置m3と隣り合う照射位置m4に形成される焼
結体10の配置を示す。照射位置m3における焼結体10と、照射位置m4における焼結
体10と、は図2(b)で説明した距離P2を有して形成されている。以下、距離P2を
ドットピッチP2という。ドットピッチP2は、照射位置m3における焼結体10と、照
射位置m4における焼結体10と、の間に未焼結部が生じないよう、重複部10aが形成
される。すなわち、焼結体10の形成直径Dに対して、
P2<D
の条件を満たして配置されることが好ましい。
FIG.3 (c) shows arrangement | positioning of the sintered compact 10 formed in the irradiation position m4 adjacent to the irradiation position m3 shown in FIG.3 (b). The
P2 <D
It is preferable to be arranged so as to satisfy the above condition.
このように、図3(a)に示す走査方向FDに形成される焼結体10は、隣り合う焼結
体10のドットピッチをPd1とすると、
Pd1<D
の条件を満たして配置されるよう、レーザーLの走査を制御することが好ましい。尚且つ
、隣り合う焼結体10によって形成される焼結領域を広くするために、
Pd1≧D/2
であることが好ましい。すなわち、
0.5≦Pd1/D<1.0
の条件を満たすことがより好ましい。
Thus, the
Pd1 <D
It is preferable to control the scanning of the laser L so as to satisfy the above condition. In addition, in order to widen the sintered area formed by the adjacent
Pd1 ≧ D / 2
It is preferable that That is,
0.5 ≦ Pd1 / D <1.0
It is more preferable to satisfy the condition.
図4は、図3(b),(c)に示す走査方向FDに沿って形成された1列目の焼結体1
0に対して、走査方向FLに沿ってレーザー照射部1700をラインピッチQ1分移動さ
せ、2列目の焼結体を形成する場合の焼結体の配置を説明する概念図である。
FIG. 4 shows the first row of sintered bodies 1 formed along the scanning direction F D shown in FIGS.
Against 0, along the scanning direction F L is the
図4(a)に示すように、1列目の照射位置m2に形成される焼結体10と、1列目の
照射位置m2に形成される焼結体10と隣り合う2列目の照射位置m22に形成される焼
結体10と、の中心間距離であるドットピッチPd2は、上述した1列目の隣り合う焼結
体10の関係同様に、
Pd2<D
を満足し、
Pd2≧D/2
であることが好ましい。すなわち、
0.5≦Pd2/D<1.0
であることが好ましい。
As shown in FIG. 4A, the
Pd2 <D
Satisfied,
Pd2 ≧ D / 2
It is preferable that That is,
0.5 ≦ Pd2 / D <1.0
It is preferable that
また、1列目の照射位置m2と隣り合う照射位置m3に形成される焼結体10と、1列
目の焼結位置m3に形成される焼結体10と隣り合う2列目の照射位置m22に形成され
る焼結体10と、の中心間距離であるドットピッチPd3は、上述した1列目の隣り合う
焼結体10の関係同様に、
Pd3<D
を満足し、
Pd3≧D/2
であることが好ましい。すなわち、
0.5≦Pd3/D<1.0
であることが好ましい。
Further, the
Pd3 <D
Satisfied,
Pd3 ≧ D / 2
It is preferable that That is,
0.5 ≦ Pd3 / D <1.0
It is preferable that
上述したように、照射位置m2,m3,m22に形成される焼結体10、すなわち互い
に隣り合う焼結体10のドットピッチPd1,Pd2,Pd3を、隣り合う焼結体10の
焼結体中心の距離としてのドットピッチPとすると、
P<D
であり、
P≧D/2
であることが好ましい。すなわち、
0.5≦P/D<1.0
であることが好ましい。このような関係で、照射位置m2,m3,m22を中心とする焼
結体10は、互いに重複部10a,10b,10cを有することができる。
As described above, the
P <D
And
P ≧ D / 2
It is preferable that That is,
0.5 ≦ P / D <1.0
It is preferable that In such a relationship, the
図4(b)は、2列目の照射位置m22に形成された焼結体10に隣り合うように照射
位置m23に焼結体10が形成された形態を示す。図4(b)に示すように、照射位置m
23に形成される焼結体10は、照射位置m3と照射位置m22とに形成される焼結体1
0と隣り合う位置に形成される。さらに、照射位置m23に形成される焼結体10は、照
射位置m3と照射位置m4とに形成される焼結体10と隣り合う位置に形成される。
FIG. 4B shows a form in which the
The
It is formed at a position adjacent to zero. Further, the
照射位置m23と照射位置m3と、の中心間距離をドットピッチPd4、照射位置m4
と照射位置m23と、の中心間距離をドットピッチPd5、照射位置m23と照射位置m
22と、の中心間距離をドットピッチPd21、とした場合、それぞれの関係は上述した
関係を満たしている。すなわち、
0.5≦Pd4/D<1.0
0.5≦Pd5/D<1.0
0.5≦Pd21/D<1.0
である。これら互いに隣り合う焼結体10のドットピッチPd4,Pd5,Pd21を、
隣り合う焼結体10の中心間距離としてのドットピッチPとすると、
0.5≦P/D<1.0
の関係となる。
The center-to-center distance between the irradiation position m23 and the irradiation position m3 is the dot pitch Pd4 and the irradiation position m4.
And the irradiation position m23, the distance between the centers is the dot pitch Pd5, the irradiation position m23 and the irradiation position m.
When the center-to-center distance is 22 and the dot pitch Pd21, the respective relationships satisfy the above-described relationships. That is,
0.5 ≦ Pd4 / D <1.0
0.5 ≦ Pd5 / D <1.0
0.5 ≦ Pd21 / D <1.0
It is. The dot pitches Pd4, Pd5, Pd21 of the
When the dot pitch P is the distance between the centers of the adjacent
0.5 ≦ P / D <1.0
It becomes the relationship.
上述したドットピッチ関係を満たしながら焼結体10を形成し、集合体としての焼結単
層101aを得ることができる。このようにして得られる焼結単層101aは、
0.5≦P/D<1.0
の関係を満足させながら、ドットピッチPをより焼結体10の直径Dに近づける、すなわ
ちP/Dを1.0に近づけることで、短時間で焼結単層101aを形成することができ、
生産性を高めることができる。またP/Dを0.5に近づけることで、隣り合う焼結体1
0が緻密に集合された焼結単層101aを形成することができ、精密な造形を可能とする
。
The
0.5 ≦ P / D <1.0
By satisfying the above relationship, the dot pitch P can be made closer to the diameter D of the
Productivity can be increased. Moreover, by making P / D close to 0.5, adjacent sintered bodies 1
The sintered
上述した焼結単層101aを含む第1の単層101上に、第2の単層102(図1(d
)参照)を積層させる場合の焼結体10の形成形態を図5に示す。なお、図5では、説明
の便宜上、第1の単層101に含む焼結体10は2点鎖線で描き、第2の単層102に含
む焼結体10は実線で描いてある。また、第1の単層101に含む焼結体10の照射位置
は「●」で表示し、第2の単層102に含む焼結体10の照射位置は「×」で表示する。
On the first
FIG. 5 shows the formation form of the
図5に示す第2の単層102を形成する場合、図4を用いて説明した第1の単層101
に対して、次のように焼結体10が配置される。図5(a)は、第2の単層102に含ま
れる焼結体10の一部として、レーザーLの照射位置n1と照射位置n2と、の2つの焼
結体10を例示している。図5に示すように、第2の単層102に含まれる照射位置n1
に形成される焼結体10は、下層の第1の単層101の焼結単層101aに含む第1の焼
結体としての照射位置m2に形成された焼結体10の照射位置m2と、第2の焼結体とし
ての照射位置m3に形成された焼結体10の照射位置m3と、第3の焼結体としての照射
位置m22に形成された焼結体10の照射位置m22と、を結ぶ3角形領域Tr1の平面
視における領域内に、照射位置n1が重なるように配置される。
In the case of forming the second
On the other hand, the sintered compact 10 is arrange | positioned as follows. FIG. 5A illustrates two sintered
The
同様に、照射位置n2に形成される焼結体10は、下層の第1の単層101の焼結単層
101aに含む焼結体10の照射位置m3と、照射位置m4と、照射位置m23と、を結
ぶ3角形領域Tr2の平面視における領域内に、照射位置n2が重なるように配置される
。
Similarly, the
さらに、照射位置n1および照射位置n2、および図示しない第2の単層102に含ま
れる図示されない第2の焼結単層は、第1の焼結単層101aと同様に、照射位置の中心
距離、すなわち隣り合う焼結体10の中心間距離としてのドットピッチPが、
0.5≦P/D<1.0
の関係を同時に満足されるように、焼結体10が配置されることが好ましい。
Further, the irradiation position n1, the irradiation position n2, and the second sintered single layer (not shown) included in the second single layer 102 (not shown) are similar to the first sintered
0.5 ≦ P / D <1.0
It is preferable that the
このように第2の単層102に形成される焼結体10は、例えば図5(b)に示すよう
に、第1の単層101において隣り合う焼結体10、本例では照射位置m2,m3,m2
2に形成される焼結体10の各々のドットピッチPが、焼結体10の直径Dの値と近い値
で配置されると、隣り合う焼結体10の間に未焼結領域101cが残留する場合がある。
しかし、上述した図5(a)に示すように、第2の単層102に含まれる照射位置n1に
形成される焼結体10が、下層の第1の単層101の焼結単層101aに含む焼結体10
の照射位置m2と、照射位置m3と、照射位置m22と、を結ぶ3角形領域Tr1の平面
視における領域内に、照射位置n1が重なるように配置されることで、照射位置n1にレ
ーザーLが照射されることで、未焼結領域101cも同時に焼結される。これにより、3
次元成形物の内部に未焼結領域、言い換えると欠陥部となり得る領域を除去しながら、3
次元成形物を得ることができる。
Thus, the
When the dot pitch P of each of the
However, as shown in FIG. 5A described above, the
By arranging the irradiation position n1 so as to overlap the region in the plan view of the triangular region Tr1 connecting the irradiation position m2, the irradiation position m3, and the irradiation position m22, the laser L is applied to the irradiation position n1. By being irradiated, the
While removing the unsintered area inside the three-dimensional molded product, in other words, the area that can be a defective part, 3
A dimensionally shaped product can be obtained.
上述した第1の単層101上に、第2の単層102を積層させた後、第2の単層102
を新たな第1の単層102として、第1の単層102上に第2の単層103が形成される
。このように順次形成され、新たな第1の単層上に第2の単層を積層することを繰り返し
、図6に示すように、最後となるN層目の第2の単層10Nまで形成された積層体100
となり、積層体100に、焼結、形成された3次元成形物200が含まれる。すなわち3
次元成形物200は、積層体100における焼結単層101a,101a,…,10Na
の集合体としての焼結部100aとして形成される。そして、後述するが、積層体100
における未焼結部101b,102b,…,10Nbの集合体100bが除去され、焼結
部100aが取り出され、3次元成形物200を得ることができる。
After the second
As a new first
Thus, the laminate 100 includes a three-dimensional molded
Dimensional molded
It is formed as a
The
(第2実施形態)
第2実施形態に係る3次元成形方法は、上述した第1実施形態に係る3次元成形物を形
成する方法である。第2実施形態に係る3次元成形物200の製造工程を示すフローチャ
ートを図7に示し、図7に示すフローチャートに示す工程における製造方法を図8、図9
、および図10に示す。なお、第1実施形態に係る3次元成形物200の説明と同じ構成
要素には同じ符号を付し、説明は省略する。
(Second Embodiment)
The three-dimensional molding method according to the second embodiment is a method of forming the three-dimensional molded product according to the first embodiment described above. FIG. 7 shows a flowchart showing the manufacturing process of the three-dimensional molded
And shown in FIG. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the same component as description of the three-dimensional molded
(3次元造形用データ取得工程)
図7に示すように、本実施形態に係る3次元成形方法は3次元成形物200の3次元造
形用データを、図示しない、例えばパーソナルコンピューターなどから、図1に示す製造
装置1000に備える図示しない制御装置に取得する3次元造形用データ取得工程(S1
0)が実行される。3次元造形用データ取得工程(S10)において取得された3次元造
形用データは、制御装置から、製造装置1000に備えるテーブル1200の駆動手段1
100、原料供給手段1400および図示しない原料供給手段1400の駆動手段、レー
ザー照射部1700、およびリコータ1500を駆動する駆動手段(図示せず)などに、
所定の制御信号が送出される。
(3D modeling data acquisition process)
As shown in FIG. 7, the three-dimensional forming method according to the present embodiment is not shown in the
0) is executed. The three-dimensional modeling data acquired in the three-dimensional modeling data acquisition step (S10) is the drive means 1 of the table 1200 provided in the
100, raw material supply means 1400 and drive means for raw material supply means 1400 (not shown),
A predetermined control signal is transmitted.
(材料準備工程)
材料準備工程(S20)では、図8(a)に示すように、3次元成形物200の原料M
pが、図示しない混練装置から供給路1410を通して原料供給手段1400に供給され
、収納される。原料Mpは、金属粉末と、バインダーと、が混練された被焼結材料である
。金属粉末としては、例えばマグネシウム(Mg)、鉄(Fe)、コバルト(Co)、ク
ロム(Cr)、アルミニウム(Al)、チタン(Ti)、ニッケル(Ni)などの単体粉
末、もしくはこれらの金属の1つ以上を含む合金の粉末の混合粉末が用いられる。そして
、金属粉末にバインダーとして、例えばポリビニルアルコール(PVA)、ナノセルロー
ス(CeNF)などの水酸基を有したもの、あるいはポリ乳酸(PLA)、ポリアミド(
PA)、ポリフェニレンサルファイド(PPS)などの熱可塑性樹脂などが混練され、紛
体状の原料Mpが形成される。
(Material preparation process)
In the material preparation step (S20), as shown in FIG.
p is supplied from the kneading apparatus (not shown) to the raw material supply means 1400 through the
PA), a thermoplastic resin such as polyphenylene sulfide (PPS), and the like are kneaded to form a powdery raw material Mp.
本実施形態における3次元成形方法は、紛体状の原料Mpから形成される形態により説
明するが、原料Mpは紛体状に限定されず、上述の金属粉末と、バインダーと、に加えて
溶剤、例えば水、水溶性の溶剤、などを混練し、スラリー状にして供給してもよく、ある
いはシート状に成形した、いわゆるグリーンシートとして供給してもよい。
The three-dimensional forming method in the present embodiment will be described based on the form formed from the powdery raw material Mp. However, the raw material Mp is not limited to the powdery form, and in addition to the metal powder and the binder described above, a solvent, for example, Water, a water-soluble solvent, or the like may be kneaded and supplied as a slurry, or may be supplied as a so-called green sheet formed into a sheet.
(材料供給工程)
原料供給手段1400に原料Mpが供給されると、材料供給工程(S30)に移行され
る。材料供給工程(S30)は、図8(b)に示すように、製造装置1000に備えるテ
ーブル1200の上方に原料供給手段1400を移動させ、テーブル1200上に所定量
の原料Mpを供給する。
(Material supply process)
If the raw material Mp is supplied to the raw material supply means 1400, it will transfer to a material supply process (S30). In the material supply step (S30), as shown in FIG. 8B, the raw material supply means 1400 is moved above the table 1200 provided in the
(スキージ工程)
図8(c)に示すように、材料供給工程(S30)によって、テーブル1200上に供
給された原料Mpは、供給状態Mp´に示すように盛り上がった状態でテーブル1200
上に配設される。この供給状態Mp´に対して、リコータ1500を所定方向、本例では
図示矢印の方向に移動させ、第1の単層101の厚みを超える原料Mpをリコータ150
0によって掻き取る、いわゆるスキージを行うスキージ工程(S40)が行われる。スキ
ージ工程(S40)によって余剰となる原料Mpは、成形枠1300に近接して配置され
る余剰原料排出部1600に導入される。
(Squeegee process)
As shown in FIG. 8C, the raw material Mp supplied on the table 1200 by the material supply step (S30) is raised as shown in the supply state Mp ′.
Arranged above. With respect to this supply state Mp ′, the
A squeegee step (S40) is performed in which a so-called squeegee is scraped off by zero. The surplus raw material Mp due to the squeegee process (S40) is introduced into a surplus raw
スキージ工程(S40)では、リコータ1500のスキージ端部1500aと、テーブ
ル1200の原料供給面1200bと、は離間距離t1が設定され、この離間距離t1を
維持してテーブル1200上に供給された原料Mp上をリコータ1500を移動させるこ
とにより、第1の単層101の所定の厚みt1を得ることができる。また、テーブル12
00と、成形枠1300の上端面1300cと、相対的な段差s1は、
s1≒t1
とすることが好ましく、あるいは、
s1=t1
となるように、上端面1300cにスキージ端部1500aを接触させながらスキージさ
せることがより好ましい。そのために、リコータ1500に弾性を付与することが好まし
く、例えばリコータ1500を弾性材料のプラスチックや金属薄板などで形成する、ある
いはリコータ1500を弾性部材で保持することが好ましい。
In the squeegee step (S40), a separation distance t1 is set between the
00, the
s1≈t1
Preferably, or
s1 = t1
More preferably, the squeegee is made to contact the
(レーザー照射工程)
図9(d)に示すように、スキージ工程(S40)によって、テーブル1200上には
厚みt1の第1の単層101が形成された状態で、レーザー照射部1700から、第1の
単層101に向けてレーザーLが照射され、レーザーLが照射された領域の原料Mpが焼
成、焼結され、焼結体10が形成される。
(Laser irradiation process)
As shown in FIG. 9D, the first
レーザーLは、3次元造形用データ取得工程(S10)において取得したデータに基づ
いて、所定の領域にレーザーLを照射し、焼結体10の集合体としての第1の焼結単層1
01aが形成される。第1の焼結単層101aの形成方法は、上述の図3、図4に基づく
説明と同じであるので、説明は省略する。
The laser L irradiates a predetermined region with the laser L based on the data acquired in the three-dimensional modeling data acquisition step (S10), and the first sintered monolayer 1 as an aggregate of the
01a is formed. The method for forming the first sintered
レーザー照射工程(S50)によって、第1の焼結単層101aを含む第1の単層10
1が得られ、上述した、材料供給工程(S30)と、スキージ工程(S40)と、レーザ
ー照射工程(S50)と、を少なくとも含む単層形成工程(S100)が実行される。な
お、本実施形態では、エネルギー線としてレーザーLを例示したが、これに限定されない
。例えば、高周波、ハロゲンランプなどを使った熱線、あるいは高熱の熱風を吹き付ける
方法などが適用できる。レーザーLをエネルギー線として用いることで、正確な位置にエ
ネルギーを照射する制御が容易であること、エネルギー量の増減を正確に制御することが
可能であること、そして、焼結体10を形成する場合にエネルギー線のON/OFFを短
時間に実行させることにレーザーLをエネルギー線として適用させることがより好ましい
。
By the laser irradiation step (S50), the first
1 is obtained, and the above-described single layer formation step (S100) including at least the material supply step (S30), the squeegee step (S40), and the laser irradiation step (S50) is performed. In the present embodiment, the laser L is exemplified as the energy beam, but the present invention is not limited to this. For example, a hot wire using a high frequency, a halogen lamp, or a method of blowing hot hot air can be applied. By using the laser L as an energy beam, it is easy to control the irradiation of energy at an accurate position, the increase / decrease in the amount of energy can be accurately controlled, and the
(積層数比較工程)
材料供給工程(S30)と、スキージ工程(S40)と、レーザー照射工程(S50)
と、を少なくとも含む単層形成工程(S100)が実行されると、積層数比較工程(S6
0)に移行される。積層数比較工程(S60)では、3次元造形用データ取得工程(S1
0)によって取得された造形データに含まれる、3次元成形物200を構成するために必
要な単層の積層数Nと、積層数比較工程(S60)の直前の単層形成工程(S100)ま
で積層された単層の積層数jと、を比較する。積層数比較工程(S60)において、j<
Nと判定された場合、再度、単層形成工程(S100)を実行させる積層工程(S70)
に移行される。
(Stacking number comparison process)
Material supply step (S30), squeegee step (S40), laser irradiation step (S50)
When the single layer forming step (S100) including at least is executed, the stacking number comparison step (S6)
0). In the stacking number comparison step (S60), the three-dimensional modeling data acquisition step (S1)
0) to the single layer formation step (S100) immediately before the stacking number comparison step (S60) and the single layer stacking number N required for configuring the three-dimensional molded
When determined to be N, the stacking step (S70) for executing the single layer forming step (S100) again.
It is transferred to.
(積層工程)
積層工程(S70)は、積層数比較工程(S60)において、j<Nと判定され、再度
、単層形成工程(S100)を実行させるための指令工程であり、単層形成工程(S10
0)の開始工程である材料供給工程(S30)を実行させる。
(Lamination process)
The stacking step (S70) is a command step for determining that j <N in the stacking number comparison step (S60) and causing the single layer forming step (S100) to be executed again.
The material supply step (S30), which is the starting step of 0), is executed.
図9(e)に示すように、積層工程(S70)の指令により材料供給工程(S30)で
は、第1の単層101上に原料Mpが供給される。この時、テーブル1200は、成形枠
1300の上端面1300cと、第1の単層101の上面101cと、の相対的な段差s
2を有するように駆動され、リコータ1500のスキージ端部1500aと、上面101
cと、は離間距離t2が設けられる。
As shown in FIG. 9E, in the material supply step (S30), the raw material Mp is supplied onto the first
2, the
A separation distance t2 is provided from c.
そして、図9(f)に示すように、スキージ工程(S40)と、レーザー照射工程(S
50)と、が実行され、厚みt2の第2の単層102が形成される。これにより、第2の
単層102を形成する単層形成工程(S100)が実行されたこととなり、積層数比較工
程(S60)に移行される。
And as shown in FIG.9 (f), a squeegee process (S40) and a laser irradiation process (S
50), and the second
積層数比較工程(S60)で、j<Nと判定されると、再度、積層工程(S70)に移
行し、上述の材料供給工程(S30)、スキージ工程(S40)、そしてレーザー照射工
程(S40)が、図示しないが第2の単層102を第1の単層として、3層目の単層を第
2の単層として積層される。そして、図10(g)に示すように、所定の積層数Nまで積
層され、積層数比較工程(S60)においてj=Nと判定された状態において、3次元成
形物200となる焼結部100aと、未焼結部100bと、を含む積層体100を得るこ
とができる。
When it is determined that j <N in the stacking number comparison step (S60), the process proceeds to the stacking step (S70) again, and the above-described material supply step (S30), squeegee step (S40), and laser irradiation step (S40). Although not shown, the second
(未焼結部除去工程)
図10(g)に示すように、3次元成形物200を含む積層体100が得られると、製
造装置1000から積層体100を取りだし、未焼結部100bを除去する未焼結部除去
工程(S80)が実行される。
(Unsintered part removal process)
As shown in FIG. 10 (g), when the laminate 100 including the three-dimensional molded
未焼結部100bを除去する方法としては、機械的に除去する方法、溶剤によって未焼
結部100bに含むバインダーを溶解し、金属粉末の形態にして除去する方法、などを適
用することができるが、本実施形態では溶剤による除去方法を例示する。
As a method of removing the
図10(h)に示すように、溶剤槽2000に、原料Mpに含まれるバインダーとして
用いられるポリビニルアルコール(PVA)、ナノセルロース(CeNF)などの水酸基
を有したもの、あるいはポリ乳酸(PLA)、ポリアミド(PA)、ポリフェニレンサル
ファイド(PPS)などの熱可塑性樹脂などを溶解する溶剤3000を満たす。そして、
積層体100をトレイ4000に載置し、溶剤3000に浸漬させ、未焼結部100bに
含まれるバインダーを溶解することにより、トレイ4000上には焼結部100a、すな
わち3次元成形物200が残る。なお、バインダーの溶解を促進させ、3次元成形物20
0へのバインダー残留を防止するために、溶剤3000を加熱してバインダーの溶解を促
進させる、あるいは超音波振動を付加させることもできる。
As shown in FIG. 10 (h), a
The
In order to prevent the binder from remaining at 0, the solvent 3000 can be heated to promote dissolution of the binder, or ultrasonic vibration can be applied.
なお、機械的に未焼結部100bを除去する方法としては、例えば先端を楔状にした除
去工具を当てて未焼結部100bを粉砕する方法、あるいは強振動を与えて未焼結部10
0bを振るい落とす方法、などが適用できる。
As a method for mechanically removing the
A method of shaking off 0b can be applied.
以上説明したように、本実施形態に係る3次元成形物の成形方法におけるレーザー照射
工程(S50)において、第1実施形態に係る3次元成形物200となるように、焼結体
10のドットピッチPを、
0.5≦P/D<1.0
の関係を満足させながら、ドットピッチPをより焼結体10の直径Dに近づける、すなわ
ちP/Dを1.0に近づけることで、短時間で焼結単層101aを形成することができ、
生産性を高めることができる。またP/Dを0.5に近づけることで、隣り合う焼結体1
0が緻密に集合された焼結単層101aを形成することができ、精密な造形を可能とする
。
As described above, in the laser irradiation step (S50) in the molding method of the three-dimensional molded product according to the present embodiment, the dot pitch of the
0.5 ≦ P / D <1.0
By satisfying the above relationship, the dot pitch P can be made closer to the diameter D of the
Productivity can be increased. Moreover, by making P / D close to 0.5, adjacent sintered bodies 1
The sintered
さらに積層工程(S70)によって単層を積層させる場合に、第2の単層102に形成
される焼結体10は、例えば図5(b)に示すように、第1の単層101において隣り合
う焼結体10、本例では照射位置m2,m3,m22に形成される焼結体10の各々のド
ットピッチPdが、焼結体10の直径Dの値と近い値で配置されると、隣り合う焼結体1
0の間に未焼結領域101cが残留する場合がある。しかし、上述した図5(a)に示す
ように、第2の単層102に含まれる照射位置n1に形成される焼結体10が、下層の第
1の単層101の焼結単層101aに含む焼結体10の照射位置m2と、照射位置m3と
、照射位置m22と、を結ぶ3角形領域Tr1の平面視における領域内に、照射位置n1
が重なるように配置されることで、照射位置n1にレーザーLが照射されることで、未焼
結領域101cも同時に焼結される。これにより、3次元成形物の内部に未焼結部、言い
換えると欠陥部となり得る領域を除去しながら、3次元成形物を得ることができる。
Further, when the single layer is stacked by the stacking step (S70), the
In some cases, the
Are arranged so as to overlap each other, the laser L is irradiated to the irradiation position n1, and the
101…単層、1000…3次元成形装置、1100…駆動手段、1200…成形テー
ブル、1300…成形枠、1400…原料供給手段、1500…リコータ、1600…余
剰原料排出部。
DESCRIPTION OF
Claims (6)
するエネルギー線を照射し得られる焼結単層を含む第1の単層上に、少なくとも前記焼結
単層を含む第2の単層を積層して形成される3次元成形物であって、
前記焼結単層は、前記エネルギー線が照射され焼結した焼結体を集合させて形成され、
前記焼結体の平面視における焼結体径をDとし、
隣り合う前記焼結体の焼結体中心の間の距離をP、とした場合、
0.5≦P/D<1.0
である、
ことを特徴とする3次元成形物。 At least on the first monolayer including a sintered monolayer obtained by irradiating the material to be sintered in which the metal powder and the binder are kneaded with an energy ray that enables the material to be sintered to be sintered. A three-dimensional molded product formed by laminating a second single layer including the sintered single layer,
The sintered single layer is formed by assembling sintered bodies irradiated with the energy rays and sintered,
The sintered body diameter in plan view of the sintered body is D,
When the distance between the sintered body centers of the adjacent sintered bodies is P,
0.5 ≦ P / D <1.0
Is,
A three-dimensional molded product characterized by that.
、
前記第2の単層は、前記第2の単層に含む前記焼結体の前記焼結体中心が、前記第1の
単層に含む前記第1の焼結体、前記第2の焼結体、および前記第3の焼結体の各々の前記
焼結体中心を結んで構成される平面視における3角形領域に重なるように配置される、
ことを特徴とする請求項1に記載の3次元成形物。 The sintered single layer includes a first sintered body, a second sintered body, and a third sintered body that are adjacent to each other,
The second single layer includes the first sintered body and the second sintered body in which the sintered body center of the sintered body included in the second single layer is included in the first single layer. And a triangle region in a plan view configured by connecting the sintered body centers of the body and the third sintered body,
The three-dimensional molded product according to claim 1.
成形物。 The three-dimensional molded product according to claim 1 or 2, wherein the energy beam is a laser.
するエネルギー線を照射し得られる焼結単層を含む第1の単層上に、少なくとも前記焼結
単層を含む第2の単層を積層して3次元成形物を得る3次元成形方法であって、
前記焼結単層は、前記エネルギー線が照射され焼結した焼結体を集合させて形成され、
前記焼結体の平面視における焼結体径をDとし、
隣り合う前記焼結体の焼結体中心の間の距離をP、とした場合、
0.5≦P/D<1.0
である、
ことを特徴とする3次元成形方法。 At least on the first monolayer including a sintered monolayer obtained by irradiating the material to be sintered in which the metal powder and the binder are kneaded with an energy ray that enables the material to be sintered to be sintered. A three-dimensional molding method for obtaining a three-dimensional molded product by laminating a second single layer including the sintered single layer,
The sintered single layer is formed by assembling sintered bodies irradiated with the energy rays and sintered,
The sintered body diameter in plan view of the sintered body is D,
When the distance between the sintered body centers of the adjacent sintered bodies is P,
0.5 ≦ P / D <1.0
Is,
A three-dimensional forming method.
焼結体を含み、
前記第2の単層は、前記第2の単層に含む前記焼結体の前記焼結体中心が、前記第1の
単層に含む前記第1の焼結体、前記第2の焼結体、および前記第3の焼結体の各々の前記
焼結体中心によって構成される平面視における3角形領域と重なる、
ことを特徴とする請求項4に記載の3次元成形方法。 The sintered body included in the sintered single layer includes an adjacent first sintered body, a second sintered body, and a third sintered body,
The second single layer includes the first sintered body and the second sintered body in which the sintered body center of the sintered body included in the second single layer is included in the first single layer. And a triangular region in plan view constituted by the sintered body center of each of the body and the third sintered body,
The three-dimensional forming method according to claim 4.
成形方法。 The three-dimensional forming method according to claim 4 or 5, wherein the energy beam is a laser.
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---|---|---|---|
JP2015099782A JP2016216759A (en) | 2015-05-15 | 2015-05-15 | Three-dimensional molded object and three-dimensional molding method |
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